JP2010222921A - シールドトンネル接続構造及びシールドトンネル接続構造の構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】立坑とシールドトンネルを接続させるにあたり、高いシール性能と容易な施工を両立させる。
【解決手段】土留め壁１１に形成されたシールドトンネル２の坑口２ａ付近であって、覆工２ｃよりも立坑１側に支持部１１を設け、支持部１１と覆工２ｃとに弾性部材３７を挟持させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、立坑とシールドトンネルとの接続構造と、その接続構造の構築方法に関する。

立坑と、立坑から延びるトンネルとでは、それぞれ地震応答特性が異なる。このため、地震が発生すると立坑とトンネルがそれぞれ異なる挙動をし、立坑とトンネルの接続部が破損してしまうことがあった。そこで、立坑とシールドトンネルの間に弾性部材を介在させることにより、立坑とシールドトンネルのそれぞれ異なる挙動を吸収させている。

例えば、マンホールと下水道管との接続において、マンホールの側壁に設けた取付孔（１１）の内周面に沿って鋼製円管（３，４）を設置し、鋼製円管の内周面に環状のゴムパッキン（３２，４２）を接着している。そして、鋼製円管の内周面と、下水道本管（２）の外周面とでゴムパッキンを挟持している。このような接続構造とすれば、鋼材と接着剤は接着性がよいため、良好なシール効果が得られる（特許文献１参照）。
また、立坑とシールドトンネルとの接続においては、セグメント（Ｄ）の外周面に環状の溝（３）を形成するとともに、立坑の内周面にもセグメントの溝と相対するように環状の溝（４）を形成し、溝（３）と溝（４）の隙間を環状のパッキン（１）環状の止水ゴム（１６）とで遮蔽している。そして、溝と止水ゴムによって形成される空間に弾性シール材（５１）を充填している。このような接続構造とすれば、セグメントの組み立て後に外部から弾性シール材を注入するだけなので施工が容易である（特許文献２参照）。

特開２００９−０２４３８３号公報 特開２００８−０７５３２８号公報

しかし、特許文献１の技術は、シールドトンネルのような径の大きなトンネルに適用する場合、鋼製円管が非常に大型となり、一度に取付孔に挿入することは困難である。このため、鋼製円管を分割して一つずつ掘削面に固定していく必要があるが、掘削面とその内側に位置するセグメントの外周面との間隔は狭く、鋼製円管を掘削面へ固定することは困難である。
また、特許文献２の技術は、弾性シール材が立坑の溝とセグメントの溝との間に充填してあるだけである。コンクリートと弾性シール材は接着剤を用いなければ十分な接着強度は得られないので、立坑とセグメントが互いに離れる方向に移動したときに弾性シール材が立坑及びセグメントと離間してしまう。

本発明の課題は、立坑とシールドトンネルを接続させるにあたり、高いシール性能と容易な施工を両立させることである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、立坑の土留め壁と、前記立坑から延びるシールドトンネル内に構築された覆工との間に弾性部材を介在させたシールドトンネル接続構造であって、前記土留め壁に形成された前記シールドトンネルの坑口付近であって、前記覆工よりも前記立坑側に支持部を設け、前記支持部と前記覆工とに前記弾性部材を挟持させたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のシールドトンネル接続構造であって、前記支持部に第１の鋼材を取り付け、前記第１の鋼材と前記覆工とに前記弾性部材を挟持させるとともに、前記弾性部材と前記第１の鋼材とを接着させたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のシールドトンネル接続構造であって、前記覆工に第２の鋼材を取り付け、前記第１の鋼材と前記第２の鋼材とに前記弾性部材を挟持させるとともに、前記弾性部材と前記第２の鋼材とを接着させたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載のシールドトンネル接続構造であって、前記弾性部材は、前記覆工の端部の形状に沿って環状または枠状に形成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載のシールドトンネル接続構造であって、前記覆工の端部は、前記坑口よりも前記シールドトンネルの奥側に位置しており、前記支持部は、前記坑口の内周面であって、前記覆工の端部よりも前記立坑側に設けられていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載のシールドトンネル接続構造であって、前記支持部はコンクリートにより前記土留め壁と一体に形成されていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項２から６のいずれか一項に記載のシールドトンネル接続構造であって、前記第１の鋼材及び前記第２の鋼材はアンカーによって固定されていることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項２から７のいずれか一項に記載のシールドトンネル接続構造であって、前記支持部と前記第１の鋼材との間、及び前記側面と前記第２の鋼材との間には、止水材が備えられていることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、立坑の土留め壁と、前記立坑から延びるシールドトンネル内に構築された覆工との間に弾性部材を介在させるシールドトンネル接続構造の構築方法であって、前記土留め壁に形成された前記シールドトンネルの坑口付近であって、前記覆工よりも前記立坑側に支持部を設け、前記支持部と前記覆工とに前記弾性部材を挟持させることを特徴とする。

本発明によれば、弾性部材が、覆工の立坑側を向く面と支持部とで挟持される。支持部は後から設置すればよいので、覆工に鋼材の取り付け等の作業を行う際に、空間的な制約がなくなり、容易かつ確実な作業が可能となる。
また、支持部と覆工との接続部がシールドトンネル内部から目視可能な箇所に位置するので、接着剤の塗布を容易に行うことができ、土留め壁とセグメントとの隙間を確実にシールすることができる。加えて、施工後のメンテナンスも容易である。

本発明を適用したシールドトンネル接続構造の一実施形態の構成を示す縦断面図である。 上記シールドトンネル接続構造の構築手順を示す縦断面図である。 上記シールドトンネル接続構造の構築手順を示す縦断面図である。 上記シールドトンネル接続構造の構築手順を示す縦断面図である。 上記シールドトンネル接続構造の構築手順を示す縦断面図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。
図１は、本発明を適用したシールドトンネル接続構造の一実施形態の構成を示すもので、１は立坑、２はシールドトンネル、３は耐震装置である。なお、シールドトンネル２を縦に切断すると、シールドトンネル２の上部と下部の断面形状はシールドトンネル２の中心軸に関して互いに線対称となるので、図１〜図５ではシールドトンネル２の下部の図示を省略し、上部のみを示す。

立坑１は、シールドトンネル２を掘削するために地上から地下方向に垂直に設けられたものである。また、立坑１は、底部にシールドマシンの発進台等を備えた発進立坑である。立坑１の側周面にはコンクリート製の土留め壁１１が筒状に構築されている。土留め壁１１の下部には円形の坑口２ａが形成されている。坑口２ａには、掘削面２ｂに沿って支持部１２が設けられている。支持部１２は場所打ちコンクリートによって土留め壁１１と一体に形成されており、全体の形状は環状で、その断面は矩形をしている。支持部１２の正面は土留め壁１１の表面と面一になっており、支持部１２の背面１２ａは掘削面２ｂに対して垂直になっている。

シールドトンネル２は、坑口２ａから地中に向かって水平方向に設けられている。シールドトンネル２は、図示しないシールドマシンによって掘削されたもので、円柱状の掘削面２ｂが形成されている。また、掘削面２ｂの内側には筒状の覆工２ｃが構築されている。覆工２ｃは、撓んだ板状のセグメント２１を複数連結して環状のセグメントリングとし、そのセグメントリングをシールドマシンの進行方向に向かって複数連結することにより構築されている。覆工２ｃの端部、すなわち、最も立坑１側に位置する各セグメント２１の側面２１ａには、アンカー孔２１ｂがそれぞれ形成されている。また、側面２１ａは、立坑１の方向を向いていて、支持部１２の背面１２ａよりも奥側に位置している。側面２１ａと背面１２ａは互いに平行で、側面２１ａと背面１２ａは間隔を空けて対向している。セグメント２１の内周面は支持部１２の内周面とほぼ面一になっている。

掘削面２ｂとセグメント２１の外周面との間に生じた空隙には、裏込め２３が充填されている。裏込め２３は、固化材と急結剤の２液を混合してなる注入材を固化させたものである。最も立坑１側に位置するセグメント２１の外周面には、環状のシール部材２４が取り付けられている。シール部材２４は、坑口２ａに向かうに従ってテーパー状に広がる環状の仕切り部２４ａと、仕切り部２４ａの先端に取り付けられる筒状の当接部２４ｂからなる。当接部２４ｂが掘削面２ｂに当接し、仕切り部２４ａが当接部２４ｂを掘削面２ｂに向かって押し付けることにより、固化する前の注入材が覆工２ｃの端部へ溢れ出すのを防いでいる。

耐震装置３は、支持部１２とセグメント２１の間に設置され、変形することによって地震発生時に立坑１とシールドトンネル２のそれぞれ異なる振動を吸収し、立坑とシールドトンネル２の接続部の破壊を防ぐものである。支持部１２の背面１２ａには、第１の鋼材である扇状の鋼板３１が、環状の背面１２ａに沿って複数枚環状に並べられている。鋼材３１には、ステンレス鋼やメッキ鋼板等を用いる。各鋼板３１には孔３１ａが形成されており、各孔３１ａから支持部１２に向かってアンカー３２が打ち込まれることにより、各鋼板３１が支持部１２に固定されている。各鋼板３１と支持部１２の間には止水材３３が挟持されている。止水材３３は、環状に並べられた複数の鋼板３１に沿って環状に形成されている。

覆工２ｃの端部には、第２の鋼材である扇状の鋼板３４が環状に組まれた各セグメント２１の側面２１ａに沿って複数枚環状に並べられている。鋼材３４の材質は鋼材３１と同様である。各鋼板３４には孔３４ａが形成されており、各孔３４ａから各セグメント２１に向かってアンカー３５が打ち込まれることにより、各鋼板３４が各セグメント２１に固定されている。各鋼板３４と各セグメント２１の間には止水材３６が挟持されている。止水材３６は、環状に並べられた複数の鋼板３４に沿って環状に形成されている。

鋼板３１と鋼板３４は互いに平行で、５０ｍｍ程度の間隔を空けて対向している。そして、鋼板３１と鋼板３４の間には弾性部材３７が挟持されている。弾性部材３７は、シリコンやポリウレタン等を主成分とするペースト状のシーリング材を硬化させたもので、優れた変形性、対水圧性、耐久性、施工性を備えている。シーリング材は、伸縮方向に最大で厚さの５０％、剪断方向に最大で幅の６０％程度まで変形させることが可能なものである。弾性部材３７の厚さは５０ｍｍ程度であるので、厚さ方向にレベル１の地震動で５〜１５ｍｍ、レベル２の地震動でも２５ｍｍ程度伸縮させることが可能となる。弾性部材３７は環状に並べられた鋼板３１，３４に沿って環状に形成されている。弾性部材３７は、プライマによって鋼板３１，３４と隙間なく接着されている。掘削面２ｂ、支持部１２の背面１２ａ、耐震装置３、セグメント２１及びシール部材２４によって囲まれる部分は空隙となっている。このようにして、支持部１２と覆工２ｃが相対移動可能に接続されている。なお、空隙はこのまま空けておいてもよいし、必要あれば注入材等で充填してもよい。

この接続構造は、側面２１が立坑１側を向いているので、鋼板３１，３４を容易かつ確実に固定することができる。また、弾性部材３７が鋼板３１，３４に接着されることにより、土留め壁１１と覆工２ｃの間の隙間が確実にシールされる。また、耐震装置３はシールドトンネル３の内側から目視可能となるので、シールドトンネル２が供用された後も容易にメンテナンスを行うことができる。

図２〜図５は、シールドトンネル２の接続構造の構築手順を示すもので、２２は仮設セグメント、３８は仮止め材、１３は鉄筋、１４は型枠である。まず、シールドマシンによってシールドトンネル２の掘削を行う。シールドマシンの前部に設けられたカッタヘッドを回転させ、立坑１の底部からシールドマシンを前進させると、土留め壁１１の下部であって、シールドマシンの前方に設けられている図示しない仮土留め壁がカッタヘッドによって円形に壊され坑口２ａが形成される。更にシールドマシンを前進させ、掘り進めていくことにより、図２に示すような掘削面２ｂが形成される。

シールドマシンの後部では仮設セグメント２２を筒状に組み立てていく。仮設セグメント２２は、立坑１の底部から、図２に示すように、その先端がシールドトンネル２の内部にやや入り込むところまで組み立てる。仮設セグメント２２を組み立て終えたら、覆工２ｃを構築する。覆工２ｃは、図２に示すように、仮設セグメント２２の先端に連続して構築する。まず、撓んだ板状のセグメント２１を仮設セグメントの先端に複数連結して環状のセグメントリングを組み立てる。そして、組みあがったセグメントリングで反力を取ることにより、シールドマシンを更に前進させる。シールドマシンの前進後、シールドマシン後部にできる空間で、新たなセグメント２１をセグメントリングに組み付けていく。この動作を中間立坑または到達立坑に到達するまで繰り返していく。一番初めに組み付けるセグメント２１の外周面には予めシール部材２４を取り付けて置き、セグメントリングを組み立てた際にシール部材２４が掘削面２ｂに当接するようにしておく。必要に応じて組みあがったセグメントリングの内周面に場所打ちコンクリートを打接する。このようして覆工２ｃが構築される。

覆工２ｃの構築中、掘削面２ｂとセグメント２１の外周面との間には空隙が生じる。このため、セグメントリングの組み立て後、速やかに注入材を空隙に注入して空隙を充填する。注入材の注入は、セグメント２１に予め注入孔等を形成しておき、覆工２ｃの内部から行う。初め注入材は液状であるが、シール部材２４が空隙を外部と遮断しているので、裏込め２３は外部に溢れ出ることなく空隙内に溜まっていく。一定時間経過後、注入材は固化して裏込め２３となる。

裏込め２３の固化後、図３に示すように、仮設セグメント２２を撤去してセグメント２１の側面２１ａを露出させる。そして、止水材３６を側面２１ａに環状に取り付ける。そして、側面２１ａに鋼板３４を当て、止水材３６を側面２１ａと鋼板３４とで挟み込む。そして、鋼板３４の孔３４ａとセグメント２１の孔２１ｂの位置を合わせて、孔３４ａから固化材を注入し、アンカー３５を差し込む。固化材が固化すると、アンカー３５がセグメント２１に支持されて、鋼板３４がセグメント２１に固定される。この作業を所定回数繰り返し、複数の鋼板３４を側面２１ａに沿って環状に取り付けていく。側面２１ａは立坑１側、すなわち作業者の正面を向いており、作業者の背後にはこの段階では何も無い状態なので、容易かつ確実に鋼板３４の取り付けを行うことができる。

鋼板３４の固定後、図４に示すように、仮止め材３８を取り付ける。仮止め材３８は、シールドトンネル２の内周面及び鋼板３４に沿って環状に取り付けられる。仮止め材３８には発泡スチロール等を用いる。仮止め材３８の厚さは５０ｍｍ程度で、鋼板３４とこれから取り付けられる鋼板３１の間隔と等しい。仮止め材３８の取り付け後、仮止め材３８の立坑１側の面に鋼板３１、アンカー３２、止水材３３を取り付ける。

鋼板３１等を仮止め材に取り付けた後、図５に示すように、坑口２ａの掘削面２ｂに沿って鉄筋１３を配筋するとともに、型枠１４を組み立てる。型枠の組み立て後、型枠１４にコンクリートを流し込んで固化させ、図１に示す支持部１２を土留め壁１１と一体に形成する。支持部１２のコンクリートが固化すると、アンカー３２が支持部１２に支持されて、鋼板３１が支持部１２に固定された状態となる。

支持部１２のコンクリート固化後、仮止め材３８を撤去する。そして、鋼板３１，３４の互いに対抗する面にプライマをそれぞれ塗布する。そして、ペースト状のシーリング材を鋼板３１，３４の間に注入する。支持部１２とセグメント２１の接続部は、シールドトンネル２の内側から目視可能な箇所に位置するので、容易にシーリング材を注入することができる。やがて、シーリング材は固化して弾性部材３７となり、弾性部材３７が鋼材３１，３４にそれぞれ接着され、土留め壁１１と覆工２ｃが弾性部材３７によって相対移動可能に接続される。このようにして、図１に示すシールドトンネル２の接続構造が構築される。

なお、以上の実施形態においては、発進立坑とシールドトンネルの接続構造としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、中間立坑や到達立坑との接続部に適用しても良い。また、マンホールと下水道管の接続に用いてもよい。

また、トンネルの断面形状、鋼材の固定方法、セグメントの種類（鉄筋コンクリート製、鋼製等）、支持部の構造等も任意であり、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

１ 立坑
１１ 土留め壁
１２ 支持部
２ シールドトンネル
２ａ 坑口
２ｃ 覆工
２１ セグメント
３ 耐震装置
３１ 鋼板（第１の鋼材）
３４ 鋼板（第２の鋼材）
３２，３５ アンカー
３３，３６ 止水材
３７ 弾性部材

Claims (9)

1. 立坑の土留め壁と、前記立坑から延びるシールドトンネル内に構築された覆工との間に弾性部材を介在させたシールドトンネル接続構造であって、
   前記土留め壁に形成された前記シールドトンネルの坑口付近であって、前記覆工よりも前記立坑側に支持部を設け、前記支持部と前記覆工とに前記弾性部材を挟持させたことを特徴とするシールドトンネル接続構造。
2. 前記支持部に第１の鋼材を取り付け、前記第１の鋼材と前記覆工とに前記弾性部材を挟持させるとともに、前記弾性部材と前記第１の鋼材とを接着させ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接続構造。
3. 前記覆工に第２の鋼材を取り付け、前記第１の鋼材と前記第２の鋼材とに前記弾性部材を挟持させるとともに、前記弾性部材と前記第２の鋼材とを接着させたことを特徴とする請求項１または２に記載のシールドトンネル接続構造。
4. 前記弾性部材は、前記覆工の端部の形状に沿って環状または枠状に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のシールドトンネル接続構造。
5. 前記覆工の端部は、前記坑口よりも前記シールドトンネルの奥側に位置しており、前記支持部は、前記坑口の内周面であって、前記覆工の端部よりも前記立坑側に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のシールドトンネル接続構造。
6. 前記支持部はコンクリートにより前記土留め壁と一体に形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のシールドトンネル接続構造。
7. 前記第１の鋼材及び前記第２の鋼材はアンカーによって固定されていることを特徴とする請求項２から６のいずれか一項に記載のシールドトンネル接続構造。
8. 前記支持部と前記第１の鋼材との間、及び前記側面と前記第２の鋼材との間には、止水材が備えられていることを特徴とする請求項２から７のいずれか一項に記載のシールドトンネル接続構造。
9. 立坑の土留め壁と、前記立坑から延びるシールドトンネル内に構築された覆工との間に弾性部材を介在させるシールドトンネル接続構造の構築方法であって、
   前記土留め壁に形成された前記シールドトンネルの坑口付近であって、前記覆工よりも前記立坑側に支持部を設け、前記支持部と前記覆工とに前記弾性部材を挟持させることを特徴とするシールドトンネル接続構造の構築方法。

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