JPH03110298A - 矩形セグメントリングおよびシールドトンネル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はシールド工法、推進工法、山岳トンネル等にお
けるトンネルに関する。

（従来の技術） シールドトンネルの断面形状には円形、楕円形、馬蹄形
、長方形等の各種が使用されている。

従来、地下鉄等の建設を行う場合、複線区間や地下駅部
分を従来の円形断面のシールド工法により建設していた
が、最近では地下空間の有効利用を目的に長方形、馬蹄
形等異形断面のトンネルの開発も進められている。

第１５図は従来の長方形シールドトンネルの断面図であ
る。この長方形シールドトンネル１０１はシールド掘削
機（図示せず）により掘削された横坑内に、底面側の例
えば左隅部分に直角部分を有する隅部セグメント１０３
を配設し、次に長方体の直線セグメント１０２を並設し
、所定位置には前記セグメントの一方側に１頃斜部分を
有するＢセグメント１０５を設けてお（０次に底面側の
右隅部分に隅部セグメント１０３を設け、この隅部セグ
メント１０３と前記Ｂセグメント１０５の傾斜部分に嵌
入されるキーセグメント１０４を挿入して底面側を形成
する。以下、左右隅部の隅部セグメント１０３上に直線
セグメント１０２を設け、この上辺側に隅部セグメン目
０３を設け、天井部分に直線セグメント１０２、Ｂセグ
メント１０５を配設してキーセグメント１０４で固定し
、１つのセグメントリング１０１′を形成していた。そ
して、掘削の進行にしたがいこのセグメント１０１゛　
の奥側に次のセグメントリングを配設し、これらのセグ
メントリングは互いにセグメントに設けられたリング継
手１０６を介してボルト等に締着していた。

このような長方形シールドトンネル１０１において、構
造軸の横幅７ｍ、高さ５ｍ、セグメントの断面厚０．５
５ｍ、同断面２次モーメント０．０１８５７ｍ、ヤング
係数３．６ｘｌＯ”ｔ／イとし、第１表 上記第１表に示した土中に配設すると、第１６図に示す
ような圧力が加わる。この条件で「トンネル標準示方書
（シールド編）」に基づき慣用計算法で断面力を算定す
ると、図の節点番号３′４″の部分においては最大３１
．３ｔ　−ｍの曲げモーメントが発生し、節点番号３゛
〜４′間の曲げモーメントは中央で最大２７．Ｏｔ−ｍ
の正の曲げモーメントが発生することになる。これを図
に示すと第１７図のように表わされる。

また、剪断力図は第１８図に示すように節点番号３′、
４°の部分において最大３３．３ｔが発生し、軸力図は
第１９図に示すように縦部材で３３．３　ｔの圧縮軸力
が発生し横部材では２７．ＯＬの圧縮軸力が発生する。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように、従来の長方形シールドトンネルにおい
ては隅部に曲げモーメントが大きく作用するため、隅部
には第１５図に示すハンチ１０３”を設けて大きな強度
をもたせるように考慮されており、例えば鉄筋コンクリ
ートセグメントを用いるには、前記ハンチ部に配筋量を
多くして大きな強度を得るようになっていた。　このた
め、鉄筋量およびコンクリート量も多くなり不経済であ
るばかりか、自重も増大するという課題があった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは隅部への集中応力を減少させ、経済的な
トンネルを提案しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明は、地中に構築した隅部
をもつ多角形・馬蹄形等の形状をなすトンネルにおいて
、前記隅部を構成する部材の少なくともその一部に内側
および外側とも孤状形の弯曲部を形成したことを特徴と
するトンネルである。

（作用） 本発明では、隅部の一部に設けた孤状形の弯曲部により
、隅部に加わる集中応力を分散させることが可能となり
、隅部において曲げモーメント、剪断力が小さくなり鉄
筋量およびコンクリート量を減少させることができる。

（実施例１） 以下本発明の実施例１を第１図ないし第９図により詳細
に説明する。

第１図は本発明のシールドトンネルの断面図で、第２図
は同側面図、第３図は同上面図であり、図中ＡＩ、Ａ２
、Ａ３はそれぞれ第１１第２、第３のセグメントリング
である。第１のセグメントリングＡ１は厚さの等しい平
板状の直線セグメント２と、少なくとも一部に内側およ
び外径に同曲率をもたせた厚みの等しい弯曲部と直線部
分からなる隅部セグメント３とを備え、かつセグメント
リングを組合わせるにあたり片側に傾斜部をもつキーセ
グメント４、このキーセグメント４と彫金する傾斜部を
もつＢセグメント５等により構成されている。

このセグメントリングＡ１を組合わせるには、底面側の
直線部を構成する直線セグメント２およびＢセグメント
５を配設し、また、両隅部にそれぞれ隅部セグメント３
を組み、次に左右側板となる直線セグメント２、上部の
隅部セグメント３をそれぞれ配設し、上面側に直線セグ
メント２、Ｂセグメント５を配して最後にキーセグメン
ト４を最大してセグメントリングＡＩを閉合形成する。

次に掘進状態に応じて第２図および第３図に示すように
セグメントリングＡ１に密接し、かつ略同様にそれぞれ
セグメントリングＡ２およびＡ３を順次組立てていく。

この場合、第２のセグメントリングＡ２は第１のセグメ
ントリングＡＩの各セグメントの接合位置がズレるよう
に配設するほうが強度的にも望ましい、したがって、第
３のセグメントリングＡ３は１１のセグメントリングＡ
１と同じように組合わされ、各セグメントの接合位置は
千鳥状に配設される。そして、このトンネル方向への千
鳥状の配設により応力の分散を図ることができる。　上
述した各セグメントには隣接して突合される端面部と隣
接する各セグメントリングの接合面とには、それぞれ調
板が埋設してあって、この綱仮に設けられたボルト孔を
介して隣接するセグメント同士および隣接するセグメン
トリング同士は互いに締着される構造になっている。

以下その状態を第４図および第５図によって説明する。

第４図は直線セグメント２で、（ａ）は平面図、（ｂ）
は右側面図、（ｃ）は上面図である。第４図（ａ）にお
いて直方体にて構成された直線セグメント２は内部に鉄
筋を長手方向及び短手方向に複数本通し、この鉄筋の周
囲をコンクリート等で固築したもので、内周面２ａの面
外側となる図の上下面２ｂで、前記内周面２ａと交わる
稜線近傍には所定間隔で配置されたポケット状の箱抜部
６ａが設けである。この箱抜部６ａの上面２ｂ側には鋼
板６ｂがそれぞれ埋設してあり、この鋼板６ｂの中心に
はボルト孔６Ｃが設けてあって、隣接されるセグメント
リングを組合せるトンネル方向継手金具７を構成しであ
る。このトンネル方向継手金具７は第４図（ａ）の裏側
面にも同様に設けである。

この直線セグメント２の長手方向の端面２Ｃ上で内周面
２ａ近傍にも箱抜部６ａ、綱板６ｂ、ボルト孔６Ｃから
なるセグメント継手金具８が複数箇所設けてあって、こ
の上面２ｂに突合される他のセグメントとのボルト等に
よる締着が行なわれる構造になっている。したがって直
線セグメント２を内周面２ａ側から見ると第４図（ｃ）
に示す形状になる。すなわち、直線セグメント２の長手
方向左右面にはトンネル方間継手金具７が所定間隔で配
設され、直線セグメント２の短手方向面にはセグメント
継手金具８が配設されである。そして、これらのトンネ
ル方向継手金具７およびセグメント継手金具８の数、位
置等はトンネルの大きさや地盤等によって適宜増減する
ことが可能である。なお、第４図（ｃ）に示す直線セグ
メント２の中央に示した小孔９は、裏込め相性入孔であ
り、運搬時の吊り手としても使用できる。

第５図は隅部セグメント３で、（ａ）は平面図、（ｂ）
は右側面図、（ｃ）は下面図である。第５図（ａ）にお
いて、隅部セグメント３は互いに直交する２つの直線セ
グメントの交点を、所定半径（トンネルの大きさにより
設定する）の円弧で接続し、少くとも一部の内外面に孤
状形の弯曲部を有する一本のセグメントに形成したもの
である。

したがって隅部セグメントの内側と外側とは互に平行曲
線で形成されてあって、平面図上の幅は全てが一定とな
っている。この隅部セグメントの内部には鉄筋が数本押
通されており、この鉄筋を内蔵して外周部はセメント等
により固築されである。

このような隅部セグメント３の内周面に沿った上面３ａ
（下面も同様）には、前記直線セグメント２に設けたも
のと同様の箱抜部６ａが所定間隔に配設され、この箱抜
部６ａの上面側に埋設された鋼板６ｂと、この鋼板６ｂ
に設けられたボルト孔６ｃとによってトンネル方向継手
金具７が形成されである。そして隅部セグメント３の上
方右側の端面３ｂおよび下方の端面３Ｃには上記と同し
構成になるセグメント継手金具８が複数個設けである（
第５図（ｂ）、（ｃ）参照）。

また、図中９で示された小孔は裏込め相性入孔であり、
運搬時の吊り手として使用することもできる。

以下、図には示していないがＢセグメント５およびキー
セグメント４は直線セグメント２と同様の構成であり詳
細は省略する。このＢセグメント５とキーセグメント４
とには一方の端面が互いに重なり合う傾斜部があって、
セグメントングＡ１を組合せるとき最後にキーセグメン
ト４によって嵌閉合するようになっている。

上記構成になる直線セグメント２、隅部セグメント３、
キーセグメント４、Ｂセグメント５は次のように組合さ
れる。　トンネルの外径よりわずかに大きな内径をもっ
た強固な鋼製の筒（シールド）を地中に推進させ、シー
ルドの切羽（前端）で掘削を行ない、シールド後部のテ
ール内で覆工を行なうが、このテール内での覆工築造の
際床面上に必要な直線セグメント２をトンネルの掘削方
向に対して直角方向に配設する。そして各直線セグメン
ト２の隣接部分は互いにセグメント継手金具８を介して
ボルト等により締着する。この締着された直線セグメン
ト２の一方の端に隅部セグメント３を固定し、他端側は
Ｂセグメント５を取り付け、キーセグメント４の取り付
は分を明けて隅部セグメント３を配設し、キーセグメン
ト４によって隅部セグメント３とＢセグメント５とを結
び締着する。

次に床面上に配された左右両端の隅部セグメント３の上
方端面上に直線セグメント２をそれぞれ立設し締着する
。この立設された直線セグメント２上にはそれぞれ隅部
セグメント３を取り付は締着する。そして、この隅部セ
グメント３の一方側より直線セグメント２を取り付け、
以下、床面作業と同様にＢセグメント５およびキーセグ
メント４により第１のセグメントリングＡ１を組み上が
る。

このようにして第１のセグメントＡ１が組み上がると、
トンネル方向の隣接部へ第２のセグメントリングＡ２を
組立てる。この第２のセグメントリングＡ２は第１の場
合と同様であるが、第２の場合は各セグメントの突合せ
位置が第１のものの突合せ位置とズレるように組合せ、
組立った第２のセグメントリングＡ２は第１のものとも
接触面に設けられたトンネル方向継手金具７を介して締
着される。

次に第３のセグメントリングＡ３は前記第１の場合と全
く同様に組立られ、第４は第２と同様にすることから以
下シールドトンネル１の内外周面には継手部が千鳥状に
なり、各セグメントリングへの集中応力は分散される。

このようにして組立てられたシールドトンネル１への圧
力分布は第６図に示されるものとなる０図において、１
゛〜１６”はセグメントリングの節点番号を表す、この
ような圧力分布において、前述した従来例と同様の大き
さ（Ｉｉ７．０ｍ、高さ５．０ｍ　）を想定し、このシ
ールドトンネル１の設置位置は前記した第１表に示した
地中とし、「トンネル標準木方言」に基づく慣用計算法
により曲げモーメント、剪断力、軸力等を求めると次の
ようであった。また、セグメントの断面諸量は従来例の
ものと同一条件のものを用いた。

（１）曲げモーメントにおいては、従来例の節点番号３
”、４′において最大３１．３ｔ　−ｍの負の曲げモー
メントが、本発明のシールドトンネルにおいて、節点番
号７”、１２″の隅部において最大１７゜９　ｔ　−ｍ
の負の曲げモーメントとなり、約４３％の低減がみられ
た。また、直線部においては従来例の節点番号３′〜４
′間が中央で最大２７．Ｏｔ　−ｍの正の曲げモーメン
トであったのに対し、本発明の節号番号９゛〜１０′　
の中央で最大２３．４ｔ　−ｍの正の曲げモーメントと
なり、約１３％低減される。

これを図に表すと第７図のようになる。

（２）剪断力は従来例が節点番号３’　、４’において
最大３３．３ｔであったのに対し、本発明のものでは第
８図に示すような形態となり、節点番号１’、２’、９
’、１０’　で最大が２３．８　ｔで約２９％程剪断力
が低減される。

（３）軸力は隅部において比較すると、従来例が縦部材
で最大３３．３ｔの圧縮軸力であったのに対し、本発明
のものは第９図に示すように節点番号６″１３′で最大
４１．Ｏｔとなり約２３％増大することが分る。また直
線部では節点番号３′〜４°で２７．ＯＬであるのに対
し、本発明では節点番号９゛〜１０゛間において３４．
Ｏｔとなり約２６％増大することが判明した。

以上の結果から本発明のシールドトンネル１は第１５図
に示した従来例の長方形シールドトンネル１０１に比較
し、隅部における曲げモーメントや剪断力が減少し、逆
に軸力が増大することから設計上で鉄筋量を少なくする
ことができ、さらにセグメントの厚さも薄くすることが
可能となり、より経済的な断面が得られる。以下、上述
の考慮に基づくシールドトンネルの各種実施例を説明す
る。

実施例２は縦方向のセグメントを細くしたものであり、
実施例３は馬蹄形シールドトンネルである。

（実施例２） 本発明の実施例２を第１０図および第１１図によって説
明する。第１０図は変断面シールドトンネルのセグメン
トリングで、第１１図は同隅部セグメントの（ａ）は平
面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は下面図である。

この変断面シールドトンネル１０のセグメントリング１
０′　は、隅部セグメント１１の一端が中挟の変断面形
をしているものである。この変断面隅部セグメント１１
は第１１図に示すように、直交する２つの直線セグメン
トの一方側を太くし他方側を細くしたもので、内周側の
半径と外周側の半径とをそれぞれ変えるとともに、その
中心位置を偏心させて孤状形に弯曲させたものである。

そしてこの太い端面側をシールドトンネルの天井側と床
面側とに配設し、縦方向の縦直線セグメン目２を実施例
１に示した直線セグメント２より細く形成したものであ
る。したがって第１０図に示したセグメントリング１０
’においては、直線セグメント２、Ｂセグメント５、キ
ーセグメント４にて天井側および床面側を組合せ、縦直
線セグメント１２によって側面部を接続したものである
。この構造によりシールドトンネルの重量を軽減させる
ことができるとともに、構造解析上からも安全性をもっ
てシールドトンネルを形成することができる。

なお、図中７は前述したトンネル方向継手金具、８はセ
グメント継手金具、９は裏込め相性入孔である。この変
断面シールドトンネル１０のセグメントリングｌＯ゛の
組立はでは実施例Ｉと略同様で直線セグメント２と変断
面隅部セグメント１１とを組合せて床面側の一方の隅部
に配設し、Ｂセグメント５と変断面隅部セグメン目１と
を組合せて床面側の他の隅部に配設して、この画部分を
キーセグメント４で接続して床面側を形成する０次に縦
直線セグメント１２を取付は天井側の各種セグメントを
組合わせることにより組立られる。

この組立られた第１のセグメントリング１０′　に対し
てトンネル方向側（図の奥側）に第２、第３・・・・の
セグメントリングを組立てることにより変断面シールド
トンネル１０が形成されるが、第２のセグメントリング
は第１のセグメントリング１０”を紙面の裏側から見た
状態で組立ることにより、変断面シールドトンネル１０
の外周面は千鳥形に形成され、構造解析上からも十分に
安全性は期待できる。

（実施例３） 本発明の実施例３を第１２図ないし第１４図によって説
明する。第１２図は馬蹄形シールドトンネルのセグメン
トリングで、第１３図は曲線部セグメントで（ａ）は平
面図、（ｂ）は右側面図、（Ｃ）は下面図である。また
、第１４図は円弧上セグメントで（ａ）は平面図、（ｂ
）は下面図、（ｃ）は側面図である。

この馬蹄形シールドトンネル１３のセグメントリング１
３゛　は、直線セグメント２、隅部セグメント３、一部
が曲線となった曲線セグメント１４、円弧状セグメント
１５、円弧状Ｂセグメン目６、円弧状キーセグメント１
７とにより構成されている。

この構成部材のうち直線セグメント２と隅部セグメント
３は実施例１と同じものであり、これによって床面側と
側面とを形成させ、曲線部セグメン目４、円弧状セグメ
ント１５、円弧状ＢセグメンＨ６、円弧状セグメント７
等により馬蹄形の天井側をシールドすることができる。

曲線部セグメント１４は第１３図に示すように、端側か
直線でその他端側は馬蹄形の内周に相等す曲線で形成さ
れ、外周は内周と平行する線で形成されており厚さは一
定のものである。そして内周面近傍の外端面上には所定
間隔でトンネル方向継手金具７が設けてあり、長平方向
の両端面にはそれぞれセグメント継手金具８が設けであ
る。なお、図中９は裏込め相性入孔である。

また、円弧状セグメント１５は第１４図に示すように、
内周側は馬蹄形天井に組合される円弧に合わせて形成さ
れ、外周側も一定の厚さを有する円弧で作られたセグメ
ントである。この円弧状セグメント１５の内周近傍の端
面上には所定間隔をおいてトンネル方向継手金具７が設
けてあり、円弧状の長手方向の両端面内にはセグメント
継手金具８が設けである。

また、円弧状Ｂセグメント１６と円弧状キーセグメント
１７とは、ともに前記円弧状セグメント１５の曲率を有
する円弧で形成され、一方の端面にはそれぞれ向きの異
なる傾斜部が設けてあって、セグメントリング組立の際
には最後に締着されるようになっている。

このような馬蹄形セグメントリング１３”は天張り床面
側から組合され円弧状キーセグメント１７の締着によっ
て組立完了となる。そして、第２の馬蹄形セグメントリ
ングは第１２図のセグメントリングを紙面の裏側から見
た形で組合され千鳥形の外周面を形成することができる
。また、馬蹄形セグメントリングを用いたシールドトン
ネルにあっては、実施例１のものより直線セグメント２
（縦の部分）を細く形成することも可能である。この場
合、隅部セグメント３を変断面隅部セグメント１１に変
更すればよい。

上述した各実施例の工法はシールド工法を主たるものと
して説明したが、本発明のトンネルは推進工法、山岳ト
ンネルにも適用することができる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明のトンネルは隅部を
構成する部材の少なくともその一部に内側および外側と
も孤状形の弯曲部を形成したもので、隅部に発生する応
力集中を緩和させることが可能となり、鉄筋量、コンク
リート量を減少させ経済的なトンネルを作ることができ
る。

また、トンネルの利用目的に応じた最適なトンネル形状
を選択できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第９図は本発明の実施例１で、第１図はシ
ールドトンネルのセグメントリングの断面方向の平面図
、第２図は同側面図、第３図は同上面図、第４図はセグ
メントリングを構成する直線セグメントで、（ａ）は平
面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は上面図、第５図は隅
部セグメントで（ａ）は平面図、（ｂ）は右側面図、（
Ｃ）は下面図、第６図はセグメントに加わる荷重分布図
、第７図はセグメントリングの曲げモーメント図、第８
図はセグメントリングの剪断力図、第９図はセグメント
リングの軸力図。 第１０図および第１１図は本発明の実施例２で、第１０
図は変断面シールドトンネルのセグメントリングの断面
方向の平面図、第１１図は変断面形陽部セグメントで、
（ａ）は平面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は下面図。 第１２図ないし第１４図は本発明の実施例３で、第１２
図は馬蹄形シールドトンネルのセグメントリングの断面
方向の平面図、第１３図は曲線セグメントリングで（ａ
）は平面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は下面図、第１
４図は円弧状セグメントで（ａ）は平面図、（ｂ）は下
面図、（ｃ）は側面図、第１５図ないし第１９図は従来
例で、第１５図は長方形シールドトンネルのセグメント
リングの平面図、第１６図は同セグメントリングへの荷
重分布図、第１７図は同セグメントリングの曲げモーメ
ント図、第１８図は同セグメントリングの剪断力図、第
１９図は同セグメントリングの軸力図である。 シールドトンネル 第１のセグメントリング 隅部セグメント 変断面隅部セグメント 円弧状セグメント 曲線セグメント 第２図 第 ］ 図 箪 図 （Ｃ） 第 図 第 図 第 図 ど６″′″１）Ｄ 第 図 第 図 の Ｏフ 第１５区 第１９図 ρ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 地中に構築した隅部をもつ多角形・馬蹄形等の形状をな
   すトンネルにおいて、 前記隅部を構成する部材の少なくともその一部に内側お
   よび外側とも孤状形の弯曲部を形成したことを特徴とす
   るトンネル。