JP4866827B2 - 推進函体構造 - Google Patents

Description

本発明は、推進工法によって推進される推進函体構造に関する。

従来、鉄道や道路の地下立体交差を非開削工法で施工する場合、シールド工法によって大断面トンネルを小断面トンネルに分割して、これら小断面トンネルを小断面のシールド掘削機で施工し、最後に大断面トンネルの外殻をなす壁を一体化させるとともに、その壁の内部を撤去することで大断面トンネルを構築する方法がある。このような小断面を施工する方法として、推進工法により推進函体を推進させる方法があり、正面視で矩形枠状をなす推進函体の先頭にカッタを備えたシールド掘削機を備え、シールド掘削機の前進と共にシールド掘削機とこれを推進させるための推進ジャッキとの間に推進函体を順次継ぎ足しながら推進させる推進施工である。

このような推進函体では、トンネル直線部においては前後の推進函体の接合端面どうしが均等に当接するので、推進力も接合端面において均等に伝達されることになる。ところが、トンネル曲線部では、その曲率半径方向で内側の接合端面どうしの間隔が小さくなって当接し、外側の接合端面どうしの間に隙間が生じることになり、その内側の接合端面に推進力が集中することになるため、推進函体の内側の接合端面が破損するおそれがあった。そこで、トンネル曲線部の内側の接合端面どうしが当接して破損しないようにした構造の推進函体が、例えば特許文献１に開示されている。

特許文献１は、推進函体の一端側の接合端面に円弧面を有する凹部が形成され、他端側の接合端面に凹部に係合する凸部が形成され、トンネル曲線部において凹部と凸部とが係合した状態で、その凹凸部の両脇の一部に一方の推進函体の端面から突出した推力伝達部材が配置されている。つまり、凹凸部の係合面が円弧状をなしているので、トンネル曲線部において前後の推進函体が異なる方向を向いても、前記係合面は常に接触して係合した状態となり、この凹凸部と推力伝達部材とを介して推進力を伝達する構成について開示したものである。
特開２００７−７０９３８号公報

しかしながら、従来の推進函体構造では以下のような問題がある。
すなわち、特許文献１では、とくにトンネル曲線部において凹凸部と接合端面の一部に設けられた推力伝達部材とが、トンネル軸方向（推進方向）に隣接配置される推進函体どうしで推進力を伝達する箇所となり、両接合端面の接触面積が部分的な範囲となるので、推進函体どうしの間で確実に推進力を伝達することができないという欠点があった。そのため、推進力を確実に伝達できる推進函体の構造が求められており、その点で改良の余地が残されていた。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、トンネル曲線部において隣接する推進函体の接合端面どうしの接触面積を増大させることで、推進伝達効率の向上を図るようにした推進函体構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る推進函体構造では、上下一対の横壁部と、左右一対の縦壁部とを矩形の四辺に配置して矩形枠状に形成した複数の推進函体を直列に配置し、推進函体の接合端面どうしを当接させて推進させる推進函体構造であって、推進函体には、一端側の接合端面に全体にわたって弾性を有する推力伝達部材が設けられ、推力伝達部材には、横壁部において横方向中央部を突出させた横壁凸状部が形成され、横壁凸状部を推進函体の他端側の接合端面に当接させた状態で、推力伝達部材が圧縮及び復元可能となっていることを特徴としている。
本発明では、推進函体がトンネル直線部を推進するとき、推進函体の一端側の接合端面に設けた推力伝達部材が他端側の接合端面全体の範囲で均等に圧縮した状態で当接するため、接合端面全体の範囲で推力伝達部材を介して推進力を伝達することができる。そして、トンネル曲線部では、接合端面の曲率半径方向内側（曲率半径の中心側）で接合端面同士の離間が小さくなるため、推力伝達部材の横壁凸状部が弾性変形により圧縮する。そして、横壁凸状部の横方向中央部では、接合端面の離間が大きくなるが、その中央部が最も前方側に突出する形状であるため、前記離間に対応して復元することになる。つまり、接合端面の曲率半径方向内側から横方向中央部までの範囲において、横壁凸状部が後方接合端面に当接した状態となる。そのため、トンネル曲線部で推進力が集中する接合端面の曲率半径方向内側の範囲において、推力伝達部材を介して推進力を伝達することができる。また、推力伝達部材が隣接する推進函体どうしの間で緩衝材の役割を果たすことになることから、従来のようにトンネル曲線部で曲率半径方向内側に位置する接合端面に推進力が集中することによって生じる推進函体の破損を防ぐことができる。

また、本発明に係る推進函体構造では、横壁凸状部は、横方向両端部から中央部に向けて段差状に形成されていることが好ましい。
本発明では、横壁凸状部における個々の段差部が他端側の接合端面に対応して弾性変形することから、両者の接触面積を増大させることができ、推進力の伝達効率をより一層向上させることができる。

また、本発明に係る推進函体構造では、縦壁部には、推力伝達部材に縦方向中央部を突出させた縦壁凸状部が形成されていることが好ましい。
本発明では、先行する推進函体が後続する推進函体に対して上向き又は下向きに傾斜した状態で推進する場合であっても、その推進函体の位置に応じて縦壁凸状部が弾性変形によって適宜圧縮及び復元して他端側の接合端面に対して隙間無く当接した状態を保持することができるので、その接合端面全体で均等に伝達して先端部の掘削機へ確実に伝達することができる。

本発明の推進函体構造によれば、トンネル曲線部において、推進力が接合端面で曲率半径方向内側に集中する範囲、すなわち横壁凸状部が弾性変形によって圧縮及び復元して横方向中央部から前記内側の範囲で他端側の接合端面に隙間無く当接した状態を保持することができ、当該範囲において接合端面どうしの接触面積を低下させることがなく、その接合端面全体の範囲で均等に伝達して先端部の掘削機へ確実に伝達することができることから、推進伝達効率を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態による推進函体構造について、図１乃至図６に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態による推進函体を設置しながら大断面トンネルを施工する概要を示す斜視図、図２は図１に示す推進函体どうしの接合構造を示す斜視図、図３は図２に示す推進函体の接合構造の平面図、図４は推進函体の接合構造の側面図、図５はトンネル直線部推進時の推進函体の状態を示す平面図、図６はトンネル曲線部推進時の推進函体の状態を示す平面図である。

図１に示すように、本実施の形態による推進函体構造は、シールド工法によって大断面トンネルを小断面トンネルに分割して、これら小断面トンネルを小断面のシールド掘削機２で掘削し、推進函体１をシールド掘削機２によって掘削されたトンネルの軸方向に沿って順次継ぎ足して直列に配置させる推進工法に採用され、その推進函体１、１どうしの接合端面の構造に適用されるものである。なお、大断面トンネルは、小断面トンネルを形成する推進函体１を正面視で適宜上下左右に隣接させた状態で配置され、大断面トンネルの外殻部を残してその内部を撤去することにより構築されるが、詳細な説明については省略する。

本推進函体１は、周知の推進工法と同様の施工手順によって構築される。つまり、推進先端に位置する推進函体１に、その推進函体１の外形より少し大きな外形をなすシールド掘削機２を備え、推進方向に連結された推進函体１の後尾に位置する推進函体１をトンネル基端部（発進部）に備えた推進ジャッキ（図示省略）によって推進させる。つまり、推進ジャッキの推進力を後方から先端のシールド掘削機２に伝達させることによって、すべての推進函体１を効率的に押し進めて推進を行うものである。
なお、以下の説明では、推進方向の進行側を「前方」とし、その反対側を「後方」として以下統一して用いる。

図２に示すように、推進函体１は、ＲＣコンクリート製をなし、上下一対の横壁部１１、１２と左右一対の縦壁部１３、１４とを矩形の四辺に配置して正面視で矩形枠体状に形成されている。そして、トンネル軸方向（推進方向）に配置される推進函体１、１同士の間には、周方向全周にわたって推力伝達部材１０が設けられている。すなわち、推進函体１の前方接合端面１ａに推力伝達部材１０が設けられ、推力伝達部材１０が推進函体１の後方接合端面１ｂに当接した状態となるようになっている。

図２及び図３に示すように、推力伝達部材１０には、横壁部１１、１２において横方向中央部を突出させた横壁凸状部１０Ａが形成されている。さらに具体的には、推力伝達部材１０は、例えば発泡スチロールやゴムなどの弾性を有する材料（弾性部材）からなり、横方向両端部から中央部に向けて段差状に形成されており、横方向の長さの異なる３枚の弾性部材を前方側に短い長さのものが配置されるように重ね合わせ、それぞれを固着して形成されている。そして、推力伝達部材１０の段差形状は、幅方向（横方向）で左右対称となっている。

また、図２及び図４に示すように、推力伝達部材１０は、縦壁部１３、１４において縦方向に均一な厚さ寸法をなす縦壁平板部１０Ｂが形成されている。縦壁平板部１０Ｂは、横壁部１１、１２の横方向両端部に位置する推力伝達部材１０と面一となるようにほぼ同じ厚さ寸法となっている。

図５に示すように、本推進函体１では、先行する推進函体１（符号１Ａとする）の後方接合端面１ｂに、後続する推進函体１（符号１Ｂとする）の推力伝達部材１０の横壁凸状部１０Ａを押圧させたとき、推力伝達部材１０がその弾性力で圧縮して後方接合端面１ｂに当接した状態となるように構成されている。
このとき、横壁凸状部１０Ａにおける個々の段差部が後方接合端面１ｂに対応して弾性変形することから、後方接合端面１ｂと横壁凸状部１０Ａとの接触面積を増大させることができ、推進力の伝達効率をより一層向上させることが可能な構成となっている。

次に、このように構成される推進函体１の作用について、図面に基づいて説明する。
図５に示すように、推進函体１がトンネル直線部を推進するとき、推力伝達部材１０がその弾性変形によって後方接合端面１ｂに対してほぼ全体で均等に圧縮された状態で当接する。つまり、接合端面全体の範囲で、推力伝達部材１０を介して後続の推進函体１Ｂから先行する推進函体１Ａへトンネル軸方向（推進方向）に推進力を伝達することができる。ここで、図５に示すように示す符号Ｏは、推進函体１Ａ、１Ｂの推進軸方向を示している。

また、図６に示すように、推進函体１がトンネル曲線部を推進するとき、推進方向に隣接する推進函体１Ａ、１Ｂどうしが所定の角度（図６に示す符号θ）をもって折り曲げられた状態で推進されることになる。ここで、図６において、符号Ｏは後続する推進函体１Ｂの推進軸線を示し、符号Ｏ´は先行する推進函体１Ａの推進軸線を示している。

トンネル曲線部では、トンネル曲線部の曲率半径方向の内側Ｓ（曲率半径の中心側）では接合端面１ａ、１ｂ同士の離間が小さくなるため、推力伝達部材１０の横壁凸状部１０Ａが弾性変形により圧縮する。一方、外側Ｔ（曲率半径の中心側と反対側）では、接合端面１ａ、１ｂ同士の離間が大きくなるので、横壁凸状部１０Ａと後方接合端面１ｂとの間に隙間が生じた状態となる。そして、横壁凸状部１０Aの横方向中央部では、接合端面１ａ、１ｂの離間が大きくなるが、その中央部が最も前方側に突出する形状であるため、前記離間に対応して復元（膨張）することになる。つまり、接合端面１ａ、１ｂの曲率半径方向内側から横方向中央部までの範囲において、横壁凸状部１０Ａが後方接合端面１ｂに当接した状態となる。そのため、トンネル曲線部で推進力が集中する接合端面の曲率半径方向内側の範囲において、推力伝達部材１０を介して推進力を伝達することができる。

このように、トンネル曲線部では、推進力が接合端面で曲率半径方向内側に集中する範囲、すなわち横壁凸状部１０Ａが圧縮及び復元して横方向中央部から前記内側の範囲で後方接合端面１ｂに当接することになるため、効率よく推進力を伝達することができる。しかも、横壁凸状部１０Ａが隣接する推進函体１Ａ、１Ｂどうしの間で緩衝材の役割を果たすことになることから、従来のようにトンネル曲線部で曲率半径方向内側に位置する接合端面に推進力が集中することによって生じる推進函体の破損を防ぐことができる。

上述のように本実施の形態による推進函体構造では、トンネル曲線部において、推進力が接合端面１ａ、１ｂで曲率半径方向内側に集中する範囲、すなわち横壁凸状部１０Ａが弾性変形によって圧縮及び復元して横方向中央部から前記内側の範囲で後方接合端面１ｂに隙間無く当接した状態を保持することができ、当該範囲において接合端面どうしの接触面積を低下させることがなく、その接合端面全体の範囲で均等に伝達して先端部のシールド掘削機２へ確実に伝達することができることから、推進伝達効率を向上させることができる。

次に、本発明の実施の形態の変形例について、図７乃至図９に基づいて説明するが、上述の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、実施の形態と異なる構成について説明する。
図７は本実施の形態の第１変形例による推進函体構造を示す平面図であって、図３に対応する図である。
図７に示すように、本第１変形例は、実施の形態では推力伝達部材１０において段差状をなす横壁凸状部１０Ａ（図３参照）を形成しているが、これに代えて平面視で台形状をなす横壁凸状部１０Ｃを設けた構成となっている。すなわち、台形状の横壁凸状部１０Ａを後方接合端面１ｂに対して圧縮させることで、両接合端面１ａ、１ｂどうしが当接する構成となっている。

また、図８は第２変形例による推進函体構造を示す平面図であって、図３に対応する図である。
図８に示すように、第２変形例は、実施の形態では推力伝達部材１０において段差状をなす横壁凸状部１０Ａ（図３参照）を形成しているが、これに代えて平面視で円弧面を形成した横壁凸状部１０Ｄを設けた構成となっている。すなわち、円弧状の横壁凸状部１０Ｄを後方接合端面１ｂに対して圧縮させることで、両接合端面１ａ、１ｂどうしが当接する構成となっている。

また、図９は第３変形例による推進函体構造を示す側面図であって、図４に対応する図である。
図９に示すように、本第３変形例は、実施の形態の縦壁部１３、１４における縦壁平板部１０Ｂ（図４参照）に代えて段差部を形成させたものである。すなわち、推力伝達部材１０には、縦壁部１３、１４において縦方向中央部を突出させた縦壁凸状部１０Ｅが形成されている。縦壁凸状部１０Ｅは、縦方向両端部から中央部に向けて段差状に形成されており、弾性を有する材料によって形成されている。

第３変形例では、実施の形態と同様にトンネル曲線部に対応可能であり、さらにこれに加えて、先行する推進函体１Ａが後続する推進函体１Ｂに対して上向き又は下向きに傾斜した状態で推進する場合であっても、その推進函体の位置に応じて縦壁凸状部１０Ｅが弾性変形によって適宜圧縮及び復元して後方接合端面１ｂに対して隙間無く当接した状態を保持することができるので、その接合端面全体で均等に伝達して先端部の掘削機へ確実に伝達することができる。

以上、本発明による推進函体構造の実施の形態及び変形例について説明したが、本発明は上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、推力伝達部材の形状、厚さなどは、推進函体の大きさ、トンネル曲線部の曲率半径などの条件に応じて適宜設定することができる。

本発明の実施の形態による推進函体を設置しながら大断面トンネルを施工する概要を示す斜視図である。 図１に示す推進函体どうしの接合構造を示す斜視図である。 図２に示す推進函体の接合構造の平面図である。 推進函体の接合構造の側面図である。 トンネル直線部推進時の推進函体の状態を示す平面図である。 トンネル曲線部推進時の推進函体の状態を示す平面図である。 本実施の形態の第１変形例による推進函体構造を示す平面図であって、図３に対応する図である。 第２変形例による推進函体構造を示す平面図であって、図３に対応する図である。 第３変形例による推進函体構造を示す側面図であって、図４に対応する図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ 推進函体
１ａ 前方接合端面
１ｂ 後方接合端面
１０ 推力伝達部材
１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｄ 横壁凸状部
１０Ｅ 縦壁凸状部
１１、１２ 横壁部
１３、１４ 縦壁部

Claims (3)

1. 上下一対の横壁部と、左右一対の縦壁部とを矩形の四辺に配置して矩形枠状に形成した複数の推進函体を直列に配置し、前記推進函体の接合端面どうしを当接させて推進させる推進函体構造であって、
   前記推進函体には、一端側の接合端面全体の範囲に弾性を有する推力伝達部材が設けられ、
   前記推力伝達部材には、前記横壁部において横方向中央部を突出させた横壁凸状部が形成され、
   前記横壁凸状部を前記推進函体の他端側の接合端面に当接させた状態で、前記推力伝達部材が圧縮及び復元可能となっていることを特徴とする推進函体構造。
2. 前記横壁凸状部は、前記横方向両端部から中央部に向けて段差状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の推進函体構造。
3. 前記縦壁部には、前記推力伝達部材に縦方向中央部を突出させた縦壁凸状部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の推進函体構造。

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