低コスト・短工期の道路トンネル分岐・合流部構築工法を開発
―リングシールド工法研究会―
リングシールド工法研究会〈五洋建設(株)、(株)錢高組、東急建設(株)、日本国土開発(株)、不動建設(株)、 三井住友建設(株)、住友金属工業(株)、三菱重工業(株)、旭化成建材(株)〉は、外殻先行型シールド工法であるリングシールド工法の特長を生かし、 沿道環境への影響を軽微なものに抑え、低コスト、短工期で大深度道路トンネルの分合流ランプを構築する｢道路トンネル分岐･合流部構築工法」を開発しました。
従来、道路トンネルの分岐･合流部の構築方法としては、地表面からの開削工法とトンネルからのNATMによる切り拡げ工法が採用されています。 しかし、前者においては、地上を大きく占用した山留め壁築造や掘削作業が行われるため、用地買収や振動騒音などの工事公害が発生し、周辺沿道環境に大きな影響を与えます。 また、後者では、用地や公害問題は比較的解消されるものの、並列配置した本線トンネルとランプトンネルを包含する超大断面をNATMによって切り拡げることになるため、 多大な工期を要し、大規模な補助工法などで工事費の増大を招くのみならず、施工自体が困難なものとなる場合もあります。
新たに開発した｢道路トンネル分岐･合流部構築工法」は、リング状の一体シールド機でトンネル外殻覆工部のみを一括掘削して覆工体を構築した後に、 内空部分の地山土砂を掘削しトンネルを完成させるリングシールド工法を生かした工法です。 まず、2つの作業坑部を上下に配置したリングシールド機で、リング部の一部を切削可能材料(無筋コンクリート等)とした本線トンネル用外殻先行覆工体の構築を行います。 続いて、ランプトンネルシールド機がこの本線トンネル覆工体を直接切削し、本線トンネル断面にランプトンネル断面を重ねるように貫入して到達します。到達完了後、 本線トンネルの内部土砂を掘削するとともに、本線トンネル及びランプトンネルの交差する一次覆工セグメントを撤去して、新たに両トンネルを接続する連結覆工体及び底版等を 構築して分岐･合流部を完成させます。
本工法の特長は以下の通りです。
1. トンネル内部土砂を存置させる外殻先行掘削で低コスト･工期短縮
(1) 外殻先行掘削でリングシールドトンネル内部土砂を存置させます。内部土砂が存置 する間、覆工体は外部土水圧の影響を受けません。 また、この内部土砂の効果により、ランプトンネルシールド機の本線への直接貫入時に発生する切削反力が本線トンネルの覆工へ与える影響を軽微なものにします。
(2) 新たに覆工の補強工等を必要とせず、ランプトンネルシールド機の貫入部に低強度の無筋コンクリート等の切削可能覆工体を配置することで、 ランプトンネルシールド機の貫入到達を行うことができ、分岐･合流部の構築が一段と容易になります。
2. 地中での切り拡げ範囲を最小限
(1) 本線トンネル及びランプトンネルの交差する一次覆工セグメントを撤去する際の補助工法(ルーフ工、フォアパイリング工、地盤改良工等)を極力少なくすることができます。
(2) 上記補助工法は、リングシールド機の作業坑を利用し施工することで、地中での切り拡げ範囲を最小限にでき、低コスト･短工期かつ安全･確実に施工を行うことができます。
試算では、NATMによる切り拡げ方式を用いた分岐･合流部構築工事と比べ、本工法の適用で2～3割のコスト減、3～4割の工期短縮を期待できます。 本工法は、今後の大深度地下利用による様々な社会基盤整備に対して、大きな貢献が可能であり、リングシールド工法研究会の各社では、関係事業者に積極的に提案して行く考えです。
【リングシールド工法】
リングシールド工法は｢リングシールド工法研究会」として平成4年から開発を開始、平成5年～7年にかけて各種性能確認実験※を実施し、その開発を完了しています。
その特徴は｢外殻先行掘削」によって、(1)任意の大断面施工、(2)産業廃棄物の低減、(3)トンネル周辺地盤の安定確保、(4)急速施工、(5)経済性を実現したところにあります。
※これまでに実施した主な性能確認試験および解析
平成5年5月～平成6年3月
① マシンテール部を再現した実物大セグメント組立試験
平成6年5月～同年9月
② 本体およびセグメント継手曲げ試験
③ リング継手せん断試験
平成7年11月～同年12月
④ 土層を用いた模型掘削実験
⑤ X線可視化実験(本工法での周辺地盤影響低減の検証)
⑥ DADS(Dynamic Anaiysis & Design System)によるシールド機の3次元動力学解析
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