JP4257263B2 - 連結拡幅シールドトンネルの構築方法 - Google Patents

Description

この発明は、連結拡幅シールドトンネルの構築方法に関し、特に、平行に構築されるシールドトンネル間に連結部を設けて、拡幅部を形成するシールドトンネルの構築方法に関するものである。

従来、シールド工法で地下鉄トンネルを構築する際に、ホームなどの駅舎部とそれに続く路線部分とを一連の工事により構築する方法としては、（１）駅舎部を親子シールド機などにより掘削外径を変化させて構築する方法、（２）３連シールド機などにより駅舎部を掘削後、その一部を分岐させて路線部を構築する方法、（３）単線シールドトンネルを２本掘削し、２本のシールドトンネル間にかんざし工法により連結部を形成して駅舎部とする方法がある。

しかし、（１），（２）の構築方法では、駅舎部に立坑を設けて、シールドマシンを発進させなければならないが、立坑が設けられない地点では、適用することができない。また、（３）の方法では、立坑が設けられない地点での施工が可能であるが、単線シールドトンネルを連結する作業は、地山崩落の危険性が高く、安定性を確保するために、地上側などから十分に地盤改良を実施しなければならないので、工期や工費の面で不利になる。

そこで、特許文献１には、このような問題を解決するシールド工法が提案されている。この特許文献１に開示されているシールド工法は、分離，連結可能に並列させた２連シールドマシンと、この２連シールドマシンの中間部に収納し、２連シールドマシンの連結，分離方向と直交する方向に拡縮可能な拡縮シールドマシンとを備え、駅舎部を構築する際には、拡縮シールドマシンを拡張させて，３連形状とし、路線部を構築する際には、拡縮シールドマシンを縮小して、２連形状とするようにしている。

しかしながら、このような特許文献１に開示されているシールド工法には、以下に説明する技術的な課題があった。
特開平１０−７７７７８号公報

すなわち、特許文献１に開示されているシールド工法では、分離，連結可能に並列させた２連シールドマシンと、この２連シールドマシンの中間部に収納し、２連シールドマシンの連結，分離方向と直交する方向に拡縮可能な拡縮シールドマシンとを備えているので、上述した従来工法の問題点は、解消することができるものの、駅舎部を構築する際には、拡縮シールドマシンを横方向に拡張させて，３連形状とするが、この際に用いられる拡縮シールドマシンは、２連シールドマシンの一方に収納されていることから、その大きさに制限があって、２連シールドトンネル間の連結部分の幅を十分に確保することが難しくなるという問題があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、シールドトンネル間の連結部分の幅を十分に確保することができる連結拡幅シールドトンネルの構築方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、親シールド掘進機の掘進により構築される一対のシールドトンネル間に拡幅連結部を形成する連結拡幅シールドトンネルの構築方法において、前記シールドトンネルを構築する前記親シールド掘進機には、側面の対向する位置に切削可能な覆工部がそれぞれ設けられ、前記拡幅連結部の形成予定個所に、前記覆工部が当該拡幅連結部の始端となるように前記親シールド掘進機を停止して、前記親シールド掘進機の一方の内部から横推進機を発進させて、当該親シールド掘進機の前記覆工部を切削除去した後に、他方の親シールド掘進機の前記覆工部を切削除去して、当該他方の親シールド掘進機内に到達させて、前記シールドトンネル間に連結発進部を形成し、前記連結発進部の前記親シールド掘進機の掘進方向と同じ方向の面に、カッタフェイスを有する拡幅掘進部を設け、前記拡幅掘進部と前記親シールド掘進機とを同時に掘進させて、その後方に前記シールドトンネルと前記拡幅連結部とを連結した形状の拡幅セグメントを設置して、前記シールドトンネル間に連結拡幅シールドトンネルを構築し、前記拡幅掘進部が前記拡幅連結部の形成予定個所の終端に到達すると、前記拡幅掘進部を残置させて、前記拡幅連結部の形成を終了し、以後は、前記親シールド掘進機の個別掘進により前記シールドトンネルを構築するようにした。

このように構成した連結拡幅シールドトンネルの構築方法によれば、親シールド掘進機の一方の内部から横推進機を発進させて、当該親シールド掘進機の覆工部を切削除去した後に、他方の親シールド掘進機の覆工部を切削除去して、当該他方の親シールド掘進機内に到達させて、シールドトンネル間に連結発進部を形成し、連結発進部の親シールド掘進機の掘進方向と同じ面に、カッタフェイスを有する拡幅掘進部を設け、拡幅掘進部と親シールド掘進機とを同時に掘進させて、その後方にシールドトンネルと拡幅連結部とを連結した形状の拡幅セグメントを設置して、シールドトンネル間に連結拡幅シールドトンネルを構築する。

この際に、拡幅連結部の幅は、連結発進部の長さによって決定するが、連結発進部は、横推進機の推進により形成し、その部分の長さに制限がないので、シールドトンネル間の連結部分の幅を十分に確保することができる。

前記覆工部は、前記親シールド掘進機の外周に、内部側から撤去可能な補強材により支持された曲板状に形成され、前記親シールド掘進機が前記拡幅連結部の形成予定個所に到達した後に、前記補強材を撤去することができる。

前記親シールド掘進機は、分離可能に結合される中空円筒状の前胴，中胴，後胴を備え、前記中胴は、分離可能に結合される第１および第２拡幅掘進部と残置部とを有し、前記拡幅掘進部と前記親シールド掘進機とを同時に掘進させる際に、前記後胴と前記残置部と分離して、前記残置部を前記シールドトンネル側に残置させることができる。

前記中胴の第１拡幅掘進部は、前記拡幅連結部の形成を終了した後に、前記親シールド掘進機を個別掘進させる際に、前記第２拡幅掘進部から分離して残置させることができる。

前記横掘進機は、角筒状の本体と、前記本体の前面に設けられたカッターフェイスと、カッターフェイスに揺動自在に支持されたカッタービットとで構成することができる。

本発明にかかる連結拡幅シールドトンネルの構築方法によれば、連結部分の幅を十分に確保することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１から図２２は、本発明にかかる連結拡幅シールドトンネルの構築方法一実施例を示している。

これらの図に示した連結拡幅シールドトンネルの構築方法は、一対の左および右親シールド掘進機１０，１０ａで、一般部を構築する工程（Ｉ）と、駅舎部などに用いられる拡幅連結部１２を構築する工程（ＩＩ）と、拡幅連結部１２を切り離して、再び一般部を構築する工程（ＩＩＩ）に大別される。

一般部の構築工程（Ｉ）の詳細を図１〜図４に示している。一般部の構築工程（Ｉ）は、通常のシールド工法と同様に、各親親シールド掘進機１０，１０ａで地盤を掘削し、掘進機１０，１０ａの後方に、順次セグメント１４，１４ａが、環状に組立てられて、それぞれ円形断面のシールドトンネル１６，１６ａが構築される。

この際に、本実施例の場合には、一対の左，右親シールド掘進機１０，１０ａは、ほぼ並行に配置され、ほぼ同時に同じような進捗状態で掘進される。図５，６に、掘削に用いる親シールド掘進機１０，１０ａの詳細を示している。

なお、親シールド掘進機１０，１０ａは、実質的に同じ構造になっているので、同一部分には、同じ符号を付すとともに、以下の説明では、一方を代表して説明する。

図５，６に示した親シールド掘進機１０は、それぞれが分離可能に連結される中空円筒状の前胴１００，１０１中胴，後胴１０２を有している。前胴１００の前端には、地盤土砂を掘削するカッタフェイス１０３が回転自在に支持されている。

前胴１００と中胴１０１との間には、第１中折れ機構１０４が介装され、中胴１０１と後胴１０２との間には、第２中折れ機構１０５が介装されている。中胴１０１は、前胴１００側の第１および第２拡幅掘進部１０６，１０７と、後胴１０２側の残置部１０８に分かれていて、各拡幅掘進部１０６，１０７および残置部１０７とは、それぞれ分離可能な構造になっている。

後胴１０２の後端内周面には、環状の第１テールブラシ１０９が固設され、第１および第２拡幅掘進部１０６，１０７の後端内周面には、環状の第２，３テールブラシ１１０，１１１が固設されている。

また、後胴１０２内には、セグメント１４の組み付け用のエレクタ１１２が設置されるとともに、掘進機１０を前進させる複数のシールドジャッキ１１３が設置されている。

なお、図５，６に示した親シールド掘進機１０，１０ａは、詳細を図示していないが、カッタフェイス１０３の回転駆動用モータや、掘削土砂の排土機構など、シールドトンネル１６，１６ａを構築する際に、必要とされる公知の機構をそれぞれ備えている。

さらに、本実施例の場合には、各親シールド掘進機１０，１０ａは、図１〜図４に示すように、覆工部１８，１８ａを備えている。この覆工部１８，１８ａは、シールド掘進機１０，１０ａの後部側に位置する中胴１０１，１０１ａに設けられていて、後述する横推進機により切削可能な部材、例えば、鉄筋に替えて、炭素繊維などを補強材として用いたコンクリートなどから構成されている。

覆工部１８，１８ａは、中胴１０１，１０１ａのスキンプレートを、所定の幅で、周方向に１２０°程度削除して、その部分に曲板状の切削可能な部材を嵌合固定したものであって、図２に示すように、一対の左，右親シールド掘進機１０，１０ａの対向する側面部分に配置されている。

各覆工部１８，１８ａは、図４に断面を示すように、内部側から撤去可能な分割式補強材２０，２０ａにより支持されている。並行に配置された一対の左，右親シールド掘進機１０，１０ａで、それぞれ円形断面のシールトンネル１６，１６ａを構築しながら、拡幅連結部１２の形成予定個所にこれらが到達すると、左，右親シールド掘進機１０，１０ａの掘進が停止される。

このとき、各親シールド掘進機１０，１０ａの覆工部１８，１８ａが当該拡幅連結部１２の形成予定個所の始端となるように、シールド掘進機１０，１０ａの相対位置計測を行い、所定の位置で停止させて、その後、駅舎部などに用いられる拡幅連結部１２を構築する工程（ＩＩ）が実施される。

この拡幅連結部１２の構築工程（ＩＩ）は、図７〜図９に示す横推進機２２の発進準備工程（ＩＩ−１）と、図１１〜図１４に示す連結発進部２４の形成工程（ＩＩ−２）と、図１５〜図１７に示す拡幅掘進準備工程（ＩＩ−３）と、図１８〜図１９に示す拡幅連結部１２の形成工程（ＩＩ−４）とからなっている。

横推進機２２の発進準備工程（ＩＩ−１）では、まず、図８に示すように、各親シールド掘進機１０，１０ａの後胴１０２，１０２ａの後端側をセグメント１４，１４ａに固定して、シールド掘進機１０，１０ａの移動を規制する。

次に、各親シールド掘進機１０，１０ａの内部において、横推進機２２の発進の障害となる内蔵機器（エレクタ１１２，１１２ａやシールドジャッキ１１３，１１３ａなど）を撤去する。

そして、各親シールド掘進機１０，１０ａの覆工部１８，１８ａの背面側に設けられている補強材２０，２０ａを撤去し、発進側の親シールド掘進機１０内に、図７に示すように、反力鋼材２６を設置し、反力鋼材２６の前面に推進ジャッキ２８を設けて、その前方に横推進機２２を配置する。

横推進機２２は、覆工部１８，１８ａの投影形状と相似形である長方形状の角筒状本体２２ａを備え、本体２２ａの前面には、図１０に示すように、長方形平面のカッタフェイス２２ｂが設けられていて、カッタフェイス２２ｂには、クランクシャフトの回転駆動により平面内で揺動運動を行うことで、地盤を掘削する多数のカッタビット２２ｃが、モザイク状に配置され、かつ、各ビット２２ｃは、揺動自在に支持されている。

一方、到達側の親シールド掘進機１０ａ側では、補強材２０ａを撤去した覆工部１８ａの背面側には、図９に示すように、到達した横推進機２２を内部に受け入れるための凹状の隔壁３２が設置され、この隔壁３２内には、掘削可能な充填材３０が充填されている。

以上のような横推進機２２の発進準備工程（ＩＩ−１）が終了すると、次に、横推進機２２を推進させて、連結発進部２４の形成工程（ＩＩ−２）が実施される。連結発進部２４を形成する際には、まず、図１１（ａ）に示すように、横推進機２２の前端のカッタビット２２ｃが、覆工部１８に対向するように初期セットされ、推進ジャッキ２８を伸長させて、横推進機２２を所定のストロークだけ前方に押出す。

次に、同図（ｂ）に示すように、推進ジャッキ２８を収縮させて、ジャッキ２８と横推進機２２の後端との間に、押角鋼材３４を挿入し（図１１（ｃ）参照）、再びジャッキ２８を伸長させて、横推進機２２を押出し、このような押角鋼材３４の挿入と、推進ジャッキ２８の伸縮操作を、図１１（ｄ）から同図（ｆ）に示すように、複数回繰り返えす。

このような操作により、図１１（ｇ）に示すように、押角鋼材３４と横推進機２２との間に、横推進機２２と同じ形状の中空函体３６の挿入空間が形成されるので、横推進機２２の後端に、中空函体３６を挿入して、再び推進ジャッキ２８を伸長させる。そして、引き続いて、図１１（ａ）〜（ｇ）に示した操作を繰り返しながら、中空函体３６の挿入設置を継続する。

この際に、横推進機２２は、カッタフェイス２２ｂを作動させて、覆工部１８を切削して、地山側に突出し、カッタフェイス２２ｂの作動により、推進ジャッキ２８の推力を受けながら、地山土砂を掘削して、掘削土砂を内部に取り込みながら前進する。このときの横推進機２２の前進形態を図１２に斜視図で示している。

そして、複数個の中空函体３６を後端側に順次連結して、横推進機２２が到達側の親シールド掘進機１０ａに到達すると、図１３，１４に示すように、掘進機１０ａ側の覆工部１８ａを切削除去して、さらに、隔壁３２内の充填材３０内まで貫入させる。

隔壁３２内に貫入させた横推進機２２は、その外周を覆工部１８ａに内面側に密着固定し、その後に、隔壁３２を残余の充填材３０と共に撤去する。以上の工程を経ることにより、一対の親シールド掘進機１０，１０ａ間には、図１４に示す連結発進部２４が形成される。このようにして、連結発進部２４が形成されると、次に、拡幅掘進準備工程（ＩＩ−３）が実施される。

この場合、複数の中空函体３６を相互に連結することで形成された連結発進部２４は、図１３および図１５，１７にその詳細を示すように、残置部３６ａと、掘進部３６ｂ、カッターカバー部３６ｃとから構成されている。

残置部３６ａは、連結発進部２４の掘進方向の後端側にあって、掘進部３６ｂと分離可能に構成され、両端が各親シールド掘進機１０，１０ａの中胴１０１，１０１ａの残置部１０８，１０８ａに固定一体化される。

また、掘進部３６ｂは、連結発進部２４の中間にあって、両端が各親シールド掘進機１０，１０ａの中胴１０１，１０１ａの第１拡幅推進部１０６，１０６ａに固定一体化される。

カッターカバー部３６ｃは、連結発進部２４の前端側にあって、掘進部３６ｂと分離可能に構成され、内部にカッターフェイス３６ｄが設置されると、各親シールド掘進機１０，１０ａ側に引き込み撤去される。

カッターフェイス３６ｄは、上述した横推進機２２のカッターフェイス２２ｂと同様に揺動駆動により地盤掘削が可能なものであって、連結発進部２４の前面側を覆うように設けられる。

カッターカバー部３６ｃを撤去すると、カッターフェイス３６ｄが、親シールド掘進機１０，１０ａの掘進方向と同じ方向に露出し、内周面にカッターフェイス３６ｄが固設された掘進部３６ｂは、カッターフェイス３６とともに拡幅掘進部３７を構成する。

一方、親シールド掘進機１０，１０ａにおいては、図１６に示すように、自走式エレクタ３８をそれぞれ設置するとともに、後胴１０２，１０２ａと中胴１０１，１０１ａの残置部１０８，１０８ａは、コンクリートを打設してセグメント１４，１４ａに固定し、自走式エレクタ３８の走行路盤に兼用する。

中胴１０１，１０１ａの残置部１０８，１０８ａと第１拡幅掘進部１０６，１０６ａとの間は分離し、残置部１０８，１０８ａがシールドトンネル１６，１６ａ側に残置するようにする。さらに、シールドシャッキ１１３，１１３ａは、中胴１０１，１０１ａの第１および第２拡幅掘進部１０６，１０６ａ，１０７，１０７ａ間に配置する。

以上のようにして、拡幅掘進準備工程（ＩＩ−３）が終了すると、図１８〜図２０に示すように、拡幅連結部１２の形成工程（ＩＩ−４）が実施される。この拡幅連結部１２の形成工程では、一対の親シールド掘進機１０，１０ａと、拡幅掘進部３７が、後部側にそれぞれ反力をとって、掘削しながら前進移動し、所定距離前進すると、これらの後部側に、図１８に示すように、拡幅部セグメント４０が設置される。

この拡幅部セグメント４０は、一対の円形を角形の拡幅連結部１２で結合した形状であって、このようなセグメント４０は、自走式エレクタ３８により組み付けられる。そして、拡幅連結部１２の形成が、その形成予定個所の終端に到達すると、次に、拡幅連結部１２を切り離して、再び一般部を構築する工程（ＩＩＩ）が実施される。

この工程では、まず、図２１に示すように、各親シールド掘進機１０，１０ａの中胴１０１，１０１ａの第１拡幅掘進部１０６，１０６ａを、第２拡幅掘進部１０７，１０７ａから分離して、拡幅部セグメント４０に固定するとともに、シールドジャッキ１１３，１１３ａを、前胴１００，１００ａと第２拡幅掘進部１０７，１０７ａとの間に移設する。

そして、エレクタ１１２，１１２ａを第２拡幅掘進部１０７，１０７ａ内に設置し、自走式エレクタ３８を撤去する。このような準備が終了すると、親シールド掘進機１０，１０ａを掘削前進させると、拡幅掘削部３７は、掘削部３６ｂが第１拡幅掘進部１０６，１０６ａに固定一体化されているので、その位置に残置され、親シールド掘進機１０，１０ａだけが掘削前進する。

親シールド掘進機１０，１０ａが掘削前進すると、その後端側に一般用のセグメント１４，１４ａが環状に組み立てられて、引き続いて一般部の構築が行われる。

さて、以上のように構成した連結拡幅トンネルの構築方法によれば、親シールド掘進機１０の内部から横推進機２２を発進させて、当該親シールド掘進機１０の覆工部１８を切削除去した後に、他方の親シールド掘進機１０ａの覆工部１８ａを切削除去して、当該他方の親シールド掘進機１０ａ内に到達させて、シールドトンネル間に連結発進部２４を形成し、連結発進部２４の親シールド掘進機１０，１０ａの掘進方向と同じ方向に、カッタフェイス３６ｄを有する拡幅掘進部３７を設け、拡幅掘進部３７と親シールド掘進機１０，１０ａとを同時に掘進させて、その後方にシールドトンネルと拡幅連結部１２とを連結した形状の拡幅セグメント４０を設置して、シールドトンネル間に連結拡幅シールドトンネルを構築する。

この際に、拡幅連結部１２の幅は、連結発進部２４の長さによって決定するが、連結発進部２４は、横推進機２２の推進により形成し、その部分の長さに制限がないので、シールドトンネル間の連結部分の幅を十分に確保することができる。

本発明にかかる連結拡幅シールドトンネルの構築方法によれば、連結部分の幅を大きくとることができ、例えば、地下鉄トンネルの駅舎部を線路部と一連の工事により構築する場合に有効に活用することができる。

本発明にかかる連結拡幅シールドトンネルの構築方法において、一般部を構築する工程の説明図である。 図１の上面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。 図１に示した親シールド掘進機の外観図である。 図５の断面図である。 本発明にかかる連結拡幅シールドトンネルの構築方法における横推進機の発進準備工程の説明図である。 図７のＣ−Ｃ線断面説明図である。 本発明にかかる連結拡幅シールドトンネルの構築方法における横推進機の発進準備工程の説明図である。 図７に示した横推進機の正面に設けられたカッタービットが揺動駆動される際の説明図である。 本発明にかかる連結拡幅シールドトンネルの構築方法における連結発進部の形成工程を示す断面説明図である。 図１１に示した連結発進部の形成工程で、横推進機の推進状態を示す斜視図である。 本発明にかかる連結拡幅シールドトンネルの構築方法における連結発進部の形成完了状態の斜視図である。 図１３の要部断面図である。 本発明にかかる連結拡幅シールドトンネルの構築方法における拡幅掘進の準備工程を示す斜視図である。 図１５の要部断面図である。 図１５の要部断面図である。 本発明にかかる連結拡幅シールドトンネルの構築方法における拡幅連結部の形成工程を示す斜視図である。 図１８の正面図である。 図１８の要部断面図である。 本発明にかかる連結拡幅シールドトンネルの構築方法における拡幅連結部を切離して、再び一般部の構築する際の工程を示す斜視図である。 図２１の要部断面図である。

符号の説明

１０，１０ａ 親シールド掘進機
１２ 拡幅連結部
１４，１４ａ セグメント
１８，１８ａ 覆工部
２０，２０ａ 補強材
２２ 横推進機
２４ 連結発進部
２８ 推進ジャッキ
３６ 中空函体
３７ 拡幅掘進部１４

Claims (5)

1. 親シールド掘進機の掘進により構築される一対のシールドトンネル間に拡幅連結部を形成する連結拡幅シールドトンネルの構築方法において、
   前記シールドトンネルを構築する前記親シールド掘進機には、側面の対向する位置に切削可能な覆工部がそれぞれ設けられ、
   前記拡幅連結部の形成予定個所に、前記覆工部が当該拡幅連結部の始端となるように前記親シールド掘進機を停止して、
   前記親シールド掘進機の一方の内部から横推進機を発進させて、当該親シールド掘進機の前記覆工部を切削除去した後に、他方の親シールド掘進機の前記覆工部を切削除去して、当該他方の親シールド掘進機内に到達させて、前記シールドトンネル間に連結発進部を形成し、
   前記連結発進部の前記親シールド掘進機の掘進方向と同方向の面に、カッタフェイスを有する拡幅掘進部を設け、前記拡幅掘進部と前記親シールド掘進機とを同時に掘進させて、
   その後方に前記シールドトンネルと前記拡幅連結部とを連結した形状の拡幅セグメントを設置して、前記シールドトンネル間に連結拡幅シールドトンネルを構築し、
   前記拡幅掘進部が前記拡幅連結部の形成予定個所の終端に到達すると、前記拡幅掘進部を残置させて、前記拡幅連結部の形成を終了し、
   以後は、前記親シールド掘進機の個別掘進により前記シールドトンネルを構築することを特徴とする連結拡幅シールドトンネルの構築方法。
2. 前記覆工部は、前記親シールド掘進機の外周に、内部側から撤去可能な補強材により支持された曲板状に形成され、前記親シールド掘進機が前記拡幅連結部の形成予定個所に到達した後に、前記補強材を撤去することを特徴とする請求項１記載の連結拡幅シールドトンネルの構築方法。
3. 前記親シールド掘進機は、分離可能に結合される中空円筒状の前胴，中胴，後胴を備え、
   前記中胴は、分離可能に結合される第１および第２拡幅掘進部と残置部とを有し、
   前記拡幅掘進部と前記親シールド掘進機とを同時に掘進させる際に、前記後胴と前記残置部と分離して、前記残置部を前記シールドトンネル側に残置させることを特徴とする請求項１または２記載の連結拡幅シールドトンネルの構築方法。
4. 前記中胴の第１拡幅掘進部は、前記拡幅連結部の形成を終了した後に、前記親シールド掘進機の個別掘進させる際に、前記第２拡幅掘進部から分離して残置させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の連結拡幅トンネルの構築方法。
5. 前記横掘進機は、角筒状の本体と、前記本体の前面に設けられたカッターフェイスと、カッターフェイスに揺動自在に支持されたカッタービットとを備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の連結拡幅トンネルの構築方法。

Images