JP4888725B2 - トンネル構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、横方向に間隔をあけて構築した一対のトンネルの間の拡幅部の地山を掘削し、一対のトンネルを連通させることによって大断面トンネルを構築するトンネル構築方法に関する。

従来、道路トンネルの分岐・合流部や鉄道トンネルの渡り線部などを構築する際には、例えば２本のシールドトンネル（一対のトンネル）を横方向に間隔をあけて先行構築し、これら一対のシールドトンネルの間の分岐・合流部や渡り線部などになる拡幅部を地上から全面開削し、この全面開削とともに両シールドトンネルを連通させて大断面トンネルを構築する開削工法（全面開削工法）が多用されている。

しかしながら、このような従来の開削工法においては、地上から一対のシールドトンネルの間の拡幅部を全面開削することで、地上部に広大な用地確保が必要になるとともに、地中の重要埋設物（電気・通信ケーブル、ガス・上下水道管など）に対して切り回し、防護、影響低減対策などが必要となり、多大な工期と工費を要するという問題があった。

このため、近年、地上からの開削を要することなく拡幅部の地山を掘削して一対のシールドトンネルを連通させる切開き工法（全面非開削工法）を採用するケースが多くなっている。すなわち、この切開き工法では、例えば２本のシールドトンネル（一対のトンネル）を横方向に間隔をあけて先行構築した後に、一方のトンネルから他方のトンネルに向けて両トンネルに掛け渡すように円弧状の曲線パイプルーフ（曲管）を打設し、両トンネルのセグメント（覆工体）に一体に繋げて曲線パイプルーフを設置する。

そして、曲線パイプルーフで両トンネルの間の拡幅部の上方の地山を支持させた状態で、曲線パイプルーフの下方の地山、すなわち両トンネルの上方の地山を掘削して上部空間を形成し、この上部空間に両トンネルの覆工体の上部側同士を一体に繋げるように例えばＲＣ造の上部床版（躯体）を掛け渡して構築する。また、両トンネルの下方の地山を掘削し、この下部空間に両トンネルの覆工体の下部側同士を一体に繋げるように例えばＲＣ造の下部床版（躯体）を掛け渡して構築する。

このように拡幅部の上下に上部床版と下部床版を構築した段階で、両トンネルの側部側のセグメントを解体撤去して切開き、上部床版と下部床版の間に位置する拡幅部の地山を掘削して両トンネルを連通させる。これにより、２本のシールドトンネルを分岐・合流部や渡り部などとなる拡幅部で連通させた大断面トンネルを、地上からの開削を要することなく構築できるため、地上部の用地確保や重要埋設物対策などが不要となりコストや工期を削減することが可能になる（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開昭４９−３４１３７号公報 特開２００６−２１９９１４号公報

しかしながら、上記の切開き工法を用いたトンネル構築方法においては、曲線パイプルーフを一方のシールドトンネル内から発進し、他方のシールドトンネルに到達させて設置するため、一対のシールドトンネルの構築を完了した後でなければ曲線パイプルーフの施工を行うことができず、この曲線パイプルーフの施工時期の制約によって工期を十分に短期化することができないという問題があった。

一方、立坑からトンネル軸方向に複数の直線パイプルーフを打設し、これら複数の直線パイプルーフを拡幅部の上方に断面円弧状に先行配置した後に、一対のシールドトンネルを構築することも考えられるが、円弧の両端部に配置された直線パイプルーフをそれぞれ一方のシールドトンネルと他方のシールドトンネルに接続する必要があるため、やはり一対のシールドトンネルを先行構築せざるを得ないという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑み、地山の開削工法とパイプルーフを設置する切開き工法を組み合わせることにより、重要埋設物の切り回しなどの対策を最小限に抑え、且つ工期の制約を受けずにパイプルーフを設置することを可能にして、大断面トンネルを効率的に構築することを可能にしたトンネル構築方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明のトンネル構築方法は、横方向に間隔をあけて構築した一対のトンネルの間の拡幅部の地山を掘削し、前記一対のトンネルを連通させることによって大断面トンネルを構築するトンネル構築方法において、地上から地山内に第１土留壁の親杭をトンネル軸方向に間隔をあけて打設するとともに、該第１土留壁を挟んで一方の側に前記第１土留壁と間隔をあけて一方のトンネルを構築し、地上から前記一方のトンネルの上方の地山内に第２土留壁の親杭を前記トンネル軸方向に間隔をあけて打設するとともに、前記第１土留壁と前記第２土留壁の間の地山を開削して前記一方のトンネルの上方に開削空間を形成し、前記開削空間から前記第１土留壁を挟んで他方の側にパイプルーフを打設するとともに、前記パイプルーフの下方に他方のトンネルを構築し、前記パイプルーフで前記他方の側の上方地山を支持させた状態で、前記他方の側に前記開削空間を延出させるように前記パイプルーフと前記他方のトンネルの間の地山を掘削するとともに前記拡幅部の地山を掘削して、前記一対のトンネルを連通させることを特徴とする。

この発明においては、第１土留壁を挟んで一方のトンネルを構築する一方の側のみを開削し、他方のトンネルを構築する他方の側にパイプルーフを設置しこのパイプルーフで他方のトンネルの上方の地山を支持することにより、拡幅部の地山を掘削して一対のトンネルを連通させることが可能になる。

これにより、従来の拡幅部の上方の地山を全て開削する開削工法と比較し、地山を開削する範囲を例えば半減することが可能になるため、地上部の必要用地が大幅に減り、且つ地中の重要埋設物（電気・通信ケーブル、ガス・上下水道管など）の切り回し、防護、影響低減対策などを最小限に抑えることが可能になる。

また、パイプルーフを一対のトンネルに掛け渡すように設置する必要がないため、従来の切開き工法のようにシールドトンネルの構築完了を待ってからパイプルーフを設置する必要をなくすことができ、パイプルーフの設置に工期的な制約をなくすことが可能になる。さらに、このパイプルーフが他方の側の片側の地山のみを支持することになるため、従来の切開き工法のようにパイプルーフを一対のトンネルに掛け渡すように設置する場合と比較し、一対のトンネル構築時の補強対策を軽減あるいは不要にすることが可能になる。

また、本発明のトンネル構築方法においては、前記拡幅部の地山を掘削するとともに、前記一方のトンネルと前記他方のトンネルの上部側同士及び下部側同士を繋げて前記一対のトンネルを一体化させる上部床版と下部床版を構築し、前記上部床版の上方の前記開削空間を埋め戻すとともに、前記上部床版と下部床版の間の前記拡幅部に露出した前記第１土留壁の親杭を切断撤去することが望ましい。

この発明においては、一対のトンネルを連通させる拡幅部に第１土留壁の親杭が残置することがないため、拡幅部の空間使用に制約がない好適な大断面トンネルを構築することが可能になる。

さらに、本発明のトンネル構築方法においては、前記上部床版の上方に配設された前記第１土留壁の親杭及び前記第２土留壁の親杭を引き抜いて撤去することがより望ましい。

この発明においては、一方のトンネルや拡幅部の上方の地山内に、すなわち構築した大断面トンネルの上方の地山内に、第１土留壁や第２土留壁の親杭を残置させることなく大断面トンネルを構築できる。

本発明のトンネル構築方法によれば、地山の開削工法とパイプルーフを設置する切開き工法を組み合わせることによって、重要埋設物の切り回しなどの対策を最小限に抑え、且つ工期の制約を受けずにパイプルーフを設置することが可能になり、大断面トンネルを効率的に構築することが可能になる。これにより、従来の開削工法や切開き工法に対し工期の短縮及び工費の削減を図って大断面トンネルを構築することが可能になる。

以下、図１から図９を参照し、本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法について説明する。本実施形態は、例えば道路トンネルの分岐・合流部や鉄道トンネルの渡り線部などを構築する方法に関し、例えば横方向に間隔をあけて先行構築した２本のシールドトンネル（一対のトンネル）を連通させることにより大断面トンネルを構築する方法に関するものである。

本実施形態のトンネル構築方法においては、はじめに、図１に示すように、地上から地山Ｇ内に、トンネル軸方向Ｏ１に所定の間隔をあけて第１土留壁１の親杭１ａを打設するとともに、この第１土留壁１を挟んで横方向の一方の側Ｔ１に、第１土留壁１と所定の間隔をあけて一方のシールドトンネル２を構築する。

ついで、図２に示すように、地上から一方のシールドトンネル２の上方の地山Ｇ内に、トンネル軸方向Ｏ１に所定の間隔をあけて第２土留壁３の親杭３ａを打設する。このとき、第２土留壁３の親杭３ａは、その下端が一方のシールドトンネル２の上部に達するように打設される。これにより、第２土留壁３（親杭３ａ）は、第１土留壁１（親杭１ａ）に平行し、一方のシールドトンネルの軸線Ｏ１に沿って構築される。

そして、このように第１土留壁１の親杭１ａと第２土留壁３の親杭３ａを打設した段階で、図３に示すように、第１土留壁１と第２土留壁３のそれぞれトンネル軸方向Ｏ１に並設した親杭１ａ、３ａ間に横矢板を設置し、且つ第１土留壁１と第２土留壁３の互いに対向する親杭１ａ、３ａ同士に掛け渡すように切梁４を設置して土留めを施しながら、これら第１土留壁１と第２土留壁３の間の地山Ｇを地上から開削して、一方のシールドトンネル２の上方に開削空間５を形成する。

また、一方のシールドトンネル２の上部に達するように開削空間５を形成した段階で、開削空間５の底部に後工程のパイプルーフの施工面まで捨てコンクリート６を打設する。さらに、捨てコンクリート６の打設を完了した段階で、開削空間５の上端に覆工板７を設置してこの開削空間５の少なくとも一部の開口部を閉塞させる。このように覆工板７を設置して開削空間５の開口部を閉塞することによって、例えば地上の道路開放などを速やかに行うことが可能になる。

ついで、図４に示すように、開削空間５の底部に打設した捨てコンクリート６上から第１土留壁１を挟んで他方の側Ｔ２（すなわち開削空間５と反対側）の地山Ｇに、パイプルーフ８を打設する。このとき、第１土留壁１のトンネル軸方向Ｏ１に隣り合う親杭１ａの間からトンネル軸方向Ｏ１に並設するように並設するように複数のパイプルーフ８を打設する。すなわち第１土留壁１の親杭１ａを避けるようにして複数のパイプルーフ８を設置する。そして、複数のパイプルーフ８の開削空間５に露出する後端を、第１土留壁１の親杭１ａに架設した図示せぬ鋼材で支持させ、複数のパイプルーフ８と第１土留壁１とをこの鋼材を介して一体化させる。なお、このように複数のパイプルーフ８を設置することで、トンネル軸方向Ｏ１に隣り合うパイプルーフ８の間に隙間が生じることになるため、必要に応じて、隣り合うパイプルーフの間の地山Ｇに対し例えば水平削孔による薬液注入などによって補強を施す。

また、このようにパイプルーフ８を設置するとともに、第１土留壁１を挟んで他方の側Ｔ２に、且つパイプルーフ８の下方に、第１土留壁１と間隔あけて他方のシールドトンネル９を構築してゆく。このとき、他方のシールドトンネル９は、一方のシールドトンネルと互いの軸線方向Ｏ１が平行するようにして構築され、これにより、両シールドトンネル２、９が横方向に所定の間隔をあけて並設される。

ついで、図５に示すように、捨てコンクリート６を除去するとともに、パイプルーフ８で他方の側Ｔ２の上方地山Ｇを支持させた状態で、他方の側Ｔ２に開削空間５を延出させるようにパイプルーフ８と他方のシールドトンネル９の間の地山Ｇを掘削して、他方のシールドトンネルの上方に開削空間５に連通する上部空間１０を形成する。また、これとともに、一方のシールドトンネル２と他方のシールドトンネル９の間の拡幅部１１の地山Ｇを掘削する。このように拡幅部１１の地山Ｇを掘削する際には、一方のシールドトンネル２と他方のシールドトンネル９の覆工体（セグメント）２ａ、９ａに連架するように切梁１２を設置し、両シールドトンネル２、９をこの切梁１２で支持させながら掘削を行う。

ついで、上記のように拡幅部１１の地山Ｇを掘削した段階で、図６に示すように、一方のシールドトンネル２と他方のシールドトンネル９の間に、それぞれの覆工体２ａ、９ａの上部側同士及び下部側同士を一体に繋げて掛け渡すように例えば鉄筋コンクリート造の上部床版１３と下部床版１４（躯体）を構築する。これにより、上部床版１３と下部床版１４を介して、一方のシールドトンネル２と他方のシールドトンネル９が一体形成される。また、必要に応じて、上部床版１３と下部床版１４に覆工体２ａ、９ａを通じて繋がる躯体を一方のシールドトンネル２と他方のシールドトンネル９の内部に構築する。

ついで、図７に示すように、軽量モルタルや流動化処理土を充填して上部床版１３とパイプルーフ８の間の上部空間１０を埋め戻すとともに、一方のシールドトンネル２と他方のシールドトンネル９の互いに対向する側部側の覆工体２ａ、９ａを解体撤去して切開き、両シールドトンネル２、９を連通させる。また、図８に示すように、切梁４を撤去しながら開削空間５を埋め戻す。

最後に、本実施形態においては、図９に示すように、上部床版１３と下部床版１４の間の拡幅部１１に露出した第１土留壁１の親杭１ａを切断撤去するとともに、上部床版１３の上方に配設された第１土留壁１の上方の親杭１ａ及び第２土留壁３の親杭３ａをそれぞれ引き抜いて撤去し、各親杭１ａ、３ａを撤去して残った空間を埋め戻すことにより、大断面トンネル１５の構築が完了する。

そして、上記のように大断面トンネル１５を構築する本実施形態のトンネル構築方法においては、一方のシールドトンネル２と他方のシールドトンネル９の間に設けられる第１土留壁１を間にして、一方のシールドトンネル２側の地山Ｇのみを開削し、他方のシールドトンネル９側の地山Ｇをパイプルーフ８で支持することによって、拡幅部１１の地山Ｇが掘削される。すなわち、本実施形態のトンネル構築方法においては、第１土留壁１を挟んで一方の側Ｔ１に開削工法、他方の側Ｔ２に切開き工法を適用し、これら開削工法と切開き工法を組み合わせて拡幅部１１の地山Ｇを掘削して大断面トンネル１５が構築される。

これにより、従来の拡幅部１１の上方の地山Ｇを全て開削する開削工法に対し、地山Ｇを開削する範囲が例えば半減することになり、地上部の必要用地が大幅に減り、且つ地中の重要埋設物（電気・通信ケーブル、ガス・上下水道管など）の切り回し、防護、影響低減対策などが最小限に抑えられる。また、一対のシールドトンネル２、９のうち片方のトンネル（他方のトンネル２）の上方にのみ重要埋設物が集中して存在するような場合も多々あり、特に、このような場合には、重要埋設物が存在する側Ｔ２と存在しない側Ｔ１を区分するように第１土留壁１を構築し、重要埋設物が存在しない側Ｔ１を開削することによって、重要埋設物の切り回しなどの対策が不要になる。

さらに、従来の一方のシールドトンネル２と他方のシールドトンネル９を掛け渡すようにパイプルーフを設置し、両シールドトンネル２、９の上方の地山Ｇ全体をこのパイプルーフで支持させる切開き工法に対し、第１土留壁１を挟んで他方のシールドトンネル９側の片側のみにパイプルーフ８を設置し、この片側の上方地山Ｇをパイプルーフ８で支持させることによって、両シールドトンネル２、９の覆工体２ａ、９ａに作用する支持力が大幅に低減することになり、例えば各シールドトンネル２、９の覆工体２ａ、９ａに低耐力で軽量のセグメントを用いたり、施工時の内部支保工の設置（補強）が不要になる。これにより、各シールドトンネル２、９を構築する際に、軽量でハンドリング性に優れるセグメントを適用しセグメントの組立て、設置が容易となるなどして、効率的にシールドトンネル２、９が構築されることになる。

さらに、他方のシールドトンネル９の構築前にパイプルーフ８が設置され、従来の切開き工法のようにシールドトンネル２、９の構築完了を待ってからパイプルーフを設置する必要がなく、パイプルーフ８の設置に対する工期的な制約がなくなる。そして、先行構築したパイプルーフ８の下をシールドが通過するとともに、早期に拡幅部１１や上部空間１０の地山Ｇの掘削作業が行える。

したがって、本実施形態のトンネル構築方法においては、第１土留壁１を挟んで一方のシールドトンネル２を構築する一方の側Ｔ１のみを開削し、他方のシールドトンネル９を構築する他方の側Ｔ２にパイプルーフ８を設置しこのパイプルーフ８で他方のシールドトンネル９の上方の地山Ｇを支持することによって、拡幅部１１や上部空間１０の地山Ｇを掘削して一対のシールドトンネル２、９を連通させることが可能になる。

これにより、従来の拡幅部１１の上方の地山Ｇを全て開削する開削工法と比較し、地山Ｇを開削する範囲を例えば半減することが可能になるため、地上部の必要用地が大幅に減り、且つ地中の重要埋設物（電気・通信ケーブル、ガス・上下水道管など）の切り回し、防護、影響低減対策などを最小限に抑えることが可能になる。

また、パイプルーフ８を一対のシールドトンネル２、９に掛け渡すように設置する必要がないため、従来の切開き工法のようにシールドトンネル２、９の構築完了を待ってからパイプルーフ８を設置する必要がなくなり、パイプルーフ８の設置に対して工期的な制約をなくすことが可能になる。さらに、このパイプルーフ８が他方の側Ｔ２の片側の地山Ｇのみを支持することになるため、従来の切開き工法のようにパイプルーフ８を一対のシールドトンネル２、９に掛け渡すように設置する場合と比較し、一対のシールドトンネル構築時の補強対策を軽減あるいは不要にすることが可能になり、また、両シールドトンネル２、９の覆工体２ａ、９ａに作用する支持力を大幅に低減させることができ、各シールドトンネル２、９を構築する際に、軽量でハンドリング性に優れるセグメントを適用することが可能になり、効率的にシールドトンネル２、９を構築することが可能になる。

よって、本実施形態のトンネル構築方法によれば、開削工法とパイプルーフ８を設置する切開き工法を組み合わせることによって、重要埋設物の切り回しなどの対策を最小限に抑え、且つ工期の制約を受けずにパイプルーフ８を設置することが可能になり、大断面トンネル１５を効率的に構築することが可能になるため、従来の開削工法や切開き工法に対し工期の短縮及び工費の削減を図って大断面トンネル１５を構築することが可能になる。

また、本実施形態のトンネル構築方法のように、上部床版１３と下部床版１４の間の拡幅部１１に露出した第１土留壁１の親杭１ａを切断撤去することによって、一対のシールドトンネル２、９を連通させる拡幅部１１に第１土留壁１の親杭１ａが残置することがなく、これにより、拡幅部１１の空間使用に制約がない好適な大断面トンネル１５を構築することが可能になる。

さらに、上部床版１３の上方に配設された第１土留壁１の親杭１ａ及び第２土留壁３の親杭３ａを引き抜いて撤去することによって、一方のシールドトンネル２や拡幅部１１の上方の地山Ｇ内に、すなわち構築した大断面トンネル１５の上方の地山Ｇ内に、第１土留壁１や第２土留壁３の親杭１ａ、３ａを残置させることなく大断面トンネル１５を構築できる。

以上、本発明に係るトンネル構築方法の実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、一対のシールドトンネル２、９の間の拡幅部１１の地山Ｇを掘削した後に、上部床版１３と下部床版１４の間に露出する第１土留壁１の親杭１ａを切断撤去するものとしたが、例えば、この部分の一部の親杭１ａを躯体の柱などに埋設させて残置させ、上部床版１３と下部床版１４を繋ぐ補強部材として利用するようにしてもよい。

また、本実施形態では、上部床版１３の上方に配設された第１土留壁１や第２土留壁３の親杭１ａ、３ａを引き抜き撤去するものとしたが、大断面トンネル１５の上方の地山Ｇ内にこれら親杭１ａ、３ａを残置させても問題が生じない場合には、必ずしも親杭１ａ、３ａを引き抜き撤去しなくてもよい。

本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法において、第１土留壁及び一方のシールドトンネルを構築した状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法において、第２土留壁を構築した状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法において、開削空間を形成した状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法において、パイプルーフを打設するとともに他方のシールドトンネルを構築した状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法において、拡幅部の地山を掘削した状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法において、上部床版及び下部床版を構築した状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法において、上部空間を埋め戻すとともに一対のシールドトンネルを連通させた状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法において、開削空間を埋め戻した状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法において、拡幅部に露出した第１土留壁の親杭を切断撤去するとともに、上部床版の上方に配設された第１土留壁及び第２土留壁の親杭を引き抜き撤去した状態を示す図である。

符号の説明

１ 第１土留壁
１ａ 親杭
２ 一方のシールドトンネル（一方のトンネル）
２ａ 覆工体（セグメント）
３ 第２土留壁
３ａ 親杭
４ 切梁
５ 開削空間
６ 捨てコンクリート
７ 覆工板
８ パイプルーフ
９ 他方のシールドトンネル（他方のトンネル）
９ａ 覆工体（セグメント）
１０ 上部空間
１１ 拡幅部
１２ 切梁
１３ 上部床版（躯体）
１４ 下部床版（躯体）
１５ 大断面トンネル
Ｇ 地山
Ｏ１ トンネル軸線
Ｔ１ 一方の側
Ｔ２ 他方の側

Claims (3)

1. 横方向に間隔をあけて構築した一対のトンネルの間の拡幅部の地山を掘削し、前記一対のトンネルを連通させることによって大断面トンネルを構築するトンネル構築方法において、
   地上から地山内に第１土留壁の親杭をトンネル軸方向に間隔をあけて打設するとともに、該第１土留壁を挟んで一方の側に前記第１土留壁と間隔をあけて一方のトンネルを構築し、
   地上から前記一方のトンネルの上方の地山内に第２土留壁の親杭を前記トンネル軸方向に間隔をあけて打設するとともに、前記第１土留壁と前記第２土留壁の間の地山を開削して前記一方のトンネルの上方に開削空間を形成し、
   前記開削空間から前記第１土留壁を挟んで他方の側にパイプルーフを打設するとともに、前記パイプルーフの下方に他方のトンネルを構築し、
   前記パイプルーフで前記他方の側の上方地山を支持させた状態で、前記他方の側に前記開削空間を延出させるように前記パイプルーフと前記他方のトンネルの間の地山を掘削するとともに前記拡幅部の地山を掘削して、前記一対のトンネルを連通させることを特徴とするトンネル構築方法。
2. 請求項１記載のトンネル構築方法において、
   前記拡幅部の地山を掘削するとともに、前記一方のトンネルと前記他方のトンネルの上部側同士及び下部側同士を繋げて前記一対のトンネルを一体化させる上部床版と下部床版を構築し、
   前記上部床版の上方の前記開削空間を埋め戻すとともに、前記上部床版と下部床版の間の前記拡幅部に露出した前記第１土留壁の親杭を切断撤去することを特徴とするトンネル構築方法。
3. 請求項２記載のトンネル構築方法において、
   前記上部床版の上方に配設された前記第１土留壁の親杭及び前記第２土留壁の親杭を引き抜いて撤去することを特徴とするトンネル構築方法。

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