JPH10220194A - 大断面トンネルおよびその構築方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 施工を円滑に行って、工期の短縮化と低コス
ト化を実現し、また、完全な止水効果を有するような大
断面トンネルおよびその構築方法を提供する。 【解決手段】 トンネル構造体１１を、矩形シールドト
ンネル１６と円形シールドトンネル１５とを交互に隣接
配置し、かつこれらを、その一部を互いに重合させて一
体化した構成とし、矩形シールドトンネル１６を構成す
る少なくとも一部のセグメント１７の外面における円形
シールドトンネル１５に対向する位置にプレキャスト板
１９を設け、プレキャスト板１９を、互いに隣接する矩
形シールドトンネル１６と円形シールドトンネル１５と
の接合面に沿って配置した構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大断面を有した断
面視矩形状のトンネルを構築するに際して用いて好適な
大断面トンネルおよびトンネルの構築方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、トンネルの構築には、シ
ールド掘削機で地山を掘削し、その後方においてシール
ド掘削機と略同径のトンネルを構築するシールド工法が
多用されている。しかしながらシールド工法では、大断
面のトンネルを構築しようとすると、当然のことなが
ら、それに用いるシールド掘削機が大型化し、この結
果、シールド掘削機の製作、運搬、現場組立などのあら
ゆる面において人手およびコストがかさむものとなって
しまう。

【０００３】このため、近年では、大断面トンネルの形
状に沿って小径トンネルを多数構築することによって、
これら小径トンネルから大断面のトンネル構造体を形成
する工法が開発されている。

【０００４】ところで、特に内部に大空間を有する大断
面トンネルを構築しようとした場合、図１４に示すよう
に断面円形のトンネル構造体１を構築し、その内方に所
定寸法の空間Ｓを形成していたのでは、空間Ｓに対して
トンネル構造体が大きいために、大断面トンネルＴを構
築するに要する用地が広く必要となってコストが嵩んだ
り、用地確保ができない場合には所定寸法の空間Ｓを形
成することができないという問題がある。

【０００５】このため、図１５に示すように、断面視矩
形の大断面トンネルＴ’を構築するようにすれば、所定
寸法の空間Ｓを形成するための必要最小限の用地を確保
すればよく、これによりコストの低減を図れることか
ら、このような断面視矩形の大断面トンネルＴ’の構築
方法が各種開発されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の大断面トンネルおよびトンネルの構築方
法には、以下のような問題が存在する。図１５に示した
ような断面視矩形の大断面トンネルＴ’のトンネル構造
体２を構築するに際しては、トンネル構造体２の四辺を
構成する水平部２ａ、鉛直部２ｂを、それぞれセグメン
トを断面視口字状に組んで構築した後、互いに隣接する
水平部２ａと鉛直部２ｂ同士を、継ぎ目部Ａにおいて接
続する必要がある。

【０００７】これには、図１６（ａ）に示すように、ト
ンネル構造体２の水平部２ａと鉛直部２ｂとを別々に構
築した後、まず、これら水平部２ａと鉛直部２ｂとの間
の地盤Ｇ１を薬液注入あるいは凍結工法等を用いて地盤
改良する。続いて、図１６（ｂ）に示すように、水平部
２ａを構築する際にその端部に組み込んでおいた接続部
土留材３を鉛直部２ｂに向けて押し出す。そして、接続
部土留材３を鉛直部２ｂに到達させた後、水平部２ａと
鉛直部２ｂのセグメント４を撤去し、鉛直部２ｂ側に接
続用ブラケット５を取り付ける。このようにして水平部
２ａと鉛直部２ｂとを一体に接続した後、図１６（ｃ）
に示すように、その内方に鉄筋６等を配し、コンクリー
ト７を打設することによってトンネル構造体２が完成す
る。

【０００８】このような工法においては、まず、接続部
土留材３を押し出すようになっているが、水平部２ａを
構築するに際しては、その外周にモルタル等の裏込充填
材が注入されているため、接続部土留材３の押し出しは
困難である。また、継ぎ目部Ａに止水および強度増加の
ために、薬液注入や凍結工法等で地盤改良するようにな
っているが、言うまでもなくこのような地盤改良には時
間とコストがかかり、しかも完全な止水効果を得ること
は困難である。

【０００９】さらには、トンネル構造体２の幅が増加す
る場所においては、水平部２ａ、鉛直部２ｂ自体の大き
さを変化させることが困難であるため、これら水平部２
ａ、鉛直部２ｂの間隔を大きくしなければならない。こ
のため、継ぎ目部Ａの地盤改良しなければならない区域
が大幅に増加し、これによって前記問題はさらに顕著な
ものとなる。

【００１０】また、上記のような工法によれば、地盤Ｇ
１に対して薬液注入等を施して地盤改良する際や接続部
土留材３を押し出す際、さらには、セグメント４を撤去
する場合などにおいて、水平部２ａ、および鉛直部２ｂ
の周囲において充填された裏込充填材が、円滑な施工を
行う上での障害となる。このような箇所においては、裏
込充填材が固化して形成された部分の厚さを小さくし
て、作業の円滑化を図ることが望まれるが、トンネルの
施工にあたって裏込充填材の厚さ寸法を調整するために
は、複雑な機構が必要となり、特に、トンネルの断面積
が小さい場合には、このような機構を設けることは非常
に困難となる。しかしながら、裏込充填材は、地山の沈
下を防止し、セグメントにできるだけ一様に荷重が加わ
るようにするために必要なものであり、これを省略する
わけにはいかない。このような事情により、裏込充填材
と同様の機能を有し、さらにその厚さ寸法が調整可能で
あるような層をセグメントの外面に設け、必要に応じて
この層の厚さを調整することによって、大断面トンネル
の施工を円滑化するような技術が求められていた。

【００１１】そこで、本発明においては、施工を円滑に
行うことによって、工期の短縮化と低コスト化を実現す
ることができ、また、完全な止水効果を有するような大
断面トンネルおよびその構築方法とを提供することをそ
の目的とする。また、特に、裏込充填材と同様の機能を
有し、さらにその厚さ寸法が調整可能であるような層を
設けることによって、施工作業の容易化を図ることが可
能であるような大断面トンネルおよびその構築方法を提
供することをその課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、以下の手段を採用した。すなわ
ち、請求項１記載の大断面トンネルにおいては、大断面
を有したトンネルが、断面略矩形状に形成されたトンネ
ル構造体と、その内方に形成されたトンネル空間とから
なり、前記トンネル構造体は、断面視矩形の矩形シール
ドトンネルと、断面視円形の円形シールドトンネルとを
交互に隣接配置し、かつ互いに隣接する前記矩形シール
ドトンネルと前記円形シールドトンネルとを、その一部
を互いに重合させて一体化した構成とされ、前記矩形シ
ールドトンネルを構成する少なくとも一部のセグメント
の外面における前記円形シールドトンネルに対向する位
置には、プレキャスト板が設けられ、該プレキャスト板
は、互いに隣接する前記矩形シールドトンネルと前記円
形シールドトンネルとの接合面に沿って配置されている
ことを特徴とする。

【００１３】この大断面トンネルにおいては、矩形シー
ルドトンネルと円形シールドトンネルとが互いにかみ合
った形態とされ、強固な構造が実現される。さらに、矩
形シールドトンネルを構成するセグメント外面における
円形シールドトンネルと対向する位置に、プレキャスト
板が設けられるため、矩形シールドトンネルと円形シー
ルドトンネルとの間において、裏込充填材と同様を有
し、しかもその厚さ寸法が調整可能であるような層を設
けることができる。

【００１４】請求項２記載の大断面トンネルは、請求項
１記載の大断面トンネルであって、該大断面トンネル
は、軸線方向に向けて、前記トンネル空間の断面積の異
なる大断面積部および小断面積部とを有してなり、該小
断面積部においては、該大断面積部と比較して、前記円
形シールドトンネルの両側に位置する前記矩形シールド
トンネルは、互いに接近して構築され、該小断面積部の
少なくとも一部には、前記セグメントの外面における前
記円形シールドトンネルと対向する位置にプレキャスト
板が配置されていることを特徴とする。

【００１５】この大断面トンネルは、上記のような構成
とされることから、小断面積部においては、プレキャス
ト板の厚さを調整することによって、矩形シールドトン
ネルと円形シールドトンネルとを離間または接近させる
ことができる。また、この場合においても、裏込充填材
の打設厚さを調節することなく、一定に保つことができ
る。

【００１６】請求項３記載の大断面トンネルの構築方法
は、複数の断面視矩形のシールド掘削機で、予め定めた
間隔を隔てて複数の矩形シールドトンネルを先行構築し
た後、互いに隣接する前記矩形シールドトンネル間の地
山を断面視円形のシールド掘削機で掘削して、ここに円
形のシールドトンネルを後行構築することによって、前
記トンネルの軸線方向に延在する断面視矩形状の矩形シ
ールドトンネルと、断面視円形の円形シールドトンネル
とが交互に隣接配置されてなるトンネル構造体を構築
し、しかる後に、前記トンネル構造体の内方の地山を掘
削して、ここに空間を形成することによって、大断面を
有したトンネルを構築する構成となっており、かつ、前
記矩形シールドトンネルを先行構築するときには、該矩
形シールドトンネルを構成する少なくとも一部のセグメ
ントにおける前記後行構築する円形シールドトンネルと
の重なり部側に、プレキャスト部材を設けるとともに、
その外側に裏込充填材を充填して充填コンクリート部を
形成し、前記円形シールドトンネルを後行構築するとき
には、前記矩形シールドトンネル間の地山とともに、前
記プレキャスト板の一部および該プレキャスト板の外面
に形成された充填コンクリート部が掘削されることを特
徴とする。

【００１７】この大断面トンネルの構築方法において
は、あらかじめ矩形シールドトンネルの一部が、裏込充
填材およびプレキャスト板によって形成され、この部分
が円形シールドトンネル構築時には掘削されることとな
る。したがって、プレキャスト板の厚さ寸法を変化させ
ることによって、充填コンクリート部の厚さ寸法を変化
させずに、矩形シールドトンネルにおいて掘削される部
分の寸法を変化させることができる。

【００１８】請求項４記載の大断面トンネルの構築方法
は、請求項３記載の大断面トンネルの構築方法であっ
て、前記大断面トンネルを、該大断面トンネルの軸線方
向に向けて、前記空間の断面積が異なる大断面積部およ
び小断面積部を有するように構築し、前記大断面積部に
おいては、前記小断面積部より、隣接する前記矩形シー
ルドトンネル間の寸法を大として配置するとともに、こ
れら矩形シールドトンネルを構成する各セグメントにお
ける対向端部外側に裏込充填材を充填して大径側充填コ
ンクリート部を形成し、前記小断面積部においては、該
各セグメントの対向端部外側にプレキャスト部材を固定
配置するとともに、該プレキャスト部材の外側に、前記
大径側充填コンクリート部と略同一厚さの裏込充填材を
充填することにより小径側充填コンクリート部を形成
し、前記大断面積部および小断面積部において、前記充
填コンクリート部および前記プレキャスト部材を掘削し
て前記円形シールドトンネルを形成することを特徴とす
る。

【００１９】この大断面トンネルの構築方法によれば、
矩形シールドトンネル構築後に円形シールドトンネルを
構築する際に、大断面積部においては、大径側充填コン
クリートが掘削される一方、矩形シールドトンネル間の
間隔が狭まることによって矩形シールドトンネルの掘削
寸法が増加する小断面積部においては、小径側充填コン
クリート部とともにプレキャスト板が掘削されることに
なる。したがって、この構築方法では、大断面積部と小
断面積部とで、円形シールドトンネルの構築に伴なって
矩形シールドトンネルにおいて掘削される部分の寸法が
変化する場合にも、大径側および小径側充填コンクリー
ト部の打設厚さを変化させる必要がなく、プレキャスト
板の厚さ寸法を調整することにより対応が可能である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を、図面に基づいて説明する。図２に示すように、構築
すべき大断面トンネル１０は、例えば地下に設けられる
高速道路として用いられるもので、この大断面トンネル
１０には、本線１０Ａに支線１０Ｂが合流する合流ラン
プＬが設けられている。合流ランプＬには、周知のよう
に、支線１０Ｂから走行してきた車が加速するための加
速車線Ｘが設けられる。したがって、加速車線Ｘが設け
られた領域は、本線１０Ａに比較して大断面トンネルの
断面積が拡大された大断面積部Ｗとして形成される。ま
た、加速車線Ｘの端部Ｘｄより先の領域は、大断面積部
Ｗよりもその断面積が小とされた小断面積部Ｎとして形
成される。

【００２１】図１に示すものは大断面トンネル１０にお
ける例えば小断面積部Ｎの断面を示すもので、この部分
は、周囲の地山からの土圧に抗するための覆工体である
トンネル構造体１１と、該トンネル構造体１１の内方に
形成された上下２段の内部空間１２Ａ、１２Ｂとから構
成されている。

【００２２】トンネル構造体１１は、略鉛直面内に位置
する両側の側壁部１１ａ，１１ａと、これら側壁部１１
ａ，１１ａの上端部，下端部間にそれぞれ設けられて略
水平面内に位置する上面１１ｂ，下面１１ｃと、側壁部
１１ａ，１１ａの中間部間に設けられて上下の内部空間
１２Ａ，１２Ｂを仕切る仕切面１１ｄとから構成され
て、全体として断面視略日字状をなしている。

【００２３】このトンネル構造体１１は、断面視円形の
円形シールドトンネル１５と、互いに平行な平面を有し
た平面シールドトンネル（矩形シールドトンネル）１６
とが、周方向交互に配置され、これらが一体化された構
成からなっている。

【００２４】円形シールドトンネル１５は、平面シール
ドトンネル１６の厚さよりも大径とされている。さら
に、トンネル構造体１１の四隅と、三方に平面シールド
トンネル１６が接合されている部分とに配置されている
円形シールドトンネル１５Ａは、他の部分のシールドト
ンネル１５Ｂに対して、その径寸法が大きなものが採用
されている。また、トンネル構造体１１の上面１１ｂ，
下面１１ｃは、それぞれ、円形シールドトンネル１５Ｂ
を頂点として外方に向けて凸形状をなした構成となって
いる。

【００２５】平面シールドトンネル（矩形シールドトン
ネル）１６は、セグメント１７と、セグメント１７の外
側に設けられた裏込充填材からなる充填コンクリート部
１８とを備えて構成されている。また、セグメント１７
外面の円形シールドトンネル１５と対向する位置には、
平面シールドトンネル１７と円形シールドトンネル１５
の接合面Ｓｆに沿ってプレキャスト板１９が配置、固定
されている。さらに、このようなトンネル構造体１１内
には、その全周にわたって鉄筋２０が配筋され、さらに
コンクリート２１が打設充填された構成となっている。

【００２６】そして、上記構成からなる加速車線Ｘの設
けられた大断面積部Ｗ（図２参照）においては、図３に
示すように、円形シールドトンネル１５Ｂの両側に位置
する平面シールドトンネル１６，１６の間隔が拡大され
た構成となっている。さらに、これら平面シールドトン
ネル１６，１６の間隔の拡大にともなって、その両側に
位置する円形シールドトンネル１５Ａ，１５Ａ、および
トンネル構造体１１の側壁部１１ａ，１１ａを構成する
平面シールドトンネル１６，１６についても、その間隔
が漸次拡大するよう構築されている。また、大断面積部
Ｗにおいては、小断面積部Ｎと異なり、各平面シールド
トンネル１６を構築するセグメント１７に対しては、プ
レキャスト板１９（図１参照）は、設けられていない。

【００２７】次に、このような大断面トンネル１０の構
築方法について説明する。ここでは、大断面トンネル１
０の小断面部Ｎを施工する場合について説明する。図１
に示した大断面トンネル１０の小断面部Ｎを構築するに
は、まず、トンネル構造体１１を構成する平面シールド
トンネル１６，１６，…を形成するために、矩形シール
ドトンネル２３，２３，…を先行構築する。図４に示す
ように、各矩形シールドトンネル２３の構築には、断面
視矩形のシールド掘削機（図示なし）で地盤中に矩形の
孔２４を削孔していき、その後方にセグメント１７，１
７，…を組み立てていく。

【００２８】各セグメント１７は、対向する２面が平板
部１７ａ，１７ａとされ、これら平板部１７ａの両側に
位置し、隣接するセグメント１７と対向するように配置
された端部（対向端部）は、略円弧状の凹部１７ｂ，１
７ｃとされている。各凹部１７ｂ，１７ｃは、その円弧
の曲率径が、側方に構築される円形シールドトンネル１
５（図２参照）の径よりも若干大となるよう形成されて
いる。

【００２９】また、セグメント１７を組み立てていくに
あたっては、トンネル構造体１１の上面１１ｂ，下面１
１ｃ，および仕切面１１ｄに配置されるセグメント１７
にはその外面に対して、プレキャスト板１９を配置して
おく。図５は、セグメント１７およびプレキャスト板１
９を拡大して示した図であり、図に示すように、プレキ
ャスト板１９は、セグメント１７の凹部１７ｂ，１７ｃ
において、円形シールドトンネル１５と対向するように
配置される。また、図６（ａ），（ｂ）は、プレキャス
ト板１９の形状の例を拡大して示した図である。このよ
うにプレキャスト板１９は、複数のプレキャスト板構成
体２５を、ボルト２６によって連結することによって形
成される。また、プレキャスト板１９における外方に凸
とされた外面１９ａには、プレキャスト板１９をセグメ
ント１７に対して固定するための、固定用ボルト２７が
配置される。

【００３０】このようにして、プレキャスト板１９がそ
の外面に設けられたセグメント１７を組み立てた後、掘
削した孔２４とセグメント１７の外周面との間に、例え
ば、鋼繊維コンクリートなどからなる裏込充填材２９を
充填し、小径側充填コンクリート部３０を形成する。こ
れにより、各孔２４内には、断面視矩形の矩形シールド
トンネル２３が構築される。

【００３１】次いで、互いに隣接する矩形シールドトン
ネル２３，２３間の地山を断面視円形のシールド掘削機
（図示なし）を用いて円形の孔３１，３１，…を削孔し
ていく。ここで用いるシールド掘削機（図示なし）は、
その径寸法が、ここに構築すべき円形シールドトンネル
１５Ａ，１５Ｂと略同径のものを用いる。このときに
は、矩形シールドトンネル２３，２３間の地山ととも
に、セグメント１７，１７の凹部１７ｂ，１７ｃに配置
されたプレキャスト板１９および小径側充填コンクリー
ト部３０，３０も同時に削られる。

【００３２】図７に示すように、このように各孔３１を
掘削しつつ、シールド掘削機（図示なし）の後方で、円
形セグメント３３，３３，…を組み立てていく。そし
て、組み立てたセグメント３３の外側に、例えば鋼繊維
コンクリートなどからなる裏込充填材３５を充填するこ
とにより、各孔３１内に円形シールドトンネル１５Ａ，
１５Ｂが構築される。これにより、断面視円形の円形シ
ールドトンネル１５と、平面シールドトンネル１６とが
周方向交互に配置され、かつ円形シールドトンネル１５
Ａ，１５Ｂと平面シールドトンネル１６とはその一部が
重合した状態となり、トンネル構造体１１が形成され
る。

【００３３】続いて、図２に示したように、トンネル構
造体１１内に鉄筋２０を配筋し、さらにコンクリート２
１を打設充填する。しかる後には、トンネル構造体１１
の内方の地山を掘削し、ここに内部空間１２Ａ，１２Ｂ
を形成することにより、大断面トンネル１０の小面積部
Ｎが構築される。

【００３４】一方、加速車線Ｘが設けられた大断面積部
Ｗ（図２参照）を構築するには、まず、小断面積部Ｎと
同様、図８に示すように、矩形シールドトンネル２３，
２３を形成するため、矩形シールド掘削機で矩形の孔２
４，２４を削孔する。このとき、この大断面積部Ｗにお
いては、トンネル構造体１１の上面１１ｂ，下面１１
ｃ，仕切面１１ｄを形成する部分では、矩形の孔２４，
２４の間隔を、小断面積部Ｎに比べて拡大させる。

【００３５】このようにして各孔２４を削孔しつつ、そ
の後方でセグメント１７を組み立てるが、このときに
は、円形シールドトンネル１５Ｂ側の凹部１７ｂ、およ
び円形シールドトンネル１５Ａ側の凹部１７ｃは、小断
面積部Ｎと比較して、それぞれの円形シールドトンネル
１５Ａ，Ｂの中心軸線から離間するようにする。これに
より、セグメント２３の幅は、小断面積部Ｎと比較して
拡大することになる。また、小断面積部Ｎとは異なり、
大断面積部Ｗにおいては、セグメント１７の凹部１７
ｂ，ｃには、プレキャスト板１９（図４参照）を配置し
ない構成とする。

【００３６】このようにしてセグメント１７を組み立て
た後、掘削した孔２４とセグメント１７の外周面との間
に裏込充填材２９を充填して、大径側充填コンクリート
部３７を形成する。このとき、大径側充填コンクリート
部３７の厚さは、小径側充填コンクリート部３０（図４
参照）と略同一寸法に形成される。

【００３７】次いで、互いに隣接する矩形シールドトン
ネル２３，２３間の地山を断面視円形のシールド掘削機
（図示なし）を用いて円形の孔３１，３１，…を削孔し
ていく。このとき、円形シールドトンネル１５Ｂを形成
するための孔３１は、小断面積部Ｎと比較して、トンネ
ル構造体１１の中心軸線に対して断面方向に変位しな
い。これに対し、円形シールドトンネル１５Ａを形成す
るための孔３１は、小断面積部Ｎと比較して、円形シー
ルドトンネル１５Ｂから離間するよう削孔される。この
ようにして、孔３１を削孔すると、矩形シールドトンネ
ル２３，２３間の地山とともに、セグメント１７，１７
の凹部１７ｂ，１７ｃの外側の大径側充填コンクリート
部３７，３７も同時に削られる。

【００３８】この後は、図３に示したように、シールド
掘削機（図示なし）の後方で、円形セグメント（セグメ
ント）３３，３３，…を組み立てていく。そして、組み
立てたセグメント３３の外側に裏込充填材３５を充填す
ることにより、各孔３１内に円形シールドトンネル１５
Ａ，１５Ｂが構築される。

【００３９】このようにして、円形シールドトンネル１
５と平面シールドトンネル１６とを構築した後、トンネ
ル構造体１１内に鉄筋２０を配筋し、さらにコンクリー
ト２１を打設充填する。しかる後には、トンネル構造体
１１の内方の地山を掘削し、ここに内部空間１２Ａ，１
２Ｂを形成することにより、所定形状の大断面トンネル
１０の大断面積部Ｗの構築が完了する。

【００４０】上述の大断面積部Ｗにおいては、平面シー
ルドトンネル１６、１６の間隔が小断面積部Ｎに比べて
拡大するように構成され、円形シールドトンネル１５
Ａ，Ｂと、各平面シールドトンネル１６とが重合する部
分の寸法（矩形シールドトンネル２３、２３が掘削され
る部分の寸法）は、小断面積部Ｎに比較して減少してい
る。また、裏込充填材２９からなる大径側充填コンクリ
ート部３７と小径側充填コンクリート部３０の厚さは大
断面積部Ｗおよび小断面積部Ｎのいずれにおいても略同
一寸法とされ、上記の矩形シールドトンネル２３、２３
が掘削される寸法の差は、小断面積部Ｎにおいてはプレ
キャスト板１９が小径側充填コンクリート部３０と併せ
て掘削されることによって補われる。

【００４１】以上が、本実施の形態における大断面トン
ネル１０の構築方法である。この大断面トンネル１０お
よびその構築方法では、大断面トンネル１０が、その軸
線方向に向けて、断面積の異なる大断面積部Ｗおよび小
断面積部Ｎを有する場合に、大断面積部Ｎにおいて、互
いに隣り合う矩形シールドトンネル２３，２３同士を、
小断面積部Ｎに比較して離間するように先行構築し、こ
れにより、これらの間に後行構築する円形シールドトン
ネル１５Ａ，Ｂとの重合寸法を減少させてトンネル構造
体１１を構築する構成とした。したがって、大断面トン
ネル１０において、軸線方向にその断面積を拡大する必
要がある場合には、その部分の施工を、従来のように薬
液注入などによって地盤改良することなく行うことが可
能となる。このため、従来地盤改良にかかっていたコス
トを抑えるとともに短工期化を図ることができる。さら
には、地盤改良工法に比較して高い止水効果を得ること
ができるので、大断面トンネル１０の施工の安全性を大
幅に向上させることができる。

【００４２】そればかりでなく、本実施の形態の大断面
トンネル１０およびその構築方法では、小断面積部Ｎに
おいて、矩形シールドトンネル２３を構成するセグメン
ト１７のそれぞれ対向する端部にプレキャスト板１９が
設けられている。これにより、小断面積部Ｎにおいて
は、矩形シールドトンネル２３のうち、孔３１形成時に
掘削可能とされる部分の寸法を、大断面積部Ｗと比較し
て大きくすることができる。したがって、小断面積部Ｎ
では、平面シールドトンネル１６，１６の間隔を大断面
積部Ｗに比べて接近するように構成し、これにより、円
形シールドトンネル１５Ａ，Ｂと、各平面シールドトン
ネル１６とが重合する部分の寸法（矩形シールドトンネ
ル２３、２３が掘削される部分の寸法）を増大させて、
トンネル構造体１１の上面１１ｂ、下面１１ｃ、および
仕切面１１ｄの長さ寸法を縮小させ、大断面積部Ｗと比
較して、大断面トンネル１０の断面積を縮小させること
が可能となる。このように、本実施の形態においては、
セグメント１７の外側に、従来の裏込充填材と同様の機
能を有する層を、裏込充填材２９とともにプレキャスト
板１９を使用することにより実現したものであり、これ
を、上記のような断面積の変化する大断面トンネル１０
の構築にあたって適用することにより、その施工の円滑
化が図られることとなる。

【００４３】特に、本実施の形態によれば、上記のよう
に大断面トンネル１０の断面積を変化させるにあたっ
て、矩形シールドトンネル２３，２３が掘削される部分
の寸法の差を、プレキャスト板１９を設けたり、また省
略することで補うことができる。これにより、裏込充填
材２９によって構成された大径側、および小径側充填コ
ンクリート部３０，３７の厚さを略同一寸法とすること
ができ、大断面積部Ｗから小断面積部Ｎへ、また逆に、
小断面積部Ｎから大断面積部Ｗへトンネルを連続的に構
築するときに、裏込充填材２９の打設厚さを変化させる
必要がなく、複雑な機構が必要とならず、施工コストや
施工時間の低減化が図られる。また、裏込充填材２９の
打設量を一定とすることができるため、コンクリート設
備、混練プラント、坑内ミキサー台車等のコンクリート
運搬手段、打設ポンプ等を適正なものとすることができ
る。

【００４４】なお、セグメント１７およびプレキャスト
板１９の構成は、必ずしも上記実施の形態に限定される
ものでなく、図９ないし図１５に示したようなものとし
ても構わない。

【００４５】図９（ａ）、および図１０は、セグメント
１７を矩形にした場合の例であり、図９（ａ）は、小断
面積部Ｎにおける状態を、図１０は大断面積部Ｗにおけ
る状態を示した図である。これらの図中に示すように、
大断面積部Ｗにおいては、小断面積部Ｎにおいて設けら
れたようなプレキャスト板１９が設けられない。

【００４６】また、図９（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、図
９に示したプレキャスト板１９の例を拡大して示した図
である。図中に示すように、プレキャスト板１９は、セ
グメント１７とともに断面視略矩形に形成されている。
これらのうち、図９（ｂ），（ｃ）は、プレキャスト板
１９を、複数のプレキャスト板構成体２５をボルト２６
を用いて連結することによって構成した場合の例であ
る。また（ｄ）は、円形シールドトンネル１５を構築す
る際に、プレキャスト板１９の一部を切削するとき、プ
レキャスト板１９の外方に向いた角部１９ｂの欠落防止
のために、端部に位置する端部プレキャスト板構成体３
９に対して、補強材４０を埋め込んだ例である。この端
部プレキャスト板構成体３９を拡大して斜視図により示
したのが図１１である。このように、端部プレキャスト
板構成体３９においては、格子状に組まれた補強材４０
が、上下二重に重ねられて埋設され、角部１９ｂを欠損
から守る機能を果たす。

【００４７】なお、この補強材４０は、切削可能な材料
を用いて構成することが必要であり、例えば、ガラス繊
維や炭素繊維を強化プラスチックで固めた材料等を用い
ることが好適である。このような材料で補強された端部
プレキャスト板構成体３９は、引っ張りに強く、切削時
に大きく欠けることがない。また、切削後の形状が円形
シールドトンネル１５と同様の円形となるため、円形シ
ールドトンネル１５の構築にあたって充填される裏込充
填材３５と完全に一体化することができ、平面シールド
トンネル１６と円形シールドトンネル１５との接合面Ｓ
ｆ（図１，９参照）における強度および止水性を良好な
ものとすることができる。

【００４８】さらに、図１２、１３は、セグメント１７
を矩形にした場合の別の例を示す図である。図１２
（ａ）は、小断面部Ｎ、図１３（ａ）は大断面部Ｗにお
ける状態を示している。また、図１２（ｂ），（ｃ）は
図１２（ａ）において、図１３（ｂ）は図１３（ａ）に
おいて示されたプレキャスト板１９の形状をそれぞれ表
している。このように、大断面部Ｗにおいてプレキャス
ト板１９を用いるようにしてもよく、この場合、矩形シ
ールドトンネル２３と円形シールドトンネル１５の重合
寸法の増減に対応して、プレキャスト板１９の厚さを調
整する。ここでは、プレキャスト板構成体２５が重ねら
れる層の数を変化させることによって、プレキャスト板
１９の厚さが調整されている。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る大
断面トンネルにおいては、矩形シールドトンネルと円形
シールドトンネルとを、その一部を重合させて交互に隣
接配置してトンネル構造体を構成し、矩形シールドトン
ネルを構成するセグメントの外面の円形シールドトンネ
ルと対向する位置には、プレキャスト板を設けた構成と
している。この大断面トンネルにおいては、矩形シール
ドトンネルと円形シールドトンネルとが互いにかみ合っ
た形態とされ、強固な構造が実現される。さらに、矩形
シールドトンネルを構成するセグメント外面における円
形シールドトンネルと対向する位置に、プレキャスト板
が設けられるため、矩形シールドトンネルと円形シール
ドトンネルとの間において、裏込充填材と同様の機能を
有し、しかもその厚さ寸法が調整可能であるような層を
設けることができる。このような構成とすることによ
り、これら矩形シールドトンネルおよび円形シールドト
ンネルを構築する際に、裏込充填材からなる層を切削す
るなどの必要が生じた場合においても、対応が可能とな
り、その場合には、施工の円滑化を図ることができる。

【００５０】請求項２に係る大断面トンネルにおいて
は、大断面トンネルは、軸線方向に向けて、前記トンネ
ル空間の断面積の異なる大断面積部および小断面積部と
を有した構成とされ、小断面積部においては、大断面積
部と比較して、円形シールドトンネルの両側に位置する
矩形シールドトンネルは、互いに接近して構築され、小
断面積部の少なくとも一部には、セグメントの外面にお
ける円形シールドトンネルと対向する位置にプレキャス
ト板が配置される。これにより、小断面積部において
は、プレキャスト板の厚さを調整することによって、矩
形シールドトンネルと円形シールドトンネルとを離間ま
たは接近させることができ、したがって、トンネル断面
積を調整することが可能である。また、この場合におい
て、裏込充填材の打設厚さを調節することなく、一定に
保つことができ、施工の円滑化が図られる。

【００５１】請求項３に係る大断面トンネルの構築方法
によれば、複数の矩形シールドトンネルを先行構築した
後、円形のシールドトンネルを互いに隣接する前記矩形
シールドトンネル間にその一部をこれら矩形シールドト
ンネルに重合させて後行構築することによってトンネル
構造体を構築する構成とされている。このとき、あらか
じめ矩形シールドトンネルの一部が、裏込充填材および
プレキャスト板によって形成され、この部分が円形シー
ルドトンネル構築時には掘削されることとなる。したが
って、プレキャスト板の厚さ寸法を変化させることによ
って、充填コンクリート部の厚さ寸法を変化させずに、
矩形シールドトンネルにおいて掘削される部分の寸法を
変化させることができ、これにより、大断面トンネルの
断面積が軸方向に変化する場合においても、容易に対応
が可能である。

【００５２】請求項４に係る大断面トンネルの構築方法
においては、大断面トンネルを、その軸線方向に向けて
断面積が異なる大断面積部および小断面積部を有するよ
うに構築し、大断面積部においては、小断面積部より、
隣接する矩形シールドトンネル間の寸法を大とし、これ
ら矩形シールドトンネルを構成する各セグメントにおけ
る対向端部外側に裏込充填材を充填して大径側充填コン
クリート部を形成する構成とした。また、小断面積部に
おいては、各セグメントの対向端部外側にプレキャスト
部材を固定配置するとともに、プレキャスト部材の外側
に、大径側充填コンクリート部と略同一厚さの裏込充填
材を充填することにより小径側充填コンクリート部を形
成する構成とした。さらに、大断面積部および小断面積
部において、充填コンクリート部およびプレキャスト部
材を掘削して円形シールドトンネルを形成することとし
た。これにより、トンネル構造体の幅や高さが増減する
区間で、従来のように薬液注入などによって地盤改良す
ることなく施工を行って、コストおよび工期の圧縮を図
るとともに、施工の安全性を大幅に向上させることがで
きる。さらに、大断面積部と小断面積部とで、円形シー
ルドトンネルの構築に伴なって矩形シールドトンネルに
おいて掘削される部分の寸法が変化する場合にも、大径
側および小径側充填コンクリート部の打設厚さを変化さ
せる必要がなく、プレキャスト板の厚さ寸法を調整する
ことにより対応が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態を模式的に示す大断面
トンネルの小断面積部の立断面図である。

【図２】 本発明に係る大断面トンネルおよびその構築
方法を適用したトンネルの一例を示す平断面図である。

【図３】 同、大断面トンネルの大断面積部の立断面図
である。

【図４】 図１に示した大断面トンネルの小断面積部の
施工途中の状態を示す立断面図である。

【図５】 図４に示した大断面トンネルの小断面積部の
施工途中の状態を拡大して示す立断面図である。

【図６】 図５に示した大断面トンネルに使用されるプ
レキャスト板の構造を拡大して示した立断面図である。

【図７】 図５に続く、図１に示した大断面トンネルの
小断面積部の施工途中の状態を示す立断面図である。

【図８】 図３に示した大断面トンネルの大断面積部の
施工途中の状態を示す立断面図である。

【図９】 本発明に係る大断面トンネルの小断面積部に
おけるセグメントおよびプレキャスト板の構造を示す図
であって、図５、６とは別の例を示す立断面図である。

【図１０】 本発明に係る大断面トンネルの大断面積部
におけるセグメントの構造を示す図であって、図８とは
別の例を示す立断面図である。

【図１１】 図９（ｄ）において示したプレキャスト板
の構造の一部を拡大して示した斜視図である。

【図１２】 本発明に係る大断面トンネルの小断面積部
におけるセグメントおよびプレキャスト板の構造を示す
図であって、図５、６、９とは別の例を示す立断面図で
ある。

【図１３】 本発明に係る大断面トンネルの大断面積部
におけるセグメントおよびプレキャスト板の構造を示す
図であって、図８、１０とは別の例を示す立断面図であ
る。

【図１４】 従来の大断面トンネルの一例を示す立断面
図である。

【図１５】 従来の断面視矩形の大断面トンネルの一例
を示す立断面図である。

【図１６】 図１５に示した大断面トンネルの構築方法
を示す工程図である。

【符号の説明】

１０ 大断面トンネル １１ トンネル構造体 １５ 円形シールドトンネル １６ 平面シールドトンネル（矩形シールドトンネル） １７ セグメント １８ 充填コンクリート部 １９ プレキャスト板 ２３ 矩形シールドトンネル ２９ 裏込充填材 ３０ 小径側充填コンクリート部 ３７ 大径側充填コンクリート部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 啓明 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 大断面を有したトンネルが、断面略矩形
   状に形成されたトンネル構造体と、その内方に形成され
   たトンネル空間とからなり、 前記トンネル構造体は、断面視矩形の矩形シールドトン
   ネルと、断面視円形の円形シールドトンネルとを交互に
   隣接配置し、かつ互いに隣接する前記矩形シールドトン
   ネルと前記円形シールドトンネルとを、その一部を互い
   に重合させて一体化した構成とされ、 前記矩形シールドトンネルを構成する少なくとも一部の
   セグメントの外面における前記円形シールドトンネルに
   対向する位置にはプレキャスト板が設けられ、 該プレキャスト板は、互いに隣接する前記矩形シールド
   トンネルと前記円形シールドトンネルとの接合面に沿っ
   て配置されていることを特徴とする大断面トンネル。
2. 【請求項２】 請求項１記載の大断面トンネルであっ
   て、 該大断面トンネルは、軸線方向に向けて、前記トンネル
   空間の断面積の異なる大断面積部および小断面積部とを
   有してなり、 該小断面積部においては、該大断面積部と比較して、前
   記円形シールドトンネルの両側に位置する前記矩形シー
   ルドトンネルは、互いに接近して構築され、 該小断面積部の少なくとも一部には、前記セグメントの
   外面における前記円形シールドトンネルと対向する位置
   にプレキャスト板が配置されていることを特徴とする大
   断面トンネル。
3. 【請求項３】 複数の断面視矩形のシールド掘削機で、
   予め定めた間隔を隔てて複数の矩形シールドトンネルを
   先行構築した後、互いに隣接する前記矩形シールドトン
   ネル間の地山を断面視円形のシールド掘削機で掘削し
   て、ここに円形のシールドトンネルを後行構築すること
   によって、前記トンネルの軸線方向に延在する断面視矩
   形状の矩形シールドトンネルと、断面視円形の円形シー
   ルドトンネルとが交互に隣接配置されてなるトンネル構
   造体を構築し、 しかる後に、前記トンネル構造体の内方の地山を掘削し
   て、ここに空間を形成することによって、大断面を有し
   たトンネルを構築する構成となっており、 かつ、前記矩形シールドトンネルを先行構築するときに
   は、該矩形シールドトンネルを構成する少なくとも一部
   のセグメントにおける前記後行構築する円形シールドト
   ンネルとの重なり部側に、プレキャスト部材を設けると
   ともに、その外側に裏込充填材を充填して充填コンクリ
   ート部を形成し、 前記円形シールドトンネルを後行構築するときには、前
   記矩形シールドトンネル間の地山とともに、前記プレキ
   ャスト板の一部および該プレキャスト板の外面に形成さ
   れた充填コンクリート部が掘削されることを特徴とする
   大断面トンネルの構築方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載の大断面トンネルの構築方
   法であって、 前記大断面トンネルを、該大断面トンネルの軸線方向に
   向けて、前記空間の断面積が異なる大断面積部および小
   断面積部を有するように構築し、 前記大断面積部においては、前記小断面積部より、隣接
   する前記矩形シールドトンネル間の寸法を大として配置
   するとともに、これら矩形シールドトンネルを構成する
   各セグメントの対向端部外側に裏込充填材を充填して大
   径側充填コンクリート部を形成し、前記小断面積部にお
   いては、該各セグメントの対向端部外側にプレキャスト
   部材を固定配置するとともに、該プレキャスト部材の外
   側に、前記大径側充填コンクリート部と略同一厚さの裏
   込充填材を充填することにより小径側充填コンクリート
   部を形成し、 前記大断面積部および小断面積部において、前記充填コ
   ンクリート部および前記プレキャスト部材を掘削して前
   記円形シールドトンネルを形成することを特徴とする大
   断面トンネルの構築方法。