JP4322688B2 - 大断面トンネルの施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の矩形推進管を並設してトンネルの覆工体を構築した後に大断面トンネルを施工する大断面トンネルの施工方法に関するものである。

地下にトンネルを構築する場合、トンネル軸に沿ってトンネルの両側に山留め壁を構築し、その内部を掘削してトンネル函体を構築した後に埋戻しをおこない、山留め壁を撤去する開削工法がおこなわれている。
一方、道路や鉄道などの下に地下立体交差トンネルを構築する場合は、上記する開削工法による地上交通への障害を回避するために、シールド工法や推進工法による施工が一般的である。

ところで、近年の交通量の増加や地下トンネルの適用の多様化などから地下トンネルが大断面化してきている。かかる大断面トンネルを構築する場合、シールド工法にて複数の小断面トンネルを構築して連結させることにより大断面トンネルを構築している（特許文献１参照）。すなわち、複数の小断面の矩形トンネルを掘進後、かかる小断面トンネルを構成する鋼製プレートを撤去して本設の大断面トンネル用の鉄筋を組み立て、コンクリートを打設して大断面のボックストンネルを構築するものである。図１０には上記する仮設施工から本設施工までの概要を示している。並列する小断面トンネルａ，ａ間に薬液注入等の地盤改良ｂをおこなって止水を施した後、本設トンネルｃの構築に障害となる内部のプレートを撤去後、小断面トンネルａ，ａ間に例えば無収縮モルタルの充填やコーキングの施工をおこなう。かかる止水施工により二重、三重の止水構造を構築後、本設トンネルｃの構築に移行するものである。

特開２００１−２１４６９９号公報

前記した従来の大断面トンネルの施工方法にあっては、次のような問題点がある。
＜１＞小断面トンネル間の背面に薬液注入等の地盤改良を施す場合、背面地盤の地盤性状の不確実性から薬液の注入量が設計注入量以上となることがある。かかる場合には施工コストが増加するだけでなく、工期の長期化や途中で別途の地盤改良工事をおこなう必要が生じ得る。
＜２＞小断面トンネルを構成する内部プレートなどを撤去する際、小断面トンネル間の背面に施した薬液注入等による改良地盤にひずみが生じたり、さらには亀裂が発生したりする可能性がある。かかるひずみや亀裂によって止水性が失われた場合には、その対策に別途の工費と工期を要することとなる。

上記のような問題を解決するために、本発明の大断面トンネルの施工方法は、複数の矩形推進管を並設してトンネルの覆工体を構築した後に大断面トンネルを施工する大断面トンネルの施工方法であって、その外郭に地盤切削用拡幅ビットを突設した掘削機を使用して、拡幅部を備えた推進管用掘削孔を造成しながら矩形推進管を地中に設置する先行推進管設置工程と、前記拡幅部に裏込め材を注入する裏込め材注入工程と、その外郭に裏込め材切削用拡幅ビットを突設した掘削機を使用して、裏込め材が充填された前記拡幅部の一部を切削して切削部を構成し、該切削部に袋体を引き込みながら先行設置された前記矩形推進管に並設する矩形推進管を地中に設置する後行推進管設置工程と、前記袋体に注入材を注入する袋体注入工程と、から前記覆工体を構築し、前記後行推進管の側方または上下方向において後行推進管を並設する場合は、前記後行推進管設置工程と前記袋体注入工程を繰返すことによって前記覆工体を構築し、前記覆工体にて土留めをしながら大断面トンネルの施工をおこなう、大断面トンネルの施工方法である。

また、本発明の大断面トンネルの施工方法は、複数の矩形推進管を並設してトンネルの覆工体を構築した後に大断面トンネルを施工する大断面トンネルの施工方法であって、その外郭に地盤切削用拡幅ビットを突設した掘削機を使用して、拡幅部を備えた推進管用掘削孔を造成しながら矩形推進管を地中に設置する先行推進管設置工程と、前記矩形推進管の外周及び前記拡幅部に注入された滑材を裏込め材に置換する裏込め材注入工程と、その外郭に裏込め材切削用拡幅ビットを突設した掘削機を使用して、裏込め材が充填された前記拡幅部の一部を切削して切削部を構成し、該切削部に袋体を引き込みながら先行設置された前記矩形推進管に並設する矩形推進管を地中に設置する後行推進管設置工程と、前記袋体に注入材を注入する袋体注入工程と、から前記覆工体を構築し、前記後行推進管の側方または上下方向において後行推進管を並設する場合は、前記後行推進管設置工程と前記袋体注入工程を繰返すことによって前記覆工体を構築し、前記覆工体にて土留めをしながら大断面トンネルの施工をおこなう、大断面トンネルの施工方法である。

また、本発明の大断面トンネルの施工方法は、複数の矩形推進管を並設してトンネルの覆工体を構築した後に大断面トンネルを施工する大断面トンネルの施工方法であって、その外郭に地盤切削用拡幅ビットを突設した掘削機を使用して、拡幅部を備えた推進管用掘削孔を造成しながら該掘削機の外周及び該拡幅部に滑材を注入し、袋体に流体を注入しながら先行する矩形推進管を地中に設置する先行推進管設置工程と、前記矩形推進管の外周及び前記拡幅部に注入された滑材を裏込め材に置換する裏込め材注入工程と、先行設置された前記矩形推進管に並設する矩形推進管を、前記袋体内の前記流体を除去しながら地中に設置するとともに後行の該矩形推進管の外周に滑材を注入する後行推進管設置工程と、前記先行矩形推進管及び前記後行矩形推進管の夫々の前記袋体に注入材を注入する袋体注入工程と、から前記覆工体を構築し、前記後行推進管の側方または上下方向において後行推進管を並設する場合は、前記後行推進管設置工程と前記袋体注入工程を繰返すことによって前記覆工体を構築し、前記覆工体にて土留めをしながら大断面トンネルの施工をおこなう、大断面トンネルの施工方法である。

本発明の大断面トンネルの施工方法は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果の少なくとも一つを得ることができる。
＜１＞予め切削された切削溝内に設置された袋体を膨らませて止水構造を構成するため、該袋体が設置時に損傷する可能性は極めて低く、また、止水性能に優れた覆工体の構築が可能となる。
＜２＞袋体は予め切削された切削溝内に引き込まれて設置されるため、該袋体が直接地盤（地山）と接触して地盤にひきずられることはなく、よって掘削機の掘進抵抗となることはない。
＜３＞注入材は直接地盤内に注入するのではなく袋体内又は切削部に注入することから、地盤内に過剰に注入材が浸透していくことで生じ得る工費の高騰と施工や対策工などに要する工期の長期化といった問題は生じない。
＜４＞並列する矩形推進管同士の離隔が比較的離れていても、双方の矩形推進管から袋体を膨らませることにより、確実な止水構造を形成することができる。

＜１＞全体の構成
本発明は、掘削機１によって複数の小断面の矩形推進管３を並列配置することにより大断面トンネル施工用の土留め構造を形成後、大断面の本設トンネルを施工する施工方法に関するものである。
本発明の大断面トンネルの施工方法では、特に、土留めの役割を担う小断面の並列する矩形推進管３，３の間を裏込め材５と内部に注入材６が注入された袋体２によって確実に止水しながら大断面トンネル９の施工に移行する施工方法に関する。ここで、裏込め材５は矩形推進管３の設置に先立って掘削機１にて予め余掘りした範囲に注入するのがよい。なお、かかる余掘り部８３には掘削機１の掘進に応じて矩形推進管３の背面地盤へ滑材４をまず注入しておいて、その後に滑材４を裏込め材５にて置き換えるのが好ましい。例えばベントナイトを主材とする滑材４を矩形推進管３の背面に注入しておくことで、該矩形推進管３の推進時の地盤との摩擦抵抗を減じることができる。その後、例えばセメントを主材とする裏込め材５にて滑材４を置き換え、裏込め材５の硬化によって少なくとも並列する矩形推進管３，３のうち、上記する土留めを構成する外郭となる部分においては裏込め材５によって矩形推進管３，３同士が連結するように施工していく。

施工方法は、まず地盤内に先行する先行矩形推進管３１を設置していき、該先行矩形推進管３１からなる列を構築する。この際、並列する後行の後行矩形推進管３２側であって、大断面トンネル９構築時の土留めを構成する外郭付近を後行矩形推進管側へ拡幅できるように（拡幅部８１）、面版側部に地盤切削用拡幅ビット１１を備えた掘削機１を掘進させながら先行矩形推進管３１を設置していく（図１参照）。なお、図１に示す掘削機１は、例えば図９に示す６列の小断面の矩形推進管３の列の構築において、下段の左端の先行矩形推進管３１を施工する際に使用する掘削機１である。また、図２の掘削機１は、図９において下段の中央の後行矩形推進管３２を施工する際に使用する掘削機１である。
滑材４の注入と裏込め材５による置き換えをおこなった後、今度は後行矩形推進管３２の設置をおこなっていく。後行矩形推進管３２の設置に際し、既に形成された拡幅部８１の裏込め材５を切削可能な裏込め材切削用拡幅ビット１２を面版側部に備えた掘削機１を掘進させて拡幅部８１を切削していく（図２参照）。この際、袋体２を、裏込め材切削用拡幅ビット１２にて切削された切削部８２に引き込み設置していく。切削部８２に引き込まれた袋体２内に注入材６を注入することにより袋体２を切削部８２内にて膨らませる。
矩形推進管３，３間の隙間には、裏込め材５と注入材６が注入された袋体２によって止水構造が形成されることとなる。
また、袋体２を切削部８２内にて膨らませる方法ではなく、切削部８２に注入材６を直接注入することもできる（図示せず）。ここで、切削部８２に直接注入する注入材６として、例えば発泡ウレタンなどを使用できる。
なお、水平方向に並列する矩形推進管３，３，３の列を３列施工する場合には、例えば、まず左端列の矩形推進管３を構築するに際して図１のような正面図において面版の右端（及び上端の左端）に地盤切削用拡幅ビット１１を備えた掘削機１を使用する。次に、図２のように面版の左端に裏込め材切削用拡幅ビット１２を備え、面版の右端に地盤切削用拡幅ビット１１を備えた掘削機１を使用する。最後に右端列の矩形推進管３の構築においては、面版の左端に裏込め材切削用拡幅ビット１２を備えた掘削機１を使用する（図示せず）。このように、矩形推進管３の組合せに応じて後行する矩形推進管３の配置位置を勘案して掘削機１の面版の側部（左右）や上下に、地盤切削用拡幅ビット１１又は裏込め材切削用拡幅ビット１２を取り付けて使用する。

さらに、後続の後行矩形推進管３２がある場合（例えば図９のように、さらに上段に３列の矩形推進管３が配置されるなど）には、上記と同様の施工方法によって並列する後行矩形推進管３２を設置していけばよい。ここで、並列するとは、左右に並行配置されることのほかに、上下に並行配置される場合も含んでいる。
複数の小断面の矩形推進管３，３にて土留め構造（覆工体１００）を形成後、大断面トンネル９の施工に移行することができる。

＜２＞掘削機
掘削機１は、矩形断面の推進管を設置できるようにその面版の正面形状が矩形の掘削機を使用するのがよい（図１，２参照）。面版には掘進軸方向の揺動軸回りに後述する揺動カッター２を複数備えて構成できる。複数の揺動カッターは、夫々の掘削範囲を重複させないように制御することができる。すなわち、例えば２基の揺動カッターを同一平面内又は双方が前後するように配置して、夫々の揺動カッター２を自己の持分範囲のみを掘削させることである。矩形断面を掘進する場合には、矩形断面を例えば均等に２分割して、２基の揺動カッターが各分割範囲内を揺動しながら地盤を切削することができる。この場合に、揺動カッターの揺動は、揺動軸を中心に双方が相反する方向に揺動するように制御することができる。

先行矩形推進管３１を施工する際に使用する掘削機１には、並列する後行の後行矩形推進管３２側であって、大断面トンネル９構築時の土留めを構成する外郭付近を後行矩形推進管側へ拡幅できるように（拡幅部８１）、面版側部に地盤切削用拡幅ビット１１を備えて構成する（図１参照）。
また、後行矩形推進管３２の施工に際して使用する掘削機１は、その面版の側部のうち、先行矩形推進管３１または前施工された後行矩形推進管３２の拡幅部８１を切削可能に裏込め材切削用拡幅ビット１２を設けるとともに、さらに後続する後行矩形推進管３２側であって土留めを構成する外郭となる部分に拡幅部８１を形成可能に地盤切削用拡幅ビット１１を備えた掘削機１を使用する（図２参照）。

上記より、地盤切削用拡幅ビット１１や裏込め材切削用拡幅ビット１２は面版の側部（左右又は上下）に着脱可能に製作しておくのが好ましい。１台の掘削機１にて大断面トンネル９用の小断面土留め推進管列を構築するに際して、その施工列によって地盤切削用拡幅ビット１１や裏込め材切削用拡幅ビット１２の取り付け位置を自由に変更できるからである。また、複数の掘削機１を使用して並行掘進施工をおこなうことで、工期の短縮を図ることもできる。

＜３＞矩形推進管
本発明で使用する矩形推進管３は、トンネルの延伸方向に垂直に切断した断面（横断面）が矩形断面であって、鋼製プレートにて構成された管体を使用するのが好ましい。ここで、矩形断面とは、横断面の外形形状が矩形のほか、正方形も含んでいる。複数の矩形推進管３，３を左右又は上下に並列配置して大断面トンネル９構築用の土留め構造を形成する。
矩形推進管３の側部には、屈曲したくぼみ又は凹部３３を設けておくのが好ましい。この場合は切削部８２だけでなく矩形推進管３の凹部３３にも膨らんだ袋体２（注入材６が注入された袋体２）が入り込むことによって、より確実な止水構造を形成できる。

＜４＞滑材及び裏込め材
推進管３の設置に際して、該推進管３と地盤との摩擦抵抗を小さく保ちながら推進施工をおこなうために、掘削機１の側部から滑材４を推進延長にわたって所定間隔で地盤側へ注入していく。かかる滑材４の層を矩形推進管３の外周に構成できるように、掘削機１による掘進時に設置する推進管３の外形寸法よりも数ｃｍ程度余掘りしておくのがよい。
滑材４は、地山の地質に応じて、例えばベントナイトを主材に配合することができる。

矩形推進管３の背面に滑材４を満たした状態で地盤内に設置後、地盤内に裏込め材５を注入して滑材４と置き換えていく。
裏込め材５は、例えばセメント系材料にて製造でき、そのほか滑材４と置換後に並列する矩形推進管３，３間の隙間を満たして硬化することで止水構造を構成する材料であればよい。

＜５＞袋体及び注入材
袋体２は、例えば掘削機１の側部後方にその一端を取り付けておき、掘削機１の掘進に伴ってトンネルの延伸方向に伸びる切削部８２に引き込まれながら設置される。
ホース状の袋体２は、ゴム製材料や繊維材料にて製作できる。ここで、繊維材料としては、例えばアラミド繊維やアクリル繊維などが使用できる。

注入材６は、例えばセメント系材料などのように注入後に硬化する性質の材料を使用する。

地盤内に袋体２を直接引き込み設置するのではなく、予め造成された裏込め材５からなる拡幅部８１を切削した切削部８２に袋体２が設置されることから、引き込まれる際に袋体２が損傷する可能性は極めて低く、また袋体２が掘削機１の掘進の抵抗となることはない。さらに、裏込め材切削用拡幅ビット１２にて削られた切削部８２内で袋体２は膨らむため、切削部８２の内空面と袋体２は確実に密着することができ、高い止水性を確保することができる。

例えば、図９の上下２段（各段３列からなる）からなる矩形推進管３の設置〜大断面トンネル９の施工までの施工方法の実施例について説明する。

まず、図１に示す掘削機１を使用して先行矩形推進管３１からなる列を施工する（先行推進管設置工程）。先行矩形推進管３１は、図９の６基（６列）のどの位置の推進管であってもよいが、図１の掘削機１（上端の左端と右端に地盤切削用拡幅ビット１１が取り付けられた掘削機１）を使用する場合、先行矩形推進管３１は下段の左端の推進管３となる。先行推進管設置工程においては、矩形推進管３の外形よりも数ｃｍ程度余掘りしておくのがよく、その場合には該余掘り部８３には滑材４を注入しておく。もちろん、地盤切削用拡幅ビット１１にて拡幅切削された拡幅部８１にも滑材４が注入されている。

次に、図３に示すように、矩形推進管３の背面に裏込め材５を注入して滑材４と置き換える（裏込め材注入工程）。所定時間の経過に伴って裏込め材５が硬化することで、矩形推進管３（先行矩形推進管３１）は数ｃｍ厚の裏込め材５層にて被覆された状態となる。なお、拡幅部８１も裏込め材５によって同様に置換される。

先行矩形推進管３１に続く後行矩形推進管３２の施工は、図２に示す掘削機１を使用しておこなう（図９の下段の中央の推進管３が施工される）。ここで、図４に示すように、使用する掘削機１に取り付けた裏込め材切削用拡幅ビット１２にて拡幅部８１を切削することで切削部８２を造成しながら、ホース状の袋体２を該切削部８２に引き込み設置していく（後行推進管設置工程）。
切削部８２に袋体２を設置した後に、図５に示すように袋体２内に注入材６を注入して袋体２を膨らませて切削部８２内空面と袋体２表面を密着させる（袋体注入工程）。

図９における下段の左端から中央、右端の矩形推進管３を設置した後、上段の矩形推進管３（列）の施工に移行し、各列の施工は上記する後行矩形推進管設置工程と袋体注入工程を繰返しておこなうことにより覆工体１００が構築できる。
なお、各列の施工は、１基の掘削機１を使用する場合は１列ずつ完成させながら施工することとなるが、複数の掘削機１，１を使用する場合は複数列の施工を並行しておこなうことができる。

６基（列）の矩形推進管３を施工して覆工体１００を構築後、各矩形推進管３を構成する側壁（上床版や底版）を撤去しながら本設の大断面トンネル９の施工をおこなう。ここで、大断面トンネル９の外郭部は上記する止水構造を備えた土留め構造を形成しているので、安全に本設トンネルの施工を実現できる。

本実施例は、上記する実施例１において袋体２を使用しない施工方法に関するものである（図示せず）。
後行推進管設置工程においては拡幅部８１に切削部８２を造成する。
次に、該切削部８２に例えば発泡ウレタン等の注入材６を直接注入する（切削部注入工程）。
本実施例によれば、袋体２の材料費や袋体２を切削部８２に引き込む工程を省略できるため、実施例１に比べて工費を低減させることができる。

本実施例は、並列する矩形推進管３，３の離隔が比較的離れている場合の施工方法に関するものである。
まず、先行推進管設置工程において、例えば水などの流体７を袋体２内に注入しながら該袋体２を膨らませた状態で、裏込め材注入工程に入る（図６参照）。

次に、並行する後行矩形推進管３２の設置に際して、先行推進管設置工程において膨らませておいた袋体２から流体７を除去して該袋体２を掘削溝８２内にしぼませた状態とする。かかる状態で滑材４を外周に注入しながら後行矩形推進管３２を設置していく（図７参照）。その後滑材４は裏込め材５に置換される。ここで、後行矩形推進管３２も袋体２を引き込んだ状態となっている。

先行矩形推進管３１側と後行矩形推進管３２側の双方の袋体２，２内に注入材６を注入することにより、双方の袋体２，２は、夫々の切削溝８２内空面と他方の袋体２に密着することによって止水構造を形成できる（図８参照）。
なお、矩形推進管３，３同士は、ボルトなどにて連結しておくのがよい。
実施例１と同様に、後行矩形推進管設置工程と袋体注入工程を繰返しながら覆工体１００を構築し、該覆工体１００を土留めとして大断面トンネル９の施工に移行する。

先行矩形推進管を設置する掘削機の正面図。 後行矩形推進管を設置する掘削機の正面図。 余堀り部の滑材を裏込め材に置換している状況を説明した説明図。 後行矩形推進管の凹部に備えた袋体に注入材を注入する前の状況を示した断面図。 袋体に注入材を注入した状況を示した断面図。 他の実施例の先行矩形推進管の袋体に流体を注入した状況を示した断面図。 図６の実施例において、先行矩形推進管の袋体から流体を除去して後行矩形推進管を設置した状況を示した断面図。 図７の実施例において、袋体内に注入材を注入した状況を示した断面図。 ６基（列）の矩形推進管を使用して大断面トンネルを施工している状況を示した説明図。 従来の施工方法であって、６基（列）の矩形推進管を使用して大断面トンネルを施工している状況を示した説明図。

符号の説明

１・・・・掘削機
１１・・・地盤切削用拡幅ビット
１２・・・裏込め材切削用拡幅ビット
１３・・・凹部
２・・・・袋体
３・・・・矩形推進管
４・・・・滑材
５・・・・裏込め材
６・・・・注入材
７・・・・流体
８１・・・拡幅部
８２・・・切削部
９・・・・大断面トンネル
１００・・覆工体

Claims (3)

1. 複数の矩形推進管を並設してトンネルの覆工体を構築した後に大断面トンネルを施工する大断面トンネルの施工方法であって、
   その外郭に地盤切削用拡幅ビットを突設した掘削機を使用して、拡幅部を備えた推進管用掘削孔を造成しながら矩形推進管を地中に設置する先行推進管設置工程と、
   前記拡幅部に裏込め材を注入する裏込め材注入工程と、
   その外郭に裏込め材切削用拡幅ビットを突設した掘削機を使用して、裏込め材が充填された前記拡幅部の一部を切削して切削部を構成し、該切削部に袋体を引き込みながら先行設置された前記矩形推進管に並設する矩形推進管を地中に設置する後行推進管設置工程と、
   前記袋体に注入材を注入する袋体注入工程と、から前記覆工体を構築し、
   前記後行推進管の側方または上下方向において後行推進管を並設する場合は、前記後行推進管設置工程と前記袋体注入工程を繰返すことによって前記覆工体を構築し、
   前記覆工体にて土留めをしながら大断面トンネルの施工をおこなう、
   大断面トンネルの施工方法。
2. 複数の矩形推進管を並設してトンネルの覆工体を構築した後に大断面トンネルを施工する大断面トンネルの施工方法であって、
   その外郭に地盤切削用拡幅ビットを突設した掘削機を使用して、拡幅部を備えた推進管用掘削孔を造成しながら矩形推進管を地中に設置する先行推進管設置工程と、
   前記矩形推進管の外周及び前記拡幅部に注入された滑材を裏込め材に置換する裏込め材注入工程と、
   その外郭に裏込め材切削用拡幅ビットを突設した掘削機を使用して、裏込め材が充填された前記拡幅部の一部を切削して切削部を構成し、該切削部に袋体を引き込みながら先行設置された前記矩形推進管に並設する矩形推進管を地中に設置する後行推進管設置工程と、
   前記袋体に注入材を注入する袋体注入工程と、から前記覆工体を構築し、
   前記後行推進管の側方または上下方向において後行推進管を並設する場合は、前記後行推進管設置工程と前記袋体注入工程を繰返すことによって前記覆工体を構築し、
   前記覆工体にて土留めをしながら大断面トンネルの施工をおこなう、
   大断面トンネルの施工方法。
3. 複数の矩形推進管を並設してトンネルの覆工体を構築した後に大断面トンネルを施工する大断面トンネルの施工方法であって、
   その外郭に地盤切削用拡幅ビットを突設した掘削機を使用して、拡幅部を備えた推進管用掘削孔を造成しながら該掘削機の外周及び該拡幅部に滑材を注入し、袋体に流体を注入しながら先行する矩形推進管を地中に設置する先行推進管設置工程と、
   前記矩形推進管の外周及び前記拡幅部に注入された滑材を裏込め材に置換する裏込め材注入工程と、
   先行設置された前記矩形推進管に並設する矩形推進管を、前記袋体内の前記流体を除去しながら地中に設置するとともに後行の該矩形推進管の外周に滑材を注入する後行推進管設置工程と、
   前記先行矩形推進管及び前記後行矩形推進管の夫々の前記袋体に注入材を注入する袋体注入工程と、から前記覆工体を構築し、
   前記後行推進管の側方または上下方向において後行推進管を並設する場合は、前記後行推進管設置工程と前記袋体注入工程を繰返すことによって前記覆工体を構築し、
   前記覆工体にて土留めをしながら大断面トンネルの施工をおこなう、
   大断面トンネルの施工方法。

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