WO2017159605A1 - 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

大断面地下空間の施工方法、及び外殻シールド発進基地 Download PDF

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Abstract

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本の円形断面の円周シールドトンネル(10A),(10B)を互いに間隔をあけて並行に施工する工程と、隣り合う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)を円周方向Eに沿って間隔をあけて施工する工程と、複数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)を掘進する工程と、を有する大断面地下空間の施工方法を提供する。

Description

大断面地下空間の施工方法、及び外殻シールド発進基地
 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。
本願は、2016年3月15日に日本に出願された特願2016-051383号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 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寄りに、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寄り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。
日本国特許第4958035号公報 日本国特開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、コストがかかる虞がある。
 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寄り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。
本発明は、上記課題を解決して係る目的を達成するために、以下の態様を採用した。
(1)本発明の一態様に係る大断面地下空間の施工方法は、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寄りに、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、該外殻覆工体の内寄り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。
 この場合、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、この場合には、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、例えば矩形断面に比べ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。
(2)上記(1)に記載の、大断面地下空間の施工方法において、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。
(3)上記(1)又は(2)に記載の、大断面地下空間の施工方法において、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してもよい。
 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。
(4)上記(1)~(3)のいずれか1項に記載の、大断面地下空間の施工方法において、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寄りに第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寄りを掘削する工程と、を有するようにしてもよい。
 上述した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寄りの領域において第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寄りの掘削作業を、構造的に安定した状態の空間で行うことができる。
(5)上記(4)に記載の、大断面地下空間の施工方法において、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。
(6)本発明の他の態様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寄りに、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、該外殻覆工体の内寄り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。
 この場合、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、この場合には、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、例えば矩形断面に比べ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。
(7)上記(6)に記載の、外殻シールド発進基地において、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てもよい。
 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。
 本発明の各態様に係る、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。
図1は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2は図1に示す地中拡幅部の施工状態を示す斜視図である。 図3は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。 図4は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5は図1に示すA-A線断面図である。 図6は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。 図7は急曲線シールド掘削機の構成を示す側面図である。 図8は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。 図9Aは地中拡幅部の施工手順を示す図である。 図9Bは図9Aに続く地中拡幅部の施工手順を示す図である。 図10Aは図9Bに続く地中拡幅部の施工手順を示す図である。 図10Bは図10Aに続く地中拡幅部の施工手順を示す図である。 図11Aは図10Bに続く地中拡幅部の施工手順を示す図である。 図11Bは図11Aに続く地中拡幅部の施工手順を示す図である。 図12Aは、図11Bに続く地中拡幅部の施工手順を示す図である。 図12Bは図12A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の外寄り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の内寄り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の外寄りに円周方向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の紙面下寄り、曲線外周10bを紙面上寄り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寄りのものが曲線内周10a寄りのもの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の前寄り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、切羽寄りを前寄り、前方といい、その反対寄り(発進寄り)を後寄り、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の前方で切羽とシールド機内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の後部内周寄りには、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寄り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寄りにカッタリング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寄り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が曲線の外寄り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寄りのものが曲線外周10b寄りのもの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の後端寄り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の発進寄り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9A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の径方向の外寄り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からも凍結管を配設する。その後、この凍土壁100の内寄り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9B及び図10A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の外寄りを円周方向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10B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11A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11B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寄り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の内寄り部分)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11B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12A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12B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寄りを掘削する。このとき、外殻覆工体1Aの内寄り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の内寄りの領域において第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寄りの掘削作業を、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。
 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。
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寄りに、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、該外殻覆工体の内寄り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、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寄りに第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寄りを掘削する工程と、
    を有する、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、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寄りに、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、該外殻覆工体の内寄り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、請求項6に記載の外殻シールド発進基地。
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