シールドトンネルの構築工法
【課題】本発明は、シールド掘削機による構築工程のみで本線トンネルより枝分かれした支線トンネルを備えるトンネルを構築できるシールドトンネルの構築工法を提供する。
【解決手段】本線シールド掘削機で地山を掘進しながら、本線トンネル１２ａの一般部１２ａａに本線覆工体１０ａを、分岐・合流部１２ａｂに分岐・合流覆工体１０ｃを構築する。分岐・合流部１２ａｂに相当する範囲の坑内を充填材１４で閉塞する。本線トンネル１２ａの坑内で分岐・合流部１２ａｂに相当する範囲近傍の所定位置に配置した支線シールド掘削機１ｂを用いて、支線トンネル１２ｂの構築予定位置に向けて方向転換をしながら充填材１４を掘進し、カッタで分岐・合流覆工体１０ｃを切削後、分岐・合流部１２ａｂから地山を掘進して分岐・合流部１２ａｂ及び支線トンネル１２ｂの支線覆工体１０ｂを構築する。
【解決手段】本線シールド掘削機で地山を掘進しながら、本線トンネル１２ａの一般部１２ａａに本線覆工体１０ａを、分岐・合流部１２ａｂに分岐・合流覆工体１０ｃを構築する。分岐・合流部１２ａｂに相当する範囲の坑内を充填材１４で閉塞する。本線トンネル１２ａの坑内で分岐・合流部１２ａｂに相当する範囲近傍の所定位置に配置した支線シールド掘削機１ｂを用いて、支線トンネル１２ｂの構築予定位置に向けて方向転換をしながら充填材１４を掘進し、カッタで分岐・合流覆工体１０ｃを切削後、分岐・合流部１２ａｂから地山を掘進して分岐・合流部１２ａｂ及び支線トンネル１２ｂの支線覆工体１０ｂを構築する。
【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構築工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、本線トンネルから枝分かれした支線トンネルを備えるトンネルをシールド工法により構築する場合、両者が連結する分岐・合流部を地上からの開削工法で構築する方法が一般的である。
しかし、地上における施工スペースの確保は困難であり、また、作業帯による交通障害や施工中の騒音などのため周辺住民の理解が得られない場合が多く、都市内の大規模な開削工法は困難となっている。
【０００３】
このような中、特許文献１に示すように、本線トンネルを構築した後、本線トンネルと離間した位置から本線トンネルに漸次接近するように地山を掘削し、本線トンネルと併設させて支線トンネルを構築し、併設された本線トンネル及び支線トンネル間の壁部を除去して両者を連結するシールドトンネルの構築工法が考案されている。
【特許文献１】特開２０００−２５７３７０号公報（図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述したシールドトンネルの構築工法は、シールド掘削機により本線トンネル及び支線トンネルを構築した後、両者間の壁部を解体し仮設支柱を建て込んで二次覆工を施し両者を連結させる工程が必要となるだけでなく、地山によっては解体する壁部周辺の地山に地山改良を施す必要がある等、シールド工法による本線トンネル及び支線トンネルの構築工程に加えて、本線トンネルと支線トンネルを連結させるための分岐・合流部構築工程が発生することとなり、その作業が繁雑であり工期が長期化しやすく工費も増大しやすい。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明は、シールド掘削機による構築工程のみで本線トンネルより枝分かれした支線トンネルを備えるトンネルを構築することのできるシールドトンネルの構築工法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載のシールドトンネルの構築工法は、本線シールド掘削機を用いて本線トンネルを構築するとともに、前記本線シールド掘削機と比較して断面径の小さい支線シールド掘削機を用いて支線トンネルを構築するシールドトンネルの構築工法であって、前記本線シールド掘削機で地山を掘進しながら、本線トンネルの一般部に本線覆工体を構築するとともに、支線トンネルとの分岐・合流部に支線シールド掘削機で切削可能なセグメントを備える分岐・合流覆工体を構築する第１の工程と、前記本線トンネルの分岐・合流部に相当する範囲の坑内を充填材で閉塞する第２の工程と、前記本線トンネルの坑内から支線シールド掘削機で前記充填材を掘進して前記分岐・合流覆工体を切削した後、本線トンネルの分岐・合流部から地山を掘進して分岐・合流部及び支線トンネルの支線覆工体を構築する第３の工程よりなることを特徴としている。
【０００７】
請求項２記載のシールドトンネルの構築工法は、前記支線シールド掘削機が前記本線シールド掘削機に内蔵されており、第１の工程が終了した後、前記支線シールド掘削機を分離し、分岐・合流部に相当する範囲におけるトンネル掘進方向後方端近傍の所定位置まで後退させることを第２の工程に含んで実施することを特徴としている。
【０００８】
請求項３記載のシールドトンネルの構築工法は、前記本線トンネルに立坑が備えられており、第１の工程が終了した後、前記支線シールド掘削機を前記立坑より搬入し分岐・合流部に相当する範囲近傍の所定位置に配置することを第２の工程に含んで実施することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１から３に記載のシールドトンネルの構築工法によれば、本線シールド掘削機で地山を掘進しながら、本線トンネルを構築した後、該本線トンネルの坑内から支線シールド掘削機を発進させてシールドトンネルの支線トンネルを構築することから、本線トンネルと支線トンネルとの分岐・合流部を開削工法で構築していた従来と比較して、地上における施工スペースの確保や作業帯による交通障害、施工中の騒音等を考慮する必要がないため、周辺住民への負荷を生じるさせることなく、本線トンネルに支線トンネルを備えるシールドトンネルを構築することが可能となる。
【００１０】
また、本線トンネル、支線トンネル、及び両者が連結する分岐・合流部の全てを、本線シールド掘削機及び支線シールド掘削機により機械的に構築できるから、本線トンネルと支線トンネルを個別に構築した後に両者の覆工体を破壊した上で連通させていた従来の工法のような、分岐・合流部構築工程が不要となり、作業性を大幅に向上することが可能となる。
【００１１】
さらに、本線シールド掘削機及び支線シールド掘削機により機械的に構築できることから地山に影響を与えることが少ないため、分岐・合流部周辺の地山条件が変化するような場所であっても、一様な手順で機械的に分岐・合流部を構築することができ、地山改良等を大々的に実施する必要がなく、本線トンネルに支線トンネルを有する安全で高品質なシールドトンネルを構築することが可能となる。
【００１２】
また、本線トンネルの坑内から支線シールド掘削機を発進させてシールドトンネルの支線トンネルを構築するから、本線シールド掘削機に支線シールド掘削機を予め内蔵させておくか、または発進立坑や到達立坑あるいは中間立坑を利用して支線シールド掘削機を本線トンネルの坑内に搬入できるから、あらためて支線シールド掘削機用の発進立坑を構築するための用地を確保する必要がないため、周辺住民への理解を得やすく施工をスムーズに実施することが可能となり、また工費を大幅に削減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明のシールドトンネルの構築工法の実施の形態を図１から図９に示す。本発明は、本線トンネルより枝分かれした支線トンネルを備えるシールドトンネルを構築する工法であって、本線シールド掘削機及び支線シールド掘削機を用いて本線トンネルと支線トンネルを構築するに際し、本線シールド掘削機を用いて本線トンネルを構築した後、本線トンネルの坑内から支線シールド掘削機を発進させて分岐・合流部及び支線トンネルを構築するものである。
【００１４】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態では、支線シールド掘削機を内蔵した本線シールド掘削機を用いて本線トンネルと支線トンネルを構築するシールドトンネルの構築工法を示す。
【００１５】
図１（ａ）に示す本線シールド掘削機１ａは、図２に示すようなシールドトンネル１２のうち本線トンネル１２ａを構築する装置であり、本線トンネル１２ａから枝分かれしている支線トンネル１２ｂを構築する支線シールド掘削機１ｂを内蔵した構成を有しており、該支線シールド掘削機１ｂは、本線シールド掘削機１ａに対して脱着自在に構成されている。
【００１６】
支線シールド掘削機１ｂは、図１（ｂ）に示すように、スキンプレート２ｂ及びカッタ３ｂを備えている。
該スキンプレート２ｂは、支線シールド掘削機１ｂの外殻をなす筒体であり、その断面は前記支線トンネル１２ｂに相当する形状を有している。該スキンプレート２ｂの前方には地山１３を掘削する前記カッタ３ｂが備えられており、前方に設置されたカッタビット３ｃを回転させて地山１３を掘削するものである。
【００１７】
また、該支線シールド掘削機１ｂは、前記スキンプレート２ｂの内方でカッタ３ｂの背面に掘削土砂を取り込むチャンバ４ｂ、該チャンバ４ｂの掘削土砂を排土する排土装置５を備えており、スキンプレート２ｂの内壁には、周方向に所定の離間間隔をもって配置され、掘進方向に伸長してリングガーダなどの推力受け部材１１ｂあるいはスキンプレート２ｂの後方でリング状に組み立てられる支線覆工体１０ｂを押圧し、支線シールド掘削機１ｂを掘進させるシールドジャッキ７ｂを備えている。
【００１８】
さらに、前記スキンプレート２ｂの後方の内壁には、前記支線覆工体１０ｂの外周面に接するテールパッキン６ｂを備えている。該テールパッキン６ｂは、ワイヤーブラシを多重に取り付けた構成を用いているが、土砂や地下水がスキンプレート２ｂと支線覆工体１０ｂとの隙間からスキンプレート２ｂの内方に流入する現象を阻止できるものであれば、何れを用いても良い。
【００１９】
一方、上述の支線シールド掘削機１ｂを内蔵する本線シールド掘削機１ａは、図１（ｂ）に示すように、スキンプレート２ａ及びカッタ３ａを備えている。
該スキンプレート２ａは、本線シールド掘削機１ａの外殻をなす筒体であり、その断面は前記本線トンネル１２ａに相当する形状を有している。該スキンプレート２ａの前方には地山１３を掘削する前記カッタ３ａが備えられており、図１（ｂ）に示すように、中央部に支線シールド掘削機１ｂを構成するカッタ３ｂの外径と同様のカッタ嵌合孔９が形成されている。
【００２０】
本線シールド掘削機１ａは、カッタ３ａに設けられているカッタ嵌合孔９に支線シールド掘削機１ｂのカッタ３ｂを嵌合させて図１（ａ）に示すようにカッタ３ａ及びカッタ３ｂを面一に配置して、両者の前方に設置されたカッタビット３ｃを回転させて地山１３を掘削するものである。
この場合、カッタ３ｂの外周面にその外周面から出没自在で均等ピッチに配設された複数の凸部(図示なし)と、カッタ３ａの内周面に前記凸部に嵌合可能な凹部(図示なし)を設け、この凸部と凹部を嵌合させてカッタ３ａとカッタ３ｂを一緒に回転させるようにする。このようにすれば、本線シールド掘削機のカッタ回転駆動装置を設けなくてもよくなる。
【００２１】
また、該本線シールド掘削機１ａは、前記スキンプレート２ａの内方でカッタ３ａの背面に掘削土砂を取り込むチャンバ４ａを有するものの、前記支線シールド掘削機１ｂのチャンバ４ｂと連通する構成となっており、前記支線シールド掘削機１ｂに備えられている排土装置５を共有して用いることでチャンバ４ａ、４ｂに回収された掘削土砂を排土する構成となっている。なお、本線シールド掘削機１ａのチャンバ４ａと連通する構成となっている支線シールド掘削機１ｂのチャンバ４ｂは、図１（ｂ）に破線で示しているように支線トンネル１２ｂを構築する際には連通部を覆われて閉合されるようになっている。
【００２２】
さらに、スキンプレート２ａの内壁には、前記支線シールド掘削機１ｂと同様に、周方向に所定の離間間隔をもって配置され、掘進方向に伸長して推力受け部材１１ａあるいはスキンプレート２ａの後方でリング状に組み立てられる本線覆工体１０ａを押圧し、本線シールド掘削機１ａを掘進させるシールドジャッキ７ａを備えている。
【００２３】
また、前記スキンプレート２ａの後方の内壁には、前記本線覆工体１０ａの外周面に接するテールパッキン６ａを備えている。該テールパッキン６ａは、前記支線シールド掘削機１ｂと同様で、ワイヤーブラシを多重に取り付けた構成を用いているが、土砂や地下水がスキンプレート２ａと本線覆工体１０ａとの隙間からスキンプレート２ａの内方に流入する現象を阻止できるものであれば、何れを用いても良い。
それから、上記では支線シールド掘削機１ｂが本線シールド掘削機１ａに内蔵されている状態で支線シールド掘削機１ｂ及び本線シールド掘削機１ａの双方にスキンプレート２とシールドジャッキ７を備えることとしたが、支線シールド掘削機１ｂについては、スキンプレート２ｂとシールドジャッキ７ｂを最初から備える必要はない。本線シールド掘削機１ａが立坑１６に到達し、支線シールド掘削機１ｂの本体を分岐・合流部１２ａｂの後方端近傍に後退移動させてから、支線シールド掘削機１ｂの本体部にスキンプレート２ｂを取り付けるとともに、本線シールドジャッキ７ａを転用してシールドジャッキ７ｂとして取り付けるようにしても良い。
【００２４】
上述の構成の本線シールド掘削機１ａ及びこれに内蔵されている支線シールド掘削機１ｂの両者を用いたシールドトンネル１２の構築工法を、図４及び図５を参照しながら以下に示す。なお、図４及び図５は、本線シールド掘削機１ａ、支線シールド掘削機１ｂ及びシールドトンネル１２の水平断面を示したものである。
【００２５】
(第１の工程)
図４（ａ）に示すように、前記本線シールド掘削機１ａで地山１３を掘進しながら、本線トンネル１２ａの一般部１２ａａに本線覆工体１０ａを構築していく。本線トンネル１２ａと支線トンネル１２ｂの分岐・合流部１２ａｂでは、地山１３の掘進に伴って支線シールド掘削機１ｂで切削可能なセグメント１５ｂ（後述）をその一部に備える分岐・合流覆工体１０ｃを構築していく。分岐・合流部１２ａｂを過ぎて再び一般部１２ａａに入ったら、到達立坑１６まで本線覆工体１０ａを構築していき、本線シールド掘削機１ａを到達立坑１６に到達させる。
【００２６】
ここで、前記本線覆工体１０ａは、図３（ａ）に示すように、地山１３からの土圧に対する耐力を十分有し、また、前記本線シールド掘削機１ａや支線シールド掘削機１ｂのカッタ３ａ、３ｂにて切削できない剛度を有する一般的な鉄筋コンクリート製あるいは鋼製のセグメント１５ａをリング状に組み立てて形成されたものである。
【００２７】
一方、図３（ｂ）に示すように、前記分岐・合流覆工体１０ｃは、前記本線覆工体１０ａで用いたものと同様の形態のセグメント１５ａを用いているが、前記支線トンネル１２ｂの支線覆工体１０ｂで囲まれる部分は、前記地山１３の土圧に対する耐力を有するものの、支線シールド掘削機１ｂのカッタ３ｂにて切削可能な程度に成形されたセグメント１５ｂを採用し、これらをリング状に組み立てて形成されたものである。
前記セグメント１５ｂとしては、例えば、通常のセグメントの鉄筋に替わる補強材として樹脂を含浸させた繊維補強体を用いたコンクリートセグメント、あるいはセグメント外殻をＦＲＰ製にしてコンクリートが充填されたセグメントが考えられる。また、そのセグメント１５ｂを連結するボルトとしては切削可能なプラスチック製ボルトとすることが好ましい。
【００２８】
(第２の工程)
図４（ｂ）に示すように、到達立坑１６に到達したら、本線シールド掘削機１ａはそのままにして、本線シールド掘削機１ａに内蔵されている支線シールド掘削機１ｂを、本線シールド掘削機１ａから分離して、本線シールド掘削機１ａの掘進方向で起点側を後方とすれば分岐・合流部１２ａｂの後方端近傍で一般部１２ａａの所定位置(後述の仕切体２０の施工や充填材１４の充填作業に支障のない位置でその近傍)まで後退移動させる。
【００２９】
次に図４（ｃ）に示すように、本線トンネル１２ａの分岐・合流部１２ａｂの坑内を充填材１４で閉塞する。この閉塞にあたっては、まず分岐・合流部１２ａｂのトンネル軸方向の両端部に仕切体２０を構築する。仕切体２０は、通常のコンクリート躯体構築と同様にトンネル内の全断面に型枠を組み立ててコンクリート打設することで構築することでもよいが、鋼製部材あるいはコンクリート等のプレキャスト製品をトンネル内空断面に合わせて組み立てることでもよい。
なお、支線シールド掘削機１ｂが発進する側の仕切体２０は、少なくとも支線シールド掘削機１ｂが通過する部分はその支線シールド掘削機１ｂで切削できる材料、例えば、充填材１４を充填したときにかかる圧力に耐えうるだけの強度の無筋コンクリートにしておくことが好ましい。この仕切体２０を構築した後、仕切体２０によって閉塞されたトンネル坑内に流動化処理土あるいはソイルセメント等の充填材１４を充填する。また、支線シールド掘削機１ｂの発進側の仕切体２０の外側にはエントランスパッキン８を設置する。
また、支線シールド掘削機１ｂの発進にあたり、図４(ｃ)に示すように、支線シールド掘削機１ｂの反力受体２１をその後方で本線覆工体１０ａの内面に設置する。
【００３０】
(第３の工程)
図４(ｃ)に示すように、反力受体２１と支線シールド掘削機１ｂのシールドジャッキ７ｂとの間にセグメント１５ａを入れてリング状に組立て、支線シールド掘削機１ｂの掘進反力がセグメント１５ａを介して反力受体２１に伝達できるようにする。そして支線シールド掘削機１ｂのカッタ３ｂをエントランスパッキン８に臨ませる。
支線シールド掘削機１ｂのカッタ３ｂを回転させて図５（ａ）に示すように本線トンネル１２ａの分岐・合流部１２ａｂの仕切体２０および充填材１４を切削・掘進しつつ支線シールド掘削機１ｂの後方にセグメント１５ａを組立て、支線覆工体１０ｂを構築する。
【００３１】
さらに支線トンネル１２ｂの構築予定位置にあわせるべく支線シールド掘削機１ｂの掘進方向を転向させて、分岐・合流覆工体１０ｃのうちのセグメント１５ｂを切削して支線シールド掘削機１ｂを地山１３中に進める。以後、支線トンネル１２ｂの構築予定位置に沿って地山１３を掘進するとともに支線トンネル１２ｂの支線覆工体１０ｂを構築する。
この後、図５（ｂ）に示すように、前記本線トンネル１２ａの坑内で組み立てられている支線覆工体１０ｂを解体するとともに、充填材１４や仕切体２０や反力受体２１を撤去する。
【００３２】
以上により、前記本線トンネル１２ａと支線トンネル１２ｂとの分岐・合流部１２ａｂを開削工法で構築することなくシールドトンネル１２を構築できる。
また、分岐・合流部１２ａｂの構築に際し、本線シールド掘削機１ａ及び支線シールド掘削機１ｂによる本線トンネル１２ａ及び支線トンネル１２ｂの構築工程の後に、従来より行われていた本線トンネル１２ａと支線トンネル１２ｂを連結させるための分岐・合流部構築工程をあらためて行う必要がなく、本線トンネル１２ａ、支線トンネル１２ｂ及び分岐・合流部１２ａｂの全てを本線シールド掘削機１ａ及び支線シールド掘削機１ｂを用いて機械的に構築することができるものである。
ちなみに、本線シールド掘削機１ａは、その後到達立坑１６際でスキンプレート２ａを残して解体され、スキンプレート２ａの内部にセグメント１５ａが組立てられて本線覆工体１０ａが構築されることになる。あるいは、本線シールド掘削機１ａを到達立坑１６内に完全に貫入させて、そのまま本線シールド掘削機１ａを到達立坑１６から搬出するようにしてもよい。本線シールド掘削機１ａをそのまま搬出する場合は、本線覆工体１０ａを構築しつつ本線シールド掘削機１ａを立坑１６内に完全に貫入させてから、支線シールド掘削機１ｂを本線シールド掘削機１ａから分離して分岐・合流部１２ａｂの後方端近傍に後退移動させるようにすることが良い。
【００３３】
（第２の実施の形態）
上述した第１の実施の形態では、本線トンネル１２ａ及び支線トンネル１２ｂを構築するシールドトンネルの構築工法に、前記支線シールド掘削機１ｂが内蔵されている本線シールド掘削機１ａを用いる場合を示したが、本工法は必ずしもこれにこだわるものではなく、本線シールド掘削機１ａ及び支線シールド掘削機１ｂ各々が別体であってもよい。
【００３４】
これら別体の本線シールド掘削機１ａ及び支線シールド掘削機１ｂを用いる場合には、図６に示すように、本線トンネル１２ａを構築する際に本線シールド掘削機１ａを搬入して地山中に貫入させるための発進立坑１７から、支線シールド掘削機１ｂを本線トンネル１２ａの坑内に搬入する。以下に、本線シールド掘削機１ａ及び支線シールド掘削機１ｂの２機のシールド掘削機を用いたシールドトンネルの構築工法を示す。
【００３５】
なお、ここで用いる本線シールド掘削機１ａ及び支線シールド掘削機１ｂは、その断面径が本線シールド掘削機１ａは本線トンネル１２ａに、支線シールド掘削機１ｂは支線トンネル１２ｂと同様に各々成形されているのみでその他の構成は、第１の実施の形態で示した支線シールド掘削機１ｂと同様の構成を有している。つまり、図１（ｃ）に示すように、スキンプレート２、カッタビット３ｃを備えるカッタ３、カッタ３の背面に位置するチャンバ４、チャンバ４内の掘削土砂を搬送する排土装置５、テールパッキン６、本線シールド掘削機１ａ及び支線シールド掘削機１ｂに推力を付与するためのシールドジャッキ７及び推力受け部材１１を有している。
【００３６】
（第１の工程）
図７（ａ）に示すように、前記本線シールド掘削機１ａで地山１３を掘進しながら、本線トンネル１２ａの一般部１２ａａに本線覆工体１０ａを構築するとともに、支線トンネル１２ｂとの分岐・合流部１２ａｂに支線シールド掘削機１ｂで切削可能なセグメント１５ｂをその一部に備える分岐・合流覆工体１０ｃを構築しつつ、本線シールド掘削機１ａを到達立坑１６に到達させる。
なお、本線覆工体１０ａ及び分岐・合流覆工体１０ｃは、第１の実施の形態で示したものと同様のものを用いている。
【００３７】
(第２の工程)
図７（ｂ）に示すように、本線トンネル１２ａの分岐・合流部１２ａｂの坑内を充填材１４で閉塞する。この閉塞にあたっては、まず分岐・合流部１２ａｂのトンネル軸方向の両端部に仕切体２０を構築し、その後、仕切体２０によって閉塞されたトンネル内部に充填材１４を充填する。この仕切体２０の構築や充填材１４の充填方法は第１の実施の形態と同様である。そして、支線シールド掘削機１ｂの発進側の仕切体２０の外側にはエントランスパッキン８を設置する。
次に発進立坑１７より支線シールド掘削機１ｂを搬入し、本線シールド掘削機１ａの掘進方向で起点側を後方とすれば、分岐・合流部１２ａｂの後方端近傍で一般部１２ａａの所定位置まで移動させる。
そして、支線シールド掘削機１ｂの発進にあたり、図７(ｃ)に示すように、支線シールド掘削機１ｂの反力受体２１をその後方で本線覆工体１０ａの内面に設置する。
【００３８】
なお、前記支線シールド掘削機１ｂの本線トンネル１２ａ内への搬入は、必ずしも上述した順序にこだわるものではなく、充填材１４を充填する作業前に、あるいは作業中に搬入してもよい。
また、上記のように支線シールド掘削機１ｂを発進立坑１７から搬入することに代えて、図８に示すように小断面の中間立坑１８を設けてそこから搬入するようにしてもよい。勿論、支線シールド掘削機１ｂを搬入するための小断面の中間立坑１８を敢えて設けずとも、本線トンネル１２ａの途中に本線シールド掘削機１ａが通過する中間立坑を設ける場合にあっては、最寄りの中間立坑から支線シールド掘削機１ｂを搬入するようにしてもよい。
【００３９】
(第３の工程)
以降の工程は第１の実施の形態と同様である。そのため、詳細の記述は省略する。
【００４０】
ちなみに、本実施の形態における到達立坑１６に到達した後の本線シールド掘削機１ａであるが、本線トンネル１２ａが更に延長されている場合は、到達立坑１６を発進立坑にして、本線シールド掘削機１ａをそのまま次の区間の到達立坑１６に向かって掘進を進めるようにしてもよいし、あるいは到達立坑１６際で本線シールド掘削機１ａをスキンプレート２だけを残して解体するようにしてもよいし、または到達立坑１６から本線シールド掘削機１ａをそのまま搬出するようにしてもよい。
【００４１】
(第２の実施の形態の変形例)
上述の第２の実施の形態では、本線シールド掘削機１ａの掘進方向と支線シールド掘削機１ｂとの初期掘進方向はほぼ同じであるところ、本変形例では、図９に示すように本線シールド掘削機１ａの掘進方向と支線シールド掘削機１ｂとの初期掘進方向とは反対方向になっていることである。
【００４２】
(第１の工程)
第２の実施の形態と同様にして、本線シールド掘削機１ａを到達立坑１６に到達させる。その後、本線シールド掘削機１ａを解体するか、そのまま次の区間の到達立坑１６に向かって掘進を進めるかして到達立坑１６のスペースを確保する。
(第２の工程)
第２の実施の形態の図７（ｂ）と同様に、本線トンネル１２ａの分岐・合流部１２ａｂの坑内を充填材１４で閉塞する。この閉塞にあたっては、まず分岐・合流部１２ａｂのトンネル軸方向で両端部に仕切体２０を構築し、その後、仕切体２０によって閉塞されたトンネル内部に充填材１４を充填する。この仕切体２０の構築や充填材１４の充填方法は第１の実施の形態と同様である。そして、支線シールド掘削機１ｂの発進側の仕切体２０（本実施の形態では、到達立坑１６側にある仕切体２０）にはエントランスパッキン８を設置する。
次に到達立坑１６（あるいはそれに代わる中間立坑１８）より支線シールド掘削機１ｂを本線トンネル１２ａに搬入し、本線シールド掘削機１ａの掘進方向で終点側を前方とすれば、分岐・合流部１２ａｂの前方端近傍で一般部１２ａａの所定位置まで移動させる。
そして、支線シールド掘削機１ｂの発進にあたり、支線シールド掘削機１ｂの反力受体２１を支線シールド掘削機１ｂの後方で本線覆工体１０ａの内面に設置する。
(第３の工程)
以降の工程は、第１，２の実施の形態とは支線シールド掘削機１ｂの掘進方向が反対方向であることを除き同様であるから、詳細の記述は省略する。
【００４３】
以上で説明したように、本発明のシールドトンネル１２の構築工法によれば、本線シールド掘削機１ａで地山１３を掘進しながら、本線トンネル１２ａを構築した後、該本線トンネル１２ａの坑内から支線シールド掘削機１ｂを発進させてシールドトンネル１２の支線トンネル１２ｂを構築することから、本線トンネル１２ａと支線トンネル１２ｂとの分岐・合流部１２ａｂを開削工法で構築していた従来と比較して、地上における施工スペースの確保や作業帯による交通障害、施工中の騒音等を考慮する必要がないため、周辺住民への負荷を生じるさせることなく、シールドトンネル１２を構築することが可能となる。
【００４４】
また、本線トンネル１２ａ、支線トンネル１２ｂ、及び両者が連結する分岐・合流部１２ａｂの全てを、本線シールド掘削機１ａ及び支線シールド掘削機１ｂにより機械的に構築できるから、本線トンネル１２ａと支線トンネル１２ｂを個別に構築した後に両者の覆工体を破壊した上で連通させていた従来の工法のような、分岐・合流部構築工程が不要となり、作業性を大幅に向上することが可能となる。
【００４５】
さらに、本線シールド掘削機１ａ及び支線シールド掘削機１ｂにより機械的に構築できることから地山１３に影響を与えることが少ないため、分岐・合流部１２ａｂ周辺の地山条件が変化するような場所であっても、一様な手順で機械的に分岐・合流部１２ａｂを構築することができ、地山改良等を大々的に実施する必要がなく（実施するとしても、分岐・合流覆工体１０ｃと支線覆工体１０ｂとの接合部付近だけに実施すれば良い）、本線トンネル１２ａに支線トンネル１２ｂを有する安全で高品質なシールドトンネル１２を構築することが可能となる。
【００４６】
また、本線トンネル１２ａの坑内から支線シールド掘削機１ｂを発進させて支線トンネル１２ｂを構築するから、本線シールド掘削機１ａに支線シールド掘削機１ｂを予め内蔵させておくか、または発進立坑１７や到達立坑１６あるいは中間立坑１８を利用して支線シールド掘削機１ｂを本線トンネル１２ａの坑内に搬入できるから、あらためて支線シールド掘削機１ｂ用の発進立坑１７を構築するための用地を確保する必要がないため、周辺住民への理解を得やすく施工をスムーズに実施することが可能となり、また工費を大幅に削減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係るトンネルの構築工法に用いる本線シールド掘削機及び支線シールド掘削機を示す図である。
【図２】本発明に係る本線トンネル及び支線トンネルの構築予定位置を示す図である。
【図３】本発明に係る本線トンネルの断面図を示す図である。
【図４】本発明に係る第１の実施の形態の本線トンネル及び支線トンネルの構築方法における第１〜第２の工程を示す図である。
【図５】本発明に係る第１の実施の形態の本線トンネル及び支線トンネルの構築方法における第３の工程を示す図である。
【図６】本発明に係る第２の実施の形態の本線トンネル及び支線トンネルの構築方法を示す図である。
【図７】本発明に係る第２の実施の形態の本線トンネル及び支線トンネルの構築方法における第１〜第２の工程を示す図である。
【図８】本発明に係る第２の実施の形態の本線トンネル及び支線トンネルの他の構築方法を示す図である。
【図９】本発明に係る第２の実施の形態の本線トンネル及び支線トンネルのさらに他の構築方法を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１ シールド掘削機
２ スキンプレート
３ カッタ
４ チャンバ
５ 排土装置
６ テールパッキン
７ シールドジャッキ
８ エントランスパッキン
９ カッタ嵌合孔
１０ａ 本線覆工体
１０ｂ 支線覆工体
１０ｃ 分岐・合流覆工体
１１ 推力受け部材
１２ シールドトンネル
１２ａ 本線トンネル
１２ｂ 支線トンネル
１３ 地山
１４ 充填材
１５ セグメント
１６ 到達立坑
１７ 発進立坑
１８ 中間立坑
２０ 仕切体
２１ 反力受体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドトンネルの構築工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、本線トンネルから枝分かれした支線トンネルを備えるトンネルをシールド工法により構築する場合、両者が連結する分岐・合流部を地上からの開削工法で構築する方法が一般的である。
しかし、地上における施工スペースの確保は困難であり、また、作業帯による交通障害や施工中の騒音などのため周辺住民の理解が得られない場合が多く、都市内の大規模な開削工法は困難となっている。
【０００３】
このような中、特許文献１に示すように、本線トンネルを構築した後、本線トンネルと離間した位置から本線トンネルに漸次接近するように地山を掘削し、本線トンネルと併設させて支線トンネルを構築し、併設された本線トンネル及び支線トンネル間の壁部を除去して両者を連結するシールドトンネルの構築工法が考案されている。
【特許文献１】特開２０００−２５７３７０号公報（図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述したシールドトンネルの構築工法は、シールド掘削機により本線トンネル及び支線トンネルを構築した後、両者間の壁部を解体し仮設支柱を建て込んで二次覆工を施し両者を連結させる工程が必要となるだけでなく、地山によっては解体する壁部周辺の地山に地山改良を施す必要がある等、シールド工法による本線トンネル及び支線トンネルの構築工程に加えて、本線トンネルと支線トンネルを連結させるための分岐・合流部構築工程が発生することとなり、その作業が繁雑であり工期が長期化しやすく工費も増大しやすい。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明は、シールド掘削機による構築工程のみで本線トンネルより枝分かれした支線トンネルを備えるトンネルを構築することのできるシールドトンネルの構築工法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載のシールドトンネルの構築工法は、本線シールド掘削機を用いて本線トンネルを構築するとともに、前記本線シールド掘削機と比較して断面径の小さい支線シールド掘削機を用いて支線トンネルを構築するシールドトンネルの構築工法であって、前記本線シールド掘削機で地山を掘進しながら、本線トンネルの一般部に本線覆工体を構築するとともに、支線トンネルとの分岐・合流部に支線シールド掘削機で切削可能なセグメントを備える分岐・合流覆工体を構築する第１の工程と、前記本線トンネルの分岐・合流部に相当する範囲の坑内を充填材で閉塞する第２の工程と、前記本線トンネルの坑内から支線シールド掘削機で前記充填材を掘進して前記分岐・合流覆工体を切削した後、本線トンネルの分岐・合流部から地山を掘進して分岐・合流部及び支線トンネルの支線覆工体を構築する第３の工程よりなることを特徴としている。
【０００７】
請求項２記載のシールドトンネルの構築工法は、前記支線シールド掘削機が前記本線シールド掘削機に内蔵されており、第１の工程が終了した後、前記支線シールド掘削機を分離し、分岐・合流部に相当する範囲におけるトンネル掘進方向後方端近傍の所定位置まで後退させることを第２の工程に含んで実施することを特徴としている。
【０００８】
請求項３記載のシールドトンネルの構築工法は、前記本線トンネルに立坑が備えられており、第１の工程が終了した後、前記支線シールド掘削機を前記立坑より搬入し分岐・合流部に相当する範囲近傍の所定位置に配置することを第２の工程に含んで実施することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１から３に記載のシールドトンネルの構築工法によれば、本線シールド掘削機で地山を掘進しながら、本線トンネルを構築した後、該本線トンネルの坑内から支線シールド掘削機を発進させてシールドトンネルの支線トンネルを構築することから、本線トンネルと支線トンネルとの分岐・合流部を開削工法で構築していた従来と比較して、地上における施工スペースの確保や作業帯による交通障害、施工中の騒音等を考慮する必要がないため、周辺住民への負荷を生じるさせることなく、本線トンネルに支線トンネルを備えるシールドトンネルを構築することが可能となる。
【００１０】
また、本線トンネル、支線トンネル、及び両者が連結する分岐・合流部の全てを、本線シールド掘削機及び支線シールド掘削機により機械的に構築できるから、本線トンネルと支線トンネルを個別に構築した後に両者の覆工体を破壊した上で連通させていた従来の工法のような、分岐・合流部構築工程が不要となり、作業性を大幅に向上することが可能となる。
【００１１】
さらに、本線シールド掘削機及び支線シールド掘削機により機械的に構築できることから地山に影響を与えることが少ないため、分岐・合流部周辺の地山条件が変化するような場所であっても、一様な手順で機械的に分岐・合流部を構築することができ、地山改良等を大々的に実施する必要がなく、本線トンネルに支線トンネルを有する安全で高品質なシールドトンネルを構築することが可能となる。
【００１２】
また、本線トンネルの坑内から支線シールド掘削機を発進させてシールドトンネルの支線トンネルを構築するから、本線シールド掘削機に支線シールド掘削機を予め内蔵させておくか、または発進立坑や到達立坑あるいは中間立坑を利用して支線シールド掘削機を本線トンネルの坑内に搬入できるから、あらためて支線シールド掘削機用の発進立坑を構築するための用地を確保する必要がないため、周辺住民への理解を得やすく施工をスムーズに実施することが可能となり、また工費を大幅に削減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明のシールドトンネルの構築工法の実施の形態を図１から図９に示す。本発明は、本線トンネルより枝分かれした支線トンネルを備えるシールドトンネルを構築する工法であって、本線シールド掘削機及び支線シールド掘削機を用いて本線トンネルと支線トンネルを構築するに際し、本線シールド掘削機を用いて本線トンネルを構築した後、本線トンネルの坑内から支線シールド掘削機を発進させて分岐・合流部及び支線トンネルを構築するものである。
【００１４】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態では、支線シールド掘削機を内蔵した本線シールド掘削機を用いて本線トンネルと支線トンネルを構築するシールドトンネルの構築工法を示す。
【００１５】
図１（ａ）に示す本線シールド掘削機１ａは、図２に示すようなシールドトンネル１２のうち本線トンネル１２ａを構築する装置であり、本線トンネル１２ａから枝分かれしている支線トンネル１２ｂを構築する支線シールド掘削機１ｂを内蔵した構成を有しており、該支線シールド掘削機１ｂは、本線シールド掘削機１ａに対して脱着自在に構成されている。
【００１６】
支線シールド掘削機１ｂは、図１（ｂ）に示すように、スキンプレート２ｂ及びカッタ３ｂを備えている。
該スキンプレート２ｂは、支線シールド掘削機１ｂの外殻をなす筒体であり、その断面は前記支線トンネル１２ｂに相当する形状を有している。該スキンプレート２ｂの前方には地山１３を掘削する前記カッタ３ｂが備えられており、前方に設置されたカッタビット３ｃを回転させて地山１３を掘削するものである。
【００１７】
また、該支線シールド掘削機１ｂは、前記スキンプレート２ｂの内方でカッタ３ｂの背面に掘削土砂を取り込むチャンバ４ｂ、該チャンバ４ｂの掘削土砂を排土する排土装置５を備えており、スキンプレート２ｂの内壁には、周方向に所定の離間間隔をもって配置され、掘進方向に伸長してリングガーダなどの推力受け部材１１ｂあるいはスキンプレート２ｂの後方でリング状に組み立てられる支線覆工体１０ｂを押圧し、支線シールド掘削機１ｂを掘進させるシールドジャッキ７ｂを備えている。
【００１８】
さらに、前記スキンプレート２ｂの後方の内壁には、前記支線覆工体１０ｂの外周面に接するテールパッキン６ｂを備えている。該テールパッキン６ｂは、ワイヤーブラシを多重に取り付けた構成を用いているが、土砂や地下水がスキンプレート２ｂと支線覆工体１０ｂとの隙間からスキンプレート２ｂの内方に流入する現象を阻止できるものであれば、何れを用いても良い。
【００１９】
一方、上述の支線シールド掘削機１ｂを内蔵する本線シールド掘削機１ａは、図１（ｂ）に示すように、スキンプレート２ａ及びカッタ３ａを備えている。
該スキンプレート２ａは、本線シールド掘削機１ａの外殻をなす筒体であり、その断面は前記本線トンネル１２ａに相当する形状を有している。該スキンプレート２ａの前方には地山１３を掘削する前記カッタ３ａが備えられており、図１（ｂ）に示すように、中央部に支線シールド掘削機１ｂを構成するカッタ３ｂの外径と同様のカッタ嵌合孔９が形成されている。
【００２０】
本線シールド掘削機１ａは、カッタ３ａに設けられているカッタ嵌合孔９に支線シールド掘削機１ｂのカッタ３ｂを嵌合させて図１（ａ）に示すようにカッタ３ａ及びカッタ３ｂを面一に配置して、両者の前方に設置されたカッタビット３ｃを回転させて地山１３を掘削するものである。
この場合、カッタ３ｂの外周面にその外周面から出没自在で均等ピッチに配設された複数の凸部(図示なし)と、カッタ３ａの内周面に前記凸部に嵌合可能な凹部(図示なし)を設け、この凸部と凹部を嵌合させてカッタ３ａとカッタ３ｂを一緒に回転させるようにする。このようにすれば、本線シールド掘削機のカッタ回転駆動装置を設けなくてもよくなる。
【００２１】
また、該本線シールド掘削機１ａは、前記スキンプレート２ａの内方でカッタ３ａの背面に掘削土砂を取り込むチャンバ４ａを有するものの、前記支線シールド掘削機１ｂのチャンバ４ｂと連通する構成となっており、前記支線シールド掘削機１ｂに備えられている排土装置５を共有して用いることでチャンバ４ａ、４ｂに回収された掘削土砂を排土する構成となっている。なお、本線シールド掘削機１ａのチャンバ４ａと連通する構成となっている支線シールド掘削機１ｂのチャンバ４ｂは、図１（ｂ）に破線で示しているように支線トンネル１２ｂを構築する際には連通部を覆われて閉合されるようになっている。
【００２２】
さらに、スキンプレート２ａの内壁には、前記支線シールド掘削機１ｂと同様に、周方向に所定の離間間隔をもって配置され、掘進方向に伸長して推力受け部材１１ａあるいはスキンプレート２ａの後方でリング状に組み立てられる本線覆工体１０ａを押圧し、本線シールド掘削機１ａを掘進させるシールドジャッキ７ａを備えている。
【００２３】
また、前記スキンプレート２ａの後方の内壁には、前記本線覆工体１０ａの外周面に接するテールパッキン６ａを備えている。該テールパッキン６ａは、前記支線シールド掘削機１ｂと同様で、ワイヤーブラシを多重に取り付けた構成を用いているが、土砂や地下水がスキンプレート２ａと本線覆工体１０ａとの隙間からスキンプレート２ａの内方に流入する現象を阻止できるものであれば、何れを用いても良い。
それから、上記では支線シールド掘削機１ｂが本線シールド掘削機１ａに内蔵されている状態で支線シールド掘削機１ｂ及び本線シールド掘削機１ａの双方にスキンプレート２とシールドジャッキ７を備えることとしたが、支線シールド掘削機１ｂについては、スキンプレート２ｂとシールドジャッキ７ｂを最初から備える必要はない。本線シールド掘削機１ａが立坑１６に到達し、支線シールド掘削機１ｂの本体を分岐・合流部１２ａｂの後方端近傍に後退移動させてから、支線シールド掘削機１ｂの本体部にスキンプレート２ｂを取り付けるとともに、本線シールドジャッキ７ａを転用してシールドジャッキ７ｂとして取り付けるようにしても良い。
【００２４】
上述の構成の本線シールド掘削機１ａ及びこれに内蔵されている支線シールド掘削機１ｂの両者を用いたシールドトンネル１２の構築工法を、図４及び図５を参照しながら以下に示す。なお、図４及び図５は、本線シールド掘削機１ａ、支線シールド掘削機１ｂ及びシールドトンネル１２の水平断面を示したものである。
【００２５】
(第１の工程)
図４（ａ）に示すように、前記本線シールド掘削機１ａで地山１３を掘進しながら、本線トンネル１２ａの一般部１２ａａに本線覆工体１０ａを構築していく。本線トンネル１２ａと支線トンネル１２ｂの分岐・合流部１２ａｂでは、地山１３の掘進に伴って支線シールド掘削機１ｂで切削可能なセグメント１５ｂ（後述）をその一部に備える分岐・合流覆工体１０ｃを構築していく。分岐・合流部１２ａｂを過ぎて再び一般部１２ａａに入ったら、到達立坑１６まで本線覆工体１０ａを構築していき、本線シールド掘削機１ａを到達立坑１６に到達させる。
【００２６】
ここで、前記本線覆工体１０ａは、図３（ａ）に示すように、地山１３からの土圧に対する耐力を十分有し、また、前記本線シールド掘削機１ａや支線シールド掘削機１ｂのカッタ３ａ、３ｂにて切削できない剛度を有する一般的な鉄筋コンクリート製あるいは鋼製のセグメント１５ａをリング状に組み立てて形成されたものである。
【００２７】
一方、図３（ｂ）に示すように、前記分岐・合流覆工体１０ｃは、前記本線覆工体１０ａで用いたものと同様の形態のセグメント１５ａを用いているが、前記支線トンネル１２ｂの支線覆工体１０ｂで囲まれる部分は、前記地山１３の土圧に対する耐力を有するものの、支線シールド掘削機１ｂのカッタ３ｂにて切削可能な程度に成形されたセグメント１５ｂを採用し、これらをリング状に組み立てて形成されたものである。
前記セグメント１５ｂとしては、例えば、通常のセグメントの鉄筋に替わる補強材として樹脂を含浸させた繊維補強体を用いたコンクリートセグメント、あるいはセグメント外殻をＦＲＰ製にしてコンクリートが充填されたセグメントが考えられる。また、そのセグメント１５ｂを連結するボルトとしては切削可能なプラスチック製ボルトとすることが好ましい。
【００２８】
(第２の工程)
図４（ｂ）に示すように、到達立坑１６に到達したら、本線シールド掘削機１ａはそのままにして、本線シールド掘削機１ａに内蔵されている支線シールド掘削機１ｂを、本線シールド掘削機１ａから分離して、本線シールド掘削機１ａの掘進方向で起点側を後方とすれば分岐・合流部１２ａｂの後方端近傍で一般部１２ａａの所定位置(後述の仕切体２０の施工や充填材１４の充填作業に支障のない位置でその近傍)まで後退移動させる。
【００２９】
次に図４（ｃ）に示すように、本線トンネル１２ａの分岐・合流部１２ａｂの坑内を充填材１４で閉塞する。この閉塞にあたっては、まず分岐・合流部１２ａｂのトンネル軸方向の両端部に仕切体２０を構築する。仕切体２０は、通常のコンクリート躯体構築と同様にトンネル内の全断面に型枠を組み立ててコンクリート打設することで構築することでもよいが、鋼製部材あるいはコンクリート等のプレキャスト製品をトンネル内空断面に合わせて組み立てることでもよい。
なお、支線シールド掘削機１ｂが発進する側の仕切体２０は、少なくとも支線シールド掘削機１ｂが通過する部分はその支線シールド掘削機１ｂで切削できる材料、例えば、充填材１４を充填したときにかかる圧力に耐えうるだけの強度の無筋コンクリートにしておくことが好ましい。この仕切体２０を構築した後、仕切体２０によって閉塞されたトンネル坑内に流動化処理土あるいはソイルセメント等の充填材１４を充填する。また、支線シールド掘削機１ｂの発進側の仕切体２０の外側にはエントランスパッキン８を設置する。
また、支線シールド掘削機１ｂの発進にあたり、図４(ｃ)に示すように、支線シールド掘削機１ｂの反力受体２１をその後方で本線覆工体１０ａの内面に設置する。
【００３０】
(第３の工程)
図４(ｃ)に示すように、反力受体２１と支線シールド掘削機１ｂのシールドジャッキ７ｂとの間にセグメント１５ａを入れてリング状に組立て、支線シールド掘削機１ｂの掘進反力がセグメント１５ａを介して反力受体２１に伝達できるようにする。そして支線シールド掘削機１ｂのカッタ３ｂをエントランスパッキン８に臨ませる。
支線シールド掘削機１ｂのカッタ３ｂを回転させて図５（ａ）に示すように本線トンネル１２ａの分岐・合流部１２ａｂの仕切体２０および充填材１４を切削・掘進しつつ支線シールド掘削機１ｂの後方にセグメント１５ａを組立て、支線覆工体１０ｂを構築する。
【００３１】
さらに支線トンネル１２ｂの構築予定位置にあわせるべく支線シールド掘削機１ｂの掘進方向を転向させて、分岐・合流覆工体１０ｃのうちのセグメント１５ｂを切削して支線シールド掘削機１ｂを地山１３中に進める。以後、支線トンネル１２ｂの構築予定位置に沿って地山１３を掘進するとともに支線トンネル１２ｂの支線覆工体１０ｂを構築する。
この後、図５（ｂ）に示すように、前記本線トンネル１２ａの坑内で組み立てられている支線覆工体１０ｂを解体するとともに、充填材１４や仕切体２０や反力受体２１を撤去する。
【００３２】
以上により、前記本線トンネル１２ａと支線トンネル１２ｂとの分岐・合流部１２ａｂを開削工法で構築することなくシールドトンネル１２を構築できる。
また、分岐・合流部１２ａｂの構築に際し、本線シールド掘削機１ａ及び支線シールド掘削機１ｂによる本線トンネル１２ａ及び支線トンネル１２ｂの構築工程の後に、従来より行われていた本線トンネル１２ａと支線トンネル１２ｂを連結させるための分岐・合流部構築工程をあらためて行う必要がなく、本線トンネル１２ａ、支線トンネル１２ｂ及び分岐・合流部１２ａｂの全てを本線シールド掘削機１ａ及び支線シールド掘削機１ｂを用いて機械的に構築することができるものである。
ちなみに、本線シールド掘削機１ａは、その後到達立坑１６際でスキンプレート２ａを残して解体され、スキンプレート２ａの内部にセグメント１５ａが組立てられて本線覆工体１０ａが構築されることになる。あるいは、本線シールド掘削機１ａを到達立坑１６内に完全に貫入させて、そのまま本線シールド掘削機１ａを到達立坑１６から搬出するようにしてもよい。本線シールド掘削機１ａをそのまま搬出する場合は、本線覆工体１０ａを構築しつつ本線シールド掘削機１ａを立坑１６内に完全に貫入させてから、支線シールド掘削機１ｂを本線シールド掘削機１ａから分離して分岐・合流部１２ａｂの後方端近傍に後退移動させるようにすることが良い。
【００３３】
（第２の実施の形態）
上述した第１の実施の形態では、本線トンネル１２ａ及び支線トンネル１２ｂを構築するシールドトンネルの構築工法に、前記支線シールド掘削機１ｂが内蔵されている本線シールド掘削機１ａを用いる場合を示したが、本工法は必ずしもこれにこだわるものではなく、本線シールド掘削機１ａ及び支線シールド掘削機１ｂ各々が別体であってもよい。
【００３４】
これら別体の本線シールド掘削機１ａ及び支線シールド掘削機１ｂを用いる場合には、図６に示すように、本線トンネル１２ａを構築する際に本線シールド掘削機１ａを搬入して地山中に貫入させるための発進立坑１７から、支線シールド掘削機１ｂを本線トンネル１２ａの坑内に搬入する。以下に、本線シールド掘削機１ａ及び支線シールド掘削機１ｂの２機のシールド掘削機を用いたシールドトンネルの構築工法を示す。
【００３５】
なお、ここで用いる本線シールド掘削機１ａ及び支線シールド掘削機１ｂは、その断面径が本線シールド掘削機１ａは本線トンネル１２ａに、支線シールド掘削機１ｂは支線トンネル１２ｂと同様に各々成形されているのみでその他の構成は、第１の実施の形態で示した支線シールド掘削機１ｂと同様の構成を有している。つまり、図１（ｃ）に示すように、スキンプレート２、カッタビット３ｃを備えるカッタ３、カッタ３の背面に位置するチャンバ４、チャンバ４内の掘削土砂を搬送する排土装置５、テールパッキン６、本線シールド掘削機１ａ及び支線シールド掘削機１ｂに推力を付与するためのシールドジャッキ７及び推力受け部材１１を有している。
【００３６】
（第１の工程）
図７（ａ）に示すように、前記本線シールド掘削機１ａで地山１３を掘進しながら、本線トンネル１２ａの一般部１２ａａに本線覆工体１０ａを構築するとともに、支線トンネル１２ｂとの分岐・合流部１２ａｂに支線シールド掘削機１ｂで切削可能なセグメント１５ｂをその一部に備える分岐・合流覆工体１０ｃを構築しつつ、本線シールド掘削機１ａを到達立坑１６に到達させる。
なお、本線覆工体１０ａ及び分岐・合流覆工体１０ｃは、第１の実施の形態で示したものと同様のものを用いている。
【００３７】
(第２の工程)
図７（ｂ）に示すように、本線トンネル１２ａの分岐・合流部１２ａｂの坑内を充填材１４で閉塞する。この閉塞にあたっては、まず分岐・合流部１２ａｂのトンネル軸方向の両端部に仕切体２０を構築し、その後、仕切体２０によって閉塞されたトンネル内部に充填材１４を充填する。この仕切体２０の構築や充填材１４の充填方法は第１の実施の形態と同様である。そして、支線シールド掘削機１ｂの発進側の仕切体２０の外側にはエントランスパッキン８を設置する。
次に発進立坑１７より支線シールド掘削機１ｂを搬入し、本線シールド掘削機１ａの掘進方向で起点側を後方とすれば、分岐・合流部１２ａｂの後方端近傍で一般部１２ａａの所定位置まで移動させる。
そして、支線シールド掘削機１ｂの発進にあたり、図７(ｃ)に示すように、支線シールド掘削機１ｂの反力受体２１をその後方で本線覆工体１０ａの内面に設置する。
【００３８】
なお、前記支線シールド掘削機１ｂの本線トンネル１２ａ内への搬入は、必ずしも上述した順序にこだわるものではなく、充填材１４を充填する作業前に、あるいは作業中に搬入してもよい。
また、上記のように支線シールド掘削機１ｂを発進立坑１７から搬入することに代えて、図８に示すように小断面の中間立坑１８を設けてそこから搬入するようにしてもよい。勿論、支線シールド掘削機１ｂを搬入するための小断面の中間立坑１８を敢えて設けずとも、本線トンネル１２ａの途中に本線シールド掘削機１ａが通過する中間立坑を設ける場合にあっては、最寄りの中間立坑から支線シールド掘削機１ｂを搬入するようにしてもよい。
【００３９】
(第３の工程)
以降の工程は第１の実施の形態と同様である。そのため、詳細の記述は省略する。
【００４０】
ちなみに、本実施の形態における到達立坑１６に到達した後の本線シールド掘削機１ａであるが、本線トンネル１２ａが更に延長されている場合は、到達立坑１６を発進立坑にして、本線シールド掘削機１ａをそのまま次の区間の到達立坑１６に向かって掘進を進めるようにしてもよいし、あるいは到達立坑１６際で本線シールド掘削機１ａをスキンプレート２だけを残して解体するようにしてもよいし、または到達立坑１６から本線シールド掘削機１ａをそのまま搬出するようにしてもよい。
【００４１】
(第２の実施の形態の変形例)
上述の第２の実施の形態では、本線シールド掘削機１ａの掘進方向と支線シールド掘削機１ｂとの初期掘進方向はほぼ同じであるところ、本変形例では、図９に示すように本線シールド掘削機１ａの掘進方向と支線シールド掘削機１ｂとの初期掘進方向とは反対方向になっていることである。
【００４２】
(第１の工程)
第２の実施の形態と同様にして、本線シールド掘削機１ａを到達立坑１６に到達させる。その後、本線シールド掘削機１ａを解体するか、そのまま次の区間の到達立坑１６に向かって掘進を進めるかして到達立坑１６のスペースを確保する。
(第２の工程)
第２の実施の形態の図７（ｂ）と同様に、本線トンネル１２ａの分岐・合流部１２ａｂの坑内を充填材１４で閉塞する。この閉塞にあたっては、まず分岐・合流部１２ａｂのトンネル軸方向で両端部に仕切体２０を構築し、その後、仕切体２０によって閉塞されたトンネル内部に充填材１４を充填する。この仕切体２０の構築や充填材１４の充填方法は第１の実施の形態と同様である。そして、支線シールド掘削機１ｂの発進側の仕切体２０（本実施の形態では、到達立坑１６側にある仕切体２０）にはエントランスパッキン８を設置する。
次に到達立坑１６（あるいはそれに代わる中間立坑１８）より支線シールド掘削機１ｂを本線トンネル１２ａに搬入し、本線シールド掘削機１ａの掘進方向で終点側を前方とすれば、分岐・合流部１２ａｂの前方端近傍で一般部１２ａａの所定位置まで移動させる。
そして、支線シールド掘削機１ｂの発進にあたり、支線シールド掘削機１ｂの反力受体２１を支線シールド掘削機１ｂの後方で本線覆工体１０ａの内面に設置する。
(第３の工程)
以降の工程は、第１，２の実施の形態とは支線シールド掘削機１ｂの掘進方向が反対方向であることを除き同様であるから、詳細の記述は省略する。
【００４３】
以上で説明したように、本発明のシールドトンネル１２の構築工法によれば、本線シールド掘削機１ａで地山１３を掘進しながら、本線トンネル１２ａを構築した後、該本線トンネル１２ａの坑内から支線シールド掘削機１ｂを発進させてシールドトンネル１２の支線トンネル１２ｂを構築することから、本線トンネル１２ａと支線トンネル１２ｂとの分岐・合流部１２ａｂを開削工法で構築していた従来と比較して、地上における施工スペースの確保や作業帯による交通障害、施工中の騒音等を考慮する必要がないため、周辺住民への負荷を生じるさせることなく、シールドトンネル１２を構築することが可能となる。
【００４４】
また、本線トンネル１２ａ、支線トンネル１２ｂ、及び両者が連結する分岐・合流部１２ａｂの全てを、本線シールド掘削機１ａ及び支線シールド掘削機１ｂにより機械的に構築できるから、本線トンネル１２ａと支線トンネル１２ｂを個別に構築した後に両者の覆工体を破壊した上で連通させていた従来の工法のような、分岐・合流部構築工程が不要となり、作業性を大幅に向上することが可能となる。
【００４５】
さらに、本線シールド掘削機１ａ及び支線シールド掘削機１ｂにより機械的に構築できることから地山１３に影響を与えることが少ないため、分岐・合流部１２ａｂ周辺の地山条件が変化するような場所であっても、一様な手順で機械的に分岐・合流部１２ａｂを構築することができ、地山改良等を大々的に実施する必要がなく（実施するとしても、分岐・合流覆工体１０ｃと支線覆工体１０ｂとの接合部付近だけに実施すれば良い）、本線トンネル１２ａに支線トンネル１２ｂを有する安全で高品質なシールドトンネル１２を構築することが可能となる。
【００４６】
また、本線トンネル１２ａの坑内から支線シールド掘削機１ｂを発進させて支線トンネル１２ｂを構築するから、本線シールド掘削機１ａに支線シールド掘削機１ｂを予め内蔵させておくか、または発進立坑１７や到達立坑１６あるいは中間立坑１８を利用して支線シールド掘削機１ｂを本線トンネル１２ａの坑内に搬入できるから、あらためて支線シールド掘削機１ｂ用の発進立坑１７を構築するための用地を確保する必要がないため、周辺住民への理解を得やすく施工をスムーズに実施することが可能となり、また工費を大幅に削減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係るトンネルの構築工法に用いる本線シールド掘削機及び支線シールド掘削機を示す図である。
【図２】本発明に係る本線トンネル及び支線トンネルの構築予定位置を示す図である。
【図３】本発明に係る本線トンネルの断面図を示す図である。
【図４】本発明に係る第１の実施の形態の本線トンネル及び支線トンネルの構築方法における第１〜第２の工程を示す図である。
【図５】本発明に係る第１の実施の形態の本線トンネル及び支線トンネルの構築方法における第３の工程を示す図である。
【図６】本発明に係る第２の実施の形態の本線トンネル及び支線トンネルの構築方法を示す図である。
【図７】本発明に係る第２の実施の形態の本線トンネル及び支線トンネルの構築方法における第１〜第２の工程を示す図である。
【図８】本発明に係る第２の実施の形態の本線トンネル及び支線トンネルの他の構築方法を示す図である。
【図９】本発明に係る第２の実施の形態の本線トンネル及び支線トンネルのさらに他の構築方法を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１ シールド掘削機
２ スキンプレート
３ カッタ
４ チャンバ
５ 排土装置
６ テールパッキン
７ シールドジャッキ
８ エントランスパッキン
９ カッタ嵌合孔
１０ａ 本線覆工体
１０ｂ 支線覆工体
１０ｃ 分岐・合流覆工体
１１ 推力受け部材
１２ シールドトンネル
１２ａ 本線トンネル
１２ｂ 支線トンネル
１３ 地山
１４ 充填材
１５ セグメント
１６ 到達立坑
１７ 発進立坑
１８ 中間立坑
２０ 仕切体
２１ 反力受体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本線シールド掘削機を用いて本線トンネルを構築するとともに、前記本線シールド掘削機と比較して断面径の小さい支線シールド掘削機を用いて支線トンネルを構築するトンネルの構築工法であって、
前記本線シールド掘削機で地山を掘進しながら、本線トンネルの一般部に本線覆工体を構築するとともに、支線トンネルとの分岐・合流部に支線シールド掘削機で切削可能なセグメントを備える分岐・合流覆工体を構築する第１の工程と、
前記本線トンネルの分岐・合流部に相当する範囲の坑内を充填材で閉塞する第２の工程と、
前記本線トンネルの坑内から支線シールド掘削機で前記充填材を掘進して前記分岐・合流覆工体を切削した後、本線トンネルの分岐・合流部から地山を掘進して分岐・合流部及び支線トンネルの支線覆工体を構築する第３の工程よりなることを特徴とするシールドトンネルの構築工法。
【請求項２】
請求項１に記載のシールドトンネルの構築工法において、
前記支線シールド掘削機が前記本線シールド掘削機に内蔵されており、
第１の工程が終了した後、前記支線シールド掘削機を分離し、分岐・合流部に相当する範囲におけるトンネル掘進方向後方端近傍の所定位置まで後退させることを第２の工程に含んで実施することを特徴とするシールドトンネルの構築工法。
【請求項３】
請求項１に記載のシールドトンネルの構築工法において、
前記本線トンネルに立坑が備えられており、
第１の工程が終了した後、前記支線シールド掘削機を前記立坑より搬入し分岐・合流部に相当する範囲近傍の所定位置に配置することを第２の工程に含んで実施することを特徴とするシールドトンネルの構築工法。
【請求項１】
本線シールド掘削機を用いて本線トンネルを構築するとともに、前記本線シールド掘削機と比較して断面径の小さい支線シールド掘削機を用いて支線トンネルを構築するトンネルの構築工法であって、
前記本線シールド掘削機で地山を掘進しながら、本線トンネルの一般部に本線覆工体を構築するとともに、支線トンネルとの分岐・合流部に支線シールド掘削機で切削可能なセグメントを備える分岐・合流覆工体を構築する第１の工程と、
前記本線トンネルの分岐・合流部に相当する範囲の坑内を充填材で閉塞する第２の工程と、
前記本線トンネルの坑内から支線シールド掘削機で前記充填材を掘進して前記分岐・合流覆工体を切削した後、本線トンネルの分岐・合流部から地山を掘進して分岐・合流部及び支線トンネルの支線覆工体を構築する第３の工程よりなることを特徴とするシールドトンネルの構築工法。
【請求項２】
請求項１に記載のシールドトンネルの構築工法において、
前記支線シールド掘削機が前記本線シールド掘削機に内蔵されており、
第１の工程が終了した後、前記支線シールド掘削機を分離し、分岐・合流部に相当する範囲におけるトンネル掘進方向後方端近傍の所定位置まで後退させることを第２の工程に含んで実施することを特徴とするシールドトンネルの構築工法。
【請求項３】
請求項１に記載のシールドトンネルの構築工法において、
前記本線トンネルに立坑が備えられており、
第１の工程が終了した後、前記支線シールド掘削機を前記立坑より搬入し分岐・合流部に相当する範囲近傍の所定位置に配置することを第２の工程に含んで実施することを特徴とするシールドトンネルの構築工法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−３０３１９５（Ｐ２００７−３０３１９５Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３３７１１（Ｐ２００６−１３３７１１）
【出願日】平成１８年５月１２日（２００６．５．１２）
【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１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１２日（２００６．５．１２）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
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