JP2008121365A - 多連円弧状トンネルの施工方法およびトンネルと接合体との接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】工費を高騰させることなく、構造安定性にも優れた多連円弧状トンネルのトンネルと接合体との接続構造と多連円弧状トンネルの施工方法を提供する。
【解決手段】地中に併設するトンネル１，２を構築するとともに、該トンネル１，２のうち接合体３，３’と接続される箇所には該接合体の一部が収容される収容部１１，２１が形成されている第１の工程と、トンネル１，２の間に該トンネルの軸方向に沿う複数のエレメント管３１，…が円弧状に構築され、かつ、両端のエレメント管３１,３１の一部はトンネル１，２の収容部１１，２１に収容される第２の工程と、接合体３，３’と双方のトンネル１，２で包囲された領域の地盤を掘削し、トンネルの一部を撤去して本設構造体を構築する第３の工程と、からなる多連円弧状トンネルの施工方法である。
【選択図】図２

Description

本発明は、少なくとも３連以上の多連円弧状トンネルにおけるトンネルの施工方法と、多連円弧状トンネルのトンネルと接合体との接続構造に関するものである。

地下道路トンネルのランプ部をはじめとして地中にてトンネルを接合することによって断面が多連円弧状のトンネルを施工する方法として、従来は大規模な開削工法が適用されてきたが、用地確保、地上交通への影響、工期の長期化とそれに伴なう工費の増大などから、より安全かつ経済的なトンネル接合方法が切望されており、建設各社が検討／開発を進めている。

上記する多連円弧状トンネルの施工方法として、例えば特許文献１のシールドトンネルの合流部の構築方法を挙げることができる。この技術は、本線トンネルと支線トンネルとを互いに寄り添うように掘進し、それぞれ突起付きセグメントを上部及び下部に含むほぼ円形の覆工を組み立て、次いで、それらのトンネルを分け隔てる覆工の一部を除去して連続させると共に、突起付きセグメントの突起部を押し出して、それらのトンネルの上部及び下部に突起を形成し、これらの突起部間に架け渡すように鋼殻を取り付け、この鋼殻と覆工の間の空間に充填材を充填して覆工を一体化させるものである。

特開２００５−２４８４７８号公報

特許文献１の構築方法によれば、地上からの開削を要することなく、さらには、地下道本線トンネルを供用しながら多連円弧状トンネルを施工することが可能となる。しかし、拡幅区間のトンネルには、伸縮自在な突起付きセグメントを設ける必要があって施工コストの高騰は否めない。また、突起を地盤内に押し出すに際し、予め遅延剤の混入された特殊裏込め材を地山に充填しておき、突起の押し出し量に相応する裏込め材を掘進機内に取り込むことによって地盤沈下等の地盤変状に対応する必要があり、突起の押し出し制御が極めて困難であるといった問題もある。さらには、地盤内に押し出された突起と鋼殻とが接続される構造故に、この接続部に応力が集中することとなり、構造的な補強なくしては多連トンネルの構造安定性を図ることができず、逆に構造的な補強をおこなうことによって工費が高騰する。

本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、工費を高騰させることなく、構造安定性にも優れた多連円弧状トンネルのトンネルと接合体との接続構造と多連円弧状トンネルの施工方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明による多連円弧状トンネルの施工方法は、併設するトンネルと、双方のトンネルを繋ぐ接合体と、からなる少なくとも３連以上の多連円弧状トンネルの施工方法であって、地中に併設するトンネルを構築するとともに、該トンネルのうち前記接合体と接続される箇所には該接合体の一部が収容される収容部が形成されている第１の工程と、前記トンネルの間に該トンネルの軸方向に沿う複数のエレメント管が円弧状に構築され、かつ、両端のエレメント管の一部は前記トンネルの収容部に収容される第２の工程と、前記接合体と双方のトンネルで包囲された領域の地盤を掘削し、トンネルの一部を撤去して本設構造体を構築する第３の工程と、を少なくとも具備することを特徴とするものである。

多連円弧状トンネルとは、例えば２つの円形トンネルと該トンネル同士を上下の円弧状の接合体にて繋いでなるトンネルのことであり、そのほかにも、間隔を置いて併設する３つの円形トンネル（例えば第１トンネル、第２トンネル、第３トンネルという）において、第１トンネルと第２トンネル、第２トンネルと第３トンネルをそれぞれ上下の円弧状の接合体にて繋いでなるトンネルなどを意味している。また、この施工方法は、道路トンネルにおける２つ以上のトンネルが接続する区間となる分合流部（拡幅部）や、地下鉄路線と駅舎との接続部、各種地下施設を収容するための広範な地下空間等がその用途である。ここで、円弧状の接合体とは、一つの曲率を有する円弧のほか、多数の曲率が連続して組み合わされた形状、さらには扁平した楕円形状などの接合体を意味している。

まず、併設する被接続トンネルをシールド工法もしくは推進工法にて例えば２台の掘進機を使用しながら並行して施工し、もしくは１台の掘進機を使用して順次施工する。このトンネルは鋼製セグメントである鋼殻や鋼製函体、ＲＣセグメント（鉄筋コンクリートセグメント）からなる殻体、ＲＣ函体などから構成されている。このトンネルのうち、接合体を構成するエレメント管と接合する箇所には、エレメント管の一部を収容するための収容部が形成されている。

その具体例としては、円形断面トンネルの一部に欠損部が設けられており、この欠損部にエレメント管の一部が嵌まり込むような形態のほか、トンネルの外周においてその軸方向に沿う凹溝と該凹溝内に充填硬化された充填材とから収容部が形成され、エレメント管を施工する掘進機が該充填材を切削しながら接合体端部のエレメント管の一部を該収容部に収容可能な形態などがある。

ここで、複数のエレメント管は双方のトンネル間の上下または上方において円弧状の接合部を形成するように施工され、この円弧状の端部のエレメント管の一部が双方のトンネルの収容部に収容（接続）される。その具体的な施工方法としては、エレメント管推進用の発進立坑から専用の掘進機をトンネル軸方向に掘進させてエレメント管を推進させ、これを複数のエレメント管ごとに隣接施工することで円弧状の接合体がトンネル間に構築される。なお、この円弧状の接合体は、トンネル間の上下に構築されるほか、地下水以浅にあって上部の土圧のみを接合体にて支持すればよい条件の場合には上方のみに接合体が構築されてもよい。

このエレメント管は、例えば鋼製またはＲＣ造の筒状体から成形され、その断面形状（トンネルの軸直交方向の断面）は台形、矩形、正方形、円形などの任意形状からなる。

さらに、エレメント管はその側面端部に係合部を具備しており、隣接するエレメント管が該係合部同士で相互に接合される形態であることが好ましい。

複数のエレメント管同士が係合接続されることで本設接合体（本設用としての構造体）が形成される。また、エレメント管施工後に連続するエレメント管の内部を連通させ、エレメント管の内部を鉄筋コンクリート造とすることで本設接合体が形成される形態であってもよい。ここで、鉄筋コンクリート造は、鉄筋のほか、ＰＣ鋼材からなる緊張材が円弧方向に配設され、エレメント管内にトンネル内からコンクリートが充填されることで形成される。また、この鉄筋や緊張材は、トンネル側の収容部においてアンカー定着もしくはナット固定されることによって接合体とトンネルとの接続強度を高めることもできる。この場合には、収容部が凹溝とその内部の充填材と、該凹溝の周りに設けられたＲＣ構造体から形成され、例えば引張材の端部をこのＲＣ構造体の内部に定着するような構成を適用できる。

双方のトンネル間に円弧状の接合体が構築された後に、場合によっては接合体の構築の前後で止水対策用の地盤改良施工を施し、接合体にて土水圧を支保しながら接合体と双方のトンネルで包囲された領域の地盤を掘削する。さらに、トンネルの拡幅に障害となるセグメントは適宜撤去する。

本発明の上記施工方法によれば、被接続トンネルに形成された収容部に接合体の端部のエレメント管の一部を収容接続させるだけの極めて簡易な方法によって多連円弧状トンネルを構成するトンネルと接合体を接続することができるため、施工コストを高騰させることもない。

また、上記特許文献１に開示の接続構造のように、トンネルから突起が張り出し、この突起に接合体が接続されるといった構造ではなく、トンネルの周側の一部に円弧状の接合体の端部が収容され、全体の断面形状が滑らかな多連円弧状を呈することから、応力集中箇所が生じ得ず、したがって接合部を大断面にするといった補強対策を余儀なくされることもない。

したがって、本発明の施工方法によれば、浅深度における併設シールドトンネルないしは推進トンネルの接続を、非開削で地盤変状を齎すことなく、効率的に施工することが可能となる。また、この施工方法によれば、パイプルーフ等の支保工の施工を不要とできるため、この観点からも工期の短縮と工費の節減を図ることができる。

また、本発明による多連円弧状トンネルのトンネルと接合体との接続構造は、併設するトンネルと、双方のトンネルを繋ぐ接合体と、からなる少なくとも３連以上の多連円弧状トンネルにおいて、トンネルと接合体との接続構造であって、前記トンネルにおいて前記接合体と接続される箇所には該接合体の一部が収容される収容部が形成されており、トンネルの間に構築され、該トンネルの軸方向に沿う複数のエレメント管が円弧状に構築された端部のエレメント管の一部が該収容部に収容されてなることを特徴とするものである。

既述するように、円形断面トンネルの一部に欠損部が設けられており、この欠損部にエレメント管の一部が嵌まり込むような形態があり、その他には、トンネルの外周においてその軸方向に沿う凹溝と該凹溝内に充填硬化された充填材とから形成されており、接合体端部のエレメント管の一部が充填材を切欠いて接合体とトンネルが繋げられている形態などもある。さらに、エレメント管の内部がＲＣ造となっている場合には、該鉄筋コンクリート造を形成する引張材であって円弧に沿う方向に延設する引張材の端部が前記収容部で固定されていることにより、接合体とトンネルとが接続された構造となる。なお、収容部を凹溝とその内部の充填材と該凹溝の周りに設けられたＲＣ構造体とから構成し、例えば引張材の端部をこのＲＣ構造体の内部に定着してなる接続構造や、このＲＣ構造体を鋼製箱体で包囲しておき、ＲＣ構造体と箱体を貫通した引張材の端部をナット固定してなる接続構造などの実施の形態であってもよい。

上記するように、本発明のトンネルと接合体の接続構造は、簡易に構築できるとともに、この接続部が過度の応力集中箇所とならないことから他のトンネル部位と同程度の断面（寸法）にて構造安定性を満足することができる。

以上の説明から理解できるように、本発明の多連円弧状トンネルの施工方法およびトンネルと接合体との接続構造によれば、被接続トンネルに形成された収容部に接合体の端部のエレメント管の一部を収容接続させるだけの極めて簡易な方法によって多連円弧状トンネルを構成することができ、場合によってはエレメント管の内部に配設された鉄筋や緊張材がトンネル側の収容部においてアンカー定着もしくはナット固定されることにより、効率的な多連円弧状トンネルの施工を実現でき、シンプルで構造安定性に優れた接続構造を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の３連円弧トンネルの施工方法を示す断面図であり、図２は図１のＩＩ部の拡大図であって接続構造の一実施の形態を示した断面図である。図３ａ，ｂはともにエレメント管の実施の形態を示す断面図であり、図４は接続構造の他の実施の形態を示した断面図である。図５，６は順に図１に続き、本発明の３連円弧トンネルの施工方法を示す断面図である。図７はエレメント管の他の実施の形態とトンネルとの接続方法を示す断面図であり、図８〜１０は図７のエレメント管を使用した場合の接続構造の一実施の形態を示した断面図である。

図１は、本発明の３連円弧トンネルの施工方法を示す断面図である。まず、ＲＣセグメントないしは鋼製セグメントから構成される２つのシールドトンネル１，２が地盤Ｇ内に所定間隔を置いて構築される。これら２つのトンネル１，２は、２台のシールド機が並行して、または１台のシールド機が順次掘進しながら地盤Ｇ内に先行施工される。

次いで、双方のトンネル１，２間に円弧状の上下の接合体３，３’を構成するエレメント管３１，…を推進させるための掘進機を不図示の立坑から発進させ、エレメント管３１，…をトンネル軸方向に順次推進させることによって接合体３，３’が形成される。ここで、トンネル１，２のうち、エレメント管３１と直接接続される箇所には該エレメント管３１の一部を収容する収容部１１，２１が形成されている。なお、立坑の構築を非開削でおこなう場合には、局所的に曲線ボーリング等を用いて地中拡幅や切り拡げをおこなって発進基地を構築する方法であってもよい。図１からも明らかなように、トンネル１，２とそれらを繋ぐ円弧状の接合体３，３’は滑らかな３連円弧断面を形成することができるものであり、したがって、トンネル１，２と接合体３，３’との接続部にて応力集中が齎されるような構造には成り得ない。

この収容部１１，２１は、図２に示すように、トンネルを構成する他のセグメントと一体に設けられたＲＣ構造体からなり、その外周面にはエレメント管３１の一部が収容可能な凹溝１２が滑動せん断キーおよびエレメント管の案内溝として形成されており、さらにこの凹溝１２に充填材４が充填された構成となっている。この凹溝１２に案内されるようにして掘進機が充填材４を切削しながらエレメント管３１が推進施工されることにより、図２に示す端部のエレメント管３１とトンネル１との接続がおこなわれ、接続構造１００が形成される。なお、トンネル２と端部のエレメント管３１との接続も同様に実行される。

ここで、図示するエレメント管３１の実施例およびエレメント管３１，３１同士の接続態様について説明する。図３ａ，ｂはそれぞれエレメント管３１の実施例を示した断面図である。図３ａに示すエレメント管３１Ａは、断面視が略台形状に形成された鋼製のエレメント管であって、その一方の側辺には断面視三角形の２つの係合ブラケット３３，３３が設けられており、その他方の側辺には断面視が矩形の２つの係合ブラケット３２，３２が設けられている。図示するように、隣接するエレメント管３１Ａ，３１Ａ同士は、一方の係合ブラケット３３，３３が他方の係合ブラケット３２，３２の内側に嵌め合いされるようになっている。

一方、図３ｂは他の実施例を示しており、このエレメント管３１Ｂ，３１Ｂ同士の接続部は一方の係合ブラケット３２に他方の係合プレート３５が当接した姿勢でボルト３５にて接続され、さらにこの接合部に止水処理（止水部３６）が施されたものである。さらに、エレメント管３１Ｂ，３１Ｂ同士は連通しており、その内部にせん断補強筋３７，…が配設された態様でコンクリートが充填された構造となっている。エレメント管３１Ｂのごとく補強されたエレメント管はそれのみで本設接合体（本設用の構造体）を構成することができる。

図４は接続構造の他の実施の形態を示した断面図である。この接続構造２００は、エレメント管３１，…の内部が連通するとともに、トンネル１の収容部１１〜トンネル２の収容部２１に延びる引張材５１，…（ＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒、鉄筋など）がその内部に配設されており、引張材５１の端部がアンカー５１ａとして収容部１１（２１）を構成するＲＣ構造体内で定着された構造となっている。なお、エレメント管３１の内部にはトンネル軸方向に延びる引張材５２，…が適所に配設されてＲＣ構造を形成している。

この接続構造の施工方法としては、エレメント管３１，…からなる接合体を形成後、エレメント管内の隔壁を撤去しながら円弧方向に連通させ、収容部１１に引張材５１の端部を定着させながら引張材５１，５２を配設し、コンクリート６をトンネル内から充填することによって施工される。

トンネル１，２を繋ぐ上下の接合体３，３’が構築された後に、図５に示すように接合体３，３’の間の地盤を掘削していく（矢印方向）。

地盤掘削が完了後、図６に示すように、トンネルの一部撤去（図ではトンネル２の一部撤去）をおこなうとともに本設地下道用の躯体施工を実施し、図示するように本線上り車線９１と本線下り車線９２が収容される３連円弧トンネル１０００が構築される。

次に、図１〜６とは異なる態様のエレメント管を使用した場合のトンネルと接合体の接続構造について図７〜１０に基づいて説明する。なお、その施工方法の概要は図１〜６の場合と同様であるため、施工方法の詳細については省略する。

図７に示すエレメント管３１Ｃは、断面視円形であって、その一部が欠損した態様で隔壁３１Ｃ１が形成され、欠損部に充填材３１Ｃ２が硬化された管体である。円弧端部のエレメント管３１Ｃはトンネル１の収容部１１の充填材４を切削しながら施工され、それに隣接するエレメント管３１Ｃは先行施工されたエレメント管３１Ｃの充填材３１Ｃ２を掘進機が切削することによって一部ラップしながら設置される。これが円弧方向に沿って順次施工されることで接合体が形成されるものである。

図８は、図７にて隣接設置されたエレメント管３１Ｃ，…同士の接続態様とトンネル１と接合体３Ａとの接続構造３００を示した断面図である。

エレメント管３１Ｃの隔壁３１Ｃ１が撤去されてエレメント管３１Ｃ，…同士が連通され、その内部に引張材５１，…が配設され、引張材５１の端部がアンカー５１ａとして収容部１１を構成するＲＣ構造体内で定着される。

一方、図９の接続構造４００は、滑動せん断キーである凹溝１２を具備するＲＣ構造体からなる収容部１１Ａの外周に鋼製プレートからなる箱体１３が設けられており、この２段の固定プレート１３ａ，１３ａに形成された不図示のアンカー孔を介して引張材５１を貫通させ、各固定プレート１３にナット７にてナット締めされた接続構造である。

さらに図１０の接続構造５００は、エレメント管３１Ｃ，…内を貫通した引張材５１（図では鉄筋）がトンネル１のセグメントを貫通してトンネル１内部に突出し、この引張材５１をトンネル１内の本設構造躯体を形成する鉄筋８１，…に定着させる（重ね継ぎ、フック継ぎ）させるとともに構造躯体コンクリート６Ａに埋め込まれてなる接続構造である。

上記する接続構造やエレメント管の選定は、トンネルと接合体の接続部に要求される接続強度や工費、工期を勘案して適宜選定されるものである。例えば、工期を重視するとともに接続部に要求される強度が比較的小さな場合には、エレメント管を設置するだけで本設接合体が形成される図１の施工方法（および図２の接続構造）を選定するのが好ましい。一方、比較的深いレベルに施工されることで接続部に比較的大きな接続強度が要求される場合には、図４、図８〜１０の接続構造が選定さえるのがよい。

本発明の多連円弧状トンネルの接続構造と施工方法によれば、原則的には被接続トンネルに形成された収容部に接合体の端部のエレメント管の一部を収容接続させるだけの極めて簡易な方法によって多連円弧状トンネルを構成することができるため、パイプルーフ等の支保工の構築を不要とでき、比較的浅深度においても非開削で地盤変状を来たすことなく効率的に多連円弧状トンネルを施工することができる。また、トンネルと接合体との接続部において応力集中が齎されることがないため、この接合部を大断面に設計する必要もない。したがって、効率的で構造安全性に優れた多連円弧状トンネルの施工を実現することができるものである。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、掘削方法にパイプルーフではなく山岳工法を適用する等、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

本発明の３連円弧トンネルの施工方法を示す断面図である。 図１のＩＩ部の拡大図であって接続構造の一実施の形態を示した断面図である。 （ａ）、（ｂ）ともにエレメント管の実施の形態を示す断面図である。 接続構造の他の実施の形態を示した断面図である。 図１に続き、本発明の３連円弧トンネルの施工方法を示す断面図である。 図５に続き、本発明の３連円弧トンネルの施工方法を示す断面図である。 エレメント管の他の実施の形態とトンネルとの接続方法を示す断面図である。 図７のエレメント管を使用した場合の接続構造の一実施の形態を示した断面図である。 図７のエレメント管を使用した場合の接続構造の他の実施の形態を示した断面図である。 図７のエレメント管を使用した場合の接続構造のさらに他の実施の形態を示した断面図である。

符号の説明

１，２…トンネル、１１，１１Ａ，２１…収容部、１２…凹溝、３，３’，３Ａ…接合体、３１，３１Ａ，３１Ｂ…エレメント管、３２，３３，３４…突起、４…充填材、５１…引張材、５１ａ…アンカー、６…コンクリート、１００，２００，３００，４００，５００…接続構造、１０００…３連円弧トンネル、Ｇ…地盤

Claims (7)

1. 併設するトンネルと、双方のトンネルを繋ぐ接合体と、からなる少なくとも３連以上の多連円弧状トンネルの施工方法であって、
   地中に併設するトンネルを構築するとともに、該トンネルのうち前記接合体と接続される箇所には該接合体の一部が収容される収容部が形成されている第１の工程と、
   前記トンネルの間に該トンネルの軸方向に沿う複数のエレメント管が円弧状に構築され、かつ、両端のエレメント管の一部は前記トンネルの収容部に収容される第２の工程と、
   前記接合体と双方のトンネルで包囲された領域の地盤を掘削し、トンネルの一部を撤去して本設構造体を構築する第３の工程と、を少なくとも具備する、多連円弧状トンネルの施工方法。
2. 前記収容部は、トンネルの外周においてその軸方向に沿う凹溝と該凹溝内に充填硬化された充填材とから形成されており、エレメント管を施工する掘進機が該充填材を切削しながら接合体端部のエレメント管の一部を収容部に収容することを特徴とする請求項１に記載の多連円弧状トンネルの施工方法。
3. 前記エレメント管はその側面端部に係合部を具備しており、隣接するエレメント管が該係合部同士で相互に接合されることで本設接合体が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の多連円弧状トンネルの施工方法。
4. 複数のエレメント管が円弧状に構築された後にエレメント管同士を連通させ、エレメント管の内部を鉄筋コンクリート造とすることで本設接合体が形成され、該鉄筋コンクリート造を形成する引張材であって円弧に沿う方向に延設する引張材の端部が前記収容部で固定されることを特徴とする請求項１または２に記載の多連円弧状トンネルの施工方法。
5. 併設するトンネルと、双方のトンネルを繋ぐ接合体と、からなる少なくとも３連以上の多連円弧状トンネルにおける、トンネルと接合体との接続構造であって、
   前記トンネルにおいて前記接合体と接続される箇所には該接合体の一部が収容される収容部が形成されており、双方のトンネルの間に構築され、該トンネルの軸方向に沿う複数のエレメント管が円弧状に構築されてなる接合体の端部のエレメント管の一部が該収容部に収容されていることを特徴とする、多連円弧状トンネルのトンネルと接合体との接続構造。
6. 前記収容部は、トンネルの外周においてその軸方向に沿う凹溝と該凹溝内に充填硬化された充填材とから形成されており、接合体端部のエレメント管の一部が充填材を切欠いて接合体とトンネルが繋げられていることを特徴とする請求項５に記載の多連円弧状トンネルのトンネルと接合体との接続構造。
7. 前記エレメント管同士は連通しており、エレメント管の内部が鉄筋コンクリート造に形成され、該鉄筋コンクリート造を形成する引張材であって円弧に沿う方向に延設する引張材の端部が前記収容部で固定されていることを特徴とする請求項５または６に記載の多連円弧状トンネルのトンネルと接合体との接続構造。

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