JP6019689B2 - トンネル拡幅工法 - Google Patents

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本発明は、トンネル拡幅工法およびトンネル拡幅構造に関するものであり、具体的には、良好な施工効率でのトンネル拡幅工事を可能とする技術に関する。
道路や鉄道線路等をアンダーパスしたり、様々な地盤状況に幅広く対応できるシールドトンネルは、適用範囲を広げている。こうしたシールドトンネルにおける分岐部や合流部などの構築に際し、トンネルを地中拡幅する技術がいくつか提案されている。例えば、拡幅予定箇所を所定間隔でトレンチ状に掘削して支保工を設置し、この掘削を行った領域に仮のRC壁体を構築して上部地盤等の支持を図り、その上で、RC壁体間の拡幅予定部位を掘削して躯体を設置し、その後、前記のRC壁体を撤去して残りの部位の躯体を設置する、といったシールドトンネルの拡幅工法(特許文献1)などが提案されている。
特開2010−43440号公報
上記のRC壁体は、仮設の構造物ではあるものの強固なRC構造物である。従って、そのようなRC壁体を構築する従来技術においては、狭隘空間での煩雑な構築は勿論、手戻り工程と言える撤去にも相応の施工時間が必要となる。また、必要な拡幅断面以上に掘削領域を大きくする、すなわち余掘りを大きく行う必要があり、施工効率が低下することとなる。こうしたRC壁体は、荷重が集中すること、水平方向の荷重をシールドトンネルに伝達する必要があることなどから、シールドトンネル等の補強が必要となり、更なる施工効率低下や施工コスト増大を招く懸念もある。また、トレンチ状の掘削を行う際に架設する支保工は、隣接する領域でトレンチ状掘削を施工する際に偏土圧が作用するため、該偏土圧を極力小さくする掘削手順とする必要がある。つまり従来技術においては、本設の躯体工以外の工程による多大な手間や施工時間が生じ、全体の施工効率も低下しやすいといった課題があった。
そこで本発明は、良好な施工効率でのトンネル拡幅工事を可能とする技術の提供を目的とする。
上記課題を解決するトンネル拡幅工法は、トンネルの拡幅予定箇所からトンネル外方に向け、所定幅のトレンチ状に地山を掘削しつつ、当該掘削で形成した領域の各地山側面においてトンネル軸方向に第1のアンカーボルトを打設して、第1のトレンチ状領域を形成し、当該第1のトレンチ状領域に前記所定幅の第1躯体を構築する第1工程と、前記第1のトレンチ状領域と所定間隔をおいて隣接する拡幅予定箇所からトンネル外方に向け、所定幅のトレンチ状に地山を掘削しつつ、当該掘削で形成した領域の一方の地山側面に露出した前記第1のアンカーボルトの端部を、当該地山側面に固定してタイロッドとなし、前記領域の他方の地山側面においてトンネル軸方向にアンカーボルトを打設して、第2のトレンチ状領域を形成し、当該第2のトレンチ状領域に前記所定幅の第2躯体を構築する第2工程と、前記タイロッドで一体となった前記第1および前記第2のトレンチ状領域の地山側面間の地山を、タイロッドを撤去しつつ掘削し、前記第1躯体と前記第2躯体との間に躯体を構築する第3工程と、を含むことを特徴とする。
このトンネル拡幅工法によれば、構築や撤去に手間のかかる仮設の構造物が不要であり、施工効率を低下させる手戻り工程も発生しない。また、第1および第2の各トレンチ状領域においてロックボルトが固定された地山側面や、タイロッドで一体となった地山側面間の地山は、それぞれが自立した構造となるため、施工順序を柔軟なものとしやすく、施工性が良好である。また、適宜な土留め支保工により余掘り量を低減でき、余掘り部の躯体コンクリート量も低減できる。また、タイロッドで一体となった部分の地山において、水平方向荷重の伝達範囲が従来技術の仮の壁体より広範囲となり、シールドトンネルや躯体の補強工を低減できる。つまり、本設の躯体工以外の工程に多大な手間や施工時間が生じることなく、全体の施工効率も良好なものとなる。従って、良好な施工効率でのトンネル拡幅工事が可能となる。
なお、前記トンネル拡幅工法において、前記第1工程を複数回実行して、互いに所定間隔で隣接する前記第1のトレンチ状領域を複数形成し、各第1のトレンチ状領域に前記所定幅の第1躯体を構築し、互いに隣接する前記第1のトレンチ状領域の間における拡幅予定箇所からトンネル外方に向け、所定幅のトレンチ状に地山を掘削しつつ、当該掘削で形成した領域の両地山側面に露出した前記第1のアンカーボルトの端部を、各地山側面に固定してタイロッドとなして、前記第2のトレンチ状領域を形成し、当該第2のトレンチ状領域に前記所定幅の第2躯体を構築し、前記タイロッドで一体となった前記第1および前記第2のトレンチ状領域の各地山側面間の地山のうちいずれか一方を掘削し、該当第1躯体と前記第2躯体との間に躯体を構築した後、前記各地山側面間の地山のうち他方を掘削し、該当第1躯体と前記第2躯体との間に躯体を構築する、としてもよい。
このトンネル拡幅工法によれば、広範囲にわたる拡幅予定箇所について、地山側面や地山側面間の地山の自立を踏まえて効率良く拡幅工事を行うことが可能であり、トンネル拡幅工事全体の施工効率も良好なものとできる。
また、前記トンネル拡幅工法において、地山の土留め支保工を施工しつつ前記掘削を行うとすれば好適である。こうしたトンネル拡幅工法によれば、トンネル周囲の地山強度が良好でない場合にも対応して、効率的な拡幅工事を行うことが出来る。
また、前記トンネル拡幅工法において、前記土留め支保工が、地山の掘削面形状に沿って立設され前記アンカーボルト端部を固定する門型支保工と、当該門型支保工上端と掘削面天端との間に打設して掘削面天端上方の地山を支持する矢板とで構成されるものであるとしてもよい。こうしたトンネル拡幅工法によれば、トレンチ状領域等での躯体構築にあわせて支保工の盛替え、転用が可能であり、また、場合によっては他トンネルでの拡幅工事への支保工の再利用を図ることも可能であり、支保工に関する施工効率や施工コストを低減できる。また、パイプルーフの施工がなされていて地山にロックボルトを打設できない場合でも、こうした門型支保工を採用すれば確実な支保が可能となる。
また、前記トンネル拡幅工法において、前記土留め支保工が、地山の掘削面に固化材を吹き付けて構成されるものであるとしてもよい。こうしたトンネル拡幅工法によれば、トンネルや拡幅箇所のサイズなど工事毎に異なる仕様にあわせて支保工を手配する必要がなく、支保工の施工性も良好で施工速度も高まる。
本発明によれば、良好な施工効率でのトンネル拡幅工事が可能となる。
本実施形態のトンネル拡幅工法の施工フローを示す図である。 本実施形態におけるトンネル拡幅工法の施工手順例1を示す図である。 本実施形態におけるトンネル拡幅工法の施工手順例2を示す図である。 本実施形態におけるトンネル拡幅工法の施工手順例3を示す図である。 本実施形態におけるトンネル拡幅工法の施工手順例4を示す図である。 本実施形態におけるトンネル拡幅工法の施工手順例5を示す図である。 本実施形態におけるトンネル拡幅工法の施工手順例6を示す図である。 本実施形態におけるトンネル拡幅工法の施工手順例7を示す図である。 本実施形態におけるトンネル拡幅工法の施工手順例8を示す図である。 本実施形態のトンネル拡幅工法における掘削例を示す図である。 本実施形態における門型支保工の構造例を示す図である。 本実施形態におけるアンカーボルトとタイロッドの関係例を示す図である。 第1のトレンチ状領域を1つのみ形成する施工パターン例を示す図である。
以下に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図1は本実施形態のトンネル拡幅工法の施工フローを示す図である。本実施形態において、トンネル拡幅工法を実施するトンネルは、地山1に形成したシールドトンネル10(図2、図10参照)である。シールドトンネル10は、例えば鋼製のセグメント12がトンネル周方向に配置されたセグメントリングの連結体を用いて地山壁面の覆工がなされ、その上で本設の躯体の構築がなされたものである。本実施形態では、既設躯体14における一方の側部壁面を残置し、他方の側部壁面をトンネル外方の地山1に拡張し、トンネル断面の拡幅を行うものとする。
なお、セグメント12において地山1と直接当接する面は、地山1の崩壊やトンネル内空13への地下水流入を抑制し、地山1からの荷重をセグメント12の主桁やリブ材等に伝達する鋼殻スキンプレート11で覆われている。いずれにしても、シールドトンネル10の施工方法等については既存技術によるものと同様である。
こうしたシールドトンネル10における分岐部や合流部など、シールドトンネル10における拡幅予定箇所15の周囲の地山1においては、拡幅予定箇所15を内包するよう予め所定の止水工を実施しておく。実施する止水工の種類は問わないが、例えば、拡幅予定箇所15を囲むトンネル軸方向にパイプルーフ16の打設と薬液注入を行う止水工が採用できる。また、前述したようなパイプルーフの施工は行わず、所定箇所に向けて地上からの薬液注入を行う止水工を採用することも可能である。
トンネル拡幅工法の実際の施工手順としては、まずトンネル内空13において、図2に示す内部支保工17を設置する(s100)。内部支保工17はH型鋼や鋼管などの各種鋼材を想定できる。トンネル内空13における内部支保工17の設置は、拡幅予定箇所15のうち、後述する第1のトレンチ状の地山掘削を行う掘削箇所15Aを挟む両側(の延長上)など、掘削後にトンネル内空13において地山からの荷重増大が見込まれる箇所を支持するよう行う。
内部支保工17の設置に続き、トンネル内空13から地山1にアクセスするため、少なくとも掘削箇所15Aの位置にあるセグメント12の鋼殻スキンプレート11を撤去する(s101)。鋼殻スキンプレート11を撤去し、トンネル内空13から地山1にアクセス出来るようになれば、上述の掘削箇所15Aからトンネル外方すなわち地山1に向け、所定幅でのトレンチ掘削を行う(s102)。
このトレンチ掘削に際しては、所定の土留め支保工を施工し、掘削後の地山1の壁面が崩落することを抑止する。トレンチ掘削は、具体的には図10に例示するように、トンネル内空13に設置した構台21に掘削重機22を配置し、この掘削重機22により、トンネル断面上段におけるトンネル天端から、トンネル断面中断、そしてトンネル断面下段と徐々に地山1を掘り下げていくことにより行う。この時、掘削進行に伴って地山1に生じるトレンチ状の領域23の、両地山側面24および天井面25には所定の土留め支保工26を設置し、更にはこの土留め支保工26を介して地山1へアンカーボルト27(第1のアンカーボルト)を打設する。アンカーボルト27の打設は、上記トレンチ状の領域23の各地山側面24においてトンネル軸方向に向けて実行される。また、地山1のトレンチ掘削が一定程度進行する毎に、土留め支保工26の施工とアンカーボルト27の打設を行うものとする。
上記の土留め支保工26としては図11および図12に例示する門型支保工28を採用できる。この門型支保工28は、上述のトレンチ状の領域23の掘削面形状に沿う門型の外形を備えており、各地山側面24を覆う横矢板29、横矢板29に当接しつつ領域23の天井面25を送り矢板30を介して支保する土留め芯材31で構成されている。送り矢板30は、門型支保工上端と領域23の天井面25(すなわち掘削面天端)との間に打設して掘削面天端上方の地山1を支持する矢板である。こうした門型支保工を採用すれば、パイプルーフの施工がなされていて地山にロックボルトを打設できない場合でも、確実な支保が可能となる。
なお、本実施形態では門型支保工28を例示するが、土留め支保工26としては、その他にも、地山1の掘削面に固化材を吹き付けるNATM工法なども採用できる。
こうした土留め芯材31は、アンカーボルト27の端部32を固定する役割も担っている。図11、12に例示するように、土留め芯材31には、支圧板33を介して所定の挿通孔34に通されたアンカーボルト27の端部32がナット35で締結固定される。領域23の地山側面24における土留め芯材31から地山1に打設されるアンカーボルト27は、後に掘削を行う隣接した拡幅予定箇所15Bまで到達するアンカー長を有するものとする。
以上のようにして、上述のトレンチ状の領域23を所定の奥行き(必要なトンネル拡幅幅に対応)まで掘り進め、第1のトレンチ状領域20を形成する。第1のトレンチ状領域20が形成されたならば、所定の型枠を組んでコンクリートを打設し、図3に示すように当該領域20の奥部(地山1の壁面付近)に所定幅の第1躯体36を構築する(s103)。
また、ステップs100で設置した内部支保工17の盛替を行う(s104)。内部支保工17の盛替では、例えば、第1のトレンチ状領域20とトンネル内空13において、第1躯体36を支持する内部支保工17を設置する。
この後、図4に示すように、拡幅予定箇所15のうち、掘削箇所15A(第1のトレンチ状領域20)と所定間隔をおいて隣接し、第2のトレンチ状の地山掘削を行う掘削箇所15Bの両側の延長上に、内部支保工17を更に設置する(s104)。また、この掘削箇所15Bに対応した内部支保工17の設置に続き、トンネル内空13から地山1にアクセスするため、少なくとも掘削箇所15Bの位置にあるセグメント12の鋼殻スキンプレート11を撤去し、上記同様に掘削箇所15Bから地山1に向け、所定幅でのトレンチ掘削を行う。勿論、このトレンチ掘削に際しては、上述同様の土留め支保工を施工し、掘削後の地山1の壁面が崩落することを抑止する。
上記のように、第1のトレンチ状領域20間に挟まれた箇所について掘削する際は、隣接する第1のトレンチ状領域20にて打設されたロックボルト27を利用して、タイロッドとなして土留め工を行う。図12は本実施形態におけるアンカーボルトとタイロッドの関係例を示す図である。この場合、上記の掘削箇所15Bに関する掘削で形成した領域37の各地山側面38に露出したアンカーボルト27の端部39を、地山側面38に固定してタイロッド40となすものとする。こうしてタイロッド40により一体に土留めされた地山側面24と地山側面38との間の土壁45により、上述したパイプルーフ等を含む上部地盤が支持される。
以上のようにして、上述のトレンチ状の領域37を所定の奥行き(必要なトンネル拡幅幅に対応)まで掘り進め、第2のトレンチ状領域43を形成する。第2のトレンチ状領域43が形成されたならば、所定の型枠を組んでコンクリートを打設し、当該領域43の奥部(地山1の壁面付近)に所定幅の第2躯体44を構築する。この第2躯体44の構築に伴い、図5に示すように内部支保工17の盛替を再度行う。ここでの内部支保工17の盛替では、第2のトレンチ状領域43とトンネル内空13において、第2躯体44を支持する内部支保工17を設置する。
上述してきたステップs101〜s104の手順は、シールドトンネル10における拡幅予定箇所15における第1躯体36および第2躯体44の設置数だけ繰り返し実行することになる(s105)。
予め予定していた第1躯体36および第2躯体44の設置が完了したならば、図6に示すように、掘削箇所15Aと掘削箇所15Bとの間の掘削箇所15Cに対応したセグメント12を撤去し(s106)、地山側面23と地山側面38との間の土壁45を掘削する(s107)。この土壁45はタイロッド40で一体となった地山であるから、掘削の進行に伴ってタイロッド40を適宜除去する。なお、このステップs107での掘削は、1つの第1のトレンチ状領域20または第2のトレンチ状領域43から見て、両隣に存在することになる上記土壁45のうち、いずれか一方の側について掘削する。
土壁45の掘削を行ったならば、所定の型枠を組んでコンクリートを打設し、図7に示すように、土壁45を掘削したことで露出した第1躯体36と第2躯体44との間に躯体46を構築する(s108)。またこの躯体46の構築に伴って、上記ステップs107で掘削した土壁45を挟む地山側面23と地山側面38の各近傍、および掘削箇所15Cの延長上のトンネル内に設置していた内部支保工17(いずれも撤去後であるため図7では不図示)を撤去する(s109)。
上述したように、1つの第1のトレンチ状領域20または第2のトレンチ状領域43から見て、両隣に存在することになる上記土壁45のうち、一方の側の土壁45について掘削を行ったので、続いて、図8、図9に示すように、他方の側の土壁45について前記ステップs106〜s109の手順を同様に実行する(s110)。上述してきたステップs106〜s109の手順は、シールドトンネル10における拡幅予定箇所15における躯体46の設置数だけ繰り返し実行することになる。以上により、シールドトンネル10における拡幅がなされることとなる。
なお、図13に示すように、第1のトレンチ状領域20を1つのみ形成する施工パターンも採用できる。この場合、第1のトレンチ状領域20の地山側面24から、トンネル軸方向に打設されたアンカーボルト27の長さ分だけ離間した掘削箇所15Bにおいて、トレンチ掘削を行って第2のトレンチ状領域43を形成し、上記同様に第2躯体44を構築する。この場合、第2のトレンチ状領域43における、第1のトレンチ状領域20と遠い方の地山側面38fにおいては、上記のステップs102と同様にトンネル軸方向に第2のアンカーボルト42を地山1に打設するものとする。また、第2のトレンチ状領域43の掘削作業に伴って各地山側面38に露出するアンカーボルト27の端部39を、地山側面38における門型支保工28に固定してタイロッド40となす。こうしてタイロッド40により一体に土留めされた地山側面24と地山側面38との間の土壁45により、上述したパイプルーフ等を含む上部地盤が支持され、この土壁45の掘削をタイロッド40を撤去しつつ実行する。土壁45の掘削後は、所定の型枠を組んでコンクリートを打設し、土壁45を掘削したことで露出した第1躯体36と第2躯体44との間に躯体46を構築する。
以上、本実施形態によれば、良好な施工効率でのトンネル拡幅工事が可能となる。
以上、本発明の実施の形態について、その実施の形態に基づき具体的に説明したが、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
1 地山
10 シールドトンネル
11 鋼殻スキンプレート
12 セグメント
13 トンネル内空
15 拡幅予定箇所
15A〜15C 掘削箇所
16 パイプルーフ
17 内部支保工
20 第1のトレンチ状領域
21 構台
22 掘削重機
23 トレンチ状の領域
24 地山側面
25 天井面
26 土留め支保工
27 アンカーボルト(第1のアンカーボルト)
28 門型支保工
29 横矢板2
30 送り矢板
31 土留め芯材
32 アンカーボルト端部
33 支圧板
34 挿通孔
35 ナット
36 第1躯体
37 領域
38 地山側面
39 アンカーボルトの端部
40 タイロッド
42 第2のアンカーボルト
43 第2のトレンチ状領域
44 第2躯体
45 土壁
46 躯体

Claims (5)

  1. トンネルの拡幅予定箇所からトンネル外方に向け、所定幅のトレンチ状に地山を掘削しつつ、当該掘削で形成した領域の各地山側面においてトンネル軸方向に第1のアンカーボルトを打設して、第1のトレンチ状領域を形成し、当該第1のトレンチ状領域に前記所定幅の第1躯体を構築する第1工程と、
    前記第1のトレンチ状領域と所定間隔をおいて隣接する拡幅予定箇所からトンネル外方に向け、所定幅のトレンチ状に地山を掘削しつつ、当該掘削で形成した領域の一方の地山側面に露出した前記第1のアンカーボルトの端部を、当該地山側面に固定してタイロッドとなし、前記領域の他方の地山側面においてトンネル軸方向にアンカーボルトを打設して、第2のトレンチ状領域を形成し、当該第2のトレンチ状領域に前記所定幅の第2躯体を構築する第2工程と、
    前記タイロッドで一体となった前記第1および前記第2のトレンチ状領域の地山側面間の地山を、タイロッドを撤去しつつ掘削し、前記第1躯体と前記第2躯体との間に躯体を構築する第3工程と、
    を含むことを特徴とするトンネル拡幅工法。
  2. 前記第1工程を複数回実行して、互いに所定間隔で隣接する前記第1のトレンチ状領域を複数形成し、各第1のトレンチ状領域に前記所定幅の第1躯体を構築し、
    互いに隣接する前記第1のトレンチ状領域の間における拡幅予定箇所からトンネル外方に向け、所定幅のトレンチ状に地山を掘削しつつ、当該掘削で形成した領域の両地山側面に露出した前記第1のアンカーボルトの端部を、各地山側面に固定してタイロッドとなして、前記第2のトレンチ状領域を形成し、当該第2のトレンチ状領域に前記所定幅の第2躯体を構築し、
    前記タイロッドで一体となった前記第1および前記第2のトレンチ状領域の各地山側面間の地山のうちいずれか一方を掘削し、該当第1躯体と前記第2躯体との間に躯体を構築した後、前記各地山側面間の地山のうち他方を掘削し、該当第1躯体と前記第2躯体との間に躯体を構築する、
    ことを特徴とする請求項1に記載のトンネル拡幅工法。
  3. 地山の土留め支保工を施工しつつ前記掘削を行うことを特徴とする請求項1または2に記載のトンネル拡幅工法。
  4. 前記土留め支保工が、地山の掘削面形状に沿って立設され前記アンカーボルト端部を固定する門型支保工と、当該門型支保工上端と掘削面天端との間に打設して掘削面天端上方の地山を支持する矢板とで構成されるものであることを特徴とする請求項3に記載のトンネル拡幅工法。
  5. 前記土留め支保工が、地山の掘削面に固化材を吹き付けて構成されるものであることを特徴とする請求項3に記載のトンネル拡幅工法。
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