JP6986893B2 - セグメント及びその組み立て方法 - Google Patents

Description

本発明は、六角形セグメントをハニカム状に組み立ててトンネル覆工を築造するためのセグメント及びこのセグメントの組み立て方法に関するものである。

従来から、シールド工法によりトンネルを掘進するに従いその掘削壁面に組み立て施工するセグメントとして、例えば特許文献１に記載された、トンネルの掘削面に沿って湾曲した長方形板状のセグメントが使用されている。このトンネル施工方法では、図５に示すように、推進ジャッキの最大ストロークＬとして、セグメント１の（トンネル軸方向の）幅Ｂの２倍に組み立て余裕代αを加えた長さを必要としていた。
そして、推進ジャッキ２が最も縮退した位置と既設のセグメント１との間にセグメントを組み立て可能なスペースができ次第セグメントを連結し、掘進中に周方向に１リングのセグメント組み立てを完了する。

また、特許文献２に記載されたセグメントの組み立て方法では、図６に示す六角形板状の六角形セグメント３を用いてハニカム状に組み立ててトンネル覆工を築造している。この組み立て方法では、ハニカム状に組み立てられた六角形セグメント３の両側の前半部が前方に突出する六角形セグメント３間の台形状の凹部６に六角形セグメント３の後半部を嵌合させて築造している。

トンネル軸方向の六角形セグメント３の幅をＢとして、嵌合した六角形セグメント３の前半部はその両側の六角形セグメント３に対して幅Ｂの１／２倍突出している。そのため、推進ジャッキの最大ストロークをＬとして、六角形セグメント３の幅Ｂとその１／２Ｂと組み立て余裕代αを加えた長さを必要としていた。
また、凹部６内に六角形セグメント３の後半部を嵌合させる際に、角部を損傷させないように凹部６の中央から挿入して嵌合させる必要があった。

特開２０１３−１６３９１７号公報 特許第３４９２９１０号公報

しかしながら、上記特許文献１、２に記載されたセグメントの組み立て方法では、シールド掘削機の推進ジャッキ２のストロークが長いためにシールド掘削機が大型化するという欠点があった。そのため、シールド掘削機はコスト高になっていた。
しかも、特許文献２に記載された六角形セグメント３を用いてトンネル覆工部分を施工する場合、台形状の凹部６に嵌合する六角形セグメント３は凹部６の中央から嵌合させないと角部が他の角部に当接して損傷し易いという欠点もあった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、セグメントを組み立てる際に推進ジャッキが短いストロークで組み立てできるようにしたセグメント及びセグメントの組み立て方法を提供することを目的とする。

即ち、本発明に係るセグメントは、略円筒状のトンネル壁面の一部を構成する湾曲した略六角形板状のセグメントにおいて、互いに平行な第一側面と、第一側面間における対向する両側部にそれぞれ形成されていて角部を介して交差する第二側面及び第三側面と、を有しており、第一側面同士の間の長さをＢとして、第一側面に直交する方向において第二側面は１/３Ｂの長さを有し、第三側面は２/３Ｂの長さを有していて、回転対称に形成されていることを特徴とする。
本発明のセグメントによれば、ハニカム構造にトンネル覆工を組み立てる際、両側のセグメント間の凹部に嵌合するセグメントはトンネル軸方向に１／３Ｂの長さ突出するため、シールド掘削機の推進ジャッキのストロークをセグメント長さＢの１／３Ｂ程度に設定でき、従来のものより短く形成できてシールド掘削機の推進ジャッキを小型化できる。

本発明によるセグメントの組み立て方法は、上述したセグメントを、トンネル周方向に配列されたセグメント間の凹部に連結して略ハニカム構造のトンネル覆工を構築していくセグメントの組み立て方法であって、凹部に嵌合して連結される新たなセグメントは、凹部の両側に連結された２つの前記セグメントのトンネルの軸方向により突出した方のセグメントに対して１/３Ｂの長さ突出するように連結したことを特徴とする。
本発明によれば、トンネル施工時にセグメント幅Ｂの１／３Ｂを掘進する間にトンネル覆工の先端部の凹部に新たなセグメントを組み立てて連結することができるため、トンネルの掘削とセグメントの組み立てを同時に且つ連続して施工することができる。しかも、シールド掘削機の推進ジャッキのストロークをセグメント長さＢの１／３Ｂ程度に設定でき、従来のものより短く形成できてシールド掘削機の推進ジャッキを小型化できる。

本発明によるセグメントの組み立て方法は、上述したセグメントを、トンネル周方向に配列されたセグメント間の凹部に連結して略ハニカム構造のトンネル覆工を構築していくと共に、トンネル覆工の前端面に推進ジャッキの推進反力をとってシールド掘削機を推進させるセグメントの組み立て方法であって、セグメントを組み立てる際の推進ジャッキのストローク長さを、[セグメントの長さＢ＋第二側面の長さ１／３Ｂ＋組み立て余裕代α]に設定して、トンネル覆工の凹部に新たなセグメントを連結してシールド掘削機を推進させるようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、シールド掘削機でトンネルを１／３Ｂ掘進させながら、トンネル覆工の先端部にセグメントで形成された凹部に新たなセグメントを組み立てることを行うことができるため、トンネルの掘削とセグメントの組み立てを同時に施工することができる。しかも、掘削時におけるシールド掘削機の推進ジャッキのストロークをセグメント長さＢの１／３Ｂ程度に設定でき、従来のものより短く形成できてシールド掘削機の推進ジャッキを小型化できる。

また、凹部を形成するセグメントの第三側面に、新たなセグメントの第三側面を当接させながら、凹部に新たなセグメント嵌合することが好ましい。
トンネル覆工のセグメントで形成した凹部に新たなセグメントを嵌合させる際、凹部の２／３Ｂの長さを有する第三側面にセグメントの第三側面を当接させながら摺動させて嵌合するため、セグメントの角部の損傷のおそれを抑制できる。

本発明に係るセグメントは、略円筒状のトンネル壁面の一部を構成する湾曲した略六角形板状のセグメントにおいて、互いに平行な第一側面と、第一側面間における対向する両側部にそれぞれ形成されていて角部を介して交差する第二側面及び第三側面と、を有しており、第一側面同士の間の長さをＢとして、第一側面に直交する方向において第二側面は１／４Ｂより大きく１／２Ｂより小さい範囲の長さを有し、第三側面は１／２Ｂより大きく３／４Ｂより小さい範囲の長さを有していて、回転対称に形成されていることを特徴とする。

本発明のセグメント及びその組み立て方法によれば、互いに平行な第一側面同士の間に設けた第二側面を１/３Ｂの長さに設定して回転対称としたため、トンネル覆工をハニカム構造に組み立てる際、両側のセグメント間の凹部に嵌合するセグメントはトンネル軸方向に１／３Ｂの長さ突出ことになる。そのため、推進ジャッキのストロークを１／３Ｂの長さを加えた長さ程度に設定でき、従来のものより短いためシールド掘削機の推進ジャッキを小型化できる。
しかも、トンネルの掘削とセグメントの組み立てを同時に且つ効率よく施工することができる。

本発明の実施形態による六角形セグメントを示す図である。 実施形態による六角形セグメントをトンネル覆工の凹部に組み立てる第一工程を示す展開図である。 次の六角形セグメントをトンネル覆工の凹部に組み立てる第二工程を示す展開図である。 六角形セグメントの組み立て工程を示す図であり、（ａ）は実施形態の変形例の場合、（ｂ）は従来例の場合の図である。 従来の長方形セグメントを組み立てる工程を示す展開図である。 従来の六角形セグメントを組み立てる工程を示す展開図である。

以下、本発明の実施形態によるセグメント及びセグメント組み立て方法について図１〜図３を参照して説明する。
図１は実施形態に係る六角形セグメント１０を示すものである。
本実施形態による六角形セグメント１０は略六角形板状であり、例えば略円筒状のトンネルを構築するトンネル壁面であるトンネル覆工１７の一部を形成するよう湾曲して所定の厚みを有している。六角形セグメント１０は対向する長辺をなす第一側面１１同士が互いに平行で同一長さに形成されている。対向する第一側面１１の両側側部には角部ｋを挟んでそれぞれ二辺が屈曲して形成され、比較的短い辺をなす第二側面１２と比較的長い片をなす第三側面１３とが交差して形成されている。

六角形セグメント１０は第一側面１１に直交する方向をトンネルの軸方向Ｏとして、第一側面１１と第一側面１１との間の長さを幅Ｂとする。第二側面１２は軸方向Ｏに１／３Ｂの長さを有している。第三側面１３は軸方向Ｏに２／３Ｂの長さを有している。六角形セグメント１０は１８０度回転対称に形成されている。この六角形セグメント１０は例えば鋼製、鉄筋コンクリート製、或いは合成セグメント等とされている。

本実施形態による六角形セグメント１０は、図２に示すように、即ち、図示しないシールド掘削機１５によってトンネルを掘削すると共に掘削された地盤の壁面に沿って六角形セグメント１０を周方向に接合して略ハニカム構造に連結することでトンネル覆工１７を築造する。トンネル覆工１７は例えば周方向に６個の六角形セグメント１０を千鳥状に組み合わせて連結すると共にトンネル軸方向Ｏに連結されていく。トンネル覆工１７では、各六角形セグメント１０の第一側面１１同士、第二側面１２同士、第三側面１３同士を互いに面接合することでボルト等で連結される。

図２に示すトンネル覆工１７において、掘削方向の先端面では、例えば左側から右側に六角形セグメント１０が配列されており、左側の六角形セグメント１０の第二側面１２と隣の六角形セグメント１０の第二側面１２同士が接合し、更に第三側面１３とその隣の六角形セグメント１０の第三側面１３同士が接合している。これら３つの六角形セグメント１０によって略台形状の凹部１８を形成している。台形状の凹部１８は底部が第一側面１１、一方の側部が第三側面１３、他方の側部が第二側面１２で形成されている。凹部１８の両側部の六角形セグメント１０では、一方の第三側面１３の方が他方の第二側面１２よりもトンネルの軸Ｏ方向に１/３Ｂ突出している。

本実施形態では、このような凹部１８を有する構造が隣り合う六角形セグメント１０の第三側面１３同士を接合して、周方向に二組形成されている。これらの凹部１８内にこれからセットしようとする新たな六角形セグメント１０が嵌合される。しかも、凹部１８の第三側面１３を形成する六角形セグメント１０が最も先端側に突出しており、凹部１８の第二側面１２を形成する六角形セグメント１０は最も突出した六角形セグメント１０よりも１／３Ｂ後退している。凹部１８の底部である第一側面１１を形成する六角形セグメント１０は最も突出した六角形セグメント１０よりも２／３Ｂ後退している。

シールド掘削機１５の前端部には図示しないカッタ板が回転可能に設置されて地中の地盤を掘削可能である。掘削された土砂は図示しないスクリューコンベア等によって排出可能である。シールド掘削機１５の後端部には、既に施工されたトンネル覆工１７の先端面を押圧する推進ジャッキ１９がロッド１９ａを伸縮可能に設置されている。推進ジャッキ１９のロッド１９ａはトンネル覆工１７の先端面に形成された各六角形セグメント１０の第一側面１１に当接させている。
推進ジャッキ１９はロッド１９ａをセグメント幅Ｂの１／３Ｂ伸長させることでトンネル覆工１７の先端面で推進反力をとって、シールド掘削機１５をトンネル軸方向Ｏに１／３Ｂだけ掘進させる。これにより、凹部１８の底部から推進ジャッキ１９までの距離Ｌは最大で[Ｌ＝Ｂ＋１／３Ｂ＋α]になる。αは、六角形セグメント１０を凹部１８の空間に組み立てる際の組み立て余裕代である。

本実施形態による六角形セグメント１０とシールド掘削機１５は上述した構成を備えており、次に六角形セグメント１０の組み立て方法について説明する。
図２に示す六角形セグメント１０の組立状態において、シールド掘削機１５の推進ジャッキ１９のロッド１９ａがセグメント幅Ｂの１／３Ｂ伸長すると共に、前端部のカッタ板でトンネル軸方向Ｏ前方に１／３Ｂ掘削する。この状態で、推進ジャッキ１９とトンネル覆工１７の先端部における凹部１８の底部との距離Ｌが[Ｂ＋１／３Ｂ＋α]に設定される。その後、凹部１８を押圧する推進ジャッキ１９のロッド１９ａを収縮させて空間を形成する。

そして、図示しないエレクター等を用いて、図２において二点鎖線で示す新たな六角形セグメント１０を凹部１８の空間内に組み込む。その際、新たな六角形セグメント１０の後半部の第一側面１１、第二側面１２、第三側面１３を凹部１８内の底部の第一側面１１、両側部の第二側面１２、第三側面１３にそれぞれ嵌合させ、ボルト等で連結する。もう１つの凹部１８内にも同様に新たな六角形セグメント１０を嵌合させてボルト等で連結する。こうして、トンネル覆工１７の前端部の２つの凹部１８における周方向の六角形セグメント１０の施工が完了し、推進ジャッキ１９のロッド１９ａを伸長させて新たな六角形セグメント１０の第一側面１１を押圧する。

そして、図３に示す先端部を有するトンネル覆工１７が得られる。新たな２個の六角形セグメント１０を連結することで組み立てが進み、先端部に新たな２つの凹部１８がそれぞれ前方右側に移行して形成される。なお、新たな六角形セグメント１０の組込み中においてもシールド掘削機１５はトンネルの地盤の掘削を継続している。

次に、シールド掘削機１５の推進ジャッキ１９のロッド１９ａがセグメント幅Ｂの１／３Ｂ伸長すると共に、前端部のカッタ板でトンネル軸方向Ｏに１／３Ｂ掘削する。そして、トンネル覆工１７の前端部に形成された新たな凹部１８の底部を押圧する推進ジャッキ１９のロッド１９ａを収縮させることで、推進ジャッキ１９のストローク長さ（推進ジャッキ１９と凹部１８との間の長さ）Ｌ＝Ｂ＋１／３Ｂ＋αの空間が形成される。この空間内に新たな六角形セグメント１０を挿入して凹部１８に嵌合させる。
こうして、トンネル覆工１７の周方向先端部に形成される２つの凹部１８に新たな六角形セグメント１０を嵌合して連結する作業を順次３回行うことで、１周分のトンネル覆工１７が周方向に形成される。このような作業をトンネル内で繰り返すことでトンネル覆工１７が構築される。

ここで、推進ジャッキ１９の伸縮長さと掘削施工との関係について説明する。
図６の従来技術に示すように、六角形セグメント３に第二側面５ａと第三側面５ｂの各長さを１／２Ｂに形成した場合、シールド掘削機１５のカッタ板によるトンネルの掘削と新たな六角形セグメント３の凹部６への嵌合を同時にできるため組立速度は高速化できる。しかし、上述のように、推進ジャッキ１９が比較的大型であるため、シールド掘削機１５が大型化する欠点がある。

一方、実施形態における六角形セグメント１０の第二側面１２の長さを１／４Ｂと第三側面１３の長さを３／４Ｂに変形して形成した場合、カッタ板によるトンネル軸方向Ｏの掘削距離が１／４Ｂと短くなり掘削時間も短くなる。一方、凹部１８の空間内への六角形セグメント１０の組み立て時間は実施形態と同一時間かかる。そのため、トンネル掘削と六角形セグメント１０の連結とを連続してバランスよく施工するためには、六角形セグメント１０の組み立て作業をより高速で行うかカッタ板による掘削速度を遅くするか、しなければならない。六角形セグメント１０の組み立て作業を高速化する場合、作業が煩雑で処理能力を超えてしまう。また、カッタ板による掘削速度を遅くする場合には、掘削速度が遅くなるため施工効率が低下する。

これに対し、本実施形態による六角形セグメント１０では、第二側面１２の長さ１／３Ｂと第三側面１３の長さ２／３Ｂに設定したため、カッタ板による掘削距離１／３Ｂ及び掘削時間と六角形セグメント１０の組み立て時間とのバランスを確保でき、効率よく施工できる。

上述したように本実施形態による六角形セグメント１０及びこれを用いたセグメントの組み立て方法によれば、トンネル覆工１７の前端部に新たな六角形セグメント１０を組み立てる際に、推進ジャッキ１９のロッド１９ａを長さ１／３Ｂだけ伸縮すればよいため、シールド掘削機１５が小型のものでよく製造コストを低減できる。また、六角形セグメント１０は両側部が回転対称な変形形状であっても同一形状であるため、型枠費用を節約できる。
更に、シールド掘削機１５によるトンネルの掘削と六角形セグメント１０の組み立てを同時に施工することができるため施工を高速で行える。しかも、シールド掘削機１５によるトンネルの掘削時間と六角形セグメント１０の組み立て時間のバランスがよいため、施工が効率的で高速化できる。

以上、本発明の実施形態による六角形セグメント１０及びその組み立て方法について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜の変更や置換等が可能であり、これらはいずれも本発明に含まれる。以下に、本発明の変形例等について説明するが、上述の実施形態と同一または同様な部分、部材には同一の符号を用いて説明を省略する。

図４は実施形態による六角形セグメント１０によるトンネル覆工１７の凹部１８への組み立て方法を示すものである。
図４（ｂ）に示す従来例の六角形セグメント３において、第二側面５ａと第三側面５ｂの長さがそれぞれ１／２Ｂに設定されているため、嵌合時に凹部６の中央から嵌合させないと両側の六角形セグメント３や新たな六角形セグメント３の角部が当接して損傷するおそれがある。
これに対し、図４（ａ）に示す実施形態による六角形セグメント１０の組み立て方法において、凹部１８に新たな六角形セグメント１０を嵌合させる際、凹部１８における２／３Ｂの長さを有する第三側面１３に、六角形セグメント１０の第三側面１３を当接させて凹部１８の第三側面１３に沿って凹部１８内に移動させて嵌合させることができる。これによって、新たな六角形セグメント１０を嵌合させる際、トンネル覆工１７における凹部１８の両側の六角形セグメント１０の角部に接触して角部を損傷することを防止できる。

上述した実施形態や変形例に示す六角形セグメント１０はセグメントに含まれる。また、実施形態では、六角形セグメント１０における対向する第一側面１１間の長さをＢとし、角部を有する両側部の第二側面１２の長さを１／３Ｂとした。しかし、本実施形態の六角形セグメント１０では、長さ１／３Ｂについて１／４Ｂより大きく１／２Ｂより小さい範囲であればよく、これらの範囲を含むものとする。同様に、第三側面１３の長さ２／３Ｂは１／２Ｂより大きく３／４Ｂより小さい範囲を含むものとする。

１０ 六角形セグメント
１１ 第一側面
１２ 第二側面
１３ 第三側面
１５ シールド掘削機
１７ トンネル覆工
１８ 凹部
１９ 推進ジャッキ
１９ａ ロッド

Claims (4)

1. 略円筒状のトンネル壁面の一部を構成する湾曲した略六角形板状のセグメントにおいて、
   互いに平行な第一側面と、前記第一側面間における対向する両側部にそれぞれ形成されていて角部を介して交差する第二側面及び第三側面と、を有しており、
   前記第一側面同士の間の長さをＢとして、前記第一側面に直交する方向において前記第二側面は１/３Ｂの長さを有し、前記第三側面は２/３Ｂの長さを有していて、
   前記両側部の各々において、前記第一側面の何れか一方と前記第二側面とがなす角、及び、前記第三側面と前記第一側面の何れか他方とがなす角が、９０度よりも大きく、
   回転対称に形成されていることを特徴とするセグメント。
2. 請求項１に記載されたセグメントを、トンネル周方向に配列された前記セグメント間の凹部に連結して略ハニカム構造のトンネル覆工を構築していくセグメントの組み立て方法であって、
   前記凹部を形成する前記セグメントの第三側面に、新たな前記セグメントの第三側面を当接させながら、前記凹部に新たな前記セグメント嵌合し、
   前記凹部に嵌合して連結される新たな前記セグメントは、前記凹部の両側に連結された２つの前記セグメントのトンネルの軸方向により突出した方の前記セグメントに対して１/３Ｂの長さ突出するように連結したセグメントの組み立て方法。
3. 請求項１に記載されたセグメントを、トンネル周方向に配列された前記セグメント間の凹部に連結して略ハニカム構造のトンネル覆工を構築していくと共に、前記トンネル覆工の前端部に推進ジャッキの推進反力をとってシールド掘削機を推進させるセグメントの組み立て方法であって、
   前記セグメントを組み立てる際の推進ジャッキのストローク長さを、[前記セグメントの長さＢ＋前記第二側面の長さ１／３Ｂ＋組み立て余裕代]に設定して、
   前記凹部を形成する前記セグメントの第三側面に、新たな前記セグメントの第三側面を当接させながら、前記凹部に新たな前記セグメント嵌合し、
   前記トンネル覆工の凹部に新たな前記セグメントを連結して前記シールド掘削機を推進させるようにしたことを特徴とするセグメントの組み立て方法。
4. 略円筒状のトンネル壁面の一部を構成する湾曲した略六角形板状のセグメントにおいて、
   互いに平行な第一側面と、前記第一側面間における対向する両側部にそれぞれ形成されていて角部を介して交差する第二側面及び第三側面と、を有しており、
   前記第一側面同士の間の長さをＢとして、前記第一側面に直交する方向において前記第二側面は１／４Ｂより大きく１／２Ｂより小さい範囲の長さを有し、前記第三側面は１／２Ｂより大きく３／４Ｂより小さい範囲の長さを有していて、
   前記両側部の各々において、前記第一側面の何れか一方と前記第二側面とがなす角、及び、前記第三側面と前記第一側面の何れか他方とがなす角が、９０度よりも大きく、
   回転対称に形成されていることを特徴とするセグメント。

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