JP3011169B2 - シールドトンネルおよびその覆工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は過密化する都市部
において、特に地下街の連絡通路用として掘進されるシ
ールドトンネルおよびその覆工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、地下鉄、あるいは下水道や通信
ケーブルなどの地下空間として利用されるシールドトン
ネルは円形断面に掘進され、その内周はＰＣセグメント
や鋼製セグメントなどの既製セグメントによって覆工さ
れている。

【０００３】しかし、地下街の地下通路として利用され
るシールドトンネルは、普通のシールドトンネルと同じ
ように円形断面形に掘進すると、デットスペースが大き
く、掘削土量が増加して工事費が高くなる等の理由か
ら、用途上無駄な掘削を可能な限り無くして地下空間を
有効に利用するために円形断面形に掘進するよりは矩形
断面形に掘進するのが望ましい。

【０００４】なお、この種の地下通路はシールド工法に
よらず、地上から掘り下げる開削工法によっても施工可
能であるが、特に都心部においては工事用地の確保がき
わめで困難であったり、騒音問題などがあったりして適
さない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、矩形断面形に
掘進されたシールドトンネルの内周を、円形断面形のシ
ールドトンネルと同様にＲＣセグメント等の既製セグメ
ントで覆工するとすると、シールドトンネルの断面形状
上、セグメントに周囲の土圧による大きな曲げ応力が発
生することから、セグメントの引っ張り側の接合部に強
度上の難点がある等の課題がある。

【０００６】また、既製セグメントによる覆工はセグメ
ントどうしの継手部分が多いことから止水性が悪いた
め、裏込め材を入念に充填するなどして止水処理に特に
注意を必要とする。

【０００７】また、これまで一次覆工体としてトンネル
の内周に設置されるセグメントは、トンネル覆工部分の
主要躯体（主体構造）をなし、その内側に二次覆工体と
して施工されるコンクリートは単にセグメントを補強す
るとともに、防水、仕上げおよび蛇行修正のために行わ
れ、さらに一次覆工体が鋼製セグメントの場合は腐食防
止のために行われている。

【０００８】このため、この場合の二次覆工体は補強筋
が積極的に配筋されていないため、構造躯体として期待
できない等の課題がある。

【０００９】この発明は以上の課題を解決するためにな
されたもので、特にシールドトンネルの内周を確実かつ
強固に覆工できるようにしたシールドトンネルおよびそ
の覆工方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、この発明に係る請求項１記載のシールドトンネル
は、トンネルの内周に複数の鋼製セグメントをトンネル
の周方向と軸方向に互いに接合しながら設置して構築さ
れる一次覆工体と、この一次覆工体の内周に複数の主筋
とせん断補強筋を配筋した上にコンクリートを打設して
構築される二次覆工体とからなるシールドトンネルにお
いて、鋼製セグメントをトンネルの周方向に連続する複
数の主桁を有して形成し、主筋をトンネルの周方向に連
続して配筋し、かつせん断補強筋を主筋に巻回するとと
もにその両端を主桁に連結して所定間隔に配筋する。

【００１１】請求項２記載のシールドトンネルは、請求
項１において、せん断補強筋の両端に定着板をそれぞれ
突設し、この定着板を主桁に高力ボルト摩擦接合する。

【００１２】請求項３記載のシールドトンネルは、請求
項１または２において、トンネルの内周に複数の鋼製セ
グメントをトンネルの周方向と軸方向に互いに接合しな
がら設置して構築される一次覆工体と、この一次覆工体
の内周に複数の主筋を配筋した上にコンクリートを打設
して構築される二次覆工体とからなるシールドトンネル
において、鋼製セグメントをトンネルの周方向に連続す
る複数の主桁を有して形成し、せん断補強筋の代わりに
複数の鉄筋棒とプレートを設置し、かつ主筋を鉄筋棒と
プレートとから形成された枠内をトンネルの周方向に連
続して配筋する。

【００１３】請求項４記載のシールドトンネルは、請求
項３において、主桁に定着ナットを所定間隔に突設し、
この定着ナットに複数の鉄筋棒をそれぞれ螺合して突設
し、この隣接する鉄筋棒間にプレートを固定ナットによ
ってそれぞれ取り付ける。

【００１４】請求項５記載のシールドトンネルは、請求
項１、２、３または４において、鋼製セグメントはトン
ネルの軸方向に連続する継手板をそれぞれ有し、かつト
ンネルの周方向に隣接する鋼製セグメントどうしの接合
部のうち、引っ張りが作用する接合部においては、主桁
の端部どうしを高力ボルト摩擦接合で接合し、圧縮が作
用する接合部においては、継手板どうしを複数の継手ボ
ルトでボルト接合する。

【００１５】請求項６記載のシールドトンネルの覆工方
法は、トンネルの内周に鋼製セグメントをトンネルの周
方向と軸方向にそれぞれ互いに接合しながら設置して一
次覆工体を構築し、次に一次覆工体の内側に複数の主筋
とせん断補強筋を配筋した上にコンクリートを打設して
二次覆工体を構築するシールドトンネルの覆工方法にお
いて、鋼製セグメントをトンネルの周方向に連続する複
数の主桁を有して形成し、主筋をトンネルの周方向に連
続して配筋し、かつせん断補強筋を主筋に巻回するとと
もにその両端を主桁に連結して所定間隔に配筋する。

【００１６】請求項７記載のシールドトンネルの覆工方
法は、請求項６において、鋼製セグメントを、トンネル
の軸方向に連続する継手板を有してそれぞれ形成し、か
つトンネルの周方向に隣接する鋼製セグメントどうしの
接合部のうち、引っ張りが作用する接合部においては、
主桁の端部どうしを高力ボルト摩擦接合で接合し、圧縮
が作用する接合部においては、継手板どうしを複数の継
手ボルトでボルト接合する。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１〜図８は、この発明の実施の
一形態を示し、矩形断面形に掘進されたトンネルＡの内
周はトンネルＡの周方向と軸方向にそれぞれ複数の鋼製
セグメント１を互いに接合しながら設置して構成された
一次覆工体と２Ａ、この一次覆工体２Ａの内周に複数の
補強鉄筋を配筋した上にコンクリートを打設して一次覆
工体２Ａと一体的に構成された二次覆工体２Ｂとで覆工
されている。

【００１８】鋼製セグメント１はトンネルＡの周方向に
主桁３を複数平行に設置し、この複数の主桁３の長手方
向の両端部間に継手板４をそれぞれ設置し、かつ隣接す
る主桁3,3 間に補強縦リブ５を主桁３の長手方向に所定
間隔に複数設置してトンネルＡの周方向に細長い長方形
状の格子枠体６とし、この格子枠体６の外側にスキンプ
レート７を取り付けて構成されている。

【００１９】継手板４の裏側には継手板４を補強するた
めの補強リブ８が所定間隔に複数取り付けられている。

【００２０】また、トンネルＡのコーナ部に設置される
鋼製セグメントは、トンネルＡの形状に合わせてＬ字状
に形成されている。なお、これらの部材は何れも溶接に
よって互いに一体的に接合されている。

【００２１】このように構成された鋼製セグメント１は
それぞれ、トンネルＡの周方向と軸方向に互いに接合し
ながら複数設置されている。その際、鋼製セグメント１
は、接合部が一個所に集中しないようにトンネルＡの周
方向に少しずつずらすことで接合部が集中することによ
る強度低下を防止している。

【００２２】また、トンネルＡの周方向に隣接する鋼製
セグメント１どうしの接合部のうち、特に周囲の土圧に
よって引っ張りが作用する接合部においては、継手板４
どうしを複数の継手ボルト９でボルト止めした上に、主
桁２の端部間に接合プレート10を添わせ、かつ主桁３の
端部と接合プレート10とを複数の高力ボルト11で接合す
る高力ボルト摩擦接合で接合されている。

【００２３】例えば、トンネルＡの両側壁部イに設置さ
れる鋼製セグメント１どうしは高力ボルト摩擦接合で接
合されている。

【００２４】また、圧縮のみが作用する接合部において
は、単に継手板４どうしを複数の継手ボルト９でボルト
止めして接合されている。例えば、トンネルＡの天井部
分ロに設置される鋼製セグメント１同士は継手板４どう
しを複数の継手ボルト９でボルト止めして接合されてい
る。

【００２５】なお、いずれの接合部分においても、接合
部の止水性を確実にするために継手板4,4 間にシール材
24が介在されている。また、隣接する鋼製セグメント１
の主桁3,3 間にも同様の目的でシール材24が介在されて
いる。

【００２６】その際、シール材24は主桁３の側面と継手
板４の側面に単に接着するか、又は主桁３の側面と継手
板４の側面にそれぞれ形成した凹溝に嵌着して取り付け
られている。

【００２７】このようにして、複数の鋼製セグメント１
で一次覆工されたトンネルＡの内側に、主筋12と配力筋
13とせん断補強筋14がそれぞれ複数配筋されている。主
筋12は二次覆工体２Ｂとしてのコンクリート躯体の主筋
をなすもので、鋼製セグメント１との間に充分な距離
（応力中心間距離）を有し、トンネルＡの周方向に沿っ
て矩形のリング状に配筋されている。

【００２８】また、せん断補強筋14はコンクリート躯体
のせん断補強筋をなすもので、鋼製セグメント１側に開
口するＵ字状に形成され、かつその開口端部に定着板15
がそれぞれ突設されている。

【００２９】そして、せん断補強筋14は複数の主筋12に
巻回させてトンネルＡの周方向に所定間隔に配筋され、
かつ両端の定着板15を鋼製セグメント１の主桁３に高力
ボルト16でそれぞれ高力ボルト摩擦接合することにより
固定されている。

【００３０】また、せん断補強筋14は作用するせん断力
の大きさに合わせて配筋間隔を適当に変えて配筋されて
いる。

【００３１】なお、主桁３または定着板15に高力ボルト
16を挿通するために形成されているボルト孔（図省略）
を主桁３の軸直角方向に細長く形成しておけば、鋼製セ
グメント１と主筋12間の距離（応力中心間距離）に合わ
せてせん断補強筋14の高さを必要に応じて自由に変更す
ることができる。二次覆工体２Ｂを厚めにしたい場合な
どに特に有効である。

【００３２】配力筋13は、二次覆工体２Ｂのきれつ等を
防止するためのもので、主筋12の内側（トンネルＡの中
心側）に、トンネルＡの周方向に所定間隔にかつトンネ
ルＡの軸方向に沿って複数配筋されている。さらに、鋼
製セグメント１の内側にコンクリート17が所定の厚さに
充填されている。

【００３３】こうして、二次覆工体２Ｂとしての鉄筋コ
ンクリート躯体体が一次覆工体２Ａとしての鋼製セグメ
ント１と一体的に構築されている。

【００３４】トンネルＡの内周がこのような構成で覆工
されていることにより、トンネルＡの内周には一体形成
された一次覆工体２Ａと二次覆工体２Ｂとからなるはり
が、トンネルＡの周方向にリング状に連続し、かつトン
ネルＡの軸方向に連設しているとみなすことができ、こ
の複数のはりが周囲の土圧に対処しているとみなすこと
ができる。

【００３５】その際、一次覆工体２Ａをなす鋼製セグメ
ント１の接合部に大きな引っ張りが作用しても、鋼製セ
グメント１の主桁３どうしが特に高力ボルト摩擦接合で
接合されているので確実に対処することができる。

【００３６】また、大きな剪断力が作用しても、せん断
補強筋14の両端部はこの部分に突設された定着板15を鋼
製セグメント１の主桁３に高力ボルト摩擦接合で確実に
固着されているので、せん断補強筋14は端部にフックを
もうけなくても充分にその目的を果たすことができる。

【００３７】図７(a),(b) は、せん断補強筋14の代わり
をなすもので、鋼製セグメント１の主桁３に定着ナット
18が主桁３の長手方向に所定間隔に突設され、この定着
ナット18のそれぞれに、両端に雄ねじ部を有する鉄筋棒
19が一端の雄ねじ部を定着ナット18に螺合して突設さ
れ、さらにトンネルＡの軸方向に隣接する２本の鉄筋棒
19,19 間にプレート20が取り付けられている。

【００３８】プレート20の両端は鉄筋棒19の先端部に螺
合されている２つの固定ナット21で両側から挟み付けて
鉄筋棒19の先端部に固定されている。そして、主筋12は
プレート20と鉄筋棒19とで形成された枠の中に配筋され
ている。

【００３９】このようにすれば、鋼製セグメント１と主
筋12間の距離（応力中心間距離）に合わせてせん断補強
筋としてのプレート20の高さを必要に応じて自由に変更
することができる。

【００４０】次に、この発明に係るシールドトンネルの
覆工方法を順をおって説明する。

【００４１】 最初に、シールド機（図省略）のテー
ル部において、シールド機で矩形断面形に掘進されたト
ンネルＡの内周に複数の鋼製セグメント１を、トンネル
Ａの周方向と軸方向にそれぞれ、継手板４どうし、主桁
３どうしを突き合わせながらリング状に設置するととも
に、トンネルＡの周方向と軸方向にそれぞれ隣接する鋼
製セグメント１どうしを接合してトンネルＡの内周に一
次覆工体２Ａを構成する。

【００４２】その際特に、トンネルＡの周方向に隣接す
る鋼製セグメント１どうしの接合部のうち、トンネルＡ
の両側壁部イに設置されている鋼製セグメント１どうし
は、継手板４どうしを複数の継手ボルト９でボルト止め
した上に、主桁３の端部間に接合プレート10を添わせ、
かつ主桁３の端部と接合プレート10とを複数の高力ボル
ト11で接合する（図８参照）。

【００４３】また、トンネルＡの天井部分ロに設置され
ている鋼製セグメント１どうしは、継手板４どうしを継
手ボルト９でボルト止めして接合する。その際、いずれ
の接合部においても、継手板4,4 間にシール材を介在す
る（図８参照）。

【００４４】また、トンネルＡの中央部分に形鋼などか
らなる支保工22を所定間隔に立設して一次覆工体２Ａと
しての鋼製セグメント１を補強する。なお、鋼製セグメ
ント１の設置はシールド機に設置されているエレクター
（図省略）で行うものとする。

【００４５】 次に、複数の鋼製セグメント１からな
る一次覆工体２Ａの内側に主筋12、配力筋13、せん断補
強筋14をそれぞれ配筋する。

【００４６】主筋12はトンネルＡの内周に沿ってリング
状に配筋し、配力筋13はトンネルＡの軸方向に沿って配
筋し、そしてせん断補強筋14は複数の主筋12に巻回して
トンネルＡの周方向に所定間隔に配筋する。

【００４７】なお、主筋12、配力筋13およびせん断補強
筋14の配筋に際しては、スペーサー（図省略）を多用す
ることにより鋼製セグメント１および後述する型枠との
間に充分な被りを確保する。

【００４８】 次に、複数の鋼製セグメント１からな
る一次覆工体２Ａの内側に主筋12、配力筋13およびせん
断補強筋14を覆うようにトンネルＡの内周に沿って型枠
23を設置する。そして、型枠26内にコンクリート17を打
設し、コンクリートが充分に硬化したら型枠23と支保工
22を撤去する。

【００４９】なお、〜の工程はシールド機でトンネ
ルＡを掘進しながら、シールド機のテール部において行
う。こうして、トンネルＡの内周を全長にわたって確実
にかつきわめて効率的に覆工することができる。

【００５０】また、複数の鋼製セグメント１からなる一
次覆工体２Ａは、トンネルＡの施工中はトンネルＡの地
山を土・水圧などから保護する仮設材として働き、一次
覆工体２Ａの内側に二次覆工体２Ｂとして主筋12と剪断
補強筋14を配筋した上にコンクリート７を打設すること
で、二次覆工体２Ｂと一体になって土・水圧に抵抗する
強固なトンネルＡの覆工体となる。

【００５１】

【発明の効果】この発明は以上説明した構成からなり、
トンネルの内周に鋼製セグメントをトンネルの周方向と
軸方向にそれぞれ互いに接合しながら複数設置して構築
される一次覆工体と、この一次覆工体の内周に主筋とせ
ん断補強筋を複数配筋した上にコンクリートを打設して
構築される二次覆工体とからなるので、トンネルの内周
には一体構築された一次覆工体と二次覆工体とからなる
はりが、トンネルの周方向にリング状に連続し、かつト
ンネルの軸方向に連設しているとみなすことができ、こ
の複数のはりが周囲の土圧に対処しているとみなすこと
ができる。

【００５２】その際、一次覆工体をなす鋼製セグメント
の接合部に大きな引っ張りが作用しても、鋼製セグメン
トの主桁どうしが特に高力ボルト摩擦接合で接合されて
いるので確実に対処することができる。

【００５３】また、大きな剪断力が作用しても、せん断
補強筋の両端部はこの部分に突設された定着板を鋼製セ
グメントの主桁に高力ボルト摩擦接合で確実に固着され
ているので、せん断補強筋は端部にフックをもうけなく
ても充分にその目的を果たすことができる。

【００５４】さらに、継手板間にシール材を介在し、か
つこの継手板どうしを複数の継手ボルトで接合してある
ので、接合部の止水性も高い。

【００５５】この発明に係るシールドトンネルの構築工
法は、トンネルの内周に鋼製セグメントをトンネルの周
方向と軸方向にそれぞれ互いに接合しながら設置して一
次覆工体を構築し、次に一次覆工体の内側に主筋と剪断
補強筋を複数配筋し、かつコンクリートを打設して二次
覆工体を構築するので、トンネルの内周をきわめて効率
的かつ確実に覆工することができる。

【００５６】また、複数の鋼製セグメントからなる一次
覆工体は、トンネルＡの施工中、トンネルの地山を土・
水圧などから保護する仮設材として働くので、余計な仮
設工事が不要であり、また施工の安全性も高められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】シールドトンネルの縦断面図である。

【図２】鋼製セグメントの接合部を示す斜視図である。

【図３】鋼製セグメントの接合部を示す分解斜視図であ
る。

【図４】(a),(b) は鋼製セグメントの接合部を示す縦断
面図である。

【図５】覆工部分の一部縦断面図である。

【図６】鉄筋の配筋方法を示す一部斜視図である。

【図７】(a) 鉄筋の配筋方法を示す一部断面図、(b) は
その一部斜視図である。

【図８】(a) 〜(e) はシールドトンネルの覆工方法を示
す工程図である。

【符号の説明】

１ 鋼製セグメント ２Ａ 一次覆工体 ２Ｂ 二次覆工体 ３ 主桁 ４ 継手板 ５ 補強縦リブ ６ 格子枠体 ７ スキンプレート ８ 補強リブ ９ 継手ボルト 10 接合プレート 11 高力ボルト 12 主筋 13 配力筋 14 せん断補強筋 15 定着板 16 高力ボルト 17 コンクリート 18 定着ナット 19 鉄筋棒 20 プレート 21 固定ナット 22 支保工 23 型枠 24 シール材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 耕一 東京都港区元赤坂１丁目２番７号 鹿島 建設株式会社内 (56)参考文献 特開 平９−189198（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−46194（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−141899（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭51−43693（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 11/14 E21D 11/10 E21D 11/08

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネルの内周に複数の鋼製セグメント
   をトンネルの周方向と軸方向に互いに接合しながら設置
   して構築される一次覆工体と、この一次覆工体の内周に
   複数の主筋とせん断補強筋を配筋した上にコンクリート
   を打設して構築される二次覆工体とからなるシールドト
   ンネルにおいて、鋼製セグメントをトンネルの周方向に
   連続する複数の主桁を有して形成し、主筋をトンネルの
   周方向に連続して配筋し、かつせん断補強筋を主筋に巻
   回するとともにその両端を主桁に連結して所定間隔に配
   筋してなることを特徴とするシールドトンネル。
2. 【請求項２】 せん断補強筋の両端に定着板をそれぞれ
   突設し、この定着板を主桁に高力ボルト摩擦接合してな
   ることを特徴とする請求項１記載のシールドトンネル。
3. 【請求項３】 トンネルの内周に複数の鋼製セグメント
   をトンネルの周方向と軸方向に互いに接合しながら設置
   して構築される一次覆工体と、この一次覆工体の内周に
   複数の主筋を配筋した上にコンクリートを打設して構築
   される二次覆工体とからなるシールドトンネルにおい
   て、鋼製セグメントをトンネルの周方向に連続する複数
   の主桁を有して形成し、せん断補強筋の代わりに複数の
   鉄筋棒とプレートを設置し、かつ主筋を鉄筋棒とプレー
   トとから形成された枠内をトンネルの周方向に連続して
   配筋してなることを特徴とするシールドトンネル。
4. 【請求項４】 主桁に定着ナットを所定間隔に突設し、
   この定着ナットに複数の鉄筋棒をそれぞれ螺合して突設
   し、この隣接する鉄筋棒間にプレートを固定ナットによ
   って取り付けてあることを特徴とする請求項３記載のシ
   ールドトンネル。
5. 【請求項５】 鋼製セグメントはトンネルの軸方向に連
   続する継手板をそれぞれ有し、かつトンネルの周方向に
   隣接する鋼製セグメントどうしの接合部のうち、引っ張
   りが作用する接合部においては、主桁の端部どうしを高
   力ボルト摩擦接合で接合し、圧縮が作用する接合部にお
   いては、継手板どうしを複数の継手ボルトでボルト接合
   してあることを特徴とする請求項１、２、３または４記
   載のシールドトンネル。
6. 【請求項６】 トンネルの内周に鋼製セグメントをトン
   ネルの周方向と軸方 向にそれぞれ互いに接合しながら設
   置して一次覆工体を構築し、次に一次覆工体の内側に複
   数の主筋とせん断補強筋を配筋した上にコンクリートを
   打設して二次覆工体を構築するシールドトンネルの覆工
   方法において、鋼製セグメントをトンネルの周方向に連
   続する複数の主桁を有して形成し、主筋をトンネルの周
   方向に連続して配筋し、かつせん断補強筋を主筋に巻回
   するとともにその両端を主桁に連結して所定間隔に配筋
   することを特徴とするシールドトンネルの覆工方法。
7. 【請求項７】 鋼製セグメントを、トンネルの軸方向に
   連続する継手板を有してそれぞれ形成し、かつトンネル
   の周方向に隣接する鋼製セグメントどうしの接合部のう
   ち、引っ張りが作用する接合部においては、主桁の端部
   どうしを高力ボルト摩擦接合で接合し、圧縮が作用する
   接合部においては、継手板どうしを複数の継手ボルトで
   ボルト接合することを特徴とする請求項６記載のシール
   ドトンネルの覆工方法。