JP2612525B2 - トンネル覆工工法及びトンネル覆工構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、箱状金属覆工体の内部
にコンクリートを打設するトンネル覆工工法及びトンネ
ル覆工構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】プレキャストコンクリートのセグメント
を使用した従来の一般的な工法は、大口径となると、セ
グメントが大重量となって組み立てだけでなく運搬も大
変であり、しかも覆工厚が大きく掘削土量が膨大になる
等の問題がある。このような問題を改善する工法とし
て、覆工厚の小さい鉄筋コンクリート構造となる場所打
ちライニング工法（ＥＣＬ工法、Extruded Concrete Li
ning Method ）が近年実用化されている。図９から図１
２に従来のＥＣＬ工法の一例の手順を示す。

【０００３】このＥＣＬ工法は、掘削したトンネル内面
５０と内型枠５１との間に鉄筋篭５２を設置してコンク
リート５３を打設し、鉄筋コンクリート造の覆工構造と
する。シールド掘進機５４には推進ジャッキ５５の他
に、コンクリートを加圧するコンクリートプレスジャッ
キ５６を備え、推進反力を内型枠５１とコンクリートプ
レス反力とに取ってシールド掘進機５４を掘進させる。
コンクリートプレスジャッキ５６は揺動可能として、こ
れで鉄筋篭５２を揺動し、シールド掘進機５４が推進し
ている間、コンクリートの流動性を確保する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＥＣＬ工法は、材料を
運搬するので重量面での問題がなく、また覆工厚を比較
的小さくできるに加え、覆工構造が地山と密着した鉄筋
コンクリート構造となるため、地山の緩みを抑えて地盤
沈下を少なくできるという利点があるが、反面次のよう
な問題点があった。

【０００５】Ａ．止水性に難があるため、高水圧下での
施工は困難である。 Ｂ．トンネルの掘削から覆工までの一連の作業を切羽の
狭い空間で一度に行うため、切羽作業（鉄筋の組立、内
型枠の移動・組立・脱型）が競合する関係となり、施工
性を阻害する結果になり易い。その理由としては、次の
ようなことが挙げられる。 (1) 鉄筋の組立時間が長い。 (2) 軸方向の鉄筋は連結する必要があるため、最前端の
内型枠から切羽側にラップ長分の鉄筋を突出させておく
必要がある。 (3) 内型枠の脱型及び移動装置が必要である。 (4) コンクリートの運搬打設装置が必要。

【０００６】Ｃ．シールド掘進機のテール部で打設され
た覆工は、そのままトンネル本体に共用されることにな
るため、次のようなことを避けて施工精度を確保するた
めの注意が必要である。 (5) 蛇行による覆工厚の減少の発生。 (6) 鉄筋覆工内でのコンクリートの流動性の低下。 (7) 内型枠脱型時の覆工コンクリート表面のクラックの
発生。 (8) コンクリート連続打設による覆工コンクリートの伸
縮クラックの発生。

【０００７】その他の欠点として次のようなことが挙げ
られる。 Ｄ．コンクリートを軸方向に加圧するため、硬化中の覆
工コンクリートが動いてしまう。 Ｅ．最前端の内型枠から切羽側にラップ長分の鉄筋を突
出させた状態でコンクリートを加圧するため、流動性の
良いコンクリートが機内に漏れ易い。 Ｆ．曲線施工時に、余掘り部をつたってコンクリートが
シールド掘進機の切羽側へ回り易い。 Ｇ．打設時において流動性及び充填性が良く、打設後は
早く固まる性質のコンクリートを選ぶ必要がある。 Ｈ．コンクリートには、打設作業時間中の長時間の間、
スランプ低下の少ない配合が求められる。

【０００８】本発明の目的は、従来のＥＣＬ工法の上記
のような問題点に鑑み、コンクリート打設するための型
枠を不要として、それに関連する諸作業を省略するとと
もに、鉄筋の組立・設置も不要で、切羽での競合作業を
低減して施工作業性を飛躍的に改善できるに加え、従来
のセグメントを使用した工法と同等の止水性が得られ、
しかも覆工厚を薄くできるとか、締め固め不要なコンク
リートを使用することも可能である等々の種々の効果を
期待できる、トンネル覆工工法及びトンネル覆工構造を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のトンネル覆工工
法では、金属枠２の内外のフランジ部５ａ・５ｂの外周
に継手部６・７を形成し、金属枠２の内外の両枠面を鉄
板等の金属プレート３ａ・３ｂで閉じてコンクリート充
填空間４を形成した金属覆工体１を使用する。そして、
金属覆工体１・１相互の継手部６・７を係合させて互い
の金属枠２・２間に間隙空間１６を形成し、内側の金属
プレート３ａに設けられたコンクリート注入口８ａから
コンクリート充填部４にコンクリートを打設するととも
に、該コンクリート充填部４から金属枠２のウエブ９・
１０に設けられたコンクリート流出口１４を通じて間隙
空間１６にもコンクリートを打設し、更に内外の金属プ
レート３ａ・３ｂを貫通する裏込注入部８ｂから、外側
の金属プレート３ｂ外に裏込注入材を注入し、シールド
掘進機を掘進させて同様の作業を繰り返す。

【００１０】本発明のトンネル覆工構造は、金属枠２の
内外の両枠面を鉄板等の金属プレート３ａ・３ｂで閉じ
てコンクリート充填空間４を形成した金属覆工体１を使
用したトンネル覆工構造であって、金属枠２の内外のフ
ランジ部５ａ・５ｂの外周に継手部６・７を形成したこ
と、内側の金属プレート３ａにコンクリート注入口８ａ
を設けたこと、金属枠２のウエブ９・１０にコンクリー
ト流出口１４を設けたこと、金属覆工体１・１の内外の
金属プレート３ａ・３ｂを貫通する裏込注入部８ｂを設
けたこと、金属覆工体１・１相互の継手部６・７を係合
させて互いの金属枠２・２間に間隙空間１６を形成した
こと、コンクリート注入口８ａからコンクリート充填部
４にコンクリートを打設するとともに、該コンクリート
充填部４からコンクリート流出口１４を通じて間隙空間
１６にもコンクリートを打設したこと、裏込注入部８ｂ
から、外側の金属プレート３ｂ外に裏込注入材を注入し
たことを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明では、箱状金属覆工体が従来のセグメン
トに相当し、しかもコンクリート打設のための型枠を兼
ねた形態となる。この箱状金属覆工体相互の内外のフラ
ンジ部の継手部を係合させ、金属枠で囲まれたコンクリ
ート充填部にコンクリートを圧入しつつ、該金属覆工体
で推進反力を取ってシールド掘進機を掘進させると、金
属覆工体をそのまま埋め殺しした、強度の高い一種の鉄
骨鉄筋コンクリート造の覆工構造となる。金属覆工体相
互において、それらの金属枠の内外のフランジ部に形成
した継手部を係合させ、更に金属枠間の間隙空間にもコ
ンクリート充填部からコンクリートを打設するので、金
属覆工体相互の接合にボルトが不要になるとともに、そ
の接合部も他の部分と同様に強度の高い鉄骨鉄筋コンク
リート造になる。また、各金属覆工体の裏込注入部か
ら、外側の金属プレート外に裏込注入材を注入するの
で、地山との密着性が極めて良好かつ密実な覆工構造と
なる。金属覆工体は、その内面ばかりでなく外面にも金
属プレートを有するため、施工時のシールド掘進機のス
キンプレートとの間の止水性が良いばかりでなく、覆工
完成後の止水性及び耐荷力も高い。

【００１２】以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細
に説明する。図１は本発明による１つの金属覆工体（ト
ンネル覆工体）１の一例を示す。この金属覆工体１は、
全体として矩形でしかも施工するトンネル断面に応じて
トンネル周方向に全体が湾曲した鋼製の金属枠２を本体
として、その枠内に鋼板等の湾曲した内外２枚の金属プ
レート３a ・３b を一体に又は溶接等により固着して、
コンクリート充填空間４を形成した箱状をなしている。

【００１３】金属枠２は、図２に示すように例えばＨ形
又はＩ形の鋼材で作られ、その内外のフランジ部５a ・
５b の外周部に互いに対称の段部である継手部６・７を
形成している。また、内側金属プレート３a にコンクリ
ート注入口８a を設けるとともに、パイプによる裏込め
注入部８b を内外の金属プレート３a ・３b に貫通させ
て設けている。更に、金属枠２のトンネル軸方向で対向
するウエブ９・１０間に、複数の厚い金属プレートや金
属パイプ等による推力伝達部材１１を配置するととも
に、コンクリートと金属プレート３a ・３b との結合を
良くするために、内外の金属プレート３a ・３b の双方
又は一方に、多数のジベル又はスタッド１２a や、金属
プレート３a ・３b 間の空間に鉄筋鉄骨コンクリート構
造とするための鉄筋１２b を設けている。また、一方の
ウエブ９及びトンネル周方向で対向するウエブ１３a ・
１３b のうちの一方には、それぞれ複数個のコンクリー
ト流出口１４を設けている。なお、ジベル又はスタッド
１２a 及び鉄筋１２b は省略しても構わない。

【００１４】金属覆工体１相互は、後述するようにトン
ネル軸方向及びトンネル周方向に接合して組み立てる
が、その組立に当たっては図２に示すように、トンネル
軸方向の隣接する金属覆工体１相互、及びトンネル周方
向の隣接する金属覆工体１相互の継手部６・７を嵌合さ
せる。この場合、継手部６と７との間にシール材１５を
介在させる。

【００１５】金属枠２の各部の断面がＨ形又はＩ形であ
る場合には、トンネル軸方向の隣接する金属覆工体１相
互の間に間隙空間１６が形成され、同様にトンネル周方
向の隣接する金属覆工体１相互の間にも間隙空間が形成
される。この間隙空間１６には、後述するようにコンク
リート流出口１４を通じてコンクリートが充填される。

【００１６】なお、図３に示すように継手部６・７を凹
凸の嵌合形態とすれば、金属覆工体１相互の接合がより
確実なものとなる。

【００１７】次に、図１及び図２に示した金属覆工体１
を使用して施工する本発明のトンネル覆工工法につい
て、図４〜図１１を参照して説明する。図４において、
本発明の工法で使用するシールド掘進機２０は、従来の
セグメントを使用した通常のシールド工法用のものをそ
のまま使用できる。ただし、本発明では、金属覆工体１
相互の接合にボルト・ナットを必要としないため、セグ
メントの自動組立装置を導入することが容易である。

【００１８】金属覆工体１は、従来と同様のエレクタ２
１にて把持してシールド掘進機２０のスキンプレート２
２に添って位置決めし、図５に示すように既設の金属覆
工体１と図２に示したように接合してシールド掘進機２
０の内側から専用の自走式支保装置２３に支保してお
く。なお、金属覆工体１相互は、その継手部６・７によ
って相互のトンネル内外方向の動きを規制して接合され
るため、ボルト・ナットによる締結は必ずしも必要では
ないが、場合によってはその締結を行うことも考えられ
る。

【００１９】次に、新たに設置した金属覆工体１のコン
クリート充填空間４内に、図６に示すようにコンクリー
ト注入口８ａを通じてコンクリート２４を打設する。コ
ンクリート充填空間４は密閉構造であるため、締め固め
不要なコンクリートを使用することも可能であり、これ
を使用すればコンクリート打設に要する時間を短縮でき
る。また、高強度コンクリートを使用した場合でも、ク
ラックの発生を考慮する必要はない。

【００２０】コンクリート充填空間４内にコンクリート
２４を充填した後、直ちに図７に示すように金属覆工体
１に推進ジャッキ２６の反力を取ってシールド掘進機２
０を推進させる。この場合、その推進反力は金属覆工体
１のみから取るため、コンクリートが動くようなことは
ない。金属覆工体１は外面に金属プレート３ｂを有する
ため、シールド掘進機２０のスキンプレート２２との間
の止水性が良く、高水圧下での施工も容易である。

【００２１】シールド掘進機２０が推進すると、そのス
キンプレート２２の後端がコンクリート２４の充填を終
えた金属覆工体１の裏込め注入部８b から外れるので、
この裏込め注入部８b から裏込め注入材２５を地山に注
入して裏込めする。なお、コンクリート打設を終えた既
設の金属覆工体１も、コンクリートが所定の硬化度に達
するまで支保装置２３で支保しておく。

【００２２】このようにして施工されたトンネル覆工構
造は、金属枠２と鉄筋１２b とを埋設した一種の鉄骨鉄
筋コンクリート造となり、しかもシール材１５で間隙を
止水されて連続する内外の金属プレート３a ・３b によ
って全面を二重に被覆された形態となる。

【００２３】なお、金属覆工体１の形状は矩形に限られ
るものではなく、トンネル曲線部用の金属覆工体の場合
には、トンネル軸線方向の幅員がトンネル周方向の一方
側と他方側とで異なる台形にするとか、全体として大き
なドーム形にするとか、種々の形状にすることができ
る。また、コンクリート注入口８a 及び裏込め注入部８
b の位置及び数も適宜である。

【００２４】

【発明の効果】本発明の効果を以下に列挙する。 (1) 箱状金属覆工体を、一種の埋め殺しする型枠として
コンクリートを打設するため、従来のＥＣＬ工法のよう
な内型枠の脱型・移動作業及び鉄筋の組立作業がなく、
施工サイクルの大幅な短縮ができる。 (2) 金属覆工体は箱状の中空体で軽量であり、しかもそ
の内部にコンクリートを打設するため、運搬及び組み立
てが容易であるとともに、切羽での競合作業を低減でき
るため、施工作業性を飛躍的に改善できる。 (3) 金属覆工体の組立にボルト・ナットによる締結を必
ずしも必要としないので、通常のシールド工法用のシー
ルド掘進機をそのまま、又はそれからボルト・ナット締
結装置やボルト・ナット供給装置等を除いて使用できる
ので、シールド掘進機を特別に製作する必要がなく、経
済的である。

【００２５】(4) 金属覆工体の断面性能が優れているに
加え、トンネル覆工構造は、内外の金属プレートで二重
に被覆されしかも金属枠を埋設した一種の鉄骨コンクリ
ート造となるため、従来の鉄筋コンクリート造に比べて
覆工厚を薄くできるとともに、薄くしても耐荷力に優れ
ており、特に大深度・大口径の場合は効果が大きい。 (5) 金属覆工体は、その内面ばかりでなく外面にも金属
プレートを有するため、施工時のシールド掘進機のスキ
ンプレートとの間の止水性が良いばかりでなく、覆工完
成後の止水性も高く、高水圧下でも止水性の高い高品質
の覆工構造にできる。

【００２６】(6) 覆工厚を薄くできることから、シール
ド掘進機の外径も小さくでき、掘削土量の低減、及び機
械コストの低減を図ることができる。 (7) 金属覆工体単位でコンクリートを現場打ちするた
め、コンクリートとして連続性のものを使用しなくとも
よいとか、コンクリートの硬化時間を充分に確保できる
とか、締め固め不要なコンクリートを使用できるなど、
コンクリートを選択する場合の融通性が高い。

【００２７】(8) 従来のＥＣＬ工法では、シールド掘進
機の推進時にコンクリートを軸方向に加圧してコンクリ
ートからも推進反力を取っていたため、硬化中のコンク
リートが動いてしまう欠点があったが、本発明によれば
コンクリートを箱状金属覆工体内に充填し、推進反力は
金属覆工体のみから取るため、コンクリートが動くよう
なことはない。

【００２８】（９）コンクリートの特性と金属覆工体の
特性の両方を有効に利用し、その相乗効果を期待できる
とともに、剛性を自由に選べる。 （１０）金属覆工体の形状を自由に選べること、及び金
属覆工体単位でコンクリートを現場打ちすることから、
曲線施工も容易である。 （１１）金属覆工体相互において、それらの金属枠の内
外のフランジ部に形成した継手部を係合させ、更に金属
枠間の間隙空間にもコンクリート充填部からコンクリー
トを打設するので、金属覆工体相互の接合にボルトが不
要になるとともに、その接合部も、他の部分と同様に強
度の高い鉄骨鉄筋コンクリート造にすることができる。 （１２）金属覆工体の金属プレートに設けられたコンク
リート注入口からコンクリートを圧入すると、金属枠と
内外の金属プレートでで囲まれたコンクリート充填部に
コンクリートを打設できるとともに、更に該コンクリー
ト充填部から金属枠間の間隙空間にもコンクリートを打
設できるので、コンクリート打設を効率的に行える。 （１３）各金属覆工体の裏込注入部から、外側の金属プ
レート外に裏込注入材を注入するので、地山との密着性
が極めて良好かつ密実な覆工構造にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で使用するトンネル覆工体の一例の一部
を破断した斜視図である。

【図２】トンネル覆工体相互の接合部分の拡大断面図で
ある。

【図３】同上の他の例の断面図である。

【図４】通常のシールド掘進機を使用して施工する本発
明の工法の一例の概要図である。

【図５】本発明の工法の施工手順を示す拡大断面図であ
る。

【図６】図５の次の作業を示す断面図である。

【図７】図６の次の作業を示す断面図である。

【図８】従来のＥＣＬ工法の施工手順を示す断面図であ
る。

【図９】図８の次の作業を示す断面図である。

【図１０】図９の次の作業を示す断面図である。

【図１１】図１０の次の作業を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 金属覆工体 ２ 金属枠 ３ａ 内側の金属プレート ３ｂ 外側の金属プレート ４ コンクリート充填部 ６ 継手部 ７ 継手部 ８ａ コンクリート注入口 ８ｂ 裏込注入部 １４ コンクリート流出口 １６ 間隙空間 ２０ シールド掘進機 ２２ スキンプレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 稔 東京都千代田区大手町二丁目６番３号 新日本製鐵株式会社内 (72)発明者 園田 徹士 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 名倉 浩 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 山上 清 東京都豊島区南池袋一丁目16番15号 西 武建設株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−125500（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−11199（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−246999（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−76897（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属枠の内外のフランジ部の外周に継手部
   を形成し、金属枠の内外の両枠面を鉄板等の金属プレー
   トで閉じてコンクリート充填空間を形成した金属覆工体
   を使用し、該金属覆工体相互の前記継手部を係合させて
   互いの金属枠間に間隙空間を形成し、内側の前記金属プ
   レートに設けられたコンクリート注入口から前記コンク
   リート充填部にコンクリートを打設するとともに、該コ
   ンクリート充填部から前記金属枠のウエブに設けられた
   コンクリート流出口を通じて前記間隙空間にもコンクリ
   ートを打設し、更に前記内外の金属プレートを貫通する
   裏込注入部から、外側の金属プレート外に裏込注入材を
   注入し、シールド掘進機を掘進させて同様の作業を繰り
   返すことを特徴とするトンネル覆工工法。
2. 【請求項２】金属枠の内外の両枠面を鉄板等の金属プレ
   ートで閉じてコンクリート充填空間を形成した金属覆工
   体を使用したトンネル覆工構造において、前記金属枠の
   内外のフランジ部の外周に継手部を形成したこと、内側
   の前記金属プレートにコンクリート注入口を設けたこ
   と、前記金属枠のウエブにコンクリート流出口を設けた
   こと、金属覆工体の内外の金属プレートを貫通する裏込
   注入部を設けたこと、金属覆工体相互の前記継手部を係
   合させて互いの金属枠間に間隙空間を形成したこと、前
   記コンクリート注入口から前記コンクリート充填部にコ
   ンクリートを打設するとともに、該コンクリート充填部
   から前記コンクリート流出口を通じて前記間隙空間にも
   コンクリートを打設したこと、前記裏込注入部から、外
   側の金属プレート外に裏込注入材を注入したことを特徴
   とするトンネル覆工構造。