JP6901889B2

JP6901889B2 - 外殻先行トンネル構築方法

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Publication number: JP6901889B2
Application number: JP2017066730A
Authority: JP
Inventors: 均浅野; 田中　孝; 孝田中
Original assignee: Toda Corp
Current assignee: Toda Corp
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2021-07-14
Anticipated expiration: 2037-03-30
Also published as: JP2018168597A

Description

本発明は、角型中空断面の鋼殻エレメントを順次、貫入済みの鋼殻エレメントと継手同士を連結させながら貫入する手順を繰り返して、地盤中に前記鋼殻エレメントによる閉合断面の外殻構造体を構築した後、この外殻構造体の内部土砂を除去することによりトンネルを構築する外殻先行トンネル構築方法において、トンネル方向に断面積を徐々に変化させた可変断面のトンネルを構築する方法に関する。

近年、図１３に示されるように、継手付きの鋼殻エレメント５０、５０…を順次掘削・連結して、上版５２Ａ、下版５２Ｂ及び両側壁版５２Ｃ、５２Ｃによって矩形状に外殻構造体５２を構築し、各鋼殻エレメント５０、５０…内にコンクリート５１を充填した後、この外殻構造体５２の内部土砂を掘削除去することによってトンネルを完成させる非開削工法が実用化されている。このトンネル構築工法は、外殻先行トンネル構築工法と呼ばれ、周辺地盤への影響が少ない利点を有するため、道路や鉄道のアンダーパス工事などに多く適用されている。

本出願人においても、下記特許文献１において、発進側に元押しジャッキを設置し、角形断面の鋼殻エレメントを順次、貫入済みの鋼殻エレメントと連結させながら貫入する手順を繰り返し、前記鋼殻エレメントにより地下構造物を構築する鋼殻エレメントの構築方法において、先行して貫入させた鋼殻エレメントの１側面に所定長さの推力伝達部材が縦列的に付設されている状態から、この貫入済みの鋼殻エレメントに付設された推力伝達部材と隣接する側において、掘削装置を貫入済みの鋼殻エレメントに付設された推力伝達部材と連結した後、順次所定長さの鋼殻エレメントを後続させるとともに、貫入済みの鋼殻エレメントと連結させた状態とし、かつ前記貫入済みの鋼殻エレメントに付設された推力伝達部材に順次所定長さの推力伝達部材を後続させるとともに、貫入させる鋼殻エレメントの１側面に順次所定長さの推力伝達部材を付設しながら、これら２箇所に配置された推力伝達部材を前記元押しジャッキによって押込み、鋼殻エレメントを間接的に牽引しながら貫入させる手順を順次繰り返すようにした鋼殻エレメントの構築方法を提案した。

特開２００９−２６３８８３号公報

従来から実施ないし提案されている外殻先行トンネル構築工法は、いずれもトンネル方向に断面積が等しい単一断面のトンネルしか構築できないという問題点があった。そのため、用地問題や内部空間確保上の制約からトンネル方向に徐々に断面積が拡大又は縮小したい場合や、地盤深さ方向にトンネル高さを徐々に拡大又は縮小したい場合に対応できないという欠点があった。

そこで本発明の主たる課題は、外殻先行トンネル構築工法において、断面積を徐々に変化させた可変断面のトンネルを構築する方法を提供することにある。

上記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、角型中空断面の鋼殻エレメントを順次、貫入済みの鋼殻エレメントと継手同士を連結させながら貫入する手順を繰り返して、地盤中に前記鋼殻エレメントによる閉合断面の外殻構造体を構築した後、この外殻構造体の内部土砂を除去することによりトンネルを構築する外殻先行トンネル構築方法において、
前記各鋼殻エレメントは、角型中空断面の最大幅寸法と最大高さ寸法とから規定される基本断面寸法をトンネル方向に一定としてあり、
前記継手部は、隣り合う鋼殻エレメント間において、一方側の鋼殻エレメントから他方側の鋼殻エレメントに向けて突出する張出部材の先端に設けられた凹継手と、他方側の鋼殻エレメントから一方側の鋼殻エレメントに向けて突出する張出部材の先端に設けられた凸継手とを嵌合させた構造とされるとともに、貫入済みの鋼殻エレメントの凹継手に対して、次順の鋼殻エレメントの凸継手を連結させながら貫入する手順とし、
隣り合う鋼殻エレメントの継手部において、前記貫入済みの鋼殻エレメントにおいて前記凹継手が設けられた張出部材は、発進側では該張出部材の張出長さをＬ１、到達側では該張出部材の張出長さをＬ２とし、張出長さの差分だけ直線的に張出長さを変化させる一方で、次順に貫入する鋼殻エレメントにおいて前記凸継手が設けられた張出部材の張出長さＬ３はトンネル方向に亘って一定としトンネル方向に可変断面の外殻構造体を構築することを特徴とする外殻先行トンネル構築方法が提供される。

上記請求項１記載の発明では、外殻先行トンネル構築方法において、各鋼殻エレメントは、角型中空断面の最大幅寸法と最大高さ寸法とから規定される基本断面寸法をトンネル方向に一定としている。継手部は、隣り合う鋼殻エレメント間において、一方側の鋼殻エレメントから他方側の鋼殻エレメントに向けて突出する張出部材の先端に設けられた凹継手と、他方側の鋼殻エレメントから一方側の鋼殻エレメントに向けて突出する張出部材の先端に設けられた凸継手とを嵌合させた構造とされるとともに、貫入済みの鋼殻エレメントの凹継手に対して、次順の鋼殻エレメントの凸継手を連結させながら貫入する手順としている。
そして、前記貫入済みの鋼殻エレメントにおいて前記凹継手が設けられた張出部材は、発進側では該張出部材の張出長さをＬ _１、到達側では該張出部材の張出長さをＬ _２とし、張出長さの差分だけ直線的に張出長さを変化させる一方で、次順に貫入する鋼殻エレメントにおいて前記凸継手が設けられた張出部材の張出長さＬ _３はトンネル方向に亘って一定とし、トンネル方向に可変断面の外殻構造体を構築するようにした。すなわち、隣接する鋼殻エレメント間の継手部において、継手を支持している張出部材の張出長さを徐々に変化させることによってトンネル方向に可変断面の外殻構造体を構築することが可能となる。なお、継手の張出長さを変化させることにより拡幅ないし縮小させる部分は、図１３を参照しながら説明すると、外殻構造体５２の上版５２Ａ、下版５２Ｂ及び側壁版５２Ｃ、５２Ｃの内のどれか全部である必要はなく、上版５２Ａ及び下版５２Ｂの内の一部、両側壁版５２Ｃ、５２Ｃの内の一部であってよい。

ところで、前記各鋼殻エレメントは、角型中空断面の最大幅寸法と最大高さ寸法とから規定される基本断面寸法をトンネル方向に一定としてある。各鋼殻エレメントの断面形状は、基本的に掘削機に掘削断面形状と合致させるのがよいため、各鋼殻エレメントの基本断面寸法はトンネル方向に一定とするのが望ましい。

本発明では、貫入済みの鋼殻エレメントの凹継手に対して、次順の鋼殻エレメントの凸継手を連結させながら貫入する手順としている。すなわち、貫入させる際に、鋼殻エレメントの凹継手部分は連結無しに貫入させ、次順の鋼殻エレメントの貫入時に、凸継手を設置済みの鋼殻エレメントの凹継手に連結させた状態で貫入設置することが望まししい。この手順によると、鋼殻エレメントの貫入精度及び効率が良好になるとともに、同時に止水性も確保し易くなる。

また、貫入させる鋼殻エレメントの凸継手を貫入済みの鋼殻エレメントの凹継手に連結させた状態で貫入する際、貫入させる鋼殻エレメントの凸継手の張出長さを一定としない場合、発進坑口において、貫入済みの凹継手は一定位置であるため、凸継手の張出長さの変化により、貫入する鋼殻エレメント位置が幅方向に移動することになり、鋼殻エレメントが貫入できなくなる。従って、後行の鋼殻エレメントの凸継手の張出長さは一定としておくのがよい。

請求項２に係る本発明として、地盤中に最初に貫入設置される鋼殻エレメントは、鋼殻エレメントにおける角型中空断面の継手配設面において、鋼殻エレメントが隣接する方向の中央部を残してその両側部分に、角型中空断面に段状の断面欠損部分を形成することにより段状部を形成し、非断面欠損部分の端部から隣接する鋼殻エレメントに向けて延びる張出部材を設けるとともに、この張出部材の先端に凹継手を設け、この凹継手を設けた張出部材の張出長さを変化させるとともに、該凹継手は前記段状部内に位置している請求項１記載の外殻先行トンネル構築方法が提供される。

請求項３に係る本発明として、貫入済みの鋼殻エレメントに継手同士を連結させながら貫入する鋼殻エレメントは、鋼殻エレメントにおける角型中空断面の継手配設面において、鋼殻エレメントが隣接する方向の一方側を残して片側部分に、角型中空断面に段状の断面欠損部分を形成することにより段状部を形成し、非断面欠損部分の端部から隣接する鋼殻エレメントに向けて延びる張出部材を設けるとともに、この張出部材の先端に凹継手を設け、この凹継手を設けた張出部材の張出長さを変化させるとともに、該凹継手は前記段状部内に位置している請求項１、２いずれかに記載の外殻先行トンネル構築方法が提供される。

上記請求項２、３記載の発明では、隣接する鋼殻エレメント間において、仮に従来のように角型中空断面よりも側方に突出させて凹継手と凸継手とを形成した場合、本発明では継手の張出長さを徐々に変化させている関係上、角型中空断面の離隔幅が大きく成りすぎてしまうという問題が発生する。この角型中空断面の離隔幅の部分は未掘削部分となる箇所であり、コンクリートを充填する前に手作業で土砂を撤去する必要性が生じる。そこで、角型中空断面の継手配設面において、地盤中に最初に貫入設置される鋼殻エレメントの場合はその両側部分に、又は貫入済みの鋼殻エレメントに継手同士を連結させながら貫入する鋼殻エレメントの場合はその片側部分に、角型中空断面に段状の断面欠損部分を形成することにより段状部を形成し、非断面欠損部分の端部から隣接する鋼殻エレメントに向けて延びる張出部材を設けるとともに、この張出部材の先端に凹継手を設けるようにしている。そして、この凹継手を設けた張出部材の張出長さを直線状に変化させるとともに、該凹継手は前記段状部内に位置するようにしている。このように、継手部を角型中空断面から側方に離れた位置とするのではなく、角型中空断面内の位置とすることにより、隣接する鋼殻エレメント間で角型中空断面の離隔幅を最小限に留めることができ、後の土砂撤去作業を省力化できるようになる。

請求項４に係る本発明として、貫入済みの鋼殻エレメントに継手同士を連結させながら貫入する鋼殻エレメントは、鋼殻エレメントの隅部から前記貫入済みの鋼殻エレメントに向けて突出する張出部材の先端に凸継手が設けられる請求項３記載の外殻先行トンネル構築方法が提供される。

上記請求項４記載の発明では、貫入済みの鋼殻エレメントに継手同士を連結させながら貫入する鋼殻エレメントは、鋼殻エレメントの隅部から前記貫入済みの鋼殻エレメントに向けて突出する張出部材の先端に凸継手が設けられるようにしている。鋼殻エレメントの隅部から隣接する鋼殻エレメントに向けて突出する張出部材の先端に凸継手が設けられるようにすると、貫入済みの鋼殻エレメントの前記段状部で凹継手と連結することが可能となる。

以上詳説のとおり本発明によれば、外殻先行トンネル構築工法において、断面積を徐々に変化させた可変断面のトンネルを構築することができるようになる。

可変断面部分の外殻構造体１を示す要部斜視図である。その外殻構造体１を示す、(A)は平面図、(B)は到達側断面、(C)は発進側断面である。中央部鋼殻エレメント２を示す、(A)は平面図、(B)は到達側断面、(C)は発進側断面である。拡幅用連結鋼殻エレメント３を示す、(A)は平面図、(B)は到達側断面、(C)は発進側断面である。等幅用連結鋼殻エレメント５を示す、(A)は平面図、(B)は到達側断面、(C)は発進側断面である。継手部の拡大断面図である。凹継手６の拡大断面図である。止水部１３を示す拡大断面図である。凸継手７の変形例を示す継手部拡大断面図である。使用する掘削機４５の第１例を示す、(A)は正面図、(B)は補助カッター４６の配設部位の断面図である。使用する掘削機４５の第２例を示す、(A)は正面図、(B)は補助カッター４６の配設部位の断面図である。外殻構造体１を高さ方向に可変断面とした場合の要部斜視図である。外殻先行トンネル構築方法で構築されたトンネル５２の例を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

本願発明は、図１に示されるように、角型中空断面の鋼殻エレメント３，４を順次、貫入済みの鋼殻エレメント２と継手部同士を連結させながら貫入する手順を繰り返して、地盤中に多数の鋼殻エレメントによって、断面視で矩形状や円形、多角形状などの形状に閉合させた外殻構造体１を構築した後、この外殻構造体１の内部土砂を除去することによりトンネルを構築する外殻先行トンネル構築方法において、
前記継手部は、隣り合う鋼殻エレメント２，３（２，４）間において、一方側の鋼殻エレメント２から他方側の鋼殻エレメント３，４に向けて突出する張出部材２３の先端に設けられた凹継手２４と、他方側の鋼殻エレメント３，４から一方側の鋼殻エレメント２に向けて突出する張出部材３７の先端に設けられた凸継手３８とを嵌合させた構造とされ、前記隣り合う鋼殻エレメント２，３の継手部において、凹継手２４及び凸継手３８の内の一方側の張出部材２３の張出長さを徐々に変化させることにより、トンネル方向に可変断面の外殻構造体を構築するものである。

前記外殻先行トンネル構築方法は、周辺地盤への影響が少ないなどの利点を有するため、道路路線や鉄道路線などの路線下の地盤に非開削によって、アンダーパストンネルを構築する際の工法として多用されているものである。

本願発明では特に、前記外殻先行トンネル構築工法において、外殻構造体１の断面積を徐々に変化させた可変断面のトンネルを構築する方法を提供する。以下、さらに具体的に詳述する。

図１は、可変断面部分の外殻構造体１の一部を示した要部斜視図である。例えば図１３に示すように、上版５２Ａ、下版５２Ｂ及び両側壁版５２Ｃ、５２Ｃによって矩形状に外殻構造体５２が構築される場合に、図１は前記上版及び下版において、発進側から到達側にかけて徐々に、外殻構造体１の幅寸法を増加させるように可変断面とした場合の要部斜視図を示している。

図示の外殻構造体１（上版又は下版）は、図２にも示されるように、３つの鋼殻エレメント２〜４によって構成されている例を示している。すなわち、真ん中に中央部鋼殻エレメント２が配置され、その両側に拡幅用連結鋼殻エレメント３，４が配置されている。これら３つの鋼殻エレメント２〜４は、それぞれ角型中空断面の最大幅寸法Ｂと最大高さ寸法Ｈとから規定される基本断面寸法はトンネル方向に同一とされる。すなわち、使用する掘削機の掘削部断面寸法に合わせて、各鋼殻エレメント２〜４はいずれも最大幅寸法がＢとされ、最大高さ寸法がＨとされ、この基本断面寸法はトンネル方向に亘って同一とされる。なお、図中、鋼殻エレメント２〜４の角型中空部分は太い波線で示している。

先ず、前記中央部鋼殻エレメント２は、詳細には図３に示されるように、上板２０、下板２１及び側板２２，２２によって構成される角型中空断面のエレメントを基本形とする。前記上板２０において、中央部２０Ａを残してその両側部分に、断面欠損部分２０Ｂ、２０Ｂを形成することにより段状部を形成している。そして、前記中央部２０Ａの両端部（出隅部）から隣接する鋼殻エレメント３，４に向けて延びる張出部材２３，２３を設けるとともに、この張出部材２３，２３の先端に部材長手方向に沿って凹継手２４，２４を設けている。

また、下板２１においても、中央部２１Ａを残してその両側部分に、断面欠損部分２１Ｂ、２１Ｂを形成することにより段状部を形成している。そして、前記中央部２１Ａの両端部（出隅部）から隣接する鋼殻エレメント３，４に向けて延びる張出部材２５，２５を設けるとともに、この張出部材２５，２５の先端に部材長手方向に沿って凹継手２６，２６を設けている。

図３(B)と図３(C)とを対比すると分かるように、発進側から到達側にかけて張出部材２３、２５は徐々に張出長さが長くなっている。すなわち、発進側では前記張出部材２３、２５の張出長さはＬ_１とされ、到達側では前記張出部材２３、２５の張出長さはＬ_２とされる。張出長さの差分（Ｌ_２−Ｌ_１）が拡幅量である。また、前記凹継手２４、２６の幅方向位置は、前記断面欠損部分２０Ｂ（２１Ｂ）内に位置するように前記張出部材２３（２５）の張出長さが調整されている。

上記中央部鋼殻エレメント２は、両側に凹継手２４，２４（２６，２６）を有するものであり、地盤中に最初に貫入設置される鋼殻エレメントとなる。鋼殻エレメント２の貫入設置の際に使用される掘削機は、前記角型中空断面の最大幅寸法Ｂと最大高さ寸法Ｈとの比は、２：１とされているため、図１０に示されるように、正方形断面のカッターを横に連設した構造の掘削機４５が用いられる。前記凹継手２４、２６は角型中空断面よりも若干上下方向外側に突出し、かつ掘進に伴って徐々に幅方向外側に移動することになるため、胴体部に前記凹継手２４，２６に対応する土砂部分を掘削するために掘削機４５の上面及び下面にそれぞれ補助カッター４６、４６を備えていることが望ましい。なお、前記掘削機４５の推進方式は、元押し方式でもよいし、牽引方式としてもよい。

次いで、前記中央部鋼殻エレメント２の片側に隣接配置される拡幅用連結鋼殻エレメント３は、詳細には図４に示されるように、上板３０、下板３１及び側板３２、３２によって構成される角型中空断面のエレメントを基本形とする。前記上板３０において、一方側３０Ａ（中央部鋼殻エレメント２側）を残して片側部分に、断面欠損部分３０Ｂを形成することにより段状部を形成している。そして、前記一方側３０Ａの端部（出隅部）から外方側に向けて延びる張出部材３３を設けるとともに、この張出部材３３の先端に部材長手方向に沿って凹継手３４を設けている。前記凹継手３４を設けた反対側には、角型中空断面の隅部から中央鋼殻エレメント２側に向けて突出する張出部材３７の先端に凸継手３８が設けられている。

また、下板３１においても、一方側３１Ａ（中央部鋼殻エレメント２側）を残して片側部分に、断面欠損部分３１Ｂを形成することにより段状部を形成している。そして、前記一方側３１Ａの端部（出隅部）から外方側にに向けて延びる張出部材３５を設けるとともに、この張出部材３５の先端に部材長手方向に沿って凹継手３６を設けている。前記凹継手３６を設けた反対側には、角型中空断面の隅部から中央部鋼殻エレメント２側に向けて突出する張出部材３９の先端に凸継手４０が設けられている。

図４(B)と図４(C)とを対比すると分かるように、凹継手３４，３６では、発進側から到達側にかけて張出部材３３、３５は徐々に張出長さが長くなっている。すなわち、発進側では前記張出部材３３、３５の張出長さはＬ_１とされ、到達側では前記張出部材３３、３５の張出長さはＬ_２とされる。張出長さの差分（Ｌ_２−Ｌ_１）が拡幅量である。また、前記凹継手３４、３６の幅方向位置は、前記断面欠損部分３０Ｂ、３１Ｂ内に位置するように前記張出部材３３、３５の張出長さが調整されている。一方、凸継手側では、凸継手３８、４０を支持する張出部材３７、３９の張出長さＬ_３はトンネル方向に亘って一定とされている。

前記鋼殻エレメント３の貫入設置の際に使用される掘削機としては、前記角型中空断面の最大幅寸法Ｂと最大高さ寸法Ｈとの比は、２：１とされているため、図１１に示されるように、正方形断面のカッターを横に連設した構造の掘削機４７が用いられるが、胴体部に、側方に大きく突出している張出部材３７，３９と凸継手３８、４０に対応する土砂部分を掘削するために、掘削機４７の一方側（凸継手側）には上下面に夫々、角型中空部分よりも水平側方向に突出させた補助カッター４８、４８を備え、掘削機４７の他方側（凹継手側）には、上下面に夫々、凹継手３４，３６部分を掘削するための補助カッター４６を備えていることが望ましい。

前記拡幅用鋼殻エレメント３に対して、連結して貫入される次の鋼殻エレメントは、仮に更なる拡幅を行いたい場合には、前述した拡幅用鋼殻エレメント３とまったく同じ拡幅用鋼殻エレメント３を用いて連結貫入させる。拡幅用鋼殻エレメント３は張出部材３３、３５が幅方向に徐々に張り出しているため、この張出長さの増加分だけ更なる拡幅を図ることができる。

また、これ以上の拡幅を行わなくてもよい場合は、図５に示される等幅用鋼殻エレメント５を用い、これを前記拡幅用鋼殻エレメント３の隣接位置に貫入設置すればよい。この等幅用鋼殻エレメント５は、凹継手３４，３６の張出部材３３，３５の張出長さＬ_１がトンネル方向に亘って一定とされる点だけが前記拡幅用鋼殻エレメント３と相違し、それ以外の構成は同一の鋼殻エレメントである。

他方、前記中央部鋼殻エレメント２の反対側に位置する連結鋼殻エレメント４は、前述した拡幅用連結鋼殻エレメント３、等幅用鋼殻エレメント５を中央部鋼殻エレメント２の中心線を跨いで線対象とした構造であるため説明は省略する。

次に、前記鋼殻エレメント２，３（２，４）同士を連結している継手構造について後述する。この継手構造は、図６に示されるように、貫入済みの鋼殻エレメント２に順次鋼殻エレメント３を連結する際の継手構造であって、隣り合う一方の鋼殻エレメント２〜４に設けられた前記凹継手６（２４，２６、３４…）と、他方の鋼殻エレメント３，４に設けられた前記凸継手７（３８）との連結構造からなるものである。

前記凹継手６は、図７に示されるように、鋼殻エレメントの軸方向に沿うとともに、隣接する鋼殻エレメントに向けて開口する溝部８と、前記溝部８の開口を閉塞する止水部９と、前記溝部８内において両側から突出する係止部１０、１０とが備えられている。

前記止水部９は、図８に示されるように、少なくとも前記溝部８の開口の両側からそれぞれ開口中央方向に向けて延びる板バネ状のパッキン１１，１１を有している。前記パッキン１１は、両側からそれぞれ開口中央方向に向けて延びるとともに、中間位置で溝部８の内側に向けて折り曲げられた板厚約０．３ｍｍ程度の２枚の屈曲板状体を対向させることによって構成され、外側端部が凹継手６側に固定され、中央端側が自由端とされることにより板バネとして作用するものである。前記パッキン１１，１１の自由端同士は、突き合わされるように設けられている。パッキン１１，１１が溝部８の内側に向けて折り曲げ加工されることにより、凹継手６と凸継手７を嵌合させたときに、パッキン１１、１１が溝部内側に向けて拡開するようになる。

図８に示されるように、前記パッキン１１，１１の外側には、前記開口の両側からそれぞれ開口中央方向に向けて延びる板バネ状の補助パッキン１２，１２’を設けることにより、前記止水部９を二重のパッキン１３によって構成することが望ましい。

前記パッキン１１及び補助パッキン１２，１２’の取り付けは、図８に示されるように、溝部８に対し、各パッキン間に配設されたスペーサー１６、及び補助パッキン１２、１２’の外側に配設された押え金具１７を介して、ボルト１５によって固設されている。前記スペーサー１６は、内側が、前記溝部８の側壁内側より内方に突出して設けられ、好ましくは中間で折り曲げ加工された前記パッキン１１の屈曲位置まで延在している。

前記補助パッキン１２、１２’は、両側からそれぞれ開口中央方向に向けてほぼ直線状に延びる板厚約０．３ｍｍ程度の２枚の板状体を対向させることによって構成され、外側端部が凹継手６側に固定され、開口中央端側が自由端とされることにより板バネとして作用するものである。前記補助パッキン１２、１２’同士は、開口中央部で重なり代を有するように設けられている。前記補助パッキン１２、１２’のうち、前記重なり代で外側に配置される一方の補助パッキン１２は、前記重なり代で内側に配置される他方の補助パッキン１２’より外側に長く形成されており、前記補助パッキン１２の自由端は、対向する側壁に固定された前記スペーサー１６に支持され、外側からの耐圧向上が図られている。

一方、前記重なり代で内側に配置される他方の補助パッキン１２’は、一方の補助パッキン１２より短く形成され、好ましくは開口中央部を若干越えた位置まで形成されており、凸継手７を嵌挿させたときに、外側の補助パッキン１２と干渉して、拡開不能となることを防止している。

図８に示されるように、前記パッキン１１、１１及び補助パッキン１２、１２’からなる二重のパッキン１３の間には、止水滑材１４を充填することが望ましい。前記止水滑材１４としては、高水圧に対する耐久性が高い油脂系の止水滑材を用いることが好ましく、特に、シールド機のワイヤーブラシ間に地下水や裏込材が浸入するのを防ぐために用いられるテールシーラー（登録商標、松村石油化成株式会社製）が好適である。前記止水滑材１４は、凹継手６と凸継手７を嵌合させる際には凸継手７の平板部材１８が嵌挿する際の滑剤として機能し、嵌合完了後には止水材として機能するものである。

前記凹継手６は、前記係止部１０、１０を有する構造部６Ａと、この構造部６Ａの開口側端部の両側に固設された所定の肉厚を有するフラットバーからなる側壁部６Ｂ、６Ｂとから構成された分割構造とすることが好ましい。前記側壁部６Ｂは、前記止水部９を止め付ける、部材長手方向に沿って間隔をあけて取り付けられる複数の前記ボルト１５、１５…によって構造部６Ａ側に固設されている。この側壁部６Ｂ、６Ｂの開口側端部には前記止水部９が設けられている。前記凹継手６を分割構造とすることによって、前記構造部６Ａが継手構造に作用する引張力などの力を受け持つことができるようになる。また、構造部６Ａとは別に側壁部６Ｂを、前記止水部９のパッキン１１、１１及び補助パッキン１２、１２’を止め付けるボルト１５で固定する構造としたので、止水部９の取付け性が向上するようになる。

前記構造部６Ａは鋳物製又は熱押型鋼製とすることが好ましい。鋳物又は熱押型鋼で構成することによって、凹継手６の耐力が向上するとともに、前記構造部６Ａと側壁部６Ｂ、６Ｂとからなる分割構造とした上で、製作コストが嵩む鋳物部分又は熱押型鋼部分を構造部６Ａのみとし、側壁部６Ｂに規格品のフラットバーなどを用いることによって、製作コストが削減できるとともに、製作性を向上させることができるようになる。

一方、前記凸継手７は、図６に示されるように、前記溝部８の開口から溝部８内に挿入される平板部材１８を備えるとともに、前記平板部材１８の先端に、前記溝部８内に形成された係止部１０と係止するように両側に突出する突起部１６、１６を備え、全体形状が横Ｔ字状を成している。凸継手７としては、図９に示されるように、両側に突出する突起部１６を有さず、全体形状が横Ｉ字状を成していてもよい。

図６に示されるように、凹継手６と凸継手７の嵌合時に、前記凸継手７の平板部材１８が前記パッキン１１、１１及び補助パッキン１２、１２’を夫々拡開させるように変形させながら前記両側のパッキン１３の間に嵌挿される。前記平板部材１８が嵌挿された状態では、図６に示されるように、両側のパッキン１１、１１及び補助パッキン１２、１２’がそれぞれ拡開しながらバネ作用により平板部材１８に圧接されている。このように、両側壁に突設された止水ゴムの先端が接することにより止水する従来の構造とは異なり、拡開した板バネ状のパッキン１１、１１及び補助パッキン１２、１２’が圧接することにより止水しているため、平板部材１８（凸継手７）の施工誤差の吸収が大きくなり、より確実に止水性が確保できるようになる。

前記凹継手６と凸継手７の嵌合後、前記凹継手６の溝部８内であって、前記凸継手７との隙間に、グラウト材が充填され前記凹継手６と凸継手７とが一体化される。前記グラウト材としては、コンクリートやモルタルなどが使用され、流動性が良く、無収縮性を有するものが好適である。これによって、隣り合う鋼殻エレメント間で力の伝達が可能となる。

〔他の形態例〕
(1)上記形態例では、幅方向に可変断面とした例を示したが、図１２に示されるように、高さ方向に可変断面とすることも可能である。すなわち、本発明に係る可変断面トンネルでは、トンネルの幅方向のみ又は高さ方向のみを変化させるようにしてもよいし、トンネルの幅方向及び高さ方向の両方を変化させるようにしてもよい。

(2)上記形態例では、発進側から到達側にかけて徐々に断面寸法を拡大させるようにした外殻構造体１の例を示したが、逆に発進側から到達側にかけて徐々に断面寸法を縮小させるようにした外殻構造体１とすることも可能である。

(3)上記形態例では、隣り合う鋼殻エレメント２，３の継手部において、凹継手２４、２６の張出部材２３、２５の張出長さを徐々に変化させることにより、トンネル方向に可変断面の外殻構造体を構築するようにしたが、仮に、凹継手２４と凸継手３８の関係が逆の場合は、貫入済みの鋼殻エレメントの凸継手３８の張出長さを徐々に変化させ、貫入させる鋼殻エレメント３の凹継手２４の張出長を一定としておくようにしてもよい。なお、凸継手と凹継手の関係は、本形態例で示したように、貫入済みの鋼殻エレメント２の凹継手２４に対して、凸継手３８を連結しながら後行の鋼殻エレメント３を貫入させるようにするのが望ましい。

１…外殻構造体、２…中央部鋼殻エレメント、３・４…拡幅用連結鋼殻エレメント、５…等幅用連結鋼殻エレメント、６（２４・２６・３４）…凹継手、７（３８）…凸継手、２３・２５・３３・３７…張出部材、４５…掘削機、４６…補助カッター

Claims

角型中空断面の鋼殻エレメントを順次、貫入済みの鋼殻エレメントと継手同士を連結させながら貫入する手順を繰り返して、地盤中に前記鋼殻エレメントによる閉合断面の外殻構造体を構築した後、この外殻構造体の内部土砂を除去することによりトンネルを構築する外殻先行トンネル構築方法において、
前記各鋼殻エレメントは、角型中空断面の最大幅寸法と最大高さ寸法とから規定される基本断面寸法をトンネル方向に一定としてあり、
前記継手部は、隣り合う鋼殻エレメント間において、一方側の鋼殻エレメントから他方側の鋼殻エレメントに向けて突出する張出部材の先端に設けられた凹継手と、他方側の鋼殻エレメントから一方側の鋼殻エレメントに向けて突出する張出部材の先端に設けられた凸継手とを嵌合させた構造とされるとともに、貫入済みの鋼殻エレメントの凹継手に対して、次順の鋼殻エレメントの凸継手を連結させながら貫入する手順とし、
隣り合う鋼殻エレメントの継手部において、前記貫入済みの鋼殻エレメントにおいて前記凹継手が設けられた張出部材は、発進側では該張出部材の張出長さをＬ _１、到達側では該張出部材の張出長さをＬ _２とし、張出長さの差分だけ直線的に張出長さを変化させる一方で、次順に貫入する鋼殻エレメントにおいて前記凸継手が設けられた張出部材の張出長さＬ _３はトンネル方向に亘って一定としトンネル方向に可変断面の外殻構造体を構築することを特徴とする外殻先行トンネル構築方法。
地盤中に最初に貫入設置される鋼殻エレメントは、鋼殻エレメントにおける角型中空断面の継手配設面において、鋼殻エレメントが隣接する方向の中央部を残してその両側部分に、角型中空断面に段状の断面欠損部分を形成することにより段状部を形成し、非断面欠損部分の端部から隣接する鋼殻エレメントに向けて延びる張出部材を設けるとともに、この張出部材の先端に凹継手を設け、この凹継手を設けた張出部材の張出長さを変化させるとともに、該凹継手は前記段状部内に位置している請求項１記載の外殻先行トンネル構築方法。
貫入済みの鋼殻エレメントに継手同士を連結させながら貫入する鋼殻エレメントは、鋼殻エレメントにおける角型中空断面の継手配設面において、鋼殻エレメントが隣接する方向の一方側を残して片側部分に、角型中空断面に段状の断面欠損部分を形成することにより段状部を形成し、非断面欠損部分の端部から隣接する鋼殻エレメントに向けて延びる張出部材を設けるとともに、この張出部材の先端に凹継手を設け、この凹継手を設けた張出部材の張出長さを変化させるとともに、該凹継手は前記段状部内に位置している請求項１、２いずれかに記載の外殻先行トンネル構築方法。
貫入済みの鋼殻エレメントに継手同士を連結させながら貫入する鋼殻エレメントは、鋼殻エレメントの隅部から前記貫入済みの鋼殻エレメントに向けて突出する張出部材の先端に凸継手が設けられる請求項３記載の外殻先行トンネル構築方法。
前記鋼殻エレメントを貫入させる際に使用される掘削機は、正面掘削部の形状が前記鋼殻エレメントの角型中空断面形状に整合し、かつ胴体部に前記継手部に対応する土砂部分を掘削するための補助カッターを備えている請求項１〜４いずれかに記載の外殻先行トンネル構築方法。