JP4319122B2 - 分岐トンネルの分合流部構造及びその構築方法 - Google Patents

Description

この発明は、土木建築等の工事現場において、トンネル掘削の際に使用するシールド掘進機を利用して施工した本線トンネルから地上若しくは他に分岐する分岐トンネルの分合流部分の構造及びその構築方法に関するものである。

現在、首都圏や都市部等の住宅の密集した地域の渋滞解消の目的で、多くの道路が計画、又は、建設されている。それらの道路は、地上の用地取得が困難なため、地下に建設されることが増えてきている。

従来、シールド機で地下高速道路等のトンネルの分合流部を構築する場合、地盤改良し、止水した後、パイプルーフを施工し、トンネルの分合流部を構築していた。このパイプルーフ工法を用いた場合、分合流部の上下地盤の土留めをする頂底版パイプルーフを支える支保材が必要であった。これら従来の技術として、特許文献に記載のあるものとしては次の（１）の１件を挙げる。
（１）特許文献１（特開２００３−１４８０８６号公報）

掘削可能なセグメントを２つのトンネルが対向する側面に配置し、このトンネルの坑内から分合流部を構成する鉛直方向支持部材を、補強部材を兼ねて構築する。ランプ出入口に構築したＵ字擁壁部の一方から矩形シールドをトンネル間に向けて掘進し、該トンネル間を掘削すると同時に掘削可能なセグメントを掘削する。矩形シールドをトンネルと並進した後に路上部の他のＵ字擁壁へ向けて掘進し、分合流部の掘削後、一方のトンネルのセグメントと補強部材を取り外し、分合流部と一方のトンネルのセグメントとの一体化を行う。

特許文献１は、矩形シールド機を２つのトンネル間に掘進させてはいるものの、２つのトンネル間を、接続連結部のセグメントを解体しながら、掘削しているため、ランプ構造物を構築する際の水平防護には、従来通りの工費や工期がかかり、工事の安全度も旧態依然であった。
特開２００３−１４８０８６号公報

しかしながら、このような従来の技術では、トンネル分合流部の施工方法は、シールド工法のみを使用しており、地盤改良を施す為の注入管を覆工体の外側の地中に挿入することはあるものの、その注入圧までは覆工体のみでは支えきれず、新たに支保材や覆工体を構築しながら掘削していかなければならず、構築作業が大変であった。

そこで、この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、新たに覆工体を構築しながら掘削することなく、容易に、且つ、安全に施工できる分岐トンネルの分合流部構造及びその構築方法を提供することを課題とする。

係る課題を達成するために、この発明は提案されたものであり、請求項１に記載の発明は、併設する二つの本線トンネルの間に構築される分合流部の構造において、前記二つの本線トンネルの間に分岐トンネルが構築され、前記分岐する方の第一の本線トンネルから前記分岐トンネルの上下に山留材が挿設され、前記山留材の先端部が前記分岐しない方の第二の本線トンネルの覆工体の近傍に延設され、前記上下の山留材で囲まれた内側と前記第一の本線トンネルの覆工体の内側に、鉄筋コンクリート又は鉄骨コンクリートの分合流部躯体が構築され、該分合流部躯体の内側に分合流部空間が形成されたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加えて、前記山留材としてパイプルーフを使用し、該パイプルーフと前記コンクリートを一体構造としたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、併設する二つの本線トンネルの間に、該二つの本線トンネルの一つから分岐する分岐トンネルの分合流部の構築方法において、前記分岐トンネルを前記分岐する方の第一の本線トンネルに近接させて掘削し、前記第一の本線トンネルの覆工体側から分岐トンネルの上下に山留材を挿通して、該上下の山留材の挿通先端を前記分岐しない方の第二の本線トンネル覆工体の上下に近接するように延設すると共に、該上下の山留材に支保材を配設しながら、前記上下の山留材で囲まれた内部地山を掘削し、当該掘削された空間及び前記第一の本線トンネルの内側に鉄筋コンクリート又は鉄骨コンクリートを打設して分合流部空間を擁する分合流部躯体を構築したことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の構成に加えて、前記第二の本線トンネルの近傍に支保構造壁を構築するための間隔を確保して、前記分岐トンネルを掘削したことを特徴とする。

上記、請求項１に記載の発明によれば、併設する二つの本線トンネルの間に構築される分合流部の構造において、前記二つの本線トンネルの間に分岐トンネルが構築され、前記分岐する方の第一の本線トンネルから前記分岐トンネルの上下に山留材が挿設され、前記山留材の先端部が前記分岐しない方の第二の本線トンネルの覆工体の近傍に延設され、前記上下の山留材で囲まれた内側と前記第一の本線トンネルの覆工体の内側に、鉄筋コンクリート又は鉄骨コンクリートの分合流部躯体が構築され、該分合流部躯体の内側に分合流部空間が形成されたことを特徴とするので、本線トンネル上下の空間を利用して、容易に山留材を施工でき、この山留材による分岐トンネルに接合する分合流部構造体を安全、且つ容易に構築することができる。また、前記二つの本線トンネル自体も山留めの役目を果たし、土水圧による滑動を防止できるため、容易に内部地山を掘削できる。さらに、本線トンネル覆工体を構造体の一部として使用することにより、新たな土留めの施工工程を必要とせず、分合流部構築の工費節減及び工期短縮に寄与する。しかも、第二の本線トンネルは分合流部構築時においても、通行制限を行うことにより、通行が可能である。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の効果に加えて、前記山留材としてパイプルーフを使用し、該パイプルーフと前記コンクリートを一体構造としたことを特徴とするので、前記上下のパイプルーフの配設により、前記分岐トンネルの覆工体を解体するに際しても水平防護されているため、より簡単に且つ迅速に解体できる。更に、本来仮設構造体として配置するパイプルーフや本線トンネル又は分岐トンネル覆工体の一部を本体構造の一部として有効活用できる。

請求項３に記載の発明によれば、併設する二つの本線トンネルの間に、該二つの本線トンネルの一つから分岐する分岐トンネルの分合流部の構築方法において、前記分岐トンネルを前記分岐する方の第一の本線トンネルに近接させて掘削し、前記第一の本線トンネルの覆工体側から分岐トンネルの上下に山留材を挿通して、該上下の山留材の挿通先端を前記分岐しない方の第二の本線トンネル覆工体の上下に近接するように延設すると共に、該上下の山留材に支保材を配設しながら、前記上下の山留材で囲まれた内部地山を掘削し、当該掘削された空間及び前記第一の本線トンネルの内側に鉄筋コンクリート又は鉄骨コンクリートを打設して分合流部空間を擁する分合流部躯体を構築したことを特徴とするので、本線トンネル上下の空間を利用して、容易に山留材を施工でき、この山留材によって分岐トンネルを形成するための空間を確保することができる。また、本来仮設構造体として配置する山留材や覆工体の一部を本体構造の一部として有効活用できる。特に、本線トンネル覆工体を本体構造体の一部として使用することにより、トンネルの内空に構造体を建築できる限界を有効に活用できるため、新たな土留めの施工工程を必要とせず、分岐部構築の工費節減及び工期短縮に寄与する。

請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の効果に加えて、前記第二の本線トンネルの近傍に支保構造壁を構築するための間隔を確保して、前記分岐トンネルを掘削したことを特徴とするので、新たに支保構造壁を構築するために、前記第二の本線トンネルの内部にまで侵食する必要がなく、効率的な作業ができる。第一の本線トンネル及び分岐トンネルから、それぞれの覆工体を解体し、順次に掘削することができるので、安全且つ短期間に分合流部躯体を形成する空間を確保することができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について説明する。
〔発明の実施の形態１〕

この発明の実施の形態１では、パイプルーフ工法によるランプトンネルの分合流部構造及びその構築方法について詳細に説明する。図１乃至図７は、この発明の実施の形態１に係る図で、図１乃至図３は、分合流部の施工工程を、図４及び図５は、分合流部の異なる断面部分の構造を示している。

図１に示すように、この発明の実施の形態１に係る、地中に構築された複数の道路用トンネルの内、本線トンネル１及び本線トンネル２が併設している。
《分岐トンネル３を本線トンネル１に近接して施工する》

更に、本線トンネル１及び本線トンネル２の間にこれら本線トンネル１，２と略平行に、本線トンネル１に合流又は分流する分岐トンネル３が構築されている。この分岐トンネル３は、合流又は分流する本線トンネル１に近接して構築されている。他方、支保構造壁たる分合流部分岐トンネル側壁４を構築するための間隔を確保するため、前記分岐トンネル３は本線トンネル２と離れて構築されている。
《本線トンネル１、２内より周辺地山に地盤改良を施す》

分岐トンネル３は、シールド工法で掘進するが、当該分岐トンネル３が施工される予定の周辺地山に両本線トンネル１、２から地盤改良が施され、その地山を「地盤改良された周辺地山５」とする。この地盤改良は、地盤条件によって施工されるもので、必要に応じて局所的に施工したり、または、省略することができる。
《本線トンネル２内に鉛直及び水平支保材６を設置する》

分岐トンネル３が施工されたことで、本線トンネル２の覆工体へ掛かるようになった裏込め圧を、本線トンネル２内に設置された鉛直及び水平支保材６で受ける。この裏込め圧が大きい場合は、更に別途、地盤改良等を検討する。本線トンネル２の鉛直・水平支保材６は、覆工体の強度によって省略することができる。
《上版パイプルーフ７及び下版パイプルーフ８を設置する》

次に、前記分岐する方の本線トンネル１より、前記分岐トンネル３の上に上版パイプルーフ７が、下に下版パイプルーフ８が構築されている。図４乃至図７に示すように、上下版パイプルーフ７、８を構成する各単体であるパイプ１２の先端は、前記分岐しない方の本線トンネル２の覆工体に近接するように延設されている。
《地盤改良された周辺地山５の一部であって、本線トンネル２に前記パイプルーフ７、８の各パイプ１２の先端が近接する縁付近の地山９に補足地盤改良を施す》

本線トンネル２と上下版パイプルーフ７、８の近接する縁付近の地山９に止水用の補足地盤改良が施されている。この補足地盤改良は、止水性を増した地盤と成すために、上下同時に又は順次施工される。この補足地盤改良は、地盤条件によって施工されるもので、本線トンネル２から行うことができる。
《本線トンネル１及び分岐トンネル３の覆工体の一部を撤去し、掘削することで、拡幅施工する》

図２に示すように、拡幅作業が進められる。すなわち、分岐する方の本線トンネル１より、仮設鉛直支保材１０が施工されつつ、本線トンネル１の覆工体の一部が取り外されて地山が掘削され、分岐トンネル３の覆工体の一部も取り外され、本線トンネル２の覆工体の外側まで掘削される。

このように、覆工体の一部を撤去する拡幅作業は、本線トンネル１と分岐トンネル３から同時あるいは対応するように、覆工体の一部の上から順に行い、迅速に仮設支保材１０を仮設する。これに従って、補強梁部材１１を水平に設置する。係る覆工体の解体及び掘削の作業は分合流部区間の一方の端部側の妻部から他方の端部側の妻部に向かって順次行うようにしている。従って、安全且つ短期間に分合流部躯体１６を形成する空間を確保することができる。

また、妻部については、上から順に掘削し、掘削と共に妻部山留材１２を仮設し、山留めを施していく。図４、図６には、トンネル分合流拡幅部を構築した状態の、トンネル分合流拡幅部のトンネル長方向に対して垂直な断面図を、図５、図７には、トンネル長方向を含む断面図を示す。より詳しくは、後述する。

前記仮設鉛直支保材１０構築時に図示しない作業架台も構築される。上下版パイプルーフ７、８を構築するための掘削方法は、ケーシングを電動モータで回転させながら回転軸方向に押し込むスクリューオーガ式で、上下版パイプルーフ７、８は、上下同時に又は順次施工される。上下版パイプルーフ７、８は、図示しないジョイントを介して隣接するパイプルーフ７、８と連結しながら地盤改良された周辺地山５中に挿通していく。上下版パイプルーフ７、８を、前記分合流部躯体１６を構築するために間隔を空けて仮設した鉛直支保材１０で、支持し、掘削されて形成された空間内の上下に補強梁部材１１が構築される。

図３に示すように、本線トンネル１の覆工体部分を補強すべく、覆工体内側部分にコンクリートが打設され、分合流部本線トンネル側壁１３が、更に、上版パイプルーフ７を埋設するように、その下にコンクリートを打設し、分合流部上版１４が、下版パイプルーフ８も埋設するように、その上にコンクリートを打設し、分合流部下版１５が、前記分合流部分岐トンネル側壁４もコンクリートで構築し、本発明に係る鉄筋コンクリートまたは鉄骨コンクリートの分合流部躯体１６が完成する。

図１乃至図３に示された、二つの本線トンネル１、２及び分岐トンネル３が約２００ｍに及ぶ路線長で併設するトンネル分合流部分の両端を除く任意のトンネル長方向垂直断面の施工工程は、その完成時の断面構造として、図７のＡ−Ａ線に沿うトンネル長方向垂直断面が図６に、図６のＢ−Ｂ線に沿うトンネル長方向断面が図７に、示されている。上下版パイプルーフ７、８は、打設したコンクリートに埋設され、分合流部躯体の一部として、活用される。ところで、分合流部躯体は、本線トンネル１、２及び分岐トンネル３の覆工体毎に、すなわち、これらのトンネルを輪切りにして、トンネル長方向に、図１乃至図３に示された施工工程が、繰り返されながら、構築されていく。その際に、図１乃至図３に示された施工工程の１サイクルが進行する間、図４に示すように、掘削が進んでいない妻側地山の妻部山留材１２は、別途簡易な掛矢板等を上方から下方にて、壁状に施工する。
《トンネル分合流拡幅部の本体である分合流部躯体１６（分合流部分岐トンネル側壁４、分合流部本線トンネル側壁１３、分合流部上版１４、分合流部下版１５から成る）を構築する》

図３に示すように、トンネル分合流拡幅部の本体である分合流部躯体１６が、分合流部内壁のコンクリートが養生後、硬化して、構築される。この躯体１６の構造は、鉄骨の上版パイプルーフ７、下版パイプルーフ８と本線トンネル１の覆工体とが連結し、一体化する。上版パイプルーフ７内にはＨ形鋼材を配置し、上版パイプルーフ７へコンクリートを打設して分岐部頂版を構築する際にパイプルーフ７内部にもコンクリート等の充填剤を充填することが好適である。勿論、下版パイプルーフ８についても同様である。コンクリートの打設は、崩落の危険を少しでも減らすために下の方から、分合流部下版１５、分合流部分岐トンネル側壁４、分合流部側壁１３、分合流部上版１４の順に行う。分合流部上版１４及び分合流部下版１５の反力受けとして仮設した鉛直支保材１０を、本線トンネル１の覆工体本体の一部として利用する。本線トンネル１の分岐幅最大端部内にコンクリートを打設し、分合流部上版１４及び分合流部分岐トンネル側壁４を構築し、分合流部下版１５等と一体化して分合流部躯体１６を構築し、その内部空間を分合流部空間１７とする。なお、妻部側には妻部コンクリート１８を打設する。
《トンネル分合流拡幅部から無用になった鉛直支保材１０を撤去する》

図３に示すように、分合流部上版１４、分合流部下版１５、分合流部分岐トンネル側壁４及び分合流部側壁１３を構成するコンクリートが養生され、硬化し構築された後、不要になった仮設鉛直支保材１０を撤去する。分岐トンネル３側の本線トンネル１の覆工体を取り外した後の地山の崩れを防ぐために水平に補強梁部材１１を設置していたが、コンクリート硬化後に、これらの補強梁部材１１を適宜撤去し、トンネル分合流拡幅部を構築した。但し、妻側の地盤改良範囲は省略してある。

この発明の実施の形態１におけるトンネル分合流拡幅部の完成図を図３に示す。

トンネル分合流拡幅部は、分合流部分岐トンネル側壁４、分合流部上版１４、分合流部下版１５及び分合流部側壁１３を有する分岐部空間で囲まれており、本線トンネル１の分岐幅最大端部分は更にその外側を本線トンネル１の覆工体で囲まれている。分合流部側壁１３は、本線トンネル１覆工体が強固であれば不用となることがあり、又、逆に、本線トンネル１の覆工体を補強する場合は、分合流部区間を越えて両端に延長されることもある。

このトンネル分合流拡幅部の構築方法によれば、図３に示す通り「山留材」であった上版パイプルーフ７及び下版パイプルーフ８は、それぞれ分合流部上版１４及び分合流部下版１５に埋設され「補強部材」となり、そのままトンネル分合流拡幅部の壁として使用することができる。

上下版パイプルーフ７、８の施工工事と地盤５の地盤改良工事を本線トンネル１内より行い、本線トンネル１と分岐トンネル３との地中での接続連結を行うため、開削工事を必要とせず、地表の供用施設に影響を与えず、道路規制の必要も無ければ、騒音等の公害も発生しない。

また、仮設構造体である鉛直支保材１０とパイプルーフ７、８等の鋼材を適切に配置し、結合することにより、本体構造の一部として利用できるので、無用になるはずの仮設資材を減量できる。そして、その結果、水平防護を含む強度が向上するので、上版厚や下版厚を薄くできる。

なお、この実施の形態１では、図示しない本線シールド機及び分岐シールド機の断面形状は、それぞれ円形及び矩形にし、上下版パイプルーフ７、８を施工したが、円形や矩形に限定することなく、馬蹄形、円弧状矩形等どのような形状でもよく、またシールド形式も制限はない。

また、本線トンネル１の供用後の車線本数は、１車線に限らず、複数車線でも構わない。

そして、シールド機による拡幅工事の覆工体には、ダクタイル製、鋼製等を使用したり、打設するコンクリートには、高流動性のものを使用し、型枠等を設置して、工夫しても良い。

さらに、分岐トンネル３は、本線トンネル１に近接して分合流部躯体１６を構築した後、更に掘進して、本線トンネル２に近接することで同様に本線トンネル２に接合して分合流部躯体１６を構築し、分合流部空間１７を形成することは同様に実施できる。

この発明は、土木、建築等、特に、地下高速道路等のトンネル掘削工法において、分岐部分、すなわち、地中での分流合流箇所の工法を地上からの開削工法によらずに、地下で進めることができるので、未来型地下都市構築のためのジオフロント、例えば、大深度地下計画等にも応用できる。

この発明の実施の形態１に係る本線トンネル１、２及び分岐トンネル３の分岐部の施工初期工程を示す断面図である。 同実施の形態１に係る本線トンネル１、２及び分岐トンネル３の分岐部の施工中期工程を示す断面図である。 同実施の形態１に係る本線トンネル１、２及び分岐トンネル３の分岐部の施工完成期を示す断面図である。 同実施の形態１に係る本線トンネル１、２及び分岐トンネル３の分岐部の構造を示す、図５のＣ−Ｃ線に沿うトンネル長方向垂直中腹断面図である。 同実施の形態１に係る本線トンネル１、２及び分岐トンネル３の分岐部のトンネル長方向分岐部の中心を通る、図４のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。 同実施の形態１に係る本線トンネル１、２及び分岐トンネル３の分岐部の構造を示す、図７のＡ−Ａ線に沿うトンネル長方向垂直の端部断面図である。 同実施の形態１に係る本線トンネル１、２及び分岐トンネル３の分岐部のトンネル長方向分岐部の中心を通り、下版パイプルーフ８の一部を上から見た、図６のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

符号の説明

１ 分岐する方の本線トンネル
２ 分岐しない方の本線トンネル
３ 分岐トンネル
４ 分合流部分岐トンネル側壁
５ 地盤改良された周辺地山
６ 本線トンネル２の鉛直及び水平支保材
７ 上版パイプルーフ（山留材）
８ 下版パイプルーフ（山留材）
９ 補足地盤改良された止水用縁付近の地山
１０ 仮設鉛直支保材
１１ 補強梁部材
１２ 妻部山留材
１３ 分合流部本線トンネル側壁
１４ 分合流部上版
１５ 分合流部下版
１６ 分合流部躯体
１７ 分合流部空間
１８ 妻部コンクリート

Claims (4)

1. 併設する二つの本線トンネルの間に構築される分合流部の構造において、前記二つの本線トンネルの間に分岐トンネルが構築され、前記分岐する方の第一の本線トンネルから前記分岐トンネルの上下に山留材が挿設され、前記山留材の先端部が前記分岐しない方の第二の本線トンネルの覆工体の近傍に延設され、前記上下の山留材で囲まれた内側と前記第一の本線トンネルの覆工体の内側に、鉄筋コンクリート又は鉄骨コンクリートの分合流部躯体が構築され、該分合流部躯体の内側に分合流部空間が形成されたことを特徴とする分岐トンネルの分合流部の構造。
2. 前記山留材としてパイプルーフを使用し、該パイプルーフと前記コンクリートを一体構造としたことを特徴とする請求項１に記載の分岐トンネルの分合流部の構造。
3. 併設する二つの本線トンネルの間に、該二つの本線トンネルの一つから分岐する分岐トンネルの分合流部の構築方法において、前記分岐トンネルを前記分岐する方の第一の本線トンネルに近接させて掘削し、前記第一の本線トンネルの覆工体側から分岐トンネルの上下に山留材を挿通して、該上下の山留材の挿通先端を前記分岐しない方の第二の本線トンネル覆工体の上下に近接するように延設すると共に、該上下の山留材に支保材を配設しながら、前記上下の山留材で囲まれた内部地山を掘削し、当該掘削された空間及び前記第一の本線トンネルの内側に鉄筋コンクリート又は鉄骨コンクリートを打設して分合流部空間を擁する分合流部躯体を構築したことを特徴とする分岐トンネルの分合流部の構築方法。
4. 前記第二の本線トンネルの近傍に支保構造壁を構築するための間隔を確保して、前記分岐トンネルを掘削したことを特徴とする請求項３に記載の分岐トンネルの分合流部の構築方法。

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