大断面トンネルの構築方法および大断面トンネル
【課題】簡易かつ安価に施工を行うことを可能とした大断面トンネルの構築方法および大断面トンネルを提案する。
【解決手段】並設された複数本の小断面トンネル１０，１０，…を利用して頂版２、底版３および左右の側壁４，４が形成する大断面トンネル１の構築方法であって、隣り合う前記各小断面トンネル１０の鋼殻のうち、他の小断面トンネル１０に面する部分の外殻を撤去する工程と、隣り合う小断面トンネル１０同士の境界に跨って接合部引張鉄筋を配筋するとともに接合部引張鉄筋の両端部において互いに対峙するように支圧板を配置する工程と、連結された複数本の小断面トンネル１０の内部にコンクリート２０を充填する工程と、頂版２、底版３および左右の側壁４，４により囲まれた部分に残存する地山Ｇを掘削する工程と、を備える大断面トンネルの構築方法。
【解決手段】並設された複数本の小断面トンネル１０，１０，…を利用して頂版２、底版３および左右の側壁４，４が形成する大断面トンネル１の構築方法であって、隣り合う前記各小断面トンネル１０の鋼殻のうち、他の小断面トンネル１０に面する部分の外殻を撤去する工程と、隣り合う小断面トンネル１０同士の境界に跨って接合部引張鉄筋を配筋するとともに接合部引張鉄筋の両端部において互いに対峙するように支圧板を配置する工程と、連結された複数本の小断面トンネル１０の内部にコンクリート２０を充填する工程と、頂版２、底版３および左右の側壁４，４により囲まれた部分に残存する地山Ｇを掘削する工程と、を備える大断面トンネルの構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大断面トンネルの構築方法および大断面トンネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
大断面トンネルを構築する場合において、シールド工法により複数本の小断面トンネルを形成し、これらのトンネル同士を連結することにより大断面トンネルの覆工を形成する場合がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平８−２３２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、前記従来の大断面トンネルは、シールド工法を利用するものであるため、シールド掘進に伴い発生するテールボイドにより小断面トンネル同士の間に隙間が形成される。そのため、小断面トンネル同士を接合する際に、当該隙間に充填された裏込め材および地山を掘削する作業や、鉄筋コンクリートなどにより接合部材を構築する作業を要し、手間と費用がかかっていた。
また、このような接合部の施工時には、接合部の止水工が必要となるため、そのための費用や手間を別途要していた。
【０００５】
そのため、本発明は、簡易かつ安価に施工を行うことを可能とした大断面トンネルの構築方法および大断面トンネル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】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明の大断面トンネルの構築方法は、並設された複数本の小断面トンネルを利用して頂版、底版および左右の側壁を形成する大断面トンネルの構築方法であって、主桁補強材が配設された断面矩形状の鋼殻を推進工法により連設して前記小断面トンネルを構築する工程と、隣り合う前記各小断面トンネルの鋼殻のうち、他の前記小断面トンネルに面する部分の外殻を撤去する工程と、前記隣り合う小断面トンネル同士の境界に跨って接合部引張鉄筋を配筋するとともに前記接合部引張鉄筋の両端部において互いに対峙するように支圧板を配置する工程と、前記複数本の小断面トンネルの内部にコンクリートを充填して前記頂版、前記底版および前記左右の側壁を構築する工程と、前記頂版、前記底版および前記左右の側壁により囲まれた部分に残存する地山を掘削する工程と、を備えることを特徴としている。
【０００７】
かかる大断面トンネルの構築方法によれば、推進工法により小断面トンネルを構築するため、隣り合う小断面トンネルを隙間なく、あるいはわずかな隙間により並設させることが可能となる。そのため、隣り合う小断面トンネル同士の連結を簡易かつ安価に行うことができる。
【０００８】
また、鋼殻を大断面トンネルの本体（構造体）として利用することで、大断面トンネルの覆工の仕様（例えば鉄筋量）を低減することが可能となり、費用の削減を可能としている。
主桁補強材が施工時の支保工として機能するとともに、完成時のせん断補強部材として機能するため、別途補強部材を用いることなく或いは補強部材の量を削減して、高品質な大断面トンネルを構築することができる。
【０００９】
また、本発明の大断面トンネルは、推進工法により並設された複数本の小断面トンネル同士を連結することで形成された頂版、底版および左右の側壁を有する大断面トンネルであって、トンネル軸方向に沿って連設されて前記小断面トンネルを構成する鋼殻と、隣接する前記小断面トンネル同士の境界に跨って配設された接合部引張鉄筋と、前記接合部引張鉄筋の両端部において互いに対峙するように前記鋼殻に固定された支圧板と、前記小断面トンネル内に充填されたコンクリートと、を備え、前記鋼殻が、トンネル軸方向に対して所定の間隔をあけて並設された枠状の主桁と、前記主桁同士の間においてトンネル軸方向に沿って並設された縦リブと、前記主桁の互いに直交する二辺または対向する二辺に跨って配設された主桁補強材と、を備えていることを特徴としている。
【００１０】
かかる大断面トンネルは、推進工法により並設された複数本の小断面トンネルを利用して形成されているため、小断面トンネル同士の接合部に新たな鉄筋コンクリート構造部材等を構築して介設する必要がなく、簡易かつ安価に形成されるとともに、止水性に優れた大断面トンネルが形成される。
また、主桁補強材がせん断補強部材として機能するため、頂版、底版および左右の側壁の部材仕様の低減化が可能となる。
【００１１】
また、前記小断面トンネル同士の接合部の地山側に止水部材が配置されていてもよい。
さらに、前記止水部材が、一方の前記小断面トンネルに固定された断面Ｖ字状の止水板と、他方の前記小断面トンネルの前記止水板に対応する位置に固定された止水ブロックと、により構成されており、前記止水板と前記止水ブロックとが互いに当接していてもよい。
【００１２】
また、前記鋼殻は、前記頂版、前記底版または前記側壁に作用する応力が引張りとなる部分に配置される増強部と、圧縮となる部分の一般部と、を備えており、前記増強部の断面積が前記一般部の断面積よりも大きくなるように、前記増強部の鋼材量が前記一般部の鋼材量よりも多く配分されていてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の大断面トンネルの構築方法および大断面トンネルによれば、簡易かつ安価に大断面トンネルを構築することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の好適な実施の形態に係る大断面トンネルを示す断面図である。
【図２】同大断面トンネルの別の箇所における断面図である。
【図３】小断面トンネルを構成する鋼殻を示す斜視図である。
【図４】鋼殻同士の接合部を示す拡大図であって、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は大断面トンネルの構築方法の各施工段階を示す断面図である
【図６】（ａ）および（ｂ）は図５に続く大断面トンネルの構築方法の各施工段階を示す断面図である。
【図７】大断面トンネルの変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本実施形態では、図１に示すように、並設された複数本の小断面トンネル１０，１０，…を互いに連結することにより形成された頂版２、底版３および左右の側壁４，４を備えてなる矩形状（正方形状）の大断面トンネル１について説明する。なお、大断面トンネル１の断面形状は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。
【００１６】
大断面トンネル１は、複数本小断面トンネル１０と、小断面トンネル１０内に充填されたコンクリート２０と、隣接する小断面トンネル１０同士に跨って配設された接合部材３０および追加鉄筋４０と、を備えている。
【００１７】
頂版２は、推進工法により横方向（左右方向）に並設された７本の小断面トンネル１０，１０，…を連結し、内部にコンクリート２０を充填することにより構成されている。なお、頂版２を構成する小断面トンネル１０の本数は限定されるものではなく、計画された大断面トンネル１の大きさに応じて適宜設定すればよい。
【００１８】
底版３は、推進工法により横方向（左右方向）に並設された７本の小断面トンネル１０，１０，…を連結し、内部にコンクリート２０を充填することにより構成されている。なお、底版３を構成する小断面トンネル１０の本数は限定されるものではなく、計画された大断面トンネル１の大きさに応じて適宜設定すればよい。
【００１９】
側壁４は、推進工法により上下（縦）４段に並設された小断面トンネル１０，１０，…を連結し、内部にコンクリート２０を充填することにより構成されている。なお、側壁４を構成する小断面トンネル１０の本数は限定されるものではなく、計画された大断面トンネル１の大きさに応じて適宜設定すればよい。
【００２０】
小断面トンネル１０は、主桁補強材１５が配設された断面矩形状の鋼殻１１を推進工法によりトンネル軸方向に沿って複数連設することにより構築されている。本実施形態では、頂版２および底版３については断面正方形状の鋼殻１１を使用し、側壁４については縦長の断面長方形状の鋼殻１１’を使用するものとする。
【００２１】
鋼殻１１（側壁４を構成する縦長の鋼殻１１’も含む）は、図３に示すように、鋼製部材を組み合わせることにより角筒状に形成された部材である。本実施形態の鋼殻１１は、トンネル軸方向に所定の間隔をあけて並設された複数の主桁１２，１２，…と、隣り合う主桁１２，１２同士の間においてトンネル軸方向に沿って配置された複数の縦リブ１３，１３，…と、主桁１２，１２，…および縦リブ１３，１３，…の外周囲を覆う外殻１４と、枠状の主桁１２の互いに直交する２辺または対向する２辺に跨って配設された主桁補強部材１５（図１参照）とを備えて構成されている。
【００２２】
主桁１２は、鋼材を正方形状または長方形状（図３では正方形状）に組み合わせることにより枠状に形成されている。本実施形態では、１体の鋼殻１１に対して４つの主桁１２，１２，…を配置するが、主桁１２の数量は限定されるものではない。また、主桁１２を形成する鋼材は限定されるものではなく、Ｈ形鋼、Ｌ形鋼、溝形鋼、鋼管等が使用することが可能であるが、本実施形態では、鋼板を使用するものとする。また、本実施形態では、鋼材を組み合わせることにより矩形状の主桁１２を形成するものとしたが、その形成方法は限定されるものではない。
【００２３】
縦リブ１３は、隣り合う主桁１２，１２の間に配置されて、主桁１２同士の間隔を保持するとともに、推進時に作用する軸力に対して、十分な耐力を発現するように構成されている。
なお、本実施形態では、縦リブ１３として、主桁１２と同種の鋼板を使用するが、縦リブ１３を構成する材料は限定されるものではなく、Ｈ形鋼、Ｌ形鋼、溝形鋼、鋼管等、適宜他の鋼材を使用することが可能である。また、縦リブ１３の数量は限定されるものではない。
【００２４】
外殻１４は、複数の主桁１２，１２，…を覆うように各筒状に形成されており、複数枚のスキンプレートを溶接により接合することで形成されている。
本実施形態では、隣り合うトンネル１０同士の連結に伴い、トンネル１０同士の当接面に面する外殻１４を撤去するものとする。
【００２５】
主桁補強部材１５は、主桁１２に固定された鋼板であって、断面正方形状または長方形状の小断面トンネル１０に作用する外力に対して、主桁１２を補強することが可能となるように配置されている。なお、主桁補強部材１５を構成する材料は限定されるものではなく、適宜公知の鋼材の中から選定して使用することが可能である。
【００２６】
図１に示すように、頂版２または底版３の両端に配置されていて、側壁４の上端または下端に当接する小断面トンネル１０を構成する鋼殻１１の主桁補強部材１５ａは、主桁１２の互いに直交する２辺に跨って斜めに配設されている。主桁補強部材１５ａは、主桁１２の四隅にそれぞれ配置されている。
【００２７】
また、頂版２または底版３の中央部に配置された５本の小断面トンネル（両端に配置された小断面トンネル１０，１０以外の小断面トンネル）１０，１０，…を構成する鋼殻１１の主桁補強部材１５ｂは、主桁１２の上下の辺に跨って配置されている。本実施形態では、主桁１２に対して２本ずつ主桁補強部材１５ｂを配置するが、主桁補強部材１５ｂの本数は限定されるものではない。
【００２８】
さらに、側壁４を構成する鋼殻１１’に配設された主桁補強部材１５ｃは、主桁１２の左右の長辺に跨って配置されている。本実施形態では、主桁１２に対して１本ずつ主桁補強部材１５ｃを配置するが、主桁補強部材１５ｃの本数は限定されるものではない。
【００２９】
コンクリート２０は、図１および図２に示すように、連結された小断面トンネル１０，１０，…内に充填されており、硬化することで鋼殻１１と一体となって連続した頂版２、底版３および側壁４，４を構成する。
【００３０】
本実施形態では、コンクリート２０として、高強度コンクリートを使用するが、コンクリートを構成する材料は限定されるものではなく、例えば、普通コンクリート、繊維補強コンクリート等を採用してもよい。
【００３１】
接合部材３０は、図２に示すように、隣り合う小断面トンネル１０同士に跨って配設されている。
本実施形態では、大断面トンネル１に作用する外力により、小断面トンネル１０同士の接合部において引張力が発生することが想定される個所に接合部材３０を配設するものとする。つまり、大断面トンネル１の角部に配設された小断面トンネル１０と他の小断面トンネル１０との接合部においては、地山側のみに接合部材３０を配置すればよく、その他の小断面トンネル１０同士の接合部においては、地山側と内空側に接合部材３０を配置するものとする。なお、接合部材３０の設置箇所は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
【００３２】
本実施形態に係る接合部材３０は、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、隣り合う小断面トンネル１０同士に跨って配設された接合部引張鉄筋３１，３１，…と、接続鉄筋３１，３１，…の両端部を巻きたてるように配設された複数本のフープ筋３２，３２，…と、主桁１３に固定された支圧板３３，３３と、主桁１３に固定されて支圧板３３の固定度を補強する支持板３４，３４，…と、を備えている。
なお、接合部材３０の構成は限定されるものではなく適宜設定することが可能である。
【００３３】
接合部引張鉄筋３１は、鉄筋や鋼棒等の棒状部材からなる本体部３１ａと本体部３１ａの両端に形成されていて本体部３１ａの外径よりも大きな幅を有する定着部３１ｂとから構成されており、コンクリート２０との定着効果の向上が図られている。
【００３４】
接合部引張鉄筋３１は、頂版２、底版３または側壁４において断続的に配筋されている。つまり、接合部引張鉄筋３１は、隣り合う２本の小断面トンネル１０間に配筋されており、一端が一方の小断面トンネル１０に定着し、他端が他方の小断面トンネル１０定着している。
【００３５】
フープ筋３２は、口字状に形成された鉄筋であって、接合部引張筋３１の定着部３１ｂと支圧板３３との間に配筋されている。
【００３６】
支圧板３３は、中央に開口部を有した口字状の板材により構成されている。接合部引張鉄筋３１，３１，…は、支圧板３３の開口部を挿通した状態で配筋されている。
【００３７】
支圧板３３は、隣接する主桁１２同士の間において、端面が主桁１２，１２に当接した状態で配設されている。支圧板３３は、主桁１２との当接面において固定されているとともに、支圧板３３の外側（隣接する他の小断面トンネル１０側）において主桁１２に固定された支持板３４，３４，…に係止されている。
【００３８】
支持板３４は、主桁１２の表面に貼着（固定）された板材であって、主桁１２の表面に凸部を形成することで支圧板３３の係止を可能としている。
【００３９】
接合部材３０として、接合部引張鉄筋３１を配筋しているため、小断面トンネル１０同士の接合部を接合部引張鉄筋３１を主鉄筋とした鉄筋コンクリート構造として見込むことができる。また、接合部引張鉄筋３１の端部に支圧板３３を配置することで、接合部引張鉄筋３１を主桁１２間に定着する。
【００４０】
接合部材３０は、小断面トンネル１０内に充填（打設）されたコンクリート２０に定着することで、隣り合う小断面トンネル１０，１０の一体化をより強固にする。
【００４１】
追加鉄筋４０は、図２に示すように、頂版２および底版３に対応して横方向（左右方向）に並設された中央部の５本の小断面トンネル１０，１０，…の圧縮側（地山側）と、側壁４に対応して縦方向（上下方向）に並設された４本の小断面トンネル１０，１０，…の圧縮側（内空側）と、に跨って配設されている。なお、側壁４内に配設された追加鉄筋４０の両端は、頂版２および底版３に所定の定着長を確保した状態で挿入されている。
【００４２】
また、本実施形態では、頂版２および底版３の引張側（内空側）に沿って、横方向（左右方向）並設された７本の小断面トンネル１０，１０，…に跨って追加鉄筋４０を配設している。
【００４３】
なお、本実施形態では、追加鉄筋４０を配筋するものとしたが、鉄筋に変えてＰＣ鋼材等を配設して緊張力を導入してもよい。
また、鉄筋とＰＣ鋼材とを併用してもよい。この場合には、鉄筋を圧縮側に配置し、ＰＣ鋼材を引張側に配置する。
さらに、追加鉄筋４０やＰＣ鋼材の配置の有無や配置箇所は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。
【００４４】
また、小断面トンネル１０同士の接合部には、図４（ａ）に示すように、止水部材５０がトンネル軸方向に沿って配設されており、隣り合う鋼殻１１，１１の隙間から、地下水や土砂が流入することが防止されている。
【００４５】
本実施形態では、止水部材５０として、断面Ｖ字状の止水板５１を一方の鋼殻１１の地山側角部に配設し、他方の鋼殻１１の止水板５１に対応する位置に止水ブロック５２を配設している。止水板５１は、その一部が鋼殻１１の側面から突出した状態で鋼殻１１に固定されており、隣接する小断面トンネル１０の鋼殻１１に埋設された止水ブロック５２に止水板５１の突出部分が密着していることで、接合部における止水性を維持している。
なお、止水部材５０の構成は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。また、本実施形態では止水板５１および止水ブロック５２として、クロロブレン系の止水ゴムを採用するが、高水圧下に耐えうる止水性を発現することができれば、止水板５１および止水ブロック５２を構成する材料は限定されるものではない。
【００４６】
本実施形態では、鋼殻１１を構成する鋼材を大断面トンネル構造の鋼材として使用する。そして、大断面トンネル構造に作用する応力に対して、圧縮側よりも引張り側の断面を厚く（すなわち鋼材量を多く）し、大断面トンネル１の本体（鋼殻１１内）に配筋する引張り側の鉄筋の本数（鉄筋量）を減らしている。鉄筋量を減らすことで、施工時の内部作業空間をより大きく確保することが可能となり、作業性が向上するとともに、安全性が向上する。
すなわち、小断面トンネル１０を構成する鋼殻１１について、頂版２、底版３または側壁４，４に作用する応力が引張りとなる部分に配置される増強部に対して、応力が圧縮となる部分に配置される一般部よりも鋼材量を多く配分させる。
なお、増強部における鋼材量の増加方法は、例えば、縦リブ１３の本数の増加、外殻１４の部材厚を増加、主桁１２や縦リブ１３の断面積を大きくしたり、補助的に鋼材量を増加させたりするなど、限定されるものではない。
【００４７】
次に、本実施形態に係る大断面トンネル１の構築方法について説明する。
かかる大断面トンネル１の構築は、小断面トンネル構築工程と、連結工程と、接合部材設置工程と、追加鉄筋配設工程と、コンクリート打設工程と、内部掘削工程と、により行う。
【００４８】
小断面トンネル構築工程は、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、複数本の小断面トンネル１０，１０，…を地中に形成する工程である。
小断面トンネル１０，１０，…は、大断面トンネル１の内空となる領域を取り囲むように形成する。
【００４９】
小断面トンネル１０の構築は、断面正方形状または断面長方形状の鋼殻１１を推進工法によりトンネル軸方向に沿って連設することにより行う。本実施形態では、複数本の小断面トンネル１０，１０，…を口字状に並設することで、大断面トンネル１の外殻（頂版２、底版３、側壁４，４）を形成する。
【００５０】
構築する小断面トンネル１０の順序は限定されるものではなく、適宜行えばよいが、本実施形態では、まず、底版３の中央部に配設される第一小断面トンネル１０１を形成する。第一小断面トンネル１０１の施工が終了或いは所定延長進行したら、第一小断面トンネル１０１に隣接する第二小断面トンネル１０２または第三小断面トンネル１０３を、第一小断面トンネル１０１に沿って形成する。なお、第二小断面トンネル１０２および第三小断面トンネル１０３の施工は、同時に行ってもよいし、いずれか一方を先行して行ってもよい。
【００５１】
後行して構築される後行小断面トンネル１０（第二小断面トンネル１０２や第三小断面トンネル１０３等）は、先行して構築された先行小断面トンネル１０（第一小断面トンネル１０１等）との間に形成された図示せぬ継手部材を介して、先行小断面トンネル１０に沿って構築するものとする。このような継手部材としては、先行小断面トンネル１０を構成する鋼殻１１の側面に形成された溝と、後行小断面トンネル１０を構成する鋼殻１１の側面に形成されて前記溝に挿入可能な突条と、により構成されたものなどがある。
【００５２】
第二小断面トンネル１０２の施工が終了或いは所定延長進行したら、引き続き第四小断面トンネル１０４の施工を行う。そして、第四小断面トンネル１０４の施工が終了或いは所定延長進行したら引き続き第六小断面トンネル１０６の施工を行う。同様に、第三小断面トンネルの施工に引き続き、第五小断面トンネル１０５と第七小断面トンネル１０７の施工を行う。
【００５３】
このとき、第四小断面トンネル１０４の施工と第五小断面トンネル１０５の施工は同時に行ってもよいし、いずれか一方を先行して行ってもよい。また、第六小断面トンネル１０６の施工と第七小断面トンネル１０７の施工についても同時に行ってもよいし、いずれか一方を先行して行ってもよい。
なお、第二小断面トンネル１０２〜第七小断面トンネル１０７の施工は、同時に行ってもよい。
【００５４】
底版３を構成する小断面トンネル１０１〜１０７の構築に続いて、側壁４，４を構成する小断面トンネル１０８〜１１３の構築を行う。
まず、一方の側壁４の下部分を構成する第八小断面トンネル１０８の構築を行う。このとき、他方の側壁４の下部分を構成する第十一小断面トンネル１１１の施工を同時または先行して行ってもよい。第八小断面トンネル１０８は、第六小断面トンネル１０６の直上において第六小断面トンネル１０６に沿って構築し、第十一小断面トンネル１１１は、第七小断面トンネル１０７の直上において第七小断面トンネル１０７に沿って構築する。
【００５５】
第八小断面トンネル１０８の施工が完了または所定延長進行したら、第九小断面トンネル１０９の施工を行う。同様に、第十一小断面トンネル１１１の施工が完了または所定延長進行したら、第十二小断面トンネル１１２の施工を行う。同様に小断面トンネル１１０、１１３の施工を行う。
【００５６】
側壁４，４を構成する小断面トンネル１０８〜１１３の構築に続いて、頂版２を構成する小断面トンネル１１４〜１２０の施工を行う。
頂版２に対応する小断面トンネル１１４〜１２０の施工は、頂版２の一方の端部の小断面トンネル１１４（１２０）から他方の端部の小断面トンネル１２０（１１４）まで順次行う。このように施工を行うことで、先行小断面トンネル１０の位置が施工誤差によりずれていた場合であっても調整することが可能となる。
【００５７】
連結工程は、隣接する小断面トンネル１０同士の連結を行う工程である。
小断面トンネル１０同士の連結は、各小断面トンネル１０を構成する鋼殻１１の外殻１４のうち、隣接する他の小断面トンネル１０の鋼殻１１との当接面に対応する部分を撤去することにより行う。これにより、頂版２、底版３および側壁４に対応する位置に、連続した空間が形成される。
【００５８】
接合部材設置工程は、小断面トンネル１０同士の接合部の外殻１４の撤去に伴い、隣り合う小断面トンネル１０，１０に跨って接合部材３０を配設する工程である（図４（ａ）および（ｂ）参照）。
【００５９】
なお、小断面トンネル１０同士の連結および接合部材３０の設置は、各小断面トンネル１０の施工が完了する毎に順次行ってもよいし、全ての小断面トンネル１０の施工が完了してから、まとめて行ってもよい。
【００６０】
追加鉄筋配設工程は、底版３、側壁４，４、頂版２に対応する小断面トンネル１０１〜１２０の構築後、頂版２、底版３、側壁４，４に跨って、それぞれ追加鉄筋４０を配筋する工程である。
【００６１】
追加鉄筋４０は、連結工程において小断面トンネル１０同士を連結することにより形成された連続した空間を横断するように配設するものとする。なお、必要に応じて補強用の鋼材を配設してもよい。
【００６２】
コンクリート打設工程は、図６（ａ）に示すように、小断面トンネル１０，１０，…内にコンクリート２０を充填する工程である。
【００６３】
本実施形態では、コンクリート２０として、高強度コンクリートを充填するものとする。また、本実施形態では、鋼殻１１を本体構造（コンクリートの補強材）として利用することで、圧縮鉄筋および引張鉄筋の削減を図るものとする。
【００６４】
内部掘削工程は、図６（ｂ）に示すように、頂版２、底版３および側壁４，４に囲まれた大断面トンネル１の内部空間に残存する地山Ｇを掘削する工程である。
【００６５】
以上、本実施形態の大断面トンネル１およびその構築方法によれば、矩形断面の大断面トンネル１を簡易かつ安価に構築することが可能となる。
また、当該大断面トンネル１は、大深度、高水圧下においても構築することができる。
【００６６】
各小断面トンネル１０を構成する鋼殻１１を、本体構造として利用することにより、複合構造としての評価が可能となり、合理的な設計を行うことが可能となる。そのため、頂版２、底版３および側壁４の部材仕様の低減化が可能となる。
【００６７】
また、鋼殻１１を本体利用することで、鉄筋使用量の大幅な削減が可能となり、費用の削減が可能となるとともに、配筋作業に要する手間を削減することが可能となる。
【００６８】
各鋼殻１１は、推進工法により敷設するため、隣接する他の鋼殻１１との隙間を最小限に抑えることが可能となる。そのため、隣接する小断面トンネル１０同士の連結作業を容易に行うことが可能となる。また、鋼殻１１同士の隙間が最小限に抑えられているため、薬液注入等の大掛かりな止水工を要することなく、止水材の介設のみで所望の止水機能を得ることができる。
【００６９】
また、鋼殻１１が備える主桁補強材１５は、施工時においては小断面トンネル１０の支保工として機能し、完成時には頂版２、底版３および側壁４，４のせん断補強部材として機能する。そのため、新にせん断補強部材を配置する手間や費用を削減することが可能となるとともに、施工時の仮設工に要する手間や費用を削減することができる。
【００７０】
また、頂版２、底版３、側壁４，４は、外面がスキンプレート（外殻１４）により覆われているため、コンクリート２０にひび割れが発生することが防止され、また、コンクリート２０にひび割れが発生することによる鋼材の腐食も防止されている。
【００７１】
また、側壁４を構成する鋼殻１１’として、縦長の長方形状断面のものを使用することで、小断面トンネル１０の本数を減らして、施工サイクルの削減を図ることができる。
【００７２】
また、大断面トンネル１の角部（頂版２および底版３の端部）には位置される鋼殻１１には、主桁補強材１５ａを斜めに設置することで、施工時に上下方向および横方向に作用する応力に対する耐力を向上させるとともに、完成後の曲げモーメントに対する補強部材としての機能も期待することができる。
【００７３】
また、接合部引張鉄筋３１を断続的に配筋しているため、鉄筋使用量の大幅な削減が可能となる。接続鉄筋３１と支圧板３３との組み合わせにより、隣り合う小断面トンネル同士の間での応力の伝達を効果的に行うため、小断面トンネル１０同士が一体に固定される。
【００７４】
また、止水部材５０として、断面Ｖ字状の止水板５１と止水ブロック５２とを組み合わせて使用しているため、小断面トンネル１０同士の接合部における止水性に優れている。そのため、周辺地山への薬液注入等の補助的な止水工事を省略することも可能である。また、施工誤差により小断面トンネル１０同士の間隔が開いたり狭まったりしても、断面Ｖ状の止水板５１が追従することが可能である。
【００７５】
以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、前記実施形態では、小断面トンネル１０の断面形状は限定されるものではなく、大断面トンネル１の計画断面や大断面トンネル１に作用することが予想させる応力や施工サイクル等に応じて適宜設定すればよい。
【００７６】
小断面トンネル１０の本数や配置は限定されるものではなく、大断面トンネル１の計画断面等に応じて適宜設定すればよい。
また、複数の小断面トンネル１０，１０，…の施工は、複数の掘削機械を用いて同時に行ってもよいし、１台の掘削機械を利用して順番に行ってもよい。
また、小断面トンネル１０の施工順序は前記の順番に限定されるものではない。
【００７７】
また、前記実施形態では、頂版２、底版３および側壁４の引張側に接合部材３０を配設し、圧縮側に追加鉄筋４０を配筋することにより、頂版２および底版３と側壁４，４との接続を行うものとしたが、図７に示すように、圧縮側にも接合部材３０を配設してもよく、その接続方法は限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７８】
１ 大断面トンネル
２ 頂版
３ 底版
４ 側壁
１０ 小断面トンネル
１１ 鋼殻
１５ 主桁補強材
２０ コンクリート
３０ 接合部材
３１ 接合部引張鉄筋
３３ 支圧板
４０ 追加鉄筋
５０ 止水部材
５１ 止水板
５２ 止水ブロック
Ｇ 地山
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大断面トンネルの構築方法および大断面トンネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
大断面トンネルを構築する場合において、シールド工法により複数本の小断面トンネルを形成し、これらのトンネル同士を連結することにより大断面トンネルの覆工を形成する場合がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平８−２３２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、前記従来の大断面トンネルは、シールド工法を利用するものであるため、シールド掘進に伴い発生するテールボイドにより小断面トンネル同士の間に隙間が形成される。そのため、小断面トンネル同士を接合する際に、当該隙間に充填された裏込め材および地山を掘削する作業や、鉄筋コンクリートなどにより接合部材を構築する作業を要し、手間と費用がかかっていた。
また、このような接合部の施工時には、接合部の止水工が必要となるため、そのための費用や手間を別途要していた。
【０００５】
そのため、本発明は、簡易かつ安価に施工を行うことを可能とした大断面トンネルの構築方法および大断面トンネル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】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明の大断面トンネルの構築方法は、並設された複数本の小断面トンネルを利用して頂版、底版および左右の側壁を形成する大断面トンネルの構築方法であって、主桁補強材が配設された断面矩形状の鋼殻を推進工法により連設して前記小断面トンネルを構築する工程と、隣り合う前記各小断面トンネルの鋼殻のうち、他の前記小断面トンネルに面する部分の外殻を撤去する工程と、前記隣り合う小断面トンネル同士の境界に跨って接合部引張鉄筋を配筋するとともに前記接合部引張鉄筋の両端部において互いに対峙するように支圧板を配置する工程と、前記複数本の小断面トンネルの内部にコンクリートを充填して前記頂版、前記底版および前記左右の側壁を構築する工程と、前記頂版、前記底版および前記左右の側壁により囲まれた部分に残存する地山を掘削する工程と、を備えることを特徴としている。
【０００７】
かかる大断面トンネルの構築方法によれば、推進工法により小断面トンネルを構築するため、隣り合う小断面トンネルを隙間なく、あるいはわずかな隙間により並設させることが可能となる。そのため、隣り合う小断面トンネル同士の連結を簡易かつ安価に行うことができる。
【０００８】
また、鋼殻を大断面トンネルの本体（構造体）として利用することで、大断面トンネルの覆工の仕様（例えば鉄筋量）を低減することが可能となり、費用の削減を可能としている。
主桁補強材が施工時の支保工として機能するとともに、完成時のせん断補強部材として機能するため、別途補強部材を用いることなく或いは補強部材の量を削減して、高品質な大断面トンネルを構築することができる。
【０００９】
また、本発明の大断面トンネルは、推進工法により並設された複数本の小断面トンネル同士を連結することで形成された頂版、底版および左右の側壁を有する大断面トンネルであって、トンネル軸方向に沿って連設されて前記小断面トンネルを構成する鋼殻と、隣接する前記小断面トンネル同士の境界に跨って配設された接合部引張鉄筋と、前記接合部引張鉄筋の両端部において互いに対峙するように前記鋼殻に固定された支圧板と、前記小断面トンネル内に充填されたコンクリートと、を備え、前記鋼殻が、トンネル軸方向に対して所定の間隔をあけて並設された枠状の主桁と、前記主桁同士の間においてトンネル軸方向に沿って並設された縦リブと、前記主桁の互いに直交する二辺または対向する二辺に跨って配設された主桁補強材と、を備えていることを特徴としている。
【００１０】
かかる大断面トンネルは、推進工法により並設された複数本の小断面トンネルを利用して形成されているため、小断面トンネル同士の接合部に新たな鉄筋コンクリート構造部材等を構築して介設する必要がなく、簡易かつ安価に形成されるとともに、止水性に優れた大断面トンネルが形成される。
また、主桁補強材がせん断補強部材として機能するため、頂版、底版および左右の側壁の部材仕様の低減化が可能となる。
【００１１】
また、前記小断面トンネル同士の接合部の地山側に止水部材が配置されていてもよい。
さらに、前記止水部材が、一方の前記小断面トンネルに固定された断面Ｖ字状の止水板と、他方の前記小断面トンネルの前記止水板に対応する位置に固定された止水ブロックと、により構成されており、前記止水板と前記止水ブロックとが互いに当接していてもよい。
【００１２】
また、前記鋼殻は、前記頂版、前記底版または前記側壁に作用する応力が引張りとなる部分に配置される増強部と、圧縮となる部分の一般部と、を備えており、前記増強部の断面積が前記一般部の断面積よりも大きくなるように、前記増強部の鋼材量が前記一般部の鋼材量よりも多く配分されていてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の大断面トンネルの構築方法および大断面トンネルによれば、簡易かつ安価に大断面トンネルを構築することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の好適な実施の形態に係る大断面トンネルを示す断面図である。
【図２】同大断面トンネルの別の箇所における断面図である。
【図３】小断面トンネルを構成する鋼殻を示す斜視図である。
【図４】鋼殻同士の接合部を示す拡大図であって、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は大断面トンネルの構築方法の各施工段階を示す断面図である
【図６】（ａ）および（ｂ）は図５に続く大断面トンネルの構築方法の各施工段階を示す断面図である。
【図７】大断面トンネルの変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本実施形態では、図１に示すように、並設された複数本の小断面トンネル１０，１０，…を互いに連結することにより形成された頂版２、底版３および左右の側壁４，４を備えてなる矩形状（正方形状）の大断面トンネル１について説明する。なお、大断面トンネル１の断面形状は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。
【００１６】
大断面トンネル１は、複数本小断面トンネル１０と、小断面トンネル１０内に充填されたコンクリート２０と、隣接する小断面トンネル１０同士に跨って配設された接合部材３０および追加鉄筋４０と、を備えている。
【００１７】
頂版２は、推進工法により横方向（左右方向）に並設された７本の小断面トンネル１０，１０，…を連結し、内部にコンクリート２０を充填することにより構成されている。なお、頂版２を構成する小断面トンネル１０の本数は限定されるものではなく、計画された大断面トンネル１の大きさに応じて適宜設定すればよい。
【００１８】
底版３は、推進工法により横方向（左右方向）に並設された７本の小断面トンネル１０，１０，…を連結し、内部にコンクリート２０を充填することにより構成されている。なお、底版３を構成する小断面トンネル１０の本数は限定されるものではなく、計画された大断面トンネル１の大きさに応じて適宜設定すればよい。
【００１９】
側壁４は、推進工法により上下（縦）４段に並設された小断面トンネル１０，１０，…を連結し、内部にコンクリート２０を充填することにより構成されている。なお、側壁４を構成する小断面トンネル１０の本数は限定されるものではなく、計画された大断面トンネル１の大きさに応じて適宜設定すればよい。
【００２０】
小断面トンネル１０は、主桁補強材１５が配設された断面矩形状の鋼殻１１を推進工法によりトンネル軸方向に沿って複数連設することにより構築されている。本実施形態では、頂版２および底版３については断面正方形状の鋼殻１１を使用し、側壁４については縦長の断面長方形状の鋼殻１１’を使用するものとする。
【００２１】
鋼殻１１（側壁４を構成する縦長の鋼殻１１’も含む）は、図３に示すように、鋼製部材を組み合わせることにより角筒状に形成された部材である。本実施形態の鋼殻１１は、トンネル軸方向に所定の間隔をあけて並設された複数の主桁１２，１２，…と、隣り合う主桁１２，１２同士の間においてトンネル軸方向に沿って配置された複数の縦リブ１３，１３，…と、主桁１２，１２，…および縦リブ１３，１３，…の外周囲を覆う外殻１４と、枠状の主桁１２の互いに直交する２辺または対向する２辺に跨って配設された主桁補強部材１５（図１参照）とを備えて構成されている。
【００２２】
主桁１２は、鋼材を正方形状または長方形状（図３では正方形状）に組み合わせることにより枠状に形成されている。本実施形態では、１体の鋼殻１１に対して４つの主桁１２，１２，…を配置するが、主桁１２の数量は限定されるものではない。また、主桁１２を形成する鋼材は限定されるものではなく、Ｈ形鋼、Ｌ形鋼、溝形鋼、鋼管等が使用することが可能であるが、本実施形態では、鋼板を使用するものとする。また、本実施形態では、鋼材を組み合わせることにより矩形状の主桁１２を形成するものとしたが、その形成方法は限定されるものではない。
【００２３】
縦リブ１３は、隣り合う主桁１２，１２の間に配置されて、主桁１２同士の間隔を保持するとともに、推進時に作用する軸力に対して、十分な耐力を発現するように構成されている。
なお、本実施形態では、縦リブ１３として、主桁１２と同種の鋼板を使用するが、縦リブ１３を構成する材料は限定されるものではなく、Ｈ形鋼、Ｌ形鋼、溝形鋼、鋼管等、適宜他の鋼材を使用することが可能である。また、縦リブ１３の数量は限定されるものではない。
【００２４】
外殻１４は、複数の主桁１２，１２，…を覆うように各筒状に形成されており、複数枚のスキンプレートを溶接により接合することで形成されている。
本実施形態では、隣り合うトンネル１０同士の連結に伴い、トンネル１０同士の当接面に面する外殻１４を撤去するものとする。
【００２５】
主桁補強部材１５は、主桁１２に固定された鋼板であって、断面正方形状または長方形状の小断面トンネル１０に作用する外力に対して、主桁１２を補強することが可能となるように配置されている。なお、主桁補強部材１５を構成する材料は限定されるものではなく、適宜公知の鋼材の中から選定して使用することが可能である。
【００２６】
図１に示すように、頂版２または底版３の両端に配置されていて、側壁４の上端または下端に当接する小断面トンネル１０を構成する鋼殻１１の主桁補強部材１５ａは、主桁１２の互いに直交する２辺に跨って斜めに配設されている。主桁補強部材１５ａは、主桁１２の四隅にそれぞれ配置されている。
【００２７】
また、頂版２または底版３の中央部に配置された５本の小断面トンネル（両端に配置された小断面トンネル１０，１０以外の小断面トンネル）１０，１０，…を構成する鋼殻１１の主桁補強部材１５ｂは、主桁１２の上下の辺に跨って配置されている。本実施形態では、主桁１２に対して２本ずつ主桁補強部材１５ｂを配置するが、主桁補強部材１５ｂの本数は限定されるものではない。
【００２８】
さらに、側壁４を構成する鋼殻１１’に配設された主桁補強部材１５ｃは、主桁１２の左右の長辺に跨って配置されている。本実施形態では、主桁１２に対して１本ずつ主桁補強部材１５ｃを配置するが、主桁補強部材１５ｃの本数は限定されるものではない。
【００２９】
コンクリート２０は、図１および図２に示すように、連結された小断面トンネル１０，１０，…内に充填されており、硬化することで鋼殻１１と一体となって連続した頂版２、底版３および側壁４，４を構成する。
【００３０】
本実施形態では、コンクリート２０として、高強度コンクリートを使用するが、コンクリートを構成する材料は限定されるものではなく、例えば、普通コンクリート、繊維補強コンクリート等を採用してもよい。
【００３１】
接合部材３０は、図２に示すように、隣り合う小断面トンネル１０同士に跨って配設されている。
本実施形態では、大断面トンネル１に作用する外力により、小断面トンネル１０同士の接合部において引張力が発生することが想定される個所に接合部材３０を配設するものとする。つまり、大断面トンネル１の角部に配設された小断面トンネル１０と他の小断面トンネル１０との接合部においては、地山側のみに接合部材３０を配置すればよく、その他の小断面トンネル１０同士の接合部においては、地山側と内空側に接合部材３０を配置するものとする。なお、接合部材３０の設置箇所は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
【００３２】
本実施形態に係る接合部材３０は、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、隣り合う小断面トンネル１０同士に跨って配設された接合部引張鉄筋３１，３１，…と、接続鉄筋３１，３１，…の両端部を巻きたてるように配設された複数本のフープ筋３２，３２，…と、主桁１３に固定された支圧板３３，３３と、主桁１３に固定されて支圧板３３の固定度を補強する支持板３４，３４，…と、を備えている。
なお、接合部材３０の構成は限定されるものではなく適宜設定することが可能である。
【００３３】
接合部引張鉄筋３１は、鉄筋や鋼棒等の棒状部材からなる本体部３１ａと本体部３１ａの両端に形成されていて本体部３１ａの外径よりも大きな幅を有する定着部３１ｂとから構成されており、コンクリート２０との定着効果の向上が図られている。
【００３４】
接合部引張鉄筋３１は、頂版２、底版３または側壁４において断続的に配筋されている。つまり、接合部引張鉄筋３１は、隣り合う２本の小断面トンネル１０間に配筋されており、一端が一方の小断面トンネル１０に定着し、他端が他方の小断面トンネル１０定着している。
【００３５】
フープ筋３２は、口字状に形成された鉄筋であって、接合部引張筋３１の定着部３１ｂと支圧板３３との間に配筋されている。
【００３６】
支圧板３３は、中央に開口部を有した口字状の板材により構成されている。接合部引張鉄筋３１，３１，…は、支圧板３３の開口部を挿通した状態で配筋されている。
【００３７】
支圧板３３は、隣接する主桁１２同士の間において、端面が主桁１２，１２に当接した状態で配設されている。支圧板３３は、主桁１２との当接面において固定されているとともに、支圧板３３の外側（隣接する他の小断面トンネル１０側）において主桁１２に固定された支持板３４，３４，…に係止されている。
【００３８】
支持板３４は、主桁１２の表面に貼着（固定）された板材であって、主桁１２の表面に凸部を形成することで支圧板３３の係止を可能としている。
【００３９】
接合部材３０として、接合部引張鉄筋３１を配筋しているため、小断面トンネル１０同士の接合部を接合部引張鉄筋３１を主鉄筋とした鉄筋コンクリート構造として見込むことができる。また、接合部引張鉄筋３１の端部に支圧板３３を配置することで、接合部引張鉄筋３１を主桁１２間に定着する。
【００４０】
接合部材３０は、小断面トンネル１０内に充填（打設）されたコンクリート２０に定着することで、隣り合う小断面トンネル１０，１０の一体化をより強固にする。
【００４１】
追加鉄筋４０は、図２に示すように、頂版２および底版３に対応して横方向（左右方向）に並設された中央部の５本の小断面トンネル１０，１０，…の圧縮側（地山側）と、側壁４に対応して縦方向（上下方向）に並設された４本の小断面トンネル１０，１０，…の圧縮側（内空側）と、に跨って配設されている。なお、側壁４内に配設された追加鉄筋４０の両端は、頂版２および底版３に所定の定着長を確保した状態で挿入されている。
【００４２】
また、本実施形態では、頂版２および底版３の引張側（内空側）に沿って、横方向（左右方向）並設された７本の小断面トンネル１０，１０，…に跨って追加鉄筋４０を配設している。
【００４３】
なお、本実施形態では、追加鉄筋４０を配筋するものとしたが、鉄筋に変えてＰＣ鋼材等を配設して緊張力を導入してもよい。
また、鉄筋とＰＣ鋼材とを併用してもよい。この場合には、鉄筋を圧縮側に配置し、ＰＣ鋼材を引張側に配置する。
さらに、追加鉄筋４０やＰＣ鋼材の配置の有無や配置箇所は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。
【００４４】
また、小断面トンネル１０同士の接合部には、図４（ａ）に示すように、止水部材５０がトンネル軸方向に沿って配設されており、隣り合う鋼殻１１，１１の隙間から、地下水や土砂が流入することが防止されている。
【００４５】
本実施形態では、止水部材５０として、断面Ｖ字状の止水板５１を一方の鋼殻１１の地山側角部に配設し、他方の鋼殻１１の止水板５１に対応する位置に止水ブロック５２を配設している。止水板５１は、その一部が鋼殻１１の側面から突出した状態で鋼殻１１に固定されており、隣接する小断面トンネル１０の鋼殻１１に埋設された止水ブロック５２に止水板５１の突出部分が密着していることで、接合部における止水性を維持している。
なお、止水部材５０の構成は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。また、本実施形態では止水板５１および止水ブロック５２として、クロロブレン系の止水ゴムを採用するが、高水圧下に耐えうる止水性を発現することができれば、止水板５１および止水ブロック５２を構成する材料は限定されるものではない。
【００４６】
本実施形態では、鋼殻１１を構成する鋼材を大断面トンネル構造の鋼材として使用する。そして、大断面トンネル構造に作用する応力に対して、圧縮側よりも引張り側の断面を厚く（すなわち鋼材量を多く）し、大断面トンネル１の本体（鋼殻１１内）に配筋する引張り側の鉄筋の本数（鉄筋量）を減らしている。鉄筋量を減らすことで、施工時の内部作業空間をより大きく確保することが可能となり、作業性が向上するとともに、安全性が向上する。
すなわち、小断面トンネル１０を構成する鋼殻１１について、頂版２、底版３または側壁４，４に作用する応力が引張りとなる部分に配置される増強部に対して、応力が圧縮となる部分に配置される一般部よりも鋼材量を多く配分させる。
なお、増強部における鋼材量の増加方法は、例えば、縦リブ１３の本数の増加、外殻１４の部材厚を増加、主桁１２や縦リブ１３の断面積を大きくしたり、補助的に鋼材量を増加させたりするなど、限定されるものではない。
【００４７】
次に、本実施形態に係る大断面トンネル１の構築方法について説明する。
かかる大断面トンネル１の構築は、小断面トンネル構築工程と、連結工程と、接合部材設置工程と、追加鉄筋配設工程と、コンクリート打設工程と、内部掘削工程と、により行う。
【００４８】
小断面トンネル構築工程は、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、複数本の小断面トンネル１０，１０，…を地中に形成する工程である。
小断面トンネル１０，１０，…は、大断面トンネル１の内空となる領域を取り囲むように形成する。
【００４９】
小断面トンネル１０の構築は、断面正方形状または断面長方形状の鋼殻１１を推進工法によりトンネル軸方向に沿って連設することにより行う。本実施形態では、複数本の小断面トンネル１０，１０，…を口字状に並設することで、大断面トンネル１の外殻（頂版２、底版３、側壁４，４）を形成する。
【００５０】
構築する小断面トンネル１０の順序は限定されるものではなく、適宜行えばよいが、本実施形態では、まず、底版３の中央部に配設される第一小断面トンネル１０１を形成する。第一小断面トンネル１０１の施工が終了或いは所定延長進行したら、第一小断面トンネル１０１に隣接する第二小断面トンネル１０２または第三小断面トンネル１０３を、第一小断面トンネル１０１に沿って形成する。なお、第二小断面トンネル１０２および第三小断面トンネル１０３の施工は、同時に行ってもよいし、いずれか一方を先行して行ってもよい。
【００５１】
後行して構築される後行小断面トンネル１０（第二小断面トンネル１０２や第三小断面トンネル１０３等）は、先行して構築された先行小断面トンネル１０（第一小断面トンネル１０１等）との間に形成された図示せぬ継手部材を介して、先行小断面トンネル１０に沿って構築するものとする。このような継手部材としては、先行小断面トンネル１０を構成する鋼殻１１の側面に形成された溝と、後行小断面トンネル１０を構成する鋼殻１１の側面に形成されて前記溝に挿入可能な突条と、により構成されたものなどがある。
【００５２】
第二小断面トンネル１０２の施工が終了或いは所定延長進行したら、引き続き第四小断面トンネル１０４の施工を行う。そして、第四小断面トンネル１０４の施工が終了或いは所定延長進行したら引き続き第六小断面トンネル１０６の施工を行う。同様に、第三小断面トンネルの施工に引き続き、第五小断面トンネル１０５と第七小断面トンネル１０７の施工を行う。
【００５３】
このとき、第四小断面トンネル１０４の施工と第五小断面トンネル１０５の施工は同時に行ってもよいし、いずれか一方を先行して行ってもよい。また、第六小断面トンネル１０６の施工と第七小断面トンネル１０７の施工についても同時に行ってもよいし、いずれか一方を先行して行ってもよい。
なお、第二小断面トンネル１０２〜第七小断面トンネル１０７の施工は、同時に行ってもよい。
【００５４】
底版３を構成する小断面トンネル１０１〜１０７の構築に続いて、側壁４，４を構成する小断面トンネル１０８〜１１３の構築を行う。
まず、一方の側壁４の下部分を構成する第八小断面トンネル１０８の構築を行う。このとき、他方の側壁４の下部分を構成する第十一小断面トンネル１１１の施工を同時または先行して行ってもよい。第八小断面トンネル１０８は、第六小断面トンネル１０６の直上において第六小断面トンネル１０６に沿って構築し、第十一小断面トンネル１１１は、第七小断面トンネル１０７の直上において第七小断面トンネル１０７に沿って構築する。
【００５５】
第八小断面トンネル１０８の施工が完了または所定延長進行したら、第九小断面トンネル１０９の施工を行う。同様に、第十一小断面トンネル１１１の施工が完了または所定延長進行したら、第十二小断面トンネル１１２の施工を行う。同様に小断面トンネル１１０、１１３の施工を行う。
【００５６】
側壁４，４を構成する小断面トンネル１０８〜１１３の構築に続いて、頂版２を構成する小断面トンネル１１４〜１２０の施工を行う。
頂版２に対応する小断面トンネル１１４〜１２０の施工は、頂版２の一方の端部の小断面トンネル１１４（１２０）から他方の端部の小断面トンネル１２０（１１４）まで順次行う。このように施工を行うことで、先行小断面トンネル１０の位置が施工誤差によりずれていた場合であっても調整することが可能となる。
【００５７】
連結工程は、隣接する小断面トンネル１０同士の連結を行う工程である。
小断面トンネル１０同士の連結は、各小断面トンネル１０を構成する鋼殻１１の外殻１４のうち、隣接する他の小断面トンネル１０の鋼殻１１との当接面に対応する部分を撤去することにより行う。これにより、頂版２、底版３および側壁４に対応する位置に、連続した空間が形成される。
【００５８】
接合部材設置工程は、小断面トンネル１０同士の接合部の外殻１４の撤去に伴い、隣り合う小断面トンネル１０，１０に跨って接合部材３０を配設する工程である（図４（ａ）および（ｂ）参照）。
【００５９】
なお、小断面トンネル１０同士の連結および接合部材３０の設置は、各小断面トンネル１０の施工が完了する毎に順次行ってもよいし、全ての小断面トンネル１０の施工が完了してから、まとめて行ってもよい。
【００６０】
追加鉄筋配設工程は、底版３、側壁４，４、頂版２に対応する小断面トンネル１０１〜１２０の構築後、頂版２、底版３、側壁４，４に跨って、それぞれ追加鉄筋４０を配筋する工程である。
【００６１】
追加鉄筋４０は、連結工程において小断面トンネル１０同士を連結することにより形成された連続した空間を横断するように配設するものとする。なお、必要に応じて補強用の鋼材を配設してもよい。
【００６２】
コンクリート打設工程は、図６（ａ）に示すように、小断面トンネル１０，１０，…内にコンクリート２０を充填する工程である。
【００６３】
本実施形態では、コンクリート２０として、高強度コンクリートを充填するものとする。また、本実施形態では、鋼殻１１を本体構造（コンクリートの補強材）として利用することで、圧縮鉄筋および引張鉄筋の削減を図るものとする。
【００６４】
内部掘削工程は、図６（ｂ）に示すように、頂版２、底版３および側壁４，４に囲まれた大断面トンネル１の内部空間に残存する地山Ｇを掘削する工程である。
【００６５】
以上、本実施形態の大断面トンネル１およびその構築方法によれば、矩形断面の大断面トンネル１を簡易かつ安価に構築することが可能となる。
また、当該大断面トンネル１は、大深度、高水圧下においても構築することができる。
【００６６】
各小断面トンネル１０を構成する鋼殻１１を、本体構造として利用することにより、複合構造としての評価が可能となり、合理的な設計を行うことが可能となる。そのため、頂版２、底版３および側壁４の部材仕様の低減化が可能となる。
【００６７】
また、鋼殻１１を本体利用することで、鉄筋使用量の大幅な削減が可能となり、費用の削減が可能となるとともに、配筋作業に要する手間を削減することが可能となる。
【００６８】
各鋼殻１１は、推進工法により敷設するため、隣接する他の鋼殻１１との隙間を最小限に抑えることが可能となる。そのため、隣接する小断面トンネル１０同士の連結作業を容易に行うことが可能となる。また、鋼殻１１同士の隙間が最小限に抑えられているため、薬液注入等の大掛かりな止水工を要することなく、止水材の介設のみで所望の止水機能を得ることができる。
【００６９】
また、鋼殻１１が備える主桁補強材１５は、施工時においては小断面トンネル１０の支保工として機能し、完成時には頂版２、底版３および側壁４，４のせん断補強部材として機能する。そのため、新にせん断補強部材を配置する手間や費用を削減することが可能となるとともに、施工時の仮設工に要する手間や費用を削減することができる。
【００７０】
また、頂版２、底版３、側壁４，４は、外面がスキンプレート（外殻１４）により覆われているため、コンクリート２０にひび割れが発生することが防止され、また、コンクリート２０にひび割れが発生することによる鋼材の腐食も防止されている。
【００７１】
また、側壁４を構成する鋼殻１１’として、縦長の長方形状断面のものを使用することで、小断面トンネル１０の本数を減らして、施工サイクルの削減を図ることができる。
【００７２】
また、大断面トンネル１の角部（頂版２および底版３の端部）には位置される鋼殻１１には、主桁補強材１５ａを斜めに設置することで、施工時に上下方向および横方向に作用する応力に対する耐力を向上させるとともに、完成後の曲げモーメントに対する補強部材としての機能も期待することができる。
【００７３】
また、接合部引張鉄筋３１を断続的に配筋しているため、鉄筋使用量の大幅な削減が可能となる。接続鉄筋３１と支圧板３３との組み合わせにより、隣り合う小断面トンネル同士の間での応力の伝達を効果的に行うため、小断面トンネル１０同士が一体に固定される。
【００７４】
また、止水部材５０として、断面Ｖ字状の止水板５１と止水ブロック５２とを組み合わせて使用しているため、小断面トンネル１０同士の接合部における止水性に優れている。そのため、周辺地山への薬液注入等の補助的な止水工事を省略することも可能である。また、施工誤差により小断面トンネル１０同士の間隔が開いたり狭まったりしても、断面Ｖ状の止水板５１が追従することが可能である。
【００７５】
以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、前記実施形態では、小断面トンネル１０の断面形状は限定されるものではなく、大断面トンネル１の計画断面や大断面トンネル１に作用することが予想させる応力や施工サイクル等に応じて適宜設定すればよい。
【００７６】
小断面トンネル１０の本数や配置は限定されるものではなく、大断面トンネル１の計画断面等に応じて適宜設定すればよい。
また、複数の小断面トンネル１０，１０，…の施工は、複数の掘削機械を用いて同時に行ってもよいし、１台の掘削機械を利用して順番に行ってもよい。
また、小断面トンネル１０の施工順序は前記の順番に限定されるものではない。
【００７７】
また、前記実施形態では、頂版２、底版３および側壁４の引張側に接合部材３０を配設し、圧縮側に追加鉄筋４０を配筋することにより、頂版２および底版３と側壁４，４との接続を行うものとしたが、図７に示すように、圧縮側にも接合部材３０を配設してもよく、その接続方法は限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７８】
１ 大断面トンネル
２ 頂版
３ 底版
４ 側壁
１０ 小断面トンネル
１１ 鋼殻
１５ 主桁補強材
２０ コンクリート
３０ 接合部材
３１ 接合部引張鉄筋
３３ 支圧板
４０ 追加鉄筋
５０ 止水部材
５１ 止水板
５２ 止水ブロック
Ｇ 地山
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並設された複数本の小断面トンネルを利用して頂版、底版および左右の側壁を形成する大断面トンネルの構築方法であって、
主桁補強材が配設された断面矩形状の鋼殻を推進工法により連設して前記小断面トンネルを構築する工程と、
隣り合う前記各小断面トンネルの鋼殻のうち、他の前記小断面トンネルに面する部分の外殻を撤去する工程と、
前記隣り合う小断面トンネル同士の境界に跨って接合部引張鉄筋を配筋するとともに前記接合部引張鉄筋の両端部において互いに対峙するように支圧板を配置する工程と、
前記複数本の小断面トンネルの内部にコンクリートを充填して前記頂版、前記底版および前記左右の側壁を構築する工程と、
前記頂版、前記底版および前記左右の側壁により囲まれた部分に残存する地山を掘削する工程と、
を備えることを特徴とする、大断面トンネルの構築方法。
【請求項２】
推進工法により並設された複数本の小断面トンネル同士を連結することで形成された頂版、底版および左右の側壁を有する大断面トンネルであって、
トンネル軸方向に沿って連設されて前記小断面トンネルを構成する鋼殻と、
隣接する前記小断面トンネル同士の境界に跨って配設された接合部引張鉄筋と、
前記接合部引張鉄筋の両端部において互いに対峙するように前記鋼殻に固定された支圧板と、
前記小断面トンネル内に充填されたコンクリートと、を備え、
前記鋼殻が、トンネル軸方向に対して所定の間隔をあけて並設された枠状の主桁と、前記主桁同士の間においてトンネル軸方向に沿って並設された縦リブと、前記主桁の互いに直交する二辺または対向する二辺に跨って配設された主桁補強材と、を備えていることを特徴とする、大断面トンネル。
【請求項３】
前記小断面トンネル同士の接合部の地山側に止水部材が配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の大断面トンネル。
【請求項４】
前記止水部材が、一方の前記小断面トンネルに固定された断面Ｖ字状の止水板と、
他方の前記小断面トンネルの前記止水板に対応する位置に固定された止水ブロックと、により構成されており、
前記止水板と前記止水ブロックとが互いに当接していることを特徴とする、請求項３に記載の大断面トンネル。
【請求項５】
前記鋼殻は、前記頂版、前記底版または前記側壁に作用する応力が引張りとなる部分に配置される増強部と、圧縮となる部分に配置される一般部と、を備えており、前記増強部の断面積が前記一般部の断面積よりも大きくなるように、前記増強部の鋼材量が前記一般部の鋼材量よりも多く配分されていることを特徴とする、請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の大断面トンネル。
【請求項１】
並設された複数本の小断面トンネルを利用して頂版、底版および左右の側壁を形成する大断面トンネルの構築方法であって、
主桁補強材が配設された断面矩形状の鋼殻を推進工法により連設して前記小断面トンネルを構築する工程と、
隣り合う前記各小断面トンネルの鋼殻のうち、他の前記小断面トンネルに面する部分の外殻を撤去する工程と、
前記隣り合う小断面トンネル同士の境界に跨って接合部引張鉄筋を配筋するとともに前記接合部引張鉄筋の両端部において互いに対峙するように支圧板を配置する工程と、
前記複数本の小断面トンネルの内部にコンクリートを充填して前記頂版、前記底版および前記左右の側壁を構築する工程と、
前記頂版、前記底版および前記左右の側壁により囲まれた部分に残存する地山を掘削する工程と、
を備えることを特徴とする、大断面トンネルの構築方法。
【請求項２】
推進工法により並設された複数本の小断面トンネル同士を連結することで形成された頂版、底版および左右の側壁を有する大断面トンネルであって、
トンネル軸方向に沿って連設されて前記小断面トンネルを構成する鋼殻と、
隣接する前記小断面トンネル同士の境界に跨って配設された接合部引張鉄筋と、
前記接合部引張鉄筋の両端部において互いに対峙するように前記鋼殻に固定された支圧板と、
前記小断面トンネル内に充填されたコンクリートと、を備え、
前記鋼殻が、トンネル軸方向に対して所定の間隔をあけて並設された枠状の主桁と、前記主桁同士の間においてトンネル軸方向に沿って並設された縦リブと、前記主桁の互いに直交する二辺または対向する二辺に跨って配設された主桁補強材と、を備えていることを特徴とする、大断面トンネル。
【請求項３】
前記小断面トンネル同士の接合部の地山側に止水部材が配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の大断面トンネル。
【請求項４】
前記止水部材が、一方の前記小断面トンネルに固定された断面Ｖ字状の止水板と、
他方の前記小断面トンネルの前記止水板に対応する位置に固定された止水ブロックと、により構成されており、
前記止水板と前記止水ブロックとが互いに当接していることを特徴とする、請求項３に記載の大断面トンネル。
【請求項５】
前記鋼殻は、前記頂版、前記底版または前記側壁に作用する応力が引張りとなる部分に配置される増強部と、圧縮となる部分に配置される一般部と、を備えており、前記増強部の断面積が前記一般部の断面積よりも大きくなるように、前記増強部の鋼材量が前記一般部の鋼材量よりも多く配分されていることを特徴とする、請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の大断面トンネル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−５８２９９（Ｐ２０１１−５８２９９Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１０８０１（Ｐ２００９−２１０８０１）
【出願日】平成２１年９月１１日（２００９．９．１１）
【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２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１１日（２００９．９．１１）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【Ｆターム（参考）】
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