JP6624440B2

JP6624440B2 - 凍結工法

Info

Publication number: JP6624440B2
Application number: JP2016008678A
Authority: JP
Inventors: 昌明阿部; 幸一浜口
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2016-01-20
Filing date: 2016-01-20
Publication date: 2019-12-25
Anticipated expiration: 2036-01-20
Also published as: JP2017128915A

Description

本発明は、例えば道路トンネルの分岐合流部などの大断面の地中空洞を施工する際に、掘削予定位置の外側に配列された複数の外殻シールドトンネル間の地山を凍結させて掘削する凍結工法に関するものである。

従来、道路トンネルの分岐合流部などの大断面の地中空洞を施工する場合に、地中空洞の施工予定位置の外側に複数の外殻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する方法が知られている（例えば、特許文献１〜３を参照）。

例えば、特許文献１では、本線シールドトンネルの一部分を切り広げた円周シールド発進基地を施工し、円周シールド発進基地から円周シールド機により本線シールドトンネルの外周面に沿って周方向に掘削することでリング状の外殻シールド発進基地を施工し、外殻シールド発進基地の側壁部より外殻シールド機を発進させ、複数の外殻シールドトンネルを施工する。さらに、複数の外殻シールドトンネル間の地山を凍結管で凍結させて掘削することにより連結し、掘削予定位置を取り囲む外殻体を構築する。

特開２０１４−４３７３８号公報特開２０１５−１２９４１１号公報特開２００７−２１７９１１号公報

ところで、従来、複数の外殻シールドトンネル間の地山を凍結させる際に、外殻シールドトンネルから放射状に凍結管を配置して地山を凍結させていた。この方法では、多数の凍結管を配置する必要があり、施工コストの上昇や工期の長期化を招くおそれがあった。このため、凍結管をより合理的に配置することが求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、凍結管を合理的に配置した凍結工法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る凍結工法は、複数のトンネル間の間隔が、該トンネルの軸方向に沿って広がる場合において、前記トンネル間に凍結管を配置して前記トンネル間の地山を凍結させて掘削する凍結工法であって、前記トンネル間の間隔が狭い側では、前記軸方向に沿って前記凍結管を配置し、前記トンネル間の間隔が広い側では、前記軸方向と交差する方向に前記凍結管を配置することを特徴とする。

また、本発明に係る他の凍結工法は、上記発明において、前記軸方向に沿って配置される前記凍結管よりも、前記軸方向と交差する方向に配置される前記凍結管の方が短いことを特徴とする。

また、本発明に係る他の凍結工法は、上記発明において、前記複数のトンネルの施工と並行して、前記軸方向に沿って前記凍結管を配置することを特徴とする。

また、本発明に係る他の凍結工法は、上記発明において、前記軸方向に沿って配置される前記凍結管より口径が大きいさや管を前記軸方向に沿って配置し、前記さや管内に前記凍結管を配置し、該凍結管の周囲に充填材を充填することを特徴とする。

本発明によれば、凍結管を合理的に配置した凍結工法を実現することができる。

図１は、分岐合流部の施工方法の概略説明図である。図２は、分岐合流部の施工方法の概略説明図である。図３は、分岐合流部の横断面図である。図４は、分岐合流部の施工方法の手順を示す図である。図５は、凍結工法の概略説明図である。図６は、凍結工法の概略説明図である。図７は、凍結工法の概略説明図である。

以下に、本発明に係る凍結工法の実施の形態について、シールド工法により施工される道路トンネルの分岐合流部の場合を例に取り、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（地中空洞の施工方法）
まず、本発明に係る凍結工法を含む地中空洞の施工方法について説明する。

図１〜図３は、分岐合流部（地中空洞）の施工方法の概略説明図である。この施工方法では、本線シールドトンネル１０およびランプシールドトンネル１２を包含する分岐合流部１４の掘削予定位置の外側に、小口径の外殻シールド機１６を使って予め複数の外殻シールドトンネル１８を配列した状態で施工することにより、それら外殻シールドトンネル１８によって分岐合流部１４の掘削予定位置を取り囲む外殻体２０を構築し、この外殻体２０の内側の地山を掘削して分岐合流部１４を施工する。

より具体的には、まず、図４（１）に示すように、本線シールドトンネル１０を在来のシールド工法により地山を安定に支保し、止水性を確保しつつ施工する。同様に、本線シールドトンネル１０の隣に図示しないランプシールドトンネル１２を在来のシールド工法により施工する。続いて、施工予定の分岐合流部１４の軸方向（本線シールドトンネル１０が延在するトンネル軸方向と平行な方向）の後端部（始端部）となる本線シールドトンネル１０の外周に大径の本発明の地中発進基地構造２２を構築する。地中発進基地構造２２は、分岐合流部１４の外殻体２０をなす外殻シールドトンネル１８を掘進する小口径の外殻シールド機１６を発進するための基地である。なお、本実施の形態では本線シールドトンネル１０の直径が例えば１６ｍ程度、ランプシールドトンネル１２の直径が例えば１１ｍ程度、分岐合流部１４の直径が３２ｍ程度であることを想定している。

次に、図４（２）に示すように、地中発進基地構造２２から外殻シールド機１６を発進させ、施工予定の分岐合流部１４の外側周囲にその軸方向に沿う複数の小径（例えば直径４ｍ程度）の外殻シールドトンネル１８を所定間隔で配列した状態で施工する。

次に、図４（３）に示すように、この外殻シールドトンネル１８間の地山を本発明に係る凍結工法により凍結させて掘削し、掘削した領域に本体覆工壁２４を形成し、さらに、本体覆工壁２４の両端となる部分にそれぞれ不図示の褄壁を形成することによって外殻体２０を構築する。そして、図４（４）に示すように、この外殻体２０によって囲まれた領域の地山を掘削して分岐合流部１４を施工する。このようにして図４（５）に示すような道路トンネル用の分岐合流部１４が完成する。

（凍結工法）
次に、上述した地中空洞の施工方法に用いられる本発明に係る凍結工法について説明する。

図５〜図７には、凍結工法の概略説明図を示す。この凍結工法では、図５に示すように、外殻シールドトンネル１８間の間隔が、外殻シールドトンネル１８の軸方向に沿って広がる場合において、外殻シールドトンネル１８間に凍結管として水平凍結管２６および放射凍結管２８を配置して地山を凍結させて掘削する。水平凍結管２６および放射凍結管２８内には、塩化カルシウム等の冷却液が循環させられることにより凍土が造成される。より具体的には、この凍結工法では、外殻シールドトンネル１８間の間隔が狭い側では、外殻シールドトンネル１８の軸方向に沿って水平凍結管２６を配置し、外殻シールドトンネル１８間の間隔が広い側では、外殻シールドトンネル１８の軸方向と交差する方向に放射凍結管２８を配置する。なお、図５には、複数の外殻シールドトンネル１８のうち２本の外殻シールドトンネル１８と、その間に配置された水平凍結管２６および放射凍結管２８のみを図示した。

図６に示すように、図５のＡ−Ａ線に対応する断面において、隣り合う外殻シールドトンネル１８の中間の上下にそれぞれ水平凍結管２６が配置される。水平凍結管２６は、例えば直径が４５０ｍｍのさや管を小口径推進工法で軸方向に沿って所定長さ施工し、その中に直径が１５０ｍｍの凍結管を配置し、凍結管の周囲をモルタル等の充填材で充填したものである。水平凍結管２６は、放射凍結管２８より長いため、放射凍結管２８より口径が大きくされていることが好ましい。なお、外殻シールドトンネル１８の内側にも外殻シールドトンネル１８に沿って凍結管が配置されている。

図７に示すように、図５を矢印Ｂの方向から見ると、各外殻シールドトンネル１８から隣の外殻シールドトンネル１８に向かって、上下にそれぞれ放射凍結管２８が配置されている。放射凍結管２８は、例えば直径が９０ｍｍの凍結管である。放射凍結管２８は、水平凍結管２６より短いため、水平凍結管２６より細径でよい。

この凍結工法では、外殻シールドトンネル１８間の間隔が狭い側では、水平凍結管２６を配置することにより、凍結管の本数を従来工法より減らすことができる。具体的には、全ての凍結管を放射状に配置する従来の工法に比べ、本発明に係る凍結工法では、凍結管の本数を約半分にすることができる。そのため、施工コストの削減や工期の短縮化を図ることができる。一方、外殻シールドトンネル１８間の間隔が広い側では、放射凍結管２８を配置することにより、十分な厚みの凍土を造成するとともに、水平凍結管２６が長くなりすぎることを防止した。水平凍結管２６が長くなると、水平凍結管２６の周囲の地山を凍結させるために必要な時間が長くなり、かえって工期の長期化を招くおそれがあるためである。従って、この凍結工法は、凍結管を合理的に配置した凍結工法である。

また、外殻シールドトンネル１８から放射状に放射凍結管２８を設置する場合、外殻シールドトンネル１８の掘進中は内部空間を様々に利用することから、掘進終了後でなければ放射凍結管２８の配置作業を行うことは困難であるが、各外殻シールドトンネル１８の中間に設置する水平凍結管２６は外殻シールドトンネル１８の掘進と並行して配置作業を行うことが可能であり、この点でも工期の短縮が可能である。

なお、水平凍結管２６を配置する区間と放射凍結管２８を配置する区間との比率は、各トンネルの長さや径、工期等の施工条件により適宜最適な比率を求めて行うことになり、水平凍結管２６を設置する区間が長いほど好ましいが、例えば水平凍結管２６を配置する区間と放射凍結管２８を配置する区間とを同じ長さとすれば大きな工期短縮が可能である。

また、この凍結工法では、地中発進基地構造２２から水平凍結管２６を配置することができるため、外殻シールドトンネル１８の完成を待たずに水平凍結管２６を配置することができる。そのため、この凍結工法は、工期の短縮化に有利な凍結工法である。

以上のように、本発明に係る凍結工法は、例えば道路トンネルの分岐合流部などの大断面の地中空洞を施工する際に、掘削予定位置の外側に配列された複数の外殻シールドトンネル間の地山を凍結させて掘削する際に有用であり、特に、凍結管を合理的に配置した凍結工法を提供するのに適している。

１０本線シールドトンネル
１２ランプシールドトンネル
１４分岐合流部（地中空洞）
１６外殻シールド機
１８外殻シールドトンネル
２０外殻体
２２地中発進基地構造
２４本体覆工壁
２６水平凍結管
２８放射凍結管

Claims

複数のトンネル間の間隔が、該トンネルの軸方向に沿って広がる場合において、前記トンネル間に凍結管を配置して前記トンネル間の地山を凍結させて掘削する凍結工法であって、
前記トンネル間の間隔が狭い側では、前記軸方向に沿って前記凍結管を配置し、
前記トンネル間の間隔が広い側では、前記軸方向と交差する方向に前記凍結管を配置することを特徴とする凍結工法。
前記軸方向に沿って配置される前記凍結管よりも、前記軸方向と交差する方向に配置される前記凍結管の方が短いことを特徴とする請求項１に記載の凍結工法。
前記複数のトンネルの施工と並行して、前記軸方向に沿って前記凍結管を配置することを特徴とする請求項１に記載の凍結工法。
前記軸方向に沿って配置される前記凍結管より口径が大きいさや管を前記軸方向に沿って配置し、
前記さや管内に前記凍結管を配置し、
該凍結管の周囲に充填材を充填することを特徴とする請求項１に記載の凍結工法。