JP3619941B2 - シールドセグメント及びシールド工法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はシールドセグメント及びシールド工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド工法におけるトンネル覆工材としてシールドセグメント（以下「セグメント」という）が広く知られている。
図１０に示すようにセグメントａは平面形状が矩形を呈し、その内側周縁部に複数の継手ボックスｂが形成され、そのピース（短面ｃ，ｃ）間を図１１に示すボルト・ナットｄで連結してリングｅを組み立て、さらに各リングｅ，ｅ（長面ｆ，ｆ）間も同様に図１１に示すボルト・ナットｄで連結している。
【０００３】
【発明が解決しようとする問題点】
前記したセグメントの施工技術にあっては次のような問題点がある。
＜イ＞ セグメントａの組み付け工程と既設のセグメントａから反力を得てシールドマシンを発進させる工程とを並行して行えないので、施工効率が悪い。＜ロ＞ セグメントａのトンネル周方向の継手面の連結操作とトンネル軸方向の 継手面の連結操作をボルト・ナットｄを用いて連結するため、セグメント ａの組み立てに多大の労力と時間を要する。
＜ハ＞ 図１１に示すように継手ボックスｂの存在により止水シールｇの設置位置に制約を受ける。
＜ニ＞ ▲１▼リングｅ間及びピース間の連結力をボルト・ナットｄに頼っていること、▲２▼リングｅ間の継手面が同一面に揃うことにより、シールドトンネルの曲げ剛性やトンネル軸方向のせん断耐力が小さい。
【０００４】
【本発明の目的】
本発明は以上の点に鑑みて成されたもので、その目的とするところは、つぎのシールドセグメントとその施工方法を提供することにある。
▲１▼ボルト・ナットを使用しないで組立てできる、シールドセグメント。
▲２▼簡単で短時間に各セグメントを接合できる、シールドセグメント。
▲３▼止水性に優れた、シールドセグメント。
▲４▼急速施工が可能な、シールド工法。
▲５▼シールドトンネルの曲げ剛性を改善できる、シールド工法。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】
本発明は、トンネル周方向及びトンネル軸線方向の継手面を有するシールドセグメントにおいて、セグメントのトンネル周方向の一方の継手面に凸型継手部を突設し、セグメントのトンネル周方向の他方の継手面に、前記凸型継手部と嵌合可能な凹型継手部を形成し、前記凸型継手部と凹型継手部が相互にセグメント幅の半分のみを嵌合可能に構成したことを特徴とする、シールドセグメントである。
さらに本発明はトンネル周方向及びトンネル軸線方向の継手面を有するシールドセグメントにおいて、セグメントのトンネル周方向の一方の継手面に断面略Ｔ字形の凸型継手部を突設し、セグメントのトンネル周方向の他方の継手面に、前記凸型継手部と嵌着可能な凹型継手部を形成し、前記凸型継手部は掛止面を有し、前記凹型継手部は前記凸型継手部の掛止面と嵌着可能な掛止面を有し、前記凸型継手部と凹型継手部の各掛止面は相互にセグメント幅の半分のみの嵌合を許容し、かつ、トンネル縮径方向に接面可能に傾斜して形成したことを特徴とする、シールドセグメントである。
さらに本発明は前記のシールドセグメントにおいて、セグメントの角部を欠落させて六角形に形成したことを特徴とする、シールドセグメントである。
さらに本発明は前記のいずれかに記載のシールドセグメントにおいて、セグメントの周面に継手部を間に挟んでその両側に複数のシール材を取り付けたことを特徴とする、シールドセグメントである。
さらに本発明はトンネル周方向及びトンネル軸線方向の継手面を有するシールドセグメントにおいて、セグメントの相対向する一対のトンネル周方向の継手面に凸型継手部と凸型継手部の組み合わせ、又は凹型継手部と凹型継手部の組み合わせで夫々形成し、前記凸型継手部又は凹型継手部が相互にセグメント幅の半分のみを嵌合可能に構成したことを特徴とする、シールドセグメントである。
さらに本発明はトンネル周方向及びトンネル軸線方向の継手面を有するシールドセグメントにおいて、セグメントの相対向する一対のトンネル周方向の継手面に断面略Ｔ字形の凸型継手部と凸型継手部の組み合わせ、又は前記凸型継手部と嵌着可能な凹型継手部と凹型継手部の組み合わせで夫々形成し、前記凸型継手部は掛止面を有し、前記凹型継手部は前記凸型継手部の掛止面と嵌着可能な掛止面を有し、前記凸型継手部と凹型継手部の各掛止面は相互にセグメント幅の半分のみの嵌合を許容し、かつ、トンネル縮径方向に接面可能に傾斜して形成したことを特徴とする、シールドセグメントである。
さらに本発明は前記のいずれかに記載のシールドセグメントにおいて、セグメントの角部を欠落させて六角形に形成したことを特徴とする、シールドセグメントである。
さらに本発明は前記のいずれかに記載のシールドセグメントにおいて、セグメントの周面に継手部を間に挟んでその両側に複数のシール材を取り付けたことを特徴とする、シールドセグメントである。
さらに本発明は前記のいずれかに記載のシールドセグメントにおいて、セグメントのトンネル軸線方向の継手面に嵌合可能な凸条と凹溝とを夫々形成したことを特徴とする、シールドセグメントである。
さらに本発明は前記のいずれかに記載のシールドセグメントにおいて、セグメントのトンネル軸線方向の継手面に凸条と凸条の組み合わせ、又は凹溝と凹溝の組み合わせで夫々形成したことを特徴とする、シールドセグメントである。
【０００６】
さらに本発明はトンネル周方向及びトンネル軸線方向の継手面を有するシールドセグメントをシールドマシン内で組み付けてトンネルを構築するシールド工法において、前記のいずれかに記載のシールドセグメントを使用し、前記シールドセグメントのトンネル周方向の継手部を既設セグメントの対応する継手部にセグメント幅の半分を嵌挿させてトンネル周方向及びトンネル軸線方向の継手面間を連結するセグメントの組み立て工程と、組立中のセグメントを除く既設セグメントから掘進反力を得て行うシールド発進工程とを並行して行うことを特徴とする、シールド工法である。
さらに本発明は前記シールド工法において、隣接する各シールドセグメントのセグメント幅の半分が嵌挿されることによって、トンネル軸線方向の継手面をずらして組み立てることを特徴とする、シールド工法である。
【０００７】
【実施例１】
以下図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。
＜イ＞セグメントの構造
図１に例示したセグメント１０は、長方形の板体を円弧状に湾曲させて形成した覆工材で、その素材は公知と同様にスチール、コンクリート、又は前記両素材の合成構造体を含むものである。
セグメント１０の相対向する一方の短面１１ａの端面には凸型継手部１２が設けられ、他方の短面１１ａの端面には凸型継手部１２と対応する凹型継手部１３が設けられている。 両継手部１２，１３は各セグメント幅（短面１１ａ長）の半分の長さを相互に嵌着させて、トンネルの軸方向及び周方向の抜け出しを防止し、かつ、トンネル縮径方向の締付力を発生させて連結するための継手構造である。
【０００８】
＜ロ＞継手部凸型継手部１２は図２，３に示すようにセグメント１０の延長方向に突出する張出板１４の略Ｖ字形の外端面に沿って帯状の掛止板１５を接合して断面略Ｔ字形を呈する剛材で、例えば定着筋１６を介してセグメント１０と一体に取り付けられている。掛止板１５の側面には短面１１ａの中央へ向け下り勾配で傾斜する、掛止面としての傾斜面１７が形成されている。凹型継手部１３は図２，４に示すように短面１１ａ方向に沿って形成した掛止孔１８と、掛止孔１８と短面１１ａの間を連通するスリット１９とを備えた断面略Ｔ字形を呈する連続溝で、その掛止孔１８内に短面１１ａの中央へ向け下り勾配で傾斜する、掛止面としての傾斜面２０が形成されている。これは両継手部１２，１３を嵌合させたとき両傾斜面１７，２０が接面しながら摺動してセグメント１０に縮径方向の締付力を発生させるためである。図５は前記両傾斜面１７，２０は傾斜角度を共にほぼ等しく設定した場合を示すが、各傾斜面１７，２０の傾斜角度は上記縮径方向の締付力が発生すれば異なる角度の組み合わせであってもよいことは勿論である。また凹型継手部１３の掛止孔１８は凸型継手部１２を嵌挿可能な寸法に設定されているが、両継手部１２，１３の嵌合操作を容易にするため、図２に示すように凹型継手部１３の掛止孔１８の入口幅Ｌ1 を、凸型継手部１２の掛止板１５の屈曲差Ｌ2 より大きく設定しておくことが望ましい。
【０００９】
【作用】
つぎにセグメント１０の施工方法について説明する
＜イ＞セグメントの組立て図６は既に一定長さに組立てられたトンネル２１の展開図に示す。トンネル２１の前端の形状は隣接する各セグメント１０が短面１１ａの半分の長さずつ前後方向にずれている。また各セグメント１０のトンネル周方向（ピース間）の継手面はトンネル軸線と平行で同一線上に揃えられている。図中符号２２はセグメント１０の組付けとマシンの発進を兼ねるシールドジャッキで、各セグメント１０に当接する単位で伸縮を個別に制御できるようになっている。今、セグメント１０ａを組み付ける場合について説明すると、組み付け予定のセグメント１０ａの各継手部１３，１２を既設セグメント１０の各継手部１３，１２に向けて配置した後、セグメント１０ａに対向するシールドジャッキ２２のみを伸長させてトンネル軸線方向に押し込む。シールドジャッキ２２の伸長に伴い組み立て予定のセグメント１０ａはその両端の各継手部１２，１３を既設セグメント１０の各継手部１３，１２に嵌挿し、既設セグメント１０の各継手部１３，１２にガイドされながらスライドする。 セグメント１０ａのスライド操作に伴い各継手部１３，１２の傾斜面１７、２０の摺接力が増し、組み立て予定のセグメント１０ａと既設セグメント１０の周方向の継手面間にトンネル縮径方向の連結力が生じる。 セグメント１０ａの長面１１ｂが既設セグメント１０の長面１１ｂに当接したらシールドジャッキ２２を伸長を停止し、セグメント１０ａの組付けを完了する。 すなわち、セグメント１０ａは既設セグメント１０のトンネル軸線方向の半分の長さだけスライドさせることで組付けを完了し、その結果、セグメント１０ａの両端に各継手部１２，１３はその半分が既設セグメント１０と嵌合し、残り半分がトンネル延長方向に露出して突出することになる。以下同様に凸型継手部１２及び凹型継手部１３を嵌着しながら順次セグメント１０を組立てる。
【００１０】
ここで各セグメント１０の連結性について検証すると、各セグメント１０の周方向の継手面間（ピース間）は、凹型継手部１３と凸型継手部１２の嵌合構造によりトンネル周方向の離脱が拘束され、しかも相互に嵌着する凹型継手部１３と凸型継手部１２の各傾斜面１７，２０に楔効果を生じてトンネル軸線方向の移動も拘束される。また各セグメント１０のトンネル軸線方向の継手面間は、隣接する各セグメント１０がトンネル軸方向の半分の長さずつずれ、一枚のセグメント１０が２枚のセグメント１０に跨がって嵌着している。換言すればトンネル軸線方向の継手面が同一線上に位置しない。そのため各セグメント１０のトンネル軸線方向の離脱が効果的に拘束される。このように凸型継手部１２と凹型継手部１３の嵌合構造により、各セグメント１０のトンネル周方向及びトンネル軸線方向の両方向の離脱を防止して連結する。
【００１１】
＜ロ＞発進工程
既述したセグメント１０の組立て工程と並行してシールドマシンを発進させる。 シールドマシンの発進はセグメント１０の組立てに使用していないシールドジャッキ２２群を一斉に伸長させて発進させる。
セグメント１０の組立て工とシールドマシンの発進工を並行して行えるのは、これらの各工程が夫々相互に干渉しない関係にあるからである。
【００１２】
【実施例２】
図７はセグメント１０の角部を欠落させて六角形状にした他の実施例を示す。各短面１１ａの中央から両端に向けて斜めに切除して山形面１１ｃを形成した他の実施例を示す。 本実施例は実施例１の四角形を呈するセグメント１０の角部を斜めに形成し、その各短面１１ａを山形面１１ｃとして形成する。本実施例にあっては、組み付け初期においてセグメント１０が多少斜めになっていてもセグメント１０の角部間の衝突を回避してより円滑に組み付けできる利点がある。 尚、本実施例のセグメント１０は前記実施例１と同様に各短面１１ａに凹型継手部１３と凸型継手部１２を形成したり、組み付け操作については同様である。
【００１３】
【実施例３】
以上の実施例は一つのセグメント１０の各短面１１ａに嵌合手段である凸型継手部１２と凹型継手部１３とを設ける場合について説明したが、つぎのような同種の嵌合手段の組み合わせであってもよい。
▲１▼凸型継手部１２と凸型継手部１２の組み合わせ。
▲２▼凹型継手部１３と凹型継手部１３の組み合わせ。
【００１４】
【実施例４】
図８はセグメント１０の嵌着部の断面図で、セグメント１０の周縁に各継手部１２，１３を間に挟んで複数条のシール材２３を設けた他の実施例を示す。
本実施例はセグメント１０の周縁に各継手部１２，１３を間に挟んで複数のシール材２３を多段的に設けてある。 本実施例にあってはセグメント１０の継手面の内外に複数のシール材２３を設置できるので、セグメント１０間の止水性が向上する。
【００１５】
【実施例５】
図９は以上の各実施例で説明した各セグメント１０の相対向する一対の長面１１ｂ（トンネル軸線方向の継手面）に凸条１１ｄと、これに対応する凹溝１１ｅを夫々形成した他の実施例を示す。 本実施例は凸条１１ｄ及び凹溝１１ｅは各長面１１ｂに連続して或いは部分的に形成し、凸条１１ｄと凹溝１１ｅを嵌合させて各セグメント１０，１０のトンネル軸方向の継手面間における剪断抵抗を高める利点がある。 尚、凸状１１ｄと凹溝１１ｅの形成に当たっては一枚のセグメント１０に対してつぎの組み合わせが可能である。
▲１▼凸条１１ｄと凹溝１１ｅの組み合わせ。
▲２▼凸条１１ｄと凸条１１ｄの組み合わせ。
▲３▼凹溝１１ｅと凹溝１１ｅの組み合わせ。
【００１６】
【実施例６】
本発明はトンネル断面が円形に限定されるものではなく、断面楕円形や略瓢箪形、或いは断面矩形等のあらゆる断面形状のトンネルに適用できるものである。
【００１７】
【発明の効果】
本発明は以上説明したようになるから次の効果を得ることができる。
＜イ＞ セグメントの凸型継手部と、凹型継手部を嵌合させて押し込むだけの操作で、セグメントのトンネル軸線方向及び周方向の継手面間の連結を行える。そのため、これまで使用していた連結用ボルト、ナットが不要となり、簡易な操作で、しかも短時間のうちにセグメントを組み立てできる。
＜ロ＞ セグメントのトンネル周方向の継手面間を板状の継手部で連結するので、 点状に連結する従来の連結用ボルト、ナットと比べてセグメントのトンネ ル周方向の継手面の曲げ剛性が大きいうえに、応力分散効果に優れる。
＜ハ＞ セグメントの角部を欠落した形状に形成すると、セグメントの角部の衝突を回避して円滑に組み付けできる。
＜ニ＞ 凸型継手部と凹型継手部をセグメントの端面中央に形成するので、これらの継手部を間に挟んでその両側にシール材を設置でき、従来と比べて継手面の止水性能が向上する。
＜ホ＞ セグメントのトンネル軸線方向の継手面に相互に対応する凸条と凹溝を設け、これらの凸条と凹溝を嵌合させてセグメントを組み立てると、トンネル軸線方向の継手面間の剪断強度をより高く設定できる。
＜ヘ＞ シールドマシンの発進工程と、セグメントａの組立て工を並行して行えるため、施工効率を大幅に改善できる。
＜ト＞ 隣接する各セグメントが２枚のセグメントに跨がって組み付けられるので、トンネル軸方向のせん断耐力が大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に係るシールドトンネルの斜視図
【図２】セグメントの組立て工の説明図で、一部を省略したトンネルの平面図
【図３】セグメントの端部に形成した凸型継手部の斜視図
【図４】セグメントの端部に形成した凹型継手部の斜視図
【図５】セグメントのトンネル周方向の継手部の断面図
【図６】セグメントの組立時におけるトンネルの展開図
【図７】セグメントの角部を欠落させた他の実施例に係る説明図で、一部を破断したトンネルの部分平面図
【図８】セグメントの継手面に多段的にシール材を設置したセグメントの継手部の断面図
【図９】セグメントのトンネル軸線方向の継手面に凸条と凹溝を設けた他の実施例に係る継手部の断面図
【図１０】従来のトンネルの中央縦断面図
【図１１】従来のトンネルの継手部の断面図

Claims (12)

1. トンネル周方向及びトンネル軸線方向の継手面を有するシールドセグメントにおいて、
   セグメントのトンネル周方向の一方の継手面に凸型継手部を突設し、
   セグメントのトンネル周方向の他方の継手面に、前記凸型継手部と嵌合可能な凹型継手部を形成し、
   前記凸型継手部と凹型継手部が相互にセグメント幅の半分のみを嵌合可能に構成したことを特徴とする、
   シールドセグメント。
2. トンネル周方向及びトンネル軸線方向の継手面を有するシールドセグメントにおいて、
   セグメントのトンネル周方向の一方の継手面に断面略Ｔ字形の凸型継手部を突設し、
   セグメントのトンネル周方向の他方の継手面に、前記凸型継手部と嵌着可能な凹型継手部を形成し、
   前記凸型継手部は掛止面を有し、
   前記凹型継手部は前記凸型継手部の掛止面と嵌着可能な掛止面を有し、
   前記凸型継手部と凹型継手部の各掛止面は相互にセグメント幅の半分のみの嵌合を許容し、かつ、トンネル縮径方向に接面可能に傾斜して形成したことを特徴とする、
   シールドセグメント。
3. 請求項１又は請求項２に記載のシールドセグメントにおいて、セグメントの角部を欠落させて六角形に形成したことを特徴とする、
   シールドセグメント。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のシールドセグメントにおいて、セグメントの周面に継手部を間に挟んでその両側に複数のシール材を取り付けたことを特徴とする、
   シールドセグメント。
5. トンネル周方向及びトンネル軸線方向の継手面を有するシールドセグメントにおいて、
   セグメントの相対向する一対のトンネル周方向の継手面に凸型継手部と凸型継手部の組み合わせ、又は、凹型継手部と凹型継手部の組み合わせで夫々形成し、
   前記凸型継手部又は凹型継手部が相互にセグメント幅の半分のみを嵌合可能に構成したことを特徴とする、
   シールドセグメント。
6. トンネル周方向及びトンネル軸線方向の継手面を有するシールドセグメントにおいて、
   セグメントの相対向する一対のトンネル周方向の継手面に断面略Ｔ字形の凸型継手部と凸型継手部の組み合わせ、又は前記凸型継手部と嵌着可能な凹型継手部と凹型継手部の組み合わせで夫々形成し、
   前記凸型継手部は掛止面を有し、
   前記凹型継手部は前記凸型継手部の掛止面と嵌着可能な掛止面を有し、
   前記凸型継手部と凹型継手部の各掛止面は相互にセグメント幅の半分のみの嵌合を許容し、かつ、トンネル縮径方向に接面可能に傾斜して形成したことを特徴とする、
   シールドセグメント。
7. 請求項５又は請求項６に記載のシールドセグメントにおいて、セグメントの角部を欠落させて六角形に形成したことを特徴とする、
   シールドセグメント。
8. 請求項５〜７のいずれかに記載のシールドセグメントにおいて、セグメントの周面に継手部を間に挟んでその両側に複数のシール材を取り付けたことを特徴とする、
   シールドセグメント。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のシールドセグメントにおいて、セグメントのトンネル軸線方向の継手面に嵌合可能な凸条と凹溝とを夫々形成したことを特徴とする、
   シールドセグメント。
10. 請求項１〜８のいずれかに記載のシールドセグメントにおいて、セグメントのトンネル軸線方向の継手面に凸条と凸条の組み合わせ、又は凹溝と凹溝の組み合わせで夫々形成したことを特徴とする、
    シールドセグメント。
11. トンネル周方向及びトンネル軸線方向の継手面を有するシールドセグメントをシールドマシン内で組み付けてトンネルを構築するシールド工法において、
    前記請求項１〜１０のいずれかに記載のシールドセグメントを使用し、
    前記シールドセグメントのトンネル周方向の継手部を既設セグメントの対応する継手部にセグメント幅の半分を嵌挿させてトンネル周方向及びトンネル軸線方向の継手面間を連結するセグメントの組み立て工程と、
    組立中のセグメントを除く既設セグメントから掘進反力を得て行うシールド発進工程とを並行して行うことを特徴とする、
    シールド工法。
12. 請求項１１において、隣接する各シールドセグメントのセグメント幅の半分が嵌挿されることによって、トンネル軸線方向の継手面をずらして組み立てることを特徴とする、
    シールド工法。

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