JP6171052B2 - 地中拡幅部の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、地中拡幅部の施工方法、外殻シールド、及び止水装置に関する。

地下の分岐合流部における大断面の地下構造物として、複数の矩形状のシールドトンネルを隣接配置して一体化することで、大断面トンネルの外殻を構築する技術や、ＮＡＴＭ工法（Ｎｅｗ Ａｕｓｔｒｉａｎ Ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ）等の山岳工法
により大断面トンネルを構築する施工技術が開示されている。

また、例えば、特許文献１には、先進導坑を掘進する工程と、先進導坑内から該先進導坑の周囲に所定の間隔を空けて止水領域を形成する工程と、止水領域の内側において、先進導坑を取り囲むように複数の小断面トンネルを構築する工程と、止水領域の内側において、複数の小断面トンネルを利用して先進導坑を取り囲む外殻を構築する工程とを含む地下構造物の構築方法が開示されている。

また、例えば、特許文献２には、地中を掘削して地中空洞を施工するに際し、地中空洞の施工予定位置の外側に、複数のルーフシールドトンネルを所定間隔で配列した状態で施工して、施工予定位置を取り囲むシールドルーフ先受工を構築し、前記ルーフシールドトンネルの内側から、隣り合うルーフシールドトンネル間接合予定位置にルーフシールドトンネルの延在方向に対して斜め前方もしくは斜め後方に凍結管を打設して凍結ゾーンを形成し、該凍結ゾーン内において隣り合うルーフシールドトンネル間を掘削して、各ルーフシールドトンネル間および各ルーフシールドトンネル内に、隣り合うルーフシールドトンネル同士を接合する一連の本設覆工壁を先行施工した後、該本設覆工壁の内側を掘削して地中空洞を完成させることを特徴とする地中空洞の施工方法が開示されている。

また、例えば、特許文献３には、先行トンネルに常設するセグメントに比して、後行側シールド掘進機の切削が可能な切削可能セグメントを常設セグメントの代わりに先行トンネル側の分岐合流部に備えておく先行トンネル施工工程を備えるシールドトンネルの分岐合流部施工方法が開示されている。

特開２００６−３４８７１８号公報 特許第４８０３４２９号公報 特許第４９３４４１６号公報

トンネルの分岐・合流部など、地中拡幅部の施工では、地山の安定を確保すること、施工時の止水を実現すること、地表面の沈下を最小限に抑えること、地下水環境への影響を最小化することが求められる。また、特に都市部など、地理的条件により、開削できない場合も多く、非開削で分岐合流部を施工できることが求められる。

本発明は、このような問題に鑑み、非開削で施工でき、かつ、安全性に優れた地中拡幅部の施工方法に関する技術を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、シールドトンネルのセグメントを取り外し、当該シールドトンネル回りに地中拡幅部を構築するためのシールドの発進基地を構築し、当該発進基地からシールド機を発進させ、切削可能なセグメントが配置された先行シールドを間隔を空けて環状に複数構築し、前記発進基地からシールド機を発進させ、先行シールドの一部を切削しながら、後行シールドを環状に複数構築し、シールドトンネルの外側に地中拡幅部の外殻を形成する環状の外殻シールドを構築することとした。

詳細には、本発明は、地中拡幅部の施工方法であって、シールドトンネルのセグメントを取り外し、当該シールドトンネル回りに地中拡幅部を構築するためのシールド機の発進基地を構築する発進基地の構築工程と、前記発進基地から先行シールド機を発進させ、切削可能なセグメントが配置された先行シールドを間隔を空けて環状に複数構築する先行シールドの構築工程と、前記発進基地から後行シールド機を発進させ、前記先行シールドの一部を切削しながら、後行シールドを環状に複数構築する後行シールドの構築工程と、前記先行シールド、及び前記後行シールドの外周に止水領域を構築する止水工程と、前記先行シールドと隣接する前記後行シールドとを連結し、シールドトンネルの外側に地中拡幅部の外殻を形成する環状の外殻シールドを構築する外殻シールドの構築工程と、前記外殻シールドの構築後、前記外殻シールドの内側を掘削する掘削工程と、を備える。

本発明に係る地中拡幅部の施工方法によれば、シールドトンネルのセグメントを取り外し、当該シールドトンネル回りに地中拡幅部を構築するためのシールドの発進基地を構築することで、非開削で地中拡幅部を施工することができる。また、先行シールド、及び前記後行シールドの外周に止水領域を構築することで、地山が安定し、また、先行シールド、及び後行シールドの内側への水の浸入を抑制できる。その結果、地下水環境への影響を最小限に抑えることができる。また、外殻シールドの構築後に外殻シールドの内側を掘削し、地中拡幅部を構築することで、地表面の沈下を最小限に抑えることができる。これにより、十分に安全性を確保した上で、地中拡幅部の施工を行うことができる。止水領域は、先行シールド及び後行シールドの外周に凍土を造成することで構築することができる。また、止水領域は、先行シールド及び後行シールドの外周に薬液注入等による地盤改良を行うことで構築してもよい。外殻シールドの構築工程は、鉄筋の組み立て、コンクリートの打設により、ＲＣリング覆工体を構築する工程を含むものとすることができる。

ここで、前記止水工程では、前記発進基地の反対側の褄部を止水することができる。これにより、先行シールド、及び後行シールドの内側への水の浸入を抑制できる。発進基地の反対側の褄部は、凍土を造成することで止水することができる。また、発進基地の反対側の褄部は、例えば到達立坑を設けたり、地盤改良するなどして止水することができる。

また、本発明に係る地中拡幅部の施工方法は、前記先行シールド内に埋め戻し材を充填する充填工程を更に備えるものでもよい。これにより、シールド機で切削する際、地山部分と先行シールド部分の抵抗の差を抑えることができる。その結果、後行シールドの切削をより安定的に行うことができる。埋め戻し材は、周囲の地山と同程度の強度とすることが好ましい。埋め戻し材には、エアモルタル、流動化処理土が例示される。

前記外殻シールドの構築工程では、後行シールドを構成するセグメントの一部を撤去して前記先行シールドと隣接する前記後行シールドとが連通する連通部を構築し、前記連通部を構成する前記後行シールドの端部の外周面に前記先行シールドの端部を接続し、かつ、当該先行シールドの端部の内側と前記後行シールドの端部の外周面を跨ぐようにシートを設置するようにしてもよい。セグメントの一部には、セグメントを構成するスキンプレートの一部が例示される。

先行シールドの端部の内側と後行シールドの端部の外周面を跨ぐようにシートを設置す
ることで、先行シールド、及び後行シールドの内側への水の浸入を更に抑制できる。

ここで、本発明は、外殻シールドとして特定することができる。例えば、本発明は、先行シールドと後行シールドが交互に環状に配置されることで形成される外殻シールドであって、先行シールドと後行シールドが連通する連通部と、前記連通部を構成する先行シールドと後行シールドの接続部分を覆う防水部と、を備え、前記連通部を構成する後行シールドの端部の外周面に前記連通部を構成する先行シールドの端部が接続され、前記防水部は、前記先行シールドの端部の内側と前記後行シールドの端部の外周面を跨ぐように配置される。

先行シールドよりも強度が高い後行シールドのセグメントの外周面に先行シールドの端部が接続されることで、先行シールドと後行シールドとの接続部分の強度を向上することができる。また、先行シールドの端部の内側と後行シールドの端部の外周面を跨ぐように防水部が配置されることで、先行シールド、及び後行シールドの内側への水の浸入を更に抑制できる。防水部は、地山からの水の浸入を抑制するもので、吹付防水による層や膜、又はシート等により形成することができる。

また、本発明は、上述した止水工程に用いることができる止水装置として特定することができる。例えば、先行シールドと後行シールドが交互に環状に配置されることで形成される外殻シールドの外周に凍土を構築する止水装置であって、前記先行シールドと前記後行シールドのセグメントの内側に設けられ、冷却媒体が流れる凍結管と、前記凍結管を覆う被覆材と、を備える。

凍結管を設けることで、先行シールドと後行シールドのセグメントの外周、換言すると、外殻シールドの外周に凍土を構築することができる。また、凍結管を被覆材で覆うことで、冷却性能が向上し、効率よく凍土を構築することができる。

また、本発明に係る止水装置は、前記被覆材を覆う断熱材を更に備える構成とすることができる。これにより、より冷却性能が向上し、更に効率よく凍土を構築することができる。

また、本発明に係る止水装置において、前記先行シールドと前記後行シールドのセグメントは、内部に中詰めコンクリートを含むものでもよい。これにより、凍結管を流れる冷却媒体の冷熱が効率よく外殻シールドの外周の地山に伝達される。その結果、効率よく凍土を構築することができる。

本発明によれば、非開削で施工でき、かつ、安全性に優れた地中拡幅部の施工方法に関する技術を提供することができる。

図１Ａは、第１実施形態に係る地中拡幅部の施工方法によって構築される地中拡幅部の概要を示す。 図１Ｂは、第１実施形態に係る地中拡幅部の施工方法によって構築される地中拡幅部の発進基地側の断面図を示す。 図１Ｃは、第１実施形態に係る地中拡幅部の施工方法によって構築される地中拡幅部の到達点側の断面図を示す。 図２は、第１実施形態に係る地中拡幅部の施工フローを示す。 図３は、立坑の構築状況を示す。 図４は、円周シールドの構築状況を示す。 図５は、円周シールドの完成状態を示す。 図６は、先行シールドの構築状況を示す。 図７は、先行シールドの完成状態を示す。 図８は、先行シールドにエアモルタルが充填された状態を示す。 図９は、後行シールドの構築状況を示す。 図１０は、後行シールドの構築状況を示す。 図１１は、後行シールドの完成状態を示す。 図１２は、褄部に凍土が造成された状態を示す。 図１３は、外殻シールドの外周に凍土が造成された状態を示す。 図１４は、外殻シールドの外周に凍土が造成された状態を示す。 図１５は、内部にＲＣリング覆工体を構築する場合の外殻シールドの外観を示す。 図１６は、セグメント、エアモルタルの撤去状況を示す。 図１７は、先行シールドと後行シールドが水平方向に連なる箇所における防水シートの設置状況を示す。 図１８は、先行シールドと後行シールドが垂直方向に連なる箇所における防水シートの設置状況を示す。 図１９は、先行シールドと後行シールドが水平方向に連なる箇所におけるＲＣリング覆工体の構築状況を示す。 図２０は、先行シールドと後行シールドが垂直方向に連なる箇所におけるＲＣリング覆工体の構築状況を示す。 図２１は、ＲＣリング覆工体が構築された外殻シールドを示す。 図２２は、外殻シールドの外周の凍土が解凍された状態を示す。 図２３は、外殻シールド内部の掘削状況を示す。 図２４は、施工完了状態を示す。 図２５は、第２実施形態に係る地中拡幅部の施工方法によって構築される地中拡幅部の概要を示す。 図２６は、第２実施形態に係る地中拡幅部の施工フローを示す。 図２７は、第２実施形態に係る立坑の構築状況を示す。 図２８は、第２実施形態に係る円周シールドの構築状況を示す。 図２９は、第２実施形態に係る円周シールドの完成状態を示す。 図３０は、第２実施形態に係る先行シールドの構築状況を示す。 図３１は、第２実施形態に係る先行シールド内の構築状況を示す。 図３２は、第２実施形態に係る後行シールドの構築状況を示す。 図３３は、第２実施形態に係る外殻シールドの外周に凍土が造成された状態を示す。 図３４は、第２実施形態に係る先行シールドと後行シールドが水平方向に連なる箇所における防水シートの設置状況を示す。 図３５は、シールドを凍結する場合のシールドの断面図を示す。 図３６は、図３５のＡ−Ａ断面図を示す。 図３７は、凍結管が被覆材で被覆された場合を示す。 図３８は、凍結管の一例を示す。 図３９は、凍結管の他の例を示す。

次に、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、本発明に係る地中拡幅部１の施工方法として、本線シールド２（トンネル）とランプシールド３（トンネル）が分岐・合流する地中拡幅部１を施工する場合を一例として説明する。但し、以下で説明する実施形態は本発明を実施するための例示であり、本発明は以下で説明する態様に限定されない。

＜第１実施形態＞
＜全体構成＞
図１Ａは、第１実施形態に係る地中拡幅部の施工方法によって構築される地中拡幅部の概要を示す。図１Ｂは、第１実施形態に係る地中拡幅部の施工方法によって構築される地中拡幅部の発進基地側の断面図を示す。図１Ｃは、第１実施形態に係る地中拡幅部の施工方法によって構築される地中拡幅部の到達点側の断面図を示す。第１実施形態に係る地中拡幅部１は、本線シールド２とランプシールド３が分岐・合流する分岐合流部を拡幅するものであり、外殻シールド４を備える。外殻シールド４は、断面視環状であり、本線（本線シールド２）の単独側（図１Ａでは、紙面奥側）に発進基地７が設けられ、発進基地７から分岐合流部側（図１Ａでは、紙面手前側）に向けて延びる、先行シールド５及び後行シールド６が環状に交互に配置されることで形成されている。外殻シールド４の内部には、発進基地７側では本線シールド２が設けられ、発進基地７の反対側の到達点側では本線シールド２とランプシールド３が並んで設けられている。なお、ランプシールド３の端部は、外殻シールド４の内部、かつ、到達点側の褄部の近傍に位置している。外殻シールド４の内部では、ランプシールド３の道路線形と本線シールド２の道路線形とが分岐合流する。

＜施工方法＞
図２は、第１実施形態に係る地中拡幅部の施工フローを示す。また、図３から図２４は、施工フローに対応した説明図を示す。ステップＳ０１からステップＳ０３では、シールド機の発進基地７が構築される。ステップＳ０１からステップＳ０３は、本発明の発進基地の構築工程に相当する。

まず、ステップＳ０１では、図３に示すように、本線シールド２の任意の位置に地中立坑８２が構築される。より詳細には、本線シールド２の下部にブライン（本発明の冷却媒体に相当する）が流れる凍結管（水平管、垂直管）が埋設され、立坑８２よりも広い領域について立坑用の凍土８１が造成される。立坑用の凍土８１の造成は、既存の地盤凍結工法を用いることができる。立坑用の凍土８１が造成されることで、立坑８２の周囲の地山が保持され、また、立坑８２内への水の浸入を抑制することができる。立坑用の凍土８１が造成されると、本線シールド２を構成するセグメントの一部が取り外され、本線シールド２の下部に立坑８２が構築される。なお、立坑用の凍土８１の造成に代えて、薬液注入等による地盤改良を行うようにしてもよい。

ステップＳ０２では、図４に示すように、円周シールドを構築する密閉式シールド機により掘進が開始される。より詳細には、立坑８２内で密閉式シールド機が本線シールド２の外周に設けられたガイドリングに設置され、密閉式シールド機が本線シールド２の周りを掘進する。第１実施形態では、立坑８２を基点として、本線シールド２の周囲に、本線シールド２よりも径が大きい第１円周シールド８３ａが徐々に構築される。図４の点線は、円周シールドの未構築部分を示す。第１円周シールド８３ａが構築されると、第１円周シールド８３ａよりも更に径が大きい第２円周シールド８３ｂが徐々に構築される。第２円周シールド８３ｂの径は、外殻シールド７の径とほぼ一致している。つまり、第１実施形態では、径方向に２回に分けて円周シールド８３が構築される。

ステップＳ０３では、図５に示すように、円周シールド８３が完成する。円周シールド８３は、先行シールド５及び後行シールド６を構築するシールド機の発進基地７として機能する。また、円周シールド８３は、地中拡幅部１の本線（本線シールド）の単独側の褄壁としても機能する。

ステップＳ０４からステップＳ１４では、外殻シールド４が構築される。まず、ステッ
プＳ０４では、図６に示すように、先行シールド５が構築される。ステップＳ０４は、本発明の先行シールドの構築工程に相当する。より詳細には、発進基地７にシールド機（ＳＭ）（先行シールド機）が設置され、順次、複数の先行シールド５が構築される。発進基地７から掘進するシールド機（ＳＭ）は、地中拡幅部の到達点まで掘進すると、褄部にカッター及びスキンプレートを残して発進基地７に戻され、次の先行シールド５の掘進を開始する。先行シールド５と先行シールド５との間には、後行シールド６が構築される。最終的に環状になるように、先行シールド５同士が所定の間隔を空けて配置され、順次複数の先行シールド５が構築される。先行シールド５は、切削可能なセグメント５２と鋼製セグメント５１によって構成される。先行シールド５と後行シールド６は、これらのシールドの軸方向と直交する断面において、一部が重なるように構築される。そのため、切削可能なセグメント５２は、後行シールド６と重なる領域に主に用いられる。切削可能なセグメント５２には、軽量骨材コンクリート、炭素繊維補強筋、炭素繊維補強筋等を用いることができる。

ステップＳ０５では、図７に示すように、先行シールド５が完成する。完成した複数の先行シールド５は、隣接する先行シールド５同士が所定の間隔を空けて、全体として環状に構築される。なお、図７では、図示を省略するが、到達点側では先行シールド２と並んでランプシールド３が設けられている。

ステップＳ０６では、図８に示すように、先行シールド５にエアモルタル（ＡＭ）が充填される。ステップＳ０６は、本発明のエアモルタル（ＡＭ）の充填工程に相当する。エアモルタル（ＡＭ）が充填されることで、シールド機（ＳＭ）で後行シールド６を切削する際の安定性が向上する。エアモルタル（ＡＭ）に代えて、流動化処理土を充填してもよい。

ステップＳ０７では、図９に示すように、後行シールド６が構築される。ステップＳ０７は、本発明の後行シールドの構築工程に相当する。より詳細には、発進基地７にシールド機（ＳＭ）（後行シールド機）が設置され、先行シールド５の一部を切削しながら、順次、複数の後行シールド６が構築される。発進基地７から掘進するシールド機（ＳＭ）は、地中拡幅部の到達点まで掘進すると、褄部にカッター及びスキンプレートを残して発進基地７に戻され、次の後行シールド６の掘進を開始する。

ここで、図１０は、後行シールドの構築状況を示す。図１０に示すように、先行シールド５と後行シールド６は、交互に配置され、シールドの軸方向と直交する断面において一部が重なっている。先行シールド５のうち、後行シールド６と重なる領域は、切削可能なセグメント５２で構成され、それ以外の領域は、鋼製セグメント５１で構成されている。また、先行シールド５には、エアモルタル（ＡＭ）が充填されている。一方、後行シールド６は、全て鋼製セグメント６１で構成されている。

ステップＳ０８では、図１１に示すように、後行シールド６が完成する。その結果、エアモルタル（ＡＭ）が充填された先行シールド５と後行シールド６が交互に配置され、環状の外殻シールド４が形成される。

ステップＳ０９では、図１２に示すように、発進基地７と反対側の褄部に褄部の凍土４１が造成される。ステップＳ０９は、本発明の止水工程の一部に相当する。より詳細には、発進基地７と反対側の褄部にブラインが流れる凍結管（水平管、垂直管）が埋設され、外殻シールド４の内側のうち、本線シールド２及び本線シールド２に分岐合流するランプシールド３（図１２では図示せず）を除く領域に褄部の凍土４１が造成される。例えば、褄部の凍土４１は、３ｍの厚さとすることができる。これにより、褄部から外殻シールド４内への水の浸入を抑制することができる。褄部の凍土４１の厚さは、上記に限定される
もではなく、地中拡幅部１の周囲の土圧、水圧、深度、土質、及び先行シールド６や後行シールド６の径などに基づいて適宜決定することができる。なお、褄部の凍土４１に代えて到達立坑を設けて、止水するようにしてもよい。

ステップＳ１０では、図１３に示すように、外殻シールド４の外周に外周の凍土４２が造成される。ステップＳ１０は、本発明の止水工程の一部に相当する。ここで、図１４は、外殻シールドの外周に凍土が造成された状態を示す。図１４は、外殻シールド４の部分拡大図であり、他の先行セグメント５や後行セグメント６は省略されている。先行シールド５及び後行シールド６の上部に、これらのシールドの軸方向に延びる凍結管８５（水平管）が設置され、先行シールド５及び後行シールド６の外側、換言すると外殻シールドの外周に例えば厚さ０．８ｍの外周の凍土４２が造成される。これにより、外殻シールド４内への水の浸入を抑制することができる。外周の凍土４２の厚さは、上記に限定されるもではなく、地中拡幅部１の周囲の土圧、水圧、深度、土質、及び先行シールド６や後行シールド６の径などに基づいて適宜決定することができる。なお、地山に埋設する凍結管（垂直管）を用いて外周の凍土４２を造成してもよい。

ステップＳ１１では、外殻シールド４の内部にＲＣリング覆工体９が構築される。図１５は、内部にＲＣリング覆工体を構築する場合の外殻シールドの外観を示す。ステップＳ１１は、本発明の外殻シールドの構築工程の一部に相当する。ここで、図１６は、セグメント、エアモルタルの撤去状況を示す。図１６は、外殻シールド４の部分拡大図であり、他の先行セグメント５や後行セグメント６は省略されている。図１６に示すように、後行シールド６と先行シールド５とを連通させて連通部を形成するため、後行シールド６の側方のセグメント、より詳細にはセグメントのスキンプレートが撤去される。また、先行シールド５に充填されたエアモルタル（ＡＭ）が撤去される。エアモルタル（ＡＭ）の撤去には、バックホウなどの重機が用いられる。また、撤去したセグメントやエアモルタル（ＡＭ）は、搬出車輛を用いて排出することができる。

図１７は、先行シールド５と後行シールド６が水平方向に連なる箇所における防水シートの設置状況を示す。また、図１８は、先行シールド５と後行シールド６が垂直方向に連なる箇所における防水シートの設置状況を示す。図１７、図１８は、外殻シールド４の部分拡大図であり、他の先行セグメント５や後行セグメント６は省略されている。図１７、図１８に示すように、連通部を構成する後行シールド６の端部の外周面に先行シールド５の端部が接続されている。連通部を構成する後行シールド６の端部は、切削可能なセグメント５２と比較して止水性の高い鋼製セグメント６１によって構成されている。連通部を構成する先行シールド５の端部は、鋼製セグメント５１の端部に連なる、一部が切削された切削可能なセグメント５２によって構成されている。防水シート８６は、上記のような切削可能なセグメント５２からなる先行シールド５の端部の内側と鋼製セグメント６１からなる後行シールド６の端部の外周面を跨ぐように設置されている。防水シート８６は、固定部材８７（ナット８７ａ、プレート８７ｄ、ネオプレンゴム８７ｅ、プチルゴムワッシャー８７ｃ、ワッシャー８７ｂ）によって固定されている。

図１９は、先行シールドと後行シールドが水平方向に連なる箇所におけるＲＣリング覆工体の構築状況を示す。また、図２０は、先行シールドと後行シールドが垂直方向に連なる箇所におけるＲＣリング覆工体の構築状況を示す。図１９、図２０は、外殻シールド４の部分拡大図であり、他の先行セグメント５や後行セグメント６は省略されている。図１９、図２０に示すように、外殻シールド４の内部にＲＣリング覆工体を構成する鉄筋が組み立てられる。鉄筋の組立が完了すると、図２１に示すように、コンクリートが打設されＲＣリング覆工体９が完成する。なお、鉄筋の周囲に型枠を組み立てるようにしてもよい。

ステップＳ１２では、図２２に示すように、外殻シールド４の外周の凍土が解凍される。

ステップＳ１３では、図２３に示すように、外殻シールド４内が掘削される。ステップＳ１３は、本発明の掘削工程に相当する。外殻シールド４内部の掘削は、上部から階段状になるように複数段に分けて掘削される。その際、本線シールド２の上部のセグメントが取り外される。外殻シールド４内部の掘削は、既存のベンチカット工法によって行うことができる。また、発進基地７と反対側の褄部においては、掘削と平行してコンクリートが打設される。換言すると、上部から順に複数回に分けて、コンクリートが打設され、褄壁が構築される。発進基地７と反対側の褄壁は、既存の逆巻き工法によって構築することができる。

ステップＳ１４では、褄部の凍土４１が解凍される。また、ランプシールド３の道路線形と本線シールド２の道路線形とが分岐合流するように道路が構築され、地中拡幅部の施工が完了する（図２４参照）。

＜効果＞
以上説明した地中拡幅部１の施工フローによれば、本線シールド２のセグメントを取り外し、本線シールド２の回りに地中拡幅部１を構築するためのシールドの発進基地７を構築することで、非開削で地中拡幅部１を施工することができる。また、先行シールド５、及び後行シールド６の外周に外周の凍土４２を造成することで、地山が安定し、また、先行シールド５、及び後行シールド６の内側への水の浸入を抑制できる。その結果、地下水環境への影響を最小限に抑えることができる。また、発進基地７の反対側の褄部に褄部の凍土４１を造成することで、先行シールド５、及び後行シールド６の内側への水の浸入をより効果的に抑制できる。また、先行シールド５内にエアモルタル（ＡＭ）を充填することで、後行シールド６での切削をより安定的に行うことができる。

また、後行シールド６を構成する鋼製セグメント６１の一部（スキンプレート）を撤去して先行シールド５と隣接する後行シールド６とが連通する連通部を構築し、連通部を構成する後行シールド６の端部の外周面に先行シールド５の端部を接続し、かつ、先行シールド５の端部の内側と後行シールド６の端部の外周面を跨ぐように防水シート８６を設置することで、先行シールド５、及び後行シールド６の内側への水の浸入を更に抑制できる。

また、鉄筋を組み立て、コンクリートを打設し、ＲＣリング覆工体９を完成させて外殻シールド４を構築し、その後、外殻シールド４の内側を掘削することで、地表面の沈下を最小限に抑えることができる。これにより、十分に安全性を確保した上で、地中拡幅部１の施工を行うことができる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る地中拡幅部の施工方法、及び当該地中拡幅部の施工方法によって構築される地中拡幅部について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成、同様の工程には同一符号を付し、説明を割愛する。

＜全体構成＞
図２５は、第２実施形態に係る地中拡幅部の施工方法によって構築される地中拡幅部の概要を示す。第２実施形態に係る地中拡幅部１の構成は、第２実施形態に係る地中拡幅部１と基本的に同じであり、本線シールド２とランプシールド３が分岐・合流する分岐合流部を拡幅するものであり、外殻シールド４を備える。但し、第２実施形態に係る地中拡幅部１では、第１実施形態と異なり、発進基地７がランプシールド３に設けられる。そのた
め、図２５では、本線（本線シールド２）の単独側が紙面手前側であり、本線シールド２とランプシールド３が分岐・合流する分岐合流部側が紙面奥側となっている。

＜施工方法＞
図２６は、第２実施形態に係る地中拡幅部の施工フローを示す。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

まず、ステップＳ０１では、図２７に示すように、ランプシールド３の任意の位置に地中立坑８２が構築される。より詳細には、ランプシールド３の側部のうち本線シールド２と隣接する側部と反対側の側部にブライン（本発明の冷却媒体に相当する）が流れる凍結管（水平管、垂直管）が埋設され、立坑８２よりも広い領域について立坑用の凍土８１が造成される。立坑用の凍土８１の造成は、既存の地盤凍結工法を用いることができる。立坑用の凍土８１が造成されることで、立坑８２の周囲の地山が保持され、また、立坑８２内への水の浸入を抑制することができる。立坑用の凍土８１が造成されると、ランプシールド３を構成するセグメントの一部が取り外され、ランプシールド３の側部に立坑８２が構築される。なお、立坑用の凍土８１の造成に代えて、薬液注入等による地盤改良を行うようにしてもよい。

ステップＳ０２では、図２８に示すように、円周シールドを構築する密閉式シールド機により掘進が開始される。より詳細には、立坑８２内で密閉式シールド機が本線シールド２及びランプシールド３の外周に設けられたガイドリングに設置され、密閉式シールド機が本線シールド２及びランプシールド３の周りを掘進する。図２８の点線は、円周シールドの未構築部分を示す。

ステップＳ０３では、図２９に示すように、ドーナツ形状の円周シールド８３が完成する。円周シールド８３は、先行シールド５及び後行シールド６を構築するシールド機の発進基地７、及び地中拡幅部１の分岐・合流部側の褄壁として機能する。

ステップＳ０４からステップＳ１４では、外殻シールド４が構築される。まず、ステップＳ０４では、図３０に示すように、先行シールド５が構築される。第１実施形態と異なり、分岐・合流部側から本線シールド２の単独側に向けて先行シールド５が構築される。

ステップＳ０５では、先行シールド５が完成する（図７参照）。ステップＳ０６−１では、先行シールド５にエアモルタル（ＡＭ）が充填され、更に、第２実施形態では、先行シールド５内に、凍結管８５、ＲＣリング覆工体９が構築される。図３１は、第２実施形態に係る先行シールド内の構築状況を示す。エアモルタル（ＡＭ）は、後に構築される後行シールド６と重なる部分（以下、切削部ともいう）に充填される。エアモルタル（ＡＭ）は、施工誤差を許容するため、切削部よりもやや大きい範囲に充填される。換言すると、後行シールド６の最外周面よりも外側の位置にエアモルタル（ＡＭ）用の型枠が組み立てられ、エアモルタル（ＡＭ）が充填される。また、エアモルタル（ＡＭ）とエアモルタル（ＡＭ）の間には、ＲＣリング覆工体９が構築される。更に、図３１に示す例では、先行シールド５の上部２カ所に、先行シールドの軸方向に延びる凍結管８５が設置される。凍結管８５は、例えば所謂Ｕバンドにより先行シールド５の上部（鋼製セグメントの内側面）に固定される。また、凍結管８５を覆うようにモルタル８８（コンクリートでもよい）が打設され、更にそのモルタル８８を覆うように断熱材（例えば、発泡ウレタン）が吹き付けられる。

ステップＳ０７では、後行シールド６が構築される（図９参照）。ここで、図３２は、第２実施形態に係る後行シールドの構築状況を示す。図３２に示すように、先行シールド５と後行シールド６は、交互に配置され、シールドの軸方向と直交する断面において一部
が重なっている。先行シールド５のうち、後行シールド６と重なる領域は、切削可能なセグメント５２で構成され、それ以外の領域は、鋼製セグメント５１で構成されている。なお、後行シールド６は、全て鋼製セグメント６１で構成されている。また、先行シールド５には、切削部及び切削部よりも大きい領域にエアモルタル（ＡＭ）が充填されるが、後行シールド６が構築されることで、切削部のエアモルタル（ＡＭ）が撤去され、施工誤差を許容するために充填された切削部の外側のエアモルタル（ＡＭ）が残る。

ステップＳ０８では、後行シールド６が完成する（図１１参照）。その結果、施工誤差を許容するために充填された切削部の外側のエアモルタル（ＡＭ）が残され、ＲＣリング覆工体９が構築され、凍結管８５が設置された先行シールド５と後行シールド６が交互に配置され、環状の外殻シールド４が形成される。

ステップＳ０９では、発進基地７と反対側の褄部に褄部の凍土４１が造成される（図１２参照）。ステップＳ１０では、外殻シールド４の外周に外周の凍土４２が造成される（図１３参照）。ここで、図３３は、第２実施形態に係る外殻シールドの外周に凍土が造成された状態を示す。図３３は、外殻シールド４の部分拡大図であり、他の先行セグメント５や後行セグメント６は省略されている。後行シールド６の上部にも、先行シールド５と同じく、凍結管８５（水平管）が設置され、凍結管８５を覆うようにモルタル８８が打設され、モルタル８８を覆うように断熱材が吹き付けられる。その結果、先行シールド５及び後行シールド６の外側、換言すると外殻シールドの外周に例えば厚さ０．８ｍの外周の凍土４２が造成される。

ステップＳ１１では、外殻シールド４の内部にＲＣリング覆工体９が構築される（図１５参照）。具体的には、まず、後行シールド６と先行シールド５とを連通させて連通部を形成するため、後行シールド６の側方のセグメント、より詳細にはセグメントのスキンプレートが撤去される。その際、施工誤差を許容するために充填された切削部の外側のエアモルタル（ＡＭ）が撤去される。また、図３４に示すように、先行シールド５と後行シールド６が水平方向に連なる箇所には、吹付防水として、例えば硬質ウレタンの層８６ａが設けられる。そして、第２実施形態では、先行シールド５内に、先行してＲＣリング覆工体９が構築されているため、後行シールド６内にＲＣリング覆工体９が構築され、先行シールド５内のＲＣリング覆工体９と後行シールド６内のＲＣリング覆工体９が鉄筋継手などにより接続される。

ステップＳ１２では、外殻シールド４の外周の凍土が解凍される（図２２参照）。次に、ステップＳ１３では、外殻シールド４内が掘削される（図２３参照）。また、外殻シールド４の内側に耐火モルタル等が吹き付けられる。ステップＳ１４では、褄部の凍土４１が解凍される。また、ランプシールド３の道路線形と本線シールド２の道路線形とが分岐合流するように道路が構築され、地中拡幅部の施工が完了する（図２５参照）。

＜効果＞
以上説明した第２実施形態に係る地中拡幅部１の施工フローによれば、第１実施形態と同じく、本線シールド２のセグメントを取り外し、本線シールド２の回りに地中拡幅部１を構築するためのシールドの発進基地７を構築することで、非開削で地中拡幅部１を施工することができる。また、先行シールド５、及び後行シールド６の外周に外周の凍土４２を造成することで、地山が安定し、また、先行シールド５、及び後行シールド６の内側への水の浸入を抑制できる。その結果、地下水環境への影響を最小限に抑えることができる。また、発進基地７の反対側の褄部に褄部の凍土４１を造成することで、先行シールド５、及び後行シールド６の内側への水の浸入をより効果的に抑制できる。また、先行シールド５内にエアモルタル（ＡＭ）を充填することで、後行シールド６での切削をより安定的に行うことができる。

また、凍結管８５をモルタル８８、及び断熱材８９で覆うことで冷却性能が向上する。そのため、より効率よく凍土４２を造成することができ、地山が安定する。

＜止水装置＞
凍結工法に用いる止水装置の一例について、説明する。以下に説明する止水装置は、例えば、ステップＳ０６、ステップＳ０６−１、ステップＳ０７等における先行シールド５や後行シールド６の周囲の凍土４２の造成に用いることができる。

図３５は、シールドを凍結する場合のシールドの断面図を示す。図３５は、シールドの一例として先行シールド５を示す。図３６は、図３５のＡ−Ａ断面図を示す。図３５、図３６に示すように、止水装置は、凍結管８５、被覆材８８、断熱材８９を含む。先行シールド５を構成する鋼製セグメント５１の内側に凍結管８５が設置されている。鋼製セグメント５１は、コンクリートを中詰めした鋼製セグメントからなる。凍結管８５は、図示しない所謂Ｕバンドで鋼製セグメント５１に固定されている。また、凍結管８５は、被覆材８８（コンクリート又はモルタル等）で被覆されている。また、被覆材８８は、断熱材８９（例えば、発泡ウレタン）で被覆されている。

ここで、図３７は、凍結管が被覆材で被覆された場合を示す。図３７に示す例では、凍結管８５の表面に、被覆材８８の内部において凍結管８５の伸縮を許容するための低摩擦材（例えば、シリコン、グリースなど）が塗布され、凍結管８５と被覆材との間に低摩擦材が介在している。これにより、凍結管８５の内部にブラインが流れ、凍結管８５が温度低下により縮んだ場合でも凍結管８５の縮みが許容される。

図３８は、凍結管の一例を示す。図３８に示す例では、２本の凍結管８５が、凍結管８５の軸方向の伸縮を許容する継手８５１（例えば、所謂フレキシブル管）によって接続されている。継手８５１は、内径が凍結管８５の外径よりも僅かに大きく形成された筒状部材からなり、両端部の内側に環状の止水部材８５２が設けられている。凍結管８５の内部にブラインが流れ、凍結管８５が温度低下により縮んだ場合（図３７の矢印参照）でも、継手８５１が凍結管８５の接続部を覆うことで、ブラインの漏れを抑制することができる。なお、継手８５１は、外径を凍結管８５の内径よりも小さくし、凍結管８５の内側に設置するようにしてもよい。この場合、筒状部材からなる継手８５１の両端部の外側に止水部材８５２が設けられる。また継手８５１は、樹脂によって構成するとともに形状を蛇腹状として伸縮を許容するようにしてもよい。

図３９は、凍結管の他の例を示す。図３９に示す凍結管８５は、ブラインの流れ方向において上流側の凍結管の接続口８５ａが、下流側の凍結管の接続口８５ｂに内包できるよう、下流側の凍結管の接続口８５ｂよりも細く形成されている。下流側の凍結管の接続口８５ｂの径は、他の部分（本体部）の径と同じである。より詳細には、上流側の凍結管の接続口８５ａは、テーパ部８５ａ１を介して本体部より径が細く形成されており、端部に外側に突出し、下流側の凍結管の接続口８５ｂに内包された際に、下流側の凍結管の接続口８５ｂの内面と接する環状の突出部８５ａ２が形成されている。一方で、下流側の凍結管の接続口８５ｂは、端部に、突出部８５ａ２の移動を規制する規制部８５ｂ１が形成されている。規制部８５ｂ１は、傾斜面８５ｂ２を有している。上流側の凍結管の接続口８５ａが下流側の凍結管の接続口８５ｂに挿入されると、突出部８５ａ２が規制部８５ｂ１の傾斜面８５ｂ２と接する。突出部８５ａ２が規制部８５ｂ１の傾斜面８５ｂ２を乗り越えると、突出部８５ａ１の軸方向の移動が規制される。なお、上記構成に代えて、上流側の凍結管の接続口８５ａ、及び下流側の凍結管の接続口８５ｂに互いに螺合する螺旋溝を形成し、ネジ構造により両者を接続できるようにしてもよい。また、パッキンなど、ブラインの漏れを抑制する止水部を形成してもよい。図３９に示す凍結管８５によれば、外側
の突出がないため、鋼管セグメント５１との密着性が向上する。その結果、凍結管８５からの冷熱をより効率よく地山側に伝達することができる。また、図３９に示す凍結管８５によれば、別部材としての継手が不要となる。そのため、部品点数を削減することができる。

凍結工法に、上述した止水装置を用いることで、鋼製セグメント５１を凍結することができ、そのエネルギー（冷熱）を鋼製セグメント５１と接する地山に効率よく伝達することができる。また、凍土４２を構築する際の作業効率が向上し、より効率よく凍土４２を造成することができる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は、可能な限り実施形態を組み合わせて実施することができる。

１・・・地中拡幅部
２・・・本線シールド
３・・・ランプシールド
４・・・外殻シールド
５・・・先行シールド
６・・・後行シールド
７・・・発進基地
５１、６１・・・鋼製セグメント
５２・・・切削可能なセグメント
８２・・・立坑

Claims (4)

1. 地中拡幅部の施工方法であって、
   シールドトンネルのセグメントを取り外し、地中拡幅部を構築するためのシールド機の発進基地を、当該シールドトンネル回りに円周状に構築する発進基地の構築工程と、
   前記発進基地から先行シールド機を発進させ、切削可能なセグメントが配置された先行シールドを間隔を空けて環状に複数構築する先行シールドの構築工程と、
   前記発進基地から後行シールド機を発進させ、前記先行シールドの一部を切削しながら、後行シールドを環状に複数構築する後行シールドの構築工程と、
   前記先行シールド、及び前記後行シールドの構築後、前記先行シールドと前記後行シールドとが交互に配置されることで形成される環状の外殻シールドの外周に止水領域を構築する止水工程と、
   前記止水領域の構築後、前記先行シールドと当該先行シールドに隣接する前記後行シールドとを連通し、前記先行シールドと前記後行シールドの内部に鉄筋とコンクリートとを有するＲＣリング覆工体を構築し、前記シールドトンネルの外側に地中拡幅部の外殻を形成する前記外殻シールドを構築する外殻シールドの構築工程と、
   前記外殻シールドの構築後、前記外殻シールドの内側を掘削する掘削工程と、を備える、地中拡幅部の施工方法。
2. 前記止水工程では、前記発進基地の反対側の褄部を止水する、請求項１に記載の地中拡幅部の施工方法。
3. 前記先行シールド内に埋め戻し材を充填する充填工程を更に備える、請求項１又は２に記載の地中拡幅部の施工方法。
4. 前記外殻シールドの構築工程では、後行シールドを構成するセグメントの一部を撤去して前記先行シールドと隣接する前記後行シールドとが連通する連通部を構築し、前記連通部を構成する前記後行シールドの端部の外周面に前記先行シールドの端部を接続し、かつ、当該先行シールドの端部の内周面と前記後行シールドの端部の外周面を跨ぐように防水部を形成する、請求項１から３の何れか１項に記載の地中拡幅部の施工方法。

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