JP6664700B2 - 大断面地下空間の施工方法、及び外殻シールド発進基地 - Google Patents

Description

本発明は、大断面地下空間の施工方法、及び外殻シールド発進基地に関する。

従来、大断面の道路トンネル等では、本設シールドトンネルからなる本線シールドトンネルとランプシールドトンネルの分岐合流部には大断面地下空間が構築されている。このような大断面地下空間の施工方法として、例えば特許文献１に示されるように、地中を掘削して大断面地下空間をなす地中空洞を施工するに際して、地中空洞の掘削予定位置の外側に、予め複数のルーフシールドトンネルを所定間隔で配列した状態で施工することにより、それらルーフシールドトンネルによって掘削予定位置を取り囲むシールドルーフ先受工を構築する方法が知られている。

また、特許文献１には、地下空間を施工するに際して、その地下空間の掘削予定位置の外側に複数の外殻シールドトンネルを施工して、前記掘削予定位置を取り囲むシールドルーフ先受工を構築する方法であって、複数の外殻シールドトンネルは、予め既設トンネルの外周に沿って設けられる地中発進基地を使用して外殻シールド機を発進させる工法について記載されている。
そして、このような外殻シールド機の地中発進基地として、特許文献２には、既設トンネルのトンネル中心軸に平行な方向を中心軸とした円周方向に沿って延びる矩形断面の円周シールドトンネルを施工し、この円周シールドトンネルを地中発進基地とすることも記載されている。

特許第４９５８０３５号公報 特開２０１４−４３７３８号公報

しかしながら、従来の大断面地下空間の施工方法では、以下のような問題があった。
すなわち、外殻シールド機を発進させるための地中発進基地を矩形断面のシールド掘削機を円周方向に掘進させる施工が困難であり、コストがかかるという問題があった。
また、施工された地中発進基地が矩形断面となることから、周囲から受ける土水圧による外力に対して構造的に不安定となり、その点で改善の余地があった。

ところで、本線シールドトンネルを掘削するための本線シールド機が通過する前（本線シールドトンネルが完成する前）に既設のランプシールドトンネル側から外殻シールド機を発進させ、複数の外殻シールドトンネルを施工する場合においては、未施工の本線シールドトンネルと既設のランプシールドトンネルの双方を一体として取り囲む大径リング状の外殻シールド発進基地が必要である。
上述したように、上記の特許文献２は、道路トンネルの分岐合流部の外側周囲に複数の外殻シールドトンネルを先行させて施工するために、本線シールドトンネルの一部分を切り広げた円周シールド発進基地から、円周シールド機により本線シールドトンネルの外周面に沿って周方向に掘削することでリング状の外殻シールド発進基地を施工する方法である。このため、この特許文献１の方法を、上記のランプシールドトンネル側から外殻シールドトンネルを施工する方法に対してそのまま適用することは難しい。

また、発進基地にはある程度の奥行きが必要であり、大径リング状の外殻シールド発進基地としては、空間の有効利用という点からは、矩形断面が望ましいが、矩形のシールドは周囲から受ける土水圧による外力に対して構造的に不安定であり、施工も難しいという問題があり、円形断面のシールドの方が施工が容易で構造的にも安定しているものの、必要な径の円形シールドを施工した場合は外殻シールド機の上下に大きな不要な空間が生じる。
さらに、大径リング状の外殻シールド発進基地を円周シールド機で施工する際には、円周シールド機を発進させるための円周シールド発進基地が必要であるが、これを地上から施工することは用地上の制約があり難しい。仮に地上から施工できたとしても、地上から大深度の立坑を掘削する必要があり、施工規模が大規模になるおそれがある。このため、ランプシールドトンネル側から外殻シールドトンネルを施工する場合などにおいて、非開削で施工することのできるコンパクトで合理的な構造の円周シールド発進基地が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、規模の増大を抑制することのでき、低コストで構造的に安定したコンパクトで合理的な地中発進基地構造を施工できる大断面地下空間の施工方法、及び外殻シールド発進基地を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る大断面地下空間の施工方法では、地中を掘削して２本の本設シールドトンネルの分岐合流部をなす地中拡幅部を施工する際に、該地中拡幅部の掘削予定位置の外側に、予め複数の外殻シールドトンネルをトンネル周方向に配列した状態で施工することにより、それら外殻シールドトンネルによって前記掘削予定位置を取り囲む外殻覆工体を構築し、該外殻覆工体の内側を掘削する大断面地下空間の施工方法であって、２本の本設シールドトンネルの周囲において、一方の前記本設シールドトンネルのトンネル軸方向に平行な方向を中心軸とした円周方向に沿って複数の円形断面の円周シールドトンネルを互いに間隔をあけて並行に施工する工程と、隣り合う前記円周シールドトンネル同士の間を連結する複数の連絡坑を前記円周方向に沿って間隔をあけて施工する工程と、前記複数の円周シールドトンネル及び前記複数の連絡坑を地中発進基地として前記複数の外殻シールドトンネルを掘進する工程と、を有することを特徴としている。

また、本発明に係る外殻シールド発進基地では、地中を掘削して２本の本設シールドトンネルの分岐合流部をなす地中拡幅部を施工する際に、該地中拡幅部の掘削予定位置の外側に、予め複数の外殻シールドトンネルをトンネル周方向に配列した状態で施工することにより、それら外殻シールドトンネルによって前記掘削予定位置を取り囲む外殻覆工体を構築し、該外殻覆工体の内側を掘削する大断面地下空間の施工方法に用いる外殻シールド発進基地であって、２本の本設シールドトンネルの周囲において、一方の前記本設シールドトンネルのトンネル軸方向に平行な方向を中心軸とした円周方向に沿って複数の円形断面の円周シールドトンネルが互いに間隔をあけて並行に設置され、隣り合う前記円周シールドトンネル同士の間を連結する複数の連絡坑が前記円周方向に沿って間隔をあけて設置され、前記複数の円周シールドトンネル及び前記複数の連絡坑を、前記複数の外殻シールドトンネルを掘削する外殻シールド機の地中発進基地とすることを特徴としている。

本発明では、複数の外殻シールドトンネルによって外殻覆工体を構築する際に、円周方向に沿って延びる複数の円形断面の円周シールドトンネルを複数の連絡坑で連結することにより形成される部分を外殻シールドトンネルの地中発進基地として使用することができる。円周シールドトンネルは、一般的な円形断面のシールド掘削機を円周方向に沿って掘進させることで施工することができ、また円周シールドトンネル同士を水平方向に掘削することによって連結することで外殻シールドトンネルの発進基地としての必要空間を確保することができる。したがって、従来のような矩形断面のシールド掘削機を用いた場合に比べて施工が簡単になり、コストの低減を図ることができる。
また、本発明では、円周シールドトンネルが構造的に安定した円形断面であり、地盤の土水圧に対しても構造的に有利であり、例えばセグメントの厚さを小さく抑えることも可能となり、コストを低減できる。

また、本発明に係る大断面地下空間の施工方法は、前記２本の本設シールドトンネルのうち一方の本設シールドトンネルの一部の周囲に地盤改良部を形成する工程と、前記地盤改良部において前記円周シールドトンネルを発進させるための円周シールドトンネル発進坑を構築する工程と、を有することを特徴とするようにしてもよい。

この場合には、一方の本設シールドトンネルを使用して円周シールドトンネル発進坑を構築し、その円周シールドトンネル発進坑から円周シールド機を円周方向に掘進させて円周シールドトンネルを設けることができる。そのため、円周シールドトンネル発進坑を地上から立坑を掘削することによって施工するという大規模な施工が不要となり、かつ地上の用地の制約も受けない施工となることから、工事費や工期の低減を図ることができる。

また、本発明に係る大断面地下空間の施工方法では、前記円周シールドトンネルを並行に２本施工して前記複数の連絡坑を設けた後に、一方の円周シールドトンネルを外殻シールドトンネル発進坑とし、他方の円周シールドトンネルを資材搬入坑とすることを特徴とすることが好ましい。

この場合には、発進坑と資材搬入坑を独立して設け、連絡坑で連結したことにより、お互いの作業への影響が少なく、不必要な空間が少ない外殻シールドトンネルの発進基地を構成でき、作業の効率化やコストの削減を図ることができる。

また、本発明に係る大断面地下空間の施工方法は、前記複数の外殻シールドトンネル同士を前記円周方向に連結して前記外殻覆工体を形成する工程と、前記円周シールドトンネルによって囲まれる内側に第１褄壁を設ける工程と、前記外殻シールドトンネルの到達部に第２褄壁を設ける工程と、前記外殻覆工体、前記第１褄壁、及び前記第２褄壁によって囲まれる内側を掘削する工程と、を有するようにしてもよい。

本発明の大断面地下空間の施工方法によれば、構造的に安定している円周シールドトンネルの内側の領域において第１褄壁を設けることができることから、第１褄壁自体も構造的に優れた状態で構築することができる。そのため、外殻覆工体、第１褄壁、及び第２褄壁によって囲まれる内側の掘削作業を、構造的に安定した状態の空間で行うことができる。

また、本発明に係る大断面地下空間の施工方法は、前記地盤改良部は、前記一方の本設シールドトンネルから外方に向けて発進される改良用掘進機から施工されるようにしてもよい。

この場合には、本設シールドトンネルから外方に向けて発進される改良用掘進機を使用することで、円周シールドトンネル発進坑として必要な所望の領域において地盤改良部を効率よく施工することができる。

また、本発明に係る外殻シールド発進基地は、前記外殻シールド機の発進部分の壁面は、該外殻シールド機で切削可能な材料で構成されていることが好ましい。

この場合には、予め外殻シールド機の発進部分の壁面を切削可能な材料により構成しておくことで、円周シールドトンネルの所定の発進位置に配置した外殻シールド機で発進部分の壁面を外殻シールド機の切削カッタで切削しながら発進することができる。

本発明の大断面地下空間の施工方法、及び外殻シールド発進基地によれば、規模の増大を抑制することのでき、低コストで構造的に安定したコンパクトで合理的な地中発進基地構造を施工できる。

本発明の実施の形態による地中拡幅部の施工状態を示す平面図である。 図１に示す地中拡幅部の施工状態を示す斜視図である。 円周シールドトンネルの施工状態を示した斜視図であって、第１円周シールドトンネルの内部を可視化した図である。 円周シールドトンネルの施工状態を示したトンネル軸方向から見た断面図である。 図１に示すＡ−Ａ線断面図である。 地中発進基地における連結部によって円周シールドトンネル同士を連結した部分の断面図である。 急曲線シールド掘削機の構成を示す側面図である。 円周シールドトンネル発進坑の施工状態を上方から見た平面図である。 （ａ）、（ｂ）は、地中拡幅部の施工手順を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、図９（ｂ）に続く地中拡幅部の施工手順を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、図１０（ｂ）に続く地中拡幅部の施工手順を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、図１１（ｂ）に続く地中拡幅部の施工手順を示す図である。

以下、本発明の実施の形態による大断面地下空間の施工方法、及び外殻シールド発進基地について、図面に基づいて説明する。

図１及び図２に示すように、本実施の形態による大断面地下空間の施工方法は、例えば道路トンネルにおいて、予め地中に施工されている本線シールドトンネル１１（本設シールドトンネル）に対してランプシールドトンネル１２（本設シールドトンネル）が合流・分岐する箇所に地中拡幅部１を構築する施工に適用されている。

本実施の形態では、本線シールドトンネル１１に対して合流・分岐するランプシールドトンネル１２を本線シールドトンネル１１よりも先行して施工しておき、これら本線シールドトンネル１１及びランプシールドトンネル１２の外側に複数の外殻シールドトンネル１３、１３、…を、本線シールドトンネル１１のトンネル軸方向Ｘに平行な方向を中心軸とする円周方向Ｅに配列した状態で施工することによって、それら外殻シールドトンネル１３によって掘削予定位置を取り囲む外殻覆工体１Ａを構築し、さらに本線シールドトンネル１１を施工する。つまり、地中拡幅部１は、本線シールドトンネル１１及びランプシールドトンネル１２を取り囲む外殻覆工体１Ａの内側を掘削することにより構築される。外殻シールドトンネル１３は、外殻シールド機１４を掘進させることにより施工される。なお、本実施の形態では、本線シールドトンネル１１及びランプシールドトンネル１２は、周知のシールド工法により施工されている。

外殻シールド機１４は、図３乃至図５に示すように、本線シールドトンネル１１及びランプシールドトンネル１２の外側に円周方向Ｅに沿ってリング状に形成される地中発進基地１５（外殻シールド発進基地）から掘進される。
外殻シールドトンネル１３は、図１に示すように、所定の到達位置まで外殻シールド機１４を掘進させることにより施工される。

地中発進基地１５は、図６に示すように、急曲線シールド掘削機２を使用して施工される２本の円形断面の円周シールドトンネル１０（１０Ａ、１０Ｂ）と、これら円周シールドトンネル１０Ａ、１０Ｂ同士をトンネル軸方向Ｘに接続する複数の連絡坑１０２と、により構成されている。なお、一方の第１円周シールドトンネル１０Ａの外径は、外殻シールド機１４が発進可能な寸法に設定されている（図５参照）。なお、他方の第２円周シールドトンネル１０Ｂの外径は、資材運搬に適した径寸法であればよいが、本実施の形態では第１円周シールドトンネル１０Ａと同径としている。

図２に示すように、地中発進基地１５のうち第１円周シールドトンネル１０Ａに位置し外殻シールド機１４の発進部分の壁面１５１（切羽）は、施工時においてセグメント１０３により外壁が形成されているが、適宜なタイミングで一般的なシールド工法と同様に切削カッタで切削可能な例えば炭素繊維入りコンクリート等の材料により施工しておく。なお、切削カッタで切削可能な材料からなる壁面１５１が組み込まれているセグメント１０３を使用することも可能である。

ここで、急曲線シールド掘削機２は、図２に示すように、外殻シールド機１４を発進させる地中発進基地１５をなす円周シールドトンネル１０を掘削する際に使用され、掘削面にカッタを備えてトンネル線形が一定の曲線を描くように掘進するためのものである。そして、急曲線シールド掘削機２の後方には、筒状に組み立てられるセグメント１０３（図３）がトンネル掘進方向に連結され、円周シールドトンネル１０が順次延長されて構築される。

また、図７は、急曲線シールド掘削機２の詳細な構成を示しており、急曲線シールド掘削機２及び円周シールドトンネル１０における曲線内周１０ａを図７の紙面下側、曲線外周１０ｂを紙面上側にした側面図である。
急曲線シールド掘削機２は、推進ジャッキ２４の伸縮ストロークがトンネル線形（円周シールドトンネル１０の線形）に合わせて曲線外周１０ｂ側が曲線内周１０ａ側よりも長く設定され、かつスキンプレート２０がトンネル線形に合わせて二つ折りに屈曲された構成となっている。このような構成のシールド掘削機とすることで、急曲線のトンネル線形であってもスキンプレート２０を掘削した地山に接触させずに掘進することができる。

急曲線シールド掘削機２は、外殻を形成する円筒状のスキンプレート２０を有するシールド機本体２Ａと、シールド機本体２Ａの前側に設けられ複数のカッタビットを有するカッタヘッド３と、を備えている。なお、とくに図示しないが、本実施の形態の急曲線シールド掘削機２には、排泥管等の排土機構や、カッタヘッド３内のチャンバーに加泥剤を注入する機構等が適宜な位置に配設されている。

ここで、円周シールドトンネル１０（１０Ａ、１０Ｂ）のそれぞれの断面中心を通る中心軸線をトンネル中心軸Ｏといい、カッタヘッド３の中心を通る中心軸線を第１中心軸Ｏ１といい、シールド機本体２Ａの中心を通る中心軸線を第２中心軸Ｏ２といい、第１中心軸Ｏ１と第２中心軸Ｏ２とは所定の傾斜角で交差している。トンネル中心軸Ｏに沿う方向を前後方向といい、前後方向に沿って、切羽側を前側、前方といい、その反対側（発進側）を後側、後方という。また、前後方向から見た平面視において、前後方向に直交する方向をトンネル径方向といい、前後方向回りに周回する方向をトンネル周方向Ｆという。

シールド機本体２Ａは、前胴部２０Ａが後胴部２０Ｂに対して所定の傾斜角で屈折された筒状の前記スキンプレート２０と、スキンプレート２０の前方で切羽側とシールド機内側を隔離する区画壁をなす隔壁２１と、隔壁２１に設けられるカッタリング２２と、スキンプレート２０の長さ方向の中間に設けられ隔壁２１の後方に配置されるリング状の本体リング２３と、本体リング２３にトンネル周方向Ｆに間隔をあけて設けられる複数の推進ジャッキ２４と、本体リング２３のトンネル径方向の中心部に旋回軸部２７を介して設けられるエレクタ装置２５と、を備えている。

スキンプレート２０の後部内周側には、組み立てられたセグメント１０３の外周面との間隙Ｓをシールするテールシール２０ａが全周にわたって設けられている。隔壁２１は、トンネル径方向の外周側にリング状に形成された外周隔壁２１Ａと、外周隔壁２１Ａのトンネル径方向の内側にカッタリング２２を挟んで円盤状に形成された内周隔壁２１Ｂと、から構成され、外周隔壁２１Ａと内周隔壁２１Ｂとがそれぞれ第１中心軸Ｏ１において同軸に設けられている。内周隔壁２１Ｂのトンネル径方向の中心には、カッタヘッド３のセンターカッタ３１が固定されている。

カッタリング２２は、内周隔壁２１Ｂと同軸に配置され、外周面に形成されたリングギアが外周隔壁２１Ａの内周部２１ａにトンネル周方向Ｆに間隔をあけて配置された複数のカッタ駆動モータ２６のそれぞれの回転軸２６ａに噛合して回転可能に設けられている。
外周隔壁２１Ａにおける曲線外周１０ｂの部分には、トンネル径方向の外側に向けて突出可能な可動ソリ２１１が設けられている。この可動ソリ２１１は、突出端面２１１ａを突出させて地山に押し付けることで、急曲線シールド掘削機２が曲線の外側に向かおうとする力の反力を地山に取りながら掘進することができる。

カッタヘッド３は、センターカッタ３１と、センターカッタ３１からトンネル径方向に放射状に延びる複数のスポーク３２と、を備え、第１中心軸Ｏ１が本体リング２３の第２中心軸Ｏ２に対して曲線内周１０ａ側に向けて傾斜している。複数のスポーク３２のうち一部には、スポーク先端から径方向に向けて出没可能なコピーカッタ３３が装備されている。そして、センターカッタ３１の後端には、カッタリング２２に支持されたロータリージョイント３４が設けられている。
そして、推進ジャッキ２４は、伸長ストロークが曲線内周１０ａ側が曲線外周１０ｂ側よりも短くなるように設定されている。

また、本体リング２３には、トンネル径方向の中心部に後方に向けて延びる旋回軸部２７と、旋回軸部２７の後端側に配置されトンネル周方向Ｆに回転される旋回フレーム２８と、が設けられている。そして、エレクタ装置２５は、旋回フレーム２８に支持されている。
エレクタ装置２５は、セグメント１０３を着脱自在に把持する把持部２５１ａを有する把持装置２５１と、把持装置２５１を上下に移動させる上下シリンダ２５４と、把持装置２５１を前後方向にスライドさせるスライドジャッキ（図示省略）と、を備えている。

また、本実施の形態では、円周シールドトンネル１０の施工時には、図４に示すように、複数のセグメントピースを積載させた状態で円周シールドトンネル１０の発進側から当該円周シールドトンネル１０内の軌道を走行して、上述した急曲線シールド掘削機２のエレクタ装置２５に１ピースずつ供給するセグメント搬送供給台車４が使用される。セグメント搬送供給台車４は、エレクタ装置２５とトンネル内周面との間に積載したセグメント１０３を進入させることを可能にしている。

次に、上述した地中拡幅部１の施工方法について、図面に基づいて具体的に説明する。
本実施の形態の地中拡幅部１の施工方法は、図１及び図２に示すように、本線シールドトンネル１１及びランプシールドトンネル１２の周囲において円周方向Ｅに沿って２本の円周シールドトンネル１０Ａ、１０Ｂを互いに間隔をあけて施工する工程と、隣り合う２本の円周シールドトンネル１０Ａ、１０Ｂ同士の間を連結する複数の連絡坑１０２、１０２、…を円周方向Ｅに沿って間隔をあけて施工する工程と、２本の円周シールドトンネル１０Ａ、１０Ｂ及び複数の連絡坑１０２を地中発進基地１５として複数の外殻シールドトンネル１３、１３、…を掘進する工程と、を有している。

本施工方法では、地中拡幅部１の掘削予定位置において、本線シールドトンネル１１に対して合流・分岐するランプシールドトンネル１２が施工されている。
先ず、図８及び図９（ａ）に示すように、ランプシールドトンネル１２の一部に２本の円周シールドトンネル１０Ａ，１０Ｂの発進基地（以下、「円周シールドトンネル発進坑１０１」という）を設ける。そして、円周シールドトンネル発進坑１０１を施工するにあたって、この円周シールドトンネル発進坑１０１の施工領域の周囲の地盤を凍結工法により凍土壁１００（地盤改良部）を形成する地盤改良を行う。

このときの凍結工法は、図８に示すように、ランプシールドトンネル１２からこのランプシールドトンネル１２の径方向の外側に向けて推進工法により円形断面の推進機１６（改良用掘進機）を掘進させ、その際にその推進機１６から複数の凍結管１０４を放射状に配設して凍土壁１００を設ける。また、必要に応じてランプシールドトンネル側からも凍結管を配設する。その後、この凍土壁１００の内側の地盤を在来工法により掘削することで略長方箱型の領域を有する円周シールドトンネル発進坑１０１を構築する。そして、円周シールドトンネル発進坑１０１の掘削とともに推進機１６を撤去する。
また、図８に示すように、必要に応じてランプシールドトンネル１２からも前記施工領域の周囲の地盤に凍結管１０５を配設して地盤改良を行うようにしてもよい（図２参照）。

なお、推進機１６やランプシールドトンネル１２から施工される地盤改良は、上述した凍結工法に限定されるものではなく、例えば推進機１６の後方から目的の改良領域に向けて注入管を打設し、薬液を注入することによる薬液注入工等、他の地盤改良を採用することも可能である。
円周シールドトンネル発進坑１０１の大きさは、図１及び図２に示すように、２本の円周シールドトンネル１０Ａ、１０Ｂのそれぞれを掘進する急曲線シールド掘削機２が所定の離間をあけて配置することが可能な大きさに設定されている。

次に、円周シールドトンネル発進坑１０１内において、急曲線シールド掘削機２を組み立てるとともに、反力受けや掘進に必要な後続設備なども設置して発進の準備を行う。なお、本実施の形態では、第２円周シールドトンネル１０Ｂを先に施工する。そして、円周シールドトンネル発進坑１０１でセットされる急曲線シールド掘削機２は、図７に示すカッタヘッド３の第１中心軸Ｏ１が円周シールドトンネル１０の中心軸線Ｏに一致するように設置される。

次いで、図１、図２、図４、図９（ｂ）及び図１０（ａ）に示すように、急曲線シールド掘削機２を発進させ、従来のシールド工法と同様に掘削とともにセグメント１０３を組み立て、そのセグメント１０３と地山との間に裏込め材を注入する作業を順次、繰り返し、本線シールドトンネル１１及びランプシールドトンネル１２の外側を円周方向Ｅに掘進させて再び円周シールドトンネル発進坑１０１に到達させることで円周シールドトンネル１０を構築することができる。
このようにして、１本目の第２円周シールドトンネル１０Ｂが設けられ、この施工された第２円周シールドトンネル１０Ｂに沿うようにして同様の手順により２本目の第１円周シールドトンネル１０Ａを施工する。

次に、図６及び図１０（ｂ）に示すように、２本の円周シールドトンネル１０Ａ、１０Ｂ同士の間を凍結工法や薬液注入工法等により地盤改良を行った後、両円周シールドトンネル１０Ａ、１０Ｂ同士の間を掘削した連絡坑１０２によって接続する。連絡坑１０２は、外殻シールド機１４の発進位置に対応して設けられ、円周方向Ｅに間隔をあけて複数配設されている。これにより、２本の円周シールドトンネル１０Ａ、１０Ｂと複数の連絡坑１０２、１０２、…により地中発進基地１５が完成される。
なお、地中発進基地１５は、図６に示すように、各連絡坑１０２が２本の円周シールドトンネル１０Ａ、１０Ｂの内部に通じているので、トンネル軸方向Ｘに沿って直線状に連通される空間Ｒを有することになる。この空間Ｒを使用して、外殻シールド機１４（図５参照）の発進基地として利用される。本実施の形態の場合は、第１円周シールドトンネル１０Ａが外殻シールド機１４の発進部となり、第２円周シールドトンネル１０Ｂが資材搬入部となる。そのため、第１円周シールドトンネル１０Ａは完成した外殻シールド機１４を搬入でき、かつ発進できる大きさとされる。また、地中発進基地１５における外殻シールド機１４の発進部分の壁面（切羽）は、カッタで切削可能な材料により施工しておく。

地中発進基地１５が施工された後、図５に示すように、ランプシールドトンネル１２を介して地中発進基地１５に複数の外殻シールド機１４を搬入して、図１、図２及び図１１（ａ）に示すように、円周方向Ｅに沿って所定の間隔で配置し、１基ずつ、あるいは複数同時に掘進させることで複数の外殻シールドトンネル１３を施工する。そして、掘削土砂は地中発進基地１５を介してランプシールドトンネル１２内に送り込まれて外部へ搬出し、掘進に必要なセグメント等の資材類はランプシールドトンネル１２内から地中発進基地１５を介して外殻シールドトンネル１３内に搬入される。

次に、図２、図５及び図１１（ｂ）に示すように、すべての外殻シールド機１４が発進し、本線シールドトンネル１１が第１円周シールドトンネル１０Ａの位置を通過した後に、第１円周シールドトンネル１０Ａによって囲まれる内側に例えば鉄筋コンクリート製の第１褄壁１７を設ける。具体的には、第１円周シールドトンネル１０Ａの周囲（少なくとも第１円周シールドトンネル１０Ａの内側部分）を地盤改良し、第１円周シールドトンネル１０Ａ、本線シールドトンネル１１、及びランプシールドトンネル１２のうち少なくとも１つからアクセスすることにより第１褄壁１７を構築する。

その後、図１１（ｂ）に示すように、全ての外殻シールド機１４が所定の地中到達部に到達したら、地中到達部において外殻シールド機１４をそのスキンプレートを残した状態で解体して回収する。
次いで、図１２（ａ）に示すように、地中到達部において例えば鉄筋コンクリート製の第２褄壁１８を設ける。具体的には、本線シールドトンネル１１の周囲を地盤改良し、本線シールドトンネル１１の一部からアクセスすることにより複数の外殻シールドトンネル１３が到達する地中到達部との間に第２褄壁１８を構築する。
なお、第１褄壁１７及び第２褄壁１８は、鉄筋コンクリート製であることに限定されることはなく、例えば凍結工法や薬液注入工法等によって形成される地盤改良壁であってもかまわない。

そして、円周方向Ｅに隣り合う外殻シールドトンネル１３、１３同士の間を凍結工法や薬液注入工法等により地盤改良を行った後、切開き構造体として接続することにより一体化を図り、これにより支保機能、及び止水機能を有する外殻覆工体１Ａを構築する。

次に、図１２（ｂ）に示すように、外殻覆工体１Ａ、第１褄壁１７、及び第２褄壁１８によって囲まれる内側を掘削する。このとき、外殻覆工体１Ａの内側に位置する本線シールドトンネル１１、及びランプシールドトンネル１２のセグメントを解体、撤去し、地中拡幅部１を形成する。

次に、上述した大断面地下空間の施工方法、及び外殻シールド発進基地の作用について、図面に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、本実施の形態では、複数の外殻シールドトンネル１３、１３、…によって外殻覆工体１Ａを構築する際に、円周方向Ｅに沿って延びる２本の円周シールドトンネル１０Ａ、１０Ｂを複数の連絡坑１０２で連結することにより形成される部分を外殻シールドトンネル１３の地中発進基地１５として使用することができる。円周シールドトンネル１０Ａ、１０Ｂは、一般的な円形断面の急曲線シールド掘削機２を円周方向Ｅに沿って掘進させることで施工することができ、また円周シールドトンネル１０Ａ、１０Ｂ同士を水平方向に掘削することによって連結することで外殻シールドトンネル１３の発進基地としての必要空間を確保することができる。
したがって、従来のような矩形断面のシールド掘削機を用いた場合に比べて施工が簡単になり、コストの低減を図ることができる。

また、本実施の形態では、円周シールドトンネル１０が構造的に安定した円形断面であり、地盤の土水圧に対しても構造的に有利であり、例えばセグメントの厚さを小さく抑えることも可能となり、コストを低減できる。

また、本実施の形態では、ランプシールドトンネル１２を使用して円周シールドトンネル発進坑１０１を構築し、その円周シールドトンネル発進坑１０１から円周シールド機を円周方向Ｅに掘進させて円周シールドトンネル１０を設けることができる。そのため、円周シールドトンネル発進坑１０１を地上から立坑を掘削することによって施工するという大規模な施工が不要となり、かつ地上の用地の制約も受けない施工となることから、工事費や工期の低減を図ることができる。

さらに、本実施の形態では、第１円周シールドトンネル１０Ａの外殻シールドトンネル発進坑と第２円周シールドトンネル１０Ｂの資材搬入坑をそれぞれ独立して設け、連絡坑１０８で連結したことにより、お互いの作業への影響が少なく、不必要な空間が少ない外殻シールドトンネル１３の発進基地を構成でき、作業の効率化やコストの削減を図ることができる。

また、本実施の形態では、構造的に安定している第１円周シールドトンネル１０Ａの内側の領域において第１褄壁１７を設けることができることから、第１褄壁１７自体も構造的に優れた状態で構築することができる。そのため、外殻覆工体、第１褄壁１７、及び第２褄壁１８によって囲まれる内側の掘削作業を、構造的に安定した状態の空間で行うことができる。

また、本実施の形態では、円周シールドトンネル１０が円形断面であるので、掘削機も通常の急曲線シールド掘削機２で発進可能な空間を設ければよいことから、ランプシールドトンネル１２から形成した凍土壁１００において円周シールドトンネル発進坑１０１を構築することができる。
しかも、この場合には、図８に示すように、ランプシールドトンネル１２から外方に向けて発進される推進機１６を使用することで、円周シールドトンネル発進坑１０１として必要な所望の領域において凍土壁１００を効率よく施工することができる。

上述のように本実施の形態による大断面地下空間の施工方法、及び外殻シールド発進基地では、規模の増大を抑制することのでき、低コストで構造的に安定したコンパクトで合理的な地中発進基地構造を施工することができる。

以上、本発明による大断面地下空間の施工方法、及び外殻シールド発進基地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、本実施の形態では、ランプシールドトンネル１２が先行し、このランプシールドトンネル１２に対して後から本線シールドトンネル１１が分岐合流部に到達する施工を対象としているが、このような施工に限定されることはない。例えば本線シールドトンネル１１が先行し、この本線シールドトンネル１１に対して後からランプシールドトンネル１２が分岐合流部に到達する場合でも、本線シールドトンネル１１が未だ掘進中であれば、上述した特許文献２（特開２０１４−４３７３８号公報）のように本線シールドトンネル１１側に外殻シールド発進基地（地中発進基地１５）を設けるとすれば、本線シールドトンネル１１の掘進に伴う運搬作業等と外殻シールドトンネル発進基地の構築作業、外殻シールド機１４の運搬作業等が錯綜し、工期、安全面で問題が生じる虞があり、本発明を用いることが有効である。
このように、本線シールドトンネル１１、ランプシールドトンネル１２のどちらのシールドトンネルが先行した場合であっても、必ず外殻覆工体１Ａで囲まれた部分に両シールドトンネルが配置された状態で褄壁を構築してから掘削する。なお、褄壁を構築してからどちらかのシールドトンネルが到達するようなことは、褄壁を削るという無駄な作業が発生することになり、また削った境界部の止水も行う必要があるため好ましくない。

また、円周シールドトンネル１０Ａ、１０Ｂから構成される地中発進基地１５の位置、大きさ等は、本線シールドトンネル１１やランプシールドトンネル１２の外径、外殻シールド機１４の外径や仕様、地山などの条件に応じて適宜、設定することが可能である。
そして、円周シールドトンネル１０の施工本数として、本実施の形態では２本としているが、３本以上の円周シールドトンネル１０を互いに間隔をあけて施工して連絡坑１０２で連結するようにしてもよい。

さらに、本実施の形態では、外殻覆工体１Ａのトンネル軸方向Ｘの両端部に第１褄壁１７、第２褄壁１８を設けているが、これら褄壁を省略することも可能であるし、いずれか一方の褄壁のみを設けるようにしてもよい。例えば、本実施の形態では、地中到達部と本線シールドトンネル１１との間に第２褄壁１８を設けているが、地中到達部が本線シールドトンネル１１の外周に接して設けられる場合には、第２褄壁１８を省略することができる。

さらにまた、本実施の形態では大断面の道路トンネルを施工する場合の適用例であるが、上述したような大断面地下空間を有する様々な規模、用途、形態のトンネルを施工する場合全般に広く適用できるものであるし、施工対象のトンネルにおける大断面地下空間の規模や形態に応じて、また周辺環境等の諸条件を考慮して様々な設計的変更が可能である。

また、円周シールドトンネル１０の発進部となる円周シールドトンネル発進坑１０１の施工において、掘削前に施工する凍結工法などによる地盤改良部の範囲、形態やその施工方法、その他の各工程の細部についても、本発明の要旨を逸脱しない範囲で最適設計すれば良く、必要に応じて適宜の補助工法を採用しても勿論良い。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１ 地中拡幅部
１Ａ 外殻覆工体
２ 急曲線シールド掘削機
１０、１０Ａ、１０Ｂ 円周シールドトンネル
１０ａ 曲線内周
１０ｂ 曲線外周
１１ 本線シールドトンネル（本設シールドトンネル）
１２ ランプシールドトンネル（本設シールドトンネル）
１３ 外殻シールドトンネル
１４ 外殻シールド機
１５ 地中発進基地（外殻シールド発進基地）
１６ 推進機（改良用掘進機）
１７ 第１褄壁
１８ 第２褄壁
１００ 凍土壁（地盤改良部）
１０１ 円周シールドトンネル発進坑
１０２ 連絡坑
１０３ セグメント
Ｅ 円周方向
Ｘ トンネル軸方向

Claims (7)

1. 地中を掘削して２本の本設シールドトンネルの分岐合流部をなす地中拡幅部を施工する際に、該地中拡幅部の掘削予定位置の外側に、予め複数の外殻シールドトンネルをトンネル周方向に配列した状態で施工することにより、それら外殻シールドトンネルによって前記掘削予定位置を取り囲む外殻覆工体を構築し、該外殻覆工体の内側を掘削する大断面地下空間の施工方法であって、
   ２本の本設シールドトンネルの周囲において、一方の前記本設シールドトンネルのトンネル軸方向に平行な方向を中心軸とした円周方向に沿って複数の円形断面の円周シールドトンネルを互いに間隔をあけて並行に施工する工程と、
   隣り合う前記円周シールドトンネル同士の間を連結する複数の連絡坑を前記円周方向に沿って間隔をあけて施工する工程と、
   前記複数の円周シールドトンネル及び前記複数の連絡坑を地中発進基地として前記複数の外殻シールドトンネルを掘進する工程と、
   を有することを特徴とする大断面地下空間の施工方法。
2. 前記２本の本設シールドトンネルのうち一方の本設シールドトンネルの一部の周囲に地盤改良部を形成する工程と、
   前記地盤改良部において前記円周シールドトンネルを発進させるための円周シールドトンネル発進坑を構築する工程と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の大断面地下空間の施工方法。
3. 前記円周シールドトンネルを並行に２本施工して前記複数の連絡坑を設けた後に、一方の円周シールドトンネルを外殻シールドトンネル発進坑とし、他方の円周シールドトンネルを資材搬入坑とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の大断面地下空間の施工方法。
4. 前記複数の外殻シールドトンネル同士を前記円周方向に連結して前記外殻覆工体を形成する工程と、
   前記円周シールドトンネルによって囲まれる内側に第１褄壁を設ける工程と、
   前記外殻シールドトンネルの到達部に第２褄壁を設ける工程と、
   前記外殻覆工体、前記第１褄壁、及び前記第２褄壁によって囲まれる内側を掘削する工程と、
   を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の大断面地下空間の施工方法。
5. 前記地盤改良部は、前記一方の本設シールドトンネルから外方に向けて発進される改良用掘進機から施工されることを特徴とする請求項４に記載の大断面地下空間の施工方法。
6. 地中を掘削して２本の本設シールドトンネルの分岐合流部をなす地中拡幅部を施工する際に、該地中拡幅部の掘削予定位置の外側に、予め複数の外殻シールドトンネルをトンネル周方向に配列した状態で施工することにより、それら外殻シールドトンネルによって前記掘削予定位置を取り囲む外殻覆工体を構築し、該外殻覆工体の内側を掘削する大断面地下空間の施工方法に用いる外殻シールド発進基地であって、
   ２本の本設シールドトンネルの周囲において、一方の前記本設シールドトンネルのトンネル軸方向に平行な方向を中心軸とした円周方向に沿って複数の円形断面の円周シールドトンネルが互いに間隔をあけて並行に設置され、
   隣り合う前記円周シールドトンネル同士の間を連結する複数の連絡坑が前記円周方向に沿って間隔をあけて設置され、
   前記複数の円周シールドトンネル及び前記複数の連絡坑を、前記複数の外殻シールドトンネルを掘削する外殻シールド機の地中発進基地とすることを特徴とする外殻シールド発進基地。
7. 前記外殻シールド機の発進部分の壁面は、該外殻シールド機で切削可能な材料で構成されていることを特徴とする請求項６に記載の外殻シールド発進基地。

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