JP4188268B2

JP4188268B2 - トンネルの推進工法

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Publication number: JP4188268B2
Application number: JP2004078308A
Authority: JP
Inventors: 拓史坂口; 雅由中川; 琢郎小坂; 健太郎吉田; 洋樹染谷; 彰夫橋口
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2004-03-18
Filing date: 2004-03-18
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2024-03-18
Also published as: JP2005264552A

Description

本発明はトンネルの推進工法に関し、主として既存の鉄道軌道や道路の下をその横断方向に掘進して踏切りや交差点を立体化する場合に適している。

トンネルの構築工法として、発進側の立坑内に設置された推進用ジャッキを用いて、順次函体を継ぎながら地山中に押し込み、所定の地中管路を構築するトンネルの推進工法が知られ、主として鉄道や道路横断などの比較手的短区間で実施されている。

ところで、これまでのトンネルの推進工法は、主に上下水道や電力通信設備などを布設するための共同講として用いられるトンネルの施工を対象とし、したがってトンネルの口径が２ｍ程度と小径で、大口径のトンネルの施工には主にシールド工法が利用されていた。
特開平０２−２９９９１号公報特開平０６−７３９９３号公報

大口径のトンネルを推進工法によって施工するには、相当大きな推力を必要とし、立坑面積も相当大きくする必要があり、さらに函体間の継手や止水の処理が非常に面倒である等の課題がある。

また特に、既存の鉄道軌道の下にその横断方向にトンネルを掘進して踏切を立体化する場合、地盤の沈下が許されない等の施工上の制約が非常に多いため、シールド工法は適さない。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、特に大口径のトンネルをきわめて効率的に構築できるトンネルの推進工法を提供することを目的とするものである。

請求項１記載のトンネルの推進工法は、発進側の立坑内に設置された推進用ジャッキを用いて、順次函体を継ぎながら軌道または道路下の地中に押し込むことにより、軌道または道路の横断方向にトンネルを構築するトンネルの推進工法において、前記立坑内においてセグメントリングを複数リング組み立てるとともに、複数リングを互いに結合し、かつ当該セグメントリングの軸方向および断面方向にプレストレスを導入して一体的函体を形成し、当該函体を前記推進用ジャッキによって前記軌道または道路下の地中に押し込むことを特徴とするものである。

本発明は、複数のセグメントリングからなる函体を、その断面方向と軸方向にプレストレスを導入して完全な一体化構造とすることにより、トンネルの覆工材としてセグメントリングを利用して、大口径のトンネルを推進工法で構築できるようにしたものである。特に、推進ジャッキの非常に大きな推力で函体を押し出す際の各リング間およびセグメント間のずれや座屈を確実に防止することができる。

なお、この場合のセグメントリングは、ＲＣセグメントで形成することができ、また円形または矩形のリング状に形成することができる。またここで、函体の断面方向とは、函体の周方向または函体の幅方向および上下方向を意味する。
また，本工法でいうセグメントおよびセグメントリングは、いわゆる「シールド工法」で用いられるセグメントおよびセグメントリングに限定して述べているのではなく、広くトンネルの地山の覆工材として用いられるプレキャストコンクリートブロックを指している。

請求項２記載のトンネルの推進工法は、請求項１記載のトンネルの推進工法において、断面方向のプレストレスを導入するＰＣ鋼材の端部は、函体の外面側で定着されてなることを特徴とするものである。

本発明は、セグメントリングの組み立ておよび結合が、立坑内で行うことができることに伴い、函体の断面方向にプレストレスを導入するＰＣ鋼材端部の定着も立坑内で容易に行うことができる。

請求項３記載のトンネルの推進工法は、請求項１または２記載のトンネルの推進工法において、各セグメント間の継手部にせん断キーを取り付けてなることを特徴とするものである。

この場合のせん断キーは、特にシース管の通る位置に取り付け、かつ中央にシース管と連通する貫通孔を設けることで、セグメントリングの断面方向に挿通するＰＣ鋼材を通すためのシース管と兼用させることができ、前記ＰＣ鋼材と配置上干渉し合うのを防止することができる。また、合成樹脂などの弾性材から形成することにより、コンクリートのひび割れを防止することでき、しかもセグメント接続時にある程度の緩衝材の効果も期待できる。

また、セグメントの継手部でＰＣ鋼材どうしを結合する場合は、例えば図３(ｃ)に図示するようにＰＣ鋼材どうしを結合するカプラーとせん断キーとを組み合わせた構造のせん断キーを取り付けることにより、断面の薄いセグメントの断面内を有効に活用することができる。

請求項４記載のトンネルの推進工法は、請求項１〜３のいずれかに記載のトンネルの推進工法において、セグメントリング間の継手部の外周に凹部を形成し、当該凹部に止水部材を取り付けてなることを特徴とするものである。

本発明は、各セグメントリング間の止水処理が、リング間継手部の外周に止水部材を取り付けることによりなされているため、立坑内での函体の組み立ての際に、確実に行うことができる。また、止水部材はリング間継手部に形成された凹部内に取り付けられ、継手部の表面に突出しないため、函体の推進時に剥離したりする恐れがなく、また摩擦によって函体の推進力が大きくなることもない。

本発明は、複数のセグメントリングからなる函体を、その断面方向と軸方向にプレストレスを導入して完全な一体化構造とすることにより、大口径のトンネルの覆工材としてセグメントリングを利用し、かつ推進工法によって構築することができる。特に推進ジャッキの非常に大きな推力で函体を押し出す際の各リング間およびセグメント間のずれや座屈を確実に防止することができる。

図１(ａ)，(ｂ)は、既設の鉄道軌道の直下に横断道路として構築されたトンネルの一例を示し、図において、軌道１の下に大口径のトンネル２が断面略矩形状に構築され、トンネル２は断面略矩形状に構築された複数の函体３を軌道下の地中にその横断方向に互いに結合しながら設置することにより構築されている。

各函体３は、複数のセグメントリング４を軌道１の横断方向、すなわちトンネル２の軸方向に互いに結合しながら設置することにより形成され、また各セグメントリング４は複数のセグメント５ａ，５ｂおよび５ｃをトンネル２の周方向に互いに結合しながら設置することにより形成されている。

この場合のセグメント５ａ，５ｂおよび５ｃはいずれも運搬可能な重量および大きさに形成され、特にセグメント５ａと５ｂはそれぞれ、函体３の床版部と頂版部をなすセグメントであり、いずれもＵ字状に形成され、特に床版部となるセグメント５ａの左右コーナ部は偏圧などによる応力集中にも充分に耐え得るように外側と内側の両面が曲面状に形成され、またセグメント５ｃは函体３の側壁部をなすもので平板状に形成されている。

また、これらのセグメント５ａ，５ｂおよび５ｃは、例えば図２(ａ)に図示するように各セグメント間の継手部が函体３の軸方向に直線状に連続する芋組形式に配置され、特に推力の大きい場合や偏圧の考慮される場合は、例えば図２(ｂ)に図示するように各セグメント間の継手部が函体３の断面方向に交互にずれる千鳥組形式に配置されている。

また、こうして配置された各セグメントリング４のセグメント５ａと５ｃ、およびセグメント５ｂとセグメント５ｃとの各継手部には、例えば図３(ａ)〜(ｃ)に図示するようにそれぞれ各セグメントリング４の断面内にズレが発生しないようにせん断キー６が介在されている。

この場合のせん断キー６は、後述するＰＣ鋼材８と配置上干渉しないように、ＰＣ鋼材８が挿通されたシース管と兼用され、またコンクリートのひび割れを防止し、かつセグメント接続時にある程度の緩衝材の効果を期待できるように合成樹脂などから形成されている。

また特に、セグメントの継手部でＰＣ鋼材８どうしを結合する場合は、例えば図３(ｃ)に図示するようにＰＣ鋼材８どうしを結合するためのカプラーとせん断キー６とを組み合わせた構造のせん断キー７が使用され、断面の薄いセグメントの断面内が有効に活用されている。具体的にはＰＣ鋼材８どうしを結合するためのカプラーには一般的なカプラーが用いられ、カプラー回りの接続部に樹脂材７ａが配置されている。

また、図４(ａ)，(ｂ)に図示するように、各セグメントリング４の断面方向にＰＣ鋼材８が挿通され、またセグメントリング４のリング方向にＰＣ鋼材９が、複数のリング間に連続して挿通されており、このＰＣ鋼材８と９によって各函体３の軸方向と断面方向にそれぞれ所定量のプレストレスを導入することにより、セグメントリング４，４間およびセグメント５ａ，５ｂおよび５ｃ間の完全な一体化が図られている。

また、各函体３の軸方向にそれぞれ挿通されたＰＣ鋼材９、９は、例えば図５に図示するように、各函体３，３の継手部においてカプラー１０を介してそれぞれ接合されている。

また、各セグメントリング４，４間の継手部、セグメント５ａとセグメント５ｃとの継手部およびセグメント５ｂとセグメント５ｃとの継手部には止水部材を取り付けることにより各継手部の止水処理が確実になされ、特に各セグメントリング４，４間の継手部においては、例えば図６(ａ)に図示するように継手部の外側に所定深さの溝条部１１がセグメントリング４の断面方向に連続して形成され、この溝条部１１内にシール材１２が貼り付ける等して取り付けられている。

なお、図６(ｂ)，(ｃ)は特に、リング間継手部の止水性の向上を図ったもので、図６(ｂ)に図示した例の場合、継手部に生じる目違いをスケールできるようにシール材１２の中央にわずかな深さの溝条部１２ａが形成されている。

また、図６(ｃ)に図示した例の場合、施工誤差で生ずるリング間の目違いを吸収するために、中央部にわずかな深さの溝条部１１ｂを形成して中央部を薄くすることで、両端でのシール材接面圧のバランスが保持されている。

次に、本発明のトンネルの推進工法を順を追って説明する。

１．最初に、軌道１の両側に発進立坑１３と到達立坑１４をそれぞれ構築する。また、軌道１直下の地盤中に発進立坑１３から到達立坑１４まで連続するフリクションカットプレート１５とルーフパイプ１６をそれぞれ設置する(図７(ａ)参照)。
フリクションカットプレート１５と箱形ルーフ(ルーフパイプ)１６は掘削による切り羽の緩みをなくし、かつ地盤沈下を防止する目的で設置するもので、特に箱形ルーフ１６は所定の長さに形成された角形鋼管を複数、軌道１の横断方向に接合ボルトで継ぎながら並列に設置して形成する。

２．次に、発進立坑１３内に掘削機１７と推進ジャッキ１８をそれぞれセットする。そして、推進ジャッキ１８で掘削機１７を押して前進させながら、掘削機１７によって軌道１直下の地盤を到達立坑１４側に向かって掘進する。推進ジャッキ１８の１ストローク分を掘進したら推進ジャッキ１８を縮める(図７(ｂ)参照)。

３．次に、発進立坑１３内にセグメント５ａ，５ｂおよびセグメント５ｃを搬入し、これらのセグメントを組み立てて複数のセグメントリング４を形成し、さらにこのセグメントリング４をリング方向に結合して最初の函体３Ａを形成する(図７(ｃ)参照)。

４．次に、函体３Ａを掘削機１７の後部にセットし、函体３Ａと函体３Ｂとを互いに接続し、かつ掘削機１７と函体３Ａを推進ジャッキ１８で押して前進させながら、掘削機１７によって軌道１直下の地盤を到達立坑１４側に向かってさらに掘進する(図７(ｄ)参照)。そして、推進ジャッキ１８の１ストローク分を掘進したら推進ジャッキ１８を縮める(図８(ａ)参照)。

５．次に、発進立坑１３内にセグメント５ａ，５ｂおよびセグメント５ｃを搬入し、これらのセグメントを組み立てて複数のセグメントリング４を形成し、さらにこのセグメントリング４をリング方向に結合して第２番目の函体３Ｂを形成する(図８(ｂ)参照)。

６．次に、第２番の函体３Ｂを最初の函体３Ａの後部にセットし、掘削機１７と複数の函体(図では２個の函体)３Ａ，３Ｂを推進ジャッキ１８で押して前進させながら、掘削機１７によって軌道１直下の地盤をさらに到達立坑１４側に向かって掘進する(図８(ｄ)参照)。そして、推進ジャッキ１８の１ストローク分を掘進したら推進ジャッキ１８を縮める。

以下、同様にして掘削機１７による地盤の掘削と発進立坑１３内における第３番目、第４番目の函体３の組立および接続を交互に行って軌道１の横断方向に発進立坑１３から到達立坑１４まで連続するトンネル２を構築する。

なお、掘削機１７による軌道１直下の掘進に際し、掘削機１７は箱形ルーフ１６を到達立坑１４側に押しながらフリクションカットプレート１５の直下を掘進し、そして到達立坑１４内に押し出された箱形ルーフ１６は、到達立坑１４において鋼管１６ａとして切り離し、順次回収する。また、フリクションカットプレート１５は補強材として地盤中に残す。

また、各函体３どうしの接続時に、例えば函体３Ａと函体３Ｂとの接続時に、掘削機１７前面の土圧や水圧によって函体３Ａ，３Ｂが発進立坑１３内に押し戻されることがあり、このような場合には、例えば図９と図１０にそれぞれ図示するような函体バック防止機構を利用するものとする。

図９(ａ)，(ｂ)に図示する例の場合、各函体３の後端部、すなわち各函体３の最後尾に結合されたセグメントリング４の上端部と下端部にアンカー部材１９をそれぞれ埋め込み、このアンカー部材１９を発進立坑１３の内壁部１３ａに設置した受け部２０にアンカーボルト等で固定することにより、函体３が押し戻されないようにされている。なお、この場合のアンカー部材１９と受け部材２０は鋼材などで形成することができる。

また、図１０(ａ)，(ｂ)に図示する例の場合、各函体３の後端部、すなわち函体３の最後尾に結合されたセグメントリング４の上端部と下端部に凹部４ａを、受け部材１９に固定用ジャッキ２１をそれぞれ設け、この固定用ジャッキ２１を凹部４ａに強く押し付けて上下から強く固定することによって、函体３が押し戻されないようにされている。

いずれの機構も、アンカー部材１９と凹部４ａは各函体３毎に設け、各函体３の各セグメントリング４毎に設ける必要がないので、きわめて簡単な方法で函体３を押し戻されないように強固に固定することができる。

また特に、図９(ａ)，(ｂ)に図示する例の場合、ボルトアンカーによる対応になるので、現場状況に応じてフレキシブルに対応できる等のメリットがあり、また図１０(ａ)，(ｂ)に図示する例の場合、特に函体３の下端部に設置されたジャッキ２１については、函体３の自重により非常に大きな摩擦抵抗を発生させるようなジャッキ圧をかけることが可能なため、函体３を押し戻されないようにきわめて効率的に固定することができる。

また、函体３の下端部に設置された固定用ジャッキ２１の遠隔操作は、函体３の下側に作業者が入って行うのではなく、遠隔操作によって行うことにより安全施工と効率的施工を図ることができる。

本発明は、既設の鉄道軌道や道路の下をその横断方向に掘進して踏切りや道路の交差点を立体化する場合、鉄道軌道や道路の下に大口径のトンネルをきわめて効率的に構築することができる。

既設の鉄道軌道の下に構築されたトンネルを示し、(ａ)はその縦断面図、(ｂ)はその一部斜視図である。 (ａ)，(ｂ)は、函体を示す斜視図である。 (ａ)，(ｂ)，(ｃ)は、セグメントの継手部を示す断面図である。函体を示し、(ａ)はその一部斜視図、(ｂ)は平面図である。函体の一部断面図である。 (ａ)，(ｂ)，(ｃ)は、セグメントリングの継手部を示す一部断面図である。 (ａ)〜(ｄ)は、施工工程を示す断面図である。 (ａ)〜(ｄ)は、施工工程を示す断面図である。函体のバック防止構造を示し、(ａ)は側面図、(ｂ)は正面図である。函体のバック防止構造を示し、(ａ)は側面図、(ｂ)は正面図である。

符号の説明

１軌道
２トンネル
３函体
３Ａ函体
３Ｂ函体
４セグメントリング
５ａセグメント
５ｂセグメント
５ｃセグメント
６せん断キー
７せん断キー
８ＰＣ鋼材
９ＰＣ鋼材
１０カプラー
１１溝状部
１２止水部材
１３発進立坑
１４到達立坑
１５フリクションカットプレート
１６箱形ルーフ(ルーフパイプ)
１７掘削機
１８推進用ジャッキ
１９アンカー部材
２０受け部材
２１固定用ジャッキ

Claims

発進側の立坑内に設置された推進用ジャッキを用いて、順次函体を継ぎながら軌道または道路下の地中に押し込むことにより、軌道または道路の横断方向にトンネルを構築するトンネルの推進工法において、前記立坑内においてセグメントリングを複数リング組み立てるとともに複数リングを互いに結合し、かつ当該セグメントリングの軸方向および断面方向にプレストレスを導入して一体的な函体を形成し、当該函体を前記推進用ジャッキによって前記軌道または道路下の地中に押し込むことを特徴とするトンネルの推進工法。
断面方向のプレストレスを導入するＰＣ鋼材の端部は、函体の外面側で定着されてなることを特徴とする請求項１記載のトンネルの推進工法。
セグメント間の継手部にせん断キーを取り付けてなることを特徴とする請求項１または２記載のトンネルの推進工法。
セグメントリング間の継手部の外周に凹部を形成し、当該凹部に止水部材を取り付けてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のトンネルの推進工法。