JP4782704B2 - シールドトンネルの拡幅構造、シールドトンネルセグメント及びシールドトンネルの拡幅方法 - Google Patents

Description

本発明は、シールドトンネルの覆工断面を拡大したシールドトンネルの拡幅構造、それに使用するシールドトンネルセグメント、及びシールドトンネルの拡幅方法に関する。

従来の拡幅方法としては次のような工法があった。
（１）切り拡げ部分のセグメントを取り外し、新たなセグメントを組み立てる方法
この方法では、セグメントを取り外す際に、トンネル全体の安定性が損なわれ、変形してしまう。それを防止するための補強工が大規模となる。
（２）連結セグメントを溶接等でシールドトンネルセグメントに固定する方法
この方法では、溶接作業のスペース確保のため、シールドトンネルセグメントの周囲を大きく切り拡げる必要がある。
（３）鉄筋コンクリートにより切り拡げ部に躯体を構築する方法
この方法では、コンクリート部材の寸法が大きくなり、切り拡げ掘削の範囲が広がり、コスト、工期がかかる。

これらの問題点を解決するための技術として、特許文献１（特開２００６−１８３３５２号公報）に記載の方法があり、この方法では次のようにして拡幅する。
シールド機の部分拡幅用カッタにより上下の部分拡幅部を掘削し、シールド機が進行するに伴いシールドテールから上下の鋼製セグメントが放出された時点で、シールド機内の上部用連結セグメント押込装置及び下部用連結セグメント押込装置の油圧ジャッキの伸張動作によって、上下の鋼製セグメント内から連結セグメントを掘削部分拡幅部に押し込む。
このようにして覆工の完了した当該拡幅区間において、覆工トンネル内部より、本線トンネルとランプトンネルの間において、上下の地山に対して薬液注入工を施す。
次に、上下の薬液注入工において、本線トンネル及びランプトンネルの連結セグメントの間に長尺鋼管フォアパイリングによるアーチ状の支保工を施工する。
そして、本線トンネル及びランプトンネルの間において、上下の支保工間の地山を掘削する。
次に、本線トンネル及びランプトンネルの連結セグメントにわたって鋼殻を設置するとともに、その鋼殻内へのコンクリート打設工を施工する。
その後、本線トンネル及びランプトンネルのセグメントリングの互いに隣接するセグメントを撤去して、本線トンネルとランプトンネルを横方向に連続させる。

しかし、この方法では、特殊なシールド機を使って連結セグメントをシールドトンネル内から地盤に押し出すため、特殊な機械が必要でありコストが高い。また、連結セグメントを押し出すため、シールドトンネルの止水性の確保が問題となる。
特開２００６−１８３３５２号公報

本発明の課題は、特殊なシールド機を使って拡幅のためのセグメントを地盤に押し出すようなことがなく、しかも、切り拡げ部のセグメントを取り外す前に、拡幅のための新しいトンネル覆工を設置することにより、トンネルの変形を抑制しつつ、拡大したトンネルを容易に完成することができるようにすることにある。

請求項１の本発明は、シールドトンネルを構成するセグメント本体の外面に仮補填ケースを着脱自在に取り付けた拡幅セグメント接合用凹部が形成され、前記仮補填ケース中に充填材を充填することにより拡幅セグメント接合用凹部を仮に補填できるようにしたものである。

請求項２の本発明は、請求項１の発明において、拡幅セグメント接合用凹部が、セグメント本体の金属製部分で形成され、前記接合用凹部にボルト接合孔を設けたものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、拡幅セグメント接合用凹部の裏側の厚さを厚くしたものである。

請求項４の発明は、拡幅セグメント接合用凹部の裏側に補強ピースを付設したものである。

請求項５の本発明は、シールドトンネルのセグメント組み立て後、そのセグメントの外面に仮補填ケース中に充填材を充填した仮補填部材を着脱自在に取り付けた拡幅セグメント接合凹部を形成し、前記仮補填部材を撤去して前記接合用凹部に拡幅セグメントの端部を嵌合させてこれらセグメントを接合することにより、拡幅セグメントによる拡幅覆工をシールドトンネルからその外側へ延設し、該拡幅覆工までシールドトンネルを切り拡げることを特徴とする。

請求項６の本発明は、並行する２つのシールドトンネルのセグメント組み立て後、それらのセグメントの外面に仮補填ケース中に充填材を充填した仮補填部材を着脱自在に取り付けた拡幅セグメント接合用凹部を形成し、前記仮補填部材を撤去して前記接合凹部に拡幅セグメントの端部を嵌合させてこれらセグメントを接合することにより、両シールドトンネル間に拡幅セグメントによる拡幅覆工を延設し、前記２つのシールドトンネル間を拡幅覆工まで切り拡げることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記並行する２つのシールドトンネル相互間で隣接するセグメントの間の土砂を残して、両シールドトンネルの拡幅セグメント接合用凹部を有するセグメント間の拡幅領域を掘削した後、両シールドトンネルの拡幅セグメント接合用凹部間に拡幅セグメントによる拡幅覆工を延設するまでの間、両シールドトンネルのセグメントリング状態を保持し、拡幅覆工の延設完了後、前記隣接するセグメントの撤去とその間の土砂の排除を行うことを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項５乃至７のいずれかにおいて、前記シールドトンネルのセグメントリング同士において、互いの拡幅セグメント接合用凹部をトンネル軸方向に揃えることを特徴とする。

請求項１の発明のシールドトンネルセグメントによれば、シールドトンネルからの拡幅覆工の施工が容易で、従来に比べ工費及び工期を低減できる。また、拡幅覆工のセグメントと安定して接合できるので、拡幅覆工とシールドトンネル覆工とが強固に一体化した安定した拡幅構造となる。また、拡幅覆工施工前に拡幅セグメント接合用凹部を補填しておくに当たり、その補填を容易に行える。
請求項２の発明のシールドトンネルセグメントによれば、拡幅セグメント接合用凹部がセグメント本体の金属製部分で形成され、この凹部にボルト接合孔が設けられているので、拡幅セグメントとの接合をボルトにより簡単かつ強固に行える。

請求項３の発明は、拡幅セグメント接合用凹部の裏側を厚く補強した。
請求項４の発明もセグメントの接合用凹部を補強する。
請求項５の発明の拡幅方法によれば、前記請求項１の効果の他に、拡幅覆工の施工が容易で、従来に比べ工費及び工期を低減できる。また、拡幅覆工のセグメントとシールドトンネル覆工のセグメントとを安定して接合できるので、拡幅覆工とシールドトンネル覆工とが強固に一体化した安定した拡幅構造を構築できる。

請求項６の発明の拡幅方法によれば、前記請求項１の効果の他に、並行する２つのシールドトンネル間での上下の拡幅覆工の施工が容易で、従来に比べ工費及び工期を低減できる。また、上下の拡幅覆工のセグメントとシールドトンネル覆工のセグメントとを安定して接合できるので、両シールドトンネル覆工とその間の上下の拡幅覆工とが強固に一体化した安定した拡幅構造、例えば、外圧に対して有利なほぼ楕円形の大断面トルネル覆工を経済的に構築できる。

請求項７の発明の拡幅方法によれば、前記請求項６の効果の他に、拡幅覆工の施工が完了するまで両シールドトンネルのセグメントリング状態を保持し、完了後に、両シールドトンネル相互間の隣接するセグメントの撤去及びその間の土砂の排除を行うので、両シールドトンネルの変形を抑制することができ、トンネル補強を省略することができる。

請求項８の発明の拡幅方法によれば、前記請求項５乃至７のいずれかに付加して、シールドトンネルのセグメントリング同士において、互いの拡幅セグメント接合用凹部をトンネル軸方向に揃えることにより、拡幅セグメント接合用凹部がトンネル覆工の外面でトンネル軸方向に連続して溝状となるので、拡幅覆工を施工するに当たり、シールドトンネル相互間でのセグメントの位置ずれを吸収して、拡幅覆工を閉合できる。

次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

実施例１は、並行する２つのシールドトンネル間を拡幅する場合である。
図１は、２つの単円のシールドトンネル１・２が並行し、そのぞれぞれのセングメントの組み立ては完了していて、これからシールドトンネル１・２間を拡幅しようとしている状態である。

各シールドトンネル１・２の上部及び下部のそれぞれには、通常のセグメントに代えて、外面に拡幅セグメント接合用凹部３（以下、凹部３と略記する）を有するセグメント１ａ・１ｂ及び２ａ・２ｂが使用され、それぞれの凹部３は仮補填部材４で補填され、これらセグメント１ａ・１ｂ及び２ａ・２ｂの外面も他のセグメントの外面と連続する円周面となっている。これらセグメント１ａ・１ｂ及び２ａ・２ｂでは、外面に凹部３を形成しているため、凹部形成部分の強度が他の部分より弱くなるが、その部分の厚さを裏側に厚くすることで補強している。

凹部３自体はほぼ断面三角形であるが、両シールドトンネル１・２相互では、その三角形が互いに逆向きとなるようなセグメント組立形態になっている。そして、各シールドトンネル１・２のそれぞれでは、各セグメントリングについて凹部３が上部と下部とにそれぞれ一つずつ存在することになり、その上部の凹部３は、セグメントリング相互ではトンネル軸方向に連続して断面三角形の溝状となり、また、下部の凹部３も、セグメントリング相互ではトンネル軸方向に連続して断面三角形の溝状となる。なお、凹部３の断面形状は三角形に限られるものではない。

図２は、拡幅のために、両シールドトンネル１・２間の上部と下部を掘削し、上部掘削空間５及び下部掘削空間６を形成した状態で、仮補填部材４は撤去されて、上部のセグメント１ａ・２ａの凹部３は上部掘削空間５内に開口し、下部のセグメント１ｂ・２ｂの凹部３は下部掘削空間６内に開口している。上部掘削空間５の天井部５ａ及び下部掘削空間６の底部６ｂは薬液注入等により地盤改良され、上部掘削空間５の底部５ｂは、均しコンクリート打設又は吹付コンクリートにより補強され、下部掘削空間６の天井部６ａは、矢板設置又は吹付コンクリートにより補強されているが、これら上下の補強部分の間の土砂７、つまり、両シールドトンネル１・２相互の隣接するセグメント（凹部３が無いセグメント）の間の土砂７は残してある。

図３は、上部掘削空間５内において、上部拡幅覆工を両方のシールドトンネル１・２から施工していく施工例を示す。各シールドトンネル１・２の上部のセグメント１ａ・２ａのそれぞれにつき、その凹部３に拡幅覆工用の拡幅セグメント８の端部を嵌合させて、各セグメント１ａ・２ａにこの拡幅セグメント８を例えばボルトを用いて接合した後、他の拡幅セグメント９を順次継ぎ足し接合する。

そして、最後に、図４に示すように中間の隣接する２つの拡幅セグメント９間にクサビ１０を差し込んで拡幅セグメント全体を閉合することで、アーチ形の上部拡幅覆工を完成する。

図２における下部掘削空間６内でも、下部のセグメント１ｂ・２ｂに対して同様に拡幅セグメント８を接合した後、他の拡幅セグメント９を順次継ぎ足し接合することにより、下部拡幅覆工を完成する。

このようにして上部拡幅覆工及び下部拡幅覆工を施工した後、各シールドトンネル１・２のそれぞれにつき、凹部３を有する上下のセグメント１ａ・１ｂの間のセグメント１ｃ、及び同じく凹部３を有する上下のセグメント２ａ・２ｂの間のセグメント２ｃを撤去するとともに、これらの間に残っていた土砂７を排除すると、図５に示すように、両シールドトンネル１・２が上部拡幅覆工１１及び下部拡幅覆工１２により覆工断面を拡大された、ほぼ楕円形の大断面トルネル覆工が完成する。

上部拡幅覆工１１及び下部拡幅覆工１２を施工するに当たり、拡幅セグメント８・９は図６の展開図に示すようにトンネル軸方向に千鳥組とするが、凹部３は、各シールドトンネル１・２において上述のようにトンネル軸方向に連続して溝状となっているので、両シールドトンネル１・２相互でセグメントリング１ｄ・２ｄの位置が同図に示すようにトンネル軸方向にずれていても、凹部３を有するセグメント１ａ・１ｂ及び２ａ・２ｂと拡幅セグメント８とを接合するに当たり、その接合を行うボルトのための孔の位置（孔あけ位置）を調整することで容易に対応できる。

次に、凹部３を有するセグメント１ａ・１ｂ及び２ａ・２ｂの具体例について、そのなかの一つのセグメント２ａを代表として説明する。

図７に示すように、セグメント２ａは、全体鋼製の鋼製セグメント、又は鋼製のセグメント本体の中空部にコンクリート詰めしたいわゆる合成セグメントで、その凹部３は、その鋼製部分を断面三角形に欠如したようにしてセグメント２ａの外面に形成されている。凹部３の底面は、その両側部分３ａを残して底抜けとなり、セグメント２ａの内面側の開口部１３へ通じている。

この凹部３を補填しておくため、上面が開口した金属製（例えば鋼製）の仮補填ケース１４が用意されている。この仮補填ケース１４は凹部３に合致する箱状で、図８に示すように凹部３に着脱自在に嵌合させることができ、これに設けられたボルト孔１５を凹部３側のボルト孔１６に合わせてボルト（図示せず）で止めるようになっている。この後、図９に示すように、仮補填ケース１４内にコンクリート等の充填材１７を充填する。その充填したものが仮補填部材４となって凹部３を仮に補填することになる。

図２に示したように拡幅覆工を施工する準備ができたら、図１０に示すように仮補填部材４を撤去して凹部３を開放し、図１１及び図１２に示すように拡幅セグメント８の端部８ａを凹部３に嵌合させ、その嵌合部分をボルトで緊締して拡幅セグメント８をセグメント２ａに接合する。その際、セグメント２ａの内面側の開口部１３はボルト接合のための作業口となる。拡幅セグメント８の端部８ａは、凹部３に合致させるため拡幅セグメント８の内面側を部分的に厚くしてある。

セグメント２ａ以外のセグメント１ａ・１ｂ及び２ｂも、具体例としてはセグメント２ａと同様の構造とする。

図１３及び図１４に、凹部３を有するセグメント１ａ・１ｂ及び２ａ・２ｂをこのような構造とした場合の拡幅セグメント８とのトンネル軸方向の接合関係を示す。

各シールドトンネル１・２においてセグメントをトンネル軸方向に組み立てる場合、凹部３を揃えて組み立てるので、凹部３はトンネル軸方向に溝状に連続する。両シールドトンネル１・２の対応するセグメントリング間に拡幅セグメント８・９をアーチ形に組み立てて接合する場合、両シールドトンネル１・２相互でセグメントリングがトンネル軸方向にずれていると、片側のシールドトンネル（図の例ではシールドトンネル２）では、拡幅セグメント８の端部８ａを凹部３に対してトンネル軸方向に正確に揃えて嵌合させることができるが、反対側のシールドトンネル（図の例ではシールドトンネル１）では、図１４に拡大して示すように、拡幅セグメント８の端部８ａが対応する凹部３よりずれて、隣の凹部３にも部分的に嵌合することになる。

しかし、拡幅セグメント８の端部８ａが、このように、対応する凹部３より位置ずれして嵌合しても、ボルト接合のための孔をその位置ずれに応じてあけることにより、支障なく接合できる。

凹部３を有するセグメント１ａ・１ｂ及び２ａ・２ｂでは、凹部形成部分の強度が他の部分より弱くなるため、上記の実施例では、その部分の厚さを裏側に厚くすることで補強したが、図１５に示すように、補強ピース１８を用意してこれを凹部形成部分の裏側に付設することで補強してもよい。

実施例２は、１つのシールドトンネルの側方を拡幅して例えば非常駐車帯を構築する場合である。
図１６（Ａ）に示すように、１つのシールドトンネル１の上下２箇所に凹部３を有するセグメント１ａ・１ｂを用い、これらの間の外側拡幅領域１９を掘削して、これらセグメント１ａ・１ｂに図１６（Ｂ）に示すように拡幅セグメント８を接合し、さらに別の拡幅セグメント９を接合して拡幅覆工を施工した後、これらセグメント１ａ・１ｂ間の不要なセグメントを撤去する。

これに対して従来は、図１７（Ａ）に示すようにシールドトンネル１の外側拡幅領域２０を掘削した後、図１７（Ｂ）に示すように鉄筋コンクリートによる躯体２１を構築していたが、図１６に示す実施例２によると、非常駐車帯を容易かつ経済的にしかも安全に構築できる。

並行する２つのシールドトンネル間を拡幅する本発明の実施例１を示し、これら２つのシールドトンネルの断面図である。 実施例１において、両シールドトンネル間の上部と下部を掘削した状態の断面図である。 実施例１において、上部掘削空間内で拡幅セグメントを接合していく状態の断面図である。 同じく拡幅セグメントを閉合する状態の断面図である。 実施例１において、両シールドトンネルが上部拡幅覆工及び下部拡幅覆工により覆工断面を拡大され、ほぼ楕円形の大断面トルネル覆工が完成した状態の断面図である。 拡幅セグメントの組み立て形態をトンネル覆工断面と対照させて示す展開図である。 拡幅セグメント接合用凹部を有するセグメントの具体的構造例を仮補填ケースと共に示す斜視図である。 仮補填ケースを拡幅セグメント接合用凹部に嵌合させた状態の斜視図である。 仮補填ケースに充填材を充填した状態の斜視図である。 仮補填ケースに充填材を充填した仮補填部材を撤去した状態の斜視図である。 拡幅セグメント接合用凹部を有するセグメントに拡幅セグメントを接合していく状態の斜視図である。 拡幅セグメントを接合した後の斜視図である。 拡幅セグメント接合用凹部を有するセグメントと拡幅セグメントとのトンネル軸方向の接合関係を示す斜視図である。 その一部の拡大斜視図である。 拡幅セグメント接合用凹部を有するセグメントの凹部形成部分を補強ピースで補強する例を示す簡略図で、（Ａ）は補強ピースを付設する前の状態、（Ｂ）は付設した後の状態である。 １つのシールドトンネルの側方を拡幅する実施例２を示す簡略図で、（Ａ）は拡幅覆工の施工前の状態、（Ｂ）は施工後の状態である。 実施例２と比較する従来例を示す簡略図で、（Ａ）は拡幅の躯体施工前の状態、（Ｂ）は躯体施工後の状態である。

符号の説明

１・２ シールドトンネル
１ｄ・２ｄ セグメントリング
３ 拡幅セグメント接合用凹部
１ａ・１ｂ、２ａ・２ｂ セグメント
４ 仮補填部材
５ 上部掘削空間
５ａ 天井部
５ｂ 底部
６ 下部掘削空間
６ａ 天井部
６ｂ 底部
７ 土砂
８ 拡幅セグメント
８ａ 端部
９ 拡幅セグメント
１０ クサビ
１１ 上部拡幅覆工
１２ 下部拡幅覆工
１３ 開口部
１４ 仮補填ケース
１５・１６ ボルト孔
１７ 充填材
１８ 補強ピース

Claims (8)

1. シールドトンネルを構成するセグメント本体の外面に仮補填ケースを着脱自在に取り付けた拡幅セグメント接合用凹部が形成され、前記仮補填ケース中に充填材を充填することにより拡幅セグメント接合用凹部を仮に補填できるようにしたことを特徴とするシールドトンネルセグメント。
2. 前記拡幅セグメント接合用凹部が、セグメント本体の金属製部分で形成され、前記接合用凹部にボルト接合孔を設けたことを特徴とする請求項１に記載のシールドトンネルセグメント。
3. 前記拡幅セグメント接合用凹部の裏側の厚さを厚くしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のシールドトンネルセグメント。
4. 前記拡幅セグメント接合用凹部の裏側に補強ピースを付設したことを特徴とする請求項１又は２に記載のシールドトンネルセグメント。
5. シールドトンネルのセグメント組み立て後、そのセグメントの外面に仮補填ケース中に充填材を充填した仮補填部材を着脱自在に取り付けた拡幅セグメント接合凹部を形成し、前記仮補填部材を撤去して前記接合用凹部に拡幅セグメントの端部を嵌合させてこれらセグメントを接合することにより、拡幅セグメントによる拡幅覆工をシールドトンネルからその外側へ延設し、該拡幅覆工までシールドトンネルを切り拡げることを特徴とするシールドトンネルの拡幅方法。
6. 並行する２つのシールドトンネルのセグメント組み立て後、それらのセグメントの外面に仮補填ケース中に充填材を充填した仮補填部材を着脱自在に取り付けた拡幅セグメント接合用凹部を形成し、前記仮補填部材を撤去して前記接合凹部に拡幅セグメントの端部を嵌合させてこれらセグメントを接合することにより、両シールドトンネル間に拡幅セグメントによる拡幅覆工を延設し、前記２つのシールドトンネル間を拡幅覆工まで切り拡げることを特徴とするシールドトンネルの拡幅方法。
7. 前記並行する２つのシールドトンネル相互間で隣接するセグメントの間の土砂を残して、両シールドトンネルの拡幅セグメント接合用凹部を有するセグメント間の拡幅領域を掘削した後、両シールドトンネルの拡幅セグメント接合用凹部間に拡幅セグメントによる拡幅覆工を延設するまでの間、両シールドトンネルのセグメントリング状態を保持し、拡幅覆工の延設完了後、前記隣接するセグメントの撤去とその間の土砂の排除を行うことを特徴とする請求項６に記載のシールドトンネルの拡幅方法。
8. 前記シールドトンネルのセグメントリング同士において、互いの拡幅セグメント接合用凹部をトンネル軸方向に揃えることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載のシールドトンネルの拡幅方法。

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