JP5158629B2 - トンネルの構築工法 - Google Patents

Description

本発明は、曲線パイプルーフの下方の地山を掘削して構築されるトンネルの構築工法に関する。

従来、大断面トンネルを構築工法として、例えば先行して小断面トンネルを大断面トンネルのトンネル軸方向に平行に設置しておき、その小断面トンネル内から大断面トンネルの外殻を覆うようにトンネル軸方向に並行して複数の円弧状の曲線パイプルーフを設置し、トンネルの上方の地山を支持した後、複数の曲線パイプルーフの下方の地山を掘削してトンネルを構築する工法が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
特許第２８１６７４１号公報 特許第２６９７７６２号公報

しかしながら、従来の曲線パイプルーフを使用したトンネルの構築方法では、以下のような問題があった。
すなわち、都市部などで構築するトンネルでは、トンネル褄部（トンネル進行方向で先端部）が地下埋設物や地下構造物に接近していて、そのトンネル褄部に曲線パイプルーフを配置することができない場合があり、トンネル褄部の掘削に先行して掘削部における地山安定対策を行う必要がある。そして、トンネル褄部の天端部の安定化対策として、トンネル褄部寄りの天端部付近からトンネル褄部の上方の地山に向けて長尺鋼管を打設する長尺先受け工を施工する方法がある。
ところが、長尺鋼管の打設位置には曲線パイプルーフが設置されているため、その曲線パイプルーフの下方の打設可能な領域が狭く、作業性が悪いといった欠点があり、とくに複数本の長尺鋼管を密に打設する際には、打設方向にずれがなく正確な方向に向けて長尺鋼管を打設する必要があり、その点で改良する余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、曲線パイプルーフが設置可能なトンネル区間よりトンネル進行方向で前方に確実な先受け工を施工することができるトンネルの構築工法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るトンネルの構築工法では、曲線パイプルーフを支保工としてその下方の地山を掘削してトンネルを構築する工法であって、トンネルの褄部に最も接近している曲線パイプルーフの天端位置下方にガイド部材を取り付ける工程と、そのガイド部材を打設方向を定める基準として、所定長さの先受け用鋼管をトンネル進行方向で前方に向けて打設して地山を先受け支持する工程と、打設した先受け用鋼管の下方の地山を掘削する工程とを有していることを特徴としている。

本発明では、トンネルの褄部の天端位置よりトンネル進行方向で前方の地山に設置される先受け用鋼管を、トンネルの褄部に最も接近している曲線パイプルーフの天端位置下方に設けたガイド部材を打設方向を定める基準にして所定方向に向けて精度よく打設することができる。そのため、先受け用鋼管をトンネル周方向に密に設置することが可能となり、その先受けの下方の地山を掘削するにあたって、その掘削部の天端地山の緩みを確実に抑えることができる。
したがって、例えば地中埋設物や地中構造物が在ることによりトンネル軸方向全体にわたって曲線パイプルーフを設置することができない場合には、曲線パイプルーフの下方の地山を掘削して構築される曲線パイプルーフトンネル区間（第１トンネル区間）と、その第１トンネル区間のトンネル褄部に位置する曲線パイプルーフの天端位置下方にガイド部材を取り付け、そのガイド部材を基準にして第１トンネル区間の前方に先受けするための先受け用鋼管を打設し、その先受け用鋼管の下方の地山を掘削して構築する先受け用鋼管トンネル区間（第２トンネル区間）とを有してトンネルを構築することができる。

また、本発明に係るトンネルの構築工法では、先受け用鋼管を打設した後に、ガイド部材を吹付けコンクリートにより埋設することが好ましい。
本発明では、ガイド部材が曲線パイプルーフに取り付けられているとともに、吹付けコンクリートに埋設されているので、打設された先受け用鋼管がガイド部材を介して曲線パイプルーフと一体化された状態となり、先受け用鋼管の剛性の向上を図ることができ、地山の安定性をより一層高めることができる。

また、本発明に係るトンネルの構築工法では、ガイド部材は、曲線パイプルーフの円弧方向に延びる形状をなし、先受け用鋼管を通過させて所定の方向に向けて案内させるためのガイド穴がガイド部材の長手方向に複数設けられていることが好ましい。
本発明では、ガイド穴が先受け用鋼管の打設方向を定める基準となることから、先受け用鋼管を精度よく地山に打設することができる。

本発明のトンネルの構築工法によれば、トンネルの褄部に最も接近している曲線パイプルーフの天端位置下方に取り付けたガイド部材を打設方向を定める基準にして、トンネル褄部よりトンネル進行方向で前方の地山に先受け用鋼管を所定の方向に向けて精度よく打設することが可能となり、確実な先受け工を施工することができ、地山の安定化が図れることから、先受けの下方の地山における掘削作業を安全に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態によるトンネルの構築工法について、図１乃至図５に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態によるトンネルの構築工法の概要を示す側面図、図２は図１に示すＡ−Ａ線断面図、図３は図１に示すガイド部材の固定状態の拡大図、図４は図２に示すガイド部材の固定状態の拡大図、図５（ａ）〜（ｄ）はトンネルの構築工程を示す図である。

図１に示すように、本実施の形態によるトンネル１は、例えば地下に構築される大断面トンネルであって、円弧状の曲線パイプルーフ２、２、…をトンネル１の外殻を覆うアーチ状のルーフを形成するようにして並列に配置させて設置し、その曲線パイプルーフ２、２、…の下方を掘削して構築されるものである。そして、本実施の形態のトンネル１は、トンネル進行方向で先端部（以下、トンネル褄部１Ａとする、図１に示す二点鎖線の領域）が地下埋設物や地下構造物などに近接した位置となる場合に適用され、曲線パイプルーフ２を設置することができないトンネル褄部１Ａの天端部が長尺先受け工によって補強されている。
つまり、本トンネル１は、曲線パイプルーフ２、２、…が設置される曲線パイプルーフトンネル区間（第１トンネル区間Ｔ１）と、長尺先受け鋼管３（先受け用鋼管）が設置される長尺先受け鋼管トンネル区間（第２トンネル区間Ｔ２）とからなる。

図１及び図２に示すように、第１トンネル区間Ｔ１に設置される曲線パイプルーフ２は、その軸方向（長手方向）に所定の曲率で湾曲した断面剛性の高い中空鋼管をなし、打設後に内部にコンクリートが充填される周知の構造をなしている。つまり、曲線パイプルーフ２は、その上方の地山の緩み抑える作用をなし、その下方の地山の掘削における防護屋根（ルーフ）の役割を得るための支保工とされる。

第２トンネル区間Ｔ２は、第１トンネル区間Ｔ１の先端部天端位置において前方斜め上方に向けて打設される複数本の長尺先受け鋼管３、３、…によって地山が先受け支持されている。
なお、トンネル１（第１トンネル区間Ｔ１、第２トンネル区間Ｔ２）の側壁部及び天端部にはトンネルの地山条件に対応して適宜な支保が施されるが、本実施の形態では吹付けコンクリート４が施工されている。そして、詳しくは後述するが、トンネルの構築過程において、第１トンネル区間Ｔ１の切羽面１ｂには鏡ボルト５、５、…が打設されている。

また、トンネル褄部１Ａに最も接近している曲線パイプルーフ２（以下、これを褄部側曲線パイプルーフ２Ａとして区別して説明する）の天端位置下方には長尺先受け鋼管３をトンネル進行方向で前方（トンネル褄部１Ａ側）に打設するための基準となるガイド部材１０が取り付けられている。このガイド部材１０は、褄部側曲線パイプルーフ２Ａの天端部１ａの所定範囲に設けられ、その褄部側曲線パイプルーフ２Ａの円弧方向に延びる形状をなしている。

図３及び図４に示すように、ガイド部材１０は、曲線パイプルーフ２の円弧状に湾曲した平板からなるガイド本体１１と、ガイド本体１１の断面視で一端に固定されていて曲線パイプルーフ２の下面２ａに溶接等で固定される第１係止板１２と、ガイド本体１１の他端に固定されていて吹付けコンクリート４（後述）と一体化するための係止部となるとともに、ガイド本体１１の補強部材ともなる第２係止板１３とからなる。

ガイド本体１１には、上述した先受け工によって打設される長尺先受け鋼管３、３、…を通過させて、所定の方向に向けて案内させるためのガイド穴１４、１４、…がガイド本体１１の長手方向に所定間隔をもって複数設けられている。ガイド穴１４の大きさは、長尺先受け鋼管３を所定の角度で斜めに通過させることが可能な内径寸法とされる。
そして、第１係止板１２は、曲線パイプルーフ２の外周面の周方向に沿って湾曲した形状をなしている。

次に、本実施の形態によるトンネルの構築工法について図面に基づいて説明する。
先ず、図１及び図５（ａ）に示すように、構築するトンネル１の第１トンネル区間Ｔ１の外周を覆うようにして、トンネル軸方向のほぼ全体にわたって複数の曲線パイプルーフ２、２、…を地山に打設する工程を行う。これら曲線パイプルーフ２、２、…は、上述したように先行して中空鋼管を打設し、その内部にコンクリートを充填させることで設置され、後述する第２トンネル区間Ｔ２を掘削する際の支保工として機能される。なお、曲線パイプルーフ２、２、…の施工は、予め施工しておいた図示しない小断面の先進トンネルや開削部などを曲線パイプルーフ２の発進部（打設作業箇所）として利用し、これらの内部から打設する。
そして、第１トンネル区間Ｔ１、つまり打設した複数の曲線パイプルーフ２の下方の地山を掘削する。このとき、少なくともトンネル褄部１Ａに最も接近している褄部側曲線パイプルーフ２Ａの下面２ａ（図３参照）を露出させた状態にしておく。

次いで、図３、図４及び図５（ａ）に示すように、褄部側曲線パイプルーフ２Ａの天端位置下方にガイド部材１０を取り付ける工程を行う。具体的には、ガイド部材１０の第１係止部１２を褄部側曲線パイプルーフ２Ａの下面２ａを支持するように、且つガイド部材１０の長手方向を褄部側曲線パイプルーフ２Ａの円弧方向に沿って配置させた状態で溶接手段等によって固定する。

次に、図５（ｂ）に示すように、掘削した壁面（切羽面１ｂ、側壁部及び天端部）に所定厚さで吹付けコンクリート４を吹き付けて施工するとともに、切羽面１ｂに所定本数の鏡ボルト５、５、…を打設する。なお、この段階では、褄部曲線パイプルーフ２Ａの下方付近は、ガイド部材１０を露出した状態としておくために吹付けコンクリート４を施工せずに、後述する長尺先受け鋼管３の打設後に施工するものとする。

そして、図５（ｃ）に示すように、上述したガイド部材１０を基準として、所定長さの複数の長尺先受け鋼管３、３、…をトンネル進行方向で前方に向けて打設して第２トンネル区間Ｔ２における地山を先受け支持する工程を行う。この際、図３及び図４に示すように、曲線パイプルーフ２に固定されたガイド部材１０のガイド穴１４内に長尺先受け鋼管３を通過させて打設することで、トンネル褄部１Ａにおける先受けを設置する。つまり、ガイド穴１４が長尺先受け鋼管３の打設方向を定める基準となることから、精度よく打設することができる。そのため、長尺先受け鋼管３をトンネル周方向に密に設置することが可能となり、その先受けの下方の地山（トンネル褄部１Ａ）を掘削するにあたって、その掘削部の天端地山の緩みを確実に抑えることができる。

そして、長尺先受け鋼管３を打設した後には、褄部曲線パイプルーフ２Ａの下方付近にガイド部材１０を埋設するようにして吹付けコンクリート４を施工する。このように、ガイド部材１０が褄部側曲線パイプルーフ２Ａに固定されているとともに、吹付けコンクリート４に埋設されているので、打設された長尺先受け鋼管３がガイド部材１０を介して褄部側曲線パイプルーフ２Ａと一体化された状態となり、長尺先受け鋼管３の剛性の向上を図ることができ、地山の安定性をより一層高めることができる。
続いて、図５（ｄ）に示すように、トンネル褄部１Ａを掘削するとともに、掘削した壁面に吹付けコンクリート４を吹き付けて支保する。
ここまでの工程によりトンネル１が構築されることになる。

上述のように本実施の形態によるトンネルの構築工法では、トンネル褄部１Ａに最も接近している褄部側曲線パイプルーフ２Ａの天端位置下方に取り付けたガイド部材１０を基準にして、トンネル褄部１Ａよりトンネル進行方向で前方の地山に長尺先受け鋼管３を所定の方向に向けて精度よく打設することが可能となり、確実な先受け工を施工することができ、地山の安定化が図れることから、先受けの下方の地山における掘削作業を安全に行うことができる。

以上、本発明によるトンネルの構築工法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の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、第１トンネル区間Ｔ１において、吹付けコンクリート４と鏡ボルト５、５、…を施工した後に長尺先受け鋼管３、３、…を打設する手順としているが、この手順に限定されることはなく、先行して長尺先受け鋼管３、３、…を打設した後に吹付けコンクリート４や鏡ボルト５を施工するようにしてもよい。また、地山掘削後の壁面に施す支保は、任意であり、地山の条件に対応して任意に設定すればよい。
さらに、ガイド部材１０の構造、曲線パイプルーフ２、長尺先受け鋼管３の形状、長さ寸法、外径寸法等はとくに制限されることはなく、トンネル１の形状、断面の大きさ、地山条件などに応じて任意に設定することができる。

本発明の実施の形態によるトンネルの構築工法の概要を示す側面図である。 図１に示すＡ−Ａ線断面図である。 図１に示すガイド部材の固定状態の拡大図である。 図２に示すガイド部材の固定状態の拡大図である。 （ａ）〜（ｄ）はトンネルの構築工程を示す図である。

符号の説明

１ トンネル
１Ａ トンネル褄部
２ 曲線パイプルーフ
２Ａ 褄部側曲線パイプルーフ
３ 長尺先受け鋼管（先受け用鋼管）
４ 吹付けコンクリート
１０ ガイド部材
１４ ガイド穴
Ｔ１ 第１トンネル区間
Ｔ２ 第２トンネル区間

Claims (3)

1. 曲線パイプルーフを支保工としてその下方の地山を掘削してトンネルを構築する工法であって、
   トンネルの褄部に最も接近している前記曲線パイプルーフの天端位置下方にガイド部材を取り付ける工程と、
   そのガイド部材を打設方向を定める基準として、所定長さの先受け用鋼管をトンネル進行方向で前方に向けて打設して地山を先受け支持する工程と、
   打設した前記先受け用鋼管の下方の地山を掘削する工程と、
   を有していることを特徴とするトンネルの構築工法。
2. 前記先受け用鋼管を打設した後に、前記ガイド部材を吹付けコンクリートにより埋設するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のトンネルの構築工法。
3. 前記ガイド部材は、前記曲線パイプルーフの円弧方向に延びる形状をなし、前記先受け用鋼管を通過させて所定の方向に向けて案内させるためのガイド穴が前記ガイド部材の長手方向に複数設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネルの構築工法。

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