JP5012149B2 - 地山の支持構造及び地山の支持方法 - Google Patents

Description

本発明は、並設された２つのシールドトンネル同士を連通するために、それらシールドトンネル間の地山を開削する際に予め開削予定部位の周囲を支持する地山の支持構造に関する。

地下鉄の駅構内や地下道の分岐・合流部の構築等に際して、並設された２つのシールドトンネルの間の地山を開削する工法が用いられている。ここで、シールドトンネル間の地山を開削する際にシールドトンネル間に地山を支持するために支持部材を一方のシールドトンネルから他方のシールドトンネルへ掛け渡す方法が用いられる。

例えば、特許文献１には、一方のシールドトンネル内から他方のシールドトンネルへ開削予定部位の上方及び下方に鋼管を円弧状に掛け渡して設置し、この鋼管内に補強材を挿入設置して地山を支持する方法が開示されている。
特開２００４−１６９４７４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法は、大深度地下においては、開削予定部位に作用する地山の載荷荷重が大きくなるので、鋼管及び補強材だけでは地山を十分に支持することができないという問題点があった。そこで、更に、シールドトンネル内の上方及び下方に梁を設置したり、開削予定部位の両側に柱を設置して地山を支持することが考えられるが、梁や柱などが建築限界内に位置するので、採用することができなかった。

そこで、本発明は、上記のような従来の問題点に鑑みなされたものであって、大深度地下であっても開削予定部位を支持することが可能な地山の支持構造及び支持方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の地山の支持構造は、並設された２つのシールドトンネルの間の地山を開削する際に予め開削予定部位の周囲を支持する地山の支持構造であって、一方のシールドトンネル内から他方のシールドトンネルを囲うように地山内に設置され、両端が前記一方のシールドトンネルの覆工体に固定された円弧状の補強材を備え、前記補強材は曲管であって、前記曲管内に固化材を充填してなることを特徴とする（第１の発明）。
本発明による地山の支持構造によれば、円弧状の補強材で他方のシールドトンネル及び開削予定部位を囲うので、地山による荷重はこの補強材によって支持される。したがって、他方のシールドトンネル及び開削予定部位に作用する地山の荷重が低減されるので、他方のシールドトンネル及び開削予定部位に作用する荷重は、補強材を設置しない場合に比べて著しく減少する。

また、補強材である曲管内に固化材が充填されているので、補強材のみが地山中に設置されている場合よりも大きな荷重を支持することができる。したがって、大深度地下でも地山を支持することが可能である。

第２の発明は、並設された２つのシールドトンネルの間の地山を開削する際に予め開削予定部位の周囲を支持する地山の支持構造であって、一方のシールドトンネル内から他方のシールドトンネルを囲うように地山内に設置され、両端が前記一方のシールドトンネルの覆工体に固定された円弧状の補強材を備え、前記補強材は曲管であって、前記曲管内に、一方のシールドトンネル内から他方のシールドトンネルを囲うように設置された円弧状の鋼材を更に備え、前記曲管内に固化材を充填してなることを特徴とする。
本発明による地山の支持構造によれば、補強材である曲管内に鋼材が設置されるとともに、固化材が充填されているので、さらに大きな荷重を支持することができる。したがって、大深度地下でも地山を支持することが可能である。

第３の発明は、並設された２つのシールドトンネルの間の地山を開削する際に予め開削予定部位の周囲を支持する地山の支持構造であって、一方のシールドトンネル内から他方のシールドトンネルを囲うように地山内に設置され、両端が前記一方のシールドトンネルの覆工体に固定された円弧状の補強材を備え、前記補強材の周囲に地盤改良された改良体が形成されてなることを特徴とする。
本発明による支持構造によれば、補強材の周囲に地盤改良された改良体が形成されているので、補強材に囲まれた内側に地下水は侵入することができない。したがって、開削予定部位を開削する際に地下水の流出が無いので、安全に、かつ、効率的に開削作業を実施することができる。

第４の発明は、並設された２つのシールドトンネルの間の地山を開削する際に予め開削予定部位の周囲を支持する地山の支持構造であって、一方のシールドトンネル内から他方のシールドトンネルを囲うように地山内に設置され、両端が前記一方のシールドトンネルの覆工体に固定された円弧状の補強材を備え、前記補強材に囲まれた内側で、かつ、開削予定部位の上方及び下方の地山中に、支持材が前記一方のシールドトンネルから前記他方のシールドトンネルに掛け渡すように設置されてなること特徴とする。
本発明による支持構造によれば、補強材に囲まれた内側に支持材を設置するので、支持材の大きさや厚さ等を小さくすることができる。したがって、支持材の設置作業が容易になるので、設置作業の効率が良くなり、施工期間を短くすることができる。また、小さい支持材を用いることができるので、連結して構築された空間の建築限界を広く確保することが可能となる。

第５の発明の地山の支持方法は、並設された２つのシールドトンネル間の地山を開削する際に予め開削予定部位の周囲を支持する地山の支持方法において、一方のシールドトンネル内から他方のシールドトンネルを囲うように円弧状の曲管を設置して、該曲管の両端を前記一方のシールドトンネルの覆工体に固定し、前記曲管の周囲に地盤改良材を充填して改良体を形成し、前記曲管内に補強用鋼材を挿通し、前記曲管内に固化材を充填し、前記曲管に囲まれた内側で、かつ、開削予定部位の上方及び下方の地山中に、前記一方のシールドトンネルから前記他方のシールドトンネルに支持材を掛け渡すように設置し、前記開削予定部位の周囲の地山を支持することを特徴とする。
本発明による地山の支持方法によれば、円弧状の曲管、支持材等にて開削予定部の周囲が支持されるので、シールドトンネル間を連結して構築される空間を確実に支持することができる。

本発明の地山の支持構造及び地山の支持方法を用いることにより、大深度地下であっても開削予定部位を安全に開削することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明が適用される並設されたシールドトンネルを示す断面図である。図１に示すように、第１シールドトンネル２と、この第１シールドトンネル２よりも小さい円形断面の第２シールドトンネル４とが隣接して並設されている。このように隣接して並設された２つの円形断面のシールドトンネル２、４間の開削予定部位１０を開削して両シールドトンネル２、４を連結する。なお、各シールドトンネル２、４の断面形状は図示する真円状のものに限定されるものではなく、楕円状のものであってもよい。
各シールドトンネル２、４の内周面には、その全周に亘って同一規格の鋼製セグメント１２が環状に組み立てられて覆工体が形成されている。

図２は、本発明を適用した地山の支持構造を示す図である。図２において、支持構造１は、２つのシールドトンネル２、４の間の地山８を開削する際に予め開削予定部位１０の周囲を支持するものである。この支持構造１は、円弧状の補強材である曲管１６と、この曲管１６内に設置された補強用鋼材２６と、曲管１６内に充填された固化材３０と、曲管１６の周囲の地盤改良された改良地盤８Ａと、開削予定部位１０の上方及び下方の地山８中に設置される支持材６と、この支持材６内に設置された補強用鋼材２８と、支持材６内に充填された固化材３０と、支持材６の周囲の地盤改良された改良地盤８Ｂとを備える。
曲管１６は、第１シールドトンネル２内から第２シールドトンネル４を取り囲むように地山８中に設置されている。

図３は、図２のＡ矢視図である。図３に示すように、曲管１６は第１シールドトンネル２の長手方向に所定の間隔で設置されており、具体的には、セグメント１２の主桁２０間に設置される。本実施形態においては、曲管１６として断面が円形の鋼管を用い、セグメント１２は、例えば、幅１．２ｍの鋼製であって４０ｃｍ間隔で主桁２０が立設されており、この主桁２０間に曲管１６が約４０ｃｍ間隔で設けられている。
曲管１６の両端は第１シールドトンネル２のセグメント１２に固定されている。なお、曲管１６の両端はセグメント１２に剛接合すれば良く、その接合構造は特に限定されるものではないが、例えば、溶接やボルト接合により接合される。

図４は、図２のＢ−Ｂ’断面図である。図４に示すように、曲管１６内には、補強用鋼材２６が挿通設置され、この補強用鋼材２６の両端は第１シールドトンネル２のセグメント１２に固定されている。ただし、補強用鋼材２６の両端は必ずしもセグメント１２に接合しなくてもよい。なお、本実施形態においては、補強用鋼材２６としてＨ型鋼を用いた
また、曲管１６内には、モルタルやコンクリート等の固化材３０が充填されており、補強用鋼材２６は固化材３０により固定されている。

そして、曲管１６の周囲は地盤改良材が充填され、改良地盤８Ａが形成されている。

図２に示すように、支持材６は、開削予定部位１０の上方及び下方の地山８中に、第１シールドトンネル２から第２シールドトンネル４にそれぞれ掛け渡されている。また、図３に示すように、支持用部材６は各第１シールドトンネル２、４の長手方向に所定の間隔で設置されており、例えば、曲管１６と同様に、セグメント１２の主桁２０間に設置される。なお、本実施形態においては、支持材６として断面が円形の鋼管を用いた。

図５は、図２のＣ−Ｃ’断面図である。図５に示すように、支持材６内には、補強用鋼材２８が挿通設置され、この補強用鋼材２８の両端はそれぞれ各シールドトンネル２、４のセグメント１２に固定されている。なお、補強用鋼材２８の両端も補強用鋼材２６の場合と同様に、セグメント１２に剛接合すれば良く、その接合構造は特に限定されるものではない。また、本実施形態においては、補強用鋼材２８としてＨ型鋼を用いた。

また、支持材６内には、モルタルやコンクリート等の固化材３０が充填されており、補強用鋼材２８は固化材３０により固定されている。

そして、支持材６の周囲は地盤改良材が充填され、改良地盤８Ｂが形成されている。

以下に、この支持構造の構築方法について、施工手順にしたがって説明する。

図６は、本発明による支持構造１の構築工程を示す図である。
まず、図６（ａ）に示すように、第１シールドトンネル２内から第２シールドトンネル４を取り囲むように曲管１６を推進管掘削機で地山８中に設置する。

図７は、推進管掘削機による掘削方法を示す図である。図７に示すように、推進管掘削機１８は、推進管となる曲管１６の先端に小型掘削機１９を取り付けてなるものであり、第１シールドトンネル２内に設けた推進ジャッキ２２によって曲管１６を同一の湾曲形状を有するガイド２４に沿わせて押し出して一定曲率の円弧状に推進させるようになっている。また、その推進と同時に曲管１６の先端に取り付けた小型掘削機１９で地山の土砂を掘削し、その掘削土砂を曲管１６内を通じて第１シールドトンネル２内に排土しつつ、掘進する。図示する実施形態では、推進管掘削機１８は、第１シールドトンネル２の下部に設けられているセグメント１２に形成された発進口１２ａを通じて、第１シールドトンネル２の内部から側方の地山８中に向けて発進され、上方に向けて一定曲率の円弧状に掘進して行きながら第１シールドトンネル２の上部に設けられているセグメント１２に形成された到達口１２ｂである開口に到達する。曲管１６はその掘進に伴って逐次に継ぎ足されていき、これにより発進口１２ａと到達口１２ｂとの間を円弧状に結んで、第１シールドトンネル２の側方の地山８中に、第２シールドトンネル４を取り囲むように設置される。

次に、図６（ｂ）に示すように、曲管１６の周囲の地山８を地盤改良する。地盤改良作業は、曲管１６内に地盤改良用注入管（図示しない）を挿入し、この注入管に凍結剤やセメントミルク等の改良材を供給して、曲管１６に形成してある複数の吐出孔（図示しない）を介して周囲の地山８中に吐出させて、曲管１６に沿った部分を固結改良して改良地盤８Ａを形成する。

それから、曲管１６内に補強用鋼材２６を挿入設置する。補強用鋼材２６の挿入作業は、曲管１６の内部に補強用鋼材２６を挿通し、両端をセグメント１２に固着する。そして、曲管１６内に固化材３０を充填する。

なお、本実施形態においては、曲管１６内に補強用鋼材２６を設置して固化材３０を充填した場合について説明したが、曲管１６のみで地山８を支持できる場合には、補強用鋼材２６及び固化材３０を省略してもよく、また、固化材３０は充填し、補強用鋼材２８は省略することとしてもよい。

次に、図６（ｃ）に示すように、地山８内に支持材６を設置する。第１シールドトンネル２から第２シールドトンネル４へ円弧状に湾曲した鋼管からなる支持材６を地山８中に、開削予定部位１０の上方及び下方に向かってそれぞれ凸となるように推進管掘削機１８を用い、上記と同様の方法で掛け渡す。
次に、図６（ｄ）に示すように、支持材６の周囲の地山８を地盤改良する。
地盤改良作業は、上記と同様に、支持材６内に地盤改良用注入管（図示しない）を挿入し、この注入管に改良材を供給して、支持材６に形成してある複数の吐出孔（図示しない）を介して周囲の地山８中に吐出させて、支持材６に沿った部分を固結改良して改良地盤８Ｂを形成する。

それから、支持材６内に補強用鋼材２８を挿入設置する。補強用鋼材２８の挿入作業は、支持材６の内部に補強用鋼材２８を挿通し、両端をセグメント１２に固着する。そして、支持材６内に固化材３０を充填する。

そして、固化材３０の固化後に、図６（ｅ）に示すように、開削予定部位１０の開削を行い、両シールドトンネル２、４を連結する。

なお、本実施形態においては、支持材６内に補強用鋼材２８を設置して固化材３０を充填した場合について説明したが、支持材６のみで曲管１６に囲まれた内部の地山８を支持できる場合には、補強用鋼材２８及び固化材３０を省略してもよく、また、補強用鋼材２８のみを省略してもよい。

なお、本実施形態においては、曲管１６、支持材６が円形状の断面を有する場合について説明したが、この断面形状に限定されるものではなく、断面テーパー状のテーパー部を有する形状（例えば、三角形や台形）や角形であってもよい。

なお、本実施形態においては、補強用鋼材２６、２８としてＨ型鋼を用いる場合について説明したが、Ｈ型鋼に限定されるものではなく、Ｉ型鋼や鋼管等を用いてもよい。

以上説明したように、本発明による地山の支持構造１によれば、円弧状の曲管１６及び補強用鋼材２６で第２シールドトンネル４及び開削予定部位１０を囲うので、地山８による荷重はこの曲管１６及び補強用鋼材２６によって支持される。したがって、第２シールドトンネル４及び開削予定部位１０に作用する地山８の荷重が低減されるので、第２シールドトンネル４及び開削予定部位１０に作用する荷重は、曲管１６及び補強用鋼材２６を設置しない場合に比べて著しく減少する。

また、曲管１６内に補強用鋼材２６が設置されるとともに、固化材３０が充填されているので、曲管１６のみが地山８中に設置されている場合よりも大きな荷重を支持することができる。したがって、大深度地下でも地山を支持することが可能である。

そして、曲管１６の周囲に地山を改良した改良地盤８Ａが形成されているので、地下水が曲管１６に囲まれた内側に侵入することがない。したがって、開削予定部位１０を開削する際に地下水の流出が無いので、安全に、かつ、効率的に開削作業を実施することができる。

さらに、曲管１６に囲まれた内側に支持材６を設置するので、支持材６の大きさや厚さ等を小さくすることができる。したがって、支持材６の設置作業が容易になるので、設置作業の効率が良くなり、施工期間を短くすることができる。また、小さい支持材６を用いることができるので、連結して構築された空間の建築限界を広く確保することが可能となる。

本発明が適用される並設されたシールドトンネルを示す図である。 本発明を適用した地山の支持構造を示す図である。 図２のＡ矢視図である。 図２のＢ−Ｂ’断面図である。 図２のＣ−Ｃ’断面図である。 本発明による支持構造の構築工程を示す図である。 推進管掘削機による掘削方法を示す図である。

符号の説明

２ 第１シールドトンネル
４ 第２シールドトンネル
６ 支持材
８ 地山
８Ａ、８Ｂ 改良地盤
１０ 開削予定部位
１２ セグメント
１６ 曲管
１８ 推進管掘削機
１９ 小型掘削機
２０ 主桁
２２ 推進ジャッキ
２４ ガイド
２６、２８ 補強用鋼材
３０ 固化材

Claims (5)

1. 並設された２つのシールドトンネルの間の地山を開削する際に予め開削予定部位の周囲を支持する地山の支持構造であって、
   一方のシールドトンネル内から他方のシールドトンネルを囲うように地山内に設置され、両端が前記一方のシールドトンネルの覆工体に固定された円弧状の補強材を備え、
   前記補強材は曲管であって、前記曲管内に固化材を充填してなることを特徴とする地山の支持構造。
2. 並設された２つのシールドトンネルの間の地山を開削する際に予め開削予定部位の周囲を支持する地山の支持構造であって、
   一方のシールドトンネル内から他方のシールドトンネルを囲うように地山内に設置され、両端が前記一方のシールドトンネルの覆工体に固定された円弧状の補強材を備え、
   前記補強材は曲管であって、前記曲管内に、一方のシールドトンネル内から他方のシールドトンネルを囲うように設置された円弧状の補強用鋼材を更に備え、
   前記曲管内に固化材を充填してなることを特徴とする地山の支持構造。
3. 並設された２つのシールドトンネルの間の地山を開削する際に予め開削予定部位の周囲を支持する地山の支持構造であって、
   一方のシールドトンネル内から他方のシールドトンネルを囲うように地山内に設置され、両端が前記一方のシールドトンネルの覆工体に固定された円弧状の補強材を備え、
   前記補強材の周囲に地盤改良された改良体が形成されてなることを特徴とする地山の支持構造。
4. 並設された２つのシールドトンネルの間の地山を開削する際に予め開削予定部位の周囲を支持する地山の支持構造であって、
   一方のシールドトンネル内から他方のシールドトンネルを囲うように地山内に設置され、両端が前記一方のシールドトンネルの覆工体に固定された円弧状の補強材を備え、
   前記補強材に囲まれた内側で、かつ、開削予定部位の上方及び下方の地山中に、支持材が前記一方のシールドトンネルから前記他方のシールドトンネルに掛け渡すように設置されてなること特徴とする地山の支持構造。
5. 並設された２つのシールドトンネル間の地山を開削する際に予め開削予定部位の周囲を支持する地山の支持方法において、
   一方のシールドトンネル内から他方のシールドトンネルを囲うように円弧状の曲管を設置して、該曲管の両端を前記一方のシールドトンネルの覆工体に固定し、
   前記曲管の周囲に地盤改良材を充填して改良体を形成し、
   前記曲管内に補強用鋼材を挿通し、
   前記曲管内に固化材を充填し、
   前記曲管に囲まれた内側で、かつ、開削予定部位の上方及び下方の地山中に、前記一方のシールドトンネルから前記他方のシールドトンネルに支持材を掛け渡すように設置し、
   前記開削予定部位の周囲の地山を支持することを特徴とする地山の支持方法。

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