JP2001288990A - 外殻先行トンネル工法における単体シールド相互の接合部構造及び接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 接合した単体シールドのあらゆる変位に対
し、引張り応力だけでなく圧縮応力による抵抗をも確実
に発揮させて変位を抑制し、安全性と施工性に優れた高
品質の単体シールド相互の接合部構造及び接合方法を提
供する。 【解決手段】 内側の球形状ワッシャー５の外周面が、
隣接する単体シールドＫ、Ｋの鋼殻主桁２、２の位置ず
れに相当する角度θまで回転可能な球面状に形成され、
エンドプレート３にボルト孔４が前記角度θの末広がり
形状に形成され、内側部は内側球形状ワッシャー５の外
周面を受容する凹球面状の内側受容部に形成されてい
る。外側球形状ワッシャー８の外周面が前記角度θに回
転可能な球面状に形成され、外側凹球面形状ワッシャー
９の外側部が外側球形状ワッシャー８の外周面を受容す
る凹球面状の外側受容部に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、超大断面トンネ
ルを小断面のシールド工法で施工する外殻先行トンネル
工法の技術分野に属し、さらに言えば、外殻を形成する
単体シールド相互間の変位を接合ボルトの引張り応力だ
けでなく圧縮応力による抵抗でも抑制する接合部構造及
び接合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】超大断面トンネルの外殻を小断面のシー
ルド工法で先行施工する方法としては、図９に例示した
ように、トンネルの外殻部分を小断面のシールド工法に
よる単体シールドＫ…の連鎖で形成し、隣接する単体シ
ールドＫ、Ｋを相互に一連に接合した後に内側の本体ト
ンネルＴを掘削して完成する、所謂外殻先行トンネル工
法が提案されている（例えば特開平７−２２４５８７号
公報記載の発明を参照。）。

【０００３】ところで、前記外殻先行トンネル工法の施
工に際しては、縦方向及び横方向に隣り合う単体シール
ドＫ、Ｋ同士の間に、シールド機の推進に支障がないだ
けの間隔Ｌ_１又はＬ_２を確保して施工が進められる。従
って、各単体シールドＫを構築した後には、前記間隔部
分Ｌ_１、Ｌ_２の土を掘削し、一連に一体的に接合する工
程が実施される。

【０００４】しかるに、前記のように施工された隣接の
単体シールドＫ、Ｋ同士は、鉛直方向と水平方向、及び
軸方向に大なり小なりの施工誤差を生じる（図１０を参
照）。このため各接合部構造は前記の施工誤差を前提と
し許容する構成でなくてはならない。

【０００５】そこで、本出願人は、先の特許出願（特願
平１０−３１７３６９号）において、隣接する単体シー
ルドの鋼殻主桁同士をボルトにより直接接合し、単体シ
ールド相互間の施工誤差が生じても、即座に対応できて
合理的な単体シールド相互の接合部構造を提案してい
る。その接合部構造は、図８に示したように、隣接する
単体シールドＫ、Ｋを構成する鋼殻１、１の主桁２、２
同士のエンドプレート３を、該エンドプレート３の内側
に配置した球形状のワッシャー５を介してボルト６とナ
ット７で接合する構成である。内側の球形状ワッシャー
５の外周面は、隣接する単体シールドＫ、Ｋの鋼殻主桁
２、２の位置ずれに相当する角度θに回転可能な球面状
に形成されている。エンドプレート３にボルト孔４が形
成され、そのボルト孔４のワッシャー当接部は球形状ワ
ッシャー５の外周面を受容する凹球面状の受容部に形成
されている。ボルト孔４は前記受容部を基点として鋼殻
主桁２の位置ずれを許容する角度θの末広がり形状に形
成されている。エンドプレート３の受容部内に受容され
た球形状ワッシャー５に通したボルト６と、これにねじ
込んだナット７とで接合されている。

【０００６】

【本発明が解決しようとする課題】上記図８に例示した
単体シールド相互の接合部構造は、隣接する二つの単体
シールドＫ、Ｋの鋼殻主桁２、２同士をボルト６により
直接、且つ簡便に接合でき、単体シールドＫ、Ｋ相互間
の施工誤差や接合部幅の変更が生じても一切測量する必
要がなく、適宜に対応でき施工性に優れている。特に、
接合した単体シールドＫ、Ｋが離れようとする変位（図
８中の矢印Ｆ参照）に対しては、引張り応力の伝達が確
実に行われ抵抗する構造である。

【０００７】しかしながら、接合した二つの単体シール
ドＫ、Ｋが接近する変位（図８中の矢印Ｓ参照）に対し
ては、圧縮力に抵抗しにくい構造であるため、この点が
更に改良すべき課題として掲げられていた。

【０００８】したがって、本発明の目的は、先の特願平
１０−３１７３６９号の発明に係る単体シールド相互の
接合部の技術を更に改良し、接合した単体シールドのあ
らゆる変位に対し、引張り応力だけでなく圧縮応力によ
る抵抗をも確実に発揮させて変位を抑制し、安全性と施
工性に優れた高品質の単体シールド相互の接合部構造及
び接合方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めの手段として、請求項１に記載した発明に係る外殻先
行トンネル工法における単体シールド相互の接合部構造
は、外殻先行トンネル工法により施工した隣接する単体
シールドＫ、Ｋの鋼殻１、１の主桁２、２同士を、その
エンドプレート３と、内側の球形状ワッシャー５並びに
前記エンドプレート３の外側に配置した球形状ワッシャ
ー８及び凹球面形状ワッシャー９を介してボルト６とナ
ット７、１０で接合して成る接合部構造である。内側の
球形状ワッシャー５は、ナット当接面５ａを除く外周面
５ｂが、隣接する単体シールドＫ、Ｋの鋼殻主桁２、２
の位置ずれに相当する角度θまで回転可能な球面状に形
成され、前記エンドプレート３にはボルト孔４が外側方
向に鋼殻主桁２、２の位置ずれを許容する角度θの末広
がり形状に形成され形成され、該ボルト孔４の内端部に
前記内側球形状ワッシャー５の外周面５ｂを受容する凹
球面状の内側受容部４ａが形成されている。外側の球形
状ワッシャー８は、ナット当接面８ａを除く外周面８ｂ
が、隣接する単体シールドＫ、Ｋの鋼殻主桁２、２の位
置ずれに相当する角度θに回転可能な球面状に形成さ
れ、外側の凹球面形状ワッシャー９は、前記外側の球形
状ワッシャー８の当接面が９ａが、外側球形状ワッシャ
ー８の外周面８ｂを受容する凹球面状の外側受容部９ｂ
に形成されている。前記エンドプレート３の内側受容部
４ａ内に内側球形状ワッシャー５が設置され、且つエン
ドプレート３の外側面に当接された外側凹球面形状ワッ
シャー９の外側受容部９ｂ内に外側球形状ワッシャー８
が設置され、これらに通したボルト６が隣接する単体シ
ールドＫ、Ｋのエンドプレート３、３間に配置され、該
ボルト６にねじ込んだ内外のナット７、１０でエンドプ
レート３を締め付けて接合されていることをそれぞれ特
徴とする。

【００１０】請求項２に記載した発明に係る外殻先行ト
ンネル工法における単体シールド相互の接合方法は、外
殻先行トンネル工法により施工した隣接する単体シール
ドＫ、Ｋの鋼殻１、１の主桁２、２同士を、エンドプレ
ート３と内側の球形状ワッシャー５並びに前記エンドプ
レート３の外側の球形状ワッシャー８及び凹球面形状ワ
ッシャー９を使用してボルト６とナット７、１０により
接合する方法である。 a) 前記内側及び外側の各球形状ワッシャー５、８のナ
ット当接面５ａ、８ａを除く外周面５ｂ、８ｂを、隣接
する単体シールドＫ、Ｋの鋼殻主桁２、２の位置ずれに
相当する角度θに回転可能な球面状に形成する。 b) エンドプレート３にボルト孔４を複数形成し、該ボ
ルト孔４は外側方向に鋼殻主桁２、２の位置ずれを許容
する角度θの末広がり形状に形成すると共に、その内端
部に前記内側球形状ワッシャー５の外周面５ｂを回転可
能に受容する凹球面状の内側受容部４ａを形成する。 c) 前記外側の凹球面形状ワッシャー９の前記外側の球
面形状ワッシャーの当接面９ａを、外側球形状ワッシャ
ー８の外周面８ｂを回転可能に受容する凹球面状の外側
受容部９ｂに形成する。 d) ボルト６に予め外側のナット１０と外側球形状ワッ
シャー８及び外側凹球面形状ワッシャー９を通して用意
した後、該ボルト６の先端部を隣接する単体シールド
Ｋ、Ｋのエンドプレート３、３の対応するボルト孔４、
４へ通し、同ボルト６の先端部に内側球形状ワッシャー
５を通してエンドプレート３の内側受容部４ａ内へ設置
し、更に内側のナット７をボルト６へねじ込んで内側球
形状ワッシャー５のナット当接面５ａに締め付けた後、
前記外側凹球面形状ワッシャー９の外側受容部９ｂ内に
外側球形状ワッシャー８を設置し、前記外側のナット１
０を外側球形状ワッシャー８のナット当接面８ａへ締め
付けて接合することをそれぞれ特徴とする。

【００１１】

【発明の実施形態及び実施例】請求項１に記載した発明
に係る外殻先行トンネル工法における単体シールド相互
の接合部構造の実施形態を図１〜図７に示した。

【００１２】外殻先行トンネル工法により施工して隣接
する単体シールドＫ、Ｋ同士をボルトで接合する技術で
あり、単体シールドＫを構成する鋼殻１の主桁２のエン
ドプレート３、３同士を接合する。エンドプレート３の
内側に配置した球形状ワッシャー５と、外側に配置した
球形状ワッシャー８と凹球面形状ワッシャー９を介し
て、ボルト６及び内外のナット７、１０で接合する技術
として好適に実施される。前記内側の球形状ワッシャー
５は対引張り側の部材として、外側の球形状ワッシャー
８及び凹球面形状ワッシャー９は対圧縮側の部材として
機能する。

【００１３】本発明は、例えば縦×横が２０ｍ×３０ｍ
程度の超大断面矩形トンネルを、小断面のシールド工法
で余堀り無しに構築する外殻先行トンネル工法において
好適に実施される。個々の単体シールドＫは、トンネル
高さが２５００ｍｍであり、その鋼殻１は４本の主桁２
で構成され（図３参照）、その桁高が３００ｍｍ、幅寸
が１２００ｍｍである。

【００１４】図１は、左右に隣接する二つの単体シール
ドＫ、Ｋ（鋼殻１、１）の相互間に発生した鉛直方向の
位置ずれ（ずれ角度θ）にしたがって接合した実施形態
を示している。本実施形態は、接合部の間隔Ｌ_２が約１
０００ｍｍで、発生した位置ずれ量Ｌ_３は約１５０ｍ
ｍ、ずれ角度θが約８．４５°の場合を示している。

【００１５】前記の対引張り側部材である内側球形状ワ
ッシャー５は、図５に示したように、半径４０ｍｍの球
体の中心部に直径４０ｍｍのボルト孔５ｃを貫通させる
と共に、平坦なナット座面５ａからの厚さが３４．６ｍ
ｍの半球形状に形成されている。すなわち、ナット当接
面５ａを除く外周面が球面状に形成されている。よっ
て、この内側球形状ワッシャー５は、上記したように隣
接する単体シールドＫ、Ｋの鋼殻主桁２、２の位置ずれ
に相当する角度θ（但し、θ≦８．４５°）に対して回
転可能に構成されている（図２参照）。

【００１６】エンドプレート３は、厚肉（厚さ５０ｍ
ｍ）で剛性が高い板状体に形成されている。このエンド
プレート３は、縦×横の大きさが３５５×１２００ｍｍ
であり、図３に示した鋼殻１の４本の各主桁２…と溶接
で接合されている。該エンドプレート３に、ボルト孔４
が主桁２に沿ってその両側に４個所ずつ均等な配置で合
計１２個設けられている。各ボルト孔４のワッシャー当
接部は、図４に拡大して示したように、前記内側球形状
ワッシャー５の球形外周面５ｂをほぼぴったり密着する
状態に受容するべく、内側球形状ワッシャー５の外径と
同じ半径４０ｍｍの凹球面状の受容部４ａに形成されて
いる。

【００１７】ボルト孔４は、前記受容部４ａにおける口
径を７７．６ｍｍとして、前記鋼殻主桁２の位置ずれ角
度θに対してボルト６の傾きを許容する末広がり形状
（円錐形状）に形成されている。

【００１８】次に、対圧縮側の部材として機能する外側
の球形状ワッシャー８と外側の凹球面形状ワッシャー９
を説明する。

【００１９】外側球形状ワッシャー８の基本構造は前記
の内側球形状ワッシャー５と変らないが、同内側の凹球
面形状ワッシャー５に比べてこの外側の球形状ワッシャ
ー８は半径が大きく、厚さが薄い皿形状に形成されてい
る（図２参照）。図６に示したように、半径が７５ｍｍ
の球体に形成され、その中心部に直径４０ｍｍのボルト
孔８ｃを貫通させると共に、平坦なナット座面８ａから
の厚さは３２ｍｍの薄い半球形状に形成されている。こ
れは後述する外側の凹球面形状ワッシャー９が鋼殻主桁
２、２の位置ずれ角度θに応じて回転移動するのを許容
し、圧縮応力をエンドプレート３へ確実に伝達させるた
めである。

【００２０】外側の凹球面形状ワッシャー９は、図７に
示したように、厚さ３５ｍｍ、直径１２０ｍｍの円形状
プレートの中心部に、前記鋼殻主桁２、２の位置ずれに
相当する角度θに応じてボルト６の傾きを許容する直径
６６ｍｍの大きなボルト孔９ｃが貫通されている。そし
て、内側の平坦なプレート当接面９ａは、図２に示した
ようにエンドプレート３へ当接された際に前記鋼殻主桁
２、２の位置ずれ角度θに対するボルト６の傾きを許容
して自由に滑動可能な構成とされている。当該凹球面形
状ワッシャー９のプレート当接面９ａを除く外側部は、
前記外側の球形状ワッシャー８の球形外周面８ｂをほぼ
ぴったり密着する状態に受容すべく、外側球形状ワッシ
ャー８と同じ半径７５ｍｍの凹球面状の外側受容部９ｂ
に形成されている。

【００２１】次に、上記の構成に基いて、請求項２に記
載した発明に係る外殻先行トンネル工法における単体シ
ールド相互の接合方法を説明する。

【００２２】この接合方法は、上述したように隣接する
二つの単体シールドＫ、Ｋの鋼殻主桁２、２同士を、各
々のエンドプレート３を挟む内外の球形状ワッシャー
５、８と外側凹球面形状ワッシャー９を介して、ボルト
６と内外のナット７、１０で接合する方法として好適に
実施される（図２参照）。

【００２３】先端部にねじ部分６ａを必要な長さ形成さ
れた所定長さのボルト６（外径φは４０ｍｍ位）の両端
に、まず外側のナット１０と外側球形状ワッシャー８及
び外側の凹球面形状ワッシャー９を順に通して用意す
る。この場合、外側のナット１０をねじ込むねじ部分６
ａ’の外径を、先端のねじ部分６ａよりも少し大径に形
成しておくと、ナット１０の用意を素早く行えて便利で
ある。

【００２４】次いで、ボルト６の端部を、接合するべき
二つの単体シールドＫ、Ｋそれぞれのエンドプレート
３、３の対応するボルト孔４、４へ通す。そして、同ボ
ルト６の両端部に、上記の内側球形状ワッシャー５を通
してエンドプレート３の内側受容部４ａ内に設置する。
更にボルト先端部のネジ部分６ａへ内側からナット７を
ねじ込み、同ナット７を内側球形状ワッシャー５のナッ
ト当接面５ａへ強く締め付けて単体シールド相互の接合
位置を決める。

【００２５】しかる後に、前記の外側の凹球面形状ワッ
シャー９のプレート当接面９ａをエンドプレート３へ当
接させ、同外側凹球面形状ワッシャー９の外側受容部９
ｂ内に外側球形状ワッシャー８を設置し、外側のナット
１０をねじ込み、外側球形状ワッシャー８のナット当接
面８ａへ強く締め付けて接合作業を完了する。

【００２６】したがって、鋼殻主桁２のエンドプレート
３はその内外両面をナット７、１０により強固に固定さ
れる。即ち、内側においては、内側球形状ワッシャー５
に対する内側のナット７の締付け力によりボルト６がエ
ンドプレート３へ強固に定着されている。よって、接合
した二つの単体シールドＫ、Ｋの鋼殻主桁２、２の間に
引張り力が作用した場合、その引張り力を確実に伝達し
て変位に抵抗する。

【００２７】また、エンドプレート３の外側において
は、外側球形状ワッシャー８と外側の凹球面形状ワッシ
ャー９に対して外側のナット１０の締付け力によりボル
ト６がエンドプレート３に強固に定着されている。よっ
て、二つの単体シールドＫ、Ｋの鋼殻主桁２、２の間に
圧縮力が作用しても、その圧縮力は確実に伝達して変位
に抵抗する。

【００２８】かくして、本発明によれば、接合した二つ
の単体シールドＫ、Ｋが接近したり離れたりする変位に
対し、両者をつないだボルト６の引張り応力と圧縮応力
を仲介として確実に抵抗するから、接合部の変形や損傷
を防ぐ効果がある。

【００２９】また、上記した内外の球形状ワッシャー
５、８がそれぞれ凹球面状の受容部４ａ、９ｂ内で回転
し、外側の凹球面形状ワッシャー９のプレート当接面９
ａがエンドプレート３上を滑動するので、鋼殻主桁２の
鉛直方向や水平方向、軸方向の位置ずれ等、あらゆる態
様で位置ずれした単体シールドＫ、Ｋに対して自在に適
応した接合を行うことができる。

【００３０】

【発明の奏する効果】請求項１、２に記載した発明に係
る単体シールド相互の接合部構造及び接合方法によれ
ば、エンドプレートを挟む内外の球形状ワッシャーと外
側の凹球面形状ワッシャーを介して、ボルト、ナットに
よって、隣接する単体シールドの鋼殻主桁同士を直接、
且つ簡便に接合でき、しかも隣接する単体シールド間の
変位に対して確実に強固に抵抗し、高品質な単体シール
ドの連鎖の構築に寄与する。

【００３１】接合するべき単体シールド相互間の施工誤
差や接合部幅の変更に対しても、回転可能な内外の球形
状ワッシャーと大径で薄い凹球面形状ワッシャーにより
ボルトを適正方向に配置できるので、施工現場により個
別に異なる施工誤差をいちいち測量する必要がなく、施
工性にも優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る接合部構造を主要部分について示
した正面図である。

【図２】図１の拡大図である。

【図３】エンドプレートの裏面図である。

【図４】エンドプレートのボルト孔部分を拡大して示し
た断面図である。

【図５】内側球形状ワッシャーを示した断面図である。

【図６】Ａ、Ｂは外側球形状ワッシャーを示した断面図
と裏面図である。

【図７】Ａ、Ｂは外側の凹球面形状ワッシャーを示した
断面図と正面図である。

【図８】従来の主要部分を示した正面図である。

【図９】外殻先行トンネル工法の実施例を示す断面図で
ある。

【図１０】隣接する単体シールドの位置ずれの説明図で
ある。

【符号の説明】

Ｋ 単体シールド １ 鋼殻 ２ 主桁 ３ エンドプレート ４ ボルト孔 ４ａ 内側受容部 ５ 内側球形状ワッシャー ５ａ ナット当接面 ５ｂ 外周面 ６ ボルト ７ ナット ８ 外側球形状ワッシャー ８ａ ナット当接面 ８ｂ 外周面 ９ 外側の凹球面形状ワッシャー ９ａ プレート当接面 ９ｂ 外側受容部 １０ ナット θ 位置ずれ角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近 信明 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式会 社竹中土木内 (72)発明者 藤井 義文 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式会 社竹中土木内 (72)発明者 平井 卓 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式会 社竹中土木内 (72)発明者 崩口 信介 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式会 社竹中土木内 (72)発明者 福本 忠浩 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式会 社竹中土木内 (72)発明者 望月 修 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大成 建設株式会社内 Ｆターム(参考） 2D055 BA01 BB03 DA11 GC06 3J034 AA02 BA18

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外殻先行トンネル工法により施工した隣接
   する単体シールドの鋼殻の主桁同士を、そのエンドプレ
   ートと、内側の球形状ワッシャー並びに前記エンドプレ
   ートの外側に配置した球形状ワッシャー及び凹球面形状
   ワッシャーを介してボルトとナットで接合して成る接合
   部構造であり、 内側の球形状ワッシャーは、ナット当接面を除く外周面
   が、隣接する単体シールドの鋼殻主桁の位置ずれに相当
   する角度まで回転可能な球面状に形成され、前記エンド
   プレートにはボルト孔が外側方向に鋼殻主桁の位置ずれ
   を許容する角度の末広がり形状に形成され、該ボルト孔
   の内端部に前記内側球形状ワッシャーの外周面を受容す
   る凹球面状の内側受容部が形成されていること、 外側の球形状ワッシャーは、ナット当接面を除く外周面
   が、隣接する単体シールドの鋼殻主桁の位置ずれに相当
   する角度に回転可能な球面状に形成され、外側の凹球面
   形状ワッシャーは、前記外側の球形状ワッシャーの当接
   面が、外側球形状ワッシャーの外周面を受容する凹球面
   状の外側受容部に形成されていること、前記エンドプレ
   ートの内側受容部内に内側球形状ワッシャーが設置さ
   れ、且つエンドプレートの外側面に当接された外側の凹
   球面形状ワッシャーの外側受容部内に外側球形状ワッシ
   ャーが設置され、これらに通したボルトが隣接する単体
   シールドのエンドプレート間に配置され、該ボルトにね
   じ込んだ内外のナットでエンドプレートを締め付けて接
   合されていることをそれぞれ特徴とする、外殻先行トン
   ネル工法における単体シールド相互の接合部構造。
2. 【請求項２】外殻先行トンネル工法により施工した隣接
   する単体シールドの鋼殻の主桁同士を、エンドプレート
   と内側の球形状ワッシャー並びに前記エンドプレートの
   外側の球形状ワッシャー及び凹球面形状ワッシャーを使
   用してボルトとナットにより接合する方法であり、 a) 前記内側及び外側の各球形状ワッシャーのナット当
   接面を除く外周面を、隣接する単体シールドの鋼殻主桁
   の位置ずれに相当する角度に回転可能な球面状に形成
   し、 b) エンドプレートにボルト孔を複数形成し、該ボルト
   孔は外側方向に鋼殻主桁の位置ずれを許容する角度の末
   広がり形状に形成すると共に、その内端部に前記内側球
   形状ワッシャーの外周面を回転可能に受容する凹球面形
   状の内側受容部を形成し、 c) 前記外側の凹球面形状ワッシャーの前記外側の球面
   形状ワッシャーの当接面を、外側球形状ワッシャーの外
   周面を回転可能に受容する凹球面状の外側受容部に形成
   し、 d) ボルトに予め外側のナットと外側球形状ワッシャー
   及び外側凹球面形状ワッシャーを通して用意した後、該
   ボルトの先端部を隣接する単体シールドのエンドプレー
   トの対応するボルト孔へ通し、同ボルトの先端部に内側
   球形状ワッシャーを通してエンドプレートの内側受容部
   内へ設置し、更に内側のナットをボルトへねじ込んで内
   側球形状ワッシャーのナット当接面に締め付けた後、前
   記外側凹球面形状ワッシャーの外側受容部内に外側球形
   状ワッシャーを設置し、前記外側のナットを外側球形状
   ワッシャーのナット当接面へ締め付けて接合すること、
   をそれぞれ特徴とする、外殻先行トンネル工法における
   単体シールド相互の接合方法。