JP4250050B2

JP4250050B2 - トンネルの施工方法

Info

Publication number: JP4250050B2
Application number: JP2003346144A
Authority: JP
Inventors: 敏夫中村
Original assignee: 前田建設工業株式会社
Priority date: 2003-10-03
Filing date: 2003-10-03
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2023-10-03
Also published as: JP2005113422A

Description

本発明は、トンネルの施工方法に関する。

トンネルの施工方法の一つに、ＮＡＴＭ工法がある。ＮＡＴＭ（New Austrian Tunneling Method）工法は地山が持つ固有の強度を積極的に活用し、地山によってトンネルを安定させるトンネルの施工方法である。ＮＡＴＭ工法ではまず、トンネルの掘削後、掘削した岩盤の緩みが大きくならない内に、吹き付けコンクリートで歯止めし、次いでロックボルトを周囲に打設し、トンネル周囲の地山を補強してアーチ状の構造物にする。その後防水工を設けた後に、覆工を設けてトンネルが完成する。ＮＡＴＭ工法はトンネル周囲の地山でアーチ状の構造物（地山アーチ）を形成するため、覆工コンクリートに掛かる力が在来工法より少なく、覆工厚を低減させることができるという利点がある。ＮＡＴＭ工法は山岳トンネル工法の標準工法として定着しているが、都市部での使用も増えている。

防水工を設ける方法としては、防水シートを人力で展張して手で押えながらピン等を打ち込んで吹き付けコンクリートの仕上がり面に取り付ける方法がある。また、専用の展張装置を用いて防水シートを吹き付けコンクリートの仕上げ面に密着させる方法がある（例えば、特許文献１参照）。

一方近年では、防水工を省略し、鋼繊維補強吹き付けコンクリートや、高耐力、耐腐食性ロックボルトなどの高品質、高耐久性の材料を用いることによって、さらに覆工厚を低減した、いわゆる薄肉構造と称されるトンネルの施工法も提案されている。

しかし薄肉構造のトンネルでは、吹き付けコンクリートやロックボルト、鋼製支保工などに高品質、高耐久性の材料を用いるため、コストが増大する。また、防水工を設けないため、トンネル周辺の地下水位が高い場合には適用が困難である。

また吹付けコンクリートの仕上がり面に防水工を展張する場合、吹付けコンクリートの仕上がり面が凹凸であるため、防水シートの張り上がりにはこの凹凸との変形追従性を考慮した適切な余裕が必要となる。防水シートの張り上がりに余裕不足や余裕過多があると、引っ張りやたわみが発生し、覆工コンクリートの充填を妨げる恐れがある。

防水工を平滑に設ける方法としては、以下のものがある。すなわち、まず掘削したトンネルの内壁面に吹き付けコンクリートを吹き付ける。次いで、移動式型枠に防水シートを展張したものをトンネル内に搬入し、吹き付けコンクリートと防水シートとの間に充填材を充填する。その後、移動式型枠を縮径して防水シートと間隔を空けて配置し、防水シートと移動式型枠との間にコンクリートを充填し、覆工を行うものである（特許文献２参照）。

上記方法によれば、防水工を滑らかなトンネル形状に仕上げることができる。このため型枠と防水シートとの間へコンクリートを充填しやすく空洞が発生しにくくなる、覆工を均一な厚さに形成することができる、吹き付けコンクリートと覆工コンクリートとの縁切り（アイソレーション）が向上する、防水シートが破損しにくくなる、などの利点がある。

また、吹き付けコンクリートと充填材とからなる支保工を平滑なアーチ型に形成することができるのでトンネルの安定性が向上する。したがって覆工を薄くすることができ、掘削断面を小さくして掘削コストを削減することができるという利点もある。
特開２００２−２６６５９６号公報特開２００２−２１４９２号公報

しかし上述の方法では、防水工と移動式型枠との間にコンクリートを打設して覆工を設けるため、覆工コンクリートの養生期間が必要となり、工期が伸びて建設コストがかかる。また、覆工厚を低減させるために防水工と移動式型枠との間隔を狭くすると、防水工と移動式型枠との間にコンクリートが行き渡りにくくなる。

本発明の課題は、工期を短縮し建設コストを低減させることのできるトンネルの施工方法を提供することである。

以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、トンネルの施工方法であって、掘削したトンネルに吹き付けコンクリート坑壁２を設けた後に、防水シート１０を外周面に載置した内装材１４を、防水シート１０と吹き付けコンクリート坑壁２との間隔を空けてトンネル坑内に搬入し、次いで吹き付けコンクリート坑壁２と防水シート１０との間に充填材３を充填することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、掘削したトンネルに吹き付けコンクリート坑壁２を設けた後に、防水シート１０を外周面に載置した内装材１４を、防水シート１０と吹き付けコンクリート坑壁２との間隔を空けてトンネル坑内に搬入し、次いで吹き付けコンクリート坑壁２と防水シート１０との間に充填材３を充填することで、防水シート１０を平滑に設けることができ、防水シート１０に不均一な張力がかかったり、たるみが生じたりすることがなく、確実に止水することができる。また、充填材３が固化すればトンネル内装が完了するため、覆工コンクリートを打設、養生する期間が不要となり、また移動式型枠２０を縮径して取り外す手間がなく、工期をさらに短縮して建設コストを低減させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のトンネルの施工方法であって、前記内装材１４はトンネル断面形状の部材または組み立ててトンネル断面形状となる部材をトンネルの長さに接合して形成されることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、トンネル断面形状の部材または組み立ててトンネル断面形状となる部材をトンネルの長さに接合して内装材１４を形成するため、内装材１４となる部材をトンネル坑内に容易に搬入して建て込むことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のトンネルの施工方法であって、前記内装材１４または前記被覆層１５は照明設備や換気設備等の内装設備を保持する充分な強度を有することを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、内装材１４または被覆層１５が照明設備や換気設備等の内装設備を保持する充分な強度を有するため、トンネル内に新たな保持部材を設けることなく内装設備を取り付けることができる。

本発明によれば、覆工コンクリートを打設、養生する期間や型枠を取り外す手間が不要となり、工期を短縮して建設コストを低減させることができる。

また、移動式型枠の代わりに内装材を用いるので、移動式型枠を縮径して取り外す手間がない。また坑道が移動式型枠により狭くなることがなく、充填材の養生期間も内装工、掘削、ズリ運搬その他の作業を円滑に進めることができるため、さらに工期を短縮して建設コストを低減させることができる。

以下に、本発明の第１の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明のトンネルの施工方法によって形成されるトンネルの形態例を示す断面図である。トンネルは図１に示すように、掘削された地山１と、吹き付けコンクリート坑壁２と、充填材３と、防水シート１０と、内装材１４とを主構成要素とする。

吹き付けコンクリート坑壁２は、地山１を掘削したトンネルの坑壁に吹き付けコンクリートを吹き付けて形成され、地山１の緩みを防ぐ。吹き付けコンクリート坑壁２には、図示しないロックボルトが内側から地山１に打ち込まれる。吹き付けコンクリート坑壁２は充填材３とともに支保工を構成する。

充填材３は吹き付けコンクリート坑壁２と防水シート１０との間に充填され、吹き付けコンクリート坑壁２内周面の凹凸を埋めて平滑な支保工を形成するとともに、防水シート１０を支保工の内周面に張り付けて保持する。充填材３としては、例えばモルタル等のセメント系間隙充填材を用いることができる。

防水シート１０は、接着性シート１１と、緩衝材１２とが張り合わされて形成されている。防水シート１０は、その接着性シート１１側の面を吹き付けコンクリート坑壁２側に向け、吹き付けコンクリート坑壁２の内周面から間隔を空けて配置される。接着性シート１１は、充填される充填材３により支保工に接着される。
緩衝材１２は、内装材１４と接着性シート１１との間の縁切り（アイソレーション）の機能を果たす。緩衝材１２としては、不織布等を用いることができる。

内装材１４は、防水シート１０の内周面を被覆して保護するとともに、完成したトンネル坑の照明設備、換気設備等の内装設備を保持する。内装設備を保持するのに充分な強度を有する内装材１４としては、例えばプレキャストコンクリート材や硬化プラスチック材等を用いることができる。プレキャストコンクリート材としては、例えば埋設型枠等を用いることができる。

内装材１４としては、トンネル断面形状と同様の環状または馬蹄形状の部材を用いることができる。また、複数の略円弧状の部材を組み立ててトンネル断面形状と同様の環状または馬蹄形状の部材に形成してもよい。これらの部材をトンネルの長さに接合することでトンネル形状と同じ半筒状あるいは筒状の内装材１４を形成することができる。

次に、トンネルの施工方法について説明する。まず図２（ａ）に示すように、切羽部分でトンネルを進行方向に向かって約１ｍ程度掘削する。掘削が終了したら、図２（ｂ）に示すように、ただちに吹き付けコンクリートを地山１に吹き付けて吹き付けコンクリート坑壁２を設け、掘削した地山１の緩みが大きくならないように地山１の変形を拘束し、地山１に支保力を与える。

次いで、吹き付けコンクリート坑壁２の表面から地山１に長さ数ｍの鋼材からなるロックボルトを所定の本数だけ、所定の間隔で地山１に打ち込み、トンネル周囲の地山１を補強して地山１アーチを形成する。ロックボルトの本数や間隔は、地山１の状態によって適宜変更する。

ある程度掘削が進行したら、先行する掘削、コンクリート吹き付け、ロックボルト工等の作業の妨げとならないように、切羽から距離の離れた区間で防水工を行う。

防水工は例えば以下の手順で行うことができる。まず移動式型枠２０上に防水シート１０を緩衝材１２が移動式型枠２０側となるように載置する。移動式型枠２０としては覆工コンクリートの形成に用いる周知のものを使用することができる。次いで防水シート１０を載置した移動式型枠２０をトンネル坑内に搬入する。

次に、トンネル坑内で移動式型枠２０を拡径し、防水シート１０を吹き付けコンクリート坑壁２と距離を空けて配置する。次いで防水シート１０の縁部で吹き付けコンクリート坑壁２との隙間をエアーバルク（風船）等の周知の閉塞材で閉塞して防水シート１０と吹き付けコンクリート坑壁２との間に充填材３が充填される空間を形成し、図２（ｃ）に示すように、当該空間に充填材３を充填する。

充填材３が固化し、防水シート１０が支保工と一体化したら、移動式型枠２０を縮径して取り外す。その後、図２（ｄ）に示すように、内装材１４を建て込んで防水シート１０を被覆し、照明設備、換気設備等の内装設備を内装材１４に取り付ける。

以上の工程を繰り返してトンネルが完成する。本実施の形態によれば、吹き付けコンクリート坑壁２と充填材３とが一体となったアーチ状の支保工となり、地山１アーチとともにアーチアクションを発揮するので、トンネルの安定性が向上する。そのため覆工を薄くすることが可能となり、掘削断面を小さくしてトンネルの建設コストを低減させることができる。

また、防水シート１０を平滑に設けることができるので、防水シート１０に不均一な張力がかかったり、たるみが生じたりすることがなく、確実に止水することができる。また、プレキャストコンクリート材、硬化プラスチック材等の内装材１４で防水シート１０を被覆することでトンネルが完成するので、覆工コンクリートを打設、養生する期間が不要となり、工期を短縮して建設コストをさらに低減させることができる。また万が一、地山１が崩壊する場合にも、内装材１４によって利用者を防護することができる。

なお、防水工で用いる移動式型枠２０の代わりに、組み立てた内装材１４を使用してもよい。この場合は、まず組み立てた内装材１４の上に防水シート１０を緩衝材１２が下面となるように載置する。次いで防水シート１０を載置した内装材１４を、地山１を掘削した後吹き付けコンクリート坑壁２を設けたトンネル坑内に搬入し、吹き付けコンクリート坑壁２と距離を空けて防水シート１０を配置する。以下、同様にして防水シート１０と吹き付けコンクリート坑壁２との間に充填材３を充填する。

この方法によれば、防水シート１０と吹き付けコンクリート坑壁２との間に充填材３を充填した後に移動式型枠２０を取り外す必要がない。また坑道が移動式型枠２０により狭くなることがなく、充填材３の養生期間も内装工、掘削、ズリ運搬その他の作業を円滑に進めることができる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、図３に示すように、防水シート１０の緩衝材１２の代わりに、補強シート１３が設けられている点、また内装材１４の代わりに被覆層１５が設けられる点である。

補強シート１３としては、例えば炭素繊維シート等を用いることができる。被覆層１５は、内装材１４と同様に防水シート１０の内周面を被覆して保護する。被覆層１５は、補強シート１３に吹き付けコンクリートを吹き付けて設けることができる。吹き付けコンクリートとしては、吹き付けコンクリート坑壁２と同様のものを用いることができる。

本実施の形態のトンネルの施工方法では、第１の実施の形態と同様に、トンネルを掘削し（図４（ａ））、次いで吹き付けコンクリート坑壁２を設け（図４（ｂ））、コンクリート坑壁２と間隔をあけて防水シート１０を配置しその間隔に充填材３を充填（図４（ｃ））する。充填材３が固化した後に、補強シート１３に吹き付けコンクリートを吹き付けて被覆層１５を形成する（図４（ｄ））。吹き付けコンクリートが固化したら、被覆層１５に照明設備、換気設備等の内装設備を取り付ける。

以上の工程を繰り返してトンネルが完成する。本実施の形態によれば、支保工と一体となる防水シート１０に補強シート１３が設けられており、補強シート１３に吹き付けコンクリート吹き付けることでさらに支保構造の耐久性を向上させることができる。また、覆工コンクリートを打設した場合には覆工用型枠を取り外す手間がかかるが、吹き付けコンクリート坑壁２の場合には覆工用型枠を取り外す手間がない。

なお、以上の実施の形態においては、防水シート１０を内装材１４または吹き付けコンクリート坑壁２で被覆したが、両者を組み合わせてもよいし、トンネルの場所によって使い分けてもよい。また、吹き付けコンクリート坑壁２や充填材３の素材、防水シート１０、内装材１４、被覆層１５の種類や厚さ等も適宜変更可能であることはもちろんである。

本発明のトンネルの施工方法により形成されるトンネルの断面図の一部である。（ａ）〜（ｄ）は本発明のトンネルの施工方法を説明する断面図である。本発明のトンネルの施工方法により形成されるトンネルの断面図の一部である。（ａ）〜（ｄ）は本発明のトンネルの施工方法を説明する断面図である。

符号の説明

２吹き付けコンクリート坑壁
３充填材
１０防水シート
１３補強シート
１４内装材
１５被覆層
２０移動式型枠

Claims

掘削したトンネルに吹き付けコンクリート坑壁を設けた後に、防水シートを外周面に載置した内装材を、防水シートと吹き付けコンクリート坑壁との間隔を空けてトンネル坑内に搬入し、次いで吹き付けコンクリート坑壁と防水シートとの間に充填材を充填することを特徴とするトンネルの施工方法。
前記内装材はトンネル断面形状の部材または組み立ててトンネル断面形状となる部材をトンネルの長さ方向に接合して形成されることを特徴とする請求項１に記載のトンネルの施工方法。
前記内装材または前記被覆層は照明設備や換気設備等の内装設備を保持する充分な強度を有することを特徴とする請求項１または２に記載のトンネルの施工方法。