JP4309219B2 - トンネル構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、トンネルへ通ずる地上からのアプローチ部を構築するトンネル構築方法に関するものである。

地下にトンネルを構築する場合、トンネル軸に沿ってトンネルの両側に山留め壁を構築し、その内部を掘削してトンネル函体を構築した後に埋戻しをおこない、山留め壁を撤去する開削工法がおこなわれている。
一方、道路や鉄道などの下に地下立体交差トンネルを構築する場合は、上記する開削工法による地上交通への障害を回避するために、シールド工法や推進工法による施工が一般的である。

シールド掘進機は、大別して密閉型のシールド掘進機とオープン型のシールド掘進機がある。密閉型のシールド掘進機は、そのテール内でセグメントを組立て、カッターディスクで掘削しながら既設セグメントに反力を取ることによりシールドジャッキにて前進させながらトンネルを構築するものである。一方、オープン型のシールド掘進機は、土被りの浅いトンネルを構築する際に使用されるシールド掘進機であって、バックホウにて前方の土砂を排除し、クレーンでセグメントをテール部に吊り下ろして設置し、該セグメントに反力を取りながら前進掘削してトンネルを構築するものである。特許文献１には、オープンシールド掘進機と該シールド掘進機を使用したオープンシールド工法についての発明が開示されている。

ところで、従来のトンネル施工においては、所定深度まで掘下げられた立坑からシールド掘進機を発進させ、地下深部から地上へ通ずるアプローチ部を構築する方法によっておこなわれていた。
特開２００２−７０４８１号公報

前記した従来のトンネル構築方法にあっては、次のような問題点がある。
＜１＞シールド掘進機を使用してトンネルを構築する場合は、所定深度まで立坑を構築する必要がある。この場合、立坑構築に要する工費と工期が施工全体への工費及び工期に影響を与える。
＜２＞地上から立坑を構築する場合、地上には比較的広範囲にわたる施工ヤードを確保する必要が生じ得る。立坑構築場所が交通導線に干渉する場合は、交通障害の原因となる。

上記のような問題を解決するために、本発明のトンネル構築方法は、トンネルへ通ずる地上からのアプローチ部を構築するトンネル構築方法であって、シールド掘進機を発進させるための発進部を構築する発進部構築工程と、前記シールド掘進機の天井を開閉可能に構成した該シールド掘進機を前記発進部から斜めへ掘進させ、前記シールド掘進機の天井より上方は地上から掘削し、所定深度までは断面視矩形の上部を開放したセグメントを前記シールド掘進機の天井の開放部を介して設置し、所定深度以深には断面視矩形のセグメントを設置するアプローチ部初期構築工程と、前記開放部を閉塞して前記アプローチ部初期構築工程にて構築したアプローチ部から延伸するアプローチ部の下段を構築し、前記シールド掘進機の天井を開放させながら該シールド掘進機を前記下段に設けたセグメント上に沿って掘進させて所定深度までの上段を構築し、所定深度以深の上段は前記開放部を閉塞した前記シールド掘進機を掘進させて構築するアプローチ部後続構築工程と、からなることを特徴とするトンネル構築方法である。

また、本発明のトンネル構築方法は、トンネルへ通ずる地上からのアプローチ部を構築するトンネル構築方法であって、シールド掘進機を発進させるための発進部を構築する発進部構築工程と、前記シールド掘進機の天井を開閉可能に構成した該シールド掘進機を前記発進部から斜めへ掘進させ、前記シールド掘進機の天井より上方は地上から掘削し、所定深度までは断面視矩形の上部を開放したセグメントを前記シールド掘進機の天井の開放部を介して設置し、所定深度以深には断面視矩形のセグメントを設置するアプローチ部初期構築工程と、前記開放部を閉塞して前記アプローチ部初期構築工程にて構築したアプローチ部から延伸するアプローチ部の下段を構築し、前記シールド掘進機の天井を開放させながら該シールド掘進機を前記下段に設けたセグメント上に沿って掘進させて上段を構築するアプローチ部後続構築工程と、からなることを特徴とするトンネル構築方法である。

また、前記するトンネル構築方法において、前記アプローチ部初期構築工程に並行して、別途のシールド掘進機により前記アプローチ部後続構築工程をおこなうことを特徴とするトンネル構築方法を使用できる。

また、前記トンネル構築方法において、前記シールド掘進機の天井に山留め板を着脱可能に備えた構成とし、前記アプローチ部初期構築工程の前記所定深度までの掘削時に前記山留め板を設置し、前記アプローチ部後続構築工程の前記上段の構築時に前記山留め板を設置することを特徴とするトンネル構築方法を使用できる。

また、前記トンネル構築方法によって間隔を置いて略並行に配した複数のアプローチ部を構築し、前記間隔を掘削して大断面アプローチ部を構築することを特徴とするトンネル構築方法を使用することができる。

さらに、前記トンネル構築方法において、断面視矩形の上部を開放した前記セグメントを設置した後に、該セグメントを構成する左右の側壁の天端に夫々設けた凹部に受け桁を係止させ、前記アプローチ部の延伸方向に略並列した前記受け桁上に覆工板を設置しながら前記所定深度以深に断面視矩形の前記セグメントを設置することを特徴とするトンネル構築方法を使用することができる。

本発明のトンネル構築方法は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果の少なくとも一つを得ることができる。
＜１＞トンネルの構築に際し、所定深度まで掘下げた立坑の構築を必要としないため、工費の低廉化と工期の短縮を図ることができる。
＜２＞深い立坑の構築を必要としないため、広範な施工ヤードを確保する必要がない。また、立坑構築場所が交通導線に干渉する場合でも、交通障害を最小限に抑えることができる。
＜３＞本発明のトンネル構築方法を使用して複数のアプローチ部を構築しながら大断面化することにより、大がかりな立坑を構築することなく大断面トンネルの構築が可能となる。

＜１＞全体の構成
本発明は、シールド掘進機１によるトンネル５の構築のうち、特に地上から地下のトンネル５へ連絡するアプローチ部６の構築方法に関するものである。
使用するシールド掘進機１は、矩形断面削孔用の密閉型のシールド掘進機１を使用するのがよい（図１参照）。また、密閉型のシールド掘進機１とオープン型のシールド掘進機を併用することもできる。

密閉型のシールド掘進機１は、その天井の一部又は全部を開閉可能な開閉機構１３を備えて製作するのがよい。アプローチ部６の構築において、地表近傍の比較的浅い深度（シールド掘進機１の高さよりも浅い範囲）を掘進する場合、天井に設けた開閉機構１３を開放してできる開放部１１を介して、地上から例えばクレーン等の重機３にてセグメント４を吊り下ろしながら設置する。

シールド掘進機１の天井には山留め板１２を備えて構成することもできる（図２参照）。すなわち、２つの山留め板１２，１２をシールド掘進機１の幅程度の間隔を置いてほぼ並行に直立させてシールド掘進機１の天井に配置し、かかる間隔に複数の間隔保持部材１２１，１２１を夫々の山留め板１２，１２に垂直に連結させて設置するものである。
山留め板１２をシールド掘進機１の天井に配置することにより、掘削深度がシールド掘進機１の高さ以深となっても一定の深度までは開放部１１を介して地上からセグメント４の吊り下ろし設置が可能となる。

密閉型のシールド掘進機１が該シールド掘進機１の高さよりも深い深度（山留め板１２をシールド掘進機１の天井に配置する場合は山留め板１２の高さを加味した深度）に達する際は、開閉機構１３を閉塞し、以降はシールド掘進機１内部から通常通りのセグメント４の設置をおこなうことができる。ここで、以降のアプローチ部６の構築は、下段６２と上段６３に分けておこなうのがよい。
以下に本発明のトンネル構築方法の詳細について説明する。

＜２＞発進部構築工程（図３）
発進部２は、地表または地表からアプローチ部６の傾斜を備えて浅く掘下げた掘下げ部である。地表または掘下げ端部にはシールド掘進機１発進用の反力壁９１を設置する。ここで、反力壁９１は、鋼材を組立てて構築してもよく、またコンクリート壁としてもよい。
発進部２を浅く掘下げた場合でも、通常の立坑を構築する場合に比べて広範な施工ヤードを必要としない。

＜３＞アプローチ部初期構築工程（図４）
発進部２から斜め下方へ発進したシールド掘進機１を、その高さ程度の深度まで掘進させる。その天井に開閉可能な開閉機構１３を備えて製作したシールド掘進機１において、開放部１１を介して地上からクレーン等の重機３にてセグメント４を吊り下ろして設置するため、その深度（所定深度）はシールド掘進機１の高さ程度となる。ここで、シールド掘進機１の天井に山留め板１２，１２を設置する場合は、シールド掘進機１の高さに山留め板１２の高さを加えた程度の高さを所定深度とできる。この場合は、シールド掘進機１の天井より下方の地盤はシールド掘進機１にて、天井より上方の地盤は地上からバックホウなどの重機３によって掘削するのがよい。
アプローチ部６１は発進部２から所定延長までは断面視矩形の上部を開放したＵ型のセグメント４１を設置し（図５参照）、それ以深は断面視矩形のセグメント４２を設置する（図６参照）。

上記するＵ型のセグメント４１を設置した後は、地上交通への一時的な開放や地上への施工ヤードの確保などを目的として覆工板８２を設置するのが好ましい。すなわち、Ｕ型のセグメント４１を構成する左右の側壁の天端に夫々設けた凹部４１１，４１１に例えばＨ形鋼などの受け桁８１を係止させ、アプローチ部６１の延伸方向に略並列させた複数の受け桁８１，８１上に覆工板８２を設置させる（図１０参照）。

＜４＞アプローチ部後続構築工程
アプローチ部初期構築工程にて所定深度までアプローチ部６１を構築した後は、該アプローチ部６１からさらに延伸するアプローチ部６を下段６２と上段６３の２段階に分けて施工する。ここで、シールド掘進機１の開閉機構１３を閉塞させた状態で該シールド掘進機１を所定延長掘進させながら断面視矩形のセグメント４２を設置していく（図７参照）。その後、下段６２を構築したシールド掘進機１を使用し、下段６２を形成するセグメント４２上に沿ってシールド掘進機１を掘進させながら上段６３を形成するセグメント４２を下段上に設置していく（図８、９参照）。

また、図示しないが、下段６２に設置するセグメント４２の天井には予めアプローチ部６の延伸方向に伸びる突条を設けておき、上段６３の施工に先立ってシールド掘進機１の下面には上記突条に嵌合する溝条を備えて構成しておくこともできる（当初からかかる構成としたシールド掘進機１を製作しておいてもよい）。この場合は下段６２のセグメント４２は上段６３施工時にシールド掘進機１を案内することができ、さらに施工精度の向上を図ることができる。

上段６３の施工においては、シールド掘進機１の高さ程度の深度（所定深度）までは、アプローチ部初期構築工程と同様に開閉機構１３を開放させた状態でシールド掘進機１を掘進させるのがよい。シールド掘進機１の天井に山留め板１２，１２を設置する場合は、シールド掘進機１の高さに山留め板１２の高さを加えた程度の高さを所定深度とできる。この場合は、シールド掘進機１の天井より下方の地盤はシールド掘進機１にて、天井より上方の地盤は地上からバックホウなどの重機３によって掘削できる。

所定深度以深の上段６３の施工に際しては、開放部１１を閉塞させてシールド掘進機１を掘進させながらセグメント４２を設置していく。

なお、上段６３の構築を開放部１１を開放させた状態で（閉塞させることなく）掘進機１の掘進をおこなうこともできる。例えば、交差点部などで土被りが１．５ｍ程度と比較的浅い場合などにおいては、かかる区間のアプローチ部６は開放部１１を閉塞させる必要性がないからである。

施工延長については、トンネル５の一般部（ほぼ水平に延伸する区間）まで一気に下段６２を構築した後に下段６２を施工したシールド掘進機１を上段６３の施工に使用することもできるし、下段６２をある程度の延長区間施工した後、別途のシールド掘進機１で上段６３を施工することもできる。この場合はシールド掘進機１が少なくとも２機必要にはなるものの工期の短縮につながる。

上記する下段６２及び上段６３のセグメント４２の設置が完了した後、下段６２を構成する上床版と上段６３を構成する下床版を撤去するなどし、上段６３のセグメント４２の側壁と下段６２のセグメント４２の側壁を結合してアプローチ部６を完成させることができる。

本実施例は、上記するトンネル構築方法によって、大断面トンネルに通ずる大断面アプローチ部７を構築する方法に関する。
発進部構築工程とアプローチ部初期構築工程とアプローチ部後続構築工程を経て１列のアプローチ部６を構築する。ここで、シールド掘進機１を２機使用し、アプローチ部初期構築工程と並行してアプローチ部後続構築工程をおこなうこともできる。
次に、既設アプローチ部６を構築したシールド掘進機１を使用し、既設アプローチ部６に所定の間隔１００を置いて既設アプローチ部６に並行するアプローチ部６を構築する（図１１参照）。造成する大断面アプローチ部７の大きさと使用するシールド掘進機１の掘進断面に応じて、並行するアプローチ部６を３列以上構築する必要も生じる。
ここで、シールド掘進機１を２機以上使用して、複数のアプローチ部６，６を並行して構築することもできる。

次に、間隔１００を地上から例えばバケット掘削しながら掘下げる（図１２参照）。掘下げ時には、間隔１００の両側のアプローチ部６，６夫々の側壁が山留め壁の役割を担うため、土砂の崩壊なく地盤の掘下げが可能となる。

間隔１００の掘下げをアプローチ部６の延伸方向にわたって完了させた後、または間隔１００の掘下げが完了した範囲から順に、アプローチ部６，６を構成する側壁や天井、底版などのうち、本設構造物の構造部材ではない部材の解体撤去をおこないながら本設の大断面アプローチ部７を構築する。

本発明で使用する異径断面シールド掘進機を示した縦断図。 山留め板を設置した異径断面シールド掘進機を示した縦断図。 発進部構築工程を説明した縦断図。 アプローチ部初期構築工程を説明した縦断図。 図４のＡ−Ａ矢視図。 図４のＢ−Ｂ矢視図。 アプローチ部後続構築工程のうち、下段の構築を説明した縦断図。 アプローチ部後続構築工程のうち、上段の構築を説明した縦断図。 アプローチ部後続構築工程のうち、上段の構築を説明した縦断図。 断面視矩形の上部を開放したセグメントに受け桁及び覆工板を設置している状況を説明した斜視図。 大断面アプローチ部の構築方法を説明した断面図。 大断面アプローチ部の構築方法を説明した断面図。

符号の説明

１・・・シールド掘進機
１１・・開放部
１２・・山留め板
２・・・発進部
３・・・重機
４・・・セグメント
４１１・凹部
５・・・トンネル
６・・・アプローチ部
６２・・下段
６３・・上段
７・・・大断面アプローチ部
８１・・受け桁
８２・・覆工板
１００・間隔

Claims (6)

1. トンネルへ通ずる地上からのアプローチ部を構築するトンネル構築方法であって、
   シールド掘進機を発進させるための発進部を構築する発進部構築工程と、
   前記シールド掘進機の天井を開閉可能に構成した該シールド掘進機を前記発進部から斜めへ掘進させ、前記シールド掘進機の天井より上方は地上から掘削し、所定深度までは断面視矩形の上部を開放したセグメントを前記シールド掘進機の天井の開放部を介して設置し、
   所定深度以深には断面視矩形のセグメントを設置するアプローチ部初期構築工程と、
   前記開放部を閉塞して前記アプローチ部初期構築工程にて構築したアプローチ部から延伸するアプローチ部の下段を構築し、前記シールド掘進機の天井を開放させながら該シールド掘進機を前記下段に設けたセグメント上に沿って掘進させて所定深度までの上段を構築し、
   所定深度以深の上段は前記開放部を閉塞した前記シールド掘進機を掘進させて構築するアプローチ部後続構築工程と、
   からなることを特徴とする、
   トンネル構築方法。
   
2. トンネルへ通ずる地上からのアプローチ部を構築するトンネル構築方法であって、
   シールド掘進機を発進させるための発進部を構築する発進部構築工程と、
   前記シールド掘進機の天井を開閉可能に構成した該シールド掘進機を前記発進部から斜めへ掘進させ、前記シールド掘進機の天井より上方は地上から掘削し、所定深度までは断面視矩形の上部を開放したセグメントを前記シールド掘進機の天井の開放部を介して設置し、
   所定深度以深には断面視矩形のセグメントを設置するアプローチ部初期構築工程と、
   前記開放部を閉塞して前記アプローチ部初期構築工程にて構築したアプローチ部から延伸するアプローチ部の下段を構築し、
   前記シールド掘進機の天井を開放させながら該シールド掘進機を前記下段に設けたセグメント上に沿って掘進させて上段を構築するアプローチ部後続構築工程と、
   からなることを特徴とする、
   トンネル構築方法。
   
3. 請求項１又は２記載のトンネル構築方法において、
   前記アプローチ部初期構築工程に並行して、別途のシールド掘進機により前記アプローチ部後続構築工程をおこなうことを特徴とする、
   トンネル構築方法。
   
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のトンネル構築方法において、
   前記シールド掘進機の天井に山留め板を着脱可能に備えた構成とし、
   前記アプローチ部初期構築工程の前記所定深度までの掘削時に前記山留め板を設置し、
   前記アプローチ部後続構築工程の前記上段の構築時に前記山留め板を設置することを特徴とする、
   トンネル構築方法。
   
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載のトンネル構築方法によって間隔を置いて略並行に配した複数のアプローチ部を構築し、
   前記間隔を掘削して大断面アプローチ部を構築することを特徴とする、
   トンネル構築方法。
   
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のトンネル構築方法において、
   断面視矩形の上部を開放した前記セグメントを設置した後に、該セグメントを構成する左右の側壁の天端に夫々設けた凹部に受け桁を係止させ、前記アプローチ部の延伸方向に略並列した前記受け桁上に覆工板を設置しながら前記所定深度以深に断面視矩形の前記セグメントを設置することを特徴とする、
   トンネル構築方法。

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