JPH08218796A - 地下空間の構築方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 地下空間の構築作業を簡易かつ経済的に行な
うことを可能にするとともに、外殻体を形成した後、地
下空間の掘削作業に後続する作業を容易に行なうことの
できる地下空間の構築方法を提供する。 【構成】 この発明の地下空間１４の構築方法は、凸型
断面を有するとともに、予定する地下空間１４の水平軸
方向に延長する外殻トンネル１５を、凸型断面の底辺部
分１６を地下空間１４側に向けて配置しかつ側端部分１
７を互いに密接させた状態で、地下空間１４の外周部分
に多数連設配置することにより、地下空間１４を掘削形
成する予定の地盤１１を覆う外殻構造体１０を形成する
工程と、この外殻構造体１０の内側を覆う覆工体１２を
外殻トンネル１５の凸型断面の底辺部分１６に密着させ
つつ形成しながら、この外殻構造体１０によって周囲を
覆われる地盤１１を、分割された所定長さ毎に順次掘削
して行くことにより、外殻構造体１０の内方に、当該外
殻構造体１０と一体となった覆工体１２で覆われた地下
空間１４を構築形成する工程とによって構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、地下空間の構築方法
に関し、特に、大規模の地下空間を地中に設けるための
地下空間の構築方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地中の領域を有効に活用すべく、
各種のトンネル工法等により地下地盤を掘削して地下空
間を形成し、これを道路や鉄道、電力施設や下水施設、
あるいは地下街等の各種の施設として使用することが検
討、実施されている。そして、かかる地下空間を地中に
設ける工法としては、開削工法やトンネル工法等が採用
されているが、地中の相当の深部に地下空間を設ける場
合、特に都市部においては、シールド工法等のトンネル
工法を用いるのが一般的である。

【０００３】一方、上記地下施設の大型化の要望に応え
るとともに地中領域をさらに有効活用することを目的と
して、大規模の地下空間を地中に構築形成することが望
まれているが、シールド工法等のトンネル掘進用の機械
を用いたトンネル工法では、掘進機械の断面の大きさに
限界があるため、かかる掘進機械を用いた単独の工法で
は、所望の大きさの地下空間を掘削形成するのは困難な
場合が多い。また、地下空間を掘削形成する予定の地盤
を予め薬液注入工法や地下水位低下工法等の補助工法を
用いて改良固化した後に、山岳トンネル工法と同様の方
法で地下空間を掘削形成する方法も考えられているが、
かかる補助工法を大規模に施工するには多大な工費及び
工期を必要とするとともに、精度良く施工することが困
難なため、地下水の漏水や地山の崩落等を招いて掘削作
業に障害が生じる場合も多い。

【０００４】そして、このような地下空間を形成する際
の困難性を鑑みて、トンネル工法を組み合わせた工法と
して、例えば、構築予定の大規模地下空間の両端部に立
坑を形成し、これらの立坑を発進用あるいは到達用の立
坑として、円形断面の外殻トンネルを、地下空間の周方
向に、互いに密接して多数連続設置することにより地下
空間の周囲を覆う外殻体を形成し、しかる後に形成した
外殻体の内部を掘削して地下空間とする方法が提案され
ている。

【０００５】この方法によれば、地下空間を掘削形成す
る予定の地盤は、掘削作業に先立って、その周囲が円形
断面の外殻トンネルを多数連続設置して形成した外殻体
によって予め強固に覆われていることになるため、地下
空間の掘削作業を容易かつ確実に行なうことができるこ
とになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ト
ンネル工法を組み合わせた地下空間の構築方法によれ
ば、外殻体を形成する円形断面の外殻トンネルは、地下
空間の掘削作業に先立って、周囲の地盤を強固に防護す
るための外殻体としての十分な強度及び止水性を予め担
保すべく、互いに密接して多数連続配置されるものであ
るため、その構築作業のための工期及び工費が嵩むこと
になるという課題があった。

【０００７】また、外殻体を形成した後に、地下空間の
掘削作業を行なった場合、その掘削内周面が凹凸面とな
るため、覆工作業等のその後の地下空間内における作業
に手間がかかるという課題があった。

【０００８】そこで、この発明はかかる課題に着目して
なされたもので、地下空間の構築作業を簡易かつ経済的
に行なうことを可能にするとともに、外殻体を形成した
後、地下空間の掘削作業に後続する作業を容易に行なう
ことのできる地下空間の構築方法を提供することを目的
とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するためになされたもので、その要旨は、凸型断面
を有するとともに、予定する地下空間の水平軸方向に延
長する外殻トンネルを、前記凸型断面の底辺部分を前記
地下空間側に向けて配置しかつ側端部分を互いに密接さ
せた状態で、前記地下空間の外周部分に多数連設配置す
ることにより、前記地下空間を掘削形成する予定の地盤
を覆う外殻構造体を形成する工程と、この外殻構造体の
内側を覆う覆工体を前記外殻トンネルの凸型断面の底辺
部分に密着させつつ形成しながら、この外殻構造体によ
って周囲を覆われる地盤を、分割された所定長さ毎に順
次掘削して行くことにより、前記外殻構造体の内方に、
当該外殻構造体と一体となった覆工体で覆われた地下空
間を構築形成する工程とからなることを特徴とする地下
空間の構築方法にある。

【００１０】なお、上記記載において地下空間の水平軸
方向とは、立坑等の主として縦方向に掘削形成された地
下空間の軸である垂直軸方向と区別するために用いる概
念で、完全に水平方向に延長している軸方向の他、例え
ば水平方向とはある程度の傾きをもって横方向に延長す
る軸方向や、斜坑における斜めの軸方向等をも含むもの
である。

【００１１】また、外殻構造体によって周囲を覆われる
地盤を順次掘削して行く際の分割された所定長さとは、
その両端部を掘削前の地山あるいは内側に形成した覆工
体により支持させつつ、内部を掘削して中空状態とした
場合でも、各外殻トンネルが外周の地山からの荷重によ
り損傷することのないスパン長をいい、各外殻トンネル
の曲げ強度、周囲の地盤の地質や土圧等を鑑みて適宜設
計されるものである。

【００１２】

【作用】そして、この発明の地下空間の構築方法によれ
ば、地下空間の掘削作業に先立って、地下空間を掘削形
成する予定の地盤を覆う外殻構造体は、凸型断面を有す
る外殻トンネルを、凸型断面の底辺部分を地下空間側に
向けて配置しかつ側端部分を互いに密接させた状態で、
前記地下空間の外周部分に多数連設配置することにより
形成する。すなわち、各外殻トンネルの凸型断面の底辺
部分における側方への突出部分を、隣接する外殻トンネ
ル間で互いに当接させて、縦方向の掘削壁面等に用いる
親杭横矢板工法における横矢板に相当するものとして作
用させる一方で、各外殻トンネルの前記突出部分以外の
残りの部分は親杭に相当するものとして作用させること
により、外殻トンネルの設置本数を減じるとともに掘削
断面積を小さくして各外殻トンネル形成時の掘削土量を
低減しつつ、外殻構造体を簡易かつ経済的なものとして
効率良く設置することができる。

【００１３】一方、この外殻構造体により覆われる内部
の地盤の掘削作業は、外殻構造体の内側に覆工体を形成
しながら、分割された所定長さ毎に順次掘削してゆくこ
とにより行うので、外殻構造体の内側を全区間にわたっ
て一度に中空状態とすることがない。すなわち、分割さ
れた各掘削区間において、内側が中空状態となる外殻構
造体の両端部分を掘削前の地山あるいは既に形成した前
区間の覆工体等により支持させながら、外殻構造体が簡
易なものであってもこれの損傷を防止しつつ、安定して
掘削作業を行なってゆくことができるとともに、掘削作
業の完了時には、外殻構造体と覆工体とが一体となって
十分な強度及び止水性を備えた強固な構造体を地下空間
の周囲に形成する。

【００１４】また、かかる地下空間の掘削作業及び覆工
体の形成作業を行なう工程において、地下空間の内周に
は、外殻トンネルの凸型断面の底辺部分により、平坦な
掘削内壁面が表出するので、かかる内壁面のケレン作業
等を容易にするとともに、かかる内壁面を介して、覆工
体と外殻構造体とを容易に密着一体化することができ、
これによって、さらに強固な構造体を地下空間の周囲に
形成することができる。

【００１５】

【実施例】次に、この発明の実施例について、添付図面
を参照しつつ詳細に説明する。図１（ａ）及び（ｂ）
は、この発明の一実施例にかかる地下空間の構築方法を
示すものであり、外殻構造体１０により周囲を覆われた
地盤１１を、覆工体１２を形成して外殻構造体１０を支
持しつつ、分割された所定長さのスパン毎に順次掘削し
て行くことにより、地下空間としての幅２０ｍ，高さ５
ｍ程度の矩形状の大規模トンネル１４を形成する状況を
示すものである。

【００１６】そして、この実施例の地下空間の外殻構造
体１０は、後述するトンネル掘削装置としてのトンネル
推進機２０を用いて、大規模トンネル１４の水平軸方向
に延長形成された外殻トンネル１５を、大規模トンネル
１４の外周部分に多数連設して構成されるものである。
ここで、各外殻トンネル１５は、凸型の断面形状を有
し、凸型断面の底辺部分１６を大規模トンネル１４側に
向け、かつこの底辺部分１６のうち側方へ突出する側端
部分１７を隣接する外殻トンネル１５同士で互いに密接
させた状態で、大規模トンネル１４の外周部分に多数連
設配置されることにより、外殻構造体１０を構成するも
のである。すなわち、外殻トンネル１５は、矩形断面の
大規模トンネル１４の各側面をそれぞれ覆うようにし
て、側端部分１７を互いに当接させつつ４方向に直線状
に連設配置され、これにより外殻トンネル１５は、底辺
部分１６が連なって、大規模トンネル１４の断面と略相
似形の、矩形断面の壁体を形成している。なお、矩形断
面の角部に位置して隣接する外殻トンネル１５の側端部
分１７の間には、適宜改良地盤を造成することにより、
かかる側端部分１７を容易に密接状態とすることができ
る。

【００１７】そして、このような構成を有する地下空間
の外殻構造体１０を地中に形成するには、例えば図３に
示すように、大規模トンネル１４の両端部を区画すべ
く、大規模トンネル１４を形成する予定の地盤１１を挟
んでその前後に、例えば地中連続壁工法等を用いて立坑
３０を予め構築し、これらの立坑３０を発進立坑あるい
は到達立坑として、図２に示すトンネル推進機２０を往
復掘進させることにより、大規模トンネル１４を掘削形
成する予定の地盤１１の周囲に、外殻トンネル１５を多
数連設配置する。

【００１８】すなわち、上記凸型断面の外殻トンネル１
５を掘削形成するためのトンネル掘削装置としてのトン
ネル推進機２０は、例えば図２（ａ）〜（ｃ）に示すよ
うな、螺旋状のカッタービット２１を備えるヘリカルド
ラム２２を３段平行に配置したカッターヘッド２３と、
このカッターヘッド２３の後方に設けられた隔室として
のチャンバー２４とからなる泥水式のヘリカルドラム掘
進装置２５を備え、チャンバー２４に充填されている掘
削土砂を混合した泥水の圧力により切羽面の崩落を防止
しつつ、掘削装置本体２５の後方に備えた推進ジャッキ
を伸張して、掘削装置本体２５を前進させつつトンネル
を掘削形成して行くものである。

【００１９】ここで、ヘリカルドラムとは、一般に、中
心軸の周囲に鋼板等の板部材を螺旋状に取り付け、全体
として円筒形状をなす部材で、内部に取り込んだ土砂や
その他の資材や廃材等を螺旋形状に沿って送り出すこと
ができるような構成を有する機材をいい、例えばアルフ
ァルトフィニッシャーにおけるアスファルト合材の敷均
し装置や、舗装面破砕工事における破砕された路材の集
積装置として用いられているヘリカルドラムを一部改良
してこの発明に用いることができる。すなわち、これら
の装置の外周部分に土砂切削用のビットを適宜取り付け
て、この発明を構成するヘリカルドラムとして用いるこ
とができる。

【００２０】そして、このトンネル推進機２０によれ
ば、３段に平行に配置したヘリカルドラム２２のうち、
一方の側辺部分である図２（ｂ）における下端に位置す
るヘリカルドラム２２ａの両端が、残りのヘリカルドラ
ム２２ｂの両端より側方に突出延長するように設けられ
ており、これによって下端に位置するヘリカルドラム２
２ａを底辺部分とする凸型断面のカッターヘッド２３を
構成している。また、カッターヘッド２３に後続してこ
れの直後の掘削内壁面を防護するスキンプレート２６
も、例えば鋼板等を溶接等により組み立てて、同じよう
に凸型断面に形成されており、したがって、かかるトン
ネル推進機２０を用いたトンネル掘削作業により、凸型
断面の外殻トンネル１５が容易に形成されるようになっ
ている。

【００２１】さらに、この実施例では、各ヘリカルドラ
ム２２ａ，２２ｂに設けられた螺旋状のカッタービット
２１は、その中央で分割された一対の単位カッタービッ
ト２１ａを継手装置２７を介して一体に連結したものと
して構成され、また図２（ｃ）に示すように、一対の単
位カッタービット２１ａは、継手装置２７の内部におい
て、回動軸２８に傘歯車２９を介して各々噛合連結され
ることによって、回動軸２８の駆動により反対方向に回
動するようになっている。

【００２２】そして、このトンネル推進機２０によれ
ば、トンネルの切羽面は、各ヘリカルドラム２２ａ，２
２ｂのカッタービット２１によって凸型の断面形状に切
削されるとともに、切削土砂は、螺旋状のカッタービッ
ト２１により中央側に横送りされつつチャンバー２４の
内部に取り込まれ、送泥管３１を介して所定の圧力でこ
のチャンバー２４内に圧送される泥水と混合された後、
排泥管３２を介して泥水とともに後方に圧送搬出され
る。

【００２３】また、このトンネル推進機２０の後方に
は、掘削断面と同様の凸型の断面形状を有する、例えば
ＰＣコンクリート製やスチール製等の函体３３が、外殻
トンネル１５の内壁面を覆う覆工体として順次連続設置
されており、これらの函体３３は、上記立坑３０（図３
参照）内に設置した元押しジャッキや、連続する函体３
３の途中に介装する中押しジャッキからの推進力をトン
ネル推進機２０に伝達して、トンネル推進機２０を、掘
削作業に伴って前進させることができるようになってい
る。

【００２４】さらに、この実施例のトンネル推進機２０
によれば、各ヘリカルドラム２２ａ，２２ｂに設けられ
た螺旋状のカッタービット２１は、中央で分割された一
対の単位カッタービット２１ａを一体に連結したものと
して構成されており、切削土砂を中央部分に横送りする
ことができるので、チャンバー２４内に掘削土砂を取り
込む位置を中央部分に限定して、チャンバー２４をコン
パクトに構成することができる。なお、一対の単位カッ
タービット２１ａを一体に連結した、この実施例のカッ
タービット２１の構成は、必要に応じて適宜選択設計さ
れるもので、必ずしも採用する必要はない。

【００２５】そして、この実施例によれば、上述のよう
にして形成された外殻構造体１０によって周囲を覆われ
た地盤１１を掘削して、大規模トンネル１４を形成す
る。すなわち、かかる作業は、図１（ａ）及び（ｂ）に
示すように、例えばトンネル１４の水平軸方向１０ｍ程
度の距離を１スパンａとして、各スパンａ毎にトンネル
１４の掘削作業及び掘削内周面への覆工体１２の構築作
業を順次繰り返しつつ、トンネル１４を構築してゆくこ
とにより行なうことができる。なお、かかるスパンａに
おける作業は、厳格に分割して行われるものではなく、
先行するスパンａにおける作業と、後行するスパンａに
おける作業とを一部併行して行ってもよい。

【００２６】ここで、トンネル１４の周囲は、凸型断面
の底辺部分１６を掘削内壁面として連接した、複数の外
殻トンネル１５からなる外殻構造体１０によって覆われ
ているため、１スパンａ分の地盤が掘削されて覆工体１
２が構築されるまでの間、周囲の地盤は、各外殻トンネ
ル１５の中央に位置する突出部分１８とこれの両側に位
置して隣接する突出部分１８の間を閉塞する張出し部分
１９との複合体としての外殻トンネル１５を山留部材と
して、効率よく支持される。すなわち、トンネル１４の
周囲は、壁厚の厚い突出部分１８とこれの両側に位置す
る壁厚の薄い張出し部分１９とからなる外殻トンネル１
５を連接してなる簡易な構造の外殻構造体１０によって
覆われることになるが、掘削作業は各スパンａ毎に分割
して行われるため、１スパンａの地盤が掘削されて覆工
体１２が構築されるまでの間、周囲の地盤は、その両端
部分が掘削前の地山と既に完了した前スパンａの覆工体
１２とによって支持された当該スパンａ内の外殻構造体
１０によって覆われる。したがって、外殻構造体１０の
内部を長区間にわたって一度に中空状態として各外殻ト
ンネル１５の破損を生じることなく、周囲の地盤からの
土圧等の荷重を、外殻トンネル１５を構成するトンネル
本体部１６及び張出し部１７の複合体によって効率よく
支持しつつ、当該スパンａにおける掘削作業を安定して
行ってゆくことができる。

【００２７】また、隣接する外殻トンネル１５の側端部
分１７は密接して一体化されることにより高い止水性を
付与し、これによっても、各スパンの地盤の掘削作業及
び覆工体１２の構築作業を迅速かつ安定して行なうこと
が可能になる。

【００２８】そして、大規模トンネル１４側に向けて配
置された各外殻トンネル１５の底辺部分１６は、大規模
トンネル１４の掘削時ないしは掘削完了時において、平
坦な壁面をトンネル内周面に表出するので、掘削内壁面
の仕上げ作業等に要する労力を軽減して、覆工体の構築
作業などの後続するトンネル内における作業を速かに行
なうことを可能にする。そして、特にこの実施例におい
ては、矩形状の大規模トンネル１４を構築形成すべく、
これと略相似形となるように、各外殻トンネル１５の底
辺部分１６により掘削内壁面が形成されるとともに、覆
工体１２を現場打ちコンクリートにより形成する場合に
は、当該底辺部分１６を外型枠としてそのまま利用する
ことにより、覆工体１２と外殻構造体１０との密着一体
化を容易に図ることができる。なお、覆工体１２をスチ
ール製の部材等で構成する場合であって、覆工体１２と
外殻構造１０との間に隙間が生じる場合には、覆工体１
２を設けた後に、かかる隙間に裏込め土砂や発泡モルタ
ルなどからなる裏込め材を適宜充填すれば、覆工体１２
と外殻構造体１０との密着一体化を容易に図ることがで
きる。

【００２９】さらに、外殻構造体１０は、覆工体１２が
構築された後も、これの外周において、引き続いて周囲
の地盤からの土圧等の荷重を支持することができるた
め、覆工体１２と密着一体化して大規模トンネル１４の
周囲を効率よく強固に防護し、これによって、覆工体１
２の構造を簡易なものとすることができる。

【００３０】なお、上記実施例では、地下空間として、
矩形断面の大規模トンネル１４を構築形成する場合につ
いて記載したが、この発明の地下空間の構築方法は、こ
れに限定されるものではなく、例えば六角断面や円形断
面等の、他の種々の断面形状の地下空間を設けるべく採
用することもできる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の地下空
間の構築方法によれば、凸型断面を有する外殻トンネル
を、この凸型断面の底辺部分を地下空間側に向けて配置
しかつ側端部分を互いに密接させた状態で多数連設配置
して、地下空間を形成する予定の地盤を覆う外殻構造体
を形成する工程と、この外殻構造体の内側に覆工体を密
着形成しながら、この外殻構造体によって周囲を覆われ
る地盤を、分割された所定長さ毎に順次掘削して行くこ
とにより、外殻構造体と一体となった覆工体で覆われた
地下空間を構築形成する工程とからなり、外殻トンネル
の設置本数を減じ、かつ外殻トンネルの掘削断面積を小
さくして各外殻トンネル形成時の掘削土量を低減すると
ともに、外殻構造体の内側を分割された掘削区間毎に中
空状態として外殻トンネルに損傷を生じることなく周囲
の地盤からの荷重を強固に支持し、また、地下空間の掘
削作業の際に、地下空間の内周には平坦な掘削内壁面を
表出するので、地下空間の構築作業を簡易かつ経済的に
行なうことができるとともに、地下空間の掘削作業に後
続する作業を容易に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかる構築方法により地
下空間を形成する状況を示す説明図（ａ）は横断面図、
（ｂ）は縦断面図である。

【図２】各外殻トンネルを掘削形成するためのトンネル
推進機を示すもので、（ａ）は平断面図、（ｂ）は側断
面図、（ｃ）は一対の単位カッタービットの連結部分の
構成を示す説明図である。

【図３】地下空間を挟んで形成した立坑からトンネル推
進機を発進させて外殻トンネルを連設形成する状況を示
す説明図である。

【符号の説明】

１０ 外殻構造体 １１ 地盤（地下空間を掘削形成する予定の地盤） １２ 覆工体 １４ 大規模トンネル（地下空間） １５ 外殻トンネル １６ 底辺部分 １７ 側端部分 １９ 改良地盤 ２０ トンネル掘進機

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 凸型断面を有するとともに、予定する地
   下空間の水平軸方向に延長する外殻トンネルを、前記凸
   型断面の底辺部分を前記地下空間側に向けて配置しかつ
   側端部分を互いに密接させた状態で、前記地下空間の外
   周部分に多数連設配置することにより、前記地下空間を
   掘削形成する予定の地盤を覆う外殻構造体を形成する工
   程と、この外殻構造体の内側を覆う覆工体を前記外殻ト
   ンネルの凸型断面の底辺部分に密着させつつ形成しなが
   ら、この外殻構造体によって周囲を覆われる地盤を、分
   割された所定長さ毎に順次掘削して行くことにより、前
   記外殻構造体の内方に、当該外殻構造体と一体となった
   覆工体で覆われた地下空間を構築形成する工程とからな
   ることを特徴とする地下空間の構築方法。