JP2015151672A - シールドトンネルの拡幅部形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シールドトンネルの拡幅部を形成する際、その断面の大きさが変化しても、ルーフシールド間の間隔の変動を抑制する。【解決手段】本発明に係るシールドトンネルの拡幅部形成方法は、拡幅予定領域３の横断面積が最大となる断面位置を基準断面位置とし、該基準断面位置では、小径シールドトンネル４−１〜４−１８及び小径シールドトンネル５−１〜５−１８が拡幅予定領域３の横断面輪郭線１１に沿って全て配置されるように、基準断面位置よりも横断面積が小さな断面位置では、それらの小径シールドトンネルのうち、基準断面位置での配置間隔とほぼ同等になるために必要な本数だけ横断面輪郭線１１に沿って配置され、残りがその背後に配置されるように上述の小径シールドトンネルを構築してある。【選択図】 図１

Description

本発明は、シールドトンネルの断面を地中で拡幅する際に適用されるシールドトンネルの拡幅部形成方法に関する。

シールド工法でトンネル掘削を行うにあたっては、トンネルの分岐合流部、典型的には本線トンネルとランプトンネルとの接合箇所における分岐合流部でトンネル断面を拡幅する必要がある。

トンネルの分岐合流部は、道路トンネルであれば、幅が２０ｍを上回る大断面となることも多く、直径が１５ｍを超えるシールドマシンも製作されるようになってきたとはいえ、分岐合流部という限られた区間をシールドマシンで全断面掘削することは現実的ではない。

このような状況下、シールドトンネルの断面を拡幅可能な技術として、ルーフシールドと呼ばれる小径のシールドトンネルを、本体のシールドトンネルにおける分岐合流部を取り囲むようにそのトンネル軸線方向に沿って複数本配置し、それらを周方向に相互連結する形で拡幅部の外殻を構築した後、該外殻の内側領域を掘削する構築工法が開発されている。

ここで、上述した外殻は、各ルーフシールド内ではそれらを貫通するように、ルーフシールド間ではそれらの隙間に延設されるように連続的に構築されるが、ルーフシールド間に外殻を構築する際には、それらの隙間に拡がる地盤を凍結や薬液注入で地盤改良することにより、周辺地盤からの土圧及び水圧を仮受けする必要がある。

特開２００７−２１７９１１号公報

しかしながら、特許文献１記載の工法では、どの断面位置でも同じ本数のルーフシールドで取り囲む構成となっているため、断面の大きさが変化すると、それに伴ってルーフシールド間の間隔も変動し、横断面積が大きい断面位置では、ルーフシールドの配置間隔が粗くなり、ルーフシールド間にはおのずと大きな隙間が発生する。

そのため、ルーフシールドの配置間隔が粗い断面位置では、土圧及び水圧を仮受けするための地盤改良工事が大がかりになるという問題を生じていた。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、シールドトンネルの拡幅部を形成する際、その断面の大きさが変化しても、ルーフシールド間の間隔の変動を抑制することが可能なシールドトンネルの拡幅部形成方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るシールドトンネルの拡幅部形成方法は請求項１に記載したように、シールドトンネルに拡幅部を形成する際、その拡幅予定領域を取り囲むように前記シールドトンネルのトンネル軸線方向に沿って複数本からなる小径シールドトンネルを延設し、該複数本の小径シールドトンネルを先受け構造体として拡幅部の外殻を構築した後、該外殻で囲まれた内側領域を掘削するシールドトンネルの拡幅部形成方法において、
前記拡幅予定領域の横断面積が最大となる断面位置を基準断面位置とし、該基準断面位置では、前記複数本からなる小径シールドトンネルが前記拡幅予定領域の横断面輪郭線に沿ってすべて配置され、前記基準断面位置よりも横断面積が小さな断面位置では、前記複数本からなる小径シールドトンネルのうち、前記基準断面位置での配置間隔とほぼ同等になるために必要な本数だけが前記横断面輪郭線に沿って配置され、残りがその背後に配置されるように該複数本からなる小径シールドトンネルを延設することで前記先受け構造体を構築するとともに、前記拡幅予定領域の横断面積が単調増加する区間においては、前記横断面輪郭線から離間した状態の小径シールドトンネルを、前記横断面輪郭線に沿って配置された小径シールドトンネルの間に形成されたスペースに進入させて前記横断面輪郭線に沿った状態へと配置変更したものである。

また、本発明に係るシールドトンネルの拡幅部形成方法は、前記シールドトンネルの外側近傍であってそのトンネル軸線方向に沿って互いに離間するように複数の発進エリアをそれぞれ設け、該複数の発進エリアから前記小径シールドトンネルを構築するための小径シールドマシンを分散発進させるものである。

また、本発明に係るシールドトンネルの拡幅部形成方法は、前記複数本からなる小径シールドトンネルを、すべての断面位置で前記横断面輪郭線に沿った配置となる第１のトンネル群と、前記区間において前記横断面輪郭線から離間した状態から前記横断面輪郭線に沿った状態へと配置変更される第２のトンネル群とに分け、前記第１のトンネル群に属する小径シールドトンネル同士をすべての断面位置で互いに近接させるとともに、前記第２のトンネル群に属する各小径シールドトンネル又はそれらが細分化されてなる各トンネル群を、前記横断面輪郭線に沿った状態への各配置変更が互いに異なる断面位置で行われるように延設したものである。

また、本発明に係るシールドトンネルの拡幅部形成方法は、前記シールドトンネルの外側近傍であってそのトンネル軸線方向に沿って互いに離間するように複数の発進エリアをそれぞれ設け、該複数の発進エリアのうち、前記拡幅予定領域に最も近い発進エリアから発進する小径シールドマシンで前記第１のトンネル群に属する小径シールドトンネルを構築し、それ以外の発進エリアから発進する小径シールドマシンで前記第２のトンネル群に属する小径シールドトンネルを構築するものである。

本発明に係るシールドトンネルの拡幅部形成方法においては、シールドトンネルに拡幅部を形成するにあたり、従来と同様、その拡幅予定領域を取り囲むようにシールドトンネルのトンネル軸線方向に沿って複数本からなる小径シールドトンネルを構築し、これを先受け構造体として拡幅部の外殻を構築した後、該外殻で囲まれた内側領域を掘削するが、本発明では、拡幅予定領域の横断面積が最大となる断面位置を基準断面位置とし、該基準断面位置では、複数本からなる小径シールドトンネルが上述した拡幅予定領域の横断面輪郭線に沿って全て配置されるように、基準断面位置よりも横断面積が小さな断面位置では、複数本からなる小径シールドトンネルのうち、基準断面位置での配置間隔とほぼ同等になるために必要な本数だけ上述の横断面輪郭線に沿って配置され、残りがその背後に配置されるように、該複数本からなる小径シールドトンネルを延設することで上述の先受け構造体を構築するとともに、拡幅予定領域の横断面積が単調増加する区間においては、横断面輪郭線から離間した状態の小径シールドトンネルを、横断面輪郭線に沿って配置された小径シールドトンネルの間に形成されたスペースに進入させて横断面輪郭線に沿った状態へと配置変更して構成する。

かかる構成においては、小径シールドトンネルの本数は、どの断面位置でも同一であるが、拡幅予定領域の横断面輪郭線に沿った本数は、どの断面位置でも配置間隔がほぼ同等になるように増減される、換言すれば、拡幅予定領域の横断面輪郭線に沿った小径シールドトンネルの配置密度は、どの断面位置でもほぼ同等になる。

そのため、横断面輪郭線から離間した状態からそれに沿った状態、又はその逆の状態に移ろうとする移行区間を除けば、小径シールドトンネルはわずかな隙間で互いに近接され、土圧を支持する機能は十分に発揮されるとともに、止水性確保についても、地盤改良が必要な範囲を最小限にとどめることが可能となり、かくして従来のように、断面位置によってルーフシールドの配置密度にばらつきが生じ、粗く配置された断面位置では、ルーフシールド間の隙間が大きくなって土圧及び水圧を支持するための地盤改良工事が大がかりになり、凍結や薬液注入が不可欠になるといった事態は未然に回避される。

本発明の拡幅部は、シールドトンネルの分岐合流部、特に本線トンネルとランプトンネルとの接合箇所における分岐合流部として形成される場合が典型例となるが、緊急避難ゾーン、非常駐車帯その他任意の目的で構築される拡幅部が包摂される。

また、拡幅部は、シールドトンネルの外側近傍に位置決めされた小径シールドマシンの発進エリアを基端側とし、該基端側から横断面積が単調増加しつつ横断面積が最大となる断面位置（基準断面位置）で終端となるようにシールドトンネルのトンネル軸線方向に沿って延びる円錐状拡幅部が典型例となるが、例えば横断面積が単調増加してから単調減少する形状であって基端側と終端側で横断面積が小さくなりそれらの中間近傍で基準断面位置となる形状でもかまわない。

この場合、拡幅予定領域の横断面積が単調減少する区間においては、横断面輪郭線に沿った状態の小径シールドトンネルのうち、任意の小径シールドトンネルを、それに隣接する小径シールドトンネルから抜け出すようにして横断面輪郭線から離間した状態へと配置変更すればよい。

小径シールドトンネルは、シールドトンネルの任意断面位置であってその外側近傍に設けられた発進エリアから小径シールドマシンを適宜発進させることで構築が可能であり、例えばシールドトンネルの外側近接位置から径方向に延びる鍔状又は扇状の発進エリアを設け、該発進エリア内でシールドトンネルに最も近い列を最前列とし、その背後の列を第２列、さらにその背後の列を第３列というふうにシールドマシンをそれぞれ発進させることは可能であるが、シールドトンネルの外側近傍であってそのトンネル軸線方向に沿って互いに離間するように複数の発進エリアをそれぞれ設け、該複数の発進エリアから前記小径シールドトンネルを構築するための小径シールドマシンを分散発進させるようにしたならば、発進エリアのスペース確保のためにシールドトンネルを径方向に深く拡張する必要がなくなり、小径シールドマシン発進のためのコストを低減することが可能となる。

発進エリアの数は、複数本からなる小径シールドトンネルの本数とシールドトンネルの外側近傍に配置可能な小径シールドトンネルの本数との兼ね合いで適宜設定すればよく、例えば、小径シールドトンネルの本数が３６本、シールドトンネルの外側近傍に配置可能な小径シールドトンネルの本数が１８本であれば、発進エリアの数を２とし、シールドトンネルの外側近傍に配置可能な小径シールドトンネルの本数が１２本であれば、発進エリアの数を３とすればよい。

なお、発進エリアでは、必ずしもすべての角度位置から全方位で小径シールドマシンを発進させる必要はなく、例えば特定の角度範囲に地中障害物がある場合、上述の考え方で設置された別の発進エリアで補うようにすればよい。

複数本からなる小径シールドトンネルは、それぞれの断面位置における拡幅予定領域の横断面輪郭線との配置関係が上述した内容である限り、どの小径シールドトンネルをどの断面位置で横断面輪郭線から離間した状態から拡幅予定領域の横断面輪郭線に沿った状態へと配置変更し、逆にどの断面位置で拡幅予定領域の横断面輪郭線に沿った状態から横断面輪郭線から離間した状態へと配置変更し、さらにはどの小径シールドトンネルを終始一貫して拡幅予定領域の横断面輪郭線に沿った配置とするのかは任意である。

ここで、複数本からなる小径シールドトンネルを、すべての断面位置で横断面輪郭線に沿った配置となる第１のトンネル群と、上述した単調増加区間において横断面輪郭線から離間した状態から横断面輪郭線に沿った状態へと配置変更される第２のトンネル群とに分け、第１のトンネル群に属する小径シールドトンネル同士をすべての断面位置で互いに近接させるとともに、第２のトンネル群に属する各小径シールドトンネル又はそれらが細分化されてなる各トンネル群を、横断面輪郭線に沿った状態への各配置変更が互いに異なる断面位置で行われるように延設した構成を採用することができる。

このようにすれば、第２のトンネル群に属する各小径シールドトンネルの移行区間が短くなるため、凍結や薬液注入等の地盤改良工事を低減することができる。

ちなみに、横断面輪郭線に沿った状態への各配置変更が互いに異なる断面位置で行われるように第２のトンネル群に属する小径シールドトンネルを延設した場合、各小径シールドトンネル又はそれらが細分化されてなる各トンネル群の進入位置は、結果として基端側から基準断面位置にかけて順次シフトする。

横断面輪郭線に沿った状態への配置変更は、第２のトンネル群に属する小径シールドトンネルがさらに細分化されてなるトンネル群ごと、例えば２本ごとに互いに異なる断面位置とすることができるが、これを第２のトンネル群に属する小径シールドトンネルごとに互いに異なる断面位置とした場合、第２のトンネル群に属する各小径シールドトンネルの移行区間がほぼ最短となり、凍結や薬液注入等の地盤改良工事を最小限にとどめることができる。

複数本からなる小径シールドトンネルを第１のトンネル群と第２のトンネル群に分ける上記構成において、シールドトンネルの外側近傍であってそのトンネル軸線方向に沿って互いに離間するように複数の発進エリアをそれぞれ設け、該複数の発進エリアのうち、拡幅予定領域に最も近い発進エリアから発進する小径シールドマシンで第１のトンネル群に属する小径シールドトンネルを構築し、それ以外の発進エリアから発進する小径シールドマシンで第２のトンネル群に属する小径シールドトンネルを構築する構成を採用することができる。

かかる構成によれば、上述したと同様、発進エリアのスペース確保のためにシールドトンネルを径方向に深く拡張する必要がなくなり、小径シールドマシン発進のためのコストを低減することができるほか、すべての断面位置で横断面輪郭線に沿った配置となる第１のトンネル群が、拡幅予定領域に最も近い発進エリアから構築されるため、小径シールドトンネルの曲折が少なくなり、小径シールドトンネル間の近接状態の実現が確実になるとともに、小径シールドトンネルの配置計画も容易になる。

この場合においても、発進エリアの数は、複数本からなる小径シールドトンネルの本数とシールドトンネルの外側近傍に配置可能な小径シールドトンネルの本数との兼ね合いで適宜設定すればよく、例えば、小径シールドトンネルの本数が３６本、シールドトンネルの外側近傍に配置可能な小径シールドトンネルの本数が１８本であれば、発進エリアの数を２とし、シールドトンネルの外側近傍に配置可能な小径シールドトンネルの本数が１２本であれば、発進エリアの数を３とすればよい。

なお、発進エリアでは、必ずしもすべての角度位置から全方位で小径シールドマシンを発進させる必要はなく、例えば特定の角度範囲に地中障害物がある場合、上述の考え方で設置された別の発進エリアで補うようにすればよい。

本発明の先受け構造体を仮設構造体として利用するか本設構造体として利用するかは任意であるとともに、一部を仮設構造体、それ以外を本設構造体として利用する形態も可能であり、例えば小径シールドトンネルのセグメントを本設構造体の一部として利用するようにしてもかまわない。

本実施形態に係るシールドトンネルの拡幅部形成方法において、複数本の小径シールドトンネルからなる先受け構造体をそれらの中間部分を省略して描いた斜視図であって、(a)は全体斜視図、(b)は基端側に設けられた発進エリア６ａ，６ｂのうち、発進エリア６ｂだけを示した部分斜視図。 小径シールドトンネル４−１〜４−１８及び小径シールドトンネル５−１〜５−１８の配置状況を示した図であり、(a)は断面位置を示した平面図、(b)はＡ１−Ａ１、(c)はＡ２−Ａ２、(d)はＡ３−Ａ３、(e)はＡ４−Ａ４の各断面線に沿う横断面図。 同じく上述した小径シールドトンネルの配置状況を示した図であり、(a)はＡ５−Ａ５、(b)はＡ６−Ａ６、(c)はＡ７−Ａ７、(d)はＡ８−Ａ８、(e)はＡ９−Ａ９、(f)はＡ１０−Ａ１０の各断面線に沿う横断面図。 小径シールドトンネル４−１〜４−１８の配置状況を示した全体斜視図。 小径シールドトンネル４−１〜４−１８が配置されないスペース３１に小径シールドトンネル５−１〜５−１８を進入させる様子を示した全体斜視図。 第１のトンネル群である小径シールドトンネル４−１〜４−１８によって形成されたスペース３１に対し、第２のトンネル群である小径シールドトンネル５−１〜５−１８をどのように進入させるのかを示した模式図。 複数本からなる小径シールドトンネルを先受け構造体として外殻７１を構築する様子を示した断面図。 発進エリアの数を３とした場合の小径シールドトンネル４−１〜４−１８及び小径シールドトンネル５−１〜５−１８の配置状況を示した模式図。 第１のトンネル群である小径シールドトンネル４−１〜４−１８によって形成されたスペース３１に対し、第２のトンネル群である小径シールドトンネル５−１〜５−１８をどのように進入させるのかを示した変形例に係る模式図。 発進エリアを一箇所から集中発進させる場合の変形例を示した横断面図。

以下、本発明に係るシールドトンネルの拡幅部形成方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係るシールドトンネルの拡幅部形成方法の概略図であって、複数本の小径シールドトンネルからなる先受け構造体をそれらの中間部分を省略し基端側と終端側だけを示した全体斜視図である。同図に示すように、本実施形態に係るシールドトンネルの拡幅部形成方法は、シールドトンネルとしての本線トンネル１をランプトンネル２と接合するための分岐合流部を設けるべく、該本線トンネルに拡幅部を形成する際に適用されるものであり、まず、掘削後に拡幅部となる拡幅予定領域３を取り囲むように本線トンネル１のトンネル軸線方向に沿って計３６本からなる小径シールドトンネル４−１〜４−１８及び小径シールドトンネル５−１〜５−１８を先行構築する。

これら３６本の小径シールドトンネル４−１〜４−１８及び小径シールドトンネル５−１〜５−１８は、拡幅予定領域３の掘削前に必要となる外殻（後述）を構築する際の先受け構造体となる。

本線トンネル１の外側近傍には、そのトンネル軸線方向に沿って互いに離間するように２つの発進エリア６ａ，６ｂをそれぞれ設けてあり、小径シールドトンネル４−１〜４−１８は発進エリア６ａから、小径シールドトンネル５−１〜５−１８は発進エリア６ｂからそれぞれ発進する小径シールドマシンによって構築される。

発進エリア６ａ，６ｂはそれぞれ、本線トンネル１の覆工セグメント（図示せず）を内側から一部切り開いて円周トンネル掘削機を挿入設置し、該円周トンネル掘削機で本線トンネル１の外側に拡がる周辺地盤を矩形断面の環状空間が形成されるように掘削形成した後、残りの覆工セグメントを切り開いて環状のトレンチとして露出させて構成することが可能であり、該環状のトレンチから小径シールドマシンを発進させることができる。

拡幅予定領域３を掘削除去することで形成される拡幅部は、本実施形態では、発進エリア６ａ，６ｂが設けられた基端側からランプトンネル２が接合される終端側に向けて横断面積が単調増加する円錐状拡幅部となっており、終端となる断面位置では、横断面積が最大となる。以下、この断面位置を基準断面位置と呼ぶ。

ここで、図１では、図面の便宜上、上述したように中間部分を省略して描いてあるが、発進エリア６ａから延びる計１８本の小径シールドトンネル４−１〜４−１８は、終端ではランプトンネル２の側、図１では左半分に到達し、発進エリア６ｂから延びる計１８本の小径シールドトンネル５−１〜５−１８は、本線トンネル１の側、図１では右半分に到達する。

小径シールドトンネル４−１〜４−１８及び小径シールドトンネル５−１〜５−１８は図２及び図３の断面図で示すように、基準断面位置（図３(f)）では、拡幅予定領域３の横断面輪郭線１１に沿って全て配置され、基準断面位置よりも横断面積が小さな断面位置（図２(b)〜図３(e)）では、基準断面位置での配置間隔とほぼ同等になるために必要な本数だけ横断面輪郭線１１に沿って配置され、残りがその背後に配置してある。

具体的に説明すると、小径シールドトンネル４−１〜４−１８は、図２及び図３に第１のトンネル群としてハッチングを施したことからもわかる通り、すべての断面位置で横断面輪郭線１１に沿った配置となるように、互いに隣接されながら基端側である発進エリア６ａから基準断面位置に向けて延設される一方、基準断面位置が近づくにつれて横断面輪郭線１１の周長が徐々に長くなる分、本線トンネル１の側には図４に示すように、小径シールドトンネル４−１〜４−１８が配置されないスペース３１が形成される。

一方、小径シールドトンネル５−１〜５−１８は、図２及び図３に第２のトンネル群として白抜きで描いたことからもわかる通り、横断面輪郭線１１から離間した状態から該横断面輪郭線に沿った状態へと配置変更されるように、横断面輪郭線１１に沿った小径シールドトンネルに次々に進入させる形で上述のスペース３１に向けて延設される。

図５(a)は、小径シールドトンネル５−１〜５−３の３本が、同図(b)はさらに小径シールドトンネル５−４〜５−５が、同図(c)はさらに小径シールドトンネル５−６〜５−８がそれぞれ発進エリア６ｂからスペース３１に向けて延設される様子を示したものであり、上述した図４にも、１８本の小径シールドトンネル４−１〜４−１８に加えて、小径シールドトンネル５−１がスペース３１に向けて延設される様子を併せて描いてある。

図６は、第１のトンネル群である小径シールドトンネル４−１〜４−１８によって形成されたスペース３１に対し、第２のトンネル群である小径シールドトンネル５−１〜５−１８がどのように延設されるのかを、スペース３１への進入位置とともに示した模式図であり、図２及び図３において、それらの右方向を０゜、反時計回りを正としたとき、±１８０゜となる側で切り開いてこれを０゜側から見た外周展開図として描いていある。

ここで、同図(a)は小径シールドトンネル４−１〜４−１８だけを、同図(b)は小径シールドトンネル５−１〜５−１８だけを描いてあり、同図(b)においては、横断面輪郭線１１から離間した配置状態を実線で、横断面輪郭線１１に沿った配置状態を破線でそれぞれ示してあるとともに、スペース３１への進入位置を黒丸で示してある。

同図(a)でわかるように、小径シールドトンネル４−１〜４−９は、角度位置が０゜から１８０゜の範囲で発進エリア６ａから延設され、角度位置が９０゜から１８０゜の範囲で基準断面位置に到達し、小径シールドトンネル４−１８〜４−１０は、角度位置が０゜から−１８０゜の範囲で発進エリア６ａから延設され、角度位置が−９０゜から−１８０゜の範囲で基準断面位置に到達するが、これらによって形成されたスペース３１に対し、小径シールドトンネル５−１は同図(b)に示すように角度位置０゜で発進エリア６ｂから延設され、断面位置Ａ１を過ぎたところでスペース３１に進入する、すなわち、横断面輪郭線１１から離間した状態から横断面輪郭線１１に沿った状態へと配置変更され、その後、小径シールドトンネル４−１に寄り添うように基準断面位置まで延設される。

また、小径シールドトンネル５−２は、発進エリア６ｂから小径シールドトンネル５−１とその上方で交差するように延設され、断面位置Ａ２を過ぎたところでスペース３１に進入し、その後、小径シールドトンネル５−１に寄り添うように基準断面位置まで延設され、小径シールドトンネル５−３は、小径シールドトンネル５−１，５−２とその上方で交差するように延設された後、断面位置Ａ３を過ぎたところでスペース３１に進入し、その後、小径シールドトンネル５−２に寄り添うように基準断面位置まで延設され、以下、同様にして、進入位置が基端側から基準断面位置にかけて順次シフトされつつ、該基準断面位置まで延設される。

小径シールドトンネル５−１８〜５−１０は、０゜方向から見たときに小径シールドトンネル５−１〜５−９と上下が対称となる点を除き、該小径シールドトンネルと概ね同様に配置されるので、ここではその説明を省略するが、これらと合わせると、小径シールドトンネル５−１〜５−１８は、５−１と５−１８、５−２と５−１７、５−３と５−１６という具合に２本ごとに細分化されてなるトンネル群ごとに、互いに異なる断面位置で横断面輪郭線１１に沿った状態への配置変更が行われる。

なお、小径シールドトンネル４−１〜４−１８及び小径シールドトンネル５−１〜５−１８は、第１のトンネル群と第２のトンネル群との間であれ、各群に属するもの同士であれ、基本的には任意の順序で構築することが可能であり、例えば小径シールドトンネル４−１〜４−１８を先行して延設した後、小径シールドトンネル５−１〜５−１８を、それらのスペース３１への進入位置が基端側に近いものから順次、上述の実施形態であれば、５−１，１８から開始して５−９，１０まで順次延設するようにしてもかまわないし、逆に終端側に近いものから順次、上述の実施形態であれば、５−９，１０から開始して５−１，１８まで順次延設するようにしてもかまわない。

前者の場合、小径シールドトンネル５−１〜５−１８は、横断面輪郭線１１に沿って先行配置された分を乗り越えながら、それらの間に割り込む形でスペース３１に進入し、後者の場合においては、横断面輪郭線１１に沿って先行配置された分をくぐり抜けるようにしながら、該先行配置分に寄り添わせるようにしてスペース３１に進入することになる。

このように計３６本からなる小径シールドトンネル４−１〜４−１８及び小径シールドトンネル５−１〜５−１８を拡幅予定領域３を取り囲むように本線トンネル１のトンネル軸線方向に沿って構築したならば、次に、これらを先受け構造体として図７に示すように外殻７１を構築する。

図７は、同図(a)に示すように横断面輪郭線１１から離間した状態（断面位置Ａ９）の２本の小径シールドトンネル５−９，５−１０が、同図(b)に示した移行区間を経て、同図(b)に示すように小径シールドトンネル５−８，５−１１の間に割り込むように進入して横断面輪郭線１１に沿った状態へと配置変更されるとともに、それらの箇所で外殻７１が構築される様子を示したものである。

外殻７１は、小径シールドトンネルのセグメントを適宜切り開いて該小径シールドトンネルの内部空間を互いに連通させながら、鉄筋コンクリート躯体として適宜構築することが可能であり、特に本実施形態では、同図(b)に示した移行区間を除き、小径シールドトンネル同士が近接配置されるため、止水性確保が必要になる地盤改良の範囲を最小限にとどめることが可能となる。

一方、同図(b)に示した移行区間だけは、小径シールドトンネル５−９，５−１０と、小径シールドトンネル５−８，５−１１との間に隙間が生じるが、この場合には、凍結や薬液注入といった地盤改良工事を適宜行えばよい。

外殻７１が構築されたならば、該外殻で囲まれた内側領域である拡幅予定領域３を掘削して拡幅部を形成し、次いで、該拡幅部に本線トンネル１とランプトンネル２の分岐合流部を構築する。

以上説明したように、本実施形態に係るシールドトンネルの拡幅部形成方法によれば、拡幅予定領域３の横断面積が最大となる断面位置を基準断面位置とし、該基準断面位置では、小径シールドトンネル４−１〜４−１８及び小径シールドトンネル５−１〜５−１８が拡幅予定領域３の横断面輪郭線１１に沿って全て配置されるように、基準断面位置よりも横断面積が小さな断面位置では、それらの小径シールドトンネルのうち、基準断面位置での配置間隔とほぼ同等になるために必要な本数だけ横断面輪郭線１１に沿って配置され、残りがその背後に配置されるように上述の小径シールドトンネルを延設することで先受け構造体を構築するとともに、横断面輪郭線１１から離間した状態の小径シールドトンネル５−１〜５−１８を、該横断面輪郭線に沿って配置された小径シールドトンネル４−１〜４−１８の間に形成されたスペース３１に進入させて横断面輪郭線１１に沿った状態へと配置変更するようにしたので、拡幅予定領域３の横断面輪郭線１１に沿った本数は、どの断面位置でも配置間隔がほぼ同等になるように増減される、換言すれば、拡幅予定領域３の横断面輪郭線１１に沿った小径シールドトンネルの配置密度は、どの断面位置でもほぼ同等になる。

そのため、横断面輪郭線１１から離間した状態からそれに沿った状態に移ろうとする移行区間を除けば、小径シールドトンネルはわずかな隙間で互いに近接され、土圧や水圧を支持する機能は十分に発揮されるとともに、止水性確保についても、地盤改良が必要な範囲を最小限にとどめることが可能となり、かくして、従来のように、断面位置によってルーフシールドの配置密度にばらつきが生じ、粗く配置された断面位置では、ルーフシールド間の隙間が大きくなって土圧及び水圧を支持するための地盤改良工事が大がかりになり、凍結や薬液注入が不可欠になるといった事態は未然に回避される。

また、本実施形態に係るシールドトンネルの拡幅部形成方法によれば、本線トンネル１の外側近傍であってそのトンネル軸線方向に沿って互いに離間するように発進エリア６ａ，６ｂをそれぞれ設け、該発進エリアから小径シールドマシンを分散発進させるようにしたので、発進エリアのスペース確保のために本線トンネル１を径方向に深く拡張する必要がなくなり、小径シールドマシン発進のためのコストを低減することが可能となる。

また、本実施形態に係るシールドトンネルの拡幅部形成方法によれば、複数本からなる小径シールドトンネルを、すべての断面位置で横断面輪郭線１１に沿った配置となる第１のトンネル群と、横断面輪郭線１１から離間した状態から横断面輪郭線１１に沿った状態へと配置変更される第２のトンネル群とに分け、第１のトンネル群に属する小径シールドトンネル４−１〜４−１８同士をすべての断面位置で互いに近接させるとともに、第２のトンネル群に属する小径シールドトンネル５−１〜５−１８を、横断面輪郭線１１に沿った状態への各配置変更が２本ごとに細分化されたトンネル群ごとに互いに異なる断面位置で行なわれるように延設したので、第２のトンネル群に属する各小径シールドトンネルの移行区間が最短に近い状態となるため、該移行区間における地盤改良工事を必要最小限にとどめることができる。

特に、本実施形態では、発進エリア６ａから発進させた小径シールドマシンで第１のトンネル群に属する小径シールドトンネル４−１〜４−１８を、発進エリア６ｂから発進させた小径シールドマシンで第２のトンネル群に属する小径シールドトンネル５−１〜５−１８をそれぞれ延設するようにしたので、すべての断面位置で横断面輪郭線１１に沿った配置となる第１のトンネル群が、拡幅予定領域３に最も近い発進エリア６ａから構築されることとなり、かくして小径シールドトンネルの曲折が少なくなり、小径シールドトンネル間の近接状態の実現が確実になるとともに、小径シールドトンネルの配置計画も容易になる。

本実施形態では特に言及しなかったが、発進エリア６ａ，６ｂを構築する時に本線トンネル１が少なくともその地点まで掘進されている必要がある以外は、本線トンネル１及びランプトンネル２の進捗状況とは無関係に各小径シールドトンネルの構築工事を進めることが可能であり、先行構築された本線トンネル１を取り囲むように各小径シールドトンネルを構築してもよいし、各小径シールドトンネルを構築した後、それらに囲まれた拡幅予定領域３に本線トンネル１が入り込むようにしてもかまわない。

また、本実施形態では、発進エリアを発進エリア６ａ，６ｂの２つとし、それらから小径シールドトンネル４−１〜４−１８と小径シールドトンネル５−１〜５−１８をそれぞれ発進させるようにしたが、発進エリアの数は、複数本からなる小径シールドトンネルの本数とシールドトンネルの外側近傍に配置可能な小径シールドトンネルの本数との兼ね合いで適宜設定すればよく、例えば、発進エリア６ｂからは地中構造物が近傍に存在するその他の事情により、９本の小径シールドトンネルしか延設できない場合には、図８に示すように、発進エリア６ａ，６ｂと同様の発進エリア６ｃを発進エリア６ｂの後方に構築して計３つの発進エリアとし、発進エリア６ａからは上述の実施形態と同様に小径シールドトンネル４−１〜４−１８を延設する一方、発進エリア６ｂからは小径シールドトンネル５−１〜５−９を、発進エリア６ｃからは小径シールドトンネル５−１８〜５−１０を延設するようにしてもかまわない。

また、本実施形態では、小径シールドトンネル５−１８〜５−１０を、０゜方向から見たときに小径シールドトンネル５−１〜５−９と上下が対称となるように配置したが、小径シールドトンネル５−１〜５−１８をスペース３１にどのように進入させるかは任意であって、必ずしも上下に対称となるよう進入させる必要はなく、例えば図９に示すように、小径シールドトンネル５−１〜５−１８を、本線トンネル１のトンネル軸線回りに右ネジ方向に捩りながら発進エリア６ｂから延設し、小径シールドトンネル４−１８を乗り越えた箇所でスペース３１に進入させる形でもかまわない。

なお、本変形例における小径シールドトンネル５−１〜５−１８は、横断面輪郭線１１に沿った状態への各配置変更が、上述した実施形態のように２本ごとに細分化されたトンネル群ごとに互いに異なる断面位置で行われるのではなく、一本ごとに互いに異なる断面位置で行われる。

そのため、第２のトンネル群に属する各小径シールドトンネル５−１〜５−１８の移行区間がほぼ最短となり、凍結や薬液注入等の地盤改良工事を最小限にとどめることができる。

また、本変形例においてスペース３１への進入位置は、上述した実施形態のように、角度位置が０゜で一定ではなく、角度位置が０゜から徐々にずれていき、基準断面位置では、−９０゜の角度位置でスペース３１に進入する配置となる。

また、本実施形態では、発進エリアを発進エリア６ａ，６ｂの２つに分けるようにしたが、本発明の小径シールドトンネルは、シールドトンネルの任意断面位置であってその外側近傍に設けられた発進エリアから適宜発進させることが可能であって、発進エリアを必ずしも分ける必要はなく、例えばシールドトンネルの外側近接位置から径方向に延びる鍔状又は扇状の発進エリアを設け、該発進エリア内でシールドトンネルに最も近い列を最前列とし、その背後の列を第２列、さらにその背後の列を第３列というふうにすることで、シールドマシンを一箇所から集中発進させるようにしてもかまわない。

図１０は、シールドトンネル１の外側近接位置から径方向に延びる鍔状の発進エリア１０１を設け、該発進エリア内でシールドトンネル１に最も近い列を最前列１０２、その背後の列を第２列１０３として、図中丸印で示したシールドマシンをそれぞれ発進させる例を示したものである。

１ 本線トンネル（シールドトンネル）
２ ランプトンネル
３ 拡幅予定領域
４−１〜４−１８ 小径シールドトンネル（第１のトンネル群）
５−１〜５−１８ 小径シールドトンネル（第２のトンネル群）
６ａ，６ｂ，６ｃ 発進エリア
１１ 横断面輪郭線
７１ 外殻

Claims (4)

1. シールドトンネルに拡幅部を形成する際、その拡幅予定領域を取り囲むように前記シールドトンネルのトンネル軸線方向に沿って複数本からなる小径シールドトンネルを延設し、該複数本の小径シールドトンネルを先受け構造体として拡幅部の外殻を構築した後、該外殻で囲まれた内側領域を掘削するシールドトンネルの拡幅部形成方法において、
   前記拡幅予定領域の横断面積が最大となる断面位置を基準断面位置とし、該基準断面位置では、前記複数本からなる小径シールドトンネルが前記拡幅予定領域の横断面輪郭線に沿ってすべて配置され、前記基準断面位置よりも横断面積が小さな断面位置では、前記複数本からなる小径シールドトンネルのうち、前記基準断面位置での配置間隔とほぼ同等になるために必要な本数だけが前記横断面輪郭線に沿って配置され、残りがその背後に配置されるように該複数本からなる小径シールドトンネルを延設することで前記先受け構造体を構築するとともに、前記拡幅予定領域の横断面積が単調増加する区間においては、前記横断面輪郭線から離間した状態の小径シールドトンネルを、前記横断面輪郭線に沿って配置された小径シールドトンネルの間に形成されたスペースに進入させて前記横断面輪郭線に沿った状態へと配置変更したことを特徴とするシールドトンネルの拡幅部形成方法。
2. 前記シールドトンネルの外側近傍であってそのトンネル軸線方向に沿って互いに離間するように複数の発進エリアをそれぞれ設け、該複数の発進エリアから前記小径シールドトンネルを構築するための小径シールドマシンを分散発進させる請求項１記載のシールドトンネルの拡幅部形成方法。
3. 前記複数本からなる小径シールドトンネルを、すべての断面位置で前記横断面輪郭線に沿った配置となる第１のトンネル群と、前記区間において前記横断面輪郭線から離間した状態から前記横断面輪郭線に沿った状態へと配置変更される第２のトンネル群とに分け、前記第１のトンネル群に属する小径シールドトンネル同士をすべての断面位置で互いに近接させるとともに、前記第２のトンネル群に属する各小径シールドトンネル又はそれらが細分化されてなる各トンネル群を、前記横断面輪郭線に沿った状態への各配置変更が互いに異なる断面位置で行われるように延設した請求項１記載のシールドトンネルの拡幅部形成方法。
4. 前記シールドトンネルの外側近傍であってそのトンネル軸線方向に沿って互いに離間するように複数の発進エリアをそれぞれ設け、該複数の発進エリアのうち、前記拡幅予定領域に最も近い発進エリアから発進する小径シールドマシンで前記第１のトンネル群に属する小径シールドトンネルを構築し、それ以外の発進エリアから発進する小径シールドマシンで前記第２のトンネル群に属する小径シールドトンネルを構築する請求項３記載のシールドトンネルの拡幅部形成方法。