JPH08177391A - 曲線トンネル施工用セグメント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特に急曲線トンネルを施工するときにおいて
も、後シールド全周にわたり良好なシール性と、施工可
能な曲線トンネルの曲率を縮小させることができるセグ
メントを提供する。 【構成】 シールド掘進機１により掘削されたトンネル
４を覆工すると共に、シールド掘進機１の掘進反力受け
となるセグメント１０ａ〜１０ｆにおいて、前記シール
ド掘進機１の後シールド６内径部に設置され、この後シ
ールド６とセグメント１０ａ〜１０ｆ外径間を密封する
シール１１に適正な締め代を与えるために、後シールド
６内径とセグメント１０ａ〜１０ｆ外径間に適正なシー
ルクリアランスを確保するための外形に形成した曲線ト
ンネル施工用セグメント。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は曲線トンネル施工用セグ
メントに関し、特に急曲線トンネルを施工するための曲
線トンネル施工用セグメントに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シールドトンネルの曲線部施工法
としては例えば、「特開昭６３−１４２１９１」が提案
されている。これは図８に示されるように、曲線施工部
を直線施工部に使用した通常セグメント５１よりも外径
を小さく形成された縮小径セグメント５０で覆工する工
程と、該縮小径セグメント５０と通常セグメント５１と
の間に、一方の接合端面５２ａが通常セグメント５１に
合致し、かつ他方の接合端面５２ｂが縮小径セグメント
５０に合致する異形セグメント５２を介在させる工程よ
りなる。なお、Ｔｍはシールド掘進機である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の技術においては以下のような問題が発生する。曲線
施工時においてはセグメントとシールド掘進機Ｔｍの後
シールド内径とのせりを防止するため、必要な後シール
ドとセグメント５０とのテールクリアランスを確保する
ためにセグメント５０の外径を縮小すると、掘進機の屈
曲方向に対して直角方向のテールクリアランスは、前記
セグメント５０の外径を縮小した分だけ大きくなること
になる。その結果、掘進機の屈曲方向に対して直角方向
の後シールドに装着されたテールシールの締め代が減少
し、漏水などの事故が発生する。したがって、セグメン
ト５０の外径の縮小にも限界があるため屈曲トンネルの
曲率半径が制約される問題があった。

【０００４】本発明は上記の問題点に着目してなされた
もので、後シールド内径に設置されたシールの全周に適
正な締め代を与えるために、後シールド内面とセグメン
ト外周面間の全周に適正なシールクリアランスを確保す
るように、セグメントの外形を設定したので、曲線施工
時においてもセグメントと後シールド内径のせりを防止
して、漏水などの事故を防止すると共に、従来のセグメ
ント使用時より施工可能なトンネルの曲率を、縮小させ
ることができるセグメントを提供することを目的として
いる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本
発明に係る曲線トンネル施工用セグメントは、シールド
掘進機により掘削されたトンネルを覆工すると共に、シ
ールド掘進機の掘進反力受けとなるセグメントにおい
て、曲線施工時に前記シールド掘進機の後シールド内径
部に設置され、この後シールド内径部とセグメント外周
面間を密封するシールの適正な締め代を確保するため
に、全周にわたり後シールド内面とセグメント外周面間
に適正なシールクリアランスを確保するための外形に形
成される。

【０００６】前記トンネル施工計画線と直交するセグメ
ント断面の外形は、シールド掘進機が屈曲する方向に短
軸を有し、屈曲する方向と直角方向に長軸を有する楕円
形状としても、曲線トンネルの曲率中心と反対側の部分
を半円とし、曲線トンネルの曲率中心側部分をこの半円
に滑らかに連続する曲線、または円弧で形成され、シー
ルド掘進機が屈曲する方向の最大長が屈曲する方向と直
角方向の最大長より短かい偏平形状としても、曲線トン
ネルの曲率中心と反対側の部分を曲線、または曲線トン
ネルの曲率中心側に中心を有する円弧とし、一方曲線ト
ンネルの曲率中心側の部分を曲線、または曲線トンネル
の曲率中心と反対側に中心を有する円弧とし、かつそれ
らの曲線または円弧を滑らかに接続する曲線または円弧
で形成され、シールド掘進機が屈曲する方向の最大長が
屈曲する方向と直角方向の最大長より短かい偏平形状と
してもよい。

【０００７】前記曲線トンネル施工用セグメントにおい
て、曲線トンネルの曲率中心側のセグメント外周面と後
シールド内面との隙間、および曲線トンネルの曲率中心
と反対側のセグメント外周面と後シールド内面との隙間
を、最前部のセグメント外周面と後シールド内面との干
渉、および後シールド内面後端部とセグメント外周面と
の干渉を考慮し、かつ後シールドに装着されたシールの
適正な締め代を考慮して設定してもよく、また、前記曲
線トンネル施工用セグメントにおいて、直進施工時とほ
ぼ同一とする、後シールド内面とセグメント外周面との
クリアランス、または最前部のセグメント外周面と後シ
ールド内面との干渉、および後シールド内面後端部とセ
グメント外周面との干渉を考慮して設定する、曲線トン
ネルの曲率中心側のセグメント外周面と後シールド内面
との隙間、および曲線トンネルの曲率中心と反対側のセ
グメント外周面と後シールド内面との隙間、および後シ
ールドに装着されたシールの適正な締め代を、最前端の
シールと最後端のシールとのほぼ中間位置で適正値に設
定してもよい。

【０００８】

【作用】前記構成に係る本発明の曲線トンネル施工用セ
グメントは次に示すように作用する。従来と同様に、シ
ールド掘進機により掘削されたトンネルを覆工すると共
に、シールド掘進機の掘進反力受けとなる。また、シー
ルド掘進機の後シールド内径部に設置されたシールとセ
グメント外径間を密封するのに適正な締め代を与えるよ
うに、後シールド内径とセグメント外径間に適正なシー
ルクリアランスを有するセグメント外径に形成されるの
で、後シールド内径全周にわたり良好なシール性と、シ
ールの耐久性を確保することができる。

【０００９】トンネル施工計画線と直交するセグメント
断面の外形を、シールド掘進機の屈曲方向に短軸を有
し、屈曲方向と直交する方向に長軸を有する楕円形断
面、または曲線トンネルの曲率中心と反対側の部分を半
円とし、曲線トンネルの曲率中心側の部分をこの半円に
連続し、その半円まで滑らかに連続する曲線、または円
弧で形成され、シールド掘進機が屈曲する方向の最大長
が屈曲する方向と直角方向の最大長より短かくなる偏平
形状、あるいはセグメント断面の外径を、曲線トンネル
の曲率中心と反対側の部分を曲線、または曲線トンネル
の曲率中心側に中心を有する円弧とし、曲線トンネルの
曲率中心側の部分を曲線、または曲線トンネルの曲率中
心側と反対側に中心を有する円弧とし、かつそれらの曲
線、または円弧を滑らかに接続する曲線、または円弧に
より形成され、シールド掘進機が屈曲する方向の最大長
が屈曲する方向と直角方向の最大長より短かくなる偏平
形状とすれば、簡単な形状により後シールド全周にわた
り良好なシール性と、シールの耐久性を確保することが
できる。

【００１０】セグメント外周面と後シールドの内面との
クリアランスは、曲線トンネル施工時であってもほとん
ど変化しないため、直進施工時とほぼ同一の値に設定で
きる。曲線トンネルの曲率中心側のセグメント外形と後
シールドとの隙間と、曲線トンネルの曲率中心側と反対
側のセグメント外周面と後シールド内面との隙間を、最
前端部のセグメント外周面と後シールド内面との干渉、
および後シールド内面後端部とセグメント外周面との干
渉、および後シールドに装着されたシールの適正な締め
代とを考慮して形成したり、後シールドに複数個のシー
ルを設置する場合には、最前端のシールと最後端のシー
ルとのほぼ中間位置において、シールの適正クリアラン
スを確保することでセグメント外周面と後シールド内面
との干渉によりセグメントや後シールドが損傷すること
を防止すると共に、シールの性能を確保することができ
る。

【００１１】

【実施例】以下に本発明に係る曲線トンネル施工用セグ
メントの実施例について、図面を参照して詳述する。図
１は、一段中折れシールド掘進機に適用した、本発明に
係る曲線トンネル施工用セグメントの第１実施例を示す
図で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図、図２は、
二段中折れシールド掘進機に適用した、本発明に係る曲
線トンネル施工用セグメントの第２実施例を示す図で、
（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図、図３は、二段中
折れシールド掘進機に適用した、本発明に係る曲線トン
ネル施工用セグメントの第３実施例を示す図で、（Ａ）
は縦断面図、（Ｂ）は横断面図、図４は、本発明に係る
曲線トンネル施工用セグメントの第４実施例を示す横断
面図、図５は、本発明に係る曲線トンネル施工用セグメ
ントのその他の実施例を示す横断面で、（Ａ）は左右方
向に偏平な曲線トンネル施工用セグメントの横断面図、
（Ｂ）は上下方向に偏平な曲線トンネル施工用セグメン
トの横断面図である。

【００１２】図６は、本発明に係る曲線トンネル施工用
セグメントの外形を決定するための原理を説明する図
で、（Ａ）は直進時の縦断面図、（Ｂ）は屈曲時の縦断
面図、図７は、図６における横断面図を示す図で、
（Ａ）は図６（Ｂ）におけるＰ矢視図、（Ｂ）は図６
（Ｂ）におけるＱ矢視図である。

【００１３】次に図６および図７により、本発明に係る
曲線トンネル施工用セグメントの外形を決定するための
原理について説明する。図６（Ａ）において、６は後シ
ールドで、１０は掘削されたトンネルを覆工するための
セグメントで、最前端のセグメント１０ａはシールド掘
進機に掘進反力を与える。１１はセグメント１０の外径
との間を密封するワイヤブラシで、一段ワイヤブラシ１
１ａと二段ワイヤブラシ１１ｂからなる。またＳ1 を後
シールド内径、Ｓ2 をセグメント外径とすると、直進施
工時のクリヤランスｄ1 は次のように表される。 ｄ1 ＝（Ｓ1 −Ｓ2 ）／２

【００１４】また図６（Ｂ）において、セグメントの中
心軸に対するシールドの中心軸の屈曲角をθ、セグメン
ト１０の中心軸と後シールド６の中心軸との交点Ｏを通
るシールドの軸直角横断面におけるセグメントの長軸の
長さをＳ3 とすると、曲線施工時のクリヤランスｄ2 は
次のように表される。 ｄ2 ＝（Ｓ1 −Ｓ3 ）／２，Ｓ3 ＝Ｓ2 ／cos θより、 ｄ2 ＝（Ｓ1 −Ｓ2 ／cos θ）／２ ∴ｄ1 ＞ｄ2 すなわち、ｄ1 −ｄ2 ＝（Ｓ2 ／cos θ−Ｓ2 ）／２＝
（（１−cos θ）／２cos θ）Ｓ2 の２倍だけ、シール
ド掘進機の屈曲する方向にセグメント長さＳ3を小さく
すれば直線時と同じクリアランスｄ1 にすることができ
る。もちろん、これは図に示されるように、中心Ｏを通
る位置でのクリアランスである。しかし、実際はＡ，
Ｂ，Ｃ，Ｄの位置でシール性能が満足できる適切なクリ
アランスを確保するようにセグメント径の縮小率および
屈曲中心を設定するため、必ずしもｄ1 ＝ｄ2 とするわ
けではないが、当然、ｄ1 ＞ｄ2 となることから分かる
ように、屈曲方向のセグメント径Ｓ3 を縮小させなけれ
ばならない。

【００１５】以上のことを図７について説明する。図７
（Ａ）は図６（Ｂ）におけるＰ矢視図であるが、曲線施
工時における屈曲方向（左右方向）のセグメント外径は
Ｓ3 となるため、後シールド内径Ｓ1 とのクリアランス
ｄ2 は直進施工時のクリアランスｄ1 より小さくなる。
この縮小量は（ｄ1 −ｄ2 ）＝（Ｓ2 ／cos θ−Ｓ2 ）
／２＝（（１−cos θ）／２cos θ）Ｓ2 となる。そこ
で、屈曲方向（左右方向）のクリアランスがｄ1 となる
ような外径Ｓ2 の円形セグメントを使用すると、屈曲方
向と直角方向（上下方向）のセグメント外径はＳ2aとな
り、後シールド内径Ｓ1 とのクリアランスはｄ1aとな
り、ｄ1a＞ｄ1 となるためシール性能が低下して止水が
不可能となる場合がある。そのため、図７（Ａ）におい
て、屈曲方向（左右方向）のセグメント外径と屈曲方向
と直角方向（上下方向）のセグメント外径とが、共にＳ
2 のセグメントを使用すれば、ｄ1 のクリアランスを保
持することができる。これを図６（Ｂ）におけるＱ矢視
図である図７（Ｂ）について説明すれば、屈曲方向（左
右方向）のクリアランスがｄ1 となるように左右方向の
セグメント最大長がＳ2a（短軸）で、屈曲方向と直角方
向（上下方向）のクリヤランスがｄ1となるように上下
方向のセグメント最大長がＳ2 （長軸）とした楕円形セ
グメント１０ｂを使用すれば、楕円形セグメント１０ｂ
の全外周にわたり、曲線トンネル施工時においても直線
施工時と同様に良好なシール性能を得ることができる。

【００１６】以上は、二段シールの軸方向中間位置にお
けるクリアランスが、曲線トンネル施工時においても一
定になるセグメントの外径形状について検討した。しか
し、一般にシール１１は二段以上であるため、各段のシ
ール１１に可能な限り適正なクリアランスを確保させた
り、最前部のセグメント１０ａの外周面と後シールド６
の内面との干渉を避けるための前テールクリアランスＧ
1 、および後シールド６の後端部とセグメント外周面と
の干渉を避けるための後テールクリアランスＧ2 を考慮
して、セグメントの外形を変形させる必要がある。ま
た、屈曲中心をＯ点としたが、実際には移動させて適宜
調整している。

【００１７】図１は一段の中折れシールド掘進機に適用
した、本発明の第１実施例を示す図で、中折れシールド
掘進機１は、前シールド２の後端部に設置された凹形球
面軸受７ａと、後シールド６の前端部に設置された凸形
球面軸受７ｂとにより構成される球面軸受７により屈曲
可能に連結されている。前シールド２の前端部にはトン
ネル４を掘削するためのカッターヘッド３が回転可能に
装着されており、そのカッターヘッド３には半径方向に
出没自在にコピーカッタ５が装着されている。また後シ
ールド６の前端部にはブラケット６ａを介してシールド
ジャッキ８が固定されており、このシールドジャッキ８
のピストンロッド８ａに球面軸受けを介してスプレッダ
９が連結されている。掘削されたトンネル４はセグメン
ト１０ｂにより覆工されるが、その最前端のセグメント
１０ａに前記スプレッダ９を当接して、シールドジャッ
キ８のピストンロッド８ａを伸長させることにより、中
折れシールド掘進機１に掘進反力を与える。また、後シ
ールド６の後端部には二段のワイヤブラシ１１ａ，１１
ｂで構成されるワイヤブラシ１１が装着されており、セ
グメント１０ｂの外周面との間を止水している。

【００１８】次に図１の作用について説明する。前シー
ルド２と後シールド６との間には、図示されない公知の
アーティキュレートジャッキが円周上等間隔に複数個設
置されており、この各アーティキュレートジャッキの伸
長量の差により、前シールド２と後シールド６とが球面
軸受７ののまわりで屈曲する。このように屈曲した一段
中折れシールド掘進機１は、後シールド６に固定された
シールドジャッキ８によりスプレッダ９を介して最前端
のセグメント１０ａから掘進反力を得て、カッターヘッ
ド３により地山を掘削しながら曲線トンネル４を掘進す
る。曲線トンネル４を掘削するときには、カッターヘッ
ド３の半径方向に出没自在なコピーカッタ５により、曲
線トンネル４の屈曲方向内側を余掘りして一段中折れシ
ールド掘進機１を掘進させている。また、後シールド６
の後端部に設置された一段ワイヤブラシ１１ａと二段ワ
イヤブラシ１１ｂとで構成されるワイヤブラシ１１によ
り楕円形セグメント１０ｂの外径と後シールド６の内径
間を止水している。

【００１９】図１（Ａ）のＡ−Ａ断面である図１（Ｂ）
において、楕円形セグメント１０ｂの横方向（屈曲面
内）の外径Ｌ1 と後シールド６の内径φＤとのクリアラ
ンスは、屈曲方向左側（ＩＮ側）Ａ1 と屈曲方向右側
（ＯＵＴ側）Ｂ1 とを、ワイヤブラシ１１の締め代が適
正値になるようにとる。このときの楕円形セグメント１
０ｂの横方向外径Ｌ1 は、前記図７および図８にて記載
した通り、直線トンネル用円形セグメント１０の外径Ｌ
0 より縮小させる必要がある。このときに、Ｌ1 の円形
セグメント１０を使用すると、この円形セグメント１０
の縦方向（屈曲面と垂直方向）の外径（二点鎖線で示す
Ｌ1 で、前記従来の技術を示す）と後シールド６の内径
φＤとのクリアランスＣ1 は、直線トンネル用円形セグ
メント１０の外径Ｌ0 のときの適正なクリアランスＤ1
より大きくなる。そのため、円形セグメント１０の外径
と後シールド６の内径間のシール性能を低下させ、泥水
等が後シールド６内に侵入する問題があった。また、曲
線トンネル４内で一段中折れシールド掘進機１の相対位
置を制約する部材がないため、このクリアランスＣ1
は、最大Ｃ1 の２倍だけ変心する可能性があり、円形セ
グメント１０の外径と後シールド６の内径間のシール性
能を著しく低下させる。したがって、円形セグメント１
０の外径をＬ0 からＬ1 へ縮小する場合、縮小率に限界
があり、円形セグメント１０の外周面と後シールド６内
面との干渉により、施工可能な曲線トンネルの曲率に限
界がある。

【００２０】そのため本実施例においては、セグメント
の横方向（屈曲方向面内）の最外長は適正なシール締め
代となるＬ1 とし、セグメントの縦方向（屈曲方向と直
角方向）の最外長Ｈ1 は、直線トンネル用円形セグメン
ト１０の外径Ｌ0 のときの適正なクリアランスＤ1 を保
持させるためＨ1 ＝Ｌ0 とする。すなわち、屈曲方向の
長さＬ1 を短軸とし、屈曲方向と直角方向の長さＨ1
（＝Ｌ0 ）を長軸とする楕円形セグメント１０ｂを用い
る。この楕円形セグメント１０ｂを使用すれば、曲線ト
ンネル施工時においても楕円形セグメント１０ｂの外径
全周上で適正なシール締め代が得られるため、楕円形セ
グメント１０ｂの外径と後シールド６の内径間のシール
性能が確保できる。また、図７、図８に記載したような
前テールクリアランスや後テールクリアランスを十分確
保することが可能となり、施工可能な曲線トンネルの曲
率を縮小させることができる。また、従来の縮小円形セ
グメント１０に比べて楕円形セグメント１０ｂと後シー
ルド６との傾斜角を大きくとれることから、曲線トンネ
ルの曲率が同じであれば後シールド６と前シールド２と
の傾斜角を減少させることができるので、コピーカッタ
による余掘り量を減少させることができる。

【００２１】図２は二段の中折れシールド掘進機に適用
した、本発明の第２実施例を示す図で、「特願平６−２
１２１８６」にて出願中の二段中折れシールド掘進機１
は次のように構成されている。中折れシールド掘進機１
に屈曲可能に装着されたカッター支持装置１３の前端に
は、トンネル４を掘削するためのカッターヘッド３が回
転可能に装着されており、そのカッターヘッド３には半
径方向に出没自在にコピーカッタ５が装着されている。
カッター支持装置１３に形成された凸形球面軸受１７ａ
と、前シールド１２の前端部に設置された凹形球面軸受
１７ｂとにより球面軸受１７が構成され、カッター支持
装置１３と前シールド１２とが屈曲自在に連結されてい
る。また、前シールド１２の後端部に設置された凹形球
面軸受７ａと後シールド６の前端部に設置された凸形球
面軸受７ｂとにより球面軸受７が構成され、前シールド
１２と後シールド６とが屈曲自在に連結されている。従
って、カッター支持装置１３は二つの球面軸受７と球面
軸受１７とにより、後シールド６に対して屈曲中心Ｏ1
回りに１３度７分、次に２０度まで二段階に屈曲するこ
とができるため、急曲線トンネルの施工が可能である。
また、後シールド６の後端部には二段のワイヤブラシ１
１ａ，１１ｂで構成されるワイヤブラシ１１が装着され
ており、セグメント１０ｂの外周面との間を止水してい
る。なお、後シールド６が最前端のセグメント１０ａよ
り掘進反力をとって掘進する作用については第１実施例
と同様のため説明を省略する。本実施例では直線トンネ
ル用円形セグメント１０の外径Ｌ0 に対し、セグメント
の横方向（屈曲面内）の外径Ｌ2 を左右からＥ2 だけ小
さくした楕円形セグメント１０ｂが使用されている。す
なわち、Ｌ0 −Ｌ2 ＝２Ｅ2 の関係にあることになる。

【００２２】次に図２の作用について説明する。後シー
ルド６と前シールド１２との間、および前シールド１２
とカッタ支持装置１３との間には、それぞれ図示されな
い公知のアーティキュレートジャッキが円周上等間隔に
複数個設置されており、この各アーティキュレートジャ
ッキの伸長量の差により、球面軸受７および球面軸受１
２により屈曲中心Ｏ1 のまわりで屈曲する。このように
屈曲した二段中折れシールド掘進機１は、後シールド６
に固定された図１と同様なシールドジャッキによりセグ
メント１０ｂから掘進反力を得て、カッターヘッド３に
より地山を掘削しながら曲線トンネル４を掘進する。ま
た、Ｏ2 は屈曲トンネルの曲率中心で、曲線トンネル４
は一段中折れシールド掘進機に比べて小さい曲率Ｒで掘
削される。このように、急曲線トンネルの施工が可能に
なると、図１に記載したような、前テールクリアランス
Ｇ1 や後テールクリアランスＧ2 をより考慮する必要性
が生じてくる。また、曲線トンネル４を掘削するときに
は、カッターヘッド３の半径方向に出没自在なコピーカ
ッタ５により、シールド掘進機１の屈曲方向内側を余掘
りして二段中折れシールド掘進機１を掘進させている。
また、後シールド６の後端部においては図１と同様なワ
イヤブラシ１１により楕円セグメント１０ｂの外周面と
後シールド６の内面間を密封し、泥水等の侵入を防止し
ている。

【００２３】図２（Ａ）のＡ−Ａ断面である図２（Ｂ）
において、楕円セグメント１０ｂの横方向（屈曲面内）
の外径Ｌ2 と後シールド６の内径φＤとのクリアランス
は、屈曲方向左側（ＩＮ側）Ａ2 と屈曲方向右側（ＯＵ
Ｔ側）Ｂ2 とを、ワイヤブラシ１１の締め代が適正値に
なるようにとる。このときの楕円セグメント１０ｂの横
方向外径Ｌ2 は、前記図７および図８にて記載した通
り、直線トンネル用円形セグメント１０の外径Ｌ0 より
縮小させる必要がある。 そこで、外径Ｌ2 の円形セグ
メント１０を使用すると、この円形セグメント１０の縦
方向（屈曲方向と直角方向）の外径（二点鎖線で示すＬ
2 で、前記従来の技術を示す）と後シールド６の内径φ
ＤとのクリアランスＣ2 は、直線トンネル用円形セグメ
ント１０の外径Ｌ0 のときの適正なクリアランスＤ2よ
り大きくなる。そのため、円形セグメント１０の外径と
後シールド６の内径間のシール性能を低下させ、泥水等
が後シールド６内に侵入する問題があった。また、第１
実施例と同様に、円形セグメント１０の外径をＬ0 から
Ｌ1 へ縮小する場合、縮小率に限界があり、楕円形セグ
メント１０ｂの外周面と後シールド６内面との干渉によ
り、施工可能な曲線トンネルの曲率に限界がある。

【００２４】そのため本実施例においては、楕円形セグ
メント１０ｂの横方向（屈曲方向）の最外長は適正なシ
ール締め代となるＬ2 とし、楕円セグメント１０ｂの縦
方向（屈曲方向と直角方向）の最外長Ｈ2 は、直線トン
ネル用円形セグメント１０の外径Ｌ0 のときの適正なク
リアランスＤ2 を保持させるためＨ2 ＝Ｌ0 とする。す
なわち、屈曲方向の長さＬ2 を短軸とし、屈曲方向と直
角方向の長さＨ2 （＝Ｌ0 ）を長軸とする楕円形セグメ
ント１０ｂを用いる。この楕円形セグメント１０ｂを使
用すれば、曲線施工時においても楕円形セグメント１０
ｂの外径全周上において適正なシール締め代が得られる
ため、楕円形セグメント１０ｂの外径と後シールド６の
内径間のシール性能が確保できる。また、従来の縮小円
形セグメント１０に比べて曲線トンネルの曲率を縮小で
きることや、従来の縮小円形セグメント１０に比べてコ
ピーカッタによる余掘り量を減少できることについては
第１実施例と同様である。その他についは、第１実施例
と同様であるため説明を省略する。

【００２５】図３は図２の二段中折れシールド掘進機に
適用した、本発明の第３実施例を示す図で、図２と同じ
部品には同符号を付し、その構成と作用については説明
を省略する。本実施例では直線トンネル用円形セグメン
ト１０の外径Ｌ0 に対し、異形セグメント１０ｃの横方
向（屈曲方向面内）の最外長Ｌ3 を右側（ＯＵＴ側）を
揃え、左側（ＩＮ側）のみＥ3 だけ縮小した異形セグメ
ント１０ｃが使用されている。すなわち、Ｌ0 −Ｌ3 ＝
Ｅ3 の関係にあることになる。なお、図３の作用につい
ては、図２と同様のため説明を省略する。

【００２６】図３（Ａ）のＡ−Ａ断面である図３（Ｂ）
において、異形セグメント１０ｃの横方向（屈曲方向面
内）の外径Ｌ3 と後シールド６の内径φＤとのクリアラ
ンスは、屈曲方向左側（ＩＮ側）Ａ3 と屈曲方向右側
（ＯＵＴ側）Ｂ3 とを、ワイヤブラシ１１の締め代が適
正値になるようにとる。このときの異形セグメント１０
ｃの横方向最外長Ｌ3 は、前記図７および図８にて記載
した通り、直線トンネル用円形セグメント１０の外径Ｌ
0 より縮小させる必要がある。そこで、外径Ｌ3 の円形
セグメント１０を使用すると、この円形セグメント１０
の縦方向（屈曲方向と直角方向）の外径（二点鎖線で示
すＬ3 で、前記従来の技術を示す）と後シールド６の内
径φＤとのクリアランスＣ3 は、直線トンネル用円形セ
グメント１０の外径Ｌ0 のときの適正なクリアランスＤ
3より大きくなる。そのため、円形セグメント１０の外
径と後シールド６の内径間のシール性能を低下させ、泥
水等が後シールド６内に侵入する問題があった。また、
第１実施例と同様に、円形セグメント１０の外径をＬ0
からＬ1 へ縮小する場合、縮小率に限界があり、縮小セ
グメントの外周面と後シールド６内面との干渉により、
施工可能な曲線トンネルの曲率に限界がある。その他に
ついは、第１実施例と同様であるため説明を省略する。

【００２７】そのため本実施例においては、異形セグメ
ント１０ｃの横方向（屈曲方向面内）の最外長は適正な
シール面圧となるＬ3 とし、セグメント１０の縦方向
（屈曲方向と直角方向）の外径Ｈ3 は、直線トンネル用
円形セグメント１０の外径Ｌ0のときの適正なクリアラ
ンスＤ3 を保持させるためＨ3 ＝Ｌ0 とする。すなわ
ち、異形セグメント１０ｃの横方向の右側（ＯＵＴ側）
のＬ31部は半径Ｒ3 の円弧部とし、横方向の左側（ＩＮ
側）は短軸半径がＬ32で、長軸が異形セグメント１０ｃ
の縦方向（屈曲方向と直角方向）の最外長Ｈ3 （＝Ｌ0
）の半楕円部とする異形セグメント１０ｃを用いる。
この異形セグメント１０ｃを使用すれば、曲線施工時に
おいて異形セグメント１０ｃの外径全周上において適正
なシール面圧が得られるため、異形セグメント１０ｃの
外径と後シールド６の内径間のシール性能が向上する。
また、従来の縮小円形セグメント１０に比べて屈曲トン
ネルの曲率を縮小できること、および従来の縮小円形セ
グメント１０に比べてコピーカッタによる余掘り量を減
少できることについては第１実施例と同様である。その
他についは、第２実施例と同様であるため説明を省略す
る。

【００２８】図４は本発明に係る第４実施例の異形セグ
メント１０ｄの外径を示す図で、図３（Ｂ）に相当する
図である。図４において、異形セグメント１０ｄの横方
向（屈曲方向面内）の外径Ｌ4 と後シールド６の内径φ
Ｄとのクリアランスは、屈曲方向左側（ＩＮ側）Ａ4 と
屈曲方向右側（ＯＵＴ側）Ｂ4 とを、ワイヤブラシ１１
の締め代が適正値になるようにとる。このときの異形セ
グメント１０ｄの横方向外径Ｌ4 は、前記図７および図
８にて記載した通り、直線トンネル用円形セグメント１
０の外径Ｌ0 より縮小させる必要がある。そこで、前記
異形セグメント１０ｄの外径が横方向外径Ｌ4 の円形セ
グメント１０を使用すると、この円形セグメント１０の
縦方向（屈曲方向と直角方向）の外径（二点鎖線で示す
Ｌ4 で、前記従来の技術を示す）と後シールド６の内径
φＤとのクリアランスＣ4 は、直線トンネル用円形セグ
メント１０の外径Ｌ0 のときの適正なクリアランスＤ4
より大きくなる。そのため、図２と同様に、異形セグメ
ント１０ｄの外径と後シールド６の内径間のシール性能
を低下させ、泥水等が後シールド６内に侵入したり、ま
た異形セグメント１０ｄの外径をＬ0 からＬ1 へ縮小す
る場合、縮小率に限界があり、異形セグメント１０ｄの
外周面と後シールド６内面との干渉により、施工可能な
曲線トンネルの曲率に限界がある。

【００２９】そのため、異形セグメント１０ｄの縦方向
（屈曲方向と直角方向）の外径Ｈ4は、直線トンネル用
円形セグメント１０の外径Ｌ0 のときの適正なクリアラ
ンスＤ4 を保持させるためＨ4 ＝Ｌ0 とする。また、異
形セグメント１０ｄの横方向の右側（ＯＵＴ側）と左側
（ＩＮ側）とを半径Ｒ4 の円弧部とし、異形セグメント
１０ｄの縦方向（屈曲方向と直角方向）最外長がＨ4
（＝Ｌ0 ）になるように、前記異形セグメント１０ｄの
横方向の右側（ＯＵＴ側）と左側（ＩＮ側）との各円弧
部を滑らかに接合した異形セグメント１０ｄを用いる。
この異形セグメント１０ｄを使用すれば、曲線施工時に
おいて異形セグメント１０ｄの外径全周上において適正
なシール締め代が得られるため、異形セグメント１０ｄ
の外径と後シールド６の内径間のシール性能が向上す
る。また、従来の縮小円形セグメント１０に比べて曲線
トンネルの曲率を縮小できること、および従来の縮小円
形セグメント１０に比べてコピーカッタによる余掘り量
を減少できることについては第１実施例と同様である。
その他についは、第２実施例と同様であるため説明を省
略する。以上、第１実施例〜第４実施例においては、左
右方向へ屈曲する曲線トンネルの施工について説明した
が、上下方向へ屈曲する曲線トンネルの施工についても
全く同様であるため説明を省略する。

【００３０】その他、セグメント１０ｅ，１０ｆの外形
については、左右方向の曲線トンネルを施工するときに
は、図５（Ａ）に示すように、上方を半径Ｒ5a、下方を
半径Ｒ5aとし、それらを直線で接合する単純な形状で左
右方向を偏平にしたり、また、上下方向の曲線トンネル
を施工するときには、図５（Ｂ）に示すように、左右方
向の左側（ＩＮ側）を半径Ｒ5b、右側（ＯＵＴ側）を半
径Ｒ5cとし、その間を滑らかに接合する形状で上下方向
を偏平にしたりすることもできる。なお、図５（Ａ）は
左右方向を偏平にし、図５（Ｂ）は上下方向を偏平にし
た実施例であるが、これらはそれぞれ９０度回転させる
ことにより、図５（Ａ）は上下方向の曲線トンネルの施
工に、図５（Ｂ）は左右方向の曲線トンネルの施工にも
適用できる。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の構成によ
れば次のような効果が得られる。 （１）トンネル施工計画線と直交するセグメント断面の
外形を、楕円形断面、または曲率中心と反対側部分を半
円とし、曲率中心側部分をこの半円に滑らかに連続する
曲線で形成される偏平形状、あるいは二つの円弧を滑ら
かに接続する偏平形状等に形成して、後シールド内径面
とセグメント外周面間に適正なシールクリアランスを確
保するように形成すれば、簡単な形状により後シールド
内径面全周にわたり良好なシール性を確保すると共に、
シールの耐久性も向上することができる。また、後シー
ルドに複数個のシールを設置する場合には、最前端のシ
ールと最後端のシールとのほぼ中間位置で、シールクリ
アランスを適正値に設定するようにすれば、全シールの
シール性と耐久性を平均的に保障することができる。 （２）トンネル施工計画線と直交するセグメント断面の
外形を、後シールド内径面とセグメント外周面間に適正
なシールクリアランスを確保するように形成したので、
従来の縮小円形セグメントに比べて、施工可能な曲線ト
ンネルの曲率を小さくすることができる。また、曲線ト
ンネルの曲率が同じであれば、余掘り量を減少させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一段中折れシールド掘進機に適用した、本発明
に係る曲線トンネル施工用セグメントの第１実施例を示
す図で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図である。

【図２】二段中折れシールド掘進機に適用した、本発明
に係る曲線トンネル施工用セグメントの第２実施例を示
す図で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図である。

【図３】二段中折れシールド掘進機に適用した、本発明
に係る曲線トンネル施工用セグメントの第３実施例を示
す図で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図である。

【図４】本発明に係る屈曲トンネル施工用セグメントの
第４実施例を示す横断面図である。

【図５】本発明に係る曲線トンネル施工用セグメントの
その他の実施例を示す横断面で、（Ａ）は左右方向に偏
平な曲線トンネル施工用セグメントの横断面図、（Ｂ）
は上下方向に偏平な曲線トンネル施工用セグメントの横
断面図である。

【図６】本発明に係る曲線トンネル施工用セグメントの
外形を決定するための原理を示す図で、（Ａ）は直進施
工時の縦断面図、（Ｂ）は曲線施工時の縦断面図であ
る。

【図７】図６における横断面図を示す図で、（Ａ）は図
６（Ｂ）におけるＰ矢視図、（Ｂ）は図６（Ｂ）におけ
るＱ矢視図である。

【図８】従来の技術を示す図である。

【符号の説明】

１・・中折れシールド掘進機、 ２・・前シールド、
３・・カッターヘッド、 ４・・曲線トンネル、
５・・コピーカッタ、 ６・・後シールド、
６ａ・・ブラケット、 ７，１７・・球面軸受、
７ｂ，１７ａ・・凸形球面軸受、 ７ａ，１７ｂ・・
凹形球面軸受、 ８・・シールドジャッキ、 ８ａ・
・ピストンロッド、 ９・・スプレッダ、 １０・
・円形セグメント １０ａ・・最前端セグメント、
１０ｂ・・楕円形セグメント、１０ｃ，１０ｄ，１０
ｅ，１０ｆ・・異形セグメント、 １１・・ワイヤブ
ラシ、 １１ａ・・一段ワイヤブラシ、 １１ｂ・
・二段ワイヤブラシ、１２・・前シールド、 １３・
・カッタヘッド支持装置。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド掘進機により掘削されたトンネ
   ルを覆工すると共に、シールド掘進機の掘進反力受けと
   なるセグメントにおいて、曲線トンネル施工時に前記シ
   ールド掘進機の後シールド内径部に設置され、この後シ
   ールド内径部とセグメント外周面間を密封するシールの
   適正な締め代を確保するために、後シールド内面とセグ
   メント外周面間に適正なシールクリアランスを確保する
   ための外形に形成することを特徴とする曲線トンネル施
   工用セグメント。
2. 【請求項２】 請求項１記載の曲線トンネル施工用セグ
   メントにおいて、トンネル施工計画線と直交するセグメ
   ント断面の外形を、シールド掘進機が屈曲する方向に短
   軸を有し、屈曲する方向と直角方向に長軸を有する楕円
   形状とすることを特徴とする曲線トンネル施工用セグメ
   ント。
3. 【請求項３】 請求項１記載の曲線トンネル施工用セグ
   メントにおいて、トンネル施工計画線と直交するセグメ
   ント断面の外形を、曲線トンネルの曲率中心と反対側の
   部分を半円とし、曲線トンネルの曲率中心側部分をこの
   半円に滑らかに連続する曲線、または円弧で形成され、
   シールド掘進機が屈曲する方向の最大長が、屈曲する方
   向と直角方向の最大長より短かくなるような偏平形状と
   することを特徴とする曲線トンネル施工用セグメント。
4. 【請求項４】 請求項１記載の曲線トンネル施工用セグ
   メントにおいて、トンネル施工計画線と直交するセグメ
   ント断面の外形を、曲線トンネルの曲率中心と反対側の
   部分を曲線、または曲線トンネルの曲率中心側に中心を
   有する円弧とし、一方曲線トンネルの曲率中心側の部分
   を曲線、または曲線トンネルの曲率中心と反対側に中心
   を有する円弧とし、かつそれらの曲線または円弧を滑ら
   かに接続する曲線または円弧で形成され、シールド掘進
   機が屈曲する方向の最大長が屈曲する方向と直角方向の
   最大長より短かい偏平形状とすることを特徴とする曲線
   トンネル施工用セグメント。
5. 【請求項５】 請求項１〜請求項４の少なくともいずれ
   か一つに記載の曲線トンネル施工用セグメントにおい
   て、トンネル施工計画線と直交するセグメント断面の外
   形を、後シールド内面とセグメント外周面とのクリアラ
   ンスを直進施工時とほぼ同一にすることを特徴とする曲
   線トンネル施工用セグメント。
6. 【請求項６】 請求項１〜請求項４の少なくともいずれ
   か一つに記載の曲線トンネル施工用セグメントにおい
   て、曲線トンネルの曲率中心側のセグメント外周面と後
   シールド内面との隙間、および曲線トンネルの曲率中心
   と反対側のセグメント外周面と後シールド内面との隙間
   を、最前部のセグメント外周面と後シールド内面との干
   渉、および後シールド内面後端部とセグメント外周面と
   の干渉を考慮し、かつ後シールドに装着されたシールの
   適正な締め代を考慮して設定することを特徴とする曲線
   トンネル施工用セグメント。
7. 【請求項７】 請求項２〜請求項４の少なくともいずれ
   か一つに記載の曲線トンネル施工用セグメントにおい
   て、請求項５および請求項６のクリアランスを、最前端
   のシールと最後端のシールとのほぼ中間位置で適正クリ
   アランスにすることを特徴とする曲線トンネル施工用セ
   グメント。