中空管体及びそれを使用したトンネルの構築方法
【課題】効率的に凍土部を形成することが可能な中空管体を提供する。
【解決手段】地盤に押し込まれる中空管体１であって、鋼管部１２と鉄筋コンクリート部１３とによって形成される本体の内空側に軸方向に延設される凍結管１１と、凍結管より内空側を囲繞する断熱層１５とを備えている。また凍結管１１，１１は、本体の内空１０を挟んで対峙する位置にそれぞれ延設されている。さらに、凍結管は、鋼管部と鉄筋コンクリート部に一体化される付加コンクリート部１４の内部に埋設されている。
【解決手段】地盤に押し込まれる中空管体１であって、鋼管部１２と鉄筋コンクリート部１３とによって形成される本体の内空側に軸方向に延設される凍結管１１と、凍結管より内空側を囲繞する断熱層１５とを備えている。また凍結管１１，１１は、本体の内空１０を挟んで対峙する位置にそれぞれ延設されている。さらに、凍結管は、鋼管部と鉄筋コンクリート部に一体化される付加コンクリート部１４の内部に埋設されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市部や地盤の弱い場所に、地下鉄や道路又はそれらの合流分岐部などに利用されるトンネルを構築する際に使用する中空管体、及びトンネルの構築方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、地盤を掘削して地中に空洞を形成するに際して、地表面の沈下などを抑えるために、複数の鋼管を先行して地中に向けて押し込んで平屋根状のパイプルーフを構築し、そのパイプルーフで保護された内側の地盤を、剛性の高い連続地中壁や支持杭などの支保工によって支持しながら掘削する方法が知られている（特許文献１など参照）。
【０００３】
また、特許文献２には、線形に曲線部が含まれるトンネルを構築するために開発された曲線パイプルーフ工法が開示されている。
【０００４】
さらに、特許文献３，４には、地盤の弱い場所にトンネルを掘削する際に、前方掘削面の崩落を防ぐために、長尺の先受け鋼材を掘進方向に向けて放射状に打設して対処する方法が開示されている。
【０００５】
そして、特許文献５には、小型のシールド掘削機によって複数のトンネルを断面視環状になるように間隔を置いて構築し、それらのトンネルを使って環状の凍結ゾーンを形成し、その内側にトンネルの分岐合流部を構築する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３５１１１４５号公報
【特許文献２】特開２０００−２４０３９１号公報
【特許文献３】特開２００４−１９３５９号公報
【特許文献４】特開平１０−２３１７００号公報
【特許文献５】特開２００７−２１７９１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、平屋根状のパイプルーフを構築した場合、そのパイプルーフに作用する荷重をすべて支保工で支持させなければならないので、支保工が大掛りになって内部掘削の支障になったり、工事費が高くなったりする原因になっていた。また、隣接するパイプルーフ同士を継手などで連結させる場合、連結部の拘束力が強くなるため、曲線部を設けることが難しい。
【０００８】
他方、先受け鋼材は、横断方向に間隔を置いて配置されているので、先受け鋼材間では横断方向に断面力が伝達できず、アーチ効果を発揮させることができない。また、特許文献４に開示されているようにアーチ状の支保工で先受け鋼材間を連結する場合であっても、掘削から支保工を設置するまでの間に地盤の緩みが進行して変形を抑えることができない。
【０００９】
また、特許文献５に開示されている小型のシールド掘削機を使う方法では、土被りの浅い地盤には適用が難しい。さらに、シールド掘削機を使う方法では、機械費などの初期コストが高くなるため、距離の短いトンネルを構築する場合には不経済である。
【００１０】
そこで、本発明は、効率的に凍土部を形成することが可能な中空管体、及びそれを使って極力、地盤の変形を抑えることが可能なうえに、線形に曲線部を含むトンネルであっても容易に構築することが可能なトンネルの構築方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】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明の中空管体は、地盤に押し込まれる中空管体であって、本体の内空側に軸方向に延設される凍結管と、前記凍結管より内空側を囲繞する断熱層とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
ここで、前記凍結管は、前記本体の内空を挟んで対峙する位置にそれぞれ延設させることができる。また、前記本体の内空を挟んで対峙して延設される２本の凍結管の間に更に凍結管を延設させることもできる。
【００１３】
さらに、前記凍結管は、前記本体の外周面側と一体化されるコンクリート製の壁の内部に埋設されるのが好ましい。さらに、前記凍結管は、端部を前記本体の内空に向けて突出している構成が好ましい。
【００１４】
また、本発明のトンネルの構築方法は、少なくとも上方が断面視アーチ状に形成されるトンネルを構築する方法であって、上記中空管体を、前記トンネルの延伸方向に向け、前記トンネルの上方アーチの外周の地盤に周方向に間隔を置いて、複数本、押し込むに際して、前記複数の中空管体にそれぞれ延設される凍結管が前記周方向に並んで配置されるように押し込む工程と、前記凍結管に低温の不凍液を搬送させて前記中空管体間を含む前記トンネルの外周に凍土部を形成する工程と、前記凍土部の内周側を掘削する工程と、掘削面に断熱材を吹き付ける工程とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
ここで、中空管体に凍結管が３本延設されている場合は、２本の凍結管が前記周方向に並んで配置されるとともに、残りの１本の凍結管が前記トンネルの中心と反対側の地盤側に配置されるように押し込むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
このように構成された本発明の中空管体は、本体の軸方向に凍結管が予め延設されており、その凍結管より内空側には断熱層が形成されている。そして、この中空管体を地盤に押し込み、凍結管に不凍液などの低温の流体を流すと、断熱層のない外側に向かって冷熱が伝達されることになる。
【００１７】
このように断熱層によって凍結管から伝達される冷熱の内空側への放熱が抑えられるため、効率的に中空管体の外側に凍土部を形成することができる。また、断熱層が凍結管の内空側に配置されていれば、本体の内空にモルタルなどを充填しなくてもよいので、現場での作業を軽減でき、その分工期を短縮できる。
【００１８】
また、本体の内空を挟んで対峙する位置に凍結管がそれぞれ配置されていれば、凍土部を中空管体の両側に広げていくことができ、帯状の凍土部を効率的に形成することができる。
【００１９】
さらに、中空管体に凍結管が３本延設されている場合は、２本の凍結管を周方向に並んで配置させて、残りの１本の凍結管をトンネルの中心と反対側の地盤側に配置させれば、中空管体より外周側の地盤を効率的に凍結させることができる。
【００２０】
また、凍結管が本体の外周面側と一体化されるコンクリート製の壁の内部に埋設されていれば、冷熱が壁の内部を伝達されて外周面側に迅速に到達するため、短時間で効率的に中空管体の外側に凍土部を形成することができる。
【００２１】
さらに、中空管体の端部において凍結管の端部が内空に向けて突出していれば、新たに中空管体を継ぎ足す場合に、凍結管同士を容易に接続することができる。このことにより、掘削進捗に応じた凍土形成範囲が任意に設定できるので、凍結にかかる規模やコストを最小限にできる。
【００２２】
また、本発明のトンネルの構築方法では、トンネルの上方アーチの外周の地盤に、周方向に間隔を置いて複数本の中空管体を凍結管が並ぶように位置合わせをして押し込む。そして、その中空管体内の凍結管によって不凍液を搬送させて、トンネルの外周にアーチ状の凍土部を形成し、その後に、凍土部の内周側を掘削し、掘削面には断熱材を吹き付ける。
【００２３】
このため、掘削前からアーチ状の凍土部が形成されており、掘削当初からアーチ効果を発揮させることができるので、掘削による地盤の緩みを最小限にして変形を極力、抑えることができる。
【００２４】
さらに、これらの中空管体は、周方向に間隔を置いて押し込まれるので、中空管体間が拘束されず、線形に曲線部を含むトンネルであっても、容易に構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態の中空管体の構成を説明する横断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の中空管体の構成を説明するために側面を一部破断した破断図である。
【図３】中空管体同士を連結した継手付近の構成を説明する縦断面図である。
【図４】周方向に間隔を置いて押し込まれた中空管体と凍土部の構成を説明する部分拡大横断面図である。
【図５】トンネルの外周に凍土部を形成する工程を説明する横断面図である。
【図６】凍土部の内周側を掘削して断熱材及び防水材を吹き付ける工程を説明する説明図である。
【図７】トンネルの内周側にコンクリート製の覆工部を設ける工程を説明する横断面図である。
【図８】実施例の中空管体の構成を説明する横断面図である。
【図９】周方向に間隔を置いて押し込まれた中空管体と凍土部の構成を説明する部分拡大横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２７】
図１は、本実施の形態の中空管体１の構成を説明する横断面図であり、図２は、中空管体１の構成を説明するために本体の一部を破断させた破断図である。
【００２８】
この中空管体１は、推進工法などによって地盤に水平方向に向けて押し込まれる管材である。この中空管体１の本体は、鋼管、ヒューム管などによっても形成することができるが、本実施の形態では、鉄筋コンクリート遠心成形管を本体に使った中空管体１について説明する。
【００２９】
この中空管体１は、外周面を形成する鋼管部１２とその鋼管部１２の内周面に沿って略均等な厚みで形成される鉄筋コンクリート部１３とによって形成される本体と、その鉄筋コンクリート部１３の内周面に沿って内空１０を挟んで対峙する２箇所にそれぞれ延設される凍結管１１，１１と、それらの凍結管１１，１１を埋設させる付加コンクリート部１４と、その付加コンクリート部１４の内周面に形成される断熱層１５とを備えている。
【００３０】
この円筒状の鋼管部１２の内周面には、軸心に向けて突出されるリブ１２ａが周方向に間隔を置いて略等間隔で設けられている。そして、このリブ１２ａを埋設可能な厚さの鉄筋コンクリート部１３が、遠心成形によって環状に形成される。
【００３１】
また、凍結管１１は、中空管体１の軸方向と並行に延設される中空の鋼管で、内部には塩化カルシウム水溶液などの不凍液を搬送させる。さらに、内空１０を挟んで対峙する位置に２本の凍結管１１，１１が配管されているので、中空管体１の両側（図１では上下方向）に向けて冷熱が拡散しやすい構造となっている。
【００３２】
また、付加コンクリート部１４は、凍結管１１，１１を配管した後に、その周囲に注入されるコンクリートが遠心成形されることによって形成される。この付加コンクリート部１４によって、鋼管部１２と鉄筋コンクリート部１３と凍結管１１，１１と付加コンクリート部１４とが一体化される。
【００３３】
さらに、付加コンクリート部１４の内周面には、発泡ウレタンなどを吹き付けて断熱層１５を形成する。この断熱層１５は、発泡ウレタンなどの独立気泡が多数、介在するものであれば、熱伝導率の小さい気泡によって高い断熱性能を確保することができる。
【００３４】
一方、図３は、上述した中空管体１と同じ構成の２本の中空管体１Ａ，１Ｂを連結した継手付近の構成を説明する縦断面図である。この継手付近では、先行して地盤に押し込まれた中空管体１Ａの後端に、新たな中空管体１Ｂの前端を差し込んで連結させている。
【００３５】
この中空管体１Ａの後端には、鉄筋コンクリート部１３の後端より後方に鋼管部１２から張り出された受口部１２ｃが形成されている。また、鉄筋コンクリート部１３の後端付近にはリブ１２ａが埋設されている。
【００３６】
これに対して、中空管体１Ｂの前端には、鋼管部１２の直径より一段小さくなった差込口１２ｄが形成されるとともに、リブ１２ａが鉄筋コンクリート部１３に埋設されている。
【００３７】
また、この差込口１２ｄの外周面には、リング状の止水材１６が２条になって取り付けられている。さらに、中空管体１Ｂの前端面には、中空管体１Ａの後端面と当接する位置にリング状のガスケット１７が貼り付けられている。
【００３８】
また、中空管体１Ａ（１Ｂ）の端部には、凍結管１１の端部が内空１０に向けて突出する突出部１１ａが設けられている。そして、この突出部１１ａ，１１ａ間を接続管１１１によって連結することで、前方の中空管体１Ａの凍結管１１と後方の中空管体１Ｂの凍結管１１とが接続される。
【００３９】
このように構成された中空管体１は、図４，７に示すようにトンネル８の上方アーチの外周に沿って、周方向に略等間隔に配置される。すなわち、このトンネル８は、トンネル８の外周の地盤２０に、周方向に間隔を置いて環状に配置される複数本の中空管体１，・・・と、中空管体１，１間を含むトンネル８の外周を囲繞するように断面視環状に形成される凍土部２と、凍土部２の内周面にトンネル８の内空形状に沿って形成される断熱吹付け層４及び防水吹付け層５と、さらにその防水吹付け層５の内周面に形成されるコンクリート製の覆工部６及び底盤６１と、その覆工部６の内周側に配置されて壁面を形成するプレキャストパネル７とによって主に構成される。
【００４０】
この凍土部２は、アーチ効果が発揮されやすいように、トンネル８の内空形状に関わらず、断面視略円形の環状に形成するのが好ましい。すなわち、本実施の形態では、図７に示すように、トンネル８の内空形状が断面視馬蹄形に形成されており、底盤６１とその下方の円弧状の凍土部２との間には地盤２０が残されている。
【００４１】
また、アーチ効果が発揮されやすい凍土部２を形成するために、中空管体１は、図４に示すようにトンネル８の外周に想定される外円線Ｓ上に凍結管１１，・・・が並ぶように位置合わせをして地盤２０に押し込まれる。
【００４２】
そして、このような向きで中空管体１，・・・を配置すると、隣接する中空管体１，１の凍結管１１，１１間の距離が最も短くなり、凍結管１１，１１に不凍液を循環させると短時間で中空管体１，１間に凍土部２が形成されてアーチ効果が発揮されることになる。
【００４３】
また、凍土部２の生成状態を確認する手段として、地盤２０には中空管体１に並行に測温管２１が押し込まれ、中空管体１の内部には測温管２２が配置される。この測温管２２は、図４に示すように、凍結管１１，１１と同様に断熱層１５より外周側の位置で、凍結管１１，１１の間に配置される。
【００４４】
このようにして形成される凍土部２の内周面に沿って設けられる断熱吹付け層４は、発泡瞬結スラリーなどの断熱材を掘削面に吹き付けることによって形成される。
【００４５】
この発泡瞬結スラリーには、ウレタン系の発泡ウレタン、又はセメント系の発泡モルタル若しくはＥＰＳ（発泡スチロール）粒やビニロンを混入した発泡モルタルなどが使用できる。このような発泡瞬結スラリーによって形成される断熱吹付け層４は、熱伝導率の小さい独立気泡が多数、介在しているので、高い断熱性能を確保することができる。
【００４６】
そして、この断熱吹付け層４は、内周側に打設されるコンクリートの硬化熱によって凍土部２が融解することがない程度の厚さ、又は凍土部２の冷熱によって内周側に打設されるコンクリートが硬化不良を起こすことがない程度の厚さに吹き付けられる。
【００４７】
また、防水吹付け層５は、ウレタン系やアスファルト系の防水材を断熱吹付け層４の内周面に吹き付けることによって形成される。このように吹き付けによる方法であれば、断熱吹付け層４の表面に凹凸があっても容易に防水構造を形成することができる。
【００４８】
そして、これらの断熱吹付け層４及び防水吹付け層５は、図７に示すようにトンネル８の内空形状を囲繞するように形成される。
【００４９】
また、トンネル８の底部に位置する防水吹付け層５の内周面側には、鉄筋コンクリートによって底盤６１が構築される。また、この底盤６１の両側縁から鉄筋コンクリートによって断面視半円状の覆工部６が構築される。
【００５０】
さらに、この覆工部６の内周面側には、工場などで円弧板状に成形されたプレキャストパネル７が配置される。ここで、このプレキャストパネル７を型枠として機能させる場合は、プレキャストパネル７を設置した後に、その外周側にコンクリートを充填して覆工部６を構築する。
【００５１】
次に、本実施の形態のトンネル８の構築方法について説明する。
【００５２】
まず、工場又は作業ヤードにおいて凍結管１１，１１が延設された中空管体１を製作する。この中空管体１は、例えば直径を1000mm程度にし、その内部に配管される凍結管１１の直径は100mm程度にする。
【００５３】
他方、トンネル８を施工する現場では、トンネル８に隣接する位置の地盤２０に発進立坑（図示せず）を設けておく。そして、この発進立坑の内部から図４に示すように、外円線Ｓ上に凍結管１１，１１が並ぶように中空管体１の向きを合わせる。
【００５４】
ここで、この中空管体１の先端には例えば泥水式の推進機（図示せず）が配置されており、推進機によって地盤２０を切削させるとともに、中空管体１の後端を発進立坑に設置した推進ジャッキ（図示せず）によって押すことで推力を与え、中空管体１を地盤２０に押し込んでいく。
【００５５】
また、この中空管体１は、１本の長さが発進立坑の内空の幅よりも短い長さに成形されているため、例えば図３に示すように、先行する中空管体１Ａを所定の長さまで押し込んだ時点で新たな中空管体１Ｂを継ぎ足し、この継ぎ足し作業を繰り返すことで、所望する長さになるまで押し込みを続ける。
【００５６】
さらに、図４に示すように、外円線Ｓ上の別の位置では、押し込まれた中空管体１とは周方向に間隔を置いて順次、中空管体１，・・・の押し込みを同様の手順でおこなう。
【００５７】
また、中空管体１より外周側に離隔した位置の地盤２０には、図４，５に示すように測温管２１を押し込み、地盤２０の温度を計測できるようにする。また、地盤２０に押し込む中空管体１のいくつかは、内部に測温管２２が延設されたものとし、中空管体１の温度を計測できるようにする。
【００５８】
そして、図５に示すように、トンネル８の外周を囲繞するように断面視環状の凍土部２を形成する。
【００５９】
この凍土部２の構築は、発進立坑から凍結管１１，・・・に不凍液として塩化カルシウム水溶液を循環させることによっておこなわれる。すなわち、最先端に配置された中空管体１の内空１０では、凍結管１１，１１の突出部１１ａ，１１ａ間が先端側で連結されており、発進立坑から送り出された不凍液は、一方の凍結管１１で先端まで搬送された後に、他方の凍結管１１に流れ込んで発進立坑に戻される。そして、地盤２０との熱交換で温度が上昇して発進立坑に戻ってきた不凍液を冷凍機（図示せず）で冷却し、再び凍結管１１に送り出す。
【００６０】
このようにして低温の不凍液を凍結管１１，１１によって中空管体１内で循環させると、その冷熱は断熱層１５のない本体の外周側の地盤２０に移動し、地盤２０に凍土部２が形成される。この凍土部２の生成状態は、測温管２１，２２によって計測される温度によって推定することができる。
【００６１】
そして、図５に示すような環状の凍土部２が完成すると、その内周側の地盤２０は、凍土部２のアーチ効果で保護されることになる。そこで、発進立坑に搬入されたバックホウなどの掘削機３を使って、図６に示すように凍土部２の内周側の掘削をおこなう。
【００６２】
この掘削は、凍土部２によって保護された内周側の掘削となるため、小断面に分割して段階的におこなう必要がなく、トンネル８の全断面を一度に掘削することができるので掘削効率がよい。
【００６３】
そして、掘削面には、掘削の進行に伴って発泡瞬結スラリーなどの断熱材を吹き付けて断熱吹付け層４を形成することで、掘削によって露出した凍土面を保護することができる。
【００６４】
また、このように掘削に伴って断熱材を吹き付けるのであれば、工事や大気の流入によってトンネル８内の温度が上昇しても、凍土部２にはその熱が伝達されず融解を防ぐことができる。
【００６５】
さらに、断熱吹付け層４の内周面側には、ウレタン系材料などの防水材を吹き付けることによって、防水吹付け層５を形成する。
【００６６】
そして、防水吹付け層５の内周面側には覆工部６用の配筋をおこない、さらにその内周側には、図７に示すようにプレキャストパネル７を取り付ける。また、プレキャストパネル７の脚部間には、平板状にコンクリートを打設して底盤６１を構築する。
【００６７】
一方、プレキャストパネル７の外周側にもコンクリートを打設する。このコンクリートは、プレキャストパネル７と防水吹付け層５との隙間に流れ込んで、下方から頂部に向けて充填されることで覆工部６が構築される。
【００６８】
以上に説明したトンネル８内周側の掘削作業、断熱吹付け層４及び防水吹付け層５の吹き付け作業、プレキャストパネル７の取り付け作業、コンクリートの打設作業は、トンネル８の全長にわたって一度におこなわれるのではなく、単位長さで逐次おこなわれてその作業が繰り返される。
【００６９】
これに対して中空管体１，・・・の押し込みは、トンネル８全長にわたって一度におこなうことができる。また、トンネル８内周側の掘削からの一連の作業は、所定距離分に限定しておこない、これに相応する区間のみ予め凍結運転し、順次この区間を移動していくこともできる。このことにより、掘削、構築の進捗に応じた凍土形成範囲が任意に設定できるので、凍結にかかる規模やコストを最小限にできる。
【００７０】
次に、本実施の形態の中空管体１、及びそれを使用したトンネル８の構築方法の作用について説明する。
【００７１】
このように構成された本実施の形態の中空管体１は、本体の軸方向に凍結管１１，１１が予め延設されており、その凍結管１１，１１より内空側を囲繞する断熱層１５が形成されている。
【００７２】
そして、この中空管体１を地盤２０に押し込み、凍結管１１，１１に不凍液などの低温の流体を流すと、不凍液の冷熱は、断熱層１５のない中空管体１の外周面側に向かって伝達されることになる。
【００７３】
このように断熱層１５によって凍結管１１，１１から伝達される冷熱の内空１０への放熱が抑えられるため、内空１０にモルタルなどを充填しなくても、中空管体１の外側の地盤２０に冷熱を効率的に伝達させて凍土部２を形成することができ、現場での作業を軽減できるので、その分工期を短縮できる。
【００７４】
すなわち、従来の凍結工法では、中空の管体を地盤２０に押し込んだ後に凍結管を差し込んでいたため、現場での凍結管の配管作業が必要になるだけでなく、地盤２０に効率的に冷熱を伝導させるために、管体の内部にモルタルなどを充填する作業が必要であったが、本実施の形態の中空管体１を使用することで、これらの作業を省略することができる。
【００７５】
また、内空１０を挟んで対峙する位置に凍結管１１，１１がそれぞれ配置されていれば、凍土部２を中空管体１の両側に広げていくことができ、帯状の凍土部２を効率的に形成することができる。
【００７６】
さらに、凍結管１１，１１が外周面側の鋼管部１２と一体化される付加コンクリート部１４の内部に埋設されていれば、凍結管１１の冷熱は、付加コンクリート部１４、鉄筋コンクリート部１３及び鋼管部１２という順に迅速に伝達されるため、短時間で効率的に中空管体１の外側に凍土部２を形成することができる。
【００７７】
また、付加コンクリート部１４、鉄筋コンクリート部１３及び鋼管部１２は、環状に一体化されているため、中空管体１の全周にも冷熱が広がり、効率的に中空管体１の周囲に凍土部２を形成することができる。
【００７８】
さらに、中空管体１の端部において、凍結管１１の端部が内空１０に向けて突出された突出部１１ａが設けられていれば、新たに中空管体１を継ぎ足す場合に、凍結管１１，１１同士の接続も内空１０から容易におこなうことができる。
【００７９】
そして、この突出部１１ａの存在により、任意の位置の突出部１１ａで冷凍機（図示せず）と凍結管１１とを連結させることができ、掘削、構築の進捗に応じて凍土形成範囲を限定的にするなど任意に設定できるので、凍結にかかる規模やコストを最小限にできる。
【００８０】
また、このように構成された本実施の形態のトンネル８の構築方法では、トンネル８の上方アーチの外周の地盤２０に、周方向に間隔を置いて複数本の中空管体１，・・・を押し込む。そして、その中空管体１内の凍結管１１，１１に不凍液を搬送させて、トンネル８の外周に環状（アーチ状）の凍土部２を形成し、その後に、凍土部２の内周側を掘削し、掘削面には断熱吹付け層４を吹き付けによって形成する。
【００８１】
このため、掘削前から閉成された環状の凍土部２が形成されており、掘削当初からアーチ効果を発揮させることができるので、掘削による地盤２０の緩みを最小限にして変形を極力、抑えることができる。
【００８２】
特に、凍土部２を形成する方法であるため、河川直下などの被圧水下や玉石混じり礫層においても安全にトンネル８を構築することができる。
【００８３】
また、上方アーチの外周に中空管体１，・・・を押し込んでおくことで、上方地盤がこれらの中空管体１，・・・によって先受けされるので、剥離落下を確実に抑えることができる。
【００８４】
すなわち、本実施の形態のトンネル８の構築方法には、中空管体１，・・・を地盤２０に押し込むパイプルーフ工法が組み込まれているため、土被りの浅い地盤２０でも安全にトンネル８を構築することができる。また、中空管体１を押し込む工法であれば、高価なシールド掘削機を使用しないので、経済的である。
【００８５】
さらに、これらの中空管体１，・・・は、周方向に間隔を置いて押し込まれるので、中空管体１，１間が拘束されず、線形がＳ字やクロソイド曲線となるトンネル８であっても、容易に構築することができる。
【００８６】
また、掘削面に断熱材を吹き付けて断熱吹付け層４を形成することで、掘削面からの凍土部２の融解を防止することができる。特に、トンネル８の内周面側にコンクリート製の覆工部６を設ける場合は、コンクリートの硬化熱で凍土部２が融解するとアーチ効果が低減するおそれがあるが、断熱吹付け層４を介在させることで融解を防止することができる。
【００８７】
さらに、凍土部２の低温が硬化前の覆工部６に伝達されると、コンクリートの硬化不良が起きるおそれがあるが、断熱吹付け層４を介在させて冷熱を遮断することで良質なコンクリートにすることができる。
【００８８】
また、プレキャストパネル７を取り付け、それを型枠にしてコンクリートを充填する方法であれば、型枠を脱型する手間が不要となり、迅速かつ容易にトンネル８の覆工部６を構築することができる。
【００８９】
さらに、工場などの品質管理されたところで製作されたプレキャストパネル７を利用することで、品質の高い覆工（トンネル内壁）を形成することができる。また、プレキャストパネル７であれば、高強度にするなど材質の調整も容易におこなうことができる。
【実施例】
【００９０】
次に、前記実施の形態とは別の形態の中空管体９１について、図８，９を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。
【００９１】
この実施例で説明する中空管体９１は、前記実施の形態で説明した中空管体１に凍結管９１１を加えた構成となっている。
【００９２】
この凍結管９１１は、図８に示すように、内空１０を挟んで対峙する２箇所にそれぞれ延設される凍結管１１，１１の間に延設される。すなわち、凍結管９１１は、鉄筋コンクリート部１３の内周面に隣接する位置であって、一方の凍結管１１から鉄筋コンクリート部１３の内周面に沿って他方の凍結管１１に至る円弧の中間地点に配管される。
【００９３】
そして、この凍結管９１１は、他の凍結管１１，１１と同様に、付加コンクリート部１４の内部に埋設され、断熱層１５を介して内空１０に隣接することになる。
【００９４】
さらに、このように製作された中空管体９１は、図９に示すように、トンネル８の中心とは反対側の地盤側（外円線Ｓの外側）に凍結管９１１が配管されるように押し込まれる。
【００９５】
一方、中空管体９１に３本の凍結管１１，１１，９１１を配管した場合は、例えば凍結管９１１によって中空管体９１の先端まで不凍液を送り出し、残りの凍結管１１，１１を通して不凍液を戻すという循環をさせることができる。なお、内空１０に図示しない戻り管を配管し、凍結管９１１と連結して循環させる構成であってもよい。
【００９６】
このように構成された中空管体９１を使うことで、凍結後の工程で掘削がおこなわれるトンネル８の中心側の地盤２０よりも、トンネル８の外周側の地盤２０に凍土部２を厚く形成することができるので、効率的である。
【００９７】
また、凍結管９１１を追加することによって、地盤２０が凍結するまでにかかる時間を短くすることができる。さらに、凍土部２の厚みの調整も容易におこなえるようになり、凍結効率を向上させることができる。
【００９８】
なお、この他の構成および作用効果については、前記実施の形態と略同様であるため説明を省略する。
【００９９】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態及び実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【０１００】
例えば、前記実施の形態では、内空形状が断面視馬蹄形のトンネル８を構築する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、断面視円形や断面視楕円形のトンネルであってもよい。
【０１０１】
また、前記実施の形態では、円形に近い環状の凍土部２を形成したが、これに限定されるものではなく、上方がアーチ状で閉成された形状であれば、例えば馬蹄形のトンネル８の内空形状に近い形状の凍土部であってもよい。さらに、地盤２０の地質や、許容沈下量によっては、上方アーチの頂部付近にのみ又は頂部から脚部にかけての半円状に中空管体１，・・・を配置して凍土部２を形成する構成であってもよい。
【０１０２】
また、前記実施の形態では、防水吹付け層５の内側にコンクリートを打設して覆工部６を構築する方法について説明したが、これに限定されるものではなく、コンクリートを打設する前に鋼製内部支保工を設置する方法であれば、凍土部２の厚さを薄くしても地盤２０の変形を抑えることができるので、凍結範囲を低減することが可能になる。
【符号の説明】
【０１０３】
１，１Ａ，１Ｂ 中空管体
１０ 内空
１１ 凍結管
１１ａ 突出部
１２ 鋼管部（本体）
１３ 鉄筋コンクリート部（本体）
１４ 付加コンクリート部（コンクリート製の壁）
１５ 断熱層
２ 凍土部
２０ 地盤
４ 断熱吹付け層（断熱材）
５ 防水吹付け層（防水材）
６ 覆工部（コンクリート）
８ トンネル
９１ 中空管体
９１１ 凍結管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市部や地盤の弱い場所に、地下鉄や道路又はそれらの合流分岐部などに利用されるトンネルを構築する際に使用する中空管体、及びトンネルの構築方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、地盤を掘削して地中に空洞を形成するに際して、地表面の沈下などを抑えるために、複数の鋼管を先行して地中に向けて押し込んで平屋根状のパイプルーフを構築し、そのパイプルーフで保護された内側の地盤を、剛性の高い連続地中壁や支持杭などの支保工によって支持しながら掘削する方法が知られている（特許文献１など参照）。
【０００３】
また、特許文献２には、線形に曲線部が含まれるトンネルを構築するために開発された曲線パイプルーフ工法が開示されている。
【０００４】
さらに、特許文献３，４には、地盤の弱い場所にトンネルを掘削する際に、前方掘削面の崩落を防ぐために、長尺の先受け鋼材を掘進方向に向けて放射状に打設して対処する方法が開示されている。
【０００５】
そして、特許文献５には、小型のシールド掘削機によって複数のトンネルを断面視環状になるように間隔を置いて構築し、それらのトンネルを使って環状の凍結ゾーンを形成し、その内側にトンネルの分岐合流部を構築する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３５１１１４５号公報
【特許文献２】特開２０００−２４０３９１号公報
【特許文献３】特開２００４−１９３５９号公報
【特許文献４】特開平１０−２３１７００号公報
【特許文献５】特開２００７−２１７９１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、平屋根状のパイプルーフを構築した場合、そのパイプルーフに作用する荷重をすべて支保工で支持させなければならないので、支保工が大掛りになって内部掘削の支障になったり、工事費が高くなったりする原因になっていた。また、隣接するパイプルーフ同士を継手などで連結させる場合、連結部の拘束力が強くなるため、曲線部を設けることが難しい。
【０００８】
他方、先受け鋼材は、横断方向に間隔を置いて配置されているので、先受け鋼材間では横断方向に断面力が伝達できず、アーチ効果を発揮させることができない。また、特許文献４に開示されているようにアーチ状の支保工で先受け鋼材間を連結する場合であっても、掘削から支保工を設置するまでの間に地盤の緩みが進行して変形を抑えることができない。
【０００９】
また、特許文献５に開示されている小型のシールド掘削機を使う方法では、土被りの浅い地盤には適用が難しい。さらに、シールド掘削機を使う方法では、機械費などの初期コストが高くなるため、距離の短いトンネルを構築する場合には不経済である。
【００１０】
そこで、本発明は、効率的に凍土部を形成することが可能な中空管体、及びそれを使って極力、地盤の変形を抑えることが可能なうえに、線形に曲線部を含むトンネルであっても容易に構築することが可能なトンネルの構築方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】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明の中空管体は、地盤に押し込まれる中空管体であって、本体の内空側に軸方向に延設される凍結管と、前記凍結管より内空側を囲繞する断熱層とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
ここで、前記凍結管は、前記本体の内空を挟んで対峙する位置にそれぞれ延設させることができる。また、前記本体の内空を挟んで対峙して延設される２本の凍結管の間に更に凍結管を延設させることもできる。
【００１３】
さらに、前記凍結管は、前記本体の外周面側と一体化されるコンクリート製の壁の内部に埋設されるのが好ましい。さらに、前記凍結管は、端部を前記本体の内空に向けて突出している構成が好ましい。
【００１４】
また、本発明のトンネルの構築方法は、少なくとも上方が断面視アーチ状に形成されるトンネルを構築する方法であって、上記中空管体を、前記トンネルの延伸方向に向け、前記トンネルの上方アーチの外周の地盤に周方向に間隔を置いて、複数本、押し込むに際して、前記複数の中空管体にそれぞれ延設される凍結管が前記周方向に並んで配置されるように押し込む工程と、前記凍結管に低温の不凍液を搬送させて前記中空管体間を含む前記トンネルの外周に凍土部を形成する工程と、前記凍土部の内周側を掘削する工程と、掘削面に断熱材を吹き付ける工程とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
ここで、中空管体に凍結管が３本延設されている場合は、２本の凍結管が前記周方向に並んで配置されるとともに、残りの１本の凍結管が前記トンネルの中心と反対側の地盤側に配置されるように押し込むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
このように構成された本発明の中空管体は、本体の軸方向に凍結管が予め延設されており、その凍結管より内空側には断熱層が形成されている。そして、この中空管体を地盤に押し込み、凍結管に不凍液などの低温の流体を流すと、断熱層のない外側に向かって冷熱が伝達されることになる。
【００１７】
このように断熱層によって凍結管から伝達される冷熱の内空側への放熱が抑えられるため、効率的に中空管体の外側に凍土部を形成することができる。また、断熱層が凍結管の内空側に配置されていれば、本体の内空にモルタルなどを充填しなくてもよいので、現場での作業を軽減でき、その分工期を短縮できる。
【００１８】
また、本体の内空を挟んで対峙する位置に凍結管がそれぞれ配置されていれば、凍土部を中空管体の両側に広げていくことができ、帯状の凍土部を効率的に形成することができる。
【００１９】
さらに、中空管体に凍結管が３本延設されている場合は、２本の凍結管を周方向に並んで配置させて、残りの１本の凍結管をトンネルの中心と反対側の地盤側に配置させれば、中空管体より外周側の地盤を効率的に凍結させることができる。
【００２０】
また、凍結管が本体の外周面側と一体化されるコンクリート製の壁の内部に埋設されていれば、冷熱が壁の内部を伝達されて外周面側に迅速に到達するため、短時間で効率的に中空管体の外側に凍土部を形成することができる。
【００２１】
さらに、中空管体の端部において凍結管の端部が内空に向けて突出していれば、新たに中空管体を継ぎ足す場合に、凍結管同士を容易に接続することができる。このことにより、掘削進捗に応じた凍土形成範囲が任意に設定できるので、凍結にかかる規模やコストを最小限にできる。
【００２２】
また、本発明のトンネルの構築方法では、トンネルの上方アーチの外周の地盤に、周方向に間隔を置いて複数本の中空管体を凍結管が並ぶように位置合わせをして押し込む。そして、その中空管体内の凍結管によって不凍液を搬送させて、トンネルの外周にアーチ状の凍土部を形成し、その後に、凍土部の内周側を掘削し、掘削面には断熱材を吹き付ける。
【００２３】
このため、掘削前からアーチ状の凍土部が形成されており、掘削当初からアーチ効果を発揮させることができるので、掘削による地盤の緩みを最小限にして変形を極力、抑えることができる。
【００２４】
さらに、これらの中空管体は、周方向に間隔を置いて押し込まれるので、中空管体間が拘束されず、線形に曲線部を含むトンネルであっても、容易に構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態の中空管体の構成を説明する横断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の中空管体の構成を説明するために側面を一部破断した破断図である。
【図３】中空管体同士を連結した継手付近の構成を説明する縦断面図である。
【図４】周方向に間隔を置いて押し込まれた中空管体と凍土部の構成を説明する部分拡大横断面図である。
【図５】トンネルの外周に凍土部を形成する工程を説明する横断面図である。
【図６】凍土部の内周側を掘削して断熱材及び防水材を吹き付ける工程を説明する説明図である。
【図７】トンネルの内周側にコンクリート製の覆工部を設ける工程を説明する横断面図である。
【図８】実施例の中空管体の構成を説明する横断面図である。
【図９】周方向に間隔を置いて押し込まれた中空管体と凍土部の構成を説明する部分拡大横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２７】
図１は、本実施の形態の中空管体１の構成を説明する横断面図であり、図２は、中空管体１の構成を説明するために本体の一部を破断させた破断図である。
【００２８】
この中空管体１は、推進工法などによって地盤に水平方向に向けて押し込まれる管材である。この中空管体１の本体は、鋼管、ヒューム管などによっても形成することができるが、本実施の形態では、鉄筋コンクリート遠心成形管を本体に使った中空管体１について説明する。
【００２９】
この中空管体１は、外周面を形成する鋼管部１２とその鋼管部１２の内周面に沿って略均等な厚みで形成される鉄筋コンクリート部１３とによって形成される本体と、その鉄筋コンクリート部１３の内周面に沿って内空１０を挟んで対峙する２箇所にそれぞれ延設される凍結管１１，１１と、それらの凍結管１１，１１を埋設させる付加コンクリート部１４と、その付加コンクリート部１４の内周面に形成される断熱層１５とを備えている。
【００３０】
この円筒状の鋼管部１２の内周面には、軸心に向けて突出されるリブ１２ａが周方向に間隔を置いて略等間隔で設けられている。そして、このリブ１２ａを埋設可能な厚さの鉄筋コンクリート部１３が、遠心成形によって環状に形成される。
【００３１】
また、凍結管１１は、中空管体１の軸方向と並行に延設される中空の鋼管で、内部には塩化カルシウム水溶液などの不凍液を搬送させる。さらに、内空１０を挟んで対峙する位置に２本の凍結管１１，１１が配管されているので、中空管体１の両側（図１では上下方向）に向けて冷熱が拡散しやすい構造となっている。
【００３２】
また、付加コンクリート部１４は、凍結管１１，１１を配管した後に、その周囲に注入されるコンクリートが遠心成形されることによって形成される。この付加コンクリート部１４によって、鋼管部１２と鉄筋コンクリート部１３と凍結管１１，１１と付加コンクリート部１４とが一体化される。
【００３３】
さらに、付加コンクリート部１４の内周面には、発泡ウレタンなどを吹き付けて断熱層１５を形成する。この断熱層１５は、発泡ウレタンなどの独立気泡が多数、介在するものであれば、熱伝導率の小さい気泡によって高い断熱性能を確保することができる。
【００３４】
一方、図３は、上述した中空管体１と同じ構成の２本の中空管体１Ａ，１Ｂを連結した継手付近の構成を説明する縦断面図である。この継手付近では、先行して地盤に押し込まれた中空管体１Ａの後端に、新たな中空管体１Ｂの前端を差し込んで連結させている。
【００３５】
この中空管体１Ａの後端には、鉄筋コンクリート部１３の後端より後方に鋼管部１２から張り出された受口部１２ｃが形成されている。また、鉄筋コンクリート部１３の後端付近にはリブ１２ａが埋設されている。
【００３６】
これに対して、中空管体１Ｂの前端には、鋼管部１２の直径より一段小さくなった差込口１２ｄが形成されるとともに、リブ１２ａが鉄筋コンクリート部１３に埋設されている。
【００３７】
また、この差込口１２ｄの外周面には、リング状の止水材１６が２条になって取り付けられている。さらに、中空管体１Ｂの前端面には、中空管体１Ａの後端面と当接する位置にリング状のガスケット１７が貼り付けられている。
【００３８】
また、中空管体１Ａ（１Ｂ）の端部には、凍結管１１の端部が内空１０に向けて突出する突出部１１ａが設けられている。そして、この突出部１１ａ，１１ａ間を接続管１１１によって連結することで、前方の中空管体１Ａの凍結管１１と後方の中空管体１Ｂの凍結管１１とが接続される。
【００３９】
このように構成された中空管体１は、図４，７に示すようにトンネル８の上方アーチの外周に沿って、周方向に略等間隔に配置される。すなわち、このトンネル８は、トンネル８の外周の地盤２０に、周方向に間隔を置いて環状に配置される複数本の中空管体１，・・・と、中空管体１，１間を含むトンネル８の外周を囲繞するように断面視環状に形成される凍土部２と、凍土部２の内周面にトンネル８の内空形状に沿って形成される断熱吹付け層４及び防水吹付け層５と、さらにその防水吹付け層５の内周面に形成されるコンクリート製の覆工部６及び底盤６１と、その覆工部６の内周側に配置されて壁面を形成するプレキャストパネル７とによって主に構成される。
【００４０】
この凍土部２は、アーチ効果が発揮されやすいように、トンネル８の内空形状に関わらず、断面視略円形の環状に形成するのが好ましい。すなわち、本実施の形態では、図７に示すように、トンネル８の内空形状が断面視馬蹄形に形成されており、底盤６１とその下方の円弧状の凍土部２との間には地盤２０が残されている。
【００４１】
また、アーチ効果が発揮されやすい凍土部２を形成するために、中空管体１は、図４に示すようにトンネル８の外周に想定される外円線Ｓ上に凍結管１１，・・・が並ぶように位置合わせをして地盤２０に押し込まれる。
【００４２】
そして、このような向きで中空管体１，・・・を配置すると、隣接する中空管体１，１の凍結管１１，１１間の距離が最も短くなり、凍結管１１，１１に不凍液を循環させると短時間で中空管体１，１間に凍土部２が形成されてアーチ効果が発揮されることになる。
【００４３】
また、凍土部２の生成状態を確認する手段として、地盤２０には中空管体１に並行に測温管２１が押し込まれ、中空管体１の内部には測温管２２が配置される。この測温管２２は、図４に示すように、凍結管１１，１１と同様に断熱層１５より外周側の位置で、凍結管１１，１１の間に配置される。
【００４４】
このようにして形成される凍土部２の内周面に沿って設けられる断熱吹付け層４は、発泡瞬結スラリーなどの断熱材を掘削面に吹き付けることによって形成される。
【００４５】
この発泡瞬結スラリーには、ウレタン系の発泡ウレタン、又はセメント系の発泡モルタル若しくはＥＰＳ（発泡スチロール）粒やビニロンを混入した発泡モルタルなどが使用できる。このような発泡瞬結スラリーによって形成される断熱吹付け層４は、熱伝導率の小さい独立気泡が多数、介在しているので、高い断熱性能を確保することができる。
【００４６】
そして、この断熱吹付け層４は、内周側に打設されるコンクリートの硬化熱によって凍土部２が融解することがない程度の厚さ、又は凍土部２の冷熱によって内周側に打設されるコンクリートが硬化不良を起こすことがない程度の厚さに吹き付けられる。
【００４７】
また、防水吹付け層５は、ウレタン系やアスファルト系の防水材を断熱吹付け層４の内周面に吹き付けることによって形成される。このように吹き付けによる方法であれば、断熱吹付け層４の表面に凹凸があっても容易に防水構造を形成することができる。
【００４８】
そして、これらの断熱吹付け層４及び防水吹付け層５は、図７に示すようにトンネル８の内空形状を囲繞するように形成される。
【００４９】
また、トンネル８の底部に位置する防水吹付け層５の内周面側には、鉄筋コンクリートによって底盤６１が構築される。また、この底盤６１の両側縁から鉄筋コンクリートによって断面視半円状の覆工部６が構築される。
【００５０】
さらに、この覆工部６の内周面側には、工場などで円弧板状に成形されたプレキャストパネル７が配置される。ここで、このプレキャストパネル７を型枠として機能させる場合は、プレキャストパネル７を設置した後に、その外周側にコンクリートを充填して覆工部６を構築する。
【００５１】
次に、本実施の形態のトンネル８の構築方法について説明する。
【００５２】
まず、工場又は作業ヤードにおいて凍結管１１，１１が延設された中空管体１を製作する。この中空管体１は、例えば直径を1000mm程度にし、その内部に配管される凍結管１１の直径は100mm程度にする。
【００５３】
他方、トンネル８を施工する現場では、トンネル８に隣接する位置の地盤２０に発進立坑（図示せず）を設けておく。そして、この発進立坑の内部から図４に示すように、外円線Ｓ上に凍結管１１，１１が並ぶように中空管体１の向きを合わせる。
【００５４】
ここで、この中空管体１の先端には例えば泥水式の推進機（図示せず）が配置されており、推進機によって地盤２０を切削させるとともに、中空管体１の後端を発進立坑に設置した推進ジャッキ（図示せず）によって押すことで推力を与え、中空管体１を地盤２０に押し込んでいく。
【００５５】
また、この中空管体１は、１本の長さが発進立坑の内空の幅よりも短い長さに成形されているため、例えば図３に示すように、先行する中空管体１Ａを所定の長さまで押し込んだ時点で新たな中空管体１Ｂを継ぎ足し、この継ぎ足し作業を繰り返すことで、所望する長さになるまで押し込みを続ける。
【００５６】
さらに、図４に示すように、外円線Ｓ上の別の位置では、押し込まれた中空管体１とは周方向に間隔を置いて順次、中空管体１，・・・の押し込みを同様の手順でおこなう。
【００５７】
また、中空管体１より外周側に離隔した位置の地盤２０には、図４，５に示すように測温管２１を押し込み、地盤２０の温度を計測できるようにする。また、地盤２０に押し込む中空管体１のいくつかは、内部に測温管２２が延設されたものとし、中空管体１の温度を計測できるようにする。
【００５８】
そして、図５に示すように、トンネル８の外周を囲繞するように断面視環状の凍土部２を形成する。
【００５９】
この凍土部２の構築は、発進立坑から凍結管１１，・・・に不凍液として塩化カルシウム水溶液を循環させることによっておこなわれる。すなわち、最先端に配置された中空管体１の内空１０では、凍結管１１，１１の突出部１１ａ，１１ａ間が先端側で連結されており、発進立坑から送り出された不凍液は、一方の凍結管１１で先端まで搬送された後に、他方の凍結管１１に流れ込んで発進立坑に戻される。そして、地盤２０との熱交換で温度が上昇して発進立坑に戻ってきた不凍液を冷凍機（図示せず）で冷却し、再び凍結管１１に送り出す。
【００６０】
このようにして低温の不凍液を凍結管１１，１１によって中空管体１内で循環させると、その冷熱は断熱層１５のない本体の外周側の地盤２０に移動し、地盤２０に凍土部２が形成される。この凍土部２の生成状態は、測温管２１，２２によって計測される温度によって推定することができる。
【００６１】
そして、図５に示すような環状の凍土部２が完成すると、その内周側の地盤２０は、凍土部２のアーチ効果で保護されることになる。そこで、発進立坑に搬入されたバックホウなどの掘削機３を使って、図６に示すように凍土部２の内周側の掘削をおこなう。
【００６２】
この掘削は、凍土部２によって保護された内周側の掘削となるため、小断面に分割して段階的におこなう必要がなく、トンネル８の全断面を一度に掘削することができるので掘削効率がよい。
【００６３】
そして、掘削面には、掘削の進行に伴って発泡瞬結スラリーなどの断熱材を吹き付けて断熱吹付け層４を形成することで、掘削によって露出した凍土面を保護することができる。
【００６４】
また、このように掘削に伴って断熱材を吹き付けるのであれば、工事や大気の流入によってトンネル８内の温度が上昇しても、凍土部２にはその熱が伝達されず融解を防ぐことができる。
【００６５】
さらに、断熱吹付け層４の内周面側には、ウレタン系材料などの防水材を吹き付けることによって、防水吹付け層５を形成する。
【００６６】
そして、防水吹付け層５の内周面側には覆工部６用の配筋をおこない、さらにその内周側には、図７に示すようにプレキャストパネル７を取り付ける。また、プレキャストパネル７の脚部間には、平板状にコンクリートを打設して底盤６１を構築する。
【００６７】
一方、プレキャストパネル７の外周側にもコンクリートを打設する。このコンクリートは、プレキャストパネル７と防水吹付け層５との隙間に流れ込んで、下方から頂部に向けて充填されることで覆工部６が構築される。
【００６８】
以上に説明したトンネル８内周側の掘削作業、断熱吹付け層４及び防水吹付け層５の吹き付け作業、プレキャストパネル７の取り付け作業、コンクリートの打設作業は、トンネル８の全長にわたって一度におこなわれるのではなく、単位長さで逐次おこなわれてその作業が繰り返される。
【００６９】
これに対して中空管体１，・・・の押し込みは、トンネル８全長にわたって一度におこなうことができる。また、トンネル８内周側の掘削からの一連の作業は、所定距離分に限定しておこない、これに相応する区間のみ予め凍結運転し、順次この区間を移動していくこともできる。このことにより、掘削、構築の進捗に応じた凍土形成範囲が任意に設定できるので、凍結にかかる規模やコストを最小限にできる。
【００７０】
次に、本実施の形態の中空管体１、及びそれを使用したトンネル８の構築方法の作用について説明する。
【００７１】
このように構成された本実施の形態の中空管体１は、本体の軸方向に凍結管１１，１１が予め延設されており、その凍結管１１，１１より内空側を囲繞する断熱層１５が形成されている。
【００７２】
そして、この中空管体１を地盤２０に押し込み、凍結管１１，１１に不凍液などの低温の流体を流すと、不凍液の冷熱は、断熱層１５のない中空管体１の外周面側に向かって伝達されることになる。
【００７３】
このように断熱層１５によって凍結管１１，１１から伝達される冷熱の内空１０への放熱が抑えられるため、内空１０にモルタルなどを充填しなくても、中空管体１の外側の地盤２０に冷熱を効率的に伝達させて凍土部２を形成することができ、現場での作業を軽減できるので、その分工期を短縮できる。
【００７４】
すなわち、従来の凍結工法では、中空の管体を地盤２０に押し込んだ後に凍結管を差し込んでいたため、現場での凍結管の配管作業が必要になるだけでなく、地盤２０に効率的に冷熱を伝導させるために、管体の内部にモルタルなどを充填する作業が必要であったが、本実施の形態の中空管体１を使用することで、これらの作業を省略することができる。
【００７５】
また、内空１０を挟んで対峙する位置に凍結管１１，１１がそれぞれ配置されていれば、凍土部２を中空管体１の両側に広げていくことができ、帯状の凍土部２を効率的に形成することができる。
【００７６】
さらに、凍結管１１，１１が外周面側の鋼管部１２と一体化される付加コンクリート部１４の内部に埋設されていれば、凍結管１１の冷熱は、付加コンクリート部１４、鉄筋コンクリート部１３及び鋼管部１２という順に迅速に伝達されるため、短時間で効率的に中空管体１の外側に凍土部２を形成することができる。
【００７７】
また、付加コンクリート部１４、鉄筋コンクリート部１３及び鋼管部１２は、環状に一体化されているため、中空管体１の全周にも冷熱が広がり、効率的に中空管体１の周囲に凍土部２を形成することができる。
【００７８】
さらに、中空管体１の端部において、凍結管１１の端部が内空１０に向けて突出された突出部１１ａが設けられていれば、新たに中空管体１を継ぎ足す場合に、凍結管１１，１１同士の接続も内空１０から容易におこなうことができる。
【００７９】
そして、この突出部１１ａの存在により、任意の位置の突出部１１ａで冷凍機（図示せず）と凍結管１１とを連結させることができ、掘削、構築の進捗に応じて凍土形成範囲を限定的にするなど任意に設定できるので、凍結にかかる規模やコストを最小限にできる。
【００８０】
また、このように構成された本実施の形態のトンネル８の構築方法では、トンネル８の上方アーチの外周の地盤２０に、周方向に間隔を置いて複数本の中空管体１，・・・を押し込む。そして、その中空管体１内の凍結管１１，１１に不凍液を搬送させて、トンネル８の外周に環状（アーチ状）の凍土部２を形成し、その後に、凍土部２の内周側を掘削し、掘削面には断熱吹付け層４を吹き付けによって形成する。
【００８１】
このため、掘削前から閉成された環状の凍土部２が形成されており、掘削当初からアーチ効果を発揮させることができるので、掘削による地盤２０の緩みを最小限にして変形を極力、抑えることができる。
【００８２】
特に、凍土部２を形成する方法であるため、河川直下などの被圧水下や玉石混じり礫層においても安全にトンネル８を構築することができる。
【００８３】
また、上方アーチの外周に中空管体１，・・・を押し込んでおくことで、上方地盤がこれらの中空管体１，・・・によって先受けされるので、剥離落下を確実に抑えることができる。
【００８４】
すなわち、本実施の形態のトンネル８の構築方法には、中空管体１，・・・を地盤２０に押し込むパイプルーフ工法が組み込まれているため、土被りの浅い地盤２０でも安全にトンネル８を構築することができる。また、中空管体１を押し込む工法であれば、高価なシールド掘削機を使用しないので、経済的である。
【００８５】
さらに、これらの中空管体１，・・・は、周方向に間隔を置いて押し込まれるので、中空管体１，１間が拘束されず、線形がＳ字やクロソイド曲線となるトンネル８であっても、容易に構築することができる。
【００８６】
また、掘削面に断熱材を吹き付けて断熱吹付け層４を形成することで、掘削面からの凍土部２の融解を防止することができる。特に、トンネル８の内周面側にコンクリート製の覆工部６を設ける場合は、コンクリートの硬化熱で凍土部２が融解するとアーチ効果が低減するおそれがあるが、断熱吹付け層４を介在させることで融解を防止することができる。
【００８７】
さらに、凍土部２の低温が硬化前の覆工部６に伝達されると、コンクリートの硬化不良が起きるおそれがあるが、断熱吹付け層４を介在させて冷熱を遮断することで良質なコンクリートにすることができる。
【００８８】
また、プレキャストパネル７を取り付け、それを型枠にしてコンクリートを充填する方法であれば、型枠を脱型する手間が不要となり、迅速かつ容易にトンネル８の覆工部６を構築することができる。
【００８９】
さらに、工場などの品質管理されたところで製作されたプレキャストパネル７を利用することで、品質の高い覆工（トンネル内壁）を形成することができる。また、プレキャストパネル７であれば、高強度にするなど材質の調整も容易におこなうことができる。
【実施例】
【００９０】
次に、前記実施の形態とは別の形態の中空管体９１について、図８，９を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。
【００９１】
この実施例で説明する中空管体９１は、前記実施の形態で説明した中空管体１に凍結管９１１を加えた構成となっている。
【００９２】
この凍結管９１１は、図８に示すように、内空１０を挟んで対峙する２箇所にそれぞれ延設される凍結管１１，１１の間に延設される。すなわち、凍結管９１１は、鉄筋コンクリート部１３の内周面に隣接する位置であって、一方の凍結管１１から鉄筋コンクリート部１３の内周面に沿って他方の凍結管１１に至る円弧の中間地点に配管される。
【００９３】
そして、この凍結管９１１は、他の凍結管１１，１１と同様に、付加コンクリート部１４の内部に埋設され、断熱層１５を介して内空１０に隣接することになる。
【００９４】
さらに、このように製作された中空管体９１は、図９に示すように、トンネル８の中心とは反対側の地盤側（外円線Ｓの外側）に凍結管９１１が配管されるように押し込まれる。
【００９５】
一方、中空管体９１に３本の凍結管１１，１１，９１１を配管した場合は、例えば凍結管９１１によって中空管体９１の先端まで不凍液を送り出し、残りの凍結管１１，１１を通して不凍液を戻すという循環をさせることができる。なお、内空１０に図示しない戻り管を配管し、凍結管９１１と連結して循環させる構成であってもよい。
【００９６】
このように構成された中空管体９１を使うことで、凍結後の工程で掘削がおこなわれるトンネル８の中心側の地盤２０よりも、トンネル８の外周側の地盤２０に凍土部２を厚く形成することができるので、効率的である。
【００９７】
また、凍結管９１１を追加することによって、地盤２０が凍結するまでにかかる時間を短くすることができる。さらに、凍土部２の厚みの調整も容易におこなえるようになり、凍結効率を向上させることができる。
【００９８】
なお、この他の構成および作用効果については、前記実施の形態と略同様であるため説明を省略する。
【００９９】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態及び実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【０１００】
例えば、前記実施の形態では、内空形状が断面視馬蹄形のトンネル８を構築する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、断面視円形や断面視楕円形のトンネルであってもよい。
【０１０１】
また、前記実施の形態では、円形に近い環状の凍土部２を形成したが、これに限定されるものではなく、上方がアーチ状で閉成された形状であれば、例えば馬蹄形のトンネル８の内空形状に近い形状の凍土部であってもよい。さらに、地盤２０の地質や、許容沈下量によっては、上方アーチの頂部付近にのみ又は頂部から脚部にかけての半円状に中空管体１，・・・を配置して凍土部２を形成する構成であってもよい。
【０１０２】
また、前記実施の形態では、防水吹付け層５の内側にコンクリートを打設して覆工部６を構築する方法について説明したが、これに限定されるものではなく、コンクリートを打設する前に鋼製内部支保工を設置する方法であれば、凍土部２の厚さを薄くしても地盤２０の変形を抑えることができるので、凍結範囲を低減することが可能になる。
【符号の説明】
【０１０３】
１，１Ａ，１Ｂ 中空管体
１０ 内空
１１ 凍結管
１１ａ 突出部
１２ 鋼管部（本体）
１３ 鉄筋コンクリート部（本体）
１４ 付加コンクリート部（コンクリート製の壁）
１５ 断熱層
２ 凍土部
２０ 地盤
４ 断熱吹付け層（断熱材）
５ 防水吹付け層（防水材）
６ 覆工部（コンクリート）
８ トンネル
９１ 中空管体
９１１ 凍結管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に押し込まれる中空管体であって、
本体の内空側に軸方向に延設される凍結管と、
前記凍結管より内空側を囲繞する断熱層とを備えたことを特徴とする中空管体。
【請求項２】
前記本体の内空を挟んで対峙する位置に前記凍結管がそれぞれ延設されることを特徴とする請求項１に記載の中空管体。
【請求項３】
前記本体の内空を挟んで対峙して延設される２本の凍結管の間に更に凍結管が延設されることを特徴とする請求項２に記載の中空管体。
【請求項４】
前記本体の外周面側と一体化されるコンクリート製の壁の内部に前記凍結管が埋設されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の中空管体。
【請求項５】
前記凍結管は、端部が前記本体の内空に向けて突出していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の中空管体。
【請求項６】
少なくとも上方が断面視アーチ状に形成されるトンネルを構築する方法であって、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の中空管体を、前記トンネルの延伸方向に向け、前記トンネルの上方アーチの外周の地盤に周方向に間隔を置いて、複数本、押し込むに際して、前記複数の中空管体にそれぞれ延設される凍結管が前記周方向に並んで配置されるように押し込む工程と、
前記凍結管に低温の不凍液を搬送させて前記中空管体間を含む前記トンネルの外周に凍土部を形成する工程と、
前記凍土部の内周側を掘削する工程と、
掘削面に断熱材を吹き付ける工程とを備えたことを特徴とするトンネルの構築方法。
【請求項７】
少なくとも上方が断面視アーチ状に形成されるトンネルを構築する方法であって、
請求項３に記載の中空管体を、前記トンネルの延伸方向に向け、前記トンネルの上方アーチの外周の地盤に周方向に間隔を置いて、複数本、押し込むに際して、前記複数の中空管体にそれぞれ延設される凍結管のうち２本が前記周方向に並んで配置されるとともに、残りの１本の凍結管が前記トンネルの中心と反対側の地盤側に配置されるように押し込む工程と、
前記凍結管に低温の不凍液を搬送させて前記中空管体間を含む前記トンネルの外周に凍土部を形成する工程と、
前記凍土部の内周側を掘削する工程と、
掘削面に断熱材を吹き付ける工程とを備えたことを特徴とするトンネルの構築方法。
【請求項１】
地盤に押し込まれる中空管体であって、
本体の内空側に軸方向に延設される凍結管と、
前記凍結管より内空側を囲繞する断熱層とを備えたことを特徴とする中空管体。
【請求項２】
前記本体の内空を挟んで対峙する位置に前記凍結管がそれぞれ延設されることを特徴とする請求項１に記載の中空管体。
【請求項３】
前記本体の内空を挟んで対峙して延設される２本の凍結管の間に更に凍結管が延設されることを特徴とする請求項２に記載の中空管体。
【請求項４】
前記本体の外周面側と一体化されるコンクリート製の壁の内部に前記凍結管が埋設されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の中空管体。
【請求項５】
前記凍結管は、端部が前記本体の内空に向けて突出していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の中空管体。
【請求項６】
少なくとも上方が断面視アーチ状に形成されるトンネルを構築する方法であって、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の中空管体を、前記トンネルの延伸方向に向け、前記トンネルの上方アーチの外周の地盤に周方向に間隔を置いて、複数本、押し込むに際して、前記複数の中空管体にそれぞれ延設される凍結管が前記周方向に並んで配置されるように押し込む工程と、
前記凍結管に低温の不凍液を搬送させて前記中空管体間を含む前記トンネルの外周に凍土部を形成する工程と、
前記凍土部の内周側を掘削する工程と、
掘削面に断熱材を吹き付ける工程とを備えたことを特徴とするトンネルの構築方法。
【請求項７】
少なくとも上方が断面視アーチ状に形成されるトンネルを構築する方法であって、
請求項３に記載の中空管体を、前記トンネルの延伸方向に向け、前記トンネルの上方アーチの外周の地盤に周方向に間隔を置いて、複数本、押し込むに際して、前記複数の中空管体にそれぞれ延設される凍結管のうち２本が前記周方向に並んで配置されるとともに、残りの１本の凍結管が前記トンネルの中心と反対側の地盤側に配置されるように押し込む工程と、
前記凍結管に低温の不凍液を搬送させて前記中空管体間を含む前記トンネルの外周に凍土部を形成する工程と、
前記凍土部の内周側を掘削する工程と、
掘削面に断熱材を吹き付ける工程とを備えたことを特徴とするトンネルの構築方法。
【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２０１０−２４８７５８（Ｐ２０１０−２４８７５８Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９８０４２（Ｐ２００９−９８０４２）
【出願日】平成２１年４月１４日（２００９．４．１４）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】（５９１０４５９６５）株式会社精研 (5)
【出願人】（０００１２７２５９）株式会社イセキ開発工機 (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１４日（２００９．４．１４）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】（５９１０４５９６５）株式会社精研 (5)
【出願人】（０００１２７２５９）株式会社イセキ開発工機 (9)
【Ｆターム（参考）】
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