JP4601878B2 - シールドトンネルの構築方法と開口部用セグメント - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルに交叉する方向に、他のトンネルとの接続や新たなトンネルの構築が予定されているシールドトンネルを構築する方法と、上記トンネルの接続予定箇所に用いられる開口部用セグメントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、シールドトンネルは、地表面から発進立坑を形成して、この立坑内にシールド掘進機を投入して発進させ、掘進作業を行って形成されるもので、詳細には、シールド掘進機本体の前面に設けられたメインカッターで地山を掘削するとともに、後部において順次セグメントを組立てながら上記シールド掘進機を推進させて、シールドトンネルを構築する。
ところで、シールドトンネルにおいては、上記トンネルに交叉する方向に構築されたトンネルあるいは構築予定のトンネルと上記トンネルとを接続する場合や、上記トンネルに新たに枝線を設けたりする場合が多くみられる。
従来、このような工事を行う場合には、まず、シールドトンネルの接続部となる開口予定部周辺のセグメントリングの内側（坑内側）を形鋼材と鉄筋コンクリートとで補強し、その後、上記セグメントリングの開口予定部を撤去する方法が採られている。具体的には、図５に示すように、まず、シールドトンネル５０の枝線５０Ｌとの接続部となる開口予定部５０Ｐに隣接する、開口径の長さと略同じ長さの領域（ここでは、開口予定部５０Ｐとなるセグメントリング５１ａ，５１ｂと、このセグメントリング５１ａ，５１ｂに隣接するセグメントリング５２，５３）に複数の補強リング５４を配設して、上記開口予定部５０Ｐ近傍のセグメントリング５１ａ，５１ｂ，５２，５３の剛性を高める補強を行う。次に、上記開口予定部５０Ｐ周辺に複数の梁部材５５を設置するとともに、上記開口予定部５０Ｐの両側に、上記梁部材５５を支持する柱部材５６を設置し、更に、上記梁部材５５と柱部材５６の間に、開口部に相当する部分が切り取られた欠損リング５７を設置して上記開口予定部５０Ｐの補強を行い、開口予定部５０Ｐ周辺に場所打ち鉄筋コンクリートを施工した後、上記開口予定部５０Ｐを撤去する。このとき、上記欠損リング５７に作用する軸力を上記柱部材５６に支持された梁部材５５によって受けることにより、上記開口予定部５０Ｐが撤去された後の開口部の強度を確保するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法では、シールドトンネル５０内に構築された上記梁部材５５，柱部材５６，欠損リング５７等の形鋼材は、開口部形成工事後もそのまま上記トンネル５０内に残される。これらの部材は、二次覆工の厚さ以内に納まるようにしているが、二次覆工を省略するトンネルにおいては、この接続部周辺のトンネルの内径が狭くなってしまう。そこで、シールドトンネル５０に交叉する方向にトンネルの構築あるいは接続が予定されている場合には、予め、径の大きなトンネルを構築する必要があり、そのため、トンネルの利用効率も悪く、また工期が長くかかってしまうといった問題点があった。
また、従来の工法においては、二次覆工が必要なだけでなく、通常セグメントとして使用されているＲＣセグメントあるいはスチールセグメントは強度が高いため、上記開口予定部５０Ｐを撤去する際の作業性も悪かった。
【０００４】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、二次覆工を省略し、短期間にかつ容易に開口部を形成することのできるシールドトンネルの構築方法と、上記トンネルの開口予定部に用いられる開口部用セグメントを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に記載の発明は、トンネル内に開口予定部が設けられたシールドトンネルを構築する方法であって、上記開口予定部に配設されるセグメントとして、当該セグメントにおける開口予定部である撤去予定箇所を除く部分の鉄筋コンクリートの内部に補強用鋼板が埋設された開口部用セグメントを用いたことを特徴とするものである。これにより、補強構造部材が内空を犯さず、開口部の補強工事を簡素化して、直ちに開口部のセグメントを撤去することが可能となる。
【０００６】
請求項２に記載の開口部用セグメントは、シールドトンネル内の開口予定部に配設されるセグメントであって、当該セグメントにおける開口予定部である撤去予定箇所を除く部分の鉄筋コンクリートの内部に補強用鋼板が埋設されていることを特徴とする。
請求項３に記載の開口部用セグメントは、上記請求項２のセグメントに、上記補強用鋼板の一部を露出させた接合箇所を設けたもので、これにより、上記セグメントを含む複数のセグメントを用いて開口予定部のセグメントリングを組立てる際に、上記接合箇所を溶接等で接合するだけで、上記セグメントリングの強度を更に向上させることが可能となる。
請求項４に記載の開口部用セグメントは、上記請求項２または請求項３に記載のセグメントの撤去予定箇所の周縁部に補強リングを埋設するとともに、上記補強リングと上記補強用鋼板とを接合したもので、上記リングにより、開口予定部の仕切りを形成するとともに、上記補強用鋼板と一体構造として補強効果を高めるようにしたものである。
【０００７】
また、請求項５に記載の開口部用セグメントは、上記請求項２〜請求項４のいずれかに記載のセグメントの開口予定部を、一般に用いられているＲＣセグメントを構成する鉄筋コンクリートよりも撤去の容易な材料で構成したもので、これにより、開口予定部の撤去工事を容易にすることが可能となる。
請求項６に記載の開口部用セグメントは、上記開口予定部を、無筋コンクリートまたはファイバーコンクリートから構成したものである。
請求項７に記載の開口部用セグメントは、開口予定部の撤去工事を容易にするため、セグメントの開口予定部を空隙とし、上記空隙に着脱可能な蓋部材を取付けたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
図１〜図３は、本実施の形態に係わるシールドトンネルにおける開口予定部近傍の主要部の構成を示す縦断面図で、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。図１において、１０，２０及び３０は、シールドトンネル４０内に構築された、複数のセグメントを組立てて成るセグメントリングで、その内、互いに隣接する２つのセグメントリング１０，２０は開口予定部４０Ｐを有する開口予定部のセグメントリングであり、３０，３０は上記セグメントリング１０，２０に隣接する通常のＲＣセグメントから成るセグメントリングである。
本例のシールドトンネル４０においては、上記セグメントリング１０，２０の境界部側面に開口予定部４０Ｐの中心が位置するようにした。
図２の正面断面図、及び図３の接続部（境界部）の正面断面図にも示すように、上記開口予定部のセグメントリング１０は、その内部に補強用鋼板１１Ｓ，１２Ｓを有する開口部用セグメント１１，１２と、通常のＲＣセグメント１３〜１５とを組立てて構成される。
また、セグメントリング２０は、上記セグメントリング１０とその境界面に対して対称な構造であり、上記開口部用セグメント１１，１２と同様の開口部用セグメントと、通常のＲＣセグメントとを組立てて構成される。
上記開口部用セグメント１１は、図４に示すように、鉄筋コンクリートから成るセグメント基材１１ａ，１１ｂ間の撤去予定箇所１１Ｐを除く部分に補強用鋼板１１Ｓを埋設するとともに、上記撤去予定箇所１１Ｐの周縁部に補強リング１１Ｒを埋設して補強したもので、図１〜図３に示すように、上記補強用鋼板１１Ｓと補強リング１１Ｒの表，裏にシベル打ちをして取付けるとともに、上記補強用鋼板１１Ｓと補強リング１１Ｒとを溶接して、上記セグメント基材１１ａ，１１ｂに、補強部材である補強用鋼板１１Ｓ及び補強リング１１Ｒとを一体に構成する。これにより、上記開口予定部４０Ｐ周辺の強度を更に高めることができる。また、上記補強リング１１Ｒが仕切り部材となるので、上記開口予定部４０Ｐを容易に撤去することができる。
また、開口部用セグメント１１の開口部用セグメント２１側、及び開口部用セグメント１２側には、それぞれ、上記補強用鋼板１１Ｓの一部を露出させた接合箇所１１Ｚ，１１Ｙが設けられている。更に、上記開口部用セグメント１１において、上記開口部用セグメント２１側に位置する撤去予定箇所１１Ｐを、無筋コンクリートから構成した。
開口部用セグメント１２も上記開口部用セグメント１１と同様の構造であり、開口部用セグメント２１，２２は、上記開口部用セグメント１１と同様な構成で、上記境界面に対して対称な構造を有する。なお、撤去予定箇所１１Ｐ，１２Ｐ，２１Ｐ，２２Ｐにより、上記開口予定部４０Ｐが構成される。
【０００９】
次に、シールドトンネル４０における開口部の形成方法について説明する。
本実施の形態のシールドトンネル４０を構築する際には、上記トンネル４０に交叉する方向に構築されたトンネルあるいは構築予定のトンネルと上記トンネル４０との接続箇所、あるいは、上記トンネル４０に新たに枝線４０Ｌを設ける箇所において、上記開口部用セグメント１１，１２を用いたセグメントリング１０及び上記開口部用セグメント２１，２２を用いたセグメントリング２０を、断面が円形の開口予定部４０Ｐが形成されるように隣接して組立てる。詳細には、まず、下部のセグメントである開口部用セグメント１２から順に、側部セグメントであるセグメント１３、開口部用セグメント１１、及びセグメント１４を組立て、最後に、天井部のセグメントであるＫセグメント１５を上記セグメント１４と開口部用セグメント１１との間に挿入してセグメントリング１０を組立て、その後、同様な方法でセグメントリング２０を組立てる。
【００１０】
次に、開口部用セグメント１１の接合箇所１１Ｙと開口部用セグメント１２の接合箇所１２Ｙ、及び開口部用セグメント２１の接合箇所２１Ｙと開口部用セグメント２２の接合箇所２２Ｙとをそれぞれ溶接等で接続して、セグメントリング１０，２０を補強し、更に、開口部用セグメント１１の接合箇所１１Ｚと開口部用セグメント２１の接合箇所２１Ｚ、及び開口部用セグメント１２の接合箇所１２Ｚと開口部用セグメント２２の接合箇所２２Ｚとを溶接等で接続して、セグメントリング１０とセグメントリング２０とを結合させ、開口予定部のセグメントリング１０，２０を補強する。
その後、開口予定部４０Ｐ周辺の地盤を改良し、開口予定部４０Ｐ（開口部用セグメント１１，１２の撤去予定箇所１１Ｐ，１２Ｐ、及び、開口部用セグメント２１，２２の撤去予定箇所２１Ｐ，２２Ｐ）を撤去して、上記セグメントリング１０，２０の側面側に開口部を形成する。本実施の形態では、上記開口予定部４０Ｐを構成する材料を、鉄筋コンクリートよりも撤去の容易な無筋コンクリートとしたので、撤去作業を容易に行うことができる。
これにより、二次覆工を行うことなく、簡便な方法で開口部を補強することができるので、従来に比べ、補強作業の効率を著しく向上させることができるとともに、作業の安全性及び工期の大幅な短縮を図ることができる。
更に、シールドトンネル４０内部に形鋼材などを構築することがないので、必要断面より大きなトンネルを作る必要がない。したがって、シールドトンネル４０の外径を縮小することが可能となり、シールドトンネル４０を効率よく構築することができる。
【００１１】
なお、上記実施の形態では、セグメント基材１１ａ，１１ｂ間に補強用鋼板１１Ｓを埋設して一体化した開口部用セグメント１１を用いたが、上記補強用鋼板１１Ｓに代えて、補強リングを埋設するようにしてもよい。また、補強リングと補強用鋼板とを併用してもよい。
あるいは、開口部用セグメント１１として、トンネル内周側に補強用鋼板１１Ｓを張り付けあるいはボルト締めにより取付けたものを用いてもよい。
また、セグメントの開口予定部４０Ｐを構成する材料としては、上記無筋コンクリートに限るものではなく、例えば、ファイバー（鋼繊維補強）コンクリートのような、通常の鉄筋コンクリートよりも撤去の容易な材料であればよい。
あるいは、セグメントの開口予定部４０Ｐを空隙とし、上記空隙に着脱可能な蓋部材を取付けるような構成としてもよい。なお、上記蓋部材は、例えば、上述した補強リング１１Ｒにボルトなどで接合して、開口部用セグメント１１に取付ける。
また、上記例では、開口予定部のセグメントリング１０，２０のセグメント同士を継手位置をそろえて組立てている（いも継ぎ）が、これに限るものではなく、補強部材で補強された開口予定部のセグメントリング１０，２０により開口予定部４０Ｐが形成される構造であればよく、継手構造も継手位置をずらして組む千鳥組みとしてもよい。なお、開口予定部のセグメントリング１０，２０と隣接するセグメントリング３０との継ぎ手構造は、強度の関係から、通常、千鳥組みにする。
また、上記例では、開口予定部４０Ｐの中心をセグメントリング１０，２０の境界面に位置するようにしたが、これに限るものではなく、開口予定部４０Ｐの位置は、開口径とセグメント幅との関係から、補強範囲やセグメントの製作性等を考慮して適宜決定されるものである。したがって、開口予定部４０Ｐの位置を、例えば、セグメントリングの中心に位置するようにしてもよく、また、補強範囲も、開口予定部４０Ｐを有するセグメントだけでなく、隣接するセグメントに及んでもよい。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、シールドトンネルの開口予定部に、セグメントにおける開口予定部である撤去予定箇所を除く部分の鉄筋コンクリートの内部に補強用鋼板を埋設して補強したセグメントを含むセグメントリングを配設するようにしたので、簡便な方法で開口部を補強することができる。したがって、二次覆工を行うことなく、開口部を形成することができ、作業の安全性及び工期の大幅な短縮を図ることができる。更に、トンネル内空が狭くなることがないので、トンネル外径を縮小でき、経済性も高い。
また、セグメントの開口予定部を、鉄筋コンクリートよりも撤去の容易な、無筋コンクリートあるいはファイバーコンクリートから構成したり、開口予定部を空隙とし、上記空隙に着脱可能な蓋部材を取付けたりすれば、撤去作業を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係わるシールドトンネルの開口部近傍の主要部の構成を示す縦断面図である。
【図２】 本実施の形態に係わる開口部用のセグメントリングの正面断面図である。
【図３】 本実施の形態に係わる開口部用のセグメントリングの接続部分を示す正面断面図である。
【図４】 開口部用セグメントの概要を示す図である。
【図５】 従来の開口部の形成方法を示す図である。
【符号の説明】
１０，２０ 開口予定部のセグメントリング、
１１Ｐ，１２Ｐ，２１Ｐ，２２Ｐ 撤去予定箇所、
１１Ｓ，１２Ｓ，２１Ｓ，２２Ｓ 補強用鋼板、
１１Ｒ，１２Ｒ，２１Ｒ，２２Ｒ 補強リング、
１１ａ，１１ｂ セグメント基材、
１１Ｙ，１２Ｙ，２１Ｙ，２２Ｙ 接合箇所（同一リング用）、
１１Ｚ，１２Ｚ，２１Ｚ，２２Ｚ 接合箇所（隣接リング用）、
１３〜１５，２３〜２５ ＲＣセグメント、
３０ セグメントリング、
４０ シールドトンネル、
４０Ｐ 開口予定部。

Claims (7)

1. トンネル内に開口予定部が設けられたシールドトンネルを構築する方法であって、上記開口予定部に配設されるセグメントとして、当該セグメントにおける開口予定部である撤去予定箇所を除く部分の鉄筋コンクリートの内部に補強用鋼板が埋設された開口部用セグメントを用いたことを特徴とするシールドトンネルの構築方法。
2. シールドトンネル内の開口予定部に配設されるセグメントであって、当該セグメントにおける開口予定部である撤去予定箇所を除く部分の鉄筋コンクリートの内部に補強用鋼板が埋設されていることを特徴とする開口部用セグメント。
3. 上記セグメントに上記補強用鋼板の一部を露出させた接合箇所を設けたことを特徴とする請求項２に記載の開口部用セグメント。
4. 上記撤去予定箇所の周縁部に補強リングを埋設するとともに、上記補強リングと上記補強用鋼板とを接合したことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の開口部用セグメント。
5. セグメントの開口予定部を、鉄筋コンクリートよりも撤去の容易な材料で構成したことを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載の開口部用セグメント。
6. 上記開口予定部を、無筋コンクリートまたはファイバーコンクリートから構成したことを特徴とする請求項５に記載の開口部用セグメント。
7. セグメントの開口予定部を空隙とし、上記空隙に着脱可能な蓋部材を取付けたことを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載の開口部用セグメント。

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