JP4750568B2 - トンネル合流部の構築方法およびトンネル合流部構造 - Google Patents

トンネル合流部の構築方法およびトンネル合流部構造 Download PDF

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本発明は、道路トンネルの分岐部や合流部、鉄道トンネルの渡り線部等のトンネル合流部の構築方法およびトンネル合流部構造に関する。
従来より、道路トンネルの分岐部や合流部、鉄道トンネルの渡り線部に形成される本線と分岐線との連結部分は、長い（２００ｍ程度）織り込み区間であるため、地表からの開削工法により函型の構造物を構築するか、あるいは、複数のシールドトンネルを並行して近接施工した後、地表から地盤改良を行ったうえで、トンネル同士をＮＡＴＭ工法などで連結させる工法が採られていた。しかし、前記開削工法は地表から開削工事が可能な場所に限定され、前記ＮＡＴＭ工法は周辺地盤が持つ固有の強度を積極的に活用してトンネルを安定支持するものであり、周辺地盤への影響を配慮する必要があるため、大掛かりな地下水対策や地盤変状対策などが必要となるなどの問題があった。
近年、このような課題に対し、シールドトンネルの連結部分の構築を容易にし得る幾つかの工法が提案されている。例えば下記特許文献１では、図２３(A)に示されるように、アーチ状または筒状に形成され地山の土圧に抗して内部空間を形成するトンネル構造体５０と、該トンネル構造体５０の内側に形成されるトンネル空間５１とからなる大断面トンネルであって、図２３(B)に示されるように、前記トンネル構造体５０は構築すべきトンネル長手方向に形成され互いに隣接する多数のシールドトンネル５２，５２…により構成され、かつ隣接形成された二つのシールドトンネル５２，５２…の覆工体の一部が切削され、ここに他方のシールドトンネル５３，５３…の覆工体が位置して形成されることにより、これらシールドトンネル５２…、５３…が互いに重合して一体化されている大断面トンネルを構築する工法が開示されている。前記シールドトンネル５２，５３は、図２４に示されるように、シールド機５４の掘進に伴い組立てられるセグメント５５を一次覆工体とし、掘進と共に前記セグメント５５の外側に裏込め硬化充填材（モルタル又はコンクリート）５６を打設し二次覆工体を構築するものである。
また下記特許文献２では、トンネル合流部の構築方法に係り、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て、上半部および下半部の弧状パイプの端部同士をパイプで連結した環状パイプを形成し、該環状パイプの周囲に凍結工法により凍土を形成して止水を図った上で、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することによって連結するものである。そして、本線トンネルとランプ部トンネルの連結後、前記環状パイプの内周面に沿って一次覆工を施すことにより、凍土の凍結解除後も止水性を確保した後、所定の部分を撤去して、環状パイプの残りの部分の内周面および一次覆工の内周面に沿って、二次覆工を施すトンネル合流部の構築方法が開示されている。
特許第２８４９６０５号 特開２００４−３５３２６４号公報
しかしながら、上記特許文献１に記載されるトンネルの構築方法では、各シールドトンネルの覆工体の一部が互いに重合して一体化されているため、構造性及び止水性の点において優れているものの、多数本のシールドトンネルを施工する必要があるため、施工性が悪いとともに、施工コストが膨大となるなどの問題があるとともに、本線トンネルとランプトンネルとの合流部のような２本のトンネルの合流構造及び合流部施工方法については何ら開示されていない。
また、上記特許文献２に記載されるトンネル合流部の構築方法では、本線トンネルとランプトンネルとの施工後でないとトンネル合流部を構築できないこと、止水のための凍結工法による凍土の形成等に時間がかかることなどにより作業工程が長期化するとともに、周辺地盤の凍土の形成や解凍による地盤変状に伴う強度や温度の変化に対する管理および制御が困難であるなどの問題があった。
そこで本発明の主たる課題は、道路トンネルの合流部や鉄道トンネルの渡り線部などの、第１のトンネルと第２のトンネルとの合流部の構築方法において、止水性に優れるととも、高強度の覆工体が構築でき、かつ施工期間が短縮できるとともに、地盤変状に対する特別な地盤の管理および制御を必要としないトンネル合流部の構築方法およびトンネル合流部構造を提供することにある。
前記課題を解決するために請求項１に係る発明として、セグメントを組立てながら掘進するシールド機により構築された第１トンネルと、セグメントを組立てながら掘進するシールド機により構築された第２トンネルとを合流させるトンネル合流部の構築方法であって、
近接して並列される前記第１トンネルと第２トンネルとの構築予定部位のほぼ中間であって、その上部側及び下部側に夫々、セグメントを組立てると共に、該セグメントの外側にライニングコンクリートを打設するライニングシールド機により相対的に小径の結合用トンネルを構築する第１ステップと、
下記(1)〜(4)の工程を含む第２ステップと、
(1)前記上部側及び下部側の結合用トンネルのライニングコンクリートと、セグメントとが重合するように前記第１トンネルを構築する工程。
(2)前記上部側及び下部側の結合用トンネルのライニングコンクリートと、セグメントとが重合するように前記第２トンネルを構築する工程。
(3)前記上部側結合用トンネルのセグメントと第１トンネルのセグメントとをトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合するとともに、前記上部側結合用トンネルのセグメントと第２トンネルのセグメントとをトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合する工程。
(4)前記下部側結合用トンネルのセグメントと第１トンネルのセグメントとをトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合するとともに、前記下部側結合用トンネルのセグメントと第２トンネルのセグメントとをトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合する工程。
下記(1)〜(2)の工程を含む第３ステップと、
(1)前記上部側の連結鋼材と下部側の連結鋼材との間に存在する前記第１トンネル部分のセグメント、第２トンネル部分のセグメント及び必要に応じて土砂を撤去し、前記第１トンネル空間と第２トンネル空間とを連通させる工程。
(2)前記第１トンネル空間と第２トンネル空間とに跨る覆工コンクリートを打設し構造的に一体化する工程。
からなることを特徴とするトンネル合流部の構築方法が提供される。
請求項２に係る本発明として、セグメントを組立てながら掘進するシールド機により構築された第１トンネルと、セグメントを組立てると共に、該セグメントの外側にライニングコンクリートを打設しながら掘進するライニングシールド機により構築された第２トンネルとを合流させるトンネル合流部の構築方法であって、
近接して並列される前記第１トンネルと第２トンネルとの構築予定部位のほぼ中間であって、その上部側及び下部側に夫々、セグメントを組立てると共に、該セグメントの外側にライニングコンクリートを打設するライニングシールド機により相対的に小径の結合用トンネルを構築する第１ステップと、
下記(1)〜(4)の工程を含む第２ステップと、
(1)前記上部側及び下部側の結合用トンネルのライニングコンクリートと、セグメントとが重合するように前記第１トンネルを構築する工程。
(2)前記上部側及び下部側の結合用トンネルのライニングコンクリートと、少なくとも前記ライニングコンクリートとが重合するように前記第２トンネルを構築する工程。
(3)前記上部側結合用トンネルのセグメントと第１トンネルのセグメントとをトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合するとともに、前記上部側結合用トンネルのセグメントと第２トンネルのセグメントとをトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合する工程。
(4)前記下部側結合用トンネルのセグメントと第１トンネルのセグメントとをトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合するとともに、前記下部側結合用トンネルのセグメントと第２トンネルのセグメントとをトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合する工程。
下記(1)〜(2)の工程を含む第３ステップと、
(1)前記上部側の連結鋼材と下部側の連結鋼材との間に存在する前記第１トンネル部分のセグメント、第２トンネル部分のセグメント及びライニングコンクリート及び必要に応じて土砂を撤去し、前記第１トンネル空間と第２トンネル空間とを連通させる工程。
(2)前記第１トンネル空間と第２トンネル空間とに跨る覆工コンクリートを打設し構造的に一体化する工程。
からなることを特徴とするトンネル合流部の構築方法が提供される。
請求項３に係る本発明として、セグメントを組立てると共に、該セグメントの外側にライニングコンクリートを打設しながら掘進するシールド機により構築された第１トンネルと、セグメントを組立てると共に、該セグメントの外側にライニングコンクリートを打設しながら掘進するライニングシールド機により構築された第２トンネルとを合流させるトンネル合流部の構築方法であって、
近接して並列される前記第１トンネルと第２トンネルとの構築予定部位のほぼ中間であって、その上部側及び下部側に夫々、セグメントを組立てると共に、該セグメントの外側にライニングコンクリートを打設するライニングシールド機により相対的に小径の結合用トンネルを構築する第１ステップと、
下記(1)〜(4)の工程を含む第２ステップと、
(1)前記上部側及び下部側の結合用トンネルのライニングコンクリートと、少なくとも前記ライニングコンクリートとが重合するように前記第１トンネルを構築する工程。
(2)前記上部側及び下部側の結合用トンネルのライニングコンクリートと、少なくとも前記ライニングコンクリートとが重合するように前記第２トンネルを構築する工程。
(3)前記上部側結合用トンネルのセグメントと第１トンネルのセグメントとをトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合するとともに、前記上部側結合用トンネルのセグメントと第２トンネルのセグメントとをトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合する工程。
(4)前記下部側結合用トンネルのセグメントと第１トンネルのセグメントとをトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合するとともに、前記下部側結合用トンネルのセグメントと第２トンネルのセグメントとをトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合する工程。
下記(1)〜(2)の工程を含む第３ステップと、
(1)前記上部側の連結鋼材と下部側の連結鋼材との間に存在する前記第１トンネル部分のセグメント及びライニングコンクリート、第２トンネル部分のセグメント及びライニングコンクリート及び必要に応じて土砂を撤去し、前記第１トンネル空間と第２トンネル空間とを連通させる工程。
(2)前記第１トンネル空間と第２トンネル空間とに跨る覆工コンクリートを打設し構造的に一体化する工程。
からなることを特徴とするトンネル合流部の構築方法が提供される。
上記請求項１〜３記載の発明においては、第１トンネルと第２トンネルの施工に先行して、前記第１トンネルと第２トンネルとの構築予定部位のほぼ中間であって、その上部側及び下部側に夫々、セグメントを組立てると共に、該セグメントの外側にライニングコンクリートを打設するライニングシールド機により相対的に小径の結合用トンネルを構築した後、前記第１トンネル及び第２トンネルを構造形式に応じて（通常のシールド工法か外部ライニングコンクリートを備えたシールド工法）、前記結合用トンネルのライニングコンクリートと、セグメント又は外部ライニングコンクリートと重合する条件の下で構築し、前記結合用トンネルと、第１トンネル及び第２トンネルのセグメントとをトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材を用いて構造的に結合し、その後に上部側の連結鋼材と下部側の連結鋼材との間に存在する前記第１トンネル部分のセグメント、ライニングコンクリート、第２トンネル部分のセグメント、ライニングコンクリート、更に土砂が存在する場合には土砂を撤去し、前記第１トンネル空間と第２トンネル空間とを連通させるとともに、第１トンネル空間と第２トンネル空間とに跨る覆工コンクリートを打設し構造的に一体化するものである。
ここで、請求項１記載の発明は前記第１トンネルと第２トンネルが通常のシールド構造で構築する場合であり、請求項２記載の発明は第１トンネル及び第２トンネルのどちらか一方が通常のシールド構造で、他方が外部ライニング付シールド構造の場合であり、請求項３記載の発明は第１トンネル及び第２トンネルの両者が外部ライニング付シールド構造の場合である。各請求項１〜３の特質は、先ず請求項１記載の発明は第１トンネル及び第２トンネルが通常のシールド構造であり、施工性に優位性があるが、合流部端部では止水性の第１トンネルと第２トンネルとの間の部分で止水を必要とする。前記請求項２記載の発明は、後施工となる第１トンネル又は第２トンネルの外部ライニングを充填した際に、結合用トンネルのライニングコンクリートに対して外部ライニングのコンクリートを密着させことができるため万全に止水性を確保できる他、合流部端部の止水性処理面を低減或いは無くすことが可能である。前記請求項３記載の発明は、後施工となる第１トンネル及び第２トンネルの外部ライニングと、結合用トンネルのライニングコンクリートとの重合部における止水性を万全に確保できる他、合流部端部の止水性処理面を実質的に無くすことが可能である。
請求項４に係る本発明として、前記上部側結合用トンネル及び下部側結合用トンネルは夫々、単体のトンネル構造体とされ、該単体の結合用トンネルのライニングコンクリートが前記第１トンネル及び第２トンネルのセグメント又はライニングコンクリートに重合している請求項１〜３いずれかに記載のトンネル合流部の構築方法が提供される。
上記請求項４記載の本発明は、前記上部側結合用トンネル及び下部側結合用トンネルは夫々、単体のトンネル構造体とした場合であり、この場合は単体の結合用トンネルのライニングコンクリートが前記第１トンネル及び第２トンネルのセグメント又はライニングコンクリートに重合する構造とする。
請求項５に係る本発明として、前記上部側結合用トンネル及び下部側結合用トンネルは夫々、並列された複数のトンネル構造体とされ、各結合用トンネル同士はライニングコンクリートが重合するとともに、セグメント同士がトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合され、端部に位置する結合用トンネルはライニングコンクリートが夫々、前記第１トンネル又は第２トンネルのセグメント或いはライニングコンクリートに重合するとともに、セグメント同士がトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合される請求項１〜３いずれかに記載のトンネル合流部の構築方法が提供される。
上記請求項５記載の本発明は、前記上部側結合用トンネル及び下部側結合用トンネルは夫々、並列された複数のトンネル構造体とした場合であり、この場合は各結合用トンネル同士はライニングコンクリートが重合するとともに、セグメント同士がトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合され、端部に位置する結合用トンネルはライニングコンクリートが夫々、前記第１トンネル又は第２トンネルのセグメント或いはライニングコンクリートに重合するとともに、セグメント同士がトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合された構造とする。この場合、前記並列された複数のトンネル構造体は、水平方向に並列させてもよいが、好ましくは第１トンネルと第２トンネルとの形状を含めた全体形状が略楕円形状に近づくように、外側に向けて膨出する円弧線状に沿って配列するのが望ましい。
請求項６に係る本発明として、前記ライニングコンクリートは、コンクリート中に鋼繊維、ガラス繊維、炭素繊維又は有機系繊維のいずれか又は組合せに係る繊維を混入した繊維補強コンクリートとする請求項１〜５いずれかに記載のトンネル合流部の構築方法が提供される。前記結合用トンネル、第１トンネル及び／又は第２トンネルのライニングコンクリートとしては、通常のコンクリートはもちろんの事、場合によっては繊維補強され、コンクリートの靭性を高めたコンクリートを使用することができる。
請求項７に係る本発明として、セグメントとライニングコンクリートとの重合部において、予めセグメント外面に多数のアンカー筋を固設しておき、ライニングコンクリートとの一体化を図る請求項１〜６いずれかに記載のトンネル合流部の構築方法が提供される。前記結合用トンネル、第１トンネル及び／又は第２トンネルにおいて、セグメントとライニングコンクリートとの一体化を増強するには、予めセグメント外面に多数のアンカー筋を固設しておき、ライニングコンクリートとの一体化を図るのが望ましい。
請求項８に係る本発明として、前記第２ステップの(3)及び(4)の結合用トンネルと第１トンネル及び第２トンネルとの連結構造による結合工程を省略した請求項１〜７いずれかに記載のトンネル合流部の構築方法が提供される。トンネルの構造的耐力が十分である場合には、前記第２ステップの(3)及び(4)の結合用トンネルと第１トンネル及び第２トンネルとの連結構造による結合工程を省略することが可能である。
請求項９に係る本発明として、前記請求項１〜請求項８いずれかに記載のトンネル合流部の構築方法によって構築されたことを特徴とするトンネル合流部構造が提供される。
以上詳説のとおり本発明によれば、道路トンネルの合流部や鉄道トンネルの渡り線部などの、第１のトンネルと第２のトンネルとの合流部の構築方法において、止水性に優れるとともに、高強度の覆工体が構築でき、かつ施工期間が短縮できるようになる。また、地盤変状に対する特別な地盤の管理および制御を必要としないなどの効果を奏することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
本形態例では、セグメントを組立てながら掘進するシールド機により構築された第１トンネルと、セグメントを組立てると共に、該セグメントの外側にライニングコンクリートを打設しながら掘進するライニングシールド機により構築された第２トンネルとを合流させるトンネル合流部の構築方法について詳述する。
図１は、本発明に係るトンネル合流部の構築方法を用いて構築された本線トンネル１およびランプトンネル２の合流区間３付近の平面図である。図２(A)は本線トンネル１とランプトンネル２の併設区間４を示す図１のIIＡ−IIＡ断面図、図２(B)は合流区間３の第１区間５を示す図１のIIＢ−IIＢ断面図、図２(C)は合流区間３の第２区間６を示す図１のIIＣ−IIＣ断面図、図２(D)は合流区間３の第３区間７を示す図１のIIＤ−IIＤ断面図である。
図１、２に示されるように、本線トンネル１とランプトンネル２は、それぞれシールド機によって掘削されたシールドトンネルであり、両トンネル１、２が独立して併設される併設区間４と、本線トンネル１とランプトンネル２とが連結された合流区間３とから構成される。
図１、２に示されるように、前記併設区間４では、本線トンネル１に形成される本線車線１ａとランプトンネル２に形成されるランプ車線２ａとがそれぞれ独立している。前記合流区間３の第１区間５では、本線トンネル１とランプトンネル２のセグメントが連結されて、大空間のトンネル内に仕切り壁によって隔てられた本線トンネル１とランプトンネル２とが構築されている。前記合流区間３の第２区間６では、同様に本線トンネル１とランプトンネル２とが連結され、大空間のトンネルが構築されるとともに、本線車線１ａとランプ車線２ａとが合流している。さらに、前記合流区間３の第３区間７では、同様に本線トンネル１とランプトンネル２とが連結され、大空間のトンネルが構築されるとともに、ランプ車線２ａが本線車線１ａに合流している。
次に、前記合流区間３のトンネル合流部の構築方法を図３〜図１４に基づいて説明する。
（第１ステップ）
先ず、図３に示されるように、近接して並列される本線トンネル１とランプトンネル２との構築予定部位のほぼ中間であって、その上部側及び下部側に夫々、セグメント１０、１３を組立てると共に、該セグメント１０、１３の外側にライニングコンクリート１１、１４を打設するライニングシールド機１２により、本線トンネル１、ランプトンネル２に比して相対的に小径で、単体のトンネル構造体である結合用トンネル８、９を構築する。
前記セグメントの外側にライニングコンクリートを打設するライニングシールド機としては、本出願人が先の特願２００５−３２４７５９号で提案したライニングシールド機を好適に使用することができる。同ライニングシールド機１２は、例えば図１５に示されるように、セグメント１０の組立てを行うとともに、前記セグメント１０の外側にライニングコンクリート１１の打設を行いながら地山を掘進可能としたシールド機であって、前面にカッターヘッド１２ａを備えるとともに、周囲を囲むスキンプレート１２ｂと、該スキンプレート１２ｂ内に設けられたシールドジャッキ１２ｃ、１２ｃ…、エレクター１２ｄを含む掘進設備一式とを備えるシールド機本体１２ｅと、前記スキンプレート１２ｂの後部側内部に配設される覆工体組立用内筒１２ｆとからなり、前記覆工体組立用内筒１２ｆは、スキンプレート１２ｂ内面との間にシール材１２ｇを介して配設された外周側プレート１２ｈと、該外周側プレート１２ｈと略同心状にその内側に配設されるとともに、後部側にテールシール１２ｉ、１２ｉ…を備え、内方側空間においてセグメントの組立が行われる内周側プレート１２ｊと、前記外周側プレート１２ｈ及び内周側プレート１２ｊの後端側において、該外周側プレート１２ｈと内周側プレート１２ｊとによって形成される環状空間部分を封鎖する妻壁面１２ｋとを含み、前記シールド機本体１２ｅに対して伸縮ジャッキ１２ｌ、１２ｌ…によりシールド機軸方向にスライド制御可能に連結されているものを使用することができる。
前記ライニングシールド機１２による結合用トンネル８の掘進は、図１５ に示される状態からシールド機本体１２ｅの内部に配置されたシールドジャッキ１２ｃ、１２ｃ…の反力を、設置したセグメントの端面に取り、シールド機１２を１サイクル分（１セグメント分）だけ掘進させるようにする。この際、打設したライニングコンクリート１１の硬化を待つため覆工体構築用内筒１２ｆは伸縮ジャッキ１２ｌ…をシールドジャッキ１２ｃ…の伸長量に合わせて伸長させ、前記覆工体構築用内筒１２ｆが移動しないように保持する。図１６に示されるように、シールド機１２が１セグメント分の掘進を終えたならば、シールドジャッキ１２ｃ…を収縮させてセグメント設置空間を確保する。次に図１７に示されるように内周側プレート１２ｊの内部側空間内でエレクター１２ｄによりセグメントの組立を行う一方で、覆工体構築用内筒１２ｆの背面に生じたクリアランスＣ部分に、打設口１２ｍからライニングコンクリート１１を充填し（図１８）、次サイクルの掘進作業を行うようにする。
前記ライニングシールド機１２を用いて結合用トンネル８、９の構築を行うことによって、覆工体組立用内筒１２ｆの内周側プレート１２ｊ内で行われるセグメントの組立作業と、シールド機本体１２ｅに設備されたシールドジャッキ１２ｃ…による掘進作業とを交互に繰り返しセグメントを構築する一方で、前記伸縮ジャッキ１２ｌ…において、シールド機１２の掘進を相殺し覆工体組立用内筒１２ｆを不動とするための伸長及び速度制御、ライニングコンクリート１１の打設に合わせた覆工体組立用内筒１２ｆの前進及び速度制御を選択的に行うことにより、前記セグメントの組立て作業及びシールド機の掘進作業による制約を受けることなく、これらの作業と併行してライニングコンクリートの打設作業が可能となる。
前記ライニングコンクリート１１、１４としては、通常のコンクリートの他、コンクリート中に鋼繊維、ガラス繊維、炭素繊維又は有機系繊維のいずれか又は組合せに係る繊維を混入した繊維補強コンクリートを用いることも可能である。これにより、コンクリートの耐靭性などの機械的強度が改善し、高強度のトンネルが構築できるようになる。
さらに、前記セグメント１０、１３とライニングコンクリート１１、１４との重合部において、予めセグメント外面に多数のアンカー筋を固設しておき、ライニングコンクリートとの一体化を図るようにすることができる。これにより、セグメントとライニングコンクリートとの接合をより強固にすることができるようになる。
（第２ステップ）
第２ステップでは、先ず図４に示されるように、ライニングシールド機１５によってセグメント１６を組立てるとともに、該セグメントの外側にライニングコンクリート１７を打設しながらランプトンネル２を構築するランプトンネル構築工程を行う。前記ランプトンネル２は、前記結合用トンネル８、９のライニングコンクリート１１、１４と、少なくとも前記ライニングコンクリート１７とが重合するように構築する。なお、前記ランプトンネル２は、前記結合用トンネル８、９のライニングコンクリート１１、１４と、ランプトンネル２のセグメント１６とが重合するようにしてもよいし、結合用トンネル８、９のセグメント１０、１３と、ランプトンネル２のライニングコンクリート１７とが重合するようにしてもよい。
前記ランプトンネル２は、前記結合用トンネル８、９に比して相対的に大径である。また、ライニングシールド機１５は、前述の結合用トンネル８、９を掘削するライニングシールド機１２と比べ、相対的に大径のものを用いる他は、構成および作業工程において同様である。また、前記ライニングコンクリート１７も同様に繊維補強コンクリートとすることが可能であり、さらに前記セグメント１６も同様にアンカー筋を固設しておくことができる。
次に、図５に示されるように、前記上部側の結合用トンネル８および下部側の結合用トンネル９に係るそれぞれのライニングコンクリート１１、１４と、本線トンネル１のセグメント１９とが重合するように本線トンネル１を構築する本線トンネル構築工程を行う。
ここで、本線トンネル１は、セグメントを組立てながら掘進する一般に用いられているシールド機２０（図示せず）を使用することができる。
また、前記本線トンネル１は、後述の止水対策のエリアを減少させるために、図示例のように、セグメント１９とランプトンネル２のライニングコンクリート１７とが重合するように構築するのが望ましい。
図６に示されるように、結合用トンネル８、９のライニングコンクリート１１、１４と、ランプトンネル２のライニングコンクリート１７と、本線トンネル１のセグメント１９とに囲まれた端部Ｅに止水剤を注入して止水対策を行った上で、図７に示されるように、上部側結合用トンネル８のセグメント１０と本線トンネル１のセグメント１９とをトンネル方向に所定間隔で架け渡した連結鋼材２１により結合するとともに、前記セグメント１０とランプトンネル２のセグメント１６とを同様に連結鋼材２２により結合する。また、下部側結合用トンネル９のセグメント１３と本線トンネル１のセグメント１９とを同様に連結鋼材２３により結合するとともに、前記セグメント１３とランプトンネル２のセグメント１６とを同様に連結鋼材２４により結合するセグメントの結合工程を行う。
前記連結鋼材２１、２２、２３、２４の連結順序は任意とすることができる。また、前記連結鋼材２１、２２、２３、２４は、それぞれ鋼材や鋼管など、各種構造材料を使用することができる。
このように、結合用トンネル８、９のライニングコンクリート１１、１４と、本線トンネル１のセグメント１９とが重合して構築されるとともに、結合用トンネル８、９と本線トンネル１、ランプトンネル２とが連結鋼材２１、２２、２３、２４により連結されることにより、止水性に優れ、高強度の覆工体が構築できるようになる。また、止水のための作業が低減でき、凍結工法などのように凍結などの地盤変状に対する特別な地盤の管理、制御が不要となり、施工期間が短縮できる効果がある。
なお、第２ステップにおいて、前記ランプトンネル構築工程、本線トンネル構築工程、鋼材連結工程の順序は任意に変更することが可能である。すなわち、前記ランプトンネル構築工程と本線トンネル構築工程とはどちらを先に行ってもよい。また、本形態例では前記ランプトンネル構築工程と本線トンネル構築工程とを行った後、鋼材連結工程を行う順序としたが、ランプトンネル構築工程を終えたならば、ランプトンネル２と結合用トンネル８、９との連結工程に併行して、本線トンネル１の構築を行うようにしてもよい。
（第３ステップ）
第３ステップでは、先ず、図８に示されるように、ランプトンネル２の二次覆工を行った後、図９に示されるように、本線トンネル１とランプトンネル２の空間内にそれぞれ支保工２５、２６を配設しておく。
そして、図１０に示されるように、上部側の連結鋼材２１、２２と下部側の連結鋼材２３、２４との間に存在する前記本線トンネル１のセグメント１９、ランプトンネル２のセグメント１６およびライニングコンクリート１７および土砂部分のうち、上半分を撤去した後、図１１に示されるように、下半分を撤去し、前記本線トンネル空間とランプトンネル空間とを連通させる。
その後、図１２に示されるように、本線トンネル空間とランプトンネル空間とに跨る覆工コンクリートを打設し構造的に一体化したならば、支保工２５、２６の撤去を行う。その後は、トンネル空間内の所定位置に、第１区間５、第２区間６、第３区間７の車線形態に応じた各車線の構築（図１３）を行うため、埋戻しや路盤の造成によって、本線トンネル１とランプトンネル２とが連結した合流区間３の構築が完了する。なお、覆工コンクリートの打設は、一部第２ステップ工程と併行して行うことも可能であるが、完成は本線トンネル空間とランプトンネル空間とを連通させた後となるため、本第３ステップに区分される。
なお、上述のような合流区間３を上下線に設ける場合には、例えば図１４に示されるように、上り本線トンネル１Ａと下り本線トンネル１Ｂとを図示例のごとく上下に、または左右に併設して（図示せず）、それぞれにランプトンネル２Ａ、２Ｂを連結するようにすればよい。
〔他の形態例〕
(1)上記形態例では、本線トンネル１は、セグメント１９を組立てながら掘進するシールド機２０によって構築されるようにしたが、図１９に示されるように、セグメント２７を組立てるとともに、該セグメント２７の外側にライニングコンクリート２８を打設しながら掘進するライニングシールド機１５によって構築するようにしてもよい。この際、前記ライニングコンクリート２８は、少なくとも結合用トンネル８、９のライニングコンクリート１１、１４と重合して構築されるようにする。また、図示例のように、前記ライニングコンクリート２８が、ランプトンネル２のライニングコンクリート１７とも重合するように構築するのが望ましい。さらに、図示例のように、前記セグメント２７と前記ライニングコンクリート１１、１４、１７とが重合するように構築してもよい。
(2)上記形態例では、ランプトンネル２は、セグメント１６を組立てるとともに、該セグメント１６の外側にライニングコンクリート１７を打設しながら掘進するライニングシールド機１５によって構築されるようにしたが、図２０に示されるように、セグメント２９を組立ながら掘進するシールド機２０によって構築するようにしてもよい。このとき、前記セグメント２９は、結合用トンネル８、９のライニングコンクリート１１、１４に重合するように構築する。
(3)上記形態例では、上部側および下部側の結合用トンネル８、９は夫々、単体のトンネル構造体としたが、図２１及び図２２に示されるように、並列された複数のトンネル構造体とすることもできる。ここで、図２１は上部側結合用トンネル８を２つのトンネル構造体８Ａ、８Ｂにより構成し、下部側結合用トンネル９を２つのトンネル構造体９Ａ、９Ｂにより構成した例であり、図２２は上部側結合用トンネル８を３つのトンネル構造体８Ａ〜８Ｃにより構成し、下部側結合用トンネル９を３つのトンネル構造体９Ａ〜９Ｃにより構成した例である。この際、各結合用トンネル同士は、ライニングコンクリートが重合するとともに、セグメント同士がトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材３０、３０…で連結され、端部に位置する結合用トンネル８Ａ、８Ｃのライニングコンクリートは、夫々、前記本線トンネル１又はランプトンネル２のセグメント或いはライニングコンクリートが重合するとともに、セグメント同士がトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材２１’、２２’、２３’、２４’で連結されている構造とするのがよい。
(4)上記形態例では、結合用トンネル８，９のセグメント１０，１３とランプトンネル２のセグメント１６と連結鋼材２２，２４により結合するとともに、結合用トンネル８，９のセグメント１０，１３と本線トンネル１のセグメント１９とを連結鋼材２１，２３により結合するようにしたが、トンネル耐力が十分であるならば、前記連結構造２１〜２４による結合を省略することも可能である。
本発明に係るトンネル合流部の構築方法を用いて構築された合流区間３付近の水平断面図である。 図１の縦断面図で、(A)は併設区間４を示す図１のIIＡ−IIＡ断面図、(B)は合流区間３の第１区間５を示す図１のIIＢ−IIＢ断面図、(C)は合流区間３の第２区間６を示す図１のIIＣ−IIＣ断面図、(D)は合流区間３の第３区間７を示す図１のIIＤ−IIＤ断面図である。 本発明に係るトンネル合流部の構築手順（その１）を示す横断面図である。 本発明に係るトンネル合流部の構築手順（その２）を示す横断面図である。 本発明に係るトンネル合流部の構築手順（その３）を示す横断面図である。 本発明に係るトンネル合流部の構築手順（その４）を示す横断面図である。 本発明に係るトンネル合流部の構築手順（その５）を示す横断面図である。 本発明に係るトンネル合流部の構築手順（その６）を示す横断面図である。 本発明に係るトンネル合流部の構築手順（その７）を示す横断面図である。 本発明に係るトンネル合流部の構築手順（その８）を示す横断面図である。 本発明に係るトンネル合流部の構築手順（その９）を示す横断面図である。 本発明に係るトンネル合流部の構築手順（その１０）を示す横断面図である。 本発明に係るトンネル合流部の構築手順（その１１）を示す横断面図である。 本発明に係るトンネル合流部の構築手順（その１２）を示す横断面図である。 ライニングシールド機による掘進作業手順（その１）を示す縦断面図である。 ライニングシールド機による掘進作業手順（その２）を示す縦断面図である。 ライニングシールド機による掘進作業手順（その３）を示す縦断面図である。 ライニングシールド機による掘進作業手順（その４）を示す縦断面図である。 他の形態例(1)に係るトンネル合流部の横断面図である。 他の形態例(2)に係るトンネル合流部の横断面図である。 他の形態例(3)に係るトンネル合流部の横断面図である。 他の形態例(4)に係るトンネル合流部の横断面図である。 特許文献１に示される大断面トンネルを示す、(A)は断面図、(B)はトンネル構造体５０の構築要領を示す要部横断図である。 特許文献１に示されるシールドトンネル５２，５３の構築要領を示すシールド機縦断面図である。
符号の説明
１…本線トンネル、２…ランプトンネル、３…合流区間、８・９…結合用トンネル、１０・１３・１６・１９…セグメント、１１・１４・１７…ライニングコンクリート、２１〜２４…連結鋼材

Claims (9)

  1. セグメントを組立てながら掘進するシールド機により構築された第１トンネルと、セグメントを組立てながら掘進するシールド機により構築された第２トンネルとを合流させるトンネル合流部の構築方法であって、
    近接して並列される前記第１トンネルと第２トンネルとの構築予定部位のほぼ中間であって、その上部側及び下部側に夫々、セグメントを組立てると共に、該セグメントの外側にライニングコンクリートを打設するライニングシールド機により相対的に小径の結合用トンネルを構築する第１ステップと、
    下記(1)〜(4)の工程を含む第２ステップと、
    (1)前記上部側及び下部側の結合用トンネルのライニングコンクリートと、セグメントとが重合するように前記第１トンネルを構築する工程。
    (2)前記上部側及び下部側の結合用トンネルのライニングコンクリートと、セグメントとが重合するように前記第２トンネルを構築する工程。
    (3)前記上部側結合用トンネルのセグメントと第１トンネルのセグメントとをトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合するとともに、前記上部側結合用トンネルのセグメントと第２トンネルのセグメントとをトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合する工程。
    (4)前記下部側結合用トンネルのセグメントと第１トンネルのセグメントとをトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合するとともに、前記下部側結合用トンネルのセグメントと第２トンネルのセグメントとをトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合する工程。
    下記(1)〜(2)の工程を含む第３ステップと、
    (1)前記上部側の連結鋼材と下部側の連結鋼材との間に存在する前記第１トンネル部分のセグメント、第２トンネル部分のセグメント及び必要に応じて土砂を撤去し、前記第１トンネル空間と第２トンネル空間とを連通させる工程。
    (2)前記第１トンネル空間と第２トンネル空間とに跨る覆工コンクリートを打設し構造的に一体化する工程。
    からなることを特徴とするトンネル合流部の構築方法。
  2. セグメントを組立てながら掘進するシールド機により構築された第１トンネルと、セグメントを組立てると共に、該セグメントの外側にライニングコンクリートを打設しながら掘進するライニングシールド機により構築された第２トンネルとを合流させるトンネル合流部の構築方法であって、
    近接して並列される前記第１トンネルと第２トンネルとの構築予定部位のほぼ中間であって、その上部側及び下部側に夫々、セグメントを組立てると共に、該セグメントの外側にライニングコンクリートを打設するライニングシールド機により相対的に小径の結合用トンネルを構築する第１ステップと、
    下記(1)〜(4)の工程を含む第２ステップと、
    (1)前記上部側及び下部側の結合用トンネルのライニングコンクリートと、セグメントとが重合するように前記第１トンネルを構築する工程。
    (2)前記上部側及び下部側の結合用トンネルのライニングコンクリートと、少なくとも前記ライニングコンクリートとが重合するように前記第２トンネルを構築する工程。
    (3)前記上部側結合用トンネルのセグメントと第１トンネルのセグメントとをトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合するとともに、前記上部側結合用トンネルのセグメントと第２トンネルのセグメントとをトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合する工程。
    (4)前記下部側結合用トンネルのセグメントと第１トンネルのセグメントとをトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合するとともに、前記下部側結合用トンネルのセグメントと第２トンネルのセグメントとをトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合する工程。
    下記(1)〜(2)の工程を含む第３ステップと、
    (1)前記上部側の連結鋼材と下部側の連結鋼材との間に存在する前記第１トンネル部分のセグメント、第２トンネル部分のセグメント及びライニングコンクリート及び必要に応じて土砂を撤去し、前記第１トンネル空間と第２トンネル空間とを連通させる工程。
    (2)前記第１トンネル空間と第２トンネル空間とに跨る覆工コンクリートを打設し構造的に一体化する工程。
    からなることを特徴とするトンネル合流部の構築方法。
  3. セグメントを組立てると共に、該セグメントの外側にライニングコンクリートを打設しながら掘進するシールド機により構築された第１トンネルと、セグメントを組立てると共に、該セグメントの外側にライニングコンクリートを打設しながら掘進するライニングシールド機により構築された第２トンネルとを合流させるトンネル合流部の構築方法であって、
    近接して並列される前記第１トンネルと第２トンネルとの構築予定部位のほぼ中間であって、その上部側及び下部側に夫々、セグメントを組立てると共に、該セグメントの外側にライニングコンクリートを打設するライニングシールド機により相対的に小径の結合用トンネルを構築する第１ステップと、
    下記(1)〜(4)の工程を含む第２ステップと、
    (1)前記上部側及び下部側の結合用トンネルのライニングコンクリートと、少なくとも前記ライニングコンクリートとが重合するように前記第１トンネルを構築する工程。
    (2)前記上部側及び下部側の結合用トンネルのライニングコンクリートと、少なくとも前記ライニングコンクリートとが重合するように前記第２トンネルを構築する工程。
    (3)前記上部側結合用トンネルのセグメントと第１トンネルのセグメントとをトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合するとともに、前記上部側結合用トンネルのセグメントと第２トンネルのセグメントとをトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合する工程。
    (4)前記下部側結合用トンネルのセグメントと第１トンネルのセグメントとをトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合するとともに、前記下部側結合用トンネルのセグメントと第２トンネルのセグメントとをトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合する工程。
    下記(1)〜(2)の工程を含む第３ステップと、
    (1)前記上部側の連結鋼材と下部側の連結鋼材との間に存在する前記第１トンネル部分のセグメント及びライニングコンクリート、第２トンネル部分のセグメント及びライニングコンクリート及び必要に応じて土砂を撤去し、前記第１トンネル空間と第２トンネル空間とを連通させる工程。
    (2)前記第１トンネル空間と第２トンネル空間とに跨る覆工コンクリートを打設し構造的に一体化する工程。
    からなることを特徴とするトンネル合流部の構築方法。
  4. 前記上部側結合用トンネル及び下部側結合用トンネルは夫々、単体のトンネル構造体とされ、該単体の結合用トンネルのライニングコンクリートが前記第１トンネル及び第２トンネルのセグメント又はライニングコンクリートに重合している請求項１〜３いずれかに記載のトンネル合流部の構築方法。
  5. 前記上部側結合用トンネル及び下部側結合用トンネルは夫々、並列された複数のトンネル構造体とされ、各結合用トンネル同士はライニングコンクリートが重合するとともに、セグメント同士がトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合され、端部に位置する結合用トンネルはライニングコンクリートが夫々、前記第１トンネル又は第２トンネルのセグメント或いはライニングコンクリートに重合するとともに、セグメント同士がトンネル方向に所定間隔で架け渡された連結鋼材で結合される請求項１〜３いずれかに記載のトンネル合流部の構築方法。
  6. 前記ライニングコンクリートは、コンクリート中に鋼繊維、ガラス繊維、炭素繊維又は有機系繊維のいずれか又は組合せに係る繊維を混入した繊維補強コンクリートとする請求項１〜５いずれかに記載のトンネル合流部の構築方法。
  7. セグメントとライニングコンクリートとの重合部において、予めセグメント外面に多数のアンカー筋を固設しておき、ライニングコンクリートとの一体化を図る請求項１〜６いずれかに記載のトンネル合流部の構築方法。
  8. 前記第２ステップの(3)及び(4)の結合用トンネルと第１トンネル及び第２トンネルとの連結構造による結合工程を省略した請求項１〜７いずれかに記載のトンネル合流部の構築方法。
  9. 前記請求項１〜請求項８いずれかに記載のトンネル合流部の構築方法によって構築されたことを特徴とするトンネル合流部構造。
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