JP2685113B2 - 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。また、合成
セグメントがその機能を十分に発揮するためには、鋼部
分とコンクリートとが一体的に挙動することが必要であ
り、そのため、鋼板に突起付き鋼板を用いたり、ジベル
を設けることが行われている。

【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】

【発明が解決しようとする課題】近年、大口径、大断面
のトンネルが増え、トンネル覆工に対する作用荷重が大
きくなる傾向にある。この場合、覆工の規模が大きくな
り、セグメントの厚さ及び単体当りの重量が増大し、セ
グメント製造工場から施工現場までの運搬に多くの労力
を必要とし、さらにトンネル内での搬送や組立てにも大
型の機械が必要となり、不経済となる。

【０００７】また、従来のシールド工法では、トンネル
断面が大きくなると、シールドマシンも極端に大きくな
り、それに伴い、掘削に必要な設備が増大する。また、
掘削断面が大きくなると、切羽の安定に問題が生じると
ともに、上述のように大型化したセグメントを、地山荷
重他、掘削断面に応じた大きな作用荷重に抵抗させなが
ら、組み立てて行くのが困難となる。

【０００８】これに対し、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、
掘削装置の小型化、施工時の作用荷重の低減、掘削作業
の合理化等が図れるが、その場合のセグメントの取り扱
い及び組み立てが問題となる。

【０００９】本発明は上述のような問題点の解決を図っ
たものであり、セグメント組み立て時には軽量で取り扱
いが容易であり、かつトンネル断面構築後には高強度の
性能を発揮する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ことを目
的としている。

【００１０】

【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。

【００１１】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
築するためのトンネル覆工用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の内面にコンクリート
打設前に作用するシールドマシン５０のジャッキ推力に
抵抗させるための補剛リブを設けるとともに、その鋼殻
を構成しセグメント１どうしを接続してリング状に組み
立てた場合のセグメントリング周方向端部に位置する端
板５にコンクリート打設用の開口を設けたものである。

【００１２】補剛リブに関し、より具体的には、トンネ
ル軸方向に延びる補剛リブ１１（請求項２に対応）を、
鋼殻を構成するトンネル地山側鋼板２、トンネル内空側
鋼板３や、必要に応じ、これらに加えて隣り合うセグメ
ントのトンネル周方向接合面となる端板５に設けたり、
トンネル径方向の補剛リブ１２を隣り合うセグメントの
トンネル軸方向接合面となる側板４に直接設けること
で、ジャッキ推力に対する補剛効果を得ることができ
る。

【００１３】また、これらの補剛リブ１１，１２は、地
山荷重に対しても抵抗するが、セグメントリング周方向
の補剛リブ１３を（請求項３に対応）トンネル地山側鋼
板２やトンネル内空側鋼板３に設けることで、さらに地
山荷重に対する補剛効果を向上させることができる。

【００１４】本願の請求項４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
部分に請求項１、２または３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
端板５に設けたコンクリート打設用の開口から打設する
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。

【００１５】

【作用】合成セグメントは、通常、製造工場で鋼殻部の
組立て及び内部のコンクリート打設までを行い、施工現
場まで運搬するのが一般的であるが、本発明では施工現
場において鋼殻のみのセグメントでセグメントリングを
組み立て、シールドマシン推進のためのジャッキ推力作
用時等の施工時は、鋼殻部のみの状態で使用する。そし
て、セグメントリング組立て後、例えば数リングまたは
数十リング、シールドマシンが推進した後、セグメント
鋼殻内にコンクリートを充填し、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。

【００１６】このようなセグメントを用いることによ
り、製造工場から施工現場までの運搬にかかる労力が低
減され、さらに立坑やトンネル内の搬送設備、セグメン
ト組立装置の小型化が可能となる。

【００１７】また、従来の合成セグメントは、鋼とコン
クリートとが一体として、作用荷重に抵抗することを期
待しているため、突起付き鋼板やジベルによるコンクリ
ート付着力の改善が図られており、鋼殻部のみで作用荷
重に対処させることは考えていない。しかし、本発明で
はセグメントリング組立て後に、コンクリートが充填さ
れるため、トンネル断面の内部を残してトンネル覆工位
置を先行掘削することで、地山荷重等の低減が図れるも
のの、鋼殻のみでジャッキ推力他、施工時の作用荷重に
抵抗させる必要がある。これに対し、本発明では、鋼殻
の内面に補剛リブを設けることで、コンクリート未充填
の状態でこれらの荷重に対処できるようにした。なお、
補剛リブはコンクリートとの付着面積を増すことによ
り、鋼殻部とコンクリートとの一体性を高める効果も有
する。

【００１８】

【実施例】次に、図示した実施例について説明する。

【００１９】図１は本発明の一実施例において、コンク
リート打設前のセグメント１の鋼殻の組立て状態を示し
たものである。

【００２０】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、トンネル方向前後面の
側板４、及びセグメントリング周方向両端の端板５とか
らなり、セグメント１の６面が鋼板で覆われている。

【００２１】地山側鋼板２及び内空側鋼板３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を設
け、両鋼板２，３の補剛リブ１１どうしを連結する形で
側板４に設けたトンネル径方向の補剛リブ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。

【００２２】また、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。

【００２３】また、本実施例のセグメント１は、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のみを設置し、鋼殻どうしを接
続して、リング状に組み立てるに当り、図４に示すよう
なトンネル構築方法を想定したものである。すなわち、
トンネル覆工体の掘削断面に一部拡大部を設け、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し、この補助トンネル内を作業空
間として、拡大部以外の掘削部５２にセグメント１の鋼
殻のみを周方向に送り込んでセグメントリングを組み立
て、その後、端板５に設けたコンクリート打設孔６から
鋼殻内部にコンクリートを充填し、セグメントリング内
部の残置土５３を掘削してトンネル断面を形成する。

【００２４】この場合、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、
補助トンネル内でセグメント１の鋼殻の接合を行うた
め、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る。従って、
トンネル覆工の断面力に対し、極めて有効な構造とな
る。

【００２５】一方、セグメント１の鋼殻を周方向に送り
込むため、リング間継手３１としては、端板５側から互
いに係合可能な雄雌の継手３２，３３からなる継手を設
け、鋼殻送り出しの際のガイドを兼ねさせている。

【００２６】ただし、図４の構築方法は本発明の合成セ
グメント１が適用可能な構築方法の一例を示したに過ぎ
ず、トンネル断面の内部を残して、トンネル覆工位置を
先行掘削する構築方法であれば、特に限定されず、継手
形状も本実施例のものに限定する必要はない。

【００２７】図２は本発明の一実施例におけるリング間
継手３１部分を端板５側からみた図である。ただし、破
線で示される補剛リブの位置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。図
３は図２に対応する側板４側からみた図であり、本実施
例では端板５にもトンネル軸方向に延びる補剛リブ１５
を設け、ジャッキ推力に抵抗させている。

【００２８】本実施例において、リング間継手３１は、
チャンネル形鋼材からなる雌継手３３と、これに係合す
るＴ形鋼材からなる雄継手３２とからなり、隙間に硬化
材３４を充填して一体化している。

【００２９】また、図２に示されるように、補剛リブの
隅角部には空気抜き孔１６を形成し、コンクリート打設
孔６から充填されたコンクリート７の回り込みを改善し
ている。

【００３０】なお、以上の実施例では、端板５のコンク
リート打設孔６からコンクリートを打設するようになっ
ているが、セグメント１間の止水性を確保した上で、コ
ンクリート打設孔６を設ける代わりに、端板５位置を大
きな開口とすることで、コンクリートの充填性を向上さ
せ、またリングの一体性を高めることもできる。

【００３１】

【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。

【００３２】 鋼殻部のみで、シールドマシンのジャ
ッキ推力や施工時の一時的な地山荷重等の作用荷重に抵
抗させるに当り、鋼殻内面に適切に補剛リブを配置する
ことで、これらの作用荷重に効果的に対処させることが
できる。また、その後、端板に設けたコンクリート打設
用の開口からコンクリートを打設することでセグメント
リング全体にコンクリートを充填して行くことができ、
トンネル断面構築後には合成セグメントによるトンネル
覆工として、強度、剛性面で高い性能を発揮する。

【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組立
て状態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リング間接合部を端
板側からみた側面図である。

【図３】図２に対応するセグメントを側板側からみた正
面図である。

【図４】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。

【符号の説明】

１…セグメント、２…地山側鋼板、３…内空側鋼板、４
…側板、５…端板、６…コンクリート打設孔、７…コン
クリート、１１，１２，１３，１４，１５…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…雄継手、３３…雌
継手、３４…硬化材、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 (56)参考文献 実公 昭44−4598（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (4)

(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内面に前記コンクリ
   ート打設前に作用するシールドマシンのジャッキ推力に
   抵抗させるための補剛リブを設けるとともに、前記鋼殻
   を構成しセグメントどうしを接続してリング状に組み立
   てた場合のセグメントリング周方向端部に位置する端板
   にコンクリート打設用の開口を設けたことを特徴とする
   トンネル覆工用セグメント。
2. 【請求項２】 前記ジャッキ推力に抵抗させるための補
   剛リブを、トンネル軸方向に設けた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】 請求項１または２記載のトンネル覆工用
   セグメントにおいて、補剛リブをセグメントリング周方
   向にも設けたことを特徴とするトンネル覆工用セグメン
   ト。
4. 【請求項４】 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、２または３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
   を前記端板に設けたコンクリート打設用の開口から打設
   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方法。