JP2008088732A - 大断面トンネルの施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大断面トンネルを効率的にかつ合理的に施工する。
【解決手段】施工するべき大断面トンネル３の周方向に沿って多数の小断面トンネル４を配列して施工し、それら小断面トンネルどうしを連結して大断面トンネルの輪郭に沿う覆工体５を先行施工した後、覆工体の内側を掘削して大断面トンネルを完成させる。小断面トンネルおよび覆工体の施工は、（ａ）ＥＣＬ工法によるコンクリート覆工６を有する先行トンネル４Ａの施工工程、（ｂ）シールド工法によるスチールセグメント覆工７を有する後行トンネル４Ｂの施工工程、（ｃ）コンクリート覆工とスチールセグメント覆工との連結部の外側地盤に対して止水材注入により地盤改良部９を形成する工程、（ｄ）連結部の内側に開口部を施工する工程、（ｅ）開口部を通して連続する一連の覆工体５を施工する工程、により行う。
【選択図】図４

Description

本発明は大断面トンネルの施工方法に関する。

大断面トンネルを施工するに際し、予めその輪郭に沿って多数の小断面トンネルを配列して施工し、それら小断面トンネルどうしを連結して覆工体を先行施工した後、その内側を掘削して大断面トンネルを完成させるという工法が提案されている。
たとえば特許文献１には、小断面の先行シールドトンネルと後行シールドトンネルとを交互に配列してそれらの覆工体の一部を重合させた状態で一体化させ、かつ双方の覆工体どうしを補強材により連結した構造のトンネル構造体を施工し、その内側を掘削して大断面トンネルを完成させるという工法が提案されている。
また、特許文献２には、小断面の第一のシールドトンネルと第二のシールドトンネルとを交互に配列するとともに、第一のシールドトンネルには第二のシールドトンネルに向けて延出する延出部を備えて、その延出部と第二のシールドトンネルとを重合させた構造のトンネル構造体を構築するという工法が提案されている。
特許第２７８８９５３号公報 特開平１１−１３１９７３号公報

しかし、特許文献１に示される工法では、先行シールドトンネルと後行シールドトンネルの覆工体はいずれも単なるコンクリート造とされることから、それらの覆工体どうしを構造的に確実に一体化させて安定なトンネル構造体を施工することは現実には困難である。
また、特許文献２に示される工法では、第一のシールドトンネルを複雑な変断面トンネルとして施工することから、必然的にその施工に際しては極めて特殊なシールド掘削機を必要とするので多大なコストを要するものであり、実用に至っていない。

上記事情に鑑み、本発明は大断面トンネルを効率的に施工し得る有効適切な施工方法を提供することを目的とする。

本発明は、施工するべき大断面トンネルの周方向に沿って多数の小断面トンネルを配列して施工し、それら小断面トンネルどうしを連結して大断面トンネルの輪郭に沿う覆工体を先行施工した後、覆工体の内側を掘削して大断面トンネルを完成させる大断面トンネルの施工方法であって、前記小断面トンネルおよび前記覆工体を以下の（ａ）工程〜（ｅ）工程により施工することを特徴とする。
（ａ）場所打ちライニング工法によるコンクリート覆工を有する小断面の先行トンネルを間隔を隔てて施工する工程、
（ｂ）シールド工法によるスチールセグメント覆工を有する小断面の後行トンネルを、隣り合う先行トンネル間に該先行トンネルのコンクリート覆工の一部を切除しながら施工することにより、先行トンネルのコンクリート覆工と後行トンネルのスチールセグメント覆工を交互に重合連結する工程、
（ｃ）重合連結したコンクリート覆工とスチールセグメント覆工との連結部の外側の地盤に対して止水材を注入して地盤改良を行う工程、
（ｄ）連結部におけるスチールセグメント覆工およびコンクリート覆工を解体撤去して、連結部の内側に先行トンネルと後行トンネルとを連通せしめる開口部を施工する工程、
（ｅ）先行トンネルと後行トンネルの内部に、開口部を通して連続する一連の覆工体を施工する工程。

なお、本発明においては上記の（ｃ）工程および（ｄ）工程を後行トンネル内から行うと良く、また（ｄ）工程において開口部を施工するに際しては、必要に応じて開口部を補強するための補剛材を開口部の内側の位置に設けると良い。

本発明によれば、覆工体を先行施工してからその内部を掘削して大断面トンネルを完成させるので、覆工体が内部掘削の際に先受け工として機能し、したがって大断面トンネルの施工を安全かつ効率的に実施することができる。
特に、先行トンネルと後行トンネルとを重合させた状態で連結して施工するとともに、その連結部の外側の地盤に対してさらに止水材注入による地盤改良を行うので、連結部に対する止水性を確保でき、施工信頼性と安全性を充分に確保することができる。
また、先行トンネルおよび後行トンネルはそれぞれ周知の場所打ちライニング工法（ＥＣＬ工法）およびシールド工法をそのまま採用可能であるし、連結部の外側地盤に対する止水工法や、先行トンネルと後行トンネルとの連結部に対する開口部の形成工程、先行トンネルおよび後行トンネル内への一連の覆工体の施工工程も在来工法により容易に施工可能であるから、本発明は何等特殊な工法や複雑な施工手段を必要とせず、大断面トンネルを合理的にかつ充分に経済的に施工することが可能である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図４を参照して説明する。本実施形態は道路トンネルの施工に際して本線トンネル１とランプトンネル２との分岐合流部に大断面トンネル３を施工する場合の適用例であって、図１〜図４に示すように施工するべき大断面トンネル３の周方向に沿ってまず多数の小断面トンネル４を配列して施工し、それら小断面トンネル４どうしを連結して大断面トンネル３の輪郭に沿う覆工体５を先行施工した後、覆工体５の内側を掘削して大断面トンネル３を完成させることを基本とするものであり、特に小断面トンネル４および覆工体５を以下の（ａ）工程〜（ｅ）工程により施工することを主眼とする。

なお、図示例の実施形態では、本線トンネル１の径は１６ｍ程度、ランプトンネル２の径は１１．５ｍ程度であり、施工するべき大断面トンネル３の断面はそれらを包含し得るように幅３７ｍ程度、高さ３３ｍ程度のやや扁平な楕円形状とされている。
また、本実施形態においては小断面トンネル４の径寸法を４ｍ程度とし、それら小断面トンネル４を全３２本設けることとしているが、それら小断面トンネル４を、現場打ちライニング工法（ＥＣＬ工法）によるコンクリート覆工を有する先行トンネル４Ａと、シールド工法によるスチールセグメント覆工を有する後行トンネル４Ｂとにより構成して、それら１６本ずつの先行トンネル４Ａと後行トンネル４Ｂとを交互に配列することとしている。

（ａ）先行トンネルの施工工程
図１に示すように、施工するべき大断面トンネル３の輪郭に沿ってＥＣＬ工法により先行トンネル４Ａを施工する。その際、各先行トンネル４Ａ間には、次工程で後行トンネル４Ｂを施工するための間隔を確保するが、その相互間隔は後行トンネル４Ｂの径寸法よりもやや小さくしておく。各先行トンネル４Ａのコンクリート覆工６の厚さはたとえば１ｍ程度と厚くしておくが、そのコンクリート覆工６の一部は後段において切除しかつ解体撤去することが可能な構造としておく。

（ｂ）後行トンネルの施工工程
図２に示すように、先行トンネル４Ａ間にシールド工法によって後行トンネル４Ｂを施工する。その際、後行トンネル４Ｂを掘進しながら先行トンネル４Ａのコンクリート覆工６の一部を切除して、そこに後行トンネル４Ｂのスチールセグメント覆工７を重合させ、最終的には全ての先行トンネル４Ａと後行トンネル４Ｂとを大断面トンネルの周方向に交互に連結する。
また、次工程において後行トンネル４Ｂ内から地盤改良工程を実施し、かつスチールセグメント覆工７の一部を解体撤去するので、後段でのそれらの作業を見越して、スチールセグメント覆工７の施工に際しては止水材注入用の特殊なスチールセグメントを使用したり、解体を前提とした継ぎ手を採用することが好ましい。

（ｃ）地盤改良工程
同じく図２に示すように、先行トンネル４Ａと後行トンネル４Ｂとを重合させた連結部の外側の地盤に対して、後行トンネル４Ｂ内から注入管８を打込み、その注入管８を通して止水材を注入して地盤改良を行って地盤改良部９を形成し、それにより連結部での止水性を確保する。

（ｄ）開口部の施工工程
図３に示すように、後行トンネル４Ｂ内からの作業により、連結部における後行トンネル４Ｂのスチールセグメント覆工７の解体撤去するとともに先行トンネル４Ａのコンクリート覆工６を解体撤去してそこに開口部１０を形成し、その開口部１０を通して先行トンネル４Ａと後行トンネル４Ｂとを連通させる。
その際、土圧や水圧に抗する必要があれば開口部１０を適宜補強すれば良く、そのためには、開口部１０を施工するに先立ち、あるいは開口部１０を施工しながら、たとえば図示例のようにＨ形鋼等の鉄骨を補剛材１１として所定ピッチで開口部１０の位置に設置すれば良い。

（ｅ）覆工体の施工工程
図４に示すように、先行トンネル４Ａと後行トンネル４Ｂの内部にコンクリートを打設して開口部１０を通して連続する一連の覆工体５を施工する。その覆工体５は鉄筋コンクリート造とすれば良く、その施工に際して配筋や型枠その他の必要な関連作業は相前後して適宜行えば良い。

以上の工程により、施工するべき大断面トンネル３の覆工体５が先行施工されたので、その覆工体４の内側の地盤を掘削して本線トンネル１とランプトンネル２を施工し、大断面トンネル３を完成させる。

本実施形態の施工方法によれば、覆工体５を先行施工してからその内部を掘削して大断面トンネル３を完成させるので、覆工体５が内部掘削の際に先受け工（支保構造体）として機能し、したがって大断面トンネル３の施工を安全かつ効率的に実施することができる。
特に、先行トンネル４Ａと後行トンネル４Ｂとを重合させた状態で連結して施工するとともに、その連結部の外側にさらに止水材を注入して地盤改良部９を形成するので、連結部に対する止水性を支障なく確保できて施工信頼性と安全性を充分に確保することができる。
また、先行トンネル４Ａおよび後行トンネル４Ｂの施工工程としてはそれぞれ多数の実績のある在来のＥＣＬ工法およびシールド工法をそのまま採用可能であるし、連結部の外側地盤に対する止水材の注入工程や、先行トンネル４Ａと後行トンネル４Ｂとの連結部に対する開口部１０の形成工程、先行トンネル４Ａと後行トンネル４Ｂの内部への一連の覆工体５の施工工程も在来工法により容易に施工可能であるから、本発明は何等特殊な工法や複雑な施工手段を必要とせず、以上のことから大断面トンネル３を合理的にかつ充分に経済的に施工することが可能である。

以上で本発明の一実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで好適な一例であって本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、たとえば以下に列挙するような様々な設計的変形や応用が可能である。

上記実施形態では先行トンネル４Ａと後行トンネル４Ｂとを１６本ずつとして全３２本の小断面トンネル４を施工するものとし、各小断面トンネル４をいずれも４ｍ程度の径のものとしたが、小断面トンネル４の本数や径寸法は適宜増減して良く、施工するべき大断面トンネル３の規模や断面形状に応じて適正に設定すれば良いし、先行トンネル４Ａと後行トンネル４Ｂの径寸法を必ずしも一致させる必要もない。
また、図示例の実施形態では全ての先行トンネル４Ａを施工してから後行トンネル４Ｂを施工するような説明としたが、一部の先行トンネル４Ａを施工した時点でそれに後追いして隣接する後行トンネル４Ｂを施工することとして、実質的に先行トンネル４Ａと後行トンネル４Ｂとを並行作業により施工することも勿論可能である。

上記実施形のように、地盤改良部９の形成工程および開口部１０の施工工程は後行トンネル４Ｂ内から行うことが施工性の点で好ましいが、必ずしもそうすることはなく、必要であればそれらの作業を先行トンネル４Ａ内から、あるいは先行トンネル４Ａと後行トンネル４Ｂの双方から行っても勿論良い。

覆工体５は大断面トンネル３の本設躯体として設けることが可能であり、そのようにすることが現実的であるし最も効率的ではあるが、施工するべき大断面トンネル３の規模や形状あるいは地盤の状況等によっては、覆工体５を仮設の先受工として設けて、その内側を掘削した後に改めて本設の覆工体を設けることでも良い。そのような場合においては、仮設として設けた覆工体５を本設躯体の一部として機能させることも考えられる。

上記実施形態は道路トンネル施工に際しての本線トンネル１とランプトンネル２との分岐合流部としての大断面トンネル３の施工への適用例であるが、本発明はそのような場合のみならず、様々な用途、規模、断面形状の大断面トンネルを施工する場合全般に広く適用できることは当然である。

なお、連結部に対して止水材の注入により地盤改良を行うことに代えて、凍結工法を採用することも考えられようが、凍結工法は止水材注入による地盤改良工法に比べて工費や工期の点で不利であるので採用することができない。
また、シールド工法による施工する後行トンネル４Ｂをスチールセグメント覆工７ではなくコンクリートセグメント覆工とすることも考えられようが、後行トンネル４Ｂ内からの止水材の注入工程や開口部１０の施工工程における施工性を考慮するとスチールセグメント覆工７とすべきであり、コンクリートセグメント覆工は好ましくない。
勿論、先行トンネル４ＡをＥＣＬ工法ではなくシールド工法により施工してその覆工をコンクリートセグメントやスチールセグメントにより施工することは、後行トンネル４Ｂ施工の際に覆工を切除することが困難ないし不可能であるので採用できず、先行トンネル４ＡはＥＣＬ工法に限ることは当然である。

本発明の実施形態であるトンネル施工方法における先行トンネルの施工工程を示す図である。 同、後行トンネルの施工工程と地盤改良工程を示す図である。 同、開口部の施工工程を示す図である。 同、覆工体の施工工程を示す図である。

符号の説明

３ 大断面トンネル
４ 小断面トンネル
４Ａ 先行トンネル
４Ｂ 後行トンネル
５ 覆工体
６ コンクリート覆工
７ スチールセグメント覆工
８ 注入管
９ 地盤改良部
１０ 開口部
１１ 補剛材

Claims (3)

1. 施工するべき大断面トンネルの周方向に沿って多数の小断面トンネルを配列して施工し、それら小断面トンネルどうしを連結して大断面トンネルの輪郭に沿う覆工体を先行施工した後、覆工体の内側を掘削して大断面トンネルを完成させる大断面トンネルの施工方法であって、
   前記小断面トンネルおよび前記覆工体を以下の工程により施工することを特徴とする大断面トンネルの施工方法。
   （ａ）場所打ちライニング工法によるコンクリート覆工を有する小断面の先行トンネルを間隔を隔てて施工する工程、
   （ｂ）シールド工法によるスチールセグメント覆工を有する小断面の後行トンネルを、隣り合う先行トンネル間に該先行トンネルのコンクリート覆工の一部を切除しながら施工することにより、先行トンネルのコンクリート覆工と後行トンネルのスチールセグメント覆工を交互に重合連結する工程、
   （ｃ）重合連結したコンクリート覆工とスチールセグメント覆工との連結部の外側の地盤に対して止水材を注入して地盤改良を行う工程、
   （ｄ）連結部におけるスチールセグメント覆工およびコンクリート覆工を解体撤去して、連結部の内側に先行トンネルと後行トンネルとを連通せしめる開口部を施工する工程、
   （ｅ）先行トンネルと後行トンネルの内部に、開口部を通して連続する一連の覆工体を施工する工程。
2. 請求項１記載の大断面トンネルの施工方法であって、
   （ｃ）工程および（ｄ）工程を後行トンネル内から行うことを特徴とする大断面トンネルの施工方法。
3. 請求項１または２記載の大断面トンネルの施工方法であって、
   （ｄ）工程において開口部を施工するに際し、開口部を補強するための補剛材を開口部の内側の位置に設けることを特徴とする大断面トンネルの施工方法。

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