地下道路の分岐部または合流部のためのトンネル構造およびその施工法

【課題】各シールドトンネルの覆工の強化や補助トンネル部の大型化をすることなく、トンネル構造の土圧等に対する強度を大きくし、これにより地下道路の分岐部または合流部のためのトンネル構造の経済的な施工を可能にすること。
【解決手段】地下道路の分岐部または合流部のためのトンネル構造は、それぞれの側部に設けられた開口部を経て連通する、ほぼ平行な第１のシールドトンネルおよび第２のシールドトンネルと、前記第１のシールドトンネルおよび前記第２のシールドトンネルを補強する補強手段とを有する。前記第２のシールドトンネルは本体トンネル部と、それぞれが該本体トンネル部と一体をなす、それぞれの軸線が前記本体トンネル部の軸線に平行である２つの補助トンネル部とからなり、前記補助トンネル部は前記第１のシールドトンネルに接する。前記補強手段は、各シールドトンネルに固定された、上方に凸状の複数のアーチ部材および下方に凸状の複数のアーチ部材を含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下道路の分岐部または合流部のためのトンネル構造およびその施工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地下道路の分岐部または合流部のためのトンネル構造の施工法として、第１のシールドトンネルと第２のシールドトンネルとを構築し、前記第１のシールドトンネルと前記第２のシールドトンネルとの間の地盤を改良した後、前記地盤を掘削し、前記第１のシールドトンネルと前記第２のシールドトンネルとを連通させるものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−１３８８９９
【０００３】
しかし、上記施工法における地盤の改良は、比較的広範囲に亘って行う必要があるため、地盤の改良に多くの工費と工期とを要する。そこで、地下道路の分岐部または合流部の経済的な施工を可能にするために、地盤の改良を最小限に抑えた、地下道路の分岐部または合流部のためのトンネル構造およびその施工法が提案されている（特願２００４−１９９６５０）。
【０００４】
提案されたトンネル構造は、それぞれの側部に設けられた開口部を経て連通する第１のシールドトンネルおよび第２のシールドトンネルを有し、前記第２のシールドトンネルは本体トンネル部と、それぞれが該本体トンネル部と一体をなす２つの補助トンネル部とからなる。前記補助トンネル部の軸線は前記本体トンネル部の軸線に平行であり、前記補助トンネル部は前記第１のシールドトンネルに接する位置にある。このトンネル構造によれば、前記第１のシールドトンネルと前記第２のシールドトンネルとを連通させるための、前記開口部間の地盤の掘削は、前記補助トンネル部と前記第１のシールドトンネルとの接触部近傍の地盤を改良することにより行うことができる。前記補助トンネル部の施工を要するものの、改良する地盤の範囲は局部的であるため、地下道路の分岐部または合流部の経済的な施工が可能となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、提案されたトンネル構造には、土圧および水圧（以下「土圧等」という。）に対する強度を大きくしようとするとき、各シールドトンネルの覆工を強化することや前記補助トンネル部を大型化するなどの対策を要するという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、各シールドトンネルの覆工の強化や前記補助トンネル部の大型化をすることなく、前記トンネル構造の土圧等に対する強度を大きくし、これにより地下道路の分岐部または合流部のためのトンネル構造の経済的な施工を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、地下道路の分岐部または合流部のためのトンネル構造を補強手段を用いて補強することにより、前記トンネル構造の土圧等に対する強度を大きくする。
【０００８】
本発明に係る、地下道路の分岐部または合流部のためのトンネル構造は、ほぼ平行に設けられかつそれぞれの側部に設けられた開口部を経て連通する第１のシールドトンネルおよび第２のシールドトンネルと、前記第１のシールドトンネルおよび前記第２のシールドトンネルを補強する補強手段とを有する。前記第２のシールドトンネルは本体トンネル部と、それぞれが該本体トンネル部と一体をなす２つの補助トンネル部とからなり、各補助トンネル部の軸線は前記本体トンネル部の軸線に平行であり、前記補助トンネル部は前記第１のシールドトンネルに接する位置にある。前記補強手段は、前記第１のシールドトンネルと、前記第２のシールドトンネルの前記本体トンネル部とに固定された、上方に凸状の複数のアーチ部材および下方に凸状の複数のアーチ部材を含む。これにより、第１のシールドトンネルおよび第２のシールドトンネルを補強することができる。すなわち、前記アーチ部材により土圧等の一部を支持することによって、各シールドトンネルの覆工に作用する土圧等を軽減することができる。よって、各シールドトンネルの覆工の強化や前記補助トンネル部の大型化をすることなく、前記トンネル構造の土圧等に対する強度を大きくすることができる。
【０００９】
本発明に係る、地下道路の合流部または分岐部のためのトンネル構造の施工法は、まず、第１のシールドトンネルを構築し、次に、本体トンネル部と、それぞれの軸線が前記本体トンネル部の軸線に平行である２つの補助トンネル部とからなる第２のシールドトンネルを、前記第１のシールドトンネルにほぼ平行でありかつ前記補助トンネル部が前記第１のシールドトンネルに接するように構築する。その後、上方に凸状の複数のアーチ部材および下方に凸状の複数のアーチ部材を、各アーチ部材に取り付けられた掘削手段を用いて、前記第１のシールドトンネルおよび前記第２のシールドトンネルの上方または下方の地盤に挿入する。その後、前記アーチ部材の各一端を前記第１のシールドトンネルの覆工に、またその各他端を前記第２のシールドトンネルの前記本体トンネル部の覆工にそれぞれ固定する。その後、前記第１のシールドトンネルおよび前記第２のシールドトンネルのそれぞれの側部に開口部を設け、該開口部間の地盤を掘削して前記第１のシールドトンネルと前記第２のシールドトンネルとを連通させる。
【００１０】
前記掘削手段は、高圧水を地盤に噴射するためのノズルを先端に有する配管と、ずりを排出する排出管と、前記高圧水の拡散を防止するための案内刃とを備えることができる。この場合、各アーチ部材内において前記配管が占める空間の割合は比較的小さいことから、前記排出管の径を比較的大きくすることができる。これにより、効率よくずりを排出することができ、前記アーチ部材の効率的な施工が可能となる。また、前記掘削手段は、地盤を掘削するための回転ビットを先端部に有する内管と、該内管を内側に有する先導管と、前記内管内に取り付けられた、ずりを排出する排出管とを備えることができる。前記先導管と前記内管との間には隙間が設けられ、該隙間は切羽と前記排出管とに通ずる。これにより、前記アーチ部材を比較的強固な地盤へ挿入することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、前記補強手段を用いて前記第１のシールドトンネルおよび前記第２のシールドトンネルを補強することによって、前記トンネル構造の土圧等に対する強度を大きくすることができ、これにより地下道路の分岐部または合流部のためのトンネル構造の経済的な施工を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
地下道路の合流部または分岐部のためのトンネル構造１０を示す図１、２を参照すると、該トンネル構造はそれぞれに地下道路１２が設けられる、ほぼ平行な第１のシールドトンネル１４および第２のシールドトンネル１６を備える。第１のシールドトンネル１４および第２のシールドトンネル１６の覆工は、鋼製セグメントまたは鉄筋コンクリートと鋼板とを用いた合成セグメントからなる。地下道路１２の合流部または分岐部を設けるために、第１のシールドトンネル１４および第２のシールドトンネル１６のそれぞれの側部には開口部１８が設けられ、第１のシールドトンネル１４と第２のシールドトンネル１６とは開口部１８経て連通している。第１のシールドトンネル１４の軸線方向における開口部１８の長さは約１００ｍである。第１のシールドトンネル１４の断面は直径約１１ｍの円形であるが、円形に代え、楕円形または矩形でもよい。
【００１３】
第２のシールドトンネル１６は、地下道路１２を設けるための本体トンネル部２０と、これと一体をなす２つの補助トンネル部２２とを有する。本体トンネル部２０の断面は直径約７ｍの円形であるが、円形に代え、楕円形または矩形でもよい。また、各補助トンネル部２２の軸線は、本体トンネル部２０の軸線と平行であり、補助トンネル部２２は第１のシールドトンネル１４に接触している。前記第１のシールドトンネルと前記第２のシールドトンネルとを連通させるための、開口部１８間の地盤の掘削は、第１のシールドトンネル１４と補助トンネル部２２との接触部２４近傍の地盤を改良することにより行う。改良する地盤の範囲は局部的であるため、地下道路１２の分岐部または合流部の経済的な施工が可能となる。
【００１４】
接触部２４において、第１のシールドトンネル１４および補助トンネル部２２のそれぞれの覆工に複数の凍結管２６が設けられている（図６）。地盤の改良は、凍結管２６を用いて地盤を凍結することにより行う。また、接触部２４における第１のシールドトンネル１４の覆工には、補助トンネル部２２の形状に合わせた円弧状の横断面を有する溝２８が形成されている（図６）。溝２８には、シールド掘進機（図示せず）により掘削可能な、モルタル、合成樹脂等の充填材料３０が充填され（図４）、該充填材料は、第２のシールドトンネル１６の構築とともにシールド掘進機（図示せず）により掘削される（図６）。これにより、第１のシールドトンネル１４と第２のシールドトンネル１６とを確実に接触させることができる。
【００１５】
また、接触部２４において、複数の連結部材３２が第１のシールドトンネル１４および補助トンネル部２２のそれぞれの覆工を貫通して配置され、各覆工に溶接により固定されている（図６）。これにより、第１のシールドトンネル１４と第２のシールドトンネル１６とをしっかりと固定することができる。連結部材３２は一辺が約１００ｍｍの正方形断面を有する棒鋼であるが、棒鋼に代え、形鋼でもよい。第１のシールドトンネル１４または第２のシールドトンネル１６の軸線方向における、連結部材３２の設置間隔は５００ｍｍ程度である。また、第１のシールドトンネル１４と第２のシールドトンネル１６との間の恒久的な止水を行うために、開口部１８間に止水板３４が配置され、第１のシールドトンネル１４および第２のシールドトンネル１６のそれぞれの覆工に溶接により固定されている。
【００１６】
図１，２に示すように、トンネル構造１０は、補強手段３６である、上方に凸状の複数のアーチ部材３８および下方に凸状の複数のアーチ部材４０を備える。アーチ部材３８は、それぞれが第１のシールドトンネル１４上部から第２のシールドトンネル１６の本体トンネル部２０上部に亘って配置され、アーチ部材４０は、それぞれが第１のシールドトンネル１４下部から第２のシールドトンネル１６の本体トンネル部２０下部に亘って配置されている。アーチ部材３８，４０の各端部は、各シールドトンネルの覆工に設けられた貫通穴４２を経て、各覆工を貫通し、溶接により各覆工に固定されている。アーチ部材３８，４０は鋼製であり、直径が３００ｍｍから５００ｍｍ程度の円形の中空断面を有する。第１のシールドトンネル１４または第２のシールドトンネル１６の軸線方向における、アーチ部材３８，４０の設置間隔は、１．０ｍから１．５ｍ程度である。これにより、第１のシールドトンネルおよび第２のシールドトンネルを補強することができる。すなわち、アーチ部材３８，４０により土圧等の一部を支持することによって、各シールドトンネルの覆工に作用する土圧等を軽減することができる。よって、各シールドトンネルの覆工の強化や補助トンネル部２２の大型化をすることなく、トンネル構造１０の土圧等に対する強度を大きくすることができる。
【００１７】
図１、２に示す、地下道路の合流部または分岐部のためのトンネル構造１０の施工時、まず、図３、４に示すように、円形断面の第１のシールドトンネル１４を、凍結管２６と予め充填材料３０が充填された溝２８とを有するセグメントを用いて構築する（図４）。
【００１８】
次に、図５、６に示すように、第２のシールドトンネル１６を、第１のシールドトンネル１４にほぼ平行に、補助トンネル部２２と第１のシールドトンネル１４とが接するように構築する。このとき、シールド掘進機（図示せず）により溝２８に充填された充填材料３０を掘削しつつ第２のシールドトンネル１６を構築することによって、補助トンネル部２２と第１のシールドトンネル１４とを接触させる。また、第１のシールドトンネル１４と補助トンネル部２２との接触部２４には、凍結管２６が設けられたセグメントを配置する。
【００１９】
次に、凍結管２６に液体窒素を送り、接触部２４近傍の地盤を凍結し、第１のシールドトンネル１４と補助トンネル部２２との間の地盤を改良する。第１のシールドトンネル１４と補助トンネル部２２とを接触させたことにより、改良する地盤の範囲を最小限に抑えることができ、これにより地盤の改良に要する費用を低減することができる。また、地盤の改良は、凍結によって行う上記の例に代え、薬液注入により行ってもよい。
【００２０】
次に、第１のシールドトンネル１４および第２のシールドトンネル１６を固定するために連結部材３２を設置する。連結部材３２の設置は、第１のシールドトンネル１４および補助トンネル部２２のそれぞれの覆工を貫通する穴４８を設け、該穴に各連結部材を挿入し、各覆工に溶接して固定することにより行う。これにより、第１のシールドトンネル１４と第２のシールドトンネル１６とをしっかりと固定することができる。
【００２１】
その後、アーチ部材３８，４０を施工する。図７に示すように、アーチ部材３８，４０の施工は、特許文献２で知られる、高圧水を用いて曲管を地中へ挿入する方法を用いる。まず、地中へ挿入するアーチ部材３８ａと、該アーチ部材に取り付ける掘削手段５０とを用意する。掘削手段５０は、高圧水５２を地盤に噴射するためのノズル５４を先端に備えた配管５６と、ずり５８を排出する排出管６０と、高圧水５２の拡散を防止するための案内刃６２とを備える。次に、アーチ部材３８ａの先端部に案内刃６２を取り付け、外周部に配管５６が取り付けられた排出管６０をアーチ部材３８ａ内に挿入し、アーチ部材３８ａの先端部にノズル５４が配置されるように取り付ける。
【特許文献２】特開２００４−２３８８５４
【００２２】
次に、第１のシールドトンネル１４上方の地盤を薬液注入により改良し、図８に示すように、第１のシールドトンネル１４の上部の覆工にアーチ部材３８ａを挿入するための貫通穴４２ａを設ける。次に、アーチ部材３８ａを貫通穴４２ａから第１のシールドトンネル１４上方の地盤へ挿入し、ノズル５４から高圧水５２を地盤に噴射させ、ずり５８を排出管６０から排出し、その間にアーチ部材３８ａを液圧ジャッキ（図示せず）により推進する（図７）。次に、第１のシールドトンネル１４の覆工と同様に、本体トンネル部２０の上部の覆工に、アーチ部材３８ａを到達させるための貫通穴４２ｂを設け、貫通穴４２ｂを経てアーチ部材３８ａを本体トンネル部２０内に到達させる。その後、第１のシールドトンネル１４および本体トンネル部２０のそれぞれの覆工にアーチ部材３８ａを溶接して固定する。その後、他のアーチ部材３８を、アーチ部材３８ａと同様に、第１のシールドトンネル１４および本体トンネル部２０のそれぞれの上部の覆工に固定する。
【００２３】
その後、アーチ部材３８と同様に、アーチ部材４０を第１のシールドトンネル１４および本体トンネル部２０の下方の地盤へ挿入し、第１のシールドトンネル１４および本体トンネル部２０のそれぞれの下部の覆工に溶接して固定する。アーチ部材３８，４０は、第１のシールドトンネル１４から第２のシールドトンネル１６へ向けて推進することに代え、第２のシールドトンネル１６から第１のシールドトンネル１４へ向けて推進してもよい。アーチ部材４０はアーチ部材３８に先立って設置してもよい。高圧水を用いる上記の方法は、各アーチ部材内において配管５６が占める空間の割合が比較的小さいことから、ずり５８を排出する排出管６０の径を比較的大きくすることができる。これにより、効率よくずり５８を排出することができ、アーチ部材３８，４０の効率的な施工が可能となる。また、アーチ部材３８，４０の先端に案内刃６２を備えることにより、高圧水５２が周辺地盤に広範に作用することによる余掘りを抑えることができるため、地盤の安定を損なうことがない。
【００２４】
アーチ部材３８，４０の施工は、高圧水を用いる上記の方法に代え、図９に示すように、特許文献３で知られる、回転ビットを用いて曲管を地中へ挿入する方法を用いることもできる。この場合、掘削手段５０は、モータ６４により回転する回転ビット６６を先端部に備えた内管６８と、該内管を内側に備える先導管７０と、内管６８内に取り付けられた、ずり７２を排出するための排出管７４とを備える。先導管７０と内管６８との間には隙間７６が設けられ、該隙間は切羽と排出管７４とに通ずる。アーチ部材３８ａの施工時、先導管７０の後端部にアーチ部材３８ａ（図示せず）を接続し、回転ビット６６を回転させて地盤を掘削しつつ、ずり７２を先導管７０と内管６８との隙間７６を通して排出管７４から排出する。その間に、アーチ部材３８ａを液圧ジャッキ（図示せず）により地盤へ挿入する。これにより、アーチ部材３８ａを比較的強固な地盤へ挿入することが可能となる。
【特許文献３】特開平１１−８１８６５
【００２５】
次に、図２に示すように、第１のシールドトンネル１４および第２のシールドトンネル１６のそれぞれの側部に開口部１８を設け、該開口部間の地盤を掘削して第１のシールドトンネル１４と第２のシールドトンネル１６とを連通させる。その後、開口部１８間に止水板３４を配置し、第１のシールドトンネル１４および第２のシールドトンネル１６のそれぞれの覆工に溶接により固定する。
【００２６】
本発明によれば、補強手段３６を用いて第１のシールドトンネル１４および第２のシールドトンネル１６を補強することができる。これにより、各シールドトンネルの覆工の強化や補助トンネル部２２の大型化をすることなく、トンネル構造１０の土圧等に対する強度を大きくすることができ、地下道路の分岐部または合流部のためのトンネル構造の経済的な施工を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る、地下道路の分岐部または合流部のためのトンネル構造の斜視図。
【図２】本発明に係る、地下道路の分岐部または合流部のためのトンネル構造の断面図。
【図３】本発明に係る、第１のシールドトンネルを構築した後の第１のシールドトンネルの断面図。
【図４】図３の線４における断面拡大図。
【図５】本発明に係る、第１のシールドトンネルと第２のシールドトンネルとを固定した後の第１のシールドトンネルおよび第２のシールドトンネルの断面図。
【図６】図５の線６における断面拡大図。
【図７】本発明の第１の実施例に係る、アーチ部材を地盤へ挿入しているときのアーチ部材先端部の断面図。
【図８】本発明に係る、アーチ部材を設置した後の第１のシールドトンネルおよび第２のシールドトンネルの断面図。
【図９】本発明の第２の実施例に係る、アーチ部材を地盤へ挿入しているときのアーチ部材先端部の断面図。
【符号の説明】
【００２８】
１０トンネル構造
１２地下道路
１４第１のシールドトンネル
１６第２のシールドトンネル
１８開口部
２０本体トンネル部
２２補助トンネル部
３６補強手段
３８、４０アーチ部材
５２高圧水
５４ノズル
５６配管
５８、７２ずり
６０、７４排出管
６２案内刃
６６回転ビット
６８内管
７０先導管
７６隙間

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ平行に設けられかつそれぞれの側部に設けられた開口部を経て連通する第１のシールドトンネルおよび第２のシールドトンネルと、前記第１のシールドトンネルおよび前記第２のシールドトンネルを補強する補強手段とを有する、地下道路の分岐部または合流部のためのトンネル構造であって、前記第２のシールドトンネルは本体トンネル部と、それぞれが該本体トンネル部と一体をなす、それぞれの軸線が前記本体トンネル部の軸線に平行である２つの補助トンネル部とからなり、前記補助トンネル部は前記第１のシールドトンネルに接する位置にあり、前記補強手段は、前記第１のシールドトンネルと、前記第２のシールドトンネルの前記本体トンネル部とに固定された、上方に凸状の複数のアーチ部材および下方に凸状の複数のアーチ部材を含む、トンネル構造。
【請求項２】
地下道路の合流部または分岐部のためのトンネル構造の施工法であって、
第１のシールドトンネルを構築すること、
本体トンネル部と、それぞれの軸線が前記本体トンネル部の軸線に平行である２つの補助トンネル部とからなる第２のシールドトンネルを、前記第１のシールドトンネルにほぼ平行でありかつ前記補助トンネル部が前記第１のシールドトンネルに接するように構築すること、
上方に凸状の複数のアーチ部材および下方に凸状の複数のアーチ部材を、各アーチ部材に取り付けられた掘削手段を用いて、前記第１のシールドトンネルおよび前記第２のシールドトンネルの上方または下方の地盤へ挿入すること、
前記アーチ部材の各一端を前記第１のシールドトンネルの覆工に、またその各他端を前記第２のシールドトンネルの前記本体トンネル部の覆工にそれぞれ固定すること、
前記第１のシールドトンネルおよび前記第２のシールドトンネルのそれぞれの側部に開口部を設け、該開口部間の地盤を掘削して前記第１のシールドトンネルと前記第２のシールドトンネルとを連通させることを含む、トンネル構造の施工法。
【請求項３】
前記掘削手段は、高圧水を地盤に噴射するためのノズルを先端に有する配管と、ずりを排出する排出管と、前記高圧水の拡散を防止するための案内刃とを備える、請求項２に記載のトンネル構造の施工法。
【請求項４】
前記掘削手段は、地盤を掘削するための回転ビットを先端部に有する内管と、該内管を内側に有する先導管と、前記内管内に取り付けられた、ずりを排出する排出管とを備え、前記先導管と前記内管との間には隙間が設けられ、該隙間は切羽と前記排出管とに通ずる、請求項２に記載のトンネル構造の施工法。

【図１】