JP4186061B2 - 十文字状断面の複々線配線となるシールドトンネルの地下鉄道 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

産業上の利用分野

本発明は、地中をシールド掘進機を使って構築したトンネル内を走行する地下鉄道における、配線方法に関するものである。

従来の地下鉄建設工事では、特別に浅い深度の場合に適用される開削工法を除いて、通常はシールド工法によって構築されるようになっている。シールド掘進機は回転する円盤状のカッター面で地中の切羽面を切崩しながら前進して行くが、回転することのためにカッター面は円形となる。したがって堀り後は円筒形となり、このような姿の後方ではセグメントによって固められた地下トンネルが地下鉄通路として出来上がるのがシールド工法の結果であるり、この円形断面を従来のように地上の鉄道線と同じ左右並走複線の姿で利用すると、上下に無駄な空間を残してしまう。その事に対して最近では、円形回転するシールド掘進機のカッター面を部分的には重複する段違いの二面となるように設けて、掘削断面が眼鏡型となり極力無駄な空間を排除しょうとする複線専用の掘進機が登場した。
このような大型円形断面や眼鏡型断面のトンネルはいずれも往復の複線の敷設を標準とするものである。一般に都市部に設けられる地下鉄では経路そのものが乗客にとっては目的地でもある事から、殆どの場合都市部では各駅停車となっている。

ところが最近では、人口が都会に集中して巨大都市化の傾向が助長されると、人口がさらに密集した副都心があちこちに出来て発達し、副都心間や近郊空港とで直結的に多数の乗客がより速く通行したいと言う交通需要が生じてくる。そうなると全路線を各駅停車とする従来の地下鉄では混雑を回避するための輸送力を強化しながら同時に、より速く目的地に達したいとする乗客の要望に十分に答ることが出来なくなって、増線による複々線化や新設線化の要望がなどが高まる。しかしシールドトンネルの複線として出来上がってしまった地下鉄線は、後から複々線に改造することは出来ないので、近くに別に新設の複線を設ける方法しかない。しかし後から作られた別線では、如何に近接して設けて急行専用線としても、急行と緩行との乗り換えには、地上線の乗換駅のように一つのホームで向かい合わせに実行すると言うことは出来ない。すなわち新設線が別線として設けられるので、緩急の乗換には長い通路や幾つもの階段やエスカレーターなどを介して、時間と歩行労力を費やしてやっと果されると言う事になる。そこで地下鉄開設にあたって当初から複々線として計画しておくのが最善であるけれども、上記のように従来の地下鉄建設としては複線を基本の標準とすることから、最初から一本のトンネルで４線をひとまとめとした複々線となる計画などは考えられたことは無かった。

発明が解決しょうとする課題

発展を遂げた大都市は、各所に人口や都市機能が一段と密集した副都心が出現し、これら副都心の相互間を途中で停車することなく速く往来したいと希望する大量の交通需要が生じて来る。その場合大都市で見られる普通の地下鉄道では各駅停車としての複線の姿のままであって、このような近代的な要望には即応できない。そこで考えられる方法は地下鉄道においても地上線の場合と同様に「増線」となる複々線化の実現が検討される。しかし現在迄の地下鉄の複々線化は、既設複線に接して別に急行専用複線となるトンネルを作って複々線とするものであった。このように緩行と急行線が別々のトンネルによって構築された場合に問題となるのが、乗客が緩急間を乗り換えることであり、それぞれの列車が停車するホームの位置が離れた処となつて、一応は階段や通路を通じて連絡出来る構成にするとは言うものの、地上鉄道線における緩急乗り換え駅のホームのように、降りたそのホームのすぐ向側にこれから乗り換えようとする列車を停車させると言う簡便性はもたらされないし、同一平面での渡り線を介して急行が各駅停車に、あるいはその反対へと列車等級を変身させる線路構成は容易ではない。そしてまた、緩急が別々のトンネルとなることによつて線路の保守点検や維持管理に時間や人員を多く要してその経費も増し、複線トンネルを別々に二本掘削することへの経費高は免れ得ない。

課題を解決するための手段

在来線の建築限界の断面はやや縦長であるため、円形断面のシールドトンネルの中央部は上下二層状の立体構成となるミニ高架として上下に急行の往復線路を確保し、左右には建築限界断面としては３線分が確保できるから、両側中段に各停の往復線路を確保することが出来る。 なお各停線の下の空間は保守点検など作業員による地下通路として活用し、さらにトンネル火災時などの避難通路や、信号通信電線や動力電線の配備および、トンネル内の吸排気ダクト装備のスペースとすることが出来る。そしてまた各停線の上側の両側空間には、火災時での排煙ダクトを取り付けられる。

発明の構成を示す実施例

図１は、本発明の一つの実施例の断面図であり、その大きさと規模を比較するために、東北新幹線の上野複線トンネルの半欠断面図を左側に一緒に並べて示したものである。
シールド掘進機によって構築される本発明のトンネル躯体１ａの直径１ａｃを１３，９００ｍｍ程度とすると、すでに実用化されている新幹線複線トンネル躯体１ｂの直径１ｂｄの１３，０２０ｍｍに比較して、ほんの僅かに大きいだけであり、この本発明のトンネル躯体の壁厚２を新幹線トンネルと同じの一次覆工のセグメント部分を５５０ｍｍに、二次覆工（内面）を３００ｍｍの合計８５０ｍｍとすると、トンネル内半径３は６，１００ｍｍとなる。この円形内面断面の空間内には、在来線の建築定規幅４の３，２００ｍｍと建築定規高５の４，７００ｍｍとで構成規定される列車の安全走行に必要な建築限界６を、それらを支持するトンネル内構造物と共に上下左右に４線となる複々線を支障なく余裕をもって納めることが出来る。トンネル内の底には、列車荷重とそれらを支承する架台などの全ての荷重を受け支えるインバートコンクリート７を流し込んで固め、このインバートコンクリート７上に下部急行往路線路９ｂを敷き、ここを通る車両の建築限界６に抵触しない両側のインバーターコンクリート７上に、上層架脚柱８、８をに立ててその上端に橋梁１０ａを渡し掛けたその上へ、上部急行復路線路９ａを敷設する。この図で下部急行往路線路９ｂの建築限界６の範囲を示す内側には、よく解るように実際の車両（ＪＲ新快速２２３系）の正面図を配した。これによって急行の往復線路がトンネル内で上下二層として敷設される。
次に各停の往復線路については、トンネル内で幅が最も広くなっている中段の両側において設けられるが、その線路を支えるための橋梁１０ｂおよび１０ｂは、その一方側がそれぞれ上層架脚柱８の中程の位置で支持固定されるが、その他端側では、特許第３０９９０８６号における円弧柱（１４）と同じ作用効果を持つ円弧脚柱１２によって支えられるが、この脚柱１２はトンネル躯体壁１ａの内側曲面に添って防震ゴムを介して密着させながら、その下方はインバートコンクリート７に対して両側から挟むようにして踏板１３を介してアンカーボルトで固定される。このようにして各停復路線路１１ａと各停往路線路１１ｂが敷設され、急行線路９ａ９ｂと共に円形断面のシールドトンネルで、その配線断面の形状が十文字状となる複々線を、単一のトンネル内でまとまった姿で実現させることが出来る。
図１の中で１４は本発明トンネルにおける外半径６，９５０ｍｍであり、１５はトンネル内火災などに対応させる吸排気ダクト、１６は電車パンダグラフへ給電する架空線を支える腕であり、１７は新幹線車両、１８は新幹線トンネルにおける大量のインバートコンクリート、１９は新幹線トンネル外半径６，５１０ｍｍ、１ｂは新幹線トンネルの躯体である。

このような十文字断面配線の複々線における各停のみが停車する中間駅は図２であり、十文字断面配線の姿はそのままとして、駅位置の部分でトンネル躯体１ａの両外側部を開口させて、その外側に駅のホーム空間を確保することが出来る駅ホームカプセル２０ａと２０ｂを取り付け、カプセル内にはそれぞれプラットホーム２１ａと２１ｂを設けて、各停復路線路１１ａの列車と各停往路線路１１ｂの列車を停車させて、中間駅における乗降客に対応させる。その間上部急行復路線路９ａと下部急行往路線路９ｂの急行列車はノンストップで走行できるから、緩急はそれぞれに効率のよい平行ダイヤを密に組めることとなって走行速度を向上させながら、複々線とすることでの増線効果を著しく高めて、輸送力の増大をもたらことが出来る。図中の２２は階段やエスカレーターである。

また図３は、急行と緩行（各駅停車）の乗客が、それぞれ相互に乗り換えを果たせる緩急乗換駅の構成を示すものであり、この構成が無くては緩急をそれぞれ専用線とする複々線の効率的な運用は果され難い。それには急行列車が停車する同じホームのすぐ向い側に緩行も停車させて、乗客に乗り換えの労やその所要時間を極力少なくし、かつ安全容易に目的を達成させなくてはならないが、同時に建設費用からは、複雑で大きい地下空間を必要とする構成はできるだけ避けて簡潔な姿が望まれるが、図３はこれらの要望を満たすものである。
この図の緩急乗り換え駅への停車を詳述すると、急行の往復線９ａ９ｂは上下二層状のままとして、上層乗換ホーム２４ａおよび下層乗換ホーム２４ｂの急行停車位置にそれぞれ停車させるが、各停はこの駅へ到達する少し手前で本発明トンネル躯体１ａから真横へ単線の小トンネル２３、２３として脱出させて、上部急行が復路線路９ａとして停車する駅の上層乗換ホーム２４ａの向かい側に各停として停車できるように、復路の各停線路１１ａを上昇させて導く。同様に下部急行往路線路９ｂとして停車する駅の下層乗換えホーム２４ｂの向かい側に停車できるように、往路の各停線路１１ｂを下降させて導く。２５ａは停車位置における各停の単線復路トンネル躯体であり、２５ｂは停車位置における各停の単線往路トンネル躯体である。

発明の効果

本発明は、既に実績のある新幹線複線トンネルよりも僅かに大きい掘削断面のシールドトンネルを一本だけ作れば、内部にミニ高架橋を必要とはするものの、在来線の車両を上下左右に４線となる複々線を走行させることが出来る。
そのことによつて、最初から将来の輸送需要や混雑回避を考えてこのように単一トンネルによる複々線として建設しておけば、極めて長年月にわたって都市の交通需要の増大に耐え得る都市高速鉄道を永久的な快適交通設備として確保することができる。即ち走行速度を異にする各駅停車（緩行）と急行を往復で専用線とすることが可能となり、緩急それぞれが平行ダイヤを密に組めることとなって、混雑を抑える大幅な増発を可能として輸送量を著しく高め、同時に急行列車での高速走行をも実現させ、主要駅では緩急の相互乗換を容易にすることと合わせて、旅行客には著しい快適性をもたらす。
また建設のための工事はシールド掘進が一本だけで済むからそのための費用は割安となり、完成後の運用においても一本のトンネル内のため保守管理が容易となる。そして複線トンネルを二本別々につくっての複々線の場合よりも中間駅や緩急乗換駅の構成が単純明解となって乗客の負担も減少させ、大都市の高速鉄道建設で地下鉄道としての効用を如何なく発揮することが出来る。

右側は本発明のシールドトンネル断面であり、左側の新幹線複線トンネル断面の半欠載図との規模を比較し易いように並べて掲げた。 本発明の中間駅部の断面図である。 本発明の緩急乗換駅部の断面図である。

符号の説明

１ａ 本発明のトンネル躯体
１ｂ 新幹線のトンネル躯体
１ａｃ 本発明トンネルの直径
１ｂｄ 新幹線トンネルの直径
２ トンネル躯体の壁厚
３ 本発明のトンネル内半径
４ 建築定規幅
５ 建築定規高
６ 建築限界
７ 本発明のインバートコンクリート
８ 上層架脚柱
９ａ 上部急行復路線路
９ｂ 下部急行往路線路
１０ａ 急行線の橋梁
１０ｂ 各停線の橋梁
１１ａ 各停復路線路
１１ｂ 各停往路線路
１２ 円弧脚柱
１３ 踏板
１４ 本発明トンネルの外半径
１５ 吸排気ダクト
１６ 架空線の支え腕
１７ 新幹線車両
１８ 新幹線トンネルのインバートコンクリート
１９ 新幹線トンネル外半径
２０ａ 駅ホームカプセル復路
２０ｂ 駅ホームカプセル往路
２１ａ プラットホーム復路
２１ｂ プラットホーム往路
２２ 階段やエスカレーター
２３ 単線の小トンネル
２４ａ 上層乗換ホーム復路
２４ｂ 下層乗換ホーム往路
２５ａ 各停の単線復路トンネル躯体
２５ｂ 各停の単線往路トンネル躯体
（１４） 特許第３０９９０８６号における円弧柱

Claims (1)

1. シールド掘進工法によって車両建築限界の４個分が余裕をもって納まる大きさの円形断面として作られたトンネルにおいて、中央下方の底に充填されたインバートコンクリート上に下部急行線路を設け、その線路の両側のインバートコンクリート上に立てた上層架脚柱の上端で脚柱相互間を渡し掛けた橋梁の上に上部急行線路を設け、これら急行線路の両側で円形断面トンネルの最も広幅となっている中段の位置に、上層架脚柱の中程でその一方が支えられ、他方がインバートコンクリートの側方上面で固定的に支えられながらトンネル躯体内壁面に添って防震ゴムを介して柱の側面が壁内面に圧着状に立てられた円弧脚柱の上との間に、差し渡し掛けた橋梁の上には、それぞれ往復の各停線路を設け、中間駅ではトンネル躯体の両側における地下に開口部を作って各停列車が停車する駅ホームを設け、また緩急乗換駅では各停列車の線路のみが駅手前で局部的にトンネル躯体の両側へ単線トンネルで脱出させた後に、急行列車が停車する上下の駅ホームの対向停車位置へと上昇したり降下したりして接続させることとなる、単一のシールドトンネル内を走行する線路の配線断面の姿が上下左右に十文字状の複々線となることを特徴とする地下鉄道。

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