JP4687986B2 - 大断面トンネルの施工方法 - Google Patents

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本発明は大断面トンネルの施工方法に関する。
大断面トンネルを施工するに際し、予めその輪郭に沿って多数の小断面トンネルを配列して施工し、それら小断面トンネルどうしを連結して覆工体を先行施工した後、その内側を掘削して大断面トンネルを完成させるという工法が提案されている。
たとえば特許文献1には、小断面の先行シールドトンネルと後行シールドトンネルとを交互に配列してそれらの覆工体の一部を重合させた状態で一体化させ、かつ双方の覆工体どうしを補強材により連結した構造のトンネル構造体を施工し、その内側を掘削して大断面トンネルを完成させるという工法が提案されている。
また、特許文献2には、小断面の第一のシールドトンネルと第二のシールドトンネルとを交互に配列するとともに、第一のシールドトンネルには第二のシールドトンネルに向けて延出する延出部を備えて、その延出部と第二のシールドトンネルとを重合させた構造のトンネル構造体を構築するという工法が提案されている。
特許第2788953号公報 特開平11−131973号公報
しかし、特許文献1に示される工法では、先行シールドトンネルと後行シールドトンネルの覆工体はいずれも単なるコンクリート造とされることから、それらの覆工体どうしを構造的に確実に一体化させて安定なトンネル構造体を施工することは現実には困難である。
また、特許文献2に示される工法では、第一のシールドトンネルを複雑な変断面トンネルとして施工することから、必然的にその施工に際しては極めて特殊なシールド掘削機を必要とするので多大なコストを要するものであり、実用に至っていない。
上記事情に鑑み、本発明は大断面トンネルを効率的に施工し得る有効適切な施工方法を提供することを目的とする。
本発明は、施工するべき大断面トンネルの周方向に沿って多数の小断面トンネルを配列して施工し、それら小断面トンネルどうしを連結して大断面トンネルの輪郭に沿う覆工体を先行施工した後、覆工体の内側を掘削して大断面トンネルを完成させる大断面トンネルの施工方法であって、前記小断面トンネルおよび前記覆工体を以下の(a)工程〜(e)工程により施工することを特徴とする。
(a)場所打ちライニング工法によるコンクリート覆工を有する小断面の先行トンネルを間隔を隔てて施工する工程、
(b)シールド工法によるスチールセグメント覆工を有する小断面の後行トンネルを、隣り合う先行トンネル間に該先行トンネルのコンクリート覆工の一部を切除しながら施工することにより、先行トンネルのコンクリート覆工と後行トンネルのスチールセグメント覆工を交互に重合連結する工程、
(c)重合連結したコンクリート覆工とスチールセグメント覆工との連結部の外側の地盤に対して止水材を注入して地盤改良を行う工程、
(d)連結部におけるスチールセグメント覆工およびコンクリート覆工を解体撤去して、連結部の内側に先行トンネルと後行トンネルとを連通せしめる開口部を施工する工程、
(e)先行トンネルと後行トンネルの内部に、開口部を通して連続する一連の覆工体を施工する工程。
なお、本発明においては上記の(c)工程および(d)工程を後行トンネル内から行うと良く、また(d)工程において開口部を施工するに際しては、必要に応じて開口部を補強するための補剛材を開口部の内側の位置に設けると良い。
本発明によれば、覆工体を先行施工してからその内部を掘削して大断面トンネルを完成させるので、覆工体が内部掘削の際に先受け工として機能し、したがって大断面トンネルの施工を安全かつ効率的に実施することができる。
特に、先行トンネルと後行トンネルとを重合させた状態で連結して施工するとともに、その連結部の外側の地盤に対してさらに止水材注入による地盤改良を行うので、連結部に対する止水性を確保でき、施工信頼性と安全性を充分に確保することができる。
また、先行トンネルおよび後行トンネルはそれぞれ周知の場所打ちライニング工法(ECL工法)およびシールド工法をそのまま採用可能であるし、連結部の外側地盤に対する止水工法や、先行トンネルと後行トンネルとの連結部に対する開口部の形成工程、先行トンネルおよび後行トンネル内への一連の覆工体の施工工程も在来工法により容易に施工可能であるから、本発明は何等特殊な工法や複雑な施工手段を必要とせず、大断面トンネルを合理的にかつ充分に経済的に施工することが可能である。
以下、本発明の一実施形態を図1〜図4を参照して説明する。本実施形態は道路トンネルの施工に際して本線トンネル1とランプトンネル2との分岐合流部に大断面トンネル3を施工する場合の適用例であって、図1〜図4に示すように施工するべき大断面トンネル3の周方向に沿ってまず多数の小断面トンネル4を配列して施工し、それら小断面トンネル4どうしを連結して大断面トンネル3の輪郭に沿う覆工体5を先行施工した後、覆工体5の内側を掘削して大断面トンネル3を完成させることを基本とするものであり、特に小断面トンネル4および覆工体5を以下の(a)工程〜(e)工程により施工することを主眼とする。
なお、図示例の実施形態では、本線トンネル1の径は16m程度、ランプトンネル2の径は11.5m程度であり、施工するべき大断面トンネル3の断面はそれらを包含し得るように幅37m程度、高さ33m程度のやや扁平な楕円形状とされている。
また、本実施形態においては小断面トンネル4の径寸法を4m程度とし、それら小断面トンネル4を全32本設けることとしているが、それら小断面トンネル4を、現場打ちライニング工法(ECL工法)によるコンクリート覆工を有する先行トンネル4Aと、シールド工法によるスチールセグメント覆工を有する後行トンネル4Bとにより構成して、それら16本ずつの先行トンネル4Aと後行トンネル4Bとを交互に配列することとしている。
(a)先行トンネルの施工工程
図1に示すように、施工するべき大断面トンネル3の輪郭に沿ってECL工法により先行トンネル4Aを施工する。その際、各先行トンネル4A間には、次工程で後行トンネル4Bを施工するための間隔を確保するが、その相互間隔は後行トンネル4Bの径寸法よりもやや小さくしておく。各先行トンネル4Aのコンクリート覆工6の厚さはたとえば1m程度と厚くしておくが、そのコンクリート覆工6の一部は後段において切除しかつ解体撤去することが可能な構造としておく。
(b)後行トンネルの施工工程
図2に示すように、先行トンネル4A間にシールド工法によって後行トンネル4Bを施工する。その際、後行トンネル4Bを掘進しながら先行トンネル4Aのコンクリート覆工6の一部を切除して、そこに後行トンネル4Bのスチールセグメント覆工7を重合させ、最終的には全ての先行トンネル4Aと後行トンネル4Bとを大断面トンネルの周方向に交互に連結する。
また、次工程において後行トンネル4B内から地盤改良工程を実施し、かつスチールセグメント覆工7の一部を解体撤去するので、後段でのそれらの作業を見越して、スチールセグメント覆工7の施工に際しては止水材注入用の特殊なスチールセグメントを使用したり、解体を前提とした継ぎ手を採用することが好ましい。
(c)地盤改良工程
同じく図2に示すように、先行トンネル4Aと後行トンネル4Bとを重合させた連結部の外側の地盤に対して、後行トンネル4B内から注入管8を打込み、その注入管8を通して止水材を注入して地盤改良を行って地盤改良部9を形成し、それにより連結部での止水性を確保する。
(d)開口部の施工工程
図3に示すように、後行トンネル4B内からの作業により、連結部における後行トンネル4Bのスチールセグメント覆工7の解体撤去するとともに先行トンネル4Aのコンクリート覆工6を解体撤去してそこに開口部10を形成し、その開口部10を通して先行トンネル4Aと後行トンネル4Bとを連通させる。
その際、土圧や水圧に抗する必要があれば開口部10を適宜補強すれば良く、そのためには、開口部10を施工するに先立ち、あるいは開口部10を施工しながら、たとえば図示例のようにH形鋼等の鉄骨を補剛材11として所定ピッチで開口部10の位置に設置すれば良い。
(e)覆工体の施工工程
図4に示すように、先行トンネル4Aと後行トンネル4Bの内部にコンクリートを打設して開口部10を通して連続する一連の覆工体5を施工する。その覆工体5は鉄筋コンクリート造とすれば良く、その施工に際して配筋や型枠その他の必要な関連作業は相前後して適宜行えば良い。
以上の工程により、施工するべき大断面トンネル3の覆工体5が先行施工されたので、その覆工体4の内側の地盤を掘削して本線トンネル1とランプトンネル2を施工し、大断面トンネル3を完成させる。
本実施形態の施工方法によれば、覆工体5を先行施工してからその内部を掘削して大断面トンネル3を完成させるので、覆工体5が内部掘削の際に先受け工(支保構造体)として機能し、したがって大断面トンネル3の施工を安全かつ効率的に実施することができる。
特に、先行トンネル4Aと後行トンネル4Bとを重合させた状態で連結して施工するとともに、その連結部の外側にさらに止水材を注入して地盤改良部9を形成するので、連結部に対する止水性を支障なく確保できて施工信頼性と安全性を充分に確保することができる。
また、先行トンネル4Aおよび後行トンネル4Bの施工工程としてはそれぞれ多数の実績のある在来のECL工法およびシールド工法をそのまま採用可能であるし、連結部の外側地盤に対する止水材の注入工程や、先行トンネル4Aと後行トンネル4Bとの連結部に対する開口部10の形成工程、先行トンネル4Aと後行トンネル4Bの内部への一連の覆工体5の施工工程も在来工法により容易に施工可能であるから、本発明は何等特殊な工法や複雑な施工手段を必要とせず、以上のことから大断面トンネル3を合理的にかつ充分に経済的に施工することが可能である。
以上で本発明の一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ものではなく、たとえば以下に列挙するような様々な設計的変形や応用が可能である。
上記実施形態では先行トンネル4Aと後行トンネル4Bとを16本ずつとして全32本の小断面トンネル4を施工するものとし、各小断面トンネル4をいずれも4m程度の径のものとしたが、小断面トンネル4の本数や径寸法は適宜増減して良く、施工するべき大断面トンネル3の規模や断面形状に応じて適正に設定すれば良いし、先行トンネル4Aと後行トンネル4Bの径寸法を必ずしも一致させる必要もない。
また、図示例の実施形態では全ての先行トンネル4Aを施工してから後行トンネル4Bを施工するような説明としたが、一部の先行トンネル4Aを施工した時点でそれに後追いして隣接する後行トンネル4Bを施工することとして、実質的に先行トンネル4Aと後行トンネル4Bとを並行作業により施工することも勿論可能である。
上記実施形のように、地盤改良部9の形成工程および開口部10の施工工程は後行トンネル4B内から行うことが施工性の点で好ましいが、必ずしもそうすることはなく、必要であればそれらの作業を先行トンネル4A内から、あるいは先行トンネル4Aと後行トンネル4Bの双方から行っても勿論良い。
覆工体5は大断面トンネル3の本設躯体として設けることが可能であり、そのようにすることが現実的であるし最も効率的ではあるが、施工するべき大断面トンネル3の規模や形状あるいは地盤の状況等によっては、覆工体5を仮設の先受工として設けて、その内側を掘削した後に改めて本設の覆工体を設けることでも良い。そのような場合においては、仮設として設けた覆工体5を本設躯体の一部として機能させることも考えられる。
上記実施形態は道路トンネル施工に際しての本線トンネル1とランプトンネル2との分岐合流部としての大断面トンネル3の施工への適用例であるが、本発明はそのような場合のみならず、様々な用途、規模、断面形状の大断面トンネルを施工する場合全般に広く適用できることは当然である。
なお、連結部に対して止水材の注入により地盤改良を行うことに代えて、凍結工法を採用することも考えられようが、凍結工法は止水材注入による地盤改良工法に比べて工費や工期の点で不利であるので採用することができない。
また、シールド工法による施工する後行トンネル4Bをスチールセグメント覆工7ではなくコンクリートセグメント覆工とすることも考えられようが、後行トンネル4B内からの止水材の注入工程や開口部10の施工工程における施工性を考慮するとスチールセグメント覆工7とすべきであり、コンクリートセグメント覆工は好ましくない。
勿論、先行トンネル4AをECL工法ではなくシールド工法により施工してその覆工をコンクリートセグメントやスチールセグメントにより施工することは、後行トンネル4B施工の際に覆工を切除することが困難ないし不可能であるので採用できず、先行トンネル4AはECL工法に限ることは当然である。
本発明の実施形態であるトンネル施工方法における先行トンネルの施工工程を示す図である。 同、後行トンネルの施工工程と地盤改良工程を示す図である。 同、開口部の施工工程を示す図である。 同、覆工体の施工工程を示す図である。
符号の説明
3 大断面トンネル
4 小断面トンネル
4A 先行トンネル
4B 後行トンネル
5 覆工体
6 コンクリート覆工
7 スチールセグメント覆工
8 注入管
9 地盤改良部
10 開口部
11 補剛材

Claims (3)

  1. 施工するべき大断面トンネルの周方向に沿って多数の小断面トンネルを配列して施工し、それら小断面トンネルどうしを連結して大断面トンネルの輪郭に沿う覆工体を先行施工した後、覆工体の内側を掘削して大断面トンネルを完成させる大断面トンネルの施工方法であって、
    前記小断面トンネルおよび前記覆工体を以下の工程により施工することを特徴とする大断面トンネルの施工方法。
    (a)場所打ちライニング工法によるコンクリート覆工を有する小断面の先行トンネルを間隔を隔てて施工する工程、
    (b)シールド工法によるスチールセグメント覆工を有する小断面の後行トンネルを、隣り合う先行トンネル間に該先行トンネルのコンクリート覆工の一部を切除しながら施工することにより、先行トンネルのコンクリート覆工と後行トンネルのスチールセグメント覆工を交互に重合連結する工程、
    (c)重合連結したコンクリート覆工とスチールセグメント覆工との連結部の外側の地盤に対して止水材を注入して地盤改良を行う工程、
    (d)連結部におけるスチールセグメント覆工およびコンクリート覆工を解体撤去して、連結部の内側に先行トンネルと後行トンネルとを連通せしめる開口部を施工する工程、
    (e)先行トンネルと後行トンネルの内部に、開口部を通して連続する一連の覆工体を施工する工程。
  2. 請求項1記載の大断面トンネルの施工方法であって、
    (c)工程および(d)工程を後行トンネル内から行うことを特徴とする大断面トンネルの施工方法。
  3. 請求項1または2記載の大断面トンネルの施工方法であって、
    (d)工程において開口部を施工するに際し、開口部を補強するための補剛材を開口部の内側の位置に設けることを特徴とする大断面トンネルの施工方法。
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