シールドトンネルの分岐合流施工方法
【課題】シールドトンネルの分岐合流部を築造する際、地上に影響することなく施工することができ、工期が短縮できて施工コストを低減することができ、安全な施工ができるようにする。
【解決手段】本線トンネルのトンネル側部８に分岐線トンネルを接続するシールドトンネルの分岐合流施工方法であって、トンネル側部８近傍のトンネル内部に、切削ブロック６を配置して切削部を形成する切削部形成工程と、分岐線トンネルを、トンネル側部８から切削部内に向けて掘進して、本線トンネル内部に連通させるトンネル連通工程とを備え、本線トンネルに、トンネル幅方向外側へ張り出す拡幅部１０Ｒを形成してから、切削部形成工程、トンネル連通工程を行って、拡幅部１０Ｒとトンネル幅方向の反対側のトンネル側面において本線トンネルと分岐線トンネルとを接続する。
【解決手段】本線トンネルのトンネル側部８に分岐線トンネルを接続するシールドトンネルの分岐合流施工方法であって、トンネル側部８近傍のトンネル内部に、切削ブロック６を配置して切削部を形成する切削部形成工程と、分岐線トンネルを、トンネル側部８から切削部内に向けて掘進して、本線トンネル内部に連通させるトンネル連通工程とを備え、本線トンネルに、トンネル幅方向外側へ張り出す拡幅部１０Ｒを形成してから、切削部形成工程、トンネル連通工程を行って、拡幅部１０Ｒとトンネル幅方向の反対側のトンネル側面において本線トンネルと分岐線トンネルとを接続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドトンネルの分岐合流施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シールドトンネルの分岐部または合流部は、地上から縦坑を設ける開削工法による施工が広く行われていた。
開削工法によらない施工方法としては、例えば、特許文献１に、幹線トンネルの分岐部または合流部に大断面のトンネルを形成し、この大断面のトンネル内部からセグメントを取り壊しながら分岐（合流）方向に小断面のシールドトンネルを掘進していく施工方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−３５５３８５号公報（第３頁、図１−４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の分岐合流トンネルの施工方法には、以下のような問題があった。開削工法では、地上において施工スペースが必要となり、排出土や施工中の騒音などの環境問題も発生するという問題があった。特に都市部では、このような問題により、周辺住民の理解を得ることが年々難しくなってきており、施工はきわめて困難となっている。また、施工が認可されたとしても、施工時間が制限され、環境対策などに多額の費用がかかることから、施工コストが膨大なものとなるという問題があった。
特許文献１に記載の技術によれば、施工は地下で、シールド工法により行われるので、施工スペースや環境問題が問題となることはないものの、セグメントを取り壊しつつシールド掘進するので、掘進を開始する大断面トンネルの周りを大規模で地盤改良するなどの対策が必要となり、通常のシールド掘進に比べてはるかに大掛かりな施工となり、施工コストが増大するという問題がある。
また既設トンネルの内部から掘進を開始するので、既設トンネル内を施工スペースとして使用する必要があり、例えば、道路トンネルなどでは、活線下での施工が困難であるという問題がある。このため、トンネルの供用後の施工では通行止めが必須となり、その結果、交通事情を悪化させるなどの社会的な影響をもたらすという問題がある。
一方、本線トンネルと分岐トンネルとを、分岐（合流）部の形成予定位置に近接させて並列に形成しておき、それぞれを幅方向に拡幅して接続することも考えられる。この場合には、上記と同じく拡幅時にそれぞれのセグメントをトンネル内から取り壊す必要がある。この施工はシールド掘削機では行えないので、セグメントの外側を広範囲に地盤改良したり、支保工を建て込んだりするなど、大掛かりな施工が発生し、多大な施工コストが発生するという問題がある。
【０００４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、シールドトンネルの分岐合流部を築造する際、地上に影響することなく施工することができ、工期が短縮できて施工コストを低減することができ、安全な施工が可能となるシールドトンネルの分岐合流施工方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、第１のシールドトンネルのトンネル側部に第２のシールドトンネルを接続するシールドトンネルの分岐合流施工方法であって、前記トンネル側部近傍のトンネル内部に、シールド掘削機で切削可能な材質からなる切削部材を配置して切削部を形成する切削部形成工程と、前記第２のシールドトンネルを、前記トンネル側部から前記切削部内に向けて掘進して、前記第１のシールドトンネル内部に連通させるトンネル連通工程とを備え、少なくとも該トンネル連通工程を開始する前に、前記第１のシールドトンネルに、トンネル幅方向外側へ張り出す拡幅部を形成し、前記トンネル連通工程で、前記拡幅部または該拡幅部とトンネル幅方向の反対側のトンネル側面において前記第１および第２のシールドトンネルを接続する。
この発明によれば、切削部を第１のシールドトンネルの内側から形成し、第２のシールドトンネルを切削部に掘進させて第１のシールドトンネルに連通させるので、トンネル内での施工となり、トンネル外部の大掛かりな地盤改良などが不要となる。また、シールド掘削機を用いて安全に施工できる。
また、第１のシールドトンネルに、トンネル幅方向に張り出す拡幅部が形成されるので、第２のシールドトンネルが第１のシールドトンネル内に掘進されても、分岐合流部のトンネル幅方向を広く取ることができる。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のシールドトンネルの分岐合流施工方法において、前記第１のシールドトンネルの分岐合流部の施工をする際に、前記第１のシールドトンネルの幅方向に対して、前記第２のシールドトンネルが接続される側とは反対側に、前記第１のシールドトンネルを掘削するシールド掘削機を拡幅することで拡幅部を形成し、前記シールド掘削機の掘進位置を前記拡幅量に略応じて前記第２のシールドトンネルが接続される側に変位させる。
この発明によれば、シールド掘削機を拡幅して拡幅部を形成し、拡幅量に略応じて拡幅部の反対側に変位させるので、分岐合流部において第１のシールドトンネルの、第２のシールドトンネルと接続しない側の平面視線形を略直線状またはなだらかに連続する線状に維持でき、しかも変位した側に第１のシールドトンネルと第２のシールドトンネルとを接続するためのスペースを形成することができる。その結果、第１シールドトンネル内部の通過物、載置物、設置施設の流れや配置がスムーズとなる。例えば本線道路などを直線的に配置して分岐合流部を形成することができ、トンネル内の車両の流れをスムーズにすることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るシールドトンネルの分岐合流施工方法によれば、シールドトンネルの分岐合流部築造する際、地上に影響することなく施工することができ、工期が短縮できて施工コストを低減することができ、安全な施工ができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。なおすべての図面において、異なる実施形態であっても、同一部材または相当する部材には同一の符号を付し、共通部分の説明は省略する。
【０００９】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るシールドトンネルの分岐合流施工方法によって築造されたトンネル分岐合流部１Ａの概略構成を説明するための平面概略断面図である。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図１におけるＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図である。
【００１０】
トンネル分岐合流部１Ａは、本線トンネル２（第１のシールドトンネル）に対して分岐線トンネル３（第２のシールドトンネル）がＹ字状に分岐するように接続された道路トンネルの分岐合流部である。
本線トンネル２は、シールド工法によって、地山９０内に延設された円管状の本線セグメント２ａにより構築された２車線を有するシールドトンネルである。シールド工法は周知の種々の工法を採用でき、本線セグメント２ａも、コンクリートセグメント、合成セグメント、鋼製セグメントなどが採用できる。断面形状も、円断面に限るものではないが、本実施例形態では、円断面として説明する。
【００１１】
本線トンネル２のトンネル内の下半部には道路支持部２ｃが設けられ、その上部に本線道路部４が形成されている。本線道路部４の上方のトンネル内は、本線セグメント２ａの内部側に設けられた２次覆工２ｂで覆われており、道路の側壁部や天井などが適宜形成されている。また特に図示しないが、通常道路トンネル内に設置される照明、換気、通信、排水、消火などの設備は適宜設置されているものである。
【００１２】
また、本線セグメント２ａの外部は、地山９０の状態により、必要に応じて適宜の裏込め材が充填されているが、周知のことであるので、図示および説明は省略する。
【００１３】
分岐線トンネル３は、本線トンネル２と同様にシールド工法により地山９０内に延設されたシールドトンネルであり、本線トンネル２とほぼ同様に分岐線セグメント３ａ、２次覆工３ｂ、道路支持部３ｃを備え、道路支持部３ｃの上部に分岐線道路部５（分岐線部）が形成されている。分岐線道路部５は、本実施形態では１車線である。
分岐線トンネル３は、本線道路部４（本線部）から分かれて別経路をたどる支線でもよいし、本線道路部４への乗り降りをするために地上に連絡する入口ランプまたは出口ランプでもよい。ただし、少なくとも、トンネル分岐合流部１Ａの近傍では、本線トンネル２の側部に水平面内で斜め横方向から近接し、トンネル分岐合流部１ＡでＹ字状に接続されている。
【００１４】
トンネル分岐合流部１Ａは、さらに、トンネル接続部１０（分岐合流接続部）と加速車線部１１（分岐合流拡幅部）とからなる。トンネル分岐合流部１Ａは、車線の進行方向により分岐道路にもなれば、合流道路にもなるが、いずれも主たる構成は変わることがないので、便宜上、以下の説明では、図１において、本線道路部４では矢印Ｌｍ１、Ｌｍ２で示したように図示の左から右に車両が走行し、分岐線道路部５を走行する車両は、矢印Ｌｂで示したように図示の左上から水平方向の右側に走行して、本線道路部４に合流するものとして説明する。
また以下では、説明を簡略化するため、特に断らない限り、トンネルの幅方向左右を矢印Ｌｍ１、Ｌｍ２、Ｌｂなどで示される車両走行方向に対する左右として表現することにする。例えば、本実施形態では、本線トンネル２の左側のトンネル側部に分岐線トンネル３が接続している。
【００１５】
トンネル接続部１０は、斜め横方向から近接する分岐線道路部５が、本線道路部４と同じ高さで略平行に並ぶまでの部分であり、セグメントの構成は、本線側セグメント１０Ａ、分岐線側セグメント１０Ｂとに分かれている（図２（ｂ）参照）。
本線側セグメント１０Ａは、本線セグメント２ａの右側（分岐線トンネル３と反対側の側部）に、セグメントの円筒面の一部を水平に張り出して拡幅された拡幅部１０Ｒを有している。
分岐線側セグメント１０Ｂは、分岐線セグメント３ａを延設して、本線セグメント２ａの側部に食い込む側のセグメントを除去したような部分円筒形状を有している。
本線側セグメント１０Ａと分岐線側セグメント１０Ｂとの接続部は、切削ブロック６が介装されている。そして、トンネル内部には、二股に分かれている本線道路部４と分岐線道路部５とが略平行となって１本化されるように断面形状が徐変される接続部２次覆工１０ｂと道路支持部１０ｃとが形成されている。
【００１６】
加速車線部１１は、分岐線道路部５を通る車両が、分岐線道路部５から本線道路部４へ車線変更して合流するために設けられているもので、本線道路部４と分岐線道路部５とが同一平面で、分離帯に隔てられることなく並設され、その終端部近傍で分岐線道路部５の道路幅が徐々に削減され、２車線の本線道路部４に統合されるようになっている。
その断面は、図２（ｃ）に示したように、本線セグメント２ａと同一の径を有する円筒の幅方向の左右に略対称に設けられた拡幅部１０Ｌ、１０Ｒを有する拡幅トンネルである。その内部には、２次覆工１１ｂ、道路支持部１１ｃが形成され、道路支持部１１ｃの上部に分岐線道路部５、本線道路部４が形成されている。
【００１７】
このようなトンネル分岐合流部１Ａは、以下に説明する本発明に係るシールドトンネルの分岐合流施工方法により築造することができる。
本発明に係るシールドトンネルの分岐合流施工方法は、切削部形成工程とトンネル連通工程とからなる。本実施形態では、トンネル連通工程は、さらに掘進工程と連通部形成工程とからなる。
図３〜５は、本発明の第１の実施形態に係るシールドトンネルの分岐合流施工方法の各工程を説明するためのトンネル分岐合流部１Ａのトンネル中心を通る平面断面の工程説明図である。図６（ａ）は図３におけるＤ−Ｄ断面図、図６（ｂ）は図３（ｂ）におけるＥ−Ｅ断面図、図６（ｃ）は図４（ｄ）におけるＦ−Ｆ断面図である。図７は連通部形成工程を説明するためのトンネル幅方向断面図である。
【００１８】
切削部形成工程は、分岐線トンネル３が接続する本線トンネル２のトンネル側部８のトンネル内部側に切削部を形成する工程である。本実施形態では、本線トンネル２はシールド掘削機１２により掘進する。
シールド掘削機１２は、シールドの側部に幅方向の外側に張り出し可能なオーバーカッタ１３Ｒ（１３Ｌ）、拡幅部材１４Ｒ（１４Ｌ）を備え、これらにより、幅方向に張り出した断面形状で地山９０を掘削し、その内面に適宜のセグメントを配置して、拡幅部１０Ｒ、１０Ｌを有するシールドトンネルを形成することが可能となっている。また、拡幅部１０Ｒ、１０Ｌの張り出し量は、適宜可変することが可能となっている。このようなシールド掘削機１２は、種々の機構により実現されるが、本方法ではどのような機構を有するものを用いてもよい。一例を挙げれば、特開２００２−２４２５８５公報に記載されているものなどを好適に用いることができる。
【００１９】
図３（ａ）に示したように、本線トンネル２は、図示左側から位置Ｐまでは円管断面で築造される。そして、位置Ｐから先は、右側に拡幅部１０Ｒを形成しながら掘進する。そして、掘削断面に合わせて、本線側セグメント１０Ａを設置し、１次覆工を形成していく。この場合、拡幅部１０Ｒは、徐々に拡幅して所定長さ掘進してから最大の張り出し量となるようにしてもよいし、図３（ａ）のように位置Ｐで、一気に拡幅してもよい。
一方、トンネル側部８の内部には、トンネル内部を幅方向に仕切る幅方向仮壁７ａ（仮設支持部材）を本線側セグメント１０Ａの上下間に撤去可能に固定し、幅方向仮壁７ａと円筒状のスキンプレートとの間に、適宜の大きさに分割された切削ブロック６を隙間なく配置する（密嵌する）。切削ブロック６が弾性を有する場合は、土圧を受けたとき、隙間が閉鎖される程度の隙間で配置する。なお、止水性能を向上するために、切削ブロック６間に適宜の止水材を充填してもよいことは言うまでもない。
【００２０】
切削ブロック６は、地山９０からの土圧および水圧を保持して泥水がトンネル内に流入しないように止水可能とするのがよく、分岐線トンネル３を掘進するシールド掘削機のカッターによって切削可能な材質から構成されている。例えば、低強度のモルタルブロック、発泡スチロール、合成樹脂などを好適に用いることができる。切削ブロック６の大きさは、作業性などに配慮して適宜の大きさとすることができる。特に発泡スチロールや合成樹脂を採用する場合は、軽量のためブロックを大きくしても作業性がよく、少ないブロック数でスキンプレートと幅方向仮壁７ａとの間を埋めることができるから、施工効率が向上するという利点がある。
なお、シールド掘削機１２のスキンプレートに近接する切削ブロック６の外周側部は、スキンプレートの内面に沿う形状に加工されている。このため、シールド掘削機１２のテールシール（不図示）が切削ブロック６に密着して泥水がシールド掘削機１２およびトンネル内に侵入することを防止できるようになっている。
【００２１】
幅方向仮壁７ａは、切削ブロック６が配置されるまでの間、本線側セグメント１０Ａにかかる土圧を上下の面内方向で支持し、切削ブロック６を介して面外方向に土圧を支持し、トンネル断面形状を維持する構造部材となっている。そして、切削ブロック６だけで土圧を支持できる状態になったときは、本線トンネル２の内側から撤去することができるものである。例えば、鋼製部材で本線側セグメント１０Ａにボルト締結するなどの手段を採用できる。
なお、切削ブロック６と幅方向仮壁７ａの施工は、シールド掘削機１２の施工に伴って行われるが、切削ブロック６の組立配置時に相互に強固に連結でき、分岐線トンネル３のシールド掘削機１５による切削時にも、土圧などに抵抗できるようであれば幅方向仮壁７ａはなくてもよい。なお、幅方向仮壁７ａは仮設支持部材としているように、この機能を有していればよく、本実施形態で壁体としているのはあくまでも一つの例である。
【００２２】
そして、切削ブロック６が動かないように保持して、本線側セグメント１０Ａに反力をとってシールド掘削機１２を位置Ｑまで直進させて掘進する。さらに、位置Ｑから位置Ｒまでは、シールド掘削機１２の掘進方向をトンネル幅方向の左側に向けて水平斜め方向に掘進する。位置Ｒからは、シールド掘削機１２の方向を転換して本線トンネル２の延設方向と平行な方向に向けて掘進する。このとき、本線セグメント２ａの右側の側部と拡幅部１０Ｒの側部とが、図３（ｂ）の平面視でトンネル延設方向の略同一線上に揃うようにする。したがって、シールド掘削機１２の中心は、拡幅部１０Ｒの張り出し幅分だけ左側（分岐線トンネル３側）に移動された状態となっている。
【００２３】
一方、トンネル接続部１０のトンネル内部では、幅方向仮壁７ａをトンネル幅方向の右斜めに略直線状に延設していく。この方向は、図中に破線で示した分岐線トンネル３の延設予定方向に沿った方向とする。すなわち、幅方向仮壁７ａは、本線トンネル２の内部で幅方向に位置を変え、上下方向にも寸法を変えながらトンネル内部を斜めに横断するように延びる区画壁として構築される。
これを、トンネル幅方向断面で示すと図６（ａ）になる。図６（ａ）は、図３（ａ）のＤ−Ｄ断面図であるが、位置Ｐ以降は略同様な位置関係を有している。図中の破線は後で築造される分岐線トンネル３の分岐線セグメント３ａの位置を表している。
【００２４】
図６（ａ）に示したように、分岐線トンネル３が築造される範囲には切削ブロック６のみが配置され、本線側セグメント１０Ａの周方向端部および幅方向仮壁７ａは分岐線セグメント３ａの予定位置に重ならないように配置されている。すなわち、本線側セグメント１０Ａの周方向端部は、トンネルの延設方向に沿って分岐線トンネル３を避けた近接位置で止められている。
【００２５】
そして掘進を続け、幅方向仮壁７ａを延設し、切削ブロック６を配置していくが、分岐線トンネル３を掘進するシールド掘削機１５の掘削終了位置Ｓまで、すなわち拡幅部１０Ｌを張り出す位置まで来たら、切削ブロック６の配置は停止する。そして、切削ブロック６のトンネル内部側の端部を覆うように延設方向仮壁７ｂを配置し、撤去可能に固定する。このようにして、切削ブロック６は、延設方向仮壁７ｂと幅方向仮壁７ａとにより本線トンネル２の内側から覆われる。
以上で、切削部形成工程が終了する。
【００２６】
そして、シールド掘削機１２を直進して掘削を続けるが、このときトンネル幅方向の左側に拡幅部１０Ｌを設けるため、シールド掘削機１２から、オーバーカッタ１３Ｌを突出させ、拡幅部材１４Ｌを張り出して拡幅セグメント１１ａを設置する（図３（ｂ）、図６（ｂ）参照）。
拡幅セグメント１１ａの内部の幅は、適宜の２次覆工を施した上で、本線道路部４と分岐線道路部５とが並設できる広さとする。
【００２７】
加速車線部１１は、図４（ｃ）に示したように、拡幅部１０Ｒ、１０Ｌを有する拡幅セグメント１１ａを図６（ｂ）と同断面で所定長さ延設してから、拡幅部１０Ｒ、１０Ｌの張り出しを止め、本線トンネル２と同断面に縮径することにより形成する。
そして、後で内部に形成する本線道路部４の直線性を保つため、位置Ｔ〜Ｕの間でシールド掘削機１２の方向転換を行い、シールド掘削機１２の軸中心をトンネル接続部１０の前段の本線トンネル２の中心と一致させる。ただし、本線道路部４を直線にする必要がなければ、このような方向転換を行う必要はない。
【００２８】
次に、本実施形態のトンネル連通工程について説明する。
まず、図４（ｃ）に示したように、掘進工程では、分岐線トンネル３を形成するシールド掘削機１５を発進させ、所定経路で分岐線トンネル３を形成する。そして、本線トンネル２に近接したところで、地山９０とともに、本線トンネル２のトンネル側部８を形成する切削ブロック６を切削しながら、幅方向仮壁７ａに沿って本線トンネル２の内部に食い込むように掘進する。
そして、シールド掘削機１５のカッターが延設方向仮壁７ｂに面する状態まで掘進したところで、掘削を終了する。
【００２９】
このとき、分岐線トンネル３と本線トンネル２とは、分岐線セグメント３ａの右側部、幅方向仮壁７ａ、それらに挟持された切削ブロック６の残存部、延設方向仮壁７ｂにより隔壁状に隔てられている（図６（ｃ）参照）。切削ブロック６は、地山９０に面する部分はごくわずかになっている。実際には、セグメント近傍を安定させるための裏込め材などにより、補強され、外側から止水もされている。そこで、ほとんどすべての土圧は、地山９０に面している分岐線セグメント３ａと、本線側セグメント１０Ａにより支持されている。
【００３０】
次に、連通部形成工程により、分岐線トンネル３、本線トンネル２をトンネル幅方向に連通させる。
図７（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、その詳細の工程を説明するために、図４（ｄ）のＦ−Ｆ断面での施工の様子を示す概略説明図である。
まず、本線側セグメント１０Ａ、分岐線セグメント３ａを上下方向に支持するための支柱１６、１７（支保工）をそれぞれのトンネル内部に適宜間隔で立設する（図７（ｄ））。その状態で、本線トンネル２の内部側から幅方向仮壁７ａを撤去し、同時に切削ブロック６に面している部分の分岐線セグメント３ａの一部を分岐線トンネル３側から取り外し、右側側部が開いた分岐線側セグメント１０Ｂを形成する。
そして、支柱１６、１７を残したまま、切削ブロック６の一部を撤去して、本線トンネル２と分岐線トンネル３とをトンネルの幅方向に連通させる。このようにして、本線側セグメント１０Ａと分岐線側セグメント１０Ｂにより、１次覆工されたトンネル接続部１０が形成される。
【００３１】
次に、図７（ｅ）に示したように、支柱１６、１７を巻き込んでトンネル内部下方に本線トンネル２と分岐線トンネル３とにまたがる道路支持部１０ｃ（下部支持部）を形成し、道路支持部１０ｃを上方から覆うとともに本線トンネル２と分岐線トンネル３とにまたがる接続部２次覆工１０ｂをトンネル内部の上方に形成する。この接続部２次覆工１０ｂにより、分岐線側セグメント１０Ｂと本線側セグメント１０Ａとの間に切削ブロック６が介装された比較的脆弱な部分の恒久的な止水と補強が達成される。
そして、図７（ｆ）に示したように、接続部２次覆工１０ｂと道路支持部１０ｃとの間の不要になった支柱１６、１７を撤去し、道路支持部１０ｃ上に本線道路部４および分岐線道路部５を形成する。
なお、前記連通部形成工程においては、本線トンネルと分岐線トンネルで本線側セグメントと分岐線セグメントをそれぞれ支持する支保工を立設し、仮壁の撤去を行うとともに分岐線トンネル側から分岐線セグメントの一部を取り外し、切削ブロックの一部を撤去し、支保工を巻き込んで道路支持部を形成し、同様に支保工を巻き込んで２次覆工を形成した後、道路支持部と２次覆工で囲まれる空間に残存する不要になった支保工を撤去する工程である。これを、本線トンネルと分岐線トンネルの中で、まず道路支持部と２次覆工を形成できる範囲内でできる限り形成し、本線側セグメントと分岐線セグメントをそれぞれ支持できるように、道路支持部と２次覆工を介在して支保工を分割立設し、その後仮壁の撤去を行うとともに分岐線トンネル側から分岐線セグメントの一部を取り外し、切削ブロックの一部を撤去し、そして、残部の道路支持部と２次覆工を形成して左右に分割施工した道路支持部と２次覆工を一体とし、最後に道路支持部と２次覆工で囲まれる空間に残存する不要になった支保工を撤去する工程としてもよい。
以上により連通部形成工程が終了する。
【００３２】
また、加速車線部１１は、通常の拡幅トンネルと同様に道路支持部１０ｃ、接続部２次覆工１０ｂを形成し、本線道路部４、分岐線道路部５をトンネル接続部１０から延長し、分岐線道路部５を本線道路部４に吸収して、車線幅を２車線に戻すことにより形成される。
【００３３】
以上に説明した工程を順次実施することによって、分岐線トンネル３が本線トンネル２にＹ字に接続し、トンネル接続部１０、加速車線部１１を備えたトンネル分岐合流部１Ａ（図１）を築造することができる。
本実施形態によれば、切削部を本線トンネルの内側に設け、分岐線トンネルを形成するシールド掘削機で切削部を切削し、それぞれのトンネルのセグメントによりトンネル接続部のセグメントを形成した後に、トンネル内部を連通するので、トンネル内部の作業によりトンネル接続部を形成することができるという利点がある。
したがって、地上部まで施工の影響が及ぶことがなく、またトンネルの周囲に大掛かりな地盤改良を施したりする必要もないので、施工コストや施工工期を低減することができ、またきわめて安全に施工することができるという利点がある。
【００３４】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施の形態について説明する。
本実施形態は、本線トンネルをいったん供用可能な状態まで完成させた後、分岐線トンネルを築造して本線トンネルに接続する点が第１の実施形態と大きく異なる。したがって、多くの工程は共通なので、以下では第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
図８は、本発明の第２の実施形態に係るシールドトンネルの分岐合流施工方法によって築造されたトンネル分岐合流部１Ｂの概略構成を説明するための平面概略断面図である。図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図８におけるＧ−Ｇ断面図、Ｈ−Ｈ断面図、Ｉ−Ｉ断面図である。
【００３５】
トンネル分岐合流部１Ｂは、既設本線トンネル２０に分岐線トンネル３がＹ字状に接続された道路トンネルの分岐合流部である。トンネル分岐合流部１Ｂは、トンネル接続部１０および加速車線部１１からなる。
なお、第１の実施形態と同様の理由により、図８において、本線道路部４では矢印Ｌｍ１、Ｌｍ２、Ｌｍ３で示したように図示の左から右に車両が走行し、分岐線道路部５を走行する車両は、矢印Ｌｂで示したように図示の左上から水平方向の右側に走行して、本線道路部４に合流するものとして説明する。
また特に断らない限り、トンネルの幅方向左右を矢印Ｌｍ１、Ｌｍ２、Ｌｍ３、Ｌｂなどで示される車両走行方向に対する左右として表現することも、上記と同様である。
既設本線トンネル２０の構成は、トンネル分岐合流部１Ａと大略同様であるが、詳しい構成は、各工程の説明の中で説明する。なお、図８では、本線道路部４の車線数が３車線の場合について図示したが、これは、一例であって、施工時の道路供用を可能とするためには、２車線以上あればよい。
【００３６】
図１０、１１は、本発明の第２の実施形態に係るシールドトンネル分岐合流方法の各工程を説明するためのトンネル分岐合流部１Ｂのトンネル中心を通る平面断面の工程説明図である。図１２（ａ）は図１０（ａ）におけるＪ−Ｊ断面図、図１２（ｂ）は図１０（ｂ）におけるＫ−Ｋ断面図、図１２（ｃ）は図１１（ｄ）におけるＬ−Ｌ断面図である。図１３（ｄ）、（ｅ）は、連通部形成工程におけるトンネル幅方向断面の様子を示す説明図である。
本実施形態における工程は、切削部形成工程、掘進工程および連通部形成工程とからなる。後者の２工程はトンネル連通工程をなしている。
【００３７】
切削部形成工程は、分岐線トンネル３が接続する既設本線トンネル２０のトンネル側部２４のトンネル内部側に切削部を形成する工程である。工程の具体的な説明に先立って、本実施形態における既設本線トンネル２０の構成を説明する。
既設本線トンネル２０は、図９（ａ）に示したように、全体としては円管状の本線セグメント２ａによって構築され、道路支持部２ｃ上に、例えば３車線からなる直線状の複数車線を有する道路トンネルである。そして、トンネル分岐合流部１Ｂの築造が予定されている部分には、接続用拡幅部３０（分岐合流接続部）、路幅拡張用拡幅部３１（分岐合流拡幅部）が連続して設けられ、分岐線トンネル３を接続する本線道路部４（本線部）の左横方向に接続スペース１８、合流車線スペース１９がそれぞれ設けられている（図１０（ａ）参照）。
【００３８】
接続用拡幅部３０は、図１２（ａ）に示したように、トンネルの幅方向の右側に拡幅部１０Ｒが形成された断面を有する。そして、幅方向左側のトンネル側部２４に切削可能なセグメント２１が円弧状に配置され、それ以外の断面外周部が本線側セグメント１０Ａによって覆われている。それらの内面には、本線道路部４を供用するために必要な２次覆工１１ｂが施されている。
切削可能なセグメント２１の配置位置は、少なくとも破線で示した分岐線セグメント３ａの予定配置位置で囲まれる部分と重なり、その外側にはみ出すように設定される。
【００３９】
切削可能なセグメント２１は、主要形状が円管部の本線側セグメント１０Ａと同様な構成を備え、配置と接合の互換性を有するセグメントであり、分岐線トンネル３を築造するシールド掘削機１５のカッターによって切削可能な材質により構成されている。
このような切削可能材として、例えば、鉄筋の代わりにグラスファイバーや炭素繊維などの非金属の強化繊維を配設、配合したコンクリートセグメントなどを採用することができる。また、合成セグメントの鋼板部を強化繊維を配合した合成樹脂に置き換えてコンクリートを充填した合成セグメントなども採用することができる。
なお、切削可能なセグメント２１を接合する接合継手も、シールド掘削機１５により切削可能な材質、例えば合成樹脂などを用いることは言うまでもない。
【００４０】
路幅拡張用拡幅部３１は、合流車線スペース１９に分岐線道路部５を形成したときに図９（ｃ）のようになる拡幅トンネルで、シールド掘削機１２により、幅方向の左右に拡幅部１０Ｒ、１０Ｌを形成して築造される。また、内面には、本線道路部４を供用するために必要な２次覆工１１ｂが施されている。
このように、既設本線トンネル２０におけるトンネル分岐合流部１Ｂの施工は、前記第１の実施形態に対して切削部形成工程が異なるが、前記第１の実施形態の本線トンネル２に使う両側部が拡幅するシールド掘削機１２と、ほぼ同様なシールド掘削機を使うものであり、分岐合流部における前記シールド掘削機１２を使った掘削施工方法として以下の点が共通する。通常の本線トンネルを掘削してきて分岐合流部の分岐合流接続部に到達したら、分岐線トンネル３が接続する側とは反対側を拡幅し、掘削に伴って方向転換をすることで、掘進位置を分岐線トンネル３が接続される側に変位させ、分岐合流拡幅部に到達したら、分岐線トンネルが接続する側も拡幅させて、その変位を維持しつつ掘削し、分岐合流拡幅部の終点に到達する前に、シールド掘削機を再び反対方向に変位させて本線トンネル位置に戻し、その後縮幅して通常の本線トンネルを掘削施工するものである。
なお、本実施形態では拡幅を一度に行っているが、徐々にあるいは段階的に行ってもよい。
【００４１】
切削部の形成にあたっては、本線道路部４の３車線から２車線の通行車線４ａに規制して、左側の１車線分を空きスペースとする。そして、図１０（ｂ）に示したように、接続用拡幅部３０の切削可能なセグメント２１の近傍を覆うように幅方向仮壁７ａ、延設方向仮壁７ｂを撤去可能に立設し、切削可能なセグメント２１の内面を覆う切削部材充填スペースを設ける。
そして、切削部材充填スペースに、硬化後にシールド掘削機１５で切削可能な切削部材となるセメント硬化材２２を充填し、硬化させる（図１２（ｂ）参照）。セメント硬化材２２は、土砂にセメントと水を混合したものやモルタルなどが採用できる。
【００４２】
このようにして、トンネル側部２４のトンネル内部側に切削可能なセグメント２１、セメント硬化材２２、幅方向仮壁７ａ、延設方向仮壁７ｂからなる切削部が形成される。
本工程においては、既設本線トンネル２０が完成された段階でトンネルの内側から切削部を形成するから、幅方向仮壁７ａ、延設方向仮壁７ｂの設置作業を、安全かつ容易に行うことができるという利点がある。
【００４３】
次に掘進工程では、図１１（ｃ）、（ｄ）に示したように、シールド掘削機１５を掘進して分岐線トンネル３を形成する。接続用拡幅部３０では、トンネル側部２４をなす切削可能なセグメント２１からセメント硬化材２２内に向かって斜めに食い込むように掘進し、徐々にシールド掘削機１５の進行方向を変えて、幅方向仮壁７ａに沿う方向に進み、図１１（ｃ）の位置Ｖにある一方の延設方向仮壁７ｂの近傍まで掘進し、シールド掘削機１５を停止する。
本工程では、一切の施工は、幅方向仮壁７ａ、延設方向仮壁７ｂの地山９０側で行われ、これらの仮壁が隔壁となっているので、既設本線トンネル２０の内部には施工の影響が生じない。したがって、既設本線トンネル２０の内部では、施工中でも安全な車両通行が可能となるという利点がある。
【００４４】
次に連結部形成工程では、分岐線トンネル３および既設本線トンネル２０の内部での施工作業が発生するので、交通規制を行いながら施工する。施工は、第１の実施形態における連結部形成工程と同様である。すなわち、本線側セグメント１０Ａ、分岐線トンネル３の内部の上下に、支柱１６、１７を立設して地山９０からの土圧を支持する（図１２（ｃ）参照）。そして、それぞれのトンネル内部から幅方向仮壁７ａ、延設方向仮壁７ｂと分岐線セグメント３ａを撤去するとともに、必要に応じて道路支持部１０ｃを構築し、その後、トンネル内部に幅方向にまたがる接続部２次覆工１０ｂを構築する（図１３（ｄ）参照）。それから、支柱１６、１７を撤去し、接続用拡幅部３０内での本線道路部４を修復して３車線を復活させる。そして分岐線道路部５の合流部を形成する。
また路幅拡張用拡幅部３１では、合流車線スペース１９に分岐線道路部５を延設する。
このようにして、トンネル内部に、図８に示したトンネル接続部１０、加速車線部１１を構築する。
【００４５】
本実施形態によれば、分岐線トンネル３との接続予定部分に切削可能なセグメント２１を配して既設本線トンネル２０を築造することにより、既設本線トンネル２０の内部から安全かつ容易に切削部が形成できるという利点がある。しかも、既設本線トンネル２０を供用しながら、分岐線トンネル３の掘進工程を行うことができ、施工時の通行規制期間を大幅に短縮することができるという利点がある。
【００４６】
次に、本実施形態の変形例について説明する。
本変形例は、既設本線トンネル２０にあらかじめ切削可能なセグメント２１が構築できない場合にも切削部形成工程を行うことができるようにする方法である。
図１４（ａ）、（ｂ）に示したのは、本変形例の切削部形成工程を説明するためのトンネル幅方向の断面図であり、図１０（ｂ）のＫ−Ｋ断面に相当する位置の断面図である。
本変形例における既設本線トンネル２０は、トンネル側部２４がシールド掘削機１５のカッターでは切削できない本線側セグメント１０Ａにより覆われている。そこで本変形例では、トンネル側部２４における本線側セグメント１０Ａを取り外して切削可能な切削部材に置き換えることにより切削部を形成する。
【００４７】
図１４（ａ）に示したように、まず、トンネル側部２４の外部がセグメントを取り外しても一時的に地山を自立させることができるように、トンネル側部２４を覆う所定範囲を地盤改良して補強地盤部２３を形成する。
さらに、トンネル側部２４の内部を覆うような切削部の形成と、セグメントにかかる土圧を受けるために、既設本線トンネル２０の内部に幅方向仮壁７ａを撤去可能に固定し、本線側セグメント１０Ａを上下方向に支持する。そして、トンネル内部からトンネル側部２４における本線側セグメント１０Ａを撤去する。
そして、延設方向仮壁７ｂを撤去可能に固定し、幅方向仮壁７ａ、延設方向仮壁７ｂにより本線側セグメント１０Ａを撤去した部分がトンネル内部から覆うことにより、補強地盤部２３と幅方向仮壁７ａ、延設方向仮壁７ｂとで囲まれる切削部材充填スペースを設ける。そして、切削部材充填スペースにセメント硬化材２２を充填し、硬化させる。このようにして切削部を形成する。
【００４８】
本変形例では、補強地盤部２３は、セメント硬化材２２が切削部材充填スペースに充填されるまでの間、一時的に地山が自立できればよく、恒久的な補強は必要なく、補強範囲もトンネル側部２４の近傍の範囲で済むという利点がある。
【００４９】
なお、上記の変形例の説明では、補強地盤部２３を形成してから本線側セグメント１０Ａを取り外すとして説明したが、補強地盤部２３をトンネル延設方向に向けて段階的に形成し、補強地盤部２３が形成された部分の本線側セグメント１０Ａを取り外し、幅方向仮壁７ａと補強地盤部２３との間にトンネル幅方向に仮設型枠板を設けてセメント硬化材２２を充填し、これらの工程を繰り返して切削部を構築してもよい。このようにすれば、補強地盤部２３を比較的低強度に形成しても安全に施工できるので、地盤改良をより小規模のものとすることができるという利点がある。
【００５０】
なお、上記の第１の実施形態の説明では、切削ブロック６として、ブロック状に加工した部材の例で説明したが、シールド機内でシールド掘削機１２の掘進長さごとに配置することができれば、固体ブロックでなくともよい。例えば、幅方向仮壁７ａに袋を設けておき、袋内にセメント硬化材２２を充填することにより、ブロック状に硬化させたものでもよい。
袋材としては、例えばグラスファイバーを含む化学繊維や、塩化ビニールなどの合成樹脂材料を母材としたものを好適に用いることができる。
【００５１】
また、上記の第２の実施形態の説明では、切削部材としてセメント硬化材２２を用いる例で説明したが、第１の実施形態と同様に、切削ブロック６を配置してもよい。ただし、上記に説明した順序とは異なり、幅方向仮壁７ａ、延設方向仮壁７ｂで切削可能なセグメント２１を取り囲んで切削部充填スペースを形成する前に、切削ブロック６の搬入口を幅方向仮壁７ａに設けて切削ブロック６を配置するか、または切削ブロック６を配置しながら幅方向仮壁７ａを固定する。
【００５２】
また、上記の第２の実施形態の説明では、主として接続用拡幅部３０によりトンネル接続部１０を形成し、路幅拡張用拡幅部３１により加速車線部１１を形成する例で説明したが、路幅拡張用拡幅部３１をさらに短縮するか、またはまったく設けず、接続用拡幅部３０を加速車線部１１の範囲まで延長し、加速車線部１１の範囲まで分岐線トンネル３を掘進して、加速車線部１１を形成するための拡幅トンネルを形成してもよい。
このように本発明のシールドトンネルの分岐合流施工方法は、既設シールドトンネルの拡幅を行うための施工方法としても用いることができる。その場合でも、上記に説明した作用効果を同様に有している。特に、施工期間の大部分にわたって既設道路トンネルを供用することができるという優れた利点がある。
【００５３】
また、上記の第１および第２の実施形態の説明を通じて、本線トンネル２の幅方向右側に拡幅部１０Ｒを設けた例で説明したが、分岐線トンネル３が接続する本線トンネル２の幅方向左側に拡幅部１０Ｌを設けてもよい。ちなみに、前記第１および第２の実施形態では、トンネル分岐合流部１Ａの加速車線部１１（分岐合流拡幅部）やトンネル分岐合流部１Ｂの路幅拡張用拡幅部３１（分岐合流拡幅部）の右側部と分岐合流前の本線トンネルの右側部は、図１、１０の平面視で一つの直線上にある。つまり右側拡幅部を設ける分岐合流部の施工で、本線トンネルの中心を左側（分岐線トンネルが接続される側）に変位させることでこのような線形にしている。なお、この線形は、直線に限らず曲線であってもよい。要するにこれらの右側部の線形が一つの略なだらかな線に連なるようになっていればよい。この結果、本線道路部４（本線部）の線形を分岐合流部で特に変えないので、完成後の本線部の通行がスムーズになる。用途が道路トンネルでなく、鉄道、下水、共同溝であっても、同様に本線を通過あるいは載置される物体の流れや配置がスムーズになる。また、トンネル分岐合流部１Ａの加速車線部１１やトンネル分岐合流部１Ｂの路幅拡張用拡幅部３１では、左側にも拡幅部を設けている。この部分は断面一体の一つの拡幅トンネルとして施工する部分であり、拡幅部を片側だけにするよりも左右両方に設けることにした方が拡幅量が均等化されるので、同じ拡幅量であればシールド掘削機の製作コストや全体の施工コストが低減できる。
また、拡幅部１０Ｒ、１０Ｌの断面形状は、一例であって、上記説明の形状に限るものでないことは言うまでもない。
【００５４】
また、上記の第１および第２の実施形態の説明では、本線トンネルに分岐線トンネルがＹ字状に接続する例で説明したが、複数のトンネルが、例えば、Ｔ字状、十字状に接続するものであってもよい。これらの接続形態によれば、道路トンネルの場合、道路交差部を形成することになる。
また、このような接続形態において、接続角度が９０度に近い場合、シールドトンネルに拡幅部を設けることは必須ではない。
【００５５】
また、上記の第１および第２の実施形態の説明では、トンネル連通工程を掘進工程と連通部形成工程に分割して行う例で説明した。このように施工すれば、安全性が高いので好ましいが、強度上、そのまま掘進してもトンネル内の安全が維持されるならば、シールド掘削機で延設方向に連通させ、その後必要に応じてトンネル幅方向の連通部形成を行うようにしてもよい。
【００５６】
また、上記の第１および第２の実施形態の説明では、接続される２つのシールドトンネルの内径が異なり、本線道路への分岐線道路からの合流部またはその逆の分岐部を形成する例で説明したが、本発明は、シールドトンネルを交差して接続する一般的な分岐合流施工方法として用いることができ、これ以外の用途にも活用できることは言うまでもない。例えば、内径が同一のシールドトンネル同士の接続に用いてもよい。また、シールドトンネルは道路トンネルとは限らず、例えば、鉄道トンネルでもよいし、流体管路として用いるものであってもよい。
【００５７】
また、上記の第１および第２の実施形態の説明では、便宜上シールド掘削機１２、１５の掘進方向を限定して説明したが、いずれかまたは両方を逆進させて施工することも可能である。その場合、若干の工程順序を変更する必要があるが、当業者には容易に理解されるので説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るシールドトンネルの分岐合流施工方法によって築造されたトンネル分岐合流部の概略構成を説明するための平面概略断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るシールドトンネルの分岐合流施工方法の各工程を説明するためのトンネル分岐合流部のトンネル中心を通る平面断面の工程説明図である。
【図４】同じく、図３に続く各工程を説明するための工程説明図である。
【図５】同じく、図４に続く各工程を説明するための工程説明図である。
【図６】図３（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図、図３（ｂ）におけるＥ−Ｅ断面図、および図４（ｄ）におけるＦ−Ｆ断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る連通部形成工程を説明するためのトンネルの幅方向断面の概略説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るシールドトンネルの分岐合流施工方法によって築造されたトンネル分岐合流部の概略構成を説明するための平面概略断面図である。
【図９】図８におけるＧ−Ｇ断面図、Ｈ−Ｈ断面図、Ｉ−Ｉ断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係るシールドトンネル分岐合流方法の各工程を説明するためのトンネル分岐合流部のトンネル中心を通る平面断面の工程説明図である。
【図１１】同じく、図１０に続く各工程を説明するための工程説明図である。
【図１２】図１０（ａ）におけるＪ−Ｊ断面図、図１０（ｂ）におけるＫ−Ｋ断面図、図１１（ｄ）におけるＬ−Ｌ断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る連通部形成工程におけるトンネル幅方向断面の様子を示す説明図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る変形例の切削部形成工程を説明するためのトンネル幅方向の断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ トンネル分岐合流部
２ 本線トンネル（第１のシールドトンネル）
２ａ 本線セグメント
３ 分岐線トンネル（第２のシールドトンネル）
３ａ 分岐線セグメント
４ 本線道路部（本線部）
４ａ 通行車線
５ 分岐線道路部（分岐線部）
６ 切削ブロック（切削部材）
７ａ 幅方向仮壁（仮設支持部材）
７ｂ 延設方向仮壁（仮設支持部材）
８、２４ トンネル側部
１０ トンネル接続部（分岐合流接続部）
１０ｂ 接続部２次覆工
１０Ａ 本線側セグメント
１０Ｂ 分岐線側セグメント
１０Ｒ、１０Ｌ 拡幅部
１１ 加速車線部（分岐合流拡幅部）
１２、１５ シールド掘削機
１６、１７ 支柱（支保工）
２０ 既設本線トンネル（第１のシールドトンネル）
２１ 切削可能なセグメント
２２ セメント硬化材（切削部材）
２３ 補強地盤部
３０ 接続用拡幅部（分岐合流接続部）
３１ 路幅拡張用拡幅部（分岐合流拡幅部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドトンネルの分岐合流施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シールドトンネルの分岐部または合流部は、地上から縦坑を設ける開削工法による施工が広く行われていた。
開削工法によらない施工方法としては、例えば、特許文献１に、幹線トンネルの分岐部または合流部に大断面のトンネルを形成し、この大断面のトンネル内部からセグメントを取り壊しながら分岐（合流）方向に小断面のシールドトンネルを掘進していく施工方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−３５５３８５号公報（第３頁、図１−４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の分岐合流トンネルの施工方法には、以下のような問題があった。開削工法では、地上において施工スペースが必要となり、排出土や施工中の騒音などの環境問題も発生するという問題があった。特に都市部では、このような問題により、周辺住民の理解を得ることが年々難しくなってきており、施工はきわめて困難となっている。また、施工が認可されたとしても、施工時間が制限され、環境対策などに多額の費用がかかることから、施工コストが膨大なものとなるという問題があった。
特許文献１に記載の技術によれば、施工は地下で、シールド工法により行われるので、施工スペースや環境問題が問題となることはないものの、セグメントを取り壊しつつシールド掘進するので、掘進を開始する大断面トンネルの周りを大規模で地盤改良するなどの対策が必要となり、通常のシールド掘進に比べてはるかに大掛かりな施工となり、施工コストが増大するという問題がある。
また既設トンネルの内部から掘進を開始するので、既設トンネル内を施工スペースとして使用する必要があり、例えば、道路トンネルなどでは、活線下での施工が困難であるという問題がある。このため、トンネルの供用後の施工では通行止めが必須となり、その結果、交通事情を悪化させるなどの社会的な影響をもたらすという問題がある。
一方、本線トンネルと分岐トンネルとを、分岐（合流）部の形成予定位置に近接させて並列に形成しておき、それぞれを幅方向に拡幅して接続することも考えられる。この場合には、上記と同じく拡幅時にそれぞれのセグメントをトンネル内から取り壊す必要がある。この施工はシールド掘削機では行えないので、セグメントの外側を広範囲に地盤改良したり、支保工を建て込んだりするなど、大掛かりな施工が発生し、多大な施工コストが発生するという問題がある。
【０００４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、シールドトンネルの分岐合流部を築造する際、地上に影響することなく施工することができ、工期が短縮できて施工コストを低減することができ、安全な施工が可能となるシールドトンネルの分岐合流施工方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、第１のシールドトンネルのトンネル側部に第２のシールドトンネルを接続するシールドトンネルの分岐合流施工方法であって、前記トンネル側部近傍のトンネル内部に、シールド掘削機で切削可能な材質からなる切削部材を配置して切削部を形成する切削部形成工程と、前記第２のシールドトンネルを、前記トンネル側部から前記切削部内に向けて掘進して、前記第１のシールドトンネル内部に連通させるトンネル連通工程とを備え、少なくとも該トンネル連通工程を開始する前に、前記第１のシールドトンネルに、トンネル幅方向外側へ張り出す拡幅部を形成し、前記トンネル連通工程で、前記拡幅部または該拡幅部とトンネル幅方向の反対側のトンネル側面において前記第１および第２のシールドトンネルを接続する。
この発明によれば、切削部を第１のシールドトンネルの内側から形成し、第２のシールドトンネルを切削部に掘進させて第１のシールドトンネルに連通させるので、トンネル内での施工となり、トンネル外部の大掛かりな地盤改良などが不要となる。また、シールド掘削機を用いて安全に施工できる。
また、第１のシールドトンネルに、トンネル幅方向に張り出す拡幅部が形成されるので、第２のシールドトンネルが第１のシールドトンネル内に掘進されても、分岐合流部のトンネル幅方向を広く取ることができる。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のシールドトンネルの分岐合流施工方法において、前記第１のシールドトンネルの分岐合流部の施工をする際に、前記第１のシールドトンネルの幅方向に対して、前記第２のシールドトンネルが接続される側とは反対側に、前記第１のシールドトンネルを掘削するシールド掘削機を拡幅することで拡幅部を形成し、前記シールド掘削機の掘進位置を前記拡幅量に略応じて前記第２のシールドトンネルが接続される側に変位させる。
この発明によれば、シールド掘削機を拡幅して拡幅部を形成し、拡幅量に略応じて拡幅部の反対側に変位させるので、分岐合流部において第１のシールドトンネルの、第２のシールドトンネルと接続しない側の平面視線形を略直線状またはなだらかに連続する線状に維持でき、しかも変位した側に第１のシールドトンネルと第２のシールドトンネルとを接続するためのスペースを形成することができる。その結果、第１シールドトンネル内部の通過物、載置物、設置施設の流れや配置がスムーズとなる。例えば本線道路などを直線的に配置して分岐合流部を形成することができ、トンネル内の車両の流れをスムーズにすることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るシールドトンネルの分岐合流施工方法によれば、シールドトンネルの分岐合流部築造する際、地上に影響することなく施工することができ、工期が短縮できて施工コストを低減することができ、安全な施工ができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。なおすべての図面において、異なる実施形態であっても、同一部材または相当する部材には同一の符号を付し、共通部分の説明は省略する。
【０００９】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るシールドトンネルの分岐合流施工方法によって築造されたトンネル分岐合流部１Ａの概略構成を説明するための平面概略断面図である。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図１におけるＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図である。
【００１０】
トンネル分岐合流部１Ａは、本線トンネル２（第１のシールドトンネル）に対して分岐線トンネル３（第２のシールドトンネル）がＹ字状に分岐するように接続された道路トンネルの分岐合流部である。
本線トンネル２は、シールド工法によって、地山９０内に延設された円管状の本線セグメント２ａにより構築された２車線を有するシールドトンネルである。シールド工法は周知の種々の工法を採用でき、本線セグメント２ａも、コンクリートセグメント、合成セグメント、鋼製セグメントなどが採用できる。断面形状も、円断面に限るものではないが、本実施例形態では、円断面として説明する。
【００１１】
本線トンネル２のトンネル内の下半部には道路支持部２ｃが設けられ、その上部に本線道路部４が形成されている。本線道路部４の上方のトンネル内は、本線セグメント２ａの内部側に設けられた２次覆工２ｂで覆われており、道路の側壁部や天井などが適宜形成されている。また特に図示しないが、通常道路トンネル内に設置される照明、換気、通信、排水、消火などの設備は適宜設置されているものである。
【００１２】
また、本線セグメント２ａの外部は、地山９０の状態により、必要に応じて適宜の裏込め材が充填されているが、周知のことであるので、図示および説明は省略する。
【００１３】
分岐線トンネル３は、本線トンネル２と同様にシールド工法により地山９０内に延設されたシールドトンネルであり、本線トンネル２とほぼ同様に分岐線セグメント３ａ、２次覆工３ｂ、道路支持部３ｃを備え、道路支持部３ｃの上部に分岐線道路部５（分岐線部）が形成されている。分岐線道路部５は、本実施形態では１車線である。
分岐線トンネル３は、本線道路部４（本線部）から分かれて別経路をたどる支線でもよいし、本線道路部４への乗り降りをするために地上に連絡する入口ランプまたは出口ランプでもよい。ただし、少なくとも、トンネル分岐合流部１Ａの近傍では、本線トンネル２の側部に水平面内で斜め横方向から近接し、トンネル分岐合流部１ＡでＹ字状に接続されている。
【００１４】
トンネル分岐合流部１Ａは、さらに、トンネル接続部１０（分岐合流接続部）と加速車線部１１（分岐合流拡幅部）とからなる。トンネル分岐合流部１Ａは、車線の進行方向により分岐道路にもなれば、合流道路にもなるが、いずれも主たる構成は変わることがないので、便宜上、以下の説明では、図１において、本線道路部４では矢印Ｌｍ１、Ｌｍ２で示したように図示の左から右に車両が走行し、分岐線道路部５を走行する車両は、矢印Ｌｂで示したように図示の左上から水平方向の右側に走行して、本線道路部４に合流するものとして説明する。
また以下では、説明を簡略化するため、特に断らない限り、トンネルの幅方向左右を矢印Ｌｍ１、Ｌｍ２、Ｌｂなどで示される車両走行方向に対する左右として表現することにする。例えば、本実施形態では、本線トンネル２の左側のトンネル側部に分岐線トンネル３が接続している。
【００１５】
トンネル接続部１０は、斜め横方向から近接する分岐線道路部５が、本線道路部４と同じ高さで略平行に並ぶまでの部分であり、セグメントの構成は、本線側セグメント１０Ａ、分岐線側セグメント１０Ｂとに分かれている（図２（ｂ）参照）。
本線側セグメント１０Ａは、本線セグメント２ａの右側（分岐線トンネル３と反対側の側部）に、セグメントの円筒面の一部を水平に張り出して拡幅された拡幅部１０Ｒを有している。
分岐線側セグメント１０Ｂは、分岐線セグメント３ａを延設して、本線セグメント２ａの側部に食い込む側のセグメントを除去したような部分円筒形状を有している。
本線側セグメント１０Ａと分岐線側セグメント１０Ｂとの接続部は、切削ブロック６が介装されている。そして、トンネル内部には、二股に分かれている本線道路部４と分岐線道路部５とが略平行となって１本化されるように断面形状が徐変される接続部２次覆工１０ｂと道路支持部１０ｃとが形成されている。
【００１６】
加速車線部１１は、分岐線道路部５を通る車両が、分岐線道路部５から本線道路部４へ車線変更して合流するために設けられているもので、本線道路部４と分岐線道路部５とが同一平面で、分離帯に隔てられることなく並設され、その終端部近傍で分岐線道路部５の道路幅が徐々に削減され、２車線の本線道路部４に統合されるようになっている。
その断面は、図２（ｃ）に示したように、本線セグメント２ａと同一の径を有する円筒の幅方向の左右に略対称に設けられた拡幅部１０Ｌ、１０Ｒを有する拡幅トンネルである。その内部には、２次覆工１１ｂ、道路支持部１１ｃが形成され、道路支持部１１ｃの上部に分岐線道路部５、本線道路部４が形成されている。
【００１７】
このようなトンネル分岐合流部１Ａは、以下に説明する本発明に係るシールドトンネルの分岐合流施工方法により築造することができる。
本発明に係るシールドトンネルの分岐合流施工方法は、切削部形成工程とトンネル連通工程とからなる。本実施形態では、トンネル連通工程は、さらに掘進工程と連通部形成工程とからなる。
図３〜５は、本発明の第１の実施形態に係るシールドトンネルの分岐合流施工方法の各工程を説明するためのトンネル分岐合流部１Ａのトンネル中心を通る平面断面の工程説明図である。図６（ａ）は図３におけるＤ−Ｄ断面図、図６（ｂ）は図３（ｂ）におけるＥ−Ｅ断面図、図６（ｃ）は図４（ｄ）におけるＦ−Ｆ断面図である。図７は連通部形成工程を説明するためのトンネル幅方向断面図である。
【００１８】
切削部形成工程は、分岐線トンネル３が接続する本線トンネル２のトンネル側部８のトンネル内部側に切削部を形成する工程である。本実施形態では、本線トンネル２はシールド掘削機１２により掘進する。
シールド掘削機１２は、シールドの側部に幅方向の外側に張り出し可能なオーバーカッタ１３Ｒ（１３Ｌ）、拡幅部材１４Ｒ（１４Ｌ）を備え、これらにより、幅方向に張り出した断面形状で地山９０を掘削し、その内面に適宜のセグメントを配置して、拡幅部１０Ｒ、１０Ｌを有するシールドトンネルを形成することが可能となっている。また、拡幅部１０Ｒ、１０Ｌの張り出し量は、適宜可変することが可能となっている。このようなシールド掘削機１２は、種々の機構により実現されるが、本方法ではどのような機構を有するものを用いてもよい。一例を挙げれば、特開２００２−２４２５８５公報に記載されているものなどを好適に用いることができる。
【００１９】
図３（ａ）に示したように、本線トンネル２は、図示左側から位置Ｐまでは円管断面で築造される。そして、位置Ｐから先は、右側に拡幅部１０Ｒを形成しながら掘進する。そして、掘削断面に合わせて、本線側セグメント１０Ａを設置し、１次覆工を形成していく。この場合、拡幅部１０Ｒは、徐々に拡幅して所定長さ掘進してから最大の張り出し量となるようにしてもよいし、図３（ａ）のように位置Ｐで、一気に拡幅してもよい。
一方、トンネル側部８の内部には、トンネル内部を幅方向に仕切る幅方向仮壁７ａ（仮設支持部材）を本線側セグメント１０Ａの上下間に撤去可能に固定し、幅方向仮壁７ａと円筒状のスキンプレートとの間に、適宜の大きさに分割された切削ブロック６を隙間なく配置する（密嵌する）。切削ブロック６が弾性を有する場合は、土圧を受けたとき、隙間が閉鎖される程度の隙間で配置する。なお、止水性能を向上するために、切削ブロック６間に適宜の止水材を充填してもよいことは言うまでもない。
【００２０】
切削ブロック６は、地山９０からの土圧および水圧を保持して泥水がトンネル内に流入しないように止水可能とするのがよく、分岐線トンネル３を掘進するシールド掘削機のカッターによって切削可能な材質から構成されている。例えば、低強度のモルタルブロック、発泡スチロール、合成樹脂などを好適に用いることができる。切削ブロック６の大きさは、作業性などに配慮して適宜の大きさとすることができる。特に発泡スチロールや合成樹脂を採用する場合は、軽量のためブロックを大きくしても作業性がよく、少ないブロック数でスキンプレートと幅方向仮壁７ａとの間を埋めることができるから、施工効率が向上するという利点がある。
なお、シールド掘削機１２のスキンプレートに近接する切削ブロック６の外周側部は、スキンプレートの内面に沿う形状に加工されている。このため、シールド掘削機１２のテールシール（不図示）が切削ブロック６に密着して泥水がシールド掘削機１２およびトンネル内に侵入することを防止できるようになっている。
【００２１】
幅方向仮壁７ａは、切削ブロック６が配置されるまでの間、本線側セグメント１０Ａにかかる土圧を上下の面内方向で支持し、切削ブロック６を介して面外方向に土圧を支持し、トンネル断面形状を維持する構造部材となっている。そして、切削ブロック６だけで土圧を支持できる状態になったときは、本線トンネル２の内側から撤去することができるものである。例えば、鋼製部材で本線側セグメント１０Ａにボルト締結するなどの手段を採用できる。
なお、切削ブロック６と幅方向仮壁７ａの施工は、シールド掘削機１２の施工に伴って行われるが、切削ブロック６の組立配置時に相互に強固に連結でき、分岐線トンネル３のシールド掘削機１５による切削時にも、土圧などに抵抗できるようであれば幅方向仮壁７ａはなくてもよい。なお、幅方向仮壁７ａは仮設支持部材としているように、この機能を有していればよく、本実施形態で壁体としているのはあくまでも一つの例である。
【００２２】
そして、切削ブロック６が動かないように保持して、本線側セグメント１０Ａに反力をとってシールド掘削機１２を位置Ｑまで直進させて掘進する。さらに、位置Ｑから位置Ｒまでは、シールド掘削機１２の掘進方向をトンネル幅方向の左側に向けて水平斜め方向に掘進する。位置Ｒからは、シールド掘削機１２の方向を転換して本線トンネル２の延設方向と平行な方向に向けて掘進する。このとき、本線セグメント２ａの右側の側部と拡幅部１０Ｒの側部とが、図３（ｂ）の平面視でトンネル延設方向の略同一線上に揃うようにする。したがって、シールド掘削機１２の中心は、拡幅部１０Ｒの張り出し幅分だけ左側（分岐線トンネル３側）に移動された状態となっている。
【００２３】
一方、トンネル接続部１０のトンネル内部では、幅方向仮壁７ａをトンネル幅方向の右斜めに略直線状に延設していく。この方向は、図中に破線で示した分岐線トンネル３の延設予定方向に沿った方向とする。すなわち、幅方向仮壁７ａは、本線トンネル２の内部で幅方向に位置を変え、上下方向にも寸法を変えながらトンネル内部を斜めに横断するように延びる区画壁として構築される。
これを、トンネル幅方向断面で示すと図６（ａ）になる。図６（ａ）は、図３（ａ）のＤ−Ｄ断面図であるが、位置Ｐ以降は略同様な位置関係を有している。図中の破線は後で築造される分岐線トンネル３の分岐線セグメント３ａの位置を表している。
【００２４】
図６（ａ）に示したように、分岐線トンネル３が築造される範囲には切削ブロック６のみが配置され、本線側セグメント１０Ａの周方向端部および幅方向仮壁７ａは分岐線セグメント３ａの予定位置に重ならないように配置されている。すなわち、本線側セグメント１０Ａの周方向端部は、トンネルの延設方向に沿って分岐線トンネル３を避けた近接位置で止められている。
【００２５】
そして掘進を続け、幅方向仮壁７ａを延設し、切削ブロック６を配置していくが、分岐線トンネル３を掘進するシールド掘削機１５の掘削終了位置Ｓまで、すなわち拡幅部１０Ｌを張り出す位置まで来たら、切削ブロック６の配置は停止する。そして、切削ブロック６のトンネル内部側の端部を覆うように延設方向仮壁７ｂを配置し、撤去可能に固定する。このようにして、切削ブロック６は、延設方向仮壁７ｂと幅方向仮壁７ａとにより本線トンネル２の内側から覆われる。
以上で、切削部形成工程が終了する。
【００２６】
そして、シールド掘削機１２を直進して掘削を続けるが、このときトンネル幅方向の左側に拡幅部１０Ｌを設けるため、シールド掘削機１２から、オーバーカッタ１３Ｌを突出させ、拡幅部材１４Ｌを張り出して拡幅セグメント１１ａを設置する（図３（ｂ）、図６（ｂ）参照）。
拡幅セグメント１１ａの内部の幅は、適宜の２次覆工を施した上で、本線道路部４と分岐線道路部５とが並設できる広さとする。
【００２７】
加速車線部１１は、図４（ｃ）に示したように、拡幅部１０Ｒ、１０Ｌを有する拡幅セグメント１１ａを図６（ｂ）と同断面で所定長さ延設してから、拡幅部１０Ｒ、１０Ｌの張り出しを止め、本線トンネル２と同断面に縮径することにより形成する。
そして、後で内部に形成する本線道路部４の直線性を保つため、位置Ｔ〜Ｕの間でシールド掘削機１２の方向転換を行い、シールド掘削機１２の軸中心をトンネル接続部１０の前段の本線トンネル２の中心と一致させる。ただし、本線道路部４を直線にする必要がなければ、このような方向転換を行う必要はない。
【００２８】
次に、本実施形態のトンネル連通工程について説明する。
まず、図４（ｃ）に示したように、掘進工程では、分岐線トンネル３を形成するシールド掘削機１５を発進させ、所定経路で分岐線トンネル３を形成する。そして、本線トンネル２に近接したところで、地山９０とともに、本線トンネル２のトンネル側部８を形成する切削ブロック６を切削しながら、幅方向仮壁７ａに沿って本線トンネル２の内部に食い込むように掘進する。
そして、シールド掘削機１５のカッターが延設方向仮壁７ｂに面する状態まで掘進したところで、掘削を終了する。
【００２９】
このとき、分岐線トンネル３と本線トンネル２とは、分岐線セグメント３ａの右側部、幅方向仮壁７ａ、それらに挟持された切削ブロック６の残存部、延設方向仮壁７ｂにより隔壁状に隔てられている（図６（ｃ）参照）。切削ブロック６は、地山９０に面する部分はごくわずかになっている。実際には、セグメント近傍を安定させるための裏込め材などにより、補強され、外側から止水もされている。そこで、ほとんどすべての土圧は、地山９０に面している分岐線セグメント３ａと、本線側セグメント１０Ａにより支持されている。
【００３０】
次に、連通部形成工程により、分岐線トンネル３、本線トンネル２をトンネル幅方向に連通させる。
図７（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、その詳細の工程を説明するために、図４（ｄ）のＦ−Ｆ断面での施工の様子を示す概略説明図である。
まず、本線側セグメント１０Ａ、分岐線セグメント３ａを上下方向に支持するための支柱１６、１７（支保工）をそれぞれのトンネル内部に適宜間隔で立設する（図７（ｄ））。その状態で、本線トンネル２の内部側から幅方向仮壁７ａを撤去し、同時に切削ブロック６に面している部分の分岐線セグメント３ａの一部を分岐線トンネル３側から取り外し、右側側部が開いた分岐線側セグメント１０Ｂを形成する。
そして、支柱１６、１７を残したまま、切削ブロック６の一部を撤去して、本線トンネル２と分岐線トンネル３とをトンネルの幅方向に連通させる。このようにして、本線側セグメント１０Ａと分岐線側セグメント１０Ｂにより、１次覆工されたトンネル接続部１０が形成される。
【００３１】
次に、図７（ｅ）に示したように、支柱１６、１７を巻き込んでトンネル内部下方に本線トンネル２と分岐線トンネル３とにまたがる道路支持部１０ｃ（下部支持部）を形成し、道路支持部１０ｃを上方から覆うとともに本線トンネル２と分岐線トンネル３とにまたがる接続部２次覆工１０ｂをトンネル内部の上方に形成する。この接続部２次覆工１０ｂにより、分岐線側セグメント１０Ｂと本線側セグメント１０Ａとの間に切削ブロック６が介装された比較的脆弱な部分の恒久的な止水と補強が達成される。
そして、図７（ｆ）に示したように、接続部２次覆工１０ｂと道路支持部１０ｃとの間の不要になった支柱１６、１７を撤去し、道路支持部１０ｃ上に本線道路部４および分岐線道路部５を形成する。
なお、前記連通部形成工程においては、本線トンネルと分岐線トンネルで本線側セグメントと分岐線セグメントをそれぞれ支持する支保工を立設し、仮壁の撤去を行うとともに分岐線トンネル側から分岐線セグメントの一部を取り外し、切削ブロックの一部を撤去し、支保工を巻き込んで道路支持部を形成し、同様に支保工を巻き込んで２次覆工を形成した後、道路支持部と２次覆工で囲まれる空間に残存する不要になった支保工を撤去する工程である。これを、本線トンネルと分岐線トンネルの中で、まず道路支持部と２次覆工を形成できる範囲内でできる限り形成し、本線側セグメントと分岐線セグメントをそれぞれ支持できるように、道路支持部と２次覆工を介在して支保工を分割立設し、その後仮壁の撤去を行うとともに分岐線トンネル側から分岐線セグメントの一部を取り外し、切削ブロックの一部を撤去し、そして、残部の道路支持部と２次覆工を形成して左右に分割施工した道路支持部と２次覆工を一体とし、最後に道路支持部と２次覆工で囲まれる空間に残存する不要になった支保工を撤去する工程としてもよい。
以上により連通部形成工程が終了する。
【００３２】
また、加速車線部１１は、通常の拡幅トンネルと同様に道路支持部１０ｃ、接続部２次覆工１０ｂを形成し、本線道路部４、分岐線道路部５をトンネル接続部１０から延長し、分岐線道路部５を本線道路部４に吸収して、車線幅を２車線に戻すことにより形成される。
【００３３】
以上に説明した工程を順次実施することによって、分岐線トンネル３が本線トンネル２にＹ字に接続し、トンネル接続部１０、加速車線部１１を備えたトンネル分岐合流部１Ａ（図１）を築造することができる。
本実施形態によれば、切削部を本線トンネルの内側に設け、分岐線トンネルを形成するシールド掘削機で切削部を切削し、それぞれのトンネルのセグメントによりトンネル接続部のセグメントを形成した後に、トンネル内部を連通するので、トンネル内部の作業によりトンネル接続部を形成することができるという利点がある。
したがって、地上部まで施工の影響が及ぶことがなく、またトンネルの周囲に大掛かりな地盤改良を施したりする必要もないので、施工コストや施工工期を低減することができ、またきわめて安全に施工することができるという利点がある。
【００３４】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施の形態について説明する。
本実施形態は、本線トンネルをいったん供用可能な状態まで完成させた後、分岐線トンネルを築造して本線トンネルに接続する点が第１の実施形態と大きく異なる。したがって、多くの工程は共通なので、以下では第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
図８は、本発明の第２の実施形態に係るシールドトンネルの分岐合流施工方法によって築造されたトンネル分岐合流部１Ｂの概略構成を説明するための平面概略断面図である。図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図８におけるＧ−Ｇ断面図、Ｈ−Ｈ断面図、Ｉ−Ｉ断面図である。
【００３５】
トンネル分岐合流部１Ｂは、既設本線トンネル２０に分岐線トンネル３がＹ字状に接続された道路トンネルの分岐合流部である。トンネル分岐合流部１Ｂは、トンネル接続部１０および加速車線部１１からなる。
なお、第１の実施形態と同様の理由により、図８において、本線道路部４では矢印Ｌｍ１、Ｌｍ２、Ｌｍ３で示したように図示の左から右に車両が走行し、分岐線道路部５を走行する車両は、矢印Ｌｂで示したように図示の左上から水平方向の右側に走行して、本線道路部４に合流するものとして説明する。
また特に断らない限り、トンネルの幅方向左右を矢印Ｌｍ１、Ｌｍ２、Ｌｍ３、Ｌｂなどで示される車両走行方向に対する左右として表現することも、上記と同様である。
既設本線トンネル２０の構成は、トンネル分岐合流部１Ａと大略同様であるが、詳しい構成は、各工程の説明の中で説明する。なお、図８では、本線道路部４の車線数が３車線の場合について図示したが、これは、一例であって、施工時の道路供用を可能とするためには、２車線以上あればよい。
【００３６】
図１０、１１は、本発明の第２の実施形態に係るシールドトンネル分岐合流方法の各工程を説明するためのトンネル分岐合流部１Ｂのトンネル中心を通る平面断面の工程説明図である。図１２（ａ）は図１０（ａ）におけるＪ−Ｊ断面図、図１２（ｂ）は図１０（ｂ）におけるＫ−Ｋ断面図、図１２（ｃ）は図１１（ｄ）におけるＬ−Ｌ断面図である。図１３（ｄ）、（ｅ）は、連通部形成工程におけるトンネル幅方向断面の様子を示す説明図である。
本実施形態における工程は、切削部形成工程、掘進工程および連通部形成工程とからなる。後者の２工程はトンネル連通工程をなしている。
【００３７】
切削部形成工程は、分岐線トンネル３が接続する既設本線トンネル２０のトンネル側部２４のトンネル内部側に切削部を形成する工程である。工程の具体的な説明に先立って、本実施形態における既設本線トンネル２０の構成を説明する。
既設本線トンネル２０は、図９（ａ）に示したように、全体としては円管状の本線セグメント２ａによって構築され、道路支持部２ｃ上に、例えば３車線からなる直線状の複数車線を有する道路トンネルである。そして、トンネル分岐合流部１Ｂの築造が予定されている部分には、接続用拡幅部３０（分岐合流接続部）、路幅拡張用拡幅部３１（分岐合流拡幅部）が連続して設けられ、分岐線トンネル３を接続する本線道路部４（本線部）の左横方向に接続スペース１８、合流車線スペース１９がそれぞれ設けられている（図１０（ａ）参照）。
【００３８】
接続用拡幅部３０は、図１２（ａ）に示したように、トンネルの幅方向の右側に拡幅部１０Ｒが形成された断面を有する。そして、幅方向左側のトンネル側部２４に切削可能なセグメント２１が円弧状に配置され、それ以外の断面外周部が本線側セグメント１０Ａによって覆われている。それらの内面には、本線道路部４を供用するために必要な２次覆工１１ｂが施されている。
切削可能なセグメント２１の配置位置は、少なくとも破線で示した分岐線セグメント３ａの予定配置位置で囲まれる部分と重なり、その外側にはみ出すように設定される。
【００３９】
切削可能なセグメント２１は、主要形状が円管部の本線側セグメント１０Ａと同様な構成を備え、配置と接合の互換性を有するセグメントであり、分岐線トンネル３を築造するシールド掘削機１５のカッターによって切削可能な材質により構成されている。
このような切削可能材として、例えば、鉄筋の代わりにグラスファイバーや炭素繊維などの非金属の強化繊維を配設、配合したコンクリートセグメントなどを採用することができる。また、合成セグメントの鋼板部を強化繊維を配合した合成樹脂に置き換えてコンクリートを充填した合成セグメントなども採用することができる。
なお、切削可能なセグメント２１を接合する接合継手も、シールド掘削機１５により切削可能な材質、例えば合成樹脂などを用いることは言うまでもない。
【００４０】
路幅拡張用拡幅部３１は、合流車線スペース１９に分岐線道路部５を形成したときに図９（ｃ）のようになる拡幅トンネルで、シールド掘削機１２により、幅方向の左右に拡幅部１０Ｒ、１０Ｌを形成して築造される。また、内面には、本線道路部４を供用するために必要な２次覆工１１ｂが施されている。
このように、既設本線トンネル２０におけるトンネル分岐合流部１Ｂの施工は、前記第１の実施形態に対して切削部形成工程が異なるが、前記第１の実施形態の本線トンネル２に使う両側部が拡幅するシールド掘削機１２と、ほぼ同様なシールド掘削機を使うものであり、分岐合流部における前記シールド掘削機１２を使った掘削施工方法として以下の点が共通する。通常の本線トンネルを掘削してきて分岐合流部の分岐合流接続部に到達したら、分岐線トンネル３が接続する側とは反対側を拡幅し、掘削に伴って方向転換をすることで、掘進位置を分岐線トンネル３が接続される側に変位させ、分岐合流拡幅部に到達したら、分岐線トンネルが接続する側も拡幅させて、その変位を維持しつつ掘削し、分岐合流拡幅部の終点に到達する前に、シールド掘削機を再び反対方向に変位させて本線トンネル位置に戻し、その後縮幅して通常の本線トンネルを掘削施工するものである。
なお、本実施形態では拡幅を一度に行っているが、徐々にあるいは段階的に行ってもよい。
【００４１】
切削部の形成にあたっては、本線道路部４の３車線から２車線の通行車線４ａに規制して、左側の１車線分を空きスペースとする。そして、図１０（ｂ）に示したように、接続用拡幅部３０の切削可能なセグメント２１の近傍を覆うように幅方向仮壁７ａ、延設方向仮壁７ｂを撤去可能に立設し、切削可能なセグメント２１の内面を覆う切削部材充填スペースを設ける。
そして、切削部材充填スペースに、硬化後にシールド掘削機１５で切削可能な切削部材となるセメント硬化材２２を充填し、硬化させる（図１２（ｂ）参照）。セメント硬化材２２は、土砂にセメントと水を混合したものやモルタルなどが採用できる。
【００４２】
このようにして、トンネル側部２４のトンネル内部側に切削可能なセグメント２１、セメント硬化材２２、幅方向仮壁７ａ、延設方向仮壁７ｂからなる切削部が形成される。
本工程においては、既設本線トンネル２０が完成された段階でトンネルの内側から切削部を形成するから、幅方向仮壁７ａ、延設方向仮壁７ｂの設置作業を、安全かつ容易に行うことができるという利点がある。
【００４３】
次に掘進工程では、図１１（ｃ）、（ｄ）に示したように、シールド掘削機１５を掘進して分岐線トンネル３を形成する。接続用拡幅部３０では、トンネル側部２４をなす切削可能なセグメント２１からセメント硬化材２２内に向かって斜めに食い込むように掘進し、徐々にシールド掘削機１５の進行方向を変えて、幅方向仮壁７ａに沿う方向に進み、図１１（ｃ）の位置Ｖにある一方の延設方向仮壁７ｂの近傍まで掘進し、シールド掘削機１５を停止する。
本工程では、一切の施工は、幅方向仮壁７ａ、延設方向仮壁７ｂの地山９０側で行われ、これらの仮壁が隔壁となっているので、既設本線トンネル２０の内部には施工の影響が生じない。したがって、既設本線トンネル２０の内部では、施工中でも安全な車両通行が可能となるという利点がある。
【００４４】
次に連結部形成工程では、分岐線トンネル３および既設本線トンネル２０の内部での施工作業が発生するので、交通規制を行いながら施工する。施工は、第１の実施形態における連結部形成工程と同様である。すなわち、本線側セグメント１０Ａ、分岐線トンネル３の内部の上下に、支柱１６、１７を立設して地山９０からの土圧を支持する（図１２（ｃ）参照）。そして、それぞれのトンネル内部から幅方向仮壁７ａ、延設方向仮壁７ｂと分岐線セグメント３ａを撤去するとともに、必要に応じて道路支持部１０ｃを構築し、その後、トンネル内部に幅方向にまたがる接続部２次覆工１０ｂを構築する（図１３（ｄ）参照）。それから、支柱１６、１７を撤去し、接続用拡幅部３０内での本線道路部４を修復して３車線を復活させる。そして分岐線道路部５の合流部を形成する。
また路幅拡張用拡幅部３１では、合流車線スペース１９に分岐線道路部５を延設する。
このようにして、トンネル内部に、図８に示したトンネル接続部１０、加速車線部１１を構築する。
【００４５】
本実施形態によれば、分岐線トンネル３との接続予定部分に切削可能なセグメント２１を配して既設本線トンネル２０を築造することにより、既設本線トンネル２０の内部から安全かつ容易に切削部が形成できるという利点がある。しかも、既設本線トンネル２０を供用しながら、分岐線トンネル３の掘進工程を行うことができ、施工時の通行規制期間を大幅に短縮することができるという利点がある。
【００４６】
次に、本実施形態の変形例について説明する。
本変形例は、既設本線トンネル２０にあらかじめ切削可能なセグメント２１が構築できない場合にも切削部形成工程を行うことができるようにする方法である。
図１４（ａ）、（ｂ）に示したのは、本変形例の切削部形成工程を説明するためのトンネル幅方向の断面図であり、図１０（ｂ）のＫ−Ｋ断面に相当する位置の断面図である。
本変形例における既設本線トンネル２０は、トンネル側部２４がシールド掘削機１５のカッターでは切削できない本線側セグメント１０Ａにより覆われている。そこで本変形例では、トンネル側部２４における本線側セグメント１０Ａを取り外して切削可能な切削部材に置き換えることにより切削部を形成する。
【００４７】
図１４（ａ）に示したように、まず、トンネル側部２４の外部がセグメントを取り外しても一時的に地山を自立させることができるように、トンネル側部２４を覆う所定範囲を地盤改良して補強地盤部２３を形成する。
さらに、トンネル側部２４の内部を覆うような切削部の形成と、セグメントにかかる土圧を受けるために、既設本線トンネル２０の内部に幅方向仮壁７ａを撤去可能に固定し、本線側セグメント１０Ａを上下方向に支持する。そして、トンネル内部からトンネル側部２４における本線側セグメント１０Ａを撤去する。
そして、延設方向仮壁７ｂを撤去可能に固定し、幅方向仮壁７ａ、延設方向仮壁７ｂにより本線側セグメント１０Ａを撤去した部分がトンネル内部から覆うことにより、補強地盤部２３と幅方向仮壁７ａ、延設方向仮壁７ｂとで囲まれる切削部材充填スペースを設ける。そして、切削部材充填スペースにセメント硬化材２２を充填し、硬化させる。このようにして切削部を形成する。
【００４８】
本変形例では、補強地盤部２３は、セメント硬化材２２が切削部材充填スペースに充填されるまでの間、一時的に地山が自立できればよく、恒久的な補強は必要なく、補強範囲もトンネル側部２４の近傍の範囲で済むという利点がある。
【００４９】
なお、上記の変形例の説明では、補強地盤部２３を形成してから本線側セグメント１０Ａを取り外すとして説明したが、補強地盤部２３をトンネル延設方向に向けて段階的に形成し、補強地盤部２３が形成された部分の本線側セグメント１０Ａを取り外し、幅方向仮壁７ａと補強地盤部２３との間にトンネル幅方向に仮設型枠板を設けてセメント硬化材２２を充填し、これらの工程を繰り返して切削部を構築してもよい。このようにすれば、補強地盤部２３を比較的低強度に形成しても安全に施工できるので、地盤改良をより小規模のものとすることができるという利点がある。
【００５０】
なお、上記の第１の実施形態の説明では、切削ブロック６として、ブロック状に加工した部材の例で説明したが、シールド機内でシールド掘削機１２の掘進長さごとに配置することができれば、固体ブロックでなくともよい。例えば、幅方向仮壁７ａに袋を設けておき、袋内にセメント硬化材２２を充填することにより、ブロック状に硬化させたものでもよい。
袋材としては、例えばグラスファイバーを含む化学繊維や、塩化ビニールなどの合成樹脂材料を母材としたものを好適に用いることができる。
【００５１】
また、上記の第２の実施形態の説明では、切削部材としてセメント硬化材２２を用いる例で説明したが、第１の実施形態と同様に、切削ブロック６を配置してもよい。ただし、上記に説明した順序とは異なり、幅方向仮壁７ａ、延設方向仮壁７ｂで切削可能なセグメント２１を取り囲んで切削部充填スペースを形成する前に、切削ブロック６の搬入口を幅方向仮壁７ａに設けて切削ブロック６を配置するか、または切削ブロック６を配置しながら幅方向仮壁７ａを固定する。
【００５２】
また、上記の第２の実施形態の説明では、主として接続用拡幅部３０によりトンネル接続部１０を形成し、路幅拡張用拡幅部３１により加速車線部１１を形成する例で説明したが、路幅拡張用拡幅部３１をさらに短縮するか、またはまったく設けず、接続用拡幅部３０を加速車線部１１の範囲まで延長し、加速車線部１１の範囲まで分岐線トンネル３を掘進して、加速車線部１１を形成するための拡幅トンネルを形成してもよい。
このように本発明のシールドトンネルの分岐合流施工方法は、既設シールドトンネルの拡幅を行うための施工方法としても用いることができる。その場合でも、上記に説明した作用効果を同様に有している。特に、施工期間の大部分にわたって既設道路トンネルを供用することができるという優れた利点がある。
【００５３】
また、上記の第１および第２の実施形態の説明を通じて、本線トンネル２の幅方向右側に拡幅部１０Ｒを設けた例で説明したが、分岐線トンネル３が接続する本線トンネル２の幅方向左側に拡幅部１０Ｌを設けてもよい。ちなみに、前記第１および第２の実施形態では、トンネル分岐合流部１Ａの加速車線部１１（分岐合流拡幅部）やトンネル分岐合流部１Ｂの路幅拡張用拡幅部３１（分岐合流拡幅部）の右側部と分岐合流前の本線トンネルの右側部は、図１、１０の平面視で一つの直線上にある。つまり右側拡幅部を設ける分岐合流部の施工で、本線トンネルの中心を左側（分岐線トンネルが接続される側）に変位させることでこのような線形にしている。なお、この線形は、直線に限らず曲線であってもよい。要するにこれらの右側部の線形が一つの略なだらかな線に連なるようになっていればよい。この結果、本線道路部４（本線部）の線形を分岐合流部で特に変えないので、完成後の本線部の通行がスムーズになる。用途が道路トンネルでなく、鉄道、下水、共同溝であっても、同様に本線を通過あるいは載置される物体の流れや配置がスムーズになる。また、トンネル分岐合流部１Ａの加速車線部１１やトンネル分岐合流部１Ｂの路幅拡張用拡幅部３１では、左側にも拡幅部を設けている。この部分は断面一体の一つの拡幅トンネルとして施工する部分であり、拡幅部を片側だけにするよりも左右両方に設けることにした方が拡幅量が均等化されるので、同じ拡幅量であればシールド掘削機の製作コストや全体の施工コストが低減できる。
また、拡幅部１０Ｒ、１０Ｌの断面形状は、一例であって、上記説明の形状に限るものでないことは言うまでもない。
【００５４】
また、上記の第１および第２の実施形態の説明では、本線トンネルに分岐線トンネルがＹ字状に接続する例で説明したが、複数のトンネルが、例えば、Ｔ字状、十字状に接続するものであってもよい。これらの接続形態によれば、道路トンネルの場合、道路交差部を形成することになる。
また、このような接続形態において、接続角度が９０度に近い場合、シールドトンネルに拡幅部を設けることは必須ではない。
【００５５】
また、上記の第１および第２の実施形態の説明では、トンネル連通工程を掘進工程と連通部形成工程に分割して行う例で説明した。このように施工すれば、安全性が高いので好ましいが、強度上、そのまま掘進してもトンネル内の安全が維持されるならば、シールド掘削機で延設方向に連通させ、その後必要に応じてトンネル幅方向の連通部形成を行うようにしてもよい。
【００５６】
また、上記の第１および第２の実施形態の説明では、接続される２つのシールドトンネルの内径が異なり、本線道路への分岐線道路からの合流部またはその逆の分岐部を形成する例で説明したが、本発明は、シールドトンネルを交差して接続する一般的な分岐合流施工方法として用いることができ、これ以外の用途にも活用できることは言うまでもない。例えば、内径が同一のシールドトンネル同士の接続に用いてもよい。また、シールドトンネルは道路トンネルとは限らず、例えば、鉄道トンネルでもよいし、流体管路として用いるものであってもよい。
【００５７】
また、上記の第１および第２の実施形態の説明では、便宜上シールド掘削機１２、１５の掘進方向を限定して説明したが、いずれかまたは両方を逆進させて施工することも可能である。その場合、若干の工程順序を変更する必要があるが、当業者には容易に理解されるので説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るシールドトンネルの分岐合流施工方法によって築造されたトンネル分岐合流部の概略構成を説明するための平面概略断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るシールドトンネルの分岐合流施工方法の各工程を説明するためのトンネル分岐合流部のトンネル中心を通る平面断面の工程説明図である。
【図４】同じく、図３に続く各工程を説明するための工程説明図である。
【図５】同じく、図４に続く各工程を説明するための工程説明図である。
【図６】図３（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図、図３（ｂ）におけるＥ−Ｅ断面図、および図４（ｄ）におけるＦ−Ｆ断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る連通部形成工程を説明するためのトンネルの幅方向断面の概略説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るシールドトンネルの分岐合流施工方法によって築造されたトンネル分岐合流部の概略構成を説明するための平面概略断面図である。
【図９】図８におけるＧ−Ｇ断面図、Ｈ−Ｈ断面図、Ｉ−Ｉ断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係るシールドトンネル分岐合流方法の各工程を説明するためのトンネル分岐合流部のトンネル中心を通る平面断面の工程説明図である。
【図１１】同じく、図１０に続く各工程を説明するための工程説明図である。
【図１２】図１０（ａ）におけるＪ−Ｊ断面図、図１０（ｂ）におけるＫ−Ｋ断面図、図１１（ｄ）におけるＬ−Ｌ断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る連通部形成工程におけるトンネル幅方向断面の様子を示す説明図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る変形例の切削部形成工程を説明するためのトンネル幅方向の断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ トンネル分岐合流部
２ 本線トンネル（第１のシールドトンネル）
２ａ 本線セグメント
３ 分岐線トンネル（第２のシールドトンネル）
３ａ 分岐線セグメント
４ 本線道路部（本線部）
４ａ 通行車線
５ 分岐線道路部（分岐線部）
６ 切削ブロック（切削部材）
７ａ 幅方向仮壁（仮設支持部材）
７ｂ 延設方向仮壁（仮設支持部材）
８、２４ トンネル側部
１０ トンネル接続部（分岐合流接続部）
１０ｂ 接続部２次覆工
１０Ａ 本線側セグメント
１０Ｂ 分岐線側セグメント
１０Ｒ、１０Ｌ 拡幅部
１１ 加速車線部（分岐合流拡幅部）
１２、１５ シールド掘削機
１６、１７ 支柱（支保工）
２０ 既設本線トンネル（第１のシールドトンネル）
２１ 切削可能なセグメント
２２ セメント硬化材（切削部材）
２３ 補強地盤部
３０ 接続用拡幅部（分岐合流接続部）
３１ 路幅拡張用拡幅部（分岐合流拡幅部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のシールドトンネルのトンネル側部に第２のシールドトンネルを接続するシールドトンネルの分岐合流施工方法であって、
前記トンネル側部近傍のトンネル内部に、シールド掘削機で切削可能な材質からなる切削部材を配置して切削部を形成する切削部形成工程と、
前記第２のシールドトンネルを、前記トンネル側部から前記切削部内に向けて掘進して、前記第１のシールドトンネル内部に連通させるトンネル連通工程とを備え、
少なくとも該トンネル連通工程を開始する前に、前記第１のシールドトンネルに、トンネル幅方向外側へ張り出す拡幅部を形成し、
前記トンネル連通工程で、前記拡幅部または該拡幅部とトンネル幅方向の反対側のトンネル側面において前記第１および第２のシールドトンネルを接続することを特徴とするシールドトンネルの分岐合流施工方法。
【請求項２】
請求項１に記載のシールドトンネルの分岐合流施工方法において、
前記第１のシールドトンネルの分岐合流部の施工をする際に、前記第１のシールドトンネルの幅方向に対して、前記第２のシールドトンネルが接続される側とは反対側に、前記第１のシールドトンネルを掘削するシールド掘削機を拡幅することで拡幅部を形成し、前記シールド掘削機の掘進位置を前記拡幅量に略応じて前記第２のシールドトンネルが接続される側に変位させることを特徴とするシールドトンネル分岐合流施工方法。
【請求項１】
第１のシールドトンネルのトンネル側部に第２のシールドトンネルを接続するシールドトンネルの分岐合流施工方法であって、
前記トンネル側部近傍のトンネル内部に、シールド掘削機で切削可能な材質からなる切削部材を配置して切削部を形成する切削部形成工程と、
前記第２のシールドトンネルを、前記トンネル側部から前記切削部内に向けて掘進して、前記第１のシールドトンネル内部に連通させるトンネル連通工程とを備え、
少なくとも該トンネル連通工程を開始する前に、前記第１のシールドトンネルに、トンネル幅方向外側へ張り出す拡幅部を形成し、
前記トンネル連通工程で、前記拡幅部または該拡幅部とトンネル幅方向の反対側のトンネル側面において前記第１および第２のシールドトンネルを接続することを特徴とするシールドトンネルの分岐合流施工方法。
【請求項２】
請求項１に記載のシールドトンネルの分岐合流施工方法において、
前記第１のシールドトンネルの分岐合流部の施工をする際に、前記第１のシールドトンネルの幅方向に対して、前記第２のシールドトンネルが接続される側とは反対側に、前記第１のシールドトンネルを掘削するシールド掘削機を拡幅することで拡幅部を形成し、前記シールド掘削機の掘進位置を前記拡幅量に略応じて前記第２のシールドトンネルが接続される側に変位させることを特徴とするシールドトンネル分岐合流施工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００６−３１２８７６（Ｐ２００６−３１２８７６Ａ）
【公開日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２８８９１（Ｐ２００６−２２８８９１）
【出願日】平成１８年８月２５日（２００６．８．２５）
【分割の表示】特願２００２−３８１０８７（Ｐ２００２−３８１０８７）の分割
【原出願日】平成１４年１２月２７日（２００２．１２．２７）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２５日（２００６．８．２５）
【分割の表示】特願２００２−３８１０８７（Ｐ２００２−３８１０８７）の分割
【原出願日】平成１４年１２月２７日（２００２．１２．２７）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
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