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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025144840
(43)【公開日】2025-10-03
(54)【発明の名称】地下水排水構造と地下水排水方法
(51)【国際特許分類】
E21D 9/04 20060101AFI20250926BHJP
E02D 3/115 20060101ALI20250926BHJP
【ＦＩ】
E21D9/04 C
E02D3/115
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024044719
(22)【出願日】2024-03-21
(71)【出願人】
【識別番号】000206211
【氏名又は名称】大成建設株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】591045965
【氏名又は名称】株式会社精研
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】朝原 大貴
(72)【発明者】
【氏名】秦野 淳
(72)【発明者】
【氏名】豊田 努
(72)【発明者】
【氏名】橋本 敏一
【テーマコード（参考）】
2D043
2D054
【Ｆターム（参考）】
2D043CA14
2D054FA04
2D054FA06
(57)【要約】
【課題】既設の地下構造体の周辺の地盤を凍結させ、未凍結地盤から地下構造体の内部に地下水を排水するに際し、凍結させることなく地下水を効果的に排水することのできる、地下水排水構造と地下水排水方法を提供する。
【解決手段】地下水排水構造４０であり、地下構造体１０の壁面１６の開口１６ａに連通する中空４１ａを備え、途中位置に枝管４１ｃを備えているガイド管４１と、ガイド管４１の中空４１ａを介して地盤ＧＢの内部に一部が挿入され、ガイド管４１との間に地下水の流通する第１流路４３を形成し、内部に流体が流通される挿入管４４と、枝管４１ｃよりも地下構造体１０の内部側で第１流路４３を遮断する第１バルブ４７と、枝管４１ｃを開閉する第２バルブ４８とを有し、地下構造体１０の周辺の地盤ＧＢを凍結させた際に生じる凍結膨張圧によって圧力が上昇した地下水を、第２バルブ４８を開放して地下構造体１０の内部に排水する。
【選択図】図３
【解決手段】地下水排水構造４０であり、地下構造体１０の壁面１６の開口１６ａに連通する中空４１ａを備え、途中位置に枝管４１ｃを備えているガイド管４１と、ガイド管４１の中空４１ａを介して地盤ＧＢの内部に一部が挿入され、ガイド管４１との間に地下水の流通する第１流路４３を形成し、内部に流体が流通される挿入管４４と、枝管４１ｃよりも地下構造体１０の内部側で第１流路４３を遮断する第１バルブ４７と、枝管４１ｃを開閉する第２バルブ４８とを有し、地下構造体１０の周辺の地盤ＧＢを凍結させた際に生じる凍結膨張圧によって圧力が上昇した地下水を、第２バルブ４８を開放して地下構造体１０の内部に排水する。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
既設の地下構造体の周辺の地盤から、該地下構造体の内部に地下水を排水する、地下水排水構造であって、
前記地下構造体の壁面には地盤に臨む開口が設けられ、該地下構造体の内部に配設されて該壁面に接続され、該開口に連通する中空を備え、途中位置に枝管を備えている、ガイド管と、
前記ガイド管の前記中空を介して、地盤の内部に一部が挿入され、前記ガイド管との間に地下水の流通する第１流路を形成し、内部に流体が流通される挿入管と、
前記ガイド管における前記枝管よりも地下構造体の内部側に設置されて、前記第１流路を遮断する、第１バルブと、
前記枝管を開閉する、第２バルブとを有し、
前記地下構造体の周辺の地盤を凍結させた際に生じる凍結膨張圧によって圧力が上昇した前記第１流路の内部にある地下水を、前記第２バルブを開放して前記地下構造体の内部に排水することを特徴とする、地下水排水構造。
前記地下構造体の壁面には地盤に臨む開口が設けられ、該地下構造体の内部に配設されて該壁面に接続され、該開口に連通する中空を備え、途中位置に枝管を備えている、ガイド管と、
前記ガイド管の前記中空を介して、地盤の内部に一部が挿入され、前記ガイド管との間に地下水の流通する第１流路を形成し、内部に流体が流通される挿入管と、
前記ガイド管における前記枝管よりも地下構造体の内部側に設置されて、前記第１流路を遮断する、第１バルブと、
前記枝管を開閉する、第２バルブとを有し、
前記地下構造体の周辺の地盤を凍結させた際に生じる凍結膨張圧によって圧力が上昇した前記第１流路の内部にある地下水を、前記第２バルブを開放して前記地下構造体の内部に排水することを特徴とする、地下水排水構造。
【請求項2】
前記挿入管は、外管と内管を備えた二重管であり、該外管と該内管の間には第２流路が設けられており、
前記外管は地盤側の先端が閉塞し、前記内管は地盤側の先端が開放しており、
前記外管に供給された前記流体が前記第２流路を流れて前記内管に入り、該内管を流通して前記地下構造体の内部に排水される、もしくは、該内管に供給された該流体が該第２流路に入り、該外管を流通して該地下構造体の内部に排水されることを特徴とする、請求項１に記載の地下水排水構造。
前記外管は地盤側の先端が閉塞し、前記内管は地盤側の先端が開放しており、
前記外管に供給された前記流体が前記第２流路を流れて前記内管に入り、該内管を流通して前記地下構造体の内部に排水される、もしくは、該内管に供給された該流体が該第２流路に入り、該外管を流通して該地下構造体の内部に排水されることを特徴とする、請求項１に記載の地下水排水構造。
【請求項3】
前記ガイド管と前記二重管の間に、中空を有して地盤側の先端が閉塞しているケーシングが介在することを特徴とする、請求項２に記載の地下水排水構造。
【請求項4】
前記ガイド管、もしくは前記第１バルブ、もしくは前記第２バルブにおいて、前記第１流路の内部にある地下水の圧力を計測する圧力計が設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の地下水排水構造。
【請求項5】
前記圧力計が所定の圧力値以上となった際に、前記第２バルブが開制御されることを特徴とする、請求項４に記載の地下水排水構造。
【請求項6】
前記ケーシングと前記二重管の間に充填材が充填されていることを特徴とする、請求項３に記載の地下水排水構造。
【請求項7】
既設の地下構造体の周辺の地盤から、該地下構造体の内部に地下水を排水する、地下水排水方法であって、
前記地下構造体の壁面に設けられている地盤に臨む開口に対して、該開口に連通する中空を備えて途中位置に枝管を備えているガイド管を設置し、該中空を介して地盤の内部に挿入管の一部を挿入し、該ガイド管と該挿入管の間に地下水の流通する第１流路を形成し、該ガイド管における該枝管よりも地下構造体の内部側において該第１流路を第１バルブにて遮断し、前記枝管に対して該枝管を開閉する第２バルブを設けておき、該挿入管の内部に流体を流通させておく、準備工程と、
前記地下構造体の周辺の地盤を凍結させた際の凍結膨張圧によって前記第１流路の内部にある地下水の圧力が上昇した際に、前記第２バルブを開放して該第１流路の内部にある地下水を前記地下構造体の内部に排水する、排水工程とを有することを特徴とする、地下水排水方法。
前記地下構造体の壁面に設けられている地盤に臨む開口に対して、該開口に連通する中空を備えて途中位置に枝管を備えているガイド管を設置し、該中空を介して地盤の内部に挿入管の一部を挿入し、該ガイド管と該挿入管の間に地下水の流通する第１流路を形成し、該ガイド管における該枝管よりも地下構造体の内部側において該第１流路を第１バルブにて遮断し、前記枝管に対して該枝管を開閉する第２バルブを設けておき、該挿入管の内部に流体を流通させておく、準備工程と、
前記地下構造体の周辺の地盤を凍結させた際の凍結膨張圧によって前記第１流路の内部にある地下水の圧力が上昇した際に、前記第２バルブを開放して該第１流路の内部にある地下水を前記地下構造体の内部に排水する、排水工程とを有することを特徴とする、地下水排水方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、地下水排水構造と地下水排水方法に関する。
【背景技術】
【0002】
上下や左右の関係にある２つの既設の地下構造体の間を掘削して双方を繋ぐ施工において、その周囲に凍結工法や薬液注入工法、高圧噴射工法等の地盤改良による防護工を行った後に、地盤改良エリアの内側にある未改良エリアの掘削を行う場合がある。
防護工として凍結工法を適用する場合に、その内側の未凍結地盤にある地下水の圧力が高くなることが一般的であり、高水圧となった地下水を一方の地下構造体に排水するべく、当該地下構造体から未凍結地盤に水抜き管を設置する場合がある。未凍結地盤に設置された水抜き管により、未凍結地盤における地下水の水圧を低下させることに加えて、未凍結地盤の周囲に造成されている凍土の閉塞状況を確認（復圧の有無を確認）することができる。
しかしながら、通常の水抜き管を使用する場合に、造成されている凍土の影響によって水抜き管が凍ってしまう恐れがあり、さらには、凍土の造成完了後に未凍結地盤も凍ってしまい、本来的に未凍結地盤を掘削するはずであった当該未凍結地盤が凍結することにより、掘削の際の施工性が格段に低下することになって好ましくない。
防護工として凍結工法を適用する場合に、その内側の未凍結地盤にある地下水の圧力が高くなることが一般的であり、高水圧となった地下水を一方の地下構造体に排水するべく、当該地下構造体から未凍結地盤に水抜き管を設置する場合がある。未凍結地盤に設置された水抜き管により、未凍結地盤における地下水の水圧を低下させることに加えて、未凍結地盤の周囲に造成されている凍土の閉塞状況を確認（復圧の有無を確認）することができる。
しかしながら、通常の水抜き管を使用する場合に、造成されている凍土の影響によって水抜き管が凍ってしまう恐れがあり、さらには、凍土の造成完了後に未凍結地盤も凍ってしまい、本来的に未凍結地盤を掘削するはずであった当該未凍結地盤が凍結することにより、掘削の際の施工性が格段に低下することになって好ましくない。
【0003】
以上のことから、既設の地下構造体の周辺の地盤を凍結させ、未凍結地盤から当該地下構造体の内部に地下水を排水するに際し、凍結させることなく地下水を排水することのできる地下水排水構造と地下水排水方法が望まれる。
【0004】
ここで、特許文献１には、凍結工法における凍土内に流動域を造成する方法が提案されている。この方法は、凍結工法において、凍結管を埋設した後、凍結管の周囲の空隙に解凍後に流動性が高い注入材を充填し、凍結工事終了後に、凍結管に温水を循環させることにより、注入材を融解して流動域を造成する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平８－１９９５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に記載される方法によれば、凍結前の凍結管の周囲の空隙に解凍後に流動性が高い充填材を充填し、凍結工事完了後に凍結管に温水を循環させ、充填材を融解して流動域を造成するようにしたことにより、凍結管の抜去に際して抜去加重が小さくなり、容易に抜去することができるとしている。しかしながら、上記する課題、すなわち、既設の地下構造体の周辺の地盤を凍結させ、未凍結地盤から当該地下構造体の内部に地下水を排水するに際し、凍結させることなく地下水を排水する手段を開示するものではない。
【0007】
本発明は、既設の地下構造体の周辺の地盤を凍結させ、未凍結地盤から当該地下構造体の内部に地下水を排水するに際し、凍結させることなく地下水を効果的に排水することのできる、地下水排水構造と地下水排水方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記目的を達成すべく、本発明による地下水排水構造の一態様は、
既設の地下構造体の周辺の地盤から、該地下構造体の内部に地下水を排水する、地下水排水構造であって、
前記地下構造体の壁面には地盤に臨む開口が設けられ、該地下構造体の内部に配設されて該壁面に接続され、該開口に連通する中空を備え、途中位置に枝管を備えている、ガイド管と、
前記ガイド管の前記中空を介して、地盤の内部に一部が挿入され、前記ガイド管との間に地下水の流通する第１流路を形成し、内部に流体が流通される挿入管と、
前記ガイド管における前記枝管よりも地下構造体の内部側に設置されて、前記第１流路を遮断する、第１バルブと、
前記枝管を開閉する、第２バルブとを有し、
前記地下構造体の周辺の地盤を凍結させた際に生じる凍結膨張圧によって圧力が上昇した前記第１流路の内部にある地下水を、前記第２バルブを開放して前記地下構造体の内部に排水することを特徴とする。
既設の地下構造体の周辺の地盤から、該地下構造体の内部に地下水を排水する、地下水排水構造であって、
前記地下構造体の壁面には地盤に臨む開口が設けられ、該地下構造体の内部に配設されて該壁面に接続され、該開口に連通する中空を備え、途中位置に枝管を備えている、ガイド管と、
前記ガイド管の前記中空を介して、地盤の内部に一部が挿入され、前記ガイド管との間に地下水の流通する第１流路を形成し、内部に流体が流通される挿入管と、
前記ガイド管における前記枝管よりも地下構造体の内部側に設置されて、前記第１流路を遮断する、第１バルブと、
前記枝管を開閉する、第２バルブとを有し、
前記地下構造体の周辺の地盤を凍結させた際に生じる凍結膨張圧によって圧力が上昇した前記第１流路の内部にある地下水を、前記第２バルブを開放して前記地下構造体の内部に排水することを特徴とする。
【0009】
本態様によれば、地下構造体の壁面に設けられている地盤に臨む開口に連通する中空を備え、途中位置に枝管を備えていて該壁面に接続されているガイド管と、ガイド管の中空を介して地盤の内部に一部が挿入されてガイド管との間に地下水の流通する第１流路を形成するとともに内部に流体が流通される挿入管とを有し、ガイド管が第１流路を遮断する第１バルブと枝管を開閉する第２バルブを備え、凍結膨張圧によって圧力が上昇した第１流路の内部にある地下水を第２バルブを開放して地下構造体の内部に排水することにより、挿入管の内部に流体が流通することで第１流路を流通する地下水が凍結することを防止しながら、凍結膨張圧によって圧力が上昇した第１流路の内部にある地下水を第２バルブを介して地下構造体の内部に効果的に排水することができる。
このことにより、未凍結地盤を削孔する際の良好な施工性を保証することができる。
また、未凍結地盤の周囲に造成されている凍土の閉塞状況を常時確認することができ、さらには、未凍結地盤の一部が凍結しそうな場合でも流体が内部を流通する挿入管によって部分的に解凍することが可能になる。
このことにより、未凍結地盤を削孔する際の良好な施工性を保証することができる。
また、未凍結地盤の周囲に造成されている凍土の閉塞状況を常時確認することができ、さらには、未凍結地盤の一部が凍結しそうな場合でも流体が内部を流通する挿入管によって部分的に解凍することが可能になる。
【0010】
ここで、地下構造体には、シールドトンネルや推進トンネル等のトンネルや立坑等を挙げることができ、シールドトンネル等は鋼製セグメントにより形成されるトンネルや、コンクリート系セグメント（ＲＣ（Reinforced Concrete）セグメントや、鋼殻とコンクリートが合成された合成セグメント）により形成されるトンネル等が含まれる。また、挿入管の内部に流通する流体には、温水や常温水等を挙げることができる。
【0011】
また、本発明による地下水排水構造の他の態様において、
前記挿入管は、外管と内管を備えた二重管であり、該外管と該内管の間には第２流路が設けられており、
前記外管は地盤側の先端が閉塞し、前記内管は地盤側の先端が開放しており、
前記外管に供給された前記流体が前記第２流路を流れて前記内管に入り、該内管を流通して前記地下構造体の内部に排水される、もしくは、該内管に供給された該流体が該第２流路に入り、該外管を流通して該地下構造体の内部に排水されることを特徴とする。
前記挿入管は、外管と内管を備えた二重管であり、該外管と該内管の間には第２流路が設けられており、
前記外管は地盤側の先端が閉塞し、前記内管は地盤側の先端が開放しており、
前記外管に供給された前記流体が前記第２流路を流れて前記内管に入り、該内管を流通して前記地下構造体の内部に排水される、もしくは、該内管に供給された該流体が該第２流路に入り、該外管を流通して該地下構造体の内部に排水されることを特徴とする。
【0012】
本態様によれば、挿入管が外管と内管を備えた二重管であり、外管と内管の間に第２流路が設けられていて、外管に供給された温水や常温水等の流体が内管を流通して地下構造体の内部に排水されること、もしくは、内管に供給された流体が外管を流通して地下構造体の内部に排水されることにより、挿入管の内部におけるスムーズな流体の流れが保証され、第１流路にある地下水を流体にて温め、地下水の凍結を効果的に防止することができる。
【0013】
また、本発明による地下水排水構造の他の態様は、
前記ガイド管と前記二重管の間に、中空を有して地盤側の先端が閉塞しているケーシングが介在することを特徴とする。
前記ガイド管と前記二重管の間に、中空を有して地盤側の先端が閉塞しているケーシングが介在することを特徴とする。
【0014】
本態様によれば、ガイド管と二重管（挿入管）の間にケーシングが介在することにより、例えば、地下構造体の壁面に予め開口が設けられていない場合に、先端に削孔ビットを備えたケーシングを回転させながら壁面に開口を形成してケーシングを地盤内に挿入し、ケーシングの内部に二重管を設置することができる。さらに、地盤が硬質である場合も、ケーシングにて地盤をスムーズに削孔し、ケーシングの内部に二重管を設置することができる。
【0015】
また、本発明による地下水排水構造の他の態様は、
前記ガイド管、もしくは前記第１バルブ、もしくは前記第２バルブにおいて、前記第１流路の内部にある地下水の圧力を計測する圧力計が設けられていることを特徴とする。
前記ガイド管、もしくは前記第１バルブ、もしくは前記第２バルブにおいて、前記第１流路の内部にある地下水の圧力を計測する圧力計が設けられていることを特徴とする。
【0016】
本態様によれば、ガイド管や第１バルブ、第２バルブのいずれかにおいて、第１流路の内部にある地下水の圧力を計測する圧力計が設けられていることにより、地下水の凍結膨張圧を常時計測することができる。
【0017】
また、本発明による地下水排水構造の他の態様は、
前記圧力計が所定の圧力値以上となった際に、前記第２バルブが開制御されることを特徴とする。
前記圧力計が所定の圧力値以上となった際に、前記第２バルブが開制御されることを特徴とする。
【0018】
本態様によれば、圧力計が所定の圧力値以上となった際に第２バルブが開制御されることにより、第１バルブや第２バルブが地下水の圧力で破損することを防止するフェールセーフ機能となる。
【0019】
また、本発明による地下水排水構造の他の態様は、
前記ケーシングと前記二重管の間に充填材が充填されていることを特徴とする。
前記ケーシングと前記二重管の間に充填材が充填されていることを特徴とする。
【0020】
本態様によれば、ケーシングと二重管の間に充填材が充填されていることにより、双方の間に空気層がある場合と比べて熱伝導性が高められ、二重管の内部を流通する流体の熱を第１流路にある地下水に対して効果的に伝熱することができ、さらには、二重管やケーシングを介して未凍結地盤に対して効果的に伝熱することができる。ここで、充填材には、ベントナイトや、セメントとベントナイトの混合材等を挙げることができる。
【0021】
また、本発明による地下水排水方法の一態様は、
既設の地下構造体の周辺の地盤から、該地下構造体の内部に地下水を排水する、地下水排水方法であって、
前記地下構造体の壁面に設けられている地盤に臨む開口に対して、該開口に連通する中空を備えて途中位置に枝管を備えているガイド管を設置し、該中空を介して地盤の内部に挿入管の一部を挿入し、該ガイド管と該挿入管の間に地下水の流通する第１流路を形成し、該ガイド管における該枝管よりも地下構造体の内部側において該第１流路を第１バルブにて遮断し、前記枝管に対して該枝管を開閉する第２バルブを設けておき、該挿入管の内部に流体を流通させておく、準備工程と、
前記地下構造体の周辺の地盤を凍結させた際の凍結膨張圧によって前記第１流路の内部にある地下水の圧力が上昇した際に、前記第２バルブを開放して該第１流路の内部にある地下水を前記地下構造体の内部に排水する、排水工程とを有することを特徴とする。
既設の地下構造体の周辺の地盤から、該地下構造体の内部に地下水を排水する、地下水排水方法であって、
前記地下構造体の壁面に設けられている地盤に臨む開口に対して、該開口に連通する中空を備えて途中位置に枝管を備えているガイド管を設置し、該中空を介して地盤の内部に挿入管の一部を挿入し、該ガイド管と該挿入管の間に地下水の流通する第１流路を形成し、該ガイド管における該枝管よりも地下構造体の内部側において該第１流路を第１バルブにて遮断し、前記枝管に対して該枝管を開閉する第２バルブを設けておき、該挿入管の内部に流体を流通させておく、準備工程と、
前記地下構造体の周辺の地盤を凍結させた際の凍結膨張圧によって前記第１流路の内部にある地下水の圧力が上昇した際に、前記第２バルブを開放して該第１流路の内部にある地下水を前記地下構造体の内部に排水する、排水工程とを有することを特徴とする。
【0022】
本態様によれば、地下構造体の壁面に設けられている地盤に臨む開口に連通する中空を備えて途中位置に枝管を備えているガイド管を設置し、中空を介して地盤の内部に挿入管の一部を挿入し、ガイド管と挿入管の間に地下水の流通する第１流路を形成し、第１流路を第１バルブにて遮断し、枝管に対して第２バルブを設けておき、挿入管の内部に流体を流通させておいた上で、地下構造体の周辺の地盤を凍結させた際の凍結膨張圧によって第１流路の内部にある地下水の圧力が上昇した際に、第２バルブを介して第１流路の内部にある地下水を地下構造体の内部に排水することにより、挿入管の内部に流体が流通することで第１流路を流通する地下水が凍結することを防止しながら、凍結膨張圧によって圧力が上昇した第１流路の内部にある地下水を第２バルブを介して地下構造体の内部に効果的に排水することができる。
このことにより、未凍結地盤を削孔する際の良好な施工性を保証することができる。また、未凍結地盤の周囲に造成されている凍土の閉塞状況を常時確認することができ、さらには、未凍結地盤の一部が凍結しそうな場合でも流体が内部を流通する挿入管によって部分的に解凍することが可能になる。
このことにより、未凍結地盤を削孔する際の良好な施工性を保証することができる。また、未凍結地盤の周囲に造成されている凍土の閉塞状況を常時確認することができ、さらには、未凍結地盤の一部が凍結しそうな場合でも流体が内部を流通する挿入管によって部分的に解凍することが可能になる。
【発明の効果】
【0023】
本発明の地下水排水構造と地下水排水方法によれば、既設の地下構造体の周辺の地盤を凍結させ、未凍結地盤から当該地下構造体の内部に地下水を排水するに際し、凍結させることなく地下水を効果的に排水することができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1A】実施形態に係る地下水排水構造、実施形態に係る既設トンネルと分岐トンネルの接合構造、実施形態に係る既設トンネルの坑口補強構造、実施形態に係る上下の既設トンネルを繋ぐ接合トンネル、及び実施形態に係る凍結地盤の掘削土の排土装置が適用される、上下の関係にある２つの既設トンネルの一例の平面図であって、凍結地盤が施工されている状態をともに示す図である。
【図2A】実施形態に係る既設トンネルの坑口補強構造の一例の側面図である。
【図3】実施形態に係る地下水排水構造の一例の縦断面図である。
【図4A】実施形態に係る上下の既設トンネルを繋ぐ接合トンネルの施工方法の一例の工程図である。
【図7A】実施形態に係る既設トンネルと分岐トンネルの接合構造の一例を上方から見た斜視図である。
【図7B】実施形態に係る既設トンネルと分岐トンネルの接合構造の一例を下方から見た斜視図である。
【図8】実施形態に係る既設トンネルと分岐トンネルの接合構造において、下方の既設のトンネルの坑口とセグメントリングの間の隙間を鋼板が閉塞している状態を示す平面図である。
【図10】実施形態に係る上下の既設トンネルを繋ぐ接合トンネルを拡大して示した縦断面図である。
【図11】実施形態に係る凍結地盤の掘削土の排土装置の一例を示す斜視図である。
【図12】実施形態に係る凍結地盤の掘削土の排土装置の一例を構成するバキューム車が、マンホールの側方の地上に位置決めされ、スラリー化した掘削土をバキューム管を介して排出している状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、実施形態に係る地下水排水構造と地下水排水方法、実施形態に係る既設トンネルと分岐トンネルの接合構造と接合方法、実施形態に係る既設トンネルの坑口補強構造と坑口補強方法、実施形態に係る上下の既設トンネルを繋ぐ接合トンネルとその施工方法、及び実施形態に係る凍結地盤の掘削土の排土装置と排土方法について、添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。
【0026】
［実施形態に係る地下水排水構造と地下水排水方法、既設トンネルと分岐トンネルの接合構造と接合方法、既設トンネルの坑口補強構造と坑口補強方法、上下の既設トンネルを繋ぐ接合トンネルとその施工方法、及び凍結地盤の掘削土の排土装置と排土方法］
図１乃至図１２を参照して、実施形態に係る地下水排水構造と地下水排水方法、既設トンネルと分岐トンネルの接合構造と接合方法、既設トンネルの坑口補強構造と坑口補強方法、上下の既設トンネルを繋ぐ接合トンネルとその施工方法、及び凍結地盤の掘削土の排土装置と排土方法の一例について説明する。
図１乃至図１２を参照して、実施形態に係る地下水排水構造と地下水排水方法、既設トンネルと分岐トンネルの接合構造と接合方法、既設トンネルの坑口補強構造と坑口補強方法、上下の既設トンネルを繋ぐ接合トンネルとその施工方法、及び凍結地盤の掘削土の排土装置と排土方法の一例について説明する。
【0027】
まず、図１Ａ乃至図１Ｃを参照して、実施形態に係る接合トンネルにて接合される、上下の関係にある既設トンネルの一例について説明する。ここで、図１Ａは、上下の関係にある２つの既設トンネルの一例の平面図であって、凍結地盤が施工されている状態をともに示す図である。また、図１Ｂは、図１ＡのＢ－Ｂ矢視図であって、上下の関係にある２つの既設トンネルを下方の既設のトンネルの軸方向に沿って切断した縦断面図であり、図１Ｃは、図１ＡのＣ－Ｃ矢視図であって、上下の関係にある２つの既設トンネルを下方の既設のトンネルの軸方向に直交する方向に沿って切断した縦断面図である。
【0028】
図示する上下の関係にある２つの既設トンネル（既設の地下構造体の一例）は、共同溝や上下水道、雨水貯留管等に供されるトンネルであり、下方にある第１既設トンネル１０と上方にある第２既設トンネル２０が平面視で交差する位置において、双方を接合トンネルにて接合する施工を例に以下説明する。
【0029】
第１既設トンネル１０と第２既設トンネル２０はいずれも、接合トンネルにて接合される領域は鋼製セグメントリングの接合体であり、その他の領域はコンクリート系セグメントリングの接合体であり、双方の鋼製セグメントリングの一部を切り開いてできる双方の坑口に対して接合トンネルが接合されることになる。
【0030】
接合トンネルの施工に際して、図１Ａ乃至図１Ｃに示すように、施工領域の周辺の地盤Ｇに対して、例えば第１既設トンネル１０から複数の凍結管Ｐを挿入し、周辺の地盤Ｇを凍結させる凍結工法を防護工として適用することにより、施工領域の周辺に凍結地盤ＧＡを施工する。
【0031】
例えば図１Ｃに示すように、接合トンネルが施工される施工領域は人力掘削にて地盤が掘削されることから、掘削領域は未凍結地盤ＧＢとし、その周辺に凍結地盤ＧＡが造成される。尚、未凍結地盤ＧＢといっても、凍結地盤ＧＡによる影響で未凍結地盤ＧＢの一部は凍結することになる。尚、図１Ｃには、以下で説明する地下水排水構造４０（図３参照）を形成するケーシング４２（水抜き管）が図示されている。
【0032】
凍結工法を適用する場合は、造成された凍結地盤ＧＡの内側にある未凍結地盤ＧＢに対して凍結膨張圧が作用する。この凍結膨張圧は確立された算定手法である、高志の円筒理論式（Δσ＝Ｅ／（１＋ν）×ξ／２×（１－ｒ０
２／ｒ１
２）で、Δσは凍結膨張圧、Ｅは未凍結地盤の変形係数、νは未凍結地盤のポアソン比、ξは覆工方向への凍結膨張率、ｒ０は冷却面半径、ｒ１は凍結面半径）により算定され、この円筒理論式による算定においては地盤の変形係数と凍結膨張率が用いられ、双方の要素はいずれも凍結膨張圧と比例関係にある。精度よく物性値を設定するに当たり、現地にてボーリング試験を実施し、原位置試験（坑内水平載荷試験、標準貫入試験、透水係数試験、塩分濃度試験等）や室内試験（細粒分含有率試験、凍結一軸圧縮試験、凍上沈下試験等）を実施し、現地の条件を反映することになる。
【0033】
しかしながら、上記する各種の原位置試験や室内試験を実施して物性値を設定し、凍結膨張率を設定したとしても、実際の凍結膨張率が大きくなる場合がある。その理由としては、ボーリング試験を実施したものの、設定値に不確実性が存在することであり、他の理由としては、施工エリアが都心等にあって施工エリアの直上でボーリング試験を実施することが難しい場合に、施工エリアから離れた位置でボーリング試験を実施することにより施工エリアの地盤性状が精緻に反映されないことなどである。
【0034】
このように、何らかの理由で当初設定した凍結膨張率に比べて実際の凍結膨張率が高くなり、未凍結地盤に対する凍結膨張圧が大きくなることが凍土造成を進める過程で判明した場合は、この未凍結地盤に通じる第１既設トンネル１０の坑口１８（図２Ａ参照）の施工エリアに対して、速やかに補強構造を施工することが必要になる。しかしながら、第１既設トンネル１０の内部には凍結工法の際に適用される配管や配線、ホース等が錯綜していることが一般的であり、このような第１既設トンネル１０の内部において坑口１８の周辺に応急的に補強構造を施工することは容易でない。
【0035】
そこで、第１既設トンネル１０の内部において、図２Ａと図２Ｂに示す坑口補強構造を適用する。ここで、図２Ａは、実施形態に係る既設トンネルの坑口補強構造の一例の側面図であり、図２Ｂは、図２ＡのＢ－Ｂ矢視図であって、既設トンネルの坑口補強構造の一例の正面図である。
【0036】
上記するように、第１既設トンネル１０のうち、接合トンネル５０（図９Ａ参照）が施工される領域は、複数の鋼製セグメントリング１２が軸方向に接合される接合体であり、各鋼製セグメントリング１２は、複数の第１鋼製セグメント１１が周方向に組み付けられることにより形成される。
【0037】
第１既設トンネル１０の天端には第１坑口１８が形成される鏡切り領域１３があり、鏡切り領域１３よりも僅かに広い範囲ｔ１が設計上のＡ領域となり、その外周にある範囲ｔ２がＢ領域となる。Ａ領域は直接切り開かれる領域であり、Ｂ領域は、Ａ領域における切り開きにより、それまでＡ領域が支持していた荷重（土被り荷重等）が配分された追加荷重を負担する領域であり、各第１鋼製セグメントリング１２はこのような施工時の荷重を基準に設計されている。
【0038】
第１鋼製セグメント１１は、主桁１５と、スキンプレート１６と、縦リブ１７ａと、継手板１７ｂとを備えている。
【0039】
坑口補強構造３０は、第１既設トンネル１０の軸方向に直交する方向に架け渡されている複数の枕木３２の上に配設されている一対の桁材３５と、第１坑口１８が施工される鏡切り領域１３の側方に配設され、上下方向に延設する複数の支柱３６とを有し、各支柱３６の下端は、桁材３５に対してボルト接合等により固定される。
【0040】
第１既設トンネル１０のうち、下方の主桁１５には第２ブラケット３３が予め溶接接合されており（凍結工法が適用される前に溶接接合されている）、桁材３５の一部が第２ブラケット３３に対して、ボルト接合や溶接接合、クランプ接合等により接合されている。
【0041】
一方、第１坑口１８が施工される鏡切り領域１３の側方における各支柱３６の上方に対応する位置にある主桁１５には、第１ブラケット３１が第２ブラケット３３と同様に予め溶接接合されており、各支柱３６の上方が対応する各第１ブラケット３１に対して、ボルト接合や溶接接合、クランプ接合等により接合されている。尚、枕木３２を使用せず、一対の桁材３５を下方の主桁１５に直接溶接接合してもよい。
【0042】
ここで、枕木３２や桁材３５はＨ形鋼等の形鋼材により形成され、支柱３６は伸縮自在な仮設サポート材により形成される。
【0043】
各桁材３５の上に間隔を置いて立設する複数の支柱３６には、各支柱３６に跨がるブレース材３８が取り付けられることにより、各支柱３６の安定した立設姿勢が保持される。
【0044】
このように、第１ブラケット３１，第２ブラケット３３、桁材３５，支柱３６等により、坑口補強構造３０が形成される。
【0045】
第１既設トンネル１０のうち、鏡切り領域１３の下方には、接合トンネル５０の最下段の鋼製セグメントリング６０Ａ（図６Ａ参照）が載置されるセグメントリング受台Ｄや、仮設足場Ｆ等が設置されている。
【0046】
第１ブラケット３１等に不図示のひずみ計を設置しておき、ひずみ計による計測結果を随時取得しておく。また、第１既設トンネル１０の天端や肩部等の変位量を随時計測しておき、これらの計測結果に基づいて、想定外の凍結膨張圧が作用していると判断される際には、実施形態に係る坑口補強方法として、既に設置済みの第１ブラケット３１と第２ブラケット３３及び桁材３５に対して、複数の支柱３６を設置し、ブレース材３８で各支柱３６を補強して坑口補強構造３０を速やかに形成する。
【0047】
図示例の坑口補強構造３０によれば、第１既設トンネル１０における第１坑口１８が施工される鏡切り領域１３の側方において、凍結工法が適用される前に主桁１５に予め接合されている第１ブラケット３１に対して、上下方向に延設する支柱３６の上方が接合され、第１既設トンネル１０の軸方向に延設する桁材３５に支柱３６の下端が接合されることにより、共通の桁材３５に対して複数の支柱３６の下端を接合してそれらの上方を第１坑口１８の周囲にある主桁１５に接合されている複数の第１ブラケット３１に接合することができ、第１既設トンネル１０の内部が防護工の設備等によって錯綜している状態であっても、速やかに第１坑口１８の周囲を複数の支柱３６にて補強することができる。
【0048】
また、支柱３６の上下を第１ブラケット３１と第２ブラケット３３及び桁材３５を介して第１鋼製セグメント１１の主桁１５に接合することができ、安定した立設姿勢の支柱３６にて第１坑口１８の周囲を補強することができる。
【0049】
さらに、支柱３６が伸縮自在な仮設サポート材であることにより、第１既設トンネル１０の内部の錯綜した状況の中でも、ハンドリング性と取り付け性に優れた仮設サポート材３６を速やかに立設させることができ、第１坑口１８の周囲を比較的剛性の高い仮設サポート材３６にて補強することができる。また、仮設サポート材３６であることから、その解体撤去もスムーズに行うことができる。
【0050】
防護工として図示例のように凍結工法を適用する場合、凍結地盤ＧＡの内側の未凍結地盤ＧＢにある地下水の圧力が高くなることが一般的であり、高水圧となった地下水を例えば下方にある第１既設トンネル１０に排水するべく、第１既設トンネル１０から未凍結地盤ＧＢに水抜き管を設置するのがよい。未凍結地盤ＧＢに設置された水抜き管により、未凍結地盤ＧＢにおける地下水の水圧を低下させることに加えて、未凍結地盤ＧＢの周囲に造成されている凍結地盤ＧＡの閉塞状況を確認（復圧の有無を確認）することができる。
【0051】
しかしながら、通常の水抜き管を使用する場合に、造成されている凍結地盤ＧＡの影響によって水抜き管が凍ってしまう恐れがあり、さらには、凍結地盤ＧＡの造成完了後に未凍結地盤ＧＢも凍ってしまい、本来的に未凍結地盤ＧＢを掘削するはずであった当該未凍結地盤ＧＢが凍結することにより、掘削の際の施工性が格段に低下することになって好ましくない。
【0052】
そこで、図３に示すように、未凍結地盤ＧＢから第１既設トンネル１０の内部に地下水を排水するに際し、凍結させることなく地下水を効果的に排水することのできる、地下水排水構造４０を適用する。尚、上方にある第２既設トンネル２０に地下水排水構造４０を適用して、第２既設トンネル２０の内部に地下水を排水してもよい。ここで、図３は、実施形態に係る地下水排水構造の一例の縦断面図である。
【0053】
第１既設トンネル１０のスキンプレート１６（壁面の一例）には、未凍結地盤ＧＢに臨む開口１６ａが設けられている。この開口１６ａは、予め設けられている開口であってもよいし、以下で説明するケーシング４２を回転させながらその先端にある削孔ビット等によって形成されてもよい。
【0054】
中空４１ａを備えているガイド管４１を、中空４１ａを開口１６ａに連通させるようにしてスキンプレート１６の内側に溶接接合等により固定する。
【0055】
ガイド管４１はその途中位置に枝管４１ｃを備えており、その端部開口４１ｂを介して中空４１ａにはケーシング４２が挿通されることにより、ガイド管４１とケーシング４２の間に第１流路４３が形成される。
【0056】
ケーシング４２は、ガイド管４１を介して未凍結地盤ＧＢに回転圧入等されることにより、未凍結地盤ＧＢの所定位置まで挿入されている。未凍結地盤ＧＢが硬質の地盤であっても、ケーシング４２を適用することにより、未凍結地盤ＧＢの所定位置まで延びる二重管４４を設置することができる。
【0057】
ケーシング４２とスキンプレート１６の開口１６ａの間の隙間を介して、未凍結地盤ＧＢから地下水が第１流路４３へＸ１方向に流入することになる。
【0058】
ケーシング４２の内部には二重管４４（挿入管の一例）が挿入されている。二重管４４は外管４５と内管４６を備え、外管４５と内管４６の間には第２流路４４ａが設けられ、内管４６の内部には第３流路４４ｂが設けられている。
【0059】
ケーシング４２と外管４５の間には充填材４９が充填されている。充填材４９には、ベントナイトや、セメントとベントナイトの混合材等が適用される。
【0060】
ケーシング４２と二重管４４の間に充填材４９が充填されていることにより、双方の間に空気層がある場合と比べて熱伝導性が高められ、二重管４４の内部を流通する流体の熱を第１流路４３にある地下水に対して効果的に伝熱することができる。また、二重管４４からケーシング４２を介して未凍結地盤ＧＢに対して効果的に伝熱することができ、未凍結地盤ＧＢにある地下水が凍って排水できなくなることを効果的に防止できる。さらに、充填材４９により、ケーシング４２と二重管４４の双方の軸芯をある程度合わせた状態で双方を設置することができる。
【0061】
ここで、二重管４４を圧入する地盤が比較的軟らかい場合や、スキンプレート１６に予め開口１６ａが開閉自在に設けられている場合は、ケーシング４２を不要にできる。ケーシング４２が存在しない形態では、ガイド管４１の中空４１ａを介して未凍結地盤ＧＢに二重管４４を直接圧入してよい。この場合は、ガイド管４１と二重管４４の間に第１流路４３が形成されることになる。
【0062】
ガイド管４１における枝管４１ｃよりも第１既設トンネル１０の内部側にある端部開口４１ｂには第１バルブ４７が設置され、第１バルブ４７にて第１流路４３が遮断されるようになっている。また、枝管４１ｃには、当該枝管４１ｃを開閉する第２バルブ４８が設置されている。
【0063】
外管４５の後方には温水や水等の流体が供給される供給口４５ａが設けられており、外管４５の地盤側の先端は閉塞し、内管４６は地盤側の先端が開放している。この構成により、供給口４５ａを介して温水等の流体が第２流路４４ａへＸ３方向に供給され、第２流路４４ａをＸ４方向に流れた流体は内管４６へＸ５方向に流入し、内管４６の第３流路４４ｂをＸ６方向に流通して、内管４６の端部開口を介して第１既設トンネル１０の内部に排水される。ここで、温水は、水道水等をヒータ等の熱源にて温めることにより生成してもよい。また、温水や水は、循環させながら繰り返して使用してもよい。さらに、温水の循環に際して、冷凍機の冷却水の排熱を利用してもよい。
【0064】
第２バルブ４８は、所定の圧力が作用した際（地下水が所定の圧力となった際）に自動的に開制御されるように設定されており、第１流路４３にある地下水が凍結膨張圧によって圧力が上昇し、所定の圧力となった段階で第２バルブ４８が開放され、地下水が第１既設トンネル１０の内部に自動的に排水されることになる。この所定の圧力値とは、設計凍結膨張圧よりも高い圧力値等である。
【0065】
例えば、ガイド管４１や第１バルブ４７、第２バルブ４８のいずれかにおいて、第１流路４３の内部にある地下水の圧力を計測する不図示の圧力計が設けられており、圧力計による計測データが設定済みの所定の圧力値以上となった段階で第２バルブ４８が自動的に開制御される。
【0066】
実施形態に係る地下水排水方法の一例は、第１既設トンネル１０に対して地下水排水構造４０を設置し、挿入管４４の内部に温水等の流体を流通させておく、準備工程と、凍結工法の際の凍結膨張圧によって第１流路４３の内部にある地下水の圧力が上昇した際に、第２バルブ４８を開放して第１流路４３の内部にある地下水を第１既設トンネル１０の内部に排水する、排水工程を有する。
【0067】
このように、地下水排水構造４０によれば、第１既設トンネル１０の壁面１６に設けられている未凍結地盤ＧＢに臨む開口１６ａに連通する中空４１ａを備え、途中位置に枝管４１ｃを備えていて壁面１６に接続されているガイド管４１と、ガイド管４１の中空４１ａを介して未凍結地盤ＧＢの内部に一部が挿入されてガイド管４１との間に地下水の流通する第１流路４３を形成するとともに内部に流体が流通される挿入管４４とを有し、ガイド管４１が第１流路４３を遮断する第１バルブ４７と枝管４１ｃを開閉する第２バルブ４８を備え、凍結膨張圧によって圧力が上昇した第１流路４３の内部にある地下水を第２バルブ４８を開放して第１既設トンネル１０の内部に排水することにより、挿入管４４の内部に流体が流通することで第１流路４３を流通する地下水が凍結することを防止しながら、凍結膨張圧によって圧力が上昇した第１流路４３の内部にある地下水を第２バルブ４８を介して効果的に排水することができる。
【0068】
このことにより、未凍結地盤ＧＢを削孔する際の良好な施工性を保証することができる。また、未凍結地盤ＧＢの周囲に造成されている凍結地盤ＧＡの閉塞状況を常時確認することができ、さらには、未凍結地盤ＧＢの一部が凍結しそうな場合でも、流体が内部を流通する挿入管４４によって部分的に解凍することが可能になる。
【0069】
次に、図４乃至図１０を参照して、実施形態に係る上下の既設トンネルを繋ぐ接合トンネルとその施工方法、この施工の初期に形成される、実施形態に係る既設トンネルと分岐トンネルの接合構造と接合方法について説明する。
【0070】
【0071】
図４Ａと図４Ｂに示すように、上方にある第２既設トンネル２０も第１既設トンネル１０と同様に、接合トンネル５０を施工するエリアは複数の第１セグメントリング２２の接合体からなり、各第１セグメントリング２２は複数の第１セグメント２１が周方向に組み付けられることにより形成されている。そして、第２既設トンネル２０の天井のうち、接合トンネルを施工するエリアの上方には吊り桁Ｂを設置し、吊り桁Ｂにはトロリ付きチェーンブロックＣを移動自在に設置する。
【0072】
第２既設トンネル２０の内部にはレールＲＬが設置され、レールＲＬに沿って鋼製セグメントを搬送する台車Ｋ（図５Ａ参照）が移動するようになっており、第２坑口２８が施工される側方には複数の鋼製セグメントを組み付けて鋼製セグメントリングを製作する、組み付けエリアＡが設けられている。
【0073】
作業員Ｓは、第２既設トンネル２０の下方の一部を鏡切りして第２坑口２８を施工し、第２坑口２８を介してその下方の未凍結地盤ＧＢをチッパーＭ等にて下方へＹ１方向に人力掘削していく。尚、未凍結地盤ＧＢの一部はその周囲の凍結地盤ＧＡによって凍結している。この人力掘削により、第２坑口２８の下方において上下方向に延びる掘削孔Ｈが施工される。
【0074】
図５Ａと図５Ｂに示すように、掘削孔Ｈが下方の第１既設トンネル１０まで施工された段階で、第１既設トンネル１０の鏡切り領域１３の鏡切りを行う。また、第２既設トンネル２０の内部では、組み付けエリアＡの側方において、複数の鋼製セグメント６０を搭載した台車Ｋがあり、各鋼製セグメント６０を組み付けエリアＡへＺ１方向に移載し、組み付けエリアＡおいて複数の鋼製セグメント６０を組み付けることにより、鋼製セグメントリング６０Ａが製作される。
【0075】
図６Ａと図６Ｂに示すように、第１既設トンネル１０の鏡切り領域１３を鏡切りして第１坑口１８を施工することにより、第２既設トンネル２０の第２坑口２８と第１既設トンネル１０の第１坑口１８を掘削孔Ｈを介して連通させる。ここで、掘削孔Ｈは、接合トンネル５０の外径よりも大径に施工される。
【0076】
組み付けエリアＡにて製作済みの鋼製セグメントリング６０Ａをトロリ付きチェーンブロックＣで吊り上げ、トロリ付きチェーンブロックＣを吊り桁Ｂに沿って掘削孔Ｈの上方位置まで移動させ、鋼製セグメントリング６０Ａを掘削孔Ｈを介して下方へＹ２方向に吊り下ろし、第１既設トンネル１０の内部にあるセグメントリング受台Ｄに載置する。
【0077】
セグメントリング受台Ｄに鋼製セグメントリング６０Ａが載置された状態において、鋼製セグメントリング６０Ａの上端付近が第１既設トンネル１０の第１坑口１８と近接するようにセグメントリング受台Ｄの高さが調整されており、従って、セグメントリング受台Ｄの上に鋼製セグメントリング６０Ａを載置した状態で、作業員は仮設足場Ｆを利用して双方の接合作業を行うことができる。
【0078】
また、第１坑口１８と鋼製セグメントリング６０Ａの接合作業の際に、第２既設トンネル２０の組み付けエリアＡには、次に吊り下ろされる可撓セグメントリング７０Ａが製作される。
【0079】
以下、図９Ａ等を参照して説明するように、接合トンネル５０は第１坑口１８と第２坑口２８の近傍に可撓セグメントリング７０Ａを備えており、従って、最下端の鋼製セグメントリング６０Ａが第１坑口１８に接合された後、この鋼製セグメントリング６０Ａの上に可撓セグメントリング７０Ａが吊り下ろされ、載下段の鋼製セグメントリング６０Ａと接合されることになる。
【0080】
第１既設トンネル１０の第１坑口１８に対して最下段の鋼製セグメントリング６０Ａが接合されることにより、図７Ａと図７Ｂに示すように、既設トンネルと分岐トンネルの接合構造８０が形成される。ここで、図７Ａと図７Ｂはそれぞれ、実施形態に係る既設トンネルと分岐トンネルの接合構造の一例を上方と下方から見た斜視図である。
【0081】
「分岐トンネル」とは、接合トンネル５０の別名であり、第１既設トンネル１０に対して接合トンネル５０はその鉛直上方に分岐したトンネルであることからこのように称している。
【0082】
接合トンネル５０を形成する第２鋼製セグメントリング６０Ａを構成する各第２鋼製セグメント６０は、上下方向に延びて第１坑口１８に接合されるスキンプレート６１（側板の一例）と、スキンプレート６１の下端に溶接接合されている下方主桁６２と、スキンプレート６１の上端に溶接接合されている上方主桁６３と、上方主桁６３と下方主桁６２とスキンプレート６１の端部同士を繋ぐ継手板６４と、上方主桁６３と下方主桁６２とスキンプレート６１を繋ぐ縦リブ６５とを備える。また、下方主桁６２の内側縁には、立設姿勢のフランジ６６が溶接接合されている。
【0083】
各第２鋼製セグメント６０が水平方向に配設され、相互に継手板６４同士が接合されてセグメント継手を形成しながら環状の第２鋼製セグメントリング６０Ａが形成される。
【0084】
そして、図７Ｂに示すように、第１鋼製セグメント１１の縦リブのフランジ面や主桁１５とスキンプレート６１を繋ぐように、第１補強リブ６７が溶接接合されている。さらに、図７Ａに示すように、スキンプレート６１と下方主桁６２の双方に対して、第２補強リブ６８が溶接接合されている。
【0085】
第２補強リブ６８は、スキンプレート６１と下方主桁６２に接合されることに加えて、縦リブ６５に対しても溶接接合されている。
【0086】
このように、第１既設トンネル１０の第１坑口１８に対して、分岐トンネル５０（接合トンネル）の最下端に位置する第２鋼製セグメントリング６０Ａが接合され、第２鋼製セグメント６０のスキンプレート６１の外側が第１鋼製セグメント１１の主桁１５や縦リブのフランジ面に対して第１補強リブ６７を介して接合されることにより、既設トンネルと分岐トンネルの接合構造８０が形成される。
【0087】
図示例のように、第１鋼製セグメント１１により形成される第１既設トンネル１０を切り開いてできる第１坑口１８に対して、その上方に分岐する第２鋼製セグメント６０により形成される分岐トンネル５０の最下段の第２鋼製セグメントリング６０Ａが接合されている、既設トンネルと分岐トンネルの接合構造８０において、第２鋼製セグメント６０のスキンプレート６１と第１鋼製セグメント１１の主桁１５が第１補強リブ６７を介して相互に接合されることにより、第２鋼製セグメント６０のスキンプレート６１を介して伝達された荷重（第２鋼製セグメント６０の自重等）を第１補強リブ６７を介して第１鋼製セグメント１１の主桁１５に伝達することができ、第１坑口１８とスキンプレート６１の接合部に作用する荷重を分岐トンネル５０から第１既設トンネル１０に対して安定的に伝達することが可能になる。
【0088】
尚、第１既設トンネル１０の第１坑口１８の周囲に坑口コンクリートを打設して分岐トンネル５０を支持する構造も有効であるが、図示例のように防護工に凍結工法を適用した場合は、凍結環境下でのコンクリート養生により、コンクリートが凍害を受ける恐れがあることから好ましくない。
【0089】
また、第２鋼製セグメント６０において、スキンプレート６１と下方主桁６２に接合される第２補強リブ６８がさらに設けられていることにより、スキンプレート６１に伝達される荷重の一部は、スキンプレート６１の内側に設けられている第２補強リブ６８を介し、下方主桁６２を介し、第１補強リブ６７を介して第１既設トンネル１０の第１鋼製セグメント１１の主桁１５に伝達され、残りの荷重はスキンプレート６１の外側に設けられている第１補強リブ６７を介して第１鋼製セグメント１１の主桁１５に伝達されることとなり、第１坑口１８とスキンプレート６１の接合部に作用する荷重を分岐トンネル５０から第１既設トンネル１０に対してより一層安定的に伝達することが可能になる。
【0090】
さらに、上方主桁６３と下方主桁６２とスキンプレート６１を繋ぐ縦リブ６５に対して第２補強リブ６８が接合されていることにより、荷重が伝達されるスキンプレート６１を縦リブ６５にて補強することができ、スキンプレート６１と縦リブ６５の双方を介して荷重を伝達することができ、第１坑口１８とスキンプレート６１の接合部に作用する荷重を分岐トンネル５０から第１既設トンネル１０に対してより一層安定的に伝達することが可能になる。
【0091】
また、図７Ａからも明らかなように、下方主桁６２におけるセグメントリングの中央側への幅ｔ５が、上方主桁６３の幅ｔ６よりも広く設定されている。
【0092】
図示例の第１既設トンネル１０と第２既設トンネル２０，及びそれらを繋ぐ分岐トンネル５０（接合トンネル）は、共同溝や上下水道、雨水貯留管等に供されるトンネルであることから、鋼製セグメントの腐食防止と流体に作用する抵抗を低減させる目的で、接合トンネル５０の内側にはコンクリートやモルタル等の充填材による二次覆工５５（図１０参照）が施工されることになる。
【0093】
この二次覆工５５の厚みは幅広である下方主桁６２の幅ｔ５と同じ幅に設定されている。下方主桁６２におけるセグメントリングの中央側への幅ｔ５が上方主桁６３の幅ｔ６よりも広く、二次覆工５５の厚みが下方主桁６２の幅ｔ５と同じであることにより、二次覆工５５の厚みが上方主桁６３の幅ｔ６よりも広い場合でも、下方主桁６２が二次覆工５５を施工する際の型枠として有効に機能することができ、二次覆工５５の重量を下方主桁６２を介し、第１補強リブ６７や第２補強リブ６８等を介して第１鋼製セグメント１１の主桁１５に伝達することができる。
【0094】
また、下方主桁６２におけるセグメントリングの中央側において、その線形に沿うフランジ６６が上方に立設していていることにより、充填された充填材が下方主桁６２の内側から下方へこぼれることを防止しながら、二次覆工５５を施工することができる。
【0095】
また、図８は、実施形態に係る既設トンネルと分岐トンネルの接合構造において、下方の既設のトンネルの坑口とセグメントリングの間の隙間を鋼板が閉塞している状態を示す平面図である。
【0096】
図８に示すように、第１坑口１８と第２セグメントリング６０Ａの間の隙間は、第２セグメントリング６０Ａを包囲する無端状の鋼板８２により閉塞されている。
【0097】
このように、第１坑口１８と第２セグメントリング６０Ａの間の隙間が無端状の鋼板８２により閉塞されていることによって、第１既設トンネル１０における切り開かれた第１坑口１８の周辺の止水性が高められ、優れた止水性を有する接合構造８０を形成できる。
【0098】
ここで、鋼板８２は複数の注入口８４を備えており、注入口８４を介して接合構造８０の周囲に無収縮モルタル等の止水材が注入され、さらに止水性が高められるようになっている。
【0099】
図９Ａと図９Ｂに示すように、第１坑口１８に接合される最下段の鋼製セグメントリング６０Ａの上に可撓セグメントリング７０Ａを載置し、可撓セグメントリング７０Ａの上に複数（図示例は２つ）の別途の鋼製セグメントリング６０Ａを載置し、その上に別途の可撓セグメントリング７０Ａを載置し、その上に最上段の鋼製セグメントリング６０Ａを載置し、各セグメントリング同士を相互に接合するとともに、最上段の鋼製セグメントリング６０Ａと第２既設トンネル２０の第２坑口２８を接合することにより、第１既設トンネル１０と第２既設トンネル２０を上下に繋ぐ接合トンネル５０が施工される。
【0100】
以上の説明のように、実施形態に係る上下の既設トンネルを繋ぐ接合トンネルの施工方法は、凍結工法によって接合トンネル５０の施工領域の周辺の地盤を凍結させる、凍結工程と、上方の第２既設トンネル２０を切り開いて第２坑口２８を形成し、第２坑口２８の下方の未凍結地盤ＧＢを掘削して下方の第１既設トンネル１０に到達し、第１既設トンネル１０を切り開いて第１坑口１８を形成することにより、上下に延びる掘削孔Ｈを介して２つの既設トンネル１０，２０を連通させる、連通工程と、第２既設トンネル２０から鋼製セグメントリング６０Ａを吊り下ろして下方の第１既設トンネル１０の第１坑口１８に接合し、複数の鋼製セグメントリング６０Ａ，可撓セグメントリング７０Ａを順次吊り下ろして接合しながら上方に積層し、最上段の鋼製セグメントリング６０Ａを第２既設トンネル２０の第２坑口２８に接合することにより、接合トンネル５０を形成する、形成工程とを有する。
【0101】
図示例のように、接合トンネル５０が、上下にある第１既設トンネル１０と第２既設トンネル２０に近接する位置（直接接合されない坑口１８，２８に近い位置）に可撓セグメントリング７０Ａを備えていることにより、接合トンネル５０の凍上沈下や、地震時における２つの既設トンネル１０，２０との相対変位に起因する接合トンネル５０と既設トンネル１０，２０との接合部の破損を効果的に防止できる。
【0102】
すなわち、図示例のように防護工に凍結工法を適用する場合に、凍土の造成中は地盤Ｇは凍上し、凍土が解凍した際に地盤Ｇが沈下する、所謂凍上沈下が課題となることから、上下の関係にある既設トンネル１０，２０同士を上下方向に延びる接合トンネル５０が繋ぐ場合に、凍土が解凍した際には、接合トンネル５０の凍上沈下により、接合トンネル５０と既設トンネル１０，２０との接合部の破損が懸念される。さらに、既設トンネル１０，２０の位置する地盤が耐震検討上影響の大きな地盤である場合も、上下に位置する既設トンネル１０，２０とそれらを繋ぐ接合トンネル５０との地震時の相対変位により、接合トンネル５０と既設トンネル１０，２０との接合部の破損が懸念される。
【0103】
このような懸念に対して、図示例の接合トンネル５０が上下にある第１既設トンネル１０と第２既設トンネル２０に近接する位置に可撓セグメントリング７０Ａを備えていることにより、可撓セグメントリング７０Ａにて凍上沈下や地震時における既設トンネル１０，２０との相対変位を効果的に吸収することができ、このことによって、既設トンネル１０，２０と接合トンネル５０との接合部における破損を効果的に防止できる。
【0104】
図１０は、実施形態に係る上下の既設トンネルを繋ぐ接合トンネルを拡大して示した縦断面図である。図１０に示すように、各鋼製セグメントリング６０Ａは注入口６９を備えており、注入口６９を介して既設トンネル１０，２０との取り合い領域には止水用ウレタン材Ｒを注入し、接合トンネル５０の背面には充填材Ｑ（例えば低温環境型の充填材）を充填することにより、既設トンネル１０，２０と接合トンネル５０の止水性能を高めている。
【0105】
また、可撓セグメントリング７０Ａは伸縮自在な止水ゴム７５を備えており、その内側には変形を許容する目地材７７が設けられており、目地材７７を上下に挟むようにして無収縮モルタル等からなる二次覆工５５が施工されている。
【0106】
次に、図１１と図１２を参照して、凍結地盤の掘削土の排土装置と排土方法について説明する。ここで、図１１は、実施形態に係る凍結地盤の掘削土の排土装置の一例を示す斜視図であり、図１２は、実施形態に係る凍結地盤の掘削土の排土装置の一例を構成するバキューム車が、マンホールの側方の地上に位置決めされ、スラリー化した掘削土をバキューム管を介して排出している状態を示す図である。
【0107】
図１１に示すように、排土装置９０は、凍結状態である掘削土Ｔを集積するピット９１と、ピット９１の内部に供給されている循環水を循環させる、ポンプ９４と、ピット９１の内部に配設されるヒータ９３と、ピット９１の内部に一端９６ａが挿入されるバキューム管９６と、バキューム管９６の他端が流体連通するバキューム車９５（図１２参照）とを有する。
【0108】
ピット９１の内部には多数の透水孔９２ａを備えた透水性のゲージ９２が設置され、ゲージ９２の内部にヒータ９３が配設される。
【0109】
また、ピット９１の上に架け渡された架台９１ａにポンプ９４が載置され、ゲージ９２の内部にあるヒータ９３にて循環水を温め、ポンプ９４にて循環水を掘削土Ｔに提供したり、ゲージ９２から循環水が流れ出して掘削土Ｔに提供されることにより、循環水にて凍結状態の掘削土Ｔが融解してスラリー化する。
【0110】
このようにスラリー化した掘削土Ｔを、バキューム管９６を介してバキューム車９５に排出する。ここで、図１２に示すように、既設トンネル１０，２０がマンホールＷを介して地上に通じている場合に、地上におけるマンホールＷの側方にバキューム車９５を位置決めし、バキューム車９５から延びるバキューム管９６をマンホールＷに通し、バキューム管９６の一端を既設トンネル１０，２０内に設置されているピット９１に挿入する。
【0111】
図示例のように、既設トンネル１０，２０の内部に設置され、凍結状態の掘削土Ｔを集積するピット９１の内部に、循環水を循環させるポンプ９４とヒータ９３が配設され、既設トンネル１０，２０と地上を繋ぐマンホールＷ等の連絡管に通されてバキューム車９５に通じるバキューム管９６の一端９６ａがピット９１の内部に挿入され、ヒータ９３にて温められた循環水により凍結状態が融解してスラリー化された掘削土Ｔをバキューム管９６を介してバキューム車９５に排出することにより、凍土を効率的に解凍しながら、凍土が解凍されてできた泥土を比較的小径の連絡管Ｗを介して地上に効率的に排出することができ、バキューム車９５にて掘削土を産業廃棄物委託業者等へ搬出することができる。
【0112】
ここで、実施形態の排土方法は、上記するようにピット９１の内部において温められた循環水を利用して凍結状態の掘削土Ｔを融解させてスラリー化する、融解工程と、地上に待機するバキューム車９５から延びるバキューム管９６を介して、スラリー化した掘削土Ｔをバキューム車９５にて吸引して排出する、排出工程とを有する。
【0113】
尚、上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、ここで示した構成に本発明が何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【符号の説明】
【0114】
１０：既設トンネル（第１既設トンネル、地下構造体）
１１：第１鋼製セグメント
１２：第１セグメントリング
１３：鏡切り領域
１５：主桁
１６：スキンプレート（壁面）
１６ａ：開口
１７ａ：縦リブ
１７ｂ：継手板
１８：坑口（第１坑口）
２０：既設トンネル（第２既設トンネル、地下構造体）
２１：第１鋼製セグメント
２２：第１セグメントリング
２８：坑口（第２坑口）
３０：坑口補強構造（既設トンネルの坑口補強構造）
３１：第１ブラケット
３２：枕木
３３：第２ブラケット
３５：桁材
３６：支柱（仮設サポート材）
３８：ブレース材
４０：地下水排水構造
４１：ガイド管
４１ａ：中空
４１ｂ：端部開口
４１ｃ：枝管
４２：ケーシング
４３：第１流路
４４：挿入管（二重管）
４４ａ：第２流路
４４ｂ：第３流路
４５：外管
４６：内管
４７：第１バルブ
４８：第２バルブ
４９：充填材
５０：接合トンネル（上下の既設トンネルを繋ぐ接合トンネル、分岐トンネル）
５５：二次覆工
６０Ａ：鋼製セグメントリング（第２鋼製セグメントリング）
６０：鋼製セグメント（第２鋼製セグメント）
６１：スキンプレート（側板）
６２：下方主桁
６３：上方主桁
６４：継手板
６５：縦リブ
６６：フランジ
６７：第１補強リブ
６８：第２補強リブ
６９：注入口
７０Ａ：可撓セグメントリング
７０：可撓セグメント
７５：止水ゴム
７７：目地材
８０：接合構造（既設トンネルと分岐トンネルの接合構造）
８２：鋼板（無端状の鋼板）
８４：注入口
９０：排土装置（凍結地盤の掘削土の排土装置）
９１：ピット
９１ａ：架台
９２：ゲージ
９２ａ：通水孔
９３：ヒータ
９４：ポンプ
９５：バキューム車
９６：バキューム管
Ｇ：地盤
ＧＡ：凍結地盤（地盤）
ＧＢ：未凍結地盤（地盤）
Ｐ：凍結管
Ｈ：掘削孔
Ｄ：セグメントリング受台
Ｆ：仮設足場
Ａ：組み付けエリア
ＲＬ：レール
Ｋ：台車
Ｅ：防熱材
Ｍ：チッパー
Ｓ：作業員
Ｂ：吊り桁
Ｃ：トロリ付きチェーンブロック
Ｒ：止水用ウレタン材
Ｑ：裏込め材
Ｔ：凍結状態の掘削土（掘削土）
Ｗ：マンホール（連絡管）
１１：第１鋼製セグメント
１２：第１セグメントリング
１３：鏡切り領域
１５：主桁
１６：スキンプレート（壁面）
１６ａ：開口
１７ａ：縦リブ
１７ｂ：継手板
１８：坑口（第１坑口）
２０：既設トンネル（第２既設トンネル、地下構造体）
２１：第１鋼製セグメント
２２：第１セグメントリング
２８：坑口（第２坑口）
３０：坑口補強構造（既設トンネルの坑口補強構造）
３１：第１ブラケット
３２：枕木
３３：第２ブラケット
３５：桁材
３６：支柱（仮設サポート材）
３８：ブレース材
４０：地下水排水構造
４１：ガイド管
４１ａ：中空
４１ｂ：端部開口
４１ｃ：枝管
４２：ケーシング
４３：第１流路
４４：挿入管（二重管）
４４ａ：第２流路
４４ｂ：第３流路
４５：外管
４６：内管
４７：第１バルブ
４８：第２バルブ
４９：充填材
５０：接合トンネル（上下の既設トンネルを繋ぐ接合トンネル、分岐トンネル）
５５：二次覆工
６０Ａ：鋼製セグメントリング（第２鋼製セグメントリング）
６０：鋼製セグメント（第２鋼製セグメント）
６１：スキンプレート（側板）
６２：下方主桁
６３：上方主桁
６４：継手板
６５：縦リブ
６６：フランジ
６７：第１補強リブ
６８：第２補強リブ
６９：注入口
７０Ａ：可撓セグメントリング
７０：可撓セグメント
７５：止水ゴム
７７：目地材
８０：接合構造（既設トンネルと分岐トンネルの接合構造）
８２：鋼板（無端状の鋼板）
８４：注入口
９０：排土装置（凍結地盤の掘削土の排土装置）
９１：ピット
９１ａ：架台
９２：ゲージ
９２ａ：通水孔
９３：ヒータ
９４：ポンプ
９５：バキューム車
９６：バキューム管
Ｇ：地盤
ＧＡ：凍結地盤（地盤）
ＧＢ：未凍結地盤（地盤）
Ｐ：凍結管
Ｈ：掘削孔
Ｄ：セグメントリング受台
Ｆ：仮設足場
Ａ：組み付けエリア
ＲＬ：レール
Ｋ：台車
Ｅ：防熱材
Ｍ：チッパー
Ｓ：作業員
Ｂ：吊り桁
Ｃ：トロリ付きチェーンブロック
Ｒ：止水用ウレタン材
Ｑ：裏込め材
Ｔ：凍結状態の掘削土（掘削土）
Ｗ：マンホール（連絡管）
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11】
【図12】