JP4253806B2 - シールドトンネルの分岐合流施工方法 - Google Patents
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開削工法によらない施工方法としては、例えば、特許文献1に、幹線トンネルの分岐部または合流部に大断面のトンネルを形成し、この大断面のトンネル内部からセグメントを取り壊しながら分岐(合流)方向に小断面のシールドトンネルを掘進していく施工方法が記載されている。
特許文献1に記載の技術によれば、施工は地下で、シールド工法により行われるので、施工スペースや環境問題が問題となることはないものの、セグメントを取り壊しつつシールド掘進するので、掘進を開始する大断面トンネルの周りを大規模で地盤改良するなどの対策が必要となり、通常のシールド掘進に比べてはるかに大掛かりな施工となり、施工コストが増大するという問題がある。
また既設トンネルの内部から掘進を開始するので、既設トンネル内を施工スペースとして使用する必要があり、例えば、道路トンネルなどでは、活線下での施工が困難であるという問題がある。このため、トンネルの供用後の施工では通行止めが必須となり、その結果、交通事情を悪化させるなどの社会的な影響をもたらすという問題がある。
一方、本線トンネルと分岐トンネルとを、分岐(合流)部の形成予定位置に近接させて並列に形成しておき、それぞれを幅方向に拡幅して接続することも考えられる。この場合には、上記と同じく拡幅時にそれぞれのセグメントをトンネル内から取り壊す必要がある。この施工はシールド掘削機では行えないので、セグメントの外側を広範囲に地盤改良したり、支保工を建て込んだりするなど、大掛かりな施工が発生し、多大な施工コストが発生するという問題がある。
この発明によれば、切削部を第1のシールドトンネルの内側から形成し、第2のシールドトンネルを切削部に掘進させて第1のシールドトンネルに連通させるので、トンネル内での施工となり、トンネル外部の大掛かりな地盤改良などが不要となる。また、シールド掘削機を用いて安全に施工できる。
また、第1のシールドトンネルに、トンネル幅方向に張り出す拡幅部が形成されるので、第2のシールドトンネルが第1のシールドトンネル内に掘進されても、分岐合流部のトンネル幅方向を広く取ることができる。
また、シールド掘削機を拡幅して拡幅部を形成し、拡幅量に略応じて拡幅部の反対側に変位させるので、分岐合流部において第1のシールドトンネルの、第2のシールドトンネルと接続しない側の平面視線形を略直線状またはなだらかに連続する線状に維持でき、しかも変位した側に第1のシールドトンネルと第2のシールドトンネルとを接続するためのスペースを形成することができる。その結果、第1シールドトンネル内部の通過物、載置物、設置施設の流れや配置がスムーズとなる。例えば本線道路などを直線的に配置して分岐合流部を形成することができ、トンネル内の車両の流れをスムーズにすることができる。
本発明の第1の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るシールドトンネルの分岐合流施工方法によって築造されたトンネル分岐合流部1Aの概略構成を説明するための平面概略断面図である。図2(a)、(b)、(c)は、それぞれ図1におけるA−A断面図、B−B断面図、C−C断面図である。
本線トンネル2は、シールド工法によって、地山90内に延設された円管状の本線セグメント2aにより構築された2車線を有するシールドトンネルである。シールド工法は周知の種々の工法を採用でき、本線セグメント2aも、コンクリートセグメント、合成セグメント、鋼製セグメントなどが採用できる。断面形状も、円断面に限るものではないが、本実施例形態では、円断面として説明する。
分岐線トンネル3は、本線道路部4(本線部)から分かれて別経路をたどる支線でもよいし、本線道路部4への乗り降りをするために地上に連絡する入口ランプまたは出口ランプでもよい。ただし、少なくとも、トンネル分岐合流部1Aの近傍では、本線トンネル2の側部に水平面内で斜め横方向から近接し、トンネル分岐合流部1AでY字状に接続されている。
また以下では、説明を簡略化するため、特に断らない限り、トンネルの幅方向左右を矢印Lm1、Lm2、Lbなどで示される車両走行方向に対する左右として表現することにする。例えば、本実施形態では、本線トンネル2の左側のトンネル側部に分岐線トンネル3が接続している。
本線側セグメント10Aは、本線セグメント2aの右側(分岐線トンネル3と反対側の側部)に、セグメントの円筒面の一部を水平に張り出して拡幅された拡幅部10Rを有している。
分岐線側セグメント10Bは、分岐線セグメント3aを延設して、本線セグメント2aの側部に食い込む側のセグメントを除去したような部分円筒形状を有している。
本線側セグメント10Aと分岐線側セグメント10Bとの接続部は、切削ブロック6が介装されている。そして、トンネル内部には、二股に分かれている本線道路部4と分岐線道路部5とが略平行となって1本化されるように断面形状が徐変される接続部2次覆工10bと道路支持部10cとが形成されている。
その断面は、図2(c)に示したように、本線セグメント2aと同一の径を有する円筒の幅方向の左右に略対称に設けられた拡幅部10L、10Rを有する拡幅トンネルである。その内部には、2次覆工11b、道路支持部11cが形成され、道路支持部11cの上部に分岐線道路部5、本線道路部4が形成されている。
本発明に係るシールドトンネルの分岐合流施工方法は、切削部形成工程とトンネル連通工程とからなる。本実施形態では、トンネル連通工程は、さらに掘進工程と連通部形成工程とからなる。
図3〜5は、本発明の第1の実施形態に係るシールドトンネルの分岐合流施工方法の各工程を説明するためのトンネル分岐合流部1Aのトンネル中心を通る平面断面の工程説明図である。図6(a)は図3におけるD−D断面図、図6(b)は図3(b)におけるE−E断面図、図6(c)は図4(d)におけるF−F断面図である。図7は連通部形成工程を説明するためのトンネル幅方向断面図である。
シールド掘削機12は、シールドの側部に幅方向の外側に張り出し可能なオーバーカッタ13R(13L)、拡幅部材14R(14L)を備え、これらにより、幅方向に張り出した断面形状で地山90を掘削し、その内面に適宜のセグメントを配置して、拡幅部10R、10Lを有するシールドトンネルを形成することが可能となっている。また、拡幅部10R、10Lの張り出し量は、適宜可変することが可能となっている。このようなシールド掘削機12は、種々の機構により実現されるが、本方法ではどのような機構を有するものを用いてもよい。一例を挙げれば、特開2002−242585公報に記載されているものなどを好適に用いることができる。
一方、トンネル側部8の内部には、トンネル内部を幅方向に仕切る幅方向仮壁7a(仮設支持部材)を本線側セグメント10Aの上下間に撤去可能に固定し、幅方向仮壁7aと円筒状のスキンプレートとの間に、適宜の大きさに分割された切削ブロック6を隙間なく配置する(密嵌する)。切削ブロック6が弾性を有する場合は、土圧を受けたとき、隙間が閉鎖される程度の隙間で配置する。なお、止水性能を向上するために、切削ブロック6間に適宜の止水材を充填してもよいことは言うまでもない。
なお、シールド掘削機12のスキンプレートに近接する切削ブロック6の外周側部は、スキンプレートの内面に沿う形状に加工されている。このため、シールド掘削機12のテールシール(不図示)が切削ブロック6に密着して泥水がシールド掘削機12およびトンネル内に侵入することを防止できるようになっている。
なお、切削ブロック6と幅方向仮壁7aの施工は、シールド掘削機12の施工に伴って行われるが、切削ブロック6の組立配置時に相互に強固に連結でき、分岐線トンネル3のシールド掘削機15による切削時にも、土圧などに抵抗できるようであれば幅方向仮壁7aはなくてもよい。なお、幅方向仮壁7aは仮設支持部材としているように、この機能を有していればよく、本実施形態で壁体としているのはあくまでも一つの例である。
これを、トンネル幅方向断面で示すと図6(a)になる。図6(a)は、図3(a)のD−D断面図であるが、位置P以降は略同様な位置関係を有している。図中の破線は後で築造される分岐線トンネル3の分岐線セグメント3aの位置を表している。
以上で、切削部形成工程が終了する。
拡幅セグメント11aの内部の幅は、適宜の2次覆工を施した上で、本線道路部4と分岐線道路部5とが並設できる広さとする。
そして、後で内部に形成する本線道路部4の直線性を保つため、位置T〜Uの間でシールド掘削機12の方向転換を行い、シールド掘削機12の軸中心をトンネル接続部10の前段の本線トンネル2の中心と一致させる。ただし、本線道路部4を直線にする必要がなければ、このような方向転換を行う必要はない。
まず、図4(c)に示したように、掘進工程では、分岐線トンネル3を形成するシールド掘削機15を発進させ、所定経路で分岐線トンネル3を形成する。そして、本線トンネル2に近接したところで、地山90とともに、本線トンネル2のトンネル側部8を形成する切削ブロック6を切削しながら、幅方向仮壁7aに沿って本線トンネル2の内部に食い込むように掘進する。
そして、シールド掘削機15のカッターが延設方向仮壁7bに面する状態まで掘進したところで、掘削を終了する。
図7(d)、(e)、(f)は、その詳細の工程を説明するために、図4(d)のF−F断面での施工の様子を示す概略説明図である。
まず、本線側セグメント10A、分岐線セグメント3aを上下方向に支持するための支柱16、17(支保工)をそれぞれのトンネル内部に適宜間隔で立設する(図7(d))。その状態で、本線トンネル2の内部側から幅方向仮壁7aを撤去し、同時に切削ブロック6に面している部分の分岐線セグメント3aの一部を分岐線トンネル3側から取り外し、右側側部が開いた分岐線側セグメント10Bを形成する。
そして、支柱16、17を残したまま、切削ブロック6の一部を撤去して、本線トンネル2と分岐線トンネル3とをトンネルの幅方向に連通させる。このようにして、本線側セグメント10Aと分岐線側セグメント10Bにより、1次覆工されたトンネル接続部10が形成される。
そして、図7(f)に示したように、接続部2次覆工10bと道路支持部10cとの間の不要になった支柱16、17を撤去し、道路支持部10c上に本線道路部4および分岐線道路部5を形成する。
なお、前記連通部形成工程においては、本線トンネルと分岐線トンネルで本線側セグメントと分岐線セグメントをそれぞれ支持する支保工を立設し、仮壁の撤去を行うとともに分岐線トンネル側から分岐線セグメントの一部を取り外し、切削ブロックの一部を撤去し、支保工を巻き込んで道路支持部を形成し、同様に支保工を巻き込んで2次覆工を形成した後、道路支持部と2次覆工で囲まれる空間に残存する不要になった支保工を撤去する工程である。これを、本線トンネルと分岐線トンネルの中で、まず道路支持部と2次覆工を形成できる範囲内でできる限り形成し、本線側セグメントと分岐線セグメントをそれぞれ支持できるように、道路支持部と2次覆工を介在して支保工を分割立設し、その後仮壁の撤去を行うとともに分岐線トンネル側から分岐線セグメントの一部を取り外し、切削ブロックの一部を撤去し、そして、残部の道路支持部と2次覆工を形成して左右に分割施工した道路支持部と2次覆工を一体とし、最後に道路支持部と2次覆工で囲まれる空間に残存する不要になった支保工を撤去する工程としてもよい。
以上により連通部形成工程が終了する。
本実施形態によれば、切削部を本線トンネルの内側に設け、分岐線トンネルを形成するシールド掘削機で切削部を切削し、それぞれのトンネルのセグメントによりトンネル接続部のセグメントを形成した後に、トンネル内部を連通するので、トンネル内部の作業によりトンネル接続部を形成することができるという利点がある。
したがって、地上部まで施工の影響が及ぶことがなく、またトンネルの周囲に大掛かりな地盤改良を施したりする必要もないので、施工コストや施工工期を低減することができ、またきわめて安全に施工することができるという利点がある。
本発明の第2の実施の形態について説明する。
本実施形態は、本線トンネルをいったん供用可能な状態まで完成させた後、分岐線トンネルを築造して本線トンネルに接続する点が第1の実施形態と大きく異なる。したがって、多くの工程は共通なので、以下では第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。
図8は、本発明の第2の実施形態に係るシールドトンネルの分岐合流施工方法によって築造されたトンネル分岐合流部1Bの概略構成を説明するための平面概略断面図である。図9(a)、(b)、(c)は、それぞれ図8におけるG−G断面図、H−H断面図、I−I断面図である。
なお、第1の実施形態と同様の理由により、図8において、本線道路部4では矢印Lm1、Lm2、Lm3で示したように図示の左から右に車両が走行し、分岐線道路部5を走行する車両は、矢印Lbで示したように図示の左上から水平方向の右側に走行して、本線道路部4に合流するものとして説明する。
また特に断らない限り、トンネルの幅方向左右を矢印Lm1、Lm2、Lm3、Lbなどで示される車両走行方向に対する左右として表現することも、上記と同様である。
既設本線トンネル20の構成は、トンネル分岐合流部1Aと大略同様であるが、詳しい構成は、各工程の説明の中で説明する。なお、図8では、本線道路部4の車線数が3車線の場合について図示したが、これは、一例であって、施工時の道路供用を可能とするためには、2車線以上あればよい。
本実施形態における工程は、切削部形成工程、掘進工程および連通部形成工程とからなる。後者の2工程はトンネル連通工程をなしている。
既設本線トンネル20は、図9(a)に示したように、全体としては円管状の本線セグメント2aによって構築され、道路支持部2c上に、例えば3車線からなる直線状の複数車線を有する道路トンネルである。そして、トンネル分岐合流部1Bの築造が予定されている部分には、接続用拡幅部30(分岐合流接続部)、路幅拡張用拡幅部31(分岐合流拡幅部)が連続して設けられ、分岐線トンネル3を接続する本線道路部4(本線部)の左横方向に接続スペース18、合流車線スペース19がそれぞれ設けられている(図10(a)参照)。
切削可能なセグメント21の配置位置は、少なくとも破線で示した分岐線セグメント3aの予定配置位置で囲まれる部分と重なり、その外側にはみ出すように設定される。
このような切削可能材として、例えば、鉄筋の代わりにグラスファイバーや炭素繊維などの非金属の強化繊維を配設、配合したコンクリートセグメントなどを採用することができる。また、合成セグメントの鋼板部を強化繊維を配合した合成樹脂に置き換えてコンクリートを充填した合成セグメントなども採用することができる。
なお、切削可能なセグメント21を接合する接合継手も、シールド掘削機15により切削可能な材質、例えば合成樹脂などを用いることは言うまでもない。
このように、既設本線トンネル20におけるトンネル分岐合流部1Bの施工は、前記第1の実施形態に対して切削部形成工程が異なるが、前記第1の実施形態の本線トンネル2に使う両側部が拡幅するシールド掘削機12と、ほぼ同様なシールド掘削機を使うものであり、分岐合流部における前記シールド掘削機12を使った掘削施工方法として以下の点が共通する。通常の本線トンネルを掘削してきて分岐合流部の分岐合流接続部に到達したら、分岐線トンネル3が接続する側とは反対側を拡幅し、掘削に伴って方向転換をすることで、掘進位置を分岐線トンネル3が接続される側に変位させ、分岐合流拡幅部に到達したら、分岐線トンネルが接続する側も拡幅させて、その変位を維持しつつ掘削し、分岐合流拡幅部の終点に到達する前に、シールド掘削機を再び反対方向に変位させて本線トンネル位置に戻し、その後縮幅して通常の本線トンネルを掘削施工するものである。
なお、本実施形態では拡幅を一度に行っているが、徐々にあるいは段階的に行ってもよい。
そして、切削部材充填スペースに、硬化後にシールド掘削機15で切削可能な切削部材となるセメント硬化材22を充填し、硬化させる(図12(b)参照)。セメント硬化材22は、土砂にセメントと水を混合したものやモルタルなどが採用できる。
本工程においては、既設本線トンネル20が完成された段階でトンネルの内側から切削部を形成するから、幅方向仮壁7a、延設方向仮壁7bの設置作業を、安全かつ容易に行うことができるという利点がある。
本工程では、一切の施工は、幅方向仮壁7a、延設方向仮壁7bの地山90側で行われ、これらの仮壁が隔壁となっているので、既設本線トンネル20の内部には施工の影響が生じない。したがって、既設本線トンネル20の内部では、施工中でも安全な車両通行が可能となるという利点がある。
また路幅拡張用拡幅部31では、合流車線スペース19に分岐線道路部5を延設する。
このようにして、トンネル内部に、図8に示したトンネル接続部10、加速車線部11を構築する。
本変形例は、既設本線トンネル20にあらかじめ切削可能なセグメント21が構築できない場合にも切削部形成工程を行うことができるようにする方法である。
図14(a)、(b)に示したのは、本変形例の切削部形成工程を説明するためのトンネル幅方向の断面図であり、図10(b)のK−K断面に相当する位置の断面図である。
本変形例における既設本線トンネル20は、トンネル側部24がシールド掘削機15のカッターでは切削できない本線側セグメント10Aにより覆われている。そこで本変形例では、トンネル側部24における本線側セグメント10Aを取り外して切削可能な切削部材に置き換えることにより切削部を形成する。
さらに、トンネル側部24の内部を覆うような切削部の形成と、セグメントにかかる土圧を受けるために、既設本線トンネル20の内部に幅方向仮壁7aを撤去可能に固定し、本線側セグメント10Aを上下方向に支持する。そして、トンネル内部からトンネル側部24における本線側セグメント10Aを撤去する。
そして、延設方向仮壁7bを撤去可能に固定し、幅方向仮壁7a、延設方向仮壁7bにより本線側セグメント10Aを撤去した部分がトンネル内部から覆うことにより、補強地盤部23と幅方向仮壁7a、延設方向仮壁7bとで囲まれる切削部材充填スペースを設ける。そして、切削部材充填スペースにセメント硬化材22を充填し、硬化させる。このようにして切削部を形成する。
袋材としては、例えばグラスファイバーを含む化学繊維や、塩化ビニールなどの合成樹脂材料を母材としたものを好適に用いることができる。
このように本発明のシールドトンネルの分岐合流施工方法は、既設シールドトンネルの拡幅を行うための施工方法としても用いることができる。その場合でも、上記に説明した作用効果を同様に有している。特に、施工期間の大部分にわたって既設道路トンネルを供用することができるという優れた利点がある。
また、拡幅部10R、10Lの断面形状は、一例であって、上記説明の形状に限るものでないことは言うまでもない。
また、このような接続形態において、接続角度が90度に近い場合、シールドトンネルに拡幅部を設けることは必須ではない。
2 本線トンネル(第1のシールドトンネル)
2a 本線セグメント
3 分岐線トンネル(第2のシールドトンネル)
3a 分岐線セグメント
4 本線道路部(本線部)
4a 通行車線
5 分岐線道路部(分岐線部)
6 切削ブロック(切削部材)
7a 幅方向仮壁(仮設支持部材)
7b 延設方向仮壁(仮設支持部材)
8、24 トンネル側部
10 トンネル接続部(分岐合流接続部)
10b 接続部2次覆工
10A 本線側セグメント
10B 分岐線側セグメント
10R、10L 拡幅部
11 加速車線部(分岐合流拡幅部)
12、15 シールド掘削機
16、17 支柱(支保工)
20 既設本線トンネル(第1のシールドトンネル)
21 切削可能なセグメント
22 セメント硬化材(切削部材)
23 補強地盤部
30 接続用拡幅部(分岐合流接続部)
31 路幅拡張用拡幅部(分岐合流拡幅部)
Claims (1)
- 第1のシールドトンネルのトンネル側部に第2のシールドトンネルを接続するシールドトンネルの分岐合流施工方法であって、
前記トンネル側部近傍のトンネル内部に、シールド掘削機で切削可能な材質からなる切削部材を配置して切削部を形成する切削部形成工程と、
前記第2のシールドトンネルを、前記トンネル側部から前記切削部内に向けて掘進して、前記第1のシールドトンネル内部に連通させるトンネル連通工程とを備え、
少なくとも該トンネル連通工程を開始する前に、前記第1のシールドトンネルに、トンネル幅方向外側へ張り出す拡幅部を形成し、
前記トンネル連通工程で、前記拡幅部または該拡幅部とトンネル幅方向の反対側のトンネル側面において前記第1および第2のシールドトンネルを接続し、
前記第1のシールドトンネルの分岐合流部の施工をする際には、前記第1のシールドトンネルの幅方向に対して、前記第2のシールドトンネルが接続される側とは反対側に、前記第1のシールドトンネルを掘削するシールド掘削機を拡幅することで拡幅部を形成し、前記シールド掘削機の掘進位置を前記拡幅量に略応じて前記第2のシールドトンネルが接続される側に変位させることを特徴とするシールドトンネル分岐合流施工方法。
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