JP4500142B2

JP4500142B2 - 地下構造物とその構築方法

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Publication number: JP4500142B2
Application number: JP2004280662A
Authority: JP
Inventors: 友一伊藤; 泰造下村; 研一金子; 儀生小泉
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2024-09-27
Also published as: JP2006090099A

Description

本発明は、止水性に優れた地下構造物とその構築方法に関する。

並設された複数本のトンネルを利用して築造した地下構造物が特許文献１に記載されている。この地下構造物は、複数本のトンネルを構築した後に、各トンネルの不要な覆工を撤去して大きな空間を形成しつつ、各トンネルの残置された覆工を利用して本設の頂底版や側壁等を形成することにより築造される。なお、複数のトンネルは、時間差をもって順次に構築され、しかも、後行のトンネルは、先行のトンネルの隣に構築される。また、各トンネルは、推進工法またはシールド工法により構築される。

ここで、推進工法とは、トンネルの覆工となる筒状の推進函体を坑口から順次地中に圧入してトンネルを構築する工法である。なお、推進函体の先端には、刃口から掘進機などが取り付けられている。推進工法の掘進機は、推進函体に反力をとって自ら推進するもの（つまり、推進ジャッキを装備しているもの）でもよいし、推進函体を介して伝達された元押しジャッキの推力により掘進するものであってもよい。一方、シールド工法とは、トンネル切羽に設置された掘削機で地山を掘削するとともに、掘進機の内部でトンネル覆工となるセグメントを組み立ててトンネルを構築する工法である。なお、シールド掘進機は、その内部で組み立てられたセグメントに反力を取って自ら掘進する。

ところで、特許文献１の地下構造物においては、隣り合う二つのトンネルのうち、一方のトンネルの覆工（すなわち、セグメントや推進函体）には、トンネル軸方向に沿ってガイド溝が形成されており、他方のトンネルの覆工には、一方の覆工のガイド溝に摺動自在に嵌合する突条が形成されている。このようにすると、先行して構築されたトンネルの覆工をガイドして後行のトンネルの覆工を構築することが可能となるので、隣接するトンネル同士にずれが生じ難くなり、ひいては、効率良く施工することが可能となる。
特開２００１−２１４６９９号公報（［００２２］、図１）

ところが、前記の地下構造物においては、推進函体間の止水機能がなく、完成後の地下構造物の止水性を確保するためには、別途、目地部に止水板を配置するなどの止水構造を構築する必要があり、この作業に手間を要し、施工期間が長くなるという問題点を有していた。

本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、並設された複数本のトンネルを利用して築造される地下構造物であって、簡易な方法により構築される、止水性に優れた地下構造物とその構築方法を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、複数本のトンネルを利用して築造する、地下構造物の構築方法であって、側面にトンネル軸方向に沿って形成されたガイド溝を有した函体を、地中に配置して先行トンネルを構築する、先行トンネル構築工程と、側面にトンネル軸方向に沿って形成されてその先端に凹部を有する突条を有した函体を、該突条を前記ガイド溝に挿入させつつ、前記先行トンネルに並設して地中に配置することで後行トンネルを構築する、後行トンネル構築工程と、前記ガイド溝と前記凹部との間に形成された空間に注入管を挿入する、注入管挿入工程と、前記注入管を介して、前記突条の周囲に止水剤を充填する、止水工程と、並設された前記複数本のトンネルの不要な覆工を撤去し、残置された覆工を利用して頂底版と側壁を形成する工程と、を含み、前記先行トンネル構築工程および前記後行トンネル構築工程において、前記函体を地中に配置する際に前記函体の周囲に滑材を注入充填しておき、前記函体を地中に配置した後に前記滑材を裏込材に置き換えることを特徴としている。

かかる地下構造物の構築方法により、ガイド溝に突条を挿入させる構成を採用しているため、先行して構築されたトンネルに沿って後行して構築されるトンネルを簡易に構築することが可能となる。また、ガイド溝の内部において、突条が余裕を有して挿入されていれば、先行して構築されたトンネルが蛇行し、あるいは捩れている場合や、後行のトンネルの掘進機にローリングやピッチング等が発生した場合であっても、これらの影響が両トンネルの連結部分で吸収されることになるので後行のトンネルをスムーズに構築することが可能となり好適である。
そして、突条には、その先端に凹部が形成されており、この凹部に注入管を挿入して止水剤をガイド溝の内部に挿入された突条の周囲に注入することで、両トンネルの目地の止水を行うため、止水性に優れた地下構造物を簡易に構築することが可能となる。

本発明により、別途止水構造を構築することなく、簡易に止水性に優れた地下構造物を構築することができるため、施工期間の大幅な短縮が可能となる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。

本発明に係る地下構造物１は、図１（ａ）に示すように、その断面内において並設された複数本（本実施形態では６本）のトンネルＴ１，Ｔ１，…を利用して築造したものであり、頂版１Ａ、底版１Ｂ及び側壁１Ｃ，１Ｃを備えている。また、図１（ｂ）に示すように、隣り合う二つのトンネルＴ１，Ｔ１のうち、一方のトンネルＴ１の覆工Ｌ１には、他方のトンネルＴ１側に開口するガイド溝Ｄ１がトンネル軸方向（図１（ｂ）において紙面垂直方向）に沿って形成されており、他方のトンネルＴ１の覆工Ｌ１には、一方のトンネルＴ１のガイド溝Ｄ１に遊嵌する突条Ｐ１が形成されている。そして、突条Ｐ１には、その先端に凹部Ｐ１１が形成されている。なお、以下では、一方のトンネルＴ１のガイド溝Ｄ１と他方のトンネルＴ１の突条Ｐ１を合せて、単に「継手Ｊ１」と称することがある。

トンネルＴ１は、推進工法またはシールド工法により構築することができるが、本実施形態では、推進工法により構築するものとする。つまり、本実施形態においては、各トンネルＴ１の覆工Ｌ１は、トンネル軸方向に連設された複数の推進函体１０，１０，…（図２参照）からなる。

図２に示すように、推進函体１０は、角筒状に形成された外殻１１と、トンネル軸方向に所定の間隔をあけて並設された複数の主桁１２，１２，…と、隣り合う主桁１２，１２間においてトンネル軸方向に沿って配置された複数の縦リブ１３，１３，…と、を備えて構成されている。

外殻１１は、溶接により接合された複数枚の鋼製のスキンプレート１１１，１１１，…からなり、全体として断面矩形を呈している。
なお、図２の右側に示す推進函体１０の外殻１１の上面および左側面は、大小３枚のスキンプレート１１１により形成されており、かつ、隣り合うスキンプレート１１１，１１１間には隙間１１ａが形成されている。この隙間１１ａは、トンネル軸方向に延在しており、ガイド溝Ｄ１の開口部となっている。

主桁１２は、外殻１１の内面に沿って枠状に配置された四枚の鋼製の板材からなり、各板材は、溶接により外殻１１の内周面に接合されている。また、図２の右側に示す推進函体１０の主桁１２には、後記する溝部材１４の断面形状に合せてＴ字形状の切欠きが形成されている。

縦リブ１３は、外殻１１の内周面に溶接により接合された鋼製の板材からなる。なお、縦リブ１３の長手方向の端部は、主桁１２の側面に溶接により接合されている。

また、推進函体１０には、ガイド溝Ｄ１となる溝部材１４および突条Ｐ１となる突部材１５の両方または一方が外殻１１の隅角部の近傍に取り付けられている。なお、ガイド溝Ｄ１および突条Ｐ１の位置および個数は、トンネルＴ１の位置に応じて適宜設定する。

溝部材１４は、外殻１１の内周面において隙間１１ａに沿って配置されている。また。図３に示すように、溝部材１４は、外殻１１の隙間１１ａを挟んで対向する一対の対向片１４１，１４１と、この一対の対向片１４１，１４１のそれぞれの先端部から側方に張り出す張出片１４２，１４２と、この張出片１４２，１４２に設けられた断面コ字形状（溝形）の形材１４３とを備えて構成されており、これらによって幅狭部１４ａと幅広部１４ｂとを備える断面Ｔ字形状の溝（いわゆるＴ溝）が形成されている。なお、対向片１４１、張出片１４２および形材１４３は鋼製の部材からなり、溶接により互いに接合されている。

突部材１５は、図２に示すように、外殻１１の外周面においてトンネル軸方向に沿って配置されており、その突端部分が外殻１１の外側に突出している。また、図３に示すように、突部材１５は、外殻１１の外周面に配置されたレール１５１と、外殻１１の内周面に配置された押えプレート１５２と、レール１５１のフランジ１５１ａと押えプレート１５２とを貫通するボルト１５３，１５３，…と、各ボルト１５３を締結するナット１５４，１５４，…とを備えて構成されている。

レール１５１は、熱押形鋼からなり、外殻１１の外周面に固定されるフランジ１５１ａと、このフランジ１５１ａから立ち上がるウェブ１５１ｂと、このウェブ１５１ｂの突端部分に形成された頭部１５１ｃとを備えている。そして、頭部１５１ｃは、断面形状が略コの字状に形成されて、凹部１５１ｄを有している。また、レール１５１のウェブ１５１ｂの幅（厚さ）が溝部材１４の幅狭部１４ａの幅（すなわち、ガイド溝Ｄ１の開口幅ａ）よりも小さくなっており、かつ、頭部１５１ｃの断面積が溝部材１４の幅広部１４ｂの断面積よりも小さくなっているので、レール１５１は、上下左右に動き得るクリアランスをもって溝部材１４の内部に入り込む。つまり、突条Ｐ１となるレール１５１は、ガイド溝Ｄ１となる溝部材１４と遊嵌状態で結合することになる。また、レール１５１の頭部１５１ｃは、溝部材１４の幅狭部１４ａの幅（すなわち、ガイド溝Ｄ１の開口幅）よりも大きい幅寸法に成形されている。このようにすると、レール１５１の溝部材１４からの抜け出しが阻止されることから、隣り合う推進函体１０，１０が必要以上に離間することを防ぐことができる。

なお、凹部１５１ｄは、注入管１６が挿入可能な形状に形成されており、当該注入管１６から止水剤１６ａを注入することで、突条Ｐ１とガイド溝Ｄ１との隙間を塞いで、継手Ｊ１の止水を行う。

次に、地下構造物１の築造方法の概要を、図４（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。なお、以下の説明においては、複数のトンネルＴ１，Ｔ１，…を、施工順にトンネルＴ１１〜Ｔ１６と称することがある。

地下構造物１を築造するには、まず、図４（ａ）に示すように、その断面内の下部中央に一本目のトンネルＴ１１を構築したうえで、この一本目のトンネルＴ１１の横隣りに二本目のトンネルＴ１２および三本目のトンネルＴ１３を構築する。

続いて、図４（ｂ）に示すように、一本目のトンネルＴ１１の縦（上）隣に四本目のトンネルＴ１４を構築し、さらに、トンネルＴ１２およびトンネルＴ１４に隣接する位置に五本目のトンネルＴ１５を構築し、トンネルＴ１３およびトンネルＴ１４に隣接する位置に六本目のトンネルＴ１６を構築する。なお、トンネルＴ１１〜Ｔ１６の構築順序は、図示のものに限らず、適宜変更しても差し支えない。また、本実施形態においては、隣り合うトンネルＴ１，Ｔ１は、後行のトンネルＴ１を構築する際に、継手Ｊ１を介して互いに連結される。

隣接するトンネルＴ１，Ｔ１の構築が完了したら、継手Ｊ１の凹部Ｐ１１とガイド溝Ｄ１との間に形成された空間に注入管１６を挿入した後、当該注入管を介して止水剤を注入して継手Ｊ１の止水を行う（図３参照）。ここで、注入管１６の継手Ｊ１への挿入は、注入管１６の先端から洗浄水を噴射して継手Ｊ１の内部に詰まった土砂を洗浄しながら行う。そして、注入管１６が、トンネルＴ１の先端まで到達したら、止水剤を注入しながら徐々に引き抜くことにより、継手Ｊ１の止水を行う。

なお、後行のトンネルＴ１は、先行して構築したトンネルＴ１の隣において、複数の推進函体１０，１０，…を図示せぬ坑口から先行トンネルＴ１に沿って順次押し出すことにより構築される。なお、トンネルＴ１の施工中は、推進函体１０の周囲に滑材を注入・充填しておき、トンネルＴ１の構築が完了した後に、硬化性の裏込材に置き換える。また、図示は省略するが、各トンネルＴ１において、トンネル軸方向に隣り合う推進函体１０，１０は、ボルト・ナット等を用いて連結される。

また、図４（ａ）に示す掘進機Ｋは、その後方の推進函体１０（図２参照）に反力をとって自ら掘進するもの（つまり、図示せぬ推進ジャッキを装備しているもの）でもよいし、推進函体１０を介して坑口側から伝達された図示せぬ元押しジャッキの推力により掘進するものであってもよい。また、掘削機Ｋのカッターヘッドとしては、例えば、略菱形を呈する二つの揺動カッターＫ１，Ｋ１を備えるものを採用することができる。揺動カッターＫ１，Ｋ１は、それぞれ揺動軸を中心に揺動し、互いに干渉しないように相反する方向に制御される。これにより、掘削断面を矩形にすることが可能となる。なお、カッターヘッドの形態は、図示のものに限定されるものではなく、掘削断面の形状や土質等に応じて変更しても差し支えない。

トンネルＴ１１〜Ｔ１６の構築が完了したら、図４（ｃ）に示すように、地下構造物１の断面形状に合せて、トンネルＴ１１〜Ｔ１６の不要な覆工Ｌ１２，Ｌ１２，…を撤去して大きな空間を形成する。

そして、図４（ｄ）に示すように、地山との境界（すなわち、地下構造物１の外縁）に沿って残置されたトンネルＴ１１〜Ｔ１６の覆工Ｌ１１，Ｌ１１，…を利用して本設の頂版１Ａ、底版１Ｂおよび側壁１Ｃ，１Ｃを形成すると、地下構造物１となる。なお、不要な覆工Ｌ１２を全部撤去した後に頂版１Ａ、底版１Ｂおよび側壁１Ｃ，１Ｃを形成してもよいし、トンネルＴ１１〜Ｔ１６の不要な覆工Ｌ１２の一部を撤去しつつ、地下構造物１の頂版１Ａ、底版１Ｂおよび側壁１Ｃ，１Ｃを構築してもよい。

以上、本発明の地下構造物の構築方法によれば、先行するトンネルＴ１が蛇行し、あるいは捩れている場合や、後行のトンネルＴ１の掘進機Ｋ（図４（ａ）参照）にローリングやピッチング等が発生した場合であっても、これらの影響が両トンネルＴ１，Ｔ１の連結部分で吸収されることになるので、その施工を確実に行うことが可能となる。

つまり、図２に示すように、後行のトンネルＴ１となる推進函体１０（以下、「後行の推進函体１０」という）を先行のトンネルＴ１に沿って押し出す際には、後行の推進函体１０のレール１５１は、先行トンネルＴ１を構成する推進函体１０の溝部材１４の内部にトンネル軸方向から挿入されことになるが、図３に示すように、このレール１５１が溝部材１４の内部に遊嵌状態で入り込むので、先行のトンネルＴ１が蛇行等していても、あるいは、後行のトンネルＴ１の掘進機Ｋにローリング等が生じていても、溝部材１４とレール１５１とが直ちに競ってしまうというような不都合が発生することがなく、その結果、後行の推進函体１０をスムーズに押し出すことが可能となる。

例えば、図５（ａ）は、後行のトンネルＴ１の掘進機Ｋ（図４（ａ）参照）がローリングすることで、その後方の推進函体１０がトンネル軸回りに回転している状態を示す断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＹ１部分における溝部材１４（ガイド溝Ｄ１）と突部材１５（突条Ｐ１）のレール１５１の結合状態を示しているが、この図に示すように、溝部材１４とレール１５１との間にクリアランスがあるので、後行の推進函体１０がトンネル軸に対して傾斜していても、溝部材１４とレール１５１とが直ちに競ってしまうというような不都合が発生することがなく、その結果、後行の推進函体１０をスムーズに押し出すことが可能となる。

また、図５（ｃ）は、後行トンネルＴ１の掘進機Ｋ（図４（ａ）参照）がピッチングすることで、その後方の推進函体１０がトンネル軸方向に対して上下に蛇行している状態を示す側面図であり、図５（ｄ）は、図５（ｃ）のＹ２−Ｙ２断面における溝部材１４（ガイド溝Ｄ１）と突部材１５（突条Ｐ１）のレール１５１の結合状態を示しているが、この場合においても、溝部材１４とレール１５１とが直ちに競ってしまうというような不都合が発生することがなく、その結果、後行の推進函体１０をスムーズに押し出すことが可能となる。なお、図示は省略するが、後行トンネルＴ１の掘進機Ｋがヨーイングすることで、その後方の推進函体１０がトンネル軸方向に対して左右に蛇行している場合も同様である。

また、図３に示すように、この溝部材１４およびレール１５１は、遊嵌状態で結合してトンネルＴ１の蛇行等に対応可能に構成されている一方で、レール１５１の頭部１５１ｃ（すなわち、突条Ｐ１の突端部分）が溝部材１４の幅狭部１４ａの幅（ガイド溝Ｄ１の開口幅）よりも大きい幅寸法に成形されているので、隣り合う推進函体１０，１０が必要以上に離間することがなく、その結果、寸法精度の高い地下構造物１を構築することが可能となる。

また、隣り合うトンネルＴ１，Ｔ１の目地の止水は、ガイド溝Ｄ１に突条Ｐ１を遊嵌して、ガイド溝Ｄ１の内部において、突条Ｐ１の先端に形成された凹部Ｐ１１を介して止水剤１６ａを注入することにより行なわれているため、別途止水構造を構築する必要がなく、簡易に止水性に優れた地下構造物が構築される。

このように、この推進函体１０を用いれば、スムーズかつ正確に止水性に優れた地下構造物１を構築することが可能となる。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、推進函体が鋼製の部材で構成されている場合を例示したが、この他、球状黒鉛鋳鉄製の部材で構成されているものであってもよく、さらには、鉄筋コンクリート製の部材で構成されているものであってもよい。

また、突条をボルトとナットを介して、推進函体の側面に取り付ける構成としたが、例えばレールのフランジ部を推進函体の側面に溶接して取り付けてもよく、突条の取り付け方法は限定されるものではない。
また、前記実施形態では、突条を熱押形鋼からなるレールにより形成するものとしたが、例えば鋼板を組み合わせて形成してもよく、突条の形成方法は限定されるものではない。同様に、前記実施形態では、ガイド溝について形鋼を組み合わせて形成するものとしたが、ガイド溝の形成方法も限定されるものではないことは、いうまでもない。

また、前記実施形態では、継手への止水剤の注入を、注入管を介して行う構成としたが、継手の止水方法は限定されるものではなく、例えば、継手の洗浄後、直接止水剤を突条の凹部とガイド溝との間に形成された空間に充填してもよい。

（ａ）は本発明に係る地下構造物を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ１部分の拡大図であって、一方のトンネルのガイド溝と他方のトンネルの突条の結合状態を示す断面図である。推進函体を示す斜視図である。突条を含む継手の拡大断面図である。（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る地下構造物の築造手順を示す断面図である。（ａ）は推進函体がトンネル軸回りに回転している状態を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＹ１部分におけるガイド溝と突条の結合状態を示す模式図、（ｃ）は推進函体がトンネル軸方向に対して上下に蛇行している状態を示す側面図、（ｄ）は（ｃ）のＹ２−Ｙ２断面におけるガイド溝と突条の結合状態を示す模式図である。

符号の説明

１地下構造物
１０推進函体
１１外殻
１２主桁
１３縦リブ
１４溝部材
１５突部材
Ｔ１（Ｔ１１〜Ｔ１６）トンネル
Ｌ１覆工
Ｄ１ガイド溝
Ｐ１突条
Ｐ１１凹部

Claims

複数本のトンネルを利用して築造する、地下構造物の構築方法であって、
側面にトンネル軸方向に沿って形成されたガイド溝を有した函体を、地中に配置して先行トンネルを構築する、先行トンネル構築工程と、
側面にトンネル軸方向に沿って形成されてその先端に凹部を有する突条を有した函体を、該突条を前記ガイド溝に挿入させつつ、前記先行トンネルに並設して地中に配置することで後行トンネルを構築する、後行トンネル構築工程と、
前記ガイド溝と前記凹部との間に形成された空間に注入管を挿入する、注入管挿入工程と、
前記注入管を介して、前記突条の周囲に止水剤を充填する、止水工程と、
並設された前記複数本のトンネルの不要な覆工を撤去し、残置された覆工を利用して頂底版と側壁を形成する工程と、を含み、
前記先行トンネル構築工程および前記後行トンネル構築工程において、前記函体を地中に配置する際に前記函体の周囲に滑材を注入充填しておき、前記函体を地中に配置した後に前記滑材を裏込材に置き換えることを特徴とする、地下構造物の構築方法。