JP6922280B2 - トンネル躯体の構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、断面が変化する区間を有するトンネルの構築予定領域を複数の外殻トンネルで囲繞し、外殻トンネルの内空を利用してトンネル躯体を構築するトンネル躯体の構築方法に関する。

従来より、地中に大断面トンネルの覆工体を構築する方法として、例えば特許文献１では、地中空洞の構築予定領域を囲むように複数のルーフシールドトンネルを構築し、ルーフシールドトンネルのセグメントを一部撤去してその外側の地山を掘削し、ルーフシールド間にルーフシールドトンネルと連通する空間を設ける。この後、この空間とルーフシールド内にコンクリートを充填して一連の覆工コンクリートを構築している。そして、これら覆工コンクリートは、防水性能を確保するべく、その外周側であって地山と接触する範囲に防水シートを設置し、防水シートの両縁部をルーフシールドトンネルにおけるセグメントを撤去した開口部の周縁部に連結している。

一方、特許文献２では、特許文献１と同様に、ルーフシールドトンネル間にルーフシールドトンネルと連通する空間を設けた後、この空間とルーフシールドトンネルの内空において、補剛材を組み立てるとともに鉄筋および型枠を設置する。そして、型枠の内部に覆工コンクリートを打設充填し、隣り合うルーフシールドトンネルどうしを連結する態様の覆工体を施工する。この覆工体を、すべてのルーフシールドトンネル間に相互に連結しつつ形成していき、リング状断面の一連の本設覆工壁を構築している。このような型枠を用いた本設覆工壁では、その外面側全体に防水シートを敷設することにより、防水性能を確保する方法を採用することが一般的である。

特開２００９−１７４１６９号公報 特許第４９５８０３５号公報

しかし、特許文献１および特許文献２のいずれの方法であっても、構築しようとする地中空洞に、断面が一様ではなく変化する区間が存在する場合、地中空洞の構築予定領域を囲むルーフシールドトンネルの配置間隔は、断面ごとに変化する。これにより、例えば隣り合うルーフシールド間の間隔が長い位置では、ルーフシールドトンネルと連通する空間を構築するための、地山の掘削範囲が広くなるため、施工性や安全性に課題が生じやすい。

また、大断面トンネルの覆工体を鉄筋コンクリート造で構築する場合、採用する鉄筋は鉄筋径が大きく重量があるため、配筋作業が煩雑となりやすい。さらに、狭隘なルーフシールドトンネル内ではスペースが限られていることから作業性に劣るため、配筋作業だけでなく、型枠の設置やコンクリートの打設等に係る作業に、多大な労力と時間を要する。

加えて、特許文献２のような型枠を用いる方法では、セグメントを一部撤去したルーフシールドを補剛するための補剛材が、地中空洞の断面からみて略放射方向に延在するよう設置され、また、隣り合うルーフシールドを連結するように配置される型枠が、地中空洞の周方向に延在するよう設置される。

これにより、補剛材と型枠は互いに干渉しあう態様となり、例えば、型枠に孔を設けて補剛材を貫通させるなどして取り合いを納める必要が生じる。このため、取り合いの納まり部分が水みちとなりやすく、止水性能に課題が生じていた。

本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、トンネル躯体に、断面が一様ではなく変化する区間が存在する場合であっても、高い止水性能を確保しつつ作業効率のよい、トンネルの覆工体となるトンネル躯体の構築方法を提供することである。

かかる目的を達成するため本発明のトンネル躯体の構築方法は、断面が変化する区間を有するトンネルの構築予定領域を、該構築予定領域の周方向に並ぶ複数の外殻トンネルで囲繞し、該外殻トンネルの内空を利用してトンネル躯体を構築するトンネル躯体の構築方法であって、隣り合う前記外殻トンネル相互に連通する連通空間を設ける工程と、該連通空間に、前記トンネル躯体を構成する鋼殻分割体を挟持しつつ前記外殻トンネルを補剛可能な開口補強柱を用いて、前記鋼殻分割体を設置する工程と、接続された複数の前記鋼殻分割体に、充填コンクリートを充填する工程と、を備え、前記外殻トンネルが、前記断面において相互に間隔を設けて構築される先行外殻トンネル、または前記断面のうち最小断面では、前記先行外殻トンネルと断面の一部を重複させて構築され、最大断面では、前記先行外殻トンネルと間隔を有して、もしくは前記先行外殻トンネルと断面の一部を前記最小断面より小さく重複させて構築される後行外殻トンネルよりなり、前記連通空間が、間隔を有して隣り合う前記外殻トンネル各々で対向するセグメントの一部を撤去して地山を掘削する切り開き工により構築される空間、もしくは、前記先行外殻トンネルと断面が重複する前記後行外殻トンネルのセグメントの一部を撤去して構築される空間、よりなり、前記外殻トンネルの内空であって軸線方向に間隔を設けて複数の支保工を設置した後、前記連通空間を設けるとともに、該支保工の一部を撤去することにより、前記連通空間に前記鋼殻分割体を設置するための鋼殻分割体設置領域を確保することを特徴とする。

本発明のトンネル躯体の構築方法によれば、外殻トンネルが、断面において相互に間隔を設けて構築される先行外殻トンネル、または構築予定領域の最大断面では複数の先行外殻トンネルと間隔を有し、最小断面では先行外殻トンネルと断面の一部を重複する複数の後行外殻トンネルよりなる。これにより、トンネルが断面の変化する区間を有する場合にも、隣り合う外殻トンネルの間隔が過大に広くなることがない。

したがって、隣り合う外殻トンネル相互に連通する連通空間が、間隔を有して隣り合う外殻トンネル各々で対向するセグメントの一部を撤去して地山を掘削する切り開き工により構築される空間、もしくは、先行外殻トンネルと断面が重複する後行外殻トンネルのセグメントの一部を撤去して構築される空間のいずれであっても、連通空間が長大となることがない。このため、連通空間を構築する際の作業性および安全性を大幅に向上することが可能となる。

また、トンネル躯体を、トンネルの構築予定領域を囲繞する複数の外殻トンネルの内空に鋼殻分割体を設置し、鋼殻分割体に充填コンクリートを充填して構築する、いわゆるＳＣ構造により構築する。これにより、型枠工および鉄筋工等の作業手間を大幅に省力化できるため、狭小な外殻トンネルの内空であっても、施工性を向上することができるとともに、施工時間を大幅に短縮することが可能となる。

さらに、鋼殻分割体を外殻トンネルの内空に、鋼殻分割体を挟持しつつ外殻トンネルを補剛可能な開口補強柱を用いて設置する。これにより、鋼殻分割体に貫通孔を設けることなく、開口補強柱にて外殻トンネルを補剛しながら、鋼殻分割体を外殻トンネルの内空に設置することができる。このため、鋼殻分割体における開口補強柱が干渉する部位に水みちとなるような隙間を生じることがなく、トンネル躯体の内空への漏水を防止でき、高い止水性を確保することが可能となる。

また、本発明のトンネル躯体の構築方法は、前記連通空間を設けた後の前記外殻トンネル各々における隣り合う前記支保工の間に、新たな支保工を追加設置することを特徴とする。

本発明のトンネル躯体の構築方法によれば、外殻トンネルの内空に支保工を設置して、連通空間および鋼殻分割体設置領域を設ける際の安全性を確保するとともに、外殻トンネルの内空に新たな支保工を複数追加設置する。これにより、１体の支保工に対する荷重負担を軽減できるため、鋼殻分割体設置領域を確保するべく、支保工の一部を撤去した場合にも安全に作業を実施することが可能となる。

本発明によれば、トンネル躯体に断面が一様ではなく変化する区間が存在する場合であっても、鋼殻分割体を構築するべく設ける隣り合う外殻トンネル相互に連通する連通空間を構築する際の作業効率を大幅に向上できるとともに、複数の鋼殻分割体を接続して充填コンクリートを充填することで構築されるトンネル躯体に、高い止水性能を確保することが可能となる。

本発明の大断面トンネルの概略を示す図である。 本発明の外殻トンネルを示す図である。 本発明の先行外殻トンネルの断面を示す図である。 本発明の後行外殻トンネルの断面を示す図である。 本発明の大断面トンネルの構築予定領域の平面を示す図である。 本発明の鋼殻分割体の詳細を示す図である。 本発明の隣り合う先行外殻トンネルに連通空間を設ける場合のトンネル躯体の構築方法を示す図である（その１）。 本発明の隣り合う先行外殻トンネルに連通空間を設ける場合のトンネル躯体の構築方法を示す図である（その２）。 本発明の隣り合う先行外殻トンネルに連通空間を設ける場合のトンネル躯体の構築方法を示す図である（その３）。 本発明の隣り合う先行外殻トンネルに連通空間を設ける場合のトンネル躯体の構築方法を示す図である（その４）。 本発明の先行外殻トンネルと後行外殻トンネルの配置を示す図である。 本発明の先行外殻トンネルと断面が重複する後行外殻トンネルに連通空間を設ける場合のトンネル躯体の構築方法を示す図である（その１）。 本発明の先行外殻トンネルと断面が重複する後行外殻トンネルに連通空間を設ける場合のトンネル躯体の構築方法を示す図である（その２）。 本発明の先行外殻トンネルと断面が重複する後行外殻トンネルに連通空間を設ける場合のトンネル躯体の構築方法を示す図である（その３）。 本発明の先行外殻トンネルと断面が重複する後行外殻トンネルに連通空間を設ける場合のトンネル躯体の構築方法を示す図である（その４）。 本発明の先行外殻トンネルと断面が重複する後行外殻トンネルに構築した躯体分割体を示す図である。

本発明は、トンネルの構築予定領域を、並列に配置した複数の外殻トンネルで囲繞し、これら外殻トンネルの内空を利用してトンネル躯体を構築するためのトンネル躯体の構築方法に関するものである。本実施の形態では、構築予定のトンネルとして、本線シールドトンネルの一部分に構築される大断面トンネルを事例とし、大断面トンネルの本設覆工体となるトンネル躯体を構築する方法を、以下に図１〜図１６を用いて説明する。

図１の概略図で示すように、本線シールドトンネル１の一部分に構築される大断面トンネル３は、本線シールドトンネル１における支線トンネル２との分岐合流部を設けるべく構築されるもので、最大断面３１と最小断面３２を備えた略円錐台形状をなす区間Ａを有して構築される。

このような、断面が一様ではなく変化する区間Ａを有する大断面トンネル３を構築するにあたっては、図２で示すような複数の外殻トンネル５にて、大断面トンネル構築予定領域４の周囲を取り囲む。本実施の形態において外殻トンネル５は、図３および図４で示すような、先行外殻トンネル５１もしくは後行外殻トンネル５２よりなる。

先行外殻トンネル５１は、大断面トンネル３の最小断面３２において、図３（ａ）で示すように、断面を重複することなく隣接して配置することの可能な数量を用いる。したがって、大断面トンネル３の最大断面３１では、図３（ｂ）で示すように、隣り合う先行外殻トンネル５１の配置間隔が、一様ではない状態となる。

一方、後行外殻トンネル５２は、大断面トンネル３の最大断面３１において、図４（ｂ）で示すように、先行外殻トンネル５１と断面を重複することなく隣接して配置することの可能な数量を用いる。このため、大断面トンネル３の最小断面３２では、図４（ａ）で示すように、後行外殻トンネル５２は、その断面の一部を先行外殻トンネル５１に重複するよう配置される状態となる。

したがって、図５の平面図で示す大断面トンネル構築予定領域４のように、最小断面３２を有する区間Ｂと最大断面３１を有する区間Ｃとの間に位置する区間Ａにおいて、先行外殻トンネル５１は、区間Ｂ側から区間Ｃ側に向かうにつれて、一部の隣り合う先行外殻トンネル５１の配置間隔が、徐々に大きくなる。一方、後行外殻トンネル５２は、区間Ｃ側から区間Ｂ側に向かうにつれて、その断面の一部が隣り合う先行外殻トンネル５１に徐々に重複することとなる。

なお、外殻トンネル５は、シールド工法や推進工法等いずれの施工方法により構築されるトンネルでもよいが、本実施の形態では、シールドトンネルを採用している。

このように配置される外殻トンネル５の内空では、トンネル躯体９を構成する躯体分割体６が構築される。躯体分割体６は、長さ方向がトンネル躯体９の周方向と合致し、幅方向がトンネル躯体９の軸線方向と合致するように配置されるもので、いわゆるハーフプレキャスト部材である鋼殻分割体７と、鋼殻分割体７の中空部に充填される充填コンクリート８とにより構成される。

鋼殻分割体７は、図６（ａ）で示すように、トンネル躯体９の内周面を構成する湾曲板形状の内側鋼殻板７１、トンネル躯体９の外周面を構成する湾曲板形状の外側鋼殻板７２、およびせん断補強筋７３とを備える。これらは、内側鋼殻板７１の凸面と外側鋼殻板７２の凹面を間隔を設けて対向させ、中空部を形成した状態で両者を連結するように複数のせん断補強筋７３を配置し、組み立てられる。

内側鋼殻板７１は、図６（ｂ）で示すように、長さ方向がトンネル躯体９の内周面をなす円弧状に形成された矩形鋼板よりなるスキンプレート７１１と、スキンプレート７１１の幅方向の両端部各々に設置される一対の主桁７１２と、スキンプレート７１１の長さ方向の両端部各々に設置される一対の継手板７１３と、主桁７１２どうしを連結するようにスキンプレート７１１上に設置される複数の縦リブ７１４と、を備える。

主桁７１２、継手板７１３および縦リブ７１４は、いずれも矩形鋼板よりなり、スキンプレート７１１と面どうしが直交するよう設置されるとともに、主桁７１２に対して継手板７１３および縦リブ７１４も面どうしも直交するよう設置されている。また、これら主桁７１２、継手板７１３および縦リブ７１４はいずれも、スキンプレート７１１の凸面側に設置される。

一方、図６（ｃ）で示すように、外側鋼殻板７２も内側鋼殻板７１と同様に、スキンプレート７２１、一対の主桁７２２、一対の継手板７２３、および縦リブ７２４を備えるが、スキンプレート７２１は、矩形鋼板の長さ方向がトンネル躯体９の外周面をなす円弧状に形成される。また、主桁７２２、継手板７２３および縦リブ７２４はいずれも、スキンプレート７２１の凹面側に設置される。

鋼殻分割体７は、内側鋼殻板７１および外側鋼殻板７２にそれぞれ備えた、主桁７１２、７２２が主筋として機能するとともに、縦リブ７１４、７２４が配力筋として機能する。これにより、配筋作業は、せん断補強筋７３のみでよいことから、鋼殻分割体７を組み立てる際に複雑な配筋作業を行う必要がなく、設置作業を大幅に省力化することが可能となる。また、主筋および配力筋が不要な構造となっていることにより、鋼殻分割体７への充填コンクリート８の充填性もよく、品質の良い躯体分割体６を構築することができる。

なお、本実施の形態では、図６（ｂ）（ｃ）で示すように、内側鋼殻板７１および外側鋼殻板７２に中主桁７１２’、７２２’を追加して設置している。これら追加設置する中主桁７１２’、７２２’は、鋼殻分割体７に必要とされる耐力に応じて適宜増減すればよい。

また、鋼殻分割体７の内側鋼殻板７１および外側鋼殻板７２において、少なくとも、主桁７１２、７２２、中主桁７１２’、７２２’、および縦リブ７１４、７２４、にスタッドジベル等のずれ止め部材を設置しておくと、充填コンクリート８との一体性を高める構造とすることができる。

このような構成の鋼殻分割体７を複数接続する場合、鋼殻分割体７には内側鋼殻板７１の主桁７１２と継手板７１３および外側鋼殻板７２の主桁７２２と継手板７２３による側周面が形成されていることから、側周面どうしを当接させて接続する。

具体的には、隣り合う鋼殻分割体７における内側鋼殻板７１の継手板７１３どうし、および外側鋼殻板７２の継手板７２３どうしを当接させて接続すると、リング状をなす。さらに、内側鋼殻板７１の主桁７１２どうし、および外側鋼殻板７２の主桁７２２どうしを当接させて接続すると、筒状をなす。

このため、内側鋼殻板７１および外側鋼殻板７２それぞれの継手板７１３、７２３および主桁７１２，７２２には、図６（ｂ）（ｃ）で示すように、接続部材（図示せず）を貫通させるための貫通孔７１５、７２５が複数設けられている。なお、接続部材は、鋼殻分割体７どうしを接続できる部材であれば、高力ボルト等いずれを採用してもよい。

さらに、図６（ｃ）で示すように、側周面をなす外側鋼殻板７２の継手板７２３および主桁７２２には、複数の貫通孔７２５を挟むように２体の止水材１０が設置されている。本実施の形態では、止水材１０に水膨潤性の合成ゴムを採用しているが、止水性を確保できるものであれば、いずれの材料を用いてもよい。

これにより、複数の鋼殻分割体７を接続させることにより形成される外側鋼殻板７２側の目地部７４には、図６（ａ）で示すように、止水材１０が位置することとなる。したがって、外側鋼殻板７２側から目地部７４に水が流入した場合には、止水材１０が膨潤して目地部７４の隙間を塞ぐ。

したがって、鋼殻分割体７を複数連結して充填コンクリート８を充填することにより躯体分割体６を構築し、また、この躯体分割体６を複数接続してトンネル躯体９を構築すると、その外周側の地山に湧水があった場合にも、内空に向かう水みちが形成されることがない。このように、トンネル躯体９は、内方を掘削して構築される大断面トンネル３に漏水を生じさせることのない、高い止水性を有する構造体となる。

なお、外側鋼殻板７２の継手板７２３および主桁７２２に設けた止水材１０は、外側鋼殻板７２のみでなく、内側鋼殻板７１の継手板７１３および主桁７１２にも設けてもよい。また、鋼殻分割体７に止水材１０を設けずに、複数の鋼殻分割体７を接続することにより形成される目地部７４を溶接して封止し、止水性を確保してもよい。もしくは、複数の鋼殻分割体７を接続して形成される外側鋼殻板７２側の目地部７４を覆うように、止水シートを被覆する、または止水材を吹き付けてもよい。

以下に、上述した躯体分割体６を接続してなるトンネル躯体９を、先行外殻トンネル５１と後行外殻トンネル５２の内空を利用して構築するためのトンネル躯体９の構築方法を説明する。

まず、図５で示す大断面トンネル構築予定領域４の周囲に、複数の先行外殻トンネル５１を並列配置しつつ、区間Ａ、Ｂ、Ｃにおいて、先行外殻トンネル５１の内空と、隣り合う先行外殻トンネル５１各々で対向するセグメント５１１の一部を撤去して地山を掘削する切り開き工により構築される連通空間１２とを利用して躯体分割体６を構築する。

先行外殻トンネル５１の内空を利用するにあたっては、図７（ａ）で示すように、一対の隣り合う先行外殻トンネル５１各々における内空の適所に、先付支保工１１１を設置する。先付支保工１１１は、先行外殻トンネル５１の一部を切り開いた場合にも内空断面を保持することの可能な支保工１１のうちの１つであり、図７（ｂ）で示すように、先行外殻トンネル５１の軸線方向に間隔を有して複数設置する。

なお、本実施の形態では、支保工１１として先付支保工１１１のみでなく、後に述べる追加支保工１１２を設置すること、および先行外殻トンネル５１の切り開き工の作業性を考慮し、先付支保工１１１の配置間隔を、先行外殻トンネル５１の一部を切り開いた場合に内空断面を保持できる間隔のうち、最も長い間隔に設定している。しかし、設置間隔は必ずしもこれに限定されるものではなく、必要に応じて、配置間隔を適宜短くしてもよい。

また、先付支保工１１１は、先行外殻トンネル５１の内壁面に直接当接させて設置してもよいが、図７（ａ）で示すように、先行外殻トンネル５１の内壁面における先付支保工１１１の設置予定位置にあらかじめ、先行外殻トンネル５１の軸線方向に延在する長尺架台１３を設置しておいてもよい。このように、長尺架台１３を介して支保工１１を設置すると、先行外殻トンネル５１のセグメント５１１の目地位置等を考慮することなく、所望の位置に支保工１１を配置できるため、作業性を大幅に向上できる。

次に、図７（ｃ）で示すように、一対の隣り合う先行外殻トンネル５１各々で、対向するセグメント５１１の一部分を撤去し、両者の間に位置する地山を掘削し排土する切り開き工を行う。さらに、切り開き工により露出した隣り合う先行外殻トンネル５１各々のセグメント５１１の端部どうしに架け渡すように止水板１２１を設置する。

そのうえで、図８（ａ）で示すように、一対の隣り合う先行外殻トンネル５１を連通する連通空間１２を構築する。止水板１２１を用いて隣り合う先行外殻トンネル５１の間から覗く地山を被覆することにより、地山から連通空間１２への漏水を抑止している。

連通空間１２を、先行外殻トンネル５１の軸線方向で連続するように構築した後、図８（ｂ）で示すように、隣り合う先付支保工１１１の間に長尺架台１３を介して追加支保工１１２を設置する。このように、支保工１１として追加支保工１１２を増設することにより、１体の支保工１１に対する荷重負担を軽減させて安全性を確保する。

この後、図９（ａ）で示すように支保工１１の一部を撤去して、先行外殻トンネル５１の内空と連通空間１２に跨る領域に鋼殻分割体７を設置するための鋼殻分割体設置領域Ｗを確保する。鋼殻分割体設置領域Ｗは、図９（ｂ）で示すように、鋼殻分割体７を、一対の隣り合う先行外殻トンネル５１を連結するように連通空間１２に跨って設置するための作業領域である。

本実施の形態では、支保工１１のうち先付支保工１１１もしくは追加支保工１１２のいずれか１体を撤去することで、鋼殻分割体７を設置することができるよう、鋼殻分割体７の幅方向の長さ（トンネル躯体９の軸線方向の長さ）を、外殻トンネル５の軸線方向に隣り合う先付支保工１１１の間隔の１／２に設定している。

したがって、鋼殻分割体設置領域Ｗは、一対の隣り合う先行外殻トンネル５１各々で、支保工１１のうち先付支保工１１１もしくは追加支保工１１２のいずれか一体を撤去することで確保される。こうして構築した鋼殻分割体設置領域Ｗに鋼殻分割体７を搬送し、開口補強柱１４を介して鋼殻分割体７を先行外殻トンネル５１に設置する。

なお、鋼殻分割体７は、図９（ｂ）で示すように、隣り合う一対の先行外殻トンネル５１のうちの一方を資材搬送用通路とし、内側鋼殻板７１、外側鋼殻板７２、およびせん断補強筋７３を別途搬送して、図９（ｃ）で示すように、鋼殻分割体設置領域Ｗにて鋼殻分割体７に組立てる。また、組立てた鋼殻分割体７を先行外殻トンネル５１に設置するにあたっては、一部を切り開いた先行外殻トンネル５１の補剛を兼ねて、開口補強柱１４を採用する。

開口補強柱１４は、図１０（ａ）で示すように、内側鋼殻板７１と先行外殻トンネル５１との間に配置される内側柱１４１、外側鋼殻板７２と先行外殻トンネル５１との間に配置される外側柱１４２、および内側鋼殻板７１と外側鋼殻板７２との間にそれぞれ配置される中間柱１４３の３つの部材を備える。

これら３つの部材を同軸となるよう配置して、先に撤去した支保工１１の設置位置に設置する。つまり、中間柱１４３を鋼殻分割体７の中空部保持手段として機能させつつ、中間柱１４３と内側柱１４１の一方の端部とにより内側鋼殻板７１とを挟持するとともに、中間柱１４３と外側柱１４２の一方の端部とにより外側鋼殻板７２を挟持する。この態様で、内側柱１４１の他方の端部および外側柱１４２の他方の端部それぞれにて、先行外殻トンネル５１を押圧する。

これにより、鋼殻分割体７は開口補強柱１４を介して先行外殻トンネル５１に設置され、開口補強柱１４は、セグメント５１１の一部が撤去されて切り開かれている先行外殻トンネル５１の補剛材としても機能する。なお、開口補強柱１４は、上記の構成に必ずしも限定されるものではない。例えば、開口補強柱１４のうち中間柱１４３に、内側鋼殻板７１と外側鋼殻板７２の間隔を保持する間隔保持材またはせん断補強筋を採用してもよい。

このように、鋼殻分割体７は、先行外殻トンネル５１を補剛可能な開口補強柱１４にて挟持された状態で先行外殻トンネル５１に支持される。このため、鋼殻分割体７に支保工を貫通する孔を設ける必要がなく、鋼殻分割体７を用いたトンネル躯体３は、水みちが形成されることなく、高い止水性能を保持することが可能となる。

なお、本実施の形態では、図９（ａ）（ｂ）で示すように、鋼殻分割体設置領域Ｗに対して鋼殻分割体７を長さ方向（トンネル躯体９の周方向）に２体設置させているが、その数量は、１体でもよいし２体以上でもよい。鋼殻分割体７を複数設置する際には、内側鋼殻板７１の継手板７１３どうし、および外側鋼殻板７２の継手板７２３どうしを当接させ、締結部材を介して連結する。

また、鋼殻分割体７の幅方向の長さは、必ずしも先行外殻トンネル５１の軸線方向に隣り合う先付支保工１１１の間隔の１／２でなくてもよい。例えば、上記の長さより短く形成し、鋼殻分割体設置領域Ｗにおいて、先行外殻トンネル５１の軸線方向に複数体接続する構成としてもよい。この場合には、内側鋼殻板７１の主桁７１２どうし、および外側鋼殻板７２の主桁７２２どうしを当接させ、締結部材を介して接続する。

上記の鋼殻分割体設置領域Ｗを確保する工程、鋼殻分割体７を組み立てる工程、および開口補強柱１４を用いて鋼殻分割体７を設置する工程を、先行外殻トンネル５１の軸線方向に順次繰り返し、連通空間１２に跨る複数の鋼殻分割体７を接続する。これにより、図１０（ｂ）で示すように、支保工１１が撤去され、トンネル軸線方向に開口補強柱１４に支持された複数の鋼殻分割体７が設置される。

なお、鋼殻分割体７は、隣接する先行して設置した鋼殻分割体７’どうしとも、締結部材を介して接続しておく。また、鋼殻分割体７は、大断面トンネル構築予定領域４を軸線方向で複数の区画に区割りし、この区画ごとに構築してもよい。このような場合、１つの区画内における鋼殻分割体７の数量を必ずしも複数とする必要は無く、１体のみとしてもよい。

この後、図１０（ｃ）で示すように、組立てた鋼殻分割体７に適宜妻枠を取り付けたうえで、中空部に充填コンクリート８を充填し、一対の隣り合う先行外殻トンネル５１の内空と連通空間１２とに跨るようにして、躯体分割体６を構築する。

次に、大断面トンネル構築予定領域４の周囲に、複数の後行外殻トンネル５２を並列配置しつつ、後行外殻トンネル５２と先行外殻トンネル５１の内空を利用して、躯体分割体６を構築する。なお、図１１（ａ）で示すように、後行外殻トンネル５２の断面が重複して構築される先行外殻トンネル５１、および、図１１（ｂ）で示すように、後行外殻トンネル５２が隣接して配置される先行外殻トンネル５１は、後行外殻トンネル５２が構築される前に、その内空部をエアモルタルもしくは流動化処理度等の充填材１６にて、充填しておくとよい。

後行外殻トンネル５２は、区間Ｂにおいて図１１（ａ）で示すように、先行外殻トンネル５１の断面を重複して配置され、区間Ｃにおいて図１１（ｂ）で示すように、先行外殻トンネル５１と隣接して配置される。そして、区間Ｂと区間Ｃの間に位置する区間Ａでは、後行外殻トンネル５２が断面を先行外殻トンネル５１と重複して配置される領域と、後行外殻トンネル５２と先行外殻トンネル５１とが隣接して配置される領域の、両者が存在することとなる。

そこで、まず、図１１（ａ）で示すような、後行外殻トンネル５２が断面を、先行外殻トンネル５１と重複して配置される場合に、後行外殻トンネル５２と先行外殻トンネル５１の内空を利用して躯体分割体６を構築する方法について、以下に説明する。

図１２（ａ）（ｂ）で示すように、後行外殻トンネル５２の軸線方向に間隔を設けて複数の先付支保工１１１を設置する。この後、先行外殻トンネル５１と重複している部分のセグメント５２１の一部を撤去して、図１３（ａ）で示すような、後行外殻トンネル５２と先行外殻トンネル５１相互に連通する連通空間１２を設ける。

次に、先行外殻トンネル５１と後行外殻トンネル５２に跨る連通空間１２に、鋼殻分割体設置領域Ｗを確保するための準備工として、隣り合う先付支保工１１１の間に長尺架台１３を介して、図１３（ｂ）で示すような追加支保工１１２を設置して、支保工１１を増設する。

この後、支保工１１のうち先付支保工１１１もしくは追加支保工１１２のいずれか１体を撤去し、図１４（ａ）で示すような、鋼殻分割体７を設置するための鋼殻分割体設置領域Ｗを確保する。そして、図１４（ｂ）で示すように、鋼殻分割体設置領域Ｗにて鋼殻分割体７を組み立てる。その後、図１５（ａ）で示すように、後行外殻トンネル５２と先行外殻トンネル５１とに跨るように配置される鋼殻分割体７を、開口補強柱１４を介して後行外殻トンネル５２に設置する。

なお、支保工１１の設置方向、および支保工１１として先付支保工１１１および追加支保工１１２を採用する点は、上述した隣接する先行外殻トンネル５１の内空を利用して、躯体分割体６を構築する方法と同様である。また、鋼殻分割体設置領域Ｗを確保する方法、鋼殻分割体７を後行外殻トンネル５２に設置する方法および鋼殻分割体７の長さも、上述した隣接する先行外殻トンネル５１の内空を利用して、躯体分割体６を構築する方法と同様である。

鋼殻分割体設置領域Ｗを確保する工程、鋼殻分割体７を組み立てる工程、開口補強柱１４を用いて鋼殻分割体７を設置する工程を、後行外殻トンネル５の軸線方向に順次繰り返し、図１５（ｂ）で示すように、連通空間１２に跨る複数の鋼殻分割体７を接続する。これにより、支保工１１が撤去され、トンネル軸線方向に開口補強柱１４に支持された複数の鋼殻分割体７が設置される。

なお、鋼殻分割体７は、先に先行外殻トンネル５１の内空で構築した躯体分割体６と、締結部材を介して接続しておく。また、鋼殻分割体７は、大断面トンネル構築予定領域４を軸線方向で複数の区画に区割りし、この区画ごとに構築してもよい。このような場合、１つの区画内における鋼殻分割体７の数量を必ずしも複数とする必要は無く、１体のみとしてもよい。

この後、鋼殻分割体７に適宜妻枠を取り付けたうえで、中空部に充填コンクリート８を充填し、図１６で示すように、後行外殻トンネル５２と先行外殻トンネル５１とに跨るようにして、躯体分割体６を構築する。

一方、図１１（ｂ）で示すように、後行外殻トンネル５２が先行外殻トンネル５１と間隔を有して配置される場合には、先に述べた、隣り合う先行外殻トンネル５１の内空を利用して躯体分割体６を構築する方法と同様の方法にて、躯体分割体６を構築する。このとき、連通空間１２は、隣り合う先行外殻トンネル５１と後行外殻トンネル５２各々で対向するセグメント５１１、５２１の一部を撤去して地山を掘削する切り開き工により構築される。

こうして、区間Ａ、Ｂ、Ｃ各々で構築した躯体分割体６どうしを接続していくことにより、大断面トンネル構築予定領域４の周囲すべてを囲繞する、筒状体をなすトンネル躯体９が構築される。この後、トンネル躯体９の内方を掘削することにより大断面トンネル構築予定領域４に、図１で示すような大断面トンネル３が構築される。

なお、躯体分割体６を構築するにあたり、複数の先行外殻トンネル５１および後行外殻トンネル５２の周囲地盤には、図７（ａ）で示すような凍結工法もしくは薬液注入工法による地盤改良部１５を構築し、止水対策を施しておくとよい。

本発明のトンネル躯体９の構築方法によれば、大断面トンネル構築予定領域４を、複数の先行外殻トンネル５１と複数の後行外殻トンネル５２とを用いて囲繞する。これにより、大断面トンネル３が断面の変化する区間Ａを有する場合にも、隣り合う外殻トンネル５の間隔が過大に広くなることがない。

したがって、大断面トンネル構築予定領域４において、トンネル躯体９を構築するために設ける連通空間１２が、間隔を有して隣り合う先行外殻トンネル５１各々、もしくは間隔を有して隣り合う先行外殻トンネル５１と後行外殻トンネル５２各々で、対向するセグメント５１１、５２１の一部を撤去して地山を掘削する切り開き工により構築される空間、または、先行外殻トンネル５１と断面が重複する後行外殻トンネル５２のセグメント５２１の一部を撤去して構築される空間のいずれでも、連通空間１２が長大となることがない。このため、連通空間１２を構築する際の作業性および安全性を大幅に向上できる。

また、トンネル躯体９を、鋼殻分割体７に充填コンクリート８を充填して構築した躯体分割体６を接続する、いわゆるＳＣ構造により構築することで、型枠工および鉄筋工等の作業手間を大幅に省力化できるため、狭小な外殻トンネル５の内空および連通空間１２であっても、施工性を向上することができるとともに、施工時間を大幅に短縮することが可能となる。

なお、本発明のトンネル躯体９の構築方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、本実施の形態では、内側鋼殻板７１、外側鋼殻板７２、およびせん断補強筋７３を鋼殻分割体設置領域Ｗに搬送して、鋼殻分割体設置領域Ｗにて鋼殻分割体７に組立てたが、必ずしもこれに限定されるものではない。あらかじめ地上等の作業エリアにてこれらを鋼殻分割体７に組み立てておき、外殻トンネル５を介して鋼殻分割体設置領域Ｗに搬送してもよい。

また、本実施の形態では、隣り合う先行外殻トンネル５１の内空を利用して躯体分割体６を構築する工程を、一対の隣り合う先行外殻トンネル５１どうしを対象として実施した。しかし、必ずしも先行外殻トンネル５１は一対でなくてもよく、隣り合う複数体の先行外殻トンネル５１を対象として実施してもよい。

さらに、大断面トンネル３は、必ずしも仕上がり断面が約５０ｍ²を超えるようなトンネルでなくてもよく、いずれの断面径を有するトンネルであってもよい。

また、大断面トンネル３における断面が変化する区間Ａの形状は、必ずしも略円錐台形状に限定されるものではなく、断面が軸線方向に移動するにつれて変化するものいずれにも適用可能である。

加えて、本実施の形態では、大断面トンネル３における断面が変化する区間Ａの最大断面３１において、後行外殻トンネル５２が、図４（ｂ）で示すように、先行外殻トンネル５１と断面を重複することなく、隣接して配置されている。しかし、必ずしもこれに限定されるものではなく、区間Ａの最大断面３１においても最小断面３２と同様に、後行外殻トンネル５２が、先行外殻トンネル５１と断面を重複するように配置されていてもよい。このとき、後行外殻トンネル５２と先行外殻トンネル５１における断面の重複する範囲は、最小断面３２で重複する範囲より小さい。

１ 本線シールドトンネル
２ 支線シールドトンネル
３ 大断面トンネル
４ 大断面トンネル構築予定領域
５ 外殻トンネル
５１ 先行外殻トンネル
５１１ セグメント
５２ 後行外殻トンネル
５２１ セグメント
６ 躯体分割体
７ 鋼殻分割体
７１ 内側鋼殻板
７１１ スキンプレート
７１２ 主桁
７１３ 継手板
７１４ 縦リブ
７１５ 貫通孔
７２ 外側鋼殻板
７２１ スキンプレート
７２２ 主桁
７２３ 継手板
７２４ 縦リブ
７２５ 貫通孔
７３ せん断補強筋
７４ 目地部
８ 充填コンクリート
９ トンネル躯体
１０ 水膨潤性止水材
１１ 支保工
１１１ 先付支保工
１１２ 追加支保工
１２ 連通空間
１２１ 止水板
１３ 長尺架台
１４ 開口補強柱
１４１ 内側柱
１４２ 外側柱
１４３ 中間柱
１５ 地盤改良部
１６ 充填材

Ｗ 鋼殻分割体設置領域

Claims (2)

1. 断面が変化する区間を有するトンネルの構築予定領域を、該構築予定領域の周方向に並ぶ複数の外殻トンネルで囲繞し、該外殻トンネルの内空を利用してトンネル躯体を構築するトンネル躯体の構築方法であって、
   隣り合う前記外殻トンネル相互に連通する連通空間を設ける工程と、
   該連通空間に、前記トンネル躯体を構成する鋼殻分割体を挟持しつつ前記外殻トンネルを補剛可能な開口補強柱を用いて、前記鋼殻分割体を設置する工程と、
   接続された複数の前記鋼殻分割体に、充填コンクリートを充填する工程と、を備え、
   前記外殻トンネルが、前記断面において相互に間隔を設けて構築される先行外殻トンネル、または前記断面のうち最小断面では、前記先行外殻トンネルと断面の一部を重複させて構築され、最大断面では、前記先行外殻トンネルと間隔を有して、もしくは前記先行外殻トンネルと断面の一部を前記最小断面より小さく重複させて構築される後行外殻トンネルよりなり、
   前記連通空間が、間隔を有して隣り合う前記外殻トンネル各々で対向するセグメントの一部を撤去して地山を掘削する切り開き工により構築される空間、もしくは、前記先行外殻トンネルと断面が重複する前記後行外殻トンネルのセグメントの一部を撤去して構築される空間、よりなり、
   前記外殻トンネルの内空であって軸線方向に間隔を設けて複数の支保工を設置した後、前記連通空間を設けるとともに、該支保工の一部を撤去することにより、前記連通空間に前記鋼殻分割体を設置するための鋼殻分割体設置領域を確保することを特徴とするトンネル躯体の構築方法。
2. 請求項１に記載のトンネル躯体の構築方法において、
   前記連通空間を設けた後の前記外殻トンネル各々における隣り合う前記支保工の間に、新たな支保工を追加設置することを特徴とするトンネル躯体の構築方法。

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