JP6605944B2 - シールドトンネル内部の構築方法 - Google Patents

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Description

本発明は、シールドトンネル内部の構築方法に関する。
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。そして、構築したトンネルの底部に床面構築部材を設置することにより、床面を構築する。
特許文献1には、シールドトンネルの床面構築方法として、トンネル底部にプレキャストインバートを設置し、その上にプレキャスト中壁を設置し、中壁の上端部とセグメントの側壁ブラケットとに架け渡して、プレキャスト床版を設置することが開示されている。
特開2007−284989号公報
ところで、シールドトンネルの施工においては、シールド機の後方に配置されてシールド機の掘進に伴って牽引又は自走により移動する後続台車を用いて、シールド機への電源供給や各種作業(シールド機へのセグメントの供給等)を行っている。
このような後続台車を用いる場合、シールドトンネルの底部はそもそも円筒面であるため、後続台車の移動を安定させる必要がある。これは安全性の確保につながるのみならず、施工効率の向上につながる。
本発明は、このような実状に鑑み、後続台車の移動を安定させて施工効率の向上を図ることができる、シールドトンネル内部の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内部の構築方法は、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配置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、前記シールド機と前記後続台車との間で、トンネル底部にインバートブロックを設置し、前記後続台車は、設置済みのインバートブロック上を移動させ、前記後続台車の後方で、前記インバートブロックの上方に床面構築部材を設置することにより、床面を構築することを特徴とする。
本発明によれば、円筒面をなすシールドトンネルの底部に、掘削後早期にインバートブロックを構築でき、その上を移動させることで、後続台車の移動を安定させることができる。また、シールド機及び後続台車に資機材を運搬する車両の走行路も確保できる。
本発明方法が適用されるシールドトンネルの内部構造例を示す断面図 図1中の中間柱の側面図 本発明方法の一実施形態を示すシールドトンネルの掘進方向に沿う断面図 本発明方法が適用されるシールドトンネルの他の内部構造例を示す断面図
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内部の構築方法が適用されるシールドトンネルの内部構造例について、図1を参照して説明する。
図1はシールドトンネルのトンネル掘進方向と直交する断面図である。
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の底部には、プレキャストコンクリートからなるインバートブロック102が設置される。
インバートブロック102は、底面がシールドトンネル100の底面に沿う円筒面をなし、上面が水平な平坦面をなしている。
インバートブロック102上面のトンネル幅方向中央部には、床版支持部材として、プレキャストコンクリートからなる中間柱(中間壁)103が設置される。中間柱103は、図2(A)に側面図を示すように、I形に形成されている。
インバートブロック102と中間柱103とは、ボルト継手又はピン挿入型継手104により連結固定される。ピン挿入型継手104の場合、インバートブロック102の上面にオス又はメス側の継手があり、中間柱103の下面に対応するメス又はオス側の継手がある。従って、インバートブロック102上に中間柱103を位置合わせして載置するだけで、オス側とメス側が嵌合して、ワンタッチで連結固定できる。すなわち、ボルト継手の場合は、「位置決め」と「ボルト締結」の2工程となるのに対し、ピン挿入型継手の場合は、「位置決め」と「継手連結」を同時に完了できる。従って、ピン挿入型継手のようなワンパス継手を用いることで、施工が容易となる。
シールドトンネル100内の左右の側壁部には、場所打ちコンクリートにより、床版支持用の側壁ブラケット105がトンネル軸方向に連続して形成される。側壁ブラケット105の上面は中間柱103の上端と同一高さに形成される。
中間柱103及び側壁ブラケット105の上には、中間柱103から左右の側壁ブラケット105に架け渡して、プレキャストコンクリートからなる左右一対の床版106が設置される。これにより、床面107が構築される。
尚、インバートブロック102、中間柱103及び床版106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)の整数(1、2、3…)倍と一致している。従って、インバートブロック102、中間柱103及び床版106は、セグメント101と同様、トンネル軸方向に並設される。
トンネル構築の最終段階では、床版106上に、砕石類を敷設したり、コンクリートを打設したりすることで、路床108が構築される。また、トンネル底部にも、インバートブロック102を覆う位置(図示109)まで、コンクリートが打設される。尚、これらの作業は、目標地点までトンネルの構築を完了した後の撤収時に、到達坑口側から発進坑口側に向かってなされる。
ここにおいて、中間柱(中間壁)103は、床面107の下を左右2つの通路に分ける。これらの通路は、トンネル点検用や緊急避難用の通路として用いることができる。
また、中間柱(中間壁)103は、トンネル軸方向に並設されるが、図2(A)の側面図に示したように、I形に形成されている。従って、複数の中間柱103をトンネル軸方向に接合すると、図2(B)に示されるように、隣合う中間柱103間に空間部103aが形成される。従って、この空間部103aを通ることで、中間柱103の列によって仕切られる2つの通路を行き来可能となる。
次に、本発明に係るシールドトンネル内部の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3を参照して説明する。
図3はシールドトンネルのトンネル掘進方向に沿う断面図である。
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7)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9)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、ベルトコンベア5、6などにより、後述する後続台車11の上を通って、後続台車11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軸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7を主体として構成され、更にこのエレクタ7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8と、この搬送台車8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9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の後方に配置されてシールド機1の掘進に伴って移動する門型の後続台車(門型の架台)11を含んで構成される。
ここでは、後続台車11はシールド機1の後方に連結ビーム10により連結され、シールド機1の前進に伴い、シールド機1に牽引されて移動する。従って、後続台車11は移動の動力を必要とせずに、常時シールド機1との好適な位置関係を維持できる。但し、後続台車11として自走式のものを用いてもよい。
後続台車11は、シールド機1の動力である電気の変電設備(図示せず)を備え、シールド機1に電力を供給する。後続台車11はまた、資機材運搬車両12からのセグメント101の荷卸し及びシールド機1へのセグメント101の供給用のクレーン13を備える。後続台車11は更に、資機材運搬車両12からのインバートブロック102の荷卸し及びトンネル底部へのインバートブロック102の設置用のクレーン14を備える。
資機材運搬車両12は、バッテリーロコとこれにより牽引又は押動される台車とを含み、坑口側から、セグメント101及びインバートブロック102を運搬して、後続台車11に供給する。
尚、後続台車11は門型で、資機材運搬車両12は門型の後続台車11の中央空間へ進入可能である。
後続台車11に装備されるクレーン13、14は、例えばホイスト式天井クレーンで、後続台車11内とシールド機1後方部とに跨がってトンネル軸方向に設けられた走行レールと、この走行レールに沿ってトンネル軸方向に移動可能な横行レールと、この横行レールに沿って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と、を含んで構成される。
セグメント101揚重用のクレーン13は、資機材運搬車両12からセグメント101を吊り上げて、後続台車11上に荷卸しする。クレーン13はまた、後続台車11上からセグメント101を吊り上げて運搬し、シールド機1のセグメント搬送台車8へ供給する。これにより、セグメント101は搬送台車8上を移送機構(図示せず)により先送りされ、エレクタ7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。
インバートブロック102揚重用のクレーン14は、資機材運搬車両12からインバートブロック102を吊り上げて、後続台車11上に荷卸しする。クレーン14はまた、後続台車11上からインバートブロック102を吊り上げて運搬し、トンネル底部に設置する。すなわち、インバートブロック102を設置済みのインバートブロック102の切刃側に連ねて設置し、これによってトンネル底部にインバートブロック102上面による水平な平坦面を形成する。
本実施形態では、シールド機1と後続台車11との間で、後続台車11に装備されたインバートブロック設置装置としてのクレーン14により、トンネル底部にインバートブロック102を設置する。従って、シールド機1と後続台車11との間が、インバートブロック102の設置エリアとなる。但し、設置作業については後続台車11上で行うことができる。このように設置することで、掘削後早期にインバートブロック102を構築できる。
尚、本実施形態では、2つのクレーン13、14を用い、セグメント101揚重用とインバートブロック102揚重用とに分けたが、資機材運搬車両12からの荷卸し用と、セグメント101供給及びインバートブロック102設置用と、に分けてもよい。あるいは、1つのクレーンを共用してもよい。すなわち、インバートブロック設置装置として、セグメント荷卸し及び供給用のクレーンを併用してもよい。また、インバートブロック設置装置として、クレーンなどの揚重設備の他、把持移動できるエレクタを用いてもよい。
また、本実施形態では、シールド機1と後続台車11との間でインバートブロック102を設置するようにし、後続台車11は設置済みのインバートブロック102の上面(平坦面)上を移動させる。これにより、後続台車11の移動を安定させることができる。
尚、図では省略したが、設置したインバートブロック102上に、トンネル幅方向に延びる鋼製の枕木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を敷設し、後続台車11はレール上を移動させる。このレールは後続台車11の通過後に後側から撤去可能である。
また、本実施形態では、後続台車11への資機材運搬車両12についても、インバートブロック102の上面(平坦面)上を走行させる。これにより、資機材運搬車両12についても走行を安定させることができる。尚、資機材運搬車両12の走行のため、必要により、坑口側から続く専用のレールが敷設される。また、インバートブロック102の上面は平坦であるので、タイヤ式の資機材運搬車両12を用い、レールを敷設しないで走行させてもよい。
一方、トンネル側壁部の側壁ブラケット105構築のための、コンクリートの場所打ちは、後続台車11から離れた後方位置(場所打ちエリア)にて行う。かかる場所打ちは、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リング分の側壁ブラケット105をまとめて打設することができる。もちろん、1回で数日分の場所打ちを行うようにしてもよい。
中間柱103及び床版106の設置は、側壁ブラケット105の場所打ちエリアから更に離れた後方位置にて、場所打ちコンクリートの固化後に、床版設置台車15を用いて行う。
場所打ちコンクリートの固化には1週間程度の時間を要するが、場所打ちエリアから十分に離れた後方位置で、中間柱103及び床版106の設置を行うことで、施工の進行に影響を与えることはない。
床版設置台車15は、資機材運搬車両16からの中間柱103及び床版106の荷卸し、及び、中間柱103及び床版106の設置を行うクレーン17を備える。
資機材運搬車両16は、バッテリーロコとこれにより牽引又は押動される台車とを含み、坑口側から、中間柱103及び床版106を運搬して、床版設置台車15に供給する。
床版設置台車15に装備されるクレーン17は、例えばホイスト式天井クレーンで、トンネル軸方向の前方に延びる走行レールと、この走行レールに沿ってトンネル軸方向に移動可能な横行レールと、この横行レールに沿って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と、を含んで構成される。
このクレーン17は、資機材運搬車両16から中間柱103又は床版106を所定の順序で選択的に吊り上げて運搬し、インバートブロック102上に設置する。
詳しくは、先ず、中間柱103を吊り上げて運搬し、図1で説明したように、インバートブロック102上に降ろして設置する。このとき、ピン挿入型継手(ワンパス継手)を用いることで、ワンタッチで連結固定できる。次に、床版106を吊り上げて運搬し、図1で説明したように、中間柱103の上端と側壁ブラケット105とに架け渡して、設置する。
尚、中間柱103及び床版106を資機材運搬車両16から吊り上げてそのまま設置する方式とする他、一旦、床版設置台車15に荷卸ししてから設置する方式としてもよい。
本実施形態では、後続台車11の後方で、床版設置台車15に装備された設置装置(クレーン17)により、インバートブロック102上に、中間柱103を介して、床版106を設置することにより、床面107を構築する。従って、後続台車11から離れた後方が、床面構築部材である中間柱103及び床版106の設置エリアとなる。
尚、本実施形態では、床面構築部材(中間柱103及び床版106)の設置装置として、クレーン17を用いたが、クレーンなどの揚重設備の他、把持移動できるエレクタを用いてもよい。
また、本実施形態では、床面構築部材(中間柱103及び床版106)の設置は、床版設置台車15に装備された設置装置(クレーン17)により行い、床版設置台車15は設置済みの床版106上を移動させる。これにより、床版設置台車15の移動を安定させることができる。
尚、図では省略したが、設置した床版106上に、トンネル幅方向に延びる鋼製の枕木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を敷設し、床版設置台車15はレール上を移動させる。このレールは床版設置台車15の通過後に後側から撤去可能である。
このようにして、坑口側から床版106が設置されることから、後続台車11への資機材運搬車両12は、坑口側から、インバートブロック102上、すなわち、床版106の下の通路を通って、セグメント101及びインバートブロック102を運搬する。
床版設置台車15への資機材運搬車両16も同様に、坑口側から、インバートブロック102上、すなわち、床版106の下の通路を通って、中間柱103及び床版106を運搬する。従って、レールを用いる場合、資機材運搬車両12、16で、レールを共用できる。
床版設置台車15への資機材運搬車両16は、中間柱103及び床版106の運搬時に、床版106下の通路から抜け出して、床版設置台車15の前方位置で停車する。この位置で、床版設置台車15のクレーン17により、中間柱103又は床版106を選択的に吊り上げさせて、設置作業あるいは荷卸し作業を行わせる。
尚、本実施形態では、床版設置台車15への資機材運搬車両16は、床面下の設置済みのインバートブロック102上を移動させたが、構築済みの床面(床版106)上を移動させるようにしてもよい。この場合、床版設置台車15への資機材運搬車両16と後続台車11への資機材運搬車両12とはそれぞれ別の走行路を走行することになるので、資機材運搬車両の運搬効率を向上できる。
本実施形態では、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と、シールド機1の後方に配置されてシールド機1の掘進に伴って移動する後続台車11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と後続台車11との間で、トンネル底部にインバートブロック102を設置し、後続台車11は、設置済みのインバートブロック102上を移動させ、後続台車11の後方で、インバートブロック102の上方に床面構築部材(中間柱103及び床版106)を設置することにより、床面107を構築する。
これにより、セグメント坑の構築(セグメント101の組み立て)後、速やかにトンネル底部にインバートブロック102を構築でき、その上を移動させることで、後続台車11の移動を安定させることができる。また、インバートブロック102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。
その一方、床面の構築は、後続台車11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、本実施形態では、インバートブロック102は、その底面がトンネル底面に沿う曲面で、上面が平坦面である。これにより、後続台車11の移動経路を簡単に平坦面とすることができる。
また、本実施形態では、坑口から後続台車11へセグメント101及びインバートブロック102を運搬する車両12は、床面下の設置済みのインバートブロック102上を走行させる。これにより、後続台車11への資機材運搬車両12についても走行を安定させることができる。
また、本実施形態では、床面構築部材(中間柱103及び床版106)の設置は、別の台車(床版設置台車15)に装備された設置装置(クレーン17)により行い、前記別の台車(床版設置台車15)は、構築済みの床面107上を移動させる。これにより、床版設置台車15についても移動を安定させることができる。
また、本実施形態では、坑口から前記別の台車(床版設置台車15)へ床面構築部材(中間柱103及び床版106)を運搬する車両16は、床面下の設置済みのインバートブロック102上、又は、構築済みの床面107上を走行させる。これにより、資機材運搬車両16についても走行を安定させることができる。
また、本実施形態では、床面構築部材は、インバートブロック102のトンネル幅方向中央部上に設置される床版支持部材としての中間柱103、及び、中間柱103上に支持されて床面を形成する床版106を含む。但し、床版支持部材については、中間柱103の形態に限るものではない。
また、本実施形態では、床面構築部材は、トンネル両側部に場所打ちコンクリートにより構築される側壁ブラケット105、及び、側壁ブラケット105に支持されて床面を形成する床版106を含み、床版106の設置は、側壁ブラケット105の構築後に実施する。但し、側壁ブラケット105についてもプレキャストコンクリートとして、これらを同時に施工するようにしてもよい。
次に、本発明に係るシールドトンネル内部の構築方法が適用されるシールドトンネルの他の内部構造例について、図4を参照して説明する。
図4はシールドトンネルのトンネル掘進方向と直交する断面図である。図1と同一要素には同一符号を付して、異なる要素について説明する。
シールドトンネル(セグメント坑)100の底部には、プレキャストコンクリートからなるインバートブロック102が設置される。
インバートブロック102は、底面がシールドトンネル100の底面に沿う円筒面をなし、上面が水平な平坦面をなしている。
インバートブロック102上には、床面構築部材として、プレキャストコンクリートからなるボックスカルバート111、112が設置される。
中央のボックスカルバート111は、トンネル軸方向に延びる中空部を有するボックス型の断面形状を有し、その上面が床版部をなして床面107を形成する。尚、図では下側が閉じたボックス型の断面形状として、上下2分割される構造としたが、下側が開いた門型の断面形状であってもよい。
左右両側のボックスカルバート112は、トンネル軸方向に延びる中空部を有する扇型の断面形状をしている。
本構造例の場合のシールドトンネル内部の構築方法について、図3を借りて説明する。シールド機1と後続台車11との間で、トンネル底部にインバートブロック102を設置し、後続台車11の後方で、床版設置台車15に装備されたクレーン17により、インバートブロック102の上に、ボックスカルバート111、112を設置して、床面107を構築する。
従って、資機材運搬車両16は、坑口側から、ボックスカルバート111の中空部を通って、床面構築部材であるボックスカルバート111、112を運搬する。
尚、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
5、6 ベルトコンベア
7 エレクタ
8 セグメント搬送台車
9 シールドジャッキ
10 連結ビーム
11 後続台車
12 資機材運搬車両(セグメント及びインバートブロック運搬用)
13、14 クレーン
15 床版設置台車
16 資機材運搬車両(中間柱及び床版運搬用)
17 クレーン
100 シールドトンネル
101 セグメント
102 インバートブロック
103 中間柱(中間壁)
104 ボルト継手又はピン挿入型継手
105 側壁ブラケット
106 床版
107 路面
108 路床
109 コンクリート打設位置
111、112 ボックスカルバート

Claims (9)

  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配置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、トンネル底部にインバートブロックを設置し、その上に床面 構築部材を設置することにより、床面を構築する、シールドトンネル内部の構築方法であ って、
    前記シールド機と前記後続台車との間で、トンネル底部にインバートブロックを設置し、
    前記後続台車は、設置済みのインバートブロック上を移動させ、
    前記後続台車の後方で、前記インバートブロックの上方に床面構築部材を設置することにより、床面を構築することを特徴とする、シールドトンネル内部の構築方法。
  2. 前記床面構築部材の設置は、別の台車に装備された設置装置により行い、前記別の台車は、構築済みの床面上を移動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内部の構築方法。
  3. 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配置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、
    前記シールド機と前記後続台車との間で、トンネル底部にインバートブロックを設置し、
    前記後続台車は、設置済みのインバートブロック上を移動させ、
    前記後続台車の後方で、前記インバートブロックの上方に床面構築部材を設置することにより、床面を構築し、
    前記床面構築部材の設置は、別の台車に装備された設置装置により行い、前記別の台車 は、構築済みの床面上を移動させることを特徴とする、シールドトンネル内部の構築方法。
  4. 前記インバートブロックは、その底面がトンネル底面に沿う曲面で、上面が平坦面であることを特徴とする、請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載のシールドトンネル内部の構築方法。
  5. 坑口から前記後続台車へ前記セグメント及び前記インバートブロックを運搬する車両は、床面下の設置済みのインバートブロック上を走行させることを特徴とする、請求項1〜 請求項4のいずれか1つに記載のシールドトンネル内部の構築方法。
  6. 前記床面構築部材は、前記インバートブロックのトンネル幅方向中央部上に設置される床版支持部材、及び、前記床版支持部材上に支持されて床面を形成する床版を含むことを特徴とする、請求項1〜請求項5のいずれか1つに記載のシールドトンネル内部の構築方法。
  7. 前記床面構築部材は、トンネル両側部に場所打ちコンクリートにより構築される側壁ブラケット、及び、前記側壁ブラケットに支持されて床面を形成する床版を含み、前記床版の設置は、前記側壁ブラケットの構築後に実施することを特徴とする、請求項1〜請求項 のいずれか1つに記載のシールドトンネル内部の構築方法。
  8. 前記床面構築部材は、その上面にて床面を形成するボックスカルバートを含むことを特徴とする、請求項1〜請求項5のいずれか1つに記載のシールドトンネル内部の構築方法。
  9. 前記インバートブロックと前記床面構築部材とは、ワンパス継手により連結固定することを特徴とする、請求項1〜請求項8のいずれか1つに記載のシールドトンネル内部の構築方法。
JP2015248580A 2015-12-21 2015-12-21 シールドトンネル内部の構築方法 Active JP6605944B2 (ja)

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