JP4660822B2 - 分岐合流部における支保構造体の構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、都市圏に大深度、大断面の道路トンネルを設ける場合に地下に構築される分岐合流部における支保構造体の構築方法に関する。

近年、大都市圏における新規道路の建設は、地上部の環境条件や用地問題などから、地下に建設される場合が多くなっている。しかし、地下の本線道路は、地上の既存幹線道路と接続する必要があり、この両者を接続する分岐合流部も地下に構築しなければならない現状があった。
一般的に、市街地における地下トンネルは、シールド工法あるいはＮＡＴＭ工法に補助工法を組み合わせた山岳トンネル工法で施工されている。そして、地下における分岐合流部は、例えば夫々のトンネルをなす二つのシールド掘削機同士を機械的に接続させる方法や、本線トンネルのシール掘削機からランプトンネルのシールド掘削機を分岐させる方法による実績がある。ところが、市街地の地下に例えば本線トンネルが３車線でランプトンネルが２車線で従来に比べて大断面の地下空間（以下、大断面地下空間とする）を有する分岐合流部を建設することは地表周辺部の住環境の保全や、地下水の低下を招き易いなど施工が困難となっていた。
これに対して大断面地下空間を構築する方法として、例えば特許文献１及び特許文献２に提案されている方法が開示されている。
特許文献１及び特許文献２は、例えば先行して施工された立坑からシールド掘削機を発進させ、その後方で組み立てられるセグメントで大断面地下空間の外殻（支保構造体）を形成させるものである。このときの掘進方向は略水平方向に掘削するものであって、このとき形成されるトンネル線形は環状あるいは螺旋状の略円形をなし、シールド掘削機を下方に向けて掘進させるなどして地下空間を構築するものであり、このような構築方法を地下における分岐合流部に採用することが可能である。
特公平６−１３８３８号公報 特開平２−１０８７９８号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２では、シールド掘削機を略水平方向に掘進させるものである。したがって、分岐合流部のように延伸方向に長い大断面地下空間を、少なくとも天端部において剛性が高く安定したアーチ形状で構築することが困難であった。このため、分岐合流部をなす大断面地下空間の支保構造としては、十分な剛性が確保されず、構造的に強度が不足する可能性があり、分岐合流部の内側で掘削作業などを行う際に安全上の問題があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、土圧に耐えられる支保構造を構築し、大断面地下空間をなす分岐合流部を安全に掘削できるようにした分岐合流部における支保構造体の構築方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る分岐合流部における支保構造体の構築方法では、地下で分岐又は合流してなるトンネルについての分岐合流部における支保構造体の構築方法であって、分岐合流部は、本線トンネルと円形ランプシールドトンネルとからなり、分岐合流部の外側をトンネルの延伸方向に沿って螺旋状に掘進して螺旋トンネルを形成し、螺旋トンネルを形成するシールド掘削機は、掘進する際に、Ｄ型セグメントによる覆工体とその外側のシールド掘削機で切削可能な充填材を充填した切削可能領域とで円形としたランプシールドトンネルの、切削可能領域を切削して通過し、螺旋トンネルにおいて、分岐合流部の延伸方向に沿って分岐合流部と略同じ長さをなす支保構造体を構築するようにしたことを特徴としている。
本発明では、分岐合流部の外側に螺旋トンネルを形成することで、高剛性で安定した円形断面又は楕円断面をなす分岐合流部の支保構造体を構築することができる。このように、分岐合流部は周囲の土圧に耐えることができる構成であるため、支保構造体の内側の掘削等の作業を安全に行うことができる。

また、本発明に係る分岐合流部における支保構造体の構築方法では、螺旋トンネルがランプシールドトンネルを通過する箇所のＤ型セグメントには、ランプシールドトンネル内から螺旋トンネル内に資材搬入のための連絡口が設けられていることが好ましい。
本発明では、螺旋トンネルの切羽に最も近い通過箇所から掘進作業に必要な資材搬入が行えると共に、その通過箇所を使用して土砂の搬出を行うことができる。

本発明の分岐合流部における支保構造体の構築方法によれば、分岐合流部の外側に螺旋トンネルを形成することで、高剛性で安定した円形断面又は楕円断面をなす分岐合流部の支保構造体を構築することができる。このように、分岐合流部は周囲の土圧に耐えることができる構成であるため、支保構造体の内側の掘削等の作業を安全に行うことができる。
したがって、分岐合流部の支保構造体を大断面地下空間に適用できることから、例えば都市圏における大深度、大断面トンネルの施工に適用することができる。

以下、本発明の分岐合流部における支保構造体の構築方法の実施の形態について、図１乃至図６に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態による分岐合流部を示す平面図、図２は分岐合流部の螺旋トンネルを示す一部破断斜視図、図３は支保構造体を示す断面図、図４は図２の支保構造体を示すＡ−Ａ線断面図、図５は支保構造体の構築方法を示す発進部分の図、図６は同じく掘進途中部分の図である。

図１及び図２に示すように、本実施の形態による分岐合流部における支保構造体の構築方法は、シールド工法により地下に施工された二本の道路トンネルが合流或いは一本のトンネルが分岐する分岐合流部３を構築するものである。
本実施の形態による分岐合流部３は、一方の道路トンネルが３車線を有する本線トンネル１をなし、他方が２車線を有するランプトンネル２をなす大断面地下空間からなる。ランプトンネル２は、地下本線トンネル１Ａと地上本線トンネル１Ｂとを連絡するトンネルである。そして、分岐合流部３では、図１に示す平面視において地下本線トンネル１Ａにランプトンネル２が徐々に接近して略Ｙ字状に接続することになる。

図２に示すように、本線トンネル１は断面リング形状を形成する本線セグメント１０を備え、ランプトンネル２は同じく断面リング形状を形成するランプセグメント２０を備えたシールドトンネルである。
分岐合流部３は、少なくとも本線トンネル１及びランプトンネル２の各々の建築限界、即ち車両の通行部分を確保した大きさの円形断面をなし、延伸方向に連続した略筒形状の空間を形成している。

図３に示すように、分岐合流部３には、その外側を取り囲んで形成される支保構造体５が構築されている。この支保構造体５は、分岐合流部３を構築する際の支保効果を奏し、シールド掘削機６によって分岐合流部３の外側を延伸方向に沿って螺旋状に掘削して形成された螺旋トンネル７からなる。そして、シールド掘削機６が掘削した後方は、円形断面の外殻セグメント７０が複数連続して設置され、ランプトンネル２の外側部分を通過する。

そして、図４に示すように、支保構造体５の支保構造は、分岐合流部３の延伸方向に隣り合う螺旋トンネル７同士を一部オーバーラップさせて形成するものである。具体的には、シールド掘削機６による掘削される径よりも所定寸法小さい径のセグメント５Ａで螺旋トンネル７の内殻を形成し、その内殻外側と地山の掘削側面との間の空間に構造体とみなせる程度の強度を有する裏込材８を充填して螺旋トンネル７とする。そして、その螺旋トンネル７を分岐合流部３の外側で延伸方向に螺旋状に複数回周回させることで分岐合流部３の延伸方向で分岐合流部３の長さにほぼ相当する所定長の支保構造体５を形成する。そして、螺旋トンネル７を周回させる工程で、１周回前の隣の螺旋トンネル７の裏込材をシールド掘削機６によって切削しながら螺旋トンネル７同士を一部オーバーラップさせることで、連続した支保構造体５を形成することができる。

次に、実施の形態による分岐合流部における支保構造体の構築方法について図面に基づいて説明する。
図５及び図６に示すように、ランプトンネル２のランプセグメント２０は、断面リング形状に設置される円形セグメント２０ａと、断面Ｄ型形状に設置されるＤ型セグメント２０ｂとが螺旋トンネル７とからなる。主に分岐合流部３の施工範囲にＤ型セグメント２０ｂが使用され、その他の部分に円形セグメント２０ａが使用されている。

先ず、図５に示すように、螺旋トンネル７を施工するにあたって、ランプトンネル２から発進するシールド掘削機６の発進準備を行う。このとき、シールド掘削機６の発進位置をなす発進室１１は、設置された円形セグメント２０ａの略外側半分を使用する。そして、シールド掘削機６によってランプトンネル２を切削して発進する箇所には、発進口１２が設けられている。この発進口１２は、予めセグメント２ａをシールド掘削機６のカッタで切削可能な部材、例えばコンクリート内の鉄筋を炭素繊維強化プラスチックなどで置き換えて形成しておく。

図５に示すように、発進室１１には、先端を発進口１２に向けるようにしてシールド掘削機６を設置する。そして、発進室１１を取り囲むようにして仕切り壁１３を設ける。仕切り壁１３には、シールド掘削機６の後端部に連絡する開口部（図示省略）を形成しておき、仕切り壁１３で仕切られた発進室１１内をモルタル１４などで埋め戻して発進準備が完了となる。

なお、シールド掘削機６は、例えば切羽を密閉方式による掘削方式で、カッタ、推進ジャッキ、スキンプレートなどを備えた従来と同様の機構を有し、計画される螺旋トンネル７の曲率線形に合わせて推進できるように方向制御させる。そして、資機材の搬入出、シールド掘削機６の駆動用の電線、送水管及び排土管などは、上述した開口部を使用する。また、シールド掘削機６は上下方向に向けた掘進となるため、排土には圧送ポンプを使用し、資材搬入出用に吊上げ式の搬送装置を適宜設けるようにすることが好ましい。

次に、図５に示すように、発進室１１から発進したシールド掘削機６は、分岐合流部３の外側を螺旋トンネル７のトンネル線形として螺旋状に掘進する。そして、掘進と同時に、シールド掘削機６の後で外殻セグメント７０を組み立てる。なお、螺旋トンネル７の発進時は、この発進室１１を介して資材の搬入や掘削土砂の搬出などを行うことができる。

図６に示すように、ランプセグメント２０において、Ｄ型セグメント２０ｂの略左側の領域、即ちランプトンネル２の略左側半分には、シールド掘削機６で切削可能な低強度のモルタルなどの充填材を打設して閉塞した切削可能領域１５を形成しておく。そして、シールド掘削機６は、螺旋状に掘進する際に一周毎にランプトンネル２の切削可能領域１５を切削することでランプトンネル２の略左側半分の領域を通過する。
そして、各通過箇所におけるＤ型セグメント２０ｂに、ランプトンネル２内から螺旋トンネル７の内部に資材等を投入するための連絡口１６を設けておく。これにより、螺旋トンネル７の切羽に最も近い連絡口１６から資材搬入や土砂搬出を行うことができる。

そして、螺旋トンネル７の掘進と同時に裏込材８を充填する（図４参照）。このときの充填範囲は、前述したとおりである。
分岐合流部３の範囲の掘進が終了した後、所定位置のランプトンネル２の内側からシールド掘削機６を搬出する。
このようにして、分岐合流部３の外側に円形断面が形成されるため、大断面の地下空間を確保可能な支保が構築されることになる。さらに、分岐合流部３内の本線トンネル１やランプトンネル２は、支保構造体５の構築後に解体、撤去する。そして、同時に支保構造体５で囲まれる内部の土砂４を取り除いて分岐合流部３の空間を形成させる（図３参照）。
なお、本線トンネル１は、螺旋トンネル７の施工中又は施工前にシールド工法によって施工される。
また、支保構造体５で囲まれた内部の土砂や、本線トンネル１、螺旋トンネル７の一部を撤去して、ひとつの分岐合流部構造体（図示省略）を支保構造体５で囲まれた内部に形成する。

上述した本実施の形態による分岐合流部における支保構造体の構築方法では、分岐合流部３の外側に螺旋トンネル７を形成することで、高剛性で安定した円形断面又は楕円断面をなす分岐合流部３の支保構造体５を構築することができる。このように、分岐合流部３は周囲の土圧に耐えることができる構成であるため、支保構造体５の内側の掘削等の作業を安全に行うことができる。したがって、分岐合流部３の支保構造体５を大断面地下空間に適用できることから、例えば都市圏における大深度、大断面トンネルの施工に適用することができる。
また、螺旋トンネル７は、周辺地山９に与える影響が少ないシールド工法によって構築され、さらに分岐合流部３の延伸方向に隣り合う螺旋トンネル７、７同士を一部オーバーラップさせることで、支保構造体５周囲の土圧を抑えることができ、地表面の地盤沈下の発生や地下水位の低下を防止することができる。
また、螺旋トンネル７を１台のシールド掘削機６で掘削できるため経済的である。

次に、本第一及び第二変形例について、図７、図８に基づいて説明するが、上述の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、実施の形態と異なる構成について説明する。
図７は本実施の形態の第一変形例による支保構造体を示す断面図である。
図７に示すように、第一変形例は、ランプトンネル２からシールド掘削機６を発進して形成される螺旋トンネル７が、ランプトンネル２の外側部分を通過せずに、ランプトンネル２の外方に螺旋トンネル７を構築するものである。この場合、支保構造体５の内側にランプトンネル２及び本線トンネル１が配置されることになる。第一変形例では、上記の実施の形態の螺旋トンネル７より一回り大きな断面となるが、ランプトンネル２に図６に示すＤ型セグメント２０ｂを使用したり、切削可能領域１５を構築したりする手間を省くことができる。

次に、図８は実施の形態の第二変形例による支保構造体を示す図であって、図４に対応する断面図である。
図８に示すように、本第二変形例が実施の形態と相違するところは、分岐合流部３の延伸方向に隣り合う螺旋トンネル７同士が離間して間隙地盤Ｒとなっていることである。そして、この間隙地盤Ｒに螺旋トンネル７内から凍結管１７を挿入し、凍結工法により間隙地盤Ｒを凍結するものである。このように、隣り合う螺旋トンネル７間の間隙地盤Ｒが凍結により地盤改良されて地盤改良部Ｓとなり、この地盤改良部Ｓと螺旋トンネル７がほぼ一体となって支保構造体５が形成される。本第二変形例の効果は、上記の実施の形態と同様に支保構造体５の周囲の土圧を抑えることができ、地表面の地盤沈下の発生や地価水位の低下を防止することができる。

以上、本発明による分岐合流部における支保構造体の構築方法の実施の形態及び第一及び第二変形例について説明したが、本発明は上記の実施の形態及び第一及び第二変形例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態及び第一及び第二変形例では本線トンネル１及びランプトンネル２はシールド工法により施工されたものであるが、これに限定されることはなく、例えばＮＡＴＭなどの山岳トンネル工法によって施工されたトンネルであっても構わない。
また、実施の形態及び第一及び第二変形例では支保構造体５の断面形状を円形としているが、この形状に限定されることはなく、例えば楕円断面や、断面上半が円形をなす断面であってもよい。要は、支保構造体５の上半断面或いは天端部分にアーチ形状が構築されていればよいのである。

本発明の実施の形態による分岐合流部を示す平面図である。 分岐合流部の螺旋トンネルを示す一部破断斜視図である。 支保構造体を示す断面図である。 図２の支保構造体を示すＡ−Ａ線断面図である。 支保構造体の構築方法を示す発進部分の図である。 同じく構築方法を示す掘進途中部分の図である。 実施の形態の第一変形例による支保構造体を示す断面図である。 実施の形態の第二変形例による支保構造体を示す図であって、図４に対応する断面図である。

符号の説明

１ 本線トンネル
２ ランプトンネル
３ 分岐合流部
５ 支保構造体
６ シールド掘削機
７ 螺旋トンネル
８ 裏込材
１０ 本線セグメント
１１ 発進室
１２ 発進口
１３ 仕切り壁
１５ 切削可能領域
２０ ランプセグメント
７０ 外殻セグメント
Ｒ 間隙地盤
Ｓ 地盤改良部

Claims (2)

1. 地下で分岐又は合流してなるトンネルについての分岐合流部における支保構造体の構築方法であって、
   前記分岐合流部は、本線トンネルと円形ランプシールドトンネルとからなり、前記分岐合流部の外側を前記トンネルの延伸方向に沿って螺旋状に掘進して螺旋トンネルを形成し、
   前記螺旋トンネルを形成するシールド掘削機は、掘進する際に、Ｄ型セグメントによる覆工体とその外側のシールド掘削機で切削可能な充填材を充填した切削可能領域とで円形とした前記ランプシールドトンネルの、前記切削可能領域を切削して通過し、
   前記螺旋トンネルにおいて、前記分岐合流部の延伸方向に沿って前記分岐合流部と略同じ長さをなす支保構造体を構築するようにしたことを特徴とする分岐合流部における支保構造体の構築方法。
2. 前記螺旋トンネルが前記ランプシールドトンネルを通過する箇所の前記Ｄ型セグメントには、前記ランプシールドトンネル内から前記螺旋トンネル内に資材搬入のための連絡口が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の分岐合流部における支保構造体の構築方法。

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