JPH09158692A - シールドトンネルの覆工および二次覆工用鋼製セグメント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内水圧等に対する力学的強度および止水性、
組立性、施工性に優れ、経済的な設計が可能なシールド
トンネルの覆工およびその覆工に用いる二次覆工用鋼製
セグメントを提供する。 【解決手段】 シールドトンネルの一次覆工の内空側
に、複数の二次覆工用鋼製セグメントＡを突合せ溶接等
によりリング状に組み立てる。二次覆工用鋼製セグメン
トＡは、トンネルの仕上がり半径に曲げ加工した鋼板１
の地山側に、同様に曲げ加工したＣＴ形鋼２をトンネル
円周方向に溶接接合し、さらに補剛材３をトンネル軸方
向に溶接接合してなる。補剛材３には重量軽減化のた
め、複数の孔５を設ける。ＣＴ形鋼２のフランジ外面の
一次覆工と接する部分には、ゴム材４を設置し、一次覆
工の損傷防止効果とクッション効果を与える。一次覆工
のセグメント８と二次覆工用鋼製セグメントＡとの間に
は、合成樹脂発泡体１３を充填する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、シールド工法に
よるシールドトンネルの覆工、特にトンネル内空側に構
築される二次覆工の構造、および二次覆工に用いられる
二次覆工用鋼製セグメントに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】下水道、共同溝、鉄道、道路、地下河川
等のトンネルをシールド工法によって構築する場合、円
弧状の一次覆工材（セグメント）をリング状に組み立
て、このリングをトンネル軸方向に連結して行く方法が
採られている。

【０００３】特に、地下河川等として使用するシールド
トンネルの一次覆工の内空側には、セグメントの継手か
らの漏水防止、さらにトンネル仕上がり面の平滑化等の
目的で二次覆工が構築される場合が多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】通常、二次覆工には、
無筋コンクリートまたは鉄筋コンクリートを使用する
が、無筋コンクリートの場合、クラックが発生しやすく
漏水が問題となる。また、鉄筋コンクリートの場合は、
そのトンネルが大口径であればあるほど、トンネル内に
おいて鉄筋の組立作業に多大な時間と労力が必要とな
り、覆工厚も大きくなる。その結果、掘削断面が大きく
なり、工事費が高騰する原因になる。

【０００５】近年、特に地下河川のニーズが高まる傾向
にあり、各関係機関において、トンネル覆工材の設計手
法の検討が進められているが、その内容は土圧、地下水
圧等の外力と内水圧の両者を一次覆工材であるセグメン
トだけに負担させ、二次覆工は力学上考慮しない設計手
法が主である。

【０００６】また、地下河川の場合、トンネル内に雨水
による土砂や、最近では酸性雨が流れる可能性があるこ
とから、セグメントの内空側に鋼殻がむき出しの構造と
なっている合成セグメント等を使用した場合は、腐食防
止の面からも二次覆工を構築する必要性があるものと考
えられている。

【０００７】ところが、土圧、地下水圧の外力および内
水圧を一次覆工であるセグメントに負担させる設計手法
は、セグメント厚を増大させる原因となり、また、地下
河川の下流域では内水圧が増大し、セグメント継手が過
大な設計となるものと考えられる。

【０００８】一方では、鉄筋コンクリートにより構築さ
れた二次覆工を、内水圧により作用するトンネル円周方
向の引張力および曲げモーメントに対処する構造として
考慮する設計法も検討されているが、内水圧が作用し二
次覆工に引張力が作用した場合、従来の二次覆工構造で
は、コンクリートのひび割れやそれに伴う漏水が懸念さ
れ、その耐久性、止水性を立証するのが困難なため、こ
のような設計法による実際の施工は未だないのが実状で
ある。

【０００９】本願発明は、従来技術における上述のよう
な課題の解決を図ったものであり、内水圧等に対する力
学的強度および止水性、組立性、施工性に優れ、経済的
な設計が可能なシールドトンネルの覆工およびその覆工
に用いる二次覆工用鋼製セグメントを提供することを目
的としたものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願発明のシールドトン
ネルの覆工（請求項１）は、シールドトンネルの一次覆
工の内空側に、二次覆工としてトンネル仕上がり面を構
成する鋼板を有する複数の二次覆工用セグメントをリン
グ状に接合してなるものである。

【００１１】すなわち、通常の一次覆工のセグメント同
様、トンネル円周方向および軸方向に分割された鋼製の
二次覆工用セグメントを用いて二次覆工リングを形成す
ることで、従来の鉄筋コンクリートによる二次覆工で懸
念されたトンネル内での鉄筋組立作業による工期の長期
化や工事費の高騰の問題が解決され、さらに設計法につ
いても、一次覆工を土圧、水圧等の外力に対処する部材
として、二次覆工を内水圧に対処する部材としての設計
が可能となる。

【００１２】なお、一次覆工の構成については特に限定
する必要はなく、従来の鋼製セグメント、コンクリート
セグメント、合成セグメント等を用いた通常の一次覆工
でよい。

【００１３】請求項２は、二次覆工用セグメントの鋼板
の地山側に、トンネル円周方向に延びる複数の形鋼と、
トンネル軸方向に延びる複数の補剛材が一体化されてい
る場合を限定したものである。

【００１４】トンネル円周方向に延びる形鋼としては、
例えばＣＴ形鋼、山形鋼、チャンネル形鋼等が考えら
れ、二次覆工の曲率に対応する曲率に加工され、内水圧
等に対する対曲げ部材として機能する。また、製作時、
運搬時、組立時の変形を防止する目的でトンネル軸方向
に補剛材を設けている。

【００１５】請求項３は、一次覆工と二次覆工を構成す
る鋼板との間に、合成樹脂発泡体を充填した場合を限定
したもので、内水圧が作用して二次覆工のリングが拡大
したときのクッション効果が期待できる。

【００１６】請求項４は、二次覆工用セグメントの鋼板
の内空側に、重防食加工等の防食加工を施した場合を限
定したもので、腐食に対する条件の厳しい地下河川トン
ネル等においても、十分な耐腐食性を有する構造とする
ことができる。

【００１７】この防食加工は、二次覆工用セグメント単
体に施す場合と、二次覆工体がリング状に組み立てられ
た状態でトンネル内から実施する場合とが考えられる。

【００１８】本願発明の二次覆工用鋼製セグメント（請
求項５）は、上記のシールドトンネルの覆工に用いるた
めのものであり、シールドトンネルの一次覆工の内空側
において二次覆工としてトンネル仕上がり面を構成する
鋼板と、この鋼板の地山側に一体化されたトンネル円周
方向に延び二次覆工の曲率に対応する曲率を有する複数
の形鋼およびトンネル軸方向に延びる複数の補剛材とか
らなる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１および図２は、本願発明にお
ける二次覆工用鋼製セグメントＡの一実施形態を示した
もので、トンネルの仕上がり半径に曲げ加工した鋼板１
に、この鋼板１同様に曲げ加工したＣＴ形鋼２のウェブ
をトンネル円周方向に溶接接合し、補剛材３を鋼板１の
トンネル軸方向に溶接接合してある。また、補剛材３に
は二次覆工用セグメントＡの重量軽減化のため、複数の
孔５を設けている。

【００２０】本実施形態において、ＣＴ形鋼２のフラン
ジ外面の一次覆工と接する部分には、ゴム材４を設置し
てある。このゴム材４は、一次覆工の損傷防止と、内水
圧が作用して二次覆工のリングが拡大したときのクッシ
ョン効果を期待したものである。

【００２１】さらに、この二次覆工用鋼製セグメントＡ
がリング形状に組み立てられた後、隣接する二次覆工用
鋼製セグメントＡの鋼板１どうしを突合せ溶接により一
体化させるため、鋼板１の端部には受け板６を設置して
ある。

【００２２】なお、その際の突合せ溶接は、自動溶接ロ
ボット等を用いて行うことができ、分割されている二次
覆工用鋼製セグメントＡを接続し、一体化することによ
って内水圧に耐え得る構造としている。

【００２３】図３は、図１および図２に示した二次覆工
用鋼製セグメントＡをリング状に組み立てた状態のトン
ネル軸方向の断面図（トンネル下部側）を示したもので
ある。

【００２４】この例では、一次覆工のセグメント８と二
次覆工用鋼製セグメントＡとの間に形成される空間部に
対し、二次覆工用鋼製セグメントＡに設けた注入孔７か
ら合成樹脂発泡体１３を充填し、クッション効果を与え
ている。

【００２５】図４は、このリング状に組み立てた二次覆
工をトンネル内空側から見た平面図である。図中、実線
は二次覆工用鋼製セグメントＡどうしの接合部であり、
一点鎖線は一次覆工のセグメント８の接合部である。

【００２６】通常、一次覆工のセグメント８は千鳥組に
組み立てられているが、本実施形態において二次覆工用
鋼製セグメントＡはイモ継ぎに組み立てる構造とするこ
とで、水平な溶接部分がトンネル軸方向に沿って一直線
上にくるようにし、溶接作業の効率化を図っている。

【００２７】なお、二次覆工用鋼製セグメントＡの鋼板
１の内空側には重防食被覆等による防食加工を行うこと
で、腐食に対する条件の厳しい地下河川トンネルにおい
ても十分な耐腐食性を有する構造とすることができる。

【００２８】図５は、二次覆工用鋼製セグメントＡの他
の実施形態を示したもので、鋼板１の地山側に設置する
形鋼として山形鋼１０を用いている。図１の実施形態の
場合より、内水圧による曲げモーメントが小さい場合等
に有効である。

【００２９】図６は、二次覆工用鋼製セグメントＡのさ
らに他の実施形態を示したもので、鋼板１の地山側に設
置する形鋼としてチャンネル形鋼１１を用いている。

【００３０】

【発明の効果】 鋼製の二次覆工用セグメントを用いて二次覆工リン
グを形成することで、従来の鉄筋コンクリートによる二
次覆工で懸念されたトンネル内での鉄筋組立作業による
工期の長期化や工事費の高騰の問題が解決される。

【００３１】 地下河川トンネル等において、高い内
水圧が作用し、トンネル周方向に引張力が作用した場合
においても、二次覆工のスキンプレートとしての鋼板を
対引張部材として機能させることができ、一次覆工を土
圧、水圧等の外力に対処する部材として、二次覆工を内
水圧に対処する部材としての設計が可能となる。

【００３２】 また、従来の二次覆工のように腐食防
止およびトンネル内面の平滑化の目的だけなく、施工時
間の短縮が図れる他、二次覆工の力学部材としての使用
が可能となることから一次覆工厚の薄肉化が図れる。

【００３３】 請求項２の構造においては、トンネル
円周方向の形鋼を、内水圧等に対する対曲げ部材として
機能させることができ、またトンネル軸方向の補剛材に
より製作時、運搬時、組立時の変形を防止することがで
きる。

【００３４】 請求項３の構造においては、内水圧に
より二次覆工のリングが拡大したとき等に、一次覆工と
二次覆工との間に充填した合成樹脂発泡体のクッション
効果および止水性向上の効果が得られる。

【００３５】 請求項４の構造においては、二次覆工
用セグメントの鋼板の内空側に施した重防食加工等の防
食加工により、地下河川トンネル等においても、十分な
耐腐食性が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明における二次覆工用鋼製セグメントの
一実施形態を示す斜視図である。

【図２】図１に対応する断面図である。

【図３】一次覆工の内空側に図１の二次覆工用鋼製セグ
メントをリング状に組み立てた状態を示すトンネル軸方
向の断面図（トンネル下部）である。

【図４】図３に対応するトンネル内空側からみた平面図
である。

【図５】二次覆工用鋼製セグメントの他の実施形態を示
す断面図である。

【図６】二次覆工用鋼製セグメントのさらに他の実施形
態を示す断面図である。

【符号の説明】

Ａ…二次覆工用鋼製セグメント、１…鋼板、２…ＣＴ形
鋼、３…補剛材、４…ゴム材、５…孔、６…受け板、７
…注入孔、８…セグメント（一次覆工）、９…突合せ溶
接による接合部、１０…山形鋼、１１…チャンネル形
鋼、１２…一次覆工のセグメント接合部、１３…合成樹
脂発泡体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールドトンネルの一次覆工の内空側
   に、二次覆工としてトンネル仕上がり面を構成する鋼板
   を有する複数の二次覆工用セグメントをリング状に接合
   してなることを特徴とするシールドトンネルの覆工。
2. 【請求項２】 前記鋼板の地山側には、トンネル円周方
   向に延び二次覆工の曲率に対応する曲率を有する複数の
   形鋼と、トンネル軸方向に延びる複数の補剛材が一体化
   されている請求項１記載のシールドトンネルの覆工。
3. 【請求項３】 前記一次覆工と前記二次覆工を構成する
   鋼板との間には合成樹脂発泡体が充填されている請求項
   １または２記載のシールドトンネルの覆工。
4. 【請求項４】 前記鋼板の内空側には防食加工が施され
   ている請求項１、２または３記載のシールドトンネルの
   覆工。
5. 【請求項５】 シールドトンネルの一次覆工の内空側に
   設置される二次覆工用セグメントであって、二次覆工と
   してトンネル仕上がり面を構成する鋼板と、前記鋼板の
   地山側に一体化されたトンネル円周方向に延び二次覆工
   の曲率に対応する曲率を有する複数の形鋼およびトンネ
   ル軸方向に延びる複数の補剛材とからなることを特徴と
   する二次覆工用鋼製セグメント。