JP2008231772A - シールドトンネルにおける道路トンネルの構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】掘進と並行して道路の施工が行えることから施工効率を向上させることができ、工期短縮を図ることができる。
【解決手段】シールドトンネル１０の掘進に伴って、シールドトンネル１０の内周壁にセグメント１２を設置し、シールドトンネル１０の掘進と並行して、設置したセグメント１２の内周面に円弧板状をなすアーチ型プレキャスト版１を、シールドトンネル１０の内部空間を上下に分割させるように、アーチ型プレキャスト版１の外周面１ａを上方に向けた状態で掘進方向に順次配置する。アーチ型プレキャスト版１の下方のアーチ内空間Ｔは、シールドトンネル１０の掘進に伴う搬送用通路をなしている。シールドトンネル１０の掘進と並行して、アーチ型プレキャスト版１の上部のアーチ上空間Ｓに道路を構築するようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、シールドトンネルにおける道路トンネルの構築方法に関する。

従来、橋梁や道路などの施工では、工期短縮、現場の作業効率の向上といった利点があることから、工場などでプレキャスト化した鉄筋コンクリート製のプレキャスト床版を設置する工法が採用されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
特許文献１及び特許文献２は、プレキャスト床版同士の接合構造に、互いの接合端面から突出させてなる円弧状のループ鉄筋を使用したループ継手について開示されたものである。

ところで、近年では、都市部において地下に道路トンネルを構築するケースが増えている。このような道路トンネルの施工では、先ずシールド掘削機によって地山に掘削穴を掘削しつつ、その内面に円弧板状のセグメントを周方向および軸方向に複数連結して筒状壁体を構築することによりシールドトンネルを形成するシールド工法が採用されている。このときの掘削した坑内には、掘進に必要なセグメント、電線、給気管、排水管等の資材の搬送に必要な軌条設備などの仮設備が設置されている。
そして、シールドトンネルの掘進完了後に、仮設備を撤去し、プレキャスト床版をトンネル内部空間の所定高さとなるようにトンネル軸方向に順次連結させて配置し、プレキャスト床版の上部に路盤や舗装を施工するとともに、プレキャスト床版の下部に換気ダクトや待避所等の設備を配置するための空間を施工する施工手順となっている。
特開平１０−１５９２２７号公報 特開２００１−１５９１０１号公報

しかしながら、従来のシールドトンネルにおける道路トンネルの構築方法では、以下のような問題があった。
すなわち、シールドトンネルの掘進中はセグメント等の資材の搬入等の作業があることから、プレキャスト床版を設置してその床版上に道路の舗装を施工したりプレキャスト床版の下方に換気ダクト等を設置するための空間を構築するといった作業は、シールドトンネルの掘進が完了して軌条設備等の仮設備を撤去した後に行うことになっている。そのため、工期が長くなるという欠点があり、さらなる施工の効率化が図れる好適な施工方法が必要とされていた。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、掘進と並行して道路の施工が行えることから施工効率を向上させることができ、工期短縮を図ることができるシールドトンネルにおける道路トンネルの構築方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るシールドトンネルにおける道路トンネルの構築方法では、シールドトンネルの内部空間を上下に分割させ、その上方の空間を道路として利用するシールドトンネルにおける道路トンネルの構築方法であって、シールドトンネルの掘進に伴って、シールドトンネルの内周壁にセグメントを設置する工程と、シールドトンネルの掘進と並行して、設置したセグメントの内周面に円弧板状をなすアーチ型プレキャスト版を、内部空間を上下に分割させるように、アーチ型プレキャスト版の外周面を上方に向けた状態で掘進方向に順次配置する工程とを備え、アーチ型プレキャスト版の下方の空間は、シールドトンネルの掘進に伴う搬送用通路をなしていることを特徴としている。
本発明では、シールドトンネルの掘進とともに、トンネル断面の内部空間を上下に分割させるようにしてアーチ型プレキャスト版を設置させることで、アーチ型プレキャスト版の下方の空間（アーチ内空間）、つまりアーチ型プレキャスト版の内周面とセグメントとの間の空間をシールドトンネルの掘進に伴う搬送用通路として使用できるとともに、掘進に必要な給水管、排水管、電線などの仮設備を配置することができる。具体的には、シールドトンネルの掘進時に使用されるセグメントやアーチ型プレキャスト版の形状が円弧板状であるので、例えばそれらの長手方向をトンネル軸方向に向けることで、前記アーチ内空間を通過させることができる。したがって、アーチ型プレキャスト版の上方の空間では、掘進作業とは別の作業を行うことが可能となり、アーチ型プレキャスト版の上方に構築される道路の基盤や舗装などの施工を掘進と並行して行うことができる。そのため、従来のように掘進後に掘進に必要な仮設備を撤去してから道路の施工を行う場合と比べて、効率よく施工を行うことができる。しかも、設置するアーチ型プレキャスト版は、掘進後にアーチ内空間に設置されている軌条や配管等の仮設備を撤去することで、道路トンネルとして利用される換気ダクト等の設備を配置することができる。

また、本発明に係るシールドトンネルにおける道路トンネルの構築方法では、シールドトンネルの掘進と並行して、シールドトンネルの掘削によって発生した掘削土砂を、設置したアーチ型プレキャスト版の上部に埋め戻すことが好ましい。
本発明では、掘進中によって発生する掘削土砂を、道路の路盤として利用し、掘進と並行して設置させたアーチ型プレキャスト版の上部に所定高さまで埋め戻すことで、掘削土砂を搬出する手間が省けるうえ、処分場へ運搬するダンプトラックの台数を削減することができるため、処分費の低減を図ることができる。

また、本発明に係るシールドトンネルにおける道路トンネルの構築方法では、シールドトンネルの掘進と並行して、設置したアーチ型プレキャスト版の上部に道路を構築することが好ましい。
本発明では、掘進後に行う道路の構築作業を少なくすることができることから、大幅な工期短縮を図ることができる。

本発明のシールドトンネルにおける道路トンネルの構築方法によれば、シールドトンネルの掘進時において、セグメントの内周面に設置されるアーチ型プレキャスト版の下方の空間を搬送用通路として使用することができることから、アーチ型プレキャスト版の上方の空間では、掘進作業とは別の作業を行うことが可能となり、アーチ型プレキャスト版の上方に構築される道路の路盤や舗装等の施工を掘進と並行して行うことができるため、施工効率を向上させて工期短縮を図ることができる。

以下、本発明のシールドトンネルにおける道路トンネルの構築方法の実施の形態について、図１乃至図９に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態による道路トンネルの縦断面図、図２は道路トンネルを構築する状態の概要を示す側面図、図３は図１に示すアーチ型プレキャスト版の拡大図、図４は図３に示すアーチ型プレキャスト版を上から見た図、図５はアーチ型プレキャスト版をセグメントに固定させるための構造を示す図、図６は図５に示すアーチ型プレキャスト版のＡ−Ａ線断面図、図７は図５に示すアーチ型プレキャスト版の端部の固定状態を示す要部拡大図、図８はアーチ型プレキャスト版の設置工程を説明するための側面図、図９は同じく縦断面図である。

図１及び図２に示すように、本発明の実施の形態による道路トンネルの構築方法は、周知のシールド工法によってシールド掘削機１１（図２参照）を用いて切羽の地山を掘削される円形断面の道路トンネルに採用され、シールドトンネル１０の掘削に伴ってシールドトンネル１０の内周壁に設置されるセグメント１２の内周面に、円弧板状をなすアーチ型プレキャスト版１を配置させるようにした構築方法である。そして、本実施の形態によるシールドトンネル１０は、その内部空間がアーチ型プレキャスト版１によって上下に二分割され、その上方の空間が道路として利用され、下方の空間（後述するアーチ内空間Ｔ）が例えば坑内における換気用ダクトや待避所等として利用される構造をなしている。

先ず、アーチ型プレキャスト版１の構成について説明する。
図３及び図４に示すように、アーチ型プレキャスト版１は、鉄筋コンクリートから形成され、例えば工場などでプレキャスト化させて製造されてなり、所定厚みの略長方形板状のものが略円弧板状に湾曲されてなり、その円弧方向にわたって同一の厚みで形成されている。さらにアーチ型プレキャスト版１の具体的な形状は、円弧方向の中央部を形成する第１円弧と、第１円弧より小さい半径で円弧方向の両端部１ｃ、１ｃを形成する第２円弧とからなる２芯円の扁平円弧板状をなしている。

このアーチ型プレキャスト版１は、セグメント１２の内空側下方の位置に、シールドトンネル１０の掘進にしたがってトンネル軸方向の切羽側に順次連結されて延設される構成をなしている。そして、アーチ型プレキャスト版１の外周面１ａを上方に向け、内周面１ｂを下方に向けた状態で、アーチ型プレキャスト版１の短辺側（トンネル軸方向に沿う辺側）の側面（接地端面２、２）を、セグメント１２を径方向に見て斜め下方の位置（以下、「内周脚部１２ａ、１２ａ」とする）に固定される構成となっている。このとき、アーチ型プレキャスト版１の両端部１ｃ、１ｃは、セグメント１２の内周面に対して垂直に固定された状態となっている。

ここで、図３に示すように、アーチ型プレキャスト版１が道路トンネル１０の内部に設置された状態において、アーチ型プレキャスト版１の下方の空間、つまりアーチ型プレキャスト版１の内周面１ｂとセグメント１２との間の空間を、アーチ内空間Ｔとする。
また、図４に示すアーチ型プレキャスト版１の幅寸法Ｗ（アーチ型プレキャスト版１の短辺長さ寸法）は、アーチ型プレキャスト版１の長手方向をトンネル軸方向に向けた状態でアーチ内空間Ｔを通過させることができる寸法とされる（図１参照）。

ここで、セグメント１２の内周脚部１２ａ、１２ａに設置された状態のアーチ型プレキャスト版１の設置高さは、任意に設定することができるが、上述したようにシールドトンネル１０の掘進完了後に、道路トンネルとして利用する換気ダクトや待避所といった設備が収容できるスペースを確保できる大きさとされるとともに、掘進時にアーチ型プレキャスト版１の下方を通過させるセグメント１２やアーチ型プレキャスト版１などの資材が運搬可能なスペースを確保した高さ寸法とされる。

また、アーチ型プレキャスト版１の長辺側（トンネル軸方向に略直交する辺側）の側面である接合端面４、４には、トンネル軸方向を連結するためのプレキャスト版間継手５が設けられている。このアーチ型プレキャスト版間継手５は、接合端面４に沿って設けられる継手板５ａと、継手板５ａの厚さ方向を貫通するボルト孔５ｂとを備えている。隣接するアーチ型プレキャスト版１、１の接合端面４、４同士が接合したときに、互いのボルト孔５ｂ、５ｂが連通した状態となり、そこに接続ボルト（図示省略）を挿通して接合させる。

また、図５乃至図７に示すように、アーチ型プレキャスト版１の接地端面２、２のそれぞれには、雌ねじ部２ａが形成され、その雌ねじ部２ａに高さ調整ボルト３が螺合した状態で設けられている。高さ調整ボルト３は、アーチ型プレキャスト版１をセグメント１２の内周脚部１２ａに設置する際に設置高さを調整するためのものである。すなわち、高さ調整ボルト３は、雌ねじ部２ａに螺合可能な棒状の雄ねじ部３ａと、雄ねじ部３ａの突出先端３ｃ寄りの適宜な位置に同軸に固定されたナット部３ｂとからなる。

つまり、高さ調整ボルト３がセグメント１２に向けて突出しており、ナット部３ｂを右回転或いは左回転させることで、接地端面２に対する高さ調整ボルト３の突出量を変えることができる構成となっている。すなわち、高さ調整ボルト３の突出先端３ｃをセグメント１２の内周脚部１２ａ（正確には、後述する支圧板９）に当接させ、この高さ調整ボルト３の突出量を調整することで、アーチ型プレキャスト版１を所定の高さに調整して位置決めすることができる。

そして、本実施の形態では高さ調整ボルト３の突出先端３ｃに支圧板９を備え、その支圧板９をセグメント１２に押圧させる構成となっている。そして、支圧板９には、高さ調整ボルト３の突出先端３ｃを嵌合させるように係止するリング状のボルト受け部材９ａが固着されている。

次に、アーチ型プレキャスト版１の接地端面２をセグメント１２の内周脚部１２ａ、１２ａに固定させる構造について説明する。
図５に示すように、アーチ型プレキャスト版１が高さ調整ボルト３によって所定高さに位置決めされた状態で、アーチ型プレキャスト版１の端部１ｃにおける内周面１ｂ側と、外周面１ａ側との位置に、断面視略Ｌ字状のＬ型鋼材からなる振れ止め部材６、６の一端面６ａがアンカー７によってセグメント１２に固定されている。アンカー７は、振れ止め部材６、６の長手方向に所定間隔をもって打ち込まれている。

そして、位置決めされたアーチ型プレキャスト版１の端部１ｃと振れ止め部材６とを埋設するように型枠等を使用してコンクリート８が打設される構成となっている。コンクリート８は、断面視で略台形状をなし、その台形状の略平行する二辺の長さの長い辺（底辺）がセグメント１２の内周面側となるように打設されている。そのため、アーチ型プレキャスト版１の軸力（円弧方向に作用する力）を分散させてセグメント１２に伝える作用を有している。

振れ止め部材６は、上述したように一端面６ａがアンカー７によってセグメント１２に固定され、他端面６ｂがセグメント１２に対して略直交するように立設した状態で配設されている。そして、振れ止め部材６の他端面６ｂと、位置決めされたアーチ型プレキャスト版１の端部１ｃとはアーチ型プレキャスト版１の軸方向（長手方向）にオーバーラップした状態とされる。つまり、施工後にアーチ型プレキャスト版１がセグメント１２の内周面に沿ってずれが生じた場合に、アーチ型プレキャスト版１の端部１ｃが振れ止め部材６に当接してずれを規制させることができる構造となっている。このように振れ止め部材６を設けることで、地震時におけるアーチ型プレキャスト版１の移動を抑えることを目的とした耐震設計を行うことができる。
そして、本実施の形態では、アーチ型プレキャスト版１の端部１ｃには、前記コンクリート８の打設時の空気抜き用の貫通孔１ｄが形成されている。

次に、本実施の形態による道路トンネルの構築方法について図面に基づいて説明する。
図２に示すように、シールドトンネル１０の掘進は、シールド掘削機１１によって地山を掘削するとともに、シールド掘削機１１の後端部で掘削したトンネル内壁に沿うようにしてセグメント１２をリング状に組み立てる。そして、セグメント１２の組立位置Ｒ２より後方（切羽と反対側）に所定距離（例えば資材搬入スペース等を確保した距離）だけ離れた位置（プレキャスト版組立位置Ｒ１）に、アーチ型プレキャスト版１が設置される。

ここで、設置されたアーチ型プレキャスト版１の下方のアーチ内空間Ｔは、上述したようにセグメント１２、アーチ型プレキャスト版１等の掘進に必要とされる資材を搬送させたり、掘削によって生じた掘削土砂を搬出したりするための搬送用通路として使用される。図１、図８、及び図９では、搬送ロコ２３と、アーチ型プレキャスト版１を搭載した搬送台車２４とが示されている。なお、本実施の形態では、掘削した土砂は、セグメント側壁部にトンネル軸方向に沿って延設されたベルトコンベア２５（図９参照）によって搬出されるようになっている。

図８及び図９に示すように、シールドトンネルの掘進時には、例えばアーチ型プレキャスト版１の上方の所定位置から図２に示すセグメント１２の組立位置Ｒ２までの所定範囲にわたって移動可能な移動式クレーン２０が設けられている。この移動式クレーン２０は、トンネルの両側壁部の所定位置にトンネル軸方向に敷設されたレール２１、２１上を走行可能に設けられている。レール２１、２１は、アーチ型プレキャスト版１の設置範囲では接地端面２、２を固定させたコンクリート８上に敷設され、アーチ型プレキャスト版１が設置されていない範囲ではセグメント１２の所定位置に固定された受け台２２、２２上に敷設されている。

次に、アーチ型プレキャスト版１の組立て手順について説明する。図８及び図９に示すように、アーチ型プレキャスト版１は、搬送台車２４上に接合端面２、２を上下方向に向けた状態で載置され、アーチ内空間Ｔを坑外からプレキャスト版組立位置Ｒ１まで搬送される。そして、移動式クレーン２０を使用して、アーチ型プレキャスト版１の外周面１ａを上方に向けた状態で吊り上げつつ、先行して設置されたアーチ型プレキャスト版１の接合端面４に対してプレキャスト版間継手５によって連結するとともに、高さ調整ボルト３を用いて所定の高さとなるように位置決めを行う。そして、位置決め完了後、コンクリート８によってアーチ型プレキャスト版１の端部１ｃを固定する。

図５に示すように、さらに具体的に接地端面２をセグメント１２の内周脚部１２ａに固定させる方法は、先ず、セグメント１２に振れ止め部材６をアンカー７によって固定させ、左右両側の接地端面２、２において支圧板９を介して高さ調整ボルト３の突出先端３ｃをセグメント１２に当接させる。そして、高さ調整ボルト３のナット部３ｂを適宜回転させて突出先端３ｃの突出量を調整することで、アーチ型プレキャスト版１の高さを所定の高さに位置決めする。その後、アーチ型プレキャスト版１の端部１ｃと振れ止め部材６とが埋め込まれるように型枠などを用いてコンクリート８を打設する。なお、コンクリート８の打設による固定は、アーチ型プレキャスト版１毎、或いは複数のアーチ型プレキャスト版１、１、…毎に行うようにしてもかまわない。

さらに、アーチ型プレキャスト版１を設けることで、上述したようにアーチ内空間Ｔを使用して資材の搬送が可能であるうえ、掘進に必要な給水管、排水管、電線などの仮設備を配置することができる。そのため、図１及び図２に示すように、本実施の形態では、アーチ型プレキャスト版１の上方の空間（アーチ上空間Ｓ）において、掘進作業とは別の作業、すなわちアーチ型プレキャスト版１の上方に道路１３の路盤（路盤面１３Ａ）や舗装（舗装面１３Ｂ）などがシールドトンネル１０の掘進と並行して施工されている。

具体的には、掘進によって発生する掘削土砂をベルトコンベア２５（図９参照）で坑外に向けて搬送するが、その搬送途中の掘削土砂の一部を取り出し、例えばセメント等と混合して道路１３の路盤として利用し、掘進と並行して設置させたアーチ型プレキャスト版１の上部に所定高さ（路盤面１３Ａ）まで埋め戻すようにしている。これにより、掘進後に行う道路１３の構築作業を少なくすることができ、大幅な工期短縮を図ることができる。しかも、掘削土砂を搬出する手間が省けるうえ、処分場へ運搬するダンプトラックの台数を削減することができるため、処分費の低減を図ることができる。

このように、アーチ型プレキャスト版１の上部に道路１３を構築する作業をシールドトンネル１０の掘進と並行して行うことで、従来のように掘進後に掘進に必要な仮設備を撤去してから道路１３の施工を行う場合と比べて、効率よく施工を行うことができる。しかも、設置するアーチ型プレキャスト版１は、掘進後にアーチ内空間Ｔに設置されている軌条や配管等の仮設備を撤去することで、道路トンネルとして利用される換気ダクトや退避所等の設備を配置することができる。

本実施の形態によるシールドトンネルにおける道路トンネルの構築方法では、シールドトンネル１０の掘進時において、セグメント１２の内周面に設置されるアーチ型プレキャスト版１の下方の空間（アーチ内空間Ｔ）をセグメント１２やアーチ型プレキャスト版１等を運搬する搬送用通路として使用することができることから、アーチ型プレキャスト版の上方の空間（アーチ上空間Ｓ）では、掘進作業とは別の作業を行うことが可能となり、アーチ型プレキャスト版１の上方に構築される道路の路盤や舗装等の施工を掘進と並行して行うことができるため、施工効率を向上させて工期短縮を図ることができる。

以上、本発明によるシールドトンネルにおける道路トンネルの構築方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態ではシールドトンネル１０の掘進と並行して掘削土砂を、道路の路盤材としてアーチ型プレキャスト版１上に埋め戻す施工を行っているが、掘進中におけるアーチ上空間Ｓの作業はこのような路盤の埋め戻し作業に限定されることはない。例えば、道路の排水設備、照明設備の施工や、歩道（避難用通路）の構築などを行うことができる。
また、アーチ型プレキャスト版１の配置箇所、形状、大きさなどに限定されることはなく、シールドトンネルの外径寸法、セグメントの大きさ等の条件に応じて任意に設定することができる。そして、アーチ型プレキャスト版１は、円弧方向に分割させたものであってもかまわない。
また、アーチ型プレキャスト版１とセグメント１２との固定方法、高さ調整方法（高さ調整ボルト３）の形態、構造は本実施の形態に限定されることはない。
さらに、本実施の形態ではアーチ型プレキャスト版１、１同士の接合にプレキャスト版間継手５を使用した継手構造としているが、これに限定されず、例えば互いの接合端面４、４に切欠部を設けてアーチ型プレキャスト版１内の鉄筋を突出させておき、双方の鉄筋同士を連結させた後に切欠部にコンクリートなどを打設するといった接合構造であってもかまわない。
それから、アーチ型プレキャスト版１上への埋め戻し土については、シールド掘削機での掘削土砂を搬送配管等で一度坑外に設けた処理設備まで搬送してから、処理後の粗粒分を埋め戻し土として利用するようにしてもよい。

本発明の実施の形態による道路トンネルの縦断面図である。 道路トンネルを構築する状態の概要を示す側面図である。 図１に示すアーチ型プレキャスト版の拡大図である。 図３に示すアーチ型プレキャスト版を上から見た図である。 アーチ型プレキャスト版をセグメントに固定させるための構造を示す図である。 図５に示すアーチ型プレキャスト版のＡ−Ａ線である。 図５に示すアーチ型プレキャスト版の端部の固定状態を示す要部拡大図である。 アーチ型プレキャスト版の設置工程を説明するための側面図である。 アーチ型プレキャスト版の設置工程を説明するための縦断面図である。

符号の説明

１ アーチ型プレキャスト版
２ 接地端面
３ 高さ調整ボルト
１０ シールドトンネル
１２ セグメント
１２ａ 内周脚部
１３ 道路
Ｔ アーチ内空間

Claims (3)

1. シールドトンネルの内部空間を上下に分割させ、その上方の空間を道路として利用するシールドトンネルにおける道路トンネルの構築方法であって、
   シールドトンネルの掘進に伴って、前記シールドトンネルの内周壁にセグメントを設置する工程と、
   前記シールドトンネルの掘進と並行して、前記設置したセグメントの内周面に円弧板状をなすアーチ型プレキャスト版を、前記内部空間を上下に分割させるように、前記アーチ型プレキャスト版の外周面を上方に向けた状態で前記掘進方向に順次配置する工程と、
   を備え、
   前記アーチ型プレキャスト版の下方の空間は、前記シールドトンネルの掘進に伴う搬送用通路をなしていることを特徴とするシールドトンネルにおける道路トンネルの構築方法。
2. 前記シールドトンネルの掘進と並行して、前記シールドトンネルの掘削によって発生した掘削土砂を、前記設置したアーチ型プレキャスト版の上部に埋め戻すようにしたことを特徴とする請求項１に記載のシールドトンネルにおける道路トンネルの構築方法。
3. 前記シールドトンネルの掘進と並行して、前記設置したアーチ型プレキャスト版の上部に道路を構築するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のシールドトンネルにおける道路トンネルの構築方法。

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