トンネルの拡幅部施工方法

【課題】分合流拡幅部の施工に際し、必要最小限の小開口となる横坑を、シールドトンネルの縦断方向に間隔をおいて複数施工する工法を採用することで、地表面への影響を可能な限り小さくすること。
【解決手段】トンネル本線からの分岐部分または合流部分となる分合流拡幅部の断面空間を構築するトンネルの拡幅部施工方法であって、分合流拡幅部においてトンネル本線Ｔ側から横坑１、２を掘削する横坑掘削工程と、掘削した横坑内の覆工躯体４，５を構築する躯体構築工程と、を有する。横坑掘削工程では、トンネル本線の縦断方向に間隔をおいて複数の先行坑１，２を掘削する先行坑掘削工程と、それら各先行坑間に後行坑３をそれぞれ掘削する後行坑掘削工程とを行う。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル本線からの分岐部分または合流部分となる分合流拡幅部の断面空間を構築する技術として好適なトンネルの拡幅部施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地下利用の進展に伴い、地下５０ｍ程度の大深度地下空間に、道路用トンネルや下水道トンネルなどを構築することが行われている。特に、地下利用が進展している都市部の地下空間にトンネルを構築する際には、軟弱地盤に対応できるシールド工法が有利である。
【０００３】
例えば道路トンネルの構築に際し、トンネル本線とランプトンネルの合流部においては、互いに寄り添う二本のシールドトンネルを一体的に連結する必要がある。この場合、路上から開削した合流部にシールドトンネルを接続する方法が考えられるが、地上の専有面積が幅、長さともに広範囲になり、問題が大きい。地盤が強固な場合には、所定断面のシールドトンネルを掘進した後に、セグメントを取り外し、ＮＡＴＭ工法などにより合流部を構築することも考えられる。
【０００４】
また、専ら地下空間において、トンネル本線とランプトンネルとの合流部を構築する技術として、例えば特許文献１、特許文献２に記載の技術がある。
【特許文献１】特開２００３−１４８０８６号公報
【特許文献２】特許第３７６５０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術においては、トンネル本線とランプトンネルとの合流部を構築する際に、開削区間を小規模に抑えることができる。しかし、この工法では、小規模とは言え、開削区間を必要とするため、依然として地表面への影響が大きく残り、場合によっては工事を実施することができないという問題がある。また、円形断面のシールドトンネルどうしを横方向に地中で接続するためには、大規模な接続構造物の構築が必要となる問題がある。
【０００６】
特許文献２に記載の技術においては、本線となる第１のシールドトンネルを、鋼繊維補強コンクリートを用いたＥＣＬ工法により覆工する際に、分岐線または合流線となる第２のシールドトンネルと接する壁部を肉厚に覆工しておく。そして、第１のシールドトンネルと離間した位置からその第１のシールドトンネルに漸次接近するように地山を掘進して、第１のシールドトンネルと並設させて分岐線または合流線となる第２のシールドトンネルを構築し、並設された第１、第２のシールドトンネル間の壁部を除去して両者を連結する。これにより、工費が安価で周辺地盤への影響も少ないトンネルの構築方法を提供することができる。
【０００７】
しかし、この特許文献２の技術では、第１のシールドトンネルと第２のシールドトンネルの合流部分において、開削工法を用いることなく軟弱地盤内で直接連結することができるため、地表面への影響を比較的小さくすることができるものの、以下のような問題があった。
【０００８】
この特許文献２の技術においては、第１のシールドトンネルに合流させる第２のシールドトンネルを構築しない限り、このシールドトンネルどうしの合流部を施工することはできないという問題がある。即ち、分合流拡幅部を予め形成しておき、後からその分合流拡幅部に対して第２のシールドトンネルを合流させることで、工期短縮を図るといった工法を採用することはできない。
【０００９】
また、地表面への影響を小さくする観点からは、シールドトンネル間の壁部の除去範囲を必要最小限となる小開口にすることが望ましい。しかし、従来のトンネル施工技術では、シールドトンネル同士の連結部である「分合流拡幅部」をシールドトンネルの縦断方向に沿って施工していたため、その施工範囲が大規模となり、初めから大開口になる問題があった。
【００１０】
よって、本発明の課題は、分合流拡幅部の施工に際し、必要最小限の小開口となる横坑を、シールドトンネルの縦断方向に間隔をおいて複数施工する工法を採用することで、地表面への影響を可能な限り小さくすることができ、しかも、分合流拡幅部を予め形成しておくことで、合流させるシールドトンネルの工期短縮等も併せて図ることができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
トンネル本線からの分岐部分または合流部分となる分合流拡幅部の断面空間を構築するトンネルの拡幅部施工方法であって、
前記分合流拡幅部においてトンネル本線側から横坑を掘削する横坑掘削工程と、
掘削した横坑内の覆工躯体を構築する躯体構築工程と、を有し、
前記横坑掘削工程では、トンネル本線の縦断方向に間隔をおいて複数の先行坑を掘削する先行坑掘削工程と、それら各先行坑間に後行坑をそれぞれ掘削する後行坑掘削工程とを行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、横坑掘削工程では、トンネル本線の縦断方向に間隔をおいて複数の先行坑を掘削する先行坑掘削工程と、それら各先行坑間に後行坑をそれぞれ掘削する後行坑掘削工程とを行うので、分合流拡幅部の施工に際し、必要最小限の小開口となる横坑を、シールドトンネルの縦断方向に間隔をおいて複数施工する工法を採用することができる。これにより、地表面への影響を可能な限り小さくすることができる。さらに、分合流拡幅部を予め形成しておくことで、合流又は分岐させるトンネルは必要に応じていつでも施工可能となり、しかも、合流又は分岐させるトンネルの施工時には分合流拡幅部を施工しなくて済むので、工期短縮等も併せて図ることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のトンネルの拡幅部施工方法において、前記躯体構築工程では、前記先行坑掘削工程に続いて躯体構築を行う先行躯体構築工程と、前記後行坑掘削工程に続いて躯体構築を行う後行躯体構築工程とを含む、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、躯体構築工程では、先行坑掘削工程に続いて躯体構築を行う先行躯体構築工程と、後行坑掘削工程に続いて躯体構築を行う後行躯体構築工程とを含むので、トンネルの縦断方向に間隔をおいて先行坑の躯体構築を完了させた後に、後行坑の躯体構築を完了させることができる。これにより、トンネルの縦断方向に分割した形態の小開口の躯体を順次構築しつつ連結することができる。したがって、必要最小限の小開口で施工することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のトンネルの拡幅部施工方法において、前記先行坑掘削工程では、前記トンネル本線の縦断方向に少なくとも横坑一つ分の間隔をおいて掘削することを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の発明によれば、先行坑掘削工程において、トンネル本線の縦断方向に少なくとも横坑一つ分の間隔をおいて掘削することで、先行坑を十分に間隔をおいて掘削することができる。これにより、地山（改良地盤）を厚く残して掘削することが可能になるので、安全性並びに施工性の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、分合流拡幅部の施工に際し、必要最小限の小開口となる横坑を、トンネルの縦断方向に間隔をおいて複数施工する工法を採用することで、地表面への影響を可能な限り小さくすることができ、しかも、分合流拡幅部を予め形成しておくことで、合流させるトンネルの工期短縮等も併せて図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（実施の形態）
以下、図面を参照し、本発明の最良の実施形態について説明する。
図１は、トンネル本線Ｔからの分岐部分または合流部分となる分合流拡幅部Ｋの概略構造を示す斜視図である。図２（ａ）〜図３（ｆ）は、図１に示す分合流拡幅部Ｋの施工手順を示す概略斜視図（工程図）である。図４〜図１５は、分合流拡幅部Ｋの具体的施工手順を示す工程図である。
【００１９】
まず図１〜図３を参照して、トンネル本線Ｔからの分岐部分または合流部分となる分合流拡幅部Ｋの断面空間を構築するトンネルの拡幅部施工方法について説明する。この実施の形態では、図２（ａ）に示すように、構築すべき分合流拡幅部Ｋを含む地山Ｇに対して地盤改良工法により改良地盤Ｇ１を施工する地盤改良工程と、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、分合流拡幅部Ｋの領域においてトンネル本線Ｔ側から横坑１、２、３（先行坑１、２、後行坑３）を掘削する横坑掘削工程と、図３に示すように掘削した先行坑１、２内の覆工躯体４、及び後行坑３内の覆工躯体５を構築する躯体構築工程とを行う。
【００２０】
そして、横坑掘削工程では、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、トンネル本線Ｔの縦断方向（トンネル軸方向）に間隔をおいて複数の先行坑１、２を掘削する先行坑掘削工程と、図３（ｅ）に示すように、それら各先行坑間に後行坑３をそれぞれ掘削する後行坑掘削工程とを行う。
【００２１】
また、躯体構築工程では、図３（ｄ）に示すように、先行坑掘削工程に続いて覆工躯体４の構築を行う先行躯体構築工程と、図３（ｅ）に示すように、後行坑掘削工程に続いて覆工躯体５の構築を行う後行躯体構築工程と、を行う。以上の行程を繰り返して図１示す分合流拡幅部Ｋを施工する。ここで、先行坑掘削工程では、トンネル本線Ｔの縦断方向に少なくとも横坑一つ分の間隔をおいて掘削することが望ましい。勿論、横坑二つ分の間隔をおいて掘削することもできる。
【００２２】
この実施の形態における分合流拡幅部の施工（全体概要）は、次の手順にて行うことが好ましい。なお、数値等は一例である。
（１）止水注入…有機系ロングゲルタイム材料によるゾーン止水注入。
（２）先行部１ブロック掘削…幅４．５ｍにてＮＡＴＭ工法による横坑掘削。
（３）先行部２ブロック掘削…隣接した区間を幅４．５ｍにてＮＡＴＭ工法による横坑掘削。
（４）先行躯体構築…横坑掘削部（幅９．０ｍ）に幅６．０ｍにて躯体構築。
（５）後行部掘削…先行部躯体構築完了後、先行部掘削間隔４．５ｍを掘削。
（６）後行部躯体構築…先行部躯体構築区間７．５ｍを躯体構築。
（７）躯体完成
【００２３】
次いで、図１〜図１５を参照して各工程をより具体的に説明する。なお、図４〜図１５は分合流拡幅部施工手順を示す工程図であり、各図において、（ａ）は分合流拡幅部の概略横断面図を、（ｂ）はその概略縦断面図を示している。
【００２４】
（イ）止水注入工
図１（ａ）に示す改良地盤Ｇ１の施工に際しては、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、トンネル本線Ｔ内から既存の止水注入工法により施工する。この止水注入工法では、トンネル本線Ｔ内の高所作業車１５上に配置した高所用ボーリングマシン１６、及び低所用ボーリングマシン１７等により、トンネル本線Ｔの外側の地盤Ｇを削孔して多数の注入孔１８を形成しつつ、止水材（地盤改良材）を注入する。この地盤改良材としては、例えば有機系ロングゲルタイム等が好適に用いられるが、他の公知の地盤改良材を用いることもできる。
【００２５】
（ロ）先行坑１上半施工
図４に示す地盤改良行程を終えたら、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、先行坑１の上半施工を行う。この上半施工では、例えば０．４ｍ３クラスブレーカ等の掘削機１９及びエレクター台車２０等を用いてＮＡＴＭ工法により、支保工２１を建て込みつつ掘削して施工する。ここでは、例えば１ｍ当たりの施工サイクルとして、掘削・ずり出し、支保工建て込み、コンクリート吹き付けが行われる。なお、この実施の形態では図５（ｂ）に示すように、Ａ１＝９．０ｍ、Ａ２＝４．５ｍとして施工される。
【００２６】
（ハ）先行坑１上半上部施工
先行坑１上半施工に続き、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、ＮＡＴＭ工法により先行坑１の上半上部施工を行う。ここでは、掘削機１９により、先行坑１の上半上部掘削、吹き付けロボット２２を用いた掘削壁面へのコンクリート吹き付け工程、クローラドリル２３を用いたロックボルト２４（図７参照）の打設工程等を行う。なお、この上半上部施工では、１ｍ当たりの施工サイクルとして、掘削・ずり出し、支保工建て込み、コンクリート吹き付け、ロックボルト打設が行われる。
【００２７】
（ニ）先行坑１受桁設置工
先行坑１の上半上部施工を終えたら、図７に示すように、先行坑１の受桁設置工を行う。ここでは、例えば１ｔ電動チェーンブロック（電動ＣＢ）２５を用い、受桁２６を設置、あるいは盛り換えて設置する。その際、受桁２６を支持する仮設のＨ鋼２７も併せて設置すると共に盛り換え時には取り外す作業を行う。
【００２８】
なお、先行坑２の施工は、上記（ロ）〜（ニ）の工程と同様の作業を行うことで施工できる。
【００２９】
（ホ）先行坑１、２下半施工
この先行坑１、２の下半施工では、図８に示すように、バックホウ２８を用いて掘削施工するが、基本的には（イ）〜（ハ）の工程を繰り返すことで施工することができる。
【００３０】
（ヘ）先行坑躯体構築
この先行坑躯体構築時において、底版の施工では、図９に示すように、均しコンクリート３１、底版防水工３２を施工してから底版工３３を施工する。側壁の施工では、仮側壁３４の内側に側壁防水工３５を施工し、その内側に側壁工３６を施工する。床版工３７では、床版防水工３８の外に空洞充填工３９を施工する。
【００３１】
なお、躯体１カ所における施工手順としては、１．均しコンクリート、２．仮側壁、防水工、３．底版工、４．側壁坑、５．床版工、防水工、６．空洞充填工、の順序とすることが工程管理上からも望ましい。
【００３２】
（ト）後行坑上半施工
この後行坑３の上半施工は、図１０に示すように、先行坑間に施工する点を除けば、上記（イ）〜（ハ）の工程の繰り返しで施工できるので、ここでは符号を示してその説明を簡略化する。
【００３３】
（チ）後行坑上半上部施工
この後行坑３の上半上部施工も、図１１に示すように、先行坑間に施工する点を除けば、上記（イ）〜（ニ）の工程の繰り返しで施工できるので、ここでは符号を示してその説明を簡略化する。
【００３４】
（リ）後行坑受桁設置（受け替え梁設置）
図１２に示すように、後行坑３の受桁設置工を行う。ここでも、上記（ニ）で示したように、電動チェーンブロック（電動ＣＢ）２５を用い、受桁２６を設置、あるいは盛り換えて設置する。その際、受桁２６を支持する仮設のＨ鋼２７も併せて設置する。
【００３５】
（ヌ）後行坑下半施工
この後行坑下半施工も、図１３に示すように、先行坑間に施工する点を除けば、上記（イ）〜（ロ）の工程の繰り返しで施工できるので、ここでは符号を示してその説明を簡略化する。
【００３６】
後行坑躯体構築
この後行坑躯体構築時において、底版の施工では、図１４及び図１５に示すように、均しコンクリート３１、底版防水工３２を施工してから底版工３３を施工する。側壁の施工では、仮側壁３４の内側に側壁防水工３５を施工し、その内側に側壁工３６を施工する。床版工３７では、床版防水工３８の外に空洞充填工３９を施工する。なお、この躯体１カ所における施工手順としては、先行坑１，２の躯体構築と同様に、１．均しコンクリート、２．仮側壁、防水工、３．底版工、４．側壁坑、５．床版工、防水工、６．空洞充填工、の順序とすることが望ましい。
【００３７】
この実施形態によれば、分合流拡幅部Ｋの施工に際し、必要最小限の小開口となる横坑１、２、３を、トンネル本線Ｔの縦断方向に間隔をおいて複数施工する工法を採用することで、地表面への影響を可能な限り小さくすることができ、しかも、分合流拡幅部Ｋを予め形成しておくことで、合流又は分岐させるランプトンネルの工期短縮等も併せて図ることができる。
【００３８】
また、躯体構築工程では、先行坑掘削工程に続いて躯体構築を行う先行躯体構築工程と、後行坑掘削工程に続いて躯体構築を行う後行躯体構築工程と、を行うので、トンネル本線Ｔの縦断方向に間隔をおいて先行坑１、２の躯体４の構築を完了させた後に、後行坑３の躯体５の構築を完了させることができる。これにより、トンネルの縦断方向に分割した形態の小開口ｈの躯体を順次構築しつつ連結することができる。したがって、必要最小限の小開口ｈで施工することができる。
【００３９】
また、先行坑掘削工程において、トンネル本線の縦断方向に少なくとも横坑一つ分の間隔をおいて掘削することで、先行坑を十分に間隔をおいて掘削することができる。これにより、地山（改良地盤）を厚く残して掘削することが可能になるので、安全性並びに施工性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態に係る分合流拡幅部の概略構造を示す斜視図。
【図２】本発明の実施形態に係る分合流拡幅部の施工手順を示す概略斜視図。
【図３】本発明の実施形態に係る分合流拡幅部の施工手順を示す概略斜視図。
【図４】本発明の実施形態に係る分合流拡幅部の具体的施工手順を示す工程図。
【図５】本発明の実施形態に係る分合流拡幅部の具体的施工手順を示す工程図。
【図６】本発明の実施形態に係る分合流拡幅部の具体的施工手順を示す工程図。
【図７】本発明の実施形態に係る分合流拡幅部の具体的施工手順を示す工程図。
【図８】本発明の実施形態に係る分合流拡幅部の具体的施工手順を示す工程図。
【図９】本発明の実施形態に係る分合流拡幅部の具体的施工手順を示す工程図。
【図１０】本発明の実施形態に係る分合流拡幅部の具体的施工手順を示す工程図。
【図１１】本発明の実施形態に係る分合流拡幅部の具体的施工手順を示す工程図。
【図１２】本発明の実施形態に係る分合流拡幅部の具体的施工手順を示す工程図。
【図１３】本発明の実施形態に係る分合流拡幅部の具体的施工手順を示す工程図。
【図１４】本発明の実施形態に係る分合流拡幅部の具体的施工手順を示す工程図。
【図１５】本発明の実施形態に係る分合流拡幅部の具体的施工手順を示す工程図。
【符号の説明】
【００４１】
１先行坑（横坑）
２先行坑（横坑）
３後行坑（横坑）
４覆工躯体
５覆工躯体
Ｔトンネル本線
Ｋ分合流拡幅部
Ｇ地盤
Ｇ１改良地盤
ｈ小開口

【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル本線からの分岐部分または合流部分となる分合流拡幅部の断面空間を構築するトンネルの拡幅部施工方法であって、
前記分合流拡幅部においてトンネル本線側から横坑を掘削する横坑掘削工程と、
掘削した横坑内の覆工躯体を構築する躯体構築工程と、を有し、
前記横坑掘削工程では、トンネル本線の縦断方向に間隔をおいて複数の先行坑を掘削する先行坑掘削工程と、それら各先行坑間に後行坑をそれぞれ掘削する後行坑掘削工程とを行うことを特徴とするトンネルの拡幅部施工方法。
【請求項２】
前記躯体構築工程では、前記先行坑掘削工程に続いて躯体構築を行う先行躯体構築工程と、前記後行坑掘削工程に続いて躯体構築を行う後行躯体構築工程とを含む、ことを特徴とする請求項１に記載のトンネルの拡幅部施工方法。
【請求項３】
前記先行坑掘削工程では、前記トンネル本線の縦断方向に少なくとも横坑一つ分の間隔をおいて掘削することを特徴とする、請求項１又は２に記載のトンネルの拡幅部施工方法。

【図１】