JP6186267B2 - 地下トンネルの構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、プレキャスト部材を用いた地下トンネルの構築方法に関する。

近年、都市部の道路整備工事等において、既設道路直下に通過交通用の地下トンネルを構築する計画が増加している。図９は、一般的な開削工法の構造を示す図である。計画中の地下トンネルの土かぶりが浅い場合、図９に示すような開削工法が用いられる。図９に示す開削工法では、まず、地下トンネルの躯体の外側に土留壁１０３を構築し、内部に中間杭１０７を打設する。そして、路面覆工を設置し、必要に応じて止水や先行地中梁としての底盤改良１０９を行い、切梁１０５を設置しながらトンネル構築スペースを掘削する。その後、掘削したトンネル構築スペースに現場打ちコンクリート１１１を打設して、トンネル躯体を構築する。

現場打ちコンクリートでトンネル躯体を構築するには、土留め壁として設置したＨ型コンクリート杭に頂版アーチの型枠を取り付け、Ｈ型コンクリート杭相互間の内部空間に頂版鉄筋の端部を挿入し、内部空間と頂版アーチの型枠内にコンクリートを打設して側壁と頂版とを一体に結合させる方法（例えば、特許文献１参照）等もある。

特許第４８６５３００号公報

しかしながら、切梁を設置しながらトンネル構築スペースを掘削する場合、掘削までの仮設構造の構築に時間がかかり、工費も嵩む。また、現場打ちコンクリートによりトンネル躯体を構築する場合、型枠や鉄筋の組み立て、コンクリートの養生等に多くの手間と時間を要する。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、切梁を設置せずにトンネル構築スペースを掘削し、プレキャスト部材を用いてトンネルを構築することにより、大幅な工期短縮と工費削減を図れる地下トンネルの構築方法を提供することである。

前述した目的を達成するための本発明は、地盤中に複数の側壁セグメントを設置して、一対の側壁を形成する工程ａと、前記一対の側壁の上端に複数の頂版セグメントを架設して頂版を形成する工程ｂと、前記頂版に設けられた開口または孔を介して、前記頂版の上面側から下面側に地盤改良用のロッドを貫通させ、前記一対の側壁の間の地盤を改良して先行地中梁を形成する工程ｃと、前記一対の側壁の間の地盤を掘削し、前記先行地中梁の上方に、底版を形成する工程ｄと、を具備することを特徴とする地下トンネルの構築方法である。

本発明では、工程ｂで形成した頂版や工程ｃで形成した先行地中梁を、工程ｄで地盤を掘削する際に土留めとして用いる。そのため、仮設の土留めを設置するための工期・工費が不要となる。また、プレキャスト製のセグメントを用いて頂版および側壁を形成する。そのため、型枠等の設置・撤去やコンクリートの養生期間が不要となるうえ、天候の影響を受けずに施工を進めることができ、大幅な工期短縮・工費削減を図ることができる。

前記工程ｂでは、例えば、開口のない第１の頂版セグメントと開口を有する第２の頂版セグメントとをトンネル軸方向に交互に配置して前記頂版を形成する。
開口を有する頂版セグメントを用いることにより、工程ｃで、頂版の上面側から下面側に地盤改良用のロッドを容易に貫通させることができる。

工程ｂで開口のない第１の頂版セグメントと開口を有する第２の頂版セグメントとを用いる場合、例えば、前記第１の頂版セグメントが、トンネル幅方向に複数に分割されており、前記工程ｂで、分割された前記第１の頂版セグメントを、ほぞを噛み合わせて連結する。
頂版セグメントを複数に分割することにより、部材を軽量化できる。また、ほぞを噛み合わせることにより、分割されたセグメント同士を確実に連結できる。

前記頂版セグメントは、例えばアーチ状である。
構造上有利なアーチ形状を採用することにより、部材厚を薄くすることができる。

前記工程ａでは、例えば、前記側壁セグメント同士をほぞを噛み合わせて連結して側壁を形成する。
ほぞを噛み合わせることにより、隣接する側壁セグメント同士を確実に連結し、目違いを防止できる。

前記工程ｂでは、例えば、前記側壁セグメントと前記頂版セグメントとを、アンカボルトを用いて接合する。
側壁セグメント、頂版セグメントに、アンカボルトを設置するための機構をあらかじめ設けておけば、側壁セグメントと頂版セグメントとを容易かつ確実に接合できる。

本発明では、前記工程ａと前記工程ｂとの間に、前記一対の側壁の間の地盤を所定の深さまで掘削し、前記工程ｂと前記工程ｃとの間に、前記一対の側壁の間の地盤を所定の深さまで掘削して発生した掘削残土を用いて、前記頂版の上部の埋め戻しを行うことが望ましい。
現地で発生した掘削残土を埋め戻しに用いることにより、産業廃棄物の削減と材料費の削減が可能となる。

また、前記工程ｄでは、例えば、前記側壁セグメントと鉄筋継手を用いて接合して前記底版を形成する。
側壁セグメントに鉄筋継手をあらかじめ設けておけば、底版の鉄筋を側壁セグメントに容易に定着できる。

本発明によれば、切梁を設置せずにトンネル構築スペースを掘削し、プレキャスト部材を用いてトンネルを構築することにより、大幅な工期短縮と工費削減を図れる地下トンネルの構築方法を提供することができる。

プレキャスト製の側壁セグメント１の構造を示す図 プレキャスト製の頂版セグメント２５、４１の構造を示す図 側壁２を形成する工程を示す図 地盤５５の一次掘削を行う工程を示す図 頂版２０を形成する工程を示す図 先行地中梁８３を形成する工程を示す図 トンネル内部を掘削する工程を示す図 底版コンクリート９１等を形成する工程を示す図 一般的な開削工法の構造を示す図

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について説明する。

（側壁セグメント）
本実施の形態では、地盤中に複数の側壁セグメント１を連結して設置して、一対の側壁を形成する。図１は、プレキャスト製の側壁セグメント１の構造を示す図である。図１（ａ）は、側壁セグメント１を内側面３側から見た正面図である。図１（ｂ）は、側壁セグメント１の側面図である。図１（ｃ）は、側壁セグメント１を上側から見た平面図である。

図１に示すように、側壁セグメント１は、本体１９の内側面３（トンネルの内周面を構成する面）の上端付近に、後述する頂版セグメント（図２）の端部を受けるための切欠部１３が設けられる。側壁セグメント１の切欠部１３の下面１５には、頂版セグメントとの接合に用いるアンカ１７が設けられる。アンカ１７は、アンカ用孔、アンカプラグ等である。

側壁セグメント１の下部には、現場打ちの底版の鉄筋を定着させるための鉄筋継手２３が設けられる。鉄筋継手２３は、Ｌ字型の機械式継手であり、側壁セグメント１の内側面３の下部に端部が位置するように埋設される。鉄筋継手２３は、側壁セグメント１の内部で上方に曲がる鉄筋継手２３ａと、下方に曲がる鉄筋継手２３ｂとからなる。

側壁セグメント１は、側壁セグメント１同士を連結して側壁を形成する際に隣接するセグメントとの目違いを防ぐために、側面７ａにほぞ９が設けられ、側面７ｂにほぞ穴１１が設けられる。
側壁セグメント１の外側面５側には、本体１９の上方に延びるパラペット２１が設けられる。

側壁セグメント１同士の接合面（側面７ａ、７ｂ）や、側壁セグメント１と頂版セグメント２５や頂版セグメント４１との接合面（切欠部１３の下面１５）には、必要に応じて、図示しない止水用パッキンが設けられる。

（頂版セグメント）
本実施の形態では、開口のない第１の頂版セグメント２５と開口を有する第２の頂版セグメント４１とをトンネル軸方向に交互に配置して頂版を形成する。図２は、プレキャスト製の頂版セグメント２５、頂版セグメント４１の構造を示す図である。図２（ａ）は、頂版セグメント２５を上側から見た平面図である。図２（ｂ）は、頂版セグメント２５の側面図である。図２（ｃ）は、頂版セグメント４１を上側から見た平面図である。図２（ｄ）は、頂版セグメント４１の側面図である。

図２に示すように、頂版セグメント２５は、アーチ状である。頂版セグメント２５の両側部には、上面２７から下面までを貫通するボルト穴３９が設けられる。

頂版セグメント２５は、頂部の上面２７側に凸部２９を有する。頂版セグメント２５は、凸部２９の位置でトンネル幅方向に２つに分割され、図２（ａ）、図２（ｂ）において右半部に図示される頂版セグメント２５ａと、図２（ａ）、図２（ｂ）において左半部に図示される頂版セグメント２５ｂとからなる。頂版セグメント２５ａは、頂版セグメント２５ｂとの接合面３３にほぞ穴３７が設けられる。頂版セグメント２５ｂは、頂版セグメント２５ａとの接合面３３にほぞ３５が設けられる。

頂版セグメント２５ａの凸部２９、頂版セグメント２５ｂの凸部２９には、それぞれ、凸部２９を貫通する連結ボルト用穴３１が設けられる。頂版セグメント２５ａの連結ボルト用穴３１と頂版セグメント２５ａの連結ボルト用穴３１とは、頂版セグメント２５ａのほぞ穴３７と頂版セグメント２５ｂのほぞ３５とを噛み合わせると連通する。

図２に示すように、頂版セグメント４１は、アーチ状である。頂版セグメント４１の両側部には、上面４３から下面までを貫通するボルト穴５３が設けられる。

頂版セグメント４１は、頂部に開口７３を有する。頂版セグメント４１は、開口７３によってトンネル幅方向に２つに分割され、図２（ｃ）、図２（ｄ）において右半部に図示される頂版セグメント４１ａと、図２（ｃ）、図２（ｄ）において左半部に図示される頂版セグメント４１ｂとからなる。頂版セグメント４１ａ、頂版セグメント４１ｂは、上面４３側に開口７３に沿って凸部４５が設けられる。頂版セグメント４１ａ、頂版セグメント４１ｂの凸部４５の上面には、開口７３に沿って、パラペット４７が設けられる。凸部４５およびパラペット４７は、頂版セグメント４１の両側面４９から張り出すように設けられる。

頂版セグメント４１ａ、頂版セグメント４１ｂの中央付近には、それぞれ、上面４３から下面までを貫通する底盤改良用孔５１が設けられる。

頂版セグメント２５ａと頂版セグメント２５ｂとの接合面３３、頂版セグメント２５と頂版セグメント４１との接合面、頂版セグメント２５や頂版セグメント４１と側壁セグメント１のセグメントとの接合面等には、必要に応じて、図示しない止水用パッキンが設けられる。

（地下トンネルの構築方法）
本実施の形態では、上述した側壁セグメント１、頂版セグメント２５、頂版セグメント４１を用いて地下トンネルを構築する。以下に、図３から図８を用いて地下トンネルの構築方法について説明する。

図３は、側壁２を形成する工程を示す図である。図３（ａ）はトンネル計画用地の平面図を、図３（ｂ）は図３（ａ）に示す矢印Ａ−Ａによる断面図を示す。図３に示す用地境界５７の内側に地下トンネルを構築するには、まず、側壁の構築予定箇所の両側方の地表付近に、Ｈ型鋼等によりガイドウォール５９を設置する。そして、側壁の構築予定箇所の地盤５５を連続地中壁掘削機により掘削して一対の溝６１を形成する。掘削した溝６１には、孔壁を安定させるため、ベントナイト等を用いた安定液６３を満たす。

次に、溝６１内の下部を、地盤５５の強度以上となるソイルモルタルで置換する。その後、溝６１内に複数の側壁セグメント１を順次挿入し、図１に示すほぞ９とほぞ穴１１とを噛み合わせることによって、隣接する側壁セグメント１同士を目違いが生じないように連結し、地盤５５に一対の側壁２を形成する。なお、挿入した側壁セグメント１は、ガイドウォール５９に設置した図示しない沈下防止用金具によって、所定の深さに固定しておく。そして、溝６１内の下部のソイルモルタルが硬化した後、側壁セグメント１と溝６１の孔壁との間の部分を、ソイルモルタルに置換する。

図４は、地盤５５の一次掘削を行う工程を示す図である。図４（ａ）はトンネル計画用地の平面図を、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す矢印Ｂ−Ｂによる断面図を示す。図４に示す工程では、まず、一対の側壁２の間の地盤５５を、図２に示す頂版セグメント２５、頂版セグメント４１が設置可能となる深さ６７まで掘削する。深さ６７は、例えば５ｍ程度とする。深さは、両側の側壁２で土圧を支持可能な深さである。そして、地盤５５の掘削面に地盤改良用のスライムピット６５を削孔する。スライムピット６５の大きさは、例えば１ｍ×１ｍ程度とする。スライムピット６５は、図５に示す後続の工程で側壁２に架設される頂版セグメント４１の開口７３や底盤改良用孔５１に対応する位置に削孔する。

図５は、頂版２０を形成する工程を示す図である。図５（ａ）、図５（ｃ）は、トンネル計画用地の平面図を、図５（ｂ）、図５（ｄ）は、トンネル計画用地の鉛直方向断面図を示す。図５に示す工程では、一対の側壁２の上端に、開口のない頂版セグメント２５と開口７３を有する頂版セグメント４１とをトンネル軸方向に交互に配置して、頂版２０を形成する。

頂版セグメント２５と頂版セグメント４１とを側壁２の上端にトンネル軸方向に交互に架設するには、図５（ａ）に示すように、先行して架設した頂版セグメント２５ｎの隣に頂版セグメント４１ｎを設置するための間隔５０を確保しつつ、頂版セグメント２５（ｎ＋１）を配置する。図５（ｂ）に示すように、頂版セグメント２５は、頂版セグメント２５ａと頂版セグメント２５ｂとを、図２に示すほぞ穴３７とほぞ３５とを噛み合わせ、連結ボルト用穴３１にボルトを挿入して締結することによって連結した状態で、側壁２に架設される。

側壁２の上端では、側壁セグメント１の切欠部１３の下面１５が頂版セグメント２５の両端部を受ける。側壁セグメント１と頂版セグメント２５とは、図２に示す頂版セグメント２５のボルト穴３９と図１に示す側壁セグメント１のアンカ１７とを用いてアンカボルトで接合される。

頂版セグメント２５（ｎ＋１）を架設した後、図５（ｃ）に示すように、頂版セグメント２５ｎと頂版セグメント２５（ｎ＋１）との間に頂版セグメント４１ｎを架設する。このとき、頂版セグメント４１ａと頂版セグメント４１ｂとを、図５（ｄ）に示すように同時に架設してもよいし、図５（ｃ）に示すように順に架設してもよい。

頂版セグメント４１ｎの凸部４５は、頂版セグメント４１ｎの両側面４９から張り出しているため、張り出した部分は、隣接する頂版セグメント２５ｎおよび頂版セグメント２５（ｎ＋１）の上面に配置される。頂版セグメント４１の凸部４５の張り出し長さは、パラペット４７がトンネル軸方向に連続するように設定される。

側壁２の上端では、側壁セグメント１の切欠部１３の下面１５が頂版セグメント４１の両端部を受ける。側壁セグメント１と頂版セグメント４１とは、図２に示す頂版セグメント４１のボルト穴５３と図１に示す側壁セグメント１のアンカ１７とを用いてアンカボルトで接合される。

図６は、先行地中梁８３を形成する工程を示す図である。図６（ａ）は、トンネル計画用地の平面図を、図６（ｂ）は、トンネル計画用地の鉛直方向断面図を示す。図６に示す工程では、まず、頂版セグメント４１の底盤改良用孔５１に底盤改良用さや管６９を設置し、地盤５５の表面まで立ち上げる。そして、図４に示す工程で一対の側壁２の間の地盤５５を所定の深さまで掘削して発生した掘削残土をスライムピット６５から回収し、回収した掘削残土に土やセメントを混合した流動化処理土７１を用いて、頂版２０の上部の埋め戻しを行う。パラペット４７は、埋め戻し時に土留めとして機能する。流動化処理土７１で埋め戻すことにより、頂版セグメント２５と頂版セグメント４１との間の止水性を確保できる。

その後、頂版２０に設けられた開口を介して、地上に設置した地盤改良施工機７５のロッド７７を頂版２０の上面側から下面側に貫通させる。そして、ロッド７７を用いて削孔および噴射注入を行って複数の高圧噴射撹拌杭７９を形成することにより、一対の側壁２の下部の間の地盤５５を改良し、先行地中梁８３を形成する。

頂版２０に設けられた開口とは、開口７３や、底盤改良用さや管６９（底盤改良用孔５１）である。トンネルの中央部に高圧噴射撹拌杭７９を形成する際には、開口７３に図示しない施工機受桁を渡して地盤改良施工機７５を設置し、開口７３にロッド７７を貫通させる。また、トンネルの側部に高圧噴射撹拌杭７９を形成する際には、図６（ｂ）に示すように、底盤改良用さや管６９にロッド７７を貫通させる。いずれの場合にも、削孔時に生じるスライムの排出は開口７３から行う。

図６に示す工程では、高圧噴射撹拌杭７９の形成終了後に、頂版セグメント４１の底盤改良用孔５１にコンクリートを充填し、底盤改良用さや管６９内に流動化処理土を充填する。そして、底盤改良用さや管６９を撤去する。

図７は、トンネル内部を掘削する工程を示す図である。図７（ａ）は、トンネル計画用地の平面図を、図７（ｂ）は、トンネル計画用地の鉛直方向断面図を示す。図７に示す工程では、トンネル内に小型バックホウ８７を入れ、トンネル内部の土砂８５を掘削する。このとき、頂版２０や先行地中梁８３が掘削時の背面土圧に対抗する。また、地上にテレスコクラム８９を設置し、開口７３を用いて掘削土砂の揚上を行う。

図８は、底版コンクリート９１等を形成する工程を示す図である。図８（ａ）は、トンネル計画用地の平面図を、図８（ｂ）は、トンネル計画用地の鉛直方向断面図を示す。図８に示す工程では、必要に応じて、先行地中梁８３上に図示しない均しコンクリートを打設した後、その上方に底版の鉄筋の組み立てを行う。底版の鉄筋は、図１に示す側壁セグメント１の鉄筋継手２３を用いて側壁セグメント１に定着される。

次に、底版コンクリート９１を打設して底版を形成する。底版コンクリート９１の打設時には、温度収縮を考慮し、２０ｍ程度のブロックに分割して打設し、施工継ぎ目に目地を設けることが望ましい。さらに、トンネル内舗装９３および地上部舗装９５を行って、トンネルの仕上げを行う。トンネル完成後、パラペット４７は手すりとして機能する。

本実施の形態では、頂版２０や先行地中梁８３を、トンネル内部の土砂８５の掘削時の土留めとして用いるため、仮設の土留めを設置するための工期・工費が不要となる。また、プレキャスト製の頂版セグメント２５や頂版セグメント４１を用いて頂版２０を形成し、側壁セグメント１を用いて側壁２を形成するため、型枠等の設置・撤去やコンクリートの養生期間が不要となるうえ、天候の影響を受けずに施工を進めることができ、大幅な工期短縮・工費削減を図ることができる。

本実施の形態では、開口のない頂版セグメント２５と開口を有する頂版セグメント４１とをトンネル軸方向に交互に配置して頂版２０を形成する。開口７３や底盤改良用孔５１等の開口を有する頂版セグメント４１を用いることにより、頂版２０の上面側から下面側に地盤改良用のロッド７７を容易に貫通させることができる。

本実施の形態では、頂版セグメント２５、頂版セグメント４１をアーチ状とする。また、頂版セグメント２５を頂版セグメント２５ａと頂版セグメント２５ｂとに分割する。構造上有利なアーチ形状を採用して部材厚を薄くしたり、セグメントを複数に分割したりすることにより、部材を軽量化でき、運搬等が容易となる。

本実施の形態では、側壁セグメント１同士をほぞを噛み合わせて連結して側壁２を形成する。また、側壁セグメント１と頂版セグメント２５や頂版セグメント４１とを、あらかじめ設けられたアンカ１７を用いてアンカボルトで接合する。さらに、側壁セグメント１にあらかじめ設けられた鉄筋継手２３を用いて底版の鉄筋を側壁セグメント１に接合する。これらにより、部材同士を確実かつ容易に連結できる。

本実施の形態では、一対の側壁２の間の地盤５５を所定の深さまで掘削して発生した掘削残土を用いて、頂版２０の上部の埋め戻しを行う。現地で発生した掘削残土を用いることにより、産業廃棄物の削減と材料費の削減が可能となる。

なお、本実施の形態では、頂版セグメント２５と頂版セグメント４１とをトンネル軸方向に交互に配置したが、頂版２０の形成に用いる頂版セグメントは、これらに限らない。頂版セグメントは、開口が設けられた頂版２０を形成できるようなものであればよい。また、頂版セグメント２５をトンネル軸方向に２つに分割したが、分割は必須ではない。

本実施の形態では、頂版セグメント４１にパラペット４７をあらかじめ一体化したが、パラペット４７は後付けでもよい。パラペット４７は、図６に示す流動化処理土７１による埋め戻しの際に土留めとして機能するので、埋め戻し前に設置すればよい。

本実施の形態では。高圧噴射撹拌杭７９を一対の側壁２の間の全面に隙間なく形成したが、所定の改良効果が得られれば、高圧噴射撹拌杭７９同士の間に隙間があってもよい。但し、側壁２の縁には高圧噴射撹拌杭７９を切れ目なく形成することが望ましい。また、底盤改良用孔５１は、頂版セグメント２５に形成してもよい。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………側壁セグメント
２………側壁
９、３５………ほぞ
１１、３７………ほぞ穴
１３………切欠部
１７………アンカ
２０………頂版
２１、４７………パラペット
２３………鉄筋継手
２５、２５ａ、２５ｂ、４１、４１ａ、４１ｂ………頂版セグメント
２９、４５………凸部
３１………連結用ボルト穴
３９、５３………ボルト穴
５１………底盤改良用孔
７１………流動化処理土
７７………ロッド
７９………高圧噴射撹拌杭
８３………先行地中梁
８５………土砂
９１………底版コンクリート

Claims (8)

1. 地盤中に複数の側壁セグメントを設置して、一対の側壁を形成する工程ａと、
   前記一対の側壁の上端に複数の頂版セグメントを架設して頂版を形成する工程ｂと、
   前記頂版に設けられた開口または孔を介して、前記頂版の上面側から下面側に地盤改良用のロッドを貫通させ、前記一対の側壁の間の地盤を改良して先行地中梁を形成する工程ｃと、
   前記一対の側壁の間の地盤を掘削し、前記先行地中梁の上方に、底版を形成する工程ｄと、
   を具備することを特徴とする地下トンネルの構築方法。
2. 前記工程ｂで、開口のない第１の頂版セグメントと開口を有する第２の頂版セグメントとをトンネル軸方向に交互に配置して前記頂版を形成することを特徴とする請求項１記載の地下トンネルの構築方法。
3. 前記第１の頂版セグメントが、トンネル幅方向に複数に分割されており、
   前記工程ｂで、分割された前記第１の頂版セグメントを、ほぞを噛み合わせて連結することを特徴とする請求項２記載の地下トンネルの構築方法。
4. 前記頂版セグメントがアーチ状であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の地下トンネルの構築方法。
5. 前記工程ａで、前記側壁セグメント同士をほぞを噛み合わせて連結して側壁を形成することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の地下トンネルの構築方法。
6. 前記工程ｂで、前記側壁セグメントと前記頂版セグメントとを、アンカボルトを用いて接合することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の地下トンネルの構築方法。
7. 前記工程ａと前記工程ｂとの間に、前記一対の側壁の間の地盤を所定の深さまで掘削し、 前記工程ｂと前記工程ｃとの間に、前記一対の側壁の間の地盤を所定の深さまで掘削して発生した掘削残土を用いて、前記頂版の上部の埋め戻しを行うことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の地下トンネルの構築方法。
8. 前記工程ｄで、前記側壁セグメントと鉄筋継手を用いて接合して前記底版を形成することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の地下トンネルの構築方法。

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