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トンネル拡幅工法
説明

トンネル拡幅工法

【課題】先行構築したトンネルを拡幅する際の施工安全性と止水性を充分に確保する。
【解決手段】先行構築したトンネル(本線トンネル1)を拡幅するに際し、拡幅予定領域を取り囲む地盤改良体4を施工する。地盤改良体を懸濁型注入材の注入による増強部4Aと溶液型注入材の注入による止水部4Bとからなる多重構造体とし、その内側に複数の遮水壁6を形成して地盤改良体の内側を複数の遮水領域7に区画する。地盤改良体の施工に際しての薬液注入を段階的に行う。拡幅に際しての補助工法として鋼管先受工を施工する。拡幅するに先だって遮水領域に対する排水試験を行って止水性能を確認する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、先行構築したトンネルを拡幅して大断面の拡幅トンネルを構築するためのトンネル拡幅工法に関する。
【背景技術】
【0002】
この種のトンネル拡幅工法は不安定な湧水性地盤に対して大断面トンネルを構築する場合に好適に適用されるものであり、たとえば特許文献1〜2に示される工法が周知である。
特許文献1に示されるトンネルの構築方法は、先行構築したトンネルの周囲にそれを囲繞する強度増加領域と、該強度増強領域を囲繞する止水領域を薬液注入により形成し、しかる後にその内側を掘削して拡幅トンネルを構築するものである。
特許文献2に示されるトンネル拡幅工法も、上記と同様に先行構築したトンネルを強度増加領域と難透水領域とにより囲繞するとともに、それら両領域の間に透水性を有する地山層を残して、その地山層内の地下水をトンネル内に集水するようにしたものである。
【特許文献1】特許第2676012号公報
【特許文献2】特開2005−351038号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
上記従来の拡幅工法によれば、拡幅時の地盤安定性を強度増強(増加)領域によって確保でき、また拡幅時の地盤の止水性能を止水(難透水)領域によって確保でき、したがって基本的には拡幅施工時の安全性や施工性を改善できるものではあるが、地盤の状況や拡幅規模によってはより万全の地盤安定性と止水性能を確保する必要もあるとされ、それを可能とする有効適切な拡幅工法の開発が望まれているのが実状である。
【課題を解決するための手段】
【0004】
上記事情に鑑み、本発明は先行構築したトンネルを拡幅して該トンネルよりも大断面の拡幅トンネルを構築するに際し、前記トンネル内より少なくとも拡幅方向の地盤に対して薬液注入による地盤改良を行って拡幅予定領域を取り囲む地盤改良体を施工して、該地盤改良体の内側において前記トンネルを拡幅するトンネル拡幅工法であって、前記地盤改良体を施工するに際し、該地盤改良体を懸濁型注入材の注入による増強部と溶液型注入材の注入による止水部とからなる多重構造体として形成するとともに、該地盤改良体の内側に、溶液型注入材の注入による複数の遮水壁をトンネル軸方向に所定間隔をおいてトンネル横断面に沿わせた状態で前記地盤改良体と一体に形成することにより、該遮水壁によって前記地盤改良体の内側に複数の遮水領域を区画形成することを特徴とする。
【0005】
前記地盤改良体の施工に際しては、懸濁型注入材および溶液型注入材を段階的に注入するべく、まず一次注入孔を所定間隔で形成して該一次注入孔から一次注入を行い、次いで一次注入孔の間に二次注入孔を形成して該二次注入孔から二次注入を行って前記地盤改良体を施工し、しかる後に、該地盤改良体の止水性能を確認するためのチェック孔を二次注入孔の間に形成して、該チェック孔から想定値以上の湧水が認められた際には該チェック孔を三次注入孔として地盤改良体に対して溶液型注入材を追加注入すると良い。
【0006】
前記トンネルを拡幅する先だって、少なくとも拡幅予定領域の上部に予め多数の鋼管を密に打設して前記地盤改良体内に鋼管先受工を施工するとともに、該鋼管先受工を施工するに際しては、鋼管を打設するための打設孔からの湧水を確認して、該打設孔から想定値以上の湧水が認められた際には該打設孔を注入孔として地盤改良体に対して溶液型注入材を追加注入すると良い。
【0007】
前記トンネルを拡幅する先だって、前記遮水領域内から地下水を排水する排水試験を行って該遮水領域内の地下水圧を確認することにより、該遮水領域を区画形成している地盤改良体および遮水壁の止水性能を確認すると良い。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、薬液注入により形成される増強部と止水部とによる多重構造の地盤改良体によって拡幅時の地盤安定性と止水性能が確保されることはもとより、地盤改良体の内側を遮水壁により複数の遮水領域に区画したので、仮に地盤改良体による止水性能が万全でなかったり、あるいは何らかの原因で止水性能が損なわれて万一の異常出水が発生する事態を想定しても、それによる影響を遮水領域内に限定することができ、したがって従来のこの種の拡幅工法に比べて施工安全性と施工効率をより一層改善することができる。
【0009】
また、地盤改良体を施工するための薬液注入を止水効果を確認しながら段階的に行い、必要に応じて追加の薬液注入を行うことにより、地盤改良体を確実に形成することができて万全の増強効果と止水効果が得られる。
【0010】
また、拡幅に際しての支保のための補助工法として鋼管先受工法を採用し、その鋼管先受工を施工する際には鋼管打設孔を利用して止水性能を確認するとともに必要に応じて薬液注入を追加することにより止水性能をより万全とすることができる。
【0011】
さらに、拡幅に先だって遮水領域に対する排水試験を行うことにより、地盤改良体および遮水壁による止水性能を事前に確認でき、それにより異常出水を確実に防止できるし、施工安全性をより万全とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
本実施形態は、本発明のトンネル拡幅工法によって道路トンネルの分岐合流部(ランプ部)を構築する場合の適用例であって、図1(a)に示すようにシールドトンネルからなる本線トンネル1を先行構築した後、(b)に示すようにその本線トンネル1を側方に拡幅してそこにランプトンネル2を接続することによって分岐合流部3を施工することを基本とするものである。
【0013】
本実施形態では、分岐合流部3の施工のために本線トンネル1を拡幅するに先立ち、図2〜図3に示すように拡幅予定領域(拡幅部)の全体を囲繞するように地盤改良体4を設ける。
地盤改良体4は、基本的には特許文献1〜2に示した従来のトンネル拡幅工法による場合と同様に、本線トンネル1内からの薬液注入により形成され、かつ内側の増強部4Aと外側の止水部4Bとによる二重構造のものであって、分岐合流部3に最終的に施工されるべき覆工壁5のやや外側の位置において拡幅部全体を囲繞する略筒状とされ、その両端部も同様の補強部4Aと止水部4Bとにより閉じられた形態で形成されるものである。
【0014】
内側の増強部4Aは懸濁型注入材の注入により形成されて充分なる地盤増強効果を発揮するものであり、外側の止水部4Bは溶液型注入材の注入により充分な止水効果を発揮するものであり、この地盤改良体4によって拡幅部全体を囲繞することによってその内側で実施される拡幅のための地盤掘削に際しての地盤安定性と止水性能を充分に確保し得るものである。
【0015】
そして、本実施形態では、上記の地盤改良体4の内側にそれと一体に複数(図示例では3枚)の遮水壁6が形成されている。それら遮水壁6は地盤改良体4における止水部4Bと同様に溶液型注入材の注入により形成されるもので、本線トンネル1の軸方向に所定間隔をおいた状態で、それぞれが本線トンネル1の横断面に沿う状態で形成されており、それら遮水壁6によって拡幅部の全体が複数(図示例では4ゾーン)の遮水領域7に水密裡に区画されている。
したがって、仮に地盤改良体4による止水性能が万全でなかったり、あるいは何らかの原因で止水性能が損なわれて万一の異常出水が発生する事態を想定しても、それによる影響を特定の遮水領域7内に限定することができ、したがって従来のこの種の工法に比べて拡幅時の施工安全性と施工性をより一層改善することができるものとなっている。
【0016】
なお、地盤改良体4の断面形状や各部の厚さ寸法等の諸元は、地盤の状況や施工するべき分岐合流部3の形状や規模に応じて適宜設計すれば良いが、一設計例を挙げれば、増強部4Aの厚さを2m程度とし、止水部4Bは増強部4Aと一部を重合(ラップ)させて全体の厚さを3m程度とすることが良い。
また、地盤改良体4の内側に遮水領域7を区画形成するための遮水壁6の厚さはたとえば3m程度とすると良く、それらの設置間隔(つまり遮水領域7の1区画の長さ)は40m程度とすることが良い。
【0017】
また、図3(c)に示すように本実施形態では拡幅部の一端側(図示例では右端側の本線トンネル1とランプトンネル2との接続部)においては本線トンネル1の覆工体であるセグメントを一部残置してそれを分岐合流部3の最終的な覆工壁5の一部として利用するようにしており、したがってそこでは本線トンネル1の一側方にのみ地盤改良体4を施工している。その場合、本線トンネル1のセグメントと地盤改良体4との接続部での止水性能を確保するために、必要に応じてセグメントの背面側に止水材を注入して裏込止水層8を形成することが好ましい。
さらに、拡幅に際してはセグメントの切り開きが実施されるのであるが、その際にセグメントの変形が想定される場合、地盤改良体4とセグメントとの間に隙間が生じてそこでの止水性能が低下することも想定されるので、そのような場合には必要に応じてそれを補償するようにそこでの止水部4Bの厚さや止水性能を予め増強しておくと良い。
【0018】
本実施形態における地盤改良体4の施工は特許文献1〜2にも示されているような従来一般の薬液注入工法が採用可能であるが、その一例を図4に示す。
図4(a)に示すように本線トンネル1内からその周囲地盤に多数の注入孔10を形成し、まず(b)に示すようにその最先端よりもやや手前の位置に懸濁型注入材を加圧注入して増強部4Aを形成する。
次いで、(c)に示すように注入管10の最先端から増強部4Aにラップする位置に溶液型注入材を加圧注入して止水部4Bを形成する。このように止水部4Bを増強部4Aにラップさせて形成することにより、増強部4Aは増強効果のみならず止水効果を併せ持つものとなる。
遮水壁6を形成するべき位置においては、(d)に示すように注入管10の全長にわたって溶液型注入材を加圧注入すれば良い。
【0019】
上記の薬液注入工程は、図5(a)に示すように本線トンネル1内からその周囲地盤に対して放射状に設けた多数の注入孔10を通して行うのであるが、その薬液注入は止水効果を確認しながら段階的に行うことが好ましい。
具体的には、まず(b)に示すように一次注入孔10aのみを比較的大きな間隔(たとえば3m程度)で形成して、それら一次注入孔10aを通して一次注入を行い、次いで(c)に示すように一次注入孔10aの間にそれよりも小さな間隔(たとえば1m程度)で二次注入孔10bを形成し、それら二次注入孔10bを通して二次注入を行って増強部4Aと止水部4Bからなる地盤改良体4を施工すると良い。
そして、以上で施工した地盤改良体4の止水性能をチェックするために、(d)に示すように二次注入孔10bの間にさらにチェック孔10cを形成してそれらチェック孔10cからの湧水の有無を確認し、その結果から必要に応じて追加注入を行うと良い。つまり、二次注入までで地盤改良体4が支障なく施工されればチェック孔10cからは殆ど湧水が生じる余地はないが、仮に止水性能が充分でなければチェック孔10cを通して湧水が生じる。そこで、予め設定した所定の想定値(たとえば毎分0.06リットル)を超えるような湧水があるような場合には止水性能が不十分であるとしてそれを補償することとし、その場合にはチェック孔10cを三次注入孔として溶液型注入材を追加注入すれば良い。
これにより、一次注入および二次注入のみでは充分な止水性能が確保できなかった場合においても、チェック孔10cにより止水性能の確認と止水性能確保のための追加注入を容易に実施することができ、万全の止水性能を確保することができる。
なお、三次注入において、一次注入、二次注入と同様に懸濁型注入材を注入して増強部4Aを形成するようにしても良い。
【0020】
以上の薬液注入工程は本線トンネル1内からその周囲地盤の各方向に対して同時に実施することでも良いが、あるいは適宜の工区を設定して各工区ごとに順次行うことでも良く、たとえば図6に示すように本線トンネル1の周囲地盤を左右の2工区に区分することが考えられる。この場合、まず(a)、(b)に示すように右半分(あるいは逆に左半分)の地盤に対して薬液注入を行い、それが完了した後に(c)、(d)に示すように左半分(あるいは逆に右半分)の工区に対して同様に薬液注入を行えば良い。その際には本線トンネル1内も左右のゾーンに区分して、薬液注入を行う工区側をそのための資機材を配置する作業ゾーン11とし、他方の工区側を作業車両を走行させるための通行レーン12とすれば良く、それにより全体作業の輻輳を回避して施工効率を確保することができる。
【0021】
なお、上記の薬液注入に際しては、たとえば特開2007−247389号公報に開示されているように注入圧力を周期的に変動させながら注入するというグラウト注入工法を採用することが好ましい。
【0022】
以上により地盤改良体4を施工した後には、本線トンネル1のセグメントを切り開いてNATM工法によりその外側を掘削して本線トンネル1を周囲に拡幅していけば良く、最終的に覆工壁5を施工して分岐合流部3を完成させる。
その際の施工手順としては、地盤改良体4内の上段(上半部)の掘削、上段セグメントの解体撤去、地盤改良体4内の下段(下半部)の掘削、下段セグメントの解体撤去、地盤改良体4の内側への覆工壁5の施工、という手順とすることが最も効率的であり一般的である。
【0023】
上記の拡幅掘削に際しては、必要に応じて図7に示すような鋼管先受工を設けることが好ましい。すなわち(a)に示すように本線トンネル1内に仮設構台13を設置してそこから拡幅部の少なくとも上部の地盤改良体4に対して多数の長尺の鋼管14を斜め前方に向けて密に打設するとともに、その内側に支保工15と吹付コンクリートによる覆工壁16を形成すると良い。
このような鋼管先受工を施工するための工法としてはたとえば特開2005−344460号公報や特開2003−147760号公報に開示されているようないわゆるAGF工法が好適に採用であり、それにより拡幅時の施工安全性を充分に確保することができるし、鋼管14を打設するための打設孔や鋼管自体を利用して地盤改良体4の止水性能の確認と、それが充分ではない場合の補修を行うこともできる。つまり、鋼管14を打設するための打設孔を形成する際にそこからの湧水がなければ地盤改良体4の止水性能が充分であることが確認でき、逆に想定値以上の湧水が生じている場合には止水性能が充分でないことになるから、その場合には打設孔や鋼管を通して地盤改良体4に対して溶液型注入材を追加注入することによりそこでの止水性能を確保することができる。
なお、拡幅掘削をNATM工法により行うに際して、必要であれば上記のような鋼管先受工に代えて、あるいはさらにそれに加えて、周囲地盤に止水改良範囲を貫通しない(壊さない)長さのロックボルトを打設しても良い。
【0024】
さらに、拡幅を行うに先立って遮水壁6により区画した遮水領域7内から地下水の排水試験を行うことにより、地盤改良体4および遮水壁6の止水性能を事前に確認することができる。
すなわち、図8に示すように地盤改良体4の内側に区画形成した遮水領域7内に所定間隔で地下水の水頭圧を観測するための内側観測孔20を設けるとともに、地盤改良体4の外側の任意の位置にも外側観測孔21を設け、本設トンネル1内から遮水領域7内に挿入した排水管22によりそこから地下水を排水して、それに伴う遮水領域7内の各位置における地下水圧の経時的な変動を水圧計(水頭圧計)23により観察することにより、地下水圧の変動の状況から地盤改良体4および遮水壁6の止水性能を確認することができる。
【0025】
この場合、充分な止水性能が確保されていれば排水に伴って遮水領域7内の地下水圧は外部の地下水圧に比べて確実に低下するが、止水性能が不十分な場合には外部からの地下水の流入により地下水圧が充分に低下しないか、あるいは低下するとしても極めて緩慢であるから、その状況から止水性能の程度を確認することができる。
そして、仮に止水性能が不十分であることが確認された場合には地盤改良体4や遮水壁6に対して追加の薬液注入を行い、最終的に止水性能が充分であることを確認したうえで拡幅を行うことにより、不用意に拡幅を行って異常出水が生じるような事態となることを未然に防止することができ、施工安全性を充分に確保することができる。
勿論、地盤改良体4および遮水壁6の止水性能が充分である場合、遮水領域7内から充分に排水した後に拡幅を行うことにより、拡幅のための掘削をドライな状態で行うことができて施工性に優れるし、流砂が発生するようなことも防止することができる。
【0026】
以上で本発明の一実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで好適な一例であって本発明は上記実施形態に限定されるものでは勿論なく、たとえば地盤改良体の形状やその施工手順、地盤改良体の内部における拡幅のための掘削手順や、拡幅後の覆工体の構造やその形態、施工手順、その他の具体的な工程については、構築するべき拡幅トンネルの形態や規模、地盤の状況、その他の諸条件を考慮して、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で適宜の設計的変更や応用が可能であることは当然である。
【0027】
たとえば、上記実施形態では地盤改良体4は増強部4Aと止水部4Bとを重合(ラップ)させて形成するようにしたが、本発明は必ずしもそうすることに限るものではなく、増強部4Aと止水部4Bとを重合させずに単に積層状態で形成することでも良い。また、必要であれば増強部4Aや止水部4Bを複数形成して全体をさらに多重構造とすることも考えられるし、さらには特許文献2に示されるように増強部4Aと止水部4Bとの間に透水性を有する地山層を残すことも考えられる。
【0028】
また、上記実施形態は道路トンネルにおける分岐合流部の構築に際しての適用例であるが、本発明は様々な用途、規模、形態のトンネルを拡幅する場合全般に広く適用できることはいうまでもなく、たとえば先行構築した小断面のパイロットトンネルをその全長にわたっていわゆるリーミング工法によって拡幅して大断面トンネルを構築する場合にも好適に採用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】本発明の実施形態を示すもので、先行構築した本線トンネルとそれを拡幅して構築される分岐合流部を示す図である。
【図2】同、拡幅予定領域に対して地盤改良体を施工した状態を示す平断面図である。
【図3】同、横断面図である。
【図4】同、地盤改良体の形成工程を示す図である。
【図5】同、地盤改良体の形成のための薬液注入工程の手順を示す図である。
【図6】同、薬液注入工程を工区分けにより行う場合の例を示す図である。
【図7】同、拡幅に際しての補助工法としての鋼管先受工法を示す図である。
【図8】同、拡幅に先立って実施する排水試験についての説明図である。
【符号の説明】
【0030】
1 本線トンネル(トンネル)
2 ランプトンネル
3 分岐合流部(拡幅部、拡幅予定領域)
4 地盤改良体
4A 増強部
4B 止水部
5 覆工壁
6 遮水壁
7 遮水領域
8 裏込止水層
10 注入孔
10a 一次注入孔
10b 二次注入孔
10c チェック孔(三次注入孔)
11 作業ゾーン
12 通行レーン
13 仮設構台
14 鋼管
15 支保工
16 覆工壁
20 内側観測孔
21 外側観測孔
22 排水管
23 水圧計

【特許請求の範囲】
【請求項1】
先行構築したトンネルを拡幅して該トンネルよりも大断面の拡幅トンネルを構築するに際し、前記トンネル内より少なくとも拡幅方向の地盤に対して薬液注入による地盤改良を行って拡幅予定領域を取り囲む地盤改良体を施工して、該地盤改良体の内側において前記トンネルを拡幅するトンネル拡幅工法であって、
前記地盤改良体を施工するに際し、該地盤改良体を懸濁型注入材の注入による増強部と溶液型注入材の注入による止水部とからなる多重構造体として形成するとともに、該地盤改良体の内側に、溶液型注入材の注入による複数の遮水壁をトンネル軸方向に所定間隔をおいてトンネル横断面に沿わせた状態で前記地盤改良体と一体に形成することにより、該遮水壁によって前記地盤改良体の内側に複数の遮水領域を区画形成することを特徴とするトンネル拡幅工法。
【請求項2】
請求項1記載のトンネル拡幅工法であって、
前記地盤改良体の施工に際しては、懸濁型注入材および溶液型注入材を段階的に注入するべく、まず一次注入孔を所定間隔で形成して該一次注入孔から一次注入を行い、次いで一次注入孔の間に二次注入孔を形成して該二次注入孔から二次注入を行って前記地盤改良体を施工し、しかる後に、該地盤改良体の止水性能を確認するためのチェック孔を二次注入孔の間に形成して、該チェック孔から想定値以上の湧水が認められた際には該チェック孔を三次注入孔として地盤改良体に対して溶液型注入材を追加注入することを特徴とするトンネル拡幅工法。
【請求項3】
請求項1または2記載のトンネル拡幅工法であって、
前記トンネルを拡幅する先だって、少なくとも拡幅予定領域の上部に予め多数の鋼管を密に打設して前記地盤改良体内に鋼管先受工を施工するとともに、該鋼管先受工を施工するに際しては、鋼管を打設するための打設孔からの湧水を確認して、該打設孔から想定値以上の湧水が認められた際には該打設孔を注入孔として地盤改良体に対して溶液型注入材を追加注入することを特徴とするトンネル拡幅工法。
【請求項4】
請求項1、2または3記載のトンネル拡幅工法であって、
前記トンネルを拡幅する先だって、前記遮水領域内から地下水を排水する排水試験を行って該遮水領域内の地下水圧を確認することにより、該遮水領域を区画形成している地盤改良体および遮水壁の止水性能を確認することを特徴とするトンネル拡幅工法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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