トンネル接続部止水構造およびトンネル接続部止水方法
【課題】薬液の注入量を低減できるとともに、止水板を設けなくても止水性の高いトンネル接続部止水構造およびトンネル接続部止水方法を提供する。
【解決手段】互いに平行に連接される複数のトンネル２，２の接続部３の止水をするためのトンネル接続部止水構造１であって、前記接続部分３の外側に、袋体４内にモルタルなどの充填材５を充填することで形成される遮蔽体６が設けられており、この遮蔽体６は、一方のトンネル２の外周壁１８から前記袋体４内に充填材５を充填することで他方のトンネル２の外周壁１８に到達するように形成されている。
【解決手段】互いに平行に連接される複数のトンネル２，２の接続部３の止水をするためのトンネル接続部止水構造１であって、前記接続部分３の外側に、袋体４内にモルタルなどの充填材５を充填することで形成される遮蔽体６が設けられており、この遮蔽体６は、一方のトンネル２の外周壁１８から前記袋体４内に充填材５を充填することで他方のトンネル２の外周壁１８に到達するように形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに平行に連接される複数のトンネルの接続部の止水をするためのトンネル接続部止水構造およびトンネル接続部止水方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大断面トンネルを構築するのに、複数の小断面トンネルを平行に連接して、これらを相互に連結することで、外殻を構築し、その内部を汎用機械で掘削する工法が多く採用されている。
【０００３】
従来、隣接する前記小断面トンネルの接続部を止水するには、各小断面トンネルを構築した後に、トンネル内から接続部の地山にセメントミルクなどの薬液を注入して地山を固めて止水を行うようになっていた。
【０００４】
ところで、推進工法やシールド工法などによってトンネルを構築した場合、トンネル外周面と地山との間に発生するテールボイドに裏込め材を注入するのに、袋体内に裏込め材を注入してテールボイド内で膨張させる方法が用いられていた（例えば、特許文献１乃至特許文献６参照）。これらの袋体は、地山の山留めを行うためのものであって、トンネルの外周方向全周に沿って設けられていた。
【特許文献１】特許第３４５７６４７号公報
【特許文献２】特許第２６４８６６５号公報
【特許文献３】特公昭５９−１８５１９号公報
【特許文献４】特開平９−２８７３９１号公報
【特許文献５】特開２００４−１１１３４号公報
【特許文献６】実公昭５０−３８９９４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、前記した従来の止水方法では、地山の状態によっては、大量の薬液を注入しなければならず、トンネル間の隙間を鉄板などの止水板で塞ぐ必要があるため、その施工に多くの手間と費用を要していた。
【０００６】
そこで、本発明は、前記の問題を解決すべく案出されたものであって、薬液の注入量を低減できるとともに、止水板を設けなくても止水性の高いトンネル接続部止水構造およびトンネル接続部止水方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、互いに平行に連接される複数のトンネルの接続部の止水をするためのトンネル接続部止水構造であって、前記接続部の外側に、袋体内に充填材を充填することで形成される遮蔽体を設けたことを特徴とするトンネル接続部止水構造である。
【０００８】
前記構成によれば、袋体内に充填材を充填しているので、従来のように充填材が地山内の広い範囲で流れる出すことはない。したがって、充填材の充填量は、袋体の体積より多くなることはなく、従来と比較して低減することができる。また、遮蔽体は、袋体内に充填材を充填することで形成されているので、トンネルの外形に追従して接続部の隙間を塞ぐことができ、別途に止水板を設けなくても、高い止水性を得ることができる。さらに、接続部の周囲の地盤を充填材に置き換えるので、その部分の地盤改良が行えるとともに、遮蔽体が地山を押えるので、崩落防止を図ることもできる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、前記遮蔽体が、一方のトンネル外周壁から前記袋体内に充填材を充填することで他方のトンネル外周壁に到達するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載のトンネル接続部止水構造である。
【００１０】
前記構成によれば、充填材の注入装置を片方のトンネルに設ければよいので、装置の簡略化が図れ、製造コストの削減やメンテナンスの容易化が達成できる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、前記遮蔽体と地山との隙間に、充填材を充填したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトンネル接続部止水構造である。
【００１２】
前記構成によれば、遮蔽体と地山との隙間に充填材を充填することで、トンネルと地山との空間で、遮蔽体が充填材と一体化されて嵌まるので、遮蔽体がずれることはなく、接続部の止水性を高めることができる。
【００１３】
請求項４に係る発明は、前記他方のトンネル外周壁に、前記遮蔽体の一部が挿入される凹部を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載トンネル接続部止水構造である。
【００１４】
前記構成によれば、前記他方のトンネル外周壁に形成された凹部に、遮蔽体の一部が挿入されることで、凹部の角部が遮蔽体に押し付けられるので、遮蔽体が凹部に引っ掛かってトンネルのずれに対抗し、遮蔽体とトンネルとの間に隙間ができたり遮蔽体がトンネルに対してずれたりするのを防止できる。
【００１５】
請求項５に係る発明は、前記他方のトンネル外周壁に、前記遮蔽体の表面に食い込んで当該遮蔽体を係止する凸部を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のトンネル接続部止水構造である。
【００１６】
前記構成によれば、遮蔽体に凸部が食い込むので、遮蔽体が凹部に引っ掛かってトンネルのずれに対抗し、遮蔽体とトンネルとの間に隙間ができたり遮蔽体がトンネルに対してずれたりするのを防止できる。
【００１７】
請求項６に係る発明は、互いに平行に連接される複数のトンネルの接続部の止水をするためのトンネル接続部止水方法であって、先行トンネルを構築して、後行トンネルを前記先行トンネルに沿うように構築した後、前記先行トンネルおよび前記後行トンネルの少なくとも一方のトンネル外周壁に設けられた袋体内に、トンネル内から充填材を充填して当該袋体を膨張させて、前記先行トンネルと前記後行トンネルとの接続部の外側に遮蔽体を形成したことを特徴とするトンネル接続部止水方法である。
【００１８】
前記方法によれば、袋体内に充填材を充填しているので、従来のように充填材が地山内の広い範囲で流れる出すことはない。したがって、充填材の充填量は、袋体の体積より多くなることはなく、従来と比較して低減することができる。また、遮蔽体を、袋体内に充填材を充填することで形成しているので、トンネルの外形に追従して接続部の隙間を塞ぐことができ、別途に止水板を設けなくても、高い止水性を得ることができる。
【００１９】
請求項７に係る発明は、前記遮蔽体が形成される改良ゾーンを、前記先行トンネルの構築時に掘削して形成し、前記改良ゾーンに滑材や泥水などを充填した後、前記後行トンネルを構築し、その後、前記袋体を膨張させることを特徴とする請求項６に記載のトンネル接続部止水方法である。
【００２０】
前記方法によれば、改良ゾーンを予め形成したことによって、袋体が膨張しやすい。また、袋体は改良ゾーンの内周壁に沿って膨張するので、遮蔽体と地山（改良ゾーンの内周壁）との接触面積が増加して密着性が高まり、止水性を高めることができる。さらに、後行トンネルの構築前に、改良ゾーンに滑材や泥水などを充填しているので、改良ゾーンの内壁面の土砂落下（肌落ち）を防止できる。
【００２１】
請求項８に係る発明は、前記先行トンネルおよび前記後行トンネルを構築した後に、トンネル内から前記遮蔽体が形成される改良ゾーンに高圧ジェットなどを吹き付けて地山を緩め、その後、前記袋体を膨張させることを特徴とする請求項６に記載のトンネル接続部止水方法である。
【００２２】
前記方法によれば、高圧ジェットなどを吹き付けることで、改良ゾーンの地山を緩めるので、袋体は地山を押し退けながら容易に膨張することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、薬液の注入量を低減できるとともに、止水板を設けなくてもトンネル接続部の止水性を高めることができるといった優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
［第一の実施の形態］
図１は本発明に係るトンネル接続部止水構造を実施するための最良の第一の形態を示した断面図、図２は本発明に係るトンネル接続部止水構造を実施するための最良の第一の形態を示した断面斜視図、図３は本発明に係るトンネル接続部止水構造を実施するための最良の第一の形態を示した平面図、図４はトンネルを掘削する掘進機を示した正面図、図５は袋体に注入される充填材の仕様設計例を説明するための概略図、図６は第一の実施の形態に係るトンネル接続部止水方法の作業工程を説明するための部分断面図である。
【００２６】
まず、本実施の形態に係るトンネル接続部止水構造の構成を説明する。
【００２７】
図１に示すように、かかるトンネル接続部止水構造１は、互いに平行に連接される複数のトンネル２，２の接続部３の止水をするための構造であって、隣接するトンネル２，２の接続部３の外側に、袋体４内にモルタルなどの充填材５を充填することで形成される遮蔽体６を設けたことを特徴とする。
【００２８】
各トンネル２，２は、推進工法またはシールド工法（本実施の形態では推進工法）により構築されている。ここで、推進工法とは、トンネルの覆工となる筒状の推進函体を坑口から順次地中に圧入してトンネルを構築する工法である。なお、推進函体の先端には、刃口や掘進機（本実施の形態では掘進機）などが取り付けられている。推進工法の掘進機は、推進函体に反力をとって自ら推進するもの（つまり、推進ジャッキを装備しているもの）でもよいし、推進函体を介して伝達された元押しジャッキの推力により掘進するものであってもよい。一方、シールド工法とは、トンネル切羽に設置された掘進機で地山を掘削するとともに、掘進機の内部でトンネル覆工となるセグメントを組み立ててトンネルを構築する工法である。なお、シールド掘進機は、その内部で組み立てられたセグメントに反力を取って自ら掘進する。
【００２９】
本実施の形態では、トンネル２は、図４に示すような断面円形の掘進機７によって地山８（図１参照）を掘削して、後方から図示しない推進装置で推進函体２０（図２参照）を順次後押しすることで構築されている。掘進機７には、トンネル本体部の断面を掘削するメインカッタ９と、接続部３の遮蔽体６が形成される改良ゾーン１０（図１参照）を掘削するサブカッタ１１とが設けられている。メインカッタ９は、カッタ回転軸１２に、複数のカッタスポーク１３が放射状に固定されて構成されている。カッタスポーク１３の前面には、複数のカッタビット１４が取り付けられている。サブカッタ１１は、改良ゾーン１０を掘削するための小径のカッタであって、カッタ回転軸１５に、前面にカッタビット１７を備えた複数のカッタスポーク１６が設けられて構成されている。サブカッタ１１は、メインカッタ９の側部で上下に配置されている。メインカッタ９とサブカッタ１１とは、その掘削範囲が重合しているが、サブカッタ１１は、メインカッタ９の掘進方向後方に配置されており、カッタ同士の干渉を防いでいる。
【００３０】
改良ゾーン１０（図１参照）は、回転式のサブカッタ１１によって掘削されるため、その内周面は断面円弧状に形成されている。改良ゾーン１０は、その両側にトンネル本体部が位置するため、最終的に断面扇形に形成されることとなる
【００３１】
図１および図２に示すように、トンネル２の覆工となる外周壁１８（推進函体２０）は、スチールあるいはコンクリート（本実施の形態ではスチール）によって構成されている。なお、図１中、１８ａは外殻を構成するスキンプレート、１８ｂは補強リブを示す。図２に示すように、図中左側のトンネル２の一側面（図２中、右側面）には、図中右側に隣り合うトンネル２の他側面（図２中、左側面）が位置する凹状の収容部１９が形成されている。このように、トンネル２の他側面が、隣り合うトンネル２の収容部１９に位置することによって、トンネル２，２同士が近接することができる。なお、収容部１９は、トンネル２の一側面に設けられるのに限られるものではなく、トンネル２の配置される位置（大断面トンネルのどの部分に配置されるか）によっては、その両側面、上面または下面、あるいは上下両面に形成される場合もある。
【００３２】
袋体４は、一方のトンネル２（本実施の形態では、先に構築される先行トンネル２ａ）の、他方のトンネル２（本実施の形態では、後に構築される後行トンネル２ｂ）との接続部３の近傍に取り付けられている。袋体４は、一方のトンネル２（先行トンネル２ａ）の外周壁１８から袋体４内に充填材５を充填することで、他方のトンネル２（後行トンネル２ｂ）の外周壁１８に到達するように構成されている。袋体４は、例えば、布などの通気性および弾力性（柔軟性）を有する素材で形成されている。なお、袋体４は、布などに限られるものではなく、ゴムなど他の素材で形成されていてもよい。袋体４は、図３に示すように、トンネル２の掘進方向に延びて設けられており、一つの推進函体分の推進方向長さを有している。なお、袋体４の長さは、これに限られるものではなく、推進函体長さを分割して、一つの推進函体に対して袋体４を複数設けるようにしてもよい。
【００３３】
なお、本実施の形態では、大断面トンネルを構築すべくトンネル２が多数形成されるため、一の先行トンネル２ａに対して後行トンネル２ｂであったものが、次に構築されるトンネル２に対しては、先行トンネル２ａとなる。そのため、以下に説明する後行トンネル２ｂにも、後記する充填材２５の注入口２６とは逆側の外周壁１８に袋体４や注入口２１などが設けられることとなる。
【００３４】
図１に示すように、先行トンネル２ａの、接続部３の近傍の外周壁１８には、モルタルなどの充填材５を袋体４に注入するための注入口２１が形成されている。先行トンネル２ａの外周壁１８の、注入口２１の周囲には、充填材５が注入される前の袋体４が収容される溝部２２が形成されている。注入口２１は、掘進方向に沿って所定ピッチで複数形成されている。溝部２２は、掘進方向に沿って延びて形成されている。袋体４は、その開口部２３が注入口２１を覆うように、外周壁１８に取り付けられている。袋体４と外周壁１８との固定は、接着剤、アンカー、鋲などの公知の技術を適宜採用して行われる。
【００３５】
先行トンネル２ａの内部には、注入口２１に繋がる注入管２４が設けられている。注入管２４は、充填材５の供給装置（図示せず）に接続されており、供給装置から供給される充填材５を搬送する役目を果たす。
【００３６】
後行トンネル２ｂの、改良ゾーン１０に面する外周壁１８には、遮蔽体６の周囲の地山８との隙間に充填される充填材２５の注入口２６が形成されている。後行トンネル２ｂの内部には、注入口２６に繋がる注入管２７が設けられている。注入管２７は、充填材２５の供給装置（図示せず）に接続されており、供給装置から供給される充填材２５を搬送する役目を果たす。
【００３７】
なお、先行トンネル２ａの側部に、先行トンネル２ａよりも先に構築されたトンネル（図示せず）がある場合には、袋体４が設けられた側とは逆側に、遮蔽体の周囲の地山との隙間に充填される充填材の注入口（図示せず）が形成されている。
【００３８】
ところで、袋体４内には、モルタルなどの充填材５が充填されており、袋体４は、改良ゾーン１０内で膨張して、改良ゾーン１０の内周壁にほぼ沿うように構成されている。充填材５は、モルタルなどの固化材にて構成されている。固化材は、袋体４へ注入可能な流動性を有するとともに、固化後に必要な強度を発現することが必要である。充填材５の仕様は、袋体４の膨張範囲や、接続部３の隙間などの各種条件に応じて適宜算出される。
【００３９】
以下、図５に従って、充填材５の仕様設計例を説明する。
【００４０】
図５に示すように、本実施の形態に係るトンネル接続部止水構造１では、袋体４に注入口２１から充填材５を充填して、袋体４を予め掘削された改良ゾーン１０内で膨張させる。袋体４内に注入された充填材５が固化した後に、接続工において図示するスキンプレート撤去範囲のスキンプレートＳＰおよび地山保持材（図示せず）を撤去すると、遮蔽体６内の充填材５が外部からの地下水圧を負担することとなる。
【００４１】
ここで、充填材５の、後行トンネル２ｂの外周壁１８に沿った範囲のせん断破壊について着目する。後行トンネル２ｂの外周壁１８と袋体４との間の摩擦力は考慮せずに（遮蔽体６の周囲の地山８との隙間には、充填材２５が充填されるが、ここでは安全代としておく）、充填材５内の破壊想定線Ｌ１上のせん断耐力が、せん断破壊着目部Ａに作用する水圧に抵抗するものとする。このとき、充填材５に必要な許容せん断応力度τａは、以下の式１によって求められる。
【００４２】
τａ＝Ｆｓ・ｐ・Ｌｐ・Ｄ／（Ｌｒ・Ｄ）・・・（式１）
ここで、（Ｆｓ：安全率＝１．５）、（ｐ：水圧＝１Ｍｐａ）、（Ｌｐ：せん断破壊着目部の厚さ＝９０ｍｍ）、（Ｄ：充填材の奥行き＝１．０ｍ）、（Ｌｒ：せん断破壊着目部の長さ＝３５０ｍｍ）である。
このとき、せん断破壊着目部の厚さＬｐは、先行トンネル２ａと後行トンネル２ｂとの隙間ｓ１の寸法１３２．３ｍｍから算出されている。なお、注入口２１は、先行トンネル２ａの端部から１００ｍｍの位置に設けられた直径１００ｍｍの円形である。
【００４３】
式１を計算すると、τａ＝１．５×１．０×０．０９×１．０／（０．３５×１．０）＝０．３９Ｍｐａ＝０．３９Ｎ／ｍｍ２となる。
【００４４】
この値は、普通コンクリートのｆｃｋ＝２４Ｎ／ｍｍ２の場合の、許容せん断応力度（斜め引張鉄筋の計算をしない場合）τａ＝０．４５Ｎ／ｍｍ２以内に収まっている。また、袋体４の大きさは、断面積＝１３００ｃｍ２となる。
【００４５】
したがって、充填材５および袋体４の仕様は、普通コンクリートを用いて、以下のように、設計され規定される。すなわち、充填材５は、袋体４内へ圧入可能な流動性を持ち、許容せん断応力度τａ＝０．３９Ｎ／ｍｍ２であることが必要となる。そして、袋体４は、充填材５の圧力注入に対して容易に膨張し、改良ゾーン１０の内壁面および各トンネル２の外周壁１８に密着しながら広がる弾力性を有し、断面積が１３００ｍｍ２に達しても破断などに対して十分な余裕を持つことが必要となる。
【００４６】
図１に示すように、遮蔽体６の周囲の地山８との隙間には、後行トンネル２ｂの注入管２７および注入口２６を介して、充填材２５が充填されている。充填材２５もモルタルなどの固化材が利用されるが、袋体４内に注入される充填材５程の強度は必要なく、遮蔽体６と地山８との隙間ｓ２を流動可能な流動性を有し、固化することで隙間ｓ２内の遮蔽体６を固定できれば足りる。
【００４７】
次に、図６に沿って、本発明に係るトンネル接続部止水方法の作業工程を説明しながら、その作用について説明する。
【００４８】
まず、図６（ａ）に示すように、掘進機７（図４参照）を用いて、先行トンネル２ａを掘削する。ここで、先行トンネル２ａの、後に構築される後行トンネル２ｂ（図６（ｂ）〜（ｄ）参照）側の側面には、後行トンネル２ｂに向かって開口する凹状の収容部１９が形成される。また、収容部１９の上部の外周壁１８、すなわち、接続部３の外側の外周壁１８（ルーフ部）には、袋体４が折り畳まれた状態で、溝部２２に収容されている。これによって、先行トンネル２ａの掘削中に袋体４が地山８に引っ掛かるのを防止でき、袋体４の破損や掘進抵抗の増加を防止できる。接続部３の近傍では、サブカッタ１１によって、後に遮蔽体６が形成される改良ゾーン１０が先行トンネル２ａの掘削と同時に掘削される。収容部１９と改良ゾーン１０には、滑材１０ａや泥水などを充填しておく。これによって、先行トンネル２ａの外周壁１８との間に隙間を持って形成される地山８の掘削面の内壁面に対して、適度な圧力で加圧することができるので、その表面土砂の落下（肌落ち）を防止できる。
【００４９】
次に、図６（ｂ）に示すように、掘進機７（図４参照）を用いて、後行トンネル２ｂを掘削する。このとき、後行トンネル２ｂの、先行トンネル２ａ側の側面は、先行トンネル２ａの収容部１９に収容されるので、先行トンネル２ａと後行トンネル２ｂとが近接して配置される。このとき、後行トンネル２ｂも、先行トンネル２ａと同等の形状に形成され、改良ゾーンおよび収容部（ともに図示せず）が形成される。この収容部は、後行トンネル２ｂの次に構築されるトンネル（図示せず）を後行トンネル２ｂに近接させるためのものである。
【００５０】
先行トンネル２ａおよび後行トンネル２ｂが所定長さ構築されたならば、図６（ｃ）に示すように、先行トンネル２ａ内に設けられた充填材５の供給装置（図示せず）および注入管２４を介して充填材５を供給し、注入口２１から袋体４内へと充填材５を充填する。このとき、充填材５は、注入口２１から圧入可能な流動性を有しているので、円滑に袋体４内へと充填（注入）される。充填材５の充填は、改良ゾーン１０内の滑材１０ａや泥水の圧力と袋体４の膨張圧との圧力バランス、充填材５の充填量と袋体４の膨張量とのバランスを保ちながら行う。袋体４は、改良ゾーン１０の内壁面と後行トンネル２ｂの外周壁１８に沿って広がり、その外周面の殆どが改良ゾーン１０の内壁面と後行トンネル２ｂの外周壁１８と接する所まで膨張する。そして、袋体４は、先行トンネル２ａと後行トンネル２ｂとの間の隙間ｓ１に入り込んで、その隙間ｓ１を塞ぐ遮蔽体６を構成する。
【００５１】
このように、本発明においては、袋体４内に充填材５を充填しているので、従来のように充填材が地山８内の広い範囲で流れる出すことはない。したがって、充填材５の充填量は、袋体４の体積より多くなることはなく、従来と比較して低減することができる。また、遮蔽体６は、袋体４内に充填材５を充填することで形成されているので、トンネルの外形に追従して接続部３の隙間ｓ１を塞ぐことができ、従来のように別途に止水板を設けなくても、高い止水性を得ることができる。さらに、改良ゾーン１０内に充填しておいた滑材１０ａや泥水と、袋体４内に注入される充填材５とを全置換し、改良ゾーン１０内で充填材５を固化させているので、遮蔽体６は、地山８の土圧がかかる接続部３の外側（トンネル２の外側）から、隙間ｓ１を塞ぐこととなる。したがって、遮蔽体６は、接続部３に押し付けられることとなり、止水性が非常に高い。
【００５２】
また、遮蔽体６は、改良ゾーン１０内で膨張しているので、山留め材としての役目も果たし、改良ゾーン１０の地山８の肌落ちや崩落を防止できる。さらに、接続部３の周囲の地盤を充填材５に置き換えるので、その部分の地盤改良が行える。
【００５３】
さらに、本実施の形態では、先行トンネル２ａの外周壁１８から袋体４内に充填材５を充填することで、後行トンネル２ｂの外周壁１８に到達するように遮蔽体６を形成しているので、充填材５の供給装置や注入管２４などの装置は、片方のトンネル（先行トンネル２ａ）のみに設ければよいので、装置の簡略化が図れ、製造コストの削減やメンテナンスの容易化が達成できる。
【００５４】
次に、図６（ｄ）に示すように、後行トンネル２ｂ内に設けられた供給装置（図示せず）および注入管２７を介して袋体４と地山８との隙間ｓ２用の充填材２５を供給し、注入口２６から隙間ｓ２へと充填材２５を充填する。このとき、充填材２５は、適度な流動性を有しているので、円滑に隙間ｓ２内へと注入される。このように、充填材２５を、袋体４と地山８との隙間ｓ２に充填したことによって、先行トンネル２ａおよび後行トンネル２ｂと地山８との間の空間（改良ゾーン１０）で遮蔽体６と充填材２５が一体化されて嵌まるので、遮蔽体６がずれることはなく、さらに、隙間ｓ２を埋めることができるので、接続部３の止水性を大幅に高めることができる。
【００５５】
以上の工程を繰り返し行い、各トンネル２を相互に連結し、大断面トンネルの外殻を構築した後に、内部のスキンプレートＳＰ（図５参照）と地山保持材（図示せず）を撤去する。このとき、充填材５は、十分な許容せん断応力度を有しているので、地山８の土圧に対抗することができる。
【００５６】
［第二の実施の形態］
図７は第二の実施の形態に係るトンネル接続部止水方法の作業工程を説明するための部分断面図である。
【００５７】
第二の実施の形態に係るトンネル接続部止水方法は、先行トンネル２ａおよび後行トンネル２ｂを構築した後に、トンネル２（本実施の形態では後行トンネル２ｂ）内から遮蔽体６が形成される改良ゾーン１０に高圧ジェット３１などを吹き付けて地山８を緩め、その後、袋体４を膨張させることを特徴とする。
【００５８】
以下、トンネル接続部止水方法の作業工程を説明する。
【００５９】
まず、図７（ａ）に示すように、先行トンネル２ａを構築した後に、後行トンネル２ｂを、先行トンネル２ａに沿わして構築する。後行トンネル２ｂの、接続部３の外側に位置する外周壁１８には、高圧ジェット３１を吹き付けるための吹付けノズル３２が地山８に臨んで設けられている。吹付けノズル３２には、水などに圧力をかけて吹付けノズル３２に供給する圧縮装置（図示せず）が接続されている。後行トンネル２ｂの構築時に、吹付けノズル３２から、地山８の改良ゾーン１０に向けて高圧ジェット３１を吹き付けて、改良ゾーン１０の土砂を緩めておく。
【００６０】
その後、図７（ｂ）に示すように、土砂を緩めておいた改良ゾーン１０に向けて袋体４を膨張させる。袋体４には、第一の実施の形態と同様に、先行トンネル２ａに設けられた充填材５の供給装置（図示せず）および注入管２４を介して充填材５を供給され、注入口２１から注入される。このとき、袋体４は、改良ゾーン１０内の土砂を押し退けながら改良ゾーン１０内で膨張する。すなわち、袋体４は改良ゾーン１０内の土砂に密着しながら土砂を押し退けているので、遮蔽体６と地山８との間には、隙間は発生することはなく、遮蔽体６の周囲に充填材を充填する必要はない。
【００６１】
なお、その他の構成および作業工程については第一の実施の形態と同様であるので、図面に同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００６２】
かかる第二の実施の形態によれば、第一の実施の形態と同様に、充填材５の注入量を従来と比較して低減することができるとともに、従来のように別途に止水板を設けなくても、高い止水性を得ることができる。さらに、第二の実施の形態によれば、前記作用効果の他に、改良ゾーン１０の掘削を行わなくて済むので、図４に示したサブカッタ１１を設ける必要がなくなる。したがって、掘進機の構成部品を低減することができ、その製造コストを大幅に削減することができる。
【００６３】
［第三の実施の形態］
図８は第三の実施の形態に係るトンネル接続部止水構造を示した断面図である。
【００６４】
図８に示すように、かかるトンネル接続部止水構造４１は、後行トンネル２ｂの、袋体４が当接する部分の外周壁１８に、遮蔽体６の一部が挿入される凹部４３を形成したことを特徴とする。凹部４３は、外周壁１８の表面に、掘進方向に延びて、袋体４と同等の長さに形成されている。また凹部４３は、膨張した袋体４の幅と同等の幅（後行トンネル２ｂの周方向長さ）を有しており、袋体４の後行トンネル２ｂ側端部の全体を収容するようになっている。凹部４３の底面には、充填材２５を充填するための注入口２６が形成されている。
【００６５】
なお、その他の構成については、第一の実施の形態と同様であるので、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００６６】
かかる第三の実施の形態によれば、後行トンネル２ｂの外周壁１８に形成された凹部４３に、遮蔽体６の一部が挿入されることで、凹部４３の角部４３ａが遮蔽体６に押し付けられるので、遮蔽体６が凹部４３に引っ掛かる。これによって、後行トンネル２ｂと遮蔽体６のずれに対抗することができ、遮蔽体６と後行トンネル２ｂとの間に隙間ができたり遮蔽体６が後行トンネル２ｂに対してずれたりするのを防止できる。したがって、接続部３の止水性がさらに高くなる。
【００６７】
［第四の実施の形態］
図９は第四の実施の形態に係るトンネル接続部止水構造を示した断面図である。
【００６８】
図９に示すように、かかるトンネル接続部止水構造５１は、後行トンネル２ｂの、袋体４が当接する部分の外周壁１８に、遮蔽体６の表面に食い込んで当該遮蔽体６を係止する凸部５２を形成したことを特徴とする。凸部５２は、後行トンネル２ｂの外周壁１８に形成された凹部５３内に、複数列（本実施の形態では２列）形成されている。凹部５３は、図８の凹部４３と同様に、外周壁１８の表面に、掘進方向に延びて、袋体４と同等の長さに形成されている。凸部５２は、凹部５３内で掘進方向に延びて、袋体４と同等の長さに形成されている。凸部５２は、凹部５３内に挿入された袋体４の後行トンネル２ｂ側端部に食い込んで、遮蔽体６を係止するように構成されている。凹部５３の底面には、充填材２５を充填するための注入口２６が形成されている。
【００６９】
なお、その他の構成については、第一の実施の形態と同様であるので、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００７０】
かかる第四の実施の形態によれば、遮蔽体６に凸部５２が食い込むので、遮蔽体６が凸部５２に引っ掛かって、後行トンネル２ｂと遮蔽体６のずれに対抗することができ、遮蔽体６と後行トンネル２ｂとの間に隙間ができたり遮蔽体６が後行トンネル２ｂに対してずれたりするのを防止できる。したがって、接続部３の止水性がさらに高くなる。さらに、凸部５２は、凹部５３内に形成されているので、後行トンネル２ｂの外周壁１８から突出することはなく、トンネル構築時に、凸部５２の先端が地山８に食い込んで摩耗することはない。
【００７１】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。例えば、前記実施の形態では、先行トンネル２ａに袋体４を設けて、後行トンネル２ｂ側に向かって膨張するように構成したが、これに限定されるものではなく、後行トンネル側に袋体を設けてもよい。さらに、先行トンネルと後行トンネルの両方に袋体をそれぞれ設け、これら袋体をともに膨張させて、互いに突き合わせるようにしてもよい。
【００７２】
また、本実施の形態では、先行トンネル２ａと後行トンネル２ｂとの接続部３の上下両方に遮蔽体６を形成するようにしたが、地山８の状況（地下水が少ない場合など）によっては、上側の接続部３のみに遮蔽体６を形成してもよい。
【００７３】
本実施の形態では、断面円形のトンネルを例に挙げて説明したが、断面形状は円形に限られるものではないのは勿論である。さらに、本実施の形態では、本発明について、推進工法で構築されるトンネル２を例に挙げて説明したが、本発明は、シールド工法で構築されるトンネルであっても適用できるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明に係るトンネル接続部止水構造を実施するための最良の第一の形態を示した断面図である。
【図２】本発明に係るトンネル接続部止水構造を実施するための最良の第一の形態を示した断面斜視図である。
【図３】本発明に係るトンネル接続部止水構造を実施するための最良の第一の形態を示した平面図である。
【図４】トンネルを掘削する掘進機を示した正面図である。
【図５】袋体に注入される充填材の仕様設計例を説明するための概略図である。
【図６】第一の実施の形態に係るトンネル接続部止水方法の作業工程を説明するための部分断面図であって、（ａ）は第一工程説明図、（ｂ）は第二工程説明図、（ｃ）は第三工程説明図、（ｄ）は第四工程説明図である。
【図７】第二の実施の形態に係るトンネル接続部止水方法の作業工程を説明するための部分断面図であって、（ａ）は第一工程説明図、（ｂ）は第二工程説明図である。
【図８】第三の実施の形態に係るトンネル接続部止水構造を示した断面図である。
【図９】第四の実施の形態に係るトンネル接続部止水構造を示した断面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１ トンネル接続部止水構造
２ トンネル
２ａ 先行トンネル
２ｂ 後行トンネル
３ 接続部
４ 袋体
５ 充填材
６ 遮蔽体
８ 地山
１０ 改良ゾーン
１０ａ 滑材
１８ （トンネルの）外周壁
３１ 高圧ジェット
４３ 凹部
５２ 凸部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに平行に連接される複数のトンネルの接続部の止水をするためのトンネル接続部止水構造およびトンネル接続部止水方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大断面トンネルを構築するのに、複数の小断面トンネルを平行に連接して、これらを相互に連結することで、外殻を構築し、その内部を汎用機械で掘削する工法が多く採用されている。
【０００３】
従来、隣接する前記小断面トンネルの接続部を止水するには、各小断面トンネルを構築した後に、トンネル内から接続部の地山にセメントミルクなどの薬液を注入して地山を固めて止水を行うようになっていた。
【０００４】
ところで、推進工法やシールド工法などによってトンネルを構築した場合、トンネル外周面と地山との間に発生するテールボイドに裏込め材を注入するのに、袋体内に裏込め材を注入してテールボイド内で膨張させる方法が用いられていた（例えば、特許文献１乃至特許文献６参照）。これらの袋体は、地山の山留めを行うためのものであって、トンネルの外周方向全周に沿って設けられていた。
【特許文献１】特許第３４５７６４７号公報
【特許文献２】特許第２６４８６６５号公報
【特許文献３】特公昭５９−１８５１９号公報
【特許文献４】特開平９−２８７３９１号公報
【特許文献５】特開２００４−１１１３４号公報
【特許文献６】実公昭５０−３８９９４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、前記した従来の止水方法では、地山の状態によっては、大量の薬液を注入しなければならず、トンネル間の隙間を鉄板などの止水板で塞ぐ必要があるため、その施工に多くの手間と費用を要していた。
【０００６】
そこで、本発明は、前記の問題を解決すべく案出されたものであって、薬液の注入量を低減できるとともに、止水板を設けなくても止水性の高いトンネル接続部止水構造およびトンネル接続部止水方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、互いに平行に連接される複数のトンネルの接続部の止水をするためのトンネル接続部止水構造であって、前記接続部の外側に、袋体内に充填材を充填することで形成される遮蔽体を設けたことを特徴とするトンネル接続部止水構造である。
【０００８】
前記構成によれば、袋体内に充填材を充填しているので、従来のように充填材が地山内の広い範囲で流れる出すことはない。したがって、充填材の充填量は、袋体の体積より多くなることはなく、従来と比較して低減することができる。また、遮蔽体は、袋体内に充填材を充填することで形成されているので、トンネルの外形に追従して接続部の隙間を塞ぐことができ、別途に止水板を設けなくても、高い止水性を得ることができる。さらに、接続部の周囲の地盤を充填材に置き換えるので、その部分の地盤改良が行えるとともに、遮蔽体が地山を押えるので、崩落防止を図ることもできる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、前記遮蔽体が、一方のトンネル外周壁から前記袋体内に充填材を充填することで他方のトンネル外周壁に到達するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載のトンネル接続部止水構造である。
【００１０】
前記構成によれば、充填材の注入装置を片方のトンネルに設ければよいので、装置の簡略化が図れ、製造コストの削減やメンテナンスの容易化が達成できる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、前記遮蔽体と地山との隙間に、充填材を充填したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトンネル接続部止水構造である。
【００１２】
前記構成によれば、遮蔽体と地山との隙間に充填材を充填することで、トンネルと地山との空間で、遮蔽体が充填材と一体化されて嵌まるので、遮蔽体がずれることはなく、接続部の止水性を高めることができる。
【００１３】
請求項４に係る発明は、前記他方のトンネル外周壁に、前記遮蔽体の一部が挿入される凹部を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載トンネル接続部止水構造である。
【００１４】
前記構成によれば、前記他方のトンネル外周壁に形成された凹部に、遮蔽体の一部が挿入されることで、凹部の角部が遮蔽体に押し付けられるので、遮蔽体が凹部に引っ掛かってトンネルのずれに対抗し、遮蔽体とトンネルとの間に隙間ができたり遮蔽体がトンネルに対してずれたりするのを防止できる。
【００１５】
請求項５に係る発明は、前記他方のトンネル外周壁に、前記遮蔽体の表面に食い込んで当該遮蔽体を係止する凸部を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のトンネル接続部止水構造である。
【００１６】
前記構成によれば、遮蔽体に凸部が食い込むので、遮蔽体が凹部に引っ掛かってトンネルのずれに対抗し、遮蔽体とトンネルとの間に隙間ができたり遮蔽体がトンネルに対してずれたりするのを防止できる。
【００１７】
請求項６に係る発明は、互いに平行に連接される複数のトンネルの接続部の止水をするためのトンネル接続部止水方法であって、先行トンネルを構築して、後行トンネルを前記先行トンネルに沿うように構築した後、前記先行トンネルおよび前記後行トンネルの少なくとも一方のトンネル外周壁に設けられた袋体内に、トンネル内から充填材を充填して当該袋体を膨張させて、前記先行トンネルと前記後行トンネルとの接続部の外側に遮蔽体を形成したことを特徴とするトンネル接続部止水方法である。
【００１８】
前記方法によれば、袋体内に充填材を充填しているので、従来のように充填材が地山内の広い範囲で流れる出すことはない。したがって、充填材の充填量は、袋体の体積より多くなることはなく、従来と比較して低減することができる。また、遮蔽体を、袋体内に充填材を充填することで形成しているので、トンネルの外形に追従して接続部の隙間を塞ぐことができ、別途に止水板を設けなくても、高い止水性を得ることができる。
【００１９】
請求項７に係る発明は、前記遮蔽体が形成される改良ゾーンを、前記先行トンネルの構築時に掘削して形成し、前記改良ゾーンに滑材や泥水などを充填した後、前記後行トンネルを構築し、その後、前記袋体を膨張させることを特徴とする請求項６に記載のトンネル接続部止水方法である。
【００２０】
前記方法によれば、改良ゾーンを予め形成したことによって、袋体が膨張しやすい。また、袋体は改良ゾーンの内周壁に沿って膨張するので、遮蔽体と地山（改良ゾーンの内周壁）との接触面積が増加して密着性が高まり、止水性を高めることができる。さらに、後行トンネルの構築前に、改良ゾーンに滑材や泥水などを充填しているので、改良ゾーンの内壁面の土砂落下（肌落ち）を防止できる。
【００２１】
請求項８に係る発明は、前記先行トンネルおよび前記後行トンネルを構築した後に、トンネル内から前記遮蔽体が形成される改良ゾーンに高圧ジェットなどを吹き付けて地山を緩め、その後、前記袋体を膨張させることを特徴とする請求項６に記載のトンネル接続部止水方法である。
【００２２】
前記方法によれば、高圧ジェットなどを吹き付けることで、改良ゾーンの地山を緩めるので、袋体は地山を押し退けながら容易に膨張することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、薬液の注入量を低減できるとともに、止水板を設けなくてもトンネル接続部の止水性を高めることができるといった優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
［第一の実施の形態］
図１は本発明に係るトンネル接続部止水構造を実施するための最良の第一の形態を示した断面図、図２は本発明に係るトンネル接続部止水構造を実施するための最良の第一の形態を示した断面斜視図、図３は本発明に係るトンネル接続部止水構造を実施するための最良の第一の形態を示した平面図、図４はトンネルを掘削する掘進機を示した正面図、図５は袋体に注入される充填材の仕様設計例を説明するための概略図、図６は第一の実施の形態に係るトンネル接続部止水方法の作業工程を説明するための部分断面図である。
【００２６】
まず、本実施の形態に係るトンネル接続部止水構造の構成を説明する。
【００２７】
図１に示すように、かかるトンネル接続部止水構造１は、互いに平行に連接される複数のトンネル２，２の接続部３の止水をするための構造であって、隣接するトンネル２，２の接続部３の外側に、袋体４内にモルタルなどの充填材５を充填することで形成される遮蔽体６を設けたことを特徴とする。
【００２８】
各トンネル２，２は、推進工法またはシールド工法（本実施の形態では推進工法）により構築されている。ここで、推進工法とは、トンネルの覆工となる筒状の推進函体を坑口から順次地中に圧入してトンネルを構築する工法である。なお、推進函体の先端には、刃口や掘進機（本実施の形態では掘進機）などが取り付けられている。推進工法の掘進機は、推進函体に反力をとって自ら推進するもの（つまり、推進ジャッキを装備しているもの）でもよいし、推進函体を介して伝達された元押しジャッキの推力により掘進するものであってもよい。一方、シールド工法とは、トンネル切羽に設置された掘進機で地山を掘削するとともに、掘進機の内部でトンネル覆工となるセグメントを組み立ててトンネルを構築する工法である。なお、シールド掘進機は、その内部で組み立てられたセグメントに反力を取って自ら掘進する。
【００２９】
本実施の形態では、トンネル２は、図４に示すような断面円形の掘進機７によって地山８（図１参照）を掘削して、後方から図示しない推進装置で推進函体２０（図２参照）を順次後押しすることで構築されている。掘進機７には、トンネル本体部の断面を掘削するメインカッタ９と、接続部３の遮蔽体６が形成される改良ゾーン１０（図１参照）を掘削するサブカッタ１１とが設けられている。メインカッタ９は、カッタ回転軸１２に、複数のカッタスポーク１３が放射状に固定されて構成されている。カッタスポーク１３の前面には、複数のカッタビット１４が取り付けられている。サブカッタ１１は、改良ゾーン１０を掘削するための小径のカッタであって、カッタ回転軸１５に、前面にカッタビット１７を備えた複数のカッタスポーク１６が設けられて構成されている。サブカッタ１１は、メインカッタ９の側部で上下に配置されている。メインカッタ９とサブカッタ１１とは、その掘削範囲が重合しているが、サブカッタ１１は、メインカッタ９の掘進方向後方に配置されており、カッタ同士の干渉を防いでいる。
【００３０】
改良ゾーン１０（図１参照）は、回転式のサブカッタ１１によって掘削されるため、その内周面は断面円弧状に形成されている。改良ゾーン１０は、その両側にトンネル本体部が位置するため、最終的に断面扇形に形成されることとなる
【００３１】
図１および図２に示すように、トンネル２の覆工となる外周壁１８（推進函体２０）は、スチールあるいはコンクリート（本実施の形態ではスチール）によって構成されている。なお、図１中、１８ａは外殻を構成するスキンプレート、１８ｂは補強リブを示す。図２に示すように、図中左側のトンネル２の一側面（図２中、右側面）には、図中右側に隣り合うトンネル２の他側面（図２中、左側面）が位置する凹状の収容部１９が形成されている。このように、トンネル２の他側面が、隣り合うトンネル２の収容部１９に位置することによって、トンネル２，２同士が近接することができる。なお、収容部１９は、トンネル２の一側面に設けられるのに限られるものではなく、トンネル２の配置される位置（大断面トンネルのどの部分に配置されるか）によっては、その両側面、上面または下面、あるいは上下両面に形成される場合もある。
【００３２】
袋体４は、一方のトンネル２（本実施の形態では、先に構築される先行トンネル２ａ）の、他方のトンネル２（本実施の形態では、後に構築される後行トンネル２ｂ）との接続部３の近傍に取り付けられている。袋体４は、一方のトンネル２（先行トンネル２ａ）の外周壁１８から袋体４内に充填材５を充填することで、他方のトンネル２（後行トンネル２ｂ）の外周壁１８に到達するように構成されている。袋体４は、例えば、布などの通気性および弾力性（柔軟性）を有する素材で形成されている。なお、袋体４は、布などに限られるものではなく、ゴムなど他の素材で形成されていてもよい。袋体４は、図３に示すように、トンネル２の掘進方向に延びて設けられており、一つの推進函体分の推進方向長さを有している。なお、袋体４の長さは、これに限られるものではなく、推進函体長さを分割して、一つの推進函体に対して袋体４を複数設けるようにしてもよい。
【００３３】
なお、本実施の形態では、大断面トンネルを構築すべくトンネル２が多数形成されるため、一の先行トンネル２ａに対して後行トンネル２ｂであったものが、次に構築されるトンネル２に対しては、先行トンネル２ａとなる。そのため、以下に説明する後行トンネル２ｂにも、後記する充填材２５の注入口２６とは逆側の外周壁１８に袋体４や注入口２１などが設けられることとなる。
【００３４】
図１に示すように、先行トンネル２ａの、接続部３の近傍の外周壁１８には、モルタルなどの充填材５を袋体４に注入するための注入口２１が形成されている。先行トンネル２ａの外周壁１８の、注入口２１の周囲には、充填材５が注入される前の袋体４が収容される溝部２２が形成されている。注入口２１は、掘進方向に沿って所定ピッチで複数形成されている。溝部２２は、掘進方向に沿って延びて形成されている。袋体４は、その開口部２３が注入口２１を覆うように、外周壁１８に取り付けられている。袋体４と外周壁１８との固定は、接着剤、アンカー、鋲などの公知の技術を適宜採用して行われる。
【００３５】
先行トンネル２ａの内部には、注入口２１に繋がる注入管２４が設けられている。注入管２４は、充填材５の供給装置（図示せず）に接続されており、供給装置から供給される充填材５を搬送する役目を果たす。
【００３６】
後行トンネル２ｂの、改良ゾーン１０に面する外周壁１８には、遮蔽体６の周囲の地山８との隙間に充填される充填材２５の注入口２６が形成されている。後行トンネル２ｂの内部には、注入口２６に繋がる注入管２７が設けられている。注入管２７は、充填材２５の供給装置（図示せず）に接続されており、供給装置から供給される充填材２５を搬送する役目を果たす。
【００３７】
なお、先行トンネル２ａの側部に、先行トンネル２ａよりも先に構築されたトンネル（図示せず）がある場合には、袋体４が設けられた側とは逆側に、遮蔽体の周囲の地山との隙間に充填される充填材の注入口（図示せず）が形成されている。
【００３８】
ところで、袋体４内には、モルタルなどの充填材５が充填されており、袋体４は、改良ゾーン１０内で膨張して、改良ゾーン１０の内周壁にほぼ沿うように構成されている。充填材５は、モルタルなどの固化材にて構成されている。固化材は、袋体４へ注入可能な流動性を有するとともに、固化後に必要な強度を発現することが必要である。充填材５の仕様は、袋体４の膨張範囲や、接続部３の隙間などの各種条件に応じて適宜算出される。
【００３９】
以下、図５に従って、充填材５の仕様設計例を説明する。
【００４０】
図５に示すように、本実施の形態に係るトンネル接続部止水構造１では、袋体４に注入口２１から充填材５を充填して、袋体４を予め掘削された改良ゾーン１０内で膨張させる。袋体４内に注入された充填材５が固化した後に、接続工において図示するスキンプレート撤去範囲のスキンプレートＳＰおよび地山保持材（図示せず）を撤去すると、遮蔽体６内の充填材５が外部からの地下水圧を負担することとなる。
【００４１】
ここで、充填材５の、後行トンネル２ｂの外周壁１８に沿った範囲のせん断破壊について着目する。後行トンネル２ｂの外周壁１８と袋体４との間の摩擦力は考慮せずに（遮蔽体６の周囲の地山８との隙間には、充填材２５が充填されるが、ここでは安全代としておく）、充填材５内の破壊想定線Ｌ１上のせん断耐力が、せん断破壊着目部Ａに作用する水圧に抵抗するものとする。このとき、充填材５に必要な許容せん断応力度τａは、以下の式１によって求められる。
【００４２】
τａ＝Ｆｓ・ｐ・Ｌｐ・Ｄ／（Ｌｒ・Ｄ）・・・（式１）
ここで、（Ｆｓ：安全率＝１．５）、（ｐ：水圧＝１Ｍｐａ）、（Ｌｐ：せん断破壊着目部の厚さ＝９０ｍｍ）、（Ｄ：充填材の奥行き＝１．０ｍ）、（Ｌｒ：せん断破壊着目部の長さ＝３５０ｍｍ）である。
このとき、せん断破壊着目部の厚さＬｐは、先行トンネル２ａと後行トンネル２ｂとの隙間ｓ１の寸法１３２．３ｍｍから算出されている。なお、注入口２１は、先行トンネル２ａの端部から１００ｍｍの位置に設けられた直径１００ｍｍの円形である。
【００４３】
式１を計算すると、τａ＝１．５×１．０×０．０９×１．０／（０．３５×１．０）＝０．３９Ｍｐａ＝０．３９Ｎ／ｍｍ２となる。
【００４４】
この値は、普通コンクリートのｆｃｋ＝２４Ｎ／ｍｍ２の場合の、許容せん断応力度（斜め引張鉄筋の計算をしない場合）τａ＝０．４５Ｎ／ｍｍ２以内に収まっている。また、袋体４の大きさは、断面積＝１３００ｃｍ２となる。
【００４５】
したがって、充填材５および袋体４の仕様は、普通コンクリートを用いて、以下のように、設計され規定される。すなわち、充填材５は、袋体４内へ圧入可能な流動性を持ち、許容せん断応力度τａ＝０．３９Ｎ／ｍｍ２であることが必要となる。そして、袋体４は、充填材５の圧力注入に対して容易に膨張し、改良ゾーン１０の内壁面および各トンネル２の外周壁１８に密着しながら広がる弾力性を有し、断面積が１３００ｍｍ２に達しても破断などに対して十分な余裕を持つことが必要となる。
【００４６】
図１に示すように、遮蔽体６の周囲の地山８との隙間には、後行トンネル２ｂの注入管２７および注入口２６を介して、充填材２５が充填されている。充填材２５もモルタルなどの固化材が利用されるが、袋体４内に注入される充填材５程の強度は必要なく、遮蔽体６と地山８との隙間ｓ２を流動可能な流動性を有し、固化することで隙間ｓ２内の遮蔽体６を固定できれば足りる。
【００４７】
次に、図６に沿って、本発明に係るトンネル接続部止水方法の作業工程を説明しながら、その作用について説明する。
【００４８】
まず、図６（ａ）に示すように、掘進機７（図４参照）を用いて、先行トンネル２ａを掘削する。ここで、先行トンネル２ａの、後に構築される後行トンネル２ｂ（図６（ｂ）〜（ｄ）参照）側の側面には、後行トンネル２ｂに向かって開口する凹状の収容部１９が形成される。また、収容部１９の上部の外周壁１８、すなわち、接続部３の外側の外周壁１８（ルーフ部）には、袋体４が折り畳まれた状態で、溝部２２に収容されている。これによって、先行トンネル２ａの掘削中に袋体４が地山８に引っ掛かるのを防止でき、袋体４の破損や掘進抵抗の増加を防止できる。接続部３の近傍では、サブカッタ１１によって、後に遮蔽体６が形成される改良ゾーン１０が先行トンネル２ａの掘削と同時に掘削される。収容部１９と改良ゾーン１０には、滑材１０ａや泥水などを充填しておく。これによって、先行トンネル２ａの外周壁１８との間に隙間を持って形成される地山８の掘削面の内壁面に対して、適度な圧力で加圧することができるので、その表面土砂の落下（肌落ち）を防止できる。
【００４９】
次に、図６（ｂ）に示すように、掘進機７（図４参照）を用いて、後行トンネル２ｂを掘削する。このとき、後行トンネル２ｂの、先行トンネル２ａ側の側面は、先行トンネル２ａの収容部１９に収容されるので、先行トンネル２ａと後行トンネル２ｂとが近接して配置される。このとき、後行トンネル２ｂも、先行トンネル２ａと同等の形状に形成され、改良ゾーンおよび収容部（ともに図示せず）が形成される。この収容部は、後行トンネル２ｂの次に構築されるトンネル（図示せず）を後行トンネル２ｂに近接させるためのものである。
【００５０】
先行トンネル２ａおよび後行トンネル２ｂが所定長さ構築されたならば、図６（ｃ）に示すように、先行トンネル２ａ内に設けられた充填材５の供給装置（図示せず）および注入管２４を介して充填材５を供給し、注入口２１から袋体４内へと充填材５を充填する。このとき、充填材５は、注入口２１から圧入可能な流動性を有しているので、円滑に袋体４内へと充填（注入）される。充填材５の充填は、改良ゾーン１０内の滑材１０ａや泥水の圧力と袋体４の膨張圧との圧力バランス、充填材５の充填量と袋体４の膨張量とのバランスを保ちながら行う。袋体４は、改良ゾーン１０の内壁面と後行トンネル２ｂの外周壁１８に沿って広がり、その外周面の殆どが改良ゾーン１０の内壁面と後行トンネル２ｂの外周壁１８と接する所まで膨張する。そして、袋体４は、先行トンネル２ａと後行トンネル２ｂとの間の隙間ｓ１に入り込んで、その隙間ｓ１を塞ぐ遮蔽体６を構成する。
【００５１】
このように、本発明においては、袋体４内に充填材５を充填しているので、従来のように充填材が地山８内の広い範囲で流れる出すことはない。したがって、充填材５の充填量は、袋体４の体積より多くなることはなく、従来と比較して低減することができる。また、遮蔽体６は、袋体４内に充填材５を充填することで形成されているので、トンネルの外形に追従して接続部３の隙間ｓ１を塞ぐことができ、従来のように別途に止水板を設けなくても、高い止水性を得ることができる。さらに、改良ゾーン１０内に充填しておいた滑材１０ａや泥水と、袋体４内に注入される充填材５とを全置換し、改良ゾーン１０内で充填材５を固化させているので、遮蔽体６は、地山８の土圧がかかる接続部３の外側（トンネル２の外側）から、隙間ｓ１を塞ぐこととなる。したがって、遮蔽体６は、接続部３に押し付けられることとなり、止水性が非常に高い。
【００５２】
また、遮蔽体６は、改良ゾーン１０内で膨張しているので、山留め材としての役目も果たし、改良ゾーン１０の地山８の肌落ちや崩落を防止できる。さらに、接続部３の周囲の地盤を充填材５に置き換えるので、その部分の地盤改良が行える。
【００５３】
さらに、本実施の形態では、先行トンネル２ａの外周壁１８から袋体４内に充填材５を充填することで、後行トンネル２ｂの外周壁１８に到達するように遮蔽体６を形成しているので、充填材５の供給装置や注入管２４などの装置は、片方のトンネル（先行トンネル２ａ）のみに設ければよいので、装置の簡略化が図れ、製造コストの削減やメンテナンスの容易化が達成できる。
【００５４】
次に、図６（ｄ）に示すように、後行トンネル２ｂ内に設けられた供給装置（図示せず）および注入管２７を介して袋体４と地山８との隙間ｓ２用の充填材２５を供給し、注入口２６から隙間ｓ２へと充填材２５を充填する。このとき、充填材２５は、適度な流動性を有しているので、円滑に隙間ｓ２内へと注入される。このように、充填材２５を、袋体４と地山８との隙間ｓ２に充填したことによって、先行トンネル２ａおよび後行トンネル２ｂと地山８との間の空間（改良ゾーン１０）で遮蔽体６と充填材２５が一体化されて嵌まるので、遮蔽体６がずれることはなく、さらに、隙間ｓ２を埋めることができるので、接続部３の止水性を大幅に高めることができる。
【００５５】
以上の工程を繰り返し行い、各トンネル２を相互に連結し、大断面トンネルの外殻を構築した後に、内部のスキンプレートＳＰ（図５参照）と地山保持材（図示せず）を撤去する。このとき、充填材５は、十分な許容せん断応力度を有しているので、地山８の土圧に対抗することができる。
【００５６】
［第二の実施の形態］
図７は第二の実施の形態に係るトンネル接続部止水方法の作業工程を説明するための部分断面図である。
【００５７】
第二の実施の形態に係るトンネル接続部止水方法は、先行トンネル２ａおよび後行トンネル２ｂを構築した後に、トンネル２（本実施の形態では後行トンネル２ｂ）内から遮蔽体６が形成される改良ゾーン１０に高圧ジェット３１などを吹き付けて地山８を緩め、その後、袋体４を膨張させることを特徴とする。
【００５８】
以下、トンネル接続部止水方法の作業工程を説明する。
【００５９】
まず、図７（ａ）に示すように、先行トンネル２ａを構築した後に、後行トンネル２ｂを、先行トンネル２ａに沿わして構築する。後行トンネル２ｂの、接続部３の外側に位置する外周壁１８には、高圧ジェット３１を吹き付けるための吹付けノズル３２が地山８に臨んで設けられている。吹付けノズル３２には、水などに圧力をかけて吹付けノズル３２に供給する圧縮装置（図示せず）が接続されている。後行トンネル２ｂの構築時に、吹付けノズル３２から、地山８の改良ゾーン１０に向けて高圧ジェット３１を吹き付けて、改良ゾーン１０の土砂を緩めておく。
【００６０】
その後、図７（ｂ）に示すように、土砂を緩めておいた改良ゾーン１０に向けて袋体４を膨張させる。袋体４には、第一の実施の形態と同様に、先行トンネル２ａに設けられた充填材５の供給装置（図示せず）および注入管２４を介して充填材５を供給され、注入口２１から注入される。このとき、袋体４は、改良ゾーン１０内の土砂を押し退けながら改良ゾーン１０内で膨張する。すなわち、袋体４は改良ゾーン１０内の土砂に密着しながら土砂を押し退けているので、遮蔽体６と地山８との間には、隙間は発生することはなく、遮蔽体６の周囲に充填材を充填する必要はない。
【００６１】
なお、その他の構成および作業工程については第一の実施の形態と同様であるので、図面に同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００６２】
かかる第二の実施の形態によれば、第一の実施の形態と同様に、充填材５の注入量を従来と比較して低減することができるとともに、従来のように別途に止水板を設けなくても、高い止水性を得ることができる。さらに、第二の実施の形態によれば、前記作用効果の他に、改良ゾーン１０の掘削を行わなくて済むので、図４に示したサブカッタ１１を設ける必要がなくなる。したがって、掘進機の構成部品を低減することができ、その製造コストを大幅に削減することができる。
【００６３】
［第三の実施の形態］
図８は第三の実施の形態に係るトンネル接続部止水構造を示した断面図である。
【００６４】
図８に示すように、かかるトンネル接続部止水構造４１は、後行トンネル２ｂの、袋体４が当接する部分の外周壁１８に、遮蔽体６の一部が挿入される凹部４３を形成したことを特徴とする。凹部４３は、外周壁１８の表面に、掘進方向に延びて、袋体４と同等の長さに形成されている。また凹部４３は、膨張した袋体４の幅と同等の幅（後行トンネル２ｂの周方向長さ）を有しており、袋体４の後行トンネル２ｂ側端部の全体を収容するようになっている。凹部４３の底面には、充填材２５を充填するための注入口２６が形成されている。
【００６５】
なお、その他の構成については、第一の実施の形態と同様であるので、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００６６】
かかる第三の実施の形態によれば、後行トンネル２ｂの外周壁１８に形成された凹部４３に、遮蔽体６の一部が挿入されることで、凹部４３の角部４３ａが遮蔽体６に押し付けられるので、遮蔽体６が凹部４３に引っ掛かる。これによって、後行トンネル２ｂと遮蔽体６のずれに対抗することができ、遮蔽体６と後行トンネル２ｂとの間に隙間ができたり遮蔽体６が後行トンネル２ｂに対してずれたりするのを防止できる。したがって、接続部３の止水性がさらに高くなる。
【００６７】
［第四の実施の形態］
図９は第四の実施の形態に係るトンネル接続部止水構造を示した断面図である。
【００６８】
図９に示すように、かかるトンネル接続部止水構造５１は、後行トンネル２ｂの、袋体４が当接する部分の外周壁１８に、遮蔽体６の表面に食い込んで当該遮蔽体６を係止する凸部５２を形成したことを特徴とする。凸部５２は、後行トンネル２ｂの外周壁１８に形成された凹部５３内に、複数列（本実施の形態では２列）形成されている。凹部５３は、図８の凹部４３と同様に、外周壁１８の表面に、掘進方向に延びて、袋体４と同等の長さに形成されている。凸部５２は、凹部５３内で掘進方向に延びて、袋体４と同等の長さに形成されている。凸部５２は、凹部５３内に挿入された袋体４の後行トンネル２ｂ側端部に食い込んで、遮蔽体６を係止するように構成されている。凹部５３の底面には、充填材２５を充填するための注入口２６が形成されている。
【００６９】
なお、その他の構成については、第一の実施の形態と同様であるので、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００７０】
かかる第四の実施の形態によれば、遮蔽体６に凸部５２が食い込むので、遮蔽体６が凸部５２に引っ掛かって、後行トンネル２ｂと遮蔽体６のずれに対抗することができ、遮蔽体６と後行トンネル２ｂとの間に隙間ができたり遮蔽体６が後行トンネル２ｂに対してずれたりするのを防止できる。したがって、接続部３の止水性がさらに高くなる。さらに、凸部５２は、凹部５３内に形成されているので、後行トンネル２ｂの外周壁１８から突出することはなく、トンネル構築時に、凸部５２の先端が地山８に食い込んで摩耗することはない。
【００７１】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。例えば、前記実施の形態では、先行トンネル２ａに袋体４を設けて、後行トンネル２ｂ側に向かって膨張するように構成したが、これに限定されるものではなく、後行トンネル側に袋体を設けてもよい。さらに、先行トンネルと後行トンネルの両方に袋体をそれぞれ設け、これら袋体をともに膨張させて、互いに突き合わせるようにしてもよい。
【００７２】
また、本実施の形態では、先行トンネル２ａと後行トンネル２ｂとの接続部３の上下両方に遮蔽体６を形成するようにしたが、地山８の状況（地下水が少ない場合など）によっては、上側の接続部３のみに遮蔽体６を形成してもよい。
【００７３】
本実施の形態では、断面円形のトンネルを例に挙げて説明したが、断面形状は円形に限られるものではないのは勿論である。さらに、本実施の形態では、本発明について、推進工法で構築されるトンネル２を例に挙げて説明したが、本発明は、シールド工法で構築されるトンネルであっても適用できるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明に係るトンネル接続部止水構造を実施するための最良の第一の形態を示した断面図である。
【図２】本発明に係るトンネル接続部止水構造を実施するための最良の第一の形態を示した断面斜視図である。
【図３】本発明に係るトンネル接続部止水構造を実施するための最良の第一の形態を示した平面図である。
【図４】トンネルを掘削する掘進機を示した正面図である。
【図５】袋体に注入される充填材の仕様設計例を説明するための概略図である。
【図６】第一の実施の形態に係るトンネル接続部止水方法の作業工程を説明するための部分断面図であって、（ａ）は第一工程説明図、（ｂ）は第二工程説明図、（ｃ）は第三工程説明図、（ｄ）は第四工程説明図である。
【図７】第二の実施の形態に係るトンネル接続部止水方法の作業工程を説明するための部分断面図であって、（ａ）は第一工程説明図、（ｂ）は第二工程説明図である。
【図８】第三の実施の形態に係るトンネル接続部止水構造を示した断面図である。
【図９】第四の実施の形態に係るトンネル接続部止水構造を示した断面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１ トンネル接続部止水構造
２ トンネル
２ａ 先行トンネル
２ｂ 後行トンネル
３ 接続部
４ 袋体
５ 充填材
６ 遮蔽体
８ 地山
１０ 改良ゾーン
１０ａ 滑材
１８ （トンネルの）外周壁
３１ 高圧ジェット
４３ 凹部
５２ 凸部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行に連接される複数のトンネルの接続部の止水をするためのトンネル接続部止水構造であって、
前記接続部の外側に、袋体内に充填材を充填することで形成される遮蔽体を設けた
ことを特徴とするトンネル接続部止水構造。
【請求項２】
前記遮蔽体は、一方のトンネル外周壁から前記袋体内に充填材を充填することで他方のトンネル外周壁に到達するように形成された
ことを特徴とする請求項１に記載のトンネル接続部止水構造。
【請求項３】
前記遮蔽体と地山との隙間に、充填材を充填した
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトンネル接続部止水構造。
【請求項４】
前記他方のトンネル外壁面に、前記遮蔽体の一部が挿入される凹部を形成した
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載トンネル接続部止水構造。
【請求項５】
前記他方のトンネル外周壁に、前記遮蔽体の表面に食い込んで当該遮蔽体を係止する凸部を形成した
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のトンネル接続部止水構造。
【請求項６】
互いに平行に連接される複数のトンネルの接続部の止水をするためのトンネル接続部止水方法であって、
先行トンネルを構築して、後行トンネルを前記先行トンネルに沿うように構築した後、
前記先行トンネルおよび前記後行トンネルの少なくとも一方のトンネル外周壁に設けられた袋体内に、トンネル内から充填材を充填して当該袋体を膨張させて、前記先行トンネルと前記後行トンネルとの接続部の外側に遮蔽体を形成した
ことを特徴とするトンネル接続部止水方法。
【請求項７】
前記遮蔽体が形成される改良ゾーンを、前記先行トンネルの構築時に掘削して形成し、前記改良ゾーンに滑材や泥水などを充填した後、前記後行トンネルを構築し、その後、前記袋体を膨張させる
ことを特徴とする請求項６に記載のトンネル接続部止水方法。
【請求項８】
前記先行トンネルおよび前記後行トンネルを構築した後に、トンネル内から前記遮蔽体が形成される改良ゾーンに高圧ジェットなどを吹き付けて地山を緩め、その後、前記袋体を膨張させる
ことを特徴とする請求項６に記載のトンネル接続部止水方法。
【請求項１】
互いに平行に連接される複数のトンネルの接続部の止水をするためのトンネル接続部止水構造であって、
前記接続部の外側に、袋体内に充填材を充填することで形成される遮蔽体を設けた
ことを特徴とするトンネル接続部止水構造。
【請求項２】
前記遮蔽体は、一方のトンネル外周壁から前記袋体内に充填材を充填することで他方のトンネル外周壁に到達するように形成された
ことを特徴とする請求項１に記載のトンネル接続部止水構造。
【請求項３】
前記遮蔽体と地山との隙間に、充填材を充填した
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトンネル接続部止水構造。
【請求項４】
前記他方のトンネル外壁面に、前記遮蔽体の一部が挿入される凹部を形成した
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載トンネル接続部止水構造。
【請求項５】
前記他方のトンネル外周壁に、前記遮蔽体の表面に食い込んで当該遮蔽体を係止する凸部を形成した
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のトンネル接続部止水構造。
【請求項６】
互いに平行に連接される複数のトンネルの接続部の止水をするためのトンネル接続部止水方法であって、
先行トンネルを構築して、後行トンネルを前記先行トンネルに沿うように構築した後、
前記先行トンネルおよび前記後行トンネルの少なくとも一方のトンネル外周壁に設けられた袋体内に、トンネル内から充填材を充填して当該袋体を膨張させて、前記先行トンネルと前記後行トンネルとの接続部の外側に遮蔽体を形成した
ことを特徴とするトンネル接続部止水方法。
【請求項７】
前記遮蔽体が形成される改良ゾーンを、前記先行トンネルの構築時に掘削して形成し、前記改良ゾーンに滑材や泥水などを充填した後、前記後行トンネルを構築し、その後、前記袋体を膨張させる
ことを特徴とする請求項６に記載のトンネル接続部止水方法。
【請求項８】
前記先行トンネルおよび前記後行トンネルを構築した後に、トンネル内から前記遮蔽体が形成される改良ゾーンに高圧ジェットなどを吹き付けて地山を緩め、その後、前記袋体を膨張させる
ことを特徴とする請求項６に記載のトンネル接続部止水方法。
【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２００７−１３８６１６（Ｐ２００７−１３８６１６Ａ）
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３３５４１１（Ｐ２００５−３３５４１１）
【出願日】平成１７年１１月２１日（２００５．１１．２１）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】（３０２０６０９２６）株式会社フジタ (285)
【出願人】（０００２３１１１０）ＪＦＥ建材株式会社 (150)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月２１日（２００５．１１．２１）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】（３０２０６０９２６）株式会社フジタ (285)
【出願人】（０００２３１１１０）ＪＦＥ建材株式会社 (150)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]