シールドトンネルの拡幅構造及びその施工方法
【課題】トンネル覆工の断面力を低減し、部材を軽量化して経済性を向上させる。また、扁平な拡幅トンネルの変形を低減して、周辺環境への影響を抑制する。
【解決手段】このシールドトンネルの拡幅構造では、並行する複数のトンネル１、２間を各トンネル１、２の内面を覆うトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の一部を撤去して切開き、各トンネル１、２間にトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２に接合する拡幅覆工体Ｒ３、Ｒ４を構築してトンネル断面を拡幅し、各トンネル１、２のトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２と拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０付近に当該接合部２０を支持するための補強梁２１を設置する。
【解決手段】このシールドトンネルの拡幅構造では、並行する複数のトンネル１、２間を各トンネル１、２の内面を覆うトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の一部を撤去して切開き、各トンネル１、２間にトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２に接合する拡幅覆工体Ｒ３、Ｒ４を構築してトンネル断面を拡幅し、各トンネル１、２のトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２と拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０付近に当該接合部２０を支持するための補強梁２１を設置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドトンネルの覆工断面を拡大するシールドトンネルの拡幅構造及びその施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シールドトンネルを拡幅する施工方法としては次のような工法があり、それぞれに次のような問題を有していた。
（１）切拡げ部分のセグメントを取り外し、新たなセグメントを組み立てる方法
この方法では、セグメントを取り外す際に、トンネル全体の安定性が損なわれ、変形してしまう。それを防止するための補強工が大規模となる。
（２）連結セグメントを溶接等でシールドトンネルセグメントに固定する方法
この方法では、溶接作業のスペース確保のため、シールドトンネルセグメントの周囲を大きく切拡げる必要がある。
（３）切拡げ部分に鉄筋コンクリートにより躯体を構築する方法
この方法では、コンクリート部材の寸法が大きくなり、切拡げ掘削の範囲が広がり、コスト、工期がかかる。
【０００３】
そして、これらの問題を解決する技術として、特許文献１により、特殊なシールド機を使って、連結セグメントをシールドトンネル内から地盤に押し出す方法が提案されたが、この方法では、特殊な機械が必要でコストが高く、また、連結セグメントを地盤に押し出すために、シールドトンネルの止水性の確保が課題であった。
【０００４】
そこで、本願出願人は、特殊なシールド機を使って拡幅のためのセグメントを地盤に押し出すようなことがなく、切拡げ部分のセグメントを取り外す前に、拡幅のための新しいトンネル覆工を設置することにより、トンネルの変形を抑制しつつ、拡大したトンネルを容易に完成することができる拡幅方法を創案し、これを特許文献２により提案した。
この拡幅方法では、並行する２つのシールドトンネルのセグメントの外面に拡幅セグメント接合用凹部を形成し、この拡幅セグメント接合用凹部に拡幅セグメントの端部を嵌合させてこれらセグメントを接合することにより、両シールドトンネル間に拡幅セグメントによる拡幅覆工を延設して、両シールドトンネル間を拡幅覆工まで切り拡げるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１８３３５２公報
【特許文献２】特開２００８−１６９５５０公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２の方法によって形成された拡幅トンネルの断面形状は一般に扁平であり、力学的に大きな断面力が作用するとともに、交角をなす拡幅セグメントの接合部は応力集中が生じやすく、これに対処するためには、重厚なセグメント構造が必要で、その分だけコストが増大する、という問題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、この種のシールドトンネルの拡幅構造及びその施工方法において、トンネル覆工の断面力を低減し、部材を軽量化して経済性を向上させること、また、扁平な拡幅トンネルの変形を低減して、周辺環境への影響を抑制することなど、を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、シールドトンネルを当該トンネルの内面を覆うトンネル覆工体の一部を撤去して切拡げ、当該切拡げ部分に前記トンネル覆工体に接合する拡幅覆工体を構築して、トンネル断面を拡幅するシールドトンネルの拡幅構造において、前記シールドトンネルの前記トンネル覆工体と前記拡幅覆工体との接合部付近に当該接合部を支持するための補強梁を備える、ことを要旨とする。
この場合、補強梁はトンネル覆工体と拡幅覆工体との接合部と前記接合部付近の前記拡副覆工体の内面との間に架け渡されるストラットで、前記補強梁は前記接合部と前記内面との間に継手を介して設置され、前記継手は凹部を有する継手部材と凸部を有する継手部材とを備え、これら継手部材の一方が前記接合部及び前記内面にそれぞれ固定され、他方が前記補強梁の両端にそれぞれ固定されて、前記凹部と前記凸部の突き合わせ構造とすることが好ましい。
また、補強梁と拡幅覆工体との間にプレロードを導入保持されることが望ましい。
さらに、本発明は、シールドトンネルを当該トンネルの内面を覆うトンネル覆工体の一部を撤去して切拡げ、当該切拡げ部分に前記トンネル覆工体に接合する拡幅覆工体を構築して、トンネル断面を拡幅するシールドトンネルの施工方法において、前記シールドトンネルの前記トンネル覆工体と前記拡幅覆工体との接合部付近に当該接合部を支持するための補強梁を設置する、ことを要旨とする。
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、並行する複数のシールドトンネル間を当該各トンネルの内面を覆うトンネル覆工体の一部を撤去して切拡げ、前記各シールドトンネル間に前記トンネル覆工体に接合する拡幅覆工体を構築して、トンネル断面を拡幅するシールドトンネルの拡幅構造において、前記各シールドトンネルの前記トンネル覆工体と前記拡幅覆工体との接合部付近に当該接合部を支持するための補強梁を備える、ことを要旨とする。
この場合、補強梁はトンネル覆工体と拡幅覆工体との接合部と前記接合部付近の前記トンネル覆工体の内面との間に架け渡されるストラットで、前記補強梁は前記接合部と前記内面との間に継手を介して設置され、前記継手は凹部を有する継手部材と凸部を有する継手部材とを備え、これら継手部材の一方が前記接合部及び前記内面にそれぞれ固定され、他方が前記補強梁の両端にそれぞれ固定されて、前記凹部と前記凸部の突き合わせ構造とすることが好ましい。
また、補強梁とトンネル覆工体との間にプレロードを導入保持されることが望ましい。
さらに、本発明は、並行する複数のシールドトンネル間を当該各トンネルの内面を覆うトンネル覆工体の一部を撤去して切拡げ、前記各シールドトンネル間に前記トンネル覆工体に接合する拡幅覆工体を構築し、トンネル断面を拡幅するシールドトンネルの施工方法において、前記各シールドトンネルの前記トンネル覆工体と前記拡幅覆工体との接合部付近に当該接合部を支持するための補強梁を設置する、ことを要旨とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のシールドトンネルの拡幅構造及びその施工方法によれば、シールドトンネルのトンネル覆工体と拡幅覆工体との接合部付近に当該接合部を支持するための補強梁を設置して、拡幅部の覆工構造を支持するので、トンネル覆工の断面力を低減し、また、トンネル覆工の応力集中を緩和することができる。これにより、扁平な拡幅トンネルの変形を低減して、地表面の沈下など周辺環境への影響を抑制することができ、また、覆工構造を軽量化することができ、各部材の軽量化により経済性の向上を図ることができる。
また、この拡幅構造及びその施工方法では、補強梁と拡幅覆工体との継手を一対の継手部材の凹凸面の突き合わせ構造として、各継手部材の接触面の高さを抑えて、補強梁を回転しやすくしているので、補強梁に作用する曲げモーメントを軽減することができ、この曲げモーメントの軽減により、補強梁を軽量化するとともに、継手の構造と施工を簡単にすることができる。
さらに、この拡幅構造及びその施工方法では、補強梁の設置時にプレロードを導入、保持することにより、初期の遊間等を除去して、補強梁の効果、すなわち軸剛性（軸剛性による支保効果）を最大限有効に発揮することができる。
【００１１】
また、本発明のシールドトンネルの拡幅構造及びその施工方法によれば、複数のシールドトンネルのトンネル覆工体と各シールドトンネル間の拡幅覆工体との接合部付近に当該接合部を支持するための補強梁を設置して、拡幅部の覆工構造を支持するので、トンネル覆工の断面力を低減し、また、トンネル覆工の応力集中を緩和することができる。これにより、扁平な拡幅トンネルの変形を低減して、地表面の沈下など周辺環境への影響を抑制することができ、また、覆工構造を軽量化することができ、各部材の軽量化により経済性の向上を図ることができる。
また、この拡幅構造及びその施工方法では、補強梁とトンネル覆工体との継手を一対の継手部材の凹凸面の突き合わせ構造として、各継手部材の接触面の高さを抑えて、補強梁を回転しやすくしているので、補強梁に作用する曲げモーメントを軽減することができ、この曲げモーメントの軽減により、補強梁を軽量化するとともに、継手の構造と施工を簡単にすることができる。
さらに、この拡幅構造及び施工方法では、補強梁の設置時にプレロードを導入、保持することにより、初期の遊間等を除去して、補強梁の効果、すなわち軸剛性（軸剛性による支保効果）を最大限有効に発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるシールドトンネルの拡幅構造及びその施工方法が適用される高速道路の分合流部の概念を示す斜視図
【図２】同シールドトンネルの拡幅構造を示す断面図
【図３】同シールドトンネルの拡幅構造に採用される拡幅覆工体を示す斜視図
【図４】同シールドトンネルの拡幅構造に採用される補強梁を示す正面図
【図５】同シールドトンネルの拡幅構造の施工方法を示す断面図
【図６】同シールドトンネルの拡幅構造に採用される補強梁の要部を示す正面図
【図７】同シールドトンネルの拡幅構造に採用される補強梁の施工手順を示す正面図
【図８】（Ａ）同シールドトンネルの拡幅構造に採用される補強梁の要部を示す正面図（Ｂ）同平面図
【図９】同シールドトンネルの拡幅構造に採用される補強梁の要部を示す正面図
【図１０】本発明の第２の実施の形態におけるシールドトンネルの拡幅構造及びその施工方法を示す断面図（Ａ）拡幅覆工の施工前の状態（Ｂ）は施工後の状態
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、この発明を実施するための形態について図を用いて説明する。
図１乃至図９に第１の実施の形態を示している。この実施の形態では、例えば、図１に示すように、高速道路の分合流部の本線及び連結路（ランプ）をなす２つの並行するトンネル１、２をシールド工法により施工して、これら２つのトンネル１、２間を当該各トンネル１、２の内面を覆うトンネル覆工体の一部を撤去して切拡げ、各トンネル１、２間にトンネル覆工体に接合する拡幅覆工体を組み立ててトンネル断面を拡幅し、分合流部を構築する場合を例示している。
【００１４】
図２にこのシールドトンネルの拡幅構造を示している。また、図３、図４にこの拡幅構造の要部を示している。
図２、図３に示すように、この拡幅構造では、並行する２つのシールドトンネル１、２のトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２をなす鋼殻セグメントの外面に拡幅セグメント接合用凹部３が形成され、この拡幅セグメント接合用凹部３に拡幅セグメント８の端部８ａを嵌合させてこれらセグメントを接合することにより、両シールドトンネル１、２の間の上下両側に拡幅セグメント８、９による拡幅覆工体Ｒ３、Ｒ４が延設されて、両シールドトンネル１、２間が拡幅覆工体Ｒ３、Ｒ４まで切り拡げられる。
そして、この拡幅構造は、扁平な略楕円形状となって、各シールドトンネル１、２のセグメント１ａ，１ｂ、２ａ，２ｂと各シールドトンネル１、２間（の拡幅部）の拡幅セグメント８、９が折れ角を持って接合されることから、この覆工構造を合理化するために、各シールドトンネル１、２に覆工構造を支持するための複数の補強梁２１が設置される。図４に示すように、これらの補強梁２１はそれぞれ、各シールドトンネル１、２においてトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２と上部拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０とこの接合部２０付近のトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の内面との間に架け渡されるストラットで、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２と上部拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０とこの接合部２０付近のトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の内面との間に継手３０を介して設置され、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２と上部拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０を支持するようになっている。この場合、補強梁２１の効果（軸剛性による支保効果）を十分に発揮させるため、補強梁２１を回転しやすくして、補強梁２１に作用する曲げモーメントを軽減するためにセグメント１ａ、２ａとの接続部にほぞ形式の継手３０を採用し、また、鋼材のなじみ、ゆるみを除去するためにプレロードを導入保持している。
【００１５】
図５にこの拡幅構造の施工方法を示している。
まず、図５（１）に示すように、連結路となる単円のトンネル１をシールド工法により施工する。続いて、図５（２）に示すように、この連結路のトンネル１に並行して、本線となる単円のトンネル２をシールド工法により施工する。
シールド工法では、周知のとおり、シールド掘進機が通過した後の掘削坑内周部に逐次セグメントを継ぎ足し連結して、筒状のトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２を構築する。このシールド工法においては、特に、２つのシールドトンネル１、２の上部及び下部のそれぞれに、通常のセグメントに代えて、外面に拡幅セグメント接合用凹部３（以下、凹部３と略記する）を有するセグメント１ａ、１ｂ及び２ａ、２ｂを使用する。この場合、これらセグメント１ａ、１ｂ及び２ａ、２ｂそれぞれの凹部３は仮補填部材４で補填して、これらセグメント１ａ、１ｂ及び２ａ、２ｂの外面も他のセグメントの外面と連続する円周面とする。また、凹部３自体は断面略三角形であるが、両シールドトンネル１、２相互では、その三角形が互いに逆向きとなるようなセグメント組立形態となる。そして、各シールドトンネル１、２のそれぞれでは、各トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２について凹部３が上部と下部とにそれぞれ一つずつ存在することになり、その上部の凹部３は、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２相互ではトンネル軸方向に連続して断面略三角形の溝状となり、また、下部の凹部３も、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２相互ではトンネル軸方向に連続して断面略三角形の溝状となる。なお、凹部３の断面形状は三角形に限られるものではない。また、この場合、これらセグメント１ａ、１ｂ及び２ａ、２ｂは、外面に凹部３を形成しているため、凹部形成部分の強度が他の部分より弱くなるが、その部分の厚さを裏側に厚くすることで補強している。なお、セグメント１ａ、１ｂ及び２ａ、２ｂの裏側を厚くすることに代えて、補強ピースを用意してこれを凹部形成部分の裏側に付設することで補強してもよい。また、このように裏側を厚くすることでこの裏側の部分はトンネル内に少し突き出され、特に上部の突き出された部分のトンネルの側方に対向する側面は、後述する補強梁２１の一端側の受け部２０１として利用するため、この裏側を厚くすることと併せて、補強梁２１の一端側の受け部２０１となる側面を、このセグメント１ａ、２ａの凹部３に接合する拡幅覆工体Ｒ３の端部の略延長上で拡幅覆工体Ｒ３の端面に略対向可能に所定の角度に形成しておく。
【００１６】
このようにして２つのシールドトンネル１、２の施工を完了すると、次に、両シールドトンネル１、２間を拡幅施工するための準備を行う。
まず、両シールドトンネル１、２間を切拡げたときに両シールドトンネル１、２に変形が生じるのを防止するため、図５（３）に示すように、両シールドトンネル１、２内に内部支保工４１を設置する。このとき設置する鉛直材は仮設物であり、両シールドトンネル１、２間の拡幅部の完成時には撤去する。
続いて、この拡幅部の覆工構造を支持するため、各シールドトンネル１、２においてトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２と上部拡幅覆工体Ｒ３（図５（５）参照）との接合部２０付近にそれぞれ、当該各接合部２０を支持するための補強梁２１を設置する。補強梁２１は既述のとおり、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２と上部拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０とこの接合部２０付近のトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の内面との間に架け渡しするストラットで、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２と上部拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０とこの接合部２０付近のトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の内面との間にほぞ形式の継手３０を介して設置する。
この場合、図４に示すように、補強梁２１はＨ鋼材等により所定の長さのストラットとして形成する。継手３０は鋼板により一対の継手部材３１、３２として形成し、一方の継手部材（鋼板）３１の表面中央に凹部３１０を加工し、他方の継手部材（鋼板）３２の表面中央に凸部３２１を加工して、これら凹部３１０、凸部３２１の突き合わせ構造とし、併せて、図８に示すように、一方の継手部材３１の凹部３１０の深さ寸法に対して他方の継手部材３２の凸部３２１の突出寸法を少し大きくするなどして、一方の継手部材３１の凹部３１０の周面と他方の継手部材３２の凸部３２１の周面との間に隙間３３を形成し、これら凹部３１０、凸部３２１の突き合わせ構造と凹部３１０周面と凸部３２１周面との間の隙間３３により、各継手部材３１、３２の接触面の高さを抑え、各継手部材３１、３２の接触面積を小さくする。また、図６に示すように、一方の継手部材３１の凹部３１０、及び他方の継手部材３２の凸部３２１は（断面）円弧状の凹面、及び凸面にすることが望ましい。このようにしてこれら継手部材３１、３２の一方をトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２と拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０、及びトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の内面にそれぞれ固定し、他方を補強梁２１の両端にそれぞれ固定して、補強梁２１をトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２と拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０とこの接合部２０付近のトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の内面との間に設置する。
図７にこの補強梁の施工手順を示している。
まず、図７（１）に示すように、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２（Ｒ２については図２を参照）の組み立てとともに、このトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２に補強梁の受け部２０１と台座２０２を形成する。この補強梁２１はトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２と上部拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０とこの接合部２０付近のトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の内面との間に設置するので、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２と上部拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０に補強梁２１を設置するための受け部２０１を設け、この接合部２０付近のトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の内面に補強梁２１を設置するための台座２０２を設ける。この場合、補強梁２１を設置するための受け部２０１は、既述のとおり、上部のセグメント１ａ及び２ａの裏側に突き出された部分の側面とし、この側面をこのセグメント１ａ及び２ａの凹部３に接合する上部拡幅覆工体Ｒ３の端部の略延長上で上部拡幅覆工体Ｒ３の端面に略対向可能に所定の角度の平面状に形成する。また、補強梁２１を設置するための台座２０２は、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の内面で補強梁２１を設置するための受け部２０１に対向する位置とし、この位置のセグメント１ａ及び２ａに補強梁２１の台座２０２となる先端に平面状の座面を有する固定ピースを当該座面を受け部２０１に向けてボルト又は溶接により取り付ける。なお、この補強梁の台座２０２はトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の組み立ての際にセグメント１ａ及び２ａにボルトや溶接により後付けで取り付けてもよいが、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の組み立ての前に、予め、台座２０２をセグメント１ａ及び２ａに一体的に形成して、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２とともに台座２０２を組み立てるようにしてもよい。
続いて、図７（２）に示すように、補強梁の受け部２０１に、一方の継手部材３１、ここでは凹部３１０を有する継手部材３１を凹部３１０を補強梁の台座２０２（の座面）に向けて溶接又はボルトにより固定し、補強梁の台座２０２の座面に一方の継手部材３１、ここでは凹部３１０を有する継手部材３１を凹部３１０を補強梁の受け部２０１に向けてボルト３４により固定する。なお、これらの継手部材３１はトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の組み立ての際にセグメント１ａ及び２ａに溶接やボルトにより後付けで取り付けてもよいが、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の組み立ての前に、各継手部材３１、３２をセグメント１ａ及び２ａに先付けで取り付けて又は一体的に形成して、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２とともに継手部材３１を組み立てるようにしてもよい。また、補強梁２１においては、補強梁２１の製作の段階で、予め、補強梁２１の両端にそれぞれ、他方の継手部材３２、ここでは凸部３２１を有する継手部材３２を溶接などの接合手段により固定しておく。そして、この補強梁２１を、補強梁２１両端の各継手部材３２の凸部３２１と補強梁の受け部２０１及び台座２０２の各継手部材３１の凹部３１０とを突き合わせて、補強梁の受け部２０１と台座２０２との間に設置し、台座２０２側の継手部材３１をボルト３４の締め込みにより補強梁の継手部材３２に向けて圧接することにより仮固定する。
これに続いて、図７（３）に示すように、補強梁２１にプレロードを導入する。この場合、図８に示すように、補強梁の台座２０２に継手部材３１をボルト３４により取り付けているので、この台座２０２と継手部材３１との間にフラットジャッキ３５を設置するのに必要な隙間３７を設けることができ、この隙間３７にフラットジャッキ３５を挿入してプレロードを導入する。そして、プレロードを導入した後、プレロードによる軸力をボルト３４に受替えて固定し、フラットジャッキ３５を引き抜く。これにより補強梁２１に導入したプレロードを保持する。
そして、図７（４）に示すように、補強梁の台座２０２の座面と継手部材３１との間に圧縮部材として無収縮モルタル３６を充填する。この状態を図９に拡大して示す。なお、この補強梁２１の長期耐久性を考慮し、無収縮モルタル３６の割れ、欠けを防止するため、無収縮モルタル３６を鋼板３８などで巻き立てることが望ましい。
【００１７】
このようにして両トンネル１、２間を拡幅するための準備が終わると、これから両トンネル１、２間を拡幅する。
まず、図５（４）に示すように、両シールドトンネル１、２間の上部を掘削し、上部掘削空間５を形成した状態で、上部のセグメント１ａ、２ａから仮補填部材４を撤去して、上部のセグメント１ａ、２ａの凹部３を上部掘削空間５内で開口する。上部掘削空間５の天井部５ａは薬液注入等により地盤改良し、上部掘削空間５の底部５ｂは、均しコンクリート打設又は吹付コンクリートにより補強する。なお、これら上部掘削空間５と下部掘削空間６の間の土砂７、つまり、両トンネル１、２相互の隣接するセグメント（凹部３が無いセグメント）の間の土砂７は残してある。
続いて、図５（５）に示すように、上部掘削空間５内において、上部拡幅覆工体Ｒ３を両方のシールドトンネル１、２から施工する。各シールドトンネル１、２の上部のセグメント１ａ、２ａのそれぞれにつき、その凹部３に拡幅覆工用の拡幅セグメント８の端部を嵌合させて、各セグメント１ａ、２ａにこの拡幅セグメント８を例えばボルトを用いて接合した後、他の拡幅セグメント９を順次継ぎ足し接合する。そして、最後に、中間の隣接する２つの拡幅セグメント９間にクサビを差し込んで拡幅セグメント８、９全体を閉合することで、アーチ形の上部拡幅覆工体Ｒ３を完成する。
続いて、図５（６）に示すように、両シールドトンネル１、２間の下部を掘削し、下部掘削空間６を形成した状態で、下部のセグメント１ｂ、２ｂから仮補填部材４を撤去し、下部のセグメント１ｂ、２ｂの凹部３を下部掘削空間６内に開口する。下部掘削空間６の天井部６ａは、矢板設置又は吹付コンクリートにより補強する。なお、これら上部掘削空間５と下部掘削空間６の間の土砂７、つまり、両シールドトンネル１、２相互の隣接するセグメント（凹部３が無いセグメント）の間の土砂７は残してある。
続いて、図５（７）に示すように、下部掘削空間６内において、下部拡幅覆工体Ｒ４を両方のトンネル１、２から施工する。各シールドトンネル１、２の下部のセグメント１ｂ、２ｂのそれぞれにつき、その凹部３に拡幅覆工用の拡幅セグメント８の端部を嵌合させて、各セグメント１ｂ、２ｂにこの拡幅セグメント８を例えばボルトを用いて接合した後、他の拡幅セグメント９を順次継ぎ足し接合する。そして、最後に、中間の隣接する２つの拡幅セグメント９間にクサビを差し込んで拡幅セグメント８、９全体を閉合することで、アーチ形の下部拡幅覆工体Ｒ４を完成する。
なお、上部拡幅覆工体Ｒ３及び下部拡幅覆工体Ｒ４を施工するに当たり、拡幅セグメント８、９はトンネル軸方向に千鳥組とするが、凹部３は、各シールドトンネル１、２において上述のようにトンネル軸方向に連続して溝状となるので、両シールドトンネル１、２相互でトンネル覆工体Ｒ３、Ｒ４の位置がトンネル軸方向にずれていても、凹部３を有するセグメント１ａ、１ｂ及び２ａ、２ｂと拡幅セグメント８とを接合するに当たり、その接合を行うボルトのための孔の位置（孔あけ位置）を調整することで容易に対応できる。
【００１８】
このようにして上部拡幅覆工及び下部拡幅覆工を施工した後、図５（８）及び図５（９）に示すように、両トンネル１、２のそれぞれにつき、凹部３を有する上下のセグメント１ａ、１ｂの間のセグメント１ｃ、及び同じく凹部３を有する上下のセグメント２ａ、２ｂの間のセグメント２ｃを撤去するとともに、これらの間に残っていた土砂７を排除する。
【００１９】
そして、図５（９）及び図５（１０）に示すように、各シールドトンネル１、２から内部支保工４１を撤去すると、両シールドトンネル１、２が上部拡幅覆工体Ｒ３及び下部拡幅覆工体Ｒ４により覆工断面を拡大された、略楕円形の大断面トルネル覆工が完成する。
【００２０】
このように例えば高速道路の分合流部の本線及び連結路をなす２つの並行するトンネル１、２をシールド工法により施工して、これら２つのトンネル１、２間を当該各トンネル１、２の内面を覆うトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の一部を撤去して切拡げ、各トンネル１、２間にトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２に接合する拡幅覆工体Ｒ３、Ｒ４を組み立ててトンネル断面を拡幅し、分合流部を構築する場合、分合流部は大断面のトンネルとなり、一般に強度及び剛性の高い覆工構造が必要で大規模な鉄筋コンクリート構造により構築されるところ、このシールドトンネルの拡幅構造及び施工方法では、アーチ形状による鋼殻セグメント（拡幅覆工体Ｒ３、Ｒ４）を主体として、部材の軽構造化と止水性の向上、さらに狭隘空間での施工性の向上による工期の短縮を図る合理的な覆工構造が提供される。そして、この覆工構造は扁平な略楕円形状であり、２つのシールドトンネル１、２のセグメント１ａ、２ａと拡幅部の拡幅セグメント８は折れ角を持って接合されるが、この拡幅構造及び施工方法においては、その補強として、各シールドトンネル１、２のトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２と拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０付近に当該接合部２０を支持するための補強梁２１が設置され、拡幅部の覆工構造を支持するため、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の負荷は大きく軽減され、補強梁２１を設置しない場合と比較して鋼殻セグメント（トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２）の鋼重は大幅に削減されることとなる。
【００２１】
以上説明したように、このシールドトンネルの拡幅構造及びその施工方法によれば、並行する２つのシールドトンネル１、２にトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２をなす鋼殻セグメントを組み立てた後、これらセグメントの外面に形成された拡幅セグメント接合用凹部３に拡幅セグメント８の端部を嵌合させてこれらセグメントを接合することにより、両シールドトンネル１、２の間の上下両側に拡幅セグメント８、９による拡幅覆工体Ｒ３、Ｒ４を延設し、両シールドトンネル１、２間を拡幅覆工体Ｒ３、Ｒ４まで切り拡げるので、並行する２つのシールドトンネル１、２間での上下の拡幅覆工の施工が容易で、従来に比べ工費及び工期を低減できる。また、上下の拡幅覆工のセグメント８とシールドトンネル１、２のトンネル覆工のセグメント１ａ、２ａとを安定して接合できるので、両トンネル覆工とその間の上下の拡幅覆工とが強固に一体化した安定した拡幅構造となり、例えば、外圧に対して有利なほぼ楕円形の大断面トルネル覆工を経済的に構築できる。
そして、この覆工構造においては、さらに、両シールドトンネル１、２のトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２と拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０付近に当該接合部２０を支持するための補強梁２１を設置して、拡幅部の覆工構造を支持するので、トンネル覆工の断面力を低減し、また、トンネル覆工の応力集中を緩和することができる。これにより、扁平な拡幅トンネルの変形を低減して、地表面の沈下など周辺環境への影響を抑制することができ、また、覆工構造を軽量化することができ、各部材の軽量化により経済性の向上を図ることができる。
さらに、この覆工構造と補強梁２１の併用により、従来に比べて、止水性の向上など覆工品質に優れ、施工時のトンネル安定性が高く、工期を短縮する非開削切拡げ工法を提供することができる。
【００２２】
また、この拡幅構造及びその施工方法では、補強梁２１とトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２との継手３０を一対の継手部材３１、３２の凹凸面の突き合わせ構造として、各継手部材３１、３２の接触面の高さを抑えて、補強梁２１を回転しやすくしているので、補強梁２１に作用する曲げモーメントを軽減することができ、この曲げモーメントの軽減により、補強梁２１を軽量化するとともに、継手３０の構造と施工を簡単にすることができる。
【００２３】
さらに、この拡幅構造及びその施工方法では、補強梁２１の設置時にプレロードを導入、保持することにより、初期の遊間等を除去して、補強梁２１の効果、すなわち軸剛性（軸剛性による支保効果）を最大限有効に発揮することができる。この場合、補強梁２１の一端にフラットジャッキ３５を設置するのに必要な隙間３７を空け、固定ボルト３４で仮受けしたのちに、フラットジャッキ３５を挿入してプレロードを導入するので、鋼材のなじみを十分に除去することができ、そして、プレロード導入後にプレロードによる軸力を固定ボルト３４に受替えて固定し、フラットジャッキ３５を引き抜くので、フラットジャッキ３５は転用可能であり、コスト面でも優位となる。また、フラットジャッキ３５は小さく軽量であり、狭い施工スペースでの施工性に優れ、プレロード荷重の制御が容易である。そして、固定ボルト３４で受替えを行うことにより、施工サイクルの向上が期待できる。また、この場合、補強梁２１の一端の隙間３７に部材間の圧縮部材として無収縮モルタル３６を充填したので、施工が良好で、部材間を確実に接合することができ、また、固定ボルト３４で曲げ応力やせん断応力に対応することもでき、補強梁２１に導入したプレロードを確実に保持することができる。
【００２４】
図１０に第２の実施の形態を示している。この実施の形態では、例えば高速道路の非常駐車帯を構築する場合を例示している。
図１０（ｂ）に示すように、この拡幅構造では、１つのシールドトンネル１のトンネル覆工体Ｒ１をなす鋼殻セグメントの外面に拡幅セグメント接合用凹部３が形成され、この拡幅セグメント接合用凹部３に拡幅セグメント８の端部を嵌合させてこれらセグメントを接合することにより、シールドトンネル１の片側一方の外側に拡幅セグメント８、９による拡幅覆工体Ｒ３が延設されて、このシールドトンネル１が拡幅覆工体Ｒ３まで切り拡げられる。
そして、この拡幅構造は、全体が扁平に変形した円形状となって、シールドトンネル１のセグメント１ａと拡幅部の拡幅セグメント８が折れ角を持って接合されることから、この覆工構造を合理化するために、シールドトンネル１に覆工構造を支持するための複数の補強梁２１が設置される。この補強梁２１はそれぞれ、シールドトンネル１においてトンネル覆工体Ｒ１と拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０とこの接合部２０付近の拡幅覆工体Ｒ３の内面との間に架け渡されるストラットで、トンネル覆工体Ｒ１と拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０とこの接合部２０付近の拡幅覆工体Ｒ３の内面との間に継手３０を介して設置され、トンネル覆工体Ｒ１と拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０を支持するようになっている。この場合、補強梁２１の効果（軸剛性による支保効果）を十分に発揮させるため、補強梁２１を回転しやすくして、補強梁２１に作用する曲げモーメントを軽減するためにセグメント１ａとの接続部にほぞ形式の継手３０を採用し、また、鋼材のなじみ、ゆるみを除去するためにプレロードを導入保持している。
【００２５】
また、この拡幅構造の施工方法では、シールドトンネル１のセグメントの組み立てにおいて、図１０（ａ）に示すように、１つのシールドトンネル１の上下２箇所に凹部３を有するセグメント１ａ、１ｂを用い、シールドトンネル１のセグメント組み立て後、図１０（ｂ）に示すように、これらの間の外側拡幅領域１９を掘削して、これらセグメント１ａ・１ｂに、拡幅セグメント８を接合し、さらに別の拡幅セグメント９を接合して拡幅覆工を施工した後、これらセグメント１ａ・１ｂ間の不要なセグメントを撤去する。
そして、この拡幅部の覆工構造を支持するため、シールドトンネル１においてトンネル覆工体Ｒ１と拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０付近にそれぞれ、当該接合部２０を支持するための補強梁２１を設置する。補強梁２１は既述のとおり、トンネル覆工体Ｒ１と拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０とこの接合部２０付近の拡幅覆工体Ｒ３の内面との間に架け渡しするストラットで、トンネル覆工体Ｒ１と拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０とこの接合部２０付近のトンネル覆工体Ｒ１の内面との間にほぞ形式の継手３０を介して設置する。この場合の補強梁２１の構造及びその施工方法については既に説明したとおりである。
【００２６】
このように例えば高速道路の非常駐車帯を構築する場合、従来は、シールドトンネル１の外側拡幅領域１９を掘削した後、鉄筋コンクリートによる躯体を構築していたところ、この覆工構造及び施工方法では、アーチ形状による鋼殻セグメント（拡幅覆工体Ｒ３）を主体として、部材の軽構造化と止水性の向上、さらに狭隘空間での施工性の向上による工期の短縮を図る合理的な覆工構造を提供し、非常駐車帯を容易かつ経済的にしかも安全に構築できる。そして、この覆工構造は扁平に変形した円形状であり、シールドトンネル１のセグメント１ａと拡幅部の拡幅セグメント８は折れ角を持って接合されるが、この拡幅構造及び施工方法においては、その補強として、トンネル覆工体Ｒ１と拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０付近に当該接合部２０を支持するための補強梁２１が設置され、拡幅部の覆工構造を支持するため、トンネル覆工体Ｒ１の負荷は大きく軽減され、補強梁２１を設置しない場合と比較して鋼殻セグメント（トンネル覆工体Ｒ１）の鋼重は大幅に削減されることとなる。
【００２７】
以上説明したように、このシールドトンネルの拡幅構造及びその施工方法によれば、１つのシールドトンネル１のセグメント組み立て後、そのセグメントの外面に形成された拡幅セグメント接合用凹部３に拡幅セグメント８の端部を嵌合させてこれらセグメントを接合することにより、拡幅セグメント８、９による拡幅覆工をシールドトンネル１からその外側へ延設し、該拡幅覆工までシールドトンネル１を切り拡げるので、拡幅覆工の施工が容易で、従来に比べ工費及び工期を低減できる。また、拡幅覆工のセグメント８とシールドトンネルのトンネル覆工のセグメント１ａとを安定して接合できるので、拡幅覆工とトンネル覆工とが強固に一体化した安定した拡幅構造となる。
そして、この覆工構造においては、さらに、シールドトンネル１のトンネル覆工体Ｒ１と拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０付近に当該接合部２０を支持するための補強梁２１を設置して、拡幅部の覆工構造を支持するので、トンネル覆工の断面力を低減し、また、トンネル覆工の応力集中を緩和することができる。これにより、扁平な拡幅トンネルの変形を低減して、地表面の沈下など周辺環境への影響を抑制することができ、また、覆工構造を軽量化することができ、各部材の軽量化により経済性の向上を図ることができる。
さらに、この覆工構造に補強梁２１を併用することにより、従来に比べて、止水性の向上など覆工品質に優れ、施工時のトンネル安定性が高く、工期を短縮する非開削切拡げ工法を提供することができる。
補強梁の構造及び施工方法による効果については第１の実施の形態で述べたとおりである。
【００２８】
なお、第１、第２の実施の形態では、補強梁２１とセグメント１ａ、２ａとのジョイントを、ほぞ形式の継手３０を用いて凹凸面の突き合わせ構造としたが、この場合に、凹凸面を所定の曲面で接触させることが最適であるが、平面接触でもよい。また、性能の点で若干劣後するが、ピン支承でもよい。
また、第１、第２の実施の形態では、補強梁２１のジョイントに使用する台座２０２に、セグメント１ａ、２ａに後付けする分離型の台座（固定ピース）を使用したが、この台座２０２をセグメントに一体に形成した一体型の台座としてもよい。
さらに、第１、第２の実施の形態では、補強梁２１の施工において、フラットジャッキ３５によりプレロードを導入したが、油圧ジャッキによりプレロードを導入して鋼材のなじみを除去するようにしてもよい。この場合、部材間に接合部材を設置してもよく、固定ボルトで受替えを行ってもよい。この場合もプレロード荷重の制御が容易である。また、フラットジャッキや油圧ジャッキに代えて、センターホールジャッキにより部材に圧縮力を作用させ、その際の圧縮量により部材間に隙間を確保し、接合部材を設置するようにしてもよい。
またさらに、第１、第２の実施の形態では、補強梁２１の一端の隙間３７に部材間の圧縮部材として無収縮モルタル３６を充填して部材間を接合したが、部材間の隙間量に応じたプレートを設置し、溶接により部材の連結を行ってもよい。さらに、部材間の圧縮部材としてフィラープレートを挿入したり、部材間を摩擦係合により連結する方法もある。
【００２９】
また、第１、第２の実施の形態では、拡幅部の覆工構造を鋼殻セグメントにより構築し、この鋼殻セグメントを補強梁２１で支持するものとして例示したが、この種の覆工構造にはセグメントの他に、ＲＣ躯体、ＳＲＣ躯体、鋼管ルーフ、箱型ルーフなどさまざまな構造形態があり、いずれの構造形態においても補強梁を上記各実施の形態と同様に設置することで、上記各実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
さらに、第１、第２の実施の形態では、シールドトンネルの拡幅構造及びその施工方法の適用例として、高速道路の分合流部、非常駐車帯を構築する場合を例示したが、この拡幅構造及び施工方法は、シールドトンネルの切拡げが必要な地下鉄道駅舎、留置線部など扁平な大空間を必要とする各種の地中構造物の建設工事に同様に適用することができ、コストパフォーマンスに優れた有望な技術となる。
【符号の説明】
【００３０】
１、２ シールドトンネル
Ｒ１、Ｒ２ トンネル覆工体
１ａ，１ｂ、２ａ，２ｂ セグメント
３ 拡幅セグメント接合用凹部
４ 仮補填部材
５ 上部掘削空間
５ａ 天井部
５ｂ 底部
６ 下部掘削空間
６ａ 天井部
６ｂ 底部
７ 土砂
Ｒ３、Ｒ４ トンネル覆工体
８ 拡幅セグメント
８ａ 端部
９ 拡幅セグメント
２０ 接合部
２０１ 受部
２０２ 台座
２１ 補強梁
３０ 継手
３１ 継手部材
３１０ 凹部
３２ 継手部材
３２１ 凸部
３３ 隙間
３４ ボルト
３５ フラットジャッキ
３６ 無収縮モルタル
３７ 隙間
３８ 鋼板
４１ 内部支保工
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドトンネルの覆工断面を拡大するシールドトンネルの拡幅構造及びその施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シールドトンネルを拡幅する施工方法としては次のような工法があり、それぞれに次のような問題を有していた。
（１）切拡げ部分のセグメントを取り外し、新たなセグメントを組み立てる方法
この方法では、セグメントを取り外す際に、トンネル全体の安定性が損なわれ、変形してしまう。それを防止するための補強工が大規模となる。
（２）連結セグメントを溶接等でシールドトンネルセグメントに固定する方法
この方法では、溶接作業のスペース確保のため、シールドトンネルセグメントの周囲を大きく切拡げる必要がある。
（３）切拡げ部分に鉄筋コンクリートにより躯体を構築する方法
この方法では、コンクリート部材の寸法が大きくなり、切拡げ掘削の範囲が広がり、コスト、工期がかかる。
【０００３】
そして、これらの問題を解決する技術として、特許文献１により、特殊なシールド機を使って、連結セグメントをシールドトンネル内から地盤に押し出す方法が提案されたが、この方法では、特殊な機械が必要でコストが高く、また、連結セグメントを地盤に押し出すために、シールドトンネルの止水性の確保が課題であった。
【０００４】
そこで、本願出願人は、特殊なシールド機を使って拡幅のためのセグメントを地盤に押し出すようなことがなく、切拡げ部分のセグメントを取り外す前に、拡幅のための新しいトンネル覆工を設置することにより、トンネルの変形を抑制しつつ、拡大したトンネルを容易に完成することができる拡幅方法を創案し、これを特許文献２により提案した。
この拡幅方法では、並行する２つのシールドトンネルのセグメントの外面に拡幅セグメント接合用凹部を形成し、この拡幅セグメント接合用凹部に拡幅セグメントの端部を嵌合させてこれらセグメントを接合することにより、両シールドトンネル間に拡幅セグメントによる拡幅覆工を延設して、両シールドトンネル間を拡幅覆工まで切り拡げるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１８３３５２公報
【特許文献２】特開２００８−１６９５５０公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２の方法によって形成された拡幅トンネルの断面形状は一般に扁平であり、力学的に大きな断面力が作用するとともに、交角をなす拡幅セグメントの接合部は応力集中が生じやすく、これに対処するためには、重厚なセグメント構造が必要で、その分だけコストが増大する、という問題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、この種のシールドトンネルの拡幅構造及びその施工方法において、トンネル覆工の断面力を低減し、部材を軽量化して経済性を向上させること、また、扁平な拡幅トンネルの変形を低減して、周辺環境への影響を抑制することなど、を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、シールドトンネルを当該トンネルの内面を覆うトンネル覆工体の一部を撤去して切拡げ、当該切拡げ部分に前記トンネル覆工体に接合する拡幅覆工体を構築して、トンネル断面を拡幅するシールドトンネルの拡幅構造において、前記シールドトンネルの前記トンネル覆工体と前記拡幅覆工体との接合部付近に当該接合部を支持するための補強梁を備える、ことを要旨とする。
この場合、補強梁はトンネル覆工体と拡幅覆工体との接合部と前記接合部付近の前記拡副覆工体の内面との間に架け渡されるストラットで、前記補強梁は前記接合部と前記内面との間に継手を介して設置され、前記継手は凹部を有する継手部材と凸部を有する継手部材とを備え、これら継手部材の一方が前記接合部及び前記内面にそれぞれ固定され、他方が前記補強梁の両端にそれぞれ固定されて、前記凹部と前記凸部の突き合わせ構造とすることが好ましい。
また、補強梁と拡幅覆工体との間にプレロードを導入保持されることが望ましい。
さらに、本発明は、シールドトンネルを当該トンネルの内面を覆うトンネル覆工体の一部を撤去して切拡げ、当該切拡げ部分に前記トンネル覆工体に接合する拡幅覆工体を構築して、トンネル断面を拡幅するシールドトンネルの施工方法において、前記シールドトンネルの前記トンネル覆工体と前記拡幅覆工体との接合部付近に当該接合部を支持するための補強梁を設置する、ことを要旨とする。
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、並行する複数のシールドトンネル間を当該各トンネルの内面を覆うトンネル覆工体の一部を撤去して切拡げ、前記各シールドトンネル間に前記トンネル覆工体に接合する拡幅覆工体を構築して、トンネル断面を拡幅するシールドトンネルの拡幅構造において、前記各シールドトンネルの前記トンネル覆工体と前記拡幅覆工体との接合部付近に当該接合部を支持するための補強梁を備える、ことを要旨とする。
この場合、補強梁はトンネル覆工体と拡幅覆工体との接合部と前記接合部付近の前記トンネル覆工体の内面との間に架け渡されるストラットで、前記補強梁は前記接合部と前記内面との間に継手を介して設置され、前記継手は凹部を有する継手部材と凸部を有する継手部材とを備え、これら継手部材の一方が前記接合部及び前記内面にそれぞれ固定され、他方が前記補強梁の両端にそれぞれ固定されて、前記凹部と前記凸部の突き合わせ構造とすることが好ましい。
また、補強梁とトンネル覆工体との間にプレロードを導入保持されることが望ましい。
さらに、本発明は、並行する複数のシールドトンネル間を当該各トンネルの内面を覆うトンネル覆工体の一部を撤去して切拡げ、前記各シールドトンネル間に前記トンネル覆工体に接合する拡幅覆工体を構築し、トンネル断面を拡幅するシールドトンネルの施工方法において、前記各シールドトンネルの前記トンネル覆工体と前記拡幅覆工体との接合部付近に当該接合部を支持するための補強梁を設置する、ことを要旨とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のシールドトンネルの拡幅構造及びその施工方法によれば、シールドトンネルのトンネル覆工体と拡幅覆工体との接合部付近に当該接合部を支持するための補強梁を設置して、拡幅部の覆工構造を支持するので、トンネル覆工の断面力を低減し、また、トンネル覆工の応力集中を緩和することができる。これにより、扁平な拡幅トンネルの変形を低減して、地表面の沈下など周辺環境への影響を抑制することができ、また、覆工構造を軽量化することができ、各部材の軽量化により経済性の向上を図ることができる。
また、この拡幅構造及びその施工方法では、補強梁と拡幅覆工体との継手を一対の継手部材の凹凸面の突き合わせ構造として、各継手部材の接触面の高さを抑えて、補強梁を回転しやすくしているので、補強梁に作用する曲げモーメントを軽減することができ、この曲げモーメントの軽減により、補強梁を軽量化するとともに、継手の構造と施工を簡単にすることができる。
さらに、この拡幅構造及びその施工方法では、補強梁の設置時にプレロードを導入、保持することにより、初期の遊間等を除去して、補強梁の効果、すなわち軸剛性（軸剛性による支保効果）を最大限有効に発揮することができる。
【００１１】
また、本発明のシールドトンネルの拡幅構造及びその施工方法によれば、複数のシールドトンネルのトンネル覆工体と各シールドトンネル間の拡幅覆工体との接合部付近に当該接合部を支持するための補強梁を設置して、拡幅部の覆工構造を支持するので、トンネル覆工の断面力を低減し、また、トンネル覆工の応力集中を緩和することができる。これにより、扁平な拡幅トンネルの変形を低減して、地表面の沈下など周辺環境への影響を抑制することができ、また、覆工構造を軽量化することができ、各部材の軽量化により経済性の向上を図ることができる。
また、この拡幅構造及びその施工方法では、補強梁とトンネル覆工体との継手を一対の継手部材の凹凸面の突き合わせ構造として、各継手部材の接触面の高さを抑えて、補強梁を回転しやすくしているので、補強梁に作用する曲げモーメントを軽減することができ、この曲げモーメントの軽減により、補強梁を軽量化するとともに、継手の構造と施工を簡単にすることができる。
さらに、この拡幅構造及び施工方法では、補強梁の設置時にプレロードを導入、保持することにより、初期の遊間等を除去して、補強梁の効果、すなわち軸剛性（軸剛性による支保効果）を最大限有効に発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるシールドトンネルの拡幅構造及びその施工方法が適用される高速道路の分合流部の概念を示す斜視図
【図２】同シールドトンネルの拡幅構造を示す断面図
【図３】同シールドトンネルの拡幅構造に採用される拡幅覆工体を示す斜視図
【図４】同シールドトンネルの拡幅構造に採用される補強梁を示す正面図
【図５】同シールドトンネルの拡幅構造の施工方法を示す断面図
【図６】同シールドトンネルの拡幅構造に採用される補強梁の要部を示す正面図
【図７】同シールドトンネルの拡幅構造に採用される補強梁の施工手順を示す正面図
【図８】（Ａ）同シールドトンネルの拡幅構造に採用される補強梁の要部を示す正面図（Ｂ）同平面図
【図９】同シールドトンネルの拡幅構造に採用される補強梁の要部を示す正面図
【図１０】本発明の第２の実施の形態におけるシールドトンネルの拡幅構造及びその施工方法を示す断面図（Ａ）拡幅覆工の施工前の状態（Ｂ）は施工後の状態
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、この発明を実施するための形態について図を用いて説明する。
図１乃至図９に第１の実施の形態を示している。この実施の形態では、例えば、図１に示すように、高速道路の分合流部の本線及び連結路（ランプ）をなす２つの並行するトンネル１、２をシールド工法により施工して、これら２つのトンネル１、２間を当該各トンネル１、２の内面を覆うトンネル覆工体の一部を撤去して切拡げ、各トンネル１、２間にトンネル覆工体に接合する拡幅覆工体を組み立ててトンネル断面を拡幅し、分合流部を構築する場合を例示している。
【００１４】
図２にこのシールドトンネルの拡幅構造を示している。また、図３、図４にこの拡幅構造の要部を示している。
図２、図３に示すように、この拡幅構造では、並行する２つのシールドトンネル１、２のトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２をなす鋼殻セグメントの外面に拡幅セグメント接合用凹部３が形成され、この拡幅セグメント接合用凹部３に拡幅セグメント８の端部８ａを嵌合させてこれらセグメントを接合することにより、両シールドトンネル１、２の間の上下両側に拡幅セグメント８、９による拡幅覆工体Ｒ３、Ｒ４が延設されて、両シールドトンネル１、２間が拡幅覆工体Ｒ３、Ｒ４まで切り拡げられる。
そして、この拡幅構造は、扁平な略楕円形状となって、各シールドトンネル１、２のセグメント１ａ，１ｂ、２ａ，２ｂと各シールドトンネル１、２間（の拡幅部）の拡幅セグメント８、９が折れ角を持って接合されることから、この覆工構造を合理化するために、各シールドトンネル１、２に覆工構造を支持するための複数の補強梁２１が設置される。図４に示すように、これらの補強梁２１はそれぞれ、各シールドトンネル１、２においてトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２と上部拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０とこの接合部２０付近のトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の内面との間に架け渡されるストラットで、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２と上部拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０とこの接合部２０付近のトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の内面との間に継手３０を介して設置され、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２と上部拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０を支持するようになっている。この場合、補強梁２１の効果（軸剛性による支保効果）を十分に発揮させるため、補強梁２１を回転しやすくして、補強梁２１に作用する曲げモーメントを軽減するためにセグメント１ａ、２ａとの接続部にほぞ形式の継手３０を採用し、また、鋼材のなじみ、ゆるみを除去するためにプレロードを導入保持している。
【００１５】
図５にこの拡幅構造の施工方法を示している。
まず、図５（１）に示すように、連結路となる単円のトンネル１をシールド工法により施工する。続いて、図５（２）に示すように、この連結路のトンネル１に並行して、本線となる単円のトンネル２をシールド工法により施工する。
シールド工法では、周知のとおり、シールド掘進機が通過した後の掘削坑内周部に逐次セグメントを継ぎ足し連結して、筒状のトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２を構築する。このシールド工法においては、特に、２つのシールドトンネル１、２の上部及び下部のそれぞれに、通常のセグメントに代えて、外面に拡幅セグメント接合用凹部３（以下、凹部３と略記する）を有するセグメント１ａ、１ｂ及び２ａ、２ｂを使用する。この場合、これらセグメント１ａ、１ｂ及び２ａ、２ｂそれぞれの凹部３は仮補填部材４で補填して、これらセグメント１ａ、１ｂ及び２ａ、２ｂの外面も他のセグメントの外面と連続する円周面とする。また、凹部３自体は断面略三角形であるが、両シールドトンネル１、２相互では、その三角形が互いに逆向きとなるようなセグメント組立形態となる。そして、各シールドトンネル１、２のそれぞれでは、各トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２について凹部３が上部と下部とにそれぞれ一つずつ存在することになり、その上部の凹部３は、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２相互ではトンネル軸方向に連続して断面略三角形の溝状となり、また、下部の凹部３も、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２相互ではトンネル軸方向に連続して断面略三角形の溝状となる。なお、凹部３の断面形状は三角形に限られるものではない。また、この場合、これらセグメント１ａ、１ｂ及び２ａ、２ｂは、外面に凹部３を形成しているため、凹部形成部分の強度が他の部分より弱くなるが、その部分の厚さを裏側に厚くすることで補強している。なお、セグメント１ａ、１ｂ及び２ａ、２ｂの裏側を厚くすることに代えて、補強ピースを用意してこれを凹部形成部分の裏側に付設することで補強してもよい。また、このように裏側を厚くすることでこの裏側の部分はトンネル内に少し突き出され、特に上部の突き出された部分のトンネルの側方に対向する側面は、後述する補強梁２１の一端側の受け部２０１として利用するため、この裏側を厚くすることと併せて、補強梁２１の一端側の受け部２０１となる側面を、このセグメント１ａ、２ａの凹部３に接合する拡幅覆工体Ｒ３の端部の略延長上で拡幅覆工体Ｒ３の端面に略対向可能に所定の角度に形成しておく。
【００１６】
このようにして２つのシールドトンネル１、２の施工を完了すると、次に、両シールドトンネル１、２間を拡幅施工するための準備を行う。
まず、両シールドトンネル１、２間を切拡げたときに両シールドトンネル１、２に変形が生じるのを防止するため、図５（３）に示すように、両シールドトンネル１、２内に内部支保工４１を設置する。このとき設置する鉛直材は仮設物であり、両シールドトンネル１、２間の拡幅部の完成時には撤去する。
続いて、この拡幅部の覆工構造を支持するため、各シールドトンネル１、２においてトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２と上部拡幅覆工体Ｒ３（図５（５）参照）との接合部２０付近にそれぞれ、当該各接合部２０を支持するための補強梁２１を設置する。補強梁２１は既述のとおり、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２と上部拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０とこの接合部２０付近のトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の内面との間に架け渡しするストラットで、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２と上部拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０とこの接合部２０付近のトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の内面との間にほぞ形式の継手３０を介して設置する。
この場合、図４に示すように、補強梁２１はＨ鋼材等により所定の長さのストラットとして形成する。継手３０は鋼板により一対の継手部材３１、３２として形成し、一方の継手部材（鋼板）３１の表面中央に凹部３１０を加工し、他方の継手部材（鋼板）３２の表面中央に凸部３２１を加工して、これら凹部３１０、凸部３２１の突き合わせ構造とし、併せて、図８に示すように、一方の継手部材３１の凹部３１０の深さ寸法に対して他方の継手部材３２の凸部３２１の突出寸法を少し大きくするなどして、一方の継手部材３１の凹部３１０の周面と他方の継手部材３２の凸部３２１の周面との間に隙間３３を形成し、これら凹部３１０、凸部３２１の突き合わせ構造と凹部３１０周面と凸部３２１周面との間の隙間３３により、各継手部材３１、３２の接触面の高さを抑え、各継手部材３１、３２の接触面積を小さくする。また、図６に示すように、一方の継手部材３１の凹部３１０、及び他方の継手部材３２の凸部３２１は（断面）円弧状の凹面、及び凸面にすることが望ましい。このようにしてこれら継手部材３１、３２の一方をトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２と拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０、及びトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の内面にそれぞれ固定し、他方を補強梁２１の両端にそれぞれ固定して、補強梁２１をトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２と拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０とこの接合部２０付近のトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の内面との間に設置する。
図７にこの補強梁の施工手順を示している。
まず、図７（１）に示すように、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２（Ｒ２については図２を参照）の組み立てとともに、このトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２に補強梁の受け部２０１と台座２０２を形成する。この補強梁２１はトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２と上部拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０とこの接合部２０付近のトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の内面との間に設置するので、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２と上部拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０に補強梁２１を設置するための受け部２０１を設け、この接合部２０付近のトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の内面に補強梁２１を設置するための台座２０２を設ける。この場合、補強梁２１を設置するための受け部２０１は、既述のとおり、上部のセグメント１ａ及び２ａの裏側に突き出された部分の側面とし、この側面をこのセグメント１ａ及び２ａの凹部３に接合する上部拡幅覆工体Ｒ３の端部の略延長上で上部拡幅覆工体Ｒ３の端面に略対向可能に所定の角度の平面状に形成する。また、補強梁２１を設置するための台座２０２は、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の内面で補強梁２１を設置するための受け部２０１に対向する位置とし、この位置のセグメント１ａ及び２ａに補強梁２１の台座２０２となる先端に平面状の座面を有する固定ピースを当該座面を受け部２０１に向けてボルト又は溶接により取り付ける。なお、この補強梁の台座２０２はトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の組み立ての際にセグメント１ａ及び２ａにボルトや溶接により後付けで取り付けてもよいが、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の組み立ての前に、予め、台座２０２をセグメント１ａ及び２ａに一体的に形成して、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２とともに台座２０２を組み立てるようにしてもよい。
続いて、図７（２）に示すように、補強梁の受け部２０１に、一方の継手部材３１、ここでは凹部３１０を有する継手部材３１を凹部３１０を補強梁の台座２０２（の座面）に向けて溶接又はボルトにより固定し、補強梁の台座２０２の座面に一方の継手部材３１、ここでは凹部３１０を有する継手部材３１を凹部３１０を補強梁の受け部２０１に向けてボルト３４により固定する。なお、これらの継手部材３１はトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の組み立ての際にセグメント１ａ及び２ａに溶接やボルトにより後付けで取り付けてもよいが、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の組み立ての前に、各継手部材３１、３２をセグメント１ａ及び２ａに先付けで取り付けて又は一体的に形成して、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２とともに継手部材３１を組み立てるようにしてもよい。また、補強梁２１においては、補強梁２１の製作の段階で、予め、補強梁２１の両端にそれぞれ、他方の継手部材３２、ここでは凸部３２１を有する継手部材３２を溶接などの接合手段により固定しておく。そして、この補強梁２１を、補強梁２１両端の各継手部材３２の凸部３２１と補強梁の受け部２０１及び台座２０２の各継手部材３１の凹部３１０とを突き合わせて、補強梁の受け部２０１と台座２０２との間に設置し、台座２０２側の継手部材３１をボルト３４の締め込みにより補強梁の継手部材３２に向けて圧接することにより仮固定する。
これに続いて、図７（３）に示すように、補強梁２１にプレロードを導入する。この場合、図８に示すように、補強梁の台座２０２に継手部材３１をボルト３４により取り付けているので、この台座２０２と継手部材３１との間にフラットジャッキ３５を設置するのに必要な隙間３７を設けることができ、この隙間３７にフラットジャッキ３５を挿入してプレロードを導入する。そして、プレロードを導入した後、プレロードによる軸力をボルト３４に受替えて固定し、フラットジャッキ３５を引き抜く。これにより補強梁２１に導入したプレロードを保持する。
そして、図７（４）に示すように、補強梁の台座２０２の座面と継手部材３１との間に圧縮部材として無収縮モルタル３６を充填する。この状態を図９に拡大して示す。なお、この補強梁２１の長期耐久性を考慮し、無収縮モルタル３６の割れ、欠けを防止するため、無収縮モルタル３６を鋼板３８などで巻き立てることが望ましい。
【００１７】
このようにして両トンネル１、２間を拡幅するための準備が終わると、これから両トンネル１、２間を拡幅する。
まず、図５（４）に示すように、両シールドトンネル１、２間の上部を掘削し、上部掘削空間５を形成した状態で、上部のセグメント１ａ、２ａから仮補填部材４を撤去して、上部のセグメント１ａ、２ａの凹部３を上部掘削空間５内で開口する。上部掘削空間５の天井部５ａは薬液注入等により地盤改良し、上部掘削空間５の底部５ｂは、均しコンクリート打設又は吹付コンクリートにより補強する。なお、これら上部掘削空間５と下部掘削空間６の間の土砂７、つまり、両トンネル１、２相互の隣接するセグメント（凹部３が無いセグメント）の間の土砂７は残してある。
続いて、図５（５）に示すように、上部掘削空間５内において、上部拡幅覆工体Ｒ３を両方のシールドトンネル１、２から施工する。各シールドトンネル１、２の上部のセグメント１ａ、２ａのそれぞれにつき、その凹部３に拡幅覆工用の拡幅セグメント８の端部を嵌合させて、各セグメント１ａ、２ａにこの拡幅セグメント８を例えばボルトを用いて接合した後、他の拡幅セグメント９を順次継ぎ足し接合する。そして、最後に、中間の隣接する２つの拡幅セグメント９間にクサビを差し込んで拡幅セグメント８、９全体を閉合することで、アーチ形の上部拡幅覆工体Ｒ３を完成する。
続いて、図５（６）に示すように、両シールドトンネル１、２間の下部を掘削し、下部掘削空間６を形成した状態で、下部のセグメント１ｂ、２ｂから仮補填部材４を撤去し、下部のセグメント１ｂ、２ｂの凹部３を下部掘削空間６内に開口する。下部掘削空間６の天井部６ａは、矢板設置又は吹付コンクリートにより補強する。なお、これら上部掘削空間５と下部掘削空間６の間の土砂７、つまり、両シールドトンネル１、２相互の隣接するセグメント（凹部３が無いセグメント）の間の土砂７は残してある。
続いて、図５（７）に示すように、下部掘削空間６内において、下部拡幅覆工体Ｒ４を両方のトンネル１、２から施工する。各シールドトンネル１、２の下部のセグメント１ｂ、２ｂのそれぞれにつき、その凹部３に拡幅覆工用の拡幅セグメント８の端部を嵌合させて、各セグメント１ｂ、２ｂにこの拡幅セグメント８を例えばボルトを用いて接合した後、他の拡幅セグメント９を順次継ぎ足し接合する。そして、最後に、中間の隣接する２つの拡幅セグメント９間にクサビを差し込んで拡幅セグメント８、９全体を閉合することで、アーチ形の下部拡幅覆工体Ｒ４を完成する。
なお、上部拡幅覆工体Ｒ３及び下部拡幅覆工体Ｒ４を施工するに当たり、拡幅セグメント８、９はトンネル軸方向に千鳥組とするが、凹部３は、各シールドトンネル１、２において上述のようにトンネル軸方向に連続して溝状となるので、両シールドトンネル１、２相互でトンネル覆工体Ｒ３、Ｒ４の位置がトンネル軸方向にずれていても、凹部３を有するセグメント１ａ、１ｂ及び２ａ、２ｂと拡幅セグメント８とを接合するに当たり、その接合を行うボルトのための孔の位置（孔あけ位置）を調整することで容易に対応できる。
【００１８】
このようにして上部拡幅覆工及び下部拡幅覆工を施工した後、図５（８）及び図５（９）に示すように、両トンネル１、２のそれぞれにつき、凹部３を有する上下のセグメント１ａ、１ｂの間のセグメント１ｃ、及び同じく凹部３を有する上下のセグメント２ａ、２ｂの間のセグメント２ｃを撤去するとともに、これらの間に残っていた土砂７を排除する。
【００１９】
そして、図５（９）及び図５（１０）に示すように、各シールドトンネル１、２から内部支保工４１を撤去すると、両シールドトンネル１、２が上部拡幅覆工体Ｒ３及び下部拡幅覆工体Ｒ４により覆工断面を拡大された、略楕円形の大断面トルネル覆工が完成する。
【００２０】
このように例えば高速道路の分合流部の本線及び連結路をなす２つの並行するトンネル１、２をシールド工法により施工して、これら２つのトンネル１、２間を当該各トンネル１、２の内面を覆うトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の一部を撤去して切拡げ、各トンネル１、２間にトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２に接合する拡幅覆工体Ｒ３、Ｒ４を組み立ててトンネル断面を拡幅し、分合流部を構築する場合、分合流部は大断面のトンネルとなり、一般に強度及び剛性の高い覆工構造が必要で大規模な鉄筋コンクリート構造により構築されるところ、このシールドトンネルの拡幅構造及び施工方法では、アーチ形状による鋼殻セグメント（拡幅覆工体Ｒ３、Ｒ４）を主体として、部材の軽構造化と止水性の向上、さらに狭隘空間での施工性の向上による工期の短縮を図る合理的な覆工構造が提供される。そして、この覆工構造は扁平な略楕円形状であり、２つのシールドトンネル１、２のセグメント１ａ、２ａと拡幅部の拡幅セグメント８は折れ角を持って接合されるが、この拡幅構造及び施工方法においては、その補強として、各シールドトンネル１、２のトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２と拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０付近に当該接合部２０を支持するための補強梁２１が設置され、拡幅部の覆工構造を支持するため、トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２の負荷は大きく軽減され、補強梁２１を設置しない場合と比較して鋼殻セグメント（トンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２）の鋼重は大幅に削減されることとなる。
【００２１】
以上説明したように、このシールドトンネルの拡幅構造及びその施工方法によれば、並行する２つのシールドトンネル１、２にトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２をなす鋼殻セグメントを組み立てた後、これらセグメントの外面に形成された拡幅セグメント接合用凹部３に拡幅セグメント８の端部を嵌合させてこれらセグメントを接合することにより、両シールドトンネル１、２の間の上下両側に拡幅セグメント８、９による拡幅覆工体Ｒ３、Ｒ４を延設し、両シールドトンネル１、２間を拡幅覆工体Ｒ３、Ｒ４まで切り拡げるので、並行する２つのシールドトンネル１、２間での上下の拡幅覆工の施工が容易で、従来に比べ工費及び工期を低減できる。また、上下の拡幅覆工のセグメント８とシールドトンネル１、２のトンネル覆工のセグメント１ａ、２ａとを安定して接合できるので、両トンネル覆工とその間の上下の拡幅覆工とが強固に一体化した安定した拡幅構造となり、例えば、外圧に対して有利なほぼ楕円形の大断面トルネル覆工を経済的に構築できる。
そして、この覆工構造においては、さらに、両シールドトンネル１、２のトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２と拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０付近に当該接合部２０を支持するための補強梁２１を設置して、拡幅部の覆工構造を支持するので、トンネル覆工の断面力を低減し、また、トンネル覆工の応力集中を緩和することができる。これにより、扁平な拡幅トンネルの変形を低減して、地表面の沈下など周辺環境への影響を抑制することができ、また、覆工構造を軽量化することができ、各部材の軽量化により経済性の向上を図ることができる。
さらに、この覆工構造と補強梁２１の併用により、従来に比べて、止水性の向上など覆工品質に優れ、施工時のトンネル安定性が高く、工期を短縮する非開削切拡げ工法を提供することができる。
【００２２】
また、この拡幅構造及びその施工方法では、補強梁２１とトンネル覆工体Ｒ１、Ｒ２との継手３０を一対の継手部材３１、３２の凹凸面の突き合わせ構造として、各継手部材３１、３２の接触面の高さを抑えて、補強梁２１を回転しやすくしているので、補強梁２１に作用する曲げモーメントを軽減することができ、この曲げモーメントの軽減により、補強梁２１を軽量化するとともに、継手３０の構造と施工を簡単にすることができる。
【００２３】
さらに、この拡幅構造及びその施工方法では、補強梁２１の設置時にプレロードを導入、保持することにより、初期の遊間等を除去して、補強梁２１の効果、すなわち軸剛性（軸剛性による支保効果）を最大限有効に発揮することができる。この場合、補強梁２１の一端にフラットジャッキ３５を設置するのに必要な隙間３７を空け、固定ボルト３４で仮受けしたのちに、フラットジャッキ３５を挿入してプレロードを導入するので、鋼材のなじみを十分に除去することができ、そして、プレロード導入後にプレロードによる軸力を固定ボルト３４に受替えて固定し、フラットジャッキ３５を引き抜くので、フラットジャッキ３５は転用可能であり、コスト面でも優位となる。また、フラットジャッキ３５は小さく軽量であり、狭い施工スペースでの施工性に優れ、プレロード荷重の制御が容易である。そして、固定ボルト３４で受替えを行うことにより、施工サイクルの向上が期待できる。また、この場合、補強梁２１の一端の隙間３７に部材間の圧縮部材として無収縮モルタル３６を充填したので、施工が良好で、部材間を確実に接合することができ、また、固定ボルト３４で曲げ応力やせん断応力に対応することもでき、補強梁２１に導入したプレロードを確実に保持することができる。
【００２４】
図１０に第２の実施の形態を示している。この実施の形態では、例えば高速道路の非常駐車帯を構築する場合を例示している。
図１０（ｂ）に示すように、この拡幅構造では、１つのシールドトンネル１のトンネル覆工体Ｒ１をなす鋼殻セグメントの外面に拡幅セグメント接合用凹部３が形成され、この拡幅セグメント接合用凹部３に拡幅セグメント８の端部を嵌合させてこれらセグメントを接合することにより、シールドトンネル１の片側一方の外側に拡幅セグメント８、９による拡幅覆工体Ｒ３が延設されて、このシールドトンネル１が拡幅覆工体Ｒ３まで切り拡げられる。
そして、この拡幅構造は、全体が扁平に変形した円形状となって、シールドトンネル１のセグメント１ａと拡幅部の拡幅セグメント８が折れ角を持って接合されることから、この覆工構造を合理化するために、シールドトンネル１に覆工構造を支持するための複数の補強梁２１が設置される。この補強梁２１はそれぞれ、シールドトンネル１においてトンネル覆工体Ｒ１と拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０とこの接合部２０付近の拡幅覆工体Ｒ３の内面との間に架け渡されるストラットで、トンネル覆工体Ｒ１と拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０とこの接合部２０付近の拡幅覆工体Ｒ３の内面との間に継手３０を介して設置され、トンネル覆工体Ｒ１と拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０を支持するようになっている。この場合、補強梁２１の効果（軸剛性による支保効果）を十分に発揮させるため、補強梁２１を回転しやすくして、補強梁２１に作用する曲げモーメントを軽減するためにセグメント１ａとの接続部にほぞ形式の継手３０を採用し、また、鋼材のなじみ、ゆるみを除去するためにプレロードを導入保持している。
【００２５】
また、この拡幅構造の施工方法では、シールドトンネル１のセグメントの組み立てにおいて、図１０（ａ）に示すように、１つのシールドトンネル１の上下２箇所に凹部３を有するセグメント１ａ、１ｂを用い、シールドトンネル１のセグメント組み立て後、図１０（ｂ）に示すように、これらの間の外側拡幅領域１９を掘削して、これらセグメント１ａ・１ｂに、拡幅セグメント８を接合し、さらに別の拡幅セグメント９を接合して拡幅覆工を施工した後、これらセグメント１ａ・１ｂ間の不要なセグメントを撤去する。
そして、この拡幅部の覆工構造を支持するため、シールドトンネル１においてトンネル覆工体Ｒ１と拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０付近にそれぞれ、当該接合部２０を支持するための補強梁２１を設置する。補強梁２１は既述のとおり、トンネル覆工体Ｒ１と拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０とこの接合部２０付近の拡幅覆工体Ｒ３の内面との間に架け渡しするストラットで、トンネル覆工体Ｒ１と拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０とこの接合部２０付近のトンネル覆工体Ｒ１の内面との間にほぞ形式の継手３０を介して設置する。この場合の補強梁２１の構造及びその施工方法については既に説明したとおりである。
【００２６】
このように例えば高速道路の非常駐車帯を構築する場合、従来は、シールドトンネル１の外側拡幅領域１９を掘削した後、鉄筋コンクリートによる躯体を構築していたところ、この覆工構造及び施工方法では、アーチ形状による鋼殻セグメント（拡幅覆工体Ｒ３）を主体として、部材の軽構造化と止水性の向上、さらに狭隘空間での施工性の向上による工期の短縮を図る合理的な覆工構造を提供し、非常駐車帯を容易かつ経済的にしかも安全に構築できる。そして、この覆工構造は扁平に変形した円形状であり、シールドトンネル１のセグメント１ａと拡幅部の拡幅セグメント８は折れ角を持って接合されるが、この拡幅構造及び施工方法においては、その補強として、トンネル覆工体Ｒ１と拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０付近に当該接合部２０を支持するための補強梁２１が設置され、拡幅部の覆工構造を支持するため、トンネル覆工体Ｒ１の負荷は大きく軽減され、補強梁２１を設置しない場合と比較して鋼殻セグメント（トンネル覆工体Ｒ１）の鋼重は大幅に削減されることとなる。
【００２７】
以上説明したように、このシールドトンネルの拡幅構造及びその施工方法によれば、１つのシールドトンネル１のセグメント組み立て後、そのセグメントの外面に形成された拡幅セグメント接合用凹部３に拡幅セグメント８の端部を嵌合させてこれらセグメントを接合することにより、拡幅セグメント８、９による拡幅覆工をシールドトンネル１からその外側へ延設し、該拡幅覆工までシールドトンネル１を切り拡げるので、拡幅覆工の施工が容易で、従来に比べ工費及び工期を低減できる。また、拡幅覆工のセグメント８とシールドトンネルのトンネル覆工のセグメント１ａとを安定して接合できるので、拡幅覆工とトンネル覆工とが強固に一体化した安定した拡幅構造となる。
そして、この覆工構造においては、さらに、シールドトンネル１のトンネル覆工体Ｒ１と拡幅覆工体Ｒ３との接合部２０付近に当該接合部２０を支持するための補強梁２１を設置して、拡幅部の覆工構造を支持するので、トンネル覆工の断面力を低減し、また、トンネル覆工の応力集中を緩和することができる。これにより、扁平な拡幅トンネルの変形を低減して、地表面の沈下など周辺環境への影響を抑制することができ、また、覆工構造を軽量化することができ、各部材の軽量化により経済性の向上を図ることができる。
さらに、この覆工構造に補強梁２１を併用することにより、従来に比べて、止水性の向上など覆工品質に優れ、施工時のトンネル安定性が高く、工期を短縮する非開削切拡げ工法を提供することができる。
補強梁の構造及び施工方法による効果については第１の実施の形態で述べたとおりである。
【００２８】
なお、第１、第２の実施の形態では、補強梁２１とセグメント１ａ、２ａとのジョイントを、ほぞ形式の継手３０を用いて凹凸面の突き合わせ構造としたが、この場合に、凹凸面を所定の曲面で接触させることが最適であるが、平面接触でもよい。また、性能の点で若干劣後するが、ピン支承でもよい。
また、第１、第２の実施の形態では、補強梁２１のジョイントに使用する台座２０２に、セグメント１ａ、２ａに後付けする分離型の台座（固定ピース）を使用したが、この台座２０２をセグメントに一体に形成した一体型の台座としてもよい。
さらに、第１、第２の実施の形態では、補強梁２１の施工において、フラットジャッキ３５によりプレロードを導入したが、油圧ジャッキによりプレロードを導入して鋼材のなじみを除去するようにしてもよい。この場合、部材間に接合部材を設置してもよく、固定ボルトで受替えを行ってもよい。この場合もプレロード荷重の制御が容易である。また、フラットジャッキや油圧ジャッキに代えて、センターホールジャッキにより部材に圧縮力を作用させ、その際の圧縮量により部材間に隙間を確保し、接合部材を設置するようにしてもよい。
またさらに、第１、第２の実施の形態では、補強梁２１の一端の隙間３７に部材間の圧縮部材として無収縮モルタル３６を充填して部材間を接合したが、部材間の隙間量に応じたプレートを設置し、溶接により部材の連結を行ってもよい。さらに、部材間の圧縮部材としてフィラープレートを挿入したり、部材間を摩擦係合により連結する方法もある。
【００２９】
また、第１、第２の実施の形態では、拡幅部の覆工構造を鋼殻セグメントにより構築し、この鋼殻セグメントを補強梁２１で支持するものとして例示したが、この種の覆工構造にはセグメントの他に、ＲＣ躯体、ＳＲＣ躯体、鋼管ルーフ、箱型ルーフなどさまざまな構造形態があり、いずれの構造形態においても補強梁を上記各実施の形態と同様に設置することで、上記各実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
さらに、第１、第２の実施の形態では、シールドトンネルの拡幅構造及びその施工方法の適用例として、高速道路の分合流部、非常駐車帯を構築する場合を例示したが、この拡幅構造及び施工方法は、シールドトンネルの切拡げが必要な地下鉄道駅舎、留置線部など扁平な大空間を必要とする各種の地中構造物の建設工事に同様に適用することができ、コストパフォーマンスに優れた有望な技術となる。
【符号の説明】
【００３０】
１、２ シールドトンネル
Ｒ１、Ｒ２ トンネル覆工体
１ａ，１ｂ、２ａ，２ｂ セグメント
３ 拡幅セグメント接合用凹部
４ 仮補填部材
５ 上部掘削空間
５ａ 天井部
５ｂ 底部
６ 下部掘削空間
６ａ 天井部
６ｂ 底部
７ 土砂
Ｒ３、Ｒ４ トンネル覆工体
８ 拡幅セグメント
８ａ 端部
９ 拡幅セグメント
２０ 接合部
２０１ 受部
２０２ 台座
２１ 補強梁
３０ 継手
３１ 継手部材
３１０ 凹部
３２ 継手部材
３２１ 凸部
３３ 隙間
３４ ボルト
３５ フラットジャッキ
３６ 無収縮モルタル
３７ 隙間
３８ 鋼板
４１ 内部支保工
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドトンネルを当該トンネルの内面を覆うトンネル覆工体の一部を撤去して切拡げ、当該切拡げ部分に前記トンネル覆工体に接合する拡幅覆工体を構築して、トンネル断面を拡幅するシールドトンネルの拡幅構造において、
前記シールドトンネルの前記トンネル覆工体と前記拡幅覆工体との接合部付近に当該接合部を支持するための補強梁を備える、
ことを特徴とするシールドトンネルの拡幅構造。
【請求項２】
補強梁はトンネル覆工体と拡幅覆工体との接合部と前記接合部付近の前記拡副覆工体の内面との間に架け渡されるストラットで、前記補強梁は前記接合部と前記内面との間に継手を介して設置され、前記継手は凹部を有する継手部材と凸部を有する継手部材とを備え、これら継手部材の一方が前記接合部及び前記内面にそれぞれ固定され、他方が前記補強梁の両端にそれぞれ固定されて、前記凹部と前記凸部の突き合わせ構造とする請求項１に記載のシールドトンネルの拡幅構造。
【請求項３】
補強梁と拡幅覆工体との間にプレロードを導入保持される請求項２に記載のシールドトンネルの拡幅構造。
【請求項４】
並行する複数のシールドトンネル間を当該各トンネルの内面を覆うトンネル覆工体の一部を撤去して切拡げ、前記各シールドトンネル間に前記トンネル覆工体に接合する拡幅覆工体を構築して、トンネル断面を拡幅するシールドトンネルの拡幅構造において、
前記各シールドトンネルの前記トンネル覆工体と前記拡幅覆工体との接合部付近に当該接合部を支持するための補強梁を備える、
ことを特徴とするシールドトンネルの拡幅構造。
【請求項５】
補強梁はトンネル覆工体と拡幅覆工体との接合部と前記接合部付近の前記トンネル覆工体の内面との間に架け渡されるストラットで、前記補強梁は前記接合部と前記内面との間に継手を介して設置され、前記継手は凹部を有する継手部材と凸部を有する継手部材とを備え、これら継手部材の一方が前記接合部及び前記内面にそれぞれ固定され、他方が前記補強梁の両端にそれぞれ固定されて、前記凹部と前記凸部の突き合わせ構造とする請求項４に記載のシールドトンネルの拡幅構造。
【請求項６】
補強梁とトンネル覆工体との間にプレロードを導入保持される請求項５に記載のシールドトンネルの拡幅構造。
【請求項７】
シールドトンネルを当該トンネルの内面を覆うトンネル覆工体の一部を撤去して切拡げ、当該切拡げ部分に前記トンネル覆工体に接合する拡幅覆工体を構築して、トンネル断面を拡幅するシールドトンネルの施工方法において、
前記シールドトンネルの前記トンネル覆工体と前記拡幅覆工体との接合部付近に当該接合部を支持するための補強梁を設置する、
ことを特徴とするシールドトンネルの施工方法。
【請求項８】
並行する複数のシールドトンネル間を当該各トンネルの内面を覆うトンネル覆工体の一部を撤去して切拡げ、前記各シールドトンネル間に前記トンネル覆工体に接合する拡幅覆工体を構築し、トンネル断面を拡幅するシールドトンネルの拡幅方法において、
前記各シールドトンネルの前記トンネル覆工体と前記拡幅覆工体との接合部付近に当該接合部を支持するための補強梁を設置する、
ことを特徴とするシールドトンネルの施工方法。
【請求項１】
シールドトンネルを当該トンネルの内面を覆うトンネル覆工体の一部を撤去して切拡げ、当該切拡げ部分に前記トンネル覆工体に接合する拡幅覆工体を構築して、トンネル断面を拡幅するシールドトンネルの拡幅構造において、
前記シールドトンネルの前記トンネル覆工体と前記拡幅覆工体との接合部付近に当該接合部を支持するための補強梁を備える、
ことを特徴とするシールドトンネルの拡幅構造。
【請求項２】
補強梁はトンネル覆工体と拡幅覆工体との接合部と前記接合部付近の前記拡副覆工体の内面との間に架け渡されるストラットで、前記補強梁は前記接合部と前記内面との間に継手を介して設置され、前記継手は凹部を有する継手部材と凸部を有する継手部材とを備え、これら継手部材の一方が前記接合部及び前記内面にそれぞれ固定され、他方が前記補強梁の両端にそれぞれ固定されて、前記凹部と前記凸部の突き合わせ構造とする請求項１に記載のシールドトンネルの拡幅構造。
【請求項３】
補強梁と拡幅覆工体との間にプレロードを導入保持される請求項２に記載のシールドトンネルの拡幅構造。
【請求項４】
並行する複数のシールドトンネル間を当該各トンネルの内面を覆うトンネル覆工体の一部を撤去して切拡げ、前記各シールドトンネル間に前記トンネル覆工体に接合する拡幅覆工体を構築して、トンネル断面を拡幅するシールドトンネルの拡幅構造において、
前記各シールドトンネルの前記トンネル覆工体と前記拡幅覆工体との接合部付近に当該接合部を支持するための補強梁を備える、
ことを特徴とするシールドトンネルの拡幅構造。
【請求項５】
補強梁はトンネル覆工体と拡幅覆工体との接合部と前記接合部付近の前記トンネル覆工体の内面との間に架け渡されるストラットで、前記補強梁は前記接合部と前記内面との間に継手を介して設置され、前記継手は凹部を有する継手部材と凸部を有する継手部材とを備え、これら継手部材の一方が前記接合部及び前記内面にそれぞれ固定され、他方が前記補強梁の両端にそれぞれ固定されて、前記凹部と前記凸部の突き合わせ構造とする請求項４に記載のシールドトンネルの拡幅構造。
【請求項６】
補強梁とトンネル覆工体との間にプレロードを導入保持される請求項５に記載のシールドトンネルの拡幅構造。
【請求項７】
シールドトンネルを当該トンネルの内面を覆うトンネル覆工体の一部を撤去して切拡げ、当該切拡げ部分に前記トンネル覆工体に接合する拡幅覆工体を構築して、トンネル断面を拡幅するシールドトンネルの施工方法において、
前記シールドトンネルの前記トンネル覆工体と前記拡幅覆工体との接合部付近に当該接合部を支持するための補強梁を設置する、
ことを特徴とするシールドトンネルの施工方法。
【請求項８】
並行する複数のシールドトンネル間を当該各トンネルの内面を覆うトンネル覆工体の一部を撤去して切拡げ、前記各シールドトンネル間に前記トンネル覆工体に接合する拡幅覆工体を構築し、トンネル断面を拡幅するシールドトンネルの拡幅方法において、
前記各シールドトンネルの前記トンネル覆工体と前記拡幅覆工体との接合部付近に当該接合部を支持するための補強梁を設置する、
ことを特徴とするシールドトンネルの施工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２４１６３７（Ｐ２０１１−２４１６３７Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１６０９４（Ｐ２０１０−１１６０９４）
【出願日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２１年１１月２６日に社団法人 土木学会がトンネル工学報告集第１９巻を発行
【出願人】（５０５３８９６９５）首都高速道路株式会社 (47)
【出願人】（３０３０５７３６５）株式会社間組 (138)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２１年１１月２６日に社団法人 土木学会がトンネル工学報告集第１９巻を発行
【出願人】（５０５３８９６９５）首都高速道路株式会社 (47)
【出願人】（３０３０５７３６５）株式会社間組 (138)
【Ｆターム（参考）】
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