JP2693021B2 - トンネル工法、それに使用する覆工材、及び掘削装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、先行トンネルに沿って後行トンネルを施工
し、これらを連結することにより地中に大断面の構造物
を築造するトンネル工法、それに使用する覆工材、及び
掘削装置に関する。

〈従来の技術〉 自立性の悪い軟弱な地山に対して適用されるトンネル
工法の一つにシールド工法がある。シールド工法は当
初、河底のトンネル工法として発達したが、工法の発
達、及び都市トンネルにおける工事上の制約から現在で
は都市トンネルの主要な工法の一つとなっている。

一方、近年では、鉄道・道路トンネル、及び地下調整
池等の工事において、大断面のものが増える傾向にあ
り、これに伴いシールド工法でも大口径化が要求されて
いる。しかしながら、大口径のシールド工法では、切羽
の崩壊や地盤を乱す虞れが生じるとともに、大口径の単
一円では無駄な空間も多くなり、地価が高い都市部では
経済的に問題があった。

このため、必要空間に対して単一円より掘削断面や占
有範囲を小さくできる併設シールド工法や、立杭を掘ら
ずに施工が行なえる拡大シールド工法などによって、そ
の解決が図られている。

〈発明が解決しようとする課題〉 近年、地下空間の大断面化に伴い、シールド工法に対
する大口径化の要望は高まってきており、そのための工
法として、併設シールド工法，拡大シールド工法などが
開発されている。しかしながら、これらの工法では、掘
削機の機構が複雑で計画通りに掘削を制御することが難
しいとともに、設備が大掛かりとなり、施工コストが高
いものとなる要因となっていた。また、現在のシールド
工法では、一度に掘削できる最大の口径は、地盤にもよ
るが15〜20m程度であり、これにより大断面の地下空間
が必要となる場合には、切羽を分割して施工を行なわな
ければならなかった。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、複雑な機
構の掘削機や大掛かりな設備を必要とせず、地中に大断
面の構造物が構築できるトンネル工法、それに使用する
覆工材、及び掘削装置の提供を目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 上記目的を達成する本各発明の構成は、これを図示の
実施例に基づいて述べると次の通りである。

（１） シールドトンネル工法 外周に規制手段を有する覆工材により先行トンネルを
施工し、後行トンネルの掘削を規制手段を介して先行ト
ンネルに沿って行ない、規制手段を介して覆工材同士を
固定することにより先行トンネルに沿って後行トンネル
を結合して一体構造物を築造する工法であって、その規
制手段は覆工材外周に連続して形成された凹溝とこの凹
溝内に嵌挿された除去可能な部材とからなることを特徴
とする。

（２） 覆工材 覆工の外周同士が固定できるとともに掘削装置の軌道
となる規制手段を外周に連続して設けたものであって、
規制部材は凹溝からなるもととに、該凹溝内には除去可
能な部材が嵌挿されたことを特徴とする。

（３） 掘削装置 覆工の外周に設けられた規制手段に沿って覆工の外周
を走行するとともに規制手段に係合手段を備えたもので
あって前記規制手段は連続して設けられた凹溝と、該凹
溝内に嵌挿された除去可能な部材からなることを特徴と
する。

〈作用〉 本発明に係るシールドトンネル工法は、先ず、先行ト
ンネルを施工し、次いで規制手段を介して後行トンネル
が先行トンネルに沿って施工され、先行トンネルと後行
トンネルとが結合されることで、夫々のトンネルが連鎖
状となり、地中に一体構造物を築造する。

この構造物では、覆工材と掘削壁面との間が小さいの
で沈下の恐れなく又裏込め材の注入量も少なくて済む。

本発明に係る覆工材は、規制手段が掘削装置の軌道と
なり、掘削装置の走行方向が覆工材をもって構成された
トンネルの方向に規制されるとともに、規制手段同士が
固定されることで、覆工材をもって構成されたトンネル
同士が結合されて一体構造物となって築造される。

本発明に係る掘削装置は、結合手段が規制手段の凹溝
内にて係合することで規制され、走行方向が規制手段を
有する覆工材をもって構成されたトンネルの方向に沿っ
た方向となる。

すなわち、いずれにおいても規制手段の凹溝内には予
め除去可能な部材が嵌挿されているのが裏込め部材等の
流入はなく、ガイド機能を十分に発揮する。又挿通孔を
設けていないのでトンネル内の漏水もない。

〈実施例〉 以下、本発明の好適な実施例を図面を参照して詳細に
説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る覆工材を用いた先行
トンネルを表す正面図、第２図はその覆工材の固定状態
を表す部分拡大図を示す。

本実施例に係るシールドトンネル工法では、先ず、一
般的なシールド工法により先行トンネル１を施工する。
先行トンネル１の覆工は一般セグメント２及び覆工材で
ある先行トンネル結合部用セグメント３により構成され
ている。

第２図に基づいて、先行トンネル結合部用セグメント
３について説明する。先行トンネル結合部用セグメント
３の外周には、規制手段であってシールド掘削装置案内
レール兼継手部である凹溝４が先行トンネル１方向に形
成されている。凹溝４には、規制手段である突条５が外
周に形成された覆工材である後行トンネル結合部用セグ
メント６が嵌合するようになっている。突条５には両端
が補強板８で補強されるシース孔７が穿設されており、
シース孔７には先端ピンボルト９が挿入されるようにな
っている。凹溝４には嵌入孔10が溝底に形成されてお
り、嵌入孔10には先端ピンボルト９の先端が嵌入される
ようになっている。シース孔７に挿入された先端ピンボ
ルト９は、先端が嵌入穴10内で逆止バネ11に固定される
とともに、後端側が後行トンネル結合部用セグメント６
の内部からワッシャー12aを介してナット12bで固定され
る。従って、先行トンネル結合部用セグメント３と後行
トンネル結合部用セグメント６とは先端ピンボルト９に
より固定されるようになっている。このように構成され
る先行トンネル結合部用セグメント３をもって構成され
た先行トンネル１の外周には、掘削装置が先行トンネル
１に沿って走行されるようになっている。

ここで、第３図，第４図，第５図に基づいて、本工法
に使用する掘削装置を説明する。

第３図は掘削装置を表す断面図、第４図は掘削装置と
凹溝との結合状態を表す断面図、第５図はその側面図を
示す。

掘削装置13の前面には、フェイスカッター14が設けら
れており、フェイスカッター14は駆動装置15により駆動
される。フェイスカッター14の外周近傍の下部には、円
外突出部掘削治具16が設けられている。掘削装置13の内
部後方には推進ジャッキ17が設けられており、推進ジャ
ッキ17の駆動軸は建込済の一般セグメント２、及び後行
トンネル結合部用セグメント６の端面に当接されてい
る。推進ジャッキ17が駆動軸を介して一般セグメント
２、及び後行トンネル結合部用セグメント６を押圧する
ことで、掘削装置13はセグメントと離反方向の推力が得
られる。一方、第４図に示すように、掘削装置13の前部
底面には、係合手段である一対の係合片18が突設されて
いる。係合片18は先端が折曲されることで先行トンネル
結合部用セグメント３の凹溝４に係合するとともに、凹
溝４方向に摺動自在となっている。一対の係合片18の間
には車輪19が挟持状態となって車輪軸受20により取付け
られており、車輪19は凹溝４の溝底を走行するようにな
っている。凹溝４内には除去可能な部材、例えば発泡ス
チロール21が予め嵌挿されており、従って除去の前では
凹溝４内への裏込め材侵入が防止される（第６図参
照）。

第５図に示すように、車輪19の前方には凹溝４内に配
置される発泡スチロール除去治具22が設けられており、
発泡スチロール除去治具22により予め凹溝４内に嵌挿さ
れた発泡スチロール21が除去されることで、車輪19は凹
溝４内を安全に走行できるようになっている。これによ
り掘削装置13は、係合片18が凹溝４に係合するととも
に、車輪19が凹溝４内を走行することで、凹溝4,係合片
18を介して先行トンネル１に沿って掘削走行ができるよ
うになっている（第７図参照）。

よって、先行トンネル１が築造された後に、上述の掘
削装置13を使用することで、第８図に示すように、先行
トンネル結合部用セグメントに形成された凹溝４を介し
て、先行トンネル１に沿って後行トンネル23の掘削を行
なう。第９図に示すように、後行トンネル23の掘削が完
了した後、後行トンネル23の覆工を行ない、後行トンネ
ル結合部用セグメント６を先行トンネル結合部用セグメ
ント３に先端ピンボルト９により固定する（第２図参
照）。従って、覆工材同士が固定された先行トンネル１
と後行トンネル23とは、地中で連鎖状となった一体構造
物24に築造される。

このようにして築造される一体構造物では、第10図に
示すように、断面矩形状の覆工25からなるトンネル26を
多数並設することにより、利用空間をより効率的に確保
できる一体構造物27も築造することができる。また、第
11図に示すように、断面円形状のトンネルを三本以上並
設した場合、これらのトンネルで囲まれた部分の土砂を
トンネルの両端側から夫々順に一般の掘削機で除去し、
形成された空間Ｓを利用することもできる。このような
利用法の場合には、各トンネルの接合部に止水材28（第
２図参照）を配して止水性を高めることが望ましい。

本実施例によれば、先行トンネル１に沿って、後行ト
ンネル23とが連鎖状態で結合されていくので、地中に大
断面の一体構造物を容易に築造することができる。ま
た、覆工材の外周に凹溝４が形成されているので、将来
構造物の増設が必要になった場合でも、既設の構造物の
外周を利用して容易に増築が可能であるとともに、複数
のトンネルを並設して結合するため、トンネル全体（一
体構造物）の曲げ抵抗を大きくすることができる。更
に、後行トンネル23の掘削は先行トンネル１に係合しな
がら行なうため、精度の高い掘削施工が行なえるととも
に、先に施工したトンネルを作業杭として利用し、薬液
注入法などの補助工法を施したり、地盤の状態を十分に
調査することができるため、後行トンネルが容易に施工
できる。また、第12図に示すように、地下鉄の駅28の近
傍などの場合には、覆工材の固定を切り離すことにより
夫々のトンネル1a,23aを途中から分離させることもでき
る。

尚、後行トンネル23の掘削作業は先行トンネル１の後
方で先行トンネル１と同時に行なうことができるが、先
行トンネル１の完成後、先行トンネル１の施工に使用し
た同一の掘削装置13を使用することも可能である。ま
た、先行トンネル1,後行トンネル23の覆工はスチールセ
グメント,RCセグメント，合成セグメント等を現場で組
み立てるか、または、場所打ちコンクリート等で行なう
こともできる。この場合には、凹溝４等を所定の位置に
配した後にコンクリートを打設する。また、先行トンネ
ルの覆工をセグメントによって行なう場合、セグメント
と地盤との間隙に裏込め材を注入するが、この裏込め材
は隣接するトンネルの掘削に支障のない程度の強度を有
するモルタル（例えば28日強度が５〜20kgf/cm²程度）
状の材料が望ましい。

〈発明の効果〉 本発明に係るシールドトンネル工法は、一般的なシー
ルド工法で先行トンネルを施工した後、除去可能な部材
が嵌挿された規制手段を介して該先行トンネルに沿って
後行トンネルを施工するとともに、除去可能な部材を除
去して先行トンネルと後行トンネルとを結合させるの
で、裏込め材等の流入がなく、ガイド機能を十分に発揮
できる。従ってトンネルを連鎖状の一体構造物に形成
し、比較的軟弱な地盤においても、地中に大断面の構造
物を築造することができる。

その上沈下の恐れもなく、裏込め材の注入量も少なく
て良い。

本発明に係る覆工材は、外周に該覆工材同士の外周が
固定できるとともに凹溝内に除去可能な部材を嵌挿した
規制手段を掘削装置の軌道としたので、該覆工材をもっ
て構成されるトンネル同士を結合させることができると
ともに、該トンネルに沿わせて掘削装置を掘削走行させ
ることができ、その上裏込め材の流入のないガイド部材
としての機能を果す。

本発明に係る掘削装置は、覆工材の規制手段に係合す
る係合手段が設けられているので、該係合手段を規制手
段に係合させて覆工材をもって構成されるトンネルに沿
って走行することで、該トンネルに沿って高精度な掘削
施工を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る覆工材を用いた先行
トンネルを表す正面図、 第２図は、その覆工材の固定状態を表す部分拡大図、 第３図は、掘削装置を表す断面図、 第４図は、掘削装置と凹溝との係合状態を表す断面図、 第５図は、その側面図、 第６図は、除去可能な部材（発泡スチロール）が挿入さ
れた凹溝を表す断面図、 第７図は、掘削装置の走行状況を表す斜視図、 第８図は、後行トンネルの掘削状況を表す正面図、 第９図は、後行トンネルの覆工を表す正面図、 第10図は、矩形断面のトンネルを多数並設した場合の斜
視図、 第11図は、四本のトンネルを結合した場合の正面図、 第12図は、結合された二本のトンネルが途中から分離す
る場合の状況を表す斜視図である。 １……先行トンネル,3……先行トンネル結合部用セグメ
ント（覆工材）,4……凹溝（規制手段）,13……掘削装
置,18……係合片（係合手段）,21……除去可能な部材
（発泡スチロール）,23……後行トンネル,24,27……一
体構造物。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外周に規制手段を有する覆工材により先行
   トンネルを施工し、後行トンネルの掘削を前記規制手段
   を介して前記先行トンネルに沿って行ない、前記規制手
   段同士を固定することにより、前記先行トンネルに沿っ
   て前記後行トンネルを結合して一体構造物を築造するシ
   ールドトンネル工法であって、前記規制手段は覆工材外
   周に連続して形成された凹溝と該凹溝内に嵌挿された除
   去可能な部材とからなることを特徴とするシールドトン
   ネル工法。
2. 【請求項２】覆工の外周同士が固定できるとともに掘削
   装置の軌道となる規制手段を外周に連続して設けたもの
   であって、該規制部材は凹溝からなるとともに該凹溝内
   には除去可能な部材が嵌挿されていることを特徴とする
   覆工材。
3. 【請求項３】覆工の外周に連続して設けられた規制手段
   に沿って前記覆工の外周を走行するとともに前記規制手
   段に係合する係合手段を備えたものであって、前記規制
   手段は連続して設けられた凹溝と該凹溝内に嵌挿された
   除去可能な部材とからなることを特徴とする掘削装置。