JP4668829B2 - トンネルの掘削方法、それを用いたトンネル分岐・合流拡幅部の構築方法及びそれによって構築されたトンネル分岐・合流拡幅部 - Google Patents

Description

本発明は、本線トンネルに対してランプ部トンネルを形成する場合におけるトンネルの掘削方法、それを用いたトンネル分岐・合流拡幅部の構築方法及びそれによって構築されされたトンネル分岐・合流拡幅部に関する。

トンネルの分岐・合流拡幅部の構築を行う方法として、曲線パイプルーフを用いたトンネル分岐・合流拡幅部の構築方法が知られている（特許文献１参照）。

このトンネル分岐・合流拡幅部の構築方法は、本線トンネルとランプ部トンネルを併設し、上半部をつなぐ弧状パイプ、下半部をつなぐ弧状パイプを設置し、上半部側の弧状パイプの端部と下半部側の弧状パイプの端部とをパイプで連結して環状パイプを形成し、環状パイプ間の地盤を改良して、環状パイプと本線トンネルの側部とランプ部トンネルの側部とで囲まれた地盤を掘削し、本線トンネルとランプ部トンネルの外部に配置された環状パイプの内周面に沿って一時覆工を施し、本線トンネルの側部、ランプ部トンネルの側部の所定部分を撤去し、環状パイプの残りの部分の内周面及び一次覆工の内周面に沿って二次覆工を施すようにしている。
特開２００４−３５３２６４号公報

このようなトンネル分岐・合流拡幅部の構築方法にあっては、本線トンネルとランプ部トンネルの接続の間隔が長く、拡幅接合部の施工に伴う土留構造が重厚となるため、地盤改良費、弧状ルーフ（パイプルーフ）鋼材量や推進費、施工に関わる設備費を要し、しかも、弧状パイプの施工が、発進・到達の繰り返しとなるため、発進・到達等の防護工やエントランス、推進機の回収費等を要することとなる。

また、弧状パイプの施工に際して、非常に正確な施工精度が要求されることとなる。

さらに、躯体構築前に内部の掘削を行うため、周辺地山に与える影響が比較的大きく、しかも、本線トンネル及びランプ部トンネルのセグメントにかかる構造的負荷が大きく、セグメント構造も重厚となる。

また、本線トンネル及びランプ部トンネル共に通過しないと、拡幅接合に必要な弧状パイプ等の主要工種が施工できないため、工期が長くなることとなる。

さらに、本線トンネル及びランプ部トンネルを合わせた必要施工幅が大きく、躯体の必要内空に応じて、施工幅を小さくすることができないものである。

本発明の目的は、本線トンネルとランプ部トンネルとの接続幅を小さくして接合施工の簡略化を行い、工期の短縮、工費の削減を図ると共に、構造躯体を構築後に内部地山を掘削、搬出可能にして、本線トンネルへの負荷低減による構造の合理化と周辺地盤への影響を抑制することができ、かつ、分岐・合流部の必要内空に応じて、必要用地幅のコンパクト化を図ることができるトンネルの掘削方法、それを用いたトンネル分岐・合流拡幅部の構築方法及びそれによって構築されされたトンネル分岐・合流拡幅部を提供することにある。

（１）前記目的を達成するため本発明のトンネルの掘削方法は、シールド掘進機により本線トンネルを掘削形成する工程と、
所定間隔を置いて配設した一対の第１の掘進機間に第２の掘進機を連結したコ字状のシールド掘進機を用いて対向する一対のコ字状のトンネルを連結して閉断面のトンネルを構築し、内部の地山を掘削してランプ部トンネルを形成する工程と、
分岐・合流拡幅部において、前記コ字状のシールド掘進機により前記一対のコ字状のトンネルを前記本線トンネルに近接する工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明によれば、分岐・合流拡幅部において、ランプ部トンネルを形成するコ字状のシールド掘進機により一対のコ字状のトンネルを前記本線トンネルに近接することにより、本線トンネルとランプ部トンネルとの接続幅を小さくして接合施工の簡略化を行い、工期の短縮、工費の削減を図ることができ、分岐・合流部の必要内空に応じて、必要用地幅のコンパクト化を図ることができる。

（２）本発明の他のトンネルの掘削方法は、シールド掘進機により本線トンネルを掘削形成する工程と、
所定間隔を置いて配設した一対の第１の掘進機間に第２の掘進機を連結したコ字状のシールド掘進機を用いて対向する一対のコ字状のトンネルを連結して閉断面のトンネルを構築し、内部の地山を掘削してランプ部トンネルを形成する工程と、
分岐・合流拡幅部において、前記コ字状のシールド掘進機により前記一対のコ字状のトンネルの前記本線トンネル側の間隔を開きながら前記本線トンネルに近接する工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明によれば、分岐・合流拡幅部において、ランプ部トンネルを形成するコ字状のシールド掘進機により一対のコ字状のトンネルの本線トンネル側の間隔を開きながら前記本線トンネルに近接することにより、本線トンネルとランプ部トンネルとの接続幅を小さくして接合施工の簡略化を行い、工期の短縮、工費の削減を図ることができ、分岐・合流部の必要内空に応じて、必要用地幅のコンパクト化を図ることができる。

（３）本発明のトンネル分岐・合流拡幅部の構築方法は、（１）記載のトンネルの掘削方法を用いたトンネル分岐・合流拡幅部の構築方法であって、
前記コ字状のシールド掘進機により前記一対のコ字状のトンネルを前記本線トンネルに近接した後、前記本線トンネルと一対のコ字状のトンネルとの接続部及び一対のコ字状のトンネル同士の接続部を接続する工程と、
前記一対のコ字状のトンネル間の地山を掘削して分岐・合流拡幅部を形成する工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明によれば、分岐・合流拡幅部において、ランプ部トンネルを形成するコ字状のシールド掘進機により一対のコ字状のトンネルを前記本線トンネルに近接することにより、本線トンネルとランプ部トンネルとの接続幅を小さくして接合施工の簡略化を行い、工期の短縮、工費の削減を図ることができ、分岐・合流部の必要内空に応じて、必要用地幅のコンパクト化を図ることができると共に、構造躯体を構築後に内部地山を掘削、搬出可能にして、本線トンネルへの負荷低減による構造の合理化と周辺地盤への影響を抑制することができ、かつ、分岐・合流部の必要内空に応じて、必要用地幅のコンパクト化を図ることができる。

（４）本発明の他のトンネル分岐・合流拡幅部の構築方法は、（１）記載のトンネルの掘削方法を用いたトンネル分岐・合流拡幅部の構築方法であって、
前記シールド掘進機により２本の本線トンネルを掘削形成する工程と、
前記コ字状のシールド掘進機により前記一対のコ字状のトンネルそれぞれを前記２本の本線トンネルに近接した後、前記本線トンネルと一対のコ字状のトンネルとの接続部を接続する工程と、
前記一対のコ字状のトンネル間の地山を掘削して分岐・合流拡幅部を形成する工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明によれば、分岐・合流拡幅部において、ランプ部トンネルを形成するコ字状のシールド掘進機により一対のコ字状のトンネルそれぞれを、２本の本線トンネルの間に近接することにより、本線トンネルとランプ部トンネルとの接続幅を小さくして接合施工の簡略化を行い、工期の短縮、工費の削減を図ることができると共に、構造躯体を構築後に内部地山を掘削、搬出可能にして、本線トンネルへの負担軽減による構造の合理化と周辺地盤への影響を抑制することができる。

（５）本発明のトンネル分岐・合流拡幅部は、（３）または（４）記載のトンネル分岐・合流拡幅部の構築方法によって構築される。

本発明によれば、完成断面は、応力集中の発生しにくい構造形状となり、構造安定性に優れたものとすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１〜図１２は、本発明の一実施の形態にかかるトンネルの掘削方法を用いたトンネル分岐・合流拡幅部の構築方法を示す図である。

図１は、本実施の形態にかかるトンネルの掘削方法により構築したトンネル分岐・合流拡幅部の状態を示す平面図で、同図（１）では、シールド掘進機により本線トンネル１０を掘削形成すると共に、本線トンネル１０から所定間隔離れた位置で本線トンネル１０に沿ってランプ部トンネル１２を掘削形成し、このランプ部トンネル１２を本線トンネル１０に対して合流拡幅部１４にて近接、合流させた状態としている。

同図（２）では、本線トンネル１０に対して分岐拡幅部１６よりランプ部トンネル１２を分岐させた状態としている。

同図（３）では、本線トンネル１０に対して分岐・合流拡幅部１８にてランプ部トンネル１２を分岐・合流させた状態としている。

本線トンネル１０は、図２に示すように、円形シールド掘進機により円形断面のトンネルとして掘削形成されている。

ランプ部トンネル１２は、コ字状のシールド掘進機２０を用いて、上下に対向する一対のコ字状のトンネル２２を掘削形成し、この一対のコ字状のトンネル２２の両端部同士間の地山を地盤改良して、コ字状のトンネル２２の両端部同士コ字状のトンネル２２の両端部同士を解体、連結して形成されるようになっている。

コ字状のシールド掘進機２０は、例えば、図４（１）の正面図及び（２）の平面図に示すように、所定間隔を置いて配設した一対の第１の掘進機２４と、この一対の第１の掘進機２４を連結する第２の掘進機２６とを有している。

第１の掘進機２４は、円形断面の本体部２４ａの前面にカッタービット付きの円形の面盤２４ｂを有し、この面盤２４ｂの回転によって、本体部２４ａの断面形状に沿って切羽を掘削可能とされている。

本体部２４ａ内には、面盤２４ｂを回転させる駆動モータ２８、シールドジャッキ３０、セグメント組立用のエレクター３２等が配設されている。

第２の掘進機２６は、ボックス状の本体部２６ａの前面にカッター２６ｂを有し、本体部２６ａ内にはシールドジャッキ３４、エレクター３６等が配設されている。

また、このコ字状のシールド掘進機２０は、コピーカッター３８及びオーバーカッターにより、シールド掘進機２０の移動方向の地山を余掘りし、地盤反力を低減し、シールドジャッキ３０、３４を進行方向に対し回転方向へ偏心させることにより、直進力と共に、回転力を与えたり、シールド掘進機２０内より適度に固結した高濃度塑性流動化材等を強制注入することにより、シールド掘進機２０に上向き力を与えたり、地山を押し付けるジャッキを装備して、ジャッキによる押付け力の反力により、シールド掘進機２０に上向き力を与えるなどして、姿勢制御を容易に行えるようになっている。

合流拡幅部１４、分岐拡幅部１６、分岐・合流拡幅部１８は、図３に示すように、図２の状態から、コ字状のシールド掘進機２０により、一対のコ字状のトンネル２２の本線トンネル１０側の間隔を開きながら本線トンネル１０接近した後、本線トンネル１０と一対のコ字状のトンネル２２との接続部４０及び一対のコ字状のトンネル２２同士の接続部４２の地山を地盤改良して止水を行って、本線トンネル１０と一対のコ字状のトンネル２２との接続部４０及び一対のコ字状のトンネル２２同士の接続部４２を接続し、一対のコ字状のトンネル２２間の地山を掘削して形成するようになっている。

次に、この合流拡幅部１４、分岐拡幅部１６、分岐・合流拡幅部１８（以下では、分岐・合流拡幅部１８として説明する。）の構築方法について、図５〜図１２を参照して説明する。

まず、図５に示すように、コ字状のシールド掘進機２０により、一対のコ字状のトンネル２２の本線トンネル１０側の間隔を開きながら本線トンネル１０に横八の字状に接近する。

この場合、分岐・合流拡幅部１８の必要内空に応じてコ字状のシールド掘進機２０を本線トンネル１０に接近させることで、施工幅のコンパクト化を図ることが可能となる。

また、このコ字状のシールド掘進機２０によるコ字状のトンネル２２の構築は、本線トンネル１０の通過前でも行うことができるため、本線トンネル１０の通過を待たずに施工でき、工期短縮、工費削減が可能となる。

次に、図６に示すように、本線トンネル１０の通過後、本線トンネル１０と一対のコ字状のトンネル２２との接続部４０及び一対のコ字状のトンネル２２同士の接続部４２の地山を地盤改良して地盤改良部４４を形成し、止水を行う。

この場合、本線トンネル１０と一対のコ字状のトンネル２２との接続部４０及び一対のコ字状のトンネル２２同士の接続部４２の接続幅の最小化により、地盤改良工の簡略化による工期短縮、工費削減が可能となる。

次いで、図７に示すように、本線トンネル１０内に補強梁４６を設置する。

次に、図８に示すように、本線トンネル１０と一対のコ字状のトンネル２２との接続部４０及び一対のコ字状のトンネル２２同士の接続部４２を掘削し、配筋４８を設置する。

次いで、図９に示すように、接続部４０、４２を含むコ字状のトンネル２２内及び本線トンネル１０内にコンクリートを打設し、コ字状のトンネル２２及び本線トンネル１０を構造体５６として完成させる。

次に、図１０に示すように、コ字状のトンネル２２の隅角部セグメントを撤去しながら、掘削機５２によりコ字状のトンネル２２間の地山を掘削する。

この場合、構造躯体５６の構築後に内部地山を掘削することとなるため、セグメントへの負荷を低減し、周辺地山への影響を抑制することが可能となる。

次いで、図１１に示すように、本線トンネル１０とコ字状のトンネル２２間に位置する本線トンネル１０のセグメント５４を撤去して本線トンネル１０内とコ字状のトンネル２２側の空間とを連通させる。

そして、図１２に示すように、分岐・合流拡幅部１８の内部構築を行うことにより、分岐・合流拡幅部１８が完成することとなる。

この場合、分岐・合流拡幅部１８は、完成断面が応力集中の発生しにくい構造形状となり、構造安定性に優れたものとすることができる。

図１３及び図１４には、本発明の他の実施の形態にかかるトンネル掘削方法を用いたトンネル分岐・合流拡幅部の構築方法を示す。

この実施の形態では、図１３に示すように、円形シールド掘進機により２本の円形断面の本線トンネル１０、１０を間隔を離して掘削形成するようにしている。

また、２本の本線トンネル１０、１０と離れた位置にコ字状のシールド掘進機により一対のコ字状のトンネル２２を上下対向状態で掘削形成し、この一対のコ字状のトンネル２２の両端部同士間の地山を地盤改良して、コ字状のトンネル２２の両端部同士コ字状のトンネル２２の両端部同士を解体、連結してランプ部トンネル１２を形成する。

次いで、図１４に示すように、一対のコ字状のトンネル２２のそれぞれを２本の本線トンネル１０、１０に近接させ、２本の本線トンネル１０、１０の間に近接位置させる。

次に、２本の本線トンネル１０、１０と一対のコ字状のトンネル２２、２２との接続部５８を接続する。

次いで、一対のコ字状のトンネル２２、２２と２本の本線トンネル１０、１０に囲まれた地山を掘削して分岐・合流拡幅部６０を形成するようにしている。

このように、分岐・合流拡幅部６０において、ランプ部トンネル１２を形成するコ字状のシールド掘進機により一対のコ字状のトンネル２２、２２のそれぞれを、２本の本線トンネル１０、１０の間に近接することにより、本線トンネル１０、１０とランプ部トンネル１２との接続幅を小さくして接合施工の簡略化を行い、工期の短縮、工費の削減を図ることができると共に、構造躯体を構築後に内部地山を掘削、搬出可能にして、本線トンネル１０、１０への負担軽減による構造の合理化と周辺地盤への影響を抑制することができることとなる。

図１５は、コ字状のシールド掘進機の変形例を示す図である。

このコ字状のシールド掘進機６２は、所定間隔を置いて配設された一対の第１の掘進機２４間に設けられる第２の掘進機６４を弓形状に曲折した形状としている。

このような形状とすることにより、頂版部が弓形状に曲折した出入り口トンネルや出入り口分岐・合流拡幅部を構築することができ、応力集中が発生しにくく、構造安定性に優れたものとすることができる。

本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の形態に変形可能である。

例えば、前記実施の形態では、本線トンネルの片側側方に分岐・合流拡幅部を構築する場合について説明したが、この例に限らず、本線トンネルの両側側方に分岐・合流拡幅部を構築することも可能である。

また、並行する２本のトンネルに対向する一対のコ字状のトンネルをハの字状に開いて近接させて２本のトンネルを連結することも可能である。

さらに、前記実施の形態では、両側が円形の第１の掘進機を有するコ字状のシールド掘進機にてコ字状のトンネルを掘削する場合について説明したが、この例に限らず、両側がボックス形状の第１の掘進機を有するコ字状のシールド掘進機にてコ字状のトンネルを掘削することも可能である。

本実施の形態にかかるトンネルの掘削方法により構築したトンネル分岐・合流拡幅部の状態を示すもので、（１）はトンネル合流拡幅部の平面図、（２）はトンネル分岐拡幅部の平面図、（３）はトンネル分岐・合流拡幅部の平面図である。 本線トンネルとランプ部トンネルの並行状態における断面図である。 トンネル分岐・合流拡幅部の断面図である。 （１）はコ字状のシールド掘進機の正面図、（２）はその平面図である。 コ字状のトンネルが本線トンネルに近接した状態を示す断面図である。 図５の状態から接続部の地盤改良を行う状態を示す断面図である。 図６の状態から本線トンネル内に補強梁を設置する状態を示す断面図である。 図７の状態から接続部の掘削、配筋の設置を行う状態を示す断面図である。 図８の状態から本線トンネル内及びコ字状のトンネル内にコンクリートを打設して構造躯体を構築する状態を示す断面図である。 図９の状態からコ字状のトンネル間の地山を掘削する状態を示す断面図である。 図１０の状態から本線トンネルのセグメントを撤去する状態を示す断面図である。 図１１の状態からトンネル分岐・拡幅部の内部構築を行う状態を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態にかかるトンネル掘削方法を用いたトンネル分岐・合流拡幅部の構築方法を示すもので、コ字状のトンネルが本線トンネルに対して近接する前の状態を示す断面図である。 図１３の状態からコ字状のトンネルが本線トンネルに対して近接した状態を示す断面図である。 コ字状のシールド掘進機の変形例を示す概略図である。

符号の説明

１０ 本線トンネル
１２ ランプ部トンネル
１４ 合流拡幅部
１６ 分岐拡幅部
１８、６０ 分岐・合流拡幅部
２０、６２ コ字状のシールド掘進機
２２ コ字状のトンネル
２４ 第１の掘進機
２６、６４ 第２の掘進機

Claims (5)

1. シールド掘進機により本線トンネルを掘削形成する工程と、
   所定間隔を置いて配設した一対の第１の掘進機間に第２の掘進機を連結したコ字状のシールド掘進機を用いて対向する一対のコ字状のトンネルを連結して閉断面のトンネルを構築し、内部の地山を掘削してランプ部トンネルを形成する工程と、
   分岐・合流拡幅部において、前記コ字状のシールド掘進機により前記一対のコ字状のトンネルを前記本線トンネルに近接する工程と、
   を含むことを特徴とするトンネルの掘削方法。
2. シールド掘進機により本線トンネルを掘削形成する工程と、
   所定間隔を置いて配設した一対の第１の掘進機間に第２の掘進機を連結したコ字状のシールド掘進機を用いて対向する一対のコ字状のトンネルを連結して閉断面のトンネルを構築し、内部の地山を掘削してランプ部トンネルを形成する工程と、
   分岐・合流拡幅部において、前記コ字状のシールド掘進機により前記一対のコ字状のトンネルの前記本線トンネル側の間隔を開きながら前記本線トンネルに近接する工程と、
   を含むことを特徴とするトンネルの掘削方法。
3. 請求項１または２記載のトンネルの掘削方法を用いたトンネル分岐・合流拡幅部の構築方法であって、
   前記コ字状のシールド掘進機により前記一対のコ字状のトンネルを前記本線トンネルに近接した後、前記本線トンネルと一対のコ字状のトンネルとの接続部及び一対のコ字状のトンネル同士の接続部を接続する工程と、
   前記一対のコ字状のトンネル間の地山を掘削して分岐・合流拡幅部を形成する工程と、
   を含むことを特徴とするトンネル分岐・合流拡幅部の構築方法。
4. 請求項１記載のトンネルの掘削方法を用いたトンネル分岐・合流拡幅部の構築方法であって、
   前記シールド掘進機により２本の本線トンネルを掘削形成する工程と、
   前記コ字状のシールド掘進機により前記一対のコ字状のトンネルそれぞれを前記２本の本線トンネルに近接した後、前記本線トンネルと一対のコ字状のトンネルとの接続部を接続する工程と、
   前記一対のコ字状のトンネル間の地山を掘削して分岐・合流拡幅部を形成する工程と、
   を含むことを特徴とするトンネル分岐・合流拡幅部の構築方法。
5. 請求項３または４記載のトンネル分岐・合流拡幅部の構築方法によって構築されたトンネル分岐・合流拡幅部。

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