JP2016089590A - 大断面トンネルの構築方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】小断面シールド工法や円筒シールド工法において、小断面のシールドトンネルや円筒状シールドトンネルの露出面のケレン作業を省略する。【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、シールドトンネル3を構成するシールドセグメント本体1a〜1hのうち、大断面トンネル空間46の側に位置するシールドセグメント本体1a〜1dに被覆シート4a〜4dを貼着し、これらをシールドセグメント5a〜5dとして組み立てて外殻45を構築した後、その内側に拡がる地山を掘削除去してトンネル内空間46を形成するとともに、被覆シート4a〜4dを、シールドトンネル3のシールドセグメント本体1a〜1dから剥離する。【選択図】 図3

Description

本発明は、主として矩形シールドを用いて大断面トンネルを構築する際に適用される大断面トンネルの構築方法に関する。

シールド工法でトンネル掘削を行うにあたっては、シールドトンネルの分岐合流部、典型的には本線トンネルとランプトンネルとの接合箇所における分岐合流部でトンネル断面を拡幅する必要がある。

トンネルの分岐合流部は、道路トンネルであれば、幅が20mを上回る大断面となることも多く、直径が15mを超えるシールドマシンも製作されるようになってきたとはいえ、分岐合流部という限られた区間をシールドマシンで全断面掘削することは現実的ではない。

このような状況下、シールドトンネルの断面を拡幅する工法として、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して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や、小断面のシールドトンネルを、大断面トンネルが構築される予定領域を取り囲むようにかつそのトンネル軸線方向に沿って複数構築し、該複数のシールドトンネルを用いて構成された外殻で土水圧を支持しつつ、それらの内側に拡がる地山を掘削して大断面のトンネル空間を形成する小断面シールド工法が開発されており、例えばMMST工法が知られている(特許文献1)。

特開平11−200796号公報

また、上述した小断面シールド工法とは別に、矩形シールドマシンを、大断面トンネルの構築予定領域を取り囲むようにかつそのトンネル軸線回りに周回させることで円筒状シールドトンネルを構築するとともに、これをトンネル軸線に沿って繰り返すことにより、円筒状シールドトンネルをトンネル軸線に沿って列状に複数構築し、次いで、これらの円筒状シールドトンネルを外殻として土水圧を支持しつつ、それらの内側に拡がる地山を掘削して大断面のトンネル空間を形成する工法(以下、本明細書では円筒シールド工法と呼ぶ)が本出願人によって提案されており、かかる工法によれば、MMST工法とは異なり、外殻を構築する際のシールドトンネルの切り開き作業を大幅に低減することができる。

ここで、小断面シールド工法や円筒シールド工法は、小断面シールドトンネルや円筒状シールドトンネルが外殻として周辺地山からの土水圧を支持可能な構造であるため、大断面トンネル空間の形成後に二次覆工を省略することができるが、小断面シールドトンネルや円筒状シールドトンネルの周囲には、それらを構築する際に周辺地山との間隙に注入された裏込め材が固化してなる固形物が付着するため、二次覆工が行われない場合には、かかる固形物が大断面トンネル空間に露出する。

そのため、小断面シールドトンネルや円筒状シールドトンネルの周面のうち、掘削によって露出した面については、これを清掃して該露出面に付着した固形物を除去する、いわゆるケレン作業が必要となり、その労力が大断面トンネル工事全体の工期やトンネル構築コストに悪影響を及ぼすという問題を生じていた。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、小断面シールド工法や円筒シールド工法において、小断面のシールドトンネルや円筒状シールドトンネルの露出面のケレン作業を省略することが可能な大断面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、シールドトンネルを大断面トンネルの構築予定領域を取り囲むようにかつ周辺地山との隙間に裏込め材を注入しながら構築するとともに該シールドトンネルを用いて大断面トンネルの外殻を構築し、しかる後、前記外殻の内側に拡がる地山を掘削して大断面トンネル空間を形成する大断面トンネルの構築方法において、
前記シールドトンネルを構成するシールドセグメントのうち、前記大断面トンネル空間側に位置するシールドセグメントを、シールドセグメント本体と該シールドセグメント本体の外面に設けられた第1の被覆手段とからなるシールドセグメントで構成するものである。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法は、前記掘削工程と同時に又はその後、前記第1の被覆手段の表面に付着した前記裏込め材の固形物を除去するものである。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法は、前記第1の被覆手段を、前記シールドセグメント本体に塗布された被膜で構成し、又は前記シールドセグメント本体に貼着された被覆シート若しくは被覆フィルムで構成したものである。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法は、シールドトンネルを大断面トンネルの構築予定領域を取り囲むようにかつ周辺地山との隙間に裏込め材を注入しながら構築するとともに該シールドトンネルを用いて大断面トンネルの外殻を構築し、しかる後、前記外殻の内側に拡がる地山を掘削して大断面トンネル空間を形成する大断面トンネルの構築方法において、
前記シールドトンネルを構成するシールドセグメントのうち、前記大断面トンネル空間側に位置するシールドセグメントを、シールドセグメント本体と該シールドセグメント本体の外面に設けられた第2の被覆手段とからなるシールドセグメントで構成し、
前記掘削工程と同時に又はその後、前記第2の被覆手段を前記シールドセグメント本体から除去するものである。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法は、前記第2の被覆手段を、前記シールドセグメント本体に貼着された被覆シート若しくは被覆フィルムで構成し、又は前記裏込め材が注入できるように形成され前記シールドセグメント本体に設けられた裏込め材注入孔に連通接続された状態で該シールドセグメント本体に取り付けられた袋体で構成したものである。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法は、前記シールドセグメント本体を鋼製セグメントで構成するとともに、該鋼製セグメントと前記被膜、前記被覆シート若しくは前記被覆フィルムとの間に腐食防止用塗膜を設け、又は前記第2の被覆手段を前記袋体で構成する場合に前記鋼製セグメントの表面に腐食防止用塗膜を設けるものである。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法は、前記シールドトンネルを、前記大断面トンネルのトンネル軸線回りにかつ該トンネル軸線に沿って繰り返し周回させることで前記トンネル軸線に沿って列状に複数構築された円筒状シールドトンネルで構成したものである。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法は、前記シールドトンネルを、前記大断面トンネルのトンネル軸線方向に沿って複数構築された小断面のシールドトンネルで構成したものである。

本発明に係る大断面トンネルの構築方法においては、シールドトンネルを大断面トンネルの構築予定領域を取り囲むようにかつ周辺地山との隙間に裏込め材を注入しながら構築するとともに該シールドトンネルを用いて大断面トンネルの外殻を構築し、しかる後、外殻の内側に拡がる地山を掘削して大断面トンネル空間を形成するが、シールドトンネルを構築するにあたっては、シールドトンネルを構成するシールドセグメントのうち、大断面トンネル空間側に位置するシールドセグメントを、シールドセグメント本体と該シールドセグメント本体の外面に設けられた第1の被覆手段又は第2の被覆手段とからなるシールドセグメントで構成する。

ここで、第1の被覆手段は表面が低付着性となるよう構成するが、第2の被覆手段については、表面を低付着性とするかどうかは任意である。なお、低付着性には、実質的に付着性がないものも包摂される。

これらの被覆手段は、シールドセグメント本体を製作する工場で該シールドセグメント本体に設けるようにしてもよいし、シールド工事に伴って現地に設置される資材ヤードでシールドセグメント本体に設けるようにしてもよい。

次に、第1の被覆手段又は第2の被覆手段が設けられたシールドセグメントを組み立てることで、シールドトンネルを上述したように大断面トンネルの構築予定領域を取り囲むように構築するが、周辺地山との間隙に注入された裏込め材は、シールドセグメント本体への接触を遮断するという各被覆手段の作用により、大断面トンネル空間側では、シールドセグメント本体に付着することなく固化する。

そのため、外殻の内側に拡がる地山を掘削して大断面トンネル空間を形成する際には、第1の被覆手段を採用している場合であれば、上述したように裏込め材がシールドセグメント本体に付着しない状態で、かつ第1の被覆手段にもほとんど付着しない状態で固化しているため、該固化物は、掘削土砂とともに除去される。

一方、第2の被覆手段を採用している場合であれば、第2の被覆手段が大断面トンネル空間に露出するので、これを剥離、取り外しといった簡易な作業でシールドセグメント本体から除去する。

このようにすると、上述したように裏込め材がシールドセグメント本体に付着しない状態で固化しているため、該裏込め材の固化物は、掘削土砂とともにあるいは第2の被覆手段に付着した状態で該被覆手段とともに除去される。

したがって、いずれの場合もシールドトンネルの露出面をケレンする必要がなくなり、大断面トンネル工事全体の工期を短縮するとともにトンネル構築コストの低減を図ることが可能となる。

第1の被覆手段は、シールドセグメント本体からの除去を不要としたものであって、例えば、シールドセグメント本体に塗布された剥離剤等の被膜や、シールドセグメント本体に貼着された高耐久性の被覆シート若しくは被覆フィルムで構成することができる。

ここで、第1の被覆手段は低付着性となるよう構成されているため、裏込め材の固化物が付着する懸念は少ないが、大断面トンネル空間を形成する際、第1の被覆手段に固化物が付着しているようであれば、これらを簡単な清掃作業で除去すればよい。

第2の被覆手段は、剥離や取り外しといった簡易な作業によるシールドセグメント本体からの除去を前提としたものであって、例えば、シールドセグメント本体に貼着された仮設の被覆シート若しくは被覆フィルムや、シールドセグメント本体に設けられた裏込め材注入孔に連通接続された状態で該シールドセグメント本体に設置された袋体で構成することができる。

シールドセグメント本体は、従来公知のRCセグメントや鋼製セグメントで構成することができるが、これを鋼製セグメントで構成する場合、鋼製セグメントと被膜、被覆シート若しくは被覆フィルムとの間に腐食防止用塗膜を設け、又は第2の被覆手段を袋体で構成する場合に鋼製セグメントの表面に腐食防止用塗膜を設けるようにすれば、鋼製セグメントの腐食を防止するための塗装を工場や資材ヤードで予め施しておくことが可能となり、大断面トンネル工事全体の工期や構築コストをさらに抑えることができる。

第1の被覆手段や第2の被覆手段は、大断面トンネル空間側に位置するシールドセグメント本体に設ける構成とする限り、他の位置のシールドセグメント本体に設けるかどうかは任意である。

すなわち、大断面トンネル空間側に位置するシールドセグメント本体のみに設けようとすると、シールドトンネルを構成するシールドセグメントが、大断面トンネルのどの角度位置に配置されるのかを個々に把握し、あるいは大断面トンネル空間の高さを事前に把握してこれらをセグメント製作及びセグメント組立に反映させなければならず、シールドセグメントを製作組立する上で歩留まり低下につながることも懸念される。

そのため、第1の被覆手段や第2の被覆手段が、外殻内側に残置される地山、あるいは外殻外側の地山に埋設されたままとなって、それらの機能が発揮されない状態になるものの、これらの被覆手段を、大断面トンネル空間側に位置しないシールドセグメント本体に設ける構成としてもかまわない。

シールドトンネルは、大断面トンネルの構築予定領域を取り囲むように構築することができる限り、その構造や構築手順は任意であるが、以下の2例が典型例となる。すなわち、
(a) 大断面トンネルのトンネル軸線回りにかつ該トンネル軸線に沿って繰り返し周回させることで、トンネル軸線に沿って列状に複数構築された円筒状シールドトンネルで構成する
(b) 大断面トンネルのトンネル軸線方向に沿って複数構築された小断面のシールドトンネルで構成する

本実施形態に係る大断面トンネルの構築方法の実施手順を示したフローチャート。 大断面トンネル構造41の図であり、(a)は全体斜視図、(b)は縦断面図。 被覆シート4a〜4dの貼着状況を示した図であり、(a)は部分斜視図、(b)は全体横断面図、(c)はA−A線に沿う全体縦断面図。 シールドトンネル3の構築手順を示した図であり、発進到達エリア52を設ける様子を示した斜視図及び横断面図。 引き続きシールドトンネル3の構築手順を示した図であり、矩形シールドマシン53を周回させることでシールドトンネル3を構築している様子を示した斜視図及び横断面図並びに詳細横断面図。 引き続きシールドトンネル3の構築手順を示した図であり、シールドトンネル3の構築が完了した様子を示した斜視図及び横断面図。 引き続き本実施形態に係る大断面トンネルの構築方法の手順を示した図であり、円筒状RC躯体44aと環状RC躯体44bとの接続手順を示した縦断面図。 引き続き本実施形態に係る大断面トンネルの構築方法の手順を示した図であり、外殻45の内側にトンネル内空間46を形成するとともに、被覆シート4a〜4dを剥離する様子を示した横断面図及び詳細横断面図。 変形例に係る大断面トンネルの構築方法を示した図であり、(a)は、被覆シート4a,4b,4c,4dをそれらの縁部がシールドセグメント本体1a,1b,1c,1dの周縁に巻き付けられるように貼着した様子を示した全体横断面図、(b)はその詳細断面図。 変形例に係る大断面トンネルの構築方法を示した図であり、(a)は袋体81a〜81dの取付け状況を示した縦断面図、(b)は袋体81a〜81dを取り外す様子を示した縦断面図。 変形例に係る大断面トンネルの構築方法を示した図であり、(a)はシールドトンネル91を構築した様子を示した全体斜視図、(b)はシールドトンネル91を用いて構築された外殻92の内側にトンネル内空間93を形成するとともに、被覆シート94を剥離する様子を示した横断面図。

以下、本発明に係る大断面トンネルの構築方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

図1は、本実施形態に係る大断面トンネルの構築方法の実施手順を示したフローチャート、図2は、その適用対象となる大断面トンネル構造41を示したものである。

大断面トンネル構造41は図2に示すように、円筒状シールドトンネルとしてのシールドトンネル3を、それらの円筒中心軸線が、大断面トンネル構造41のトンネル軸線42とほぼ平行になるようにかつ該トンネル軸線に沿って列状となるように複数配置し、それらの各内部空間に、同図(b)に示すように円筒状RC躯体44aを構築するとともに、該円筒状RC躯体と連続させる形で、互いに隣り合う2つのシールドトンネル3,3の間に環状RC躯体44bを構築して構成してあり、これらシールドトンネル3、円筒状RC躯体44a及び環状RC躯体44bは、大断面トンネルの外殻45として機能するとともに、該外殻で囲まれた大断面トンネルのトンネル内空間46は、本線トンネル47と大径側(同図右側)に配置されるランプトンネル48との分岐合流部となる。

本実施形態に係る大断面トンネルの構築方法を用いて大断面トンネル構造41を構築するには、まず、図3(a)に示すように、シールドトンネル3を構成するシールドセグメント本体1a,1b,1c,1d,1e,1f,1g,1hのうち、大断面トンネル空間46の側、同図では下側に位置するシールドセグメント本体1a,1b,1c,1dの外面に第2の被覆手段としての被覆シート4a,4b,4c,4dを貼着し、これらをシールドセグメント5a,5b,5c,5dとする(ステップ101)。

被覆シート4a〜4dは、例えばポリプロピレンを基材として構成することが可能であり、その表面は低付着性であることを要しない。

ここで、計8個のシールドセグメント本体1a〜1hは、添字aから添字hまで順次連結することで、組み立てられた状態では全体として矩形状断面をなすものであり、シールドセグメント本体1b,1gとシールドセグメント本体1c,1fは、それぞれ互いに対向配置される平板状のセグメント本体、シールドセグメント本体1a,1d,1e,1hは、それぞれL字状断面をなすセグメント本体である。

また、被覆シート4aは、シールドセグメント本体1aの大断面トンネル空間側部位2aに、被覆シート4bは、シールドセグメント本体1bの大断面トンネル空間側部位2bに、被覆シート4cは、シールドセグメント本体1cの大断面トンネル空間側部位2cに、被覆シート4dは、シールドセグメント本体1dの大断面トンネル空間側部位2dにそれぞれ貼着される。

これらの貼着作業は、例えばシールド工事に伴って現地に設置される資材ヤードで行えばよい。

なお、シールドセグメント5e〜5hは、シールドセグメント本体1e〜1hに大断面トンネル空間側部位が存在せず、被覆シートが貼着されないため、該シールドセグメント本体と構成が同一である。

また、被覆シート4a〜4dは、シールドセグメント本体1a〜1dのみならず、シールドトンネル3を構成するシールドセグメント本体のうち、大断面トンネル空間46の側に位置するすべてのシールドセグメント本体に貼着されるが、他のシールドセグメント本体も、継ぎ目箇所が異なる点を除けば、シールドセグメント本体1a〜1hと同様であるので、ここでは、シールドセグメント5a〜5hの構成についてのみ説明し、他のシールドセグメントについては説明を省略する。

図3(b),(c)は、被覆シート4a〜4dが、大断面トンネル空間46の側に位置するすべてのシールドセグメント本体に貼着された様子を示したものである。なお、同図でわかるように、本実施形態では、大断面トンネル空間46をトンネル断面の上半分としてある関係上、被覆シート4a〜4dの設置範囲もトンネル断面の上半分となっている。

次に、シールドセグメント5a〜5hをそれらと同様に構成された他のシールドセグメントとともに組み立てることで、シールドトンネル3を、大断面トンネルの構築予定領域を取り囲むように構築する(ステップ102)。

シールドトンネル3の構築手順としては、まず図4に示すように、先行形成された導坑としての本線トンネル47の側方に拡がる地盤に対し、薬液注入や凍結工法を施すことによって地盤改良ゾーン51を形成する。なお、以下の説明では、シールドトンネル3のうち、大断面トンネルの大径側、図2では右側に比較的近い位置に配置されるシールドトンネル3から構築を進めるものとする。

地盤改良ゾーン51が形成されたならば、該地盤改良ゾーンのうち、本線トンネル47の側方に設けられた中央改良ゾーン51aによって止水を確保しつつ、本線トンネル47を構成するセグメントをその側方位置でトンネル軸線42(図2参照)に沿って切除するとともに、その背後に拡がる地山を掘削除去して作業空間を形成し、該作業空間を後述する矩形シールドマシンの発進到達エリア52とする。

次に、発進到達エリア52に矩形シールドマシン53を据え付け、発進の準備をする。

次に、矩形シールドマシン53を発進到達エリア52から発進させ、次いで図5(a)及び(b)に示すように、地盤改良ゾーン51のうち、中央改良ゾーン51aの上方に延設された上方改良ゾーン51bによって止水を確保しつつ、大断面トンネルの構築予定領域62を取り囲むように大断面トンネルのトンネル軸線42回りに周回させることで、シールドトンネル3を構築していく。

矩形シールドマシン53は、例えば幅が10〜15m程度のものを用いることができる。

周回にあたっては、矩形シールドマシン53の横断面における長手方向と短手方向がそれぞれ大断面トンネルのトンネル軸線42の方向とそれに直交する方向にほぼ一致するようにその姿勢を保持しつつ、該矩形シールドマシンのテール部でシールドセグメント2を組み立てるとともに、該セグメントから反力をとって前進させるようにすればよい。

ここで、シールドトンネル3を構築するにあたっては同図(c)に示すように、一般的なシールド工事と同様、周辺地山との間隙に裏込め材63を注入しながら行うが、シールドセグメント5a〜5hのうち、被覆シート4a,4b,4c,4dが貼着された大断面トンネル空間側部位においては、裏込め材63は、シールドセグメント本体1a〜1dへの接触を遮断するという被覆シート4a〜4dの作用により、該シールドセグメント本体に付着することなく固化する。

図6は、矩形シールドマシン53を発進到達エリア52まで周回させることによって、シールドトンネル3の構築が終了した様子を示したものである。なお、発進到達エリア52のうち、シールドトンネル3の背後に残ったスペースには埋め戻し材61を充填しておく。

以上述べた周回工程をトンネル軸線42の方向に沿って繰り返すことで、該トンネル軸線に沿ってシールドトンネル3を列状に複数配置する。ここで、複数のシールドトンネル3は、それらの間に環状RC躯体44bを構築する関係上、50cm程度の間隔をおきながら列状に構築する。

なお、複数のシールドトンネル3を大断面トンネルの大径側から小径側に向けて順次構築する上述の例では、矩形シールドマシン53は、シールドトンネル3の構築が一つ終了するごとに、大断面トンネルの小径側へと順次移設するようにすればよい。

一方、構築が完了したシールドトンネル3から順次、例えば大断面トンネルの大径側に位置するシールドトンネル3から順次、それらの内部空間に円筒状RC躯体44aを構築するとともに、該円筒状RC躯体と連続させる形で、互いに隣り合う2つのシールドトンネル3,3の間に環状RC躯体44bを構築して大断面トンネルの外殻45とする(ステップ103)。

図7は、円筒状RC躯体44a及び環状RC躯体44bの構築手順を一例として示したものである。同図に示すように、円筒状RC躯体44a及び環状RC躯体44bを構築するには、同図(a)に示すようにまず、2つのシールドトンネル3,3の対向部位近傍の地山に対し、薬液注入や凍結工法を施すことにより、該対向部位の周囲に地盤改良ゾーン71,71を形成する。

地盤改良ゾーン71,71は、2つのシールドトンネル3,3の対向部位を外側と内側から取り囲むようにそれぞれ環状に形成する。

一方、これと相前後して又は同時に、シールドトンネル3,3のうち、同図では右側に位置するシールドトンネル3の内部空間に円筒状RC躯体44aを構築する。ここで、円筒状RC躯体44aは、環状RC躯体44bと後工程で接続する関係上、シールドトンネル3の内部空間のうち、もう一つのシールドトンネル3が位置する側に接続スペース72を残した状態で構築する。

次に、同図(b)に示すように、地盤改良ゾーン71によって止水を確保しつつ、シールドトンネル3,3の対向部位に位置するセグメントを切除するとともに、該対向部位の間に拡がる地山を掘削除去することにより、シールドトンネル3,3の各内部空間を連通させる環状の連通空間73を形成する。

次に同図(c)に示すように、シールドトンネル3,3のうち、同図では右側に位置するシールドトンネル3の内部空間のうち、残置されていた接続スペース72には、残りの円筒状RC躯体44aを、連通空間73には環状RC躯体44bを、左側に位置するシールドトンネル3の内部空間には円筒状RC躯体44aをそれぞれ構築する。

このとき、接続スペース72に構築される円筒状RC躯体44aが既設の円筒状RC躯体44aと一体化するよう、定着筋等を適宜用いるとともに、接続スペース72に構築される円筒状RC躯体44a、環状RC躯体44b及び左側の円筒状RC躯体44aが互いに連続一体化するよう、コンクリート打設を同時に行うのが望ましい。

なお、左側のシールドトンネル3の内部空間に円筒状RC躯体44aを施工する際には、右側のシールドトンネル3と同様、接続スペース72(図示せず)を残すようにする。

このようにして、各シールドトンネル3の内部空間に円筒状RC躯体44aをそれぞれ構築するとともに、それらと連続させる形で互いに隣り合うシールドトンネル3,3の間に環状RC躯体44bを構築することで、外殻45の構築が完了したならば、該外殻の小径側(図2(b)における外殻45の左側端部)と大径側(同じく右側端部)に褄部(図示せず)をそれぞれ構築することで、外殻45と本線トンネル47との間や、外殻45と本線トンネル47及びランプトンネル48との間における止水を確保した上、図8(a)に示すように、外殻45の内側に拡がる地山を掘削除去することで、外殻45の内側にトンネル内空間46を形成する(ステップ104)。

次に、上述した掘削に伴い、トンネル内空間46側には、被覆シート4a〜4dが露出するので、これを同図(b)に示すように、外殻45を構成するシールドトンネル3のシールドセグメント本体1a〜1dから剥離する(ステップ105)。

このようにすると、上述したように裏込め材63がシールドセグメント本体1a〜1dに付着しない状態で固化しているため、裏込め材63の固化物は、被覆シート4a〜4dに付着していない分は掘削土砂とともに、付着している分は、同図(b)に示すように被覆シート4a〜4dとともに除去される。

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、シールドセグメント本体1a〜1hのうち、大断面トンネル空間側部位2a〜2dに被覆シート4a〜4dを予め貼着してシールドセグメント5a〜5hとした上、これらを組み立ててシールドトンネル3を構築するとともに、該シールドトンネルを用いて外殻45を構築し、しかる後、外殻45の内側に拡がる地山を掘削除去してその内側にトンネル内空間46を形成するとともに、該トンネル内空間に露出する被覆シート4a〜4dを剥離するようにしたので、裏込め材63の固化物は、被覆シート4a〜4dに付着していない分は掘削土砂とともに、付着している分は、被覆シート4a〜4dとともに除去される。

そのため、外殻45を構成するシールドトンネル3の露出面をケレンする必要がなくなり、かくして大断面トンネル工事全体の工期を短縮するとともにトンネル構築コストの低減を図ることが可能となる。

本実施形態では特に言及しなかったが、被覆シート4a,4b,4c,4dは、シールドセグメント本体1a,1b,1c,1dがシールドトンネル3の一部として組み立てられる前に、予めそれらに貼着されるものである。

そのため、場合によっては、組立後、被覆シート4a,4b,4c,4d同士の取合い箇所で隙間が生じ、該隙間から裏込め材63が流入してシールドセグメント本体1a,1b,1c,1dに付着することが懸念される。

かかる場合には、図9に示すように、被覆シート4a,4b,4c,4dを、シールドセグメント本体1a,1b,1c,1dの大断面トンネル空間側部位2a,2b,2c,2dよりも若干大きめに形成した上、それらの縁部をシールドセグメント本体1a,1b,1c,1dの周縁に巻き付けるようにして該シールドセグメント本体に貼着した上、それらを組み立てればよい。

また、本実施形態では、第2の被覆手段として被覆シート4a〜4dを採用したが、強度面その他の問題がないのであれば、これに代えて、被覆フィルムで構成してもかまわない。

また、被覆シート4a,4b,4c,4dに代えて、図10に示す袋体81a,81b,81c,81dを、シールドセグメント本体1a,1b,1c,1dの同じ位置にそれぞれ取り付けて第2の被覆手段としてもかまわない。

袋体81a〜81dは、裏込め材63が注入できるように形成してあるとともに、シールドセグメント本体1a〜1dに設けられた裏込め材注入孔82a〜82dに連通接続された状態で該シールドセグメント本体に設置してある。

同構成においては、シールドトンネル3を構築する際、同図(a)に示すように袋体81a〜81dに裏込め材63を注入し、外殻45の構築完了後、同図(b)に示すように外殻45の内側に拡がる地山を掘削除去してその内側にトンネル内空間46を形成するとともに、該トンネル内空間に露出する袋体81a〜81dを、それらの内部で裏込め材63が固化した状態のまま、シールドセグメント本体1a〜1dから取り外す。

このような構成であっても、被覆シート4a〜4dを用いた上述の実施形態と同様、外殻45を構成するシールドトンネル3のケレン作業を省略することができる。

また、本実施形態では、シールドセグメント本体からの除去を前提とした第2の被覆手段として、表面が低付着性であることを要しない被覆シート4a〜4dを採用したが、これに代えて、シールドセグメント本体からの除去を不要とした第1の被覆手段を採用してもよい。

第1の被覆手段は、表面が低付着性、すなわち裏込め材63の固化物がほとんど付着しないように表面が構成されるものであり、例えば高耐久性の被覆シートや剥離剤からなる被膜で構成することが可能である。

かかる構成によれば、掘削後の剥離作業が不要になるため、大断面トンネル工事全体の工期やトンネル構築コストをさらに抑えることが可能となる。

ここで、第1の被覆手段は低付着性となるよう構成されているため、裏込め材63の固化物が付着する懸念は少ないが、大断面トンネル空間46が形成された後、第1の被覆手段に裏込め材63の固化物が付着しているようであれば、これらを簡単な清掃作業で除去すれば足りる。

なお、上記変形例は、本実施形態の被覆シート4a〜4dを、表面が低付着性でかつ高耐久性の被覆シートや剥離剤からなる被膜に置換したものであって、この点を除けば、上述の実施形態とほぼ同様の構成であって作用効果も同じであるため、ここでは詳細な説明を省略する。

また、本実施形態では特に言及しなかったが、シールドセグメント本体1a〜1hを鋼製セグメントで構成する場合、該鋼製セグメントと被覆シート4a〜4dとの間、あるいは袋体81a〜81dを用いる場合には、鋼製セグメントの表面に腐食防止用塗膜を設けるようにしてもよい。

かかる構成によれば、鋼製セグメントの腐食を防止するための塗装を工場や資材ヤードで予め施しておくことが可能となり、大断面トンネル工事全体の工期や構築コストをさらに抑えることが可能となる。

また、本実施形態では、本発明に係る大断面トンネルの構築方法を円筒シールド工法に適用した例で説明したが、これに代えて、小断面シールド工法に適用してもかまわない。

図11は、大断面トンネルのトンネル軸線42と同じ方向に沿って複数構築された小断面のシールドトンネル91で本発明のシールドトンネルを構成するとともに、シールドトンネル91を構成するシールドセグメントのうち、大断面トンネル空間93の側に位置するシールドセグメント本体に本実施形態の被覆シート4a〜4dと同様に構成された被覆シート94を貼着した例を示したものである。

かかる変形例においては、シールドトンネル91を用いて外殻92を構築した後、該外殻の内側に拡がる地山を掘削除去することで、外殻92の内側に矩形断面状をなすトンネル内空間93を形成するとともに、該トンネル内空間の側に露出する被覆シート94をシールドトンネル91のシールドセグメント本体から剥離する。

このようにすれば、シールドトンネル91のケレン作業を省略することができるが、その他の構成や作用効果については、上述の実施形態と概ね同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

1a〜1h シールドセグメント本体
2a〜2d 大断面トンネル空間側部位
3 円筒状シールドトンネル(シールドトンネル)
4a〜4d 被覆シート(第2の被覆手段)
5a〜5h シールドセグメント
41 大断面トンネル構造
42 大断面トンネルのトンネル軸線
45 外殻
46 大断面トンネル空間
63 裏込め材
81a〜81d 袋体(第2の被覆手段)
82a〜82d 裏込め材注入孔
91 小断面シールドトンネル(シールドトンネル)
92 外殻
93 大断面トンネル空間
94 被覆シート(第2の被覆手段)

Claims (8)

  1. シールドトンネルを大断面トンネルの構築予定領域を取り囲むようにかつ周辺地山との隙間に裏込め材を注入しながら構築するとともに該シールドトンネルを用いて大断面トンネルの外殻を構築し、しかる後、前記外殻の内側に拡がる地山を掘削して大断面トンネル空間を形成する大断面トンネルの構築方法において、
    前記シールドトンネルを構成するシールドセグメントのうち、前記大断面トンネル空間側に位置するシールドセグメントを、シールドセグメント本体と該シールドセグメント本体の外面に設けられた第1の被覆手段とからなるシールドセグメントで構成することを特徴とする大断面トンネルの構築方法。
  2. 前記掘削工程と同時に又はその後、前記第1の被覆手段の表面に付着した前記裏込め材の固形物を除去する請求項1記載の大断面トンネルの構築方法。
  3. 前記第1の被覆手段を、前記シールドセグメント本体に塗布された被膜で構成し、又は前記シールドセグメント本体に貼着された被覆シート若しくは被覆フィルムで構成した請求項1又は請求項2記載の大断面トンネルの構築方法。
  4. シールドトンネルを大断面トンネルの構築予定領域を取り囲むようにかつ周辺地山との隙間に裏込め材を注入しながら構築するとともに該シールドトンネルを用いて大断面トンネルの外殻を構築し、しかる後、前記外殻の内側に拡がる地山を掘削して大断面トンネル空間を形成する大断面トンネルの構築方法において、
    前記シールドトンネルを構成するシールドセグメントのうち、前記大断面トンネル空間側に位置するシールドセグメントを、シールドセグメント本体と該シールドセグメント本体の外面に設けられた第2の被覆手段とからなるシールドセグメントで構成し、
    前記掘削工程と同時に又はその後、前記第2の被覆手段を前記シールドセグメント本体から除去することを特徴とする大断面トンネルの構築方法。
  5. 前記第2の被覆手段を、前記シールドセグメント本体に貼着された被覆シート若しくは被覆フィルムで構成し、又は前記裏込め材が注入できるように形成され前記シールドセグメント本体に設けられた裏込め材注入孔に連通接続された状態で該シールドセグメント本体に取り付けられた袋体で構成した請求項4記載の大断面トンネルの構築方法。
  6. 前記シールドセグメント本体を鋼製セグメントで構成するとともに、該鋼製セグメントと前記被膜、前記被覆シート若しくは前記被覆フィルムとの間に腐食防止用塗膜を設け、又は前記第2の被覆手段を前記袋体で構成する場合に前記鋼製セグメントの表面に腐食防止用塗膜を設ける請求項3又は請求項5記載の大断面トンネルの構築方法。
  7. 前記シールドトンネルを、前記大断面トンネルのトンネル軸線回りにかつ該トンネル軸線に沿って繰り返し周回させることで前記トンネル軸線に沿って列状に複数構築された円筒状シールドトンネルで構成した請求項1乃至請求項6のいずれか一記載の大断面トンネルの構築方法。
  8. 前記シールドトンネルを、前記大断面トンネルのトンネル軸線方向に沿って複数構築された小断面のシールドトンネルで構成した請求項1乃至請求項6のいずれか一記載の大断面トンネルの構築方法。
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