JP3068969B2 - トンネル履工の構築方法、及び構築装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主としてトンネルの１
次覆工として用いられるコルゲートスパイラル管からな
るトンネル覆工、その構築方法及び構築装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】シールド工法によるトンネル覆工として
は、鋼製セグメント、コンクリートセグメント、鋼コン
クリート合成セグメント等のセグメントをシールドマシ
ン後部でリング状に組み立てて行く形式のものが一般的
である。また、シールドマシンの後部に型枠を設け、場
所打ちコンクリートによって覆工を形成する場合もあ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のセグメントを組
み立てて行く方式では、工場等で製作されたセグメント
を現場まで運び、さらに現場においてセグメントを構築
中のトンネル内に搬入する設備を必要とする。セグメン
トはトンネル断面に応じて、トンネル断面を複数に分割
した形状を有し、そのため製作コストが高く付く他、個
々のセグメントの重量も大きく、嵩張るため、運搬費用
も高く付くという問題がある。また、組み立てには、予
めセグメントのトンネル軸方向及びトンネル周方向に多
数の継手を必要とし、ボルト等による接合作業にも多く
の手間を要する。特に、ボルト接合等による組立て作業
は、リングの組立て作業（トンネル周方向）と、リング
どうしの組立て作業（トンネル軸方向）の２種類の作業
があるため、作業が煩雑となる。さらに、トンネル周方
向のセグメント間継手は、隣り合うセグメントリングど
うしで千鳥状に位置をずらし、継手面がトンネル軸方向
に連続しないようにするのが一般的であるが、従来のセ
グメント方式のシールドトンネルでは、セグメントリン
グ間の継手面が同一面内に位置するため、応力の分散が
図りにくい他、この部分での止水性が問題となり、継手
部の止水性を確保するためには、セグメント間にシール
材を介在させる等の考慮が必要である。また場所打ちコ
ンクリートによって覆工を構築する方式では、鉄筋等、
コンクリートの補強の問題や、コンクリートの養生の問
題があり、またコンクリートにひび割れが生じた場合の
止水性の問題等がある。一方、特公平３−７４２８７号
公報には、増強杭の施工法として、掘削孔の上部にスパ
イラル鋼管成形機を設置し、現場で帯板からスパイラル
鋼管杭を成形、溶接しつつ、掘削孔内に挿入し、スパイ
ラル鋼管杭の内外にコンクリートまたはモルタルを打設
する工法が開示されている。本発明は、このような現場
成形のスパイラル鋼管を、杭に比べ大径となるトンネル
覆工あるいは立坑に適用することを考えたものである
が、上記工法をそのままトンネル覆工に用いるとする
と、剛性が足りず、地山からの土圧や水圧に耐えられな
い。また、上記工法では、スパイラル鋼管の造管中に鋼
管が回転するので、場所打ち杭等の掘削孔への挿入には
支障ないが、トンネルの場合、延長も長く、覆工そのも
のを回転させることはできない。本発明は、上述のよう
な従来技術における課題を解決することを目的とし、コ
ルゲート加工により剛性を高めたコルゲートスパイラル
管をトンネル覆工に適用し、剛性及び止水性に優れ、さ
らに施工性及びコストの面でも優れたトンネル覆工とそ
の構築方法及びその構築装置を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前述の問題を有利に解決
するために、本発明のトンネル覆工においては、トンネ
ル径に対応する径のコルゲートスパイラル管をトンネル
覆工として使用する。また前述の問題を有利に解決する
ために、本発明のトンネル覆工の構築方法においては、
シールドマシンの掘進に伴い、そのシールドマシンの後
部で、順次、曲面コルゲート鋼板を接合し、スパイラル
状に円形閉合させてコルゲートスパイラル管を成形し、
トンネル軸方向に連続する覆工とする。またシールドマ
シンの後部に、コルゲート成形機とスパイラル成形機と
からなるコルゲートスパイラル管成形機を設け、シール
ドマシンの掘進に伴い、前記コルゲートスパイラル管成
形機をトンネル軸回りに回転させながら、帯板コイルか
ら送り出される帯板に前記コルゲート成形機によりコル
ゲート加工を施し、コルゲート加工された前記帯板を前
記スパイラル成形機によりコルゲートスパイラル管に成
形して、トンネル軸方向に連続する覆工とすることによ
っても、前述の問題を有利に解決することができる。さ
らにまた、前述の問題を有利に解決するために、本発明
のトンネル覆工構築装置においては、シールドマシンの
後部に、帯板にコルゲート加工を施すためのコルゲート
成形機と、該コルゲート成形機によってコルゲート加工
された帯板をスパイラル状に円形閉合させるためのスパ
イラル成形機とからなるコルゲートスパイラル管成形機
を設け、該コルゲートスパイラル管成形機をトンネル軸
回りに回転可能に支持する。

【０００５】以下、本発明の概要を添付図面によって説
明する。本発明のトンネル覆工は、トンネル覆工をトン
ネル径に対応する径のコルゲートスパイラル管１で形成
したものである。コルゲートスパイラル管１は、通常、
１次覆工として用いられ、内側に２次覆工として内巻コ
ンクリート５等を形成することで、さらに覆工としての
剛性を高めることができる。また、シールド工法で施工
する場合、通常、コルゲートスパイラル管１の地山側に
はモルタル等の裏込め材を注入し、空隙が生じるのを防
ぐ。コルゲートスパイラル管１としては、多数の曲面コ
ルゲート鋼板１ａを、順次接合して行き、スパイラル状
に円形閉合させたもの等が用いられる。曲面コルゲート
鋼板１ａからコルゲートスパイラル管１を成形し、トン
ネル覆工とする場合の構築方法としては、シールドマシ
ン１１の掘進に伴い、シールドマシン１１の後部で、順
次、曲面コルゲート鋼板１ａを接合して行き、スパイラ
ル状に円形閉合させてコルゲートスパイラル管１を成形
し、トンネル軸方向に連続する覆工とする方法がある。

【０００６】曲面コルゲート鋼板１ａどうしの接合方式
は特に限定されないが、例えば図２に示すように曲面コ
ルゲート鋼板１ａどうしを所要幅重ね合わせ、重ね合わ
せ部分を順次ワンサイドボルト等のボルト２１等で接合
する方式がある。その他、曲面コルゲート鋼板１ａどう
しの端部を突き合わせ溶接する方式、図３に示すよう
に、突き合わせ部分に押さえ板２２を重ね合わせ、その
押さえ板２２の側縁を曲面コルゲート鋼板１ａの表面に
すみ肉溶接２２ａする方式、図４に示すように、はぜ継
ぎ２３により接合する方式等がある。

【０００７】また、コルゲートスパイラル管１は、上述
のように曲面コルゲート鋼板１ａから成形するものの
他、コルゲート加工を施した帯板１ｂをスパイラル状に
円形閉合させ、トンネル軸方向に連続させたもの等でも
よい。その場合の帯板１ｂは、例えば熱間圧延帯鋼に亜
鉛めっきを施したもの等が利用され、帯板コイル６から
送り出された帯板１ｂに、波付ロールを有するコルゲー
ト成形機でコルゲート加工を施し、これをスパイラル成
形機で円形閉合させ、円筒状のコルゲートスパイラル管
１とする。

【０００８】コルゲートスパイラル管１の直径は、スパ
イラル成形における帯板１ｂの送り出し角度によって決
まるが、本発明ではコルゲートスパイラル管１の成形
を、原則として、構築中のトンネル内で行い、この送り
出し角度を小さくすることで、トンネル軸方向に連続す
る大径のコルゲートスパイラル管１が成形され、トンネ
ル覆工として利用することができる。なお、帯板１ｂの
材質に関しては、上記のものの他、コルゲートスパイラ
ル管１を成形した場合において、必要な強度が得られる
ものであれば、特に限定されない。

【０００９】帯板１ｂからコルゲートスパイラル管１を
成形し、トンネル覆工とする場合の構築方法としては、
図５および図６に示すようにシールドマシン１１の後部
に、コルゲート成形機３とスパイラル成形機４とからな
るコルゲートスパイラル管成形機２を設け、シールドマ
シン１１による掘進に伴い、帯板コイル６から送り出さ
れる帯板１ｂをトンネル径に対応するコルゲートスパイ
ラル管１に成形する方法がある。この場合、特公平３−
７４２８７号公報の増強杭の施工方法のように、成形さ
れた管を回転させることができないため、本発明では、
シールドマシン１１の掘進状況に合わせて、コルゲート
スパイラル管成形機２側をトンネル軸回りに回転させる
ことで、トンネル覆工として成形されたコルゲートスパ
イラル管１を回転させることなく、トンネル軸方向に延
長して行くことができる。

【００１０】また、帯板１ｂからコルゲートスパイラル
管１を成形し、トンネル覆工とする場合の構築装置とし
ては、シールドマシン１１の後部に、コルゲート加工を
施すためのコルゲート成形機３と、コルゲート成形機３
によってコルゲート加工された帯板１ｂをスパイラル状
に円形閉合させるためのスパイラル成形機４とからなる
コルゲートスパイラル管成形機２を設け、このコルゲー
トスパイラル管成形機２をトンネル軸回りに回転可能に
支持したものを用いることができる。

【００１１】

【実施例】次に、実施例について図面を参照して説明す
る。図１は本発明のコルゲートスパイラル管１からなる
トンネル覆工を、多数の曲面コルゲート鋼板１ａの接合
により成形する場合のトンネル覆工の構造及びその構築
の様子を示したもので、曲面コルゲート鋼板１ａどうし
を所要幅重ね合わせ、ワンサイドボルト等のボルト２１
でトンネルの内側から接合している。

【００１２】曲面コルゲート鋼板１ａは、通常のシール
ド工法におけるセグメントの組み立てと同様に、シール
ドマシン（図示せず）の後部で、順次接合しながら円筒
形に組み立てて行くことができる。スパイラル状に接合
して行くことで、従来のセグメントのリング間継手のよ
うに接合部が同一平面内に位置することはなく、円筒形
に成形されるコルゲートスパイラル管１における応力分
布が均等になり、一体性及び止水性に優れたトンネル覆
工が形成される。

【００１３】曲面コルゲート鋼板１ａは、予め工場等で
成形したものを現場に搬入し、上述のようにトンネル内
で接合する形式が一般的であるが、従来のセグメントに
比べ、軽量であり、波形状を合わせることで、多数積み
重ねても嵩張ることがない。また、コルゲート加工が施
されていることで、曲げ剛性が大きく、大径のトンネル
覆工にも十分適用可能である。

【００１４】図２ないし図４はコルゲートスパイラル管
の３種類の接合方法を示したものである。図２において
２１は重ね合わせ部分を接合するボルトであり、図１の
実施例に対応する。図３において、２２は押さえ板であ
り、隣り合う曲面コルゲート鋼板１ａの側縁どうしを突
き合わせ、押さえ板２２を重ね合わせて、押さえ板２２
の側縁を曲面コルゲート鋼板１ａの表面にすみ肉溶接２
２ａすることにより、両曲面コルゲート鋼板１ａどうし
を接合するものである。図４において、２３ははぜ継ぎ
を示し、隣り合う曲面コルゲート鋼板１ａの側縁どうし
を折り返して係合させ、かしめたものである。なお、図
２ないし図４には特に裏表を特定していないが、いずれ
の接合部も原則としてトンネルの内側から接合するもの
とする。この他、曲面コルゲート鋼板１ａどうしを重ね
合わせずに、突き合わせ溶接により接合することも可能
である。

【００１５】図５および図６は本発明のコルゲートスパ
イラル管１からなるトンネル覆工を、シールドマシン１
１の後部に設置したコルゲートスパイラル管成形機２を
用いて構築する場合の実施例を示したものである。コル
ゲートスパイラル管成形機２は、コルゲート成形機３と
スパイラル成形機４とを連続させ、これらをシールドマ
シン１１内に、回転可能に設置したものである。コルゲ
ート成形機３は、所定のピッチの波形を形成した波付ロ
ールにより、帯板１ｂにコルゲート加工を施すための装
置であり、波付ロールを多段に設けることもできる。ス
パイラル成形機４は、複数のガイドロールからなる曲率
整形機７及び自動溶接機８を有し、帯板１ｂを所定の曲
率でスパイラル状に円形閉合させながら、継目を溶接し
てスパイラル管を成形するための装置である。帯板コイ
ル６から送り出される帯板１ｂは、シールドマシン１１
の掘進に伴い、まずコルゲート成形機３によりコルゲー
ト加工が施され、スパイラル成形機４でコルゲートスパ
イラル管１に成形され、トンネル覆工として利用され
る。これらのコルゲート加工及び管成形はコルゲートス
パイラル管成形機２がシールドマシン１１内で回転しな
がら行われる。

【００１６】また、シールドマシン１１の掘進に伴い、
シールドマシン１１のテールボイド部分からは、通常、
モルタル等の裏込め材が、地山とコルゲートスパイラル
管１との間隙に充填され、またコルゲートスパイラル管
１の内面には内巻コンクリート５が打設される。なお、
図１においては、裏込め材を省略している。

【００１７】図７は帯板１ｂから成形されたトンネル覆
工としてのコルゲートスパイラル管１の一部を内側から
みた図である。なお図５および図６の実施例のように帯
板１ｂからコルゲートスパイラル管１を成形する場合に
も、自動溶接機８等を使用する代わりに、図２ないし図
４に示すような各種接合方法を適用することが可能であ
る。また、図１の実施例においても、図５および図６の
実施例と同様、地山とコルゲートスパイラル管１との間
隙に裏込め材を充填したり、必要に応じ、２次覆工とし
ての内巻コンクリート５を打設する。また本発明は、水
平方向のトンネルに限らず、鉛直方向の大径の立坑にも
適用できる。

【００１８】

【発明の効果】 トンネル覆工をコルゲート化したスパイラル管１で
構成することにより、覆工構造としての大きな土圧、水
圧に耐え得る剛性を確保することができる。 トンネル覆工が現場成形による一体の管で構成され
ることで、従来の各種セグメントを用いた覆工における
止水性の問題が解消される。また、特殊な継手の加工等
も不要である。 １次覆工として比べた場合においても、従来のセグ
メントによる１次覆工に比べ、覆工重量が大幅に軽減さ
れ、また使用鋼材等の量も低減するため安価である。 コルゲートスパイラル管１は、曲面コルゲート鋼板
１ａから成形する場合も、帯板１ｂから成形する場合
も、従来セグメントのリング間継手のように接合部が同
一平面内に位置することはなく、円筒形に成形されるコ
ルゲートスパイラル管１における応力分布が均等にな
り、一体性及び止水性に優れたトンネル覆工が形成され
る。また、継手部の接合は、単純作業の繰り返しである
ため、効率良く作業を行うことができる。 曲面コルゲート鋼板１ａからコルゲートスパイラル
管１を成形する場合、従来のセグメントに比べ軽量であ
る他、波形状を合わせることで、多数積み重ねても嵩張
ることがなく、現場への搬入に都合が良い。 コルゲートスパイラル管成形機２自体をシールドマ
シン１１の中で回転させることにより、覆工を回転させ
る必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例として曲面コルゲート鋼板を
用いた場合のトンネル覆工の構造及び構築方法を示す斜
視図である。

【図２】コルゲートスパイラル管のボルトによる接合部
を示す縦断斜視図である。

【図３】コルゲートスパイラル管の押さえ板およびすみ
肉溶接による接合部を示す縦断斜視図である。

【図４】コルゲートスパイラル管のはぜ継ぎによる接合
部を示す縦断斜視図である。

【図５】本発明の他の実施例として、コルゲートスパイ
ラル管成形機を用いたトンネル覆工の構築の状態を示す
一部縦断側面図である。

【図６】図５のＡ−Ａ線拡大断面図である。

【図７】コルゲートスパイラル管成形機を用いて構築さ
れたトンネル覆工の一部を内面から見た側面図である。

【符号の説明】

１ コルゲートスパイラル管 １ａ 曲面コルゲート鋼板 １ｂ 帯板 ２ コルゲートスパイラル管成形機 ３ コルゲート成形機 ４ スパイラル成形機 ５ 内巻コンクリート層 ６ 帯板コイル ７ 曲率整形機 ８ 自動溶接機 １１ シールドマシン ２１ ボルト ２２ 押さえ板 ２２ａ すみ肉溶接 ２３ はぜ継ぎ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 11/14 E21D 11/40

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールドマシンの後部に、コルゲート成
   形機とスパイラル成形機とからなるコルゲートスパイラ
   ル管成形機を設け、シールドマシンの掘進に伴い、前記
   コルゲートスパイラル管成形機をトンネル軸回りに回転
   させながら、帯板コイルから送り出される帯板に前記コ
   ルゲート成形機によりコルゲート加工を施し、コルゲー
   ト加工された前記帯板を前記スパイラル成形機によりコ
   ルゲートスパイラル管に成形して、トンネル軸方向に連
   続する覆工とすること特徴とするトンネル覆工の構築方
   法。
2. 【請求項２】 シールドマシンの後部に、帯板にコルゲ
   ート加工を施すためのコルゲート成形機と、該コルゲー
   ト成形機によってコルゲート加工された帯板をスパイラ
   ル状に円形閉合させるためのスパイラル成形機とからな
   るコルゲートスパイラル管成形機を設け、該コルゲート
   スパイラル管成形機をトンネル軸回りに回転可能に支持
   したことを特徴とするトンネル覆工構築装置。