JP6371244B2

JP6371244B2 - パイプルーフの連結構造

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Publication number: JP6371244B2
Application number: JP2015057878A
Authority: JP
Inventors: 茂樹木下; 隆弘齋藤; 英介川嶋; 雅裕栗本
Original assignee: Okumura Corp
Current assignee: Okumura Corp
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2018-08-08
Anticipated expiration: 2035-03-20
Also published as: JP2016176267A

Description

本発明は、パイプルーフの連結構造に関し、特に、トンネルの外周部分の地盤に埋設された複数のパイプルーフ材を互いに連結して、地盤からの荷重を一体として支持できるようにするパイプルーフの連結構造に関する。

パイプルーフ工法は、地中にトンネルを構築する際に、地盤を掘削するのに先立って、構築されるトンネルの上方部分の地盤に鋼管等からなるパイプルーフ材を複数埋設して、地盤からの荷重を先受けするパイプルーフを形成することによって、後続して行われるトンネルの掘削作業を、より安定した状態で行えるようにする工法として公知のものである。

また、鋼管等からなるパイプルーフ材を用いたトンネルの構築方法として、トンネルの上方アーチ部の外周部分の地盤に、トンネルの延設方向に向けて、長尺材である鋼管を周方向に間隔を置いて複数本、押し込んだ後に、長尺材間を含むトンネルの外周を囲繞するようにして、地盤にセメント系固化材を充填し撹拌することで、断面視環状に地盤改良し、押し込んだ鋼管によって先受けさせながら、地盤改良された部分の内側を掘削して、トンネルを構築できるようする工法が開示されている（例えば、特許文献１）。特許文献１のトンネルの構築方法では、断面視環状の地盤改良部のアーチ効果によって、掘削による地盤の緩みを最小限にしつつ、地盤改良部の内側を掘削して、トンネルを構築することが可能になる。

特許第５３０８１１６号公報

特許文献１のトンネルの構築方法では、トンネルの外周部分の地盤に鋼管（パープルーフ材）を押し込んだ後に、トンネルの外周を囲繞して断面視環状に地盤改良する工程では、例えば発進立坑及び到達立坑の両方又は一方の内部から、トンネルの延設方向に向けて、先端に拡幅改良装置が接続された推進管を、所定の延長で地中に押し込んだ後に、拡幅改良装置の先端から地盤改良材を吐出させて、周囲の土砂と共に撹拌させながら、推進管を徐々に引き抜く作業を繰り返すことによって、地盤改良部を形成するようになっている。

そして、特許文献１のトンネルの構築方法では、形成された地盤改良部によって所望のアーチ効果が得られるように、地盤改良部は、トンネルの外周部分の地盤に、断面視環状となるように周方向に隙間なく連続させて形成する必要があることから、先端に拡幅改良装置が接続された推進管を押し込んだり引き抜いたりする作業を、多数回繰り返し行わなければならない。このため、大量の地盤改良材を要することになると共に、施工コストが増大することになる。特に、トンネルの施工延長が長い場合には、精度良く推進管を押し込むことが困難なことから、地盤改良部を断面視環状に隙間なく連続させるには、より広い範囲に地盤改良部を形成する必要を生じて、施工コストがさらに増大することになる。

また、特許文献１のトンネルの構築方法では、トンネルの外周部分の地盤に押し込まれた複数の鋼管（パイプルーフ材）は、その大きな剛性によって、トンネルの延設方向の先受け支保工として機能して、地盤を掘削する際に、地山の安定性を向上させると共に、地山の変形を抑制することを可能にしているが、トンネルの横断方向（断面方向）には、個々に分断された状態で埋設されているため、これらのパイプルーフ材を横断方向の支保工として機能させて、アーチ効果を発揮させることは困難である。

本発明は、地中に埋設された複数のパイプルーフ材を用いて、アーチ効果を発揮することが可能なトンネルの横断方向の支保工を、地盤改良材の使用量を抑制しつつ、簡易な施工方法によって、トンネルの外周部分の地盤に効率良く形成することのできるパイプルーフの連結構造を提供することを目的とする。

本発明は、地中に構築されるトンネルの外周部分の地盤において、トンネルの延設方向に延設すると共に、弧状の断面に沿った方向に間隔を置いて、パイプルーフ掘進工法により並べて埋設された、内部で作業員が作業できる大きさの内径を有する鋼管からなる複数のパイプルーフ材を互いに連結して、地盤からの荷重を一体として支持できるようにするパイプルーフの連結構造であって、前記弧状の断面に沿った方向に隣接する各一対のパイプルーフ材に、両側の端部を各々固着して、これらのパイプルーフ材を互いに接続する連結接続鋼材と、隣接する各一対のパイプルーフ材の間隔部分に介在して設けられた、耐圧支持地盤体とを含んで構成されており、前記連結接続鋼材は、隣接する各一対のパイプルーフ材の間隔部分における、前記弧状の断面の径方向の内側部分及び外側部分に、２段に配置されて取り付けられており、前記耐圧支持地盤体は、これらの２段に配置された前記連結接続鋼材によって挟まれる領域に設けられており、前記耐圧支持地盤体は、パイプルーフ材の内側からの作業により、隣接する各一対のパイプルーフ材の間隔部分の地盤を地盤改良することによって形成された、所定の圧縮強度を有する改良地盤からなり、引張材として機能し、且つ前記耐圧支持地盤体を拘束する前記連結接続鋼材と、圧縮材として機能する、前記改良地盤による耐圧支持地盤体との相乗効果によって、隣接する各一対のパイプルーフ材が一体として弧状に連続することによるアーチ効果を発揮させるパイプルーフの連結構造を提供することにより、上記目的を達成したものである。

そして、本発明のパイプルーフの連結構造は、前記複数のパイプルーフ材が、地中に構築されるトンネルの少なくとも上方部分の地盤において、前記弧状の断面に沿った方向に間隔を置いて並べて埋設されていることが好ましい。

また、本発明のパイプルーフの連結構造は、前記複数のパイプルーフ材が、地中に構築されるトンネルの外周部分の地盤において、前記弧状の断面を含む円形の断面に沿った円周方向に、間隔を置いて全周に亘って並べて埋設されていることが好ましい。

また、本発明のパイプルーフの連結構造は、前記連結接続鋼材が、パイプルーフ材の延設方向に、３０〜１００ｃｍのピッチで取り付けられていることが好ましい。

さらにまた、本発明のパイプルーフの連結構造は、前記連結接続鋼材が、鋼棒からなり、パイプルーフ材の内部に設けられた締着台に、両側の端部を各々締着することによって、パイプルーフ材に固着されていることが好ましい。

本発明のパイプルーフの連結構造によれば、地中に埋設された複数の鋼管からなるパイプルーフ材を用いて、アーチ効果を発揮することが可能なトンネルの横断方向の支保工を、地盤改良材の使用量を抑制しつつ、簡易な施工方法によって、トンネルの外周部分の地盤に効率良く形成することができる。

本発明の好ましい一実施形態に係るパイプルーフの連結構造を説明する略示断面図である。本発明の好ましい一実施形態に係るパイプルーフの連結構造を採用したトンネルの構築工法によって構築されるトンネルを説明する略示断面図である。トンネルの構築工法の薬液注入工程を説明する略示斜視図である。トンネルの構築工法の坑内立坑築造工程を説明する略示斜視図である。トンネルの構築工法の坑内立坑築造工程を説明する、（ａ）は略示横断面図、（ｂ）は略示平断面図である。トンネルの構築工法の円周シールド施工工程を説明する略示斜視図である。（ａ）〜（ｃ）は、トンネルの構築方法の円周シールド施工工程を説明する略示横断面図である。トンネルの構築工法のパイプルーフ施工工程を説明する略示斜視図である。トンネルの構築工法のパイプルーフ施工工程を説明する略示横断面図である。トンネルの構築工法の褄部施工工程を説明する略示斜視図である。トンネルの構築工法の褄部施工工程を説明する、（ａ）は略示横断面図、（ｂ）は略示平断面図である。トンネルの構築工法の掘削及び覆工工程を説明する略示縦断面図である。トンネルの構築工法の掘削及び覆工工程を説明する略示横断面図である。（ａ）〜（ｊ）は、トンネルの構築工法の掘削及び覆工工程を説明する略示横断面図である。トンネルの構築工法の掘削及び覆工工程を説明する褄部の略示縦断面図である。

図１に示す本発明の好ましい一実施形態に係るパイプルーフの連結構造１０は、例えば地表面から４０ｍ以上の深さの区分地上権が不要な大深度地下に、図２に示すように、例えば道路用の本線トンネル５１とランプトンネル５２とを接続させるための、本線トンネル５１及びランプトンネル５２を囲うことが可能な、例えば直径が２９ｍ程度の大きさの大断面のインターチェンジ用の拡幅トンネル５０を構築する工事において採用されたものである。すなわち、本実施形態のパイプルーフの連結構造１０は、拡幅トンネル５０の地盤を掘削する掘削及び覆工工程（図１２参照）に先立って、後述するパイプルーフ施工工程（図８、図９参照）により拡幅トンネル５０の外周部分の地中に埋設された、複数のパイプルーフ材１１を連結することによって、拡幅トンネル５０の周囲の地盤からの荷重を支持する横断方向（断面方向）の支保工を、パイプルーフ１２により簡易に形成できるようにするための構造として採用されたものである。

そして、本実施形態では、拡幅トンネル５０を構築するためのトンネルの構築工法は、好ましくはシールド工法によって、例えば１６ｍ程度の直径の本線トンネル５１が地中に形成された後に、この本線トンネル５１から、拡幅トンネル５０の施工区間の両側の端部に坑内立坑２０を形成して（図４及び図５（ａ）、（ｂ）参照）、この坑内立坑２０を介して、後述する円周シールド坑３０（図６、図７（ａ）〜（ｃ）参照）やパイプルーフ１２（図８、図９参照）や褄部地盤改良体４０（図１０、図１１参照）の施工を行なうようになっている。

すなわち、本実施形態では、拡幅トンネル５０を構築するためのトンネルの構築工法は、図３〜図１４に示すように、本線トンネル５１から薬液注入を行って、拡幅トンネル５０が構築される領域の地盤及びこれの周囲の地盤を安定化させる薬液注入工程（図３参照）と、拡幅トンネル５０の施工区間の両側の端部において、本線トンネル５１から下方の地盤に向けて坑内立坑２０を各々築造する立坑築造工程（図４及び図５（ａ）、（ｂ）参照）と、坑内立坑２０から円周シールド掘進機３１を発進させると共に、当該坑内立坑２０に円周シールド掘進機３１を到達させて、パイプルーフ１２及び褄部地盤改良体４０を施工する際の作業坑となる、円周シールド坑３０を各々形成する円周シールド施工工程（図６、図７（ａ）〜（ｃ）参照）と、拡幅トンネル５０の施工区間の一方の端部の円周シールド坑３０から、他方の端部の円周シールド坑３０に向けて、複数のパイプルーフ材１１を地中に押し込むことによって、これらの複数のパイプルーフ材１１を円周方向に並べて連設させた、円筒状のパイプルーフ１２を形成するパイプルーフ施工工程（図８、図９参照）と、各々の円周シールド坑３０の内方の地盤を地盤改良することによって、拡幅トンネル５０の施工区間の両側の端部に褄部地盤改良体４０を各々形成する褄部改良体形成工程（図１０、図１１（ａ）、（ｂ）参照）と、円筒状に形成されたパイプルーフ１２と両側の端部の円周シールド坑３０及び褄部地盤改良体４０とによって周囲を囲まれる内側領域を、上部から下部に向けて掘削すると共に、掘削により露出したパイプルーフ１２の内壁面や褄部地盤改良体４０の内壁面を覆って、上部から下部に向けて順次覆工壁４３ａ，４３ｂを形成する掘削及び覆工工程（図１２〜図１４参照）とを含んで構成されている。

上述のトンネルの構築工法における薬液注入工程では、図３に示すように、本線トンネル５１からこれの外周部分の地盤に向けて、公知の薬液注入管２６を、本線トンネル５１の周方向及び軸方向に所定の間隔をおいて、多数本挿入する。また、挿入した薬液注入管２６を介して、例えば水ガラス系等の公知の薬液を注入することによって、拡幅トンネル５０（図２参照）が構築される領域の地盤及びこれの周囲の地盤を改良して、これらの地盤を安定化させる。薬液注入工程における、薬液注入管２６の挿入本数、注入する薬液の種類や注入量、注入圧、ゲルタイム等は、対象となる地盤の種類や、地下水位、透水係数、粒度分布、改良範囲等を鑑みて、適宜設計することができる。

なお、本実施形態では、拡幅トンネル５０を構築するための各工程を行うのに先立って、本線トンネル５１の外郭部分を構成する例えばセグメントの内周面に沿って、鋼製の補強リング２７ａを、本線トンネル５１の軸方向に所定の間隔をおいて複数設置することで、セグメント補強支保工２７を形成して、本線トンネル５１を補強しておくことが好ましい。セグメント補強支保工２７は、特に、坑内立坑２０及び褄部地盤改良体４０が形成される、拡幅トンネル５０の施工区間の両側の端部や、こられの端部を挟んで本線トンネル５１の軸方向に隣接する部分に、設置することが好ましい。

立坑築造工程では、図４及び図５（ａ）、（ｂ）に示すように、本線トンネル５１における拡幅トンネル５０の施工区間の両側の端部から、例えば矩形断面を有する鋼製の複数の矩形推進管２１を、公知の密閉型鉛直推進工法によって、各々鉛直下方に推進させることで、これらの矩形推進管２１を縦横に隣接して複数並べて配置した、全体として略六面体形状を有する、坑内立坑２０となる鋼製覆工体２３を形成する。

すなわち、立坑築造工程では、矩形推進管２１の下端部に、矩形断面を有する公知の矩形掘進機２２を取り付けて下方に掘進させながら、この矩形掘進機２２に後続させて矩形推進管２１を連設して下方に押し込んでゆくことで、本線トンネル５１から鉛直下方に向けて、矩形推進管２１を所定の深さまで設置する。このように矩形推進管２１を所定の深さまで設置する作業を、複数の矩形推進管２１を縦横に隣接させつつ複数回繰り返すことによって、これらの複数の矩形推進管２１が平面視矩形状に一体となった、例えば本線トンネル５１の軸方向の長さが１５〜１８ｍ程度、幅方向の長さが８〜１０ｍ程度、鉛直方向の深さが１８ｍ程度の大きさの、六面体形状の鋼製覆工体２３が、本線トンネル５１の下方の地盤に構築される。しかる後に、構築された鋼製覆工体２３における、外周壁２３ａとなる部分によって４方を囲まれる内側領域を仕切って縦横に格子状に配置された、各々の矩形推進管２１による仕切り壁２３ｂの部分を切断撤去する。これによって、複数の矩形掘進機２２を地中に残置したまま（図７（ａ）〜（ｃ）参照）、相当の大きさの作業空間を確保した坑内立坑２０が、仕切り壁２３ｂが撤去された後の鋼製覆工体２３の外周壁２３ａによって周囲を囲まれた状態で、拡幅トンネル５０の施工区間の両側の端部に各々築造される。築造された坑内立坑２０は、円周シールド施工工程における、円周シールド掘進機３１の発進坑及び到達坑として用いられる。

円周シールド施工工程では、図６及び図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、築造された各々の坑内立坑２０から、公知の円周シールド掘進機３１を発進させると共に、発進させた円周シールド掘進機３１を同じ坑内立坑２０に到達させることによって、パイプルーフ１２及び褄部地盤改良体４０を施工する際の作業坑となる円周シールド坑３０を、拡幅トンネル５０の施工区間の両側の端部に各々形成する。

本実施形態では、円周シールド掘進機３１は、例えば３〜４．５ｍ程度のシールド高さの矩形断面を備える、好ましくは泥水式の曲率を有する公知のシールド掘進機となっている。円周シールド掘進機３１は、坑内立坑２０に設置した元押しジャッキ３３（図７（ｂ）参照）からの推進力を受けて、矩形断面を有すると共に曲線施工が可能な曲線部覆工セグメント３２を、後方に連設させながら、拡幅トンネル５０の外径よりも一回り大きな直径の円周に沿って、坑内立坑２０に到達するまで掘進することができるようになっている。これによって、曲線部覆工セグメント３３による、円環状に延設する円周シールド坑３０が、後述するパイプルーフ施工工程でパイプルーフ１２が円筒状に形成される、円形の断面に沿って、拡幅トンネル５０の施工区間の両側の端部に各々設けられることになる。

パイプルーフ施工工程では、図８及び図９に示すように、拡幅トンネル５０の施工区間の一方の端部に設けられた円周シールド坑３０から、他方の端部に設けられた円周シールド坑３０に向けて、公知のパイプルーフ掘進工法により、複数のパイプルーフ材１１を掘進させながら地中に押し込んでゆく。これによって、これらの複数のパイプルーフ材１１が円周方向に間隔を置いて並べて埋設されることにより構成される、円筒状のパイプルーフ１２が形成される。

すなわち、本実施形態では、パイプルーフ掘進工法として、高水圧下でも施工が可能な泥水式推進工法を採用し、パイプルーフ材１１として、内部で作業員が作業できる大きさの例えばφ２．０ｍ程度の鋼管を使用して、これらの複数のパイプルーフ材１１を地中に押し込むことによって、地中に構築される拡幅トンネル５０の外周部分の地中に、複数のパイプルーフ材１１を、トンネルの延設方向に延設させて各々埋設する。また、パイプルーフ掘進工法により円周シールド坑３０からパイプルーフ材１１を地中に押し込む作業を、円周シールド坑３０の周方向に所定のピッチで複数回繰り返すことによって、地中に構築される拡幅トンネル５０の外周部分の地盤に、複数のパイプルーフ材１１を、弧状の断面を含む円形の断面に沿った円周方向に、所定の間隔を置いて全周に亘って並べて埋設することが可能になる。またこれによって、弧状の断面を含む円形の断面に沿った円周方向に並べて埋設された複数のパイプルーフ材１１による、拡幅トンネル５０の掘削時に周囲の地盤からの荷重を先受けする、円筒状のパイプルーフ１２を形成することが可能になる。

そして、本実施形態では、上述のパイプルーフ施工工程において、弧状の断面を含む円形の断面に沿って地中に埋設された複数のパイプルーフ材１１は、本実施形態のパイプルーフの連結構造１０により一体として連結されることによって、アーチ効果を発揮することが可能な円筒状のパイプルーフ１２を形成することが可能になる。これによって、拡幅トンネル５０の横断方向（断面方向）に荷重を支持する横断方向の支保工を、複数のパイプルーフ材１１を用いたパイプルーフ１２によって、拡幅トンネル５０の外周部分の地盤に効率良く設けることが可能になる。

すなわち、本実施形態のパイプルーフの連結構造１０は、地中に構築される拡幅トンネル５０の外周部分の地盤において、図８及び図９に示すように、拡幅トンネル５０の延設方向に延設すると共に、弧状の断面（本実施形態では、弧状の断面を含む円形の断面）に沿った方向に間隔を置いて並べて埋設された、複数のパイプルーフ材１１を互いに連結して、地盤からの荷重を一体として支持できるようにする連結構造であって、図１に示すように、弧状の断面に沿った方向に隣接する各一対のパイプルーフ材１１に、両側の端部１３ａを各々固着して、これらのパイプルーフ材１１を互いに接続する連結接続鋼材１３と、隣接する各一対のパイプルーフ材１１の間隔部分に介在して設けられた、耐圧支持地盤体１４とを含んで構成されている。

また、本実施形態のパイプルーフの連結構造１０では、複数のパイプルーフ材１１は、地中に構築される拡幅トンネル５０の少なくとも上方部分の地盤において、弧状の断面に沿った方向に間隔を置いて並べて埋設されていると共に（図８参照）、好ましくは地中に構築される拡幅トンネル５０の外周部分の地盤において、弧状の断面を含む円形の断面に沿った円周方向に、間隔を置いて全周に亘って並べて埋設されている（図９参照）。

さらに、本実施形態のパイプルーフの連結構造１０では、図１に示すように、連結接続鋼材１３は、隣接する各一対のパイプルーフ材１１の間隔部分における、弧状の断面の径方向の内側部分及び外側部分に、２段に配置されて取り付けられており、耐圧支持地盤体１４は、これらの２段に配置された連結接続鋼材１３によって挟まれる領域に設けられている。

本実施形態では、パイプルーフの連結構造１０は、パイプルーフ材１１の内部からの作業によって、簡易に形成することが可能である。すなわち、本実施形態では、パイプルーフ材１１は、例えばφ２．０ｍ程度の大きさの鋼管からなり、作業員が立ち入って作業することができるようになっていると共に、連結接続鋼材１３や耐圧支持地盤体１４を施工するのに必要な、各種の資材や機材を、パイプルーフ材１１の内部に搬入できるようになっている。

本実施形態のパイプルーフの連結構造１０を構成する連結接続鋼材１３は、隣接する各一対のパイプルーフ材１１に跨って配置することが可能な長さを有している。連結接続鋼材１３は、細長い連結鋼板や鋼棒等の、端部１３ａを溶接や接合用の金物等によってパイプルーフ材１１に接合することが可能な、種々の連結用の鋼製部材を用いることができる。本実施形態では、連結接続鋼材１３として、例えば両端部１３に雄ネジ部が設けられた、引張強度に優れる鋼棒である、例えばφ３０ｍｍ程度のＰＣ鋼棒を好ましく用いることができる。

そして、本実施形態では、隣接する各一対のパイプルーフ材１１のうちの一方から、他方のパイプルーフ材１１に向けて、これらのパイプルーフ材１１を貫通させると共に、これらの間隔部分の地盤を穿孔して形成した挿通孔に、ＰＣ鋼棒１３を、両側のパイプルーフ材１１の間に跨るようにして挿通する。しかる後に、ＰＣ鋼棒１３の両側の端部１３ａの雄ネジ部を、各々のパイプルーフ材１１の内部に溶接等を介して設置した締着台１６に、ナット部材１５を用いて各々締着する。これによって、ＰＣ鋼棒からなる各連結接続鋼材１３は、両側の端部１３ａを両側のパイプルーフ材１１に各々締着して、これらの各一対のパイプルーフ材１１に跨るようにして固着されると共に、これらの各一対のパイプルーフ材１１を各々強固に連結できるようになっている。

また、本実施形態では、ＰＣ鋼棒からなる連結接続鋼材１３は、パイプルーフ材１１の延設方向に、例えば３０〜１００ｃｍのピッチで取り付けられていることが好ましい。連結接続鋼材１３が、パイプルーフ材１１の延設方向に、３０〜１００ｃｍのピッチで取り付けられていることにより、隣接する各一対のパイプルーフ材１１を強固に連結する引張材として、より効果的に機能することが可能になると共に、隣接する各一対のパイプルーフ材１１の間隔部分に設けられた耐圧支持地盤体１４を、より効果的に拘束することが可能になる。

本実施形態では、さらに、好ましくはＰＣ鋼棒からなる連結接続鋼材１３は、上述のように、隣接する各一対のパイプルーフ材１１の間隔部分における、径方向の内側部分及び外側部分に、２段に配置されて取り付けられている。これによって、隣接する各一対のパイプルーフ材１１の間隔部分に設けられた耐圧支持地盤体１４を、２段に配置された連結接続鋼材１３により内側及び外側から挟み込むようにして、一層強固に拘束することになるので、当該耐圧支持地盤体１４を圧縮材としてさらに効果的に機能させることが可能になる。またこれによって、隣接する各一対のパイプルーフ材１１が、連結接続鋼材１３及び耐圧支持地盤体１４を介して一体として弧状に連続することによるアーチ効果を、より安定した状態でパイプルーフ１２に発揮させることが可能になる。またこれによって、周囲の地盤からの荷重を支持する拡幅トンネル５０の横断方向の支保工を、これらの複数のパイプルーフ材１１が周方向に一体となった円筒状のパイプルーフ１２によって、さらに効率良く強固に形成することが可能になる。

本実施形態のパイプルーフの連結構造１０を構成する耐圧支持地盤体１４は、地中に埋設された複数のパイプルーフ材１１における、隣接する各一対のパイプルーフ材１１の間隔部分に介在して設けられた、圧縮材として機能する間詰地盤体ある。耐圧支持地盤体１４は、複数のパイプルーフ材１１による円筒状のパイプルーフ１２が地中に形成された後に、これの内側部分を掘削して周囲の地盤からの荷重を受けることでパイプルーフ１２がアーチ効果を発揮する際に、パイプルーフ１２の周方向に沿って隣接する各一対のパイプルーフ材１１の間隔部分に生じる圧縮力を、効果的に支持できる程度の圧縮耐力として、例えば２Ｎ／ｍｍ²程度の圧縮強度を備えるように形成されている。

本実施形態では、このような圧縮強度を備える耐圧支持地盤体１４は、例えば、パイプルーフ材１１の内部からの作業により、隣接する各一対のパイプルーフ材１１の間隔部分の地盤を地盤改良して、所定の圧縮強度を有する改良地盤を形成することによって設けることができる。改良地盤は、連結接続鋼材１３として例えば外周部分に注入孔が形成された中空の鋼製パイプ部材を用い、この鋼製パイプ部材を介して、パイプルーフ材１１の内部から当該鋼製パイプ部材の周囲に地盤改良材を圧入することによって、隣接する各一対のパイプルーフ材１１の間隔部分に形成することもできる。

なお、上述のようにして、本実施形態のパイプルーフの連結構造１０により隣接する各一対のパイプルーフ材１１を一体として連結する作業は、パイプルーフ施工工程において、周方向に間隔をおいて順次地中に押し込まれる複数のパイプルーフ材１１のうちの、何本かのパイプルーフ材１１が先行して埋設された段階で、後続するパイプルーフ材１１を、一方の円周シールド坑３０から他方の円周シールド坑３０に向けて順次地中に押し込んでゆく作業と同時に、又は並行して、実施することができる。また、本実施形態のパイプルーフの連結構造１０により隣接する各一対のパイプルーフ材１１を一体として連結する作業は、後続して施工される褄部改良体形成工程と同時に、又は並行して実施することもできる。これらによって、工期が遅れることになるのを、効果的に抑制することが可能になる。

上述のトンネルの構築工法における褄部改良体形成工程では、図１０及び図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、各々の円周シールド坑３０の内方の地盤を地盤改良することによって、拡幅トンネル５０の施工区間の両側の端部に、褄部地盤改良体４０を形成する。すなわち、褄部改良体形成工程では、拡幅トンネル５０の施工区間の両側の端部における、各々の円周シールド坑３０の内部や、これに近接する部分のパイプルーフ材１１の内部からの作業によって、例えば各円周シールド坑３０の上部から下部に向けて、公知の地盤改良器４２を用いた、好ましくは高圧噴射撹拌工法による地盤改良を行うことで、円柱形状の単位改良体４１を、円周シールド坑３０によって囲まれるこれの径方向内方の地盤に形成する。また、円周シールド坑３０の内方の地盤に対して、このような高圧噴射撹拌工法による地盤改良を複数回繰り返すことによって、複数の円柱形状の単位改良体４１が、その外周部分を重ね合わせつつ縦横に並べて配置されることで一体として形成された、褄部地盤改良体４０(図１１（ａ）、（ｂ）参照）が、拡幅トンネル５０の施工区間の両側の端部に、円周シールド坑３０と本線トンネル５１との間の間隔部分を閉塞するようにして、各々の円周シールド坑３０の内方に構築されることになる。

これによって、拡幅トンネル５０の施工区間の掘削領域が、円筒状に形成されたパイプルーフ１２と、両側の端部の円周シールド坑３０及び褄部地盤改良体４０とによって、周囲を囲まれた状態になるので、これらのパイプルーフ１２や褄部地盤改良体４０に外周の地盤からの荷重を支持させつつ、掘削及び覆工工程において、これらの内側領域を、安定した状態で掘削してゆくことが可能になる。

掘削及び覆工工程では、図１２〜図１５に示すように、円筒状に形成されたパイプルーフ１２と、両側の端部の円周シールド坑３０及び褄部地盤改良体４０とによって周囲を囲まれる内側領域を、上部から下部に向けて掘削すると共に、掘削により露出したパイプルーフ１２の内壁面や褄部地盤改良体４０の内壁面を覆って、上部から下部に向けて、いわゆる逆巻き工法によって、順次覆工壁４３ａ，４３ｂを形成してゆく。

すなわち、掘削及び覆工工程では、掘削機械４４として例えばバックホウやブルドーザーを用いて、パイプルーフ１２の内側の掘削領域の上段部から下段部に向けて、拡幅トンネル５０の掘削作業を順次行うと共に、上段部から下段部に向けて、掘削により露出したパイプルーフ１２の内壁面や褄部地盤改良体４０の内壁面を覆うようにして、例えばＳＲＣ構造やＲＣ構造による円筒部の覆工壁４３ａ（図１４参照）や、褄部の覆工壁４３ｂ（図１５参照）を順次構築して行く。なお、覆工壁４３ａ，４３ｂは、褄部地盤改良体４０によって周囲を囲まれる内側領域の掘削断面の全体を掘削した後に、下部から上部に向けて、いわゆる順巻き工法によって、順次形成してゆくこともできる。

ここで、拡幅トンネル５０の掘削作業では、パイプルーフ１２を構成するパイプルーフ材１１の大きな剛性による、トンネルの延設方向の先受け支保工としての機能によって、地山の安定性を向上させると共に、地山の変形を抑制しつつ、トンネルの延設方向に掘削作業をさらに効率良く行ってゆくことが可能になる。また、本実施形態では、パイプルーフの連結構造１０によって、隣接する各一対のパイプルーフ材１１が一体として連結されているので、パイプルーフ１２をトンネルの横断方向（断面方向）の支保工として機能させることが可能になる。これによって、拡幅トンネル５０の掘削作業に伴って円筒状のパイプルーフ１２の内部に設置される、支保工４４の数や設計強度を削減したり、支保工４４を省略したりすることが可能になる。

拡幅トンネル５０の上段部の掘削作業では、作業空間から本線トンネル５１に至る土砂排出管５３（図１３参照）を、例えば本線トンネル５１からの鋼管推進によって設置しておき、この土砂排出管５３に掘削土砂を投入することによって、本線トンネル５１を介して掘削土砂を搬出することができる。掘削領域の上段部から下段部に向けた掘削作業の進行に伴って露出する本線トンネル５１は、例えば破砕機械を用いて破砕して、掘削土砂と共に撤去することができる（図１４参照）。

また、円筒部の覆工壁４３ａを構築する作業では、例えば掘削により露出したパイプルーフ１２の、隣接する各一対のパイプルーフ材１１の内側面に跨るようにして、溶接等により止水鉄板４６を取り付けると共に、止水鉄板４６の裏側に裏込め充填材４７を充填して固化させる（図１参照）。しかる後に、止水鉄板４６の内側部分に鉄骨や鉄筋や型枠等を組み立てて、コンクリートを打設することにより、いわゆる逆巻き工法によって、上段部から下段部に向けて、ＳＲＣ（鉄骨鉄筋コンクリート）構造やＲＣ（鉄筋コンクリート）構造による円筒部の覆工壁４３ａを構築してゆくことが可能になる。

さらに、褄部の覆工壁４３ｂを構築する作業では、例えば掘削により露出した褄部地盤改良体４０の内壁面に対して、好ましくは吹付コンクリート４８を吹き付けると共に、褄部地盤改良体４０に向けて複数のロックボルト４９を打ち込むことで、当該内壁面を補強する（図１５参照）。しかる後に、補強された褄部地盤改良体４０の内側面を覆って防水シートをさらに取り付けた状態で、これの内側部分に鉄骨や鉄筋や型枠等を組み立てて、コンクリートを打設することにより、いわゆる逆巻き工法によって、上段部から下段部に向けて、ＳＲＣ（鉄骨鉄筋コンクリート）構造やＲＣ（鉄筋コンクリート）構造による褄部の覆工壁４３ｂを構築してゆくことが可能になる。

これらによって、円筒部の覆工壁４３ａ及び両側の褄部の覆工壁４３ｂにより周囲を囲まれた、本線トンネル５１とランプトンネル５２とを接続させるための、大断面の拡幅トンネル５０（図２参照）を、区分地上権が不要な大深度地下に構築してゆくことが可能になる。また、構築された拡幅トンネル５０にランプトンネル５２を接続させると共に、インターチェンジの本体構造物を構築することにより、例えば道路用の本線トンネル５１とランプトンネル５２とを接続させるためのインターチェンジを、拡幅トンネル５０の内部に設けることが可能になる。

そして、上述の構成を備える本実施形態のパイプルーフの連結構造１０によれば、地中に埋設された複数のパイプルーフ材１１を用いて、アーチ効果を発揮することが可能なトンネルの横断方向の支保工を、地盤改良材の使用量を抑制しつつ、簡易な施工方法によって、拡幅トンネル５０の外周部分の地盤に効率良く形成すること可能になる。

すなわち、本実施形態のパイプルーフの連結構造１０によれば、弧状の断面に沿った方向に隣接する各一対のパイプルーフ材１１に、両側の端部１３ａを各々固着して、これらのパイプルーフ材１１を互いに接続する連結接続鋼材１３と、隣接する各一対のパイプルーフ材１１の間隔部分に介在して設けられた、耐圧支持地盤体１４とを含んで構成されているので、引張材として機能し、且つ耐圧支持地盤体１４を拘束する連結接続鋼材１３と、圧縮材として機能する、所望の圧縮強度を備える耐圧支持地盤体１４とによる相乗効果によって、隣接する各一対のパイプルーフ材１１が一体として弧状に連続することによるアーチ効果を、安定した状態でパイプルーフ１２に発揮させることが可能になる。これによって、周囲の地盤からの荷重を支持する拡幅トンネル５０の横断方向の支保工を、これらの複数のパイプルーフ材１１が周方向に一体となった円筒状のパイプルーフ１２によって、効率良く強固に形成することが可能になる。また、所望の圧縮強度を備える耐圧支持地盤体１４は、隣接する各一対のパイプルーフ材１１の間隔部分にのみ設ければ良いので、地盤改良材の使用量を抑制したり、不要にしつつ、簡易な施工方法によって、横断方向の支保工を、拡幅トンネル５０の外周部分の地盤に効率良く形成すること可能になる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、本発明のパイプルーフの連結構造を用いたパイプルーフは、大深度地下に構築されるトンネルの外周部分の地盤に設けられる必要は必ずしもなく、浅い部分の地中に構築されるトンネルや、トンネル以外の地中構造部の外周部分の地盤に設けられるものであっても良い。また、パイプルーフを構成する複数のパイプルーフ材は、円形の断面に沿った円周方向に、間隔を置いて全周に亘って並べて埋設される必要は必ずしも無く、少なくとも弧状の断面に沿った方向に間隔を置いて並べて埋設されていてれば良い。複数のパイプルーフ材が、少なくとも弧状の断面に沿った方向に間隔を置いて並べて埋設されていれば、本発明のパイプルーフの連結構造を用いて連結することで、パイプルーフにアーチ効果を安定した状態で発揮させて、断面方向の支保工として機能させることが可能になる。

１０パイプルーフの連結構造
１１パイプルーフ材
１２パイプルーフ
１３連結接続鋼材（ＰＣ鋼棒）
１３ａ端部
１４耐圧支持地盤体
１５ナット部材
１６締着台
２０坑内立坑
２１矩形推進管
２２矩形掘進機
２３鋼製覆工体
２３ａ外周壁
２６薬液注入管
２７セグメント補強支保工
３０円周シールド坑
３１円周シールド掘進機
３２曲線部覆工セグメント
３３元押しジャッキ
４０褄部地盤改良体
４１単位改良体
４３ａ円筒部の覆工壁
４３ｂ褄部の覆工壁
４４内部支保工
４６止水鉄板
４７裏込め充填材
４８吹付コンクリート
４９ロックボルト
５０拡幅トンネル
５１本線トンネル
５２ランプトンネル

Claims

地中に構築されるトンネルの外周部分の地盤において、トンネルの延設方向に延設すると共に、弧状の断面に沿った方向に間隔を置いて、パイプルーフ掘進工法により並べて埋設された、内部で作業員が作業できる大きさの内径を有する鋼管からなる複数のパイプルーフ材を互いに連結して、地盤からの荷重を一体として支持できるようにするパイプルーフの連結構造であって、
前記弧状の断面に沿った方向に隣接する各一対のパイプルーフ材に、両側の端部を各々固着して、これらのパイプルーフ材を互いに接続する連結接続鋼材と、隣接する各一対のパイプルーフ材の間隔部分に介在して設けられた、耐圧支持地盤体とを含んで構成されており、
前記連結接続鋼材は、隣接する各一対のパイプルーフ材の間隔部分における、前記弧状の断面の径方向の内側部分及び外側部分に、２段に配置されて取り付けられており、前記耐圧支持地盤体は、これらの２段に配置された前記連結接続鋼材によって挟まれる領域に設けられており、
前記耐圧支持地盤体は、パイプルーフ材の内側からの作業により、隣接する各一対のパイプルーフ材の間隔部分の地盤を地盤改良することによって形成された、所定の圧縮強度を有する改良地盤からなり、
引張材として機能し、且つ前記耐圧支持地盤体を拘束する前記連結接続鋼材と、圧縮材として機能する、前記改良地盤による耐圧支持地盤体との相乗効果によって、隣接する各一対のパイプルーフ材が一体として弧状に連続することによるアーチ効果を発揮させるパイプルーフの連結構造。
前記複数のパイプルーフ材は、地中に構築されるトンネルの少なくとも上方部分の地盤において、前記弧状の断面に沿った方向に間隔を置いて並べて埋設されている請求項１記載のパイプルーフの連結構造。
前記複数のパイプルーフ材は、地中に構築されるトンネルの外周部分の地盤において、前記弧状の断面を含む円形の断面に沿った円周方向に、間隔を置いて全周に亘って並べて埋設されている請求項２記載のパイプルーフの連結構造。
前記連結接続鋼材は、パイプルーフ材の延設方向に、３０〜１００ｃｍのピッチで取り付けられている請求項１〜３の何れか１項記載のパイプルーフの連結構造。
前記連結接続鋼材は、鋼棒からなり、パイプルーフ材の内部に設けられた締着台に、両側の端部を各々締着することによって、パイプルーフ材に固着されている請求項１〜４の何れか１項記載のパイプルーフの連結構造。