JP3474445B2 - セグメントおよびシールドトンネルの施工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、相互に連結するこ
とにより、掘削穴の軸方向に沿って、水密性を有するシ
ールドトンネルを構築するセグメントおよびシールドト
ンネルの施工方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】トンネルを構築する方法としては、掘削
穴の内面側にセグメント（主にコンクリート製あるいは
スチール製）を組み立てて筒状壁体（シールドトンネ
ル）を構築する、いわゆるシールド工法が一般的であ
る。このシールド工法に用いられるセグメントとしては
平面視長方形状で円弧版状のものが主流であり、これら
セグメント同士をボルトによって接合していた。このボ
ルトでセグメント同士を接合する構造としては、セグメ
ントの接合面の近傍に、セグメントの接合面同士を当接
させた際に、互いに連通する孔部を有する継手を埋め込
んでおき、これら継手の孔部同士が連通するように、セ
グメントの接合面を当接させた状態にて、孔部へボルト
を挿通させ、このボルトへナットを締結させて接合させ
る構造が一般的である。また、相互のセグメントにナッ
ト部材であるインサート部品を埋め込んでおき、隣接す
るセグメントに貫通させたボルトを締結させて互いに接
合させる構造もある。

【０００３】ところで、地下河川や下水道管路等のよう
に導水管路として使用されるシールドトンネルでは、一
次覆工材であるセグメントの内面に二次覆工を施工し、
一次覆工の腐食を防止する必要がある。この二次覆工と
しては、打設コンクリートや、樹脂の吹付塗装等が採用
される。打設コンクリートによる二次覆工は、多数のセ
グメントを組み立ててなる筒状壁体の内面に、１５０ｍ
ｍ〜３００ｍｍの厚さのコンクリートを打設する。これ
により、内部通水が一次覆工に浸透し、セグメント本体
部および継手金物が腐食することを防止するとともに、
セグメント間の隙間を埋設して、シールドトンネルの水
密性を図ることができる。また、セグメント内面には、
セグメント間の締結用ボルトを締結する作業用の凹所で
あるボルトボックスが形成されているが、二次覆工コン
クリートの打設やモルタル注入によって埋設し、平滑な
内面を得るようにしている。ボルトボックスを埋設し
て、平滑な内面を得ることは、樹脂塗装による二次覆工
についても同様である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ように導水管路として使用されるシールドトンネルの二
次覆工は、施工に手間がかかり、コストの上昇、工期の
延長の原因になるといった問題が生じていた。すなわ
ち、打設コンクリートによる二次覆工は、コンクリート
打設用の型枠の設置、撤去が必要であり、工数が大幅に
増加することになり、コストも上昇する。また、長期に
亘って一次覆工を腐食から確実に保護するには、二次覆
工コンクリートを１５０ｍｍ〜３００ｍｍの厚さに施工
する必要があり、使用できる内部空間が狭くなってしま
い、導水管路として使用する場合、通水量が制限されて
しまう。一方、樹脂の吹付塗装では、ボルトボックスの
埋設等に手間がかかり、平滑な（滑らかな）内面を容易
に得ることが出来ないといった問題があった。シールド
トンネルに平滑な内面が得られないと、通水時の流路抵
抗が大幅に増大することとなり、管路としての性能が大
幅に低下するといった問題が生じる。しかし、ボルトボ
ックス個別に埋設作業を行うとなると、工数が膨大にな
り、施工能率が大幅に低下し、工期延長の原因になる。
一次覆工を構成する隣接するセグメント間に生じた段差
等も、平滑な内面を得るための障害であり、これを解消
するためには、ボルトボックスと同様に手間のかかる作
業を必要とした。また、この樹脂塗装自体が、接着性向
上のためにさらに下地処理を要して施工能率の向上が困
難であるため、施工に時間がかかり、しかも、十分な換
気を要する等、悪環境下の作業であり、作業者にとって
苦渋であるといった問題があった。このように、導水管
路として使用するシールドトンネルでは、低コスト化
や、工期の短縮等が可能になり、しかも、高い防水性、
耐腐食性が得られる技術の開発が求められていた。

【０００５】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
ので、樹脂製の防水パネルの使用により、高い防水性、
耐腐食性、必要に応じて耐磨耗性が低コストで得られ、
しかも、簡単に施工でき、施工能率を大幅に向上でき
る、セグメントおよびシールドトンネルを提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、互いの接合端面同士を合わせた状態で接合されるこ
とにより、シールドトンネルを構成するセグメントであ
って、前記シールドトンネル内側に臨む内面側に、樹脂
製の防水パネルを取り付けるためのパネル取付手段を備
えたことを特徴とするセグメントを前記課題の解決手段
としている。請求項２記載の発明では、請求項１記載の
セグメントを互いの接合端面同士を合わせた状態で接合
して筒状に構築されるシールドトンネルの施工方法であ
って、所定位置に組み付けたセグメントの内面側に、前
記パネル取付手段によって、前記防水パネルを取り付
け、さらに、各セグメントの内面側に取り付けた防水パ
ネルを止水性を確保しつつ連設することを特徴とするシ
ールドトンネルの施工方法を前記課題の解決手段として
いる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の１実施形態を、図
１から図３を参照して説明する。図１において、本実施
形態のセグメント１は、円形筒状のシールドトンネルを
構成するものであり、コンクリートから円弧版状に形成
されている。このセグメント１の軸方向端面２近傍に
は、シールドトンネルの軸方向にセグメント１同士を接
合固定するボルトの締結作業を行うためのボルトボック
ス３が形成されている。このボルトボックス３は、セグ
メント１の内面１ａ側に開口する凹所である。また、軸
方向端面２の、前記ボルトボックス３に対応する位置に
は支圧プレート４が固定され、この支圧プレート４に穿
設されたボルト孔４ａが、ボルトボックス３の内外に貫
通されている。

【０００８】セグメント１の周方向端面５近傍にも、セ
グメント１の内面側に開口するボルトボックス６が形成
され、このボルトボックス６に対応する位置に、ボルト
孔７ａが穿設された支圧プレート７が固定されている。
軸方向に連設したセグメント１同士の軸方向端面２、２
同士を当接させ、セグメント１相互の支圧プレート４の
ボルト孔４ａの位置を合わせ、これらボルト孔４ａ、４
ａに連通させたボルトの両端に、ボルトボックス３内に
てナットをねじ込んで締結固定すると、両セグメント１
を軸方向に接合、固定することができる。周方向へのセ
グメント１の接合も同様であり、周方向端面５、５同士
を当接させ、支圧プレート７、７のボルト孔７ａ、７ａ
にボルトを連通させ、各セグメント１のボルトボックス
６にて、前記ボルトにナットをねじ込んで締結固定す
る。

【０００９】図２に示すように、セグメント内面１ａに
は、樹脂製の防水パネル８を取り付けるためのパネル取
付手段９が設けられている。本実施形態において、この
パネル取付手段９は、セグメント１内に埋設固定された
インサート部品であり、ビス１０が螺着固定されるよう
になっている。セグメント内面１ａ外形とほぼ一致する
形状の防水パネル８を、セグメント内面１ａに載置し、
この防水パネル８に穿設した孔８ａに挿通したビス１０
をパネル取付手段９に螺着固定すると、防水パネル８を
セグメント内面１ａに固着することができる。この時、
ボルトボックス３、６やセグメント内面１ａに開口され
たモルタル孔１１が、防水パネル８によって覆われ、こ
の防水パネル８により平滑な内面が得られる。また、防
水パネル８の複数箇所に穿設されたモルタル注入孔８ｂ
は、それぞれ、セグメント１のボルトボックス３、６に
一致する。なお、前記モルタル孔１１は、セグメント１
を組み付け装置に保持するための保持用凹所も兼ねる。

【００１０】図２は、このセグメント１を用いて構築さ
れたシールドトンネルを、軸方向から見た断面図、図３
は、このシールドトンネルの内面を示す図である。図２
および図３に示すように、このシールドトンネルは、地
山１２を掘削して形成した掘削穴の内面１２ａに沿っ
て、その軸方向および周方向に、多数のセグメント１を
接合して筒状の壁体である一次覆工１３を構築し、この
一次覆工１３を構成する各セグメント１の内面１ａに防
水パネル８を取り付けて軸方向および周方向に互いに接
合するようにして連設し、隣接する防水パネル８間を、
コーキング材１４により止水したものであり、防水パネ
ル８によって、平滑かつ高い防水性を有する内面が得ら
れている。止水性を確保して連設された防水パネル８
は、このシールドトンネルの二次覆工を構成する。ま
た、セグメント１のボルトボックス３、６は、防水パネ
ル８のモルタル注入孔８ｂを介して注入されたモルタル
１５によって埋設されている。モルタル注入孔８ｂは、
モルタル１５あるいは別途設置される封止材により封止
される。モルタル１５や封止材としては、いずれも止水
性に優れたものを採用する。

【００１１】図３に示すように、周方向、軸方向に隣接
される防水パネル８間には、いずれもコーキング材１４
を介在配置している。これにより、防水パネル８間に高
い止水性が確保される。また、コーキング材１４によっ
て、防水パネル８間の位置ずれが吸収される。このた
め、例えば、トンネル屈曲部等では、隣接する防水パネ
ル８間に段差が有っても、十分な止水性を確保でき、ト
ンネルの形状に対応して高い汎用性が得られる。しか
も、コーキング材１４の弾性変形範囲内で、隣接する防
水パネル８間の相対変位が許容されるので、例えば、地
震等によって振動が加わり、防水パネル８間に変位が生
じても、防水パネル８間の止水性が維持され、漏水を防
止できる。これにより、メンテナンスも殆ど不要にな
り、メンテナンスにかかるコストを大幅に低減できる。

【００１２】次に、本発明のシールドトンネルの施工方
法を、図２および図３のシールドトンネルに適用した実
施形態を説明すると、まず、セグメント１を軸方向、周
方向に接合して筒状の一次覆工１３を施工した後、各セ
グメント１の内面１ａ側に、パネル取付手段９を利用し
て、防水パネル８を取り付け、さらに、隣接する防水パ
ネル８間をコーキング材１４により止水する。セグメン
ト内面１ａへの防水パネル８の取り付けは、一次覆工１
３の施工完了部分から順次行う。すなわち、シールド掘
削機を用いたシールドトンネルの施工では、掘削穴の掘
削と並行して、セグメント１の組み付けを行い、掘削穴
の形成が進行するに伴って、順次、一次覆工１３が施工
される。そして、セグメント１の軸方向、周方向への接
合の完了後、必要に応じて、モルタル孔１１を介して一
次覆工１３の外面側へのモルタルの注入等の処置を行っ
た後、セグメント内面１ａに防水パネル８を取り付け、
コーキング材１４で止水性を確保しつつ防止パネル８を
互いに面方向に接合するようにして連設し、二次覆工を
完成する。防水パネル８の取り付けが完了したら、この
防水パネル８のモルタル注入孔８ｂからモルタルを注入
してボルトボックス３、６を埋設する。

【００１３】防水パネル８の取り付けを完了すると、こ
の防水パネル８によってボルトボックス３、６をほぼ閉
塞することでき、モルタル注入穴８ｂを封止するだけ
で、滑らかな二次覆工内面が得られる。また、防水パネ
ル８を型枠としてモルタル１５を注入施工することで、
ボルトボックス３、６を埋めることができるので、別途
型枠を使用したコンクリートの打設や、樹脂の塗装等の
従来技術に比べて、極めて簡単な作業により、ボルトボ
ックス３、６を埋設できる。

【００１４】なお、モルタル孔１１を介してなされる一
次覆工１３外面側へのモルタル注入等の処置を省略でき
る場合では、所定位置への組み付けを完了したセグメン
ト１に、順次、防水パネル８の取り付けを速やかに行う
ことができ、これにより、セグメント１の組み付け（一
次覆工１３の施工）と、防水パネル８の取り付けとを並
行して行うことも可能である。また、本実施形態では、
モルタル注入孔８ｂが予め穿設された防水パネル８を使
用した例を説明を説明したが、モルタル注入孔８ｂを有
していない防水パネルを、セグメント内面１ａに取り付
けた後に、モルタル注入孔８ｂを穿設することも可能で
ある。

【００１５】前述のセグメント１およびシールドトンネ
ルの施工方法により施工されたシールドトンネルでは、
コーキング材１４により止水性を確保しつつ、面方向に
接合するようにして多数連設された防水パネル８によっ
て、高い防水性を有する二次覆工が得られるので、一次
覆工１３を腐食から守ることができ、耐久性が向上す
る。また、このシールドトンネルを下水道管路等の導水
管路に適用した場合では、前記防水パネル８によって構
築された二次覆工に滑らかな内面が得られる上、セグメ
ント内面１ａに当接させるようにして防水パネル８を取
り付けることで、断面積（管路断面積）を確保できるの
で、通水時の流路抵抗が小さく、しかも、大流量の通水
が可能である。

【００１６】パネル取付手段９を利用して、セグメント
内面１ａに防水パネル８を取り付けて二次覆工を施工す
ることは、コンクリートの打設や、樹脂の吹付塗装等の
従来技術に比べて、簡単な作業により行うことができ、
工数も削減でき、作業性が向上し、低コスト化、工期の
短縮に寄与する。しかも、自動化も容易であることか
ら、これにより、一層の低コスト化、工期の短縮が可能
である。

【００１７】なお、本発明のセグメントは、前記実施形
態に限定されず、各種変更が可能である。例えば、セグ
メント同士を軸方向、周方向に接合する接合構造として
は、継手部品を使用するもの、セグメントの接合端面に
形成した嵌合継手により互いに嵌合する構造等、各種構
成の採用が可能である。また、セグメント形状として
は、台形版状、六角形版状等、各種構成の採用が可能で
ある。防水パネルを取り付けるためのパネル取付手段と
しては、前述のインサート部品に限定されず、例えば、
防水パネルに突設した弾性爪が嵌合される嵌合穴等、各
種構成が採用可能である。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載のセ
グメントによれば、シールドトンネル内側に臨む内面側
に、樹脂製の防水パネルを取り付けるためのパネル取付
手段を備えているため、所定位置に組み付け完了後に、
前記パネル取付手段を利用することで、防水パネルを簡
単に取り付けることができる。このため、内面側の防水
パネルによって高い防水性が得られ、高い耐久性を有す
るシールドトンネルの施工能率を向上でき、低コスト
化、工期の短縮が可能になるといった優れた効果を奏す
る。

【００１９】請求項２記載のシールドトンネルの施工方
法によれば、請求項１記載のセグメントを所定位置に組
み付けた後、このセグメントの内面側に、前記パネル取
付手段によって、前記防水パネルを取り付け、さらに、
各セグメントの内面側に取り付けた防水パネルを止水性
を確保しつつ連設するので、高い防水性、耐久性を有す
るシールドトンネルを効率良く施工でき、低コスト化、
工期の短縮が可能である。また、所定位置へのセグメン
トの組み付け後に、防水パネルの取り付けを行うので、
この防水パネルの取り付けによって、シールドトンネル
に、滑らかな内面を容易に得ることができ、通水時の流
路抵抗が小さく、導水管路として高い性能を有するシー
ルドトンネルが容易に得られるといった優れた効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のセグメントの１実施形態を示す斜視
図である。

【図２】 図１のセグメントによって施工したシールド
トンネルを示す図であって、軸方向から見た断面図であ
る。

【図３】 図２のシールドトンネルの内面を示す展開図
である。

【符号の説明】

１ セグメント、 １ａ セグメント内面、 ２ 接合端面（軸方向端面） ５ 接合端面（周方向端面）、 ８ 防水パネル、 ９ パネル取付手段（インサート部品）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 染谷 洋樹 東京都千代田区有楽町一丁目12番１号 石川島建材工業株式会社内 (72)発明者 田中 禎 東京都千代田区有楽町一丁目12番１号 石川島建材工業株式会社内 (72)発明者 中川 雅由 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島 建設株式会社内 (72)発明者 山本 正嗣 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島 建設株式会社内 (72)発明者 島 宣之 東京都中央区京橋一丁目18番１号 シー アイ化成株式会社内 (72)発明者 笹山 広治 東京都中央区京橋一丁目18番１号 シー アイ化成株式会社内 (72)発明者 荒木田 武生 東京都中央区京橋一丁目18番１号 シー アイ化成株式会社内 (72)発明者 増田 祐一 東京都中央区京橋一丁目18番１号 シー アイ化成株式会社内 (72)発明者 藤野 豊 東京都港区芝四丁目２番３号 ジオスタ ー株式会社内 (72)発明者 加瀬 明 東京都港区芝四丁目２番３号 ジオスタ ー株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−159492（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−176033（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−107692（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−170497（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−317393（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−264700（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−117693（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 11/04 E21D 11/38

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いの接合端面同士を合わせた状態で接
   合されることにより、シールドトンネルを構成するセグ
   メントであって、 前記シールドトンネル内側に臨む内面側に、樹脂製の防
   水パネルを取り付けるためのパネル取付手段を備えたこ
   とを特徴とするセグメント。
2. 【請求項２】 請求項１記載のセグメントを互いの接合
   端面同士を合わせた状態で接合して筒状に構築されるシ
   ールドトンネルの施工方法であって、 所定位置に組み付けたセグメントの内面側に、前記パネ
   ル取付手段によって、前記防水パネルを取り付け、さら
   に、各セグメントの内面側に取り付けた防水パネルを止
   水性を確保しつつ連設することを特徴とするシールドト
   ンネルの施工方法。