JP4587918B2

JP4587918B2 - シールドトンネルの分岐合流部施工方法

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Publication number: JP4587918B2
Application number: JP2005265262A
Authority: JP
Inventors: 雅也福居; 泰治花岡; 貴狩野
Original assignee: Hitachi Zosen Corp; Okumura Corp
Current assignee: Okumura Corp; Kanadevia Corp
Priority date: 2005-09-13
Filing date: 2005-09-13
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2025-09-13
Also published as: JP2007077635A

Description

本発明は、本線シールドトンネルに分岐合流シールドトンネルを接合してトンネルの分岐合流部を形成するシールドトンネルの分岐合流部施工方法に関する。

例えば、地中に先行形成された本線トンネルにランプトンネル等の分岐合流トンネルを接続する工法として、分岐合流部分の地盤を開削して立坑を設け、この立坑の内部において本線トンネルと分岐合流トンネルとを接合する工法が考えられる。また、このような開削工法は、特に都市部においては、地上での施工スペースや用地の確保等に問題がある上、周囲への環境問題も生じやすくなることから、地中において分岐合流トンネルと本線トンネルとを接合する工法として、例えば本線トンネルと分岐合流トンネルとを間隔をおいて別々に施工し、この間隔部分の上下を覆って山留部材を圧入したり、地盤改良を行ってから、当該間隔部分を掘削して両者を繋ぐ工法（例えば、特許文献１参照）や、本線トンネルの分岐部または合流部に大断面のトンネルを形成し、この大断面のトンネル内部から分岐（合流）方向に小断面のシールドトンネルを分岐合流トンネルとして掘進していく工法（例えば、特許文献２参照）等、種々の工法が提案されている。

また、これらの分岐合流トンネルと本線トンネルとを地中で接合する従来の工法では、地中の深部において大掛かりな地盤改良や山留支保工を施す必要があるため、施工コストが増大し、工期も長くなる。これに対して、施工コストの低減や、工期の短縮を図ることを目的として、シールド掘進機によって地中に先行形成された本線トンネルの接合側面部分を分岐合流トンネル用のシールド掘進機によって切削可能に構成し、この切削可能な部分を直接切削させつつ分岐合流トンネル用のシールド掘進機を掘進させ、本線トンネルに到達させることにより、本線トンネルと分岐合流トンネルとを地中で連通させる工法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特許第２８３９４４０号公報特開２００１−３５５３８５号公報特開２００４−２１１３６１号公報

特許文献３に記載のシールドトンネルの分岐合流部施工方法によれば、分岐合流トンネル用のシールド掘進機によって本線トンネルの接合側面部分を直接切削して本線トンネルと分岐合流トンネルとを接合することにより、施工コストの低減や、工期の短縮を効果的に図ることが可能になると考えられるが、実際の施工にあたっては、本線トンネルは、接合側面部分を切削されることによって断面欠損を生じることになり、本体覆工が施されるまでの間、分岐合流部の構造が周囲の地盤からの土圧や水圧に対して不安定な状態となりやすい。したがって、分岐合流トンネル用のシールド掘進機によって本線トンネルの接合側面部分を直接切削して本線トンネルと分岐合流トンネルとを接合する工法を採用するにあたって、周囲の地盤からの土圧や水圧を安定して支持しながら効率良く分岐合流部の施工を行うことのできる技術の開発が要望されている。

本発明は、分岐合流トンネル用のシールド掘進機によって本線トンネルの接合側面部分を直接切削して本線トンネルと分岐合流トンネルとを接合することにより分岐合流部を形成する施工方法において、本線トンネルの接合側面部分を切削してから本体覆工が施されるまでの間、周囲の地盤からの土圧や水圧を安定して支持しながら効率良く分岐合流部の施工を行うことのできるシールドトンネルの分岐合流部施工方法を提供することを目的とする。

本発明は、本線シールドトンネルに分岐合流シールドトンネルを接合してトンネルの分岐合流部を形成するシールドトンネルの分岐合流部施工方法であって、前記分岐合流部における前記本線シールドトンネルの接合側面部分のトンネル外郭体を分岐合流シールド掘進機によって切削可能な切削セグメントを用いて形成する工程と、前記分岐合流部における前記本線シールドトンネルの内部の前記切削セグメントよりも中央側に、上下方向からの荷重を支持する本線仮設中柱を立設配置すると共に、該本線仮設中柱よりも前記切削セグメント側に前記分岐合流シールド掘進機によって切削可能な貧配合固化材を充填固化する工程と、前記切削セグメント及び前記貧配合固化材を切削しつつ前記分岐合流シールド掘進機を掘進させて、前記分岐合流部における前記本線シールドトンネルの接合側面部分に前記分岐合流シールドトンネルの接合側部を摺り付ける工程と、前記分岐合流シールドトンネルの接合側部のトンネル外郭体を貫通して、前記本線シールドトンネルの接合側面部分とは反対側の内壁面と、前記分岐合流シールドトンネルの接合側部とは反対側の内壁面との間に横方向仮設支持梁を設置すると共に、前記分岐合流シールドトンネルの接合側部よりも中央側に上下方向からの荷重を支持する分岐合流線仮設中柱を立設配置し、且つ前記本線シールドトンネルの接合側面部分と前記分岐合流シールドトンネルの接合側部との摺り付け部分の周囲の地盤に地盤改良を施す工程と、前記本線シールドトンネルの接合側面部分の未切削の切削セグメント及び前記分岐合流シールドトンネルの接合側部のトンネル外郭体を撤去する工程と、前記接合側面部分の切削セグメントを撤去した後の前記本線シールドトンネルのトンネル外郭体の端面との当接面、前記接合側部のトンネル外郭体を撤去した後の前記分岐合流シールドトンネルのトンネル外郭体の端面との当接面、及び横方向本設支持梁との当接面を備える接続ピースを、前記切削セグメントを撤去して露出した前記接合側面部分の上下の地山面を覆って各々配置すると共に、横方向仮設支持梁と置き代えるようにして、上下の前記接続ピースの当接面と前記本線シールドトンネルの接合側面部分とは反対側の内壁面との間に前記横方向本設支持梁を各々架設する工程と、前記本線仮設中柱及び前記分岐合流線仮設中柱を撤去する工程とを含むシールドトンネルの分岐合流部施工方法を提供することにより、上記目的を達成したものである。

また、本発明のシールドトンネルの分岐合流部施工方法は、前記切削セグメントが、周方向に貫通して延設配置されたＰＣ鋼線によって周方向に緊張された状態で組み立てられており、前記分岐合流シールド掘進機の掘進方向後方側に配置された前記ＰＣ鋼線から順次撤去しながら、前記分岐合流シールド掘進機を掘進させて前記切削セグメント及び前記貧配合固化材を切削するようにすることが好ましい。

さらに、本発明のシールドトンネルの分岐合流部施工方法は、前記分岐合流シールド掘進機が、略長円断面形状のシールドトンネルを、長軸の長さを調整可能に形成する機構を備えるシールド掘進機であるであることが好ましい。

本発明のシールドトンネルの分岐合流部施工方法によれば、分岐合流トンネル用のシールド掘進機によって本線トンネルの接合側面部分を直接切削して本線トンネルと分岐合流トンネルとを接合することにより分岐合流部を形成する施工方法において、本線トンネルの接合側面部分を切削してから本体覆工が施されるまでの間、周囲の地盤からの土圧や水圧を安定して支持しながら効率良く分岐合流部の施工を行うことができる。

本発明の好ましい一実施形態に係るシールドトンネルの分岐合流部施工方法は、例えば高速道路のジャンクション部において、図１に示すように、本線シールドトンネル１１と分岐合流シールドトンネル１２との分岐合流部１０を地中に形成するべく、シールド工法による本線トンネル１０に、シールド工法による分岐合流トンネル１１を地中で直接接合する際に採用されたものである。本実施形態によれば、本線シールドトンネル１１の標準断面は、例えば車線幅員が３．２５ｍｍの３車線の道路を設けることのできる大きさの円形断面となっており（図２参照）、分岐合流シールドトンネル１２の標準断面は、例えば車線幅員が３．５ｍｍの２車線の道路を設けることのできる大きさの略長円形断面となっている（図２参照）。

また、本実施形態の分岐合流部施工方法は、本線シールドトンネル１１に対して、分岐合流シールド掘進機１３を、分岐合流シールドトンネル１２内の道路線形に応じた緩い角度で斜めに擦り付けるように接近させ、当該分岐合流シールド掘進機１３のカッター板１３ａによって、本線シールドトンネル１１のトンネル外郭体１５を構成するセグメント１４を切削させつつ、分岐合流シールドトンネル１２の接合側部１２ａを本線シールドトンネル１１の接合側面部分１１ａに食い込ませて設ける工程を介して（図３参照）、本線シールドトンネル１１を分岐合流シールドトンネル１２に連通させるものである。

ここで、本実施形態によれば、本線シールドトンネル１１と分岐合流シールドトンネル１２との分岐合流部１０は、本線シールドトンネル１１のトンネル外郭体１５が分岐合流シールド掘進機１３によって切削されて、本線シールドトンネル１１の接合側面部分１１ａと分岐合流シールドトンネル１２の接合側部１２ａとが交差又は重複して配置される部分である。また、本実施形態によれば、分岐合流シールド掘進機１３は、分岐合流シールドトンネル１２内の道路線形を本線シールドトンネル１１内の道路線形に合流させるのに必要な距離を確保できるように、予め設定された所定の長さで分岐合流部１０の掘進作業を行った後に、例えばその掘進作業の終端位置に埋殺しされたり、或いはスキンプレートを残して内部の機械や設備が撤去されて、分岐合流シールドトンネル１２のトンネル外郭体１６の一部として利用されることになる。

そして、本実施形態のシールドトンネルの分岐合流部施工方法は、本線シールドトンネル１１に分岐合流シールドトンネル１２を接合して、上述の分岐合流部１０における、切削開始直後の始端部分を除いた主要部分を構築するための施工方法であって、図２〜図９に示すように、以下の工程ａ）〜ｇ）を含んでいる。

ａ）分岐合流部１０における本線シールドトンネル１１の接合側面部分１１ａのトンネル外郭体１５を分岐合流シールド掘進機１３によって切削可能な切削セグメント１４を用いて形成する工程（図２参照）、
ｂ）分岐合流部１０における本線シールドトンネル１１の内部の切削セグメント１４よりも中央側に、上下方向からの荷重を支持する本線仮設中柱１７を立設配置すると共に、この本線仮設中柱１７よりも切削セグメント１４側に分岐合流シールド掘進機１３によって切削可能な貧配合固化材１８を充填固化する工程（図３参照）、
ｃ）切削セグメント１４及び貧配合固化材１８を切削しつつ分岐合流シールド掘進機１３を掘進させて、分岐合流部１０における本線シールドトンネル１１の接合側面部分１１ａに分岐合流シールドトンネル１２の接合側部１２ａを摺り付ける工程（図３参照）、
ｄ）分岐合流シールドトンネル１２の接合側部１２ａのトンネル外郭体１６を貫通して、本線シールドトンネル１１の接合側面部分１１ａとは反対側の内壁面１９と、分岐合流シールドトンネル１２の接合側部１２ａとは反対側の内壁面２０との間に横方向仮設支持梁２１を設置すると共に、分岐合流シールドトンネル１２の接合側部１２ａよりも中央側に上下方向からの荷重を支持する分岐合流線仮設中柱２２を立設配置し、且つ本線シールドトンネル１１の接合側面部分１１ａと分岐合流シールドトンネルの接合側部１２ａとの摺り付け部分の周囲の地盤に地盤改良２３を施す工程（図４、図５参照）
ｅ）本線シールドトンネル１１の接合側面部分１２ａの未切削の切削セグメント１７及び分岐合流シールドトンネル１２の接合側部１２ａのトンネル外郭体１６を撤去する工程（図６参照）、
ｆ）接合側面部分１２ａの切削セグメント１７を撤去した後の本線シールドトンネル１１のトンネル外郭体１５の端面１５ａとの当接面２４ａ、接合側部１２ａのトンネル外郭体１６を撤去した後の分岐合流シールドトンネル１２のトンネル外郭体１６の端面１６ａとの当接面２４ｂ、及び横方向本設支持梁２５の一端面２５ａとの当接面２４ｃを備える接続ピース２４を、切削セグメント１４を撤去して露出した接合側面部分１２ａの上下の地山面２６を覆って各々配置すると共に、横方向仮設支持梁２１と置き代えるようにして、上下の接続ピース２４の当接面２４ｃと本線シールドトンネル１１の接合側面部分１１ａとは反対側の内壁面１９との間に横方向本設支持梁２５を各々架設する工程（図７、図８参照）、
ｇ）本線仮設中柱１８及び分岐合流線仮設中柱２１を撤去する工程（図９参照）。

本実施形態の分岐合流部施工方法によれば、分岐合流部１０における本線シールドトンネル１１の接合側面部分１１ａのトンネル外郭体１５を切削セグメント１４を用いて形成する上記ａ）の工程では、図２に示すように、公知の各種のシールド掘進機を用い、３車線の道路を設けることができる大きさとして、例えば１５ｍ程度のトンネル外径を有する円形断面の本線シールドトンネル１１を地中に構築する際に、シールド掘進機の後方のスキンプレート内において、円形リング形状に組み立てられるトンネル外郭体１５の接合側面部分１１ａを構成するセグメントとして、分岐合流シールド掘進機１３によって切削可能な切削セグメント１４を使用する。

ここで、分岐合流シールド掘進機１３によって切削可能な切削セグメント１４としては、例えば、鉄筋の代わりにグラスファイバー、炭素繊維などの非金属の強化繊維を配設、配合したコンクリートセグメントや、鋼板部分を強化繊維が配合された合成樹脂に置き換えてコンクリートを充填した合成セグメント等を用いることができる。また切削セグメント１４は、円形断面のトンネル外郭体１５を構成する一般のセグメントと同様の形状を備え、互換性を有するように容易に形成することができ、円形リング形状に組み立てられるトンネル外郭体１５の接合側面部分１１ａに配置しつつ他のセグメント２７，２８と共に一体として組み立てることができるようになっている。なお、切削セグメント１４をトンネルの軸方向及び周方向に接合一体化する継手部材として、分岐合流シールド掘進機１３によって切削可能な材質の例えば合成樹脂からなる継手部材を用いることができるが、本実施形態では、このような継手部材に代えて、あるいはこのような継手部材に加えて、切削セグメント１４を周方向に貫通するように延設配置されて切削セグメント１４を緊張するＰＣ鋼線２９が用いられ、このＰＣ鋼線２９によって切削セグメント１４を周方向に強固に緊結一体化している。

すなわち、本実施形態では、接合側面部分１１ａに周方向に連接配置された切削セグメント１４及びこれらに隣接して配置された一般の材質の例えば鋼製セグメント２７に亘って周方向に連続的に貫通形成された鋼線挿通孔に、例えばＰＣ鋼より線からなるＰＣ鋼線２９を挿通し、これの両端部を鋼製セグメント２７の内側面において定着部材３０を介して緊張状態で定着する。これによって、切削セグメント１４は、隣接する鋼製セグメント２７と共に安定した状態で周方向に強固に緊結一体化されることになる。このようにして切削セグメント１４を周方向に緊結一体化するＰＣ鋼線２９は、本線シールドトンネル１１のトンネル軸方向の各リング毎に、例えば１．５ｍ程度のピッチで配設される。また、分岐合流シールド掘進機１３によって切削セグメント１４及び貧配合固化材１８を切削しつつ分岐合流シールドトンネル１２を掘進する際には、定着部材３０によるＰＣ鋼線２９の緊張状態を解除して、分岐合流シールド掘進機１３の掘進方向後方側に配置されたＰＣ鋼線２９から当該ＰＣ鋼線２９を順次スムーズに撤去しながら掘進作業を行って、ＰＣ鋼線２９が切削作業の障害にならないようにする。

また、本実施形態では、本線シールドトンネル１１のトンネル外郭体１５の接合側面部分１１ａとは反対側の部分には、横方向仮設支持梁２１や横方向本設支持梁２５の端部を当接支持させる鉛直な内壁面１９を備える、肉厚の大な補強セグメント２８が組み立てられている。

分岐合流部１０における本線シールドトンネル１１の内部に本線仮設中柱１７を立設配置すると共に、この本線仮設中柱１７よりも切削セグメント１４側に貧配合固化材１８を充填固化する上記ｂ）の工程では、図３に示すように、本線シールドトンネル１１のトンネル内周面に設けた上下の取付け基台３１に両端部を各々接合して、例えばＨ形鋼等からなる本線仮設中柱１７を立設させた状態で取り付ける。本実施形態では、本線仮設中柱１７は、トンネルの断面方向において中心線を挟んだ両側に一対配置されると共に、本線シールドトンネル１１の軸方向には、例えば１．５ｍ程度のピッチで複数間隔をおいて配置されることになる。また、接合側面部分１１ａ側の本線仮設中柱１８の接合側面部分１１ａ側の面に支持させて、固化材充填用形枠を取り付けた後に、当該固化材充填用形枠と接合側面部分１１ａの内側面とによって囲まれる空間に、例えば分岐合流シールド掘進機１３によって切削可能な貧配合モルタルからなる貧配合固化材１８を打設し、充填固化させる。

本線シールドトンネル１１の内部に立設配置された本線仮設中柱１７は、本線シールドトンネル１１に負荷される土圧や水圧による縦方向の荷重を効果的に支持して、本線シールドトンネル１１の接合側面部分１１ａが切削されて断面欠損が生じた場合でも、本線シールドトンネル１１のトンネル形状を強固かつ安定的に保持することになる。また、本線仮設中柱１７よりも切削セグメント１４側に充填固化された貧配合固化材１８もまた、本線シールドトンネル１１の接合側面部分１１ａが切削された際のトンネル形状を強固かつ安定的に保持する機能を発揮すると共に、分岐合流シールド掘進機１３によって接合側面部分１１ａを切削した時に生じる隙間から、土砂や地下水が本線シールドトンネル１１の内部に流入するのを効果的に阻止することになる。

切削セグメント１４及び貧配合固化材１８を切削しつつ分岐合流シールド掘進機１３を掘進させて、分岐合流部１０における本線シールドトンネル１１の接合側面部分１１ａに分岐合流シールドトンネル１２の接合側部１２ａを摺り付ける上記ｃ）の工程では、図１及び図３に示すように、分岐合流シールド掘進機１３として、好ましくは略長円断面形状のシールドトンネルを、長軸の長さを調整可能に形成する機構を備えるシールド掘進機を用いることができる。このような機構を備える分岐合流シールド掘進機１３としては、例えば特開２００１−３１７２９２号公報に記載のシールド掘進機を使用することができる。

特開２００１−３１７２９２号公報に記載のシールド掘進機は、例えば、シールド本体の前部に、公転支持体をシールド軸心周りに回転自在に配設し、この公転支持体に、シールド軸心と平行で楕円シールド軸心から所定距離偏心したカッタ自転軸を回転自在に配設し、このカッタ自転軸の前部に設けられたカッタヘッドを、正面視で頂部がルーロの三角形の頂点位置に膨出する形状とし、トンネルの通常部と拡張部とを連続掘削可能としたものである。また、通常部の掘削時に、公転支持体を所定位置で固定し、カッタ自転軸を回転駆動して円形断面のトンネルを掘削するように構成し、拡張部の掘削時に、公転支持体とカッタ自転軸とを同一方向で回転速度比が３対１となるように回転駆動することにより楕円形断面或いは略長円形断面のシールドトンネルを掘削するように構成したものである。

分岐合流シールド掘進機１３として、略長円断面形状のシールドトンネルを、長軸の長さを調整可能に形成する機構を備えるシールド掘進機を用いることにより、本線シールドトンネル１１内の幹線道路に擦り付けられる分岐合流シールドトンネル１２内の道路の道路線形に沿った、効率の良い分岐合流シールド掘進機１３による掘進作業を行うことが可能になる。また、本実施形態によれば、分岐合流シールドトンネル１２の略長円形状の断面における、上下の直線部分から本線シールドトンネル１１側の曲線部分へのコーナー部分が、本線シールドトンネル１１の接合側面部分１１ａとの交差部分に配置されるような位置関係で、本線シールドトンネル１１と重なるように分岐合流シールドトンネル１２が形成されている。これによって、鋼製接続ピース２４を介して横方向本設支持梁２５を各々架設することにより、本線シールドトンネル１１と分岐合流シールドトンネル１２に亘って一体となったトンネルの本体覆工３５（図９参照）を設ける際に、当該本体覆工３５を効率良く、より安定した状態で形成することが可能になる。

分岐合流シールドトンネル１２の接合側部１２ａのトンネル外郭体１６を貫通して横方向仮設支持梁２１を設置すると共に、分岐合流シールドトンネル１２の内部に分岐合流線仮設中柱２２を立設配置し、且つ本線シールドトンネル１１と分岐合流シールドトンネル１２との摺り付け部分の周囲の地盤に地盤改良２３を施す上記ｄ）の工程では、図４及び図５に示すように、本線シールドトンネル１１或いは分岐合流シールドトンネル１２の内部からの作業により、分岐合流シールドトンネル１２の接合側部１２ａにおけるトンネル外郭体１６に、上下２段に、且つトンネルの軸方向に例えば１．５ｍ程度のピッチで、支持梁貫通穴３４を、複数間隔をおいて開口形成すると共に、当該支持梁貫通穴３４に対応する部分の固化材充填用形枠及び貧配合固化材１８を撤去する。

しかる後に、例えばＨ形鋼等からなる横方向仮設支持梁２１を、溶接等によって適宜継ぎ足しながら支持梁貫通穴３４に挿通すると共に、本線シールドトンネル１１の内壁面１９と分岐合流シールドトンネル１２の内壁面２０に各々設けた取付け基台３２に両端部を各々接合して、これらの内壁面１９，２０に亘って略水平に延設するように設置する。また、分岐合流シールドトンネル１２のトンネル内周面に設けた上下の取付け基台３３に上下の端部を各々接合して、例えばＨ形鋼等からなる分岐合流線仮設中柱２２を、トンネルの軸方向に例えば１．５ｍ程度のピッチで複数間隔をおいて立設状態で取り付ける。さらに、例えば公知の凍結止水工によって、本線シールドトンネル１１と分岐合流シールドトンネル１２との摺り付け部分の周囲の地盤に、接合側面部分１１ａの未切削の切削セグメント１７を覆うようにして地盤改良２３を施す。

本線シールドトンネル１１の内壁面１９と分岐合流シールドトンネル１２の内壁面２０に亘って設置された横方向仮設支持梁２１は、擦り付けられて一体となった本線シールドトンネル１１及び分岐合流シールドトンネル１２に負荷される土圧や水圧による横方向の荷重を効果的に支持して、本線シールドトンネル１１の接合側面部分１２ａの未切削の切削セグメント１７が撤去された際にも、トンネル形状を強固かつ安定的に保持することになる。また、分岐合流シールドトンネル１２の内部に立設配置された分岐合流線仮設中柱２２は、分岐合流シールドトンネル１２に負荷される土圧や水圧による縦方向の荷重を効果的に支持して、分岐合流シールドトンネル１２の接合側部１２ａが撤去されて断面欠損が生じた際にも、分岐合流シールドトンネル１２のトンネル形状を強固かつ安定的に保持することになる。さらに、本線シールドトンネル１１と分岐合流シールドトンネル１２との摺り付け部分の周囲の地盤に施された地盤改良２３は、未切削の切削セグメント１７を撤去して本線シールドトンネル１１の接合側面部分１２ａの地山が露出した際に、露出した地山が崩壊したり地下水が流入するのを効果的に防止することになる。

本線シールドトンネル１１の接合側面部分１２ａの未切削の切削セグメント１７及び分岐合流シールドトンネル１２の接合側部１２ａのトンネル外郭体１６を撤去する上記ｅ）の工程では、図６に示すように、本線シールドトンネル１１或いは分岐合流シールドトンネル１２の内部からの作業によって、容易に擦り付け部分の切削セグメント１７やトンネル外郭体１６を撤去することができる。すなわち、例えば固化材充填用形枠及び貧配合固化材１８を取り除いた後に、接合側面部分１２ａの未切削の切削セグメント１７をハツリ取ると共に、分岐合流シールドトンネル１２の接合側部１２ａのトンネル外郭体１６を解体する。このような作業中、トンネル１１，１２及びこれの周囲の地盤は、本線仮設中柱１７、横方向仮設支持梁２１、分岐合流線仮設中柱２２、地盤改良２３等によって強固かつ安定した状態で補強されているので、これらの撤去作業を安全に、且つスムーズに行うことが可能になる。

所定の当接面２４ａ，２４ｂ，２４ｃを備える例えば鋼製の接続ピース２４を、露出した接合側面部分１２ａの上下の地山面２６を覆って各々配置すると共に、横方向仮設支持梁２１と置き代えるようにして、接続ピース２４の当接面２４ｃと本線シールドトンネル１１の接合側面部分１１ａとは反対側の内壁面１９との間に横方向本設支持梁２５を各々架設する上記ｆ）の工程では、図７及び図８に示すように、切削セグメント１７を撤去した後の本線シールドトンネル１１のトンネル外郭体１５の端面１５ａとの当接面２４ａ、接合側部１２ａのトンネル外郭体１６を撤去した後の分岐合流シールドトンネル１２のトンネル外郭体１６の端面１６ａとの当接面２４ｂ、及び横方向本設支持梁２５の一端面２５ａとの当接面２４ｃを備え、且つ円弧状の地山当接面２４ｄを有する鋼製の接続ピース２４を使用する。なお、接続ピース２４は、トンネル軸方向に例えば１．５ｍ程度の長さを備えるように形成されており、分岐合流シールド掘進機１３の掘進方向上流側から、例えば１．５ｍの施工ピッチ毎に、切削セグメント１７及び接合側部１２ａのトンネル外郭体１６を撤去し、横方向仮設支持梁２１と置き換えて横方向本設支持梁２５を架設する作業を、順次行ってゆくことになる。

横方向仮設支持梁２１と置き代えて横方向本設支持梁２５を架設する工程では、まず接続ピース２４を、地山当接面２４ｄを地山面２６に密着させ、当接面２４ａを本線シールドトンネル１１のトンネル外郭体１５の端面１５ａに当接させ、当接面２４ｂを分岐合流シールドトンネル１２のトンネル外郭体１６の端面１６ａに当接させた状態で、地山面２６を覆って切削セグメント１７が撤去された接合側面部分１２ａに取り付ける。これによって、当該接続ピース２４を介して本線シールドトンネル１１のトンネル外郭体１５と分岐合流シールドトンネル１２のトンネル外郭体１６とが強固に接合一体化されることになり、横方向本設支持梁２５や、必要に応じて本線仮設中柱１７の一部を撤去することが可能になる。本実施形態では、トンネルの断面方向の一対の本線仮設中柱１７のうち、分岐合流シールドトンネル１２側の本線仮設中柱１７を撤去する。

接続ピース２４を取り付けると共に、横方向本設支持梁２５を撤去したら、接続ピース２４の当接面２４ｃと本線シールドトンネル１１の内壁面１９との間に横方向本設支持梁２５を架設する。本実施形態では、横方向本設支持梁２５は、鋼製ピース部２５ｂとコンクリート部２５ｃとからなり、鋼製ピース部２５ｂの一端面２５ａを接続ピース２４の当接面２４ｃとの接合面として、鋼製ピース部２５ｂが取り付けられる。また鋼製ピース部２５ｂの他端面と、本線シールドトンネル１１の内壁面１９との間には、残置された本線仮設中柱１７を部分的に巻き込むようにして現場打ちコンクリートを打設することにより、コンクリート部２５ｃが形成される。横方向本設支持梁２５の一部を現場打ちコンクリートによって形成することにより、横方向本設支持梁２５の現場合わせが容易になる。

このように、摺り付け部に接続ピース２４を介材させて、本線シールドトンネル１１のトンネル外郭体１５と、分岐合流シールドトンネル１２のトンネル外郭体１６と、横方向本設支持梁２５とを接合一体化させることにより、周囲の地盤からの土圧や水圧をパランス良く支持することが可能な、分岐合流部１０における強固かつ安定した分岐合流部１０の本体覆工３５が形成されることになる。

さらに、本線仮設中柱１８及び分岐合流線仮設中柱２１を撤去する上記ｇ）の工程では、図９に示すように、本体覆工３５によって周囲の地盤からの荷重を強固に支持したトンネル内部での作業によって、分岐合流線仮設中柱２２や、コンクリート部２５ｃに巻き込まれた部分を除いた本線仮設中柱１７が撤去され、また必要に応じて止水凍結による地盤改良２３を解凍して、分岐合流部１０の主要部分の施工が完了する。なお、構築された本体覆工３５の内部には、さらに舗装工事や内装覆工工事等が適宜施工されることになる。

そして、本実施形態によれば、上述の工程ａ）〜ｇ）に従って分岐合流部１０が形成されることにより、分岐合流シールド掘進機１３によって本線トンネル１１の接合側面部分１１ａを直接切削して本線シールドトンネル１１と分岐合流シールドトンネル１２との分岐合流部１０を形成する施工方法において、本線トンネル１１の接合側面部分１１ａを切削してから本体覆工３５が施されるまでの間、本線仮設中柱１７、横方向仮設支持梁２１、分岐合流線仮設中柱２２、地盤改良２３等によって周囲の地盤からの土圧や水圧を安定した状態で効果的に支持しながら、効率良く分岐合流部１０の施工を行うことが可能になる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、切削セグメントを周方向に連結する手段として、ＰＣ鋼線を用いる必要は必ずもなく、分岐合流シールド掘進機として、長軸の長さを調整可能な略長円断面形状のシールド掘進機を用いる必要は必ずしもない。また、本線シールドトンネルは、円形断面以外の、楕円断面や略矩形断面等を備えるシールドトンネルであっても良く、分岐合流シールドトンネルもまた、略長円断面形状以外の、円形断面や楕円断面等の断面形状を備えるシールドトンネルとすることもできる。さらに、分岐合流部を形成する本線シールドトンネルや分岐合流シールドトンネルは、道路トンネル以外の、例えば地下鉄用のトンネルや、下水道用のトンネル等であっても良い。

本発明の好ましい一実施形態に係るシールドトンネルの分岐合流部施工方法によって形成される分岐合流部を説明する平断面図である。本発明の好ましい一実施形態に係るシールドトンネルの分岐合流部施工方法の工程を説明する図１のＡ−Ａに沿った断面図である。本発明の好ましい一実施形態に係るシールドトンネルの分岐合流部施工方法の工程を説明する図１のＢ−Ｂに沿った断面図である。本発明の好ましい一実施形態に係るシールドトンネルの分岐合流部施工方法の工程を説明する図１のＢ−Ｂに沿った断面図である。本発明の好ましい一実施形態に係るシールドトンネルの分岐合流部施工方法の工程を説明する図１のＢ−Ｂに沿った断面図である。本発明の好ましい一実施形態に係るシールドトンネルの分岐合流部施工方法の工程を説明する図１のＢ−Ｂに沿った断面図である。本発明の好ましい一実施形態に係るシールドトンネルの分岐合流部施工方法の工程を説明する図１のＢ−Ｂに沿った断面図である。本発明の好ましい一実施形態に係るシールドトンネルの分岐合流部施工方法の工程を説明する図１のＢ−Ｂに沿った断面図である。本発明の好ましい一実施形態に係るシールドトンネルの分岐合流部施工方法の工程を説明する図１のＢ−Ｂに沿った断面図である。

符号の説明

１０分岐合流部
１１本線シールドトンネル
１１ａ本線シールドトンネルの接合側面部分
１２分岐合流シールドトンネル
１２ａ分岐合流シールドトンネルのの接合側部
１３分岐合流シールド掘進機
１４切削セグメント
１５本線シールドトンネルのトンネル外郭体
１５ａシールドトンネルの先端部
１６分岐合流シールドトンネルのトンネル外郭体
１７本線仮設中柱
１８貧配合固化材
１９本線シールドトンネルの接合側面部分とは反対側の内壁面
２０分岐合流シールドトンネルの接合側部とは反対側の内壁面
２１横方向仮設支持梁
２２分岐合流線仮設中柱
２３地盤改良
２４接続ピース
２４ａ接続ピースの本線シールドトンネルのトンネル外郭体の端面との当接面
２４ｂ接続ピースの分岐合流シールドトンネルのトンネル外郭体の端面との当接面
２４ｃ接続ピースの横方向本設支持梁の一端面との当接面
２５横方向本設支持梁
２５ａ横方向本設支持梁の一端面
２５ｂ横方向本設支持梁の鋼製ピース部
２５ｃ横方向本設支持梁のコンクリート部
２６接合側面部分の地山面
２７鋼製セグメント
２８補強セグメント
２９ＰＣ鋼線
３０定着部材
３５本体覆工

Claims

本線シールドトンネルに分岐合流シールドトンネルを接合してトンネルの分岐合流部を形成するシールドトンネルの分岐合流部施工方法であって、
前記分岐合流部における前記本線シールドトンネルの接合側面部分のトンネル外郭体を分岐合流シールド掘進機によって切削可能な切削セグメントを用いて形成する工程と、
前記分岐合流部における前記本線シールドトンネルの内部の前記切削セグメントよりも中央側に、上下方向からの荷重を支持する本線仮設中柱を立設配置すると共に、該本線仮設中柱よりも前記切削セグメント側に前記分岐合流シールド掘進機によって切削可能な貧配合固化材を充填固化する工程と、
前記切削セグメント及び前記貧配合固化材を切削しつつ前記分岐合流シールド掘進機を掘進させて、前記分岐合流部における前記本線シールドトンネルの接合側面部分に前記分岐合流シールドトンネルの接合側部を摺り付ける工程と、
前記分岐合流シールドトンネルの接合側部のトンネル外郭体を貫通して、前記本線シールドトンネルの接合側面部分とは反対側の内壁面と、前記分岐合流シールドトンネルの接合側部とは反対側の内壁面との間に横方向仮設支持梁を設置すると共に、前記分岐合流シールドトンネルの接合側部よりも中央側に上下方向からの荷重を支持する分岐合流線仮設中柱を立設配置し、且つ前記本線シールドトンネルの接合側面部分と前記分岐合流シールドトンネルの接合側部との摺り付け部分の周囲の地盤に地盤改良を施す工程と、
前記本線シールドトンネルの接合側面部分の未切削の切削セグメント及び前記分岐合流シールドトンネルの接合側部のトンネル外郭体を撤去する工程と、
前記接合側面部分の切削セグメントを撤去した後の前記本線シールドトンネルのトンネル外郭体の端面との当接面、前記接合側部のトンネル外郭体を撤去した後の前記分岐合流シールドトンネルのトンネル外郭体の端面との当接面、及び横方向本設支持梁との当接面を備える接続ピースを、前記切削セグメントを撤去して露出した前記接合側面部分の上下の地山面を覆って各々配置すると共に、横方向仮設支持梁と置き代えるようにして、上下の前記接続ピースの当接面と前記本線シールドトンネルの接合側面部分とは反対側の内壁面との間に前記横方向本設支持梁を各々架設する工程と、
前記本線仮設中柱及び前記分岐合流線仮設中柱を撤去する工程とを含むシールドトンネルの分岐合流部施工方法。
前記切削セグメントが、周方向に貫通して延設配置されたＰＣ鋼線によって周方向に緊張された状態で組み立てられており、前記分岐合流シールド掘進機の掘進方向後方側に配置された前記ＰＣ鋼線から順次撤去しながら、前記分岐合流シールド掘進機を掘進させて前記切削セグメント及び前記貧配合固化材を切削する請求項１に記載のシールドトンネルの分岐合流部施工方法。
前記分岐合流シールド掘進機が、略長円断面形状のシールドトンネルを、長軸の長さを調整可能に形成する機構を備えるシールド掘進機である請求項１又は２に記載のシールドトンネルの分岐合流部施工方法。