JP4288316B2 - トンネル拡幅工法 - Google Patents

Description

本発明は、道路トンネルや鉄道トンネルを施工する際に適用して好適なトンネル拡幅工法に関する。

周知のように、都市部において道路トンネルや鉄道（地下鉄）トンネルを施工する場合にはシールド工法が広く採用されているが、この種のトンネルでは分岐合流部や駅部においては一般部よりも大断面とする必要があるので、そのような大断面部のみはシールド工法によらず地表からの開削工法により施工することが従来一般的であった。

また、最近においては大断面部もシールド工法により施工することが望まれており、たとえば特許文献１には、シールド工法によって２本のシールドトンネルを並設した後に、それらの間をさらに矩形シールドにより掘削することで分岐合流部を施工するという工法が提案されている。
特開２００３−１４８０８６号公報

しかし、大断面部の全体をシールド工法によらず開削工法により施工することでは、開削範囲が大きくなるのでそのための用地確保が不可欠であるし、工期や工費の点でも不利である。また、特許文献１に示される工法は、特殊なシールド機や特殊なセグメントを用いることから必ずしも効率的な施工は行えず、広く一般に適用できるものではない。

以上のことから、シールド工法を基本としつつ断面拡大のための拡幅を効率的に行い得る有効適切な工法の開発が望まれていた。

請求項１の発明のトンネル拡幅工法は、シールドトンネルを施工するとともに、その側方に間隔をおいて地中壁を設け、シールドトンネルと地中壁との間を掘削してそれらの間に床版を設けることでシールドトンネルの側方に拡幅部を設けるとともに、拡幅部に面するシールドトンネルのセグメントを解体撤去することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明のトンネル拡幅工法において、シールドトンネルのセグメントとして鋼製セグメントを採用するとともに、拡幅部の床版をＲＣ造とし、鋼製セグメントの外側にＲＣ造の床版を一体に接合することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２の発明のトンネル拡幅工法において、ウエブの外周側にスキンプレートを有する溝形断面の鋼製セグメントを組み立てつつシールドトンネルを施工した後、その外側を掘削し、ウエブからスキンプレートを取り外すとともにウエブの内周側に型枠を取り付けてそれらウエブと型枠とにより中空部を確保し、ウエブおよび型枠の内面に鉄筋継手を取り付けてその鉄筋継手に床版を形成するための鉄筋を連結し、しかる後にコンクリートを打設して床版を形成するとともに鋼製セグメントの中空部に一体にコンクリートを充填することにより、鋼製セグメントの外側に床版を一体に接合した状態で形成することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１，２または３の発明のトンネル拡幅工法において、複数のシールドトンネルを上下に間隔をおいて施工し、各シールドトンネルと地中壁との間にそれぞれ床版を設けることで各シールドトンネルの側方にそれぞれ拡幅部を設けることを特徴とする。

請求項１の発明は、シールドトンネルの側方に地中壁を設けてそれらの間を掘削し、シールドトンネルと地中壁の間に床版を設けてシールドトンネルの側方に拡幅部を設けるとともに、その拡幅部に面するセグメントを解体撤去するようにしたので、シールド工法により施工したトンネルをその側方に容易に拡幅することが可能であり、都市部における道路トンネルや鉄道トンネルに分岐合流部や駅部を設ける場合に適用して最適である。

請求項２の発明は、セグメントとして鋼製セグメントを採用するとともに、拡幅部の床版をＲＣ造として、鋼製セグメントの外側にＲＣ造の床版を一体に接合するようにしたので、それらを確実強固に接合できるし、シールドトンネルの内側に床版が入り込むことがないので極めて施工性に優れる。

請求項３の発明は、ウエブの外周側にスキンプレートを有する溝形断面の鋼製セグメントを採用し、そのスキンプレートを取り外してウエブの内周側に型枠を取り付けることで中空部を確保し、その中空部に鉄筋継手を取り付けて鉄筋を連結し、しかる後に中空部にコンクリートを充填して鋼製セグメントの外側に床版を一体に接合するので、鋼殻としての鋼製セグメントとＲＣ部材としての床版ととを簡単な構造でかつ簡単な作業で確実強固に接合することができる。

請求項４の発明は、複数のシールドトンネルを上下に間隔をおいて施工し、各シールドトンネルと地中壁との間にそれぞれ拡幅部を設けるようにしたので、上下に多段に設けられるシールドトンネルのそれぞれを効率的に拡幅することができる。

図１〜図６を参照して本発明の拡幅工法の一実施形態を説明する。本実施形態の工法は、図１に示すように円形断面の２本のシールドトンネル１（１ａ、１ｂ）を上下に間隔をおいて施工した後、それらシールドトンネル１のそれぞれを側方に拡幅することによって、最終的には図６に示すようにそれぞれが横長断面とされた上下２連のトンネルを施工する場合の適用例である。

すなわち、本工法においては、まず通常のシールド機による通常のシールド工法によって、図１に示すような円形断面の２本のシールドトンネル１（１ａ、１ｂ）を上下に間隔をおいて施工する。

そして、拡幅を行う範囲に対して、図２に示すように地表から双方のシールドトンネル１ａ、１ｂの側方を通過して下段のシールドトンネル１ｂよりも深い位置に達するような地中壁２を設ける。また、上段のシールドトンネル１ａの上部にも地中壁３を設ける。それらの地中壁２，３としては適宜の構造のものが採用可能であるが、たとえば鋼製地中連続壁が好適に採用可能である。なお、地盤の状況等によっては、シールドトンネル１ａの上部に設ける地中壁３としては泥水固化壁等の簡易なものでも充分であるし、必要であれば要所に地盤改良を施すと良い。

図２に示しているように上記の地中壁２，３の間を切梁４により適宜支持しつつ開削していき、上段のシールドトンネル１ａに達したら、図３に示すようにシールドトンネル１ａの上部の高さにＲＣ造（鉄筋コンクリート造）の床版５（上段の床版５ａ）を施工し、その床版５をシールドトンネル１ａのセグメント６と地中壁２の双方に対して接合する。

以上のようにして上段の床版５ａを施工したら、続いて図４に示すようにその下方の地盤を掘削して上下のシールドトンネル１ａ、１ｂの間の高さに同様の床版５（中段の床版５ｂ）を施工し、さらに図５に示すようにその下方地盤を掘削して下段のシールドトンネル１ｂの下部の高さに同様の床版５（下段の床版５ｃ）を施工する。これにより、上段のシールドトンネル１ａの側方には上段の床版５ａと中段の床版５ｂと地中壁２とにより拡幅部７ａが確保され、下段のシールドトンネル１ｂの側方には中段の床版５ｂと下段の床版５ｃと地中壁２とにより拡幅部７ｂが確保される。

そこで、図６に示すように、各シールドトンネル１ａ、１ｂの拡幅部７ａ、７ｂに面しているセグメント６を解体撤去し、シールドトンネル１ａと拡幅部７ａとを連通させ、シールドトンネル１ｂと拡幅部７ｂとを連通させれば、円形断面のシールドトンネル１ａ、１ｂから側方に拡幅された横長断面の拡幅トンネルがそれぞれ構築される。以降は必要に応じて地中壁２に対して増し打ちを行ったりハンチ部を設けて拡幅部７ａ、７ｂの壁面を形成し、また、開削部分を発泡モルタル等により埋め戻す。なお、拡幅部７ａ、７ｂに面するセグメント６を解体撤去してシールドトンネル１ａ、１ｂを拡幅した後には、必要であれば仮壁８によりシールドトンネル１ａ、１ｂと拡幅部７ａ、７ｂとを仮に区画することにより、いずれか一方で工事を続けながら他方の供用を早期に開始することができる。

以上の工法によれば、先行施工したシールドトンネル１ａ、１ｂの側方に地中壁２を設け、それらの間を開削して床版５を設けることで拡幅部７ａ、７ｂを確保したうえで、シールドトンネル１ａ、１ｂからセグメント６の一部を解体撤去することにより、シールドトンネル１ａ、１ｂを極めて容易に拡幅することができる。そして、本工法によれば、従来のように拡幅部全体をシールド工法によることなく開削工法のみで施工する場合に較べれば開削範囲を削減できるし、工期、工費の点で有利である。また、拡幅自体も矩形シールド機により行う従来の拡幅工法においては特殊なシールド機や特殊なセグメントが不可欠であるが、本工法ではそのような必要は一切なく、この点においても合理的である。

なお、上記実施形態では拡幅部７ａ、７ｂを地表からの開削工法により施工したが、開削工法によることなくＮＡＴＭ工法によるトンネル掘削により拡幅部７ａ、７ｂを施工することも可能であり、その例を図７〜図８に示す。

すなわち、図７に示すように上記実施形態の場合と同様にシールドトンネル１ａ、１ｂの側方に地中壁２を設けた後（上記実施形態においてシールドトンネル１ａの上部に設けた地中壁３は本実施形態では省略可能である）、所望位置に設けた立坑（図示せず）からＮＡＴＭ工法により上段のシールドトンネル１ａと地中壁２との間にトンネル１０を掘削する。そして、図８に示すようにそのトンネル１０の内部において上段の床版５ａを施工し、それ以降は、上記実施形態と同様（図４〜図６参照）にその床版５ａの下方地盤を掘削して中段の床版５ｂを設け、さらにその下方地盤を掘削して下段の床版５ｃを設ければ良い。本実施形態によれば立坑を設けるのみで地表からの開削が不要であるから、ＮＡＴＭ工法の採用が可能な場合には上記実施形態の場合よりも効率的な施工が可能である。

ところで、本発明の工法においてはＲＣ造の床版５をセグメント６に対して確実強固に接合する必要があるので、その接合は図９〜図１６に示す構造で行うことが好ましい。

すなわち、本工法においてはシールドトンネル１を施工する際にはそのセグメント６として図１１に示すような鋼製セグメントを採用し、そのセグメント６に床版５を接合するに当たっては、セグメント６を図１２に示すように加工してこれに鉄筋継手１１（１１ａ、１１ｂ）を取り付ける。そして、床版５の施工に際しては各鉄筋１２（引張筋１２ａおよび割裂防止筋１２ｂ）をそれら鉄筋継手１１に連結したうえで、床版５をセグメント６の外側に一体化した状態で形成する。

具体的には、本工法において用いるセグメント６としては、図１１に示すように対のウエブ１３の外周側にスキンプレート１４を取り付けた溝形円弧状の鋼製セグメントを採用し、これを通常のように周方向およびトンネル軸方向に連結して全体として筒状をなすように組み立て、図１３に示すようにシールドトンネル１の一次覆工を形成する。

そのように組み立てたセグメント６の外側に床版５を一体に接合するには、図１２および図１４に示すようにウエブ１３の内面にフランジ１５およびその補強リブ１６を溶接し、そのフランジ１５に鉄筋継手１１ａを所定間隔で取り付ける。また、図１５に示すようにウエブ１３の外周側からスキンプレート１４を取り外し、それに代えて鋼板からなる型枠１７をウエブ１３の内周側に溶接あるいはボルト止めにより取り付け、かつ図９に示すように床版５の接合位置の両端側には同じく鋼板からなる型枠１８を取り付け、それら型枠１７，１８によりウエブ１３の間にコンクリートを打設するための中空部を確保する。そして、上記の型枠１７の内面にも鉄筋継手１１ｂを取り付ける。

上記の鉄筋継手１１としては適宜の形式のものが採用可能であるが、鉄筋１２をワンタッチで連結し得る機械式継手が好適に採用可能である。それら鉄筋継手１１の位置と方向は床版５の配筋に合わせて設置するが、図９に示すように割裂防止筋１２ｂは放射状に配筋されるので、それを連結する鉄筋継手１１（１１ａ、１１ｂ）も放射状に取り付け、鉄筋継手１１ａを取り付けるためのフランジ１５はウエブ１３の外周縁部に沿わせて設ければ良い。また、引張筋１２ａは水平に配筋されるので、それを連結する鉄筋継手１１（１１ａ、１１ｂ）は引張筋１２ａと同軸状態で水平に設け、鉄筋継手１１ａを取り付けるためのフランジ１５は引張筋１２ａに直交するように鉛直に取り付ければ良い。

そして、図１６に示すように各鉄筋継手１１に各鉄筋１２を連結し、床版形成用の型枠（図示せず）を組み立て、その内部にコンクリートを打設するとともに、セグメント６の中空部に一体にコンクリートを充填する。これによりセグメント６の外側に鉄筋１２および鉄筋継手１１を介して確実強固に一体化された状態でＲＣ造の床版５が形成される。

このような構造によりセグメント６と床版５とを接合することにより、セグメント６の外側に床版５を確実強固に接合できる。また、床版５中にセグメント６を巻き込んだり、あるいはセグメント６の内側（すなわちシールドトンネル１の内部）に床版５を接合する場合には、シールドトンネル１の内部に床版５を接合するためのスペースを確保する必要があるが、上記のように床版５をセグメント６の外側に接合することでそのような必要はないし、シールドトンネル１の内部での作業を殆ど不要とでき、極めて施工性に優れ、合理的である。

以上で本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで好適な一例であって、本発明は上記実施形態に限定されることなく適宜の設計的変更が可能である。たとえば上記実施形態は上下２連のトンネルへの適用例であるので、２本のシールドトンネル１ａ、１ｂの側方に３段の床版５ａ、５ｂ、５ｃを設けることとしたが、それに限定されるものではなく、単一のトンネルや上下３連以上のトンネルに対しても同様に適用可能であり、それに応じて床版５を設ければ良い。また、拡幅部を施工するための工程も適宜の変更が可能であり、たとえばシールドトンネル１の施工と地中壁２の施工は並行作業にて行うことも勿論可能であるし、床版５の施工とセグメント６の解体撤去工程とを並行してあるいは相前後して行うことも可能である。さらに、床版５とセグメント６との接合は上記実施形態で例示した構造によることが最適ではあるが、それに限定されるものでもなく、他の接合構造を採用することを妨げるものではない。

本発明の拡幅工法の一実施形態を示すもので、シールドトンネルを施工した状態を示す図である。 同、地中壁を設けて開削した状態を示す図である。 同、上段の床版を施工した状態を示す図である。 同、中段の床版を施工した状態を示す図である。 同、下段の床版を施工した状態を示す図である。 同、拡幅部に面するセグメントを解体撤去した状態を示す図である。 本発明の工法の他の実施形態を示すもので、拡幅部を施工するためのトンネルを設けた状態を示す図である。 同、トンネル内に上段の床版を施工した状態を示す図である。 本発明の工法におけるセグメントと床版との接合構造の一例を示す図である。 同、断面図である。 同、鋼製セグメントの例を示す図である。 同、鋼製セグメントを加工して鉄筋継手を取り付けた状態を示す図である。 同、施工手順を示す図であって、鋼製セグメントを組み立てた状態を示す図である。 同、フランジと鉄筋継手を取り付けた状態を示す図である。 同、スキンプレートを撤去して型枠および他の鉄筋継手を取り付けた状態を示す図である。 同、鉄筋継手に鉄筋を連結した状態を示す図である。

符号の説明

１（１ａ、１ｂ） シールドトンネル
２ 地中壁
５（５ａ、５ｂ、５ｃ） 床版（ＲＣ部材）
６ セグメント（鋼製セグメント、鋼殻）
７ａ、７ｂ 拡幅部
１１（１１ａ、１１ｂ） 鉄筋継手
１２ 鉄筋
１２ａ 引張筋
１２ｂ 割裂防止筋
１３ ウエブ
１４ スキンプレート
１５ フランジ
１７，１８ 型枠

Claims (4)

1. シールドトンネルを施工するとともに、その側方に間隔をおいて地中壁を設け、シールドトンネルと地中壁との間を掘削してそれらの間に床版を設けることでシールドトンネルの側方に拡幅部を設けるとともに、拡幅部に面するシールドトンネルのセグメントを解体撤去することを特徴とするトンネル拡幅工法。
2. 請求項１記載のトンネル拡幅工法において、シールドトンネルのセグメントとして鋼製セグメントを採用するとともに、拡幅部の床版をＲＣ造とし、鋼製セグメントの外側にＲＣ造の床版を一体に接合することを特徴とするトンネル拡幅工法。
3. 請求項２記載のトンネル拡幅工法において、ウエブの外周側にスキンプレートを有する溝形断面の鋼製セグメントを組み立てつつシールドトンネルを施工した後、その外側を掘削し、ウエブからスキンプレートを取り外すとともにウエブの内周側に型枠を取り付けてそれらウエブと型枠とにより中空部を確保し、ウエブおよび型枠の内面に鉄筋継手を取り付けてその鉄筋継手に床版を形成するための鉄筋を連結し、しかる後にコンクリートを打設して床版を形成するとともに鋼製セグメントの中空部に一体にコンクリートを充填することにより、鋼製セグメントの外側に床版を一体に接合した状態で形成することを特徴とするトンネル拡幅工法。
4. 請求項１，２または３記載のトンネル拡幅工法において、複数のシールドトンネルを上下に間隔をおいて施工し、各シールドトンネルと地中壁との間にそれぞれ床版を設けることで各シールドトンネルの側方にそれぞれ拡幅部を設けることを特徴とする請求項１または２記載のトンネル拡幅工法。

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