JP6144055B2 - 扁平トンネルの構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、扁平率の低い扁平トンネルを構築可能な扁平トンネルの構築方法に関する。

トンネルの延長方向と直交する断面（以下、トンネル断面という）が扁平なトンネル空間を有したトンネル（以下、扁平トンネルという）を構築する方法が知られている（特許文献１等参照）。
従来、扁平トンネルを構築する際においては、トンネルの側面にかかる水平反力を確保することが周辺地山の状態に左右されることから、トンネル断面が極端に扁平なトンネルを構築することは困難であり、現実には、扁平率（＝トンネル構造物の高さＨ／トンネル構造物の幅Ｂ）が７０〜７５％程度の扁平率の高い扁平トンネルしか構築することができなかった。例えば道路トンネルの分岐合流部等においては、必要なトンネル内空断面より遥かに大きな必要外空間を掘削し、支保する必要のある大断面の扁平トンネルを構築する必要があった。
例えば、図４（ａ）に示すめがね型トンネル１に対する分岐合流部の扁平トンネルを構築する場合、図４（ｂ）に示すように、めがね型トンネル１の高さよりも高さの高い大断面の扁平トンネル１００を構築していた。即ち、発進導坑２から地山に推進させて到達導坑３まで到達させた管列１０１を構築しようとするトンネル１００の延長方向に沿って複数並ぶように設けることによって、当該トンネルの外殻１０２を、めがね型トンネル１の高さよりも高く構築し、当該外殻１０２の内側の地山を掘削してトンネル空洞部を形成することにより、扁平トンネル１００を構築していた。尚、上記管列１０１は、例えば、最初に推進させる先頭の管１０５の先端側に設けられた図外の掘削手段で地山を掘削させるとともに発進導坑２に設置された推進手段で先頭の管１０５を前方へ押圧することによって先頭の管１０５を地山に推進させ、さらに、推進させた先頭の管１０５の後方に順次後続の管１０５を連結していって前記掘削手段及び推進手段を作動させてこれら管１０５；１０５…を地山に推進させる推進工法によって構築される。

特開２００６−２９０２１号公報

扁平トンネルを構築する場合において、扁平率が高いと、必要外空間の掘削量が多くなるので、掘削作業量、及び、掘削発生土の処理量等が多くなり、施工コストが嵩むという問題点があった。
本発明は、扁平率の低い扁平トンネルを構築できるようにし、必要外空間の掘削量を少なくできて、施工コストを低減できる扁平トンネルの構築方法を提供する。

本発明に係る扁平トンネルの構築方法によれば、既設トンネルに対する分岐合流部の扁平トンネルの両側壁を兼ねる発進導坑と到達導坑とを繋ぎ材で繋いで水平反力を確保する水平反力確保ステップと、発進導坑から地山に推進させて到達導坑まで到達させた管列をトンネルの延長方向に沿って複数並ぶように設けて当該複数の管列と発進導坑と到達導坑とでトンネルの外殻を構築する外殻構築ステップと、外殻で囲まれた地山を掘削してトンネル空洞部を形成するトンネル空洞部形成ステップと、を備え、トンネル空洞部形成ステップは、外殻で囲まれた地山の最上部からトンネルの路面位置まで地山を掘削する掘削ステップと、掘削によって露出した外殻の下面にトラス構造体を設置するトラス構造体設置ステップと、を備えたので、繋ぎ材により発進導坑と到達導坑とが互いに近づく方向に引っ張られているため、既設トンネルに対する分岐合流部の扁平トンネルとして、例えば扁平率７０％未満の扁平率の低い大断面扁平トンネルを構築することが可能となり、必要外空間の掘削量を少なくできて施工コストを低減できる扁平トンネルを構築できる。また、既設トンネルに対する分岐合流部の扁平トンネルとして、例えば扁平率７０％未満の扁平率の低い大断面扁平トンネルを構築する場合において、トラス構造体を備えたことで、外殻の内側の地山を掘削した際に生じる水平反力に対抗させることができるようになり、覆工コンクリートを省くことが可能となる。

扁平トンネルの構築手順を示す図。 扁平トンネルの構築手順を示す図。 外殻内を掘削する前の外殻の内外構成を示す斜視図。 従来の扁平トンネルの構築手順を示す図。

本発明の扁平トンネル構築方法は、発進導坑と到達導坑とをタイロッドのような繋ぎ材で繋いで水平反力を確保する水平反力確保ステップと、発進導坑から地山に推進させて到達導坑まで到達させた管列をトンネルの延長方向に沿って並ぶように複数設けて当該複数の管列と発進導坑と到達導坑とでトンネルの外殻を構築する外殻構築ステップと、外殻内に鉄筋等の構造用材料を配置した後にコンクリート等の充填材を充填して外殻構造体を構築する外殻構造体構築ステップと、外殻で囲まれた地山を掘削してトンネル空洞部を形成するトンネル空洞部形成ステップと、トンネルの路盤を形成する路盤形成ステップとを備える。

トンネル空洞部形成ステップは、外殻で囲まれた地山の最上部から下方部に向けて地山を掘削する掘削ステップと、掘削によって露出した外殻の下面にトラス構造体を設置するトラス構造体設置ステップと、設置されたトラス構造体の下方の地山を下方部に向けてさらに掘削した後に、既に設置されたトラス構造体の下方にさらにトラス構造体を連結して設置していく掘削設置ステップと、必要な回数だけ掘削設置ステップを繰り返して、トラス構造体をトンネルの必要内空間の天井位置まで設置するとともにトンネルの路面位置まで地山を掘削する繰り返し掘削設置ステップとを備える。
つまり、トンネル空洞部形成ステップでは、外殻で囲まれた地山の最上部から下方部に向けてトンネルの路面位置まで段階的に分けて掘削していくとともに、掘削によって露出した外殻の下面にトラス構造体を設け、さらに既に設けたトラス構造体の下部に新たなトラス構造体を増設していく。
即ち、トンネル空洞部形成ステップは、外殻で囲まれた地山の最上部からトンネルの路面位置まで地山を掘削する掘削ステップと、掘削によって露出した外殻の下面にトラス構造体を設置するトラス構造体設置ステップと、を備える。

以下、図１乃至図３を参照して、扁平トンネルの構築方法の具体例を説明する。尚、ここでは、めがね型トンネルに対する分岐合流部のトンネルを構築する場合を例にして説明する。
まず、図１（ａ）に示すように、めがね型トンネル１に対する分岐合流部のトンネルの両側壁を兼ねる発進導坑２と到達導坑３とを形成し、当該発進導坑２と到達導坑３とを繋ぎ材としてのタイロッド４で繋ぐ。このタイロッド４は、図３に示すように、例えば構築しようとするトンネルの延長方向Ｘに沿って間隔を隔てて複数本設ける（尚、図３では、外殻１１の内側の地山１８の図示を省略してある）。

そして、図３に示すように、発進導坑２から地山５に推進させて到達導坑３まで到達させた管列１０Ａを構築しようとするトンネルの延長方向Ｘに沿って並ぶように複数設けて当該複数の管列１０Ａ；１０Ａ…と発進導坑２と到達導坑３とで当該トンネルの外殻１１を構築する。管列１０Ａは、最初に推進させる先頭の管１５の先端側に設けられた図外の掘削手段で地山を掘削させるとともに発進導坑２に設置された推進手段で先頭の管１５を前方へ押圧することによって先頭の管１５を地山に推進させ、さらに、推進させた先頭の管１５の後方に順次後続の管１５を連結していって前記掘削手段及び推進手段を作動させてこれら管１５；１５…を地山に推進させる推進工法によって構成される。この場合、トンネルの延長方向Ｘに沿って互いに並ぶように設けた管列１０Ａ；１０Ａ間の止水処理は、管列１０Ａ；１０Ａ間の周辺の地山を凍結処理等によって地盤改良すればよい。
そして、外殻１１としては、めがね型トンネル１の高さより高さの低い扁平な大断面の扁平トンネル２５（図２（ｄ）参照）を構築するためのトンネルの外殻１１を構築する。

そして、発進導坑２と到達導坑３とを跨ぐように地山に設置された管列１０Ａの内側に図外の鉄筋が配筋された後に図外のコンクリートが充填された鉄筋コンクリート構造体１０Ｂが形成されることによって支保１０が構築される。即ち、支保１０は、発進導坑２と到達導坑３とを跨ぐように地山に設置された管列１０Ａと当該管列１０Ａの内側に形成された鉄筋コンクリート構造体１０Ｂとによって構築される。当該支保１０がトンネルの延長方向Ｘに沿って並ぶように複数設けられて扁平トンネルのアーチ部、及び、インバートが構築される。
また、発進導坑２内、及び、到達導坑３内に図外の鉄筋を配筋した後、発進導坑２内及び到達導坑３内にコンクリートを充填して鉄筋コンクリート構造体１６を構築することで、扁平トンネルの側壁部１７を構築する（図１（ｂ）参照）。
即ち、管列内１０Ａ、発進導坑２内、及び、到達導坑３内に鉄筋を配筋した後にコンクリートを充填して外殻構造体が構築される。つまり、外殻構造体が、上方に湾曲して発進導坑２と到達導坑３とを連通するように設けられてかつトンネルの延長方向Ｘに沿って並ぶように設けられた複数の支保１０によって構築されたアーチ部と、発進導坑２内に鉄筋コンクリート構造体１６を形成して構築された一方の側壁部１７と、到達導坑３内に鉄筋コンクリート構造体１６を形成して構築された他方の側壁部１７と、下方に湾曲して発進導坑２と到達導坑３とを連通するように設けられてかつトンネルの延長方向Ｘに沿って並ぶように設けられた複数の支保１０によって構築されたインバートと、によって構築される。

次に、図外の掘削機械により、図１（ｃ）に示すように、外殻１１で囲まれた地山１８の最上部１８ｔ（図１（ｂ）参照）から例えば５ｍ程度下方位置まで地山１８を掘削する１段目掘削作業を行う。
そして、図１（ｄ）に示すように、１段目掘削作業による掘削によって露出した外殻１１の下面１９にトラス構造体２０を取付けていくトラス構造体１段目設置作業を行う。この場合、外殻１１の下面１９に直接にトラス構造体２０を溶接等によって取付けたり、あるいは、外殻１１の下面１９を形成する互いに隣り合う管列内１０Ａ；１０Ａ…の下面間に段差が生じている場合には当該段差を吸収するために外殻１１の下面１９に図外の鉄板等を溶接して、互いに隣り合う管列内１０Ａ；１０Ａ…の下面間の段差を無くすようにしてから、当該鉄板の下面にトラス構造体２０を溶接等によって取付けるようにすればよい。

トラス構造体１段目設置作業を終了した後、掘削機械により、図２（ａ）に示すように、外殻１１で囲まれた地山１８をさらに例えば５ｍ程度下方位置まで掘削する２段目掘削作業を行う。そして、図２（ｂ）に示すように、既にトラス構造体１段目設置作業により設置されたトラス構造体２０の下方にさらにトラス構造体２１を連結してトラス構造体２１をトンネルの必要内空間の天井位置まで設置するトラス構造体２段目設置作業を行う。
トラス構造体２段目設置作業を終了した後、掘削機械により、図２（ｂ）に示すように、外殻１１で囲まれた地山１８をトンネルの路面位置まで掘削する３段目掘削作業を行う。

次に、図２（ｃ）に示すように、インバート部２２の地盤改良を行った後に、図２（ｄ）に示すように、路盤鉄筋コンクリート２３を施工してトンネルの路面を形成することにより、めがね型トンネル１に対する分岐合流部の扁平トンネル２５を構築できる。

実施形態によれば、発進導坑２と到達導坑３とを繋ぎ材で繋いで水平反力を確保するので、例えばグランドアーチが形成されない低土被りトンネルを構築する際において、外殻１１の内側の地山１８を掘削した際に上方の地山からの力が外殻１１に加わった場合でも、繋ぎ材により発進導坑２と到達導坑３とが互いに近づく方向に引っ張られているため、例えば扁平率７０％未満の扁平率の低い大断面扁平トンネルを構築することが可能となる。
従って、必要外空間の掘削量を少なくできて施工コストを低減できる扁平トンネルを構築できる。

さらに実施形態によれば、外殻１１の下面１９にトラス構造体２０；２１を設置したので、例えば扁平率７０％未満の扁平率の低い大断面扁平トンネルを構築する場合において、トラス構造体２０；２１を備えていることで外殻１１の内側の地山１８を掘削した際に生じる水平反力に対抗させることができる。
また、トラス構造体２０；２１を備えたので、管列１０Ａを構成する管１５の厚さ寸法ｔ（図２（ｄ）参照）を小さくできる。そして、トラス構造体２０；２１に防錆処理を施すことで、覆工コンクリートを省くことが可能となる。

尚、管列１０Ａを構成する管１５としては、例えば、円弧を描くように曲がって延長するように形成された管（管の中心軸線（中心線）が曲線である曲管）、あるいは、真っ直ぐに延長する管（管の中心軸線（中心線）が直線である直管）、あるいは、管の互いに平行に対向する一方の一対の側壁が合同な台形に形成され、当該側壁の台形の互いに平行な辺縁が管１５の中心軸線（中心線）と平行である側壁台形状に形成された管（管の中心軸線（中心線）が直線である側壁台形直管）であって、管の中心軸線と直交する面で管を切断した場合の断面形状が四角形状、又は、円形形状に形成された管１５を用いればよい。
また、最初に推進させる先頭の管１５の先端側に設けられた掘削手段としては、先頭の管１５の先頭開口の前方に設けられて管の推進方向と直交する面と平行な回転中心線を回転中心として回転する回転掘削体であって、先頭の管１５の先頭開口の前方において先頭開口の断面よりも左右幅及び上下幅の大きい断面積の孔を掘削できるように構成された回転掘削体を備えた掘削手段、あるいは、管の中心軸線と同じ又は平行な回転中心線を回転中心として回転する回転掘削体を備えた掘削手段、あるいは、所謂ウォータジェット噴射により地山を掘削する掘削手段を用いればよい。
また、発進導坑２に設置される推進手段は、例えば、管を押圧するための複数の元押しジャッキと呼ばれる例えば油圧ジャッキ、管の後端面に設置されて元押しジャッキからの押圧力を管に伝達する伝達材、管の推進の際に元押しジャッキに加わる推進反力を受ける支圧体等を備えた構成である。

尚、繋ぎ材を設ける位置、個数などは、構築するトンネルの仕様、地山の状況に応じて適宜決定すればよい。
また、トラス構造体の設置数、設置場所なども、構築するトンネルの仕様、地山の状況に応じて適宜決定すればよい。

２ 発進導坑、３ 到達導坑、４ タイロッド（繋ぎ材）、１０Ａ 管列、１１ 外殻。

Claims (1)

1. 既設トンネルに対する分岐合流部の扁平トンネルの両側壁を兼ねる発進導坑と到達導坑とを繋ぎ材で繋いで水平反力を確保する水平反力確保ステップと、
   発進導坑から地山に推進させて到達導坑まで到達させた管列をトンネルの延長方向に沿って複数並ぶように設けて当該複数の管列と発進導坑と到達導坑とでトンネルの外殻を構築する外殻構築ステップと、
   外殻で囲まれた地山を掘削してトンネル空洞部を形成するトンネル空洞部形成ステップと、
   を備え、
   トンネル空洞部形成ステップは、
   外殻で囲まれた地山の最上部からトンネルの路面位置まで地山を掘削する掘削ステップと、
   掘削によって露出した外殻の下面にトラス構造体を設置するトラス構造体設置ステップと、
   を備えたことを特徴とする扁平トンネルの構築方法。

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