JP4493936B2

JP4493936B2 - トンネル合流部の構築方法およびトンネル合流部

Info

Publication number: JP4493936B2
Application number: JP2003151502A
Authority: JP
Inventors: 幸信佐々木; 孝志小林; 正吉川; 雅由中川; 浩二馬野; 孝義青柳; 行高山本
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2023-05-28
Also published as: JP2004353264A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル合流部の構築方法およびトンネル合流部に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地下トンネルのランプ部を非開削工法で構築するためには、本線地下トンネルから大規模な地盤改良を行い、山岳工法で切り広げを行っていた。また、一方から掘進してきた１機以上のシールド機に、他方から掘進してきた２機以上のシールド機を地中で接合する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−６０９７９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本線地下トンネルからでは、完全な地盤改良を行うことが難しい。また、今後ニーズが増えると考えられる大深度地下では、水圧が高いことから、地盤改良に頼ったトンネルの構築には安全性上問題がある。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、大深度地下においても安全に施工できるトンネル合流部の構築方法およびトンネル合流部を提供することにある。
【０００６】
前述した目的を達成するための第１の発明は、２本のトンネルの合流部の構築方法であって、第１のトンネルと、第２のトンネルを、合流部の始点で、前記第１のトンネルの内空及び前記第２のトンネルの内空を、互いに対向しない側に拡幅し、前記合流部の終点で、前記第１のトンネルの内空を、前記第２のトンネルと対向しない側を縮幅して通常断面に戻して併設する工程（ａ）と、前記第１のトンネルの上半部と前記第２のトンネルの上半部との間に第１の弧状パイプを設置し、前記第１のトンネルの下半部と前記第２のトンネルの下半部との間に第２の弧状パイプを設置し、前記第１のトンネルおよび前記第２のトンネルの内部で前記第１の弧状パイプの端部と前記第２の弧状パイプの端部とをパイプで連結して、前記第１のトンネルおよび前記第２のトンネルを貫通する複数の環状のパイプを設置し、前記環状のパイプの間の止水を行うことによりパイプルーフを形成する工程（ｂ）と、前記パイプルーフの外周面と前記第１のトンネルの側部の内周面との間に第１の補強部材を、前記パイプルーフの外周面と前記第２のトンネルの側部の内周面との間に第２の補強部材を設置する工程（ｅ）と、前記パイプルーフと前記第１のトンネルと前記第２のトンネルとで囲まれた地盤を掘削し、前記第１のトンネル及び前記第２のトンネルの対向する側部を撤去する工程（ｃ）と、前記パイプルーフの内側を覆工する工程（ｄ）と、を具備することを特徴とするトンネル合流部の構築方法である。
【０００７】
第１のトンネル、第２のトンネルは、例えば、本線トンネルとランプ部トンネルである。パイプルーフは、本線トンネルの上半部とランプ部トンネルの上半部の間、下半部と下半部の間にそれぞれ弧状のパイプを設置し、本線トンネル内部及びランプ部トンネルの内部で上下に設置された弧状のパイプの端部を連結して環状にし、環状のパイプの間の止水を行うことにより形成される。
【０００８】
工程（ｂ）と工程（ｃ）の間には、パイプルーフの外周面と第１のトンネルの側部の内周面との間に第１の補強部材が、パイプルーフの外周面と第２のトンネルの側部の内周面との間に第２の補強部材が設置される。第１の補強部材、第２の補強部材は、例えばコンクリートである。
【０００９】
工程（ａ）において、本線トンネル、ランプ部トンネルの内空は、必要に応じて拡幅される。例えば、合流部の始点で、本線トンネルの内空及びランプ部トンネルの内空を、互いに対向しない側に拡幅し、合流部の終点で、本線トンネルの内空を、ランプ部トンネルと対向しない側を縮幅して通常断面に戻す。
【００１０】
このとき、本線トンネルでは、合流部の始点から所定の距離を進んだ位置で、ランプ部トンネルと対向する側を縮幅して内空を通常断面に戻し、合流部の終点まで所定の距離を残した位置で、内空をランプ部トンネルと対向する側に拡幅するのが望ましい。また、ランプ部トンネルでは、始点から所定の距離を進んだ位置で、本線トンネルと対向しない側を縮幅して内空を通常断面に戻すのが望ましい。
【００１１】
第１の発明では、第１のトンネルと、第２のトンネルを併設し、第１のトンネル及び第２のトンネルを貫通する複数の環状のパイプを設置してパイプルーフを形成する。そして、パイプルーフと第１のトンネルと第２のトンネルとで囲まれた地盤を掘削し、第１のトンネル及び第２のトンネルの所定の部分を撤去して、パイプルーフの内側を覆工する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、合流部計画区間１３付近の本線トンネル１、ランプ部トンネル３を水平面で切断した断面図を、図２は、合流部４３を水平面で切断した断面図を、図３は、合流部４３の加速区間９を構築する各工程を示す図である。図３の各図は、図１のＡ１−Ａ１及び図２のＡ２−Ａ２に示す位置で、本線トンネル１、ランプ部トンネル３等を垂直面で切断した断面図である。
【００１４】
図２、図３の（ｄ）に示すように、合流部４３は、本線トンネル１、ランプ部トンネル３、複数の環状パイプ２３からなるパイプルーフ、コンクリート２９、コンクリート３１、一次覆工２７、二次覆工３３等で構成される。合流部４３は、合流開始区間７、加速区間９、合流終了区間１１の３区間に分けられる。
【００１５】
図１、図２に示すように、本線トンネル１、ランプ部トンネル３は、併設されたシールドトンネルである。本線トンネル１では、合流開始区間７の側部４５ｂ、加速区間９の側部４５ａ、合流終了区間１１の側部４５ｃが、通常区間１０の側部４５ｄより外側（図２の矢印Ｘ１に示す方向）に設置される。ランプ部トンネル３では、合流開始区間７の側部４７ｂが、通常区間１０の側部４７ｄより外側（図２の矢印Ｘ２に示す方向）に設置される。また、所定の区間において、本線トンネル１、ランプ部トンネル３の対向する部分である側部５１、側部４９（図１）が撤去される。
【００１６】
図３の（ｄ）に示すように、環状パイプ２３は、本線トンネル１の上半部とランプ部トンネル３の上半部との間に設置される弧状パイプ１７、本線トンネル１の下半部とランプ部トンネル３の下半部との間に設置される弧状パイプ１９、弧状パイプ１７と弧状パイプ１９とを連結するパイプ２１からなる。環状パイプ２３は、トンネルの軸方向に所定の間隔で設けられる。環状パイプ２３の内部には、コンクリートが打設される。
【００１７】
コンクリート２９、コンクリート３１は補強部材である。コンクリート３１は、環状パイプ２３の外周面と本線トンネル１の内周面との間に設置され、コンクリート２９は、環状パイプ２３の外周面とランプ部トンネル３の内周面との間に設置される。
【００１８】
一次覆工２７は、環状パイプ２３のうち、本線トンネル１、ランプ部トンネル３の外部に配置された部分の内周面に沿って設置される。一次覆工２７には、例えば鉄板が用いられる。一次覆工２７は、環状パイプ２３間の止水のための部材である。二次覆工３３は、環状パイプ２３のうち、本線トンネル１、ランプ部トンネル３の内部に配置された部分の内周面、および、一次覆工２７の内周面に沿って設置される。二次覆工３３には、例えばコンクリートが用いられる。
【００１９】
次に、合流部４３を構築する方法について説明する。合流部計画区間１３、計画道路５は、合流開始区間７、加速区間９、合流終了区間１１の３区間に分けられる。合流部４３を構築するには、まず、図１に示すように、全区間にわたって地盤１５内に本線トンネル１、ランプ部トンネル３を形成する。本線トンネル１、ランプ部トンネル３は、図１の矢印Ｙに示す方向を掘削方向前方として、既往の拡幅シールド機、拡幅シールド工法を用いて形成される。本線トンネル１とランプ部トンネル３は、合流部計画区間１３において、併設される。
【００２０】
本線トンネル１を形成する際には、合流開始区間７の始点で、ランプ部トンネル３と対向しない側部４５ｂを拡幅し、トンネル内空を拡げる。また、合流開始区間７の終点で、ランプ部トンネル３と対向する側部５１ｂを縮幅し、トンネル内空を通常断面に戻す。
【００２１】
さらに、合流終了区間１１の始点で、ランプ部トンネル３と対向する側部５１ｃを拡幅してトンネル内空を拡げ、合流終了区間１１の終点で、ランプ部トンネルと対向しない側部４５ｃを縮幅してトンネル内空を通常断面に戻す。
【００２２】
また、ランプ部トンネル３を形成する際には、合流開始区間７の始点で、本線トンネル１と対向しない側部４７ｂを拡幅してトンネル内空を拡げ、合流開始区間７の終点で、側部４７ｂを縮幅してトンネル内空を通常断面に戻す。
【００２３】
本線トンネル１、ランプ部トンネル３を形成した後、合流部４３の合流開始区間７を構築する。図４は、合流部４３の合流開始区間７を構築する各工程を示す図である。図４の（ａ）は、弧状パイプ１７ｂと弧状パイプ１９ｂを設置した状態を示す図であり、図１のＢ１−Ｂ１による断面図である。前述したように、合流開始区間７では、本線トンネル１の内空、ランプ部トンネル３の内空は、いずれも拡幅されている。
【００２４】
合流部４３の合流開始区間７を構築するには、まず、図４の（ａ）に示すように、本線トンネル１の上半部とランプ部トンネル３の上半部との間に、弧状パイプ１７ｂを設置する。また、本線トンネル１の下半部とランプ部トンネル３の下半部との間に、弧状パイプ１９ｂを設置する。弧状パイプ１７ｂ、弧状パイプ１９ｂは、掘削機で地盤１４内を一方のトンネルから他方のトンネルに向けて掘削しつつ、孔内にパイプを設置して形成される。
【００２５】
図４の（ｂ）は、環状パイプ２３ｂとコンクリート２９ｂ、コンクリート３１ｂを設置し、凍土２５ｂを形成した状態を示す図である。弧状パイプ１７ｂ、弧状パイプ１９ｂを設置した後、図４の（ｂ）に示すように、本線トンネル１およびランプ部トンネル３の内部で、弧状パイプ１７ｂの端部と弧状パイプ１９ｂの端部とをパイプ２１ｂで連結して、環状パイプ２３ｂを形成する。
【００２６】
環状パイプ２３ｂを形成した後、環状パイプ２３ｂの外周面と本線トンネル１の側部４５ｂの内周面との間にコンクリート３１ｂを充填する。また、環状パイプ２３ｂとランプ部トンネル３の側部４７ｂの内周面との間にコンクリート２９ｂを充填する。さらに、環状パイプ２３ｂのうち、本線トンネル１、ランプ部トンネル３の外部に配置された部分の周囲に、凍結工法により凍土２５ｂを形成する。凍土２５ｂは、複数の環状パイプ２３ｂの間を止水するために形成される。
【００２７】
図４の（ｃ）は、環状パイプ２３ｂの内側を掘削し、一次覆工２７ｂを施した状態を示す図である。凍土２５ｂを形成した後、図４の（ｃ）に示すように、環状パイプ２３ｂと本線トンネル１の側部５１ｂとランプ部トンネル３の側部４９ｂとで囲まれた部分の地盤１５ｂ（図４の（ｂ））を掘削する。
【００２８】
次に、環状パイプ２３ｂのうち、本線トンネル１、ランプ部トンネル３の外部に設置された部分の内周面に沿って、一次覆工２７ｂを施す。そして、環状パイプ２３ｂの外側に残った凍土２５ｂの凍結を解除し、環状パイプ２３ｂ内にコンクリートを打設する。凍土２５ｂの凍結解除後は、一次覆工２７ｂによって環状パイプ２３ｂ間の止水性が確保される。
【００２９】
図４の（ｃ）に示す工程を終えた後、合流開始区間７の終点側の所定の区間で、図２に示すように、本線トンネル１とランプ部トンネル３の対向する部分である側部５１ｂ、側部４９ｂのセグメントを撤去する。
【００３０】
図４の（ｄ）は、合流部４３の合流開始区間７が完成した状態を示す図であり、図２のＢ２−Ｂ２による断面図である。本線トンネル１の側部５１ａ、ランプ部トンネル３の側部４９ｂのセグメントを撤去した後、図２、図４の（ｄ）に示すように、環状セグメント２３ｂのうち本線トンネル１およびランプ部トンネル３の内部に配置された部分の内周面、および、一次覆工２７ｂの内周面に沿って、二次覆工３３ｂを施す。そして、本線トンネル１内に道路３７を、ランプ部トンネル３内に道路３９を構築する。図２に示すように、道路３７と道路３９は、合流開始区間７の終点側の区間で接合される。
【００３１】
合流開始区間７の構築後または構築と並行して、加速区間９を構築する。加速区間９は、合流開始区間７とほぼ同様にして構築される。図３の（ａ）は、弧状パイプ１７ａと弧状パイプ１９ａを設置した状態を示す図であり、図１のＡ１−Ａ１による断面図である。前述したように、加速区間９では、本線トンネル１の内空、ランプ部トンネル３の内空は、いずれも通常断面である。
【００３２】
加速区間９を構築するには、まず、図３の（ａ）に示すように、本線トンネル１の上半部とランプ部トンネル３の上半部との間に弧状パイプ１７ａを、本線トンネル１の下半部とランプ部トンネル３の下半部との間に弧状パイプ１９ａを設置する。弧状パイプ１７ａ、弧状パイプ１９ａは、掘削機で地盤１５ａ内を一方のトンネルから他方のトンネルに向けて掘削しつつ孔内にパイプを設置して形成される。
【００３３】
図３の（ｂ）は、環状パイプ２３ａとコンクリート２９ａ、コンクリート３１ａを設置し、凍土２５ａを形成した状態を示す図である。弧状パイプ１７ａ、弧状パイプ１９ａを設置した後、図３の（ｂ）に示すように、環状パイプ２３ｂ（図４）と同様にして環状パイプ２３ａを形成する。
【００３４】
そして、環状パイプ２３ａの外周面と本線トンネル１の側部４５ａの内周面との間にコンクリート３１ａを、環状パイプ２３ａとランプ部トンネル３の側部４７ａの内周面との間にコンクリート２９ａを充填する。さらに、環状パイプ２３ａのうち、本線トンネル１、ランプ部トンネル３の外部に設置された部分の周囲に、凍結工法により凍土２５ａを形成する。
【００３５】
図３の（ｃ）は、環状パイプ２３ａの内側を掘削し、一次覆工２７ａを施した状態を示す図である。凍土２５ａを形成した後、図３の（ｃ）に示すように、環状パイプ２３ａと本線トンネル１の側部５１ａとランプ部トンネル３の側部４９ａとで囲まれた部分の地盤１５ａ（図３の（ｂ））を掘削する。
【００３６】
次に、環状パイプ２３ａのうち、本線トンネル１、ランプ部トンネル３の外部に設置された部分の内周面に沿って、一次覆工２７ａを施す。そして、環状パイプ２３ａの外側に残った凍土２５ａの凍結を解除し、環状パイプ２３ａ内にコンクリートを打設する。凍土２５ａの凍結解除後は、一次覆工２７ａによって環状パイプ２３ａ間の止水性が確保される。
【００３７】
図３の（ｄ）は、合流部４３の加速区間９が完成した状態を示す図であり、図２のＡ２−Ａ２による断面図である。一次覆工２７ａを施した後、図２、図３の（ｄ）に示すように、本線トンネル１とランプ部トンネル３の対向する側部５１ａ、側部４９ａのセグメントを撤去する。そして、一次覆工２７ａの内周面、および、環状パイプ２３ａのうち本線トンネル１とランプ部トンネル３の内部に配置された部分の内周面に沿って、二次覆工３３ａを施す。そして、二次覆工３３ａの内部に道路３５を構築する。図２に示すように、道路３５は、接合された道路３７と道路３９の延長部分である。
【００３８】
合流開始区間７や加速区間９の構築後または構築と並行して、合流終了区間１１を構築する。合流終了区間１１は、合流開始区間７や加速区間９とほぼ同様にして構築される。図５は、合流部４３の合流終了区間１１を構築する各工程を示す図である。図５の（ａ）は、弧状パイプ１７ｃと弧状パイプ１９ｃを設置した状態を示す図であり、図１のＣ１−Ｃ１による断面図である。前述したように、合流終了区間１１では、本線トンネル１の内空は拡幅され、ランプ部トンネル３の内空は通常断面である。
【００３９】
合流終了区間１１を構築するには、まず、合流開始区間７や加速区間９の弧状パイプ１７、弧状パイプ１９と同様にして、図５の（ａ）に示すように、弧状パイプ１７ｃ、弧状パイプ１９ｃを設置する。
【００４０】
図５の（ｂ）は、環状パイプ２３ｃとコンクリート２９ｃ、コンクリート３１ｃ、一次覆工２７ｃを設置した状態を示す図である。弧状パイプ１７ｃ、弧状パイプ１９ｃを設置した後、合流開始区間７や加速区間９の環状パイプ２３と同様にして、図５の（ｂ）に示すように、環状パイプ２３ｃを形成する。
【００４１】
次に、環状パイプ２３ｃの外周面と本線トンネル１の側部４５ｃの内周面との間にコンクリート３１ｃを、環状パイプ２３ｃとランプ部トンネル３の側部４７ｃの内周面との間にコンクリート２９ｃを充填する。そして、環状パイプ２３ｃ間を凍土（図示せず）により止水して、環状パイプ２３ｃと本線トンネル１の側部５１ｃとランプ部トンネル３の側部４７ｃとで囲まれた部分の地盤１５ｃ（図５の（ａ））を掘削する。
【００４２】
地盤１５ｃの掘削後、環状パイプ２３ｃのうち、本線トンネル１、ランプ部トンネル３の外部に設置された部分の内周面に沿って、一次覆工２７ｃを施す。一次覆工２７ｃは、環状パイプ２３ｃ間の止水性を確保する。次に、環状パイプ２３ｃの外側に残った凍土（図示せず）の凍結を解除し、環状パイプ２３ｃ内にコンクリートを打設する。そして、図２、図５の（ｂ）に示すように、本線トンネル１とランプ部トンネル３の対向する側部５１ｃ、側部４９ｃのセグメントを、一部を残して撤去する。
【００４３】
図５の（ｃ）は、合流部４３の合流終了区間１１が完成した状態を示す図であり、図２のＣ２−Ｃ２による断面図である。側部５１ｃ、側部４９ｃのセグメントの撤去後、一次覆工２７ｃの内周面、および、環状パイプ２３ｃのうち本線トンネル１とランプ部トンネル３の内部に配置された部分の内周面に沿って、二次覆工３３ｃを施し、二次覆工３３ｃの内部に道路４１を構築する。図２に示すように、道路４１では、道路３５の幅を徐々に減少させ、通常幅に戻す。
【００４４】
図３から図５に示すように、合流開始区間７、加速区間９、合流終了区間１１を順次構築し、本線トンネル１とランプ部トンネル３の合流部４３と、その内部に構築される道路５３の全体を完成する。道路５３は、道路３５、道路３７、道路３９、道路４１等からなる。道路５３は、例えば合流部や分岐部として使用される。
【００４５】
このように、本実施の形態では、本線トンネル１とランプ部トンネル３を貫通する環状パイプ２３を形成し、図３の（ｄ）等に示すように、耐荷構造の環状パイプ２３を合流部４３の躯体に用いる。このとき、弧状パイプ１７、弧状パイプ１９を本線トンネル１およびランプ部トンネル３内で連結することにより、確実な耐荷構造とすることができる。
【００４６】
また、本線トンネル１とランプ部トンネル３をシールドトンネルとすることにより、大深度でも安全に合流部４３を施工することができる。さらに、図２に示すように、本線トンネル１、ランプ部トンネル３の所定の部分を拡幅して側部４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、側部４７ａを通常区間１０の側部４５ｄ、側部４７ｄより外側に設置し、環状パイプ２３を通常区間１０の側部４５ｄ、側部４７ｄの延長上に配置するため、環状パイプ２３が建築限界を侵すことがない。
【００４７】
なお、本実施の形態では、環状パイプ２３間の止水に凍結工法を用いたが、他の工法によって地盤改良を行うこともある。また、本実施の形態では、道路トンネルを例として説明したが、同様の方法で道路以外の用途のトンネルの合流部４３を形成してもよい。
【００４８】
合流部４３を構成する本線トンネル１、ランプ部トンネル３は、図１に示す形状に限らない。例えば、加速区間９で本線トンネル１、ランプ部トンネル３の内空を通常断面に戻さなくてもよい。但し、通常断面に戻す方が、より経済的に施工できる。
【００４９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、大深度地下においても安全に施工できるトンネル合流部の構築方法およびトンネル合流部を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】合流部計画区間１３付近の本線トンネル１、ランプ部トンネル３を水平面で切断した断面図
【図２】合流部４３を水平面で切断した断面図
【図３】合流部４３の加速区間９を構築する各工程を示す図
【図４】合流部４３の合流開始区間７を構築する各工程を示す図
【図５】合流部４３の合流終了区間１１を構築する各工程を示す図
【符号の説明】
１………本線トンネル
３………ランプ部トンネル
７………合流開始区間
９………加速区間
１１………合流終了区間
１３………合流部計画区間
１５………地盤
１７、１９………弧状パイプ
２１………パイプ
２３………環状パイプ
２７………一次覆工
２９、３１………コンクリート
３３………二次覆工
４３………合流部
４５、４７、４９、５１………側部

Claims

２本のトンネルの合流部の構築方法であって、
第１のトンネルと、第２のトンネルを、合流部の始点で、前記第１のトンネルの内空及び前記第２のトンネルの内空を、互いに対向しない側に拡幅し、前記合流部の終点で、前記第１のトンネルの内空を、前記第２のトンネルと対向しない側を縮幅して通常断面に戻して併設する工程（ａ）と、
前記第１のトンネルの上半部と前記第２のトンネルの上半部との間に第１の弧状パイプを設置し、前記第１のトンネルの下半部と前記第２のトンネルの下半部との間に第２の弧状パイプを設置し、前記第１のトンネルおよび前記第２のトンネルの内部で前記第１の弧状パイプの端部と前記第２の弧状パイプの端部とをパイプで連結して、前記第１のトンネルおよび前記第２のトンネルを貫通する複数の環状のパイプを設置し、前記環状のパイプの間の止水を行うことによりパイプルーフを形成する工程（ｂ）と、
前記パイプルーフの外周面と前記第１のトンネルの側部の内周面との間に第１の補強部材を、前記パイプルーフの外周面と前記第２のトンネルの側部の内周面との間に第２の補強部材を設置する工程（ｅ）と、
前記パイプルーフと前記第１のトンネルと前記第２のトンネルとで囲まれた地盤を掘削し、前記第１のトンネル及び前記第２のトンネルの対向する側部を撤去する工程（ｃ）と、
前記パイプルーフの内側を覆工する工程（ｄ）と、
を具備することを特徴とするトンネル合流部の構築方法。
前記工程（ａ）において、
前記始点から所定の距離を進んだ位置で、前記第１のトンネルの内空を、前記第２のトンネルと対向する側を縮幅して通常断面に戻し、
前記終点まで所定の距離を残した位置で、前記第１のトンネルの内空を、前記第２のトンネルと対向する側に拡幅することを特徴とする請求項１記載のトンネル合流部の構築方法。
前記工程（ａ）において、前記始点から所定の距離を進んだ位置で、前記第２のトンネルの内空を、前記第１のトンネルと対向しない側を縮幅して通常断面に戻すことを特徴とする請求項１記載のトンネル合流部の構築方法。