JP6549411B2 - シールドトンネルの床版構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、シールドトンネル内部の床版構造、及び、床版構築方法に関する。

シールドトンネルの施工においては、シールド機により、その先端部で地中を掘削し、後方部でセグメントを円周方向に組み立てて掘削断面を支保する覆工を構築することを１リング毎に繰り返しながら、トンネルを構築する。また、構築したトンネルの底部に床版部材を設置して、床版を構築する。

特許文献１には、シールドトンネルの床版の構築方法として、トンネル底部の幅方向中央部にボックスカルバートを設置し、ボックスカルバートと両トンネル側壁部との間に流動化処理土を充填することが開示されている。

特許文献２には、シールドトンネルの床版の構築方法として、トンネル底部の幅方向中央部にボックスカルバートを設置し、トンネル底部の幅方向両端部にボックルカルバートを挟む形で左右一対のコンクリートブロックを設置することが開示されている。

特開２００９−１５０１６５号公報 特許第５４９２３４２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、現場でボックスカルバートの左右に流動化処理土を充填するため、所定の強度に固化するまでに時間がかかる。また、充填作業を１リング毎に行うのは非効率であり、まとめて行うことになる。従って、床版の構築が遅れ、それまでの間、台車等を走行させるのに制約となり、シールドトンネルの施工効率を向上させる上で、改善の余地があった。

また、特許文献２に記載の技術では、トンネルの床版の全てをプレキャストコンクリートブロックにより形成するため、製品コスト及び輸送コストが増大し、コスト高となる。

本発明は、このような実状に鑑み、施工効率の向上、コスト低減を図ることができるシールドトンネルの床版構造、及び、床版構築方法を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係るシールドトンネルの床版構造では、トンネル内部の床版が、トンネル底部の幅方向中央部から一方のトンネル側壁部にわたって設置されるプレキャストコンクリートブロックと、前記プレキャストコンクリートブロックと他方のトンネル側壁部との間に構築される盛土構造体と、を含んで構成されることを特徴とする。
ここで、前記プレキャストコンクリートブロックは、複数、例えば、トンネル底部の幅方向中央部に設置される第１プレキャストコンクリートブロックと、前記第１プレキャストコンクリートブロックと前記一方のトンネル側壁部との間に設置される第２プレキャストコンクリートブロックと、に分割されていてもよい。

また、本発明に係るシールドトンネルの床版構築方法は、先端部で地中を掘削し後方部でセグメントを組み立てるシールド機と、前記シールド機の後方に連結されて前記シールド機の掘進に伴って移動する後続台車と、を用いて、シールドトンネルを構築しつつ、前記シールド機の後方で前記後続台車と前記シールド機に跨がって装備された組立装置を用いて、トンネル底部の幅方向中央部から一方のトンネル側壁部にわたってプレキャストコンクリートブロックを設置し、前記後続台車の後方で、前記プレキャストコンクリートブロックと他方のトンネル側壁部との間に盛土構造体を構築することを特徴とする。
ここで、前記プレキャストコンクリートブロックの設置は、前記シールド機と前記後続台車との間で行い、前記プレキャストコンクリートブロックの設置後、前記プレキャストコンクリートブロック上に、枕木を設置して、その上にレールを敷設し、前記後続台車は前記レール上を走行させるとよい。

別の床版構築方法は、先端部で地中を掘削し後方部でセグメントを組み立てるシールド機と、前記シールド機の後方に連結されて前記シールド機の掘進に伴って移動する後続台車と、を用いて、シールドトンネルを構築しつつ、前記後続台車に装備され前記後続台車の後方で作業可能な組立装置を用いて、トンネル底部の幅方向中央部から一方のトンネル側壁部にわたってプレキャストコンクリートブロックを設置し、前記後続台車の後方であって前記組立装置の作業範囲外で、前記プレキャストコンクリートブロックと他方のトンネル側壁部との間に盛土構造体を構築することを特徴とする。

本発明によれば、トンネル底部の幅方向中央部から一方のトンネル側壁部までの範囲のみをプレキャストコンクリートブロックとするため、製品コスト及び輸送コストを低減することができる。
また、残りの範囲を盛土構造体とするため、掘削により生じた排土の一部を利用でき、効率的となる。
また、トンネル底部の幅方向中央部から一方のトンネル側壁部までの範囲について床版を早期に構築できるので、台車等を走行させるのも比較的容易となる。
また、残りの範囲の盛土構造体は、後から構築、すなわち、掘削の進行に影響のない後方位置で構築すればよく、従ってまとめて構築できるので、施工効率を向上させることが可能となる。

本発明の一実施形態として示す床版構造を含むシールドトンネルの断面図 床版構築方法を示すシールドトンネルの掘進方向に沿う断面図 図２のＡ−Ａ断面図 別の床版構築方法を示すシールドトンネルの掘進方向に沿う断面図

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
先ず本発明に係るシールドトンネルの床版構造を含む内部構造物の一実施形態について図１を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態として示す床版構造を含むシールドトンネルの断面図である。

シールドトンネル１００は、掘削した坑の壁面に円周方向に複数に分割された円弧状のセグメント１０１を組み付けることにより１リングずつ構築される。

シールドトンネル（セグメント坑）１００内の床版１０２は、本実施形態では、トンネル底部の幅方向中央部に設置される第１プレキャストコンクリートブロック１０３と、第１プレキャストコンクリートブロック１０３と一方（図では右方）のトンネル側壁部１００ａとの間に設置される第２プレキャストコンクリートブロック１０４と、中央の第１プレキャストコンクリートブロック１０３と他方（図では左方）のトンネル側壁部１００ｂとの間に構築される盛土構造体１０５と、を含んで構成される。

第１プレキャストコンクリートブロック１０３は、トンネル軸方向に延びる中空部１０３ａを有し、下側が閉じたボックス型の断面形状（一般にボックスカルバートと呼ばれる）をしているが、下側が開いた門型の断面形状であってもよい。
第２プレキャストコンクリートブロック１０４は、トンネル軸方向に延びる中空部１０４ａを有し、扇型の断面形状をしている。
尚、第１及び第２プレキャストコンクリートブロック１０３、１０４のトンネル軸方向の寸法は、セグメント１０１のトンネル軸方向の寸法（１リングの幅；例えば１〜２ｍ）と一致している。

盛土構造体１０５は、第１及び第２プレキャストコンクリートブロック１０３、１０４の設置後、中央の第１プレキャストコンクリートブロック１０３と前記他方のトンネル側壁部１００ｂとの間に、流動化処理土を充填して固化させることにより構築する。
流動化処理土には、例えば現地で大量に発生するトンネル掘削土にセメント、水、流動化剤などを入れて攪拌混合したものを用いることができる。

第１及び第２プレキャストコンクリートブロック１０３、１０４、及び、盛土構造体１０５からなる床版１０２の上には、最終的に、路床１０６を構築する。これにより、路面１０７が完成する。
路床１０６は、砕石類を敷設したり、コンクリートを所定の厚さに打設したり、あるいはプレキャストコンクリート版を敷設したりする等、トンネル内の利用目的に応じた方法によって構築することができる。従って、路床１０６構築前の第１及び第２プレキャストコンクリートブロック１０３、１０４、及び、盛土構造体１０５は、多少の段差を有していてもよい。

ここにおいて、第１プレキャストコンクリートブロック１０３の中空部１０３ａは、非常時の避難通路として使用できる。また、第２プレキャストコンクリートブロック１０４の中空部１０４ａは、ライフライン敷設空間などとして使用できる。

シールドトンネル１００内での床版１０２（第１及び第２プレキャストコンクリートブロック１０３、１０４、及び、盛土構造体１０５）の構築は、次のような手順で行う。
（１）第１工程
トンネル底部の幅方向中央部に第１プレキャストコンクリートブロック１０３を設置する。
（２）第２工程
第１プレキャストコンクリートブロック１０３とトンネル側壁部１００ａとの間に第２プレキャストコンクリートブロック１０４を設置する。
（３）第３工程
中央の第１プレキャストコンクリートブロック１０３とトンネル側壁部１００ｂとの間に流動化処理土を充填し、盛土構造体１０５を構築する。

ここで、第１工程と第２工程はどちらを先に行ってもよい。すなわち、トンネル底部の幅方向端部（トンネル側壁部１００ａ側）に第２プレキャストコンクリートブロック１０４を設置し、これに密着させて、トンネル底部の幅方向中央部に第１プレキャストコンクリートブロック１０３を設置してもよい。
また、第１工程と第２工程とで床版のかなりの部分が完成し、その上を利用して台車等を走行させることが可能になる。従って、第３工程は１リング毎に行う必要はなく、後でまとめて行うことができる。

次に本発明に係るシールドトンネルの床版構築方法を含むシールドトンネルの施工方法の一実施形態について図２及び図３を参照して説明する。
図２はシールドトンネルのトンネル掘進方向に沿う断面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。

このシールドトンネルの施工装置は、先端部で地中を掘削し後方部でセグメントを組み立てるシールド機１を主体として構成される。
シールド機１は、筒状本体の前端部に配置される掘削用のカッターヘッド２と、カッターヘッド２による掘削土を後方へ排出する排土機構（スクリューコンベア３、４）と、カッターヘッド２により掘削されたトンネルの壁面にセグメントを組み付けるセグメント組み付け機構（エレクタ５）と、筒状本体を掘削と共に前進させる推進機構（シールドジャッキ７）とを含んで構成される。

排土機構は、２本のスクリューコンベア３、４を主体として構成される。スクリューコンベア３はトンネル底部より天井部へ向かって後方に延び、これに連結されるスクリューコンベア４は天井部に沿って後方に延びている。スクリューコンベア３、４により搬送された掘削土は、図示しないベルトコンベアなどにより、後述する後続台車９の上を通って、後続台車９の後方へ搬送される。

セグメント組み付け機構は、トンネル径方向及び前後方向に移動しながら、セグメント１０１を把持してトンネルの壁面に組み付けるエレクタ５を主体として構成され、更にこのエレクタ５へセグメント１０１を供給するセグメント供給機構を含んで構成される。

セグメント供給機構は、構築済みのセグメント坑の底部を移動するセグメント搬送台車６と、この搬送台車６上で最後方のセグメント搬入位置から最前方のセグメント供給位置へセグメント１０１を先送りする移送機構（図示せず）とを含んで構成される。

推進機構は、筒状本体の内面に沿ってほぼ等間隔で配置される複数のシールドジャッキ７を主体として構成され、構築済みのセグメント１０１の端面を押すことで推力を発生させる。

このシールドトンネル施工装置は、更に、シールド機１の後方に連結ビーム８により連結されてシールド機１の前進に伴って移動する門型の後続台車（門型の架台）９を含んで構成される。
後続台車９には、シールド機１の動力である電気の変電設備や、セグメント１０１の荷卸し装置、移送機構であるクレーン等が搭載・装備される。後続台車９はシールド機１の掘進に伴って移動するので、後続台車９に搭載・装備された機構・装置は移動の動力を必要としないで、常時シールド機１との好適な位置関係を維持できる。

本実施形態では、後続台車９内とシールド機１後方部に跨がって第１及び第２プレキャストコンクリートブロック１０３、１０４の組立装置１０を備える。組立装置１０は、例えばクレーンである揚重設備であったり、把持移動できるエレクタであってもよい。セグメント１０１の荷卸し装置、移送機構であるクレーンを、組立装置１０として併用してもよい。

また、本実施形態では、シールド機１と後続台車９との間で第１及び第２プレキャストコンクリートブロック１０３、１０４を設置するようにし、前記後続台車９は第１及び第２プレキャストコンクリートブロック１０３、１０４上を移動させる。
このため、設置した第１及び第２プレキャストコンクリートブロック１０３、１０４上に、トンネル幅方向に延びる鋼製の枕木２０１をトンネル軸方向に所定の間隔をあけて設置し、その上にトンネル軸方向に延びるレール２０３を敷設し、後続台車９はレール２０３上を走行させる。

枕木２０１は、トンネル幅方向に、第１及び第２プレキャストコンクリートブロック１０３、１０４上から盛土構造体の構築前の空間部２０５上に延長して設置される。このため、枕木２０１の空間部２０５側の端部はトンネル側壁部１００ｂにワイヤ２０６により保持させる。又は、トンネル側壁部１００ｂに枕木２０１を支持するためのブラケットを設置してもよい。

枕木２０１上には、また、門型の後続台車９の走行用のレール２０３の他、門型の後続台車９の中央部の空間に進入可能なように資材運搬台車１２の走行用のレール２０４を敷設する。
資材運搬台車１２は、バッテリーロコにより牽引又は押動されて、レール２０４上を走行し、坑口側から、資材（セグメント１０１と、第１及び第２プレキャストコンクリートブロック１０３、１０４）を運搬して、後続台車９に供給する。

後続台車９には、クレーン（例えばホイスト式天井クレーン）１１が備えられる。
かかるクレーン１１を用いることで、後続台車９からシールド機１へのセグメント１０１の供給を行うことができる。より詳しくは、シールド機１のセグメント搬送台車６にセグメント１０１を供給する。これにより、セグメント１０１は搬送台車６上を移送機構（図示せず）により先送りされ、エレクタ５により、カッターヘッド２によって掘削されたトンネル壁面に組み付けられる。

クレーン１１はまた、本実施形態では第１及び第２プレキャストコンクリートブロック１０３、１０４の組立装置１０として、シールド機１と後続台車９との間での第１及び第２プレキャストコンクリートブロック１０３、１０４の設置に用いる。すなわち、クレーン１１の電気ホイスト１１ｃにより、第１及び第２プレキャストコンクリートブロック１０３、１０４を所定の順序で運搬して、設置する。
従って、本実施形態では、シールド機１と後続台車９との間が、第１及び第２プレキャストコンクリートブロック１０３、１０４の設置エリアとなる。

クレーン１１は、具体的には、後続台車９内とシールド機１後方部に跨がって設けられた走行レール１１ａと、走行レール１１ａに沿ってトンネル前後方向に移動可能な横行レール１１ｂと、トンネル幅方向に移動可能な吊り上げ用の電気ホイスト１１ｃと、を含んで構成され、これらが後続台車９とシールド機１に跨がって装備された組立装置１０となる。
尚、シールド機１と後続台車９との間でプレキャストコンクリートブロックを組み立てるためには、組立装置１０はプレキャストコンクリートブロックを吊り上げて、トンネル前後方向に移動できることが好ましい。また、幅方向に分割されたプレキャストコンクリートブロックを組み立てるためには、トンネル幅方向に移動できることが好ましい。さらに、好ましくは、組立装置１０はプレキャストコンクリートブロックを吊り上げて、トンネル前後方向とトンネル幅方向に移動可能であることが好ましい。

一方、トンネル底部に残された空間部２０５への流動化処理土への充填は、後続台車９から離れた後方位置（図２中の「流動化処理土充填エリア」）にて行う。かかる充填は複数リング分をまとめて行うことができる。例えば、トンネルの１日当たりの掘進がセグメントで８リングの場合、１日当たり、８リング分の空間部に流動化処理土をまとめて打設することができる。もちろん、１回で数日分の充填を行うようにしてもよい。流動化処理土の固化には１日程度の時間を要するが、後続台車９から十分に離れた後方位置で実施することで、掘削の進行に影響を与えることはない。尚、充填エリアの前端位置には堰止め部材２０７を設置する。
また、このとき充填する流動化処理土のベースとして、掘削土の一部を再利用することで、掘削土の排出量（運搬コスト）を低減でき、効率的となる。

本実施形態によれば、先端部で地中を掘削し後方部でセグメントを組み立てるシールド機１と、シールド機１の後方に連結されてシールド機１の掘進に伴って移動する後続台車９と、を用いて、シールドトンネルを構築しつつ、シールド機１の後方で後続台車９とシールド機１に跨がって装備された組立装置１０を用いて、トンネル底部の幅方向中央部から一方のトンネル側壁部１００ａにわたってプレキャストコンクリートブロック１０３、１０４を設置することにより、次のような効果が得られる。
セグメント坑の構築（セグメント１０１の組み立て）後、速やかに大部分の床版を構築でき、その上を作業ヤードとして使用することができ、シールドトンネルの施工効率を向上させることができる。
また、プレキャスト部材を使用することで、構造物の品質向上、シールド掘進との同時進行、道路トンネル路下に必要となる避難通路（中空部１０３ａ、１０４ａ）構築の工期短縮等を図ることができる。

特に、シールド機１と後続台車９との間でプレキャストコンクリートブロック１０３、１０４を設置することにより、これらの上を後続台車９を移動させることができ、後続台車９の安定走行が可能となる。
また、プレキャストコンクリートブロック１０３、１０４の設置後、プレキャストコンクリートブロック１０３、１０４上に、枕木２０１を設置して、その上にレール２０３を敷設し、後続台車９はレール２０３上を走行させることにより、後続台車９の更なる安定走行が可能となる。
また、枕木２０１は、プレキャストコンクリートブロック１０３、１０４上から盛土構造体の構築前の空間部２０５上に延長して設置することにより、後続台車９用のレール２０３の設置に際し、トンネル幅方向の制約を受けることもない。

その一方、後続台車９から離れた後方で、設置済みのプレキャストコンクリートブロック１０３、１０４とトンネル側壁部１００ｂとの間に盛土構造体１０５を構築することにより、次のような効果が得られる。
盛土構造体１０５の構築は、後続台車９より後方であれば、位置や時期が限定されることはなく、従ってまとめて構築できるので、施工効率を向上させることが可能となる。
また、トンネル底部の一部を盛土構造体１０５とすることで、全てをプレキャストコンクリートブロックとする場合に比べ、製品コスト及び輸送コストを低減できる。しかも、掘削により生じた排土の一部を利用でき、効率的となる。

本発明に係る別の床版構築方法を図４により説明する。
図４の実施形態では、後続台車９に装備され後続台車９の後方で作業可能なクレーンなどの組立装置１３を用いて、第１及び第２プレキャストコンクリートブロック１０３、１０４を設置する。
この場合、後続台車９は、構築済みのセグメント坑の底部を走行させる。そして、資材運搬台車１２は、第１プレキャストコンクリートブロック１０３の中空部１０３ａ内を走行させる。
盛土構造体１０５の構築は、後続台車９の後方であって、組立装置１３の作業範囲外で行う。

尚、上記の実施形態では、トンネル底部の幅方向中央部から一方のトンネル側壁部にわたって設置されるプレキャストコンクリートブロックは、トンネル幅方向中央部に設置される第１プレキャストコンクリートブロック１０３と、前記第１プレキャストコンクリートブロック１０３と前記一方のトンネル側壁部１００ａとの間に設置される第２プレキャストコンクリートブロック１０４との２ブロックで構成したが、これに限るものではなく、一体の１ブロックとしてもよいし、３ブロック以上に分割してもよい。また、各ブロックを上下方向に複数に分割して取り扱うようにすることもできる。

以上のように、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

１ シールド機
２ カッターヘッド
３、４ スクリューコンベア（排土機構）
５ エレクタ（セグメント組み付け機構）
６ セグメント搬送台車
７ シールドジャッキ（推進機構）
８ 連結ビーム
９ 後続台車
１０ 組立装置
１１ クレーン
１１ａ 走行レール
１１ｂ 横行レール
１１ｃ 電気ホイスト
１２ 資材運搬台車
１３ 組立装置
１００ シールドトンネル（セグメント坑）
１００ａ、１００ｂ トンネル側壁部
１０１ セグメント
１０２ 床版
１０３ 第１プレキャストコンクリートブロック
１０３ａ 中空部
１０４ 第２プレキャストコンクリートブロック
１０４ａ 中空部
１０５ 盛土構造体
１０６ 路床
１０７ 路面
２０１ 枕木
２０３ レール
２０４ レール
２０５ 空間部
２０６ ワイヤ
２０７ 堰止め部材

Claims (4)

1. 先端部で地中を掘削し後方部でセグメントを組み立てるシールド機と、前記シールド機の後方に連結されて前記シールド機の掘進に伴って移動する後続台車と、を用いて、シールドトンネルを構築しつつ、
   前記シールド機の後方で前記後続台車と前記シールド機に跨がって装備された組立装置を用いて、前記シールド機と前記後続台車との間で、トンネル底部の幅方向中央部から一方のトンネル側壁部にわたってプレキャストコンクリートブロックを設置し、
   前記後続台車は、トンネル底部の幅方向中央部から一方のトンネル側壁部にわたって設置された前記プレキャストコンクリートブロック上を移動させ、
   前記後続台車の後方で、前記プレキャストコンクリートブロックと他方のトンネル側壁部との間に盛土構造体を構築することを特徴とする、シールドトンネルの床版構築方法。
2. 前記プレキャストコンクリートブロックの設置後、前記プレキャストコンクリートブロック上に、枕木を設置して、その上にレールを敷設し、前記後続台車は前記レール上を走行させることを特徴とする、請求項１記載のシールドトンネルの床版構築方法。
3. 前記枕木は、前記プレキャストコンクリートブロック上から前記盛土構造体の構築前の空間部上に延長して設置することを特徴とする、請求項２記載のシールドトンネルの床版構築方法。
4. 先端部で地中を掘削し後方部でセグメントを組み立てるシールド機と、前記シールド機の後方に連結されて前記シールド機の掘進に伴って移動する後続台車と、を用いて、シールドトンネルを構築しつつ、
   前記シールド機の後方で前記後続台車と前記シールド機に跨がって装備された組立装置を用いて、前記シールド機と前記後続台車との間で、トンネル底部の幅方向中央部から一方のトンネル側壁部にわたってプレキャストコンクリートブロックを設置し、
   前記後続台車の後方で、前記プレキャストコンクリートブロックと他方のトンネル側壁部との間に盛土構造体を構築し、
   前記プレキャストコンクリートブロックの設置後、前記プレキャストコンクリートブロック上に、枕木を設置して、その上にレールを敷設し、前記後続台車は前記レール上を走行させ、
   前記枕木は、前記プレキャストコンクリートブロック上から前記盛土構造体の構築前の空間部上に延長して設置することを特徴とする、シールドトンネルの床版構築方法。