JP2007332720A - 地中構造物の構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】立坑を建設しなくとも小断面トンネル群からなる地中構造物を構築することが可能な地中構造物の構築方法を提供する。
【解決手段】複数の小断面トンネル１１１，１２１，１３１，１４１の側面間を連結した小断面トンネル群１０によって地山６を囲繞し、その囲繞された地山を掘削して構築する拡幅部１００の構築方法である。 そして、複数の小断面シールド掘削機を備えたシールド掘削機２１を掘進させた後、拡幅部１００の長手方向の両端１００ａ，１００ｂとなるうちの一方の端部１００ａに向けてそこから複数の小断面シールド掘削機を掘進させて間隔を置いた複数の小断面トンネルを構築し、同様に他方の端部１００ｂに対してもおこない、先行して構築された小断面トンネル１１１間に小断面トンネル１３１を構築して側面間を連結した小断面トンネル群を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、地下道路の分岐・合流部、地下鉄の駅舎、大断面トンネル、地下備蓄施設又は地下駐車場などの地中構造物を構築する際の構築方法に関するものである。

従来、地中に大断面の地中構造物を構築する方法として、特許文献１〜３などに開示されているように、地山を複数の小断面トンネルで囲繞して大断面トンネルの外殻を形成した後に内部の地山を掘削する方法が知られている。

これらの方法では、小断面トンネルを構築するシールド掘削機を発進及び到達させる基地として、上方が地表面に開口された立坑を発進側と到達側に構築し、その立坑間に小断面トンネル群を構築している。

一方、特許文献４，５には、複数の小断面シールド掘削機を備えた親子型のシールド掘削機が開示されている。
特公平７−８６３２０号公報 特許第３０８４５００号公報 特開２０００−３１０１００号公報 特開２００１−２５４５９１号公報 特開平１０−１７６４７９号公報

しかしながら、この立坑の建設費及び工期は、トンネルの深度が深くなればなるほど嵩む上に、都心部においては立坑を建設する場所の用地買収などが難しく工事の着手が遅れたり、ルートを変更せざるをえない状況になったりするなどの問題が発生するおそれがある。

そこで、本発明は、立坑を建設しなくとも小断面トンネル群からなる地中構造物を構築することが可能な地中構造物の構築方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の地中構造物の構築方法は、複数の小断面トンネルの側面間を連結した小断面トンネル群によって地山を囲繞し、その囲繞された地山を掘削して構築する地中構造物の構築方法において、複数の小断面シールド掘削機を備えたシールド掘削機を掘進させた後、前記地中構造物の長手方向の両端となるうちの一方の端部に到達する前に前記シールド掘削機を停止させて複数の小断面シールド掘削機を前記一方の端部に向けて発進させ、前記一方の端部を通過した後に他方の端部に到達するまで小断面シールド掘削機を掘進させて間隔を置いた複数の小断面トンネルを構築し、同様に前記他方の端部に対しても前記シールド掘削機とは反対側から複数の小断面シールド掘削機を備えたシールド掘削機を掘進させ、その他方の端部に到達する前に該シールド掘削機を停止させて複数の小断面シールド掘削機を前記小断面トンネル間に向けて発進させ、先行して構築された小断面トンネル間に小断面トンネルを構築して側面間を連結した小断面トンネル群を形成することを特徴とする。

ここで、前記小断面トンネルを構築した後に、前記小断面シールド掘削機の前面の切削部を回収し、前記小断面シールド掘削機を発進させたシールド掘削機の前面にその回収した切削部を配置し、前記シールド掘削機を再び掘進させることができる。

このように構成された本発明の地中構造物の構築方法は、複数の小断面シールド掘削機を備えたシールド掘削機によって所定の深度まで掘進させ、地中でこれらの小断面シールド掘削機を発進させることによって構築される小断面トンネルを複数連結して小断面トンネル群を構築する。

このように立坑を建設しなくても小断面トンネル群によって地山を囲繞した地中構造物を構築することができるので、立坑を建設する場合に発生する用地問題や建設費及び工期の増加などの問題によって地中構造物の建設が制限されることがない。

また、小断面トンネル群の構築に使用した小断面シールド掘削機の切削部を回収し、これらの小断面シールド掘削機を発進させたシールド掘削機に回収した切削部を戻すことで、再びシールド掘削機を掘進させることができる。

以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は本実施の形態の地中構造物の構築方法によって構築された地中構造物としての拡幅部１００の概略構成を示す側面図である。

この拡幅部１００は、例えば地下鉄の駅舎として地中に構築されるもので、そこにアクセスするためのアクセストンネル１１〜１４と、地下鉄が走行する本線トンネル１５が拡幅部１００の両端１００ａ，１００ｂに接続される。

本実施の形態の地中構造物の構築方法では、図２に示すような複数の小断面シールド掘削機２１１Ａ〜２１１Ｇ（以下、機体を特定せずに説明する場合はアルファベットを省略する場合がある。）を備えたシールド掘削機２１を使用する。

このシールド掘削機２１は、中心に小断面シールド掘削機２１１Ｇが配備されるとともに、その周囲の環状揺動部２１２には複数の小断面シールド掘削機２１１Ａ〜２１１Ｆが配備されている。

この小断面シールド掘削機２１１は、シールド掘削機２１に配備されているときには、それぞれ独立して回転して切削部２１３によって前方の地山６を掘削する。また、環状揺動部２１２が、図示しない油圧ジャッキなどの伸縮によって中心の小断面シールド掘削機２１１Ｇの周りを例えば３０〜４５度の角度で揺動することで、小断面シールド掘削機２１１Ａ〜２１１Ｆ間の隙間の地山６も切削されることになる。

このシールド掘削機２１によって掘削した地山６には、円弧状のセグメントなどの覆工材を配置して拡幅部１００の端部１００ａに繋がるアクセストンネル１１とする。

また、このシールド掘削機２１から、小断面シールド掘削機２１１Ａ〜２１１Ｇをそれぞれ発進させて、図２に示すように複数の小断面トンネル１１１Ａ〜１１１Ｇ（一部については図示省略。以下図面を簡素化するために同様の形態の図示は省略する場合がある。）を構築する。

この小断面シールド掘削機２１１Ａ〜２１１Ｇによって構築される小断面トンネル１１１Ａ〜１１１Ｇは、拡幅部１００の外殻となる小断面トンネル群１０の一部を構成することになる。

この小断面トンネル群１０は、拡幅部１００においては図５に示すように略平行に構築され、先行して構築された小断面トンネル１１１Ａ〜１１１Ｇ，１２１Ａ〜１２１Ｇの側面は、図４（ｂ）に示すように隣接する小断面トンネル１３１Ａ〜１３１Ｇ，１４１Ａ〜１４１Ｇによって切り欠かれて断面が重複した状態で連結される。

すなわち、これらの小断面トンネル１１１Ａ〜１１１Ｇ，１２１Ａ〜１２１Ｇ，１３１Ａ〜１３１Ｇ，１４１Ａ〜１４１Ｇ（以下、アルファベットを省略して説明する場合がある。）の覆工は、小断面シールド掘削機２１１で切削が可能となる程度の強度のコンクリートによって形成される。

そして、これらの小断面トンネル１１１，１２１，１３１，１４１によって構成される断面視楕円状の小断面トンネル群１０によって地山が囲繞される。

なお、後行トンネルを構築する際に小断面シールド掘削機２１１によって切削されることがない部分には、鉄筋を配置しておくのが好ましい。

次に、本実施の形態の地中構造物としての拡幅部１００の構築方法を説明するとともに、この実施の形態の作用について説明する。

まず、拡幅部１００の長手方向の両側の端部１００ａ，１００ｂにあたる地山６を、図３に示すように地上から地盤改良機４によって地盤改良する。この地盤改良機４は、例えば撹拌ロッド４１の先端からセメントミルクなどの固化材を噴射しながら地山６を撹拌・固化する装置で、地上を開削することなく地山６の深部に地盤改良部３Ａ，３Ｂを構築することができる。

また、地盤改良機４を地上で移動させながら地山６を改良するようにすれば、一時的に占有される地上の面積を最小限に抑えることができるので、立坑を構築する場合に比べて用地の確保が比較的容易におこなえる。

そして、拡幅部１００の外側の地上又は発進基地（図示せず）から一方の地盤改良部３Ａに向けてシールド掘削機２１，２２を掘進させる。このシールド掘削機２１，２２は上下に並んで掘進し、その後方にはアクセストンネル１１，１２が側面視円弧状に上下に構築される。

なお、シールド掘削機２１，２２を発進させるために地上に浅い立坑を構築してもよく、この際に構築される立坑は規模が小さいうえに、用地の確保がし易い場所を選ぶことができるので工事の進行に支障を与えることはない。

また、シールド掘削機２１，２２は、中折れ機構などの曲線トンネルを構築するための公知の機構を備えている。

さらに、上記とは反対側の拡幅部１００の外側に位置する地上又は発進基地（図示せず）から他方の地盤改良部３Ｂに向けて上下に並んでシールド掘削機２３，２４を掘進させて、その後方にアクセストンネル１３，１４を側面視円弧状に構築する。

これらのシールド掘削機２１〜２４は、地盤改良部３Ａ，３Ｂに到達する前に一旦、停止させる。そして、図２に示すようにシールド掘削機２１から小断面シールド掘削機２１１Ａ〜２１１Ｇを一方の地盤改良部３Ａに向けて発進させる。

これらの小断面シールド掘削機２１１Ａ〜２１１Ｇは、例えば符号のアルファベット順に発進させ、図１に示すように地盤改良部３Ａに向けて小断面トンネル１１１Ａ〜１１１Ｇがラッパ状に広がるように掘進させる。

そして、地盤改良部３Ａに到達したときには、図４（ａ）に示すように楕円に沿って小断面トンネル１１１Ａ〜１１１Ｇが所定の間隔を置いて配置されるようにする。

この小断面トンネル１１１Ａ〜１１１Ｇの間隔は、後からそれらの間に構築されるトンネルによって小断面トンネル１１１Ａ〜１１１Ｇの側面間が連結されるように、小断面トンネル１１１Ａ〜１１１Ｇの直径より狭い間隔にしておく。

このシールド掘削機２１と同様に、下方のシールド掘削機２２からも小断面シールド掘削機２２１（以下、シールド掘削機２２〜２４については、シールド掘削機２１と同じ規則で符号を付与するが図示は省略する場合もある。）を発進させて小断面トンネル１２１Ａ〜１２１Ｇを構築する。

これらの小断面トンネル１１１Ａ〜１１１Ｇ，１２１Ａ〜１２１Ｇは、一方の地盤改良部３Ａにおいて図４（ａ）に示すように断面視楕円状に並んだ後は、略平行して他方の地盤改良部３Ｂに向けて延伸される。

そして、地盤改良部３Ｂ内で小断面シールド掘削機２１１，２２１を停止させ、その前面の切削部２１３を回収し、後方で停止させたシールド掘削機２１，２２の小断面シールド掘削機２１１，２２１を発進させた穴に嵌め込む。

また、他方の地盤改良部３Ｂの手前で停止させたシールド掘削機２３，２４からも地盤改良部３Ｂに向けて小断面シールド掘削機２３１，２４１を発進させる。これらのシールド掘削機２３，２４から延伸される小断面トンネル１３１，１４１も、地盤改良部３Ｂに近づくに従ってラッパ状に広がり、先行して構築された小断面トンネル１１１Ａ〜１１１Ｇ，１２１Ａ〜１２１Ｇの間に向けて延伸される。

そして、地盤改良部３Ｂに到達した後は、図５に示すように略平行に並んで小断面トンネル１１１Ａ〜１１１Ｇ，１２１Ａ〜１２１Ｇ間を小断面シールド掘削機２３１Ａ〜２３１Ｇ，２４１Ａ〜２４１Ｇが掘進する。

この小断面シールド掘削機２３１，２４１は、先行して構築された小断面トンネル１１１，１２１の側面を切削しながら掘進するので、小断面トンネル１１１，１２１，１３１，１４１の側面間が連結された小断面トンネル群１０の断面は、図４（ｂ）に示すように円形の一部が重複して連なった楕円状に形成される。

この小断面シールド掘削機２３１，２４１の前面の切削部２１３も、地盤改良部３Ａに到達した後に回収して、シールド掘削機２３，２４の前面に再び配置する。

このように切削部２１３を回収して、小断面シールド掘削機２１１，２２１，２３１，２４１を発進させたシールド掘削機２１〜２４に戻せば、再びシールド掘削機２１〜２４を地山６に向けて掘進させることができる。

そこで、図６に示すようにシールド掘削機２１，２２を停止させた位置（二点鎖線）から地盤改良部３Ａに向けてシールド掘削機２１，２２を掘進させて延伸部１１ａ，１２ａを構築する。また、他方側のシールド掘削機２３，２４も再び地盤改良部３Ｂに向けて掘進させて延伸部１３ａ，１４ａ（図示省略）を構築する。

このようにして構築された拡幅部１００の一方の地盤改良部３Ａ側の端面を図７に示す。

この拡幅部１００は、地山６を楕円筒状に囲繞する小断面トンネル群１０によって外殻が形成され、その小断面トンネル群１０の端部１００ａは地盤改良部３Ａによって閉塞されている。

この拡幅部１００の端部１００ａには、アクセストンネル１１，１２の延伸部１１ａ，１２ａが接続される。ここで、この延伸部１１ａ，１２ａの覆工はシールド掘削機によって切削可能な材料によって構築される。

そして、図１に示すようにこの拡幅部１００に向けて本線用シールド掘削機２５が掘進し、図７に示すように延伸部１１ａ，１２ａの側面を切削しながら本線トンネル１５が拡幅部１００に接続される。

なお、拡幅部１００の他方の端部１００ｂに対しても同様に本線トンネル（図示せず）とアクセストンネル１３，１４が接続される。

また、このように小断面トンネル群１０と地盤改良部３Ａ，３Ｂで囲まれた内部の地山６は、周囲の地山６から分離されることになってバックホウなどで安全かつ容易に掘削することができる。

そして、この内部掘削によって露出される小断面トンネル群１０の内側面側には、コンクリートを吹き付けたり、別途、鉄筋コンクリート壁を構築したり、支持柱や支持梁を設けたりするなどして拡幅部１００の内部構造を完成させればよい。

このように構成された本実施の形態の拡幅部１００の構築方法は、複数の小断面シールド掘削機２１１Ａ〜２１１Ｇを備えたシールド掘削機２１によって地山６の所定の深度まで掘進させ、地中でこれらの小断面シールド掘削機２１１Ａ〜２１１Ｇを発進させることによって構築される小断面トンネル１１１Ａ〜１１１Ｇを複数連結して小断面トンネル群１０を構築する。

このように立坑を建設しなくても小断面トンネル群１０によって地山６を囲繞した拡幅部１００を構築することができるので、立坑を建設する場合に発生する用地問題や建設費及び工期の増加などの問題によって駅舎などの拡幅部１００の建設が制限されることがない。

また、小断面トンネル群１０の構築に使用した小断面シールド掘削機２１１Ａ〜２１１Ｇの切削部２１３を回収し、これらの小断面シールド掘削機２１１Ａ〜２１１Ｇを発進させたシールド掘削機２１に回収した切削部２１３を戻すことで、再びシールド掘削機２１を掘進させることができる。

また、小断面シールド掘削機２１１，２２１，２３１，２４１は、通常のシールドトンネルの施工時と同様に、略水平方向及び斜め方向に掘進させればよいので、上向きに掘進させて上下を反転させて折り返させるなどの特殊な掘進をおこなう必要がなく、姿勢制御が容易で施工性に優れている。

さらに、施工性がよいため正確な位置に小断面トンネル１１１，１２１，１３１，１４１を構築することができ、施工誤差によって小断面トンネル１１１，１２１，１３１，１４１間に隙間が発生することがない。

そして、アクセストンネル１１〜１４の構築、小断面トンネル１１１，１２１，１３１，１４１の構築、地盤改良部３Ａ，３Ｂの構築、本線トンネル１５の構築など、並行しておこなえる工程が多いため、大幅な工期の短縮が可能になる。

以上、図面を参照して、本発明の最良の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、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。

例えば、前記実施の形態では、小断面トンネル群１０を円筒状に形成したが、これに限定されるものではなく、例えば断面視四角形などの多角柱状や馬蹄形状など任意の断面形状に形成することができる。

さらに、前記実施の形態における小断面トンネル群１０を構成する小断面トンネル１１１，１２１，１３１，１４１の数は例示であり、これに限定されるものではなく、小断面トンネルの径及び構築する地中構造物の大きさ及び断面形状によって適切な本数を設定すればよい。

また、前記実施の形態では、先行して構築した小断面トンネル１１１，１２１の側面を後行の小断面トンネル１３１，１４１の小断面シールド掘削機２３１，２４１によって切削して連結させたが、これに限定されるものではなく、例えば最初に構築した断面視円形の小断面トンネルの両側面に、円形の一部が欠損した半月形の小断面トンネルを構築したり、円形の両側が欠損した分銅形の小断面トンネルを構築したりして連結をおこなう方法であってもよい。

さらに、前記実施の形態では、最初に拡幅部１００の長手方向の両側の端部１００ａ，１００ｂにあたる地山６を地上から地盤改良機４によって地盤改良したが、これに限定されるものではなく、シールド掘削機２１，２２や小断面シールド掘削機の内部から薬液注入などによって地盤改良部３Ａ，３Ｂを構築してもよい。

また、地盤改良部３Ａ，３Ｂの構築は、切削部２１３の回収に支障がある場合などを除けば、小断面トンネル群１０に囲まれた内部の地山６をバックホウなどで掘削する前までに行えばよい。

本発明の最良の実施の形態の地中構造物の概略構成を説明する側面図である。 複数の小断面シールド掘削機を備えたシールド掘削機の概略構成を説明する斜視図である。 地中構造物の構築方法における地盤改良部の構築工程を説明する説明図である。 拡幅部を構築する方法を説明する図であって、（ａ）は先行して構築する小断面トンネルの断面図、（ｂ）は小断面トンネル群の断面図である。 先行する小断面トンネルの間に後行する小断面トンネルを構築した拡幅部の端部付近の平面図である。 シールド掘削機を再掘進させて延伸部を構築する工程を説明する説明図である。 拡幅部の端面の構成を説明する断面図である。

符号の説明

１００ 拡幅部（地中構造物）
１００ａ，１００ｂ 端部
１０ 小断面トンネル群
１１，１２，１３，１４ アクセストンネル
１１１，１２１，１３１，１４１ 小断面トンネル
２１，２２，２３，２４ シールド掘削機
２１１，２２１，２３１，２４１ 小断面シールド掘削機
２１３ 切削部
６ 地山

Claims (2)

1. 複数の小断面トンネルの側面間を連結した小断面トンネル群によって地山を囲繞し、その囲繞された地山を掘削して構築する地中構造物の構築方法において、
   複数の小断面シールド掘削機を備えたシールド掘削機を掘進させた後、前記地中構造物の長手方向の両端となるうちの一方の端部に到達する前に前記シールド掘削機を停止させて複数の小断面シールド掘削機を前記一方の端部に向けて発進させ、前記一方の端部を通過した後に他方の端部に到達するまで小断面シールド掘削機を掘進させて間隔を置いた複数の小断面トンネルを構築し、同様に前記他方の端部に対しても前記シールド掘削機とは反対側から複数の小断面シールド掘削機を備えたシールド掘削機を掘進させ、その他方の端部に到達する前に該シールド掘削機を停止させて複数の小断面シールド掘削機を前記小断面トンネル間に向けて発進させ、先行して構築された小断面トンネル間に小断面トンネルを構築して側面間を連結した小断面トンネル群を形成することを特徴とする地中構造物の構築方法。
2. 前記小断面トンネルを構築した後に、前記小断面シールド掘削機の前面の切削部を回収し、前記小断面シールド掘削機を発進させたシールド掘削機の前面にその回収した切削部を配置し、前記シールド掘削機を再び掘進させることを特徴とする請求項１に記載の地中構造物の構築方法。

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