JP2014181490A - 大断面トンネルの構築方法及びそれに用いるトンネル掘進機 - Google Patents

Abstract

【課題】施工能率を低下させることなく外殻部の構造安全性を十分に確保する。
【解決手段】本発明に係る大断面トンネルの構築方法においては、トンネル掘進機１のカッターヘッド３で地盤２０を掘削しつつ、該カッターヘッドで先行シールドトンネル２１ａの一部をトンネル軸方向に沿って切削し、その切削面２３を接続境界として該シールドトンネルに連続するようにトンネル空間２２にあらたなシールドトンネル２１ｂを少なくともその外周面近傍が流動性固化材で構成されるように構築するにあたり、筒状胴体２の外周面からローラーカッター６を側方に向けて突出させ、該突出状態でローラーカッター６を作動させつつトンネル掘進機１を前進させることにより、カッターヘッド３によって形成されたシールドトンネル２１ａの切削面２３にトンネル軸方向に沿った溝状凹部２４を形成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、大断面トンネルを構成する外殻部の構築予定領域に沿って小断面のシールドトンネルを形成するとともに、それらを相互に連続させて外殻部とする際に適用される大断面トンネルの構築方法及びそれに用いるトンネル掘進機に関する。

シールドマシンを用いたトンネルの造成が国内外で多数行われており、その技術も多種多様になってきているとともに、地下空間に求められる需要もますます大規模になっているが、一台のシールドマシンで構築可能な断面の大きさは、その製作コストや製作場所の関係で限度があり、直径が２０ｍを超えるような大断面トンネルを単体のシールドマシンで全面掘削することは現実的ではない。

上述したような大断面トンネルを掘削する技術としては、現在、小断面のシールドトンネルを相互に連結して大断面トンネルの外殻部を構築し、しかる後、その内側を掘削するＭＭＳＴと呼ばれる工法や、パイプルーフと呼ばれる直線状又は曲線状のパイプを支保工とすることで既設のシールドトンネルを拡幅したり２つのシールドトンネルを一体化したりするパイプルーフ工法などが採用されている。

これらの工法はいずれも大断面トンネルに適した工法ではあるが、ＭＭＳＴ工法では、隣り合う２つのシールドトンネルを相互連結しなければならないため、地盤改良による止水性の確保やセグメントを切り開くための補強が不可欠となるという問題や、パイプルーフ工法では、パイプルーフ内側の地盤を掘削する際の応力開放に伴う地盤変状が大きくなり、さりとて地盤変状を抑制するためにパイプループの設置スパンを短くすると、施工能率の低下を招くという問題があり、いずれの工法も大断面トンネルの掘削工法として必ずしも十分ではなかった。

特許第２８４９６０５号公報 特許第２７８８９５３号公報

一方、先行形成されたシールドトンネルを一部切削しながらその側方にトンネル空間を並列に掘削するとともに、該トンネル空間にあらたなシールドトンネルを構築することで、複数のシールドトンネルを互いに連続させながら全体断面が環状になるように配置し、しかる後、環状に配置された複数のシールドトンネルの内部空間を掘削して大断面トンネルを構築する工法が知られている（特許文献１）。

しかしながら、特許文献１記載の工法では、互いに隣り合うシールドトンネルの間で荷重伝達、特にせん断力の伝達が可能な状態にはなっていないため、構造上の安全性は不十分である。

また、上述の構成に加えて、互いに連続する複数のシールドトンネル間に補強部材を貫通設置する構成も知られているが（特許文献２）、狭隘なトンネル内空での作業員による施工となるため、現実的な工法とは言い難い。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、施工能率を低下させることなく外殻部の構造安全性を十分に確保することが可能な大断面トンネルの構築方法及びそれに用いるトンネル掘進機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る大断面トンネルの構築方法は請求項１に記載したように、先行形成されたシールドトンネルに並列するようにあらたなトンネル空間をトンネル掘進機で掘削するとともに、該トンネル空間の中心と前記シールドトンネルの外周面との距離が掘削半径よりも小さくなるように前記トンネル空間の中心を位置決めすることにより、前記掘削工程の際、前記トンネル掘進機を構成する筒状胴体の前方開口に配置したカッターヘッドで前記シールドトンネルの一部をトンネル軸方向に沿って切削して該シールドトンネルに切削面を形成し、該切削面を接続境界として前記シールドトンネルに連続するように前記トンネル空間にあらたなシールドトンネルを少なくともその外周面近傍が流動性固化材で構成されるように構築し、前記掘削工程及び前記構築工程からなる連続工程を繰り返すことでトンネル軸方向から見た断面において前記シールドトンネルが環状に連続配置されてなる外殻部を構成し、該外殻部で囲まれた内側空間を掘削除去する大断面トンネルの構築方法において、
前記筒状胴体の外周面から切削機構が側方に突出した状態で該切削機構を作動させつつ前記トンネル掘進機を前進させることにより、前記切削面にトンネル軸方向に沿った溝状凹部を形成するものである。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法は請求項２に記載したように、先行形成されたシールドトンネルに並列するようにあらたなトンネル空間をトンネル掘進機で掘削するとともに、該トンネル空間の中心と前記シールドトンネルの外周面との距離が掘削半径よりも小さくなるように前記トンネル空間の中心を位置決めすることにより、前記掘削工程の際、前記トンネル掘進機を構成する筒状胴体の前方開口に配置したカッターヘッドで前記シールドトンネルの一部をトンネル軸方向に沿って切削して該シールドトンネルに切削面を形成し、該切削面を接続境界として前記シールドトンネルに連続するように前記トンネル空間にあらたなシールドトンネルを少なくともその外周面近傍が流動性固化材で構成されるように構築し、前記掘削工程及び前記構築工程からなる連続工程を繰り返すことでトンネル軸方向から見た断面において前記シールドトンネルが環状に連続配置されてなる外殻部を構成し、該外殻部で囲まれた内側空間を掘削除去する大断面トンネルの構築方法において、
前記カッターヘッドの周縁に設けられたコピーカッターを前記トンネル掘進機の機軸直交方向に沿って進退させることで前記切削面にトンネル周方向に沿った凹部を形成するものである。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法は、前記カッターヘッドの周縁に設けられたコピーカッターを前記トンネル掘進機の機軸直交方向に沿って進退させることで前記切削面にトンネル周方向に沿った周方向溝状凹部を形成するものである。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法は、前記各シールドトンネルを、繊維補強された無筋コンクリート体で構成するものである。

また、本発明に係るトンネル掘進機は請求項５に記載したように、筒状胴体と該筒状胴体の前方開口に配置されたカッターヘッドとを備えたトンネル掘進機において、
機軸に直交する方向に沿って進退自在となるように切削機構が設けられた側方切削機構を前記筒状胴体の内部空間に設置するとともに、該切削機構の前進位置を前記筒状胴体の外周面よりも外側に、後退位置を前記筒状胴体の外周面よりも内側にそれぞれ設定したものである。

第１の発明及び第２の発明に係る大断面トンネルの構築方法においては、先行形成されたシールドトンネルに並列するようにあらたなトンネル空間を掘削するにあたり、従来と同様、トンネル掘進機を構成する筒状胴体の前方開口に配置されたカッターヘッドで地盤を掘削しつつ、該カッターヘッドでシールドトンネルの一部をトンネル軸方向に沿って切削し、その切削面を接続境界として該シールドトンネルに連続するようにトンネル空間にあらたなシールドトンネルを少なくともその外周面近傍が流動性固化材で構成されるように構築するが、第１の発明では、筒状胴体の外周面から切削機構が側方に突出した状態で該切削機構を作動させつつトンネル掘進機を前進させることにより、カッターヘッドによって形成されたシールドトンネルの切削面にトンネル軸方向に沿った溝状凹部を形成し、第２の発明では、カッターヘッドの周縁に設けられたコピーカッターをトンネル掘進機の機軸直交方向に沿って進退させることで、カッターヘッドによって形成されたシールドトンネルの切削面にトンネル周方向に沿った凹部を形成する。

このようにすると、第１の発明においては、少なくとも外周面近傍が流動性固化材で構成されるあらたなシールドトンネルに、先行形成されたシールドトンネルのトンネル軸方向に沿った溝状凹部に嵌合する形で突条が形成され、これら溝状凹部及びそれに嵌合する突条は、トンネル軸の直交方向に沿った２つのシールドトンネルのせん断ずれに抵抗するせん断キーとして機能する。

また、第２の発明においては、少なくとも外周面近傍が流動性固化材で構成されるあらたなシールドトンネルに、先行形成されたシールドトンネルのトンネル周方向に沿った凹部に嵌合する形で凸部が形成され、これら凹部及びそれに嵌合する凸部は、第１の発明と同様、トンネル軸の直交方向に沿った２つのシールドトンネルのせん断ずれに抵抗するせん断キーとして機能する。

そのため、トンネル軸の直交方向に沿ったせん断ずれを引き起こす荷重が外殻部に作用したとしても、溝状凹部及びそれに嵌合する突条からなるせん断キーや、凹部及びそれに嵌合する凸部からなるせん断キーが該荷重に抵抗し、かくして外殻部は、シールドトンネル同士の間で連続性が確保される。

すなわち、せん断キーが存在しない従来の外殻部においては、２つのシールドトンネルの接続境界でせん断抵抗を十分に期待することはできず、土水圧が均等に作用するのであれば、各シールドトンネルをトンネル軸方向から見た全体断面で真円の縁部に沿って配置することによって、外殻部の構造安定性を保持することができるものの、深さが異なることで外殻部に作用する土水圧の大きさに偏りが生じたときには、その偏圧に起因して接続境界に沿ったせん断力が発生するため、外殻部の構造安定性を保持することは難しくなる。

しかし、本発明においては上述したように、溝状凹部及びそれに嵌合する突条からなるせん断キーや、凹部及びそれに嵌合する凸部からなるせん断キーが、トンネル軸の直交方向に沿ったせん断ずれに抵抗する。

したがって、上述した偏圧に起因したせん断力が発生しても、該せん断力にせん断キーが抵抗するため、外殻部の構造安定性は確実に保持される。

あらたなシールドトンネルを構築するにあたり、少なくともその外周面近傍が流動性固化材で構成されるようにするには、全断面を現場打ちコンクリートで構成するほか、覆工セグメントとのその背面側に裏込めされた裏込め材やグラウト材とで構成することが可能であり、前者の場合、現場打ちコンクリートが流動性固化材に該当し、後者の場合、裏込め材やグラウト材が流動性固化材に該当する。

掘削されたトンネル空間にあらたなシールドトンネルを現場打ちコンクリートで構築するには、例えば筒状胴体のテール部において該筒状胴体の外径よりも小さな外径の型枠を円筒状に組み立て、該型枠と地山との空間にフレッシュコンクリートを後方に押し出すように加圧注入することで、覆工体としての筒状コンクリート体をテール部の後方に順次構築する、いわゆるＥＣＬ工法を採用することができる。

なお、上述した各発明において、カッターヘッドの周縁に設けられたコピーカッターをトンネル掘進機の機軸直交方向に沿って進退させることで切削面にトンネル周方向に沿った周方向溝状凹部を形成するようにしたならば、トンネル軸方向に沿ったシールドトンネル同士の一体化を高めることも可能となる。

上述した偏圧に対し、複数のシールドトンネルからなる外殻部が十分なせん断強度を持つためには、シールドトンネル自体にも一定のせん断強度を確保することが必要であるところ、トンネル掘進機のカッターヘッドによる切削作業に支障がないよう、例えば、先行形成されるシールドトンネルのうち、切削される角度範囲や深さ範囲に鉄筋を配置しない工夫を施すことで、シールドトンネル自体にもせん断強度を確保することが可能であるが、各シールドトンネルを、繊維補強された無筋コンクリート体で構成するならば、シールドトンネルを構築する際、カッターヘッドとの干渉を回避可能な配筋に配慮せずとも、シールドトンネル自体のせん断強度を容易に向上させることができる。

そのため、隣接する２つのシールドトンネル間のせん断キーによるせん断力伝達作用と相俟って、外殻部全体のせん断強度を大幅に高めることが可能となる。

第１の発明に係る大断面トンネルの構築方法を実施可能なトンネル掘進機としては例えば、機軸に直交する方向に沿って進退自在となるように切削機構が設けられた側方切削機構を筒状胴体の内部空間に設置するとともに、該切削機構の前進位置を筒状胴体の外周面よりも外側に、後退位置を筒状胴体の外周面よりも内側にそれぞれ設定したトンネル掘進機を採用することができる。

第１実施形態に係るトンネル掘進機の図であり、(a)は全体斜視図、(b)はトンネル軸方向に沿ってカッターヘッド側からテール側を見た詳細矢視図。 本実施形態に係る大断面トンネルの構築方法をトンネル掘進機１を用いて実施している様子を示した図であり、(a)は全体斜視図、(b)はＡ−Ａ線方向に沿う断面図。 シールドトンネル２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，・・・２１ｘが真円の縁部に沿って連続配置されてなる外殻部４１のトンネル軸方向から全体断面図。 変形例に係る大断面トンネルの構築方法をトンネル掘進機１を用いて実施している様子を示した全体斜視図。 第２実施形態に係る大断面トンネルの構築方法をトンネル掘進機１を用いて実施している様子を示した図であり、(a)は全体斜視図、(b)はＢ−Ｂ線方向に沿う断面図。 シールドトンネル６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，・・・６１ｘが真円の縁部に沿って連続配置されてなる外殻部７１のトンネル軸方向から全体断面図。

以下、本発明に係る大断面トンネルの構築方法及びそれに用いるトンネル掘進機の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るトンネル掘進機を示した図であり、(a)は全体斜視図、(b)はトンネル軸方向に沿ってカッターヘッド側からテール側を見た詳細矢視図である。

これらの図でわかるように、本実施形態に係るトンネル掘進機１は、筒状胴体２と該筒状胴体の前方開口に配置されたカッターヘッド３とを備えたシールドマシンとして構成してあり、筒状胴体２の内部空間には側方切削機構４を装備してある。

側方切削機構４は、トンネル掘進機１の機軸に直交する方向（図１(b)の左右方向）に沿って伸縮する伸縮ジャッキ５と該伸縮ジャッキの先端に取り付けられた切削機構としてのローラーカッター６とで構成してあり、伸縮ジャッキ５を作動させることで、ローラーカッター６を、前進位置が筒状胴体２の外周面よりも外側となり、後退位置が筒状胴体２の外周面よりも内側となるように進退させることができるようになっている。

本実施形態に係る大断面トンネルの構築方法をトンネル掘進機１を用いて実施するには、図２に示したように、まず、地盤２０にシールドトンネル２１ａを先行形成する。

シールドトンネル２１ａは、筒状コンクリート体とその内側に充填された中詰めコンクリート体とで構成してあり、筒状コンクリート体や中詰めコンクリート体は、鋼繊維、アラミド繊維その他コンクリートを補強可能な繊維をフレッシュコンクリートに予め混入しこれを固化させることにより、繊維補強された無筋コンクリート体として構築してある。

ここで、シールドトンネル２１ａを構成する筒状コンクリート体は、例えば外径を６ｍ、覆工厚を１．５ｍ（内径を３ｍ）とすることが可能である。

次に、先行形成されたシールドトンネル２１ａに並列するようにトンネル掘進機１で地盤２０を掘削してあらたなトンネル空間２２を形成するとともに、該掘削工程において、トンネル空間２２の中心とシールドトンネル２１ａの外周面との距離が掘削半径よりも小さくなるようにトンネル空間２２の中心を位置決めすることにより、トンネル掘進機１のカッターヘッド３でシールドトンネル２１ａの一部をトンネル軸方向に沿って切削し、該シールドトンネルに切削面２３を形成する。

ここで、切削厚を例えば７５ｃｍ程度とすると、上述したサイズ例のシールドトンネル２１ａであれば、後述する外殻部の厚み（有効厚）として３ｍ程度を確保することができる。

一方、筒状胴体２の外周面からローラーカッター６を側方に向けて突出させ、該突出状態でローラーカッター６を作動させつつ、トンネル掘進機１を前進させることにより、切削面２３にトンネル軸方向に沿った溝状凹部２４を形成する。

次に、切削面２３を接続境界としてシールドトンネル２１ａに連続するようにトンネル空間２２にあらたなシールドトンネル２１ｂを現場打ちコンクリートで構築する。

このようにすると、現場打ちコンクリートによって構築されるあらたなシールドトンネル２１ｂには、先行形成されたシールドトンネル２１ａのトンネル軸方向に沿った溝状凹部２４に嵌合する形で突条３１が形成され、これら溝状凹部２４及びそれに嵌合する突条３１が、トンネル軸の直交方向に沿った２つのシールドトンネル２１ａ，２１ｂのせん断ずれに抵抗するせん断キーとして機能する。

あらたなシールドトンネル２１ｂは、筒状胴体２のテール部において該筒状胴体の外径よりも小さな外径の型枠（図示せず）を円筒状に組み立てた上、該型枠と地山との空間にフレッシュコンクリートを注入し、これを後方に押し出すように加圧することで、例えば外径が６ｍ、内径が３ｍ、覆工厚が１．５ｍの筒状コンクリート体３２をテール部の後方に順次構築するとともに、該筒状コンクリート体の内側にフレッシュコンクリートを充填固化させることで中詰めコンクリート体３３を構築して構成する。

ここで、これらのフレッシュコンクリートに鋼繊維、アラミド繊維その他コンクリートを補強可能な繊維を予め混入しておくことにより、シールドトンネル２１ｂを繊維補強された無筋コンクリート体として構成する。

次に、シールドトンネル２１ｂを先行形成されたシールドトンネルとして、該シールドトンネルの側方にシールドトンネル２１ｂと同一構成のシールドトンネル２１ｃを、上述したと同様の手順であらたなシールドトンネルとして構築する。

以下、同様にして複数個のシールドトンネル２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，・・・２１ｘ（本実施形態では計２４個）を図３に示すように真円の縁部に沿って順次構築し、大断面トンネルの外殻部４１とする。

なお、最後のシールドトンネル２１ｘを構築するにあたっては、その構築のためのトンネル空間を掘削する際、構築開始時のシールドトンネル２１ａの反対側に切削面２３及び溝状凹部２４を形成するとともに、該溝状凹部に嵌合する突条３１をシールドトンネル２１ｘに形成することで、溝状凹部２４及びそれに嵌合する突条３１からなるせん断キーをシールドトンネル２１ｘ，２１ａの間にも設けるのが望ましい。

この場合、シールドトンネル２１ｘを構築する際には、トンネル掘進機１の内部空間に２台の側方切削機構４，４を背中合わせとなるように設置し、筒状胴体２の両側でローラーカッター６，６を作動させるようにすればよい。

外殻部４１が構築されたならば、次に、該外殻部に囲まれた内側空間４２を掘削除去し、大断面トンネルの構築を完了する。

以上説明したように、本実施形態に係る大断面トンネルの構築方法及びそれに用いるトンネル掘進機１によれば、先行形成されたシールドトンネル２１ａ，２１ｂ，２１ｃ・・・にトンネル軸方向に沿った溝状凹部２４が形成されるとともに、該各溝状凹部に嵌合する突条３１が、あらたなシールドトンネル２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ・・・にそれぞれ形成され、これら溝状凹部２４及び突条３１が、トンネル軸の直交方向に沿った２つのシールドトンネルのせん断ずれに抵抗するせん断キーとして機能する。

そのため、せん断キーが存在しない従来の外殻部においては、２つのシールドトンネルの接続境界でせん断抵抗を十分に期待することはできず、深さが異なることで外殻部に作用する土水圧の大きさに偏りが生じたときには、その偏圧に起因して接続境界に沿ったせん断力が発生し、外殻部の構造安定性を保持することは困難であったが、本実施形態によれば、上述した偏圧に起因したせん断力が発生しても、溝状凹部２４及びそれに嵌合する突条３１からなるせん断キーがトンネル軸の直交方向に沿ったせん断ずれに抵抗してシールドトンネル同士の間で連続性が確保されるため、外殻部４１の構造安定性は確実に保持される。

また、本実施形態に係る大断面トンネルの構築方法によれば、各シールドトンネル２１ａ，２１ｂ，２１ｃ・・・を、繊維補強された無筋コンクリート体で構成するようにしたので、それらを構築する際、カッターヘッド３との干渉を回避可能な配筋に配慮せずとも、シールドトンネル２１ａ，２１ｂ，２１ｃ・・・自体のせん断強度を容易に向上させることが可能となり、かくして隣接する２つのシールドトンネル間のせん断キーによるせん断力伝達作用と相俟って、外殻部４１全体のせん断強度を大幅に高めることが可能となる。

本実施形態では、各シールドトンネル２１ａ，２１ｂ，２１ｃ・・・を、真円の縁部に沿って順次構築するようにしたが、本発明においてシールドトンネルを環状に連続配置するにあたっては、構築された結果として連続配置されていれば足りるものであって、構築の際には必ずしも連続的に行う必要はなく、例えば、実施形態の手順に代えて、シールドトンネル２１ａ，２１ｃ，２１ｅ・・・を先行シールドトンネルとして先に構築し、しかる後、それらの間にシールドトンネル２１ｂ，２１ｄ・・・をあらたなシールドトンネルとして構築するようにしてもかまわない。

かかる変形例においてあらたなシールドトンネル２１ｂ，２１ｄ・・・を構築する際には、トンネル掘進機１の内部空間に２台の側方切削機構４，４を背中合わせとなるように設置し、筒状胴体２の両側でローラーカッター６，６を作動させるようにすればよい。

また、本実施形態では、各シールドトンネル２１ａ，２１ｂ，２１ｃ・・・を、真円の縁部に沿って配置するようにしたが、隣接する２つのシールドトンネル間については、上述したせん断キーによって、シールドトンネル自体については、繊維補強によってそれぞれせん断力に抵抗しあるいはこれを伝達できるようになっているので、シールドトンネルを従来のように必ずしも真円の縁部に沿って配置する必要はない。

また、本実施形態では特に言及しなかったが、ローラーカッター６によって切削面２３にトンネル軸方向に沿った溝状凹部２４を形成することに加え、図４に示すように、トンネル掘進機１のカッターヘッド３の周縁に設けられたコピーカッター５１で切削面２３にトンネル周方向に沿った周方向溝状凹部５２を形成するようにしてもよい。

コピーカッター５１は、従来公知のもので構成することが可能であるが、作動させるにあたっては、シールドトンネル２１ａに対向する角度位置に回ってきたとき、これを機軸直交方向に沿って前進させることで該シールドトンネルの切削面２３に周方向溝状凹部５２を形成し、地盤２０に対向する角度位置に回ってきたときには、これを後退させればよい。

このようにシールドトンネル２１ａに形成された切削面２３に周方向溝状凹部５２を形成するようにしたならば、トンネル軸方向に沿ったシールドトンネル同士の一体化を高めることが可能となる。

［第２実施形態］
図５は、第２実施形態に係る大断面トンネルの構築方法を実施している様子を示した図であり、(a)は全体斜視図、(b)はＢ−Ｂ線方向に沿う断面図である。

これらの図でわかるように、本実施形態に係る大断面トンネルの構築方法をトンネル掘進機１を用いて実施するには、まず、地盤２０にシールドトンネル６１ａを先行形成する。

シールドトンネル６１ａは、シールドトンネル２１ａと同様、筒状コンクリート体とその内側に充填された中詰めコンクリート体とで構成してあり、筒状コンクリート体や中詰めコンクリート体は、鋼繊維、アラミド繊維その他コンクリートを補強可能な繊維をフレッシュコンクリートに予め混入しこれを固化させることにより、繊維補強された無筋コンクリート体として構築してある。

次に、先行形成されたシールドトンネル６１ａに並列するようにトンネル掘進機１で地盤２０を掘削してあらたなトンネル空間２２を形成するとともに、該掘削工程において、トンネル空間２２の中心とシールドトンネル６１ａの外周面との距離が掘削半径よりも小さくなるようにトンネル空間２２の中心を位置決めすることにより、トンネル掘進機１のカッターヘッド３でシールドトンネル６１ａの一部をトンネル軸方向に沿って切削し、該シールドトンネルに切削面２３を形成する。

ここで、シールドトンネル６１ａをシールドトンネル２１ａと同等のサイズとした場合、切削厚を例えば７５ｃｍ程度とすることで、後述する外殻部の厚み（有効厚）として３ｍ程度を確保することができる。

一方、カッターヘッド３の周縁に設けられたコピーカッター５１をトンネル掘進機１の機軸直交方向に沿って進退させることで、切削面２３にトンネル周方向に沿った凹部６２を形成する。

凹部６２は、例えばトンネル軸方向には７５ｃｍ程度のピッチで、トンネル周方向には５０ｃｍ程度のピッチで形成すればよい。

次に、切削面２３を接続境界としてシールドトンネル６１ａに連続するようにトンネル空間２２にあらたなシールドトンネル６１ｂを現場打ちコンクリートで構築する。

このようにすると、現場打ちコンクリートによって構築されるあらたなシールドトンネル６１ｂには、先行形成されたシールドトンネル６１ａのトンネル周方向に沿った凹部６２に嵌合する形で凸部６３が形成され、これら凹部６２及びそれに嵌合する凸部６３が、トンネル軸の直交方向に沿った２つのシールドトンネル６１ａ，６１ｂのせん断ずれに抵抗するせん断キーとして機能する。

あらたなシールドトンネル６１ｂは、筒状胴体２のテール部において該筒状胴体の外径よりも小さな外径の型枠（図示せず）を円筒状に組み立てた上、該型枠と地山との空間にフレッシュコンクリートを注入し、これを後方に押し出すように加圧することで、例えば外径が６ｍ、内径が３ｍ、覆工厚が１．５ｍの筒状コンクリート体３２をテール部の後方に順次構築するとともに、該筒状コンクリート体の内側にフレッシュコンクリートを充填固化させることで中詰めコンクリート体３３を構築して構成する。

ここで、これらのフレッシュコンクリートに鋼繊維、アラミド繊維その他コンクリートを補強可能な繊維を予め混入しておくことにより、シールドトンネル６１ｂを繊維補強された無筋コンクリート体として構成する。

次に、シールドトンネル６１ｂを先行形成されたシールドトンネルとして、該シールドトンネルの側方にシールドトンネル６１ｂと同一構成のシールドトンネル６１ｃを、上述したと同様の手順であらたなシールドトンネルとして構築する。

以下、同様にして複数個のシールドトンネル６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，・・・６１ｘ（本実施形態では計２４個）を図６に示すように真円の縁部に沿って順次構築し、大断面トンネルの外殻部７１とする。

なお、最後のシールドトンネル６１ｘを構築するにあたっては、その構築のためのトンネル空間を掘削する際、構築開始時のシールドトンネル６１ａの反対側に切削面２３及び凹部６２を形成するとともに、該凹部に嵌合する凸部６３をシールドトンネル６１ｘに形成することで、凹部６２及びそれに嵌合する凸部６３からなるせん断キーをシールドトンネル６１ｘ，６１ａの間にも設けるのが望ましい。

外殻部７１が構築されたならば、次に、該外殻部に囲まれた内側空間７２を掘削除去し、大断面トンネルの構築を完了する。

以上説明したように、本実施形態に係る大断面トンネルの構築方法によれば、先行形成されたシールドトンネル６１ａ，６１ｂ，６１ｃ・・・にトンネル周方向に沿った凹部６２が形成されるとともに、該各凹部に嵌合する凸部６３が、あらたなシールドトンネル６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ・・・にそれぞれ形成され、これら凹部６２及び凸部６３が、トンネル軸の直交方向に沿った２つのシールドトンネルのせん断ずれに抵抗するせん断キーとして機能する。

そのため、第１実施形態と同様、土水圧の偏りに起因したせん断力が発生しても、凹部６２及びこれに嵌合する凸部６３からなるせん断キーがトンネル軸の直交方向に沿ったせん断ずれに抵抗してシールドトンネル同士の間で連続性が確保されることとなり、かくして外殻部７１の構造安定性は確実に保持される。

また、本実施形態に係る大断面トンネルの構築方法によれば、各シールドトンネル６１ａ，６１ｂ，６１ｃ・・・を、繊維補強された無筋コンクリート体で構成するようにしたので、それらを構築する際、カッターヘッド３との干渉を回避可能な配筋に配慮せずとも、シールドトンネル６１ａ，６１ｂ，６１ｃ・・・自体のせん断強度を容易に向上させることが可能となり、かくして隣接する２つのシールドトンネル間のせん断キーによるせん断力伝達作用と相俟って、外殻部７１全体のせん断強度を大幅に高めることが可能となる。

本実施形態では、各シールドトンネル６１ａ，６１ｂ，６１ｃ・・・を、真円の縁部に沿って順次構築するようにしたが、本発明においてシールドトンネルを環状に連続配置するにあたっては、構築された結果として連続配置されていれば足りるものであって、構築の際には必ずしも連続的に行う必要はなく、例えば、実施形態の手順に代えて、シールドトンネル６１ａ，６１ｃ，６１ｅ・・・を先行シールドトンネルとして先に構築し、しかる後、それらの間にシールドトンネル６１ｂ，６１ｄ・・・をあらたなシールドトンネルとして構築するようにしてもかまわない。

かかる変形例においてあらたなシールドトンネル６１ｂ，６１ｄ・・・を構築する際には、トンネル掘進機１の内部空間に２台の側方切削機構４，４を背中合わせとなるように設置し、筒状胴体２の両側でローラーカッター６，６を作動させるようにすればよい。

また、本実施形態では、各シールドトンネル６１ａ，６１ｂ，６１ｃ・・・を、真円の縁部に沿って配置するようにしたが、隣接する２つのシールドトンネル間については、上述したせん断キーによって、シールドトンネル自体については、繊維補強によってそれぞれせん断力に抵抗しあるいはこれを伝達できるようになっているので、従来のように必ずしも真円の縁部に沿って配置する必要はない。

また、本実施形態では特に言及しなかったが、コピーカッター５１によって切削面２３にトンネル周方向に沿った凹部６２を形成することに加え、第１実施形態と同様のトンネル周方向に沿った周方向溝状凹部５２を、同じくコピーカッター５１で切削面２３に形成するようにしてもよい。

トンネル周方向に沿った凹部６２と周方向溝状凹部５２とは、凹部６２が形成される周方向の列と周方向溝状凹部５２とが交互になるように形成することができる。

このようにシールドトンネル６１ａに形成された切削面２３に周方向溝状凹部５２を形成するようにしたならば、トンネル軸方向に沿ったシールドトンネル同士の一体化を高めることも可能となる。

１ トンネル掘進機
２ 筒状胴体
３ カッターヘッド
４ 側方切削機構
６ ローラーカッター（切削機構）
２０ 地盤
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ・・・
シールドトンネル
２２ トンネル空間
２３ 切削面
２４ 溝状凹部
３１ 突条
４１ 外殻部
５１ コピーカッター
５２ 周方向溝状凹部
６１ａ，６１ｂ，６１ｃ・・・
シールドトンネル
６２ 凹部
６３ 凸部
７１ 外殻部

Claims (5)

1. 先行形成されたシールドトンネルに並列するようにあらたなトンネル空間をトンネル掘進機で掘削するとともに、該トンネル空間の中心と前記シールドトンネルの外周面との距離が掘削半径よりも小さくなるように前記トンネル空間の中心を位置決めすることにより、前記掘削工程の際、前記トンネル掘進機を構成する筒状胴体の前方開口に配置したカッターヘッドで前記シールドトンネルの一部をトンネル軸方向に沿って切削して該シールドトンネルに切削面を形成し、該切削面を接続境界として前記シールドトンネルに連続するように前記トンネル空間にあらたなシールドトンネルを少なくともその外周面近傍が流動性固化材で構成されるように構築し、前記掘削工程及び前記構築工程からなる連続工程を繰り返すことでトンネル軸方向から見た断面において前記シールドトンネルが環状に連続配置されてなる外殻部を構成し、該外殻部で囲まれた内側空間を掘削除去する大断面トンネルの構築方法において、
   前記筒状胴体の外周面から切削機構が側方に突出した状態で該切削機構を作動させつつ前記トンネル掘進機を前進させることにより、前記切削面にトンネル軸方向に沿った溝状凹部を形成することを特徴とする大断面トンネルの構築方法。
2. 先行形成されたシールドトンネルに並列するようにあらたなトンネル空間をトンネル掘進機で掘削するとともに、該トンネル空間の中心と前記シールドトンネルの外周面との距離が掘削半径よりも小さくなるように前記トンネル空間の中心を位置決めすることにより、前記掘削工程の際、前記トンネル掘進機を構成する筒状胴体の前方開口に配置したカッターヘッドで前記シールドトンネルの一部をトンネル軸方向に沿って切削して該シールドトンネルに切削面を形成し、該切削面を接続境界として前記シールドトンネルに連続するように前記トンネル空間にあらたなシールドトンネルを少なくともその外周面近傍が流動性固化材で構成されるように構築し、前記掘削工程及び前記構築工程からなる連続工程を繰り返すことでトンネル軸方向から見た断面において前記シールドトンネルが環状に連続配置されてなる外殻部を構成し、該外殻部で囲まれた内側空間を掘削除去する大断面トンネルの構築方法において、
   前記カッターヘッドの周縁に設けられたコピーカッターを前記トンネル掘進機の機軸直交方向に沿って進退させることで前記切削面にトンネル周方向に沿った凹部を形成することを特徴とする大断面トンネルの構築方法。
3. 前記カッターヘッドの周縁に設けられたコピーカッターを前記トンネル掘進機の機軸直交方向に沿って進退させることで前記切削面にトンネル周方向に沿った周方向溝状凹部を形成する請求項１又は請求項２記載の大断面トンネルの構築方法。
4. 前記各シールドトンネルを、繊維補強された無筋コンクリート体で構成する請求項１乃至請求項３のいずれか一記載の大断面トンネルの構築方法。
5. 筒状胴体と該筒状胴体の前方開口に配置されたカッターヘッドとを備えたトンネル掘進機において、
   機軸に直交する方向に沿って進退自在となるように切削機構が設けられた側方切削機構を前記筒状胴体の内部空間に設置するとともに、該切削機構の前進位置を前記筒状胴体の外周面よりも外側に、後退位置を前記筒状胴体の外周面よりも内側にそれぞれ設定したことを特徴とするトンネル掘進機。

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