JP4771170B2

JP4771170B2 - 地中空洞の施工方法

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Publication number: JP4771170B2
Application number: JP2006346962A
Authority: JP
Inventors: 幸男矢部
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2006-12-25
Filing date: 2006-12-25
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2026-12-25
Also published as: JP2008156907A

Description

本発明は地中に大規模な空洞やトンネルを施工するための方法に係わり、特にたとえば大深度・大断面の道路トンネルの構築に際してその分岐合流部を施工するために適用して好適な地中空洞の施工方法に関する。

周知のように、トンネルを構築するためのトンネル工法としては、ＮＡＴＭ（New Aus-trian Tunneling Method）あるいはシールド工法が代表的であるが、未固結地盤の都市圏における道路トンネルの施工に際しては、地表および地中の既存構造物に対する悪影響を回避するべく地山に対する高度の支保性能が要求され、また施工中および完成後の止水性能と地下水保全性能が高度に要求されることから、シールド工法の採用が最も一般的である。

ところで、道路トンネルをシールド工法により施工するに際しては本線トンネルの他にランプトンネルを設け、それら双方のトンネルを要所にて接合して分岐合流部を施工する必要があるが、そのような分岐合流部の施工は必ずしも容易ではない。
すなわち、本線トンネルおよびランプトンネルはそれぞれ在来のシールド工法により地山を安定に支保し、また止水性を確保しつつ支障なく施工できるが、分岐合流部では断面を漸次変化させつつ双方のシールドトンネルどうしを接合する必要があることから、分岐合流部の施工に際しては在来のシールド工法をそのまま適用できるものではなく、何らかの補助工法の採用が不可欠である。

そのため、大規模な道路トンネルにおける分岐合流部の施工に適用して好適な工法として、たとえば特許文献１に示されるトンネル工法が提案されている。
これは、施工するべき分岐合流部の外側に複数のルーフシールドトンネルを所定間隔で先行施工してシールドルーフ先受工を構築するとともに、それらルーフシールドトンネル間および施工領域の端部の地山に対して凍結工法あるいは薬液注入工法による改良ゾーンを形成して施工領域全体を改良ゾーンにより取り囲んだ後に、その内側を掘削して分岐合流部を施工するというものである。
特開２００６−７０５３０号公報

特許文献１に示されるトンネル工法では、施工領域全体をシールドルーフ先受工と改良ゾーン地山により取り囲むことによって充分な支保性能や止水性能を確保しつつ大断面の分岐合流部を効率的にかつ安全に施工することが可能ではあるが、施工領域の端部に対する改良ゾーンの形成手法については若干の改良の余地を残しているものである。
すなわち、上記工法においては改良ゾーンの形成を凍結工法により行うことが好適であるとされ、ルーフシールドトンネル間にそれらを連結するように環状の凍結ゾーンを形成することは特に支障なく行い得るが、施工領域の端部に対してその横断面に沿うように凍結ゾーンを施工することは必ずしも容易ではない。
つまり、そのような凍結ゾーンを形成するためには、ルーフシールドトンネル内からその内側の地山に凍結管を打ち込んで施工領域の端部を閉塞し得る大断面の凍土壁を形成することになるのであるが、地山の状況によってはそのような凍土壁の所要壁厚は数ｍないし１０ｍにも及ぶことが想定されることからそのために多大な手間と費用を要するばかりではなく、土質によってはその施工の際に過度の凍結膨張が生じることも想定され、それに起因して地山が凍結時に隆起したり解凍時に沈下する等の問題を生じる懸念もある。

そのため、上記トンネル工法において凍結工法による改良ゾーンを施工する際には凍結膨張に対する対策が不可欠であるが、現時点では大規模な凍結ゾーンの形成に伴う凍結膨張とそれに起因する悪影響を防止し得る有効適切な解決策は確立されていないのが実情である。
なお、以上のことは上記のようなトンネル工法によって道路トンネルにおける分岐合流部を施工する場合のみならず、凍結工法による大規模な凍土壁や凍結ゾーンを地中に設ける場合一般に同様に生じる問題でもあり、そのような問題を解決し得る有効適切な手法の開発が急務とされている。

上記事情に鑑み、本発明は凍結工法による大規模な改良ゾーンの施工を伴う地中空洞の施工に際して、凍結膨張による悪影響を防止し得る有効適切な工法を提供することを目的としている。

本発明は、大断面の地中空洞を施工するに際して、施工するべき地中空洞の外側周囲にその軸方向に沿う複数の先行トンネルを所定間隔で配列した状態で先行施工し、該先行トンネル間の地山を改良して施工領域を取り囲む改良ゾーンを形成した後、該改良ゾーンの内側の地山を掘削して地中空洞を施工する地中空洞の施工方法であって、前記改良ゾーンの内側の地山に対する掘削に先立って、該改良ゾーンの端部の内側地山に凍結管を打設して施工領域の端部の位置にその横断面に沿う褄部凍結ゾーンを形成するとともに、該褄部凍結ゾーンを施工領域の軸方向に間隔をおいて多重に形成してそれら多重の褄部凍結ゾーンの間に未凍結地山を残し、多重の褄部凍結ゾーンを形成するに際しては、先行トンネル内に設けた凍結管によりその外部の地山を凍結させることによって、多重の褄部凍結ゾーンの間に残される未凍結地山を取り囲む周部凍結ゾーンをそれら褄部凍結ゾーンと一体に形成するとともに、該周部凍結ゾーンを先行トンネルの外面に付着させた状態で形成して、前記多重の褄部凍結ゾーンおよび前記周部凍結ゾーンを残して前記改良ゾーンの内側の地山を掘削して地中空洞を施工することを特徴とする。

本発明によれば、褄部凍結ゾーンを多重に形成してそれらの間に未凍結地山を残すことにより、それら多重の褄部凍結ゾーンの全体で安定かつ頑強な凍土壁を形成できることはもとより、個々の褄部凍結ゾーンに生じる凍結膨張はそれらの内側に残される未凍結地山により吸収されてしまうから、それらの全体を単なる１枚の凍土壁として形成する場合に比べて自ずと凍結膨張が生じ難いものとなり、したがって過度の凍結膨張に起因する地山の隆起や解凍時の沈下といった悪影響を効果的に防止することが可能である。
しかも、全体を１枚の凍土壁の形態で形成する場合に比べて個々の褄部凍結ゾーンの所要厚を小さくできるから、その点においても凍結膨張が生じ難いものであるし、その施工に際してはコスト削減と工期短縮を図ることができる。

また、上記に加えて、先行トンネルの外部に付着させた状態で周部凍結ゾーンを形成して、その周部凍結ゾーンによって多重の褄部凍結ゾーンを一体に連結するとともに、それらの間に残される未凍結地山を取り囲むことにより、それらの全体でより安定かつ頑強な凍土壁を形成することができるし、周部凍結ゾーンに生じる凍結膨張も未凍結地山で吸収することができる。

本発明を大深度・大断面の道路トンネルにおける分岐合流部の施工に適用する場合の一実施形態を図１〜図１０を参照して説明する。
本実施形態では、図１〜図２にその概要を示すように、本線シールドトンネル１とランプシールドトンネル２とをいずれも在来のシールド工法により施工するとともに、それらの分岐合流部には予めシールドルーフ先受工３と凍結ゾーン（改良ゾーン）８を施工したうえで本設覆工壁４を先行施工していき、その内側を掘削することで分岐合流部となる地中空洞を掘削することを主眼とするものである。
なお、本実施形態では本線シールドトンネル１の直径がたとえば１６ｍ程度、ランプシールドトンネル２の直径がたとえば１１ｍ程度であることを想定している。また、本実施形態における分岐合流部の全体の断面形状は、図２〜図３に示されるように手前側（図３（ａ）参照）から前方側（図３（ｂ）参照）に向かって漸次縮小するような横長楕円形状とされ、上述のように本実施形態ではそのような分岐合流部の断面形状に合致する本設覆工壁４を内部の掘削に先立って先行施工することを主眼とするものである。

具体的には、本実施形態においては本線シールドトンネル１よりもランプシールドトンネル２を先行掘進し、図２に示すようにランプシールドトンネル２が分岐合流部の施工予定位置に達した時点で（あるいは分岐合流部に所定距離進入した時点で）掘進を停止させる。そして、ランプシールドトンネル２の先端部付近の側壁部からルーフシールド機５を発進させ、分岐合流部の施工予定位置の外側に複数（図示例では１６本）のルーフシールドトンネル（先行トンネル）６を分岐合流部の輪郭に沿って所定間隔で配列した状態で施工し、それら複数のルーフシールドトンネル６の全体によって上記のシールドルーフ先受工３を構成するものである。

それらルーフシールドトンネル６の間隔とその配列は、後工程により形成する凍結ゾーン８（あるいは薬液による改良ゾーン）が、隣り合うルーフシールドトンネル６間で周辺地山に対する支保機能および止水機能を有効に発揮し得るように地盤条件等を勘案して設定するものであり、本実施形態では図３に示したようにそれら１６本のルーフシールドトンネル６を分岐合流部の輪郭に沿って充分に密に配列している。

各ルーフシールドトンネル６は、小径（たとえば直径４ｍ程度）のルーフシールド機５を図２に示すようにランプシールドトンネル２の先端部付近のトンネル側壁部から発進させた後に、前方に向けて旋回させて分岐合流部の延長方向（トンネル軸方向）に沿うように施工されるものであるが、本実施形態では上述のように分岐合流部は前方に向かって漸次断面形状が縮小されていくことから、図２〜図３に示すように分岐合流部の断面形状に対応して各ルーフシールドトンネル６の相互間隔も前方にいくほど狭めていって、シールドルーフ先受工３の全体形状を全体として先細り形状としている。

各ルーフシールドトンネル６の施工に際しては、ルーフシールド機５を１台ないし数台程度用意し、それをランプシールドトンネル２から順次発進させていき、分岐合流部の先端部に達したらスキンプレートおよびカッター装置等の外殻装置を残置して内部装置のみを回収し、回収した内部装置をランプシールドトンネル２内、もしくは地上ヤードにおいて新たな外殻装置に組み込むことで新たなルーフシールド機５を組み立て、それを再び発進させれば良い。たとえば、本実施形態では全１６本のルーフシールドトンネル６を設けることから、４台のルーフシールド機５を用意してそれぞれ４回ずつ転用することが考えられる。
勿論、可能であれば全てのルーフシールドトンネル６をそれぞれ独立のルーフシールド機５により同時に施工することでも良いし、あるいは、分岐合流部の先端部に達したルーフシールド機５をそこからＵターンさせて他のルーフシールドトンネル６を逆方向に連続的に施工することも考えられる。
また、ランプシールドトンネル２の側壁部からルーフシールド機５を発進させるための手法としては、在来のシールドトンネルの側壁部からのシールド機の発進手法、および在来のシールドトンネルどうしのＴ字接合技術をそのまま採用可能である。

上記のシールドルーフ先受工３の施工後、隣り合うルーフシールドトンネル間接合予定位置を含むその周囲に凍結工法による地山改良手段としての凍結管を図３〜図４に示すように設置して凍結ゾーン８を形成する。この地山改良手段としての凍結ゾーン８の具体的な形成時期は、全１６本のルーフシールドトンネル６の施工が完了している必要はなく、ルーフシールドトンネル６が隣り合って施工されているところがあれば、その施工がされているところから順次形成していくようにすれば良い。
その具体的な施工方法としては、各ルーフシールドトンネル６の内部からそれに隣り合っているルーフシールドトンネル６の上部および下部に向けてそれぞれ斜め後方（斜め前方でも良い）に長尺の放射凍結管９ａをたとえば１ｍ程度の間隔で密に多数打ち込むとともに、各ルーフシールドトンネル６内には埋込凍結管９ｂを取り付け、それらの凍結管によって周囲地山を凍結させることによって、シールドルーフ先受工３の内外の全体を覆うような凍結ゾーン８を形成する。凍結ゾーン８の厚みは地山状況やルーフシールドトンネル６間の間隔等を考慮して設定すれば良いが、たとえば１ｍ程度で充分である。
凍結管９ａを斜め方向に打設するのは、ルーフシールドトンネル６に対して直交方向に打設する場合に比して１本あたりの打設長さは長くなるが、一方でルーフシールドトンネル６からの打設間隔が大きくなるために打設本数が少なくなるので、結果的に施工効率が良くなりコスト低減が図れるからである。
なお、上記のような凍結工法による凍結ゾーン８を形成することに代えて、薬液注入による地盤改良による改良ゾーンを形成することでも良く、その場合には凍結管に代えて薬液注入管を打ち込めば良い。

また、図５に示すようにシールドルーフ先受工３の手前側の端部に対しては、ルーフシールドトンネル６内からその内側の地山に褄部凍結管９ｃを打ち込んでランプシールドトンネル２および本線シールドトンネル１の周囲を凍結させることにより、分岐合流部の手前側（大径側）の褄部の位置にその周囲の凍結ゾーン８と一体に褄部凍結ゾーン１０を形成する（この褄部凍結ゾーン１０の構造と形成手法の詳細については後述する）。
なお、分岐合流部の前方側（小径側）の褄部に対しては、図３（ｂ）に示したように上記の凍結ゾーン８を本線シールドトンネル１の周囲にも形成することで充分であるが、必要であればそこにも上記と同様に褄部凍結管９ｃを打ち込んで褄部凍結ゾーン１０をさらに形成することでも良い。

以上により、分岐合流部の施工位置で、少なくとも隣り合うルーフシールド間の接合予定位置に凍結ゾーン８が形成されるので、その接合予定位置の安定性が増すとともに止水性も確保される。そこで、接合予定位置でルーフシールドトンネル６どうしを連結する形態で分岐合流部の本設覆工壁４を先行施工する。

すなわち、図１に示されているようにルーフシールドトンネル６のセグメントを一部撤去してその外側の地山を掘削することにより、隣り合っているルーフシールドトンネル６間に空洞を形成し、図６〜図７に示すようにその空洞内において鉄筋２０を組み立てるとともに、必要に応じて補剛材（支柱、桁、屋根などの地山崩落防止枠）２１を組み立て、かつ型枠２２を設置してその内部に覆工コンクリートを打設充填することによって、隣り合うルーフシールドトンネル６どうしを連結する形態で覆工体２３を施工する。なお、補剛材２１に型枠２２の機能を持たせてそれらを兼用しても良い。
そのような覆工体２３を全てのルーフシールドトンネル６間に形成していき、ルーフシールドトンネル６間の覆工体２３の形成が済んだところから順次、各ルーフシールドトンネル６の内部にも同様に鉄筋２０を組み立てるとともに必要に応じて補剛材２１を組み立てて覆工コンクリートを打設することによって同様の覆工体２３を相互に連結しつつ形成していき、最終的には図８〜図９に示すように各ルーフシールドトンネル６間および各ルーフシールドトンネル６内に、全体として剛に連結されたリング状断面の一連の本設覆工壁４を施工する。

上記の本設覆工壁４を効率的に施工するためには、図１に示しているように、各ルーフシールドトンネル６のセグメントとして、主桁と横桁とをフレーム状に組んだ鋼製フレームに対して鋼板製のスキンプレートを取り付けた鋼製セグメント３０を用いることとして、ルーフシールドトンネル６間の掘削に際しては鋼製フレームを残して支保効果を損なうことなく鋼製スキンプレートのみを撤去すると良い。
また、ルーフシールドトンネル６間の掘削は、ルーフシールドトンネル６内からその側方を掘削することで行えば良いが、分岐合流部の手前側ではルーフシールドトンネル６間に充分な間隔があるので、図１に示すようにそこでは簡易なルーフシールド３５を設置してその内側を小形ロードヘッダー等の掘削機３６を用いてオープンシールド工法の手法で掘進することも可能である。
いずれにしても、その掘削に際しては隣り合っているルーフシールドトンネル６自体を作業通路として有効に利用して資材や掘削土の搬送を効率的に行うことができ、ルーフシールドトンネル６内への覆工体２３の施工はそのような作業通路としての供用が完了したものから順次行えば良い。

以上のようにして本設覆工壁４を先行施工した後、本線シールドトンネル１を掘進してシールドルーフ先受工３の内側を通過させる。（なお、シールドルーフ先受工３や凍結ゾーン８の施工と並行して本線シールドトンネル１を掘進してシールドルーフ先受工３の内側を通過させるようにしても良い。）
そして、図８に示すようにその内側全体を掘削して大断面の分岐合流部を完成させる。
その掘削は、分岐合流部の内側を通過している本線シールドトンネル１のセグメントを解体してその周囲を拡幅していくことで行えば良く、その際には細かな加背割を行う必要はないので、大型重機を支障なく使用して効率的な掘削作業を行うことができる。
なお、分岐合流部を掘削することでその内面側に各ルーフシールドトンネル６のセグメントが露出することになるが、図８に示すようにそのセグメントは撤去して本設覆工壁４を露出させれば良く、それにより分岐合流部の内面を自ずと平坦面とすることができる。
ただし、必ずしもそのようにする必要はなく、たとえばインバート部に位置するルーフシールドトンネル６はそのままにインバート部に埋め殺すことでも良く、その場合にはルーフシールドトンネル内全体に覆工コンクリートを充填してしまえば良い。
そして、最終的に分岐合流部の両端部に対して図１０に示すように褄部凍結ゾーン１０および周部凍結ゾーン１１を残してその内側に褄壁１２となる覆工壁を本設覆工壁４の内側にそれぞれ設け、手前側の褄壁には本線シールドトンネル１とランプシールドトンネル２とを接合し、前方側の褄壁には本線シールドトンネル１を接合すれば、分岐合流部の覆工全体の完成となる。

本実施形態の工法によれば、分岐合流部の施工予定位置を取り囲むシールドルーフ先受工３を構築し、ルーフシールドトンネル６の内側から、隣り合うルーフシールドトンネル間接合予定位置に凍結ゾーン８を形成し、該凍結ゾーン８内において隣り合うルーフシールドトンネル６間を掘削して、各ルーフシールドトンネル６間および各ルーフシールドトンネル６内に、隣り合うルーフシールドトンネル６どうしを接合する一連の本設覆工壁４を先行施工するので、分岐合流部の施工に際しては地山に対する充分な支保性能と止水性能を確保でき、地表あるいは地中の既存構造物に対する万全な沈下防止と、万全な地下水保全を図ることができる。

特に、シールドルーフ先受工３を複数のルーフシールドトンネル６を密に配列することで構築するので、それを充分に高剛性とできるばかりでなく、分岐合流部の形状に対応する最適な断面形状のシールドルーフ先受工３を自由にかつ高精度で施工することができる。
また、凍結ゾーン８の厚さの範囲内においてルーフシールドトンネル６間を掘削して覆工体２３を施工するとともに、ルーフシールドトンネル６内にも同様の覆工体２３を一体に連結して施工して、それら一連の覆工体２３による本設覆工壁４を先行施工してからその内側を掘削するので、大規模な分岐合流部のような地中大空洞を掘削に際して万全の支保効果と止水効果が得られる。

なお、トンネル完成後には凍結ゾーン８はいずれは消失してしまうが、ルーフシールドトンネル６の一部は残置されて本設覆工壁４の一部として機能するので、シールドルーフ先受工３を単なる仮設として設ける場合よりも遙かに合理的である。

また、本実施形態では、ランプシールドトンネル２を本線シールドトンネル１に先行させることにより、そのランプシールドトンネル２が分岐合流部の施工予定位置に達した時点でそこからシールドルーフ先受工３の施工に早期着手できるとともに、それとの並行作業により本線シールドトンネル１の掘進が可能であるので、その場合には最も効率的な施工が可能であり、全体工期の短縮を充分に図ることができる。
さらに、本実施形態によれば、基本的にはいずれも多くの実績のある在来のシールド工法や凍結工法、掘削工法を有機的に組み合わせるものであるから、安全性や信頼性に優れるばかりでなく、比較的低コストでの施工が可能であり、特に都市圏における大深度・大断面の道路トンネルを施工する際に適用して最適な工法であるといえる。

ところで、図５に示したように施工領域の端部を塞ぐように設ける褄部凍結ゾーン１０は、大きな土水圧を受けることからその所要厚はかなり大きくなることが通常であり、たとえば５ｍ〜１０ｍ程度となることが想定されるので、上述したようにその施工に際しては過度の凍結膨張とそれに起因する地山の隆起や沈下といった問題を防止する必要がある。そのため、本実施形態では図１０に示すように褄部凍結ゾーン１０を二重あるいはさらに多重に形成することとしている。
図１０（ａ）は図５におけるＸ−Ｘ線視断面図であって、２面の褄部凍結ゾーン１０を間隔をおいて二重に形成してそれらの間に未凍結地山を残すようにしたものである。それら褄部凍結ゾーン１０はそれぞれルーフシールドトンネル６内からその内側の地山に対して褄部凍結管９ｃが打ち込まれることで形成されるものである。また、ルーフシールドトンネル６内には埋込凍結管９ｂも設置されてそれによりルーフシールドトンネル６の外面に付着する状態で周部凍結ゾーン１１も形成され、その周部凍結ゾーン１１は前後の褄部凍結ゾーン１０と一体となってそれらを連結するとともに、その内側に残される未凍結地山を取り囲むようになっている。

上記のように、褄部凍結ゾーン１０を二重に形成してそれらの間に未凍結地山を残し、かつそれら二重の褄部凍結ゾーン１０を周部凍結ゾーン１１により一体に連結し、しかも周部凍結ゾーン１１をルーフシールドトンネル６に対して付着させた状態で形成することにより、その全体で充分に安定かつ頑強な凍土壁が形成でき、したがって本設覆工壁４の内側に対する掘削や最終的に形成するべき褄壁１２の施工を支障なく行うことができる。
そして、そのような安定かつ頑強な大規模な凍土壁を設けるにも拘わらず、個々の褄部凍結ゾーン１０や周部凍結ゾーン１１に生じる凍結膨張はそれらの内側に残される未凍結地山により吸収されてしまうから、それらの全体を単なる１枚の凍土壁として形成する場合に比べて自ずと凍結膨張が生じ難いものとなり、したがって過度の凍結膨張に起因する地山の隆起や解凍時の沈下といった悪影響を効果的に防止することが可能である。
しかも、個々の褄部凍結ゾーン１０や周部凍結ゾーン１１の所要厚は、全体を１枚の凍土壁の形態で形成する場合に比べてそれぞれ小さくできるから、その点においても凍結膨張が自ずと生じ難いものとなるし、その施工に際してコスト削減と工期短縮を図ることも可能である。

なお、図５および図１０（ａ）は本線シールドトンネル１が施工領域に到達する以前に褄部凍結ゾーン１０を形成する場合の例であるので、その褄部凍結ゾーン１０の形成に際しては図示しているように本線シールドトンネル１の掘進予定位置は未凍結地山として残しておいて差し支えない。
また、本線シールドトンネル１が施工領域の内側を通過してから褄部凍結ゾーン１０を形成することも考えられるが、その場合においては、褄部凍結管９ｃをルーフシールドトンネル６内から打ち込むことに代えて、あるいはそれに加えて、図１０（ｂ）に示すように本線シールドトンネル１内からその外側の地山に打ち込むようにしても良い。その際、ルーフシールドトンネル６内のみならず本線シールドトンネル１内にも埋込凍結管９ｂを設けてその外部にも周部凍結ゾーン１１を付着させた状態で形成しても良く、その場合は褄部凍結ゾーン１０のみならず周部凍結ゾーン１１も二重に設けられてそれらの全体により未凍結地山が取り囲まれてより安定な凍結ゾーンを施工できる。

以上で本発明の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に過ぎず、本発明は上記実施形態に限定されるものでは勿論ない。
たとえば上記実施形態は未固結地盤の都市圏における大深度・大断面の道路トンネルへの適用例であるが、本発明はたとえば大規模な地中タンクや地下鉄の駅舎部をはじめとする様々な規模、用途、形態の地中空洞を施工する場合全般に広く適用できるものであるし、施工対象の地中空洞の規模や形態に応じて、また周辺環境等の諸条件を考慮して、たとえば以下に列挙するような様々な設計的変更が可能である。
すなわち、ルーフシールドトンネル６の本数やそれによるシールドルーフ先受工３全体の規模や形態は、所望の先受効果を確保できる範囲で適宜変更して良いし、シールドルーフ先受工３に一体に形成する凍結ゾーン８や褄部凍結ゾーン１０の範囲、本設覆工壁４の形態やその施工方法、その他の各工程の細部についても、本発明の要旨を逸脱しない範囲で最適設計すれば良く、必要に応じて適宜の補助工法を採用しても勿論良い。

特に、施工領域の端部に形成する褄部凍結ゾーン１０は大きな土水圧を受けることから、それは上記実施形態のように凍結工法による二重の褄部凍結ゾーン１０として形成すべきであるが、施工領域の周囲においてルーフシールドトンネル６どうしを周方向に連結する凍結ゾーン８については、地下水圧があまりかからないような条件下では凍結工法に代えて薬液注入工法による改良ゾーンとすることも可能であり、その工法の選択は地盤条件等によって適宜採用されるものである。勿論、薬液注入による改良ゾーンを形成した場合には、その改良ゾーンもそのまま残るのでこれにも本設覆工壁としての機能を期待することができる。

また、上記実施形態では、ランプシールドトンネル２からルーフシールド機５を発進するようにしたが、それに代えてルーフシールド機５を本線シールドトンネル１から発進させることとし、その他は上記実施形態と同じようにしても良い。この場合は、本線シールドトンネル１が分岐合流部の拡幅区間付近に達したら、その後方において本線シールドトンネル１の側壁部からルーフシールド機５を発進させるとともに、それに並行して本線シールドトンネル１をそのまま掘進を進めれば良い。そして、シールドルーフ先受工３を構築し、ルーフシールドトンネル６の周囲に凍結ゾーン８（改良ゾーン）を形成するとともにシールドルーフ先受工３の端部内側に褄部凍結ゾーン１０を形成して本設覆工壁４を形成し、ランプシールドトンネル２のシールド機が到達してから分岐合流部を掘削すれば良い。勿論、本線シールドトンネル１とランプシールドトンネル２の双方からルーフシールド機を発進させるようにしても良い。
また、ルーフシールド機５をランプシールドトンネル２や本線シールドトンネル１から発進させることに代えて、可能であれば別途設けた立坑から発進させたり、あるいはルーフシールド機５を発進させるための発進室を地中に設けて、そこからルーフシールド機５を発進させることも考えられる。

また、本発明はトンネルにおける分岐合流部のみならず地中空洞を施工する場合全般に広く適用できるものであるから、施工するべき地中空洞の用途や形態、規模に応じて具体的な施工手順も任意に変更すれば良い。
その場合の一般的な施工手順としては、地中空洞の空洞形成部の施工予定位置の外側に、上記実施形態と同様の複数のルーフシールドトンネルを所定間隔で配列して地中空洞の空洞形成部の施工予定位置を取り囲むシールドルーフ先受工を構築し、前記ルーフシールドトンネルの内側から隣り合うルーフシールドトンネル間接合予定位置に改良ゾーンを形成するとともに施工予定位置の端部には褄部凍結ゾーンを形成し、その内側に本設覆工壁を先行施工し、その後、本設覆工壁の内側を掘削して地中空洞を完成させることになる。そして、シールドルーフ先受工や改良ゾーン（凍結ゾーン）、本設覆工壁の施工方法については、施工すべき地中空洞の規模や形態、地山状況、その他の状況に応じて最適に設計すれば良いことは言うまでもない。

但し、いずれにしても施工領域の端部に対しては褄部凍結ゾーン１０を二重ないしさらに多重に設けるとともにそれらに一体に周部凍結ゾーンを１１を設けて、それら褄部凍結ゾーン１０と周部凍結ゾーン１１との間に凍結膨張を吸収する未凍結地山を残す必要があり、その場合の一般的な施工手順の概要を図１１〜図１２に示す。
図１１〜図１２は本発明の他の実施形態を示すもので、これは複数（図示例では８本）の先行トンネル（ルーフシールドトンネル６）の内側を掘削してその内側に褄壁１２と覆工壁１３とを設けることによって各種用途の地中空洞１４を施工するに際し、上記実施形態と同様に各ルーフシールドトンネル６間に凍結工法による環状の凍結ゾーン８（あるいは薬液注入工法による改良ゾーン）を形成するとともに、施工領域の端部には凍結工法による褄部凍結ゾーン１０を間隔をおいて二重に形成してそれらの間に未凍結地山を残し、かつルーフシールドトンネル６に付着させた状態で形成した周部凍結ゾーン１１によりそれら褄部凍結ゾーン１０を連結したものであり、上記実施形態と同様に過度の凍結膨張を防止し得る大規模な凍土壁を支障なく形成でき、その内側への地中空洞１４の施工を効率的かつ安全に実施できるものである。
なお、本発明においては褄部凍結ゾーン１０を少なくとも二重に設ければ良いが、必要であれば褄部凍結ゾーン１０を適切な間隔をおいて三重以上のさらに多重に設けても良いことは言うまでもない。

本発明の実施形態である地中空洞の施工方法の概要を示す図である。同、分岐合流部の平面図である。同、分岐合流部の各部の断面図であり、（ａ）は図２におけるIIIａ−IIIａ部矢視図、（ｂ）は図２におけるIIIｂ−IIIｂ部矢視図である。同、分岐合流部に凍結ゾーンを形成するための凍結管の打込み状況を示す拡大図である。同、分岐合流部の端部の断面図（図２におけるV−V部矢視図）である。同、本設覆工壁の施工状況を示す図である。同、拡大図である。同、本設覆工壁を施工した状態を示す図である。同、拡大図である。同、褄部凍結ゾーンの構造を示す図（図５におけるＸ−Ｘ線視図）である。本発明の他の実施形態である地中空洞の施工方法の概要を示す図であって、施工領域の端部と褄部凍結ゾーンの構造を示す側断面図である。同、施工領域の端部における横断面図であり、（ａ）は図１１におけるＸIIａ−ＸIIａ線視図、（ｂ）は図１１におけるＸIIｂ−ＸIIｂ線視図、（ｃ）は図１１におけるＸIIｃ−ＸIIｃ線視図である。

符号の説明

１本線シールドトンネル
２ランプシールドトンネル
３シールドルーフ先受工
４本設覆工壁
６ルーフシールドトンネル（先行トンネル）
８凍結ゾーン（改良ゾーン）
９ａ放射凍結管
９ｂ埋込凍結管
９ｃ褄部凍結管
１０褄部凍結ゾーン
１１周部凍結ゾーン
１２褄壁
１３覆工壁
１４地中空洞

Claims

大断面の地中空洞を施工するに際して、施工するべき地中空洞の外側周囲にその軸方向に沿う複数の先行トンネルを所定間隔で配列した状態で先行施工し、該先行トンネル間の地山を改良して施工領域を取り囲む改良ゾーンを形成した後、該改良ゾーンの内側の地山を掘削して地中空洞を施工する地中空洞の施工方法であって、
前記改良ゾーンの内側の地山に対する掘削に先立って、該改良ゾーンの端部の内側地山に凍結管を打設して施工領域の端部の位置にその横断面に沿う褄部凍結ゾーンを形成するとともに、該褄部凍結ゾーンを施工領域の軸方向に間隔をおいて多重に形成してそれら多重の褄部凍結ゾーンの間に未凍結地山を残し、
多重の褄部凍結ゾーンを形成するに際しては、先行トンネル内に設けた凍結管によりその外部の地山を凍結させることによって、多重の褄部凍結ゾーンの間に残される未凍結地山を取り囲む周部凍結ゾーンをそれら褄部凍結ゾーンと一体に形成するとともに、該周部凍結ゾーンを先行トンネルの外面に付着させた状態で形成して、
前記多重の褄部凍結ゾーンおよび前記周部凍結ゾーンを残して前記改良ゾーンの内側の地山を掘削して地中空洞を施工することを特徴とする地中空洞の施工方法。