JPH10280888A - シールドトンネル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地下水流の流れ方向と直交する方向にシール
ドトンネルが透水性土層に築造される場合に、地下水流
を遮断することなく、地下水位に変動が生じることを防
止でき、周囲に影響を及ぼすおそれのないものにでき
る。 【解決手段】 シールド掘進機で掘削しながらセグメン
トを組み立てて構築されるシールドトンネル１におい
て、セグメント外殻は耐圧性を有する構造部材で形成
し、該構造部材のうちの坑内側の面板は止水性を有する
もので形成して密閉構造とし、シールドトンネル１が地
下水流６を遮断しないようにセグメントの内部や外側な
どの箇所に該セグメントにそって地下水が流れる透水手
段を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールド掘進機で
掘削しながらセグメントを組み立てて構築されるシール
ドトンネルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】土木工事のシールド工法において、シー
ルド掘進機で掘削しながらセグメントを組み立ててシー
ルドトンネルを構築するとき、構築場所によっては図21
に示すように地下水流６の流れ方向と直交する方向にシ
ールドトンネル１が透水土層２に構築されることがあ
る。

【０００３】シールドトンネル１はトンネル内への地下
水の浸入を防ぐために例えば、セグメントの外殻は水の
浸入しない鋼材などで製作し、また、セグメントピース
間やセグメントリング間には止水のためのシール材を介
装して、止水構造としているため、透水土層２にシール
ドトンネル１が構築されると、該シールドトンネル１に
よって地下水流の流れが遮断される。図中３は不透水土
層を示す。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】シールドトンネル１に
よって地下水流６がせき止められると、シールドトンネ
ル１が構築された場所よりも下流側に位置する地下水流
６は、シールドトンネル１の構築前の水位Ａよりもトン
ネル構築後の水位Ｂが低下し、その結果、この地域に設
けてある井戸４などでは井戸枯れが発生したりするなど
の不都合が生じる。

【０００５】他方、シールドトンネル１が構築された場
所よりも上流側に位置する地下水流６は、以前の水位Ａ
よりもトンネル構築後の水位Ｃが上昇し、その結果、こ
の地域に構築されている建物５の地下室では漏水や浸水
などが発生する。

【０００６】また、シールドトンネル１の覆工にも、シ
ールドトンネル１に対して地下水流６の上流側と下流側
では水位（水量）が異なるために、セグメントに偏土圧
や偏水圧が発生する。このため、高強度（高耐力）のセ
グメントが必要となる。

【０００７】本発明の目的は前記従来例の不都合を解消
し、地下水流の流れ方向と直交する方向にシールドトン
ネルが透水土層に築造される場合に、地下水流を遮断す
ることなく、地下水位に変動が生じることを防止でき、
周囲に影響を及ぼすおそれのないシールドトンネルを提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、第１に、シールド掘進機で掘削しながらセグ
メントを組み立てて構築されるシールドトンネルにおい
て、セグメント外殻は耐圧性を有する構造部材で形成
し、該構造部材のうちの坑内側の面板は止水性を有する
もので形成して密閉構造とし、シールドトンネルが地下
水流を遮断しないようにセグメントの内部や外側などの
箇所に該セグメントにそって地下水が流れる透水手段を
設けたことを要旨とするものである。

【０００９】第２に、透水手段は、セグメント内を地下
水が通過可能なようにセグメントの外殻内に透水物質を
充填すること、第３に、透水手段は、セグメント内を地
下水が通過可能なようにセグメントの外殻内に配設され
る縦リブや外殻の一部を構成する妻板などの構造部材に
透水用の孔を設けること、第４に、透水手段は、セグメ
ントを地下水が通過可能なようにセグメントの地山側に
突出する透水用の空洞部を設けること、第５に、透水手
段は、セグメント外面と地山間に生じるテールボイド部
を地下水が通過可能なようにテールボイド部に注入する
裏込め注入材を透水性を有する材質のものとすること、
第６に、透水手段は、セグメントを地下水が通過可能な
ように地山側に両端が開口する透水管をセグメントに付
設することを要旨とするものである。

【００１０】請求項１記載の本発明によれば、地下水流
の流れ方向と直交する方向にシールドトンネルが透水土
層に築造された場合であっても、シールドトンネルに地
下水流を遮断しないような透水手段を設けたから、この
透水手段により地下水流はシールドトンネルにせき止め
られることなく、該トンネルを通過してトンネル構築前
と同じ方向に流れる。よって、該シールドトンネルをは
さんでトンネル構築後も地下水流の上流側と下流側で水
位に変化が生じることがない。

【００１１】請求項２記載の本発明によれば、前記作用
に加えて、セグメント自体を透水性を有するものとして
外殻内に透水物質を充填したから、セグメントの外殻内
を地下水が確実に流れる。

【００１２】請求項３記載の本発明によれば、前記作用
に加えて、セグメント自体を透水性を有するものとして
縦リブや外殻の一部を構成する妻板などの構造部材に透
水用の孔を設けたから、透水用の孔からセグメント内に
地下水を取り入れて、内部を流すことができ、地下水流
の流れが妨げられることはない。

【００１３】請求項４記載の本発明によれば、前記作用
に加えて、セグメントの地山側に突出する空洞部内を地
下水が通過するから、セグメントへの地下水の集水口や
放水口の箇所にのみこの形態のセグメントを配置し、集
水口から放水口への地下水の通過部には請求項２に記載
のタイプのセグメントを配置することで、効果的に地下
水を通すことができる。

【００１４】請求項５記載の本発明によれば、テールボ
イド部に行う裏込め注入材を透水性を有する材質のもの
とすることにより、この裏込め注入材を充填した箇所で
あるセグメントの外周囲を地下水が通過するから、セグ
メントには加工を施すことなく、容易に地下水を透水で
きる。

【００１５】請求項６記載の本発明によれば、前記作用
に加えて、セグメントに別個に付設した透水管内を地下
水が流れるから、簡単な構造で透水でき、しかも、セグ
メントの止水機能が損なわれるおそれがない。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面について本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１は本発明のシールドトン
ネルの第１実施形態を示す正面図で、不透水土層３，３
の間に透水土層２の存在する地層の、主として前記透水
土層２の箇所で地下水流６の流れ方向に直交するように
築造されるシールドトンネル１について説明する。

【００１７】シールドトンネル１は、周知のようにセグ
メントピース７をトンネルの周方向にリング状に接合す
るとともに、リング間も接合してトンネルとするもので
あるが、透水手段として第１実施形態ではセグメントピ
ース７そのものを透水性を有するものに形成する。

【００１８】図２は第１実施形態を示すセグメントピー
ス７間の継手部の縦断正面図、図３はセグメントピース
７の縦断正面図で、図４、図６にも示すように外殻を構
成する構造部材８のうち、両端の妻板である継手板９と
内部に配置する補強用の縦リブ10とに透水用の孔11を設
けて、構造部材８の一部を透水性を有するものに形成し
た。図中12はセグメントピース７間およびリング間を接
合するための箱抜きで形成したボルトボックス、13は結
合用のボルトである。

【００１９】このような構成部材８で構成した外殻内に
図５に示すように透水物質14を充填して、透水性を有す
る構成部材８と透水材料との複合合成物としてセグメン
トピース７そのものを透水性を有するものに形成する。
内部に充填する透水材料としては、例えば、鉄、鋳鉄、
ステンレスなどの金属系材料を例えばスリット状、図７
に示すようにパイプ状に加工した加工物、コンクリート
などの鉱物系材料を例えばパイプ状、多孔質状に加工し
た加工物、図９、図10に示すような砂、砂利その他の類
似形状物などの鉱物系材料、プラスチック、硬質ゴム、
グラスファイバー、カーボンファイバー、アラミド繊維
などの高分子系または新素材系材料の単体またはこれら
をパイプ状、多孔質状、発砲状に加工した加工物などが
あげられ、これらの材料を単体または複合体で使用す
る。

【００２０】なお、図７に示すパイプ状の加工物の場
合、パイプの断面形状は図示のような円形に限定される
ものではなく、角パイプや異形パイプの使用も可能であ
る。

【００２１】また、図８に示すようにパイプ状の加工物
の場合、セグメントピース７の継手板９の箇所に開口す
る端部の集水部は、スリットパイプ、専用の集水管を使
用したり、パイプにスリット加工を施す。

【００２２】透水材料に砂などの鉱物系材料や多孔質材
料、発砲体を使用する場合は、図９、図10に示すように
セグメントピース７の地山側に面する外殻の鋼材はスリ
ットを形成したものを使用したり、あるいは、この箇所
には外殻の鋼材を設けないこととして、地山側からの集
水が阻害されないようにする。

【００２３】セグメントピース７は外殻内に透水物質14
を充填せずに、構造部材８としての継手板９や縦リブ10
に透水用の孔11を設けただけの構造として構造部材８だ
けで透水性を有するものとすることもでき、構造部材８
の材料としては、例えば、鉄、鋳鉄、ステンレスなどの
金属系材料、コンクリートなどの鉱物系材料、プラスチ
ック、硬質ゴム、グラスファイバー、カーボンファイバ
ー、アラミド繊維などの高分子系または新素材系材料が
あげられ、これらの材料を単体または複合体、もしくは
加工体で使用する。

【００２４】かかるセグメントピース７を透水土層２に
配設すれば、図１に示すように地下水流６はセグメント
ピース７の外殻の地山側からセグメントピース７の内部
に浸入し、内部の透水物質14、縦リブ10や継手板９に設
けた透水用の孔11を通過してセグメントピース７内を流
れをせき止められることなく流れる。

【００２５】図11、図12はセグメントピース７そのもの
を透水性を有するものに形成する第１実施形態の他の例
を示すもので、セグメントピース７の地山側の外殻であ
る構造部材を地山側に押出自在な蓋体15で構成し、該蓋
体15のセグメントピース７内側に押出手段16としてシリ
ンダー、ジャッキ、エアバッグなどを取り付け、この押
出手段16の周囲に伸延材注入用の空所17を形成する。

【００２６】セグメントピース７の坑内側の外殻に逆止
弁を設けた伸延材注入口18を設け、該伸延材注入口18と
前記空所17を注入管19で連結する。

【００２７】かかるセグメントピース７を透水土層２に
配設する場合は、セグメント組立時には図11に示すよう
に押出手段16を収縮させた状態として蓋体15は突出させ
ないでおく。この状態から、このセグメントピース７に
透水機能を付与するには、坑内側の伸延材注入口18から
伸延材を空所17に注入し、該伸延材の注入圧で図12に示
すように蓋体15を地山20の側に押し出す。

【００２８】これにより、セグメントピース７の他の部
分と蓋体15との間に空洞21が形成されるから、この空洞
21を地下水流６の透水部とする。

【００２９】前記伸延材の材質は、空気、水、油、プラ
スチック等の高分子材料、その他流動性を有する物質で
あれば全ての使用が可能である。

【００３０】また、このような蓋体15を有する特殊セグ
メントの外殻内に充填する内部材料としては、従来のよ
うなコンクリートなどの不透水性材料でも、前記したよ
うな透水物質14でもよいが、不透水性材料を使用する場
合は、図13に示すように地下水流６がセグメントピース
７を通過して上流から下流へと流れるようにするには空
洞21をセグメントリングの半周または全周にわたって設
ける必要がある。

【００３１】他方、セグメントリングを構成する他のセ
グメント７の内部材料に透水物質14を使用する場合は、
図14に示すように透水土層２に位置して地下水流６の集
水口22と放流口23に位置するセグメントピース７にのみ
蓋体15を有するものを使用し、この箇所にのみ空洞21を
設ければ、ここから集水された地下水は他のセグメント
ピース７の内部の透水物質14を通過して放流口23から放
流される。

【００３２】これらの透水性を有するセグメントピース
７は、透水土層２の部分にのみ組立てられるものである
が、透水性のために組立時にこのセグメントピース７を
介して地下水が地山20の側からシールド坑内に浸入する
おそれがある。

【００３３】これに対処するため、図15に示すようにシ
ールド掘進機のスキンプレート24のテールシール25が透
水性のセグメントピース７の箇所を通過するまでの間、
該セグメントピース７の外側を遮水のための鉄板などの
遮水板26で蓋をしておき、テールシール25がこの透水性
のセグメントピース７を通過した後、この遮水板26をジ
ャッキやチェーンブロックなどを使用して引っ張り、セ
グメントピース７の地山側から除去して該セグメントピ
ース７内に地下水が入るようにする。

【００３４】図16は第２実施形態を示し、透水手段とし
てセグメントピース７の外面と地山20間に生じるテール
ボイド部27を地下水が通過可能なようにテールボイド部
27に注入する裏込め充填材28を透水性を有する材質のも
のとする。

【００３５】この裏込め充填材28の材料としては、例え
ば、多孔質材料、高空隙材料、間隙作成材料、発泡性材
料などがある。前記多孔質材料は、充填材自体が透水性
を有する内部空隙のある材料で、例えば、軽石、軽量骨
材、パーライト、硬質スポンジなどの透水性の材料であ
り、前記高空隙材料は、充填材自体の粒子間空隙の大き
な材料で、例えば、砂、砂利、ビーズ、パーライト、高
分子系材料をへちま状に加工したものなどの材料であ
る。

【００３６】前記間隙作成材料は、充填作業中は空隙が
ないか、または少ないが、充填完了時には透水作用を行
うのに十分な空隙を生ずるものであり、例えば高濃度塩
水、ポリマー材、ゲル材、シェービングクリーム状の気
泡材等を流動化材として使用し、テールボイド部27に充
填後、消泡剤や固化材、凝集剤、水等により、凝集固化
したり、消泡したりして空隙を作りだすものである。

【００３７】前記発泡性材料は、テールボイド部27への
充填時は発泡していないが、充填後発泡を生じて多孔質
材料となり透水機能を有する材料である。

【００３８】また、この裏込め充填材28は前記のような
単一材料に限定されず、充填剤を入れ換えるようにして
もよく、例えば、裏込め充填材28自体は凝固しない材
料、例えばゲル状の材料、シェービングクリーム状の材
料として、これを仮に充填しておき、後日、多孔質材料
などの透水性を有する材料に置き換える。

【００３９】図17に示すようにこの透水性を有する裏込
め充填剤28も透水土層２に位置する透水区間のセグメン
トピース７のテールボイド部27にのみ充填してこのセグ
メントピース７に透水手段を付与するものであり、透水
土層２に位置しない一般のセグメントピース29のテール
ボイド部27には一般の裏込め注入材30が充填される。

【００４０】この場合、一般の透水性を有しない裏込め
注入材30が透水区間のテールボイド部27に浸入すると、
この透水区間の透水性が損なわれることになる。そこ
で、透水区間の透水性を有するセグメントピース７と一
般のセグメントピース29との間に浸入防止用の特殊なセ
グメントピース31を介在させる。

【００４１】該セグメントピース31はゴム、ビニールな
どの材質による伸縮自在な袋状体32を内蔵させておき、
組立後に、この袋状体32の内部にエアー、水、モルタル
などの流動性物体による注入材33を注入して袋状体32を
膨らませ、これを地山20の側に密着させる。

【００４２】この袋状体32の地山20側との密着により、
透水性を有するセグメントピース７と一般のセグメント
ピース29との間がシールされ、一般の透水性を有しない
裏込め注入材30が透水区間のテールボイド部27に浸入す
ることを阻止する。これにより、透水土層２の地下水流
６はテールボイド部27内の透水性を有する裏込め充填剤
28を透水してセグメントピース７の周面にそって流れ、
上流から下流への流れが妨げられることはない。

【００４３】図18〜図20は第３実施形態を示し、透水手
段として、セグメントを地下水が通過可能なように地山
20側に両端が開口する透水管34をセグメントピース７に
付設するものとした。

【００４４】透水管34の配設位置は、シールドトンネル
１の使用目的により、例えば図18のように高速道路など
に使用し、トンネル内の上下の部分が使用されない場合
は、シールドトンネル１を長さ方向と直交するように透
水管34を上下２段に水平に配設し、管端の開口部を透水
土層２の地山に開口する。

【００４５】これに対し、図19のようにシールドトンネ
ル１が管路に使用され断面内の全てを使用する場合は、
セグメントのリング内周面にそって透水管34を円弧状に
配管する。

【００４６】これにより、地山20側からの地下水流６は
透水管34を通って流れ、シールドトンネル１の箇所で流
れがせき止められることはない。

【００４７】透水管34の材質は特に選ばず、通水可能な
ものであれはよく、また、透水管34の内部には必要に応
じて砂、砂利等の透水性材料を充填しておいてもよく、
また、図20に示すように必要に応じてバルブ35を設ける
こともできる。

【００４８】さらに、透水管34の開口端部には地山20側
からの土砂等の流入を防ぐための流入防止部材36として
金網等の網目状の部材やスリット入りの鋼板などを設置
することもできる。

【００４９】また、セグメントピース７への透水管34の
設置箇所からシールド坑内に水が浸入することを防止す
るために、透水管34の周囲にシール材37を介在させても
よい。

【００５０】なお、前記した第１〜第３実施形態は、こ
れを単独で実施してもよいが、これらを適宜組み合わせ
て実施するこもできる。

【００５１】

【発明の効果】以上述べたように本発明のシールドトン
ネルは、地下水流の流れ方向と直交する方向にシールド
トンネルが透水土層に築造された場合であっても、シー
ルドトンネルに地下水流を遮断しないような透水手段を
設けたから、この透水手段により地下水流はシールドト
ンネルにせき止められることなく、該トンネルを通過し
てトンネル構築前と同じ方向に流れる。よって、該シー
ルドトンネルをはさんでトンネル構築後も地下水流の上
流側と下流側で水位に変化が生じることがないから、シ
ールド断面に対する偏土圧、偏水圧がなくなり、軽量で
安価なセグメントでトンネル覆工を行うことができる。
また、地下水流に影響されずに自由な位置にトンネルを
施工できる。

【００５２】そして、セグメント自体を透水性を有する
ものとして外殻内に透水物質を充填したから、セグメン
トの外殻内を地下水が確実に流れ、セグメント自体を透
水性を有するものとして縦リブや外殻の一部を構成する
妻板などの構造部材に透水用の孔を設けたから、透水用
の孔からセグメント内に地下水を取り入れて、内部を流
すことができ、地下水流の流れが妨げられることはな
い。

【００５３】あるいは、セグメントの地山側に突出する
空洞部内を地下水が通過するから、セグメントへの地下
水の集水口や放水口の箇所にのみこの形態のセグメント
を配置し、集水口から放水口への地下水の通過部にはセ
グメント自体が透水性を有するタイプのものを配置する
ことで、効果的に地下水を通すことができる。

【００５４】テールボイド部に行う裏込め注入材を透水
性を有する材質のものとすることにより、この裏込め注
入材を充填した箇所であるセグメントの外周囲を地下水
が通過するから、セグメントには加工を施すことなく、
容易に地下水を透水できる。

【００５５】または、セグメントに別個に付設した透水
管内を地下水が流れるから、簡単な構造で透水でき、し
かも、セグメントの止水機能が損なわれるおそれがない
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシールドトンネルの第１実施形態を示
す正面図である。

【図２】本発明のシールドトンネルの第１実施形態を示
す要部の縦断正面図である。

【図３】本発明のシールドトンネルの第１実施形態を示
す要部のセグメントピースの縦断正面図である。

【図４】本発明のシールドトンネルの第１実施形態を示
す図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】本発明のシールドトンネルの第１実施形態を示
す図２のＢ−Ｂ線断面図である。

【図６】本発明のシールドトンネルの第１実施形態を示
す図２のＣ−Ｃ線断面図である。

【図７】本発明のシールドトンネルの第１実施形態を示
すセグメントピースの縦断正面図である。

【図８】本発明のシールドトンネルの第１実施形態を示
す要部の縦断側面図である。

【図９】本発明のシールドトンネルの第１実施形態を示
す要部の他の例の縦断側面図である。

【図１０】本発明のシールドトンネルの第１実施形態を
示すセグメントピースの他の例の縦断正面である。

【図１１】本発明のシールドトンネルの第１実施形態の
他の例を示すセグメント組立時の縦断側面図である。

【図１２】本発明のシールドトンネルの第１実施形態の
他の例を示す透水部完成時の縦断側面図である。

【図１３】本発明のシールドトンネルの第１実施形態の
他の例を示す縦断正面図である。

【図１４】本発明のシールドトンネルの第１実施形態の
さらに他の例を示す縦断正面図である。

【図１５】本発明のシールドトンネルの第１実施形態の
施工状態を示す縦断側面図である。

【図１６】本発明のシールドトンネルの第２実施形態を
示す縦断正面図である。

【図１７】本発明のシールドトンネルの第２実施形態の
施工状態を示す縦断側面図である。

【図１８】本発明のシールドトンネルの第３実施形態を
示す縦断正面図である。

【図１９】本発明のシールドトンネルの第３実施形態を
示す他の例の縦断正面図である。

【図２０】本発明のシールドトンネルの第３実施形態を
示す要部の縦断正面図である。

【図２１】透水土層に築造されるシールドトンネルの説
明図である。。

【符号の説明】

１…シールドトンネル ２…透水土層 ３…不透水土層 ４…井戸 ５…建物 ６…地下水流 ７…セグメントピース ８…構造部材 ９…継手板 10…縦リブ 11…孔 12…ボルトボックス 13…ボルト 14…透水物質 15…蓋体 16…押出手段 17…空所 18…伸延材注入口 19…注入管 20…地山 21…空洞 22…集水口 23…放流口 24…スキンプレート 25…テールシール 26…遮水板 27…テールボイド部 28…裏込め充填材 29…セグメントピース 30…裏込め注入材 31…セグメントピース 32…袋状体 33…注入材 34…透水管 35…バルブ 36…流入防止部材 37…シール材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド掘進機で掘削しながらセグメン
   トを組み立てて構築されるシールドトンネルにおいて、
   セグメント外殻は耐圧性を有する構造部材で形成し、該
   構造部材のうちの坑内側の面板は止水性を有するもので
   形成して密閉構造とし、シールドトンネルが地下水流を
   遮断しないようにセグメントの内部や外側などの箇所に
   該セグメントにそって地下水が流れる透水手段を設けた
   ことを特徴とするシールドトンネル。
2. 【請求項２】 透水手段は、セグメント内を地下水が通
   過可能なようにセグメントの外殻内に透水物質を充填す
   る請求項１記載のシールドトンネル。
3. 【請求項３】 透水手段は、セグメント内を地下水が通
   過可能なようにセグメントの外殻内に配設される縦リブ
   や外殻の一部を構成する妻板などの構造部材に透水用の
   孔を設ける請求項１または請求項２に記載のシールドセ
   グメント。
4. 【請求項４】 透水手段は、セグメントを地下水が通過
   可能なようにセグメントの地山側に突出する透水用の空
   洞部を設ける請求項１または請求項２に記載のシールド
   トンネル。
5. 【請求項５】 透水手段は、セグメント外面と地山間に
   生じるテールボイド部を地下水が通過可能なようにテー
   ルボイド部に注入する裏込め充填材を透水性を有する材
   質のものとする請求項１から請求項３のいずれかに記載
   のシールドトンネル。
6. 【請求項６】 透水手段は、セグメントを地下水が通過
   可能なように地山側に両端が開口する透水管をセグメン
   トに付設する請求項１から請求項４のいずれかに記載の
   シールドトンネル。