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都市インフラ

トンネル分岐・合流部の合理的施工技術
「太径曲線パイプルーフ工法」

併設する2本のシールドトンネルを接続して大空間を構築

都市の過密化や都市再生の進展にともない、道路トンネルを地下に整備する必要性が高まり、また、大深度地下利用法の施行により地下トンネルは従来よりもさらに深くなる傾向にあります。

それらの建設に際しては、道路直下を利用し、地上交通あるいは地下埋設物への影響が少ないシールド工法が有効です。

地上へ繋げるランプトンネルのうち特に本線トンネルとの接合部の施工には、一般的に開削工法が用いられますが、地上交通に影響が少ない非開削工法の開発が強く望まれてきました。

太径曲線パイプルーフ工法は、併設する本線トンネルとランプトンネルの間を、大口径の鋼製曲線パイプルーフでつなぐことで土圧・水圧に抵抗させ、不要な既設セグメントを解体し、その内部に大空間を非開削で構築する工法です。

第10回国土技術開発賞 最優秀賞 国土交通省 2007年

日経BP技術賞・建設部門賞 日経BP社 2008年
平成26年度土木学会賞 技術開発賞

図版:太径曲線パイプルーフイメージ

太径曲線パイプルーフイメージ

キーワード

シールドトンネル、パイプルーフ工法、非開削、都市高速道路、推進工法、非常駐車帯、ランプトンネル、
部分拡幅、分岐・合流、凍結工法
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施工ステップ

図版:太径曲線パイプルーフ工法 施工手順

太径曲線パイプルーフ工法 施工手順

  1. Step1シールド工法にて、本線トンネルおよびランプトンネルを構築します。
  2. Step2ランプトンネル坑内から、推進工法により太径曲線パイプルーフを下向きに施工します。
  3. Step3その後段取りを変更し、同様に推進工法で上向き太径曲線パイプルーフを施工します。
  4. Step4上下太径曲線パイプルーフを併合(接合)させ、本線・ランプトンネルと一体化します。
  5. Step5また、隣り合う太径曲線パイプルーフ間は凍結工法・薬液注入により止水を行い、拡幅時の支保構造を非開削にて内部掘削を行います。
  6. Step6その後、不要な既設セグメントを解体し、ランプ分合流拡幅部の構築を施工します。

特長・メリットココがポイント

構造体として高い信頼性

  • 鋼製の太径曲線パイプルーフで土圧・水圧を支持するので、構造体としての信頼性が高くなります。
  • 太径曲線パイプルーフ管には円形あるいは矩形の鋼管を用い、任意の半径・断面寸法に対応でき、かつ曲率半径も自由に選定可能です。

図版:パイプルーフの本体構造利用イメージ

パイプルーフの本体構造利用イメージ

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凍結工法のリスクを低減

  • 凍結範囲が小さく、凍上、凍着切れなどの凍結工法のリスクと考えられる要因の低減を図ることができます。
  • 太径曲線パイプルーフ管の間の地盤凍結は、鋼管内に任意に配置した凍結管により止水に必要な最小限の厚さの凍土を確実に造成することが可能です。

図版:凍結工法イメージ

凍結工法イメージ

完全な非開削施工

  • 太径曲線パイプルーフで土圧・水圧を支持し、凍土で完全止水することにより、非開削施工が可能です。
  • 太径曲線パイプルーフは、施工済みのシールドトンネル、山岳トンネルから円形あるいは矩形の掘進機で覆工を直接切削発進・到達することが可能です。

適用実績

図版:首都高速道路中央環状線新宿線富ヶ谷出入口

首都高速道路中央環状線
新宿線富ヶ谷出入口

場所:東京都渋谷区

竣工年:2009年9月

発注者:首都高速道路

規模:曲線パイプルーフ工
(φ812.8㎜ L=19.2m×76本)
延1,459.2m

学会論文発表実績

  • 「太径曲線パイプルーフ工法による非開削大断面地下空間構築工法(その1)、(その2)、(その3)」,土木学会第59回年次学術講演会,2004年9月
  • 「太径曲線パイプルーフ工法の開発と実用化」,土木学会・土木建設技術シンポジュウム2006,2006年7月

合流シールド「D-Shapeシールド工法®

D形と円形のシールドトンネルを接続して合流部を構築

都市の過密化や都市再生の進展にともない、道路トンネルを地下に整備する必要性が高まり、また、大深度地下利用法の施行により地下トンネルは従来よりもさらに深くなる傾向にあります。

それらの建設に際しては、道路直下を利用し、地上交通あるいは地下埋設物への影響が少ないシールド工法が有効です。

D-Shapeシールド工法とは、本線シールドとランプシールドの合流部においてD形の本線シールドトンネルを構築した後に円形ランプシールドを本線に近接して施工し、トンネル間を凍結工法などで改良した後に接合部地盤を掘削して切拡げ、トンネル覆工を組立てて閉合し、最終的に大断面タマゴ形トンネルを構築するものです。

図版:道路トンネルランプ構築イメージ

道路トンネルランプ構築イメージ

図版:D-Shapeシールド工法 施工イメージ

D-Shapeシールド工法 施工イメージ

キーワード

合流シールド、ランプ、凍結土、曲線ボーリング
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施工ステップ

図版:施工ステップ

施工ステップ

Step1 本線シールド施工

D形の本線シールドトンネルを構築します。D形トンネル施工時の拡大テールボイドには特殊充填材(裏込め注入材相当)を充填します。

Step2 ランプシールド施工

上記で充填した特殊充填材を切削しながら、本線トンネルに近接して円形ランプシールドトンネルを施工します。

Step3 曲線ボーリング施工

2本のトンネルをボーリング工でつなぎます。これは接合部地盤掘削時の止水と山留めを目的とした鉛直支保工になるとともに、凍土造成の準備となります。

Step4 凍土造成

曲線ボーリングを介して凍土を造成します。近接しているため、局部的な凍土造成となり、工期的に大きなメリットとなります。

Step5 接合部セグメント撤去、掘削

接合範囲にあるセグメントを撤去し、未掘削部を追加掘削します。

Step6 接合部(下部)タマゴ形トンネル覆工組立

円形ランプシールドの架設セグメントの上に、2本のトンネルを接続するセグメントを新たに組立てます。

Step7 タマゴ形トンネル覆工組立

上部までセグメントを組立て、タマゴ形トンネルは完成します。分岐・合流部のトンネルとしては、応力上で合理的な形となります。

Step8 背面充填・内部支保工・内部セグメント撤去

地盤反力を確保して利用するために、タマゴ形トンネルの背面充填を行います。その後、残置している支保工とセグメントを撤去します。

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Step9 内部躯体構築

局部凍結した凍土を解凍し、用途に応じた内部構築を行い、完成します。

特長・メリットココがポイント

完全な非開削施工

D-Shapeシールド工法を採用することにより、断面形状の変化に伴うシールド機の入れ替えや中間立坑が不要となり、完全な非開削での施工が可能です。

図版:D型シールドイメージ

D型シールドイメージ

施工安全性が高く、占用幅が小さい

円形トンネル同士を接続する工法と比較した場合、D-Shapeシールド工法は接合部の切拡げ範囲が21%と小さく、補助工法の規模が小さくて済むため、施工の安全性が高まります。また、占用幅が79%と小さく、建築限界に対する不要スペースも小さいため合理的です。

図版:分岐・合流部の覆工断面比較

分岐・合流部の覆工断面比較

学会論文発表実績

  • 「道路トンネルにおけるシールド技術体系と最新技術」,建設の施工企画,2005年2月
  • 「D-Shapeシールド工法の開発(その1)─工法概要」,土木学会第61回年次学術講演会,2006年9月
  • 「D-Shapeシールド工法の開発(その4)─大深度地下分岐合流部の非開削地中拡幅工法による周辺地盤への影響比較」,土木学会第61回年次学術講演会,2007年9月

都市インフラ インデックス

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