JP2015151674A - 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における拡幅部の形成方法は、各小径シールドトンネルを、拡幅予定領域３の横断面積が最大となる基準断面位置でそれらが拡幅予定領域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、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配置してあり、小径シールドトンネル５−１〜５−１８は、横断面輪郭線１１に沿った状態への配置変更がなされる角度位置を０゜に保ちながら、基準断面位置まで延設される。
【選択図】 図３

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するとともに、前記進入による配置変更が行われる前記横断面輪郭線上の角度位置を前記区間にわたってほぼ一定にしたものである。

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、前記角度位置を、前記シールドトンネルに近接した角度位置とするものである。

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、前記小径シールドトンネルと前記シールドトンネルとが近接する角度位置にて該小径シールドトンネル及び該シールドトンネルにそれぞれ開口を設けることにより、該各開口を介して前記小径シールドトンネルの内部空間と前記シールドトンネルの内部空間とを相互に連通させるものである。

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、これら小径シールドトンネルで土圧や水圧を概ね支持することができるとともに、小径シールドトンネル同士のわずかな隙間に対する止水性確保も、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。

加えて、上述した進入による配置変更が行われる横断面輪郭線上の角度位置が上述の区間にわたってほぼ一定であるため、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は、ほぼ同じ角度位置でシールドトンネルの材軸方向に延びる。

したがって、移行区間で地盤改良工事が必要になるとしても、その箇所は常に同じ角度位置となり、凍結や薬液注入の負担が軽減される。

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。

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。

本発明では、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た状態へと配置変更するにあたり、それらの配置変更が行われる横断面輪郭線上の角度位置をどの角度位置で一定にするかは任意であるが、該角度位置を、シールドトンネルに近接した角度位置としたならば、複数本からなる小径シールドトンネルのうち、配置変更される小径シールドトンネルは、それらのすべてがいずれかの断面位置でシールドトンネルに必ず近接するので、該近接位置でシールドトンネルと小径シールドトンネルとを連通させれば、両者をつなぐ作業通路が小径シールドトンネルごとに確保される。

したがって、移行区間で地盤改良工事が必要になったとしても、上述の作業通路とを介して地盤改良に必要な資材や機器をシールドトンネル側から小径シールドトンネル側に搬入することが可能となり、かくして地盤改良工事の負担が大幅に軽減される。

具体的には、小径シールドトンネルとシールドトンネルとが近接する角度位置にて該小径シールドトンネル及び該シールドトンネルにそれぞれ開口を設けることにより、該各開口を介して小径シールドトンネルの内部空間とシールドトンネルの内部空間とを相互に連通させるようにすればよい。

小径シールドトンネルを一定の角度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するにあたっては、各小径シールドトンネルをそれぞれシールドトンネルに確実に近接させるべく、該小径シールドトンネルを１本ずつ配置変更する構成が望ましいが、シールドトンネルとの相互連通が可能であれば、必ずしも１本ずつ配置変更する必要はなく、平均的な角度位置がほぼ一定である数本の小径シールドトンネルをまとめて配置変更するようにしてもかまわない。

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。 シールドトンネル１と小径シールドトンネル５−９、及びシールドトンネル１と小径シールドトンネル５−１０とをそれぞれ連通させることで作業通路を確保する様子を示した図であり、(a)は横断面図、(b)はＢ−Ｂ線に沿う水平断面図。 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。

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。

一方、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を過ぎたところで同じく角度位置０゜でスペース３１に進入する、すなわち、角度位置０゜で横断面輪郭線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を過ぎたところで角度位置０゜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を過ぎたところで角度位置０゜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、小径シールドトンネル５−９まで同様に延設される。

小径シールドトンネル５−１８〜５−１０についても同様であるが、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。

このように、小径シールドトンネル５−１〜５−１８は、スペース３１への進入による配置変更が行われる位置を、横断面輪郭線１１上の角度位置については０゜に保ちながら、本線トンネル１のトンネル軸線に沿った位置については基端側から終端側にかけて順次シフトさせつつ、５−１と５−１８、５−２と５−１７、５−３と５−１６という具合に２本ずつまとめてスペース３１に進入し、基準断面位置まで延設される。

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、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、５−１，５−１８から開始して５−９，５−１０まで順次延設するようにしてもかまわないし、逆に進入位置が終端側に近いものから順次、上述の実施形態であれば、５−９，５−１０から開始して５−１，５−１８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、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できるが、その作業を行うために必要な止水確保のための地盤改良は、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、最小限にとどまる。

また、同図(b)に示した移行区間においては、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ため、一定規模の地盤改良を行う必要があるが、この場合においても、シールドトンネル１との間に形成される作業通路を利用することで、作業負担が大幅に軽減される。

すなわち、上記移行区間において地盤改良を行うには、まず、図７(c)で示した断面位置において、図８に示すように、シールドトンネル１のセグメントを内側空間８０から切り開くことで該シールドトンネルに開口８１を設けるとともに、該開口を利用して小径シールドトンネル５−９，５−１０の各セグメントを外側から切り開くことで、該各小径シールドトンネルに開口８３，８３をそれぞれ形成する。かかる作業を行うにあたっては、切り開きが行われる箇所近傍の地盤を予めシールドトンネル１の側から地盤改良しておく。

このようにすると、シールドトンネル１の内部空間８０と小径シールドトンネル５−９の内部空間８４、及びシールドトンネル１と小径シールドトンネル５−１０の内部空間８４とが開口８１，８３を介してそれぞれ相互連通されるので、これらを作業通路として、地盤改良に必要な資材や設備をシールドトンネル１の内部空間８０から小径シールドトンネル５−９，５−１０の各内部空間８４にそれぞれ搬入する。

次に、これらの資材や設備を、図７(b)に示す断面位置、図８(b)で言えば移行区間と記した位置まで若干距離を移動し、次いで、図７(b)の断面位置に示した隙間を地盤改良する。

地盤改良は、小径シールドトンネル５−９，５−１０の各内部空間８４から周辺地山に向けてロッドを差し込み、該ロッドを介して薬液を注入することで可能である。

このようにして隣接する小径シールドトンネル間の地盤改良が行われたならば、それら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外殻７１を構築する。

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配置変更され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、止水確保に必要な地盤改良については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。

加えて、上述した進入による配置変更が行われる横断面輪郭線１１上の角度位置がほぼ一定であるため、移行区間がほぼ同じ角度位置でシールドトンネル１の材軸方向に延びる。

したがって、移行区間で地盤改良工事が必要になるとしても、その箇所は常に同じ角度位置となり、凍結や薬液注入の負担が軽減される。

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、上述の角度位置を、シールドトンネル１に近接した角度位置、本実施形態では０゜としたので、複数本からなる３６本の小径シールドトンネルのうち、配置変更される小径シールドトンネル５−１〜５−１８は、それらのすべてがいずれかの断面位置でシールドトンネル１に必ず近接する。

そのため、上述の近接位置でシールドトンネル１と小径シールドトンネル５−１〜５−１８とを相互連通させれば、両者をつなぐ作業通路が小径シールドトンネル５−１〜５−１８ごとにかつそれぞれの移行区間のすぐ近くに確保される。

すなわち、小径シールドトンネル５−１〜５−１８とシールドトンネル１とが近接する角度位置にて該小径シールドトンネル及び該シールドトンネルにそれぞれ開口８３，８１を設けることにより、該各開口を介して小径シールドトンネル５−１〜５−１８の内部空間とシールドトンネルの内部空間とを相互に連通させるようにしたので、移行区間で地盤改良工事が必要になったとしても、作業員が発進エリア６ｂから小径シールドトンネル５−１〜５−１８に入り、腰をかがめながら長い距離を歩くことなく、内径に十分な余裕のあるシールドトンネル１の側から上述の作業通路を介して小径シールドトンネル５−１〜５−１８に入るとともに、該小径シールドトンネルの側に地盤改良に必要な資材や機器を搬入し、すぐ近くの移行区間で地盤改良の作業を行うことが可能となり、かくして地盤改良工事の負担が大幅に軽減される。

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。

但し、小径シールドトンネル５−１〜５−１８の移行区間で地盤改良を行う時点では、該移行区間の近くでシールドトンネル１との相互連通が可能となるように、シールドトンネル１を延伸しておく。

また、本実施形態では、小径シールドトンネル５−１〜５−１８を、５−１と５−１８、５−２と５−１７、５−３と５−１６という具合に２本ずつまとめてスペース３１に進入させるようにしたが、これに代えて、図９に示すように、１本ずつスペース３１に進入させるようにしてもよい。

同図に示した配置パターンでは、小径シールドトンネル５−１は同図(b)に示すように、断面位置Ａ１を過ぎたところで角度位置０゜で横断面輪郭線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４−１８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５−１８は、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、角度位置０゜でスペース３１に進入した後、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、小径シールドトンネル５−２は、小径シールドトンネル５−１８とその上方で交差するように延設された後、断面位置Ａ２を過ぎたところで角度位置０゜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る（以下、同様）。

このような構成においても、上述した実施形態と同様の作用効果を奏するほか、小径シールドトンネル５−１〜５−１８が一本ずつ角度位置０゜でスペース３１に進入するため、シールドトンネル１との間に形成される作業通路もすべて角度位置０゜となり、作業性の向上が期待できる。

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 発進エリア
１１ 横断面輪郭線
７１ 外殻
８０ シールドトンネル１の内部空間
８１ シールドトンネル１に設けられる開口
８３ 小径シールドトンネル５−１〜５−１８に設けられる開口
８４ 小径シールドトンネル５−１〜５−１８の内部空間

Claims (3)

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するとともに、前記進入による配置変更が行われる前記横断面輪郭線上の角度位置を前記区間にわたってほぼ一定に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. 前記角度位置を、前記シールドトンネルに近接した角度位置とする請求項１記載のシールドトンネルにおける拡幅部の形成方法。
3. 前記小径シールドトンネルと前記シールドトンネルとが近接する角度位置にて該小径シールドトンネル及び該シールドトンネルにそれぞれ開口を設けることにより、該各開口を介して前記小径シールドトンネルの内部空間と前記シールドトンネルの内部空間とを相互に連通させる請求項２記載のシールドトンネルの拡幅部形成方法。