JP2648762B2 - トンネル覆工用セグメントおよびトンネル覆工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシールド工法等に使用さ
れるトンネル覆工用セグメントおよびトンネル覆工方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シールド工法によってトンネルを構築す
る場合、通常、覆工材（セグメント）を用いることにな
るが、その種類には使用材料から分類して、鋼製セグメ
ント、鉄筋コンクリート製セグメント、鋼材とコンクリ
ートを組み合わせた合成セグメント等がある。

【０００３】合成セグメントはその構造において、様々
な種類が考えられるが、主なものとして、トンネル地山
側もしくは内空側に鋼板を有するタイプ、さらに地山
側、内空側両面とも鋼板を有するサンドイッチタイプ
（例えば、特開平３−５９３００号公報、特開平３−２
８６０９７号公報参照）が挙げられ、何れのタイプも鋼
殻部の製作、寸法精度の面等を考慮し、トンネルリング
周方向側面にも鋼板を配置する場合が多い。また、６面
全てを鋼板で覆ったタイプもある（例えば、特開昭６１
−２８６４９７号公報、特開平２−１７６０９８号公報
参照）。

【０００４】合成セグメントは鋼材とコンクリートの各
々の材料特性を有効に発揮することにより、強度、剛性
の面で優れ、厚さも薄くできる傾向にある。

【０００５】従来、これらの合成セグメントは、通常、
製造工場で鋼殻内部にコンクリートを充填して製品化
し、シールド現場へ搬入して、トンネル覆工材として使
用されている。

【０００６】また、これらのセグメントの継手は、図１
０に示すようにセグメント６１に継手板６２等を設け、
セグメント組立て時にボルト６２及びナット６３を使用
し、トルクにより締め付け力を導入する形式が一般的で
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年、大深度、大断面
のトンネルが増え、高応力状況下に構築される傾向にあ
る。また、トンネル断面の形状は、現在のところ主流で
ある真円形から楕円形等の異形断面の検討も進みつつあ
る。この場合、セグメント本体には大きな断面力に耐え
得る高強度、高剛性が要求され、これらの条件下に使用
されるセグメントとして合成セグメントが有効である。

【０００８】ところで、トンネルが大深度、大口径にな
ると、これに伴いセグメントが大型化し、運搬性、作業
性が悪くなる傾向にあるため、例えば鋼殻部を有するセ
グメントをリング状に組み立て、その後、このセグメン
ト鋼殻部内にコンクリートを充填し、合成セグメントを
形成する方法等が考えられる。

【０００９】図９はそのようなトンネル構築方法の一例
を示したもので、トンネル断面の内部を残して、トンネ
ル覆工位置を先行掘削し、先行掘削部分に鋼殻部を有す
るセグメント１を設置し、セグメント１どうしを接続し
てリング状に組み立てる。トンネル覆工体の掘削断面に
は一部拡大部を設け、４隅の拡大掘削部５１とそれ以外
の掘削部５２とを同時に掘削するシールドマシン５０の
推進に従い、拡大掘削部５１に通常のセグメントを組み
立てて、この部分に円形断面の補助トンネルを形成す
る。拡大部以外の掘削部５２については、この補助トン
ネル内を作業空間として、鋼殻のみのセグメント１を周
方向に送り込むことができ、リング状に組み立てた後、
セグメント１内にコンクリートを充填することで、合成
セグメントのセグメントリングが形成され、内部の残置
土５３を掘削することで、トンネル断面が形成される。

【００１０】上記のような構築方法を採用した場合、拡
大掘削部の補助トンネルから、セグメントを順次送り込
み、リング状に組み立てて行くため、セグメントリング
接合面には、セグメント送り込み時のガイドとなる部材
が必要となる。

【００１１】また、従来のセグメントでは、セグメント
間の継手にボルト・ナットを使用しているため、継手ボ
ルトの取付け及び締付け作業に多くの労力を必要として
おり、この点での省力化も望まれる。

【００１２】さらに、セグメント継手部の強度及び止水
性の確保は重要な問題であり、施工性との関係でも合理
的な継手部の構造が望まれる。

【００１３】本発明は、上述のような課題の解決を目的
とし、トンネル覆工位置を先行掘削し、セグメントリン
グ形成後に内部を掘削することで、覆工構築作業の合理
化を図る場合において、経済性、施工性に優れた取り扱
いの容易なトンネル覆工用セグメントおよびそのセグメ
ントを用いたトンネル覆工方法を提供するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】以下、本発明の概要を実
施例に対応する図面の符号を用いて説明する。本願の請
求項１に係るトンネル覆工用セグメント１は、トンネル
覆工位置の掘削部分に設置し、接続した後、内部にコン
クリートを打設してトンネルを構築するためのセグメン
トであって、セグメント１の外周面を構成する鋼殻につ
いて、シールドマシン５０のジャッキ推力が作用しない
トンネル軸方向後面のリング間接合面に開口部７が形成
されており、またこの鋼殻内には鋼殻をトンネル軸方向
について前空間部４２と後空間部４３に分割する隔壁４
１が設けられ、さらに鋼殻の地山側面に後空間部４３に
モルタル等の裏込め材を充填するための貫通孔４４が設
けられている。 裏込め材はシールドテール、あるいは図
９の方式の場合には作業坑としての拡大掘削部５１のセ
グメントに設けた裏込め材注入孔等から注入することに
より、貫通孔４４から後空間部４３に入り込み、裏込め
材の硬化により、リング間接合面における継手部の強度
及び止水性が確保される。

【００１５】請求項２は請求項１のトンネル覆工用セグ
メントにおいて、鋼殻のトンネル軸方向前面のリング間
接合面に、トンネル周方向に延びるガイド兼用の継手３
１が設けてある場合である。

【００１６】本願の請求項３に係るトンネル覆工方法
は、シールドマシン５０により、トンネル断面の内部を
残して、トンネル覆工位置を先行掘削し、この先行掘削
部分に上記請求項１または２記載のトンネル覆工用セグ
メント１を設置し、セグメント１どうしを接続してリン
グ状に組み立てた後、セグメント１内にコンクリートを
打設することにより、セグメントリングを形成し、その
後、セグメントリング内部を掘削してトンネルを構築す
るものである。

【００１７】

【作用】シールドマシンによるトンネル構築作業におい
ては、セグメントリングがシールドマシンのテールから
出た後、テールボイド等からモルタル等の裏込め材が注
入されるが、鋼殻を隔壁４１で分割したのは、テールボ
イド部分の充填と同時に、後空間部４３内にも裏込め材
を充填することで施工の簡易化を図るためである。後空
間部４３内に充填を行うことにより、モルタル等の裏込
め材が開口部７から直接、リング間接合面に行き渡り、
継手部の強度及び止水性を確保することができる。

【００１８】このようにして、後空間部４３部のみ裏込
め材の充填を行いながら、例えば数リングまたは数十リ
ング、シールドマシンで掘進した後、前空間部４２内に
コンクリートを充填することにより、鋼・コンクリート
一体構造を形成し、合成セグメントとしての特性を発揮
する。

【００１９】

【実施例】次に、図示した実施例について説明する。

【００２０】図１及び図２は、それぞれ本発明の一実施
例におけるセグメント１の鋼殻部を示したものである。
なお、図２は鋼殻の構成を分かりやすく示す目的で、セ
グメントリング周方向の曲率を無視している。

【００２１】本実施例において、鋼殻はトンネル地山側
鋼板２、トンネル内空側鋼板３を有し、セグメントリン
グ接合面のジャッキ推力が作用する前面には前部側板４
ａを設け、ジャッキ推力が作用しない後面には、シール
材８を設置できるだけの幅を有する２枚の帯状の後部側
板４ｂを地山側鋼板２側と、内空側鋼板３側に設け、そ
の間を開口部７としている。また、セグメントリング周
方向両端のセグメントピース間には端板５が設けられて
いる。

【００２２】また、本実施例において、ジャッキ推力が
作用する前部側板４ａの地山側寄り及び内空側寄りの位
置には、リング間継手を構成するアングル形鋼材３１を
設けている。このアングル形鋼材３１は、トンネル軸方
向に隣接するセグメント１の後部側板４ｂと係合するよ
うになっており、また新たなセグメント１の後部側板４
ｂを係合させた状態で、トンネル周方向に送り出す際の
ガイド部材としても機能する。

【００２３】リング間継手を構成するアングル形鋼材３
１の係合部には、図２に示すようにレ字状断面の止水材
３２を止めねじ３３で止め付けてあり、鋼殻で組み立て
たリング内部への水漏れを防止している。

【００２４】セグメント１の鋼殻内部には、セグメント
内空間を前空間部４２と後空間部４３に分割する隔壁４
１が設置されており、さらに地山側鋼板２には貫通孔４
４が設けられており、シールドマシンの掘進の際、テー
ルボイドあるいは図９の方式の場合には作業坑としての
拡大掘削部５１のセグメントに設けた裏込め材注入孔
（図示せず）等から注入したモルタル等の裏込め材が貫
通孔４４から後空間部４３に入り込むようになってい
る。また、セグメント１の鋼殻の後面に開口部７がある
ことで、リング間継手位置にも裏込め材が行き渡り、ト
ンネル覆工としてのリング間継手部の強度及び止水性が
確保される。

【００２５】リング間継手に、より高強度のものが要求
される場合には、図２に示すように前部側板４ａの幅方
向（トンネル径方向）中央部に、Ｔ字状断面のＴ形鋼材
３４を設置することも考えられる。Ｔ形鋼材３４はトン
ネル軸方向に隣接するセグメント１の鋼殻の開口部７に
嵌入し、鋼殻の後空間部４２内への裏込め材の注入によ
り、セグメントリング間での応力伝達に寄与する。

【００２６】鋼殻の前空間部４３については、端板５部
分にコンクリート打設孔１６が設けられており、セグメ
ントリング数リングまたは数十リング分、シールドマシ
ンで掘進した後、前空間部４２内にコンクリートを充填
することで、鋼・コンクリート合成セグメントが形成さ
れる。

【００２７】また、本実施例において、地山側鋼板２、
内空側鋼板３及び端板５の内面には、それぞれトンネル
軸方向に延びる補剛リブ１１，１５を設け、側板４に設
けたトンネル径方向のＴ字状断面の補剛リブ１２ととも
に、コンクリート打設前の状態において、シールドマシ
ンのジャッキ推力に抵抗し得るよう、鋼殻を補剛してい
る。さらに、地山側鋼板２及び内空側鋼板３には、セグ
メントリング周方向にも補剛リブ１３を設け、上述した
補剛リブ１１，１２、さらに端板５に設けたトンネル径
方向の補剛リブ１４とともに、施工時の一時的な地山荷
重に抵抗させている。また、補剛リブの隅角部には空気
抜き孔１６を形成し、裏込め材、コンクリートの回り込
みを改善している。

【００２８】なお、本実施例において、端板５に設けら
れるセグメント間継手２１は、従来からある継手ボック
スによるボルト接合形式の継手としているが、従来のシ
ールド工法ではトンネル内空側にしか継手を設けること
ができないのに対し、図９のトンネル構築方法のように
補助トンネル内でセグメント１の鋼殻の接合を行う場
合、セグメント間継手２１をトンネル内空側だけでな
く、トンネル地山側にも設けることができ、トンネル覆
工の断面力に対し、極めて有効な構造となる。

【００２９】図３〜図５は、本発明の実施例におけるシ
ール材８及び止水材３２を設置したリング間継手位置の
詳細を示したものである。

【００３０】図３は後部側板４ｂ位置の断面であり、地
山側鋼板２の端部に設けた所定幅の後部側板４ｂの表面
にトンネル周方向に延びる帯状のシール材８を取り付け
ている。シール材８は、例えば接着剤等で取り付けるこ
とができる。内空側についても同様である。

【００３１】図４は前部側板４ａ位置の断面であり、前
部側板４ａの表面にガイド部材兼リング間継手構成部材
であるアングル形鋼材３１を溶接等で取り付け、このア
ングル形鋼材３１の内側にレ字状断面の止水材３２を止
めねじ３３で止め付けてある。止水材３２は止めねじ３
３で止め付ける代わりに接着剤等で取り付けてもよい。

【００３２】図５は、図３及び図４に示した後部側板４
ｂとアングル形鋼材３１が組み合わされた状態を示した
もので、隣り合うセグメント１の後部側板４ｂとアング
ル形鋼材３１を係合させ、シール材８が既設の鋼殻の前
部側板４ａの表面に密着するとともに、アングル形鋼材
３１の内側に取り付けた止水材３２が後部側板４ｂの内
面に密着することで、鋼殻組立て時における止水効果が
発揮される。

【００３３】図６〜図８は、前記レ字状断面の止水材３
２の代わりに楕円形断面の止水材３５を使用した場合の
実施例を示したものである。

【００３４】図６は楕円形断面の止水材３５を用いたセ
グメント１の鋼殻の断面を示したものであり、前部側板
４ａに取り付けたアングル形鋼材３１の内側に、止水材
３５を接着剤３６で取り付けてある。なお、止水材３５
の取り付けは、接着剤３６に限定されない。図７は前部
側板４ａ位置の詳細を示したものである。

【００３５】図８は、トンネル軸方向に隣接するセグメ
ント１の鋼殻の前部側板４ａのアングル形鋼材３１と後
部側板４ｂが組み合わされた状態を示したもので、シー
ル材８が既設の鋼殻の前部側板４ａの表面に密着すると
ともに、アングル形鋼材３１の内側に取り付けた止水材
３５が後部側板４ｂの内面に密着することで、鋼殻組立
て時における止水効果が発揮される。

【００３６】

【発明の効果】 大口径、大断面のトンネルをシールド工法により構
築するに当り、合成セグメント鋼殻部だけでセグメント
リングを組み立てることにより、セグメント製造工場か
ら施工現場までの運搬費の削減、並びにトンネル内のセ
グメント搬送設備、組立て装置の小型化が可能となる。

【００３７】 セグメント鋼殻内が隔壁により前空間
部と後空間部に分割されており、テールボイド部分に、
裏込め材を注入すると同時に、後空間部にも裏込め材が
入り込み、鋼殻後面の開口部から裏込め材が直接リング
間接合面に行き渡ることで、リング間継手部の強度、止
水性を確保することができ、また別途、止水のための作
業を必要としないため、施工の簡略化を図ることができ
る。

【００３８】 セグメント鋼殻のトンネル軸方向後面
略全面に開口部を有するため、その分鋼重量が削減さ
れ、経済的なセグメントとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるセグメント鋼殻の概
要を示す斜視図である。

【図２】本発明の一実施例におけるセグメント鋼殻の鉛
直断面図である。

【図３】後部側板位置の鉛直断面図である。

【図４】前部側板位置の鉛直断面図である。

【図５】リング間接合面における接合状態を示す鉛直断
面図である。

【図６】本発明の他の実施例におけるセグメント鋼殻の
鉛直断面図である。

【図７】後部側板位置の鉛直断面図である。

【図８】前部側板位置の鉛直断面図である。

【図９】本発明のセグメントが適用されるトンネル構築
工法の一例を概略的に示した斜視図である。

【図１０】従来のセグメントの継手を示す鉛直断面図で
ある。

【符号の説明】

１…セグメント、２…地山側鋼板、３…内空側鋼板、４
ａ…前部側板、４ｂ…後部側板、５…端板、６…コンク
リート打設孔、７…開口部、８…シール材、１１，１
２，１３，１４，１５…補剛リブ、１６…空気抜き孔、
２１…セグメント間継手、２２…ボルト孔、３１…リン
グ間継手、３２…止水材、３３…止めねじ、３４…Ｔ形
鋼材、３５…止水材、３６…接着剤、４１…隔壁、４２
…前空間部、４３…後空間部、４４…貫通孔、５０…シ
ールドマシン、５１…拡大掘削部、５２…拡大部以外の
掘削部、５３…残置土

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 000148346 株式会社銭高組 大阪府大阪市西区西本町２丁目２番11号 (73)特許権者 000231198 日本国土開発株式会社 東京都港区赤坂４丁目９番９号 (73)特許権者 000236610 不動建設株式会社 大阪府大阪市中央区平野町四丁目２番16 号 (72)発明者 岩橋 正佳 大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友 金属工業株式会社内 (72)発明者 由井 洋三 大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友 金属工業株式会社内 (72)発明者 浅上 裕司 東京都渋谷区渋谷１丁目16番14号 東急 建設株式会社内 (72)発明者 小磯 智恒 東京都文京区後楽２丁目２番８号 五洋 建設株式会社内 (72)発明者 桑原 秀樹 東京都新宿区荒木町13番地の４ 住友建 設株式会社内 (72)発明者 鶴岡 胤英 東京都千代田区一番町31番地 株式会社 錢高組内 (72)発明者 二宮 康治 神奈川県愛甲郡愛川町中津4036−１ 日 本国土開発株式会社内 (72)発明者 奥 利明 東京都台東区台東１−２−１ 不動建設 株式会社内

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル覆工位置の掘削部分に設置し、
   接続した後、内部にコンクリートを打設してトンネルを
   構築するためのトンネル覆工用セグメントであって、セ
   グメントの外周面を構成する鋼殻のトンネル軸方向後面
   のリング間接合面に開口部が形成されており、前記鋼殻
   内には該鋼殻をトンネル軸方向について前空間部と後空
   間部に分割する隔壁が設けられ、前記鋼殻の地山側面に
   前記後空間部に裏込め材を充填するための貫通孔が設け
   られていることを特徴とするトンネル覆工用セグメン
   ト。
2. 【請求項２】 前記鋼殻のトンネル軸方向前面のリング
   間接合面には、トンネル周方向に延びるガイド兼用の継
   手が設けられていることを特徴とする請求項１記載のト
   ンネル覆工用セグメント。
3. 【請求項３】 シールドマシンにより、トンネル断面の
   内部を残して、トンネル覆工位置を先行掘削し、該先行
   掘削部分に請求項１または２記載のトンネル覆工用セグ
   メントを設置し、該セグメントどうしを接続してリング
   状に組み立てた後、該セグメント内にコンクリートを打
   設することにより、セグメントリングを形成し、その
   後、該セグメントリング内部を掘削してトンネルを構築
   することを特徴とするトンネル覆工用方法。