JPH03250195A - 大断面トンネルおよびその構築方法 - 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−１，の利用分野〕 本発明は大断面トンネルおよびその構築方法に係イつり
、特に、大断面トンネルを構成４−るトンネル構造体を
複数本のシールド１−ンネルにより先行構築するように
した大断面トンネルおよびその構築方法に関する。

〔従来の技術〕

トンネルの構築方法としては既に様々なものが提供され
ているか、特にシールド」１法は硬岩以外のあらゆる地
山に適用でき、しかも地ｌユ施設に影響を与えず、地Ｆ
深部の施」、が可能である等の利点を有するため、近年
特にその施工実績が増加している。

ところで、近年、地下の利用ニーズが高まり、それに伴
いトンネルもその大断面化が要求されてきている。

そして、上記シールドトンネルも、このようなトンネル
の大断面化の要求に応えるべく大］］径のものか施工さ
れるようになってきており、最近では外径１４ｍ以上と
なるシールド機ら計画されている。

〔発明が解決しよう七する課題〕

ところで、上記のように７−ルドトンネルの大断面化を
図ろうとすると、当然のことなからそれに用いるシール
ド機か人形化４′ることとなる。

しかしながら、シールド機はその掘削径が大径となると
、一般に、Ｗ＝２．５Ｄ２〜３．５Ｄ’（ただし、Ｄニ
ンールド機外径、Ｗ　シールド機重量）の関係で重量か
増加するとβわれており、このように人形化されたシー
ル］・機（Ｊ単に重量か極めて重くなるばかりでなく、
製作、仮組み１運搬、現場組宿、現場設備等のあらゆる
而で人手およびコストが急激に嵩むものとなる。また、
特にこのような超人形シールド機においては、工場設備
等の関係で、試運転の実施さえ極めて困難な状況にある
のが現状となっている。

本発明は」二足の事情に鑑みてなされたもので、ノール
ドエ法の利点を有効に活用するごとにより、高品質かつ
低コス）・にてトンネルの大断面化を図イする大断面）
・ンネルおよびその構築方法を提供することを目的とす
るものである。

〔課題を解決４′るための手段〕 請求項Ｉに記載した発明は、アーチ状または筒状に形成
され地山のｌｌ：、川に抗して内部空間を形成するトン
ネル構造体と、該トンネル構造体の内側に形成されるト
ンネル空間とからなる大断面トンネルであって、ｉｒｆ
記トンネル構造体は、構築すべきトンネルの長平方向に
形成され斤いに隣接４−る多数のシールドトンネルによ
り構成され、かつこれらンールドトンネルは、隣接形成
されたノールドトンネルの覆土体の一部が互いに重合す
ることにより−・体化されていることを特徴とするもの
である。

また、請求項２に記載した発明は、請求項１記載の大断
面トンネルにおいて、前記覆工体の内部に硬化充填４Ａ
か充填されてなるしのである。

請求項３に記載した発明は、地山内に多数本のシールド
トンネルを径方向に連設用゛ることによりアーチ状また
は筒状のトンネル構造体を先行構築した後、地山の該ト
ンネル構造体により囲まれた部分を掘削することにより
構築する大断面トンネルの構築方法であって、前記ノー
ルド）・ンネルを、シールド機を掘進させる第１工程と
、シールド機により形成された掘削穴の壁面を覆工する
第２」−程とにより構築し、かつ前記トンネル構造体は
、前記シールドトンネルを一つ置きに先行構築した後、
それら先行シールドトンネルの間に後行シールドトンネ
ルを形成することにより構築し、しかも該後行ンールド
トンネルの第１工程は、前記先行シールドトンネルの覆
工体の一部を地山と共に切削しながら行うことを特徴と
するものである。

また、請求項４に記載した発明は、請求項３記載の大断
面トンネルの構築方法において、前記シールドトンネル
を、シールド機を掘進さＵる第１工程と、シールド機に
より形成された掘削穴の壁面を覆工する第２工程と、前
記覆工体の内部に硬化充填材を充填する第３工程と、に
より構築することを特徴とするものである。

〔作用　〕

請求項１の大断面トンネルによれば、トノネル構造体を
シールドトンネルに３１；り構成オるため、該トンネル
構造体の先行構築が可能となる。また、多数のシールド
トンネルを構造的に一体化することで、トンネル構造体
の高剛性化、」ｊよび高い遮水性を期待できる。

請求項２の大断面トンネルでは、トンネル構造体のさら
なる強度向上が図れる。

請求項３の大断面トンネルの構築方法に、１；れば、請
求項１記載の大断面トンネルを確実に実現することかで
きる。しかも、トンネル構造体を大断面トンネルの掘削
に先行して完成させるため、地山掘削時に支保工等の付
帯作業を実施する必要がなＬ）。また、トンネル構造体
をシールドトンネルにより構成するため、ノールＦ’　
、、Ｉ’：法の適用１■能なあらゆる地山に適用するこ
とができる。

請求項４の大断面トンネルの構築方法は、請求項２記載
の大断面トンネルを実現する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の請求項１に係る大断面トンネルの第一
実施例を示すものである。

この大断面トンネル（以下、“トンネル”と略称する）
ｌは、全体として筒状に形成され地山Ｇの土圧に抗して
内部空間を形成するトノネル構造体２と、該トンネル構
造体２の内部に形成されるトンネル空間３と、から構成
されている。

前記トンネル構造体２は、構築すべきトンネル１の長平
方向に形成され互いに隣接する多数のシールドトンネル
４，４．・により構成されている。

本実施例においては、こＡ１らシールドトンネル４４、
・・が径方向に環状に配設されることにより、このトン
ネル構造体２は、全体的に断面円形の筒状を成している
。

前記トンネル構造体２を構成する各シールドトンネル４
は、第２図に示４゛ように、多数のセグメンｌ−５，５
，・・により組み立てられた筒状構造体６と、該筒状構
造体６の背面側に後打しされたコンクリートあるいはモ
ルタル等の硬化充填材（裏込め硬化充填材）７とから成
る覆工体２０により覆土されたものとなっている。ただ
しここで、前記筒状構造体６の、シールド機によ−）で
掘削された掘削穴８の内径に対する径は、通常一般のシ
ールドトンネルと比べた場合に極めて小径のものとなっ
ている。

また、１ｉｊｆ記各シールドトンネル４は、隣り合うシ
ールドトンネル４との離間寸法が７−ルドトンネル４自
身の外径より小さく設定されており、これにより、互い
に隣接するシールドトンネル４の覆土体２０を構成する
前記裏込め硬化充填＋Ａ７どうしは−Ｈ４）いに重合し
たものとなっている。そして、これにより、各シールド
トンネル４，４．　の裏込め硬化充填材７　（覆工体２
０）は連続して一体化されたものとなっている。

なお、４−記構成となるトンネル１の外径はここでは２
０〜４０ｍ、また、各シールドトンネル４の外ｉ１はお
よそ０７〜４ｒｎ（１）乙のよしている。

次に、本発明の請求項３に係る発明、すなわち」−記構
造となるＲｉｊ記トンネル１の構築方法の一例について
第３図ないし第７図を参照して説明する。

前記トンネル１を構築するには、初めに、多数のシール
ドトンネル４．４．　より成るトンネル構造体２を地山
Ｇ内に先行構築する。トンネル構造体２の構築は丁記の
］１程により行う。

すなわちまず、第１図に示した完成時において互いに隣
接するソールｌ’　トンネル４，４．・・のうら、一つ
置きに配列されるもの　（先行ンールドトンネル４Ａ）
を先行構築する　（第３図参照）。

これら先行シールドトンネル４Ａの構築は、通常一般の
ノールド工法と同要領により行うことができる。すなわ
ち第７図に示ず、にうに、シールド機１０を、その前面
に設けたカッタ１１により地山Ｇを掘削しながら推進さ
Ｕるとともに、シールド機１０の後方にて掘削穴８内に
円弧状のセグメント５．５．・・をリング状に組み−に
げて行き、筒状構造体６を形成してい（。ただし、この
場合、前記シールド機ＩＯとしてテールボイドの極めて
太きいものを使用し、これにより筒状構造体６は、掘削
穴８内径に対して小径に形成されノニ（、のとな−、０ ている。筒状構造体６が形成された部分については、そ
の背面側空隙ずなわち筒状構造体６と掘削穴８との間に
前記裏込め硬化充填材７を打設する。

これによって覆工体２０が完成される。なお、同第７図
中矢印は、裏込め硬化充填材７の打設状態を示すもので
ある。

」１記方法により、第４図に示すように先行シールドト
ンネル４Ａ、４Ａ、・・が地山Ｇ内に形成されたならば
、次いで、それら各先行シールドトンネル４Ａの間に後
行シールドトンネル４８　４Ｂを形成する。

第５図に示すように、後行シールドトンネル４Ｂの形成
工程も前記先行シールドトンネル４Ａと同様である。た
だし、先行シールドトンネル４Ａ４Ａ、・・の離間距離
は」二連した如くシールドトンネル４自身の径寸法より
も小さく設定されているので、２本の先行シールドトン
ネル４Ａ、４Ａ　間に後行シールドトンネル４Ｂを形成
する際には、地山Ｇと共に、両側の先行シールドトンネ
ル４Ａ４Ａを構成する前記裏込め硬化充填材７の一部を
も同時に掘削するものとする。その際、先行シールドト
ンネル４Ａを構成する前記筒状構造体６が小径に形成さ
れているので、この筒状構造体６と干渉することなく裏
込め硬化充填材７のみを切削するすることが可能である
。

そして、上記の如くシールド機１０にて２つの先行シー
ルドトンネル４Ａ、４Ａ　間を掘削するとともに、その
掘削穴８′内に筒状構造体６を組み立ててゆき、その後
その背面側に裏込め硬化充填材７を打設すれば、第６図
に示すように、先行シールドトンネル４Ａ、４Ａ、・・
・と連続した後行シールドトンネル４Ｂ、４Ｂ、・・・
が形成され、これによりトンネル構造体２が構築される
。

ところで、本工法では、このように先行シールドトンネ
ル４Ａの裏込め硬化充填材７の一部を、後行シールドト
ンネル４Ｂを形成する際に地山と共にシールド機ＩＯに
て切削するため、先行シールドトンネル４Ａを構成する
裏込め硬化充填材７としては、初期強度が小さく、経時
的にその強度が大となるような性状のものを使用するこ
とがよ１ り望ましい。他の手段としては、例えば、先行シールド
トンネル４Ａの裏込め硬化充填材７として凝結遅延コン
クリートを使用し、後行シールドトンネル４Ｂの施工後
に、先行シールドトンネル４Ａ内に高温空気（例えば７
０℃以上）を送り込み所要の強度を確保する、等の方法
を採ることも可能である。その際、高温空気の供給は、
筒状構造体６の内部空間を利用することができる。なお
、後行シールドトンネル４Ｂ用の裏込め硬化充填材７は
高強度コンクリートとすることが望ましい。

そして、上記の如く、シールドトンネル４．４・・・に
よりトンネル構造体２が構築されたならば、地山Ｇにお
ける該トンネル構造体２により囲繞された部分を掘削し
て前記トンネル空間３を形成すれば、第１図の如き目的
とするトンネルｌが完成する。トンネル構造体２の内部
地山の掘削は、通常一般に使用される掘削機によって行
うが、前記トンネル構造体２が既に構築され、これによ
り地山Ｇが支持されているので、支保工等は一切設ける
必要はない。

２ 上記トンネル１によれば、トンネル構造体２を、小径な
る多数のシールドトンネル４，４．・・により構成する
ため、大断面なるトンネル空間３を確実に形成すること
ができる。しかも、トンネル構造体２を構成して連設さ
れた各シールドトンネル４は、それらシールドトンネル
４を構成する覆工体２０が互いにオーバーラツプするこ
とにより一体化されているので、トンネル構造体２を極
めて高強度で、かつ遮水性に優れたものとすることがで
きる。さらに、このように、トンネル構造体２がシール
ドトンネルにより構成されるものであるため、シールド
工法を適用できる全ての地山に適用することができる。

しかも、使用するシールド機１０は極めて小形のもので
済むため、シールド機に係るコストの大幅な低減化が図
れる。このため、複数台のシールド機１０を用いて効率
的な施工を図ることもてきる。

また、上記の構築方法によれば、上記構成となるトンネ
ル１を確実かつ効率的に実現することが可能となる。さ
らに、トンネル構造体２をトンネ小空間３に先行（７て
構築するため、ｌ・ノイル空間３の掘削時には既に地山
Ｇの安定が完全に図られており、Ｊ〈断面を支保工等を
必要とすることなく、容易かつ能率的に掘削ずろことか
できる。

なお、−１−記ｌ・ノイルＩの構築方法において、前記
先行ノールドトンネル４Ａ、、４Ａ、　　は、必ずしも
それらの全数を形成した後に後行シールド）・ノイル４
［３を形成しな（−）ればならないものではなく、後行
シールドトンネル４Ｂは、少なくと６２本の、１１り設
される先行シールドトンネル４Ａ、４Ａ　か形成さ１１
八時点でそれら先行シールドトンネル４Ａ間に順次形成
していってもよい。

次に、第８図は本発明の請求項２に係るトンネルの一実
施例を示したものである。本図において、前記実施例と
同じ構成要素には同符号を（ｔ　してその説明を省略す
る。

本実施例に係るトンネル１′は、上記トンネル１におい
て、ｒｉｉｊ記ンールドトンネル４を構成する前記覆工
体２０の内部空間内に、コンクリートあるいはモルタル
等の硬化充填材９を中実に充填したものである。

このトンネル１′によれば、トンネル構造体２の剛性を
さらに向上させることができる。

前記トンネル１′を構築するには、前実施例におけるｌ
・ノイル１の構築工程において、」−記の如く先行シー
ルドトンネル４Ａに続いて後行シールドトンネル４Ｂを
形成した後、それら各シールドトンネル４，４．・の覆
工体２０内（筒状構造体６内）に硬化充填材９を打設す
る。あるいはまた、先行シールドトンネル４Ａについて
は、後行シールド）・ノイル４１３の形成前においてそ
の覆工体２０内（筒状構造体６内）に硬化充填材９を充
填してもよい。

第９図は、トンネル構造体２の他の構成例を示したもの
で、−上記各実施例に示したものと同じ構成要素には同
符号を付しである。

本例のものは、後行シールドｌ・ノイル４Ｂを構成する
筒状構造体６を、先行ノールトトンネル４Ａを構成する
筒状構造体６ｊ；りも大径のものとしている。後行シー
ルドトンネル４１３は、先行シールドトンネル 部を切削されることがないので、このように大径の筒状
構造体６を形成してもよい。

さらに、第１０図は、トンネル構造体２の別の他の構成
例を示したものである。上記各実施例に示したものと同
じ構成要素には同符号を付しである。

上記各実施例で示したシールドトンネル４．４。

・・の覆工体２０が、筒状構造体６および裏込め硬化充
填材７により成る、いわゆるセグメント覆王法によって
構成されたものであったのに対し、本実施例のものでは
、各シールドトンネル４，４，・・・の覆工体２０が、
場所打ちコンクリ−１・１４により構成されたものとな
っている。すなわち、この場合、覆工体２０は、セグメ
ントを用いない場所打ちライニング」−法により形成さ
れたものとなっている。本実施例に係るトンネル構造体
２では、隣接するシールドトンネル４とうじにおいて、
前記場所打ちコンクリート１４　（覆工体２　０　）　
カｒｊいにオーバーラツプしたものとなっている。

その他の構成は−１−記各実施例に示したものと同じで
ある。

また、本実施例における＋ｉｉｊ記トン本トンネル構造
体２するには、上記のものと同様、先行シールドトンネ
ル４Ａ．４Ａ．・・・を先行構築した後、それら先行シ
ールドトンネル４Ａの間に、該先行シールドトンネル４
Ａの前記場所打ちコンクリ−１−　１４の一部を切削し
ながら後行ンールドトンネル４Ｂ，４．Ｂ，・・・を構
築して；ゆけばよい。

本発明に係るシールドトンネル４，４，　は、に記の如
く場所打ちライニング工法により形成してもよく、また
、その他の覆工法により形成してもよい。またさらには
、例えばシールドトンネル４４、・・のうち、先行シー
ルドトンネル４Ａ．４Ａ・・のみをセグメン）・覆工法
により形成し、後行ンールドトンネル４Ｂ．４Ｂ，・・
を場所打ちライニング工法によって形成するといったよ
うに、異なるシールド工法を併用しても構わない。何れ
のものであっても、それら隣接形成されたシールドトン
ネル４の覆工体２０のー・部が重合されろことにより各
シールドトンネル４，４．・・が一体化され、それによ
り強固なトンネル構造体２を実現することができる。

また、第１０図に示した前記トンネル構造体２において
、シールドトンネル４を構成する覆工体２０の内部空間
に、上述の如く前記硬化充填材９（図示せず）を中実に
充填しても勿論よい。

なお、上記各実施例においては、トンネルｌｌ′　（ト
ンネル構造体２）を共に断面円形のものとして説明した
が、本発明に係る大断面トンネルは断面円形のものに限
定されるものではなく、馬蹄形、半円形、あるいはその
他の断面形状に形成することも無論可能である。その場
合には、連設する各シールドトンネル４，４．・・・の
形成位置（重なり位置）を、これらシールドトンネル４
によって形成されるトンネル構造体２が所定の断面形状
となるにう決定すればよい。

また、上記各実施例においては、トンネル構造体２が縦
断面において筒状に閉環された構成の６のを説明したが
、本発明に係る大断面トンネルは、例えば第１１図に示
すように、トンネル空間３の一部（図示例のものは上半
部）のみを前記トンネル構造体２により構成するように
してもよい。その場合、トンネル底部（インバート部）
には、コンクリート１２を打設するようにしてもよく、
さらには、該コンクリート１２を図示しないロックボル
トで補強するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり、請求項１に係る大断面トンネルに
よれば、トンネル構造体を小径なる多数のシールドトン
ネルにより構成するため、大断面のトンネル空間を確実
に形成することができる。

しかも、トンネル構造体を構成して連設される各シール
ドトンネルは、それらシールドトンネルを構成する覆工
体が互いにオーバーラツプすることにより一体化され、
これによりトンネル構造体を極めて高強度で、かつ遮水
性に優れたものとすることができる。さらに、このよう
にトンネル構造体がシールドトンネルにより構成される
ものであるため、ンールド工法を適用できる全ての地山
に適用することができ、しかも、使用するシールド機は
極めて小形のもので済むため、シールド機に係るコスト
の大幅な低減化が図れる。このため、複数台のシールド
機を用いて効率的な施工を図ることもできる。

また、請求項２に係る大断面トンネルによれば、請求項
１に係る大断面トンネルにおけるトンネル構造体の剛性
をさらに向上させることができ、以てより強固な大断面
トンネルを実現することができる。

また、請求項３に係る大断面トンネルの構築方法によれ
ば、上記請求項１に係る大断面トンネルを確実かつ効率
的に実現することができる。さらに、トンネル構造体を
トンネル空間に先行して構築するため、トンネル空間の
掘削前に予め掘削地山の安定を図ることができ、大断面
を支保工等を用いることなく容易かつ能率的に掘削する
ことができる。

そして、上記請求項２の大断面トンネルは請求項４に記
載した構築方法により実現することがてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の請求項１に係る大断面トンネルの一実
施例を示す正面断面図、第２図は当実施例によるトンネ
ル構造体を示す部分正面断面図、第３図ないし第６図は
当実施例に係るトンネル構造体の構築方法を説明するも
ので、それぞれトンネル構造体の部分正面大断面、第７
図はトンネル構造体を構成するシールドトンネルの構築
状態を示す側断面図、第８図は本発明の請求項３に係る
大断面トンネルの一実施例を示す正面大断面、第９図は
トンネル構造体の他の構成例を示す部分正面大断面、第
１Ｏ図はトンネル構造体の別の他の構成例を示す部分正
面断面図、第１１図は大断面トンネルのその他の構成例
を示す部分正面断面図である。 Ｇ・・・・・・地山、　　　１．１′　・・・大断面ト
ンネル、 ２　・・トンネル構造体、 ・・・トンネル空間、 ４　Ａ ４１（ ０ ノールドトンネル、 先行ノールドトンネル、 後行ノールドトノネル、 ・硬化充填材、　　　ｌＯ 覆工体。 ノールド機、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）アーチ状または筒状に形成され地山の土圧に抗して
   内部空間を形成するトンネル構造体と、該トンネル構造
   体の内側に形成されるトンネル空間とからなる大断面ト
   ンネルであって、 前記トンネル構造体は、構築すべきトンネルの長手方向
   に形成され互いに隣接する多数のシールドトンネルによ
   り構成され、かつこれらシールドトンネルは、隣接形成
   されたシールドトンネルの覆工体の一部が互いに重合す
   ることにより一体化されていることを特徴とする大断面
   トンネル。 ２）請求項１記載の大断面トンネルにおいて、前記覆工
   体の内部に硬化充填材が中実に充填されてなる大断面ト
   ンネル。 ３）地山内に多数本のシールドトンネルを径方向に連設
   することによりアーチ状または筒状のトンネル構造体を
   先行構築した後、地山の該トンネル構造体により囲まれ
   た部分を掘削することにより構築する大断面トンネルの
   構築方法であって、前記シールドトンネルは、シールド
   機を掘進させる第１工程と、シールド機により形成され
   た掘削穴の壁面を覆工する第２工程と、により構築し、
   かつ、前記トンネル構造体は、前記シールドトンネルを
   一つ置きに先行構築した後、それら先行シールドトンネ
   ルの間に後行シールドトンネルを形成することにより構
   築し、しかも、該後行シールドトンネルの第１工程は、
   前記先行シールドトンネルの覆工体の一部を地山と共に
   切削しながら行うことを特徴とする大断面トンネルの構
   築方法。 ４）請求項３記載の大断面トンネルの構築方法において
   、前記シールドトンネルを、シールド機を掘進させる第
   １工程と、シールド機により形成された掘削穴の壁面を
   覆工する第２工程と、前記覆工体の内部に硬化充填材を
   充填する第３工程と、により構築することを特徴とする
   大断面トンネルの構築方法。