分合流部のトンネルおよび分合流部構築方法
【課題】 施工途中に覆工体を安定して支えるために配置される仮設支保材１２、１３の配置方法、及び、土水圧の作用による分岐トンネル２の滑動に配慮して分合流部３のトンネル躯体８０の構造を比較的薄く、経済的に構築すること、作業効率の向上を図ることを課題とする。
【解決手段】 本線トンネル１から分岐トンネル２に分岐する分合流部３のトンネルにおいて、前記本線トンネル１から前記分岐トンネル２の上下に配設される山留材６、７と、本線トンネル１の覆工体を補強する第一の補強部材１０、１２、１４ａと、分岐トンネル２の覆工体を補強する第二の補強部材１３、１４ｂと、前記山留材６、７を支持する第三の補強部材１１、１５とを有し、前記分合流部３の外郭７０の内側にコンクリートが打設されて、前記補強部材が埋設されて、前記分合流部３のトンネル躯体８０が構成され、該分合流部３のトンネル躯体８０の内側に分岐空間１００が形成されている。
【解決手段】 本線トンネル１から分岐トンネル２に分岐する分合流部３のトンネルにおいて、前記本線トンネル１から前記分岐トンネル２の上下に配設される山留材６、７と、本線トンネル１の覆工体を補強する第一の補強部材１０、１２、１４ａと、分岐トンネル２の覆工体を補強する第二の補強部材１３、１４ｂと、前記山留材６、７を支持する第三の補強部材１１、１５とを有し、前記分合流部３の外郭７０の内側にコンクリートが打設されて、前記補強部材が埋設されて、前記分合流部３のトンネル躯体８０が構成され、該分合流部３のトンネル躯体８０の内側に分岐空間１００が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、分岐トンネルが本線トンネルから分岐する分合流部のトンネル及び分合流部分の構築方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、首都圏や都市部等の住宅の密集した地域の渋滞解消の目的で、多くの道路が計画、又は、建設されている。それらの道路は、地上の用地取得が困難なため、地下に建設されることが増えてきている。従来、シールド機で地下高速道路等のトンネルの分合流部を構築する場合、地上より開削工法によって構築していた。また、このような開削工法を使わずにトンネルを構築できる従来の技術として、特許文献に記載のあるものとしては次の（１）の１件を挙げる。
（１）特許文献１（特開２００４−２７７１１号公報）
【０００３】
既設のシールドトンネルの側壁の一部を、トンネルの半径方向に押出可能な少なくとも一つの押出セグメントからなる押出セグメント部を軸方向に複数並べることで形成する。そして、これら押出セグメント部毎に、押出セグメント部の内壁側の周縁部に、押出方向と逆方向に突出する筒状部を接合して箱状のブロック体を形成する。次いで、ブロック体を半径方向に既設のシールドトンネルの側壁からそれぞれ押し出す。そして、これらを軸方向に連接し、連接することで形成されるブロック体同士を仕切る仕切り壁部を撤去して、柱を設ける。軟弱地盤においても既設のシールドトンネルを容易に拡幅する。
【特許文献１】特開２００４−２７７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来のものにあっては、トンネル分合流部をシールド工法によって構築するため、供用中の道路を交通規制する必要は無いものの、トンネル分合流部は、車両が合流分流するという機能上、地下に大規模な空間を構築することになり、その躯体構造は非常に厚くなっていた。もっとも、それ以前に、特許文献１は、主に軟弱地盤でなければ、押出セグメントを地下空間に突出できず、拡幅工法としては、用途限定されてしまうと言う欠点があった。
【０００５】
そこで、この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、施工途中に覆工体を安定して支えるために配置される仮設支保材の配置方法と、同じく施工途中に土水圧の作用によるトンネルの滑動に配慮してトンネル分合流部の躯体構造を比較的薄く、経済的に構築すること、作業効率の向上を図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
係る課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、本線トンネルから分岐トンネルに分岐する分合流部のトンネルにおいて、前記本線トンネルから前記分岐トンネルの上下に配設される山留材と、本線トンネル覆工体を補強する第一の補強部材と、分岐トンネル覆工体を補強する第二の補強部材と、前記山留材を支持する第三の補強部材とを有し、前記本線トンネル覆工体の一部、前記分岐トンネル覆工体の一部、および、前記山留材、で形成された分合流部外郭の内側にコンクリートが打設されて前記第一、第二及び第三の補強部材が埋設されて分合流部トンネル躯体が構成され、該分合流部トンネル躯体内側に分岐空間が形成されたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加えて、前記山留材としてパイプルーフを使用し、該パイプルーフと前記コンクリートを一体構造としたことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加えて、前記分岐トンネル覆工体は矩形であることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の構成に加えて、前記本線トンネルの前記分岐空間内に、中柱を構築したことを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか１項に記載の構成に加えて、前記本線トンネル覆工体の一部の内側で、前記分岐空間の床面の下側又は、前記分岐空間の天井面の上側に、空間部を形成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、本線トンネルから分岐トンネルに分岐する分合流部を構築する方法において、シールド機で前記本線トンネルを構築し、前記分岐トンネルを前記本線トンネルに沿って構築し、前記本線トンネルから前記分岐トンネル覆工体の上下に山留材を配設し、前記本線トンネル覆工体を補強する第一の支保材と前記分岐トンネル覆工体を補強する第二の支保材と前記山留材を支持する第三の支保材とを設け、前記本線トンネル覆工体および前記分岐トンネル覆工体の一部を解体し、該覆工体の解体されていない一部と前記上下の山留材で囲まれた内側にコンクリートを打設して分岐空間を形成すると共に、該分岐空間内に露出する前記各支保材を除去して分合流部を構築したことを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の構成に加えて、前記分岐トンネル覆工体外側の地盤に向けてグランドアンカーを設置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記、請求項１に記載の発明によれば、本線トンネルから分岐トンネルに分岐する分合流部のトンネルにおいて、前記本線トンネルから前記分岐トンネルの上下に配設される山留材と、本線トンネル覆工体を補強する第一の補強部材と、分岐トンネル覆工体を補強する第二の補強部材と、前記山留材を支持する第三の補強部材とを有し、前記本線トンネル覆工体の一部、前記分岐トンネル覆工体の一部、および、前記山留材、で形成された分合流部外郭の内側にコンクリートが打設されて前記第一、第二及び第三の補強部材が埋設されて分合流部トンネル躯体が構成され、該分合流部トンネル躯体内側に分岐空間が形成されたことを特徴とするので、トンネル躯体構造を薄く構築できる。また、施工途中でもトンネル覆工体を安定させることが可能となる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の効果に加えて、前記山留材としてパイプルーフを使用し、該パイプルーフと前記コンクリートを一体構造としたことを特徴とするので、強固な水平防護工をするため、仮設構造体としてではなく、本体構造の一部として利用することで、仮設資材を減量して、トンネル分合流部を構築することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の効果に加えて、前記分岐トンネル覆工体は矩形であることを特徴とするので、前記山留材たるパイプルーフを施工し易く、矩形セグメントの外側垂直部材の覆工体を構造体の一部として使用することで、内空を建築限界一杯まで有効に活用できるため、分岐トンネルの外形を小さくすることが可能となる。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の何れか１項に記載の効果に加えて、前記本線トンネルの前記分岐空間内に、中柱を構築したことを特徴とするので、打設するコンクリートの頂版及び底版の分岐トンネル幅方向における支持柱たる中柱の無い部分であるスパン長を短くでき、構造上頑強になる。すなわち、頂版厚と底版厚とを低減でき、躯体のコンクリートボリュームを大幅に減少することができる。しかも、頂版厚と底版厚を抑えることにより、分岐トンネルの断面の縦径を小さくでき、コスト圧縮に寄与する。結局、掘削ボリューム、コンクリート打設ボリューム、鉄筋等の使用量も低減できるため、全工費の圧縮、全工期の短縮に繋がる。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４の何れか１項に記載の効果に加えて、前記本線トンネル覆工体の一部の内側で、前記分岐空間の床面の下側又は、前記分岐空間の天井面の上側に、空間部を形成したことを特徴とするので、該空間部のうち前記分岐空間の天井面の上側には、換気ダクトや消防用出水管等を、前記分岐空間の床面の下側には、床版、非難施設、共同溝等の付属構造物を設けて利用できる。また、前記空間部のコンクリートボリュームが不要になるので、工費及び工期の節減にもなる。
【００１８】
請求項６に記載の発明によれば、本線トンネルから分岐トンネルに分岐する分合流部を構築する方法において、シールド機で前記本線トンネルを構築し、前記分岐トンネルを前記本線トンネルに沿って構築し、前記本線トンネルから前記分岐トンネル覆工体の上下に山留材を配設し、前記本線トンネル覆工体を補強する第一の支保材と前記分岐トンネル覆工体を補強する第二の支保材と前記山留材を支持する第三の支保材とを設け、前記本線トンネル覆工体および前記分岐トンネル覆工体の一部を解体し、該覆工体の解体されていない一部と前記上下の山留材で囲まれた内側にコンクリートを打設して分岐空間を形成すると共に、該分岐空間内に露出する前記各支保材を除去して分合流部を構築したことを特徴とするので、トンネル躯体構造を薄く構築できる。また、施工途中でもトンネル覆工体を安定させることが可能となる。
【００１９】
請求項７に記載の発明によれば、請求項６に記載の効果に加えて、前記分岐トンネル覆工体外側の地盤に向けてグランドアンカーを設置したことを特徴とするので、山留めが確実にでき、土水圧による滑動を防止でき、本線トンネルと分岐トンネル間の土砂掘削、覆工体の解体時に、水平支保材を直ぐに施工する必要が無くなり、作業効率の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、この発明を実施するための最良の形態について説明する。
〔発明の実施の形態１〕
【００２１】
図１乃至図１３は、この発明の実施の形態１に係る図で、施工工程を示している。
【００２２】
図１に示すように、この実施の形態１に係る、本線トンネル１と分岐トンネル２とが分合流し、当該トンネル分合流拡幅部３とその周辺の路線上を走行する車の流れは、上方から見た平面図で矢印のような流れになる。図１（ａ）は、本線トンネル１に分岐トンネル２（ＯＮランプトンネル）が合流する合流部路線平面図で、図１（ｂ）は、本線トンネル１から分岐トンネル２（ＯＦＦランプトンネル）が分流する分流部路線平面図である。
【００２３】
図２には、本線トンネル１と分岐トンネル２が並列走行するトンネル分合流拡幅部３とその周辺の平面図が示されている。この分合流拡幅部３の幅が最大値になる本線トンネル分岐幅最大端部４から、本線トンネル分岐発端部５までの部分が、トンネル分合流拡幅部３である。この発明は、この分合流拡幅部３に適用したものであり、この分合流拡幅部３の路線長は、約２００ｍである。
【００２４】
また、図３及び図１３には、図２のＢ−Ｂ線に沿うトンネル分合流拡幅部３の横断面図が示されている。このトンネル分合流拡幅部３の構成は、「山留材」である頂版パイプルーフ６及び底版パイプルーフ７をそれぞれ内蔵する、分岐部頂版８及び分岐部底版９によって、上下から挟まれ、「山留材を支持する第三の支保材」である分岐部側壁支保材１１を補強部材として内蔵する分岐部側壁１７、及び本線部側壁１６によって、両側から挟まれる内部空間から成り、分岐部頂版８の上側及び分岐部底版９の下側の地盤は、それぞれ上側地盤１８及び下側地盤１９であり、止水性及び地盤強化の必要性等に応じて、それぞれ地盤改良されている。
【００２５】
一方、分岐部側壁１７の内部には、分岐部頂版８と分岐部底版９とを支える支保材としての役割を果たす、分岐部側壁支保材１１が補強部材として内蔵されている。勿論、分岐部側壁１７の外側に残した山留材の役割をした分岐トンネル２の覆工体の更に外側は、地下水の浸入が無い地盤条件では、補足地盤改良をする必要が無いが、浸水が有る場合は、補足地盤改良を施し、補足改良した地盤２０を設ける。
【００２６】
更に、「本線トンネル１の覆工体を補強する第一の支保材」である本線部側壁支保材１０、本線部垂直支保材１２及び本線部水平支保材１４ａ、また、「分岐トンネル２の覆工体を補強する第二の支保材」である分岐部垂直支保材１３及び分岐部水平支保材１４ｂが配置されている。
【００２７】
図１０から図１３に示すように、施工途中、第一の支保材である本線部側壁支保材１０、本線部垂直支保材１２、及び、本線部水平支保材１４ａは、本線トンネル１の覆工体を支持するが、本線部側壁支保材１０及び本線部水平支保材１４ａはコンクリートに埋設し、補強部材となるのに対し、本線部垂直支保材１２はコンクリート打設後は撤去する。第二の支保材である分岐部垂直支保材１３と分岐部水平支保材１４ｂは、分岐トンネル２の覆工体を支持し、コンクリート打設後、分岐部垂直支保材１３は撤去され、分岐部水平支保材１４ｂはコンクリートに埋設され、補強部材となる。第三の支保材である分岐部側壁支保材１１と山留用垂直支保材１５は、「山留材」である頂版パイプルーフ６及び底版パイプルーフ７を支持するが、分岐部側壁支保材１１はコンクリートに埋設し、補強部材となるのに対し、山留用垂直支保材１５はコンクリート打設後、撤去して完成する。
【００２８】
ここで、図４に示すように、図３のＣ−Ｃ線に沿う断面図、すなわち、頂版パイプルーフ６を内蔵する分岐部頂版８のトンネル長手方向における断面構造を説明する。頂版パイプルーフ６は、パイプ２１とジョイント２２とからなり、パイプ２１同士はフック型のジョイント２２で連結されている。このジョイント２２はパイプ２１の長手方向側面に間断なく設置されており、頂版パイプルーフ６を構築するに当り、パイプ２１を順次脇にジョイント２２を噛み合せながら容易にスライドさせて並べることによりルーフ状になるように工夫されている。このように連続して組み立てられた頂版パイプルーフ６は、地中で地盤を支える鋼材であり、その各パイプ２１の内部はコンクリート等の充填剤２３を打設できるよう、空洞となっている。従来は前記空洞にコンクリート等は充填しなかった。しかし、更に、より強度を増し、折り曲がりにくくするために、パイプ２１の内空には、地盤に挿通した後にＨ形鋼材２４を鉄骨として挿入し、コンクリートを充填打設する。型枠２９を仮設後、分岐部頂版８、分岐部底版９及び分岐部側壁１７及び本線部側壁１６にコンクリートを打設して、分合流部トンネル躯体８０を構築する。なお、頂版パイプルーフ６と本線部水平支保材１４との間の連結材２５は、全てのパイプ２１に間断なく設置するのではなく、１本置きの如く断続的に設置することができる。コンクリートが硬化し、分岐部頂版８を構築し終えたら、型枠２９を取り外す。
【００２９】
同様に、底版パイプルーフ７を内蔵する分岐部底版９のトンネル長手方向における断面構造は、これとは上下逆転して構築する。
【００３０】
次に、パイプルーフ工法によって本線トンネル１と分岐トンネル２とを地中にて連結する施工手順について説明する。
《本線トンネル１内に第一の支保材１０、１２、１４ａを構築》
【００３１】
図５に示すように、本線シールド機２６が本線トンネル１を掘進中に、「第一の支保材」である本線部水平支保材１４ａ、本線部垂直支保材１２及び本線部側壁支保材１０が設置され、これら第一の支保材１４ａ、１２及び１０構築時に図示しない作業架台も構築される。この本線部水平支保材１４ａと本線部側壁支保材１０は、トンネル分合流拡幅部３の構築時に鉄骨として使用することができる。
《本線トンネル１内より上側地盤１８、下側地盤１９の改良を施す》
【００３２】
図６に示すように、分岐トンネル２が施工される予定の周辺地山に、殊に分岐トンネル２の覆工体上下に地盤１８、１９の地盤改良が、止水性及び地盤強度等を増した地盤にするために同時に又は順次施工される。従って、湧水を伴わない強固な地盤では、地盤改良規模を小さくでき、全く湧水を伴わなければ地盤改良が不要となる場合がある。
《分岐トンネル２を本線トンネル１に近接させて施工する》
【００３３】
図７に示すように、分岐シールド機２７で、分岐トンネル２が本線トンネル１の隣に離隔して構築される。分岐トンネル２が本線トンネル１に近接して施工されることで、本線トンネル１の覆工体へ作用する分岐トンネル２からの裏込め圧については、本線トンネル１内に構築・設置された第一の支保材である本線部水平支保材１４ａ、本線部垂直支保材１２及び本線部側壁支保材１０で受けることができる。分岐シールド機２７をトンネル分合流拡幅部３の区間が確保できる位置まで掘進させ、分岐トンネル２を構築し終える。
《頂版パイプルーフ６及び底版パイプルーフ７を設置する》
【００３４】
図８に示すように、地盤改良された地盤１８、１９中に、それぞれ頂版パイプルーフ６，底版パイプルーフ７が水平方向に本線トンネル１内から構築される。頂版パイプルーフ６、底版パイプルーフ７を構築するための掘削方法は、ケーシング内を電動モータで回転させながら回転軸方向に押し込むスクリューオーガ式で、掘削すると共にケーシングを圧入ジャッキで押し込む。頂版パイプルーフ６、底版パイプルーフ７は、上下同時に又は順次施工する。頂版パイプルーフ６、底版パイプルーフ７は、ジョイント２２を介して隣接するパイプ２１と連結しながら地盤改良された地盤１８、１９中に挿通していく。
《分岐トンネル２内より分岐トンネル２の覆工体外側を地盤改良する》
【００３５】
図９に示すように、分岐トンネル２内から、当該覆工体の外側に向けて地盤改良が施され、地盤２０が改良される。また、止水性を高める必要があれば補足地盤改良を施こす。
《分岐トンネル２内に第二の支保材１３を構築する》
【００３６】
図１０に示すように、分岐部垂直支保材１３が分岐トンネル２内に構築される。
《本線トンネル１及び分岐トンネル２内に第三の支保材１５、１１を構築する》
【００３７】
図１０に示すように、山留用垂直支保材１５及び分岐部側壁支保材１１が本線トンネル１及び分岐トンネル２内に構築される。これらは、分岐トンネル２の覆工体の一部を解体し、内部地山５０の掘削前に行う。このうち分岐部側壁支保材１１は、分岐トンネル２内に残って、トンネル分合流拡幅部３の躯体構造の一部となる。頂版パイプルーフ６の先端部の分岐トンネル２の覆工体の一部を解体し分岐部側壁支保材１１と結合し、底版パイプルーフ７の先端部の分岐トンネル２の覆工体の一部を解体して分岐部側壁支保材１１とを結合し、頂版パイプルーフ６と底版パイプルーフ７の本線トンネル１側と山留用垂直支保材１５を結合する。これにより本線トンネル１、分岐トンネル２及びパイプルーフ６、７と一体に定着した分合流部外郭７０の構造体を構築する。
《本線トンネル１及び分岐トンネル２の覆工体の一部を撤去する》
【００３８】
図１１に示すように、覆工体の一部を撤去する作業は、上部より順次行い、内部地山５０の掘削後迅速に本線部水平支保材１４ａと分岐部水平支保材１４ｂを連結する。これは、覆工体の解体に伴い分合流部外郭７０の構造体を維持するため順次行う。図１１（ａ）には、トンネル分合流拡幅部３を構築した状態の、トンネル分合流拡幅部３の分岐幅最大端部４の断面図を、図１１（ｂ）には、平面図を示す。但し、図１１では、妻側の地盤改良の範囲は省略している。
《分合流部トンネル躯体８０を構築する》
【００３９】
図１２に示すように、分合流部トンネル躯体８０が構築される。躯体構造は、鉄骨で、頂版パイプルーフ６、底版パイプルーフ７と本線トンネル１及び分岐トンネル２の覆工体とが連結し、一体化する。頂版パイプルーフ６のパイプ２１内にはＨ形鋼材２４を配置し、分岐部頂版８へコンクリートを打設する際にパイプ２１内部にもコンクリート等の充填剤２３を充填する。勿論、底版パイプルーフ７についても同様である。コンクリートの打設は、分岐部底版９、分岐部側壁１７、本線部側壁１６及び分岐部頂版８の順に行う。このとき支保材として仮設した本線部水平支保材１４ａ、分岐部水平支保材１４ｂ、分岐部側壁支保材１１及び本線部側壁支保材１０を、分合流部トンネル躯体８０の補強部材として利用し、分岐部頂版８、本線部側壁１６、分岐部側壁１７及び分岐部底版９等と一体化して分合流部トンネル躯体８０を構築する本線部水平支保材１４ａ、分岐部水平支保材１４ｂ、分岐部側壁支保材１１及び本線部側壁支保材１０をコンクリートの補強部材として利用可能なため、分合流部トンネル躯体８０の構築厚を薄くすることができる。また、支保材の解体作業を少なくすることができる。
《分合流部トンネル躯体８０内側の分岐空間１００内にある支保材１２、１３、１５を撤去する》
【００４０】
図１３に示すように、分合流部トンネル躯体８０のコンクリートが養生され、硬化し構築された後、分岐空間１００内にある無用になった本線部垂直支保材１２、分岐部垂直支保材１３及び山留用垂直支保材１５を撤去し、分岐空間１００を構築する。
【００４１】
この発明の実施の形態１における分岐空間１００の完成図を図１３に示す。
【００４２】
トンネル分合流拡幅部３は、分岐部頂版８、分岐部底版９、本線部側壁１６及び分岐部側壁１７で囲まれている分岐空間１００を有しており、また、仮設構造体である支保材１０、１１、１４ａ、１４ｂと頂底版パイプルーフ６、７等の鋼材を適切に配置・結合することにより、本体構造の一部として利用できるので、無用になるはずの仮設資材を減量できる。そして、その結果、水平防護を含む強度が向上するので、頂版厚や底版厚を薄くできる。
〔発明の実施の形態２〕
【００４３】
図３中の一点鎖線で示される部分及び図１４乃至図１７は、この発明の実施の形態２に係る図で、施工工程を示している。
【００４４】
本線トンネル１と分岐トンネル２間に介在する内部地山たる土砂５０を掘削することから、土水圧の作用により、分岐トンネル２が本線トンネル１側へ滑動する場合がある。このため水平支保材を土砂５０の掘削とほぼ同時に早期構築する必要があり、効率的な作業の妨げになっていた。本発明は、図３中の一点鎖線で示されるように、分岐部側壁１７の外側に向けて、残存する分岐トンネル２の覆工体の内側から放射状にグランドアンカー３０が配置され、グランドアンカー３０とそれが張り巡らされた地山が一体となり、分岐トンネル２の滑動を抑制できるので、分岐部水平支保材１４ｂの速やかな施工が不必要になり、施工性が向上する。
《分岐トンネル２内よりグランドアンカー３０を設置》
【００４５】
図１４に示すように、グランドアンカー３０が分岐トンネル２の覆工体の内側から外側に向けて改良した地盤２０を突き抜けて、地山に張り巡らされ、設置される。
《分岐トンネル２内に第二の支保材１３を構築》
【００４６】
図１５に示すように、分岐トンネル２の矩形覆工体の外側垂直部材を支保材の一部として使用できる。これは、実施の形態１の図１０で示した場合と比べて、グランドアンカー３０が土水圧による滑動を防止するため、その分、分岐部水平支保材１４ｂの設置は少なくても済む。
《本線トンネル１及び分岐トンネル２の覆工体の一部を撤去し、拡幅施工する》
【００４７】
図１６に示すように、拡幅作業が進められる。覆工体の一部を撤去する拡幅作業は、上部より順次行い、適宜分岐部水平支保材１４ｂを連結する。妻部は、上方からの掘削と共に山留めを行い、構築する。但し、図１６では、妻側の地盤改良の範囲は省略している。
《分合流部トンネル躯体８０を構築》
【００４８】
図１７に示すように、分合流部トンネル躯体８０を構築している。躯体構造は、頂版パイプルーフ６、底版パイプルーフ７と本線トンネル１及び分岐トンネル２の覆工体とが連結し、一体化して、分合流部外郭７０となる。頂版パイプルーフ６のパイプ２１内にはＨ形鋼材２４を配置し、分岐部頂版８コンクリート打設時にパイプ２１内部にもコンクリートを充填することが好適である。分岐部底版９についても同様である。コンクリートの打設は、下方から、分岐部底版９、分岐部側壁１７、本線部側壁１６、分岐部頂版８の順に行い、コンクリート硬化後、用済みの支保材を撤去し、この実施の形態２における分合流部トンネル躯体８０は、完成する。
【００４９】
図１４乃至図１７には、この発明の実施の形態２の施工工程の後半を示す。
【００５０】
比較の為、この発明の実施の形態１では、頂底版パイプルーフ６及び７を本線トンネル１の覆工体内側から挿通して配置した後、止水性を確保するために、地盤２０を改良し、垂直に地盤を掘削し、図１０に示す分岐部側壁支保材１１を構築したことを挙げるが、この発明の実施の形態２では、上記地盤２０を改良後、分岐トンネル２の覆工体の外側地山に向けて、グランドアンカー３０を設置すると、分岐トンネル２の滑動が抑制できるので、分岐部水平支保材１４ｂの速やかな施工が不必要になり、施工性が向上する。更に、土水圧による分岐トンネル２の覆工体の滑動を防止できる。
《本線トンネル１及び分岐トンネル２の構築》
【００５１】
図１５には実施の形態２に係るトンネル分合流拡幅部３付近の断面図を示す。
【００５２】
まず、実施の形態１のトンネル分合流拡幅部３の構築方法と同様に、頂版パイプルーフ６、底版パイプルーフ７、分岐部側壁支保材１１及び本線部側壁支保材１０を構築して、これらの内側にコンクリートを打設し、図１６に示す通り、頂版パイプルーフ６、底版パイプルーフ７、分岐部側壁支保材１１及び本線部側壁支保材１０をそれぞれ内蔵した分岐部頂版８、分岐部底版９、分岐部側壁１７及び本線部側壁１６を構築する。
【００５３】
ここで、図１３のように、分岐部側壁１７は、分岐トンネル２の覆工体の一部を補強部材の一部として分合流部トンネル躯体８０に埋め込んでも良い。
〔発明の実施の形態３〕
【００５４】
図１８には、この発明の実施の形態３の完成断面図を示す。
【００５５】
この発明の実施の形態３では、本線トンネル１と分岐トンネル２との分流・合流部には、合流車線、走行車線、追越車線の３車線が並走する場合、本線トンネル１内には、本線である走行車線と追越車線が配置され、分岐トンネル２内には、合流車線が配置され、本線トンネル１には車両の分流・合流の妨げにならないように走行車線と追越車線間に中柱３１を設置する。
〔発明の実施の形態４〕
【００５６】
図１９には、この発明の実施の形態４の完成断面図を示す。
【００５７】
この発明の実施の形態４では、本線トンネル１の覆工体の一部の内側で、且つ、分岐空間１００の天井面の上側の空間部に、換気ダクト３４や消防用出水管３５等を設け、天板３２で区切り、収納・保護したり、本線トンネル１の覆工体の一部の内側で、且つ、分岐空間１００の床面の下側の空間部に、避難施設３６や共同溝３７等を設け、床板３３で区切り、その上を歩道や車線路にする。本線トンネル１の覆工体が地山を支えているので、分岐空間１００に余分なコンクリートを打設する必要が無く、このようなトンネル管理用の空間として使える。
【００５８】
尚、これらの各実施の形態では本線トンネルを掘削してから分岐シールド機２７を発進させ分岐トンネル２を掘削したが、分岐トンネル２を先行して構築してから本線トンネル１を掘削し、トンネル分合流拡幅部３を構築することもできる。
【００５９】
更に、以上の各実施の形態では、本線シールド機２６及び分岐シールド機２７の断面形状は、それぞれ円形及び矩形のため頂版パイプルーフ６、底版パイプルーフ７を施工し易い旨を説明したが、矩形に限定することなく、円形、馬蹄形、円弧状矩形等どのような形状でもよく、またシールド形式も制限はなく、更に以上の実施の形態では、分岐部頂版８及び分岐部底版９のパイプルーフをスクリューオーガ式によって構築したが、シールド工法又は推進工法等で構築してもよい。
【００６０】
また、本線トンネル１の供用後の車線本数は、１車線に限らず、複数車線でも構わない。
【００６１】
更にまた、シールド機による拡幅工事の覆工体には、コンクリート製、ダクタイル製、鋼製等を使用したり、打設するコンクリートには、高流動性のものを使用しても良い。
【００６２】
ところで、地盤改良は、止水性を増した地盤にするために施工されるものであり、湧水を伴わない地盤では、地盤改良規模を小さくでき、全く湧水を伴わなければ地盤改良が不要となる場合があることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
この発明は、土木、建築等、特に、地下高速道路等のトンネル掘削工法において、分岐部分、すなわち、地中での合・分流箇所の工法を地上からの開削工法によらずに、地下で進めることができるので、未来型地下都市構築のためのジオフロント、例えば、大深度地下計画等にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】この発明の実施の形態１に係る本線トンネル１及び分岐トンネル２の分合流部分を示す図で、（ａ）は、本線トンネル１に分岐トンネル２から合流する部分を示す路線平面図、（ｂ）は、本線トンネル１から分岐トンネル２に分流する部分を示す路線平面図である。
【図２】同実施の形態１に係る図１のトンネル分岐部たる分合流拡幅部３の平面図である。
【図３】同実施の形態１に係る図２のＢ−Ｂ線に沿う横断面図である。
【図４】同実施の形態１に係る図３のＣ−Ｃ線に沿う縦断面図である。
【図５】同実施の形態１又は２に係る本線トンネル１内に本線部水平支保材１４ａを設置した断面図で、（ａ）は、横断面図、（ｂ）は、縦断面図である。
【図６】同実施の形態１又は２に係る本線トンネル１から地盤１８、１９に地盤改良した断面図で、（ａ）は、横断面図、（ｂ）は、縦断面図である。
【図７】同実施の形態１又は２に係る分岐トンネル２を本線トンネル１の隣に離隔して掘削した断面図で、（ａ）は、横断面図、（ｂ）は、縦断面図である。
【図８】同実施の形態１又は２に係る頂版パイプルーフ６、底版パイプルーフ７を設置した横断面図である。
【図９】同実施の形態１に係る地盤２０に補足地盤改良した断面図で、（ａ）は、横断面図、（ｂ）は、縦断面図である。
【図１０】同実施の形態１に係る分岐トンネル２の分岐部側壁支保材１１、分岐部垂直支保材１３を設置した横断面図である。
【図１１】同実施の形態１に係る本線トンネル１及び分岐トンネル２の一部の覆工体を撤去し、拡幅した断面図で、（ａ）は、横断面図、（ｂ）は、縦断面図である。
【図１２】同実施の形態１に係るコンクリートを打設し、トンネル分岐部本体を構築した横断面図である。
【図１３】同実施の形態１に係る用済み支保材を撤去した横断面図である。
【図１４】この発明の同実施の形態２に係るグランドアンカー３０を設置した横断面図である。
【図１５】同実施の形態２に係る分岐トンネル２の分岐部側壁支保材１１、分岐部垂直支保材１３を設置した横断面図である。
【図１６】同実施の形態２に係る本線トンネル１及び分岐トンネル２の一部の覆工体を撤去し、拡幅した横断面図である。
【図１７】同実施の形態２に係るコンクリートを打設し、トンネル分岐部本体を構築した横断面図である。
【図１８】この発明の同実施の形態３に係る中柱３１を設置した横断面図である。
【図１９】この発明の同実施の形態４に係る分岐空間１００を形成した横断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 本線トンネル
２ 分岐トンネル（ON or OFFランプトンネル）
３ トンネル分合流拡幅部
４ 本線トンネル分岐幅最大端部
５ 本線トンネル分岐発端部
６ 頂版パイプルーフ
７ 底版パイプルーフ
８ 分岐部頂版
９ 分岐部底版
１０ 本線部側壁支保材
１１ 分岐部側壁支保材
１２ 本線部垂直支保材
１３ 分岐部垂直支保材
１４ａ 本線部水平支保材
１４ｂ 分岐部水平支保材
１５ 山留用垂直支保材
１６ 本線部側壁
１７ 分岐部側壁
１８ 上側地盤
１９ 下側地盤
２０ 地盤
２１ パイプ
２２ ジョイント
２３ 充填剤
２４ Ｈ形鋼材
２５ 連結材
２６ 本線シールド機
２７ 分岐シールド機
２９ 型枠
３０ グランドアンカー
３１ 中柱
３２ 天板
３３ 床板
３４ 換気ダクト
３５ 消防用出水管
３６ 避難施設
３７ 共同溝
５０ 内部地山（土砂）
７０ 分合流部外郭
８０ 分合流部トンネル躯体
１００ 分岐空間
【技術分野】
【０００１】
この発明は、分岐トンネルが本線トンネルから分岐する分合流部のトンネル及び分合流部分の構築方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、首都圏や都市部等の住宅の密集した地域の渋滞解消の目的で、多くの道路が計画、又は、建設されている。それらの道路は、地上の用地取得が困難なため、地下に建設されることが増えてきている。従来、シールド機で地下高速道路等のトンネルの分合流部を構築する場合、地上より開削工法によって構築していた。また、このような開削工法を使わずにトンネルを構築できる従来の技術として、特許文献に記載のあるものとしては次の（１）の１件を挙げる。
（１）特許文献１（特開２００４−２７７１１号公報）
【０００３】
既設のシールドトンネルの側壁の一部を、トンネルの半径方向に押出可能な少なくとも一つの押出セグメントからなる押出セグメント部を軸方向に複数並べることで形成する。そして、これら押出セグメント部毎に、押出セグメント部の内壁側の周縁部に、押出方向と逆方向に突出する筒状部を接合して箱状のブロック体を形成する。次いで、ブロック体を半径方向に既設のシールドトンネルの側壁からそれぞれ押し出す。そして、これらを軸方向に連接し、連接することで形成されるブロック体同士を仕切る仕切り壁部を撤去して、柱を設ける。軟弱地盤においても既設のシールドトンネルを容易に拡幅する。
【特許文献１】特開２００４−２７７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来のものにあっては、トンネル分合流部をシールド工法によって構築するため、供用中の道路を交通規制する必要は無いものの、トンネル分合流部は、車両が合流分流するという機能上、地下に大規模な空間を構築することになり、その躯体構造は非常に厚くなっていた。もっとも、それ以前に、特許文献１は、主に軟弱地盤でなければ、押出セグメントを地下空間に突出できず、拡幅工法としては、用途限定されてしまうと言う欠点があった。
【０００５】
そこで、この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、施工途中に覆工体を安定して支えるために配置される仮設支保材の配置方法と、同じく施工途中に土水圧の作用によるトンネルの滑動に配慮してトンネル分合流部の躯体構造を比較的薄く、経済的に構築すること、作業効率の向上を図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
係る課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、本線トンネルから分岐トンネルに分岐する分合流部のトンネルにおいて、前記本線トンネルから前記分岐トンネルの上下に配設される山留材と、本線トンネル覆工体を補強する第一の補強部材と、分岐トンネル覆工体を補強する第二の補強部材と、前記山留材を支持する第三の補強部材とを有し、前記本線トンネル覆工体の一部、前記分岐トンネル覆工体の一部、および、前記山留材、で形成された分合流部外郭の内側にコンクリートが打設されて前記第一、第二及び第三の補強部材が埋設されて分合流部トンネル躯体が構成され、該分合流部トンネル躯体内側に分岐空間が形成されたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加えて、前記山留材としてパイプルーフを使用し、該パイプルーフと前記コンクリートを一体構造としたことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加えて、前記分岐トンネル覆工体は矩形であることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の構成に加えて、前記本線トンネルの前記分岐空間内に、中柱を構築したことを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか１項に記載の構成に加えて、前記本線トンネル覆工体の一部の内側で、前記分岐空間の床面の下側又は、前記分岐空間の天井面の上側に、空間部を形成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、本線トンネルから分岐トンネルに分岐する分合流部を構築する方法において、シールド機で前記本線トンネルを構築し、前記分岐トンネルを前記本線トンネルに沿って構築し、前記本線トンネルから前記分岐トンネル覆工体の上下に山留材を配設し、前記本線トンネル覆工体を補強する第一の支保材と前記分岐トンネル覆工体を補強する第二の支保材と前記山留材を支持する第三の支保材とを設け、前記本線トンネル覆工体および前記分岐トンネル覆工体の一部を解体し、該覆工体の解体されていない一部と前記上下の山留材で囲まれた内側にコンクリートを打設して分岐空間を形成すると共に、該分岐空間内に露出する前記各支保材を除去して分合流部を構築したことを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の構成に加えて、前記分岐トンネル覆工体外側の地盤に向けてグランドアンカーを設置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記、請求項１に記載の発明によれば、本線トンネルから分岐トンネルに分岐する分合流部のトンネルにおいて、前記本線トンネルから前記分岐トンネルの上下に配設される山留材と、本線トンネル覆工体を補強する第一の補強部材と、分岐トンネル覆工体を補強する第二の補強部材と、前記山留材を支持する第三の補強部材とを有し、前記本線トンネル覆工体の一部、前記分岐トンネル覆工体の一部、および、前記山留材、で形成された分合流部外郭の内側にコンクリートが打設されて前記第一、第二及び第三の補強部材が埋設されて分合流部トンネル躯体が構成され、該分合流部トンネル躯体内側に分岐空間が形成されたことを特徴とするので、トンネル躯体構造を薄く構築できる。また、施工途中でもトンネル覆工体を安定させることが可能となる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の効果に加えて、前記山留材としてパイプルーフを使用し、該パイプルーフと前記コンクリートを一体構造としたことを特徴とするので、強固な水平防護工をするため、仮設構造体としてではなく、本体構造の一部として利用することで、仮設資材を減量して、トンネル分合流部を構築することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の効果に加えて、前記分岐トンネル覆工体は矩形であることを特徴とするので、前記山留材たるパイプルーフを施工し易く、矩形セグメントの外側垂直部材の覆工体を構造体の一部として使用することで、内空を建築限界一杯まで有効に活用できるため、分岐トンネルの外形を小さくすることが可能となる。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の何れか１項に記載の効果に加えて、前記本線トンネルの前記分岐空間内に、中柱を構築したことを特徴とするので、打設するコンクリートの頂版及び底版の分岐トンネル幅方向における支持柱たる中柱の無い部分であるスパン長を短くでき、構造上頑強になる。すなわち、頂版厚と底版厚とを低減でき、躯体のコンクリートボリュームを大幅に減少することができる。しかも、頂版厚と底版厚を抑えることにより、分岐トンネルの断面の縦径を小さくでき、コスト圧縮に寄与する。結局、掘削ボリューム、コンクリート打設ボリューム、鉄筋等の使用量も低減できるため、全工費の圧縮、全工期の短縮に繋がる。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４の何れか１項に記載の効果に加えて、前記本線トンネル覆工体の一部の内側で、前記分岐空間の床面の下側又は、前記分岐空間の天井面の上側に、空間部を形成したことを特徴とするので、該空間部のうち前記分岐空間の天井面の上側には、換気ダクトや消防用出水管等を、前記分岐空間の床面の下側には、床版、非難施設、共同溝等の付属構造物を設けて利用できる。また、前記空間部のコンクリートボリュームが不要になるので、工費及び工期の節減にもなる。
【００１８】
請求項６に記載の発明によれば、本線トンネルから分岐トンネルに分岐する分合流部を構築する方法において、シールド機で前記本線トンネルを構築し、前記分岐トンネルを前記本線トンネルに沿って構築し、前記本線トンネルから前記分岐トンネル覆工体の上下に山留材を配設し、前記本線トンネル覆工体を補強する第一の支保材と前記分岐トンネル覆工体を補強する第二の支保材と前記山留材を支持する第三の支保材とを設け、前記本線トンネル覆工体および前記分岐トンネル覆工体の一部を解体し、該覆工体の解体されていない一部と前記上下の山留材で囲まれた内側にコンクリートを打設して分岐空間を形成すると共に、該分岐空間内に露出する前記各支保材を除去して分合流部を構築したことを特徴とするので、トンネル躯体構造を薄く構築できる。また、施工途中でもトンネル覆工体を安定させることが可能となる。
【００１９】
請求項７に記載の発明によれば、請求項６に記載の効果に加えて、前記分岐トンネル覆工体外側の地盤に向けてグランドアンカーを設置したことを特徴とするので、山留めが確実にでき、土水圧による滑動を防止でき、本線トンネルと分岐トンネル間の土砂掘削、覆工体の解体時に、水平支保材を直ぐに施工する必要が無くなり、作業効率の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、この発明を実施するための最良の形態について説明する。
〔発明の実施の形態１〕
【００２１】
図１乃至図１３は、この発明の実施の形態１に係る図で、施工工程を示している。
【００２２】
図１に示すように、この実施の形態１に係る、本線トンネル１と分岐トンネル２とが分合流し、当該トンネル分合流拡幅部３とその周辺の路線上を走行する車の流れは、上方から見た平面図で矢印のような流れになる。図１（ａ）は、本線トンネル１に分岐トンネル２（ＯＮランプトンネル）が合流する合流部路線平面図で、図１（ｂ）は、本線トンネル１から分岐トンネル２（ＯＦＦランプトンネル）が分流する分流部路線平面図である。
【００２３】
図２には、本線トンネル１と分岐トンネル２が並列走行するトンネル分合流拡幅部３とその周辺の平面図が示されている。この分合流拡幅部３の幅が最大値になる本線トンネル分岐幅最大端部４から、本線トンネル分岐発端部５までの部分が、トンネル分合流拡幅部３である。この発明は、この分合流拡幅部３に適用したものであり、この分合流拡幅部３の路線長は、約２００ｍである。
【００２４】
また、図３及び図１３には、図２のＢ−Ｂ線に沿うトンネル分合流拡幅部３の横断面図が示されている。このトンネル分合流拡幅部３の構成は、「山留材」である頂版パイプルーフ６及び底版パイプルーフ７をそれぞれ内蔵する、分岐部頂版８及び分岐部底版９によって、上下から挟まれ、「山留材を支持する第三の支保材」である分岐部側壁支保材１１を補強部材として内蔵する分岐部側壁１７、及び本線部側壁１６によって、両側から挟まれる内部空間から成り、分岐部頂版８の上側及び分岐部底版９の下側の地盤は、それぞれ上側地盤１８及び下側地盤１９であり、止水性及び地盤強化の必要性等に応じて、それぞれ地盤改良されている。
【００２５】
一方、分岐部側壁１７の内部には、分岐部頂版８と分岐部底版９とを支える支保材としての役割を果たす、分岐部側壁支保材１１が補強部材として内蔵されている。勿論、分岐部側壁１７の外側に残した山留材の役割をした分岐トンネル２の覆工体の更に外側は、地下水の浸入が無い地盤条件では、補足地盤改良をする必要が無いが、浸水が有る場合は、補足地盤改良を施し、補足改良した地盤２０を設ける。
【００２６】
更に、「本線トンネル１の覆工体を補強する第一の支保材」である本線部側壁支保材１０、本線部垂直支保材１２及び本線部水平支保材１４ａ、また、「分岐トンネル２の覆工体を補強する第二の支保材」である分岐部垂直支保材１３及び分岐部水平支保材１４ｂが配置されている。
【００２７】
図１０から図１３に示すように、施工途中、第一の支保材である本線部側壁支保材１０、本線部垂直支保材１２、及び、本線部水平支保材１４ａは、本線トンネル１の覆工体を支持するが、本線部側壁支保材１０及び本線部水平支保材１４ａはコンクリートに埋設し、補強部材となるのに対し、本線部垂直支保材１２はコンクリート打設後は撤去する。第二の支保材である分岐部垂直支保材１３と分岐部水平支保材１４ｂは、分岐トンネル２の覆工体を支持し、コンクリート打設後、分岐部垂直支保材１３は撤去され、分岐部水平支保材１４ｂはコンクリートに埋設され、補強部材となる。第三の支保材である分岐部側壁支保材１１と山留用垂直支保材１５は、「山留材」である頂版パイプルーフ６及び底版パイプルーフ７を支持するが、分岐部側壁支保材１１はコンクリートに埋設し、補強部材となるのに対し、山留用垂直支保材１５はコンクリート打設後、撤去して完成する。
【００２８】
ここで、図４に示すように、図３のＣ−Ｃ線に沿う断面図、すなわち、頂版パイプルーフ６を内蔵する分岐部頂版８のトンネル長手方向における断面構造を説明する。頂版パイプルーフ６は、パイプ２１とジョイント２２とからなり、パイプ２１同士はフック型のジョイント２２で連結されている。このジョイント２２はパイプ２１の長手方向側面に間断なく設置されており、頂版パイプルーフ６を構築するに当り、パイプ２１を順次脇にジョイント２２を噛み合せながら容易にスライドさせて並べることによりルーフ状になるように工夫されている。このように連続して組み立てられた頂版パイプルーフ６は、地中で地盤を支える鋼材であり、その各パイプ２１の内部はコンクリート等の充填剤２３を打設できるよう、空洞となっている。従来は前記空洞にコンクリート等は充填しなかった。しかし、更に、より強度を増し、折り曲がりにくくするために、パイプ２１の内空には、地盤に挿通した後にＨ形鋼材２４を鉄骨として挿入し、コンクリートを充填打設する。型枠２９を仮設後、分岐部頂版８、分岐部底版９及び分岐部側壁１７及び本線部側壁１６にコンクリートを打設して、分合流部トンネル躯体８０を構築する。なお、頂版パイプルーフ６と本線部水平支保材１４との間の連結材２５は、全てのパイプ２１に間断なく設置するのではなく、１本置きの如く断続的に設置することができる。コンクリートが硬化し、分岐部頂版８を構築し終えたら、型枠２９を取り外す。
【００２９】
同様に、底版パイプルーフ７を内蔵する分岐部底版９のトンネル長手方向における断面構造は、これとは上下逆転して構築する。
【００３０】
次に、パイプルーフ工法によって本線トンネル１と分岐トンネル２とを地中にて連結する施工手順について説明する。
《本線トンネル１内に第一の支保材１０、１２、１４ａを構築》
【００３１】
図５に示すように、本線シールド機２６が本線トンネル１を掘進中に、「第一の支保材」である本線部水平支保材１４ａ、本線部垂直支保材１２及び本線部側壁支保材１０が設置され、これら第一の支保材１４ａ、１２及び１０構築時に図示しない作業架台も構築される。この本線部水平支保材１４ａと本線部側壁支保材１０は、トンネル分合流拡幅部３の構築時に鉄骨として使用することができる。
《本線トンネル１内より上側地盤１８、下側地盤１９の改良を施す》
【００３２】
図６に示すように、分岐トンネル２が施工される予定の周辺地山に、殊に分岐トンネル２の覆工体上下に地盤１８、１９の地盤改良が、止水性及び地盤強度等を増した地盤にするために同時に又は順次施工される。従って、湧水を伴わない強固な地盤では、地盤改良規模を小さくでき、全く湧水を伴わなければ地盤改良が不要となる場合がある。
《分岐トンネル２を本線トンネル１に近接させて施工する》
【００３３】
図７に示すように、分岐シールド機２７で、分岐トンネル２が本線トンネル１の隣に離隔して構築される。分岐トンネル２が本線トンネル１に近接して施工されることで、本線トンネル１の覆工体へ作用する分岐トンネル２からの裏込め圧については、本線トンネル１内に構築・設置された第一の支保材である本線部水平支保材１４ａ、本線部垂直支保材１２及び本線部側壁支保材１０で受けることができる。分岐シールド機２７をトンネル分合流拡幅部３の区間が確保できる位置まで掘進させ、分岐トンネル２を構築し終える。
《頂版パイプルーフ６及び底版パイプルーフ７を設置する》
【００３４】
図８に示すように、地盤改良された地盤１８、１９中に、それぞれ頂版パイプルーフ６，底版パイプルーフ７が水平方向に本線トンネル１内から構築される。頂版パイプルーフ６、底版パイプルーフ７を構築するための掘削方法は、ケーシング内を電動モータで回転させながら回転軸方向に押し込むスクリューオーガ式で、掘削すると共にケーシングを圧入ジャッキで押し込む。頂版パイプルーフ６、底版パイプルーフ７は、上下同時に又は順次施工する。頂版パイプルーフ６、底版パイプルーフ７は、ジョイント２２を介して隣接するパイプ２１と連結しながら地盤改良された地盤１８、１９中に挿通していく。
《分岐トンネル２内より分岐トンネル２の覆工体外側を地盤改良する》
【００３５】
図９に示すように、分岐トンネル２内から、当該覆工体の外側に向けて地盤改良が施され、地盤２０が改良される。また、止水性を高める必要があれば補足地盤改良を施こす。
《分岐トンネル２内に第二の支保材１３を構築する》
【００３６】
図１０に示すように、分岐部垂直支保材１３が分岐トンネル２内に構築される。
《本線トンネル１及び分岐トンネル２内に第三の支保材１５、１１を構築する》
【００３７】
図１０に示すように、山留用垂直支保材１５及び分岐部側壁支保材１１が本線トンネル１及び分岐トンネル２内に構築される。これらは、分岐トンネル２の覆工体の一部を解体し、内部地山５０の掘削前に行う。このうち分岐部側壁支保材１１は、分岐トンネル２内に残って、トンネル分合流拡幅部３の躯体構造の一部となる。頂版パイプルーフ６の先端部の分岐トンネル２の覆工体の一部を解体し分岐部側壁支保材１１と結合し、底版パイプルーフ７の先端部の分岐トンネル２の覆工体の一部を解体して分岐部側壁支保材１１とを結合し、頂版パイプルーフ６と底版パイプルーフ７の本線トンネル１側と山留用垂直支保材１５を結合する。これにより本線トンネル１、分岐トンネル２及びパイプルーフ６、７と一体に定着した分合流部外郭７０の構造体を構築する。
《本線トンネル１及び分岐トンネル２の覆工体の一部を撤去する》
【００３８】
図１１に示すように、覆工体の一部を撤去する作業は、上部より順次行い、内部地山５０の掘削後迅速に本線部水平支保材１４ａと分岐部水平支保材１４ｂを連結する。これは、覆工体の解体に伴い分合流部外郭７０の構造体を維持するため順次行う。図１１（ａ）には、トンネル分合流拡幅部３を構築した状態の、トンネル分合流拡幅部３の分岐幅最大端部４の断面図を、図１１（ｂ）には、平面図を示す。但し、図１１では、妻側の地盤改良の範囲は省略している。
《分合流部トンネル躯体８０を構築する》
【００３９】
図１２に示すように、分合流部トンネル躯体８０が構築される。躯体構造は、鉄骨で、頂版パイプルーフ６、底版パイプルーフ７と本線トンネル１及び分岐トンネル２の覆工体とが連結し、一体化する。頂版パイプルーフ６のパイプ２１内にはＨ形鋼材２４を配置し、分岐部頂版８へコンクリートを打設する際にパイプ２１内部にもコンクリート等の充填剤２３を充填する。勿論、底版パイプルーフ７についても同様である。コンクリートの打設は、分岐部底版９、分岐部側壁１７、本線部側壁１６及び分岐部頂版８の順に行う。このとき支保材として仮設した本線部水平支保材１４ａ、分岐部水平支保材１４ｂ、分岐部側壁支保材１１及び本線部側壁支保材１０を、分合流部トンネル躯体８０の補強部材として利用し、分岐部頂版８、本線部側壁１６、分岐部側壁１７及び分岐部底版９等と一体化して分合流部トンネル躯体８０を構築する本線部水平支保材１４ａ、分岐部水平支保材１４ｂ、分岐部側壁支保材１１及び本線部側壁支保材１０をコンクリートの補強部材として利用可能なため、分合流部トンネル躯体８０の構築厚を薄くすることができる。また、支保材の解体作業を少なくすることができる。
《分合流部トンネル躯体８０内側の分岐空間１００内にある支保材１２、１３、１５を撤去する》
【００４０】
図１３に示すように、分合流部トンネル躯体８０のコンクリートが養生され、硬化し構築された後、分岐空間１００内にある無用になった本線部垂直支保材１２、分岐部垂直支保材１３及び山留用垂直支保材１５を撤去し、分岐空間１００を構築する。
【００４１】
この発明の実施の形態１における分岐空間１００の完成図を図１３に示す。
【００４２】
トンネル分合流拡幅部３は、分岐部頂版８、分岐部底版９、本線部側壁１６及び分岐部側壁１７で囲まれている分岐空間１００を有しており、また、仮設構造体である支保材１０、１１、１４ａ、１４ｂと頂底版パイプルーフ６、７等の鋼材を適切に配置・結合することにより、本体構造の一部として利用できるので、無用になるはずの仮設資材を減量できる。そして、その結果、水平防護を含む強度が向上するので、頂版厚や底版厚を薄くできる。
〔発明の実施の形態２〕
【００４３】
図３中の一点鎖線で示される部分及び図１４乃至図１７は、この発明の実施の形態２に係る図で、施工工程を示している。
【００４４】
本線トンネル１と分岐トンネル２間に介在する内部地山たる土砂５０を掘削することから、土水圧の作用により、分岐トンネル２が本線トンネル１側へ滑動する場合がある。このため水平支保材を土砂５０の掘削とほぼ同時に早期構築する必要があり、効率的な作業の妨げになっていた。本発明は、図３中の一点鎖線で示されるように、分岐部側壁１７の外側に向けて、残存する分岐トンネル２の覆工体の内側から放射状にグランドアンカー３０が配置され、グランドアンカー３０とそれが張り巡らされた地山が一体となり、分岐トンネル２の滑動を抑制できるので、分岐部水平支保材１４ｂの速やかな施工が不必要になり、施工性が向上する。
《分岐トンネル２内よりグランドアンカー３０を設置》
【００４５】
図１４に示すように、グランドアンカー３０が分岐トンネル２の覆工体の内側から外側に向けて改良した地盤２０を突き抜けて、地山に張り巡らされ、設置される。
《分岐トンネル２内に第二の支保材１３を構築》
【００４６】
図１５に示すように、分岐トンネル２の矩形覆工体の外側垂直部材を支保材の一部として使用できる。これは、実施の形態１の図１０で示した場合と比べて、グランドアンカー３０が土水圧による滑動を防止するため、その分、分岐部水平支保材１４ｂの設置は少なくても済む。
《本線トンネル１及び分岐トンネル２の覆工体の一部を撤去し、拡幅施工する》
【００４７】
図１６に示すように、拡幅作業が進められる。覆工体の一部を撤去する拡幅作業は、上部より順次行い、適宜分岐部水平支保材１４ｂを連結する。妻部は、上方からの掘削と共に山留めを行い、構築する。但し、図１６では、妻側の地盤改良の範囲は省略している。
《分合流部トンネル躯体８０を構築》
【００４８】
図１７に示すように、分合流部トンネル躯体８０を構築している。躯体構造は、頂版パイプルーフ６、底版パイプルーフ７と本線トンネル１及び分岐トンネル２の覆工体とが連結し、一体化して、分合流部外郭７０となる。頂版パイプルーフ６のパイプ２１内にはＨ形鋼材２４を配置し、分岐部頂版８コンクリート打設時にパイプ２１内部にもコンクリートを充填することが好適である。分岐部底版９についても同様である。コンクリートの打設は、下方から、分岐部底版９、分岐部側壁１７、本線部側壁１６、分岐部頂版８の順に行い、コンクリート硬化後、用済みの支保材を撤去し、この実施の形態２における分合流部トンネル躯体８０は、完成する。
【００４９】
図１４乃至図１７には、この発明の実施の形態２の施工工程の後半を示す。
【００５０】
比較の為、この発明の実施の形態１では、頂底版パイプルーフ６及び７を本線トンネル１の覆工体内側から挿通して配置した後、止水性を確保するために、地盤２０を改良し、垂直に地盤を掘削し、図１０に示す分岐部側壁支保材１１を構築したことを挙げるが、この発明の実施の形態２では、上記地盤２０を改良後、分岐トンネル２の覆工体の外側地山に向けて、グランドアンカー３０を設置すると、分岐トンネル２の滑動が抑制できるので、分岐部水平支保材１４ｂの速やかな施工が不必要になり、施工性が向上する。更に、土水圧による分岐トンネル２の覆工体の滑動を防止できる。
《本線トンネル１及び分岐トンネル２の構築》
【００５１】
図１５には実施の形態２に係るトンネル分合流拡幅部３付近の断面図を示す。
【００５２】
まず、実施の形態１のトンネル分合流拡幅部３の構築方法と同様に、頂版パイプルーフ６、底版パイプルーフ７、分岐部側壁支保材１１及び本線部側壁支保材１０を構築して、これらの内側にコンクリートを打設し、図１６に示す通り、頂版パイプルーフ６、底版パイプルーフ７、分岐部側壁支保材１１及び本線部側壁支保材１０をそれぞれ内蔵した分岐部頂版８、分岐部底版９、分岐部側壁１７及び本線部側壁１６を構築する。
【００５３】
ここで、図１３のように、分岐部側壁１７は、分岐トンネル２の覆工体の一部を補強部材の一部として分合流部トンネル躯体８０に埋め込んでも良い。
〔発明の実施の形態３〕
【００５４】
図１８には、この発明の実施の形態３の完成断面図を示す。
【００５５】
この発明の実施の形態３では、本線トンネル１と分岐トンネル２との分流・合流部には、合流車線、走行車線、追越車線の３車線が並走する場合、本線トンネル１内には、本線である走行車線と追越車線が配置され、分岐トンネル２内には、合流車線が配置され、本線トンネル１には車両の分流・合流の妨げにならないように走行車線と追越車線間に中柱３１を設置する。
〔発明の実施の形態４〕
【００５６】
図１９には、この発明の実施の形態４の完成断面図を示す。
【００５７】
この発明の実施の形態４では、本線トンネル１の覆工体の一部の内側で、且つ、分岐空間１００の天井面の上側の空間部に、換気ダクト３４や消防用出水管３５等を設け、天板３２で区切り、収納・保護したり、本線トンネル１の覆工体の一部の内側で、且つ、分岐空間１００の床面の下側の空間部に、避難施設３６や共同溝３７等を設け、床板３３で区切り、その上を歩道や車線路にする。本線トンネル１の覆工体が地山を支えているので、分岐空間１００に余分なコンクリートを打設する必要が無く、このようなトンネル管理用の空間として使える。
【００５８】
尚、これらの各実施の形態では本線トンネルを掘削してから分岐シールド機２７を発進させ分岐トンネル２を掘削したが、分岐トンネル２を先行して構築してから本線トンネル１を掘削し、トンネル分合流拡幅部３を構築することもできる。
【００５９】
更に、以上の各実施の形態では、本線シールド機２６及び分岐シールド機２７の断面形状は、それぞれ円形及び矩形のため頂版パイプルーフ６、底版パイプルーフ７を施工し易い旨を説明したが、矩形に限定することなく、円形、馬蹄形、円弧状矩形等どのような形状でもよく、またシールド形式も制限はなく、更に以上の実施の形態では、分岐部頂版８及び分岐部底版９のパイプルーフをスクリューオーガ式によって構築したが、シールド工法又は推進工法等で構築してもよい。
【００６０】
また、本線トンネル１の供用後の車線本数は、１車線に限らず、複数車線でも構わない。
【００６１】
更にまた、シールド機による拡幅工事の覆工体には、コンクリート製、ダクタイル製、鋼製等を使用したり、打設するコンクリートには、高流動性のものを使用しても良い。
【００６２】
ところで、地盤改良は、止水性を増した地盤にするために施工されるものであり、湧水を伴わない地盤では、地盤改良規模を小さくでき、全く湧水を伴わなければ地盤改良が不要となる場合があることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
この発明は、土木、建築等、特に、地下高速道路等のトンネル掘削工法において、分岐部分、すなわち、地中での合・分流箇所の工法を地上からの開削工法によらずに、地下で進めることができるので、未来型地下都市構築のためのジオフロント、例えば、大深度地下計画等にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】この発明の実施の形態１に係る本線トンネル１及び分岐トンネル２の分合流部分を示す図で、（ａ）は、本線トンネル１に分岐トンネル２から合流する部分を示す路線平面図、（ｂ）は、本線トンネル１から分岐トンネル２に分流する部分を示す路線平面図である。
【図２】同実施の形態１に係る図１のトンネル分岐部たる分合流拡幅部３の平面図である。
【図３】同実施の形態１に係る図２のＢ−Ｂ線に沿う横断面図である。
【図４】同実施の形態１に係る図３のＣ−Ｃ線に沿う縦断面図である。
【図５】同実施の形態１又は２に係る本線トンネル１内に本線部水平支保材１４ａを設置した断面図で、（ａ）は、横断面図、（ｂ）は、縦断面図である。
【図６】同実施の形態１又は２に係る本線トンネル１から地盤１８、１９に地盤改良した断面図で、（ａ）は、横断面図、（ｂ）は、縦断面図である。
【図７】同実施の形態１又は２に係る分岐トンネル２を本線トンネル１の隣に離隔して掘削した断面図で、（ａ）は、横断面図、（ｂ）は、縦断面図である。
【図８】同実施の形態１又は２に係る頂版パイプルーフ６、底版パイプルーフ７を設置した横断面図である。
【図９】同実施の形態１に係る地盤２０に補足地盤改良した断面図で、（ａ）は、横断面図、（ｂ）は、縦断面図である。
【図１０】同実施の形態１に係る分岐トンネル２の分岐部側壁支保材１１、分岐部垂直支保材１３を設置した横断面図である。
【図１１】同実施の形態１に係る本線トンネル１及び分岐トンネル２の一部の覆工体を撤去し、拡幅した断面図で、（ａ）は、横断面図、（ｂ）は、縦断面図である。
【図１２】同実施の形態１に係るコンクリートを打設し、トンネル分岐部本体を構築した横断面図である。
【図１３】同実施の形態１に係る用済み支保材を撤去した横断面図である。
【図１４】この発明の同実施の形態２に係るグランドアンカー３０を設置した横断面図である。
【図１５】同実施の形態２に係る分岐トンネル２の分岐部側壁支保材１１、分岐部垂直支保材１３を設置した横断面図である。
【図１６】同実施の形態２に係る本線トンネル１及び分岐トンネル２の一部の覆工体を撤去し、拡幅した横断面図である。
【図１７】同実施の形態２に係るコンクリートを打設し、トンネル分岐部本体を構築した横断面図である。
【図１８】この発明の同実施の形態３に係る中柱３１を設置した横断面図である。
【図１９】この発明の同実施の形態４に係る分岐空間１００を形成した横断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 本線トンネル
２ 分岐トンネル（ON or OFFランプトンネル）
３ トンネル分合流拡幅部
４ 本線トンネル分岐幅最大端部
５ 本線トンネル分岐発端部
６ 頂版パイプルーフ
７ 底版パイプルーフ
８ 分岐部頂版
９ 分岐部底版
１０ 本線部側壁支保材
１１ 分岐部側壁支保材
１２ 本線部垂直支保材
１３ 分岐部垂直支保材
１４ａ 本線部水平支保材
１４ｂ 分岐部水平支保材
１５ 山留用垂直支保材
１６ 本線部側壁
１７ 分岐部側壁
１８ 上側地盤
１９ 下側地盤
２０ 地盤
２１ パイプ
２２ ジョイント
２３ 充填剤
２４ Ｈ形鋼材
２５ 連結材
２６ 本線シールド機
２７ 分岐シールド機
２９ 型枠
３０ グランドアンカー
３１ 中柱
３２ 天板
３３ 床板
３４ 換気ダクト
３５ 消防用出水管
３６ 避難施設
３７ 共同溝
５０ 内部地山（土砂）
７０ 分合流部外郭
８０ 分合流部トンネル躯体
１００ 分岐空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本線トンネルから分岐トンネルに分岐する分合流部のトンネルにおいて、前記本線トンネルから前記分岐トンネルの上下に配設される山留材と、本線トンネル覆工体を補強する第一の補強部材と、分岐トンネル覆工体を補強する第二の補強部材と、前記山留材を支持する第三の補強部材とを有し、前記本線トンネル覆工体の一部、前記分岐トンネル覆工体の一部、および、前記山留材、で形成された分合流部外郭の内側にコンクリートが打設されて前記第一、第二及び第三の補強部材が埋設されて分合流部トンネル躯体が構成され、該分合流部トンネル躯体内側に分岐空間が形成されたことを特徴とする分合流部のトンネル。
【請求項２】
前記山留材としてパイプルーフを使用し、該パイプルーフと前記コンクリートを一体構造としたことを特徴とする請求項１に記載の分合流部のトンネル。
【請求項３】
前記分岐トンネル覆工体は矩形であることを特徴とする請求項１又は２に記載の分合流部のトンネル。
【請求項４】
前記本線トンネルの前記分岐空間内に、中柱を構築したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の分合流部のトンネル。
【請求項５】
前記本線トンネル覆工体の一部の内側で、前記分岐空間の床面の下側又は、前記分岐空間の天井面の上側に、空間部を形成したことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の分合流部のトンネル。
【請求項６】
本線トンネルから分岐トンネルに分岐する分合流部を構築する方法において、シールド機で前記本線トンネルを構築し、前記分岐トンネルを前記本線トンネルに沿って構築し、前記本線トンネルから前記分岐トンネル覆工体の上下に山留材を配設し、前記本線トンネル覆工体を補強する第一の支保材と前記分岐トンネル覆工体を補強する第二の支保材と前記山留材を支持する第三の支保材とを設け、前記本線トンネル覆工体および前記分岐トンネル覆工体の一部を解体し、該覆工体の解体されていない一部と前記上下の山留材で囲まれた内側にコンクリートを打設して分岐空間を形成すると共に、該分岐空間内に露出する前記各支保材を除去して分合流部を構築したことを特徴とする分合流部構築方法。
【請求項７】
前記分岐トンネル覆工体外側の地盤に向けてグランドアンカーを設置したことを特徴とする請求項６に記載の分合流部構築方法。
【請求項１】
本線トンネルから分岐トンネルに分岐する分合流部のトンネルにおいて、前記本線トンネルから前記分岐トンネルの上下に配設される山留材と、本線トンネル覆工体を補強する第一の補強部材と、分岐トンネル覆工体を補強する第二の補強部材と、前記山留材を支持する第三の補強部材とを有し、前記本線トンネル覆工体の一部、前記分岐トンネル覆工体の一部、および、前記山留材、で形成された分合流部外郭の内側にコンクリートが打設されて前記第一、第二及び第三の補強部材が埋設されて分合流部トンネル躯体が構成され、該分合流部トンネル躯体内側に分岐空間が形成されたことを特徴とする分合流部のトンネル。
【請求項２】
前記山留材としてパイプルーフを使用し、該パイプルーフと前記コンクリートを一体構造としたことを特徴とする請求項１に記載の分合流部のトンネル。
【請求項３】
前記分岐トンネル覆工体は矩形であることを特徴とする請求項１又は２に記載の分合流部のトンネル。
【請求項４】
前記本線トンネルの前記分岐空間内に、中柱を構築したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の分合流部のトンネル。
【請求項５】
前記本線トンネル覆工体の一部の内側で、前記分岐空間の床面の下側又は、前記分岐空間の天井面の上側に、空間部を形成したことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の分合流部のトンネル。
【請求項６】
本線トンネルから分岐トンネルに分岐する分合流部を構築する方法において、シールド機で前記本線トンネルを構築し、前記分岐トンネルを前記本線トンネルに沿って構築し、前記本線トンネルから前記分岐トンネル覆工体の上下に山留材を配設し、前記本線トンネル覆工体を補強する第一の支保材と前記分岐トンネル覆工体を補強する第二の支保材と前記山留材を支持する第三の支保材とを設け、前記本線トンネル覆工体および前記分岐トンネル覆工体の一部を解体し、該覆工体の解体されていない一部と前記上下の山留材で囲まれた内側にコンクリートを打設して分岐空間を形成すると共に、該分岐空間内に露出する前記各支保材を除去して分合流部を構築したことを特徴とする分合流部構築方法。
【請求項７】
前記分岐トンネル覆工体外側の地盤に向けてグランドアンカーを設置したことを特徴とする請求項６に記載の分合流部構築方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００６−５７３４１（Ｐ２００６−５７３４１Ａ）
【公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２４０９３６（Ｐ２００４−２４０９３６）
【出願日】平成１６年８月２０日（２００４．８．２０）
【出願人】（０００２０７７８０）大豊建設株式会社 (77)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２０日（２００４．８．２０）
【出願人】（０００２０７７８０）大豊建設株式会社 (77)
【Ｆターム（参考）】
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