JP6624441B2 - 褄壁の施工方法 - Google Patents

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本発明は、例えば道路トンネルの分岐合流部などの大断面の地中空洞を施工する際に、地中空洞の端部などに設置される褄壁の施工方法に関するものである。
従来、未固結地盤の都市圏における道路トンネルの施工に際しては、地表および地中の既存構造物に対する悪影響を回避するべく地山に対する高度の支保性能が要求され、また施工中および完成後の止水性能と地下水保全性能が高度に要求されることから、一般にシールド工法が採用されている。
道路トンネルをシールド工法により施工する場合、本線トンネルの他にランプトンネルを設け、それら双方のトンネルを要所にて接合して分岐合流部を施工する必要があるが、そのような分岐合流部の施工は必ずしも容易ではない。すなわち、本線トンネルおよびランプトンネルはそれぞれ在来のシールド工法により地山を安定に支保し、また止水性を確保しつつ支障なく施工できるが、分岐合流部では断面を漸次変化させつつ双方のシールドトンネルどうしを接合する必要があることから、分岐合流部の施工に際しては在来のシールド工法をそのまま適用できるものではなく、何らかの補助工法の採用が不可欠である。
そのため、大規模な道路トンネルにおける分岐合流部の施工に適用して好適な工法として、例えば特許文献1〜3に示されるトンネル工法が提案されている。例えば特許文献1は、施工するべき分岐合流部の外側に複数のルーフシールドトンネルを所定間隔で先行施工してシールドルーフ先受工を構築するとともに、それらルーフシールドトンネル間および施工領域の端部の地山に対して凍結工法あるいは薬液注入工法による改良ゾーンを形成して施工領域全体を改良ゾーンにより取り囲んだ後に、その内側を掘削して分岐合流部を施工するというものである。
例えば特許文献1のトンネル工法では、施工領域全体をシールドルーフ先受工と改良ゾーン地山により取り囲むことによって充分な支保性能や止水性能を確保しつつ大断面の分岐合流部を効率的にかつ安全に施工することが可能ではあるが、施工領域の端部に対する改良ゾーンの形成手法については改良の余地を残している。
すなわち、上記工法においては改良ゾーンの形成を凍結工法により行うことが好適であるとされ、ルーフシールドトンネル間にそれらを連結するように環状の凍結ゾーンを形成することは特に支障なく行い得るが、施工領域の端部に対してその横断面に沿うように凍結ゾーンを施工することは必ずしも容易ではない。
つまり、そのような凍結ゾーンを形成するためには、ルーフシールドトンネル内からその内側の地山に凍結管を打ち込んで施工領域の端部を閉塞し得る大断面の凍土壁を形成することになるが、地山の状況によってはそのような凍土壁の所要壁厚は数mないし10mにも及ぶことが想定されることからそのために多大な手間と費用を要するばかりではなく、土質によってはその施工の際に過度の凍結膨張が生じることも想定され、それに起因して地山が凍結時に隆起したり解凍時に沈下する等の問題を生じる懸念もある。
例えば、図6に示すように、道路トンネル1の分岐合流部2の端部に褄壁3を施工するために、外殻をなす先行トンネル4および道路トンネル1から内側の地山に凍結管5を打ち込んで凍土壁6を施工する。このとき、地山の安定性を確保するため、高水圧下、大断面といった条件下では凍土壁6の所要壁厚Bが10mにも及ぶことがある。この場合、凍結膨張圧に対する対処方法が大規模となり、経済性に劣るといった問題がある。
このような問題を解決するための技術として、例えば特許文献4に示される施工工法が知られている。この施工方法は、施工領域の周囲に先行トンネル(ルーフシールドトンネル)を配列して施工領域を取り囲む改良ゾーンを形成するとともに、施工領域の端部の位置にその横断面に沿う褄部凍結ゾーンを形成する。その褄部凍結ゾーンを施工領域の軸方向に間隔をおいて多重に形成してそれらの間に未凍結地山を残す。多重の褄部凍結ゾーンの間に残される未凍結地山を取り囲む周部凍結ゾーンを褄部凍結ゾーンと一体に形成するとともに、この周部凍結ゾーンを先行トンネルの外面に付着させた状態で形成するというものである。
この施工方法によれば、褄部凍結ゾーンを多重に形成してそれらの間に未凍結地山を残すことにより、それら多重の褄部凍結ゾーンの全体で安定かつ頑強な凍土壁を形成でき、個々の褄部凍結ゾーンに生じる凍結膨張はそれらの内側に残される未凍結地山により吸収されてしまうから、それらの全体を単なる1枚の凍土壁として形成する場合に比べて自ずと凍結膨張が生じ難いものとなり、過度の凍結膨張に起因する地山の隆起や解凍時の沈下といった悪影響を効果的に防止することが可能である。
特開2006−70530号公報 特開2007−217911号公報 特開2014−43738号公報 特開2008−156907号公報
上記の特許文献4の施工方法では、多重の褄部凍結ゾーンにより安定かつ頑強な凍土壁を形成できることから、全体を1枚の凍土壁の形態で形成する場合に比べて個々の褄部凍結ゾーンの所要厚を小さくできて凍結膨張が生じ難いものとなり、その施工に際してはコスト削減と工期短縮を図ることが可能であるが、形成する凍土壁の数量については改良の余地を残していた。
このため、大規模な改良ゾーンの施工を伴う地中空洞の端部などに設置される褄壁の施工に際して、凍土量を減らせる合理的な施工方法が求められていた。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、地中空洞の端部に設置される褄壁をより合理的に施工することのできる褄壁の施工方法を提供することを目的とする。
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る褄壁の施工方法は、施工予定の地中空洞の外側周囲にその軸方向に沿う複数の先行トンネルを所定間隔で配列した状態で先行施工し、この先行トンネル間の地山を改良して本体覆工壁施工予定領域を取り囲む改良ゾーンを形成した後、本体覆工壁施工予定領域を掘削して本体覆工壁を構築し、この本体覆工壁の内側の地山を掘削して地中空洞を施工する際に、その軸方向の端部に褄壁を施工する方法であって、本体覆工壁の内側の地山に対する掘削に先立って、本体覆工壁の軸方向の端部の地山に凍結管を打設して施工領域の端部の位置にその横断面に沿う褄部凍結ゾーンを形成する一方、先行トンネルの内側または外側に設けた凍結管によりその外部の地山を凍結させることによって、褄部凍結ゾーンと褄壁施工予定領域の間に残される未凍結地山を取り囲む周部凍結ゾーンを褄部凍結ゾーンと一体に形成するとともに、この周部凍結ゾーンを先行トンネルの外面に付着させた状態で形成する凍結ゾーン形成工程と、未凍結地山の地山強度を増大させる地山改良工程と、凍結ゾーン形成工程および地山改良工程の後、褄部凍結ゾーン、周部凍結ゾーンおよび未凍結地山を残して本体覆工壁の内側の地山を掘削して地中空洞を施工し、未凍結地山の前面側の褄壁施工予定領域に褄壁を施工する褄壁施工工程とを備えることを特徴とする。
また、本発明に係る他の褄壁の施工方法は、上述した発明において、褄壁施工工程において、未凍結地山の掘削法面に法面保護工を設けた後、褄壁を施工することを特徴とする。
また、本発明に係る他の褄壁の施工方法は、上述した発明において、先行トンネルは、未凍結地山が周辺地山からの土圧および水圧に抵抗可能な長さまで先行施工されていることを特徴とする。
本発明に係る褄壁の施工方法によれば、施工予定の地中空洞の外側周囲にその軸方向に沿う複数の先行トンネルを所定間隔で配列した状態で先行施工し、この先行トンネル間の地山を改良して本体覆工壁施工予定領域を取り囲む改良ゾーンを形成した後、本体覆工壁施工予定領域を掘削して本体覆工壁を構築し、この本体覆工壁の内側の地山を掘削して地中空洞を施工する際に、その軸方向の端部に褄壁を施工する方法であって、本体覆工壁の内側の地山に対する掘削に先立って、本体覆工壁の軸方向の端部の地山に凍結管を打設して施工領域の端部の位置にその横断面に沿う褄部凍結ゾーンを形成する一方、先行トンネルの内側または外側に設けた凍結管によりその外部の地山を凍結させることによって、褄部凍結ゾーンと褄壁施工予定領域の間に残される未凍結地山を取り囲む周部凍結ゾーンを褄部凍結ゾーンと一体に形成するとともに、この周部凍結ゾーンを先行トンネルの外面に付着させた状態で形成する凍結ゾーン形成工程と、未凍結地山の地山強度を増大させる地山改良工程と、凍結ゾーン形成工程および地山改良工程の後、褄部凍結ゾーン、周部凍結ゾーンおよび未凍結地山を残して本体覆工壁の内側の地山を掘削して地中空洞を施工し、未凍結地山の前面側の褄壁施工予定領域に褄壁を施工する褄壁施工工程とを備えるので、周辺地山から作用する土圧および水圧に対しては、強度が増大した未凍結地山と、先行トンネルと未凍結地山の間の周面摩擦力により抵抗する一方、褄部凍結ゾーンおよび周部凍結ゾーンにより止水性を確保する。このため、強度が増大した未凍結地山により自立性および安定性を確保することができる。また、褄部凍結ゾーンおよび周部凍結ゾーンは止水性の確保に必要な厚さとすることができ、凍土量を大幅に低減できる。したがって、褄壁をより合理的に施工でき、施工コスト削減と工期短縮を図ることができるという効果を奏する。
また、本発明に係る他の褄壁の施工方法によれば、褄壁施工工程において、未凍結地山の掘削法面に法面保護工を設けた後、褄壁を施工するので、掘り残し時の未凍結地山の安定を強化することができるという効果を奏する。
また、本発明に係る他の褄壁の施工方法によれば、先行トンネルは、未凍結地山が周辺地山からの土圧および水圧に抵抗可能な長さまで先行施工されているので、後続の凍結ゾーン形成工程および地山改良工程を効率的に実施することができるという効果を奏する。
図1は、分岐合流部の施工方法を示す概略斜視図である。 図2は、分岐合流部の施工方法を示す概略横断面図である。 図3は、分岐合流部の端部の横断面図である。 図4は、本発明に係る褄壁の施工方法の実施の形態を示す側断面図である。 図5は、本発明に係る褄壁の施工方法の実施の形態を示す透視斜視図である。 図6は、従来の褄壁の施工方法の一例を示す側断面図である。
以下に、本発明に係る褄壁の施工方法の実施の形態について、シールド工法により施工される道路トンネルの分岐合流部の端部に設けられる褄壁の場合を例に取り、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
図1に示すように、まず、本線シールドトンネル10を在来のシールド工法により地山を安定に支保し、止水性を確保しつつ施工する。同様に、本線シールドトンネル10の隣にランプシールドトンネル12を在来のシールド工法により施工する。続いて、施工予定の分岐合流部14(地中空洞)の軸方向(本線シールドトンネル10が延在するトンネル軸方向と平行な方向)の後端部となる本線シールドトンネル10の外周に大径の地中発進基地16を構築する。地中発進基地16は、分岐合流部14の外殻覆工をなす外殻シールドトンネル18(先行トンネル)を掘進する小口径シールドを発進するための基地である。なお、本実施の形態では本線シールドトンネル10の直径が例えば16m程度、ランプシールドトンネル12の直径が例えば11m程度、分岐合流部14の直径が32m程度であることを想定している。
次に、地中発進基地16から小口径シールドを発進させ、施工予定の分岐合流部14の外側周囲にその軸方向に沿う複数の小径(例えば直径4m程度)の外殻シールドトンネル18を所定間隔で配列した状態で施工する。本実施の形態では16本の外殻シールドトンネル18を分岐合流部14の輪郭に沿って充分に密に配列している。この外殻シールドトンネル18は、分岐合流部14の軸方向の前端部に設けられる褄部20の未凍結地山が、周辺地山からの土圧および水圧に抵抗可能な長さまで施工することが望ましい。このようにすれば、後続の凍結ゾーン形成工程および地山改良工程を効率的に実施することができる。
次に、図2(1)および(2)に示すように、この外殻シールドトンネル18間の地山を凍結工法や薬液注入工法などにより改良して本体覆工壁22の施工予定領域を取り囲む改良ゾーン23を形成した後、図2(3)に示すように、本体覆工壁22の施工予定領域を掘削して本体覆工壁22を構築する。本体覆工壁22は、例えば鉄筋コンクリートや鋼殻コンクリート等で形成することができる。そして、図2(4)に示すように、この本体覆工壁22の内側の地山を掘削して図示しない分岐合流部14を施工する。また、改良ゾーン23については凍結工法で形成した場合には凍結を停止する。なお、分岐合流部14の端部(本体覆工壁22の軸方向の前端部)については、図2(5)に示すような態様となる。
ここで、褄部20に設けられる褄部凍結ゾーンは、大きな土水圧を受けることからその所要厚はかなり大きくなることが通常であり、例えば5m〜10m程度となることが想定されるので、上述したようにその施工に際しては過度の凍結膨張とそれに起因する地山の隆起や沈下といった問題を防止する必要がある。そのため、本実施の形態では、凍結工法と地盤改良工法を併用し、凍結工法により形成した凍結ゾーンにより確実な止水を行い、地盤改良工法により増強した未凍結地山によりその自立性および安定性を確保した後、褄壁を施工することとしている。
より具体的には、図3および図4に示すように、本体覆工壁22の内側の地山に対する掘削に先立って、本体覆工壁22の軸方向の前端部の地山に凍結管24を打設して施工領域の端部の位置にその横断面に沿う褄部凍結ゾーン26を形成する。この褄部凍結ゾーン26は、外殻シールドトンネル18、本線シールドトンネル10、ランプシールドトンネル12の少なくとも1つから地山に凍結管24を打設して形成してもよい。一方、外殻シールドトンネル18内に設けた凍結管28によりその外部の地山を凍結させることによって、褄部凍結ゾーン26と褄壁30の施工予定領域の間に残される未凍結地山32を取り囲む周部凍結ゾーン34を褄部凍結ゾーン26と一体に形成するとともに、この周部凍結ゾーン34を外殻シールドトンネル18の外面に付着させた状態で形成する(凍結ゾーン形成工程)。こうして形成される褄部凍結ゾーン26および周部凍結ゾーン34は、主に止水性を確保するためのものである。また、上述したように、外殻シールドトンネル18は外力抵抗に必要な未凍結地山32の軸方向の長さ(例えば10m程度)を確保可能なように褄壁30の施工予定箇所よりもさらに前方まで延伸施工しておくことが望ましい。
一方、未凍結地山32に薬液を注入してその地山強度を増大させる(地山改良工程)。この薬液注入作業は、上記の凍結ゾーン形成工程と並行して、または相前後して、近隣の外殻シールドトンネル18、本線シールドトンネル10、ランプシールドトンネル12の少なくとも1つから内側の地山に薬液注入管を打ち込んで実施してもよい。薬液としては、例えば地山改良用として周知の水ガラス系の薬液を用いることができる。
次に、上記の凍結ゾーン形成工程および地山改良工程の後、褄部凍結ゾーン26、周部凍結ゾーン34および未凍結地山32を残して本体覆工壁22および改良ゾーン23の内側の地山を掘削して分岐合流部14を施工する。ここで、褄壁30の施工予定領域については、本体覆工壁22の内側の地山を掘削することにより形成し、未凍結地山32については、改良ゾーン23の内側の地山を掘削することにより形成する。その掘削は、分岐合流部14の内側を通過している本線シールドトンネル10の図示しないセグメントを解体してその周囲を拡幅していくことで行えばよい。また、掘り残し時の未凍結地山32の掘削法面36の勾配は土質条件や安定条件等に応じて適宜設定する。未凍結地山32の掘削法面36には、図4または図5に示すように、吹付けコンクリート38およびロックボルト40などの法面保護工を設けることが望ましい。このようにすれば、掘り残し時の未凍結地山32の安定を強化し、肌落ち防止を図ることができる。この後、図4に示すように、未凍結地山32の前面側の褄壁30の施工予定領域に鉄筋コンクリートを打設して褄壁30を施工する(褄壁施工工程)。この場合、打設する褄壁30の背面と未凍結地山32の前面との間に掘削土42を埋め戻しながら下側より順に施工する。
なお、本体覆工壁22の内側の地山全体を掘削して大断面の分岐合流部14を完成させた後、最終的に分岐合流部14の両端部に上述した施工手順により覆工壁である褄壁30をそれぞれ設け、前端部側の褄壁30に本線シールドトンネル10とランプシールドトンネル12とを接合し、後端部側の褄壁30に本線シールドトンネル10を接合すれば、分岐合流部14の覆工全体の完成となる。
このように、本実施の形態によれば、周辺地山から作用する土圧および水圧に対しては、強度が増大した未凍結地山32と、外殻シールドトンネル18の改良ゾーン23と未凍結地山32の間の周面摩擦力により抵抗する一方、褄部凍結ゾーン26および周部凍結ゾーン34により確実な止水性を確保する。このため、強度が増大した未凍結地山32により自立性および安定性を確保することができる。また、褄部凍結ゾーン26および周部凍結ゾーン34は止水性の確保に必要な厚さとすることができ、凍土量を大幅に低減できる。したがって、褄壁30をより合理的に施工でき、施工コスト削減と工期短縮を図ることができる。
なお、上記の実施の形態において、未凍結地山32の地盤改良は薬液注入に限るものではなく、例えば機械攪拌、噴射攪拌、噴射置換やそれらの併用で行ってもよい。また、周部凍結ゾーン34の形成は外殻シールドトンネル18の外部に凍結管を打設して行ってもよい。
以上説明したように、本発明に係る褄壁の施工方法によれば、施工予定の地中空洞の外側周囲にその軸方向に沿う複数の先行トンネルを所定間隔で配列した状態で先行施工し、この先行トンネル間の地山を改良して本体覆工壁施工予定領域を取り囲む改良ゾーンを形成した後、本体覆工壁施工予定領域を掘削して本体覆工壁を構築し、この本体覆工壁の内側の地山を掘削して地中空洞を施工する際に、その軸方向の端部に褄壁を施工する方法であって、本体覆工壁の内側の地山に対する掘削に先立って、本体覆工壁の軸方向の端部の地山に凍結管を打設して施工領域の端部の位置にその横断面に沿う褄部凍結ゾーンを形成する一方、先行トンネルの内側または外側に設けた凍結管によりその外部の地山を凍結させることによって、褄部凍結ゾーンと褄壁施工予定領域の間に残される未凍結地山を取り囲む周部凍結ゾーンを褄部凍結ゾーンと一体に形成するとともに、この周部凍結ゾーンを先行トンネルの外面に付着させた状態で形成する凍結ゾーン形成工程と、未凍結地山の地山強度を増大させる地山改良工程と、凍結ゾーン形成工程および地山改良工程の後、褄部凍結ゾーン、周部凍結ゾーンおよび未凍結地山を残して本体覆工壁の内側の地山を掘削して地中空洞を施工し、未凍結地山の前面側の褄壁施工予定領域に褄壁を施工する褄壁施工工程とを備えるので、周辺地山から作用する土圧および水圧に対しては、強度が増大した未凍結地山と、先行トンネルと未凍結地山の間の周面摩擦力により抵抗する一方、褄部凍結ゾーンおよび周部凍結ゾーンにより止水性を確保する。このため、強度が増大した未凍結地山により自立性および安定性を確保することができる。また、褄部凍結ゾーンおよび周部凍結ゾーンは止水性の確保に必要な厚さとすることができ、凍土量を大幅に低減できる。したがって、褄壁をより合理的に施工でき、施工コスト削減と工期短縮を図ることができる。
また、本発明に係る他の褄壁の施工方法によれば、褄壁施工工程において、未凍結地山の掘削法面に法面保護工を設けた後、褄壁を施工するので、掘り残し時の未凍結地山の安定を強化することができる。
また、本発明に係る他の褄壁の施工方法によれば、先行トンネルは、未凍結地山が周辺地山からの土圧および水圧に抵抗可能な長さまで先行施工されているので、後続の凍結ゾーン形成工程および地山改良工程を効率的に実施することができる。
以上のように、本発明に係る褄壁の施工方法は、地中空洞の端部などに設置される褄壁の施工方法に有用であり、特に、道路トンネルの分岐合流部などの端部に設置される褄壁を施工するのに適している。
10 本線シールドトンネル
12 ランプシールドトンネル
14 分岐合流部(地中空洞)
16 地中発進基地
18 外殻シールドトンネル(先行トンネル)
20 褄部
22 本体覆工壁
23 改良ゾーン
24,28 凍結管
26 褄部凍結ゾーン
30 褄壁
32 未凍結地山
34 周部凍結ゾーン
36 掘削法面
38 吹付けコンクリート
40 ロックボルト
42 掘削土

Claims (3)

  1. 施工予定の地中空洞の外側周囲にその軸方向に沿う複数の先行トンネルを所定間隔で配列した状態で先行施工し、この先行トンネル間の地山を改良して本体覆工壁施工予定領域を取り囲む改良ゾーンを形成した後、本体覆工壁施工予定領域を掘削して本体覆工壁を構築し、この本体覆工壁の内側の地山を掘削して地中空洞を施工する際に、その軸方向の端部に褄壁を施工する方法であって、
    本体覆工壁の内側の地山に対する掘削に先立って、本体覆工壁の軸方向の端部の地山に凍結管を打設して施工領域の端部の位置にその横断面に沿う褄部凍結ゾーンを形成する一方、先行トンネルの内側または外側に設けた凍結管によりその外部の地山を凍結させることによって、褄部凍結ゾーンと褄壁施工予定領域の間に残される未凍結地山を取り囲む周部凍結ゾーンを褄部凍結ゾーンと一体に形成するとともに、この周部凍結ゾーンを先行トンネルの外面に付着させた状態で形成する凍結ゾーン形成工程と、
    未凍結地山の地山強度を増大させる地山改良工程と、
    凍結ゾーン形成工程および地山改良工程の後、褄部凍結ゾーン、周部凍結ゾーンおよび未凍結地山を残して本体覆工壁の内側の地山を掘削して地中空洞を施工し、未凍結地山の前面側の褄壁施工予定領域に褄壁を施工する褄壁施工工程とを備えることを特徴とする褄壁の施工方法。
  2. 褄壁施工工程において、未凍結地山の掘削法面に法面保護工を設けた後、褄壁を施工することを特徴とする請求項1に記載の褄壁の施工方法。
  3. 先行トンネルは、未凍結地山が周辺地山からの土圧および水圧に抵抗可能な長さまで先行施工されていることを特徴とする請求項1または2に記載の褄壁の施工方法。
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