JP4541046B2 - トンネル覆工修正方法 - Google Patents

Description

本発明は、六角形セグメントをハニカム状に組み合わせて築造するトンネル覆工部分が正規のトンネル軸線からずれた場合に、それを修正するためのトンネル覆工修正方法に関する。

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立施工するセグメントとして、トンネルの掘削面に沿って湾曲した長方形状のセグメントが広く使用されている。
長方形状のセグメントを用いてトンネル覆工部分を施工する場合、セグメント同士の接続作業に著しい手間がかかる、また、推進ジャッキを用いてセグメント端面に反力をとってシールド掘削機を推進させる際に、最も短い距離として１リング分づつ、つまりセグメントの幅寸法分づつしか推進させることができず、トンネル覆工の作業効率が低下するという欠点があった。

このような欠点をなくすため、六角形状のセグメントを用いたトンネル覆工部分の施工法が開発された（例えば、特許文献１参照）。
この施工法は、複数の六角形セグメントをハニカム状に組み合わせることでトンネル覆工部分を築造するものである。セグメント同士の連結は、トンネル軸線方向に連結した２個のセグメントの傾斜端面で形成されるＶ字状端面にその両側傾斜端面を嵌合状態で接合させるために、正確な接合が行われてボルト・ナットによる連結が不要になる。

また、覆工したセグメントのトンネル軸線方向の端面が、突出したセグメントの半部分
による突出端面と次のセグメントの半部分を嵌合させる凹部の端面とが交互に露出した状態となり、推進ジャッキを用いてシールド掘削機を推進させる際に、推進ジャッキの先端をセグメントの突出端面と凹部の端面のいずれかに押し当てて推進させることができる。つまり、推進ジャッキの先端をセグメントの幅寸法半分の箇所にも当てることができるため、シールド掘削機をセグメントの幅寸法の半分づつ推進させることができ、この結果、トンネル覆工の作業効率がアップするという利点が得られる。
特開平３−２８６０９８号公報（第９図）。

上記の六角形セグメントをハニカム状に組み合わせてトンネル覆工部分を施工する場合、測定器具により計測しながら施工するものの、左右方向あるいは前後方向に多少ずれることがある。この場合、ずれ量が微小なときにはそのままの状態で修正しながら推進するが、ずれ量が許容値を超えると、トンネルを強制的に屈曲させる必要がある。この場合、通常の六角形セグメントとは形状が異なる変形六角形セグメントを用い、この変形六角形セグメントによりトンネルの軸線が所定方向を向くように、トンネル覆工部分を屈曲施工することが考えられていた。

しかしながら、これまでのトンネル覆工修正方法では、現場に合わせて数十種類の変形六角形セグメントを用意し、これを組み合わせることで、トンネルの軸線が所定方向を向くようにトンネル覆工部分を施工しており、使用する変形六角形セグメントの種類が多いため、それら六角形セグメントの製造が面倒である他、それら六角形セグメントの管理も大変となるという問題があった。

本発明は、上記した従来の問題に鑑みてなされたものであり、使用する変形六角形セグメントの種類が少なくて済み、製造コストを低減できるとともに、それらセグメントの管理も容易になる、トンネル覆工修正方法を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、築造しようとするトンネルの軸線に対して略直交する両側端面を備える六角形セグメントをハニカム状に組み合わせて築造するトンネル覆工部分が正規のトンネル軸線からずれた場合に、それを修正するためのトンネル覆工修正方法であって、前記両側端面のうちの一方がセグメントプレート面に対して鈍角または鋭角をなすサイドテーパー六角形セグメントと、中央部分に側端面に対して略平行に延びる屈曲部を有するセンターテーパー六角形セグメントとを、トンネル周方向に沿って交互にかつそれら六角形セグメントどうしをトンネル軸線方向にずらしながら配置することで、前記サイドテーパー六角形セグメントの側端面のうちの一方と前記センターテーパー六角形セグメントの屈曲部が連続する屈曲境界面を形成し、この屈曲境界面を境に、屈曲境界面の両側に位置するトンネル覆工部分を屈曲させると共に、前記屈曲境界面をトンネル軸線方向に所定間隔を隔てて２面設け、それら２面の屈曲境界面のうちトンネル覆工施工方向を基準とした１番目の屈曲境界面より前段側のトンネル覆工部分の軸線と、２番目の屈曲境界面より後段側のトンネル覆工部分の軸線とが、互いに平行となるよう、トンネル覆工部分を屈曲させることを特徴としている。

このような特徴により、単に、サイドテーパー六角形セグメントとセンターテーパー六角形セグメントとを組み合わせることで屈曲境界面を形成することができ、現場状況に拘わらず、所定形状の変形六角形セグメント（サイドテーパー六角形セグメントとセンターテーパー六角形セグメントの総称をいう、以下に同じ）を用いることで、少ない種類の変形六角形セグメントによりトンネル覆工部分の屈曲部を施工できる。

しかも、１番目の屈曲境界面より前段側のトンネル覆工部分の軸線と、２番目の屈曲境
界面より後段側のトンネル覆工部分の軸線とが互いに平行となるから、トンネル軸線が直線状となるのを保持したまま、トンネルのずれを修正することができる。また、２面の屈曲境界面の近傍のそれぞれの態様が互いに点対称の関係になるので、その分、使用する変形六角形セグメントの種類を少なくできる。

請求項２記載の発明は、前記屈曲境界面を隔てる所定間隔が、前記六角形セグメントを
トンネル周方向に連結したものを１リングとしたとき、１．５リングの幅の値になるように設定して、トンネル覆工部分を屈曲させることを特徴としている。

このような特徴により、変形六角形セグメントの幅を他の通常の六角形セグメントの幅と略同等とすることができ、もって、変形六角形セグメントが他の通常の六角形セグメントと同等な大きさとなることから、該変形六角形セグメントを取り扱う上で他の通常の六角形セグメントと略同等となり、該変形六角形セグメントの製作、管理、施工上有利となる。

本発明に係るトンネル覆工修正方法によれば、現場状況に拘わらず少ない種類の変形六角形セグメントによりトンネル覆工部分の屈曲部を施工できる。

以下、本発明に係るトンネル覆工修正方法の実施の形態について、図面に基いて説明する。
図１において符号１は亀甲状の六角形セグメントである。この六角形セグメント１は、両端をそれぞれ左右斜めに切り欠かれかつ長手方向に沿って湾曲された大略長方形のもののであって、左右の側端面１ａと両端の傾斜端面１ｂを備える。そして、両側端面１ａ、１ａがトンネルの軸線Ｌに対して略直交する状態で、ハニカム状に組み合わされることにより、トンネル覆工部分Ｔを築造するものである。

ここで、トンネルの周方向に順次千鳥状に組み合わされてその方向に隣接する六角形セグメント１同士の連結は、トンネルの軸線方向に連結した２個の六角形セグメント１，１の傾斜端面１ｂ、１ｂで形成されるＶ字状端面に、これからセットしようとする六角形セグメントの一方の両側傾斜端面１ｂ，１ｂを嵌合状態で接合することで行われる。そのため、覆工したトンネル軸線方向の端面は、突出した六角形セグメント１の半部分による突出端面２と、次の六角形セグメントの半部分を嵌合させるための等脚台形状空間部３とがトンネル周方向に交互に形成されることとなり、任意の等脚台形状空間部３に六角形セグメント１を組み立てながら、他の露出する側端面１ａにシールド機の推進ジャッキの反力をとって、トンネルの掘削を連続的に行なうことが可能となる。

トンネル覆工部分Ｔが正規のトンネル軸線からずれた場合には、次のような修正方法を採る。
すなわち、図２に示すように、トンネル覆工部分の所定位置に屈曲境界面４が形成され、この屈曲境界面４を境に、その両側に位置するトンネル覆工部分Ｔが屈曲される。屈曲境界面４は、両側端面のうちの一方５ｂａがセグメントプレート面Ｓに対して鈍角または鋭角をなすサイドテーパー六角形セグメント５と（図５、図７参照）、中央部分に側端面１ａに対して略平行に延びる屈曲部６を有するセンターテーパー六角形セグメント７と（図５、図８参照）を組み合わせることによって形成される。すなわち、それら変形六角形セグメントどうしが、トンネル周方向に沿って交互にかつトンネル軸線方向にずらしながら配置することで、サイドテーパー六角形セグメント５の側端面１ａのうちの一方５ｂａのテーパー部が形成される箇所と、センターテーパー六角形セグメント７の屈曲部６とを連続されることにより、屈曲境界面４が形成される。
なお、ここでは、サイドテーパー六角形セグメント５とセンターテーパー六角形セグメント７とを変形六角形セグメントと呼び、テーパー部が形成されていない六角形セグメントをストレート六角形セグメントと呼ぶ場合がある。図２、図５において、変形六角形セグメントを一方向斜線で示し、そのうちの不等脚台形状部を両方向斜線で示している。

サイドテーパー六角形セグメント５は、図７に示すように、その一半部が、対向辺を互いに平行に形成されたストレート六角形セグメント１の一半部の形状及び大きさと同一の等脚台形状部５ａに形成され、他半部が不等脚台形状部５ｂに形成される。

等脚台形状部５ａの外周端面はトンネル周方向に向かう側端面５ａａとこの側端面５ａａの両端から外方に同一傾斜度でもって傾斜する同一長さの傾斜端面５ａｂとから形成される。一方、不等脚台形状部５ｂの外周端面は、等脚台形状部５ａの側端面５ａａ及びストレート六角形セグメント１の側端面１ａと同一長さを有する側端面５ｂａと、この側端面５ｂａの両端から外方に傾斜しかつ互いに長さが異なる傾斜端面５ｂｂとから形成される。また、不等脚台形状部５ｂの側端面５ｂａは、図６に示すように、セグメントプレート面Ｓに対して直角以外の角度すなわち鈍角または鋭角をなすように傾斜される。このときの角度は、サイドテーパー六角形セグメント５がトンネル覆工部分のどの位置に配置されるかでそれぞれ異なる（図５，図６参照）。
なお、図６の（ａ）〜（ｊ）は、それぞれ図５におけるＶＩａ―ＶＩａ、〜ＶＩｊ―ＶＩｊ線に沿う断面を示す。また、図５、図６では、変形六角形セグメント５、７につながるセグメントをストレート六角形セグメント１としており、図２に示すものと合致していないが、これは図表示の見やすさのためであり、実際には、図２に示すように、変形六角形セグメント５、７につながるセグメントとしては、ストレート六角形セグメント１と変形六角形セグメント５，７双方を用いている。

一方、センターテーパー六角形セグメント７は、その一半部が、対向辺を互いに平行に形成されたストレート六角形セグメント１の一半部の形状、大きさと同一の等脚台形状部７ａに形成され、他半部が不等脚台形状部７ｂに形成される。

等脚台形状部７ａの外周端面はトンネル周方向に向かう側端面７ａａとこの側端面７ａａの両端から外方に同一傾斜度でもって傾斜する同一長さの傾斜端面７ａｂとから形成される。一方、不等脚台形状部７ｂの外周端面は、等脚台形状部７ａの側端面７ａａ及びストレート六角形セグメント１の側端面１ａと同一長さを有する側端面７ｂａと、この側端面７ｂａの両端から外方に傾斜しかつ互いに長さが異なる傾斜端面７ｂｂとから形成される。そして、等脚台形状部７ａと不等脚台形状部７ｂとの合わせ部分は、互いに屈曲されて前記屈曲部６が形成される。この屈曲部６の角度は、センターテーパー六角形セグメント７がトンネル覆工部分Ｔのどの位置に配置されるかでそれぞれ異なる。

ここでは、屈曲境界面４はトンネル軸線方向に所定間隔を隔てて２面設けられている。それら２面の屈曲境界面４のうちトンネル覆工施工方向を基準とした１番目の屈曲境界面４ａより前段側のトンネル覆工部分の軸線Ｌａと、２番目の屈曲境界面４ｂより後段側のトンネル覆工部分Ｔの軸線Ｌｃとは、互いに平行となるようにトンネル覆工部分Ｔが屈曲されている。

また、図２〜図４に示すように、１番目の屈曲境界面４ａによる屈曲方向と２番目の屈曲境界面４ｂによる屈曲方向とは１８０度ずれている。図３、図４において、Ｗはトンネル屈曲によって覆工部分が最も幅広となる最大テーパー位置を示している。

また、屈曲境界面４ａ、４ｂを隔てる所定間隔が、六角形セグメント１，５、７を６個トンネル周方向に連結したものを１リングとしたとき、１．５リングの幅（六角形セグメントの幅）の値になるように設定してトンネル覆工部分Ｔが屈曲される。このため、両屈曲境界面４ａ、４ｂを構成するためのサイドテーパー六角形セグメント５と、センターテーパー六角形セグメント７の間には、ストレート六角形セグメント１が配置される場合がある。

上述した変形六角形セグメント５，７を使用して、図２に示すように、トンネル覆工部分Ｔを所定角度の屈曲させる修正方法について述べる。
まず、トンネルの直線部の覆工端面の形状は、図１に示すように、ストレート六角形セグメント１がトンネルの周方向に千鳥状に組立てられてこれらのストレート六角形セグメント１は１つ置きにその等脚台形状の一半部を突出させているとともに、隣接する突出一半部間にはこれらのストレート六角形セグメント１、１の対向傾斜端面１ｂ、１ｂとストレート六角形セグメント１の他方の対向傾斜端面１ｂ、１ｂ間に組立てられているストレート六角形セグメント１の側端面１ａとで等脚台形状空間部３が形成されている。

この等脚台形状空間部３に、図７に示すように、上記サイドテーパー六角形セグメント５の等脚台形状部５ａを嵌合すると、この等脚台形状部５ａが等脚台形状空間部３と同一形状に形成されているので、その側端面５ａａが等脚台形状空間部３に露出しているストレート六角形セグメント１の側端面１ａに接合し、傾斜端面５ａｂが上記対向傾斜端面１ｂ、１ｂに接合して該空間部３に等脚台形状部５ａが完全に嵌合した状態で組立てられる。また、これとともに、サイドテーパー六角形セグメント５の不等脚台形状部５ｂがその傾斜端面５ｂｂ、５ｂｂの端部をトンネル周方向に隣接する上記ストレート六角形セグメント１の傾斜端面１ｂ、１ｂの端部に連なった状態でこれらの端面１ｂ、１ｂから突出する。そして、トンネル周方向に隣接する不等脚台形状部５ｂ、５ｂ間に不等脚台形状空間部が形成される。

このようにして形成される各不等脚台形状空間部に、それらの空間部と同一形状、大きさの不等脚台形状部７ｂに形成されたセンターテーパー六角形セグメント７の不等脚台形状部７ｂを順次嵌合して組立てる。これにより、前記サイドテーパー六角形セグメント５の側端面のうちの一方５ｂａの傾斜部と前記センターテーパー六角形セグメント７の屈曲部６が連続する屈曲境界面４ａが形成される。この屈曲境界面４ａを境に、屈曲境界面４ａの両側に位置するトンネル覆工部分Ｔが屈曲されることとなる。

また、上記等脚台形状空間部３に嵌合させる各サイドテーパー六角形セグメント５、あるいは上記不等脚台形状空間部に嵌合させる各センターテーパー六角形セグメント７については、それぞれ図５に示すように、それらの等脚台形状部５ａ、７ａの形状、大きさが全て同一であるが、不等脚台形状部５ｂ、７ｂはトンネルの屈曲方向、即ち、彎曲中心点側に向かって配設される変形六角形セグメントほど、その幅が徐々に小さくなるように形成される（図２、図５参照）。

以下、同様にして、変形六角形セグメント５、７あるいはストレート六角形セグメント１を組立てることにより、次なる屈曲境界面４ｂを有するトンネル屈曲部の覆工を施工する。

すなわち、上記千鳥状に配置されるサイドテーパー六角形セグメント５とセンターテーパー六角形セグメント７と間には等脚台形状空間部が形成されるが、これらの等脚台形状空間部にストレート六角形セグメント１を嵌合する。この嵌合したストレート六角形セグメント１と既設のセンターテーパー六角形セグメント７との間に形成される等脚台形状空間部に、次なるサイドテーパー六角形セグメント５を嵌合する。そして、この嵌合したサイドテーパー六角形セグメント５と既設のストレート六角形セグメントとの間に形成される不等脚台形状空間部に、次なるセンターテーパー六角形セグメント７を嵌合する。

このようにして２番目の屈曲境界面４ｂを形成することができるが、この２番目の屈曲境界面４より後段側に、ストレート六角形セグメント１を順次組み立てることにより、１番目の屈曲境界面４ａより前段側のトンネル覆工部分の軸線Ｌａと、２番目の屈曲境界面４ｂより後段側のトンネル覆工部分の軸線Ｌｃとが、所定距離Ｘ隔てて互いに平行となるトンネル覆工部分Ｔを施工できる。

以上説明したトンネル覆工修正方法であると、単に、３種類のサイドテーパー六角形セグメント５と３種類のセンターテーパー六角形セグメント７とを組み合わせことで、つまり合計六種類の変形六角形セグメント５，７を組み合わせることで、屈曲境界面４を形成することができ、現場状況に拘わらず、極めて少ない種類の変形六角形セグメント５、７によりトンネル覆工部分Ｔの屈曲部を得ることができる。
そして、このようなトンネル覆工修正方法により、トンネル軸線のずれを適宜修正することができる。

また、１番目の屈曲境界面４ａより前段側のトンネル覆工部分の軸線Ｌａと、２番目の屈曲境界面４ｂより後段側のトンネル覆工部分の軸線Ｌｃとが互いに平行となるから、トンネル軸線が直線状となるのを保持したまま、トンネルのずれを修正することができる。また、２面の屈曲境界面４ａ、４ｂの近傍のそれぞれの態様が互いに点対称の関係になるので、その分、使用する変形六角形セグメントの種類を少なくできる。すなわち、１番目の屈曲境界面の変形六角形セグメントと二番目屈曲境界面の変形六角形セグメントとを同一形状とすることができる。

以上、本発明に係るトンネル覆工修正方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記した実施の形態では、１番目の屈曲境界面４ａと２番目の屈曲境界面４ｂとの間を、六角形セグメント１，５，７をトンネル周方向に６個連結したものを１リングとしたとき、１．５リングの幅値になるように設定しているが、これに限られることなく、両屈曲境界面４ａ、４ｂの間を２，５リングの幅値にしても、あるいは３．５リングの幅値にしてもよい。２．５リングの幅値以上にする場合には、両両屈曲境界面４ａ、４ｂの間に、ストレート六角形セグメント１によるリング列を１列、あるいは２列と増やすだけで対処可能である。

また、上記した実施の形態では、トンネル覆工部分Ｔの軸線が左右方向にずれた場合を例に挙げ、これを修正する方法について説明したが、これに限られることなく、上下方向にずれた場合でも、あるいは斜め方向にずれた場合でも、本発明は適用可能である。
また、上記した実施の形態では、屈曲境界面４ａ、４ｂを２面設けた例について説明したが、これに限られることなく、屈曲境界面を１面だけ設ける場合でも、あるいは３面以上設ける場合でも、本発明は適用可能である。
また、上記した実施の形態では、１リングを構成するセグメント数が６個の場合を例に挙げて説明したが、これに限られることなく、１リングを構成するセグメント数が１０個あるいは１４個の場合でも、本発明は適用可能である。
また、本発明は、コンクリートセグメント、スチールセグメントあるいはそれら双方の特性を持つ合成セグメントの場合でも適用可能である。

本発明を説明するためのストレート六角形セグメントの組合状態を示す斜視図である。 本発明を説明するためのトンネル覆工部分の平面図である。 図２のIII矢視図である。 図２のIV矢視図である。 本発明を説明するためのトンネル覆工部分の展開図である。 図５における要部の断面図である。 本発明を説明するためのサイドテーパー六角形セグメントを示す斜視図である。 本発明を説明するためのセンターテーパー六角形セグメントを示す斜視図である。

符号の説明

１ （ストレート）六角形セグメント
３ 等脚台形状空間部
４ 屈曲境界面
４ａ １番目の屈曲境界面
４ｂ ２番目の屈曲境界面
５ サイドテーパー六角形セグメント
５ｂａ 一方の側端面
６ 屈曲部
７ センターテーパー六角形セグメント
Ｌａ トンネル覆工部分の軸線
Ｌｃ トンネル覆工部分の軸線
Ｓ セグメントプレート面
Ｔ トンネル覆工部分

Claims (2)

1. 築造しようとするトンネルの軸線に対して略直交する両側端面を備える六角形セグメントをハニカム状に組み合わせて築造するトンネル覆工部分が正規のトンネル軸線からずれた場合に、それを修正するためのトンネル覆工修正方法であって、
   前記両側端面のうちの一方がセグメントプレート面に対して鈍角または鋭角をなすサイドテーパー六角形セグメントと、中央部分に側端面に対して略平行に延びる屈曲部を有するセンターテーパー六角形セグメントとを、トンネル周方向に沿って交互にかつそれら六角形セグメントどうしをトンネル軸線方向にずらしながら配置することで、前記サイドテーパー六角形セグメントの側端面のうちの一方と前記センターテーパー六角形セグメントの屈曲部が連続する屈曲境界面を形成し、この屈曲境界面を境に、屈曲境界面の両側に位置するトンネル覆工部分を屈曲させると共に、
   前記屈曲境界面をトンネル軸線方向に所定間隔を隔てて２面設け、それら２面の屈曲境界面のうちトンネル覆工施工方向を基準とした１番目の屈曲境界面より前段側のトンネル覆工部分の軸線と、２番目の屈曲境界面より後段側のトンネル覆工部分の軸線とが、互いに平行となるよう、トンネル覆工部分を屈曲させることを特徴とするトンネル覆工修正方法。
2. 前記屈曲境界面を隔てる所定間隔が、前記六角形セグメントをトンネル周方向に連結したものを１リングとしたとき、１．５リングの幅の値になるように設定して、トンネル覆工部分を屈曲させることを特徴とする請求項１記載のトンネル覆工修正方法。

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