地下空間の構築方法及び地下空間の構造
【課題】アーチ効果を発揮させることで極力、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地下空間の構築方法を提供する。
【解決手段】大地下空間１の上方アーチ部１１の外周の地盤２０に、大地下空間の延伸方向に向けた鋼管３，・・・を周方向に間隔を置いて複数本、押し込む工程と、上方アーチ部の下端付近に先行トンネル５，５をそれぞれ掘削する工程と、鋼管の内周面に沿ってアーチ形状のアーチ支保材４を設置する工程と、アーチ支保材の内周側をアーチ状に掘削して鋼管とアーチ支保材とをそれぞれ接合するとともに、アーチ支保材の端部４１，４１を埋設させる反力体５１，５１を構築する工程と、アーチ支保材の内周側及び先行トンネル間を掘削して大地下空間を構築する工程とを備えている。
【解決手段】大地下空間１の上方アーチ部１１の外周の地盤２０に、大地下空間の延伸方向に向けた鋼管３，・・・を周方向に間隔を置いて複数本、押し込む工程と、上方アーチ部の下端付近に先行トンネル５，５をそれぞれ掘削する工程と、鋼管の内周面に沿ってアーチ形状のアーチ支保材４を設置する工程と、アーチ支保材の内周側をアーチ状に掘削して鋼管とアーチ支保材とをそれぞれ接合するとともに、アーチ支保材の端部４１，４１を埋設させる反力体５１，５１を構築する工程と、アーチ支保材の内周側及び先行トンネル間を掘削して大地下空間を構築する工程とを備えている。
【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、地下鉄の駅舎などに使用する地下空間を構築する地下空間の構築方法、及び地下空間の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、地下鉄の駅舎などに使用するために大地下空間を構築する方法が知られている（特許文献１など参照）。
【０００３】
この特許文献１には、間隔を開けて並行に掘削された２本のトンネル間に、アーチ状のパイプルーフを架け渡し、その下方をトラス架構体で支持させた後に、トンネル間を繋ぐ掘削をおこなって大地下空間を構築する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−３２２２２２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、従来の方法では、パイプルーフの下方に鋼製のトラス架構体を構築するため、鋼材の使用量が多くコストが高くなる傾向にある。
【０００５】
また、パイプルーフは、隣接するパイプ同士を継手などで連結させるため、連結部の拘束力が強く、曲線部を設けることが難しい。さらに、パイプルーフの継手では、周方向の軸力が伝達され難いのでアーチ効果による変形抑止が期待できず、トラス架構体のような大掛りな支保材を必要としていた。
【０００６】
そこで、本発明は、アーチ効果を発揮させることで極力、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地下空間であっても容易に構築することが可能な地下空間の構築方法、及び地下空間の構造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】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明の地下空間の構築方法は、少なくとも上方が断面視アーチ状に形成される地下空間を構築する方法であって、前記地下空間の上方アーチ部の外周の地盤に、前記地下空間の延伸方向に向けた長尺材を周方向に間隔を置いて複数本、押し込む工程と、前記工程と前後又は並行して前記上方アーチ部の下端付近に先行トンネルをそれぞれ掘削する工程と、前記一方の先行トンネルから前記他方の先行トンネルに向けて、前記長尺材の内周面に沿ってアーチ形状のアーチ支保材を設置する工程と、前記アーチ支保材の内周側をアーチ状に掘削して前記長尺材と前記アーチ支保材とをそれぞれ接合するとともに、前記アーチ支保材の端部を埋設させる反力体を前記先行トンネルの内部にそれぞれ構築する工程と、前記アーチ支保材の内周側及び前記先行トンネル間を掘削して地下空間を構築する工程とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記アーチ支保材の内周側をアーチ状に掘削する工程より前に、前記長尺材間を含む前記上方アーチ部の外周を地盤改良する工程を備えた構成とすることが好ましい。
【０００９】
また、前記アーチ支保材と前記長尺材との接合は、双方の間にスペーサ部を介在させ、これらをボルト部で締結することによっておこなう方法であってもよい。
【００１０】
さらに、前記反力体を構築する工程より前に、前記先行トンネルの内部から下方に向けて基礎部を構築する工程を備えた構成とすることができる。
【００１１】
また、本発明の地下空間の構造は、少なくとも上方が断面視アーチ状に形成される地下空間の構造であって、前記地下空間の上方アーチ部の外周の地盤に、前記地下空間の延伸方向に向けて周方向に間隔を置いて配置される複数本の長尺材と、前記上方アーチ部の下端付近にそれぞれ形成される先行トンネルと、前記一方の先行トンネルから前記他方の先行トンネルに向けて、前記長尺材の内周面に沿って配置されるとともに、これらの長尺材と接合されるアーチ形状のアーチ支保材と、前記先行トンネルの内部にそれぞれ形成されて前記アーチ支保材の端部を埋設させる反力体とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
ここで、前記長尺材間を含む前記上方アーチ部の外周に形成される地盤改良部を備えた構成とすることが好ましい。
【００１３】
また、前記アーチ支保材と前記長尺材との接合部は、双方の間に介在させるスペーサ部と、これらを締結させるボルト部とを備えた構造であってもよい。
【００１４】
さらに、前記先行トンネルの内部から下方に向けて延設される基礎部を備えた構造とすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
このように構成された本発明の地下空間の構築方法では、地下空間の上方アーチ部の外周の地盤に、周方向に間隔を置いて複数本の長尺材を押し込むとともに、長尺材間をアーチ形状のアーチ支保材で連結する。そして、アーチ支保材の端部を反力体に埋設させた後に、アーチ支保材の内周側を掘削して地下空間を構築する。
【００１６】
このため、掘削前からアーチ形状が完成されており、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。
【００１７】
また、アーチ支保材の端部が先行トンネル内の反力体に埋設されており、アーチ支保材に載荷された荷重は、先行トンネルを押し付ける力として作用するので、掘削の応力開放に伴う先行トンネルの浮き上がりを抑えることができる。
【００１８】
さらに、これらの長尺材は、周方向に間隔を置いて押し込まれるので、長尺材間が拘束されず、線形に曲線部を含む地下空間であっても、容易に構築することができる。
【００１９】
また、上方アーチ部の外周を地盤改良することで、鋼管間が地盤改良部で連結されてアーチ効果が発生しやすくなるとともに、地盤の強度が増加して剥離落下などが起き難くなる。さらに、上方アーチ部の外周に長尺材を押し込んでおくことで、上方地盤を先受けさせて構造物で支えることができる。
【００２０】
また、ボルトによる接合であれば、溶接による場合と異なり長尺材の強度を低下させることなく迅速に接合作業をおこなうことができる。
【００２１】
さらに、先行トンネルの内部から下方に向けて基礎部を構築することで、反力体に作用する上からの力が大きくなっても、先行トンネルの沈下の発生を防ぐことができる。
【００２２】
また、本発明の地下空間の構造は、周方向に間隔を置いた複数本の長尺材と、長尺材間を連結させるアーチ支保材と、アーチ支保材の端部を埋設させる反力体とを備えている。
【００２３】
このため、地下空間の外周がアーチ効果によって保護され、地盤の変形を極力抑えることができる。また、長尺材は間隔を置いて配置されるので、地下空間の平面視の線形が曲線になる場合であっても、容易に対応させることができる。
【００２４】
また、上方アーチ部の外周を地盤改良することで、周方向の軸力の応力伝達性能が向上し、アーチ効果を充分に発揮させることができる。
【００２５】
さらに、アーチ支保材に長尺材がボルトによってピン接合されていれば、接合部に曲げ応力が発生しないので、長尺材及びアーチ支保材の断面を低減させて材料費を削減することができる。
【００２６】
また、先行トンネルの下方に基礎部を設けることで、先行トンネル及び地下空間の沈下を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２８】
図１は、本実施の形態の地下空間としての大地下空間１の構造を示す断面図である。
【００２９】
この大地下空間１は、大地下空間１の上方アーチ部１１の外周の地盤２０に、周方向に間隔を置いて配置される複数本の長尺材としての鋼管３，・・・と、鋼管３，・・・間を含む上方アーチ部１１の外周に形成される地盤改良部２と、上方アーチ部１１の下端付近にそれぞれ形成される先行トンネル５，５と、一方の先行トンネル５から他方の先行トンネル５に向けて鋼管３，・・・の内周面に沿って配置されるアーチ形状のアーチ支保材４と、先行トンネル５，５の内部にそれぞれ形成されてアーチ支保材４の端部４１，４１を埋設させる反力体５１，５１とによって主に構成される。
【００３０】
また、大地下空間１の内空は、断面視略半円形となる上方アーチ部１１と、その上方アーチ部１１の端部に設けられる反力体５１，５１と、その反力体５１，５１間を水平に結ぶ下床部６１とによって、断面視馬蹄形に形成される。
【００３１】
一方、鋼管３は、推進工法などによって地盤２０に水平方向に向けて押し込まれる管材である。鋼管３の直径及び肉厚は、大地下空間１の大きさ、地盤２０の強度、作用荷重の大きさなどに基づいて決定すればよい。
【００３２】
さらに、この鋼管３は、大地下空間１の上方アーチ部１１に沿って、周方向に略等間隔に配置される。この実施の形態では、上方アーチ部１１の頂部から先行トンネル５，５に至るまで鋼管３，・・・が配置されている。
【００３３】
また、地盤改良部２は、地盤２０にセメント系固化材を充填し撹拌することによって形成することができる。さらに、地盤２０に薬液などを注入することよって地盤改良部２を形成することもできる。
【００３４】
また、アーチ支保材４は、断面視Ｈ形のＨ形鋼材によって上方アーチ部１１に沿った円弧形状に製作される。さらに、アーチ支保材４と、それに直交する向きで配置される鋼管３，・・・とは、後述する接合部としてのピン接合部７によってそれぞれ接合される。
【００３５】
また、上方アーチ部１１の下端付近に形成される先行トンネル５，５は、大地下空間１の幅に合わせて並行に設けられる円筒形のトンネルである。この先行トンネル５は、円弧板状の鋼製覆工材などを組み付けて円筒形に形成される外殻部５５によって中空に形成される。
【００３６】
さらに、この先行トンネル５の内部から下方に向けて、基礎部としての鋼管杭５２が延設される。この鋼管杭５２の長さ及びトンネル延伸方向の打設間隔は、必要とされる支持力に基づいて算定される。
【００３７】
そして、この鋼管杭５２の先行トンネル５内部に突出する杭頭５２ａと、先行トンネル５の内部まで延設されるアーチ支保材４の端部４１とは、反力体５１として先行トンネル５の内空に充填されるコンクリートの内部に埋設される。また、反力体５１，５１間には、鉄筋コンクリートによって下床部６１が構築される。
【００３８】
このように充分に反力が確保できる反力体５１，５１にアーチ支保材４の端部４１，４１が埋設されていれば、アーチ支保材４に上載荷重が作用しても脚部間が開くことなく荷重を支持することができる。また、下床部６１によって反力体５１，５１間が連結され、大地下空間１の内空が閉成されれば、さらに周方向の軸力が伝達されやすくなってアーチ効果が発揮され、地盤２０の変形を抑えることができる。
【００３９】
次に、本実施の形態の大地下空間１の構築方法について説明する。
【００４０】
まず、図２，３に示すように、地下鉄の駅舎となる大地下空間１を構築する地盤２０に、平面視矩形の立坑１２Ａ，１２Ｂを大地下空間１の長さに合わせた間隔で構築する。ここで、図２（ａ）は、大地下空間１の構築中の状態を示した平面図であり、図２（ｂ）は、地下鉄の駅舎として構築された大地下空間１の平面図である。なお、大地下空間１の内部には、プラットホーム１６が設けられ、軌条トンネル１３及び大地下空間１の内部には、軌条１７が敷設される。
【００４１】
さらに詳細に説明すると、この立坑１２Ａの一側面には、地下鉄の路線となる軌条トンネル１３，１３を接続させる。そして、立坑１２Ａの内部で軌条トンネル１３，１３を掘削させたシールド掘削機５４，５４を外側に向けて横移動させ、先行トンネル５，５を構築するために立坑１２Ｂに向けて発進させる。
【００４２】
さらに、立坑１２Ｂに到達したシールド掘削機５４，５４は、立坑１２Ｂ内で内側に向けて横移動させ、立坑１２Ｂに接続される軌条トンネル１３，１３の掘削に使用する。なお、立坑１２Ａ，１２Ｂの大地下空間１及び軌条トンネル１３を接続させる側の坑口付近の地盤２０は、必要に応じて地盤改良しておく。
【００４３】
そして、一方の立坑１２Ａの内部から図３に示すように鋼管３を押し込む。この鋼管３の先端には掘進機３２が配置されており、掘進機３２によって地盤２０を切削させるとともに、鋼管３の後端を推進ジャッキなどによって押すことで推力を与えて、鋼管３を順次、地盤２０に押し込んでいく。
【００４４】
また、この鋼管３，・・・は、図４に示すように大地下空間１の上方アーチ部１１の外周に沿って、周方向に間隔を置いて押し込まれる。
【００４５】
この鋼管３，・・・を押し込む工程は、先行トンネル５，５を構築する工程の前後又は並行して実施される。また、先行トンネル５の内部からは、鋼管杭５２の打設をおこなう。この鋼管杭５２は、先行トンネル５の直径以下の長さの鋼管の打設、継ぎ足しを繰り返すことによって所望する長さに形成される。
【００４６】
続いて、図５に示すように、断面がアーチ状になるように押し込まれた鋼管３，・・・の外周にアーチ状の地盤改良部２を設ける。
【００４７】
この地盤改良部２の構築は立坑１２Ａ，１２Ｂの両方又は一方の内部からおこなわれる。図６は、立坑１２Ａの内部から地盤改良部２を構築する工程を説明する図である。
【００４８】
地盤改良部２を構築するには、まず、先端に拡幅改良装置２２が接続された推進管２１を、立坑１２Ａの内部に設置された推進ジャッキ２３によって推力を与えることで地盤２０に押し込む。
【００４９】
この押し込みは、拡幅改良装置２２が所定の位置に到達するまで推進管２１を継ぎ足しながらおこなわれる。そして、所定の位置に到達した拡幅改良装置２２の先端から、セメント系固化材を吐出させ、掘削された土砂と一緒に撹拌させながら推進管２１を徐々に引き抜いていく。
【００５０】
このように推進管２１及び拡幅改良装置２２を引き抜いた後には、円筒形の地盤改良部２が形成される。また、推進管２１及び拡幅改良装置２２は、立坑１２Ａの内部に回収されて、引き続き別の位置の地盤改良に使用される。このように円筒形の地盤改良部２を構築する作業を繰り返すことによって、図５に示すようなアーチ状に配置された鋼管３，・・・の外周側に地盤改良部２が形成される。
【００５１】
また、鋼管３，・・・の内周側には、アーチ支保材４を配置する。このアーチ支保材４は、図７に示すように、一方の先行トンネル５から発進させた掘進機４２の後方に円弧状のＨ形鋼材を継ぎ足していくことで地盤２０に埋設される。
【００５２】
そして、図８に示すように鋼管３，・・・の内周に沿ってアーチ支保材４が配置され、その両端部４１，４１が先行トンネル５，５の内部に突出された後に、アーチ支保材４の内周側を掘削してアーチ掘削部４３を形成する。
【００５３】
このアーチ掘削部４３は、一方の先行トンネル５内部からおこなうこともできるが、両方の先行トンネル５，５の内部からおこなうことで、短期間で構築することができる。また、アーチ状の地盤改良部２のアーチ効果でアーチ掘削部４３は保護されることになる。
【００５４】
さらに、この掘削に際して、アーチ支保材４と鋼管３，・・・との接合をおこなう。すなわち、掘削によってアーチ掘削部４３に露出されたアーチ支保材４と鋼管３とを、掘削の進行に併せて逐次、接合し、ピン接合部７を設けていく。
【００５５】
このピン接合部７は、図９（ａ），（ｂ）に示すように、鋼管３とアーチ支保材４の間に介在させるスペーサ部７２と、鋼管３とスペーサ部７２とアーチ支保材４とを繋ぐボルト部７１とを備えている。
【００５６】
すなわち、このアーチ支保材４は、上下に平行に配置されるフランジ４ａ，４ａと、そのフランジ４ａ，４ａ間を繋ぐウェブ４ｂとによって構成されており、アーチ支保材４の外側のフランジ４ａに鋼管３を接合することになる。
【００５７】
また、スペーサ部７２は、図１０に示すように、鋼管３の内周側に配置される内周スペーサ７２１と、鋼管３の外周側に配置される外周スペーサ７２２と、鋼管３とアーチ支保材４との離隔によって厚さが調整される間隔調整スペーサ７２３，７２３とによって構成される。この内周スペーサ７２１及び外周スペーサ７２２は、鋼管３の曲率に合わせて鋼管３と接する側が円弧状に成形される。
【００５８】
また、ボルト部７１は、鋼管３、スペーサ部７２及びフランジ４ａを貫通して他方に突出する長さを備えたボルト７１１と、そのボルト７１１に装着されるナット７１２及び座金７１３とによって構成される。
【００５９】
そして、ピン接合部７を設ける箇所の鋼管３とフランジ４ａには、ボルト孔３１，４ｃがそれぞれ穿孔されている。また、スペーサ部７２の対応する位置にもボルト孔が設けられている。
【００６０】
この図１０では、鋼管３の内周面に当接させる内周スペーサ７２１側からボルト７１１を挿入し、鋼管３のボルト孔３１並びに外周スペーサ７２２及び間隔調整スペーサ７２３，７２３のボルト孔を貫通させ、フランジ４ａのボルト孔４ｃから下方に突出させたボルト７１１の先端に、座金７１３とナット７１２を装着する構成としている。なお、ボルト７１１を下から上に向けて挿入し、ナット７１２及び座金７１３を鋼管３の内部に配置する構成であってもよい。
【００６１】
図１１は、アーチ支保材４とアーチ掘削部４３を構築する工程を説明する平面図である。この図１１に示すように、立坑１２Ａ，１２Ｂ間に略等間隔で複数のアーチ支保材４，・・・が配置される。
【００６２】
また、アーチ支保材４を先行させて、その後からアーチ掘削部４３を構築していくことになる。ここで、このアーチ掘削部４３は、ピン接合部７を設けるのに必要な幅でアーチ支保材４の真下を局所的に掘削するだけなので、掘削によって開放される応力も小さく、地盤改良部２のアーチ効果で保護されている周辺地盤に変形を生じさせるものにはならない。
【００６３】
そして、このようにして鋼管３，・・・と接合されたアーチ支保材４の端部４１，４１には、図１２に示すように反力体５１，５１を構築する。すなわち、アーチ支保材４の端部４１，４１は、先行トンネル５，５の天井から内部に向けて突き出しており、その端部４１，４１が埋設される範囲にコンクリートを充填して反力体５１，５１を構築する。
【００６４】
また、先行トンネル５の内部には、鋼管杭５２の杭頭５２ａも突出しており、その杭頭５２ａの周囲にもコンクリートを打設することでアーチ支保材４と反力体５１と鋼管杭５２とを一体化させる。
【００６５】
続いて、図１３，１４に示すように立坑１２Ａ，１２Ｂに搬入されたバックホウ１４やパワーショベル１５などの掘削機を使って、アーチ支保材４，・・・の内周側の掘削をおこなう。
【００６６】
この掘削は、地盤改良部２と鋼管３，・・・とアーチ支保材４とによって形成されたアーチの内周側の掘削となる。また、このアーチ支保材４の端部４１，４１は反力体５１，５１によって固定されている。このため、掘削は小断面に分割して段階的におこなう必要がなく、大地下空間１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。
【００６７】
そして、図１５に示すように、大地下空間１の掘削底面に鉄筋コンクリート製の下床部６１を構築する。また、大地下空間１内に張り出した先行トンネル５の外殻部５５は、圧砕機５３によって撤去する。
【００６８】
さらに、アーチ支保材４の内周側にも、図１に示すように鉄筋コンクリートなどで覆工部６を構築する。
【００６９】
例えば、大地下空間１の覆工部６の厚さをアーチ支保材４の高さと同程度にする場合は、アーチ支保材４の内周面側に、円弧板状のプレキャストパネルを取り付け、その外周側にコンクリートを充填することによって覆工部６を構築することができる。
【００７０】
次に、本実施の形態の大地下空間１の構築方法及び大地下空間１の構造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大地下空間１の構築方法では、大地下空間１の上方アーチ部１１の外周の地盤２０に、周方向に間隔を置いて複数本の鋼管３，・・・を押し込むとともに、鋼管３，・・・間をアーチ形状のアーチ支保材４で連結する。そして、アーチ支保材４の端部４１，４１を反力体５１，５１に埋設させた後に、アーチ支保材４の内周側を掘削して大地下空間１を構築する。
【００７２】
このため、掘削前からアーチ形状が完成されており、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。
【００７３】
また、アーチ支保材４の端部４１，４１が先行トンネル５，５内の反力体５１，５１に埋設されており、アーチ支保材４に載荷された荷重は、先行トンネル５，５を押し付ける力として作用する。このような力が作用していない状態で先行トンネル５の周囲を掘削すると、掘削の応力開放に伴って先行トンネル５が浮き上がってしまうおそれがある。これに対して先行トンネル５の内部に反力体５１を設け、その反力体５１を押え付ける力としてアーチ効果によって発生した力を利用することで、別途、浮き上がり防止構造を設けなくても浮き上がりを抑えることができ、経済的である。
【００７４】
また、上方アーチ部１１の外周を地盤改良することで、鋼管３，・・・間が地盤改良部２で連結されて周方向の軸力の応力伝達性能が向上し、アーチ効果が発生しやすくなるとともに、地盤の強度が増加して剥離落下などが起き難くなる。
【００７５】
さらに、上方アーチ部１１の外周に鋼管３，・・・を押し込んでおくことで、上方地盤が先受けされるので、剥離落下を確実に抑えることができる。また、鋼管３，・・・を先に配置しておくことで、地盤改良の範囲を低減でき、工費の削減及び工期の短縮を実現することができる。
【００７６】
さらに、これらの鋼管３，・・・は、周方向に間隔を置いて押し込まれるので、鋼管３，３間が拘束されず、平面視の線形が曲線となる大地下空間１であっても、地表まで開削することなく容易に構築することができる。
【００７７】
また、大地下空間１の掘削前に鋼管３，・・・間をアーチ支保材４で連結することで、全断面掘削をおこなう前に確実な支保を設置することができる。すなわち、アーチ形状のアーチ支保材４で鋼管３，・・・間を連結することで、アーチ効果が確保された安定した掘削空間が形成される。さらに、アーチ支保材４と鋼管３との接合をボルト７１１の締結によっておこなうことで、溶接による場合と異なり鋼管３やアーチ支保材４の強度を低下させることなく迅速な接合作業とすることができる。
【００７８】
また、アーチ支保材４に鋼管３，・・・がピン接合されていれば、ピン接合部７，・・・に曲げ応力が発生しないので、鋼管３及びアーチ支保材４の断面を低減させて材料費を削減することができる。
【００７９】
さらに、先行トンネル５の内部から下方に向けた鋼管杭５２を構築することで、反力体５１に作用する上からの力が大きくなっても、鋼管杭５２で支持させることができ、先行トンネル５や下床部６１の沈下の発生を防ぐことができる。
【００８０】
また、コンクリートを充填することによって鋼管３，・・・及びアーチ支保材４を利用した鉄骨鉄筋コンクリート構造の覆工部６を構築することができ、支保材を仮設のみに使用する場合に比べて材料の有効活用が可能になり、コストを削減することができる。
【００８１】
さらに、アーチ支保材４の内周面側にプレキャストパネルを取り付け、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、迅速かつ容易に大地下空間１の覆工部６を構築することができる。
【００８２】
また、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を利用することで、品質の高い覆工部６を形成することができる。また、プレキャストパネルであれば、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１】
【００８３】
以下、この実施例１では、前記した実施の形態とは別の実施の形態について、図１６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。
【００８４】
この実施例１では、オフィスビルなどの既設建物８の下方に大地下空間１Ａを構築する場合について説明する。
【００８５】
この既設建物８は杭基礎８１，・・・によって支持されているが、仮受け工を設置した後にその一部を撤去して接続立坑８２を構築する。この接続立坑８２は、大地下空間１Ａの天井に接続されるもので、その内部に接続構造部８３が構築される。
【００８６】
この接続構造部８３は、既設建物８と大地下空間１Ａとを連結するとともに、既設建物８の基礎となる構造体である。そして、この大地下空間１Ａでは、この接続構造部８３を一部に含んだ上方アーチ部１１Ａが形成される。すなわち、接続構造部８３の下端部に滑らかに接続される厚さの覆工部６が鉄筋コンクリートによって構築され、反力体５１，５１と覆工部６と接続構造部８３とによるアーチが形成される。
【００８７】
また、接続構造部８３の荷重の一部は、プラットホーム１６，１６に設置された支保柱８４，８４によって支持される。
【００８８】
このように地盤２０上方に既設建物８がある場合においても、大地下空間１Ａを構築することができる。
【００８９】
なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態と略同様であるので説明を省略する。
【実施例２】
【００９０】
以下、この実施例２では、前記した実施の形態又は実施例１とは別の実施の形態について、図１７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】
前記実施の形態では上方アーチ部１１と平面状の下床部６１とによって形成される断面視馬蹄形の大地下空間１を構築する場合について説明したが、この実施例２では、上方アーチ部１１Ｂと線対称となる下方アーチ部１１Ｃを備えた断面視卵型の大地下空間１Ｂの構造及び構築方法について説明する。
【００９２】
この大地下空間１Ｂは、前記実施の形態で説明した工程によって上方アーチ部１１Ｂの外周に鋼管３，・・・と地盤改良部２とアーチ支保材４が配置される。一方、下方アーチ部１１Ｃの外周にも、鋼管３，・・・と地盤改良部２とアーチ支保材４４が配置される。
【００９３】
また、上方アーチ部１１Ｂのアーチ支保材４の端部４１，４１と下方アーチ部１１Ｃのアーチ支保材４４の端部４４１，４４１は、いずれも反力体５１，５１の内部に埋設される。
【００９４】
そして、鋼管３，・・・とアーチ支保材４，４４と先行トンネル５，５とに囲まれた内周側をバックホウ１４及びパワーショベル１５で掘削すると、応力が開放されて上方アーチ部１１Ｂと下方アーチ部１１Ｃの双方にアーチ効果が発生することになる（図１７の矢印参照）。
【００９５】
また、アーチ効果によって発生した周方向の軸力は、反力体５１，５１の上下から作用し、反力体５１，５１をその位置に留まらせることができる。このため、先行トンネル５，５の下方に基礎部を設けなくても大地下空間１Ｂの沈下を抑えることができる。
【００９６】
なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は前記実施例１と略同様であるので説明を省略する。
【００９７】
以上、図面を参照して、本発明の最良の実施の形態及び実施例を詳述してきたが、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。
【００９８】
例えば、前記実施の形態及び実施例では、長尺材として鋼管３を使用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、鋼棒などの芯材、合成樹脂管などを長尺材として利用することもできる。さらに、前記実施の形態及び実施例では、断面が円形の鋼管３を使用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、断面が四角形や台形などの角型鋼管などであっても長尺材として使用できる。
【００９９】
また、前記実施の形態及び実施例では、鋼管３，・・・の外周側に地盤改良部２を設けたが、これに限定されるものではなく、地質によっては地盤改良部２を設けなくてもよい。
【０１００】
さらに、前記実施の形態及び実施例１では、先行トンネル５，５の下方に鋼管杭５２，５２を打設したが、これに限定されるものではなく、地耐力が充分確保できて沈下のおそれがない場合は、基礎部を設けなくてもよい。
【０１０１】
また、前記実施の形態及び実施例１では、地下鉄の駅舎を大地下空間１，１Ａとして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、道路トンネルの合流部や地下駐車場など様々な用途の地下空間の構築に本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の最良の実施の形態の大地下空間の構造を説明する断面図である。
【図２】大地下空間を構築する工程を説明する平面図であって、（ａ）は先行トンネルの掘削工程を説明する図、（ｂ）は地下鉄の駅舎として構築された大地下空間の構成を説明する図である。
【図３】先行トンネルの掘削工程を説明する縦断面図である。
【図４】鋼管を押し込む工程を説明する断面図である。
【図５】アーチ状の地盤改良部を形成する工程を説明する断面図である。
【図６】地盤改良をおこなう工程を説明する説明図である。
【図７】アーチ支保材を設置する工程を説明する断面図である。
【図８】アーチ支保材の下方を掘削する工程を説明する断面図である。
【図９】鋼管とアーチ支保材とのピン接合部の構成を説明する図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図１０】鋼管とアーチ支保材とのピン接合部の構成を説明する分解図である。
【図１１】アーチ支保材を配置し、アーチ掘削部を形成する工程を説明する平面図である。
【図１２】先行トンネルの内部に反力体を構築する工程を説明する断面図である。
【図１３】アーチ支保材の内周側を掘削する工程とその際に発生する力の方向を説明する説明図である。
【図１４】アーチ支保材の内周側を掘削する工程を説明する縦断面図である。
【図１５】下床部を構築し、先行トンネルの外殻部を撤去する工程を説明する断面図である。
【図１６】実施例１の大地下空間の構造を説明する断面図である。
【図１７】実施例２の大地下空間の構造を説明する断面図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１ 大地下空間（地下空間）
１１ 上方アーチ部
２ 地盤改良部
２０ 地盤
３ 鋼管（長尺材）
４ アーチ支保材（支保材）
４１ 端部
５ 先行トンネル
５１ 反力体
５２ 鋼管杭（基礎部）
７ ピン接合部（接合部）
７１ ボルト部
７２ スペーサ部
１Ａ 大地下空間
１１Ａ 上方アーチ部
１Ｂ 大地下空間
１１Ｂ 上方アーチ部
１１Ｃ 下方アーチ部
４４ アーチ支保材
４４１ 端部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市部や地盤の弱い場所に、地下鉄の駅舎などに使用する地下空間を構築する地下空間の構築方法、及び地下空間の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、地下鉄の駅舎などに使用するために大地下空間を構築する方法が知られている（特許文献１など参照）。
【０００３】
この特許文献１には、間隔を開けて並行に掘削された２本のトンネル間に、アーチ状のパイプルーフを架け渡し、その下方をトラス架構体で支持させた後に、トンネル間を繋ぐ掘削をおこなって大地下空間を構築する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−３２２２２２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、従来の方法では、パイプルーフの下方に鋼製のトラス架構体を構築するため、鋼材の使用量が多くコストが高くなる傾向にある。
【０００５】
また、パイプルーフは、隣接するパイプ同士を継手などで連結させるため、連結部の拘束力が強く、曲線部を設けることが難しい。さらに、パイプルーフの継手では、周方向の軸力が伝達され難いのでアーチ効果による変形抑止が期待できず、トラス架構体のような大掛りな支保材を必要としていた。
【０００６】
そこで、本発明は、アーチ効果を発揮させることで極力、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地下空間であっても容易に構築することが可能な地下空間の構築方法、及び地下空間の構造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】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明の地下空間の構築方法は、少なくとも上方が断面視アーチ状に形成される地下空間を構築する方法であって、前記地下空間の上方アーチ部の外周の地盤に、前記地下空間の延伸方向に向けた長尺材を周方向に間隔を置いて複数本、押し込む工程と、前記工程と前後又は並行して前記上方アーチ部の下端付近に先行トンネルをそれぞれ掘削する工程と、前記一方の先行トンネルから前記他方の先行トンネルに向けて、前記長尺材の内周面に沿ってアーチ形状のアーチ支保材を設置する工程と、前記アーチ支保材の内周側をアーチ状に掘削して前記長尺材と前記アーチ支保材とをそれぞれ接合するとともに、前記アーチ支保材の端部を埋設させる反力体を前記先行トンネルの内部にそれぞれ構築する工程と、前記アーチ支保材の内周側及び前記先行トンネル間を掘削して地下空間を構築する工程とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記アーチ支保材の内周側をアーチ状に掘削する工程より前に、前記長尺材間を含む前記上方アーチ部の外周を地盤改良する工程を備えた構成とすることが好ましい。
【０００９】
また、前記アーチ支保材と前記長尺材との接合は、双方の間にスペーサ部を介在させ、これらをボルト部で締結することによっておこなう方法であってもよい。
【００１０】
さらに、前記反力体を構築する工程より前に、前記先行トンネルの内部から下方に向けて基礎部を構築する工程を備えた構成とすることができる。
【００１１】
また、本発明の地下空間の構造は、少なくとも上方が断面視アーチ状に形成される地下空間の構造であって、前記地下空間の上方アーチ部の外周の地盤に、前記地下空間の延伸方向に向けて周方向に間隔を置いて配置される複数本の長尺材と、前記上方アーチ部の下端付近にそれぞれ形成される先行トンネルと、前記一方の先行トンネルから前記他方の先行トンネルに向けて、前記長尺材の内周面に沿って配置されるとともに、これらの長尺材と接合されるアーチ形状のアーチ支保材と、前記先行トンネルの内部にそれぞれ形成されて前記アーチ支保材の端部を埋設させる反力体とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
ここで、前記長尺材間を含む前記上方アーチ部の外周に形成される地盤改良部を備えた構成とすることが好ましい。
【００１３】
また、前記アーチ支保材と前記長尺材との接合部は、双方の間に介在させるスペーサ部と、これらを締結させるボルト部とを備えた構造であってもよい。
【００１４】
さらに、前記先行トンネルの内部から下方に向けて延設される基礎部を備えた構造とすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
このように構成された本発明の地下空間の構築方法では、地下空間の上方アーチ部の外周の地盤に、周方向に間隔を置いて複数本の長尺材を押し込むとともに、長尺材間をアーチ形状のアーチ支保材で連結する。そして、アーチ支保材の端部を反力体に埋設させた後に、アーチ支保材の内周側を掘削して地下空間を構築する。
【００１６】
このため、掘削前からアーチ形状が完成されており、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。
【００１７】
また、アーチ支保材の端部が先行トンネル内の反力体に埋設されており、アーチ支保材に載荷された荷重は、先行トンネルを押し付ける力として作用するので、掘削の応力開放に伴う先行トンネルの浮き上がりを抑えることができる。
【００１８】
さらに、これらの長尺材は、周方向に間隔を置いて押し込まれるので、長尺材間が拘束されず、線形に曲線部を含む地下空間であっても、容易に構築することができる。
【００１９】
また、上方アーチ部の外周を地盤改良することで、鋼管間が地盤改良部で連結されてアーチ効果が発生しやすくなるとともに、地盤の強度が増加して剥離落下などが起き難くなる。さらに、上方アーチ部の外周に長尺材を押し込んでおくことで、上方地盤を先受けさせて構造物で支えることができる。
【００２０】
また、ボルトによる接合であれば、溶接による場合と異なり長尺材の強度を低下させることなく迅速に接合作業をおこなうことができる。
【００２１】
さらに、先行トンネルの内部から下方に向けて基礎部を構築することで、反力体に作用する上からの力が大きくなっても、先行トンネルの沈下の発生を防ぐことができる。
【００２２】
また、本発明の地下空間の構造は、周方向に間隔を置いた複数本の長尺材と、長尺材間を連結させるアーチ支保材と、アーチ支保材の端部を埋設させる反力体とを備えている。
【００２３】
このため、地下空間の外周がアーチ効果によって保護され、地盤の変形を極力抑えることができる。また、長尺材は間隔を置いて配置されるので、地下空間の平面視の線形が曲線になる場合であっても、容易に対応させることができる。
【００２４】
また、上方アーチ部の外周を地盤改良することで、周方向の軸力の応力伝達性能が向上し、アーチ効果を充分に発揮させることができる。
【００２５】
さらに、アーチ支保材に長尺材がボルトによってピン接合されていれば、接合部に曲げ応力が発生しないので、長尺材及びアーチ支保材の断面を低減させて材料費を削減することができる。
【００２６】
また、先行トンネルの下方に基礎部を設けることで、先行トンネル及び地下空間の沈下を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２８】
図１は、本実施の形態の地下空間としての大地下空間１の構造を示す断面図である。
【００２９】
この大地下空間１は、大地下空間１の上方アーチ部１１の外周の地盤２０に、周方向に間隔を置いて配置される複数本の長尺材としての鋼管３，・・・と、鋼管３，・・・間を含む上方アーチ部１１の外周に形成される地盤改良部２と、上方アーチ部１１の下端付近にそれぞれ形成される先行トンネル５，５と、一方の先行トンネル５から他方の先行トンネル５に向けて鋼管３，・・・の内周面に沿って配置されるアーチ形状のアーチ支保材４と、先行トンネル５，５の内部にそれぞれ形成されてアーチ支保材４の端部４１，４１を埋設させる反力体５１，５１とによって主に構成される。
【００３０】
また、大地下空間１の内空は、断面視略半円形となる上方アーチ部１１と、その上方アーチ部１１の端部に設けられる反力体５１，５１と、その反力体５１，５１間を水平に結ぶ下床部６１とによって、断面視馬蹄形に形成される。
【００３１】
一方、鋼管３は、推進工法などによって地盤２０に水平方向に向けて押し込まれる管材である。鋼管３の直径及び肉厚は、大地下空間１の大きさ、地盤２０の強度、作用荷重の大きさなどに基づいて決定すればよい。
【００３２】
さらに、この鋼管３は、大地下空間１の上方アーチ部１１に沿って、周方向に略等間隔に配置される。この実施の形態では、上方アーチ部１１の頂部から先行トンネル５，５に至るまで鋼管３，・・・が配置されている。
【００３３】
また、地盤改良部２は、地盤２０にセメント系固化材を充填し撹拌することによって形成することができる。さらに、地盤２０に薬液などを注入することよって地盤改良部２を形成することもできる。
【００３４】
また、アーチ支保材４は、断面視Ｈ形のＨ形鋼材によって上方アーチ部１１に沿った円弧形状に製作される。さらに、アーチ支保材４と、それに直交する向きで配置される鋼管３，・・・とは、後述する接合部としてのピン接合部７によってそれぞれ接合される。
【００３５】
また、上方アーチ部１１の下端付近に形成される先行トンネル５，５は、大地下空間１の幅に合わせて並行に設けられる円筒形のトンネルである。この先行トンネル５は、円弧板状の鋼製覆工材などを組み付けて円筒形に形成される外殻部５５によって中空に形成される。
【００３６】
さらに、この先行トンネル５の内部から下方に向けて、基礎部としての鋼管杭５２が延設される。この鋼管杭５２の長さ及びトンネル延伸方向の打設間隔は、必要とされる支持力に基づいて算定される。
【００３７】
そして、この鋼管杭５２の先行トンネル５内部に突出する杭頭５２ａと、先行トンネル５の内部まで延設されるアーチ支保材４の端部４１とは、反力体５１として先行トンネル５の内空に充填されるコンクリートの内部に埋設される。また、反力体５１，５１間には、鉄筋コンクリートによって下床部６１が構築される。
【００３８】
このように充分に反力が確保できる反力体５１，５１にアーチ支保材４の端部４１，４１が埋設されていれば、アーチ支保材４に上載荷重が作用しても脚部間が開くことなく荷重を支持することができる。また、下床部６１によって反力体５１，５１間が連結され、大地下空間１の内空が閉成されれば、さらに周方向の軸力が伝達されやすくなってアーチ効果が発揮され、地盤２０の変形を抑えることができる。
【００３９】
次に、本実施の形態の大地下空間１の構築方法について説明する。
【００４０】
まず、図２，３に示すように、地下鉄の駅舎となる大地下空間１を構築する地盤２０に、平面視矩形の立坑１２Ａ，１２Ｂを大地下空間１の長さに合わせた間隔で構築する。ここで、図２（ａ）は、大地下空間１の構築中の状態を示した平面図であり、図２（ｂ）は、地下鉄の駅舎として構築された大地下空間１の平面図である。なお、大地下空間１の内部には、プラットホーム１６が設けられ、軌条トンネル１３及び大地下空間１の内部には、軌条１７が敷設される。
【００４１】
さらに詳細に説明すると、この立坑１２Ａの一側面には、地下鉄の路線となる軌条トンネル１３，１３を接続させる。そして、立坑１２Ａの内部で軌条トンネル１３，１３を掘削させたシールド掘削機５４，５４を外側に向けて横移動させ、先行トンネル５，５を構築するために立坑１２Ｂに向けて発進させる。
【００４２】
さらに、立坑１２Ｂに到達したシールド掘削機５４，５４は、立坑１２Ｂ内で内側に向けて横移動させ、立坑１２Ｂに接続される軌条トンネル１３，１３の掘削に使用する。なお、立坑１２Ａ，１２Ｂの大地下空間１及び軌条トンネル１３を接続させる側の坑口付近の地盤２０は、必要に応じて地盤改良しておく。
【００４３】
そして、一方の立坑１２Ａの内部から図３に示すように鋼管３を押し込む。この鋼管３の先端には掘進機３２が配置されており、掘進機３２によって地盤２０を切削させるとともに、鋼管３の後端を推進ジャッキなどによって押すことで推力を与えて、鋼管３を順次、地盤２０に押し込んでいく。
【００４４】
また、この鋼管３，・・・は、図４に示すように大地下空間１の上方アーチ部１１の外周に沿って、周方向に間隔を置いて押し込まれる。
【００４５】
この鋼管３，・・・を押し込む工程は、先行トンネル５，５を構築する工程の前後又は並行して実施される。また、先行トンネル５の内部からは、鋼管杭５２の打設をおこなう。この鋼管杭５２は、先行トンネル５の直径以下の長さの鋼管の打設、継ぎ足しを繰り返すことによって所望する長さに形成される。
【００４６】
続いて、図５に示すように、断面がアーチ状になるように押し込まれた鋼管３，・・・の外周にアーチ状の地盤改良部２を設ける。
【００４７】
この地盤改良部２の構築は立坑１２Ａ，１２Ｂの両方又は一方の内部からおこなわれる。図６は、立坑１２Ａの内部から地盤改良部２を構築する工程を説明する図である。
【００４８】
地盤改良部２を構築するには、まず、先端に拡幅改良装置２２が接続された推進管２１を、立坑１２Ａの内部に設置された推進ジャッキ２３によって推力を与えることで地盤２０に押し込む。
【００４９】
この押し込みは、拡幅改良装置２２が所定の位置に到達するまで推進管２１を継ぎ足しながらおこなわれる。そして、所定の位置に到達した拡幅改良装置２２の先端から、セメント系固化材を吐出させ、掘削された土砂と一緒に撹拌させながら推進管２１を徐々に引き抜いていく。
【００５０】
このように推進管２１及び拡幅改良装置２２を引き抜いた後には、円筒形の地盤改良部２が形成される。また、推進管２１及び拡幅改良装置２２は、立坑１２Ａの内部に回収されて、引き続き別の位置の地盤改良に使用される。このように円筒形の地盤改良部２を構築する作業を繰り返すことによって、図５に示すようなアーチ状に配置された鋼管３，・・・の外周側に地盤改良部２が形成される。
【００５１】
また、鋼管３，・・・の内周側には、アーチ支保材４を配置する。このアーチ支保材４は、図７に示すように、一方の先行トンネル５から発進させた掘進機４２の後方に円弧状のＨ形鋼材を継ぎ足していくことで地盤２０に埋設される。
【００５２】
そして、図８に示すように鋼管３，・・・の内周に沿ってアーチ支保材４が配置され、その両端部４１，４１が先行トンネル５，５の内部に突出された後に、アーチ支保材４の内周側を掘削してアーチ掘削部４３を形成する。
【００５３】
このアーチ掘削部４３は、一方の先行トンネル５内部からおこなうこともできるが、両方の先行トンネル５，５の内部からおこなうことで、短期間で構築することができる。また、アーチ状の地盤改良部２のアーチ効果でアーチ掘削部４３は保護されることになる。
【００５４】
さらに、この掘削に際して、アーチ支保材４と鋼管３，・・・との接合をおこなう。すなわち、掘削によってアーチ掘削部４３に露出されたアーチ支保材４と鋼管３とを、掘削の進行に併せて逐次、接合し、ピン接合部７を設けていく。
【００５５】
このピン接合部７は、図９（ａ），（ｂ）に示すように、鋼管３とアーチ支保材４の間に介在させるスペーサ部７２と、鋼管３とスペーサ部７２とアーチ支保材４とを繋ぐボルト部７１とを備えている。
【００５６】
すなわち、このアーチ支保材４は、上下に平行に配置されるフランジ４ａ，４ａと、そのフランジ４ａ，４ａ間を繋ぐウェブ４ｂとによって構成されており、アーチ支保材４の外側のフランジ４ａに鋼管３を接合することになる。
【００５７】
また、スペーサ部７２は、図１０に示すように、鋼管３の内周側に配置される内周スペーサ７２１と、鋼管３の外周側に配置される外周スペーサ７２２と、鋼管３とアーチ支保材４との離隔によって厚さが調整される間隔調整スペーサ７２３，７２３とによって構成される。この内周スペーサ７２１及び外周スペーサ７２２は、鋼管３の曲率に合わせて鋼管３と接する側が円弧状に成形される。
【００５８】
また、ボルト部７１は、鋼管３、スペーサ部７２及びフランジ４ａを貫通して他方に突出する長さを備えたボルト７１１と、そのボルト７１１に装着されるナット７１２及び座金７１３とによって構成される。
【００５９】
そして、ピン接合部７を設ける箇所の鋼管３とフランジ４ａには、ボルト孔３１，４ｃがそれぞれ穿孔されている。また、スペーサ部７２の対応する位置にもボルト孔が設けられている。
【００６０】
この図１０では、鋼管３の内周面に当接させる内周スペーサ７２１側からボルト７１１を挿入し、鋼管３のボルト孔３１並びに外周スペーサ７２２及び間隔調整スペーサ７２３，７２３のボルト孔を貫通させ、フランジ４ａのボルト孔４ｃから下方に突出させたボルト７１１の先端に、座金７１３とナット７１２を装着する構成としている。なお、ボルト７１１を下から上に向けて挿入し、ナット７１２及び座金７１３を鋼管３の内部に配置する構成であってもよい。
【００６１】
図１１は、アーチ支保材４とアーチ掘削部４３を構築する工程を説明する平面図である。この図１１に示すように、立坑１２Ａ，１２Ｂ間に略等間隔で複数のアーチ支保材４，・・・が配置される。
【００６２】
また、アーチ支保材４を先行させて、その後からアーチ掘削部４３を構築していくことになる。ここで、このアーチ掘削部４３は、ピン接合部７を設けるのに必要な幅でアーチ支保材４の真下を局所的に掘削するだけなので、掘削によって開放される応力も小さく、地盤改良部２のアーチ効果で保護されている周辺地盤に変形を生じさせるものにはならない。
【００６３】
そして、このようにして鋼管３，・・・と接合されたアーチ支保材４の端部４１，４１には、図１２に示すように反力体５１，５１を構築する。すなわち、アーチ支保材４の端部４１，４１は、先行トンネル５，５の天井から内部に向けて突き出しており、その端部４１，４１が埋設される範囲にコンクリートを充填して反力体５１，５１を構築する。
【００６４】
また、先行トンネル５の内部には、鋼管杭５２の杭頭５２ａも突出しており、その杭頭５２ａの周囲にもコンクリートを打設することでアーチ支保材４と反力体５１と鋼管杭５２とを一体化させる。
【００６５】
続いて、図１３，１４に示すように立坑１２Ａ，１２Ｂに搬入されたバックホウ１４やパワーショベル１５などの掘削機を使って、アーチ支保材４，・・・の内周側の掘削をおこなう。
【００６６】
この掘削は、地盤改良部２と鋼管３，・・・とアーチ支保材４とによって形成されたアーチの内周側の掘削となる。また、このアーチ支保材４の端部４１，４１は反力体５１，５１によって固定されている。このため、掘削は小断面に分割して段階的におこなう必要がなく、大地下空間１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。
【００６７】
そして、図１５に示すように、大地下空間１の掘削底面に鉄筋コンクリート製の下床部６１を構築する。また、大地下空間１内に張り出した先行トンネル５の外殻部５５は、圧砕機５３によって撤去する。
【００６８】
さらに、アーチ支保材４の内周側にも、図１に示すように鉄筋コンクリートなどで覆工部６を構築する。
【００６９】
例えば、大地下空間１の覆工部６の厚さをアーチ支保材４の高さと同程度にする場合は、アーチ支保材４の内周面側に、円弧板状のプレキャストパネルを取り付け、その外周側にコンクリートを充填することによって覆工部６を構築することができる。
【００７０】
次に、本実施の形態の大地下空間１の構築方法及び大地下空間１の構造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大地下空間１の構築方法では、大地下空間１の上方アーチ部１１の外周の地盤２０に、周方向に間隔を置いて複数本の鋼管３，・・・を押し込むとともに、鋼管３，・・・間をアーチ形状のアーチ支保材４で連結する。そして、アーチ支保材４の端部４１，４１を反力体５１，５１に埋設させた後に、アーチ支保材４の内周側を掘削して大地下空間１を構築する。
【００７２】
このため、掘削前からアーチ形状が完成されており、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。
【００７３】
また、アーチ支保材４の端部４１，４１が先行トンネル５，５内の反力体５１，５１に埋設されており、アーチ支保材４に載荷された荷重は、先行トンネル５，５を押し付ける力として作用する。このような力が作用していない状態で先行トンネル５の周囲を掘削すると、掘削の応力開放に伴って先行トンネル５が浮き上がってしまうおそれがある。これに対して先行トンネル５の内部に反力体５１を設け、その反力体５１を押え付ける力としてアーチ効果によって発生した力を利用することで、別途、浮き上がり防止構造を設けなくても浮き上がりを抑えることができ、経済的である。
【００７４】
また、上方アーチ部１１の外周を地盤改良することで、鋼管３，・・・間が地盤改良部２で連結されて周方向の軸力の応力伝達性能が向上し、アーチ効果が発生しやすくなるとともに、地盤の強度が増加して剥離落下などが起き難くなる。
【００７５】
さらに、上方アーチ部１１の外周に鋼管３，・・・を押し込んでおくことで、上方地盤が先受けされるので、剥離落下を確実に抑えることができる。また、鋼管３，・・・を先に配置しておくことで、地盤改良の範囲を低減でき、工費の削減及び工期の短縮を実現することができる。
【００７６】
さらに、これらの鋼管３，・・・は、周方向に間隔を置いて押し込まれるので、鋼管３，３間が拘束されず、平面視の線形が曲線となる大地下空間１であっても、地表まで開削することなく容易に構築することができる。
【００７７】
また、大地下空間１の掘削前に鋼管３，・・・間をアーチ支保材４で連結することで、全断面掘削をおこなう前に確実な支保を設置することができる。すなわち、アーチ形状のアーチ支保材４で鋼管３，・・・間を連結することで、アーチ効果が確保された安定した掘削空間が形成される。さらに、アーチ支保材４と鋼管３との接合をボルト７１１の締結によっておこなうことで、溶接による場合と異なり鋼管３やアーチ支保材４の強度を低下させることなく迅速な接合作業とすることができる。
【００７８】
また、アーチ支保材４に鋼管３，・・・がピン接合されていれば、ピン接合部７，・・・に曲げ応力が発生しないので、鋼管３及びアーチ支保材４の断面を低減させて材料費を削減することができる。
【００７９】
さらに、先行トンネル５の内部から下方に向けた鋼管杭５２を構築することで、反力体５１に作用する上からの力が大きくなっても、鋼管杭５２で支持させることができ、先行トンネル５や下床部６１の沈下の発生を防ぐことができる。
【００８０】
また、コンクリートを充填することによって鋼管３，・・・及びアーチ支保材４を利用した鉄骨鉄筋コンクリート構造の覆工部６を構築することができ、支保材を仮設のみに使用する場合に比べて材料の有効活用が可能になり、コストを削減することができる。
【００８１】
さらに、アーチ支保材４の内周面側にプレキャストパネルを取り付け、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、迅速かつ容易に大地下空間１の覆工部６を構築することができる。
【００８２】
また、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を利用することで、品質の高い覆工部６を形成することができる。また、プレキャストパネルであれば、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１】
【００８３】
以下、この実施例１では、前記した実施の形態とは別の実施の形態について、図１６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。
【００８４】
この実施例１では、オフィスビルなどの既設建物８の下方に大地下空間１Ａを構築する場合について説明する。
【００８５】
この既設建物８は杭基礎８１，・・・によって支持されているが、仮受け工を設置した後にその一部を撤去して接続立坑８２を構築する。この接続立坑８２は、大地下空間１Ａの天井に接続されるもので、その内部に接続構造部８３が構築される。
【００８６】
この接続構造部８３は、既設建物８と大地下空間１Ａとを連結するとともに、既設建物８の基礎となる構造体である。そして、この大地下空間１Ａでは、この接続構造部８３を一部に含んだ上方アーチ部１１Ａが形成される。すなわち、接続構造部８３の下端部に滑らかに接続される厚さの覆工部６が鉄筋コンクリートによって構築され、反力体５１，５１と覆工部６と接続構造部８３とによるアーチが形成される。
【００８７】
また、接続構造部８３の荷重の一部は、プラットホーム１６，１６に設置された支保柱８４，８４によって支持される。
【００８８】
このように地盤２０上方に既設建物８がある場合においても、大地下空間１Ａを構築することができる。
【００８９】
なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態と略同様であるので説明を省略する。
【実施例２】
【００９０】
以下、この実施例２では、前記した実施の形態又は実施例１とは別の実施の形態について、図１７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】
前記実施の形態では上方アーチ部１１と平面状の下床部６１とによって形成される断面視馬蹄形の大地下空間１を構築する場合について説明したが、この実施例２では、上方アーチ部１１Ｂと線対称となる下方アーチ部１１Ｃを備えた断面視卵型の大地下空間１Ｂの構造及び構築方法について説明する。
【００９２】
この大地下空間１Ｂは、前記実施の形態で説明した工程によって上方アーチ部１１Ｂの外周に鋼管３，・・・と地盤改良部２とアーチ支保材４が配置される。一方、下方アーチ部１１Ｃの外周にも、鋼管３，・・・と地盤改良部２とアーチ支保材４４が配置される。
【００９３】
また、上方アーチ部１１Ｂのアーチ支保材４の端部４１，４１と下方アーチ部１１Ｃのアーチ支保材４４の端部４４１，４４１は、いずれも反力体５１，５１の内部に埋設される。
【００９４】
そして、鋼管３，・・・とアーチ支保材４，４４と先行トンネル５，５とに囲まれた内周側をバックホウ１４及びパワーショベル１５で掘削すると、応力が開放されて上方アーチ部１１Ｂと下方アーチ部１１Ｃの双方にアーチ効果が発生することになる（図１７の矢印参照）。
【００９５】
また、アーチ効果によって発生した周方向の軸力は、反力体５１，５１の上下から作用し、反力体５１，５１をその位置に留まらせることができる。このため、先行トンネル５，５の下方に基礎部を設けなくても大地下空間１Ｂの沈下を抑えることができる。
【００９６】
なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は前記実施例１と略同様であるので説明を省略する。
【００９７】
以上、図面を参照して、本発明の最良の実施の形態及び実施例を詳述してきたが、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。
【００９８】
例えば、前記実施の形態及び実施例では、長尺材として鋼管３を使用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、鋼棒などの芯材、合成樹脂管などを長尺材として利用することもできる。さらに、前記実施の形態及び実施例では、断面が円形の鋼管３を使用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、断面が四角形や台形などの角型鋼管などであっても長尺材として使用できる。
【００９９】
また、前記実施の形態及び実施例では、鋼管３，・・・の外周側に地盤改良部２を設けたが、これに限定されるものではなく、地質によっては地盤改良部２を設けなくてもよい。
【０１００】
さらに、前記実施の形態及び実施例１では、先行トンネル５，５の下方に鋼管杭５２，５２を打設したが、これに限定されるものではなく、地耐力が充分確保できて沈下のおそれがない場合は、基礎部を設けなくてもよい。
【０１０１】
また、前記実施の形態及び実施例１では、地下鉄の駅舎を大地下空間１，１Ａとして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、道路トンネルの合流部や地下駐車場など様々な用途の地下空間の構築に本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の最良の実施の形態の大地下空間の構造を説明する断面図である。
【図２】大地下空間を構築する工程を説明する平面図であって、（ａ）は先行トンネルの掘削工程を説明する図、（ｂ）は地下鉄の駅舎として構築された大地下空間の構成を説明する図である。
【図３】先行トンネルの掘削工程を説明する縦断面図である。
【図４】鋼管を押し込む工程を説明する断面図である。
【図５】アーチ状の地盤改良部を形成する工程を説明する断面図である。
【図６】地盤改良をおこなう工程を説明する説明図である。
【図７】アーチ支保材を設置する工程を説明する断面図である。
【図８】アーチ支保材の下方を掘削する工程を説明する断面図である。
【図９】鋼管とアーチ支保材とのピン接合部の構成を説明する図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図１０】鋼管とアーチ支保材とのピン接合部の構成を説明する分解図である。
【図１１】アーチ支保材を配置し、アーチ掘削部を形成する工程を説明する平面図である。
【図１２】先行トンネルの内部に反力体を構築する工程を説明する断面図である。
【図１３】アーチ支保材の内周側を掘削する工程とその際に発生する力の方向を説明する説明図である。
【図１４】アーチ支保材の内周側を掘削する工程を説明する縦断面図である。
【図１５】下床部を構築し、先行トンネルの外殻部を撤去する工程を説明する断面図である。
【図１６】実施例１の大地下空間の構造を説明する断面図である。
【図１７】実施例２の大地下空間の構造を説明する断面図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１ 大地下空間（地下空間）
１１ 上方アーチ部
２ 地盤改良部
２０ 地盤
３ 鋼管（長尺材）
４ アーチ支保材（支保材）
４１ 端部
５ 先行トンネル
５１ 反力体
５２ 鋼管杭（基礎部）
７ ピン接合部（接合部）
７１ ボルト部
７２ スペーサ部
１Ａ 大地下空間
１１Ａ 上方アーチ部
１Ｂ 大地下空間
１１Ｂ 上方アーチ部
１１Ｃ 下方アーチ部
４４ アーチ支保材
４４１ 端部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも上方が断面視アーチ状に形成される地下空間を構築する方法であって、
前記地下空間の上方アーチ部の外周の地盤に、前記地下空間の延伸方向に向けた長尺材を周方向に間隔を置いて複数本、押し込む工程と、
前記工程と前後又は並行して前記上方アーチ部の下端付近に先行トンネルをそれぞれ掘削する工程と、
前記一方の先行トンネルから前記他方の先行トンネルに向けて、前記長尺材の内周面に沿ってアーチ形状のアーチ支保材を設置する工程と、
前記アーチ支保材の内周側をアーチ状に掘削して前記長尺材と前記アーチ支保材とをそれぞれ接合するとともに、前記アーチ支保材の端部を埋設させる反力体を前記先行トンネルの内部にそれぞれ構築する工程と、
前記アーチ支保材の内周側及び前記先行トンネル間を掘削して地下空間を構築する工程とを備えたことを特徴とする地下空間の構築方法。
【請求項２】
前記アーチ支保材の内周側をアーチ状に掘削する工程より前に、前記長尺材間を含む前記上方アーチ部の外周を地盤改良する工程を備えたことを特徴とする請求項１に記載の地下空間の構築方法。
【請求項３】
前記アーチ支保材と前記長尺材との接合は、双方の間にスペーサ部を介在させ、これらをボルト部で締結することによっておこなうことを特徴とする請求項１又は２に記載の地下空間の構築方法。
【請求項４】
前記反力体を構築する工程より前に、前記先行トンネルの内部から下方に向けて基礎部を構築する工程を備えた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地下空間の構築方法。
【請求項５】
少なくとも上方が断面視アーチ状に形成される地下空間の構造であって、
前記地下空間の上方アーチ部の外周の地盤に、前記地下空間の延伸方向に向けて周方向に間隔を置いて配置される複数本の長尺材と、
前記上方アーチ部の下端付近にそれぞれ形成される先行トンネルと、
前記一方の先行トンネルから前記他方の先行トンネルに向けて、前記長尺材の内周面に沿って配置されるとともに、これらの長尺材と接合されるアーチ形状のアーチ支保材と、
前記先行トンネルの内部にそれぞれ形成されて前記アーチ支保材の端部を埋設させる反力体とを備えたことを特徴とする地下空間の構造。
【請求項６】
前記長尺材間を含む前記上方アーチ部の外周に形成される地盤改良部を備えたことを特徴とする請求項５に記載の地下空間の構造。
【請求項７】
前記アーチ支保材と前記長尺材との接合部は、双方の間に介在させるスペーサ部と、これらを締結させるボルト部とを備えていることを特徴とする請求項５又は６に記載の地下空間の構造。
【請求項８】
前記先行トンネルの内部から下方に向けて延設される基礎部を備えたことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の地下空間の構造。
【請求項１】
少なくとも上方が断面視アーチ状に形成される地下空間を構築する方法であって、
前記地下空間の上方アーチ部の外周の地盤に、前記地下空間の延伸方向に向けた長尺材を周方向に間隔を置いて複数本、押し込む工程と、
前記工程と前後又は並行して前記上方アーチ部の下端付近に先行トンネルをそれぞれ掘削する工程と、
前記一方の先行トンネルから前記他方の先行トンネルに向けて、前記長尺材の内周面に沿ってアーチ形状のアーチ支保材を設置する工程と、
前記アーチ支保材の内周側をアーチ状に掘削して前記長尺材と前記アーチ支保材とをそれぞれ接合するとともに、前記アーチ支保材の端部を埋設させる反力体を前記先行トンネルの内部にそれぞれ構築する工程と、
前記アーチ支保材の内周側及び前記先行トンネル間を掘削して地下空間を構築する工程とを備えたことを特徴とする地下空間の構築方法。
【請求項２】
前記アーチ支保材の内周側をアーチ状に掘削する工程より前に、前記長尺材間を含む前記上方アーチ部の外周を地盤改良する工程を備えたことを特徴とする請求項１に記載の地下空間の構築方法。
【請求項３】
前記アーチ支保材と前記長尺材との接合は、双方の間にスペーサ部を介在させ、これらをボルト部で締結することによっておこなうことを特徴とする請求項１又は２に記載の地下空間の構築方法。
【請求項４】
前記反力体を構築する工程より前に、前記先行トンネルの内部から下方に向けて基礎部を構築する工程を備えた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地下空間の構築方法。
【請求項５】
少なくとも上方が断面視アーチ状に形成される地下空間の構造であって、
前記地下空間の上方アーチ部の外周の地盤に、前記地下空間の延伸方向に向けて周方向に間隔を置いて配置される複数本の長尺材と、
前記上方アーチ部の下端付近にそれぞれ形成される先行トンネルと、
前記一方の先行トンネルから前記他方の先行トンネルに向けて、前記長尺材の内周面に沿って配置されるとともに、これらの長尺材と接合されるアーチ形状のアーチ支保材と、
前記先行トンネルの内部にそれぞれ形成されて前記アーチ支保材の端部を埋設させる反力体とを備えたことを特徴とする地下空間の構造。
【請求項６】
前記長尺材間を含む前記上方アーチ部の外周に形成される地盤改良部を備えたことを特徴とする請求項５に記載の地下空間の構造。
【請求項７】
前記アーチ支保材と前記長尺材との接合部は、双方の間に介在させるスペーサ部と、これらを締結させるボルト部とを備えていることを特徴とする請求項５又は６に記載の地下空間の構造。
【請求項８】
前記先行トンネルの内部から下方に向けて延設される基礎部を備えたことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の地下空間の構造。
【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】
【公開番号】特開２０１０−９０６０８（Ｐ２０１０−９０６０８Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６１４０４（Ｐ２００８−２６１４０４）
【出願日】平成２０年１０月８日（２００８．１０．８）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月８日（２００８．１０．８）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【Ｆターム（参考）】
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