JP3566674B2 - シールド洞道の覆工構造及びシールド洞道の施工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、本線から分岐する立坑などの連絡坑が構築されるシールド洞道の、セグメントリングによる覆工構造及び施工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールド工法によるシールド洞道（シールドトンネル）の施工に際して、本線のシールド洞道から分岐する、例えば、立坑などの連絡坑を構築する場合がある。このような場合、シールド洞道には、将来形成される連絡坑の開口部に対して、例えば、以下に示されるような補強がなされる。
【０００３】
前記シールド洞道の覆工は、図２２及び図２３に示すように、複数の円環状のセグメントリング７１、補強リング７２、桁材７３、柱リング７４により構成されている。これらセグメントリング７１，…は、シールド洞道の軸方向に接合されて、円筒状の壁部を形成するようになっている。この円筒状の壁部を構成するセグメントリング７１，…に、連絡坑の開口部７０を形成する場合には、開口部７０の形成によって、セグメントリング７１，…の、土圧等の荷重に対する支持強度が低下するため、それに対して何らかの補強が必要となる。そこで、セグメントリング７１，…の内周面には、図２０に示すように、開口部７０を囲むように、Ｈ鋼等の桁材７３，７３及び柱リング７４，７４が接合され、桁材７３，７３の周方向にはＨ鋼を曲げ加工した補強リング７２，…が組み付けられて、セグメントリング７１，…に対する補強がなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の方法では、セグメントリング７１，…の内周面に、補強リング７２，…、柱リング７４，７４及び桁材７３，７３を溶接して、開口部７０が形成されるセグメントリング７１，…に対する補強が行われていたため、これら補強部材によって断面方向の桁高が嵩み、シールド洞道の中空径が小さくなっていた。また、セグメントリング７１，…と補強リング７２，…とが溶接により接合されていたため、セグメントリング７１，…からの反力が桁材７３，７３に必ずしも伝達されているとは限らず、それが原因で、セグメントリング７１，…に大きな変形が生じることがあった。また、セグメントリング７１，…を組み立てた後に、補強リング７２，…、桁材７３，７３及び柱リング７４，７４を、セグメントリング７１，…の内周面に溶接していく補強作業は、非常に手間がかかるものであった。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、連絡坑の開口部を形成する際に、セグメントリングの形成後に行われる補強作業を省略することが可能であるとともに、土圧等の荷重に対する支持強度を向上させて開口部の形成位置におけるシールド洞道の中空径を拡大させることが可能なシールド洞道の覆工構造及び施工方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、本線から分岐する立坑などの連絡坑５３が構築されるシールド洞道５０の覆工構造であって、前記連絡坑の開口部５２の少なくとも形成位置に配置された複数のセグメントリング１〜３を構成するセグメント１５〜３４の少なくとも一部には、前記開口部が形成される前記セグメントリングを補強する補強部材４〜５が設けられ、前記補強部材は、前記開口部を挟んで、シールド洞道の周方向に沿って配置される二つの第一の補強部材と、前記開口部を挟んで、シールド洞道の軸方向に沿って配置されるとともに、両端部が前記第一の補強部材に接合された二つの第二の補強部材とを備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、補強部材がセグメント内に設けられているため、開口部に対する補強がセグメントリングに一体化され、従来のように、開口部周辺のセグメントリングの内周面上に、補強部材を組みつけたものと比べて断面性能及び剛性が高められることとなる。また、土圧等の荷重に対する支持強度が向上されるため、補強部材の大きな変形等の発生を低減させることができる。また、狭いシールド洞道での手間のかかる補強部材の組みつけ作業をする必要がなくなるため、施工工程の短縮が図ることができる。また、開口部は、シールド洞道の周方向に沿って環状に配置される二つの第一の補強部材と、シールド洞道の軸方向に沿って配置されるとともに、両端部が第一の補強部材に接合された二つの第二の補強部材とによって四方を囲まれているため、セグメントリングの覆工後に改めて補強部材を敷設する必要がなくなり、作業性の向上、施工工程の短縮を図ることができる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、前記補強部材が、あらかじめ、前記セグメント内に収まるように設けられていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、補強部材がセグメント内からはみ出すことなく収まっているため、セグメントリングを形成した際に、シールド洞道の中空径を最大限に生かすことができるとともに、特に二次覆工をしない場合に、開口部の形成位置におけるシールド洞道の中空径を拡大することが可能となる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、前記補強部材は、前記セグメントを組み合わせて複数の前記セグメントリングを形成した際に、前記セグメント間で前記補強部材が連続するようにつながることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明によれば、セグメントを組み合わせてセグメントリングを形成した際に、補強部材がセグメント間でつながるように組み合わせることにより、一体物の補強部材が複数のセグメントにわたって設置されている場合とほぼ同等の断面性能及び剛性を発揮することができる。また、セグメントごとに補強部材が分割された状態となっているため、シールド洞道内への搬送作業が容易となり、作業性の向上、施工工程の短縮を図ることができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、前記連絡坑の開口部の少なくとも形成位置に配置された複数の前記セグメントリングを構築した際に、前記セグメントリング同士の接合部における剪断強度を強化するための強化部５５が、前記第二の補強部材のセグメントリング間の接合部分において、二つの前記セグメントリングの接合部を越えて一方のセグメントリングから他方のセグメントリングに至るように配置されることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、セグメントリング間の隣接する第二の補強部材内に連続するように強化部が設けられているため、セグメントリングの軸方向のせん断強度を強化することができる。また、強化部を設ける方法は容易であるため、簡単な方法で第二の補強部材を強化することができるとともに、強化にかかるコストを低減することができる。したがって、セグメントリング間の接続に用いられるボルトのサイズアップを必要とせず、全て同じサイズのボルトを使用することが可能となる。よって、部品の管理を容易にすることができ、また、接続に用いる工具も少なくて済むため、施工能率が向上する。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一つに記載のシールド洞道の覆工構造を用いたシールド洞道の施工方法であって、あらかじめ、前記補強部材が設けられた前記セグメントを製造した後に、少なくとも前記開口部の形成位置に配置されるセグメントリングを形成するに際し、前記補強部材が設けられた前記セグメントを用いることを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、セグメントリングを形成する前に、あらかじめ補強部材をセグメント内に設けるだけの簡単な施工方法で請求項１と同様の効果を得ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態を図１〜図１８を参照して詳細に説明する。
本発明のシールド洞道５０の覆工は、図４に示すように、複数の円環状のセグメントリングによって構成され、本線のシールド洞道５０から分岐する立坑などの連絡坑５３の開口部５２が形成されることを想定して施工されている。
この例では、開口部５２が三つ並んだセグメントリングにわたるように形成されるものとして、図４に示すように、三つ並んだセグメントリングの一方の端部から第一のセグメントリング１、第二のセグメントリング２、第三のセグメントリング３と名付けて、以下、シールド洞道５０の開口部５２周囲の覆工構造について説明する。
【００１９】
まず、シールド工法によるシールド洞道５０の施工方法について説明する。
シールド工法は、先端面にカッターディスクを備えた筒状のシールド機を用いて、シールド機が備えるシールドジャッキをセグメントの先端面に押しつけ、このセグメントから推進反力を得て、これをシールド機の後方に押し出すようにしながら順次推進、掘削作業を行い、トンネルの内壁面を覆う覆工体としての、セグメントリングを順次組み立てることによりトンネル等を構築する工法である。非開削工法となることから、道路交通に支障を与えずにすむなど周辺環境への影響が小さく、都市のような狭い施工区域での施工に適した工法である。
【００２０】
シールド機には円筒状のシールド機本体の内周壁に沿ってシールドジャッキがシールド機本体の軸方向に複数設けられている。これらの各シールドジャッキは主にシリンダとピストンロッドとから構成されている。
各シリンダはシールド機本体内に設けられている油圧発生装置にそれぞれ接続されている。各ピストンロッドは一端がシリンダと連結され、他端がシールド機本体の後方に向けられている。
そして、シリンダ内に油圧発生装置により油圧が供給されると、シールド機本体の後方へ伸長し、シールド機本体後部に設けられたセグメントに当接し、シールド機本体を前方に押し出すようにされている。
また、各ピストンロッドの伸長量及び各ピストンロッドの伸長の始動／停止がオペレータにより操作されている。このようなシールド機によれば、シールド機の推進に伴って、シールド機の後部ではシールド機本体内に設けられたエレクタによりセグメントリングが形成され覆工が形成される。
【００２１】
次に、上述のシールド工法によって形成される第一〜第三のセグメントリング１〜３の構成について説明する。
第一のセグメントリング１は、図１、図４〜図９に示すように、Ａ０型、Ａ１型、Ｂ０型、Ｂ１型、Ｋ０型の円弧形状の鋼製セグメントが組み合わされて構成されている。
【００２２】
Ａ０型セグメント１６には、図５に示すように、スキンプレート６、主桁７、縦リブ８、横リブ８ａ、継手板９、第一の補強部材４等が備えられている。
スキンプレート６は、円弧形状に湾曲された長方形状の板材であり、シールド洞道５０の壁面の骨組みとなるものである。
主桁７は、スキンプレート６と同様に湾曲された板材であり、隣接するセグメントリングとの接続部となる。主桁７は、スキンプレート６の長尺側となる二辺に対応して配置され、二枚の主桁７の長尺側の一方の辺が溶接などの手法によってスキンプレート６に接合されている。また、主桁７には、隣接するセグメントリングと接続するための複数のボルト孔１０が形成されている（図では３個ずつ）。
【００２３】
縦リブ８は、スキンプレート６、主桁７の補強を目的とする長方形状の板材であり、スキンプレート６の短尺側の辺に平行に複数備えられている。また、縦リブ８の長尺側の端部が一方の主桁７と他方の主桁７とに接合されている。また、縦リブ８の長尺側の一方の辺が、スキンプレート６の内周面に溶接などの手法によって接合されている。
横リブ８ａは、スキンプレート６の長尺側の辺に平行に複数備えられている。また、横リブ８ａの一方の端部は縦リブ８に接合され、他方の端部は、継手板９に接合されている。
【００２４】
継手板９は、長方形状の板材であり、セグメントの接続部となる。継手板９は、スキンプレート６の短尺側の二辺に対応して配置され、二枚の継手板９の長尺側の一方の辺が溶接などの手法によってスキンプレート６に接合されている。また、継手板９には、隣接するセグメントと接続するためのボルト孔１０がそれぞれ形成されている（図では２個ずつ）。
また、上述の構成により、継手板９の端部は、主桁７の端部とスキンプレート６の頂点にて当接されることになる。
【００２５】
第一の補強部材４は、主桁７とほぼ同様の形状を有するとともに、主桁７に沿って、互いに間隔をあけて配置された板材４１と、これら板材４１同士の間に複数箇所で架け渡されるように配置された板体４２とから、梯子状（円弧形状）に形成されたものである。板材４１は、スキンプレート６と同様に湾曲され、主桁７の厚さと等しいか、あるいは、主桁７より薄く形成されている。また、第一の補強部材４は、スキンプレート６の長尺側の辺に平行に、かつ、スキンプレート６の短尺側の長さの略１／３となる位置に設置されている。また、第一の補強部材４は、それぞれの両端が一方の継手板９と他方の継手板９とに接合されている。
【００２６】
また、図１８に示すように、ボルト孔１０周囲には、ボルトボックス１２が備えられており、隣接するセグメントを接続した際にコーキング材１４を注入するためのコーキング溝１３が形成される構造となっている。また、スキンプレート６の長尺側方向及び短尺側方向の中心線のほぼ交点の位置には、裏込材を注入するための円筒形状の注入孔１１がスキンプレート６の内周面から外周面に貫通するように備えられている。
【００２７】
Ａ１型セグメント１７は、図６に示すように、前記Ａ０型セグメント１６とほぼ同様の構成を有しており、第一の補強部材４を備えている。さらに、Ａ１型セグメント１７には、第二の補強部材５が前記縦リブ８と平行に設置されるとともに、Ａ１型セグメント１７の一方の端部に設けられている。また、第二の補強部材５の一方の端部が第一の補強部材４の一方の端部と接合され、かつ、第二の補強部材５の他方の端部が第一の補強部材４から遠い方の主桁７と接合されている。第二の補強部材５は、前記第一の補強部材４より広い間隔をおいて設置された二枚の板材５１によって形成されている。また、第二の補強部材５は、主桁７と第一の補強部材４との間において、二枚の縦リブ８に替えて設けられており、二枚の縦リブ８よりわずかに広い間隔で板材５１が配置されている。また、板材５１は、縦リブ８より厚いものとされている。また、主桁７において、第二の補強部材５が接合されている部分には、ボルト孔１０が二箇所ずつ形成されている。また、第二の補強部材５から遠い方の継手板９には、ボルト孔１０が三箇所形成されている。なお、他の部材は前記Ａ０型セグメント１６と同様に形成、設置されているため、説明を省略する。
【００２８】
Ｂ０型セグメント１５は、図７に示すように、前記Ａ０型セグメント１６とほぼ同様の構成を有しており、Ｂ０型セグメント１５の一方の継手板９は、Ｋ０型セグメント１９と接合するために、Ａ０型セグメント１６及びＡ１型セグメント１７の継手板９がセグメントリングの径方向に沿っているのに対して、Ｂ０型セグメント１５の一方の継手板９は、Ｂ０型セグメント１５の内周の距離がＡ０型セグメント１６及びＡ１型セグメント１７より短くなるように傾いている。言い換えると、スキンプレート６の内周面から見てセグメントリングの径方向に対して内側へ少し傾いた状態とされている。なお、他の部材は前記Ａ０型セグメント１６と同様に形成、設置されているため、説明を省略する。
【００２９】
Ｂ１型セグメント１８は、図８に示すように、前記Ｂ０型セグメント１５とほぼ同様の構成を有しており、前記Ｂ０型セグメント１５に第二の補強部材５が縦リブ８に平行に、かつ、スキンプレート６の長尺側の長さの略１／３となる位置に設置した構成となっている。また、第二の補強部材５の一方の端部が第一の補強部材４と接合され、かつ、第二の補強部材５の他方の端部が第一の補強部材４から遠い方の主桁７と接合されている。また、セグメント１８の一方の継手板９は、Ｋ０型セグメント１９と接合するために、スキンプレート６の内周面から見てセグメントリングの径方向に対して内側へ少し傾いた状態とされている。また、第二の補強部材５に近い方の継手板９には、ボルト孔１０が三箇所形成されている。なお、他の部材は前記Ｂ０型セグメント１５と同様に形成、設置されているため、説明を省略する。
【００３０】
Ｋ０型セグメント１９は、図９に示すように、第一のセグメントリング１のキーセグメントである。Ｋ０型セグメント１９には、前記Ａ０型セグメント１６と同様、スキンプレート６、主桁７、縦リブ８、横リブ８ａ、継手板９、第一の補強部材４等が備えられている。ここで、Ｋ０型セグメント１９は、セグメントリングを形成した際の周方向の長さが軸方向の長さよりも短いため、スキンプレート６において、主桁７を接合する辺が短尺側、継手板９を接合する辺が長尺側となる。
【００３１】
Ｋ０型セグメント１９は、スキンプレート６の短尺側となる二辺に対応して配置され、二枚の主桁７の長尺側の一方の辺が溶接などの手法によってスキンプレート６に接合されている。また、主桁７には、ボルト孔１０が形成されている（図では１個ずつ）。
縦リブ８は、スキンプレート６の長尺側の辺に平行に複数備えられている。また、縦リブ８の長尺側の端部が一方の主桁７と他方の主桁７とに接合されている。また、縦リブ８の長尺側の一方の辺が、スキンプレート６の内周面に溶接などの手法によって接合されている。
横リブ８ａは、スキンプレート６の短尺側の辺に平行に複数備えられている。また、横リブ８ａの一方の端部は縦リブ８に接合され、他方の端部は、継手板９に接合されている。
【００３２】
継手板９は、スキンプレート６の長尺側の二辺に対応して配置され、二枚の継手板９の長尺側の一方の辺が溶接などの手法によってスキンプレート６に接合されている。また、継手板９には、ボルト孔１０がそれぞれ形成されている（図では２個ずつ）。また、上述の構成により、継手板９の端部は、主桁７の端部とスキンプレート６の頂点にて当接されることになる。また、セグメント１９の両側の継手板９は、前記Ｂ０型セグメント１５及び前記Ｂ１型セグメント１８と接合するために、スキンプレート６の内周面から見てセグメントリングの径方向に対して外側へ少し傾いた状態とされている。
【００３３】
第一の補強部材４は、スキンプレート６の短尺側の辺に平行に、かつ、スキンプレート６の長尺側の長さの略１／３となる位置に設置されている。また、第一の補強部材４は、それぞれの両端が一方の継手板９と他方の継手板９とに接合されている。なお、他の部材は上述の各セグメントと同様に形成、設置されているため、説明を省略する。
【００３４】
第二のセグメントリングは、図２、図４、図１０〜図１３に示すように、Ａ２型、Ａ３型、Ｂ型、Ｋ型の円弧板状の鋼製セグメントが組み合わされて構成されている。
【００３５】
Ａ２型セグメント２３は、Ａ０型セグメント１６の第一の補強部材４を取り除き、第二の補強部材５が設置されたものと同様の構成である。第二の補強部材５は、スキンプレート６の長尺側の長さの略１／３となる位置に備えられ、両端が主桁７に接合されている。また、主桁７において、第二の補強部材５が接合されている部分には、ボルト孔１０が二箇所ずつ形成されている。また、第二の補強部材５に近い方の継手板９には、ボルト孔１０が三箇所形成されている。なお、他の部材は前記Ａ０型セグメント１６と同様に形成、設置されているため、説明を省略する。
【００３６】
Ａ３型セグメント２２は、図１１に示すように、Ａ２型セグメント２３の長尺側の中間に設置されている縦リブ８を取り除き、Ａ２型セグメント２３に設置されている第二の補強部材５を長尺側の中間に移動した構成である。なお、他の部材は前記Ａ０型セグメント１６と同様に形成、設置されているため、説明を省略する。
【００３７】
Ｂ型セグメント２１は、図１２に示すように、Ｂ０型セグメント１５から第一の補強部材４を取り除いたものと同様の構成である。なお、他の部材は前記Ｂ０型セグメント１５と同様に形成、設置されているため、説明を省略する。
【００３８】
Ｋ型セグメント２５は、図１３に示すように、第二のセグメントリング２のキーセグメントであり、Ｋ０型セグメント１９から第一の補強部材４を取り除いたものと同様の構成である。なお、他の部材は前記Ｋ０型セグメント１９と同様に形成、設置されているため、説明を省略する。
【００３９】
第三のセグメントリング３は、図３、図４、図５、図９、図１４〜図１６に示すように、Ａ０型、Ａ４型、Ｂ２型、Ｂ０′型、Ｋ０型の円弧形状の鋼製セグメントが組み合わされて構成されている。なお、Ａ０型セグメント１６及びＫ０型セグメント１９については、上述と同様の構成であるため、説明を省略する。
【００４０】
Ａ４型セグメント３３は、図１４に示すように、前記Ａ１型セグメント１７内部に備えられた各部材をＡ１型セグメント１７の短尺側の中心線に対して反転させた配置としたものである。なお、各部材は前記Ａ１型セグメント１７と同様に形成、設置されているため、説明を省略する。
【００４１】
Ｂ２型セグメント３４は、図１５に示すように、前記Ｂ１型セグメント１８内部に備えられた各部材をＢ１型セグメント１８の短尺側の中心線に対して反転させた配置としたものである。なお、各部材は前記Ｂ１型セグメント１８と同様に形成、設置されているため、説明を省略する。
【００４２】
Ｂ０′型セグメント３１は、図１６に示すように、前記Ｂ０型セグメント１５内部に備えられた各部材をＢ０型セグメント１５の短尺側の中心線に対して反転させた配置としたものである。なお、各部材は前記Ｂ０型セグメント１５と同様に形成、設置されているため、説明を省略する。
【００４３】
なお、上述の各セグメントは、キーセグメントであるＫ０型セグメント１９及びＫ型セグメント２５以外は同様の大きさとなっており、セグメント製作の能率を向上させるとともに、セグメントの主桁７及び継手板９のボルト孔１０の間隔をほぼ等しくすることで、セグメントにかかる土圧等を均等に分散させることができる。また、各セグメントは、上述のものに限らず、シールド洞道５０の径及び開口部５２の大きさによって、任意に変更可能である。また、第一及び第二の補強部材４〜５は、施工前の構造設計により決定された所定の位置に設置され、各セグメントにできるだけ均等に土圧がかかるような配置となっている。
【００４４】
第一のセグメントリング１は、図１に示すように、シールド洞道５０の底部にＡ０型セグメント１６が設置され、該Ａ０型セグメント１６の開口部５２側の端部にてＡ１型セグメント１７、他方の端部にてＢ０型セグメント１５が継ぎボルト１１（Ｍ２０等）を介して接続される。また、前記Ａ１型セグメント１７のＡ０型セグメント１６との接続部と反対側の端部には、Ｂ１型セグメント１８の一方の端部が接続される。最後に、Ｂ０型セグメント１５とＢ１型セグメント１８との間にキーセグメントであるＫ０型セグメント１９をはめ込み、接続することによって第一のセグメントリング１は完成する。なお、セグメントの接続の際に、隣接するセグメントリング同士は、ボルトボックス１２を介して挿入される継ぎボルト１１によって接続される。また、前記コーキング溝１３からコーキング材１４を流入することにより、セグメント及びセグメントリング同士の継ぎ目の止水性を高めるとともに、継ぎボルト１１の腐食を防止する。
【００４５】
第二のセグメントリング２は、シールド洞道５０の底部に一方のＢ型セグメント２１が設置され、該Ｂ型セグメント２１の開口部５２側の端部にてＡ３型セグメント２２が継ぎボルト１１を介して接続される。同様に、Ａ３型セグメント２２の開口部５２側の端部には、Ａ２型セグメント２３の一方の端部が接続され、他方の端部には、他方のＢ型セグメント２１が継ぎボルト１１を介して接続される。最後に、一方のＢ型セグメント２１と他方のＢ型セグメント２１との間にキーセグメントであるＫ型セグメント２５をはめ込み、接続することによって第二のセグメントリング２は完成する。なお、セグメントの継ぎ目のコーキングについては、上述の第一のセグメントリング１と同様である。
【００４６】
第三のセグメントリング３は、シールド洞道５０の底部にＡ０型セグメント１６が設置され、該Ａ０型セグメント１６の開口部５２側の端部にてＡ４型セグメント３３、他方の端部にてＢ０′型セグメント３１が継ぎボルト１１を介して接続される。同様に、Ａ４型セグメント３３の開口部５２側の端部には、Ｂ２型セグメント３４の一方の端部が継ぎボルト１１を介して接続される。最後に、Ｂ０′型セグメント３１とＢ２型セグメント３４との間にキーセグメントであるＫ０型セグメント１９をはめ込み、接続することによって第三のセグメントリング３は完成する。なお、セグメントの継ぎ目のコーキングについては、上述の第一のセグメントリング１と同様である。
【００４７】
上述のセグメントの配置で第一〜第三のセグメントリング１〜３を組み立てると、図４に示すように、開口部５２を挟んで第一の補強部材４が第一のセグメントリング１及び第三のセグメントリング３内でシールド洞道５０の周方向に沿って環状に配置された状態となる。また、開口部５２を形成することにより、シールド洞道５０の周方向に沿ったセグメント同士の接合部分（第一のセグメントリング１内のセグメント１７，１８及び第三のセグメントリング３内のセグメント３３，３４）の一部が切り取られる箇所においては、あらかじめ、セグメント同士が３個以上の継ぎボルト１１で接合されている。
これにより、セグメント同士の接合部分の一部が切り取られても、セグメント同士が２本以上の継ぎボルト１１で接合されるようになっている。
【００４８】
また、開口部５２を挟んで第二の補強部材５がシールド洞道５０の軸方向に沿って配置されるとともに、第二の補強部材５の両端部が第一のセグメントリング１及び第三のセグメントリング３内に配置された第一の補強部材４に接合された状態となる。また、第二の補強部材５を有するセグメントをセグメントリング間で接合する際に、第二の補強部材５に対応する部分が２本の継ぎボルト１１で接合されている。
【００４９】
さらに、セグメントリング間の接続部分を強化するため、以下に示す方法で強化する。
例えば、図１９に示すように、隣接するセグメントリング間に第二の補強部材５が連続するように配置されている箇所（Ｂ１型セグメント１８とＡ２型セグメント２３間、Ａ２型セグメント２３とＢ２型セグメント３４間、Ａ１型セグメント１７とＡ３型セグメント２２間、Ａ３型セグメント２２とＡ４型セグメント３３間）においては、どちらか一方側の第二の補強部材５内、すなわち、二枚の板材５１に挟まれた箇所に強化部としてＨ形鋼５５を備えておく。そして、セグメントリングの接続後、Ｈ形鋼５５を第二の補強部材５に沿って摺動させ、Ｈ形鋼５５を上述の隣接するセグメントリングの接合部を越えて一方のセグメントリングから他方のセグメントリングに至るように配置する。その際、二枚の板材５１に挟まれる部分の主桁７は取り除かれており、継ぎボルト１１での接続は、二枚の板材５１に挟まれる部分の外側にて接合される。なお、板材５１にレール等のガイドを備えておくと、Ｈ形鋼５５を摺動する際の作業性を向上させることができる。
【００５０】
また、図２０に示すように、上述の隣接するセグメントリング間に第二の補強部材５が連続するように配置されている箇所において、どちらか一方側のセグメントリングにおける二枚の板材５１に挟まれる部分に、Ｈ形鋼５５の継ぎ目側に近い方の一端をヒンジ５６にて回動自在に固定しておく。そして、セグメントリングの接続後、Ｈ形鋼５５をヒンジ５６を中心として１８０度回動させ、Ｈ形鋼５５を上述の隣接するセグメントリング間にわたって配置する。なお、Ｈ形鋼５５の回動させた側の端部を固定する機構を他方のセグメントリングに備えておき、Ｈ形鋼５５を固定できるようにしておくことが望ましい。また、図１９、図２０において、Ｈ形鋼５５は、二つのセグメントリング間にまたがって配置されるとともに、それぞれのセグメントリングにおいて、第二の補強部材５の二枚の板材５１に挟まれた状態に配置される。すなわち、Ｈ形鋼５５は、セグメントに固定された板材５１等のように、セグメントリングの周方向に沿って、Ｈ形鋼５５を挟む間隔をあけて配置された二つの部材や枠状の部材に囲まれた状態でこれらの部材からせん断力を伝達されるようになっている。なお、強化部５５は、Ｈ形鋼以外の部材でもよく、他の形状の鋼材を用いても良い。
【００５１】
また、図２１に示すように、隣接するセグメントのスキンプレート６における二枚の板材５１に挟まれる軸方向の辺を一方を凹部５７、他方を凸部（強化部）５５に形成し、これらを噛み合わせることで強化部としての機能を持たせる方法も可能である。この方法を用いると、Ｈ形鋼を取り付ける必要がなく、継ぎボルト１１のみによる接続でありながら、高いせん断強度を発揮させることができる。
【００５２】
これにより、開口部５２は、シールド洞道５０の周方向を第一の補強部材４、軸方向を第二の補強部材５によって囲まれることになる。すなわち、開口部５２はセグメントリングを覆工した後に補強部材を施さなくても、各セグメント内に設置された第一及び第二の補強部材４〜５によって補強されていることになる。また、セグメント間には、二枚の板材５１に挟まれて強化部５５が備えられており、シールド洞道５０の軸方向のせん断強度を高めることができる。したがって、セグメントリングの接続に用いられる継ぎボルト１１のサイズアップを必要とせず、全て同じサイズの継ぎボルト１１を使用することが可能となる。よって、部品の管理を容易にすることができ、また、接続に用いる工具も少なくて済むため、施工能率が向上する。
【００５３】
したがって、第一及び第二の補強部材４〜５が各セグメント内に収まっているため、開口部５２に対する補強が第一〜第三のセグメントリング１〜３に一体化され、従来のように、開口部５２周辺のセグメントリングの内周面上に、補強部材を組みつけたものと比べて断面性能及び剛性が高められることとなる。また、土圧等の荷重に対する支持強度が向上されるため、第一及び第二の補強部材４〜５の大きな変形等の発生を低減させることができる。また、開口部５２の形成位置におけるシールド洞道５０の中空径を拡大することが可能となる。また、狭いシールド洞道５０での手間のかかる補強部材の組みつけ作業をする必要がなくなるため、施工工程の短縮を図ることができる。
【００５４】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、セグメントは上記の鋼製セグメントに限らず、ダクタイルセグメント、鉄筋コンクリートセグメント、合成セグメント等を用いることができる。また、セグメントの形状、大きさ等は任意であって、施工状況に応じて変更可能である。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、補強部材がセグメント内に設けられているため、開口部に対する補強がセグメントリングに一体化され、従来のように、開口部周辺のセグメントリングの内周面上に、補強部材を組みつけたものと比べて断面性能及び剛性が高められることとなる。また、土圧等の荷重に対する支持強度が向上されるため、補強部材の大きな変形等の発生を低減させることができる。また、狭いシールド洞道での手間のかかる補強部材の組みつけ作業をする必要がなくなるため、施工工程の短縮が図ることができる。また、開口部は、シールド洞道の周方向に沿って環状に配置される二つの第一の補強部材と、シールド洞道の軸方向に沿って配置されるとともに、両端部が第一の補強部材に接合された二つの第二の補強部材とによって四方を囲まれているため、セグメントリングの覆工後に改めて補強部材を敷設する必要がなくなり、作業性の向上、施工工程の短縮を図ることができる。
【００５６】
請求項２記載の発明によれば、補強部材がセグメント内からはみ出すことなく収まっているため、セグメントリングを形成した際に、シールド洞道の中空径を最大限に生かすことができるとともに、開口部の形成位置におけるシールド洞道の中空径を拡大することが可能となる。
【００５７】
請求項３記載の発明によれば、セグメントを組み合わせてセグメントリングを形成した際に、補強部材がセグメント間でつながるように組み合わせることにより、一体物の補強部材が複数のセグメントにわたって設置されている場合とほぼ同等の断面性能及び剛性を発揮することができる。また、セグメントごとに補強部材が分割された状態となっているため、シールド洞道内への搬送作業が容易となり、作業性の向上、施工工程の短縮を図ることができる。
【００５９】
請求項４記載の発明によれば、セグメントリング間の隣接する第二の補強部材内に連続するように強化部が設けられているため、セグメントリングの軸方向のせん断強度を強化することができる。また、強化部を設ける方法は容易であるため、簡単な方法で第二の補強部材を強化することができるとともに、強化にかかるコストを低減することができる。したがって、セグメントリング間の接続に用いられるボルトのサイズアップを必要とせず、全て同じサイズのボルトを使用することが可能となる。よって、部品の管理を容易にすることができ、また、接続に用いる工具も少なくて済むため、施工能率が向上する。
【００６０】
請求項５記載の発明によれば、セグメントリングを形成する前に、あらかじめ補強部材をセグメント内に設けるだけの簡単な施工方法で請求項１と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第一のセグメントリングを説明するための横断面図である。
【図２】上記実施の形態の第二のセグメントリングを説明するための横断面図である。
【図３】上記実施の形態の第三のセグメントリングを説明するための横断面図である。
【図４】上記実施の形態のシールド洞道の開口部を説明するための縦断面図である。
【図５】上記実施の形態のＡ０型セグメントを説明するための図である。
【図６】上記実施の形態のＡ１型セグメントを説明するための図である。
【図７】上記実施の形態のＢ０型セグメントを説明するための図である。
【図８】上記実施の形態のＢ１型セグメントを説明するための図である。
【図９】上記実施の形態のＫ０型セグメントを説明するための図である。
【図１０】上記実施の形態のＡ２型セグメントを説明するための図である。
【図１１】上記実施の形態のＡ３型セグメントを説明するための図である。
【図１２】上記実施の形態のＢ型セグメントを説明するための図である。
【図１３】上記実施の形態のＫ型セグメントを説明するための図である。
【図１４】上記実施の形態のＡ４型セグメントを説明するための図である。
【図１５】上記実施の形態のＢ２型セグメントを説明するための図である。
【図１６】上記実施の形態のＢ０′型セグメントを説明するための図である。
【図１７】上記実施の形態の継ぎボルトを説明するための図である。
【図１８】上記実施の形態のボルトボックスを説明するための図である。
【図１９】上記実施の形態の強化部を設ける方法を説明するための図である。
【図２０】上記実施の形態の強化部を設ける方法を説明するための図である。
【図２１】上記実施の形態の強化部を設ける方法を説明するための図である。
【図２２】従来技術として例示する、連絡坑の開口部に対する補強構造を説明するための縦断面図である。
【図２３】上記従来技術の補強構造を説明するための横断面図である。
【符号の説明】
１ 第一のセグメントリング
２ 第二のセグメントリング
３ 第三のセグメントリング
４ 第一の補強部材
５ 第二の補強部材
１５ Ｂ０型セグメント
１６ Ａ０型セグメント
１７ Ａ１型セグメント
１８ Ｂ１型セグメント
１９ Ｋ０型セグメント
２１ Ｂ型セグメント
２２ Ａ３型セグメント
２３ Ａ２型セグメント
２５ Ｋ型セグメント
３１ Ｂ０′型セグメント
３３ Ａ４型セグメント
３４ Ｂ２型セグメント
５０ シールド洞道
５３ 連絡坑
５２ 開口部
５５ 強化部
【発明の属する技術分野】
本発明は、本線から分岐する立坑などの連絡坑が構築されるシールド洞道の、セグメントリングによる覆工構造及び施工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールド工法によるシールド洞道（シールドトンネル）の施工に際して、本線のシールド洞道から分岐する、例えば、立坑などの連絡坑を構築する場合がある。このような場合、シールド洞道には、将来形成される連絡坑の開口部に対して、例えば、以下に示されるような補強がなされる。
【０００３】
前記シールド洞道の覆工は、図２２及び図２３に示すように、複数の円環状のセグメントリング７１、補強リング７２、桁材７３、柱リング７４により構成されている。これらセグメントリング７１，…は、シールド洞道の軸方向に接合されて、円筒状の壁部を形成するようになっている。この円筒状の壁部を構成するセグメントリング７１，…に、連絡坑の開口部７０を形成する場合には、開口部７０の形成によって、セグメントリング７１，…の、土圧等の荷重に対する支持強度が低下するため、それに対して何らかの補強が必要となる。そこで、セグメントリング７１，…の内周面には、図２０に示すように、開口部７０を囲むように、Ｈ鋼等の桁材７３，７３及び柱リング７４，７４が接合され、桁材７３，７３の周方向にはＨ鋼を曲げ加工した補強リング７２，…が組み付けられて、セグメントリング７１，…に対する補強がなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の方法では、セグメントリング７１，…の内周面に、補強リング７２，…、柱リング７４，７４及び桁材７３，７３を溶接して、開口部７０が形成されるセグメントリング７１，…に対する補強が行われていたため、これら補強部材によって断面方向の桁高が嵩み、シールド洞道の中空径が小さくなっていた。また、セグメントリング７１，…と補強リング７２，…とが溶接により接合されていたため、セグメントリング７１，…からの反力が桁材７３，７３に必ずしも伝達されているとは限らず、それが原因で、セグメントリング７１，…に大きな変形が生じることがあった。また、セグメントリング７１，…を組み立てた後に、補強リング７２，…、桁材７３，７３及び柱リング７４，７４を、セグメントリング７１，…の内周面に溶接していく補強作業は、非常に手間がかかるものであった。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、連絡坑の開口部を形成する際に、セグメントリングの形成後に行われる補強作業を省略することが可能であるとともに、土圧等の荷重に対する支持強度を向上させて開口部の形成位置におけるシールド洞道の中空径を拡大させることが可能なシールド洞道の覆工構造及び施工方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、本線から分岐する立坑などの連絡坑５３が構築されるシールド洞道５０の覆工構造であって、前記連絡坑の開口部５２の少なくとも形成位置に配置された複数のセグメントリング１〜３を構成するセグメント１５〜３４の少なくとも一部には、前記開口部が形成される前記セグメントリングを補強する補強部材４〜５が設けられ、前記補強部材は、前記開口部を挟んで、シールド洞道の周方向に沿って配置される二つの第一の補強部材と、前記開口部を挟んで、シールド洞道の軸方向に沿って配置されるとともに、両端部が前記第一の補強部材に接合された二つの第二の補強部材とを備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、補強部材がセグメント内に設けられているため、開口部に対する補強がセグメントリングに一体化され、従来のように、開口部周辺のセグメントリングの内周面上に、補強部材を組みつけたものと比べて断面性能及び剛性が高められることとなる。また、土圧等の荷重に対する支持強度が向上されるため、補強部材の大きな変形等の発生を低減させることができる。また、狭いシールド洞道での手間のかかる補強部材の組みつけ作業をする必要がなくなるため、施工工程の短縮が図ることができる。また、開口部は、シールド洞道の周方向に沿って環状に配置される二つの第一の補強部材と、シールド洞道の軸方向に沿って配置されるとともに、両端部が第一の補強部材に接合された二つの第二の補強部材とによって四方を囲まれているため、セグメントリングの覆工後に改めて補強部材を敷設する必要がなくなり、作業性の向上、施工工程の短縮を図ることができる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、前記補強部材が、あらかじめ、前記セグメント内に収まるように設けられていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、補強部材がセグメント内からはみ出すことなく収まっているため、セグメントリングを形成した際に、シールド洞道の中空径を最大限に生かすことができるとともに、特に二次覆工をしない場合に、開口部の形成位置におけるシールド洞道の中空径を拡大することが可能となる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、前記補強部材は、前記セグメントを組み合わせて複数の前記セグメントリングを形成した際に、前記セグメント間で前記補強部材が連続するようにつながることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明によれば、セグメントを組み合わせてセグメントリングを形成した際に、補強部材がセグメント間でつながるように組み合わせることにより、一体物の補強部材が複数のセグメントにわたって設置されている場合とほぼ同等の断面性能及び剛性を発揮することができる。また、セグメントごとに補強部材が分割された状態となっているため、シールド洞道内への搬送作業が容易となり、作業性の向上、施工工程の短縮を図ることができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、前記連絡坑の開口部の少なくとも形成位置に配置された複数の前記セグメントリングを構築した際に、前記セグメントリング同士の接合部における剪断強度を強化するための強化部５５が、前記第二の補強部材のセグメントリング間の接合部分において、二つの前記セグメントリングの接合部を越えて一方のセグメントリングから他方のセグメントリングに至るように配置されることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、セグメントリング間の隣接する第二の補強部材内に連続するように強化部が設けられているため、セグメントリングの軸方向のせん断強度を強化することができる。また、強化部を設ける方法は容易であるため、簡単な方法で第二の補強部材を強化することができるとともに、強化にかかるコストを低減することができる。したがって、セグメントリング間の接続に用いられるボルトのサイズアップを必要とせず、全て同じサイズのボルトを使用することが可能となる。よって、部品の管理を容易にすることができ、また、接続に用いる工具も少なくて済むため、施工能率が向上する。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一つに記載のシールド洞道の覆工構造を用いたシールド洞道の施工方法であって、あらかじめ、前記補強部材が設けられた前記セグメントを製造した後に、少なくとも前記開口部の形成位置に配置されるセグメントリングを形成するに際し、前記補強部材が設けられた前記セグメントを用いることを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、セグメントリングを形成する前に、あらかじめ補強部材をセグメント内に設けるだけの簡単な施工方法で請求項１と同様の効果を得ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態を図１〜図１８を参照して詳細に説明する。
本発明のシールド洞道５０の覆工は、図４に示すように、複数の円環状のセグメントリングによって構成され、本線のシールド洞道５０から分岐する立坑などの連絡坑５３の開口部５２が形成されることを想定して施工されている。
この例では、開口部５２が三つ並んだセグメントリングにわたるように形成されるものとして、図４に示すように、三つ並んだセグメントリングの一方の端部から第一のセグメントリング１、第二のセグメントリング２、第三のセグメントリング３と名付けて、以下、シールド洞道５０の開口部５２周囲の覆工構造について説明する。
【００１９】
まず、シールド工法によるシールド洞道５０の施工方法について説明する。
シールド工法は、先端面にカッターディスクを備えた筒状のシールド機を用いて、シールド機が備えるシールドジャッキをセグメントの先端面に押しつけ、このセグメントから推進反力を得て、これをシールド機の後方に押し出すようにしながら順次推進、掘削作業を行い、トンネルの内壁面を覆う覆工体としての、セグメントリングを順次組み立てることによりトンネル等を構築する工法である。非開削工法となることから、道路交通に支障を与えずにすむなど周辺環境への影響が小さく、都市のような狭い施工区域での施工に適した工法である。
【００２０】
シールド機には円筒状のシールド機本体の内周壁に沿ってシールドジャッキがシールド機本体の軸方向に複数設けられている。これらの各シールドジャッキは主にシリンダとピストンロッドとから構成されている。
各シリンダはシールド機本体内に設けられている油圧発生装置にそれぞれ接続されている。各ピストンロッドは一端がシリンダと連結され、他端がシールド機本体の後方に向けられている。
そして、シリンダ内に油圧発生装置により油圧が供給されると、シールド機本体の後方へ伸長し、シールド機本体後部に設けられたセグメントに当接し、シールド機本体を前方に押し出すようにされている。
また、各ピストンロッドの伸長量及び各ピストンロッドの伸長の始動／停止がオペレータにより操作されている。このようなシールド機によれば、シールド機の推進に伴って、シールド機の後部ではシールド機本体内に設けられたエレクタによりセグメントリングが形成され覆工が形成される。
【００２１】
次に、上述のシールド工法によって形成される第一〜第三のセグメントリング１〜３の構成について説明する。
第一のセグメントリング１は、図１、図４〜図９に示すように、Ａ０型、Ａ１型、Ｂ０型、Ｂ１型、Ｋ０型の円弧形状の鋼製セグメントが組み合わされて構成されている。
【００２２】
Ａ０型セグメント１６には、図５に示すように、スキンプレート６、主桁７、縦リブ８、横リブ８ａ、継手板９、第一の補強部材４等が備えられている。
スキンプレート６は、円弧形状に湾曲された長方形状の板材であり、シールド洞道５０の壁面の骨組みとなるものである。
主桁７は、スキンプレート６と同様に湾曲された板材であり、隣接するセグメントリングとの接続部となる。主桁７は、スキンプレート６の長尺側となる二辺に対応して配置され、二枚の主桁７の長尺側の一方の辺が溶接などの手法によってスキンプレート６に接合されている。また、主桁７には、隣接するセグメントリングと接続するための複数のボルト孔１０が形成されている（図では３個ずつ）。
【００２３】
縦リブ８は、スキンプレート６、主桁７の補強を目的とする長方形状の板材であり、スキンプレート６の短尺側の辺に平行に複数備えられている。また、縦リブ８の長尺側の端部が一方の主桁７と他方の主桁７とに接合されている。また、縦リブ８の長尺側の一方の辺が、スキンプレート６の内周面に溶接などの手法によって接合されている。
横リブ８ａは、スキンプレート６の長尺側の辺に平行に複数備えられている。また、横リブ８ａの一方の端部は縦リブ８に接合され、他方の端部は、継手板９に接合されている。
【００２４】
継手板９は、長方形状の板材であり、セグメントの接続部となる。継手板９は、スキンプレート６の短尺側の二辺に対応して配置され、二枚の継手板９の長尺側の一方の辺が溶接などの手法によってスキンプレート６に接合されている。また、継手板９には、隣接するセグメントと接続するためのボルト孔１０がそれぞれ形成されている（図では２個ずつ）。
また、上述の構成により、継手板９の端部は、主桁７の端部とスキンプレート６の頂点にて当接されることになる。
【００２５】
第一の補強部材４は、主桁７とほぼ同様の形状を有するとともに、主桁７に沿って、互いに間隔をあけて配置された板材４１と、これら板材４１同士の間に複数箇所で架け渡されるように配置された板体４２とから、梯子状（円弧形状）に形成されたものである。板材４１は、スキンプレート６と同様に湾曲され、主桁７の厚さと等しいか、あるいは、主桁７より薄く形成されている。また、第一の補強部材４は、スキンプレート６の長尺側の辺に平行に、かつ、スキンプレート６の短尺側の長さの略１／３となる位置に設置されている。また、第一の補強部材４は、それぞれの両端が一方の継手板９と他方の継手板９とに接合されている。
【００２６】
また、図１８に示すように、ボルト孔１０周囲には、ボルトボックス１２が備えられており、隣接するセグメントを接続した際にコーキング材１４を注入するためのコーキング溝１３が形成される構造となっている。また、スキンプレート６の長尺側方向及び短尺側方向の中心線のほぼ交点の位置には、裏込材を注入するための円筒形状の注入孔１１がスキンプレート６の内周面から外周面に貫通するように備えられている。
【００２７】
Ａ１型セグメント１７は、図６に示すように、前記Ａ０型セグメント１６とほぼ同様の構成を有しており、第一の補強部材４を備えている。さらに、Ａ１型セグメント１７には、第二の補強部材５が前記縦リブ８と平行に設置されるとともに、Ａ１型セグメント１７の一方の端部に設けられている。また、第二の補強部材５の一方の端部が第一の補強部材４の一方の端部と接合され、かつ、第二の補強部材５の他方の端部が第一の補強部材４から遠い方の主桁７と接合されている。第二の補強部材５は、前記第一の補強部材４より広い間隔をおいて設置された二枚の板材５１によって形成されている。また、第二の補強部材５は、主桁７と第一の補強部材４との間において、二枚の縦リブ８に替えて設けられており、二枚の縦リブ８よりわずかに広い間隔で板材５１が配置されている。また、板材５１は、縦リブ８より厚いものとされている。また、主桁７において、第二の補強部材５が接合されている部分には、ボルト孔１０が二箇所ずつ形成されている。また、第二の補強部材５から遠い方の継手板９には、ボルト孔１０が三箇所形成されている。なお、他の部材は前記Ａ０型セグメント１６と同様に形成、設置されているため、説明を省略する。
【００２８】
Ｂ０型セグメント１５は、図７に示すように、前記Ａ０型セグメント１６とほぼ同様の構成を有しており、Ｂ０型セグメント１５の一方の継手板９は、Ｋ０型セグメント１９と接合するために、Ａ０型セグメント１６及びＡ１型セグメント１７の継手板９がセグメントリングの径方向に沿っているのに対して、Ｂ０型セグメント１５の一方の継手板９は、Ｂ０型セグメント１５の内周の距離がＡ０型セグメント１６及びＡ１型セグメント１７より短くなるように傾いている。言い換えると、スキンプレート６の内周面から見てセグメントリングの径方向に対して内側へ少し傾いた状態とされている。なお、他の部材は前記Ａ０型セグメント１６と同様に形成、設置されているため、説明を省略する。
【００２９】
Ｂ１型セグメント１８は、図８に示すように、前記Ｂ０型セグメント１５とほぼ同様の構成を有しており、前記Ｂ０型セグメント１５に第二の補強部材５が縦リブ８に平行に、かつ、スキンプレート６の長尺側の長さの略１／３となる位置に設置した構成となっている。また、第二の補強部材５の一方の端部が第一の補強部材４と接合され、かつ、第二の補強部材５の他方の端部が第一の補強部材４から遠い方の主桁７と接合されている。また、セグメント１８の一方の継手板９は、Ｋ０型セグメント１９と接合するために、スキンプレート６の内周面から見てセグメントリングの径方向に対して内側へ少し傾いた状態とされている。また、第二の補強部材５に近い方の継手板９には、ボルト孔１０が三箇所形成されている。なお、他の部材は前記Ｂ０型セグメント１５と同様に形成、設置されているため、説明を省略する。
【００３０】
Ｋ０型セグメント１９は、図９に示すように、第一のセグメントリング１のキーセグメントである。Ｋ０型セグメント１９には、前記Ａ０型セグメント１６と同様、スキンプレート６、主桁７、縦リブ８、横リブ８ａ、継手板９、第一の補強部材４等が備えられている。ここで、Ｋ０型セグメント１９は、セグメントリングを形成した際の周方向の長さが軸方向の長さよりも短いため、スキンプレート６において、主桁７を接合する辺が短尺側、継手板９を接合する辺が長尺側となる。
【００３１】
Ｋ０型セグメント１９は、スキンプレート６の短尺側となる二辺に対応して配置され、二枚の主桁７の長尺側の一方の辺が溶接などの手法によってスキンプレート６に接合されている。また、主桁７には、ボルト孔１０が形成されている（図では１個ずつ）。
縦リブ８は、スキンプレート６の長尺側の辺に平行に複数備えられている。また、縦リブ８の長尺側の端部が一方の主桁７と他方の主桁７とに接合されている。また、縦リブ８の長尺側の一方の辺が、スキンプレート６の内周面に溶接などの手法によって接合されている。
横リブ８ａは、スキンプレート６の短尺側の辺に平行に複数備えられている。また、横リブ８ａの一方の端部は縦リブ８に接合され、他方の端部は、継手板９に接合されている。
【００３２】
継手板９は、スキンプレート６の長尺側の二辺に対応して配置され、二枚の継手板９の長尺側の一方の辺が溶接などの手法によってスキンプレート６に接合されている。また、継手板９には、ボルト孔１０がそれぞれ形成されている（図では２個ずつ）。また、上述の構成により、継手板９の端部は、主桁７の端部とスキンプレート６の頂点にて当接されることになる。また、セグメント１９の両側の継手板９は、前記Ｂ０型セグメント１５及び前記Ｂ１型セグメント１８と接合するために、スキンプレート６の内周面から見てセグメントリングの径方向に対して外側へ少し傾いた状態とされている。
【００３３】
第一の補強部材４は、スキンプレート６の短尺側の辺に平行に、かつ、スキンプレート６の長尺側の長さの略１／３となる位置に設置されている。また、第一の補強部材４は、それぞれの両端が一方の継手板９と他方の継手板９とに接合されている。なお、他の部材は上述の各セグメントと同様に形成、設置されているため、説明を省略する。
【００３４】
第二のセグメントリングは、図２、図４、図１０〜図１３に示すように、Ａ２型、Ａ３型、Ｂ型、Ｋ型の円弧板状の鋼製セグメントが組み合わされて構成されている。
【００３５】
Ａ２型セグメント２３は、Ａ０型セグメント１６の第一の補強部材４を取り除き、第二の補強部材５が設置されたものと同様の構成である。第二の補強部材５は、スキンプレート６の長尺側の長さの略１／３となる位置に備えられ、両端が主桁７に接合されている。また、主桁７において、第二の補強部材５が接合されている部分には、ボルト孔１０が二箇所ずつ形成されている。また、第二の補強部材５に近い方の継手板９には、ボルト孔１０が三箇所形成されている。なお、他の部材は前記Ａ０型セグメント１６と同様に形成、設置されているため、説明を省略する。
【００３６】
Ａ３型セグメント２２は、図１１に示すように、Ａ２型セグメント２３の長尺側の中間に設置されている縦リブ８を取り除き、Ａ２型セグメント２３に設置されている第二の補強部材５を長尺側の中間に移動した構成である。なお、他の部材は前記Ａ０型セグメント１６と同様に形成、設置されているため、説明を省略する。
【００３７】
Ｂ型セグメント２１は、図１２に示すように、Ｂ０型セグメント１５から第一の補強部材４を取り除いたものと同様の構成である。なお、他の部材は前記Ｂ０型セグメント１５と同様に形成、設置されているため、説明を省略する。
【００３８】
Ｋ型セグメント２５は、図１３に示すように、第二のセグメントリング２のキーセグメントであり、Ｋ０型セグメント１９から第一の補強部材４を取り除いたものと同様の構成である。なお、他の部材は前記Ｋ０型セグメント１９と同様に形成、設置されているため、説明を省略する。
【００３９】
第三のセグメントリング３は、図３、図４、図５、図９、図１４〜図１６に示すように、Ａ０型、Ａ４型、Ｂ２型、Ｂ０′型、Ｋ０型の円弧形状の鋼製セグメントが組み合わされて構成されている。なお、Ａ０型セグメント１６及びＫ０型セグメント１９については、上述と同様の構成であるため、説明を省略する。
【００４０】
Ａ４型セグメント３３は、図１４に示すように、前記Ａ１型セグメント１７内部に備えられた各部材をＡ１型セグメント１７の短尺側の中心線に対して反転させた配置としたものである。なお、各部材は前記Ａ１型セグメント１７と同様に形成、設置されているため、説明を省略する。
【００４１】
Ｂ２型セグメント３４は、図１５に示すように、前記Ｂ１型セグメント１８内部に備えられた各部材をＢ１型セグメント１８の短尺側の中心線に対して反転させた配置としたものである。なお、各部材は前記Ｂ１型セグメント１８と同様に形成、設置されているため、説明を省略する。
【００４２】
Ｂ０′型セグメント３１は、図１６に示すように、前記Ｂ０型セグメント１５内部に備えられた各部材をＢ０型セグメント１５の短尺側の中心線に対して反転させた配置としたものである。なお、各部材は前記Ｂ０型セグメント１５と同様に形成、設置されているため、説明を省略する。
【００４３】
なお、上述の各セグメントは、キーセグメントであるＫ０型セグメント１９及びＫ型セグメント２５以外は同様の大きさとなっており、セグメント製作の能率を向上させるとともに、セグメントの主桁７及び継手板９のボルト孔１０の間隔をほぼ等しくすることで、セグメントにかかる土圧等を均等に分散させることができる。また、各セグメントは、上述のものに限らず、シールド洞道５０の径及び開口部５２の大きさによって、任意に変更可能である。また、第一及び第二の補強部材４〜５は、施工前の構造設計により決定された所定の位置に設置され、各セグメントにできるだけ均等に土圧がかかるような配置となっている。
【００４４】
第一のセグメントリング１は、図１に示すように、シールド洞道５０の底部にＡ０型セグメント１６が設置され、該Ａ０型セグメント１６の開口部５２側の端部にてＡ１型セグメント１７、他方の端部にてＢ０型セグメント１５が継ぎボルト１１（Ｍ２０等）を介して接続される。また、前記Ａ１型セグメント１７のＡ０型セグメント１６との接続部と反対側の端部には、Ｂ１型セグメント１８の一方の端部が接続される。最後に、Ｂ０型セグメント１５とＢ１型セグメント１８との間にキーセグメントであるＫ０型セグメント１９をはめ込み、接続することによって第一のセグメントリング１は完成する。なお、セグメントの接続の際に、隣接するセグメントリング同士は、ボルトボックス１２を介して挿入される継ぎボルト１１によって接続される。また、前記コーキング溝１３からコーキング材１４を流入することにより、セグメント及びセグメントリング同士の継ぎ目の止水性を高めるとともに、継ぎボルト１１の腐食を防止する。
【００４５】
第二のセグメントリング２は、シールド洞道５０の底部に一方のＢ型セグメント２１が設置され、該Ｂ型セグメント２１の開口部５２側の端部にてＡ３型セグメント２２が継ぎボルト１１を介して接続される。同様に、Ａ３型セグメント２２の開口部５２側の端部には、Ａ２型セグメント２３の一方の端部が接続され、他方の端部には、他方のＢ型セグメント２１が継ぎボルト１１を介して接続される。最後に、一方のＢ型セグメント２１と他方のＢ型セグメント２１との間にキーセグメントであるＫ型セグメント２５をはめ込み、接続することによって第二のセグメントリング２は完成する。なお、セグメントの継ぎ目のコーキングについては、上述の第一のセグメントリング１と同様である。
【００４６】
第三のセグメントリング３は、シールド洞道５０の底部にＡ０型セグメント１６が設置され、該Ａ０型セグメント１６の開口部５２側の端部にてＡ４型セグメント３３、他方の端部にてＢ０′型セグメント３１が継ぎボルト１１を介して接続される。同様に、Ａ４型セグメント３３の開口部５２側の端部には、Ｂ２型セグメント３４の一方の端部が継ぎボルト１１を介して接続される。最後に、Ｂ０′型セグメント３１とＢ２型セグメント３４との間にキーセグメントであるＫ０型セグメント１９をはめ込み、接続することによって第三のセグメントリング３は完成する。なお、セグメントの継ぎ目のコーキングについては、上述の第一のセグメントリング１と同様である。
【００４７】
上述のセグメントの配置で第一〜第三のセグメントリング１〜３を組み立てると、図４に示すように、開口部５２を挟んで第一の補強部材４が第一のセグメントリング１及び第三のセグメントリング３内でシールド洞道５０の周方向に沿って環状に配置された状態となる。また、開口部５２を形成することにより、シールド洞道５０の周方向に沿ったセグメント同士の接合部分（第一のセグメントリング１内のセグメント１７，１８及び第三のセグメントリング３内のセグメント３３，３４）の一部が切り取られる箇所においては、あらかじめ、セグメント同士が３個以上の継ぎボルト１１で接合されている。
これにより、セグメント同士の接合部分の一部が切り取られても、セグメント同士が２本以上の継ぎボルト１１で接合されるようになっている。
【００４８】
また、開口部５２を挟んで第二の補強部材５がシールド洞道５０の軸方向に沿って配置されるとともに、第二の補強部材５の両端部が第一のセグメントリング１及び第三のセグメントリング３内に配置された第一の補強部材４に接合された状態となる。また、第二の補強部材５を有するセグメントをセグメントリング間で接合する際に、第二の補強部材５に対応する部分が２本の継ぎボルト１１で接合されている。
【００４９】
さらに、セグメントリング間の接続部分を強化するため、以下に示す方法で強化する。
例えば、図１９に示すように、隣接するセグメントリング間に第二の補強部材５が連続するように配置されている箇所（Ｂ１型セグメント１８とＡ２型セグメント２３間、Ａ２型セグメント２３とＢ２型セグメント３４間、Ａ１型セグメント１７とＡ３型セグメント２２間、Ａ３型セグメント２２とＡ４型セグメント３３間）においては、どちらか一方側の第二の補強部材５内、すなわち、二枚の板材５１に挟まれた箇所に強化部としてＨ形鋼５５を備えておく。そして、セグメントリングの接続後、Ｈ形鋼５５を第二の補強部材５に沿って摺動させ、Ｈ形鋼５５を上述の隣接するセグメントリングの接合部を越えて一方のセグメントリングから他方のセグメントリングに至るように配置する。その際、二枚の板材５１に挟まれる部分の主桁７は取り除かれており、継ぎボルト１１での接続は、二枚の板材５１に挟まれる部分の外側にて接合される。なお、板材５１にレール等のガイドを備えておくと、Ｈ形鋼５５を摺動する際の作業性を向上させることができる。
【００５０】
また、図２０に示すように、上述の隣接するセグメントリング間に第二の補強部材５が連続するように配置されている箇所において、どちらか一方側のセグメントリングにおける二枚の板材５１に挟まれる部分に、Ｈ形鋼５５の継ぎ目側に近い方の一端をヒンジ５６にて回動自在に固定しておく。そして、セグメントリングの接続後、Ｈ形鋼５５をヒンジ５６を中心として１８０度回動させ、Ｈ形鋼５５を上述の隣接するセグメントリング間にわたって配置する。なお、Ｈ形鋼５５の回動させた側の端部を固定する機構を他方のセグメントリングに備えておき、Ｈ形鋼５５を固定できるようにしておくことが望ましい。また、図１９、図２０において、Ｈ形鋼５５は、二つのセグメントリング間にまたがって配置されるとともに、それぞれのセグメントリングにおいて、第二の補強部材５の二枚の板材５１に挟まれた状態に配置される。すなわち、Ｈ形鋼５５は、セグメントに固定された板材５１等のように、セグメントリングの周方向に沿って、Ｈ形鋼５５を挟む間隔をあけて配置された二つの部材や枠状の部材に囲まれた状態でこれらの部材からせん断力を伝達されるようになっている。なお、強化部５５は、Ｈ形鋼以外の部材でもよく、他の形状の鋼材を用いても良い。
【００５１】
また、図２１に示すように、隣接するセグメントのスキンプレート６における二枚の板材５１に挟まれる軸方向の辺を一方を凹部５７、他方を凸部（強化部）５５に形成し、これらを噛み合わせることで強化部としての機能を持たせる方法も可能である。この方法を用いると、Ｈ形鋼を取り付ける必要がなく、継ぎボルト１１のみによる接続でありながら、高いせん断強度を発揮させることができる。
【００５２】
これにより、開口部５２は、シールド洞道５０の周方向を第一の補強部材４、軸方向を第二の補強部材５によって囲まれることになる。すなわち、開口部５２はセグメントリングを覆工した後に補強部材を施さなくても、各セグメント内に設置された第一及び第二の補強部材４〜５によって補強されていることになる。また、セグメント間には、二枚の板材５１に挟まれて強化部５５が備えられており、シールド洞道５０の軸方向のせん断強度を高めることができる。したがって、セグメントリングの接続に用いられる継ぎボルト１１のサイズアップを必要とせず、全て同じサイズの継ぎボルト１１を使用することが可能となる。よって、部品の管理を容易にすることができ、また、接続に用いる工具も少なくて済むため、施工能率が向上する。
【００５３】
したがって、第一及び第二の補強部材４〜５が各セグメント内に収まっているため、開口部５２に対する補強が第一〜第三のセグメントリング１〜３に一体化され、従来のように、開口部５２周辺のセグメントリングの内周面上に、補強部材を組みつけたものと比べて断面性能及び剛性が高められることとなる。また、土圧等の荷重に対する支持強度が向上されるため、第一及び第二の補強部材４〜５の大きな変形等の発生を低減させることができる。また、開口部５２の形成位置におけるシールド洞道５０の中空径を拡大することが可能となる。また、狭いシールド洞道５０での手間のかかる補強部材の組みつけ作業をする必要がなくなるため、施工工程の短縮を図ることができる。
【００５４】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、セグメントは上記の鋼製セグメントに限らず、ダクタイルセグメント、鉄筋コンクリートセグメント、合成セグメント等を用いることができる。また、セグメントの形状、大きさ等は任意であって、施工状況に応じて変更可能である。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、補強部材がセグメント内に設けられているため、開口部に対する補強がセグメントリングに一体化され、従来のように、開口部周辺のセグメントリングの内周面上に、補強部材を組みつけたものと比べて断面性能及び剛性が高められることとなる。また、土圧等の荷重に対する支持強度が向上されるため、補強部材の大きな変形等の発生を低減させることができる。また、狭いシールド洞道での手間のかかる補強部材の組みつけ作業をする必要がなくなるため、施工工程の短縮が図ることができる。また、開口部は、シールド洞道の周方向に沿って環状に配置される二つの第一の補強部材と、シールド洞道の軸方向に沿って配置されるとともに、両端部が第一の補強部材に接合された二つの第二の補強部材とによって四方を囲まれているため、セグメントリングの覆工後に改めて補強部材を敷設する必要がなくなり、作業性の向上、施工工程の短縮を図ることができる。
【００５６】
請求項２記載の発明によれば、補強部材がセグメント内からはみ出すことなく収まっているため、セグメントリングを形成した際に、シールド洞道の中空径を最大限に生かすことができるとともに、開口部の形成位置におけるシールド洞道の中空径を拡大することが可能となる。
【００５７】
請求項３記載の発明によれば、セグメントを組み合わせてセグメントリングを形成した際に、補強部材がセグメント間でつながるように組み合わせることにより、一体物の補強部材が複数のセグメントにわたって設置されている場合とほぼ同等の断面性能及び剛性を発揮することができる。また、セグメントごとに補強部材が分割された状態となっているため、シールド洞道内への搬送作業が容易となり、作業性の向上、施工工程の短縮を図ることができる。
【００５９】
請求項４記載の発明によれば、セグメントリング間の隣接する第二の補強部材内に連続するように強化部が設けられているため、セグメントリングの軸方向のせん断強度を強化することができる。また、強化部を設ける方法は容易であるため、簡単な方法で第二の補強部材を強化することができるとともに、強化にかかるコストを低減することができる。したがって、セグメントリング間の接続に用いられるボルトのサイズアップを必要とせず、全て同じサイズのボルトを使用することが可能となる。よって、部品の管理を容易にすることができ、また、接続に用いる工具も少なくて済むため、施工能率が向上する。
【００６０】
請求項５記載の発明によれば、セグメントリングを形成する前に、あらかじめ補強部材をセグメント内に設けるだけの簡単な施工方法で請求項１と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第一のセグメントリングを説明するための横断面図である。
【図２】上記実施の形態の第二のセグメントリングを説明するための横断面図である。
【図３】上記実施の形態の第三のセグメントリングを説明するための横断面図である。
【図４】上記実施の形態のシールド洞道の開口部を説明するための縦断面図である。
【図５】上記実施の形態のＡ０型セグメントを説明するための図である。
【図６】上記実施の形態のＡ１型セグメントを説明するための図である。
【図７】上記実施の形態のＢ０型セグメントを説明するための図である。
【図８】上記実施の形態のＢ１型セグメントを説明するための図である。
【図９】上記実施の形態のＫ０型セグメントを説明するための図である。
【図１０】上記実施の形態のＡ２型セグメントを説明するための図である。
【図１１】上記実施の形態のＡ３型セグメントを説明するための図である。
【図１２】上記実施の形態のＢ型セグメントを説明するための図である。
【図１３】上記実施の形態のＫ型セグメントを説明するための図である。
【図１４】上記実施の形態のＡ４型セグメントを説明するための図である。
【図１５】上記実施の形態のＢ２型セグメントを説明するための図である。
【図１６】上記実施の形態のＢ０′型セグメントを説明するための図である。
【図１７】上記実施の形態の継ぎボルトを説明するための図である。
【図１８】上記実施の形態のボルトボックスを説明するための図である。
【図１９】上記実施の形態の強化部を設ける方法を説明するための図である。
【図２０】上記実施の形態の強化部を設ける方法を説明するための図である。
【図２１】上記実施の形態の強化部を設ける方法を説明するための図である。
【図２２】従来技術として例示する、連絡坑の開口部に対する補強構造を説明するための縦断面図である。
【図２３】上記従来技術の補強構造を説明するための横断面図である。
【符号の説明】
１ 第一のセグメントリング
２ 第二のセグメントリング
３ 第三のセグメントリング
４ 第一の補強部材
５ 第二の補強部材
１５ Ｂ０型セグメント
１６ Ａ０型セグメント
１７ Ａ１型セグメント
１８ Ｂ１型セグメント
１９ Ｋ０型セグメント
２１ Ｂ型セグメント
２２ Ａ３型セグメント
２３ Ａ２型セグメント
２５ Ｋ型セグメント
３１ Ｂ０′型セグメント
３３ Ａ４型セグメント
３４ Ｂ２型セグメント
５０ シールド洞道
５３ 連絡坑
５２ 開口部
５５ 強化部
Claims (5)
- 本線から分岐する立坑などの連絡坑が構築されるシールド洞道の覆工構造であって、
前記連絡坑の開口部の少なくとも形成位置に配置された複数のセグメントリングを構成するセグメントの少なくとも一部には、前記開口部が形成される前記セグメントリングを補強する補強部材が設けられ、
前記補強部材は、前記開口部を挟んで、シールド洞道の周方向に沿って配置される二つの第一の補強部材と、前記開口部を挟んで、シールド洞道の軸方向に沿って配置されるとともに、両端部が前記第一の補強部材に接合された二つの第二の補強部材とを備えることを特徴とするシールド洞道の覆工構造。 - 前記補強部材が、あらかじめ、前記セグメント内に収まるように設けられていることを特徴とする請求項１記載のシールド洞道の覆工構造。
- 前記補強部材は、前記セグメントを組み合わせて複数の前記セグメントリングを形成した際に、前記セグメント間で前記補強部材が連続するようにつながることを特徴とする請求項１または２に記載のシールド洞道の覆工構造。
- 前記連絡坑の開口部の少なくとも形成位置に配置された複数の前記セグメントリングを構築した際に、
前記セグメントリング同士の接合部における剪断強度を強化するための強化部が、
前記第二の補強部材のセグメントリング間の接合部分において、
二つの前記セグメントリングの接合部を越えて一方のセグメントリングから他方のセグメントリングに至るように配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のシールド洞道の覆工構造。 - 請求項１〜４のいずれか一つに記載のシールド洞道の覆工構造を用いたシールド洞道の施工方法であって、
あらかじめ、前記補強部材が設けられた前記セグメントを製造した後に、少なくとも前記開口部の形成位置に配置されるセグメントリングを形成するに際し、前記補強部材が設けられた前記セグメントを用いることを特徴とするシールド洞道の施工方法。
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