説明

地下構造物の構築方法

【課題】 並設された複数本のトンネルを利用して築造される止水性に優れた地下構造物を、簡易かつ早期に構築することを可能とした、地下構造物の構築方法を提案する。
【解決手段】 複数本のトンネルを利用して地下構造物を構築する方法であって、推進機2による地山の掘削とともに推進機2の後方に推進函体10を配置することにより先行トンネル1Aを構築する工程と、推進機2による地山の掘削とともに推進機2の後方に推進函体10を配置することにより先行トンネル1Aに並設して後行トンネル1Bを構築する工程とを含み、先行トンネル1Aを構築する工程において、先行トンネル1Aの後行トンネル1B側の隅角部に余掘り部30を形成し、後行トンネル1Bを構築する工程において、後行トンネル1Bの隅角部を、余掘り部30内に配置する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、推進工法による地下構造物の構築方法に関する。
【背景技術】
【0002】
大断面トンネル等の地下構造物を構築する方法として、小断面シールド機により、大断面トンネルの外側に沿って割り付けられる複数の小断面シールドトンネルを地中に並設して外殻部を構成するとともに、該外殻部の内部をシールド工法によらずに掘削して大断面トンネルを構築するという外殻部先行型シールド工法がある。
そして、この外殻部先行型シールド工法について、特許文献1には、小断面シールド機の側端部に地盤改良用カッターが装備することで、小断面シールドトンネルの掘進と同時に、小断面シールドトンネル同士の接合部分の地盤を掘削し、地盤改良を行う方法が開示されている。これにより、外殻部の一体化の際の止水性を確保している。
【0003】
しかしながら、かかる外殻部先行型シールド工法では、シールドの構造上、テール部でクリアランスをとりながら複数の小断面シールドトンネルが並設されていくので、各小断面シールドトンネルの間に不可避的に隙間領域ができる不都合があった。
【0004】
即ち、かかる隙間領域ができた状態では、大断面トンネルの外殻部が一体の構造とならない。このため、かかる隙間領域を掘削し、鉄筋を組み立て、コンクリートの打設を行うことにより、大断面トンネルの外殻部を一体化する煩雑で時間のかかる作業を強いられていた。
【0005】
そのため、本出願人は、特許文献2に示すように、並設された複数本の小断面トンネルを利用して大断面トンネルを構築する方法を開発し、実施に至っている。この大断面トンネルの構築方法は、複数本の小断面トンネルを並設した後、各小断面トンネルの不要な覆工を撤去することにより大きな空間を形成しつつ、各小断面トンネルの残置された覆工を利用して外殻を形成して、大断面トンネルを構築するものである。
各小断面トンネルの施工は、推進工法によりそれぞれ隣接する小断面トンネルに接するように行われており、先行して構築されたトンネル(以下、単に「先行トンネル」という場合がある)の函体の側面に形成されたガイド溝に、後行して構築されるトンネル(以下、単に「後行トンネル」という場合がある)の函体の側面に形成された突条を嵌合させながら掘進するものである。
【特許文献1】特開平9−242474号公報([0004]−[0012]、図1−図4)
【特許文献2】特開2001−214699号公報([0015]−[0038]、図1−図3)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところが、前記の地下構造物においては、推進函体間の止水機能がなく、完成後の地下構造物の止水性を確保するためには、別途、目地部への止水板の配置や薬液注入等により止水構造を構築する必要があり、この作業に手間を要し、施工期間が長くなるという問題点を有していた。
【0007】
本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、並設された複数本のトンネルを利用して築造される止水性に優れた地下構造物を、簡易かつ早期に構築することを可能とした、地下構造物の構築方法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、複数本のトンネルを利用して地下構造物を構築する方法であって、推進機による地山の掘削とともに前記推進機の後方に函体を配置することにより先行トンネルを構築する工程と、推進機による地山の掘削とともに前記推進機の後方に函体を配置することにより前記先行トンネルに並設して後行トンネルを構築する工程と、を含み、前記先行トンネルを構築する工程において、該先行トンネルの前記後行トンネル側に余掘り部を形成し、前記後行トンネルを構築する工程において、前記後行トンネルの一部を、前記余掘り部内に配置することを特徴としている。
【0009】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の地下構造物の構築方法であって、前記トンネルが、矩形断面であって、前記余掘り部を、前記先行トンネルの前記後行トンネル側の隅角部に形成し、前記後行トンネルの隅角部を、前記余掘り部内に配置することを特徴としている。
【0010】
かかる地下構造物の構築方法によれば、先行トンネルの構築と平行して、隣接するトンネルとの接合部の余掘り掘削を行うため、この余掘り部を利用して止水処理を行えば、従来の地下構造物の構築方法のように別途止水工事を行うことなく、止水性に優れた地下構造物を構築することが可能となる。つまり、後行トンネルは、その一部(隅角部)が余掘り部内に配置されるように構築されるため、余掘り部について止水処理を施せば、先行トンネルと後行トンネルとに跨った状態で止水領域が形成されて、接合部の止水が完了するため、従来必要とされた止水板の配置や薬液注入等の煩雑な作業を省略することが可能となる。
【0011】
また、請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の地下水構造物の構築方法であって、前記先行トンネルを構築する工程において、前記余掘り部に充填材を充填して止水体を形成することを特徴としている。
【0012】
かかる地下構造物の構築方法によれば、先行トンネルの推進とともに余掘り部の止水体を形成するため、余掘り部の地山の崩落を防止するとともに、トンネルの推進完了後に充填を行う場合に比べて工期を短縮することを可能としている。
【0013】
また、請求項4に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の地下構造物の構築方法であって、前記後行トンネルを構築する工程の後に、前記余掘り部に充填材を充填して止水体を形成する工程を含むことを特徴としている。
【0014】
かかる地下構造物の構築方法によれば、後行トンネルの推進をスムーズに行うことが可能となり、好適である。
【0015】
また、請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の地下構造物の構築方法であって、前記先行トンネルを構築する工程において、前記余掘り部に仮設函体を配置することを特徴としている。
【0016】
かかる地下構造物の構築方法によれば、余掘り部に仮設函体を配置しておくことにより、後行トンネルの推進時に地山が崩落することを防止する。そのため、余掘り部の形状は維持されて、後行トンネルの推進時に、当該余掘り部に対応する箇所の掘削を省略することが可能となる。
【0017】
また、請求項6に記載の発明は、請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の地下構造物の構築方法であって、前記推進機が、前記余掘り部に対応する位置に着脱可能なサブカッタを備えており、前記サブカッタを変更することにより、前記余掘り部の掘削を行うことを特徴としている。
【0018】
かかる地下構造物の構築方法によれば、推進機のサブカッタを適宜変更することにより、余掘り部の掘削の有無を設定できるため、不要な箇所での余掘り部の掘削等の無駄を省くことが可能となる。トンネル毎に余掘り部を形成する位置または掘削形状が変わる場合でも、サブカッタを変更することにより、同一の推進機を使用することができるため、設備費を大幅に削減することが可能となる。
【発明の効果】
【0019】
本発明の地下構造物の構築方法により、並設された複数本のトンネルを利用して築造される止水性に優れた地下構造物を、簡易かつ早期に構築することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
ここで、図1は、本実施形態に係る地下構造物を示す横断面図である。また、図2は、本実施形態に係る地下構造物の構築に使用する推進機の概略を示す斜視図であって、(a)はコーナーカッタ部を設置した状態、(b)はコーナーカッタ部を取り外した状態を示している。また、図3の(a)〜(c)は、図2で示した推進機のコーナーカッタ部を変更した状況を示す平面図であり、図3(d)は同断面図である。さらに、図4(a)〜(f)は、本実施形態に係る地下構造物の構築方法の各施工段階を示す横断面図である。
【0021】
本実施形態では、図1に示すように、並設された複数本(本実施形態では6本)のトンネル1,1,…を連結することにより、大断面トンネル(地下構造物)Tを構築する方法について、説明する。
【0022】
本実施形態に係る大断面トンネルTは、6本のトンネル1,1,…を3本ずつ2段並設し、連結することで形成されており、各トンネル1を推進機2(図2参照)による地山の掘削とともに推進機2の後方に推進函体(函体)10を配置することにより先行トンネル(トンネル1)を構築する工程と、推進機2による地山の掘削とともに推進機2の後方に推進函体10を配置することにより先行トンネルに並設して後行トンネル(トンネル1)を構築する工程とにより構築される。
そして、先行トンネルを構築する工程において、先行トンネルの後行トンネル側の隅角部に余掘り部30を形成し、後行トンネルを構築する工程において、後行トンネルの隅角部を、この余掘り部30内に配置する。
【0023】
さらに、隣接するトンネル1同士の接合部に形成された余掘り部30には、止水体31が形成されており、トンネル1同士の接合部の隙間sから大断面トンネルT内への地下水の浸透を防止している。
【0024】
各トンネル1,1,…は、地山を掘削する推進機2(図2参照)の後方から推進機2により掘削された掘削孔に推進函体(函体)10を押し込む元押しジャッキあるいは中間ジャッキ(図示省略)により推進函体10を地中に配置することにより構築される。
【0025】
推進機2は、図2(a)に示すように、推進機本体20と、この推進機本体20に着脱可能に設置されたコーナーカッタ部21,21,…とから構成されている。そして、推進機本体20およびコーナーカッタ部21の前面には、それぞれメインカッタ22およびコーナーカッタ(サブカッタ)23,23,…(以下、「メインカッタ22」と「コーナーカッタ23」とを区別しない場合は、単に「カッターヘッド22,23」という場合がある)が配置されている。
【0026】
ここで、カッターヘッド22,23の形式は限定されるものではなく、面板タイプやスポークタイプ等の公知の形式の中から、地山の状況等に応じて適宜選定して採用することが可能である。また、カッターヘッド22,23の方式も限定されるものではなく、揺動式または回転式の何れを使用してもよい。さらに、本実施形態では、カッターヘッド22,23として、円形のものを使用するものとするが、例えば、楕円形や矩形でもよく、カッターヘッド22,23の形状は限定されるものではない。
【0027】
本実施形態に係る推進機2のコーナーカッタ部21,21,…は、図2(a)に示すように、推進機本体20の周囲であって、推進函体10の4隅に対応する位置に設置されており、図2(b)に示すように、推進機本体20から取りはずし可能に設置されている。
なお、本実施形態では、掘進機2として、掘削断面(掘進機本体20)が略正方形を形成するものを使用するが、掘進機2の形状は限定されるものではなく、例えば円形、楕円形、矩形、台形など、大断面トンネルTの完成断面形状等に応じて、適宜設定すればよい。また、掘進機2のコーナーカッタ取付部20aについて、コーナーカッタ部21(コーナーカッタ23)を設置せずに、カバーを設置することにより、通常の(余掘り部30の掘削を行わない)掘進機2として、使用することも可能である。
【0028】
そして、コーナーカッタ部21,21,…として、掘削径(コーナーカッタ23)の大きさが異なる大型コーナーカッタ23aと小型コーナーカッタ23bとを施工段階に応じて適宜変更して使用するものとする(図4(a)〜(f)参照)。つまり、図3(a)に示すように、施工段階に応じて全てのコーナーカッタ23を大型コーナーカッタ23a,23aとする場合や、図3(b)に示すように、隅角毎に大型コーナーカッタ23aと小型コーナーカッタ23bとの異なるものを使用する場合や、図3(c)に示すように、全てのコーナーカッタ23,23について小型コーナーカッタ23bを使用する場合がある。ここで、図3(d)に示すように、各コーナーカッタ部21の取付部21aは、推進機本体20のコーナーカッタ取付部20aと同一形状に形成されており、コーナーカッタ23の形状が変化しても、取付部21aの形状が同一のため、推進機本体20への取り付けが可能となっている。つまり、小型コーナーカッタ23bと大型コーナーカッタ23aとのいずれもの取付部21aが、推進機本体20のコーナーカッタ取付部20aに応じて形成されているため、その交換が可能となっている。なお、本実施形態では、コーナーカッタ取付部20aおよび取付部21aの形状を円弧状に形成したが、コーナーカッタ取付部20aおよび取付部21aの形状は円弧状に限定されるものではなく、適宜設定すればよいことはいうまでもない。
【0029】
推進函体10は、図1に示すように、鋼板を角筒状に形成した外殻11と、外殻11の内面に鋼材からなる補強部材12が外殻11に沿ってトンネル軸方向および横断方向に配設されることにより構成されている。外殻11の所定の箇所には、後記するガイド溝J1を形成するための隙間が形成されている。なお、推進函体10を構成する材質や形状は限定されるものではなく、状況に応じて適宜設定すればよい。
【0030】
また、推進函体10には、ガイド溝J1および突部材J2の両方または一方が外殻11の隅角部の近傍に取り付けられている。なお、ガイド溝J1および突部材J2の位置および個数は、トンネル1の配置に応じて適宜設定する。
【0031】
本実施形態に係るガイド溝J1は、鋼材を組み合わせることにより断面T字形状の溝(いわゆるT溝)に形成されている。なお、ガイド溝J1の形状は突部材J2の形状に応じて適宜形成すればよく、その形状が限定されないことはいうまでものない。
【0032】
突部材J2は、外殻11の外周面において隣接する推進函体10のガイド溝J1に対応する位置に配置されており、外殻11の外側に突出している。本実施形態では、突部材J2として、レールを外殻11の外周面に溶接接合することにより構成している。
【0033】
突部材J2を構成するレールは、熱押形鋼からなり、外殻11の外周面に固定されるフランジと、このフランジから立ち上がるウェブと、このウェブの突端部分に形成された頭部とを備えている。レールのウェブの幅(厚さ)がガイド溝J1の幅狭部の幅よりも小さくなっており、かつ、頭部の断面積がガイド溝J1の幅広部の断面積よりも小さくなっているので、レールは、上下左右に動き得るクリアランスをもってガイド溝J1の内部に入り込む。つまり、突部材J2は、ガイド溝J1と遊嵌状態で結合することになる。また、突部材J2の頭部は、ガイド溝J1の幅狭部の幅よりも大きい幅寸法に成形されている。このようにすると、突部材J2のガイド溝J1からの抜け出しが阻止されることから、隣り合う推進函体10,10が必要以上に離間することを防ぐことができる。以下、ガイド溝J1と突部材J2とからなる継ぎ手を「継手部J」と称する場合がある。
【0034】
ここで、本実施形態では、推進函体10として、断面略正方形状のものを使用するものとしたが、推進函体10の断面形状は限定されるものではなく、例えば、長方形、円形、楕円形、その他多角形状のものを使用するなど、構築する地下構造物の完成断面形状や、地山状況に応じて、適宜設定すればよい。
【0035】
次に、本実施形態に係る大断面トンネルTの構築方法について、図面を参照して詳細に説明する。
【0036】
本実施形態では、複数本のトンネル1,1,…の構築を、図4(a)〜(f)に示すように、切羽から後方に向かって下段右側のトンネル1aから下段中央のトンネル1b、下段左側のトンネル1c、上段右側のトンネル1d、上段中央のトンネル1e、上段左側のトンネル1fの順に構築する。なお、トンネル1,1,…の施工の順序は限定されるものではないことはいうまでものなく、状況に応じて適宜設定すればよい。
【0037】
6本のトンネル1,1,…が3本ずつ2段並設される計画に対して、まず、図4(a)に示すように、下段右側のトンネル1aの施工を行う。この時、推進機2のトンネル1b,1d,1e側の隅角部、つまり、後行トンネル1Bが構築される領域に隣接するトンネル1a(先行トンネル1A)の左下側と右上側と左上側の隅角部に対応するコーナーカッタ部21,21,21には、大型コーナーカッタ23aを採用し、各隅角部にトンネル1b,1d,1eの隅角部を含んだ形状の余掘り部30を形成するものとする。また、その他の隅角部、つまり、大断面トンネルTの隅角部となる右下側の隅角部に対応するコーナーカッタ部21には、小型コーナーカッタ23bを採用し、推進函体10の形状に応じた掘削を行う。
【0038】
また、推進機2により掘削された掘削孔への推進函体10の配置は、元押しジャッキにより押圧力(推進力)を推進函体10へ付与することにより行う。なお、推進函体10の地中への配置は、元押しジャッキによる方法に限定されるものではなく、中押しジャッキを利用するなど、適宜公知の手段から選定して行えばよい。また、元押しジャッキにより推進函体10を坑口から押し込むとともに、推進機2の中折推進ジャッキを収縮させて推進函体10に引き寄せる方法を採用してもよい。
【0039】
下段右側のトンネル1aの施工とともに形成された余掘り部30には、充填材を充填して止水体31を形成する(図4(b)参照)。止水体31の形成は、推進機2による地山の掘削、推進函体10の配置後、推進函体10の滑材(兼裏込め材)の注入と並行して行う。本実施形態では、滑材と、余掘り部30の充填材とに同材料を使用するものとし、その注入(充填)作業を同時に行うものとする。
【0040】
充填材としては、例えば、水ガラスと水酸化カルシウム懸濁液または水酸化カルシウムとスラグを含む懸濁液とを反応させることにより、ゲルタイムが60秒以内、初期強度を早期に発現し、その後の強度発現が30%以内という性質を有したものを使用することが好適である。この充填材によれば、必要以上の強度を発現することが無く、また、地山空隙に漏出することが無い。つまり、隣接する推進函体10同士の接合部に優れた止水機能を発現するとともに、充填材が漏出しないため充填に要する材料費を必要最小限に抑えることが可能となり、さらに、後行トンネルの掘削の際に硬化後の止水体31の強度により掘削不能となるような支障をきたすことがない。
【0041】
また、前記充填材によれば、鋼材との付着強度が低いため、推進函体10と付着することがなく、滑材としての機能も発現する。
なお、充填材の材料は、止水性を発現するものであれば、前記のものに限定されないことはいうまでもない。
【0042】
下段右側のトンネル1a(先行トンネル1A)の施工が完了または所定長施工が進行したら、図4(b)に示すように、下段右側のトンネル1aの横隣において、下段中央のトンネル1b(後行トンネル1B)の施工を開始する。この時、先行トンネル1A(トンネル1a)に隣接せず、かつ、後行トンネル1Bが構築される領域側にある、推進機2の左側上下のコーナーカッタ部21,21には、大型コーナーカッタ23a,23aを設置して余掘り部30を掘削する。一方、先行トンネル1Aに隣接する右側上下のコーナーカッタ部21,21には小型コーナーカッタ23b,23bを設置して地山の掘削を行う。つまり、下段中央のトンネル1bの施工は、左側の下段左側のトンネル1c側の隅角部は、トンネル1cの隅角部を含んだ形状の余掘り部30を形成し、右側の下段右側のトンネル1a側については、トンネル1aの施工と共に構築された止水体31の一部を掘削しながら推進函体10を配置することにより行う。
【0043】
また、後行トンネル1B(下段中央のトンネル1b)の推進函体10の配置は、推進機2により掘削された掘削孔内に、推進函体10に形成された突部材J2(図1参照)を先行トンネル1A(下段右側のトンネル1a)の推進函体10のガイド溝J1(図1参照)に挿入させた状態で行う。なお、先行トンネル1Aと後行トンネル1Bとの継手部Jは、先行トンネル1Aと後行トンネル1Bとの設置面の上下2箇所に配置されている。
【0044】
また、推進函体10の掘削孔への圧入方法は、前記に示した方法と同様なため、詳細な説明は省略する。また、余掘り部30への充填材の充填方法等は、前記に示した方法と同様なため、詳細な説明は省略する。
【0045】
下段中央のトンネル1b(先行トンネル1A)の施工が完了または所定長施工が進行したら、図4(c)に示すように、前記と同様に、下段中央のトンネル1bの横隣において、下段左側のトンネル1c(後行トンネル1B)の施工を開始する。なお、先行トンネル1Aと後行トンネル1Bとの継手部Jは、先行トンネル1Aと後行トンネル1Bとの対抗面の上下2箇所に配置されている。この時、先行トンネル1A(トンネル1b)に隣接せず、かつ、後行トンネル1Bが構築される領域に隣接する、推進機2の左側上のコーナーカッタ21には、大型コーナーカッタ23aを設置して余掘り部30を掘削する。また、先行トンネル1Aに隣接する右側上下のコーナーカッタ部21には小型コーナーカッタ23b,23bを設置して、下側中央のトンネル1bの施工に伴い形成された止水体31の一部を掘削しながら推進する。また、大断面トンネルTの隅角部となる左下の隅角部は小型コーナーカッタ23bにより推進函体10の形状に応じた掘削孔を掘削する。
【0046】
なお、この他の下段左側のトンネル1cの構築に関して、推進機2よる掘削方法、地中への推進函体10の配置方法および止水体31の構築方法等は、前記と同様なため、詳細な説明は省略する。
【0047】
そして、下段の3本のトンネル1a,1b,1cの施工が完了または所定延長施工が進行したら、図4(d)に示すように、下段右側のトンネル1aの上隣において、上段右側のトンネル1d(後行トンネル1B)の施工を開始する。この時、後行トンネル1Bの推進函体10の下面に形成された突部材J2を先行トンネル1A(下段右側のトンネル1a)の推進函体10の上面に形成されたガイド溝J1に挿入させた状態で、後行トンネル1Bの構築を進行させる。また、後行トンネル1Bの下側の隅角部は、先行トンネル1A(下段右側のトンネル1a)の施工とともに構築された止水体31の一部をコーナーカッタ23bにより掘削しながら行われる。
【0048】
後行トンネル1B(トンネル1d)の施工時の推進機2は、先行トンネル1Aに隣接せず、かつ、後行トンネル1Bが構築される領域に隣接する左側上のコーナーカッタ部21に大型コーナーカッタ23aを設置して余掘り部30を掘削する。その他の先行トンネル1A(トンネル1a,1b)に隣接する左右下のコーナーカッタ部21および大断面トンネルTの隅角部となる右上の隅角部には、小型コーナーカッタ23b,23b,23bを設置して推進函体10の形状に応じて掘削する。
【0049】
なお、この他の上段右側のトンネル1dの構築に関する推進機2よる掘削方法、地中への推進函体10の配置方法および止水体31の構築方法等は、前記と同様なため、詳細な説明は省略する。
【0050】
上段右側のトンネル1dの施工が完了または所定長施工が進行したら、図4(e)に示すように、上段右側のトンネル1d(先行トンネル1A)の横隣、かつ、下段中央のトンネル1b(先行トンネル1A)の上隣において、上段中央のトンネル1e(後行トンネル1B)の施工を開始する。この時、後行トンネル1Bの推進函体10の側面および下面に形成された突部材J2を上段右側のトンネル1d(先行トンネル1A)の推進函体10の後行トンネル1B側の側面に形成されたガイド溝J1および下段中央側のトンネル1b(先行トンネル1A)の推進函体10の上面に形成されたガイド溝J1に挿入させた状態で、後行トンネル1Bの構築を進行させる。また、後行トンネル1Bの下側の隅角部は、先行トンネル1A(下段右側のトンネル1a、下段中央のトンネル1bおよび上段右側のトンネル1d)の施工とともに構築された3本の止水体31の一部を小型コーナーカッタ23bにより掘削しながら行われる。
【0051】
後行トンネル1Bの施工時の推進機2は、先行トンネル1Aに隣接せず、かつ、後行トンネル1Bが構築される領域に隣接する左側上のコーナーカッタ部21に大型コーナーカッタ23aを設置して余掘り部30を掘削しながら行う。その他の先行トンネル1A(トンネル1a,1b,1c,1d)に隣接する左右下および右上のコーナーカッタ部21には、小型コーナーカッタ23b,23bを設置して推進機2の工法に配置される推進函体10の形状に応じた掘削を行う。
【0052】
なお、この他の上段右側のトンネル1eの構築に関する推進機2よる掘削方法、地中への推進函体10の配置方法および止水体31の構築方法等は、前記と同様なため、詳細な説明は省略する。
【0053】
さらに、上段中央のトンネル1eの施工が完了または所定長施工が進行したら、図4(f)に示すように、上段中央のトンネル1eの横隣、かつ、下段左側のトンネル1cの上隣において、上段左側のトンネル1f(後行トンネル1B)の施工を開始する。この時、後行トンネル1Bの推進函体10の側面および下面に形成された突部材J2を上段中央のトンネル1e(先行トンネル1A)の推進函体10の後行トンネル1B側側面に形成されたガイド溝J1および下段左側のトンネル1c(先行トンネル1A)の推進函体10の上面に形成されたガイド溝J1に挿入させた状態で、後行トンネル1Bの構築を進行させる。また、後行トンネル1Bの下側の隅角部は、先行トンネル1A(下段中央側のトンネル1b、下段左側のトンネル1c、および上段中央側のトンネル1e)の施工とともに構築された3本の止水体31の一部を掘削しながら行われる。
【0054】
後行トンネル1Bの施工時の推進機2は、全コーナーカッタ部21,21,…について、小型コーナーカッタ23b,23b,…を設置して、推進機2の後方に配置される推進函体10の形状に応じた掘削を行う。
【0055】
なお、この他の上段右側のトンネル1fの構築に関する推進機2よる掘削方法、地中への推進函体10の配置方法および止水体31の構築方法等は、前記と同様なため、詳細な説明は省略する。
【0056】
トンネル1a〜1fの構築が完了したら、図1に示すように、大断面トンネルTの断面形状に合せて、トンネル1a〜1fの推進函体10の不要な部分を撤去して大きな空間を形成する。この時、各トンネル1a〜1fの接合部の地山側には、略半円状の止水体31が形成されており、隙間sからの地下水の浸透を防止している。
【0057】
そして、地山との境界(すなわち、大断面トンネルTの外縁)に沿って残置されたトンネル1a〜1fの推進函体10,10,…を利用して本設の頂版TA、底版TBおよび側壁TC,TCを形成すると、大断面トンネルTとなる。なお、推進函体10の不要な部分を全部撤去した後に頂版TA、底版TBおよび側壁TC,TCを形成してもよいし、トンネル1a〜1fの不要な部分の一部を撤去しつつ、大断面トンネルTの頂版TA、底版TBおよび側壁TC,TCを構築してもよい。
【0058】
なお、止水体31の構築方法は前記の方法に限定されるものではなく、例えば、先行トンネル1Aを構築する工程において、余掘り部30に仮設函体を配置することにより、地山の崩落を防止し、後行トンネルを構築する工程の後に、この余掘り部30に充填材を充填して止水体31を形成する方法を適用してもよい。
また、トンネル1,1,…の推進施工中は、余掘り部30に加圧された泥水やベントナイト泥液等を滑材として注入することにより地山の崩落を防止し、推進函体の推進が完了してから、泥水と充填材とを置き換える方法により、構築してもよい。
【0059】
以上、本発明のトンネルの構築方法によれば、予め余掘り部30を形成し、この余掘り部30に充填材を充填して隣接するトンネル1同士の接合部の止水を行うため、別途止水板の設置や、薬液注入などの煩雑な作業を要することなく、止水工が完了する。そのため、大断面トンネルTの構築に要する施工期間を大幅に短縮することが可能となり、また、工期短縮および煩雑な止水工の作業の省略により、費用を大幅に削減することが可能となる。
【0060】
そして、隣接するトンネル1同士の接合部に沿って、止水体31が形成されているため、隙間sからの地下水の浸透を完全に防止されて、止水性に優れた大断面トンネルTを構築することを可能としている。
【0061】
また、推進機2のコーナーカッタ部21について、施工段階に応じて適宜大型コーナーカッタ23aと小型コーナーカッタ23bとを変更して、施工を行うため、推進函体10に応じた掘削、および、止水体31の構築に応じた掘削を行うことが可能となり、好適である。
【0062】
また、先行トンネル1Aのガイド溝J1に後行トンネル1Bの突部材J2を挿入しながら後行トンネル1Bを構築するため、簡易且つ高品質に複数のトンネル1,1,…からなる大断面トンネルTを構築することを可能としている。
【0063】
また、突部材J2がガイド溝J1の内部に遊嵌されるように形成されていれば、先行トンネル1Aが蛇行し、あるいは捩れている場合や、後行トンネル1Bの推進機2にローリングやピッチング等が発生した場合であっても、これらの影響が両トンネル1A,1Bの継手部Jで吸収されることになるので、その施工を確実に行うことが可能となる。
つまり、後行トンネル1Bとなる推進函体10を先行トンネル1Aに沿って押し出す際には、推進函体10の突部材J2は、推進函体10のガイド溝J1の内部にトンネル軸方向から挿入されことになるが、この突部材J2がガイド溝J1の内部に遊嵌状態で入り込むので、先行トンネル1Aが蛇行等していても、あるいは、後行トンネル1Bの推進機2にローリング等が生じていても、ガイド溝J1と突部材J2とが直ちに競ってしまうというような不都合が発生することがなく、その結果、後行トンネル1Bの推進函体10をスムーズに押し出すことが可能となる。
【0064】
また、図1に示すように、継手部Jは、遊嵌状態で結合してトンネル1の蛇行等に対応可能に構成されている一方で、レールの頭部(すなわち、突部材J2の突端部分)がガイド溝J1の幅狭部の幅(ガイド溝J1の開口幅)よりも大きい幅寸法に成形されているので、隣り合う推進函体10,10が必要以上に離間することがなく、その結果、寸法精度の高い大断面トンネルTを構築することが可能となる。
【0065】
また、本実施形態のトンネルの構築方法および後行トンネルの構築方法によれば、グランドアーチが形成されにくい土被りが小さい場所や強度の弱い地盤において、大断面トンネルTを構築する際に、大断面トンネルを複数のトンネル1,1,…に分割して施工するため、安全に施工を行うことを可能としている。
【0066】
次に本発明による他の好適な実施形態について説明する。
ここで、図5は、他の実施の形態の地下構造物の構築方法を示す図であって、(a)は全体断面図、(b)は部分断面図である。
【0067】
他の実施の形態では、図5(a)に示すように、断面台形状に形成されたトンネル1,1,…を複数本並設することにより、略円形状に形成された大断面トンネル(地下構造物)T’の外殻(覆工)を形成するものである。
各トンネル1は、推進機2(図2参照)による地山の掘削とともに推進機2の後方に推進函体(函体)10’を配置することにより先行トンネル(トンネル1)を構築する工程と、推進機2による地山の掘削とともに推進機2の後方に推進函体10’を配置することにより先行トンネルに並設して後行トンネル(トンネル1)を構築する工程とにより構築される(図5(b)参照)。
そして、先行トンネルを構築する工程において、先行トンネルの後行トンネル側の隅角部に余掘り部30を形成し、後行トンネルを構築する工程において、後行トンネルの隅角部を、この余掘り部30内に配置する。
【0068】
さらに、隣接するトンネル1同士の接合部に形成された余掘り部30には、止水体31が形成されており、トンネル1同士の接合部の隙間から大断面トンネルT内への地下水の浸透を防止している。
【0069】
各トンネル1,1,…は、地山を掘削する推進機2(図2参照)の後方から推進機2により掘削された掘削孔に推進函体(函体)10’を押し込む元押しジャッキあるいは中間ジャッキ(図示省略)により推進函体10を地中に配置することにより構築される。
【0070】
推進機2は、図2(a)に示すように、推進機本体20と、この推進機本体20に着脱可能に設置されたコーナーカッタ部21,21,…とから構成されている。そして、推進機本体20は、図5(b)に示すように、上端の幅が下端の幅よりも広く、当該掘進機2により削孔された掘削孔の横断面が、台形状に形成されるように構成されている。
この他の掘進機2の構成は、前記に示した内容と同様なため詳細な説明は省略する。
【0071】
推進函体10’は、図5(a)に示すように、断面が台形状に形成されており、当該台形の長辺側の面を大断面トンネルT’の外周側になるように並設することにより略円形を呈するように構成されている。なお、推進函体10’を構成する材質や詳細な形状等は限定されるものではなく、現場の状況や地下構造物の完成断面等に応じて適宜決定する。
なお、各推進函体10’には、隣接して構築されたトンネル1同士の迫りまたは離隔等を防止するために継手部(図示せず)が形成されている。ここで、継手部の詳細は、前記で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
【0072】
次に、大断面トンネルT’の構築方法について、図面を参照して詳細に説明する。
【0073】
大断面トンネルT’の構築は、図5に示すように、構築されたトンネル1(先行トンネル)に隣接して次のトンネル1(後行トンネル)を順次構築することのより行う。なお、トンネル1,1,…の施工の順序は限定されるものではないことはいうまでものなく、状況に応じて適宜設定すればよい。
【0074】
まず、計画された地下構造物の外殻に対応する位置において、所定のトンネル(先行トンネルN)の施工を行う。この時、推進機2の四隅の隅角部、つまり、後行トンネルN+1および後行トンネルN−1が構築される領域に隣接する先行トンネルNの上下左右の隅角部に対応するコーナーカッタ部21,21,…には、大型コーナーカッタ(サブカッタ)23aを採用し、各隅角部に後行トンネルN+1,N−1の隅角部を含んだ形状の余掘り部30を形成するものとする(図5(b)参照)。なお、本実施形態では、先行トンネルNの4隅について余掘り部30を形成するものとしたが、余掘り部30は後行トンネルに対応する隅角部にのみ形成すればよく、地下構造物の完成断面や施工計画等に応じて、適宜設定すればよい。
【0075】
この他の先行トンネルNの構築に関する詳細については、前記の実施形態で説明した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
【0076】
先行トンネルNの施工が完了または所定長施工が進行したら、図5(b)に示すように、当該先行トンネルNの横隣において後行トンネルN+1の施工を開始する。この時、先行トンネルNに隣接せず、かつ、後行トンネルN+1が構築される領域側にある、推進機2の右側上下のコーナーカッタ部21,21には、大型コーナーカッタ23a,23aを設置して余掘り部30を掘削する。一方、先行トンネルNに隣接する左側上下のコーナーカッタ部21,21には小型コーナーカッタ(サブカッタ)23b,23bを設置して地山の掘削を行う。つまり、後行トンネルN+1の施工は、先行トンネルNと反対側の隅角部は、隣接するトンネルの隅角部を含んだ形状の余掘り部30を形成し、先行トンネルN側については、先行トンネルNの施工と共に構築された止水体31の一部を掘削しながら推進函体10’を配置することにより行う。
【0077】
また、後行トンネルN+1の推進函体10’の配置は、推進機2により掘削された掘削孔内に、推進函体10’の継手部(図示せず)と先行トンネルNの推進函体10’の継手部(図示せず)とを噛み合わせた状態で行う。
【0078】
また、推進函体10’の掘削孔への圧入方法は、前記に示した方法と同様なため、詳細な説明は省略する。また、余掘り部30への充填材の充填方法等は、前記に示した方法と同様なため、詳細な説明は省略する。
【0079】
同様の方法により、トンネル1を随時並設して、後行トンネルN−1まで構築する。そして、各トンネル1内に、コンクリートを打設することにより、大断面トンネルT’の外殻を構築する。なお、各トンネル1内へのコンクリートの打設は、トンネル1毎に、随時行ってもよいし、また、隣接するトンネル1同士間のスキンプレートを撤去してトンネル1同士を連結した後、一体にコンクリートを打設することにより一体構造の外殻を形成してもよい。
【0080】
なお、他の実施の形態では、台形状の推進函体10’を並設することにより円形状の構造物を形成するものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば門型や矩形状やアーチ状の構造物の形成等、適宜状況に応じた形状に形成すればよい。また、推進函体10’の形状が台形に限定されるものではないことはいうまでもない。
【0081】
他の実施の形態にかかる地下構造物の構築方法による効果等は、前記の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
【0082】
以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限られず、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、前記実施形態では、大断面トンネルの構築について、本発明の地下構造物の構築方法を適用するものとしたが、本発明の地下構造物の構築方法により構築される地下構造物は、大断面トンネルに限定されるものではない。また、大断面トンネルの使用目的が限定されないことはいうまでもない。
【0083】
また、先行トンネルと後行トンネルとの施工方向は限定されるものではなく、先行トンネルの施工後、後行トンネルの施工は、到達立坑において推進機を反対方向に向けて(Uターンさせて)、到達立坑から発進立坑方向、つまり、先行トンネルと後行トンネルの施工方向を逆方向に施工する方法や、先行トンネルと後行トンネルとを、同じ方向で施工する方法等、適宜設定すればよい。
【0084】
また、前記実施形態では、後行トンネルの施工時に、先行トンネルの施工にともない形成された止水体を掘削しながら施工を行うものとしたが、先行トンネルの施工時に余掘り部に仮設函体を配置して、余掘り部の空間を保持している場合は、後行トンネルの施工時に当該隅角部の掘削を行わなくてもよい。つまり、後行トンネルの施工時には、推進機のこの隅角部に対応するコーナーカッタ部を取り外した状態で掘削を行い、推進函体の配置は、仮設函体を撤去しながら行えばよい。
【0085】
また、前記実施形態では、コーナーカッタ(サブカッタ)として大型コーナーカッタと小型コーナーカッタとの2種類を使用する場合について説明したが、コーナーカッタの種類は2種類に限定されるものではなく、施工状況や掘削断面形状等に応じて増加してもよい。
また、コーナーカッタの配置は、前記の配置に限定されるものではなく、各トンネルの施工順序に応じて適宜変更して行えばよいことはいうまでもない。
【0086】
また、余掘り部の地山の保持方法は、前記に示した方法に限定されるものではなく、適宜公知の手段から選定して行えばよい。
【0087】
また、推進函体を構成する部材は限定されるものではなく、例えば、鋼製の部材や球状黒鉛鋳鉄製の部材で構成されているものであってもよく、さらには、鉄筋コンクリート製の部材で構成されているものであってもよい。
【0088】
また、突部材を溶接により推進函体の側面に取り付ける構成としたが、例えばレールのフランジ部を推進函体の側面にボルトとナットを介して締着してもよく、突部材の取り付け方法は限定されるものではない。
また、前記実施形態では、突部材をレールにより形成するものとしたが、例えば鋼板を組み合わせて形成してもよく、突部材の形成方法は限定されるものではない。同様に、前記実施形態では、ガイド溝について形鋼を組み合わせて形成するものとしたが、ガイド溝の形成方法も限定されるものではないことは、いうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【0089】
【図1】本実施形態に係る地下構造物を示す横断面図である。
【図2】本実施形態に係る地下構造物の構築に使用する推進機の概略を示す斜視図であって、(a)はコーナーカッタ部を設置した状態、(b)はコーナーカッタ部を取り外した状態を示している。
【図3】(a)〜(c)は、図2で示した推進機のコーナーカッタ部を変更した状況を示す平面図であり、(d)は同断面図である。
【図4】(a)〜(f)は、本実施形態に係る地下構造物の構築方法の各施工段階を示す横断面図である。
【図5】他の実施の形態の地下構造物の構築方法を示す図であって、(a)は全体断面図、(b)は部分断面図である。
【符号の説明】
【0090】
1 トンネル
1A 先行トンネル
1B 後行トンネル
10 推進函体
2 推進機
20 推進機本体
21 コーナーカッタ部
30 余掘り部
31 止水体
T 大断面トンネル

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数本のトンネルを利用して地下構造物を構築する方法であって、
推進機による地山の掘削とともに前記推進機の後方に函体を配置することにより先行トンネルを構築する工程と、
推進機による地山の掘削とともに前記推進機の後方に函体を配置することにより前記先行トンネルに並設して後行トンネルを構築する工程と、を含み、
前記先行トンネルを構築する工程において、該先行トンネルの前記後行トンネル側に余掘り部を形成し、
前記後行トンネルを構築する工程において、前記後行トンネルの一部を、前記余掘り部内に配置することを特徴とする、地下構造物の構築方法。
【請求項2】
前記トンネルが、矩形断面であって、
前記余掘り部を、前記先行トンネルの前記後行トンネル側の隅角部に形成し、
前記後行トンネルの隅角部を、前記余掘り部内に配置することを特徴とする、請求項1に記載の地下構造物の構築方法。
【請求項3】
前記先行トンネルを構築する工程において、前記余掘り部に充填材を充填して止水体を形成することを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の地下水構造物の構築方法。
【請求項4】
前記後行トンネルを構築する工程の後に、前記余掘り部に充填材を充填して止水体を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の地下構造物の構築方法。
【請求項5】
前記先行トンネルを構築する工程において、前記余掘り部に仮設函体を配置することを特徴とする、請求項4に記載の地下構造物の構築方法。
【請求項6】
前記推進機が、前記余掘り部に対応する位置に着脱可能なサブカッタを備えており、
前記サブカッタを変更することにより、前記余掘り部の掘削を行うことを特徴とする、請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の地下構造物の構築方法。

【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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【公開番号】特開2007−77677(P2007−77677A)
【公開日】平成19年3月29日(2007.3.29)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−266995(P2005−266995)
【出願日】平成17年9月14日(2005.9.14)
【出願人】(000206211)大成建設株式会社 (1,602)
【Fターム(参考)】