JP6449041B2 - 海底トンネルの施工方法および陸上トンネルの施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、効率的に海底トンネルを施工することが可能な海底トンネルの施工方法等に関する。

従来、海底トンネルの施工方法として、沈埋函体を用いた工法が提案されている。沈埋函体を用いた沈埋トンネルは、別途ドライドッグで製造された沈埋函体をドライドッグから曳航し、所定の場所で沈設し、沈埋函体同士を接続することで施工される。

このような沈埋トンネルとしては、例えば、沈埋函計画線の両側に一対の山留材を打設し、山留材の上部にレールを設置して、レールに沿って掘削を行ってトレンチを形成し、トレンチに沈埋函体を沈設する沈埋トンネルがある（特許文献１）。

特開平４−２４７１９８号公報

沈埋函体は、通常、ドライドッグで打設されて製造される。この際、施工性を考慮して、沈埋函体は断面矩形の箱型で構築される。このため、沈設後の水圧などに対する強度を確保するためには、それに応じた肉厚を確保する必要がある。

また、沈埋函体を製造するためのドライドッグの場所として、必ずしも沈設場所に近い場所を確保できるわけではないため、遠い場所から沈埋函体を曳航する必要がある場合がある。したがって、沈埋函体を製造してから沈設するまでに時間を要し、必ずしも効率的ではなかった。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、効率的に海底トンネルを施工することが可能な海底トンネルの施工方法等を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために、第１の発明は、海底トンネルの施工方法であって、平面において、陸上トンネル施工範囲と海底トンネル施工範囲の間にある所定箇所にゲートを設け、前記ゲートの陸側において、陸上トンネル施工範囲の所定の範囲を開削する工程と、前記ゲートの陸側において、複数のセグメントを周方向および長手方向に連結して沈埋函体を構築する工程と、前記ゲートを開けて、前記沈埋函体を浮かせた状態で海上を移動し、前記沈埋函体の設置場所で前記沈埋函体を沈設する工程と、隣り合う沈埋函体同士を接続することで、前記ゲートの海側に海底トンネルを構築する工程と、を具備し、海底トンネルの陸側の端部は、前記所定箇所で構築された、陸上トンネルと海底トンネルとの接続部に接続されることを特徴とする海底トンネルの施工方法である。

複数のセグメントを周方向および長手方向に連結して函体を構築する際に、長手方向に緊張材を配置してプレストレスを付与する工程を具備してもよい。

前記所定箇所において、複数の鋼管矢板を互いに継手によって接合し、前記鋼管矢板で囲まれた範囲に底版を構築する工程と、前記沈埋函体を通過させる際に、前記鋼管矢板の上端の一部を切除して、前記沈埋函体の通路を形成する工程と、前記沈埋函体がすべて通過した後、前記底版上に、海底トンネルと陸上トンネルとの接続部を構築する工程と、を具備してもよい。

第１の発明によれば、沈埋函体がドライドッグで場所打ちで打設されるのではなく、シールドトンネルなどに用いられるセグメントを組み立てて構成される。すなわち、周方向に複数のセグメントが連結して構成される環状部材が、長手方向に複数連結されて、所定長さの沈埋函体となる。また、沈埋函体がアーチ形状を有すれば、外圧に対して高い耐圧性能を有するため、従来の箱型の沈埋函体と比較して薄肉化を達成することができる。

また、沈埋函体を製造するための製作ヤードが、陸上トンネル施工範囲に設けられ、沈埋函体の組み立て後、ゲートを開けて施工ヤードに水を導入することで、沈埋函体を効率よく沈設場所まで曳航することができる。また、製作ヤードは、その後陸上トンネル部として利用されるため、開削した範囲をそのまま利用することができる。

また、複数のセグメントの周方向および長手方向にプレストレスを付与することで、周方向のセグメント同士の接続部の止水性を高めることができる。

また、前記所定箇所において、複数の鋼管矢板を互いに継手によって接合することで、陸上トンネルと海底トンネルとの接続部を形成することができ、沈埋函体を通過させる際には、鋼管矢板の上端の一部を切除することで、沈埋函体の通路を形成することができる。

第２の発明は、海底トンネルと接続される陸上トンネルの施工方法であって、平面において、陸上トンネル施工範囲と海底トンネル施工範囲の間にある所定箇所に第１のゲートを設け、陸上トンネル施工範囲まで、海底トンネルを施工する工程と、陸上トンネル施工範囲の少なくとも一部に第２のゲートを設け、前記第２のゲートの陸側において、陸上トンネル施工範囲を開削する工程と、前記第２のゲートの陸側において、複数のセグメントを長手方向に連結して沈埋函体を構築する工程と、前記陸上トンネル施工範囲に海水を流入させる工程と、前記第２のゲートを開けて、前記沈埋函体を浮かせた状態で水上を移動し、前記沈埋函体の設置場所で前記沈埋函体を沈設する工程と、前記陸上トンネル施工範囲の前記沈埋函体の海側の端部を、前記所定箇所に構築された、陸上トンネルと海底トンネルとの接続部に接続する工程と、を具備することを特徴とする陸上トンネルの施工方法である。

第２の発明によれば、陸上トンネルの施工に対しても、第１の発明で用いたものと同様の沈埋函体を利用することで、効率よく陸上トンネルを施工することができる。

本発明によれば、効率的に海底トンネルを施工することが可能な海底トンネルの施工方法等を提供することができる。

トンネル１の長手方向の概略断面図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 鋼管矢板筒２９を示す図で、（ａ）は縦方向の断面図、（ｂ）は平面図。 鋼管矢板筒２９にゲート３５を設けた状態を示す図で、（ａ）は縦方向の断面図、（ｂ）は平面図。 製作ヤード３９で沈埋函体７を製造した状態を示す図。 図５のＢ−Ｂ線断面図。 沈埋函体７を海に曳航する工程を示す図。 沈埋函体７を沈設場所まで曳航する工程を示す図。 沈埋函体７を沈設する工程を示す図。 接続部９を施工した状態を示す図。 製作ヤード３９で沈埋函体７を製造した状態を示す図。 沈埋函体７を沈設場所まで曳航する工程を示す図。 沈埋函体７を沈設する工程を示す図。 陸上トンネルを埋め戻した状態を示す図。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、トンネル１の長手方向の概略断面図である。トンネル１は、海底トンネル部３と陸上トンネル部５とが連結して構成される。

海底トンネル部３は、海底１１の下部に埋設される。海底トンネル部３と陸上トンネル部５とは接続部９で接続される。接続部９は、例えば、換気塔を兼ねる。本発明のトンネル１は、少なくとも海底トンネル部３が、複数の沈埋函体７が連結されて構成される。

図２は、図１のＡ−Ａ線断面図であり、海底トンネル部３の長手方向に垂直な断面図である。海底トンネル部３を構成する沈埋函体７の断面は、一対の略円形の断面形状が結合した形状である。すなわち、海底トンネル部３は、外周部にアーチ形状を有する。

沈埋函体７の内面には、場所打ちコンクリートによる二次覆工１５が設けられ、車道１７および避難通路１９等が形成される。図した例では、それぞれの円断面形状部において、車道１７および避難通路１９が形成される。なお、トンネル１の内部の構造については、図示した例には限られない。

また、図示した例では、二つの円断面が連結した形態であるが、本発明はこれに限られず、一つの円断面形状であってもよく、３つ以上の円断面が連結した複数連結型の断面形状であってもよい。いずれの形状でも、少なくとも沈埋函体の上下および両側方に、アーチ形状を形成することができる。なお、沈埋函体７の詳細は後述する。

沈埋函体７は、海底１１に埋設される。例えば、沈埋函体７は、砕石１３で埋設される。この場合、海底１１を所定深さまで掘削した後、所定の厚みで砕石１３を配置し、その上に沈埋函体７を沈設した後、沈埋函体７の全体を砕石１３で埋設すればよい。また、必要に応じて、砕石１３を敷設する下部の地盤に対して地盤改良を行ってもよい。

次に、トンネル１の施工方法について詳細に説明する。まず、海底トンネル部３が施工される海底トンネル施工範囲３ａと、陸上トンネル部５が施工される陸上トンネル施工範囲５ａとの間に、鋼管矢板筒２９を施工する。鋼管矢板筒２９は、複数の鋼管矢板３１が連結されて形成される。なお、鋼管矢板筒２９は、海底トンネル部３と陸上トンネル部５との接続部よりも深く形成される。

ここで、鋼管矢板３１同士の連結部には、例えば、特開２０１１−００１７６７号公報に開示されているような継手構造を適用することができる。すなわち、鋼管本体の側方に互いに内方に向けて接合された一対の第１のＬ型部材を設け、隣り合う他の鋼管本体の側方に、第１のＬ型部材に嵌るように互いに外方に向けて接合された一対の第２のＬ型部材を設け、一対の第１のＬ型部材および一対の第２のＬ型部材とで囲まれた空間にコンクリートを打設して、鋼管矢板３１同士が連結される。

鋼管矢板筒２９で囲まれた内部の地盤は掘削されて、所定の深さに底版３３が施工される。底版３３は、海底トンネル３部と、陸上トンネル部５との接続部９が施工される部位である。すなわち、底版３３は、海底トンネル３部と、陸上トンネル部５とが接続される部位よりも深い位置に形成される。

次に、図４（ａ）に示すように、鋼管矢板筒２９よりも陸側である陸上トンネル施工範囲５ａの所定の範囲に製作ヤード３９を施工する。製作ヤード３９は、陸上トンネル施工範囲５ａの一部の地盤を開削することで形成される。製作ヤード３９の深さは、水面よりも低ければ、陸上トンネルを施工する深さまで開削する必要はない。すなわち、製作ヤード３９は、陸上トンネル施工範囲５ａの全体を利用して形成してもよく、陸上トンネル施工範囲５ａの一部のみを利用して陸上トンネル施工範囲５ａよりも小さい範囲に形成してもよい。なお、前述した底版３３の施工は、製作ヤード３９の施工と同時に行ってもよい。

製作ヤード３９は鋼管矢板筒２９まで形成される。製作ヤード３９の側面には、山留３７が設けられる。すなわち、山留３７は鋼管矢板筒２９に接合される。また、鋼管矢板筒２９の一部を切除して、後述する沈埋函体７の通路を形成する。すなわち、製作ヤード３９と海とが連通する。なお、鋼管矢板筒２９の海に面した面には、ゲート３５が形成されるため、ゲート３５よりも陸側の製作ヤード３９へ海水が流入することが防止される。

なお、ゲート３５は、鋼管矢板筒２９の海に面した側面に形成したが、他の部位であってもよい。すなわち、ゲート３５は、製作ヤード３９における沈埋函体７の組み立て場所を確保できれば、鋼管矢板筒２９の他方の側面（陸側の側面）に形成してもよく、または、地盤の開削部に形成してもよい。

次に、図５に示すように、ドライドッグとして機能する製作ヤード３９において、沈埋函体７を組み立てる。図６は、図５のＢ−Ｂ線断面図であり、沈埋函体７の長手方向に垂直な断面図である。

沈埋函体７は、複数のセグメント２７で構成される。セグメント２７は、例えば、従来シールドトンネルに用いられるＲＣセグメントと同様の構造である。すなわち、略円弧状のセグメント２７同士は、周方向に接続されて、例えば、略円形の形状となる。なお、本実施例では、二つの円形が連結した形状となるように、セグメント２７を周方向に連結する。

セグメント２７の周方向の連結部には、図示を省略したシール部材が設けられる。セグメント２７を周方向に連結して閉断面形状とすると、セグメント２７の幅に応じた環状部材（図では２連）が形成される。この環状部材を長手方向に複数連結することで、所定の長さの沈埋函体７が製造される。

なお、環状部材同士を長手方向に連結する際には、縦締め緊張材２５によって沈埋函体７の長手方向に対してプレストレスが付与される。このようにすることで、環状部材同士の連結部の止水性を保つことができる。なお、環状部材同士の連結部には、図示を省略したシール部材が設けられる。

さらに、本発明では、必要に応じて、セグメント２７の周方向の連結に対しても、横締め緊張材２３を配置してプレストレスを付与することができる。このようにすることで、セグメント２７の周方向の連結部の止水性を高めることができる。

沈埋函体７の内部には、例えばバラスト２１が設けられる。また、沈埋函体７の両端は塞がれる。

沈埋函体７の組み立てが完了すると、図７に示すように、ゲート３５を開き、製作ヤード３９内に、海水を導入する。なお、ゲート３５の素材は、例えば鉄やコンクリート（プレキャスト）などであり、ゲート３５は、大型重機などで引き上げる方法や、仮設水門のような方法で開閉される。

海面に浮上した沈埋函体７は、曳航船によって海側に曳航される（図中矢印Ｃ）。すなわち、沈埋函体７は、製作ヤード３９から沈設場所の海上まで曳航されて移動する。

なお、ゲート３５を上方に上げた際、ゲート３５の下端を沈埋函体７の天端よりも上方に上げる必要がある。このため、ゲート３５の上昇範囲を小さくするためには、沈埋函体７の吃水は極力大きくして天端の位置を低くすればよい。一方、沈埋函体７の吃水を大きくする場合、沈埋函体７の中のバラストの装着に負担がかかるため、これらのバランスから吃水および天端位置を設定することが望ましい。

なお、ゲート３５は、図示したように、上下に移動させる形態ではなく、両開きなどの形態でも良い。

海上に曳航された沈埋函体７は、図８に示すように、沈設場所まで曳航される（図中矢印Ｃ）。この際、前述した様に、沈埋函体７の沈設場所の海底１１は、予め所定の深さまで掘削されて、前述した様に砕石１３が敷設される。なお、海底１１を掘削して砕石１３が敷設された底を、海底１１ａとする。すなわち、沈埋函体７は海底１１ａに沈設される。

沈埋函体７を沈設場所まで曳航した後、図９に示すように、バラスト２１に水を導入し、沈埋函体７を沈設する（図中矢印Ｄ）。以上により、所望の場所の海底１１ａに沈埋函体７を沈設することができる。なお、海底トンネル部端部に設置される沈埋函体７は、その後、接続部９に接続される。なお、この時点で、例えば沈埋函体７の通路部分（上部）を除いて、底版３３上に例えばケーソン等によって接続部９の一部を構築してもよい。なお、接続部９に接続される陸上トンネル部５の施工方法は後述する。

以上の沈埋函体７の製造、曳航および沈設を繰り返す。複数の沈埋函体７を沈設した後、隣り合う沈埋函体７同士を接続する。なお、沈埋函体７同士の接続には、通常のセグメント同士を連結できれば、いずれの構造であってもよい。また、全ての沈埋函体７が鋼管矢板筒２９の部位を通過した後、接続部９を地上まで完成させる。

ここで、従来の箱型の沈埋函体の接続構造には、周囲の変形を吸収するための可撓性機構が設けられる。一方、本発明の沈埋函体７同士の接続部には、可撓性機構は不要である。これは、本発明の沈埋函体７が、多数の環状部材で構成されるため、環状部材同士の接続部において、わずかに変位を許容することができるためである。例えば、本発明の沈埋函体７は、８０〜１００の環状部材が長手方向に連結されて構成される。従来の接続構造における可撓性機構が１００ｍｍ程度の変形を許容するとすれば、本発明では、環状部材同士の接続部でそれぞれ１ｍｍ程度に分散して変形を許容できればよいこととなる。このため、沈埋函体同士の接続部には、可撓性機構が不要となる。

この結果、本発明の沈埋函体７を用いた沈埋トンネルは、長手方向において、略一定の剛性となるため、従来のように、接続部で大きな剛性変化部が形成されることがなく、応力集中も生じにくい。

なお、沈埋函体７同士を接続するには、沈埋函体７同士の間にシール部材を挟み込んで水圧接合で行われる。水圧接合は、まず、シール部材が端面に取り付けた沈埋函体７を、他方の沈埋函体７に取り付けられ、図示を省略した引寄せジャッキで引き寄せる。この際、引寄せジャッキの力で、シール部材を圧縮し、止水効果を得る。次に、沈埋函体７の端面とシール部材で囲まれた部分の水を排水すると、沈埋函体７の反対側端面の外部水圧と差圧を生じ、シール部材は更に圧縮量を増し、安全性の高い止水効果が得られる。

沈埋函体７の内面および接続部の内面には、二次覆工１５が打設される。以上により、沈埋函体７同士の接続が完了する。海底トンネル部３の全長にわたって沈埋函体７を沈設して接合が完了して、沈埋函体７を埋め戻すことで、海底トンネル部３が完成する。

このように、トンネル１に用いられる沈埋函体７を、従来のシールドトンネルに用いられるセグメントを連結して構成するため、断面にアーチ形状を容易に形成することができる。したがって、従来のように、ドライドッグにおいて場所打ちで形成される箱型の沈埋函体と比較して、耐外圧特性が向上する。このため、肉厚を薄くすることができる。

なお、本発明は、沈埋トンネルに対して、シールドトンネルに用いられるセグメントを利用し、セグメントを連結して構築した沈埋函体７を用いたものである。同様のトンネルを、シールド工法で構築しようとすれば、トンネルが複数のセグメントで構築される点では同様となるが、シールド工法は所定の厚さの土被りが必要であることから、より深くにトンネルを構築する必要がある。本発明では、セグメントで構成した沈埋函体７を沈設するため、このような制約がなく、比較的浅い地中にトンネルを構築することができる。

また、セグメント同士は例えば長手方向に対してプレストレスが付与されるため、高い止水性を確保することができる。さらに、周方向にもプレストレスを付与すれば、さらに高い止水性を確保することができる。

また、セグメントを組み立てることで沈埋函体７を製造することができるため、作業が容易であり、また、作業者の熟練度等によって、品質に対する影響を受けにくい。

また、沈埋函体７の組み立てを行う製作ヤード３９として、陸上トンネル施工範囲５ａが利用される。このため、沈設場所に近い場所で沈埋函体７を組み立てることができる。また、開削によって形成される製作ヤード３９は、その後の陸上トンネル部５の施工にそのまま利用することができる。したがって、無駄がなく、効率よくトンネル１を施工することができる。

次に、陸上トンネル部５の施工方法について説明する。陸上トンネル部５は、従来の開削工法で施工することもできるが、以下のようにして施工することもできる。

まず、図１１に示すように、陸上トンネル部５の施工領域のほぼ全域を開削して、例えば最端部（海底トンネル部３から遠い側であって、地表に近い側）に製作ヤード３９ａを構築する。製作ヤード３９ａは、海面よりも低い位置に形成される。また、製作ヤード３９ａの海側の端部には、ゲート３５ａが設けられる。ゲート３５ａによって、製作ヤード３９ａへ海水が流入することが防止される。すなわち、ゲート３５ａの外側（海側）の陸上トンネル施工範囲５ａには、海水が導入される。

ゲート３５ａによってドライドッグとして機能する製作ヤード３９ａでは、沈埋函体７が組み立てられる。

沈埋函体７の組み立てが完了すると、図１２に示すように、ゲート３５ａを開き、製作ヤード３９ａ内に、海水を導入する。水面に浮上した沈埋函体７は、曳航船によって海側に曳航される（図中矢印Ｅ）。すなわち、沈埋函体７は、製作ヤード３９から沈設場所まで曳航される。

図１３に示すように、沈埋函体７が、陸上トンネル施工範囲５ａにおける沈設場所まで水上を移動した後、バラスト２１に水を導入し、沈埋函体７を沈設する（図中矢印Ｆ）。以上により、所望の場所に沈埋函体７を沈設することができる。なお、陸上トンネル部５の端部に設置される沈埋函体７は、接続部９に接続される。

以上の沈埋函体７の製造、曳航および沈設を繰り返す。複数の沈埋函体７を沈設した後、隣り合う沈埋函体７同士を接続する。なお、沈埋函体７同士の接続には、海底トンネル部３の施工と同様である。

全ての沈埋函体７の沈設が完了した後、内面および接続部の内面に、二次覆工１５が打設される。以上により、沈埋函体７同士の接続が完了する。陸上トンネル部５の全長にわたって沈埋函体７を沈設して接合が完了して、沈埋函体７を埋め戻すことで、陸上トンネル部５が完成する。

以上のように、本発明では、陸上トンネル部５についても、沈埋函体７の沈設によって施工することができる。すなわち、シールド工法が利用できないような比較的浅い陸上トンネル部５に対しても、セグメントを利用した陸上トンネル部５を容易に施工することができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、沈埋函体７は、長手方向にまっすぐに形成される例を示したが、本発明はこれに限られず、テーパセグメントなどを用いれば、所望の角度および方向に曲がったトンネルを構築することもできる。その場合には、縦締め緊張材２５をいくつかの区間ごとに分けて配置してもよい。

また、接続部９は、必ずしも必要ではない。この場合、接続部９を本設躯体ではなく仮説躯体として構築して、海底トンネル部３と陸上トンネル部５とを接続後、撤去又は埋め戻せばよい。

１………トンネル
３………海底トンネル部
３ａ………海底トンネル施工範囲
５………陸上トンネル部
５ａ………陸上トンネル施工範囲
７………沈埋函体
９………接続部
１１、１１ａ………海底
１３………砕石
１５………二次覆工
１７………車道
１９………避難通路
２１………バラスト
２３………横締め緊張材
２５………縦締め緊張材
２７………セグメント
２９………鋼管矢板筒
３１………鋼管矢板
３３………底版
３５、３５ａ………ゲート
３７………山留
３９、３９ａ………製作ヤード

Claims (4)

1. 海底トンネルの施工方法であって、
   平面において、陸上トンネル施工範囲と海底トンネル施工範囲の間にある所定箇所にゲートを設け、前記ゲートの陸側において、陸上トンネル施工範囲の所定の範囲を開削する工程と、
   前記ゲートの陸側において、複数のセグメントを周方向および長手方向に連結して沈埋函体を構築する工程と、
   前記ゲートを開けて、前記沈埋函体を浮かせた状態で海上を移動し、前記沈埋函体の設置場所で前記沈埋函体を沈設する工程と、
   隣り合う沈埋函体同士を接続することで、前記ゲートの海側に海底トンネルを構築する工程と、
   を具備し、
   海底トンネルの陸側の端部は、前記所定箇所で構築された、陸上トンネルと海底トンネルとの接続部に接続されることを特徴とする海底トンネルの施工方法。
2. 複数のセグメントを周方向および長手方向に連結して函体を構築する際に、長手方向に緊張材を配置してプレストレスを付与する工程を具備することを特徴とする請求項１記載の海底トンネルの施工方法。
3. 前記所定箇所において、
   複数の鋼管矢板を互いに継手によって接合し、前記鋼管矢板で囲まれた範囲に底版を構築する工程と、
   前記沈埋函体を通過させる際に、前記鋼管矢板の上端の一部を切除して、前記沈埋函体の通路を形成する工程と、
   前記沈埋函体がすべて通過した後、前記底版上に、海底トンネルと陸上トンネルとの接続部を構築する工程と、
   を具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の海底トンネルの施工方法。
4. 海底トンネルと接続される陸上トンネルの施工方法であって、
   平面において、陸上トンネル施工範囲と海底トンネル施工範囲の間にある所定箇所に第１のゲートを設け、陸上トンネル施工範囲まで、海底トンネルを施工する工程と、
   陸上トンネル施工範囲の少なくとも一部に第２のゲートを設け、前記第２のゲートの陸側において、陸上トンネル施工範囲を開削する工程と、
   前記第２のゲートの陸側において、複数のセグメントを長手方向に連結して沈埋函体を構築する工程と、
   前記陸上トンネル施工範囲に海水を流入させる工程と、
   前記第２のゲートを開けて、前記沈埋函体を浮かせた状態で水上を移動し、前記沈埋函体の設置場所で前記沈埋函体を沈設する工程と、
   前記陸上トンネル施工範囲の前記沈埋函体の海側の端部を、前記所定箇所に構築された、陸上トンネルと海底トンネルとの接続部に接続する工程と、
   を具備することを特徴とする陸上トンネルの施工方法。

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