シールドトンネルの拡幅方法

【課題】直上の地上の開削工事なしで、本線シールドトンネルとランプシールドトンネルとの分岐合流部を構築可能なシールドトンネルの拡幅方法を提供する。
【解決手段】ランプシールドトンネル５から、本線シールドトンネル３に近づく方向へ子シールドトンネル７を構築する。本線シールドトンネル３、ランプシールドトンネル５、子シールドトンネル７から、上方向と下方向の両方に薬液注入などの地盤改良を行い、改良体１１を構築して閉空間１２を形成し、土留めおよび止水を行う。その後、閉空間１２内を掘削し、本線シールドトンネルの拡幅工事を行う。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分岐合流部の形成に適したシールドトンネルの拡幅方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、本線シールドトンネルとランプシールドトンネルの分岐合流部を形成する方法としては、地上からトンネル接続部付近まで薬液注入管を伸ばして地盤改良を行い、拡幅工事を行う方法や、地上を開削し、立坑をシールドトンネルまで下ろしてトンネル同士を接続する方法が行われていた。
【０００３】
また、シールドトンネルの拡幅対象部位の山留め方法として、シールドトンネルの延長方向に沿って、作業基地として用いるパイロットシールドトンネルを構築し、作業基地より山留め構築材をシールドトンネルの拡幅対象部位を囲む位置に送り出すことが、開示されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３３６８５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の方法においては、開削して立坑を形成する、注入管を延ばすなどの地上からの作業が必要であり、地上部に作業基地が設置できる位置にしかトンネルの分岐合流部を構築できなかった。また、用地買収に多大なコストが必要であった。
【０００６】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは直上の地上からの開削工事なしでのトンネルの分岐合流部の構築を可能にする、シールドトンネルの拡幅方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した目的を達成するために、第１の発明は、本線シールドトンネルと、ランプシールドトンネルとを連結する、シールドトンネルの拡幅方法であって、前記本線シールドトンネルと前記ランプシールドトンネルから改良体を構築し、前記改良体で囲まれた閉空間を形成する工程（ａ）と、前記閉空間内で、前記本線シールドトンネルと前記ランプシールドトンネルを連結する工程（ｂ）と、を具備することを特徴とするシールドトンネルの拡幅方法である。
【０００８】
また、前記工程（ａ）で、前記本線シールドトンネルと前記ランプシールドトンネル上方向に改良体が構築され、前記改良体で前記閉空間が形成されることが望ましく、前記工程（ａ）で、前記本線シールドトンネルと前記ランプシールドトンネルから不透水層に達するまでトンネル下方向に改良体が構築され、前記改良体と前記不透水層で前記閉空間が形成されることが望ましい。
【０００９】
また、前記工程（ａ）で、前記ランプシールドトンネルの先端部から子シールドトンネルが構築され、または前記本線シールドトンネルの側面から子シールドトンネルが構築され、前記子シールドトンネルから、改良体が構築されて、前記閉鎖空間が形成されることが望ましい。
【００１０】
また、前記工程（ａ）で、地盤への薬液の注入または地盤の凍結により、改良体が構築されることが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、直上の地上部からの開削をせずにトンネルの分岐合流部を形成可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は第１の実施形態に係るシールドトンネルの拡幅方法の各工程におけるシールドトンネルの正面図、図２は各工程におけるシールドトンネルの平面図、図３はシールドトンネルのＡ−Ａ断面図、図４はシールドトンネルのＤ−Ｄ断面図、図５は拡幅後のシールドトンネルの断面図である。
【００１３】
図１（ａ）、図２（ａ）に示すように、地表１の地下に、シールド機により本線シールドトンネル３を構築する。
【００１４】
次に、図１（ｂ）、図２（ｂ）に示すように、地表１から、ランプシールドトンネル５を構築する。ランプシールドトンネル５は、地表１のランプ建設予定地に開削孔を設け、開削孔内でシールド機を組み立て、シールド機により構築する。図３（ａ）は、図２（ｂ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【００１５】
次に、図２（ｃ）に示すように、ランプシールドトンネル５より、一回り小さいシールド機が発進し、子シールドトンネル７を構築する。図４（ａ）は、図２（ｃ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【００１６】
図２（ｃ）に示すように、子シールドトンネル７を、水平方向に本線シールドトンネル３に近づくほど、図４（ａ）に示すように、鉛直方向に地表１に近づくように、構築する。
【００１７】
ランプシールドトンネル５を構築するシールド機は、小口径の子シールド機を内蔵した大口径の親子シールド機であって、ランプシールドトンネル５の構築を終了した後、そこから子シールド機をトンネル軸方向に発進して子シールドトンネル７を構築する親子シールド機であることが好ましい。
【００１８】
次に、図２（ｄ）に示すように、本線シールドトンネル３、ランプシールドトンネル５、子シールドトンネル７から、下方および上方に地盤改良を行い、改良体１１を構築する。図２（ｄ）においては、上方の改良体１１は図示していない。図３（ｂ）に改良体１１を構築した後の図２（ｄ）のＡ−Ａ断面図を、図４（ｂ）に図２（ｄ）のＤ−Ｄ断面図を示す。
【００１９】
図３（ｂ）に示すように、本線シールドトンネル３から、地表方向かつランプシールドトンネル５方向へ薬液を注入して改良体１１−２を構築し、地下方向に薬液を注入して改良体１１−４を構築する。同様に、ランプシールドトンネル５から、地表方向かつ本線シールドトンネル３方向へ薬液を注入して改良体１１−１を構築し、地下方向に薬液を注入して改良体１１−３を構築し、地盤改良を行う。
【００２０】
図４（ｂ）に示すように、本線シールドトンネル３から地表方向へ薬液を注入して改良体１１−１４を構築し、地下方向に薬液を注入して改良体１１−１６を構築する。同様に、子シールドトンネル７から、本線シールドトンネル３方向へ薬液を注入して改良体１１−１３を構築し、地下方向に薬液を注入して改良体１１−１５を構築し、地盤改良を行う。
【００２１】
改良体１１−１、１１−２、１１−１３、１１−１４は、上部地盤が軟弱な場合に構築され、改良体１１−１および１１−２ならびに改良体１１−１３および１１−１４の尻部は重複し、改良体の隙間から地下水が漏出しないようにすることが好ましい。
【００２２】
改良体１１−３、１１−４、１１−１５、１１−１６は、地盤の不透水層１３まで達するように構築する。
【００２３】
図３（ｂ）に示すように、本線シールドトンネル３とランプシールドトンネル５の上部は改良体１１−１、改良体１１−２に、下部は改良体１１−３、改良体１１−４、不透水層１３に囲まれ、閉空間１２を形成する。トンネルの拡幅を行う際、閉空間１２の上部は、改良体１１-１、改良体１１-２が、地下水の浸入と地盤の崩壊を防ぎ、止水効果と土留め効果を有する。また、閉空間１２の下部は、改良体１１-３、改良体１１−４、不透水層１３が閉空間１２を形成し、地下水の侵入を防ぐ止水効果を主に有する。
【００２４】
図４（ｂ）においても、図３（ｂ）と同様に、改良体１１−１３、改良体１１−１４、本線シールドトンネル３、子シールドトンネル７、改良体１１−１５、改良体１１-１６、不透水層１３が閉空間１２を形成し、土留め効果と止水効果を有する。
【００２５】
図２（ｄ）において、改良体１１で囲まれた範囲内は、すべて閉空間１２となり、改良体１１の土留め効果、止水効果により、閉空間１２内において掘削工事を行うことができる。
【００２６】
薬液注入ではなく、凍結液の注入により地盤を凍結させ、改良体１１を構築してもよい。
【００２７】
次に、図２（ｅ）に示すように、拡幅部１７を形成し、分岐合流部を構築する。図２（ｅ）における、Ａ−Ａ断面図を図５（ａ）に、Ｂ−Ｂ断面図を図５（ｂ）に、Ｃ−Ｃ断面図を図５（ｃ）に、Ｄ−Ｄ断面図を図５（ｄ）に示す。
【００２８】
図５（ａ）に示すように、Ａ−Ａ断面においては、改良体１１−１、１１−２、１１−３、１１−４および不透水層１３により止水と土留めされた閉空間１２において、本線シールドトンネル３とランプシールドトンネル５の、一部のセグメントをはずし、拡幅予定部を掘削し、上下にコンクリートを打設し、拡幅部１７を形成する。拡幅部１７の上下をアーチ状にし、中柱１５を鉛直方向に設けることで、拡幅部１７が土圧に耐えられるようになっている。また、ランプシールドトンネル５の残ったセグメント部分もコンクリートにより補強される。
【００２９】
図５（ｂ）に示すように、Ｂ−Ｂ断面においては、改良体１１−５、１１−６、１１−７、１１−８および不透水層１３により止水と土留めされた閉空間１２において、本線シールドトンネル３とランプシールドトンネル５の一部のセグメントをはずし、拡幅予定部を掘削し、上下にコンクリートを打設し、拡幅部１７を形成する。拡幅部１７の上下をアーチ状にすることで、拡幅部１７が土圧に耐えられる。また、本線シールドトンネル３およびランプシールドトンネル５の内部もコンクリートにより補強されている。
【００３０】
図５（ｃ）に示すように、Ｃ−Ｃ断面においては、改良体１１−９、１１−１０、１１−１１、１１−１２および不透水層１３により止水と土留めされた閉空間１２において、本線シールドトンネル３の側面のセグメントをはずし、拡幅予定部を掘削しコンクリートを打設し、拡幅部１７を形成する。
【００３１】
図５（ｄ）に示すように、Ｄ−Ｄ断面においては、改良体１１−１３、１１−１４、１１−１５、１１−１６および不透水層１３により止水と土留めされた閉空間１２において、本線シールドトンネル３の側面のセグメントをはずし、拡幅予定部を掘削しコンクリートを打設し、拡幅部１７を形成する。
【００３２】
このようにして、直上の地上部からの掘削なしで、本線シールドトンネル３と、ランプシールドトンネル５との分岐合流部を形成する。
【００３３】
なお、改良体１１−１、１１−５、１１−９、１１−１３は連結して、壁体を形成し、１１−２、１１−６、１１−１０、１１−１４と、１１−３、１１−７、１１−１１、１１−１５および、１１−４、１１-８、１１-１２、１１-１６も連結して壁体を形成する。
【００３４】
第１の実施の形態は、本線シールドトンネル３の構築後、比較的早めに地上よりランプシールドトンネル５が到達する場合、有効である。
【００３５】
第１の実施の形態によれば、ランプシールドトンネル５用のシールド機が発進するための、ランプ建設地を確保すればよく、分岐合流部の直上に地上部を確保する必要がない。そのため、分岐合流部の位置を自由に設定可能である。
【００３６】
また、第１の実施の形態によれば、確保が必要な地上部の面積が減るだけでなく、子シールドトンネルを用いることで、従来に比べて分岐合流部を建設するための地下構造体の占有面積を少なくすることが可能であり、トンネル施工コストの低減が可能である。
【００３７】
このことを、図２（ｃ）を用いて説明する。ランプシールドトンネル５から、子シールドトンネル７を構築するため、子シールドトンネル７に沿って用地境界９を設定できる。そのため、子シールドトンネル７が形成されている位置までランプシールドトンネル５を形成した場合に比べて、節約可能な用地１０に相当する箇所を掘削しないですみ、トンネル掘削コストを低減できる。また、地下に建造物を建造する際に必要となる区分地上権を、用地１０に相当する分を取得せずにすみ、用地取得コストを低減することができる。
【００３８】
第１の実施の形態によれば、横方向へのシールドトンネルの拡幅量が大きい場合にでも、地盤改良による止水領域を用意に確実に形成でき、地下水の浸入を防ぐことができる。
【００３９】
次に、第２の実施形態について説明する。
図６は、第２の実施形態にかかる、シールドトンネルの拡幅方法の各工程の正面図である。図６（ａ）に示すように、本線シールドトンネル３の構築をする。その後、図６（ｂ）に示すように、本線シールドトンネル３より、斜め水平方向に子シールド用シールド機を発進させ、ランプシールドトンネル５の到達予定位置まで子シールドトンネル７の構築を行う。その後、図６（ｃ）に示すように、地表１よりランプシールドトンネル５の構築を行い、ランプシールドトンネル５と子シールドトンネル７を接続する。
【００４０】
その後、第１の実施の形態と同様に、本線シールドトンネル３、ランプシールドトンネル５、子シールドトンネル７から薬液注入を行い、閉空間を形成し、シールドトンネルの拡幅を行う。
【００４１】
第２の実施の形態は、本線シールドトンネル３の構築後、しばらくしてランプシールドトンネル５が到達する場合に有効である。
【００４２】
第２の実施の形態は、第１の実施の形態と同様に、分岐合流部を直上の地上部からの掘削をすることなく形成可能で、第１の実施の形態と同様の効果を得る。
【００４３】
以上、添付図面を参照しながら、本発明にかかるシールドトンネルの拡幅方法の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示し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え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。
【００４４】
前述した各実施形態では、本線シールドトンネル３、ランプシールドトンネル５、子シールドトンネル７から改良体１１を構築したが、子シールドトンネル７を用いずに、本線シールドトンネル３とランプシールドトンネル５だけで改良体１１を構築し、両者を連結するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１の実施の形態に係るシールドトンネルの拡幅方法の一部の工程の正面図。
【図２（ａ）】第１の実施の形態に係るシールドトンネルの拡幅方法の平面図。
【図２（ｂ）】第１の実施の形態に係るシールドトンネルの拡幅方法の平面図。
【図２（ｃ）】第１の実施の形態に係るシールドトンネルの拡幅方法の平面図。
【図２（ｄ）】第１の実施の形態に係るシールドトンネルの拡幅方法の平面図。
【図２（ｅ）】第１の実施の形態に係るシールドトンネルの拡幅方法の平面図。
【図３】（ａ）図２（ｂ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｂ）図２（ｄ）におけるＡ−Ａ断面図。
【図４】（ａ）図２（ｃ）におけるＤ−Ｄ断面図、（ｂ）図２（ｄ）におけるＤ−Ｄ断面図。
【図５（ａ）】図２（ｅ）におけるＡ−Ａ断面図。
【図５（ｂ）】図２（ｅ）におけるＢ−Ｂ断面図。
【図５（ｃ）】図２（ｅ）におけるＣ−Ｃ断面図。
【図５（ｄ）】図２（ｅ）におけるＤ−Ｄ断面図。
【図６】第２の実施の形態に係るシールドトンネルの拡幅方法の一部の工程の正面図。
【符号の説明】
【００４６】
１………地表
３………本線シールドトンネル
５………ランプシールドトンネル
７………子シールドトンネル
９………用地境界
１０………節約可能な用地
１１………改良体
１２………閉空間
１３………不透水層
１５………中柱
１７………拡幅部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
本線シールドトンネルと、ランプシールドトンネルとを連結する、シールドトンネルの拡幅方法であって、
前記本線シールドトンネルと前記ランプシールドトンネルから改良体を構築し、前記改良体で囲まれた閉空間を形成する工程（ａ）と、
前記閉空間内で、前記本線シールドトンネルと前記ランプシールドトンネルを連結する工程（ｂ）と、
を具備することを特徴とするシールドトンネルの拡幅方法。
【請求項２】
前記工程（ａ）で、前記本線シールドトンネルと前記ランプシールドトンネルから上方向に改良体が構築され、前記改良体で前記閉空間が形成されることを特徴とする請求項１記載のシールドトンネルの拡幅方法。
【請求項３】
前記工程（ａ）で、前記本線シールドトンネルと前記ランプシールドトンネルから不透水層に達するまで、下方向に改良体が構築され、前記改良体と前記不透水層で前記閉空間が形成されることを特徴とする請求項１記載のシールドトンネルの拡幅方法。
【請求項４】
前記工程（ａ）で、前記ランプシールドトンネルの先端部から子シールドトンネルが構築され、前記子シールドトンネルから、改良体が構築されて、前記閉鎖空間が形成されることを特徴とする請求項１ないし３記載のシールドトンネルの拡幅方法。
【請求項５】
前記工程（ａ）で、前記本線シールドトンネルの側面から子シールドトンネルが構築され、前記子シールドトンネルから、改良体が構築されて、前記閉鎖空間が形成されることを特徴とする請求項１ないし３記載のシールドトンネルの拡幅方法。
【請求項６】
前記工程（ａ）で、地盤への薬液の注入または地盤の凍結により、改良体が構築されることを特徴とする請求項１ないし請求項５記載のシールドトンネルの拡幅方法。

【図１】