JP2002013394A

JP2002013394A - シールドトンネルの覆工構造、その施工方法及びインバートセグメント

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Publication number: JP2002013394A
Application number: JP2000193097A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nagura; 浩名倉; Toshio Ono; 俊雄小野; Tadami Yamaguchi; 忠美山口; Toru Ikegami; 徹池上; Tsutomu Hagiwara; 勉萩原
Original assignee: Hazama Gumi Ltd
Current assignee: Hazama Corp
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2002-01-18
Anticipated expiration: 2020-06-27
Also published as: JP4243418B2

Abstract

(57)【要約】【課題】次覆工終了後に行うインバート部の施工が省
略できて、トンネル施工の高速化が図れる、レールや枕
木などの仮設軌道設備の設置が簡略化できる、軌道設備
の安定性が高まる、セグメントの安定性が高く、セグメ
ントの組立とシールド機の掘進の同時施工が可能とな
る、シールドトンネルの覆工構造を提供する。【解決手段】インバート部を形成して厚くしたＤ形断
面のインバートセグメント１と、通常の厚さのアーチセ
グメント２とで、セグメントリングを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールドトンネル
の覆工構造、その施工方法、及びシールドトンネル用イ
ンバートセグメントに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のシールドトンネルセグメントの一
般的な形状は、図９（Ａ）に示すように、同じ厚さの円
弧状セグメントａを組み合わせて単純なリング状とした
もので、分割数は、外径φ２ｍ級で５分割、φ３〜６ｍ
級で６分割程度である。

【０００３】シールドトンネルでは、その機能に応じて
底部にインバートを設ける。その機能としては、点検歩
路、管内点検・清掃用機械の通路、トンネル内に収納す
る配管・配線などの基礎、軌道、道路、不陸の修正など
である。厚さ、構造、表面形状、強度などはその機能に
よって異なる。

【０００４】従来、インバート部の施工は、図１５
（Ａ）に示す一次覆工終了後、仮設軌道を撤去しなが
ら、図１５（Ｂ）に示すようにコンクリートｂを打設し
て行う。

【０００５】シールド施工におけるセグメント等の資機
材は、バッテリー機関車を使用することが一般的であ
る。そのために、図１５（Ｃ）に示すように枕木（Ｈ鋼
など）ｃやレールｄ等から構成される仮設軌道設備を設
置する。図１６にその詳細を示す。そして、施工終了
後、これらの仮設軌道設備を撤去する。

【０００６】また、従来におけるシールドの施工は、シ
ールド機の推進反力をシールドジャッキを伸ばすことに
よって、組立が終了したセグメントに取って、カッタに
よって地山を切削して掘進を行う。このときシールド機
の姿勢制御は、使用するジャッキの選択によって旋回モ
ーメントを発生させて行う。セグメント１リング分のス
トロークを終了した時点で掘進を終了し、エレクタによ
ってセグメントを１ピースずつ組み立てる。

【０００７】最近は、掘進と組立を同時に行う「同時掘
進・組立施工」が開発されてきている。これは、掘進を
行いながらセグメントを組み立てるものである。推進
は、組み立てるセグメントピース範囲外のジャッキを使
用して行い、推進反力は、前のリングの組立完了したセ
グメントだけでなく、当該リングの組立済みのピースに
も取って行う。

【０００８】従って、各ピースの組立にしたがい、シー
ルド機の推力の確保と適切な施工モーメントを得るた
め、ジャッキパターンも大幅に変更していく必要があ
る。そのため、シールドジャッキが通常のシールド機よ
りも１リング分長くなる。また、使用するジャッキが制
限されるため、姿勢制御をジャッキパターンで行うこと
が難しくなり、それを担保するために、ジャッキ本数を
増やしたり、中折れ機構をリアルタイムに使用したり、
ラティス式ジャッキを使用したりする。また、掘進にし
たがい、セグメントを組み立てるエレクタがセグメント
から離れていくため、エレクタをシールド機から分離し
た技術もある。

【０００９】一方、機長が１リング分長くなるとか、ジ
ャッキパターンの大幅な変更が必要などの問題を解決す
るため、セグメントの形状を六角形にしたり（ハニカム
セグメント）、Ｔ型にしたり、螺旋状（スパイラルセグ
メント）がある。

【００１０】従来の施工方法における各工程と、そこで
の問題点を整理すると次のとおりである。インバート施工インバートを施工する場合、一次覆工完了後に別工程で
コンクリートを打設してその施工を行う。＜問題点＞インバート施工の分、工期が長くなる（ただ
し、日進量は２０〜４０ｍ／日程度）。また、インバー
ト施工に伴い、インバート部の清掃などがあり、工事費
が余分にかかる。特に、長距離施工の場合、坑内のコン
クリート輸送に時間を要し、日進量が低下してしまう。

【００１１】仮設軌道設備セグメントや配管類の搬送のための台車及び後方台車の
移動に必要なレールを、トンネルに並べた枕木としての
Ｈ鋼などに取り付ける。設置はシールド掘進と並行して
行い、撤去はインバート部のコンクリート打設や二次覆
工と並行して行うことが多い。＜問題点＞仮設軌道設備費用として鋼材費、その設置・
撤去費用が必要となる。また、設置と撤去、さらに設置
・撤去に伴う輸送の手間と費用が発生する。また、安全
性の面から見ると、足場板などによる仮設通路の設置・
撤去及び材料費が必要となる。また、通路以外の場所に
ついては、作業員の足下注意が必要で、作業性が落ち
る。さらに、枕木はセグメントの上に固定せず、単に水
平に仮置きしていることが多い。また、レールはレール
クリップなどで枕木に固定している。従って、強固な構
造とはいえず、脱線・転覆などを防ぐためにバッテリー
機関車の走行速度を５〜１０ｋｍ／ｈと遅い速度に制限
し、安全性を確保している。

【００１２】シールド掘進・組立方法従来のシールド工法ではセグメントをリング状に組み立
てた後、組み立てられたセグメントを反力にしてシール
ド機の掘進を行うという作業を繰り返す。＜問題点＞組立と掘進作業を同時並行して行えないた
め、その分、進捗速度が遅く、工期がかかる。

【００１３】同時掘進・組立施工推進は、組み立てるセグメントピース範囲外のジャッキ
を使用して行い、推進反力は、前のリングの組立完了し
たセグメントだけでなく、当該リングの組立済みのピー
スにも取って行う。＜問題点＞組立途中のリングは、リング間（円周方向）
のみボルトで固定され、トンネル軸方向はフリーである
ことが多い。その結果、構造的に不安定であり、ＲＣセ
グメントを適用した場合、偏心した推力で欠けやクラッ
クが発生しやすい。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、一次覆工終了後に行うインバート部の施工が省略で
きて、トンネル施工の高速化が図れる。レールや枕木などの仮設軌道設備の設置が簡略化で
きる。軌道設備の安定性が高まる。セグメントの安定性が高く、セグメントの組立とシ
ールド機の掘進の同時施工が可能となる。等の優れた効果を発揮できる、シールドトンネルの覆工
構造、その施工方法、及びシールドトンネル用インバー
トセグメントを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明では、インバート
部を形成して厚くしたインバートセグメントと、通常の
厚さのアーチセグメントとで、セグメントリングを構成
する。

【００１６】インバートセグメントは、そのインバート
部上に、枕木を用いなくともレールを直接敷設したり、
排水溝や歩床などを形成できるように、下面を円弧面と
するＤ形断面にする。

【００１７】インバートセグメントのインバート部に孔
を設ければ、重量軽減が図れるとともに、組立時の把持
部としたり、セグメントリング相互において孔を連通さ
せることにより、埋設形態の管路として利用できる。

【００１８】インバートセグメント及びアーチセグメン
トのそれぞれの端面に継手凸部と継手凹部を形成し、セ
グメント同士の継手凸部と継手凹部とを嵌合させた状態
で、緊締部材で緊締してセグメント同士を接合すると良
い。

【００１９】セグメントをリング状に組み立てるに当た
り、インバートセグメントは、既に組立が完了した前リ
ングのアーチセグメントに、掘進に必要な推進ジャッキ
の反力を取って組み立て、アーチセグメントは、当該リ
ングのインバートセグメントに、掘進に必要な推進ジャ
ッキの反力を取って組み立てると、セグメントに損傷を
与えることなく、セグメントの組立とシールド機の掘進
の同時施工が容易に可能となる。

【００２０】インバートセグメントのトンネル周方向の
一端に上向きに突出する凸部を設ければ、トンネル軸方
向に並ぶインバートセグメント相互において凸部が左右
交互となる千鳥組にできる。

【００２１】また、インバートセグメントのトンネル周
方向の両端に上向きに突出する凸部を設け、これら凸部
を含むインバートセグメントの平面形状が台形になるよ
うにすれば、セグメント相互の隅角部が互いに食い違う
ため、継手部の止水性を向上させることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００２３】図１に示すように本発明では、１個の分厚
いインバートセグメント１と通常セグメントである複数
個のアーチセグメント２とで１組のセグメントリングを
組み立てながら、シールド機（図示せず）を後述のよう
に推進させてシールドトンネルを施工する。セグメント
リングの分割はトンネル内空断面の大きさ等により決め
る。

【００２４】アーチセグメント２は、内外両面が円弧面
である通常の厚さの通常セグメント（いわゆるＡ型セグ
メントやＢ型セグメントやＫ型セグメントなど）で、従
来と同じであり、その複数個でシールドトンネルの底部
以外の部分（アーチ部）を構成する。

【００２５】これに対してインバートセグメント１は、
それだけでもってシールドトンネルのインバート部を構
成するもので、アーチセグメント２に比べてインバート
部を形成する部分だけ分厚くなっている。すなわち、イ
ンバートセグメント１は、外面（下面）は円弧面である
が、内面（上面）は平らな水平面であるＤ形断面となっ
ており、鉄筋を埋設したコンクリート製（ＲＣ構造）
で、いわばインバート部一体化構造となっている。ま
た、インバートセグメント１のインバート部には、重量
軽減のため、及び把持部として利用するため、前後面を
貫通する複数個の貫通孔３が平行に設けられている。図
の例では、内径が異なる大小の貫通孔が２本ずつ設けて
ある。

【００２６】インバートセグメント１及びアーチセグメ
ント２のいずれについても、それらのリング間継手面と
なる平坦な両端面４・５には、応力を分散する継手部が
形成されている。すなわち、一方の端面４には、弧状の
応力分散用凹部６、他方の端面５には弧状の応力分散用
凸部７がそれぞれ形成され、応力分散用凹部６は、セグ
メント１又は２の一方の端面４に対して弧状に窪んで長
手方向に延び、また応力分散用凸部７は、セグメント１
又は２の他方の端面５に対して、応力分散用凹部６より
も少し小さい曲率半径で弧状に突出して長手方向に延び
ている。

【００２７】そして、凹部６の曲面谷部の深さと凸部７
の曲面頂部の高さとは等しく、これらを嵌合させたと
き、曲率半径の違いによる微小な隙間を凹部６の内側に
のみに形成して、凹部６の曲面谷部と凸部７の曲面頂部
とが所要の面積をもって曲面接触するとともに、平坦な
端面４・５同士が、凹部６と凸部７との嵌合部分の両側
において滑動可能に平面接触する関係になっている。

【００２８】このような凹部６と凸部７とによるリング
間の継手部は、インバートセグメント１とアーチセグメ
ント２とを組み立てたとき、同一円弧線上で連続するよ
うになっている。

【００２９】インバートセグメント１とアーチセグメン
ト２との間のセグメント間、及びアーチセグメント２同
士の間のセグメント間の継手部も、上記のようなリング
間の継手部と同じ構造になっている。

【００３０】次に、図２を参照して施工方法について説
明する。図２のに示すように、インバートセグメント
１を組み立てるとき、既に組み立てたリングのアーチセ
グメント２に推進ジャッキ８の反力を取ってシールド機
９を掘進させる。

【００３１】図２のに示すように、設置したインバー
トセグメント１に推進ジャッキの反力を取ってシールド
機９を掘進させながら、アーチセグメント２を組み立て
る。図２のはアーチセグメント２の組み立てが終了し
た状態である。

【００３２】このようにして１リングを組み立てた後、
図２のに示すように、アーチセグメント２に推進ジャ
ッキ８の反力を取ってシールド機９を掘進させながら、
次のリングのためのインバートセグメント１を組み立て
る。

【００３３】１リングにおいて、アーチセグメント２同
士を接合する場合には、図３に示すように、互いの応力
分散用凹部６と応力分散用凸部７とを嵌合させ、緊締部
材として例えばＣ形の曲がりボルト１０を用いて緊締す
ることもできる。この場合、曲がりボルト１０を、ボル
トボックス１１から両アーチセグメント２のボルト挿通
孔１２に貫通させるが、曲がりボルト１０とボルト挿通
孔１２との間には隙間が形成され、応力分散用凹部６と
応力分散用凸部７との間にも上記のように隙間が形成さ
れることから、この隙間分だけアーチセグメント２同士
の変位が許容されて応力の分散が行われる。

【００３４】また、インバートセグメント１とアーチセ
グメント２との接合は、同様に互いの応力分散用凹部６
と応力分散用凸部７とを嵌合させた上、インバートセグ
メント１に埋設されたインサート金物（袋ナット等）１
３に、アーチセグメント２のボルトボックス１４からボ
ルト１５を斜めに螺合させて緊締することもできる。

【００３５】リング間の接合も。応力分散用凹部６と応
力分散用凸部７とを嵌合させた上、緊締するが、リング
間のインバートセグメント１同士の緊締方法として次の
ような方法がある。

【００３６】図４はコンクリートボックスタイプ、図５
は通し長ボルトタイプ、図６はワンタッチジョイントタ
イプ、図７はコッタタイプである。各タイプの長所を挙
げると、コンクリートボックスタイプは、資材費が安
い、型枠が比較的簡易、通し長ボルトタイプは、資材費
が比較的安い、型枠が比較的簡易、インバート部の断面
欠損がない、ワンタッチジョイントタイプは、組み立て
が比較的簡易、型枠が比較的簡易、インバート部の断面
欠損がない、配筋が簡易、コッタタイプは、組み立てが
容易、インバート部の断面欠損がほとんどない、配筋が
簡易ということである。

【００３７】本例のように、貫通孔３を設けたインバー
トセグメント１の場合には、リング間において貫通孔３
を連通させることにより、排水や換気等のための管路と
して使用できる。また、インバートセグメント１をエレ
クタで把持する際に、貫通孔３を利用できるとともに、
貫通孔３のような空隙を設けることにより、インバート
セグメント１の軽量化が図れる。貫通孔３に代えてパイ
プ類を埋設しても同等の作用効果がある。さらに、イン
バートセグメント１自体を軽量コンクリートで製作して
軽量化することも考えられる。

【００３８】また、仮設軌道設備を取り付けられるよう
に、インバートセグメント１上面にインサート金物を埋
め込んでおくこともできる。図８は、インバートセグメ
ント１に埋設したインサート金物１６を利用して、イン
バートセグメント１上面にレール１７を直接敷設した状
態を示す。インバートセグメント１自体が枕木を兼ねる
ので、枕木は不要になり、インバートセグメント１上面
とレール１７の間に硬質ゴムマット１８を敷き、レール
１７のフランジ部を押さえる押さえプレート１９をイン
サート金物１６に固定するだけで、レール１７を敷設で
きる。

【００３９】さらに、インバートセグメント１には、図
９に示すように上面に排水溝１ａを形成したり、図１０
に示すように歩床１ｂを形成したり、点検通路や配管基
礎などを予め設けておくことができる。

【００４０】また、図１１に示すように、インバートセ
グメント１のトンネル周方向の一端に上向きに突出する
凸部１ｃを設ければ、図１２に示すように、トンネル軸
方向に並ぶインバートセグメント相互において凸部１ｃ
が左右交互となる千鳥組にできる。

【００４１】また、図１３に示すように、インバートセ
グメント１のトンネル周方向の両端に上向きに突出する
凸部１ｃを設け、これら凸部１ｃを含むインバートセグ
メント１の平面形状が台形になるようにすれば、図１４
に示すように、セグメント相互の隅角部が互いに食い違
うため、継手部の止水性を向上させることができる。

【００４２】

【発明の効果】本発明による効果を以下に列挙する。インバート部分の施工及び清掃などの関連工事が省
略できるため、工期・工事費の低減が可能となる。これ
は特に長距離・高速施工の場合、有効である。枕木に用いるＨ鋼や通路用足場板等が不要となるた
め、設置手間および工事費の低減が図れる。インバートが切羽部分まで連続的に構築されている
ので、作業足場が安定し、作業効率が上がると共に安全
性が向上する。枕木を使用することなく、レールをインバートセグ
メント上に直接敷設できるので、枕木にレールを設置す
る方法に比べると軌道設備の安定性が高まり、バッテリ
機関車の脱線などの事故を防げる。また、走行時の安定
性が増したことにより、バッテリ機関車の高速化が可能
となる構造的に安定したインバートセグメントに反力を取
りながらシールド掘進とアーチセグメントの組立を同時
に行えるので、ＲＣセグメントを損傷させることなく、
同時・掘進組立を施工することができる。組立と同時に完成時の重量が得られるため、浮き上
がりが懸念される浅い土被りの施工に適している。インバートセグメントに重量軽減のために設ける中
空空間を、配管や配線などのスペースとして利用でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による覆工構造をリング間の継手部の詳
細断面図と共に示す斜視図である。

【図２】本発明におけるセグメントの組み立て方法を説
明する説明図である。

【図３】インバートセグメントとアーチセグメント、及
びアーチセグメントとアーチセグメントのセグメント間
での接合例を、その部分拡大図と共に示す簡略断面図で
ある。

【図４】図４から図７は、リング間のインバートセグメ
ント同士の緊締方法のタイプをそれぞれ示し、各図にお
いて（Ａ）は垂直断面、（Ｂ）は水平断面であり、図４
はコンクリートボックスタイプを示している。

【図５】長ボルトタイプを示す。

【図６】ワンタッチジョイントタイプを示す。

【図７】コッタタイプを示す。

【図８】本発明における仮設軌道設備の設置例を、その
部分拡大図と共に示す簡略断面図である。

【図９】上面に排水溝を形成したインバートセグメント
の正面図である。

【図１０】上面に歩床を形成したインバートセグメント
の正面図である。

【図１１】一端に凸部を形成したインバートセグメント
を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図である。

【図１２】図１１のインバートセグメントを千鳥組とし
た斜視図である。

【図１３】両端に凸部を形成し、平面形状を台形とした
インバートセグメントを示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）
は平面図である。

【図１４】図１３のインバートセグメントを用いたセグ
メント組立例の斜視図である。

【図１５】従来におけるインバート部の施工を（Ａ）〜
（Ｂ）の３工程に分けて説明する説明図である。

【図１６】従来における仮設軌道設備の設置例を、その
部分拡大図と共に示す簡略断面図である。

【符号の説明】

１インバートセグメント２アーチセグメント３貫通孔４・５セグメントの端面６応力分散用凹部７応力分散用凸部８推進ジャッキ９シールド機１０曲がりボルト１１ボルトボックス１２ボルト挿通孔１３インサート金物１４ボルトボックス１５ボルト１６インサート金物１７レール１８硬質ゴムマット１９押さえプレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山口忠美東京都港区北青山二丁目５番８号株式会社間組内 (72)発明者池上徹東京都港区北青山二丁目５番８号株式会社間組内 (72)発明者萩原勉東京都港区北青山二丁目５番８号株式会社間組内Ｆターム(参考） 2D055 BA01 BB01 CA08 GB07 GC01 GC02 GC06 KB08 LA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インバート部を形成して厚くしたインバー
トセグメントと、通常の厚さのアーチセグメントとで、
セグメントリングを構成したことを特徴とするシールド
トンネルの覆工構造。
【請求項２】インバートセグメントは、下面を円弧面と
するＤ形断面であることを特徴とする請求項１記載のシ
ールドトンネルの覆工構造。
【請求項３】インバートセグメントのインバート部に孔
が設けられ、セグメントリング相互において孔が連通し
ていることを特徴とする請求項１又は２記載のシールド
トンネルの覆工構造。
【請求項４】インバートセグメント及びアーチセグメン
トのそれぞれの端面に継手凸部と継手凹部が形成され、
インバートセグメント同士、アーチセグメント同士、イ
ンバートセグメントとアーチセグメントとが、互いの継
手凸部と継手凹部とを嵌合させ、緊締部材で緊締して接
合されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載
のシールドトンネルの覆工構造。
【請求項５】インバート部を形成して厚くしたインバー
トセグメントと、通常の厚さのアーチセグメントとで、
セグメントリングを構成して覆工することを特徴とす
る、シールドトンネルの覆工構造の施工方法。
【請求項６】インバートセグメントに推進ジャッキの反
力を取ってアーチセグメントの組み立てを行い、アーチ
セグメントに推進ジャッキの反力を取ってインバートセ
グメントの組み立てを行うことを特徴とする、請求項５
記載のシールドトンネルの覆工構造の施工方法。
【請求項７】インバート部を形成して厚くし、下面を円
弧面とするＤ形断面としたことを特徴とする、シールド
トンネル用インバートセグメント。
【請求項８】インバート部に孔を設けたことを特徴とす
る請求項７記載のシールドトンネル用インバートセグメ
ント。
【請求項９】トンネル周方向の一端に上向きに突出する
凸部を設けたことを特徴とする請求項７又は８記載のシ
ールドトンネル用インバートセグメント。
【請求項１０】トンネル周方向の両端に上向きに突出す
る凸部を設け、これら凸部を含む平面形状を台形とした
ことを特徴とする請求項７又は８記載のシールドトンネ
ル用インバートセグメント。