JPH0765465B2 - 地下構造物の構築工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は地下に構築される地下構造物の構築工法に関す
るものである。

（従来の技術） 最近、市街地の地下に構築されるトンネル構造物はシー
ルド工法によって掘削されて構築されることが多い。

従来のシールド工法は円形断面のシールド掘進機により
地中に円形空洞を掘削すると共に、該シールド掘進機の
後部において鋼製又は鉄筋コンクリート製のセグメント
を前記円形空洞の内側に覆工して円形中空断面のトンネ
ル構造物を構築するものである。

ところが、このシールド工法により道路用トンネル又は
地下鉄道用トンネルを構築する場合、複線用の空間を確
保するために第10図の（Ａ）図に示すように単線用トン
ネルＴを適宜間隔をもって別個に構築したり、又は同図
の（Ｂ）図に示すように複線用断面を有する大口径のト
ンネルT₁を構築する必要があった。

しかし、前記（Ａ）図の工法においては複数のトンネル
Ｔが夫々別個に掘削して構築されるため、工費の増大と
工期の長期化を招くと共に、工期の長期化に伴って工事
敷地周辺の施設や構造物等に悪影響を及ぼす懸念があっ
た。

また、前記（Ｂ）図の工法においてはトンネル空間が大
きい割りには利用されない無駄な空間が多くなると共に
掘削土量が著しく増大するため工費が嵩むという問題が
あった。

そこで、最近では同図の（Ｃ）図に示すような単線用断
面のトンネルT₂を２本相互に接触させて掘削する、いわ
ゆる断面まゆ形のシールド工法が提案されて実用化され
つつある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記（Ｃ）の工法においても断面がまゆ
形であるため、前記（Ｂ）図の複線用断面を有する大口
径のトンネルと比較した場合に掘削土量はかなり低減で
きるが、まだ未利用の空間が残ると共に、覆工構造物と
してのセグメントの形状が複雑化して地下構造物として
の力学的な安定性に欠けるという問題があった。

そこで、本出願人らは道路用、地下鉄道用あるいは通信
施設用のトンネルとして、できるだけ無駄な空間をなく
し、かつ工費の低減及び工期の短縮を図ることのできる
四角形断面のシールド工法、例えば特願昭63−218194号
公報（特開平２−66295号公報）、実願平１−69803号公
報（実開平３−12993号公報）、実願平１−69805号公報
（実開平３−12994号公報）等に記載され工法を開発し
た。

この工法は従来の四角形断面のトンネルが、カッタ駆動
部に未切削部分が残されるため、切羽開放型の手掘り方
式でしか施工されていなかったものを、密閉型機械式の
シールド工法によっても施工可能としたものであり、そ
の技術的手段は一対のドラムカッタとそれらの間に小径
のリングカッタを２個配設し、動力源からの動力をかさ
歯車とひら歯車との組み合わせによりドラムカッタへ伝
達し、更にドラムカッタのギアケースを介してリングカ
ッタへ伝達する構造としたことである。

このような技術的手段により、カッタ駆動部に未切削部
分が残るという従来技術の問題点が解決され、かつ左右
に伸縮自在にすることによりトンネルの掘削幅を任意に
変えることのできる四角形断面のトンネルを構築するこ
とが可能となり、単体としての地下構造物を構築するた
めの四角形断面シールド工法の完成に至った。

本発明は上記のような四角形断面のシールド工法の技術
をさらに発展させて、複線用あるいは複々線用のシール
ドトンネルの構築工法を提供すると共に、これらの構造
物を連続的に形成することにより地下深部における大空
間を構築するための方法を提供することを目的とする。

（課題を達成するための手段） 本願発明は、正面視において四角形状を有し、先端部に
複数のカッタユニットを備えた複数のシールドユニット
が、伸縮装置により連結方向に伸縮自在に連結されてな
るシールド掘進機を用いて、地中に地下構造物を構築す
る方法であって、前記シールド掘進機により断面四角形
状で、かつ、長尺の第一及び第二の先行地下空間体を、
適宜間隔をもって地中に掘削・形成する工程と、前記シ
ールド掘進機の側面に掘削ガイド手段を設け、該シール
ド掘進機を前記第一及び第二の先行地下空間体の長手方
向の側面に挟まれるように位置させるとともに、前記ガ
イド手段を前記第一及び第二の先行地下空間体の両側面
にまたがってスライド自在に嵌合する工程と、前記掘削
ガイド手段を設けたシールド掘進機により、前記第一及
び第二の先行地下空間体の長手方向の両側面に挟まれた
地下部分を掘進し、新たに後行地下空間体を形成する工
程とを含むことを特徴とし、 前記前記第一及び第二の先行地下空間体を掘削・形成す
る工程を繰り返すとともに、前記後行地下空間体を形成
する工程を繰り返して複数の後行地下空間体を形成する
ことを特徴とし、 前記先行地下空間体及び後行地下空間体とが、正面視に
おいて無端状に連結して構成されていることを特徴と
し、 前記先行地下空間体及び後行地下空間体の一部もしくは
全てが、正面視において台形状に掘削・形成されること
を特徴とし、 前記先行地下空間体と、前記後行地下空間体とを連結材
により連結して連続構成とする工程とを含むことを特徴
とする構成にすることである。

（作用） 前記第一及び第二の先行地下空間体の長手方向の両側面
にまたがってスライドする掘削ガイド手段を設置したシ
ールド掘進機を用いて、第一及び第二の先行地下空間体
に挟まれた地下部分を掘進し、新たに後行地下空間体を
形成することにより、四角形状断面の先行及び後行地下
空間体を隣接して連続的に形成した地下構造物を構築す
ることができる。

この場合、前記シールド掘進機が、先端部に複数のカッ
タユニットを備えた複数のシールドユニットを、その連
結方向に伸縮自在に連結してあるので、前記先行地下空
間体の形成位置がずれていたとしても、拡幅掘削や縮小
掘削を行なうことによって、後行地下空間体を所定位置
に確実に掘削・形成することが可能になる。

また、先行地下空間体を予め複数個掘削・形成しておく
ことにより、単一の先行地下空間体に隣接して複数の後
行地下空間体を順次掘削・形成する場合に比べて、短時
間で確実に連続した地下構造物を構築することができ
る。

また、第一及び第二の先行地下空間体を掘削・形成する
工程を繰り返し、地中に多数の先行地下空間体を形成し
ておき、その後、掘削ガイド手段を備えたシールド掘進
機を用いて各々の先行地下空間体に挟まれた地下部分を
掘進し、新たに後行地下空間体を順次形成することによ
り、大断面の地下構造物を効率よく、しかも計画位置に
確実に構築することができる。

先行地下空間体及び後行地下空間体とを、正面視におい
て無端状に連結して構成することにより、これらに囲ま
れた地中部分を掘削・排土して、地下大空間として多目
的用途に活用することができる。

また先行地下空間体及び後行地下空間体の一部もしくは
全てを、正面視において台形状に掘削・形成することに
より、長方形・円形・長円形・馬蹄形等の任意形状の環
状地下構造物を構築することができる。

また先行地下空間体と後行地下空間体とを連続構造とす
ることにより、連結部の強度が向上し、大き外力が作用
する地下深部においても、力学的に安定した地下構造物
を構築することができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は第一及び第二の先行地下空間体の間にシールド
掘進機を嵌合した状態の正面図、第２図は同斜視図、第
３図の（Ａ）及び（Ｂ）は先行及び後行地下空間体が連
結されて形成された地下構造物の断面図、第４図は先行
及び後行地下空間体の連結部の一部省略拡大断面図、第
５図は地下空間体を無端状に連結して構築した地下構造
物の断面図である。

本発明はまず初めに進行方向視において長方形状のシー
ルド掘進機１、即ち第１図に示すものと同型で側面に掘
削ガイド手段のないシールド掘進機でシールドトンネル
を適宜間隔をもって二本掘削し、該シールド掘進機の後
部において順次組み立てたセグメントａで前記シールド
トンネル内を覆工して第一及び第二の先行地下空間体
A₁、A₂を構築する。

そしてこれら両先行地下空間体A₁、A₂を構築した後、進
行方向視において四角形状のシールド掘進機１を両先行
地下空間体A₁、A₂の間にガイドプレート２を介してスラ
イド自在に嵌合すると共に、これら両先行地下空間体
A₁、A₂に沿ってシールド掘進機１を掘進させることによ
りこれらの両先行地下空間体A₁、A₂間にシールドトンネ
ルを掘削する（第１図）。

この際前記ガイドプレート２の先端にはスクリュウカッ
タ2aが設けてあるため、該スクリュウカッタ2aが両先行
地下空間体A₁、A₂の上面部及び下面部の土砂及び硬化し
た裏込材を切削し、この土砂や裏込材はシールド掘進機
１のカッタ３方向へ移送されて圧力室Ｒに取り込まれ、
そこから排泥管４により排出される。

次に、前記シールド掘進機１の後部において順次組み立
てたセグメントａで前記トンネル内を覆工して両先行地
下空間体A₁、A₂と密接した後行地下空間体Ｂを構築す
る。

この際後行地下空間体Ｂはセグメントａの貫通孔a₁と両
先行地下空間体A₁、A₂のセグメントａの貫通孔a₁とを合
致させるように構築する。

そしてこれら両先行地下空間体A₁、A₂と後行地下空間体
Ｂとの貫通孔a₁に連結材５を貫通させて締結すると共
に、両先行地下空間体A₁、A₂と後行地下空間体Ｂとの間
に生じた空隙部ｍに注入口a₂から充填材６を充填するこ
とにより、両先行地下空間体A₁、A₂と後行地下空間体Ｂ
とを構造的に連結して地下構造物Ｃを構築する（第３図
の（Ａ）図）。

連結材５はPC鋼線やフックボルト等が用いられ、セグメ
ントａの貫通孔a₁に両先行地下空間体A₁、A₂又は後行地
下空間体Ｂの内側から貫入し、緊張ジャッキで緊張する
ことにより両先行地下空間体A₁、A₂と後行地下空間体Ｂ
とにプレストレスを与えるものである。

充填材６は無収縮性の急結モルタル等であり、両先行地
下空間体Ａ、Ａと後行地下空間体Ｂとの接合部分の強度
低下を防止する。このように、両先行地下空間体A₁、A₂
と後行地下空間体Ｂとを連結構造とすることより、地下
構造物Ｃ全体としての力学的安定性を確保するものであ
る（第４図）。

尚、これらの両先行地下空間体A₁、A₂は横方向に限らず
第３図の（Ｂ）に示すように上下方向に形成することも
任意であり、さらに前記先行及び後行地下空間体Ａ、
Ｂ、…を無端状に連結してその内部空間ｄを掘削排土す
ることにより、第５図に示すような内部空間ｄを活用す
るための地下構造物Ｄを構築することが可能となる。

このような後行地下空間体Ｂを掘削・形成するシールド
掘進機１は、正面視においてコ字状の外殻1cを有し、そ
の前部に複数のカッタユニット３が配設された前部シー
ルドユニット1a及び後部シールドユニット1bとが、隣接
する側面開口部で、伸縮装置により横方向に伸縮自在に
連結されている。

各々のカッタユニット３は、一対のドラムカッタ3bと、
それらの間に配設される小径の一対のリングカッタ3cと
により構成され、正面視において略矩形状に形成されて
いる（第１図、第２図、第６図参照）。

また、前部及び後部シールドユニット1a、1bは、これら
を左右に伸縮させる伸縮ジャッキ８と、反力ジャッキ９
とからなる伸縮装置７を備え、それぞれのシールドユニ
ットの側面上下端に掘削ガイド手段としてガイドプレー
ト２が突設され、該ガイドプレート２の全面にはスクリ
ュウカッタ2aが設けられている。

そのため、後行地下空間体Ｂの掘削中に蛇行修正を行な
う場合、すなわち、第一及び第二の地下空間体A₁、A₂の
どちらか、又は両方の形成位置が左右にずれていたりし
て、後行地下空間体Ｂの掘進位置を修正する必要がある
場合には、次のように伸縮装置７を操作して、所定位置
に地下構造体Ｃを構築することができる。、例えば第６
図に示すような後部シールドユニット1bを伸張させる場
合は、前部シールドユニット1a側の反力ジャッキ９を伸
張して前部シールドユニット1a側の先行地下空間体A₁の
側壁a₃に反力を作用させてシールド掘進機１を固定す
る。

そして該シールド掘進機１を固定したままで伸縮ジャッ
キ８を伸張させると後部シールドユニット1bが左方向に
伸張して拡幅掘削を行なうことにより、設計位置に確実
に地下構造物Ｃを構築することができる。

またこれとは反対に前部シールドユニット1aを伸張させ
る場合は、後部シールドユニット1b側の反力ジャッキ９
を伸張した後、伸縮ジャッキ８を伸張させることにより
行なわれる。

そして伸張したシールド掘進機１を収縮する場合は収縮
する側、例えば後部シールドユニット1bの反力ジャッキ
９を伸張させて後部シールドユニット1b側の先行地下空
間体A₂の側壁a₄に反力を作用させると共に、伸縮ジャッ
キ８を収縮することにより後部シールドユニット1bが内
側に収縮される。

これによって、トンネルの掘削中に自在に拡幅掘削や縮
小掘削が可能となるので、蛇行修正が容易となって、後
行地下空間体を設計位置に確実に掘削・形成することが
できる。

尚、前記シールド掘進機１の伸縮は前述のように横方向
に限らず、上下方向へ伸縮することも勿論可能である。

また第７図に示すように全体として台形状に形成された
カッタ３′を備えたシールド掘進機１′で地下空間体
Ａ′を連続的に掘削形成し、その内側を掘削排土するこ
とにより、第９図の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すよう
な内部空間ｅが活用可能な地下構造物Ｅを構築すること
ができる。

これにより個々の地下空間体Ａ、Ｂ、…を個別の目的、
例えば、道路トンネル、地下鉄道トンネル、上下水道用
トンネル等に利用可能にすると共に、地下構造物Ｅの内
部空間ｅを公共地下空間として有利に活用することも可
能になる。

前記カッタ３′は第８図に示すように一対の円錐台形状
のドラムカッタ3b′と、該ドラムカッタ3b′との間に偏
芯して設けられた円錐台形状のリングカッタ3c′とで全
体として台形状に形成されたカッタユニット3a′が進行
方向視において台形状に複数配設されている。

（発明の効果） 本発明は以上の様な構成にしたことにより下記の効果を
有する。

第一及び第二の先行地下空間体の長手方向の両側面
にまたがってスライドする掘削ガイド手段を設置したシ
ールド掘進機を用いて、第一及び第二の先行地下空間体
に挟まれた地下部分を掘進し、新たに後行地下空間体を
形成することにより、四角形状断面の先行及び後行地下
空間体を隣接して連続的に形成した地下構造物を構築す
ることができる。

この場合、前記シールド掘進機が、先端部に複数のカッ
タユニットを備えた複数のシールドユニットを、その連
結方向に伸縮自在に連結してあるので、前記先行地下空
間体の形成位置がずれていたとしても、拡幅掘削や縮小
掘削を行なうことによって、後行地下空間体を所定位置
に確実に掘削・形成することが可能になる。

また、先行地下空間体を予め複数個掘削・形成しておく
ことにより、単一の先行地下空間体に隣接して複数の後
行地下空間体を順次掘削・形成する場合に比べて、短時
間で確実に連続した地下構造物を構築することができ
る。

第一及び第二の先行地下空間体を掘削・形成する工
程を繰り返し、地中に多数の先行地下空間体を形成して
おき、その後、掘削ガイド手段を備えたシールド掘進機
を用いて各々の先行地下空間体に挟まれた地下部分を掘
進し、新たに後行地下空間体を順次形成することによ
り、大断面の地下構造物を効率よく、しかも計画位置に
確実に構築することができる。

先行地下空間体及び後行地下空間体とを、正面視に
おいて無端状に連結して構成することにより、これらに
囲まれた地中部分を掘削・排土して、地下大空間として
多目的用途に活用することができる。

先行地下空間体及び後行地下空間体の一部もしくは
全てを、正面視において台形状に掘削・形成することに
より、長方形・円形・長円形・馬蹄形等の任意形状の環
状地下構造物を構築することができる。

先行地下空間体と後行地下空間体とを連続構造とす
ることにより、連結部の強度が向上し、大きな外力が作
用する地下深部においても、力学的に安定した地下構造
物を構築することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行地下空間体の側面にシールド掘進機が嵌合
した状態の正面図、第２図は同斜視図、第３図の（Ａ）
及び（Ｂ）は地下構造物の断面図、第４図は先行及び後
行地下空間体の連結部の一部省略拡大断面図、第５図は
地下空間体を連続的に接続して構築した地下構造物の断
面図、第６図は両先行地下空間体の間にシールド掘進機
が嵌合した状態の横断面図、第７図は正面視において台
形状断面のシールド掘進機の正面図、第８図は同カッタ
ユニットの拡大正面図、第９図の（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）は地下空間体を連続的に接続して構築した地下構
造物の断面図、第10図の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は従来
の地下構造物の構築工法の断面図である。 また図中、 A₁、A₂:先行地下空間体 B:後行地下空間体 Ｃ、Ｄ、E:地下構造物 １、１′：シールド掘進機 である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 窪田 敬昭 茨城県北相馬郡藤代町藤代647―59―403 (56)参考文献 特開 昭64−66394（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−4094（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】正面視において四角形状を有し、先端部に
   複数のカッタユニットを備えた複数のシールドユニット
   が、伸縮装置によりその連結方向に伸縮自在に連結され
   てなるシールド掘進機を用いて、地中に地下構造物を構
   築する方法であって、前記シールド掘進機により断面四
   角形状で、かつ、長尺の第一及び第二の先行地下空間体
   を、適宜間隔をもって地中に掘削・形成する工程と、前
   記シールド掘進機の側面に掘削ガイド手段を設け、該シ
   ールド掘進機を前記第一及び第二の先行地下空間体の長
   手方向の側面に挟まれるように位置させるとともに、前
   記掘削ガイド手段を前記第一及び第二の先行地下空間体
   の両側面にまたがってスライド自在に嵌合する工程と、
   前記掘削ガイド手段を設けたシールド掘進機により、前
   記第一及び第二の先行地下空間体の長手方向の両側面に
   挟まれた地下部分を掘進し、新たに後行地下空間体を形
   成する工程とを含むことを特徴とする地下構造物の構築
   工法。
2. 【請求項２】請求項（１）において、前記第一及び第二
   の先行地下空間体を掘削・形成する工程を繰り返すとと
   もに、前記後行地下空間体を形成する工程を繰り返して
   複数の後行地下空間体を形成することを特徴とする地下
   構造物の構築工法。
3. 【請求項３】請求項（２）において、前記先行地下空間
   体及び後行地下空間体とが、正面視において無端状に連
   結して構成されていることを特徴とする地下構造物の構
   築工法。
4. 【請求項４】請求項（１）または（２）、もしくは
   （３）において、前記先行地下空間体及び後行地下空間
   体の一部もしくは全てが、正面視において台形状に掘削
   ・形成されることを特徴とする地下構造物の構築工法。
5. 【請求項５】請求項（１）、（２）、（３）、（４）の
   いずれかにおいて、前記先行地下空間体と、前記後行地
   下空間体とを連結材により連結して連続構造とする工程
   とを含むことを特徴とする地下構造物の構築工法。