シールドトンネルの拡幅部構造及び拡幅部構築方法
【課題】円形セグメントに対し拡幅断面の空間確保が確実で、施工が全て坑内から行え、止水作業が最小限でよい拡幅部覆工を実現する。
【解決手段】シールドトンネルの拡幅部構造であって、シールド機により掘進しながら覆工される円形セグメント１１と、その外側に覆工される拡幅部用の略矩形セグメント１４と、円形セグメント１１内から略矩形セグメント１４との隣接部分に貫通する開口部１１ａ・１４ａに挿入して略矩形セグメント１４内に張出される略コ形セグメント１７とを備える。略矩形セグメント１４及び略コ形セグメント１７を、開口部１１ａ・１４ａの周囲部分で連結する固定金具１８と、円形セグメント１１に対し開口部１１ａ・１４ａの周囲部分に固定するボルト・ナット２１・２２を備える。略矩形セグメント１４内で略コ形セグメント１７の外側に注入された充填材１９層を備える。
【解決手段】シールドトンネルの拡幅部構造であって、シールド機により掘進しながら覆工される円形セグメント１１と、その外側に覆工される拡幅部用の略矩形セグメント１４と、円形セグメント１１内から略矩形セグメント１４との隣接部分に貫通する開口部１１ａ・１４ａに挿入して略矩形セグメント１４内に張出される略コ形セグメント１７とを備える。略矩形セグメント１４及び略コ形セグメント１７を、開口部１１ａ・１４ａの周囲部分で連結する固定金具１８と、円形セグメント１１に対し開口部１１ａ・１４ａの周囲部分に固定するボルト・ナット２１・２２を備える。略矩形セグメント１４内で略コ形セグメント１７の外側に注入された充填材１９層を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路トンネルにおける非常駐車帯などの拡幅部を備えるシールドトンネルの拡幅部構造と、その拡幅部構造を得るための構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は先に、シールド機により掘進しながら円形セグメントを覆工するシールドトンネルの施工において、円形セグメントを覆工するとともに、シールド機の本体側面から拡幅用カッタを突出させて拡幅部を掘進しながら拡幅部セグメントを覆工する拡幅部構築方法を提案した（特許文献１参照）。
特許文献１において、拡幅部セグメントは、図面（図４及び図５参照）中の符号を併記すれば、水平形状の上下辺部と円弧形状の内外周辺部による略矩形セグメント１４である。この略矩形セグメント１４がトンネル本線の円形セグメント１１の横に僅かに離れて形成される。このため、円形セグメント１１と拡幅部用の略矩形セグメント１４を接合する必要があり、その接合に先立ち、円形セグメント１１と略矩形セグメント１４との隣接部分の地盤を薬液注入や凍結等により強化しておく。そして、重なり合うセグメントを取り除くとともに、場所打ちコンリート１５を施工して、標準部トンネル覆工の横に拡幅部トンネル覆工、すなわち、非常駐車帯覆工を接合する。
【特許文献１】特開２００５−４８４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前述のように、特許文献１の拡幅部構築方法では、円形セグメントと略矩形セグメントとの接合に先立ち、円形セグメントと略矩形セグメントとの隣接部分の地盤を薬液注入や凍結等により強化しておく前工程を必要としていた。
しかし、円形セグメントと略矩形セグメントとの隣接部分において、地盤を薬液注入や凍結等により強化する工事は、セグメント外部での難しくて危険を伴う作業となる。
【０００４】
本発明の課題は、円形セグメントに対し拡幅断面の空間確保が確実で、施工が全て坑内から行え、止水作業が最小限でよい拡幅部覆工を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、シールドトンネルの拡幅部構造であって、例えば図５に示すように、シールド機により掘進しながら覆工される円形セグメント１１と、この円形セグメント１１の外側に覆工される拡幅部用の略矩形セグメント１４と、前記円形セグメント１１内から前記略矩形セグメント１４との隣接部分に貫通する開口部１１ａ・１４ａに挿入して前記略矩形セグメント１４内に張出される略コ形セグメント１７とを備えることを特徴とする。
【０００６】
このように、円形セグメント内から略コ形セグメントを開口部に挿入して略矩形セグメント内に張出した構造であり、略矩形セグメントを先に設置するので、拡幅断面の空間確保が確実に行え、しかも、施工が全て坑内から行えて、止水作業が最小限でよい。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のシールドトンネルの拡幅部構造であって、例えば図５に示すように、前記略矩形セグメント１４及び略コ形セグメント１７は、前記円形セグメント１１に対し前記開口部１１ａ・１４ａの周囲部分に固定（ボルト・ナット２１・２２参照）されていることを特徴とする。
【０００８】
このように、略矩形セグメント及びその内部に張出した略コ形セグメントを円形セグメントに対し開口部の周囲部分に固定した構造なので、略矩形セグメントを外殻としてその内側に略コ形セグメントを備える堅牢な拡幅部覆工を実現できる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のシールドトンネルの拡幅部構造であって、例えば図５に示すように、前記円形セグメント１１及び略コ形セグメント１７を前記開口部１１ａ・１４ａの周囲部分で連結する固定金具１８を備えることを特徴とする。
【００１０】
このように、円形セグメント及び略コ形セグメントを開口部の周囲部分で連結する固定金具を備えた構造なので、円形セグメントに略コ形セグメントを開口部の周辺部分で強固に連結できる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載のシールドトンネルの拡幅部構造であって、例えば図５に示すように、前記略矩形セグメント１４内で前記略コ形セグメント１７の外側に注入された充填材１９層を備えることを特徴とする。
【００１２】
このように、略矩形セグメント内で略コ形セグメントの外側に注入された充填材層を備えた構造なので、外殻をなす略矩形セグメント内の空洞を埋めて拡幅部覆工を強固にできる。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、例えば図５に示すように、シールド機により掘進しながら円形セグメント１１を覆工するとともに、その円形セグメント１１の外側に拡幅部用の略矩形セグメント１４を覆工するシールドトンネルの拡幅部構築方法であって、円形セグメント１１と略矩形セグメント１４との隣接部分に貫通する開口部１１ａ・１４ａを形成する工程と、円形セグメント１１内から略コ形セグメント１７を前記開口部１１ａ・１４ａに挿入して略矩形セグメント１４内に張出す工程と、前記略コ形セグメント１７を円形セグメント１１に対し前記開口部１１ａの周囲部分に固定（固定金具１８及びボルト・ナット２２参照）する工程とを有することを特徴とする。
【００１４】
このように、円形セグメントと略矩形セグメントとの隣接部分に貫通する開口部を形成し、円形セグメント内から略コ形セグメントを開口部に挿入して略矩形セグメント内に張出すものであり、略矩形セグメントを先に設置するので、拡幅断面の空間確保が確実に行え、しかも、施工が全て坑内から行えて、止水作業が最小限でよい。
そして、略コ形セグメントを円形セグメントに対し開口部の周囲部分に固定することで、略矩形セグメントを外殻としてその内側に略コ形セグメントを備える堅牢な拡幅部覆工を実現できる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のシールドトンネルの拡幅部構築方法であって、例えば図５に示すように、前記開口部１１ａ・１４ａを形成する工程に先立ち、円形セグメント１１と略矩形セグメント１４との隣接部分の地盤に止水材１６を注入する工程を有することを特徴とする。
【００１６】
このように、開口部の形成に先立ち、円形セグメントと略矩形セグメントとの隣接部分の地盤に止水材を注入することで、開口部を形成する際において、地中からの水漏れを防止できる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載のシールドトンネルの拡幅部構築方法であって、例えば図５に示すように、前記略コ形セグメント１７を円形セグメント１１に固定する工程の後に、略矩形セグメント１４内で略コ形セグメント１７の外側に充填材１９を注入する工程を有することを特徴とする。
【００１８】
このように、略コ形セグメントを円形セグメントに固定した後に、略矩形セグメント内で略コ形セグメントの外側に充填材を注入することで、外殻をなす略矩形セグメント内の空洞を埋めて拡幅部覆工を強固にできる。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のシールドトンネルの拡幅部構築方法であって、例えば図５に示すように、前記充填材２２を注入する工程の前に、円形セグメント１１と略矩形セグメント１４とを前記開口部１１ａ・１４ａの周囲部分で連結（ボルト・ナット２１参照）する工程を有することを特徴とする。
【００２０】
このように、充填材を注入する前に、円形セグメントと略矩形セグメントとを開口部の周囲部分で連結しておくことで、予め円形セグメントに固定した状態で略コ形セグメントに対し外殻をなす略矩形セグメントの空洞部に充填材を確実に充填できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、円形セグメント内から略コ形セグメントを開口部に挿入して略矩形セグメント内に張出した構造であり、略矩形セグメントを先に設置することによって、拡幅断面の空間確保が確実に行え、しかも、施工が全て坑内から行えて、止水作業が最小限でよいものとなる。
そして、略コ形セグメントを円形セグメントに対し開口部の周囲部分に固定することによって、略矩形セグメントを外殻としてその内側に略コ形セグメントを備える堅牢な拡幅部覆工を実現できる。従って、難しくて危険を伴う地盤強化工事が最小限となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、シールド機は、前面に回転式等のカッタ１を備える前胴２と、この前胴２から分離動作可能な後胴３と、この後胴３内に格納可能で前胴２の後端部に連結された中胴４とにより本体が構成されている。後胴３は、前胴２の後端部に連結動作可能で且つ中胴４の後端部にも連結動作可能である。
【００２３】
そして、中胴４には、外側方へ突出動作可能な拡幅用カッタ５及び拡幅部スキンプレート６が格納されている。拡幅用カッタ５は、例えば揺動式のもので、中胴４から外側への突出状態において略矩形をなしている。
図３に示すように、中胴４には、左右一対の拡幅用カッタ５及び拡幅部スキンプレート６が格納されていて、中央に隔壁７が設けられている。拡幅用カッタ５は、隔壁７に図示例では平行ジャッキによるカッタ拡幅動作機構８を介して突出格納動作可能に組み付けられている。拡幅用カッタ５の後側の拡幅部スキンプレート６も、隔壁７に図示例では平行ジャッキによるスキンプレート拡幅動作機構９を介して突出格納動作可能に組み付けられている。
【００２４】
次に、以上のシールド機によるトンネルの拡幅部構築手順を説明する。
図１（ａ）は通常掘進を示しており、図示のように、前胴１に後胴３を連結した状態として、前胴１前面のカッタ１によりトンネルを掘進していくとともに、後胴３の内部後端にて後側にセグメントを組み立てて円形セグメント１１を覆工していく。
そして、非常駐車帯を施工する開始地点に近付くと、前胴１から後胴３を分離して、図１（ｂ）に示すように、前胴１の前進により中胴５を露出させ始める。
続いて、カッタ拡幅動作機構８を作動させて、図１（ｃ）に示すように、中胴４から外側方に拡幅用カッタ５を突出動作させて張出すとともに、拡幅用カッタ５の例えば揺動駆動により拡幅部掘削を開始する。
【００２５】
そして、図１（ｄ）に示すように、拡幅部掘削による空洞部１２に充填材１３を注入していく。この充填材１３の注入は、中胴４が後胴３から前進してスキンプレート６の略全長が露出状態となった時点で終了する。
中胴４の後端部に後胴３が連結状態となった時点で、スキンプレート拡幅動作機構９を作動させて、図１（ｅ）に示すように、中胴４から外側方に拡幅部スキンプレート６を突出動作させて張出す。このとき、空洞部１２に注入された充填材１３を図示しない取込孔等により拡幅部スキンプレート６内に取り込んでいく。
【００２６】
その後、図２（ａ）に示すように、拡幅用カッタ５で拡幅部を掘進していくとともに、拡幅部スキンプレート６の後側に拡幅部セグメント１４を組み立てて覆工していく。
ここで、拡幅部セグメント１４は、図４に示したように、水平形状の上下辺部と円弧形状の内外周辺部による略矩形セグメント１４である。この略矩形セグメント１４は、トンネル本線のセグメントを組み立てた覆工による円形セグメント１１の横に僅かに離れて形成される。
以上の拡幅部掘削覆工は所定区間、すなわち、非常駐車帯の設計長に到達するまで継続して行われる。
【００２７】
そして、非常駐車帯の設計長に到達した時点で、カッタ拡幅動作機構８及びスキンプレート拡幅動作機構９を同時に動作させて、図２（ｂ）に示すように、拡幅用カッタ５及び拡幅部スキンプレート６を中胴４に格納する。
続いて、後胴３をシールドジャッキにより前進させて、図２（ｃ）に示すように、中胴４を格納するとともに、前胴２に後胴３を連結する。
その後、図２（ｄ）に示すように、通常の掘進覆工を行っていく。
再び非常駐車帯施工区間になったら、前述と同様の拡幅部掘削覆工を行う。
【００２８】
このように、シールドトンネルの掘進覆工と並行して非常駐車帯用の拡幅部掘削覆工を行うため、拡大シールド工法と比較して、工期を短縮できるとともに、必要部のみの拡幅部掘削覆工で良いため、コストダウンを達成できる。
また、シールド工法のため、ＮＡＴＭ工法によるトンネルの切り拡げのような地下水位を低下させる手段を講じる必要がない。
さらに、必要部のみの拡幅部覆工のため、発生土量が少なく、環境負荷を低減できる。
【００２９】
そして、シールド機としては、中胴４に拡幅用カッタ５及びカッタ拡幅動作機構８を組み込んだため、ＥＳ−Ｔｕｂｅ工法の如く前面カッタ部分に伸縮カッタ機構を組み込む必要がなく、クレセント工法の如く球体に内蔵したカッタ装置を前胴部分に組み込む必要もないといった利点が得られる。
【００３０】
図５は本発明による円形セグメント１１と拡幅部セグメント、すなわち、略矩形セグメント１４の接合後を示したものである。
まず、前工程として、円形セグメント１１の内部において、拡幅部用の略矩形セグメント１４に対応して支保工１５を建てておく。この支保工１５は、後述する開口部１１ａが形成されることによる円形セグメント１１の変形防止を目的として施工する。
【００３１】
そして、第１工程で、円形セグメント１１と略矩形セグメント１４との隣接部分の地盤に止水材１６を注入する。
すなわち、円形セグメント１１内において、予めその円形セグメント１１の側壁部の上下及び前後の部分に穿孔してその孔（図略）から止水材１６を地盤に注入することで、略矩形セグメント１４との隣接部分の周囲の地盤に、図示のように止水材１６層を形成しておく。
【００３２】
次の第２工程では、円形セグメント１１及び略矩形セグメント１４の隣接部分に相当するセグメントを撤去して開口部１１ａ・１４ａを貫通させて形成する。
すなわち、円形セグメント１１内において、円形セグメント１１の側壁部のセグメントピースをピースごと外すことで、図示のように貫通する開口部１１ａを形成し、続いて、略矩形セグメント１４の内壁部のセグメントピースをピースごと外すことで、図示のように貫通する開口部１４ａを形成する。これによりセグメントピースの再利用が可能となる。
なお、セグメントの開口部１１ａ・１４ａに該当する部分を例えばはつっても良い。
こうして貫通する開口部１１ａ・１４ａの形成により、円形セグメント１１内から略矩形セグメント１４内への行き来が可能となる。
【００３３】
次の第３工程では、円形セグメント１１及び略矩形セグメント１４を開口部１１ａ・１４ａの周囲部分で連結する。
すなわち、開口部１１ａ・１４ａの周囲部分において、予め円形セグメント１１の外壁部と略矩形セグメント１４の内壁部を穿孔してその孔（図略）に貫通するボルト・ナット２１の締結により連結する。そのボルト・ナット２１の締め付けは略矩形セグメント１４内からも行える。
【００３４】
次の第４工程では、円形セグメント１１内から略コ形セグメント１７を開口部１１ａ・１４ａに挿入して略矩形セグメント１４内に張出す。
すなわち、予め円形セグメント１１内に略コ形セグメント１７を搬送しておき、この略コ形セグメント１７を開口部１１ａ・１４ａに挿入して略矩形セグメント１４内に図示のように張出させておく。この略コ形セグメント１７は、上下の内側突出部１７ａの内端面に予めボルト締込孔（図略）が加工され（またはスタッドボルトが備えられ）ている。
【００３５】
次の第５工程では、略コ形セグメント１７を円形セグメント１１に対し開口部１１ａの周囲部分に固定する。
すなわち、予め円形セグメント１１の側壁部の開口部１１ａ周囲を穿孔しておき、その円形セグメント１１の開口部１１ａ周囲の内周面と略コ形セグメント１７の上下の内側突出部１７ａの内端面とに渡り、図示のように固定金具１８を当てておく。
そして、固定金具１８の取付孔と円形セグメント１１の側壁部の開口部１１ａ周囲の孔（図略）に貫通するボルト・ナット２２を締結するとともに、固定金具１８の取付孔と略コ形セグメント１７の上下の内側突出部１７ａの内端面のボルト締込孔に貫通するボルト・ナット２２を締結する。これにより、略コ形セグメント１７が円形セグメント１１の側壁部に対し開口部１１ａの周囲部分で固定金具１８及びボルト・ナット２１により強固に固定される。
【００３６】
次の第６工程では、略矩形セグメント１４内で略コ形セグメント１７の外側に充填材１９を注入する。
すなわち、予め略コ形セグメント１７を穿孔してその孔（図略）から充填材（例えばグラウト等）１９を略矩形セグメント１４内の空洞に注入する。この充填材１９の注入は、略矩形セグメント１４内の略コ形セグメント１７外側の空洞が充填材１９で満たされるまで行われる。
【００３７】
そして、後工程において、支保工１５を解体・撤去する。
以上により、標準部トンネル覆工の横に拡幅部トンネル覆工、すなわち、非常駐車帯覆工を接合する。
【００３８】
以上のように、円形セグメント１１内及び略矩形セグメント１４内から安全に拡幅部を施工できる。すなわち、円形セグメント１１内から略コ形セグメント１７を開口部１１ａ・１４ａに挿入して略矩形セグメント１４内に張出した構造であり、略矩形セグメント１４を先に設置するため、拡幅断面の空間確保が確実で、施工が全て坑内から行え、止水作業が最小限でよい。
しかも、円形セグメント１１内から隣接部分に貫通する開口部１１ａ・１４ａに挿入して略矩形セグメント１４内に略コ形セグメント１７が張出した構造のため、略矩形セグメント１４を外殻としてその内側に略コ形セグメント１７を備える堅牢な拡幅部覆工となっている。
そして、前記円形セグメント１１及び略コ形セグメント１７を前記開口部１１ａ・１４ａの周囲部分で連結する固定金具１８を備え、さらに、略矩形セグメント１４内で略コ形セグメント１７の外側に注入された充填材１９層を備える構造のため、略矩形セグメント１４を外殻としてその内側に備える略コ形セグメント１７の円形セグメント１１に対する固定金具１８、略コ形セグメント１７外側の充填材１９層を備えたより堅牢な拡幅部覆工となっている。
【００３９】
なお、以上の実施形態においては、円形セグメントの側方に略矩形セグメント及び略コ形セグメントによる拡幅部を施工したが、本発明はこれに限定されるものではなく、円形セグメントの上方や下方等に拡幅部を施工しても良く、要は円形セグメントの外側に施工する拡幅部であれば良い。
また、拡幅動作機構などシールド機の具体的な構成等についても適宜に変更可能であることは勿論である。例えば、前胴に中胴を格納したり、前胴及び中胴の中間に中胴を格納するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明を適用した一実施形態を示すもので、シールド機による通常掘進（ａ）、中胴露出（ｂ）、拡幅用カッタ張出し（ｃ）、拡幅部掘削（ｄ）、拡幅部スキンプレート張出し（ｅ）を工程順に示した概略斜視図である。
【図２】図１に続いて、拡幅部掘進覆工（ａ）、拡幅用カッタ及び拡幅部スキンプレート格納（ｂ）、後胴前進（ｃ）、通常掘進（ｄ）を工程順に示した概略斜視図である。
【図３】拡幅用カッタ及び拡幅部スキンプレートとその拡幅動作機構を示すもので、格納状態（ａ）と張出し状態（ｂ）を示した縦断正面図である。
【図４】接合前の円形セグメントと拡幅部セグメント（略矩形セグメント）の関係を示した概略正面図である。
【図５】本発明による円形セグメントと拡幅部セグメント（略矩形セグメント）及び張出しセグメント（略コ形セグメント）の接合後を示した概略正面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ カッタ
２ 前胴
３ 後胴
４ 中胴
５ 拡幅用カッタ
６ 拡幅部スキンプレート
７ 隔壁
８ カッタ拡幅動作機構
９ スキンプレート拡幅動作機構
１１ 円形セグメント
１１ａ 開口部
１２ 空洞部
１３ 充填材
１４ 拡幅部セグメント（略矩形セグメント）
１４ａ 開口部
１５ 支保工
１６ 止水材
１７ 張出しセグメント（略コ形セグメント）
１８ 固定金具
１９ 充填材
２１ ボルト・ナット
２２ ボルト・ナット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路トンネルにおける非常駐車帯などの拡幅部を備えるシールドトンネルの拡幅部構造と、その拡幅部構造を得るための構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は先に、シールド機により掘進しながら円形セグメントを覆工するシールドトンネルの施工において、円形セグメントを覆工するとともに、シールド機の本体側面から拡幅用カッタを突出させて拡幅部を掘進しながら拡幅部セグメントを覆工する拡幅部構築方法を提案した（特許文献１参照）。
特許文献１において、拡幅部セグメントは、図面（図４及び図５参照）中の符号を併記すれば、水平形状の上下辺部と円弧形状の内外周辺部による略矩形セグメント１４である。この略矩形セグメント１４がトンネル本線の円形セグメント１１の横に僅かに離れて形成される。このため、円形セグメント１１と拡幅部用の略矩形セグメント１４を接合する必要があり、その接合に先立ち、円形セグメント１１と略矩形セグメント１４との隣接部分の地盤を薬液注入や凍結等により強化しておく。そして、重なり合うセグメントを取り除くとともに、場所打ちコンリート１５を施工して、標準部トンネル覆工の横に拡幅部トンネル覆工、すなわち、非常駐車帯覆工を接合する。
【特許文献１】特開２００５−４８４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前述のように、特許文献１の拡幅部構築方法では、円形セグメントと略矩形セグメントとの接合に先立ち、円形セグメントと略矩形セグメントとの隣接部分の地盤を薬液注入や凍結等により強化しておく前工程を必要としていた。
しかし、円形セグメントと略矩形セグメントとの隣接部分において、地盤を薬液注入や凍結等により強化する工事は、セグメント外部での難しくて危険を伴う作業となる。
【０００４】
本発明の課題は、円形セグメントに対し拡幅断面の空間確保が確実で、施工が全て坑内から行え、止水作業が最小限でよい拡幅部覆工を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、シールドトンネルの拡幅部構造であって、例えば図５に示すように、シールド機により掘進しながら覆工される円形セグメント１１と、この円形セグメント１１の外側に覆工される拡幅部用の略矩形セグメント１４と、前記円形セグメント１１内から前記略矩形セグメント１４との隣接部分に貫通する開口部１１ａ・１４ａに挿入して前記略矩形セグメント１４内に張出される略コ形セグメント１７とを備えることを特徴とする。
【０００６】
このように、円形セグメント内から略コ形セグメントを開口部に挿入して略矩形セグメント内に張出した構造であり、略矩形セグメントを先に設置するので、拡幅断面の空間確保が確実に行え、しかも、施工が全て坑内から行えて、止水作業が最小限でよい。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のシールドトンネルの拡幅部構造であって、例えば図５に示すように、前記略矩形セグメント１４及び略コ形セグメント１７は、前記円形セグメント１１に対し前記開口部１１ａ・１４ａの周囲部分に固定（ボルト・ナット２１・２２参照）されていることを特徴とする。
【０００８】
このように、略矩形セグメント及びその内部に張出した略コ形セグメントを円形セグメントに対し開口部の周囲部分に固定した構造なので、略矩形セグメントを外殻としてその内側に略コ形セグメントを備える堅牢な拡幅部覆工を実現できる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のシールドトンネルの拡幅部構造であって、例えば図５に示すように、前記円形セグメント１１及び略コ形セグメント１７を前記開口部１１ａ・１４ａの周囲部分で連結する固定金具１８を備えることを特徴とする。
【００１０】
このように、円形セグメント及び略コ形セグメントを開口部の周囲部分で連結する固定金具を備えた構造なので、円形セグメントに略コ形セグメントを開口部の周辺部分で強固に連結できる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載のシールドトンネルの拡幅部構造であって、例えば図５に示すように、前記略矩形セグメント１４内で前記略コ形セグメント１７の外側に注入された充填材１９層を備えることを特徴とする。
【００１２】
このように、略矩形セグメント内で略コ形セグメントの外側に注入された充填材層を備えた構造なので、外殻をなす略矩形セグメント内の空洞を埋めて拡幅部覆工を強固にできる。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、例えば図５に示すように、シールド機により掘進しながら円形セグメント１１を覆工するとともに、その円形セグメント１１の外側に拡幅部用の略矩形セグメント１４を覆工するシールドトンネルの拡幅部構築方法であって、円形セグメント１１と略矩形セグメント１４との隣接部分に貫通する開口部１１ａ・１４ａを形成する工程と、円形セグメント１１内から略コ形セグメント１７を前記開口部１１ａ・１４ａに挿入して略矩形セグメント１４内に張出す工程と、前記略コ形セグメント１７を円形セグメント１１に対し前記開口部１１ａの周囲部分に固定（固定金具１８及びボルト・ナット２２参照）する工程とを有することを特徴とする。
【００１４】
このように、円形セグメントと略矩形セグメントとの隣接部分に貫通する開口部を形成し、円形セグメント内から略コ形セグメントを開口部に挿入して略矩形セグメント内に張出すものであり、略矩形セグメントを先に設置するので、拡幅断面の空間確保が確実に行え、しかも、施工が全て坑内から行えて、止水作業が最小限でよい。
そして、略コ形セグメントを円形セグメントに対し開口部の周囲部分に固定することで、略矩形セグメントを外殻としてその内側に略コ形セグメントを備える堅牢な拡幅部覆工を実現できる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のシールドトンネルの拡幅部構築方法であって、例えば図５に示すように、前記開口部１１ａ・１４ａを形成する工程に先立ち、円形セグメント１１と略矩形セグメント１４との隣接部分の地盤に止水材１６を注入する工程を有することを特徴とする。
【００１６】
このように、開口部の形成に先立ち、円形セグメントと略矩形セグメントとの隣接部分の地盤に止水材を注入することで、開口部を形成する際において、地中からの水漏れを防止できる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載のシールドトンネルの拡幅部構築方法であって、例えば図５に示すように、前記略コ形セグメント１７を円形セグメント１１に固定する工程の後に、略矩形セグメント１４内で略コ形セグメント１７の外側に充填材１９を注入する工程を有することを特徴とする。
【００１８】
このように、略コ形セグメントを円形セグメントに固定した後に、略矩形セグメント内で略コ形セグメントの外側に充填材を注入することで、外殻をなす略矩形セグメント内の空洞を埋めて拡幅部覆工を強固にできる。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のシールドトンネルの拡幅部構築方法であって、例えば図５に示すように、前記充填材２２を注入する工程の前に、円形セグメント１１と略矩形セグメント１４とを前記開口部１１ａ・１４ａの周囲部分で連結（ボルト・ナット２１参照）する工程を有することを特徴とする。
【００２０】
このように、充填材を注入する前に、円形セグメントと略矩形セグメントとを開口部の周囲部分で連結しておくことで、予め円形セグメントに固定した状態で略コ形セグメントに対し外殻をなす略矩形セグメントの空洞部に充填材を確実に充填できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、円形セグメント内から略コ形セグメントを開口部に挿入して略矩形セグメント内に張出した構造であり、略矩形セグメントを先に設置することによって、拡幅断面の空間確保が確実に行え、しかも、施工が全て坑内から行えて、止水作業が最小限でよいものとなる。
そして、略コ形セグメントを円形セグメントに対し開口部の周囲部分に固定することによって、略矩形セグメントを外殻としてその内側に略コ形セグメントを備える堅牢な拡幅部覆工を実現できる。従って、難しくて危険を伴う地盤強化工事が最小限となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、シールド機は、前面に回転式等のカッタ１を備える前胴２と、この前胴２から分離動作可能な後胴３と、この後胴３内に格納可能で前胴２の後端部に連結された中胴４とにより本体が構成されている。後胴３は、前胴２の後端部に連結動作可能で且つ中胴４の後端部にも連結動作可能である。
【００２３】
そして、中胴４には、外側方へ突出動作可能な拡幅用カッタ５及び拡幅部スキンプレート６が格納されている。拡幅用カッタ５は、例えば揺動式のもので、中胴４から外側への突出状態において略矩形をなしている。
図３に示すように、中胴４には、左右一対の拡幅用カッタ５及び拡幅部スキンプレート６が格納されていて、中央に隔壁７が設けられている。拡幅用カッタ５は、隔壁７に図示例では平行ジャッキによるカッタ拡幅動作機構８を介して突出格納動作可能に組み付けられている。拡幅用カッタ５の後側の拡幅部スキンプレート６も、隔壁７に図示例では平行ジャッキによるスキンプレート拡幅動作機構９を介して突出格納動作可能に組み付けられている。
【００２４】
次に、以上のシールド機によるトンネルの拡幅部構築手順を説明する。
図１（ａ）は通常掘進を示しており、図示のように、前胴１に後胴３を連結した状態として、前胴１前面のカッタ１によりトンネルを掘進していくとともに、後胴３の内部後端にて後側にセグメントを組み立てて円形セグメント１１を覆工していく。
そして、非常駐車帯を施工する開始地点に近付くと、前胴１から後胴３を分離して、図１（ｂ）に示すように、前胴１の前進により中胴５を露出させ始める。
続いて、カッタ拡幅動作機構８を作動させて、図１（ｃ）に示すように、中胴４から外側方に拡幅用カッタ５を突出動作させて張出すとともに、拡幅用カッタ５の例えば揺動駆動により拡幅部掘削を開始する。
【００２５】
そして、図１（ｄ）に示すように、拡幅部掘削による空洞部１２に充填材１３を注入していく。この充填材１３の注入は、中胴４が後胴３から前進してスキンプレート６の略全長が露出状態となった時点で終了する。
中胴４の後端部に後胴３が連結状態となった時点で、スキンプレート拡幅動作機構９を作動させて、図１（ｅ）に示すように、中胴４から外側方に拡幅部スキンプレート６を突出動作させて張出す。このとき、空洞部１２に注入された充填材１３を図示しない取込孔等により拡幅部スキンプレート６内に取り込んでいく。
【００２６】
その後、図２（ａ）に示すように、拡幅用カッタ５で拡幅部を掘進していくとともに、拡幅部スキンプレート６の後側に拡幅部セグメント１４を組み立てて覆工していく。
ここで、拡幅部セグメント１４は、図４に示したように、水平形状の上下辺部と円弧形状の内外周辺部による略矩形セグメント１４である。この略矩形セグメント１４は、トンネル本線のセグメントを組み立てた覆工による円形セグメント１１の横に僅かに離れて形成される。
以上の拡幅部掘削覆工は所定区間、すなわち、非常駐車帯の設計長に到達するまで継続して行われる。
【００２７】
そして、非常駐車帯の設計長に到達した時点で、カッタ拡幅動作機構８及びスキンプレート拡幅動作機構９を同時に動作させて、図２（ｂ）に示すように、拡幅用カッタ５及び拡幅部スキンプレート６を中胴４に格納する。
続いて、後胴３をシールドジャッキにより前進させて、図２（ｃ）に示すように、中胴４を格納するとともに、前胴２に後胴３を連結する。
その後、図２（ｄ）に示すように、通常の掘進覆工を行っていく。
再び非常駐車帯施工区間になったら、前述と同様の拡幅部掘削覆工を行う。
【００２８】
このように、シールドトンネルの掘進覆工と並行して非常駐車帯用の拡幅部掘削覆工を行うため、拡大シールド工法と比較して、工期を短縮できるとともに、必要部のみの拡幅部掘削覆工で良いため、コストダウンを達成できる。
また、シールド工法のため、ＮＡＴＭ工法によるトンネルの切り拡げのような地下水位を低下させる手段を講じる必要がない。
さらに、必要部のみの拡幅部覆工のため、発生土量が少なく、環境負荷を低減できる。
【００２９】
そして、シールド機としては、中胴４に拡幅用カッタ５及びカッタ拡幅動作機構８を組み込んだため、ＥＳ−Ｔｕｂｅ工法の如く前面カッタ部分に伸縮カッタ機構を組み込む必要がなく、クレセント工法の如く球体に内蔵したカッタ装置を前胴部分に組み込む必要もないといった利点が得られる。
【００３０】
図５は本発明による円形セグメント１１と拡幅部セグメント、すなわち、略矩形セグメント１４の接合後を示したものである。
まず、前工程として、円形セグメント１１の内部において、拡幅部用の略矩形セグメント１４に対応して支保工１５を建てておく。この支保工１５は、後述する開口部１１ａが形成されることによる円形セグメント１１の変形防止を目的として施工する。
【００３１】
そして、第１工程で、円形セグメント１１と略矩形セグメント１４との隣接部分の地盤に止水材１６を注入する。
すなわち、円形セグメント１１内において、予めその円形セグメント１１の側壁部の上下及び前後の部分に穿孔してその孔（図略）から止水材１６を地盤に注入することで、略矩形セグメント１４との隣接部分の周囲の地盤に、図示のように止水材１６層を形成しておく。
【００３２】
次の第２工程では、円形セグメント１１及び略矩形セグメント１４の隣接部分に相当するセグメントを撤去して開口部１１ａ・１４ａを貫通させて形成する。
すなわち、円形セグメント１１内において、円形セグメント１１の側壁部のセグメントピースをピースごと外すことで、図示のように貫通する開口部１１ａを形成し、続いて、略矩形セグメント１４の内壁部のセグメントピースをピースごと外すことで、図示のように貫通する開口部１４ａを形成する。これによりセグメントピースの再利用が可能となる。
なお、セグメントの開口部１１ａ・１４ａに該当する部分を例えばはつっても良い。
こうして貫通する開口部１１ａ・１４ａの形成により、円形セグメント１１内から略矩形セグメント１４内への行き来が可能となる。
【００３３】
次の第３工程では、円形セグメント１１及び略矩形セグメント１４を開口部１１ａ・１４ａの周囲部分で連結する。
すなわち、開口部１１ａ・１４ａの周囲部分において、予め円形セグメント１１の外壁部と略矩形セグメント１４の内壁部を穿孔してその孔（図略）に貫通するボルト・ナット２１の締結により連結する。そのボルト・ナット２１の締め付けは略矩形セグメント１４内からも行える。
【００３４】
次の第４工程では、円形セグメント１１内から略コ形セグメント１７を開口部１１ａ・１４ａに挿入して略矩形セグメント１４内に張出す。
すなわち、予め円形セグメント１１内に略コ形セグメント１７を搬送しておき、この略コ形セグメント１７を開口部１１ａ・１４ａに挿入して略矩形セグメント１４内に図示のように張出させておく。この略コ形セグメント１７は、上下の内側突出部１７ａの内端面に予めボルト締込孔（図略）が加工され（またはスタッドボルトが備えられ）ている。
【００３５】
次の第５工程では、略コ形セグメント１７を円形セグメント１１に対し開口部１１ａの周囲部分に固定する。
すなわち、予め円形セグメント１１の側壁部の開口部１１ａ周囲を穿孔しておき、その円形セグメント１１の開口部１１ａ周囲の内周面と略コ形セグメント１７の上下の内側突出部１７ａの内端面とに渡り、図示のように固定金具１８を当てておく。
そして、固定金具１８の取付孔と円形セグメント１１の側壁部の開口部１１ａ周囲の孔（図略）に貫通するボルト・ナット２２を締結するとともに、固定金具１８の取付孔と略コ形セグメント１７の上下の内側突出部１７ａの内端面のボルト締込孔に貫通するボルト・ナット２２を締結する。これにより、略コ形セグメント１７が円形セグメント１１の側壁部に対し開口部１１ａの周囲部分で固定金具１８及びボルト・ナット２１により強固に固定される。
【００３６】
次の第６工程では、略矩形セグメント１４内で略コ形セグメント１７の外側に充填材１９を注入する。
すなわち、予め略コ形セグメント１７を穿孔してその孔（図略）から充填材（例えばグラウト等）１９を略矩形セグメント１４内の空洞に注入する。この充填材１９の注入は、略矩形セグメント１４内の略コ形セグメント１７外側の空洞が充填材１９で満たされるまで行われる。
【００３７】
そして、後工程において、支保工１５を解体・撤去する。
以上により、標準部トンネル覆工の横に拡幅部トンネル覆工、すなわち、非常駐車帯覆工を接合する。
【００３８】
以上のように、円形セグメント１１内及び略矩形セグメント１４内から安全に拡幅部を施工できる。すなわち、円形セグメント１１内から略コ形セグメント１７を開口部１１ａ・１４ａに挿入して略矩形セグメント１４内に張出した構造であり、略矩形セグメント１４を先に設置するため、拡幅断面の空間確保が確実で、施工が全て坑内から行え、止水作業が最小限でよい。
しかも、円形セグメント１１内から隣接部分に貫通する開口部１１ａ・１４ａに挿入して略矩形セグメント１４内に略コ形セグメント１７が張出した構造のため、略矩形セグメント１４を外殻としてその内側に略コ形セグメント１７を備える堅牢な拡幅部覆工となっている。
そして、前記円形セグメント１１及び略コ形セグメント１７を前記開口部１１ａ・１４ａの周囲部分で連結する固定金具１８を備え、さらに、略矩形セグメント１４内で略コ形セグメント１７の外側に注入された充填材１９層を備える構造のため、略矩形セグメント１４を外殻としてその内側に備える略コ形セグメント１７の円形セグメント１１に対する固定金具１８、略コ形セグメント１７外側の充填材１９層を備えたより堅牢な拡幅部覆工となっている。
【００３９】
なお、以上の実施形態においては、円形セグメントの側方に略矩形セグメント及び略コ形セグメントによる拡幅部を施工したが、本発明はこれに限定されるものではなく、円形セグメントの上方や下方等に拡幅部を施工しても良く、要は円形セグメントの外側に施工する拡幅部であれば良い。
また、拡幅動作機構などシールド機の具体的な構成等についても適宜に変更可能であることは勿論である。例えば、前胴に中胴を格納したり、前胴及び中胴の中間に中胴を格納するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明を適用した一実施形態を示すもので、シールド機による通常掘進（ａ）、中胴露出（ｂ）、拡幅用カッタ張出し（ｃ）、拡幅部掘削（ｄ）、拡幅部スキンプレート張出し（ｅ）を工程順に示した概略斜視図である。
【図２】図１に続いて、拡幅部掘進覆工（ａ）、拡幅用カッタ及び拡幅部スキンプレート格納（ｂ）、後胴前進（ｃ）、通常掘進（ｄ）を工程順に示した概略斜視図である。
【図３】拡幅用カッタ及び拡幅部スキンプレートとその拡幅動作機構を示すもので、格納状態（ａ）と張出し状態（ｂ）を示した縦断正面図である。
【図４】接合前の円形セグメントと拡幅部セグメント（略矩形セグメント）の関係を示した概略正面図である。
【図５】本発明による円形セグメントと拡幅部セグメント（略矩形セグメント）及び張出しセグメント（略コ形セグメント）の接合後を示した概略正面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ カッタ
２ 前胴
３ 後胴
４ 中胴
５ 拡幅用カッタ
６ 拡幅部スキンプレート
７ 隔壁
８ カッタ拡幅動作機構
９ スキンプレート拡幅動作機構
１１ 円形セグメント
１１ａ 開口部
１２ 空洞部
１３ 充填材
１４ 拡幅部セグメント（略矩形セグメント）
１４ａ 開口部
１５ 支保工
１６ 止水材
１７ 張出しセグメント（略コ形セグメント）
１８ 固定金具
１９ 充填材
２１ ボルト・ナット
２２ ボルト・ナット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド機により掘進しながら覆工される円形セグメントと、
この円形セグメントの外側に覆工される拡幅部用の略矩形セグメントと、
前記円形セグメント内から前記略矩形セグメントとの隣接部分に貫通する開口部に挿入して前記略矩形セグメント内に張出される略コ形セグメントとを備えることを特徴とするシールドトンネルの拡幅部構造。
【請求項２】
前記略矩形セグメント及び略コ形セグメントは、前記円形セグメントに対し前記開口部の周囲部分に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のシールドトンネルの拡幅部構造。
【請求項３】
前記円形セグメント及び略コ形セグメントを前記開口部の周囲部分で連結する固定金具を備えることを特徴とする請求項２に記載のシールドトンネルの拡幅部構造。
【請求項４】
前記略矩形セグメント内で前記略コ形セグメントの外側に注入された充填材層を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のシールドトンネルの拡幅部構造。
【請求項５】
シールド機により掘進しながら円形セグメントを覆工するとともに、その円形セグメントの外側に拡幅部用の略矩形セグメントを覆工するシールドトンネルの拡幅部構築方法であって、
円形セグメントと略矩形セグメントとの隣接部分に貫通する開口部を形成する工程と、
円形セグメント内から略コ形セグメントを前記開口部に挿入して略矩形セグメント内に張出す工程と、
前記略コ形セグメントを円形セグメントに対し前記開口部の周囲部分に固定する工程とを有することを特徴とするシールドトンネルの拡幅部構築方法。
【請求項６】
前記開口部を形成する工程に先立ち、円形セグメントと略矩形セグメントとの隣接部分の地盤に止水材を注入する工程を有することを特徴とする請求項５に記載のシールドトンネルの拡幅部構築方法。
【請求項７】
前記略コ形セグメントを円形セグメントに固定する工程の後に、略矩形セグメント内で略コ形セグメントの外側に充填材を注入する工程を有することを特徴とする請求項５または６に記載のシールドトンネルの拡幅部構築方法。
【請求項８】
前記充填材を注入する工程の前に、円形セグメントと略矩形セグメントとを前記開口部の周囲部分で連結する工程を有することを特徴とする請求項７に記載のシールドトンネルの拡幅部構築方法。
【請求項１】
シールド機により掘進しながら覆工される円形セグメントと、
この円形セグメントの外側に覆工される拡幅部用の略矩形セグメントと、
前記円形セグメント内から前記略矩形セグメントとの隣接部分に貫通する開口部に挿入して前記略矩形セグメント内に張出される略コ形セグメントとを備えることを特徴とするシールドトンネルの拡幅部構造。
【請求項２】
前記略矩形セグメント及び略コ形セグメントは、前記円形セグメントに対し前記開口部の周囲部分に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のシールドトンネルの拡幅部構造。
【請求項３】
前記円形セグメント及び略コ形セグメントを前記開口部の周囲部分で連結する固定金具を備えることを特徴とする請求項２に記載のシールドトンネルの拡幅部構造。
【請求項４】
前記略矩形セグメント内で前記略コ形セグメントの外側に注入された充填材層を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のシールドトンネルの拡幅部構造。
【請求項５】
シールド機により掘進しながら円形セグメントを覆工するとともに、その円形セグメントの外側に拡幅部用の略矩形セグメントを覆工するシールドトンネルの拡幅部構築方法であって、
円形セグメントと略矩形セグメントとの隣接部分に貫通する開口部を形成する工程と、
円形セグメント内から略コ形セグメントを前記開口部に挿入して略矩形セグメント内に張出す工程と、
前記略コ形セグメントを円形セグメントに対し前記開口部の周囲部分に固定する工程とを有することを特徴とするシールドトンネルの拡幅部構築方法。
【請求項６】
前記開口部を形成する工程に先立ち、円形セグメントと略矩形セグメントとの隣接部分の地盤に止水材を注入する工程を有することを特徴とする請求項５に記載のシールドトンネルの拡幅部構築方法。
【請求項７】
前記略コ形セグメントを円形セグメントに固定する工程の後に、略矩形セグメント内で略コ形セグメントの外側に充填材を注入する工程を有することを特徴とする請求項５または６に記載のシールドトンネルの拡幅部構築方法。
【請求項８】
前記充填材を注入する工程の前に、円形セグメントと略矩形セグメントとを前記開口部の周囲部分で連結する工程を有することを特徴とする請求項７に記載のシールドトンネルの拡幅部構築方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−２７４５６０（Ｐ２００６−２７４５６０Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−９１４６２（Ｐ２００５−９１４６２）
【出願日】平成１７年３月２８日（２００５．３．２８）
【出願人】（０００１９５９７１）西松建設株式会社 (329)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２８日（２００５．３．２８）
【出願人】（０００１９５９７１）西松建設株式会社 (329)
【Ｆターム（参考）】
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