JP6756892B1 - 地下躯体及び地下躯体の構築方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】打継目の少ない地下躯体を構築する。【解決手段】地下構造物1の一部となる外郭躯体12は、先行外殻13Aを有する複数の先行シールドトンネル13と、複数の先行シールドトンネル13の間に配置されると共に後行外殻14Aを有する後行シールドトンネル14と、先行外殻13Aの内部及び後行外殻14Aの内部に打設されて一体化したコンクリート62と、を備える。先行外殻13Aの内部は、後行外殻14Aの内部に対して、開口34を通じて連通する。先行外殻13Aの内部及び後行外殻14Aの内部には、コンクリート62に埋設された鋼材構造体71が配置されている。鋼材構造体71は、先行外殻13Aの内部に配置された先行鋼材部81と、一方の先行外殻13Aに配置された先行鋼材部81を、後行外殻14Aを挟んで隣接する他方の先行外殻13Aに配置された先行鋼材部81に連結される連結鋼材90と、を有する。【選択図】図7

Description

本発明は、地下躯体及び地下躯体の構築方法に関する。
特許文献1及び2には、本線シールドトンネルと支線シールドトンネルとの合流領域等に、大断面トンネルを施工する方法が記載されている。この方法は、まず、先行シールドトンネルを構築した後、先行シールドトンネルの一部を切削しながら後行シールドトンネルを構築する。次に、先行シールドトンネル及び後行シールドトンネルを連結してなる外郭躯体を構築する。外郭躯体の構築では、後行シールドトンネルを構築する前に先行シールドトンネル内にコンクリートを打設しておき、後行シールドトンネルが構築された後に後行シールドトンネル内にコンクリートを打設する。これにより、先行シールドトンネル内に打設したコンクリートと後行シールドトンネル内に打設したコンクリートとを接続して、外郭躯体としている。その後、外郭躯体の内周側領域を掘削して地下空洞を形成する。
特開2015−105513号公報 特開2016−153601号公報
当該技術分野にあっては、地下躯体の強度を高めることが望まれている。
そこで、本発明は、強度を高めた地下躯体及び当該地下躯体の構築方法を提供することを目的とする。
本発明の一形態は、地下構造物の一部となる地下躯体であって、先行外殻を有する複数の先行シールドトンネルと、複数の先行シールドトンネルの間に配置されると共にその一部が先行シールドトンネルの一部と重ねた状態で配置され、後行外殻を有する後行シールドトンネルと、先行外殻の内部及び後行外殻の内部に打設されて一体化したコンクリートと、を備え、先行外殻の内部は、後行外殻の内部に対して、先行シールドトンネル及び後行シールドトンネルに設けられた開口を通じて、連通し、先行外殻の内部及び後行外殻の内部には、開口を介して先行外殻の内部から後行外殻の内部に亘って配置されると共に、コンクリートに埋設された鋼材構造体が配置され、鋼材構造体は、先行外殻の内部に配置された先行鋼材部と、一方の先行外殻に配置された先行鋼材部を、後行外殻を挟んで隣接する他方の先行外殻に配置された先行鋼材部に連結され、後行外殻の内部に配置された後行鋼材部と、後行鋼材部の端部を先行鋼材部に連結する一対の連結鋼材部と、を含む連結鋼材と、を有し、連結鋼材の連結鋼材部は、後行シールドトンネルから先行シールドトンネルに亘って配置され、先行鋼材部、後行鋼材部及び連結鋼材部は、型鋼によって構成されている
この地下躯体は、先行外殻の内部に先行鋼材部が配置されている。この先行鋼材部は、隣接する別の先行外殻に配置された別の先行鋼材部に対して、連結鋼材によって連結されている。そして、先行外殻の内部及び後行外殻の内部において、コンクリートが一体的に打設されることにより、先行鋼材部及び連結鋼材により構成される鋼材構造体をコンクリートに埋め込むことが可能である。これにより、鋼材構造体とコンクリートを含んで構成される地下躯体の強度を高めることができる。
先行鋼材部は、先行外殻の径方向に沿って互いに離間して配置された内側先行型鋼及び外側先行型鋼を含み、後行鋼材部は、後行外殻の径方向に沿って互いに離間して配置された内側後行型鋼及び外側後行型鋼を含み、連結鋼材部は、内側後行型鋼の端部を内側先行型鋼の端部に接続する内側連結型鋼と、外側後行型鋼の端部を外側先行型鋼の端部に接続する外側連結型鋼と、を含んでもよい。この構成によれば、鋼材構造体とコンクリートを含んで構成される地下躯体の強度を高めることができる。
先行鋼材部は、内側先行型鋼と外側先行型鋼とを互いに連結する先行補強鋼材をさらに含んでもよい。
本発明の別の形態は、外殻躯体を有し、地下構造物の一部となる地下躯体の構築方法であって、外殻躯体を構成する先行外殻を有する複数の先行シールドトンネルを構築する先行シールドトンネル構築工程と、先行シールドトンネルの間において、先行シールドトンネルの一部を切削、または撤去しながら、外殻躯体を構成する後行外殻を有する後行シールドトンネルを構築する後行シールドトンネル構築工程と、先行外殻の内部及び後行外殻の内部にコンクリートを打設して外殻躯体を構築する外郭躯体構築工程と、を有し、先行シールドトンネル構築工程は、鋼材構造体を構成する先行鋼材部を配置する工程を含み、外郭躯体構築工程は、後行シールドトンネルの一部に開口を設けて、開口を通じて先行外殻の内部と後行外殻の内部を連通する工程と、一方の先行外殻に配置された先行鋼材部を、鋼材構造体を構成する連結鋼材によって、後行外殻を挟んで隣接する他方の先行外殻に配置された先行鋼材部に連結することにより、鋼材構造体を構築する工程と、鋼材構造体をコンクリートによって埋設する工程と、を含み、鋼材構造体を構築する工程は、後行シールドトンネルの内部に、連結鋼材を構成する後行鋼材部を配置する工程を含み、コンクリートによって埋設する工程は、連結鋼材を構成する連結鋼材部の一方の端部を先行鋼材部に連結すると共に、連結鋼材部の他方の端部を後行鋼材部に連結することにより、後行シールドトンネルから先行シールドトンネルに亘って連結鋼材部を配置する工程を含む。この地下躯体構築方法では、外郭躯体構築工程で、後行シールドトンネルの一部に開口を設ける。その結果、先行外殻の内部と後行外殻の内部は、開口を通じて連通するため、先行シールドトンネルと後行シールドトンネルとにコンクリートを打設して一体化することができる。これにより、鋼材構造体とコンクリートを含んで構成される地下躯体の強度を高めることができる。
先行鋼材部を配置する工程は、先行外殻の径方向に沿って互いに離間するように、内側先行型鋼及び外側先行型鋼を配置する工程を含み、後行鋼材部を配置する工程は、後行外殻の径方向に沿って互いに離間するように、内側後行型鋼及び外側後行型鋼を配置する工程を含み、連結鋼材部を配置する工程は、内側後行型鋼の端部を内側先行型鋼の端部に接続するように内側連結型鋼を配置すると共に、外側後行型鋼の端部を外側先行型鋼の端部に接続するように外側連結型鋼を配置する工程を、含んでもよい。さらに、先行鋼材部を配置する工程は、内側先行型鋼と外側先行型鋼とを互いに連結するように先行補強鋼材を配置する工程をさらに含んでもよい。
本発明によれば、強度を高めた地下躯体と、当該地下躯体を構築する方法を提供することができる。
実施形態に係る地下構造物の概略構成を示す斜視図である。 図1に示すII−II線における断面図である。 図1に示すIII−III線における断面図である。 シールドトンネルの外殻の構造を示す図である。 図4に示すV−V線における断面図である。 先行外殻の後行シールドトンネルと重なる部分の構造を示す断面図である。 外郭躯体の一部を示す断面図である。 鋼材構造体を示す斜視図である。 発進基地構築工程を説明するための模式図である。 図9に示すX−X線における断面図である。 先行シールドトンネル延伸工程を説明するための模式図である。 図11に示すXII−XII線における断面図である。 図11に示すXIII−XIII線における断面図である。 先行シールドトンネル内の領域を説明するための断面図である。 第一隔壁設置工程を説明するための断面図である。 先行シールドトンネルの内部構造を示す断面図である。 支持ユニットを示す斜視図である。 支持ユニットの配置を説明するための断面図である。 第一隔壁設置工程を説明するための模式図である。 第二外殻躯体構築工程を説明するための模式図である。 図20に示すXXI−XXI線における断面図である。 図20に示すXXII−XXII線における断面図である。 施工領域の主要部を示す断面図である。 施工領域の主要部を示す断面図である。 施工領域の主要部を示す断面図である。 外郭躯体予定領域の周方向における区分を説明するための断面図である。 外郭躯体予定領域の軸方向における区分を説明するための斜視図である。 外郭躯体予定領域の周方向及び軸方向における区分を説明するための斜視図である。 施工領域の主要部を示す断面図である。 施工領域の別の部分を示す断面図である。 施工領域の主要部を示す断面図である。 施工領域の主要部を示す断面図である。 施工領域の主要部を示す断面図である。 施工領域の別部分を示す断面図である。 褄壁構築工程を説明するための模式図である。 掘削工程を説明するための模式図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態の地下躯体は、既設の本線シールドトンネルに新設の支線シールドトンネルを合流させるために、本線シールドトンネルと支線シールドトンネルとの合流領域に本線シールドトンネル及び支線シールドトンネルの双方を囲む大断面トンネルの一部となる。また、地下躯体の構築方法は、当該地下躯体を施工するものである。但し、本発明の地下躯体及び地下躯体の構築方法は、このような大断面トンネルの構築方法に適用されるものに限定されない。
まず、地下構造物について説明する。図1〜図3に示すように、本実施形態に係る地下構造物1は、本線シールドトンネル2と支線シールドトンネル3との合流領域に施工された、本線シールドトンネル2及び支線シールドトンネル3の双方を囲む大断面トンネルである。地下構造物1の内部には、地下構造物1の軸方向に延びる地下空洞4が形成されており、地下構造物1は、複数のシールドトンネル11を連結してなる地下空洞4の外郭躯体12(地下躯体)を備えている。
シールドトンネル11は、公知のシールド掘進工法又はシールド推進工法により施工された外殻躯体である。すなわち、シールドトンネル11は、シールド掘進機で地中を掘進しながら、シールド掘進機の後方でトンネルの壁面となるセグメントを組み立てていくことや、シールド掘進機を推進管により推力を得て掘進して、推進管を組み立てていくことにより構築されるトンネルである。つまり、シールドトンネル11は、シールド掘進機を掘進して組み立てられたセグメントや掘進に伴い組み立てられた推進管によりトンネル覆工体またはトンネル躯体を構築することで延伸される。シールド掘進機を掘進して組み立てられたセグメント及び掘進に伴い組み立てられた推進管は、シールドトンネル11の外殻11Aとなる。地下構造物1では、地下構造物1の一方端部1a(図1における右上側の端部)と他方端部1b(図1における左下側の端部)との間において、軸方向に延伸される複数のシールドトンネル11が、本線シールドトンネル2及び支線シールドトンネル3の双方を囲むように、周方向に配置されている。
図4及び図5に示すように、外殻11Aは、複数のセグメント30を周方向にリング状に組立てたセグメントリングがトンネル軸方向に複数連結されたものにより構築される。外殻11Aを構成するセグメント30は、主桁31と、継手板32と、スキンプレート33と、を備える。主桁31は、シールドトンネル11の周方向に延びる部材であり、シールドトンネル11の軸方向に所定の長さを有する。主桁31は、例えば型鋼等の鋼材により構成されており、外殻11Aの構造物として機能する。継手板32は、シールドトンネル11の軸方向に延びる部材であり、シールドトンネル11の軸方向に所定の長さを有する。隣り合うセグメント30の継手板32は互いに接続可能で、周方向に複数のセグメント30が接続されて周方向に閉じたリング状のセグメントリングとなる。継手板32は、例えば板状の鋼材により構成されている。継手板32の間には、継手板と平行に延びる1又は複数のリブが設けられている。スキンプレート33は、シールドトンネル11の外周面をなす部材である。スキンプレート33は、主桁31の外周側に連結されて、シールドトンネル11の内空側と地山とを区分している。セグメントリングの主桁31と隣り合うセグメントリングの主桁31とは互いに接続可能で、トンネル軸方向に複数のセグメントリングが接続されてシールドトンネル11を構成する。主桁31と隣り合う主桁31、継手板32と隣り合う継手板32との接続は、例えば、ボルト締めにより行うことができる。スキンプレート33は、例えば円弧状断面を有する曲板状の鋼材により構成されており、外殻11Aと地山を区分する隔壁として機能する。
図1〜図3に示すように、複数のシールドトンネル11は、複数のシールドトンネル11のうちの一部のシールドトンネル11である先行シールドトンネル13と、複数のシールドトンネル11のうちの残りのシールドトンネル11である後行シールドトンネル14と、により構成される。先行シールドトンネル13は、トンネル状に延びる第一外殻躯体であり、後行シールドトンネル14は、トンネル状に延びる第二外殻躯体である。そして、先行シールドトンネル13の外殻11Aを、先行外殻13Aといい、後行シールドトンネル14の外殻11Aを、後行外殻14Aという。なお、先行外殻13A及び後行外殻14Aは、図4及び図5に示すように、複数のセグメント30により構築される。
先行シールドトンネル13は、一方端部1aから他方端部1bまで延伸されている。後行シールドトンネル14は、一方端部1aから他方端部1bまで延伸されている。つまり、先行シールドトンネル13及び後行シールドトンネル14の両端は、一方端部1a及び他方端部1bに至っている。後行シールドトンネル14は、先行シールドトンネル13を延伸した後に延伸されるシールドトンネルである。後行シールドトンネル14は、隣り合う先行シールドトンネル13の間に配置されており、先行シールドトンネル13の先行外殻13Aが切削された状態で、先行シールドトンネル13に後行シールドトンネル14が重ねられている。隣り合う先行シールドトンネル13と後行シールドトンネル14とは、一方端部1aから他方端部1bの全域において重なっている。先行シールドトンネル13と後行シールドトンネル14とが重なる部分では、先行シールドトンネル13の先行外殻13Aは削り取られており、後行シールドトンネル14の後行外殻14Aは、図6に示すように、主桁31から継手板32、リブ及びスキンプレート33が取り外されて開口34が形成されている。
そして、隣り合う先行シールドトンネル13の中心軸線と後行シールドトンネル14の中心軸線との間隔が一方端部1aから他方端部1bに向けて狭くなることで、地下空洞4が本線シールドトンネル2及び支線シールドトンネル3の外形に沿うように、地下空洞4の断面積が一方端部1aから他方端部1bに向けて小さくなっている。また、地下空洞4の断面積が一方端部1aから他方端部1bに向けて小さくなるように、隣り合う先行シールドトンネル13と後行シールドトンネル14との重なり度合いが大きくなっている。
後行シールドトンネル14は、他方端部1bに向けて延伸された第一後行シールドトンネル141と、第一後行シールドトンネル141の先端と他方端部1bとの間に延伸された第二後行シールドトンネル142と、により構成されている。第一後行シールドトンネル141は、先行シールドトンネル13と同径のシールドトンネルであり、第二後行シールドトンネル142は、第一後行シールドトンネル141よりも小径のシールドトンネルである。第一後行シールドトンネル141は、一方端部1aから他方端部1bに向けて延伸されており、第二後行シールドトンネル142は、第一後行シールドトンネル141の先端から他方端部1bまで延伸されている。このため、一本の後行シールドトンネル14のうち、一方端部1a側の部分が大径の第一後行シールドトンネル141となり、他方端部1b側の部分が小径の第二後行シールドトンネル142となる。
上述したように、隣り合う先行シールドトンネル13の間隔は、一方端部1a側よりも他方端部1b側の方が狭くなるため、一方端部1aから他方端部1bまでの全域において後行シールドトンネル14が同径であると、先行シールドトンネル13と後行シールドトンネル14との重なる量が過大となる。そこで、一方端部1a側では後行シールドトンネル14を大径の第一後行シールドトンネル141とし、他方端部1b側では後行シールドトンネル14を小径の第二後行シールドトンネル142とすることで、先行シールドトンネル13と後行シールドトンネル14との重なる量を小さくして、後行シールドトンネル14を構築する時の、先行シールドトンネル13の切削量を低減している。
具体的に説明すると、シールドトンネル11は、18本の先行シールドトンネル13と、18本の後行シールドトンネル14と、の合計36本により構成される。つまり、先行シールドトンネル13と後行シールドトンネル14とは、同数である。地下構造物1は、地下構造物1の一方端部1aから他方端部1bに向けて第一領域A1及び第二領域A2の2領域に分けられている。先行シールドトンネル13は、第一領域A1と第二領域A2とで、同じ径となっている。後行シールドトンネル14は、第一領域A1では大径の第一後行シールドトンネル141となっており、第二領域A2では小径の第二後行シールドトンネル142となっている。そして、先行シールドトンネル13と後行シールドトンネル14とが交互に配置されており、後行シールドトンネル14が、隣り合う先行シールドトンネル13の間に配置されている。
図1〜図3に示すように、外郭躯体12は、地下空洞4の外郭を構成する略円弧状の躯体となる。外郭躯体12は、隣り合うシールドトンネル11を連結してなる。具体的には、外郭躯体12は、先行シールドトンネル13と、後行シールドトンネル14と、先行シールドトンネル13及び後行シールドトンネル14に配置された鋼板コンクリート構造物70(図7参照)と、によりなる。そして、鋼板コンクリート構造物70を構成するコンクリートであって、先行シールドトンネル13に打設されたコンクリートと後行シールドトンネル14に打設されたコンクリートとは、後行シールドトンネル14の後行外殻14Aの一部に形成された開口34を通じて一体化されている。
<鋼板コンクリート構造物>
図7に示すように、鋼板コンクリート構造物70は、鋼材構造体71と、コンクリート62と、を含む。鋼板コンクリート構造物70は、いわゆるRC構造ではなく、SC構造であると言える。鋼材構造体71は、外郭躯体12の主要部を構成する円弧状の構造体である。鋼材構造体71は、先行シールドトンネル13及び後行シールドトンネル14の内部に配置されている。そして、鋼材構造体71は、コンクリート62に埋設されている。なお、鋼板コンクリート構造物70は、後述する支持ユニット40に対して力学的に固定されていてもよいし、固定されていなくてもよい。鋼板コンクリート構造物70は、RC構造の鉄筋に代えて、外郭主桁、配力鋼材、せん断補強鋼材を含む鋼材構造体71を配置し、発生断面力に抵抗する。鉄筋構造に代えて、鋼材構造体71を採用することにより、鉄筋構造に比べて、コンクリート62を充填可能な空間が増加する。つまり、コンクリート62の充填性が向上するので、密実なコンクリートの打設が可能になる。
図8に示すように、鋼材構造体71は、先行鋼材部81と、連結鋼材90と、を含む。
先行鋼材部81は、先行シールドトンネル13に配置されている。先行鋼材部81は、外側先行型鋼82B及び内側先行型鋼82Aを含む。外側先行型鋼82B及び内側先行型鋼82Aは、先行外殻13Aの径方向LRに沿って互いに離間して配置されている。外側先行型鋼82Bは、先行外殻13Aの延在方向LAに沿って、互いに離間して配置されている。そして、互いに隣接する外側先行型鋼82Bは、外側先行配力鋼材83Bによって互いに連結されている。また、内側先行型鋼82Aの構成も同様である。つまり、互いに隣接する内側先行型鋼82Aは、内側先行配力鋼材83Aによって互いに連結されている。さらに、先行鋼材部81は、外側先行型鋼82Bと内側先行型鋼82Aとに連結された先行せん断補強鋼材84を含む。
連結鋼材90の主要部は、後行シールドトンネル14に配置されている。さらに、連結鋼材90の一部は、後行シールドトンネル14から先行シールドトンネル13に亘って配置されている。連結鋼材90は、一方の先行外殻13Aに配置された先行鋼材部81を、後行外殻14Aを挟んで隣接する他方の先行外殻13Aに配置された先行鋼材部81に連結される。
連結鋼材90は、後行鋼材部91と、連結鋼材部95と、を含む。後行鋼材部91は、後行シールドトンネル14に配置されている。後行鋼材部91は、外側後行型鋼92B及び内側後行型鋼92Aを含む。外側後行型鋼92B及び内側後行型鋼92Aは、後行外殻14Aの径方向LRに沿って互いに離間して配置されている。外側後行型鋼92Bは、後行シールドトンネル14の延在方向LAに沿って、互いに離間して配置されている。そして、互いに隣接する外側後行型鋼92Bは、外側後行配力鋼材93Bによって互いに連結されている。また、内側後行型鋼92Aの構成も同様である。つまり、互いに隣接する内側後行型鋼92Aは、内側後行配力鋼材93Aによって互いに連結されている。さらに、後行鋼材部91は、外側後行型鋼92B及び内側後行型鋼92Aに連結された後行せん断補強鋼材94を含む。
一対の連結鋼材部95は、外側連結型鋼96Bと内側連結型鋼96Aとをそれぞれ含む。外側連結型鋼96Bは、外側後行型鋼92Bの端部を外側先行型鋼82Bの端部に接続する。外側連結型鋼96B、外側後行型鋼92B及び外側先行型鋼82Bが連結された構造物は、外側外郭主桁73Bを構成する。
つまり、外側外郭主桁73Bは、型鋼によって構成されている。この型鋼として、H型鋼、I型鋼、T型鋼、山形鋼、平鋼、溝型鋼、Z型鋼などを用いてよい。換言すると、外側外郭主桁73Bは、平板部分を含む鋼材によって構成されている。なお、外側外郭主桁73Bは、付加的な要素として鉄筋を含んでもよい。鉄筋は、上述の型鋼とは異なる棒状の鋼材である。先行鋼材部81及び後行鋼材部91が型鋼であり、これらを連結する連結鋼材部95も型鋼であると、接続・接合を容易に行うことができる。例えば、先行鋼材部81及び後行鋼材部91がH型鋼であり、連結鋼材部95もH型鋼である構成は、先行鋼材部81及び後行鋼材部91がH型鋼であり、連結鋼材として鉄筋を用いる場合よりも、接続・接合が簡易な構成とし、作業を容易に行うことが可能になる。
外側連結型鋼96Bと外側後行型鋼92Bとの接続部位、及び、外側連結型鋼96Bと外側先行型鋼82Bとの接続部位は、一般的な型鋼の連結方法により接続・接合されていればよい。例えば、機械的接合により接続・接合されていてもよい。機械的接合では、ボルト接合方法によって接合・接続されていてもよし、その他のねじ接合等の機械的接合を用いてもよい。また、ボルト接合やその他のねじ接合に際し添接板などを用いて接続・接合されていてもよい。また、溶接(治金的接合)により接合・接続されていてもよい。このような接続構成によれば、確実に鋼材同士を互いに固定することができる。このような接続構成とすることで、SC構造(鉄骨コンクリート構造)がより確実なものとなる。
内側連結型鋼96Aは、内側後行型鋼92Aの端部を内側先行型鋼82Aの端部に接続する。内側連結型鋼96A、内側後行型鋼92A及び内側先行型鋼82Aが連結された構造物は、内側外郭主桁73Aを構成する。内側外郭主桁73Aも、外側外郭主桁73Bと同様の有利な構成及び効果を奏する。内側連結型鋼96Aと内側後行型鋼92Aとの接続部位、及び、内側連結型鋼96Aと内側先行型鋼82Aとの接続部位は、機械的に互いに接続されていればよい。つまり、これらの接続部位も、外側連結型鋼96Bと外側後行型鋼92Bとの接続部位、及び、外側連結型鋼96Bと外側先行型鋼82Bとの接続部位と同様に、ボルト接合、ねじ接合、ボルト及び/またはねじと添接板とを併用する接合形態、溶接などといった機械的接合により簡易且つ強固に接合・接続される。
さらに、連結鋼材部95は、外側連結配力鋼材97Bと、内側連結配力鋼材97Aと、連結せん断補強鋼材98と、を含む。外側連結配力鋼材97Bは、後行シールドトンネル14の方向に延び、複数の外側連結型鋼96Bに接続されている。内側連結配力鋼材97Aも同様に、後行シールドトンネル14の方向に延び、複数の内側連結型鋼96Aに接続されている。連結せん断補強鋼材98は、内側連結型鋼96Aと外側連結型鋼96Bとに連結されている。
なお、先行せん断補強鋼材84、後行せん断補強鋼材94、連結せん断補強鋼材98は、それぞれ必要に応じて設けることとしてよく、その配置される場所、数も適宜設定してよい。
図36に示すように、地下構造物1の一方端部1aには、外郭躯体12の一方側面を封止(止水)する一方側褄壁15が構築されており、地下構造物1の他方端部1bには、外郭躯体12の他方側面を封止(止水)する他方側褄壁16が構築されている。
そして、図2、図3及び図36に示すように、一方側褄壁15及び他方側褄壁16に挟まれた外郭躯体12の内周側領域の一部又は全部の土砂が掘削除去されることで、地下構造物1の内部に地下空洞4が形成されている。
次に、上述した地下構造物1の一部となる外郭躯体12の構築方法について説明する。本実施形態に係る外郭躯体12の構築方法は、発進基地構築工程(S1)と、先行外殻13Aを有する先行シールドトンネル13を構築する第一外殻躯体構築工程(S2)(先行シールドトンネル構築工程)と、先行シールドトンネル13の一部を切削しながら、後行外殻14Aを有する後行シールドトンネル14を構築する第二外殻躯体構築工程(S3)(後行シールドトンネル構築工程)と、先行シールドトンネル13及び後行シールドトンネル14の内部空間にコンクリートを打設して外郭躯体12を構築する外郭躯体構築工程(S4)と、褄壁構築工程(S5)と、掘削工程(S6)と、を備える。
<発進基地構築工程(S1)>
発進基地構築工程(S1)では、図9及び図10に示すように、シールドトンネル11を延伸させるための発進基地21を構築する。発進基地21は、支線シールドトンネル3から支線シールドトンネル3の半径方向外周側に延びる発進坑口22と、本線シールドトンネル2及び支線シールドトンネル3の双方を囲むように発進坑口22から円周状に延びる円周シールドトンネル23と、を備える。発進坑口22は、周知のシールド掘進機により施工することができ、円周シールドトンネル23は、周知の円周シールド掘進機により施工することができる。
<第一外殻躯体構築工程(S2)>
先行シールドトンネル構築工程である第一外殻躯体構築工程(S2)では、図1及び図11に示すように、地下構造物1の施工予定領域である地下構造物予定領域(不図示)の一方端部1aと他方端部1bとの間において、軸方向に延伸する複数の先行シールドトンネル13を周方向に所定間隔で構築する。なお、地下構造物予定領域の一方端部1a及び他方端部1bは、地下構造物1の一方端部1a及び他方端部1bと同じである。
なお、隣り合う先行シールドトンネル13が構築されていれば、全ての先行シールドトンネル13の延伸が終了する前に第二外殻躯体構築工程(S3)を開始して、構築されている隣り合う先行シールドトンネル13の間に後行シールドトンネル14を延伸してもよい。
第一外殻躯体構築工程(S2)では、先行シールドトンネル延伸工程(S21)と、第一隔壁設置工程(S22)と、を行う。
先行シールドトンネル延伸工程(S21)では、図11〜図13に示すように、一方端部1aに施工された発進基地21から他方端部1bまで先行シールドトンネル13を延伸する。具体的には、先行シールドトンネル延伸工程(S21)では、18本の先行シールドトンネル13を、一方端部1aに施工された発進基地21から他方端部1bまで延伸する。このとき、隣り合う先行シールドトンネル13を同時に延伸せずに、隣り合う先行シールドトンネル13のうち、一方の先行シールドトンネル13を先行して延伸した後に、他方の先行シールドトンネル13を後行して延伸することが好ましい。また、先行シールドトンネル13の掘進には、2機以上のシールド掘進機を使用することが好ましい。2機以上のシールド掘進機を使用することで、複数の先行シールドトンネル13を並行して延伸できる。
また、先行シールドトンネル延伸工程(S21)では、一方端部1aから他方端部1bに向かうに従い、隣り合う先行シールドトンネル13の中心軸線が近接して行くように、複数の先行シールドトンネル13を延伸する。
先行シールドトンネル13は、後行シールドトンネル14を延伸するシールド掘進機等により切削可能である部分を含む必要がある。このため、先行シールドトンネル13の先行外殻13Aのうち、少なくとも後行シールドトンネル14の延伸により切削される部分のセグメント又は推進管は、切削可能なものとする。切削可能なセグメント又は推進管としては、例えば、特許文献1、特許文献2、特許第4851133号、特許第4939803号等に記載されたような繊維強化樹脂製の切削可能セグメント又は切削可能推進管を用いる。
ここで、図14に示すように、先行シールドトンネル13のうち第二外殻躯体構築工程(S3)で切削する領域を切削予定領域13E及び切削予定領域13Fとする。切削予定領域13E及び切削予定領域13Fは、先行シールドトンネル13の両側に形成される。先行外殻13A内の領域のうち、外郭躯体構築工程(S4)でコンクリートを打設する領域を外郭躯体予定領域13Bとする。外郭躯体予定領域13Bの一端部は、切削予定領域13Eと重なり、外郭躯体予定領域13Bの他端部は、切削予定領域13Fと重なる。先行外殻13A内の領域のうち、切削予定領域13E、切削予定領域13F及び外郭躯体予定領域13B以外の領域であって、外郭躯体予定領域13Bに対して外郭躯体12の内周側に位置する領域を内周側領域13Cとする。また、先行外殻13A内の領域のうち、切削予定領域13E、切削予定領域13F及び外郭躯体予定領域13B以外の領域であって、外郭躯体予定領域13Bに対して外郭躯体12の外周側に位置する領域を外周側領域13Dとする。
第一隔壁設置工程(S22)では、図15及び図16に示すように、後行シールドトンネル14を延伸するシールド掘進機が先行シールドトンネル13と重なりながら掘進できるように、先行シールドトンネル13の内部を充填する。そして、先行シールドトンネル13の内部の充填として、支持ユニット40を配置するとともに、コンクリート及び切削可能充填材を打設(充填)することで、外郭躯体予定領域13Bに、外郭躯体予定領域13Bを複数に区分する隔壁を設置する。
支持ユニット40は、先行シールドトンネル13の半径方向中央部であって、外郭躯体予定領域13Bに配置する。なお、支持ユニット40の構成については後述する。
コンクリートは、コンクリート打設領域50Aと、コンクリート打設領域50Bと、に打設する。コンクリート打設領域50Aは、内周側領域13C内の領域であって、切削予定領域13E、切削予定領域13F及び外郭躯体予定領域13Bを除く領域である。コンクリート打設領域50Bは、外周側領域13D内の領域であって、切削予定領域13E、切削予定領域13F及び外郭躯体予定領域13Bを除く領域である。コンクリート打設領域50A,50Bは、後行シールドトンネル14(後行外殻14A)の掘削時にコンクリートが切削されないように、切削予定領域13E,13Fの近傍を除外して設定する。つまり、切削予定領域13E,13Fの近傍は、コンクリートを打設しない。
切削可能充填材は、切削可能充填材領域51Aと、切削可能充填材領域51Bと、に打設する。切削可能充填材領域51Aは、切削予定領域13Eを含む領域であって、先行外殻13A、支持ユニット40、及びコンクリート打設領域50A,50Bに囲まれる領域である。切削可能充填材領域51Bは、切削予定領域13Fを含む領域であって、先行外殻13A、支持ユニット40、及びコンクリート打設領域50A,50Bに囲まれる領域である。切削可能充填材領域51A,51Bは、後行シールドトンネル14(後行外殻14A)の掘削時の掘削誤差を許容するために、掘削(切削)が予定されている領域である切削予定領域13E,13Fより若干大きく設定する。
ところで、図23に示すように、後工程の第二外殻躯体構築工程(S3)で先行シールドトンネル13が切削されると、先行外殻13Aを支持する主桁31(図4及び図5参照)も切削されて、先行外殻13Aが第一先行外殻部13AAと第二先行外殻部13ABとに分離される。また、外郭躯体予定領域13Bにはコンクリートが打設されていない。このため、主桁31は、第一先行外殻部13AAと第二先行外殻部13ABとの対向方向に作用する土圧を支持することができない。そこで、支持ユニット40を外郭躯体予定領域13Bに配置することで、後工程の第二外殻躯体構築工程(S3)で先行シールドトンネル13が切削された際に、土圧や切削時の衝撃による荷重で先行シールドトンネル13が変形するのを抑制する。
図17及び図18に示すように、支持ユニット40は、第一隔壁41A及び第二隔壁41Bと、第一支柱42A及び第二支柱42Bと、内周側支持桁43A及び外周側支持桁43Bと、内周側遮蔽板44A及び外周側遮蔽板44Bと、を備える。
第一隔壁41Aは、外郭躯体予定領域13Bを、切削予定領域13Eを含む側部13Gと切削予定領域13Eを含まない中央部13Jとに区分する。このため、第一隔壁41Aは、外郭躯体予定領域13Bを外郭躯体予定領域13Bの周方向において複数に区分する隔壁17となる。第二隔壁41Bは、外郭躯体予定領域13Bを、切削予定領域13Fを含む側部13Hと切削予定領域13Fを含まない中央部13Jとに区分する。このため、第二隔壁41Bは、外郭躯体予定領域13Bを外郭躯体予定領域13Bの周方向において複数に区分する隔壁17となる。第一隔壁41Aにより区分される側部13Gは、第一隔壁41Aの第二隔壁41Bとは反対側の領域である。第二隔壁41Bにより区分される側部13Hは、第二隔壁41Bの第一隔壁41Aとは反対側の領域である。第一隔壁41A及び第二隔壁41Bにより区分される中央部13Jは、先行シールドトンネル13の半径方向中央部に位置する領域であって、第一隔壁41Aと第二隔壁41Bとの間の領域である。
具体的には、第一隔壁41A及び第二隔壁41Bは、平板状の鉄板により構成されており、第一隔壁41Aと第二隔壁41Bとを、外郭躯体予定領域13Bの周方向に対向するように配置する。そして、複数枚の第一隔壁41A及び第二隔壁41Bを、先行シールドトンネル13の軸方向に沿って配置する。
第一支柱42Aは、第一隔壁41Aを支持するとともに先行外殻13Aを内周側から支持する。第二支柱42Bは、第二隔壁41Bを支持するとともに先行外殻13Aを内周側から支持する。
具体的には、第一支柱42A及び第二支柱42Bは、それぞれH型鋼等の鋼材により構成されており、第一支柱42Aと第二支柱42Bとを、外郭躯体予定領域13Bの周方向に並列するように配置する。第一支柱42A及び第二支柱42Bは、第二外殻躯体構築工程(S3)で分離される第一先行外殻部13AAと第二先行外殻部13ABとの対向方向(コンクリート打設領域50Aとコンクリート打設領域50Bとの対向方向)に向ける。
また、第一支柱42Aに、第一隔壁41Aを着脱可能に接続するとともに、第二支柱42Bに、第二隔壁41Bを着脱可能に接続する。第一支柱42A及び第二支柱42Bに対する第一隔壁41A及び第二隔壁41Bの接続は、例えば、ボルト締めにより、または溶接により行うことができる。そして、複数本の第一支柱42A及び第二支柱42Bを、先行シールドトンネル13の軸方向に沿って配置する。
内周側支持桁43Aは、第一支柱42A及び第二支柱42Bのコンクリート打設領域50A側の先端側を支える、外周側支持桁43Bは、第一支柱42A及び第二支柱42Bのコンクリート打設領域50B側の先端側を支える。
具体的には、内周側支持桁43A及び外周側支持桁43Bは、それぞれH型鋼等の鋼材により構成されており、内周側支持桁43Aと外周側支持桁43Bとを、第一支柱42A及び第二支柱42Bに対応して外郭躯体予定領域13Bの周方向に並列するように配置する。内周側支持桁43Aは、外郭躯体予定領域13Bの周方向に沿って第一支柱42Aと第二支柱42Bとに架け渡して、第一支柱42A及び第二支柱42Bのコンクリート打設領域50A側に結合する。外周側支持桁43Bは、外郭躯体予定領域13Bの周方向に沿って第一支柱42Aと第二支柱42Bとに架け渡して、第一支柱42A及び第二支柱42Bのコンクリート打設領域50B側に結合する。
内周側遮蔽板44Aは、支持ユニット40のコンクリート打設領域50A側の遮蔽を行う。外周側遮蔽板44Bは、支持ユニット40のコンクリート打設領域50B側の遮蔽を行う。
具体的には、内周側遮蔽板44A及び外周側遮蔽板44Bは、平板状の鉄板により構成されており、内周側遮蔽板44Aと外周側遮蔽板44Bとを、外郭躯体予定領域13Bの半径方向に対向するように配置する。内周側遮蔽板44Aは、外郭躯体予定領域13Bの軸方向に沿って第一支柱42A及び第二支柱42Bに架け渡して、第一支柱42A及び第二支柱42Bのコンクリート打設領域50A側の先端に結合する。外周側遮蔽板44Bは、外郭躯体予定領域13Bの軸方向に沿って第一支柱42A及び第二支柱42Bに架け渡して、第一支柱42A及び第二支柱42Bのコンクリート打設領域50B側の先端に結合する。そして、複数枚の内周側遮蔽板44A及び外周側遮蔽板44Bを、先行シールドトンネル13の軸方向に沿って配置する。
このように構成される支持ユニット40では、第一支柱42A及び第二支柱42Bと内周側支持桁43A及び外周側支持桁43Bとが井桁状の枠体を構成する。そして、支持ユニット40の内部に、第一隔壁41A及び第二隔壁41Bと内周側遮蔽板44A及び外周側遮蔽板44Bとに囲まれた内部空間45が形成される。なお、内部空間45は、第一隔壁41A及び第二隔壁41Bにより区分される中央部13Jと同じである。そして、第一隔壁41A、第二隔壁41B、内周側遮蔽板44A及び外周側遮蔽板44Bは、内部空間45の隔壁となって内部空間45を囲むため、先行シールドトンネル13の内部に打設されるコンクリート及び切削可能充填材は、内部空間45に入り込まない。このため、内部空間45は、空洞となっている。
また、コンクリートが、先行外殻13A内の、第一支柱42A及び第二支柱42Bの一端部と第一先行外殻部13AAとの間のコンクリート打設領域50Aに打設されるとともに、第一支柱42A及び第二支柱42Bの他端部と第二先行外殻部13ABとの間のコンクリート打設領域50Bに打設される。そして、第一支柱42A及び第二支柱42Bのコンクリート打設領域50A側の先端が、内周側遮蔽板44Aを介して、内周側領域13Cのコンクリート打設領域50Aに打設されるコンクリートに接続され、第一支柱42A及び第二支柱42Bのコンクリート打設領域50B側の先端が、外周側遮蔽板44Bを介して、外周側領域13Dのコンクリート打設領域50Bに打設されるコンクリートに接続される。これにより、第一支柱42A及び第二支柱42Bは、第一隔壁41A及び第二隔壁41Bを支持するともに、先行外殻13Aの第一先行外殻部13AA及び第二先行外殻部13ABを内周側から支持する。
さらに、支持ユニット40は、腹起し鋼材47A、47Bと、横つなぎ鋼材48A、48Bと、を有する。
具体的には、一対の腹起し鋼材47Aは、外郭躯体12の内周側に配置され、先行シールドトンネル13の方向に延びている。一対の腹起し鋼材47Aは、第一支柱42Aの内周側の端部及び第二支柱42Bの内周側の端部にそれぞれ設けられている。横つなぎ鋼材48Aは、一対の腹起し鋼材47Aの間に架け渡されている。一対の腹起し鋼材47Bは、外郭躯体12の外周側に配置され、先行シールドトンネル13の方向に延びている。一対の腹起し鋼材47Bは、第一支柱42Aの外周側の端部及び第二支柱42Bの外周側の端部にそれぞれ設けられている。横つなぎ鋼材48Bは、一対の腹起し鋼材47Bの間に架け渡されている。
この支持ユニット40には、鋼材構造体71を構成する先行鋼材部81が配置されている。先行鋼材部81は、第一隔壁41A及び第二隔壁41Bの間に配置されている。つまり、先行鋼材部81は、内部空間45に配置されている。
先行鋼材部81を支持ユニット40に配置するタイミングは、特に限定はない。例えば、支持ユニット40の構成部品に対して、工場などにおいてあらかじめ取り付けられていてもよい。この場合には、支持ユニット40と先行鋼材部81とが一体化された構造物が先行シールドトンネル13の内部に輸送される。
一方、支持ユニット40と先行鋼材部81とは、別部品として先行シールドトンネル13内に搬送されてもよい。この場合には、先に支持ユニット40を構築したのちに、先行鋼材部81を配置する。
従って、第一隔壁設置工程(S22)では、第一隔壁41Aが設けられると共に、支持ユニット40及び先行鋼材部81も設けられる。つまり、先行シールドトンネル構築工程は、鋼材構造体71を構成する先行鋼材部81を配置する工程を含む。
先行シールドトンネル13の内部の充填は、例えば、次のように行うことができる。先行シールドトンネル13の延伸が終了すると、シールド掘進機の残置物を先行シールドトンネル13の先端に残置し、シールド掘削機の回収物を当該先行シールドトンネル13から一方端部1aの発進基地21に回収する。シールド掘削機の回収物とは、例えば、カッターモータやシールドジャッキや電装品などが該当する。シールド掘進機の内、カッター部分、及び外周鋼殻部分等などのシールド掘進機の外郭をなして地中の土砂の流入を防止する機能を有する部分は、地中に残置物として残置する。その際、先行シールドトンネル13の先端から一方端部1aに向かって順に、先行シールドトンネル13の内部を充填して行く。このとき、図19に示すように、先行シールドトンネル13を先行シールドトンネル13の軸方向において複数の軸領域部C(C1,C2,C3,・・・)に区切り、これから充填しようとする軸領域部Cの一方端部1a側に隔壁18を設置する。隔壁18は、先行シールドトンネル13の内部領域(外郭躯体予定領域13B)を先行シールドトンネル13の軸方向(外郭躯体予定領域13Bの軸方向)において複数の軸領域部Cに区切る隔壁となる。そして、当該軸領域部Cに、支持ユニット40の配置、コンクリート及び切削可能充填材の打設を行う。
支持ユニット40の配置、コンクリート及び切削可能充填材の打設の順序、支持ユニット40の組み立て順序等は、特に限定されず、施工性等の観点から適宜設定される。また、これらの工程の一部を同時に行ってもよい。なお、コンクリート打設領域50A,50B及び切削可能充填材領域51A,51Bにコンクリート及び切削可能充填材を打設するために、適宜、支持ユニット40と先行外殻13Aとの間に型枠を配置する。
<第二外殻躯体構築工程(S3)>
第二外殻躯体構築工程(S3)では、図1及び図20〜図23に示すように、先行シールドトンネル13を切削しながら、一方端部1aに施工された発進基地21から他方端部1bまで後行シールドトンネル14を延伸することで、地下構造物1の施工予定領域である地下構造物予定領域(不図示)の一方端部1aと他方端部1bとの間において、軸方向に延伸する複数の後行シールドトンネル14を周方向に構築する。具体的には、第二外殻躯体構築工程(S3)では、18本の後行シールドトンネル14を、外郭躯体予定領域において、一方端部1aに施工された発進基地21から他方端部1bまで延伸する。このとき、シールドトンネル上部の土砂が緩みやすい傾向にあることから、上部を後からシールドトンネルで延伸するように、下方に配置される後行シールドトンネル14から順に延伸することが好ましい。また、先行シールドトンネル13の延伸と同様に、後行シールドトンネル14の掘進には、2機以上のシールド掘進機を使用することが好ましい。2機以上のシールド掘進機を使用することで、複数の後行シールドトンネル14を並行して延伸できる。
また、第二外殻躯体構築工程(S3)では、一方端部1aから他方端部1bに向かうに従い、隣り合う後行シールドトンネル14の中心軸線が近接して行くとともに、隣り合う先行シールドトンネル13の中心軸線と後行シールドトンネル14の中心軸線とが近接して行くように、複数の後行シールドトンネル14を延伸する。これにより、地下空洞の断面積を、一方端部1aから他方端部1bに向けて小さくすることができる。また、第二外殻躯体構築工程(S3)では、一方端部1aから他方端部1bの全域において、隣り合う先行シールドトンネル13と後行シールドトンネル14とが重なるように、先行シールドトンネル13の一部を切削して後行シールドトンネル14を延伸する。
ここで、先行シールドトンネル13の一部を切削すると、先行外殻13Aを支持する主桁31(図4及び図5参照)も切削されて、図23などに示すように先行外殻13Aが第一先行外殻部13AAと第二先行外殻部13ABとに分離される。しかしながら、第一先行外殻部13AAと第二先行外殻部13ABとの間に配置された支持ユニット40は、コンクリート打設領域50A,50Bに打設されたコンクリートを介して第一先行外殻部13AA及び第二先行外殻部13ABを内周側から支持している。このため、第二外殻躯体構築工程(S3)において先行シールドトンネル13の一部を切削しても、先行シールドトンネル13は崩れない。
そして、第二外殻躯体構築工程(S3)では、第一領域A1の後行シールドトンネル14として、他方端部1bに向けて第一後行シールドトンネル141を延伸する第一後行シールドトンネル構築工程(S31)と、第二領域A2の後行シールドトンネル14として、第一後行シールドトンネル141の先端と他方端部1bとの間に、第一後行シールドトンネル141よりも小径の第二後行シールドトンネル142を延伸する第二後行シールドトンネル構築工程(S32)と、を行う。第一後行シールドトンネル構築工程(S31)では、一方端部1aから第一後行シールドトンネル141を延伸し、第二後行シールドトンネル構築工程(S32)では、第一後行シールドトンネル141の先端から他方端部1bまで第二後行シールドトンネル142を延伸する。これにより、一方端部1aから他方端部1bに至る一本の後行シールドトンネル14を延伸する。
第一後行シールドトンネル141及び第二後行シールドトンネル142の延伸は、例えば、特開2005−194752号公報、特開平10−153083号公報、特開平10−096392号公報に記載された親子シールド機(親子シールド掘進機)を用いることで、容易に行うことができる。つまり、第一後行シールドトンネル構築工程(S31)では、親子シールド機の親シールド機により第一後行シールドトンネル141を延伸し、その後、親子シールド機から子シールド機を発進させ、この子シールド機により第一後行シールドトンネル141の先端から第二後行シールドトンネル142を延伸する。
なお、本実施形態では、他方端部1bに一方端部1aの発進基地21に対応する到達基地(内部空洞)が構築されていないが、他方端部1bに一方端部1aの発進基地21に対応する到達基地が構築されている場合は、他方端部1bに到達したシールド掘進機を、他方端部1bから一方端部1aに向けて掘進してもよい。この場合、シールド掘進機を他方端部1bから一方端部1aに移動する必要がなくなる。また、他方端部1bに一方端部1aの発進基地21に対応する到達基地が構築されている場合は、第二後行シールドトンネル構築工程(S32)において、他方端部1bの到達基地から第一後行シールドトンネル141の先端に向けて第二後行シールドトンネル142を延伸させてもよい。この場合、第一後行シールドトンネル141の延伸が終了する前に第二後行シールドトンネル142の延伸を開始することができる。
そして、図24に示すように、後行シールドトンネル14の内部に、止水鉄板99A、99Bを配置すると共に後行鋼材部91を配置する(S33)。これらの部材の配置にあっては、支保工(不図示)のように一時的に配置される要素を用いてもよい。次に、図25に示すように、充填材領域60A、60Bに充填材を充填する。この充填材は、切削可能な充填材(例えば、エアモルタル)としてもよい。
上述した第一外殻躯体構築工程(S2)における先行シールドトンネル13の構築により、先行シールドトンネル13の内部の外郭躯体予定領域13Bには、支持ユニット40が配置されているとともに、切削可能充填材が打設されている。さらに、先行シールドトンネル13の内部には、先行鋼材部81が配置されている。
また、第二外殻躯体構築工程(S3)における後行シールドトンネル14の構築により、隣り合う先行シールドトンネル13と後行シールドトンネル14とが重なり合っているが、この重なり合う部分において、後行シールドトンネル14の後行外殻14Aが、先行シールドトンネル13と後行シールドトンネル14とを隔てている。さらに、後行シールドトンネル14の内部には、後行鋼材部91及び止水鉄板99A、99Bが配置されている。
<外郭躯体構築工程(S4)>
外郭躯体構築工程(S4)では、後行シールドトンネル14の一部を撤去して先行シールドトンネル13及び後行シールドトンネル14の内部空間を連通する連通工程(S41)を行う。次に、先行鋼材部81同士を連結鋼材90によって連結する連結工程(S42)を行う。そして、先行シールドトンネル13及び後行シールドトンネル14の内部空間にコンクリートを打設して外郭躯体12を構築する打設工程(S43)を行う。
ここで、外郭躯体構築工程(S4)における施工手順について説明する。
図26に示すように、外郭躯体構築工程(S4)では、外郭躯体予定領域13Bを外郭躯体予定領域13Bの周方向において複数の周領域部B(B,B,B,・・・)に区分する。そして、複数の周領域部Bにおいて、下方の周領域部Bから順に、連通工程(S41)、連結工程(S42)及び打設工程(S43)を順次行う。つまり、周領域部B→周領域部B及び周領域部B→周領域部B及び周領域部B→周領域部Bの順に、連通工程(S41)、連結工程(S42)及び打設工程(S43)を順次行う。また、図27に示すように、外郭躯体構築工程(S4)では、外郭躯体予定領域13Bを外郭躯体予定領域13Bの軸方向において複数の軸領域部C(C,C,C,・・・)に区分する。そして、複数の軸領域部Cにおいて、外郭躯体予定領域13Bの軸方向における一方の端部の軸領域部Cから順に、連通工程(S41)、連結工程(S42)及び打設工程(S43)を順次行っていく。つまり、軸領域部C→軸領域部C→軸領域部C→・・・の順に、連通工程(S41)、連結工程(S42)及び打設工程(S43)を順次行う。
具体的には、図28に示すように、外郭躯体予定領域13Bを、外郭躯体予定領域13Bの周方向において複数の周領域部Bに区分するとともに、外郭躯体予定領域13Bの軸方向において複数の軸領域部Cに区分する。これにより、外郭躯体予定領域13Bは、外郭躯体予定領域13Bの周方向及び外郭躯体予定領域13Bの軸方向の二軸方向において、複数の施工領域Dに区分される。そして、複数の周領域部B及び複数の軸領域部Cに区分された複数の施工領域Dにおいて、下方の施工領域Dから順に、かつ、外郭躯体予定領域13Bの軸方向における一方の施工領域Dから順に、連通工程(S41)、連結工程(S42)及び打設工程(S43)を順次行っていく。このとき、同じ軸領域部Cの上下に隣接する施工領域D間では、連通工程(S41)と打設工程(S43)を行うことが好ましい。また、同じ周領域部Bの外郭躯体予定領域13Bの軸方向に隣接する施工領域D間では、連通工程(S41)と打設工程(S43)を行うことが好ましい。
次に、ある施工領域Dにおける連通工程(S41)、連結工程(S42)及び打設工程(S43)について説明する。
連通工程(S41)では、図29に示すように、後行シールドトンネル14の後行外殻14Aの一部を撤去して、先行シールドトンネル13と後行シールドトンネル14とを連通させる。具体的には、図5及び図6に示すように、後行シールドトンネル14の後行外殻14Aのうち、先行シールドトンネル13と重なり合う部分において、主桁31は残置しておき、継手板32、リブ及びスキンプレート33を取り外す。継手板32、リブ及びスキンプレート33の取り外しは、後行シールドトンネル14側から行う。これにより、先行シールドトンネル13と後行シールドトンネル14とを連通させる開口34が形成される。なお、本実施形態では、主桁31は残置しておき、継手板32及びリブは撤去したが、主桁31も取り外して撤去してもよく、継手板32及びリブを残置してもよい。先行外殻13Aと後行外殻14Aとの一体化を図るために、スキンプレート33は取り外し撤去することが好ましい。
外郭躯体予定領域13Bの周方向における施工領域Dの中央部では、図29に示すように、先行シールドトンネル13の内部の切削可能充填材領域51A,51Bに打設された切削可能充填材を撤去する。切削可能充填材の撤去は、例えば、シールド掘進機のカッターにより開口34に相当する部分の切削可能充填材を切削することにより行う。この切削屑は、シールド掘進機による掘削残土とともに先行シールドトンネル13から排出される。そして、支持ユニット40の第一隔壁41A及び第二隔壁41Bを撤去する。支持ユニット40の内部空間45は空洞になっているため、第一隔壁41A及び第二隔壁41Bを撤去することで、先行シールドトンネル13の外郭躯体予定領域13Bが、隣り合う後行シールドトンネル14の内部空間と一体的に連通される。なお、このときも、第一支柱42A及び第二支柱42Bは撤去しない。支持ユニット40の第一支柱42A及び第二支柱42Bが第一先行外殻部13AA及び第二先行外殻部13ABを内周側から支持しているため、先行シールドトンネル13の変形は防止できる。
外郭躯体予定領域13Bの周方向における施工領域Dの両端部では、図30に示すように、切削可能充填材領域51A及び切削可能充填材領域51Bの何れか一方に打設された切削可能充填材を撤去する。撤去した切削可能充填材に隣接した第一隔壁41A又は第二隔壁41Bを撤去する。撤去せずに残置した第一隔壁41A又は第二隔壁41Bは、外郭躯体予定領域13Bを外郭躯体予定領域13Bの周方向に区分する隔壁17となる。
連通工程(S41)の後に、連結工程(S42)を行う。連結工程(S42)では、まず、図31に示すように、一方の先行鋼材部81を他方の先行鋼材部81に連結する。具体的には、連結鋼材90の一方の端部を先行鋼材部81の先行接手部に連結する。この連結には、型鋼同士を連結するときに用いられる一般的な型鋼の連結方法を採用してよい。次に、連結鋼材90の他方の端部を後行鋼材部91の後行接手部に連結する。そして、必要に応じて、連結せん断補強鋼材98を配置する。
打設工程(S43)では、図32〜図34に示すように、先行シールドトンネル13と後行シールドトンネル14とにコンクリート62を打設して一体化する。
まず、図32に示すように、外郭躯体予定領域13Bの軸方向における施工領域Dの端部に隔壁19を設置する第二隔壁設置工程を行う。第二隔壁設置工程では、外郭躯体予定領域13Bの軸方向における施工領域Dの端部に隔壁19を設置する。このとき、先行シールドトンネル13の外郭躯体予定領域13Bにおいては、隔壁19として、第一隔壁設置工程で設置した隔壁18を利用してもよい。これにより、施工領域Dは、外郭躯体予定領域13Bを外郭躯体予定領域13Bの周方向に区分する隔壁17と、外郭躯体予定領域13Bを外郭躯体予定領域13Bの軸方向に区分する隔壁19と、により囲まれた状態となる。
次に、図33及び図34に示すように、施工領域Dを囲む隔壁17及び隔壁19を型枠として、連通した先行シールドトンネル13及び後行シールドトンネル14の内部空間(外郭躯体予定領域13B)にコンクリート62を打設する。これにより、先行シールドトンネル13に打設されたコンクリート62と後行シールドトンネル14に打設されたコンクリート62とは、開口34を介して直接的に一体的化するとともに、開口34を通って架け渡された鋼材構造体71を巻き込むことにより一体化され、強固な外郭躯体12が構築される。
そして、図28に示した順序で、全ての施工領域Dについて連通工程(S41)、連結工程(S42)及び打設工程(S43)を行う。
なお、外郭躯体構築工程(S4)では、先行シールドトンネル13及び後行シールドトンネル14内に地下水等が入り込まないように、凍結工法等により先行シールドトンネル13及び後行シールドトンネル14の周囲に凍土を造成し、先行シールドトンネル13及び後行シールドトンネル14の周囲を凍結止水することが好ましい。この場合、外郭躯体予定領域13Bの軸方向における全領域に凍土を造成してもよいが、施工性の観点から、外郭躯体予定領域13Bの軸方向に複数のグループに区分し、この区分したグループごとに凍土を造成することが好ましい。凍土を造成するグループとしては、一つの軸領域部Cに対応するものであってもよいが、施工性の観点から、複数の軸領域部Cに対応するものであることが好ましい。
<褄壁構築工程(S5)>
褄壁構築工程(S5)では、図35に示すように、地下構造物1の一方端部1aに、外郭躯体12の一方側面を封止(止水)する一方側褄壁15を構築し、地下構造物1の他方端部1bに、外郭躯体12の他方側面を封止(止水)する他方側褄壁16を構築する。一方側褄壁15及び他方側褄壁16の構築は、例えば、地下構造物1の一方端部1a及び他方端部1bを凍結止水し、一方側褄壁15及び他方側褄壁16を構築する領域を掘削して鉄筋コンクリートを打設する。これにより、一方側褄壁15及び他方側褄壁16を構築することができる。
<掘削工程(S6)>
掘削工程(S6)では、図36に示すように、一方側褄壁15及び他方側褄壁16に挟まれた外郭躯体12の内周側領域の一部又は全部を掘削して地下空洞4を形成する。つまり、一方側褄壁15及び他方側褄壁16に挟まれた外郭躯体12の内周側領域の一部又は全部を掘削し、掘削した土砂を排出することで、外郭躯体12の内周側に地下空洞4を形成する。そして、掘削した土砂を、本線シールドトンネル2や支線シールドトンネル3から排出する。
以上説明したように、本実施形態の地下躯体構築方法及び当該方法によって構築される地下構造物1では、先行外殻13Aの内部に先行鋼材部81が配置されている。この先行鋼材部81は、隣接する別の先行外殻13Aに配置された別の先行鋼材部81に対して、連結鋼材90によって連結されている。そして、先行外殻13Aの内部及び後行外殻14Aの内部において、コンクリート62が一体的に打設されることにより、先行鋼材部81及び連結鋼材90により構成される鋼材構造体71を埋め込むことが可能である。これにより、シールドトンネル毎にコンクリート62を打設して地下構造物1の一部を構成する外郭躯体12を一体化する場合に比べて、外郭躯体12に形成される打継目を少なくすることができるため、工数及び工費を低減することができる。
また、連結鋼材90は、後行外殻14Aの内部に配置された後行鋼材部91と、後行鋼材部91の端部を先行鋼材部81に連結する一対の連結鋼材部95と、を有する。この構成によれば、連結鋼材90は、先行鋼材部81同士を好適に連結することができる。
また、先行鋼材部81は、先行外殻13Aの径方向に沿って互いに離間して配置された外側先行型鋼82B及び内側先行型鋼82Aを含む。後行鋼材部91は、後行外殻14Aの径方向に沿って互いに離間して配置された外側後行型鋼92B及び内側後行型鋼92Aを含む。連結鋼材部95は、内側後行型鋼92Aの端部を内側先行型鋼82Aの端部に接続する内側連結型鋼96Aと、外側後行型鋼92Bの端部を外側先行型鋼82Bの端部に接続する外側連結型鋼96Bと、を含む。この構成によれば、鋼材構造体71とコンクリート62を含んで構成される地下構造物1の強度を高めることができる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、外郭躯体予定領域13Bを複数に区分する隔壁17,19を設置する工程について具体的に説明したが、この隔壁17,19は、外郭躯体を構築するために先行シールドトンネル13及び後行シールドトンネル14の内部空間にコンクリートを打設する前であれば、如何なる工程において設置してもよい。例えば、外郭躯体予定領域13Bを外郭躯体予定領域13Bの周方向において複数の周領域部Bに区分する隔壁17と、外郭躯体予定領域13Bを外郭躯体予定領域13Bの軸方向において複数の軸領域部Cに区分する隔壁17とを、同じ工程で設置してもよく、異なる工程で設置してもよい。
また、上記実施形態では、外郭躯体予定領域13Bを区分する隔壁として、外郭躯体予定領域13Bを外郭躯体予定領域13Bの周方向において複数の周領域部Bに区分する隔壁17と、外郭躯体予定領域13Bを外郭躯体予定領域13Bの軸方向において複数の軸領域部Cに区分する隔壁19と、を設置するものとして説明したが、何れか一方のみを設置するものとしてもよく、隔壁17,19を設置しないものとしてもよい。隔壁17,19を設置しない場合でも、重力等を利用してコンクリートを打設することは可能である。また、隔壁17,19を設置しない場合でも、外郭躯体予定領域13Bを外郭躯体予定領域13Bの周方向において複数の周領域部Bに区分し、下方の周領域部Bから順にコンクリートを打設することで、外郭躯体予定領域13Bへのコンクリートの打設を効率的に行うことができる。また、外郭躯体予定領域13Bを外郭躯体予定領域13Bの軸方向において複数の軸領域部Cに区分し、外郭躯体予定領域13Bの軸方向における一方の端部の軸領域部Cから順にコンクリートを打設することで、外郭躯体予定領域13Bへのコンクリートの打設を効率的に行うことができる。
また、上記実施形態では、外郭躯体予定領域13Bを複数に区分する隔壁17,19の構成や設置方法等を具体的に説明したが、隔壁17,19の構成や設置方法等は、特に限定されるものではなく、適宜変更することができる。例えば、隔壁17は、支持ユニット40の第一隔壁41A又は第二隔壁41Bにより構成するものとして説明したが、隔壁17は、支持ユニット40とは別の部材として支持ユニット40の内側又は外側に設置するものとしてもよく、支持ユニット40を設置せずに隔壁17を設置するものとしてもよい。
なお、SC構造(鉄骨コンクリート構造)にはSRC構造(鉄骨鉄筋コンクリート構造)を含むものである。
1…地下構造物、1a…一方端部、1b…他方端部、2…本線シールドトンネル、3…支線シールドトンネル、4…地下空洞、11…シールドトンネル、11A…外殻、12…外郭躯体、13…先行シールドトンネル(第一外殻躯体)、13A…先行外殻、13AA…第一先行外殻部、13AB…第二先行外殻部、13B…外郭躯体予定領域、13C…内周側領域、13D…外周側領域、13E…切削予定領域、13F…切削予定領域、13G…側部、13H…側部、13J…中央部、14…後行シールドトンネル(第二外殻躯体)、14A…後行外殻、141…第一後行シールドトンネル、142…第二後行シールドトンネル、15…一方側褄壁、16…他方側褄壁、17…隔壁、18…隔壁、19…隔壁、21…発進基地、22…発進坑口、23…円周シールドトンネル、30…セグメント、31…主桁、32…継手板、33…スキンプレート、34…開口、40…支持ユニット、41A…第一隔壁、41B…第二隔壁、42A…第一支柱(支柱)、42B…第二支柱(支柱)、43A…内周側支持桁、43B…外周側支持桁、44A…内周側遮蔽板、44B…外周側遮蔽板、45…内部空間、50A…コンクリート打設領域、50B…コンクリート打設領域、51A…切削可能充填材領域、51B…切削可能充填材領域、62…コンクリート、A1…第一領域、70…鋼板コンクリート構造物、71…鋼材構造体、73A…内側外郭主桁、73B…外側外郭主桁、81…先行鋼材部、82A…内側先行型鋼、82B…外側先行型鋼、90…連結鋼材、91…後行鋼材部、92A…内側後行型鋼、92B…外側後行型鋼、95…連結鋼材部、96A…内側連結型鋼、96B…外側連結型鋼、A2…第二領域、B(B,B,B,・・・)…周領域部、C(C,C,C,・・・)…軸領域部、D…施工領域。

Claims (6)

  1. 地下構造物の一部となる地下躯体であって、
    先行外殻を有する複数の先行シールドトンネルと、
    複数の前記先行シールドトンネルの間に配置されると共にその一部が前記先行シールドトンネルの一部と重ねた状態で配置され、後行外殻を有する後行シールドトンネルと、
    前記先行外殻の内部及び前記後行外殻の内部に打設されて一体化したコンクリートと、を備え、
    前記先行外殻の内部は、前記後行外殻の内部に対して、前記先行シールドトンネル及び前記後行シールドトンネルに設けられた開口を通じて、連通し、
    前記先行外殻の内部及び前記後行外殻の内部には、前記開口を介して前記先行外殻の内部から前記後行外殻の内部に亘って配置されると共に、前記コンクリートに埋設された鋼材構造体が配置され、
    前記鋼材構造体は、
    前記先行外殻の内部に配置された先行鋼材部と、
    一方の前記先行外殻に配置された前記先行鋼材部を、前記後行外殻を挟んで隣接する他方の前記先行外殻に配置された前記先行鋼材部に連結され、前記後行外殻の内部に配置された後行鋼材部と、前記後行鋼材部の端部を前記先行鋼材部に連結する一対の連結鋼材部と、を含む連結鋼材と、を有し、
    前記連結鋼材の前記連結鋼材部は、前記後行シールドトンネルから前記先行シールドトンネルに亘って配置され、
    前記先行鋼材部、前記後行鋼材部及び前記連結鋼材部は、型鋼によって構成されている、地下躯体。
  2. 前記先行鋼材部は、前記先行外殻の径方向に沿って互いに離間して配置された内側先行型鋼及び外側先行型鋼を含み、
    前記後行鋼材部は、前記後行外殻の径方向に沿って互いに離間して配置された内側後行型鋼及び外側後行型鋼を含み、
    前記連結鋼材部は、前記内側後行型鋼の端部を前記内側先行型鋼の端部に接続する内側連結型鋼と、前記外側後行型鋼の端部を前記外側先行型鋼の端部に接続する外側連結型鋼と、を含む、請求項1に記載の地下躯体。
  3. 前記先行鋼材部は、前記内側先行型鋼と前記外側先行型鋼とを互いに連結する先行補強鋼材をさらに含む、請求項2に記載の地下躯体。
  4. 外殻躯体を有し、地下構造物の一部となる地下躯体の構築方法であって、
    前記外殻躯体を構成する先行外殻を有する複数の先行シールドトンネルを構築する先行シールドトンネル構築工程と、
    前記先行シールドトンネルの間において、前記先行シールドトンネルの一部を切削、または撤去しながら、前記外殻躯体を構成する後行外殻を有する後行シールドトンネルを構築する後行シールドトンネル構築工程と、
    前記先行外殻の内部及び前記後行外殻の内部にコンクリートを打設して前記外殻躯体を構築する外郭躯体構築工程と、を有し、
    前記先行シールドトンネル構築工程は、鋼材構造体を構成する先行鋼材部を配置する工程を含み、
    前記外郭躯体構築工程は、
    前記後行シールドトンネルの一部に開口を設けて、前記開口を通じて前記先行外殻の内部と前記後行外殻の内部を連通する工程と、
    一方の前記先行外殻に配置された前記先行鋼材部を、前記鋼材構造体を構成する連結鋼材によって、前記後行外殻を挟んで隣接する他方の前記先行外殻に配置された前記先行鋼材部に連結することにより、前記鋼材構造体を構築する工程と、
    前記鋼材構造体を前記コンクリートによって埋設する工程と、を含み、
    前記鋼材構造体を構築する工程は、前記後行シールドトンネルの内部に、前記連結鋼材を構成する後行鋼材部を配置する工程を含み、
    前記コンクリートによって埋設する工程は、前記連結鋼材を構成する連結鋼材部の一方の端部を前記先行鋼材部に連結すると共に、前記連結鋼材部の他方の端部を前記後行鋼材部に連結することにより、前記後行シールドトンネルから前記先行シールドトンネルに亘って前記連結鋼材部を配置する工程を含み、
    前記先行鋼材部、前記後行鋼材部及び前記連結鋼材部は、型鋼によって構成されている、地下躯体の構築方法。
  5. 前記先行鋼材部を配置する工程は、前記先行外殻の径方向に沿って互いに離間するように、内側先行型鋼及び外側先行型鋼を配置する工程を含み、
    前記後行鋼材部を配置する工程は、前記後行外殻の径方向に沿って互いに離間するように、内側後行型鋼及び外側後行型鋼を配置する工程を含み、
    前記連結鋼材部を配置する工程は、前記内側後行型鋼の端部を前記内側先行型鋼の端部に接続するように内側連結型鋼を配置すると共に、前記外側後行型鋼の端部を前記外側先行型鋼の端部に接続するように外側連結型鋼を配置する工程を、含む、請求項4に記載の地下躯体の構築方法。
  6. 前記先行鋼材部を配置する工程は、前記内側先行型鋼と前記外側先行型鋼とを互いに連結するように先行補強鋼材を配置する工程をさらに含む、請求項5に記載の地下躯体の構築方法。
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