JP4810333B2 - 連結トンネルの構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、地中に複数のトンネルを構築して連結する連結トンネルの構築方法に関するものである。

従来、特許文献１，２に開示されているように、並設して構築されたトンネル間を連結させることによって地下鉄の駅部などの拡幅部を構築する方法が知られている。

このような従来の方法では、一方のトンネルから隣接する他方のトンネルに向けて地盤改良をおこなったり、山留板をスライドさせて架け渡したりして、連結部周辺の地盤が崩壊しないようにした後に、人力によって掘削して２本のトンネルの内空を連通させていた。

一方、特許文献３に開示されているように、離隔して構築された２本のトンネルの間に、断面が分銅形の異形シールド掘削機を掘進させて新たにトンネルを構築し、その３本のトンネルの内空を連通させて連結する方法が知られている。
特開２００５−１９４７６４号公報 特開平６−２４０９９０号公報 特開平４−１９８５８５号公報

しかしながら、前記した特許文献１，２の方法では、トンネル間の掘削を人力でおこなうため効率が悪いうえに、狭隘な場所での作業となるため作業環境が良いものとはいえない。

また、特許文献３の方法では、２本のトンネルに挟まれた間にこれらのトンネルと同じ高さの独立したトンネルを構築することになるため、同程度の規模のシールド掘削機が３台必要になってコストが高くなる。

そこで、本発明は、隣接するトンネル間を効率的に連結することが可能な連結トンネルの構築方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の連結トンネルの構築方法は、地中に複数のトンネルを隣接させて構築し、そのトンネル間を連結する連結トンネルの構築方法において、第１のトンネルとそれに隣接した第２のトンネルを構築し、いずれか一方のトンネルから他方のトンネルに向けて地盤改良をおこない、その地盤改良部によって保護されたトンネル間の地盤をいずれか又は双方のトンネル内部から掘削して形成した空間にシールド掘削機を配置し、そのシールド掘削機を前記第１及び第２のトンネルに沿って掘進させ、第１のトンネルと第２のトンネルの連結部のセグメントを撤去するとともにこれらのトンネル間を連結する連結セグメントを設置し、前記シールド掘削機の後方であって前記連結セグメントより外側の空間を充填材によって充填することを特徴とする。

このように構成された本発明の連結トンネルの構築方法は、第１のトンネルと第２のトンネルの間にトンネル内部からシールド掘削機を配置し、そのシールド掘削機によってトンネル間を掘削して連結をおこなう。

このため、連結に必要となる最小限の範囲を機械掘削することができるので、無駄が少ないうえに効率的に連結部を構築することができる

以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して説明する。

図２は並設して構築される第１トンネル１０Ａと第２トンネル１０Ｂを連結した連結トンネル１の構成を説明する横断面図であり、図１は第１トンネル１０Ａと第２トンネル１０Ｂ間の略中央位置の縦断面図（図３〜図８のＧ−Ｇ断面）である。

この連結トンネル１を構成する第１トンネル１０Ａ及び第２トンネル１０Ｂは、複数の円弧板状のセグメントを周方向に接合してリング状に組み立てるとともに、トンネルの延伸方向にそのリングを接合していってトンネルの外殻を形成したものである。

また、第１トンネル１０Ａと第２トンネル１０Ｂとを連結する際に架け渡される連結セグメント１２は、一側端が第１トンネル１０Ａのセグメントに接合され、他側端が第２トンネル１０Ｂのセグメントに接合される板状のセグメントである。

なお、これらセグメントは、図示しないが必要に応じてボルトなどの継手材や凹凸の嵌合形状などを介して接合される。

また、図２に示すように第１トンネル１０Ａと第２トンネル１０Ｂとの間の上部及び下部に形成される地盤改良部１１，１１は、第１トンネル１０Ａと第２トンネル１０Ｂとを連結する際に、一時的に不安定になる地盤が崩壊しないように構築される。

この地盤改良部１１は、例えば第１トンネル１０Ａ側から円弧状の注入パイプ１１ａを第２トンネル１０Ｂに向けて挿入し、その注入パイプ１１ａから薬液注入したり、凍結材を注入又は循環させたりして、地盤を固結させることによって形成される。

このようにして形成される地盤改良部１１と第１トンネル１０Ａと第２トンネル１０Ｂとの間の地盤は、図１に示すようなシールド掘削機としてのオープンシールド機２によって掘削する。

このオープンシールド機２は、前面が開放されていて、その開放面に現れる地盤を掘削する掘削機２１が備えられた半機械掘り式シールド機である。

そして、この掘削機２１の上方は、庇状のルーフ部２２によって保護されるとともに、下方には掘削機２１によって掘削された土砂を搬送するベルトコンベヤ２３が備えられている。

また、このベルトコンベヤ２３の後方には排土シュート２４が設けられており、搬送された土砂を第１トンネル１０Ａや第２トンネル１０Ｂの内部に落とし、これらのトンネル内から土砂を外部に搬出させる。

さらに、このオープンシールド機２は、シールドジャッキ２５を備えており、このシールドジャッキ２５の先端をセグメントの端面に当接させて伸長させることによって得られた反力により掘進することができる。

このオープンシールド機２は、図１のＢ−Ｂ断面である図４に示すように、断面が銀杏の葉形となるような外殻に囲まれている。そして、図１のＣ−Ｃ断面である図５に示すように、銀杏の葉形の隔壁２６によって前方と後方が区切られている。

このオープンシールド機２によって掘削された空洞には、連結セグメント１２を設置した後に充填材としての裏込め材を充填して充填部１３を形成する。この裏込め材は、充填時は流動状態であるため、その裏込め材が掘削機２１側に侵入しないようにテールルーフ部２７の後端に仕切壁２８、及び連結セグメント１２に当接する仕切壁２８の下縁部に裏込めシール材２９が設けられる（図１及びそのＥ−Ｅ断面である図７参照）。

また、充填した裏込め材が前方の掘削側に回り込まないように、テールルーフ部２７の外周には裏込めシール材２９が取り付けられている。

次に、図２に示すような連結トンネル１を構築する方法について図１及び図３〜８を参照しながら説明する。

まず、地中に間隔を置いて発進立坑（図示せず）と到達立坑（図示せず）を設け、発進立坑からシールドマシン（図示せず）を発進させて第１トンネル１０Ａを構築する。

続いて、第１トンネル１０Ａに隣接させて第２トンネル１０Ｂを構築し、図２のように第１トンネル１０Ａと重なる区間では、第１トンネル１０Ａのセグメントを撤去又は切削しながらシールドマシンを掘進させて第２トンネル１０Ｂのセグメントを組み立てる。

この第１トンネル１０Ａと第２トンネル１０Ｂが重複する部分は、この時点では、図２の二点鎖線で示すように形成されている。

この第１トンネル１０Ａと第２トンネル１０Ｂは、地下鉄であれば上り線と下り線の本線部としてそれぞれ使用される。

そして、第１トンネル１０Ａと第２トンネル１０Ｂとを、例えば１５０ｍ程度に亘って連結して拡幅することによって駅部を構築する。

この連結作業は、トンネルの延伸方向で段階的に並行しておこなわれるので、図１のＡ−Ａ断面〜Ｆ−Ｆ断面である図３〜図８に各作業段階の状態が示されることになる。

まず、図３（図１のＡ−Ａ断面）に示すように、第１トンネル１０Ａから第２トンネル１０Ｂに向けて円弧状の注入パイプ１１ａを押し込み、その周囲の地盤に薬液を注入するなどして地盤改良部１１を構築する。

一方、第１トンネル１０Ａ及び第２トンネル１０Ｂの内部にＨ形鋼材などで補強支保工１４ａ，１４ｂを組み立て、各トンネルのセグメントを内側から支持させる。

続いて、第１トンネル１０Ａ及び第２トンネル１０Ｂの連結部付近のセグメントを撤去し、地盤改良部１１によって保護された地盤をトンネルの内側から掘削し、その掘削した空間にオープンシールド機２を設置する。なお、この作業は連結部の始点において一度行えばよい。

このようにして設置されたオープンシールド機２の掘削機２１よって、図１に示すように地盤改良部１１によって保護された地盤の掘削をおこない、発生した土砂をベルトコンベヤ２３、排土シュート２４を介してトンネル内部に落として搬出する。

このように掘削機２１によって掘削された部分は、図４（図１のＢ−Ｂ断面）に示すようにオープンシールド機２の断面円弧状の外殻によって支保される。

上記ではオープンシールド機２を設置する状況を説明したので、第１トンネル１０Ａ及び第２トンネル１０Ｂの連結部のセグメントの撤去についても説明したが、オープンシールド機２を発進させた後は、図１、図５（図１のＣ−Ｃ断面）及び図６（図１のＤ−Ｄ断面）に示すようにシールドジャッキ２５付近となったときにセグメントを撤去する。

そして、第１トンネル１０Ａと第２トンネル１０Ｂの内部が連通された後には、それぞれの補強支保工１４ａ，１４ｂを連結して図５，６に示すような一体の補強支保工１４にする。

このようにして重複部のセグメントが取り除かれた第１トンネル１０Ａ及び第２トンネル１０Ｂは、断面がＣ字状（図２参照）となって開放部が互いに対向する状態になっているので、この第１トンネル１０Ａの開放端部と第２トンネル１０Ｂの開放端部を、図７（図１のＥ−Ｅ断面）に示すような連結セグメント１２によって連結する。

そして、この連結セグメント１２のトンネル延伸方向側の端面にシールドジャッキ２５の端部を当接させて伸長させることによって、オープンシールド機２を前方に掘進させる。

また、オープンシールド機２を掘進させると、連結セグメント１２の上方と地盤改良部１１の掘削面との間に断面視半円状の空洞が発生することになるので、オープンシールド機２の内部から裏込め材を充填して図８（図１のＦ−Ｆ断面）に示すような充填部１３を形成する。

なお、この充填部１３の形成は、ある程度オープンシールド機２を掘進させた後にまとめておこなってもよい。また、図１に示すようにテールルーフ部２７の外周に裏込めシール材２９、及び仕切壁２８の縁部にも裏込めシール材２９が取り付けられているので、オープンシールド機２の後方に充填された裏込め材が掘削機２１側に回り込むことがない。

以上に述べたような各作業を繰り返すことによって、第１トンネル１０Ａと第２トンネル１０Ｂとを連結させた連結トンネル１を、トンネル延伸方向に所定の範囲に亘って構築していく。

次に、本実施の形態の連結トンネル１の構築方法の作用について説明する。

このような本実施の形態の連結トンネル１の構築方法は、第１トンネル１０Ａと第２トンネル１０Ｂの間にトンネル内部からオープンシールド機２を配置し、そのオープンシールド機２によってトンネル１０Ａ，１０Ｂ間を掘削して連結をおこなう。

このため、連結に必要となる最小限の範囲を機械掘削することができるので、無駄が少ないうえに効率的に連結部を構築することができる
また、図１に示すようにオープンシールド機２によって掘削された地盤は、その外殻によって連結セグメント１２が設置されるまでは支保されているので、安全に掘削及び連結作業を続けることができる。

さらに、第１トンネル１０Ａ及び第２トンネル１０Ｂのセグメントを撤去した後に再び連結セグメント１２によって連結されるまでの区間は、図１に示すようにセグメントの２ピース分に過ぎず、この開放された２ピースの範囲は３次元的に見れば前後の構造によって保護されているので、補強支保工１４に作用する荷重が低減されて使用材料を削減することができる。

また、オープンシールド機２の後部に設けられた仕切壁２８が裏込め材の型枠となるので、人力掘削をおこなう場合のように別途、型枠を設置する必要がない。

以上、図面を参照して、本発明の最良の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態では半機械式のオープンシールド機２について説明したが、これに限定されるものではなく、掘削する地盤の状態によってはカッタビットを付けたスポークを前面に備えた機械式シールド機や密閉式シールド機を、トンネル間を掘進させるシールド掘削機として使用することができる。

また、前記実施の形態では、第１トンネル１０Ａと第２トンネル１０Ｂの外殻をセグメントによって断面視円形に組み立てた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、断面視欠円状や断面視四角形状の函体を外殻としたトンネルであってもよい。

さらに、第１トンネル１０Ａと第２トンネル１０Ｂが離隔していて、重複しない状態にある２本のトンネルを連結させる場合にも本発明を適用することができる。

本発明の最良の実施の形態の連結トンネルの構築方法を説明する縦断面図である。 連結トンネルの構成を説明する横断面図である。 図１のＡ−Ａ線方向の断面図である。 図１のＢ−Ｂ線方向の断面図である。 図１のＣ−Ｃ線方向の断面図である。 図１のＤ−Ｄ線方向の断面図である。 図１のＥ−Ｅ線方向の断面図である。 図１のＦ−Ｆ線方向の断面図である。

符号の説明

１ 連結トンネル
１０Ａ 第１トンネル
１０Ｂ 第２トンネル
１１ 地盤改良部
１２ 連結セグメント
１３ 充填部
２ オープンシールド機（シールド掘削機）

Claims (1)

1. 地中に複数のトンネルを隣接させて構築し、そのトンネル間を連結する連結トンネルの構築方法において、
   第１のトンネルとそれに隣接した第２のトンネルを構築し、いずれか一方のトンネルから他方のトンネルに向けて地盤改良をおこない、その地盤改良部によって保護されたトンネル間の地盤をいずれか又は双方のトンネル内部から掘削して形成した空間にシールド掘削機を配置し、そのシールド掘削機を前記第１及び第２のトンネルに沿って掘進させ、第１のトンネルと第２のトンネルの連結部のセグメントを撤去するとともにこれらのトンネル間を連結する連結セグメントを設置し、前記シールド掘削機の後方であって前記連結セグメントより外側の空間を充填材によって充填することを特徴とする連結トンネルの構築方法。

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