説明

トンネルの構築方法及びトンネル構造

【課題】大断面トンネルや非円形トンネルを構築するときにセグメントが厚くなるのを抑えることができ、大断面トンネルや非円形トンネルを長距離に渡って容易に構築できるトンネルの構築方法及びトンネル構造を提供する。
【解決手段】シールド1を掘進させて主トンネル2を構築し、主トンネル2に沿って他のシールド10を掘進させて副トンネル11を主トンネル2と平行に構築し、副トンネル11と主トンネル2とを連結部材12を介して連結して主トンネル2を支持・補強する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、シールドを用いたトンネルの構築方法及びトンネル構造に関する。
【背景技術】
【0002】
シールドを用いた複数のシールドトンネルを横方向に連結形成するトンネルの構築方法としては、特許文献1記載のものが知られている。この構築方法は、一対の円形トンネルを結合部を介して結合した形状のトンネルを構築したのち、トンネル直上に地盤改良区域を形成し、この地盤改良区域に上下端が閉塞された角筒状の発進部と到達部とをトンネルの軸方向に離間して形成し、これら発進部と到達部との間に推進工法又はシールド工法により上方に湾曲するアーチ部を構築し、アーチ部、結合部間に吊アンカーを吊設して結合部を支持するものである。これによれば、従来結合部に必要であった中柱を省くことができ、トンネル内に連続した広い空間を形成することができる。
【0003】
【特許文献1】特開2003−138897号公報
【特許文献2】特開2003−138898号公報
【特許文献3】特開2003−138899号公報
【特許文献4】特開2004−238902号公報
【特許文献5】特開平9−317392号公報
【特許文献6】特開2004−84250号公報
【特許文献7】特開平4−60097号公報
【特許文献8】特開2001−140597号公報
【特許文献9】特開平3−253700号公報
【特許文献10】特開平3−253699号公報
【特許文献11】特開2001−3699号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1記載の方法では、トンネル内部から凍結工法などにより地中に地盤改良区域を形成し、この地盤改良区域に発進部と到達部を土木的な手法にて形成するものであるため、地下鉄のポイント区間等、部分的に広い空間を形成する用途には適するものの、長距離に渡って連続的に広い空間を形成する場合、発進部と到達部を多数形成しなくてはならず、手間がかかるという問題があった。
【0005】
また、一般的に大断面トンネルや非円形トンネルを構築する場合、土圧に対して十分な強度を得るために厚いセグメントを用いるが、セグメントが厚くなるとコストが高くなると共に、セグメントの取り扱いが大変となり、セグメント搬送装置やエレクタが大がかりなものになるという課題があった。
【0006】
またさらに、地下水が豊富な地盤に大断面トンネルを構築する場合、トンネルには大きな浮力が作用するため、いかに浮力に対抗してトンネルを安定させるかが問題となる。
【0007】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、大断面トンネルや非円形トンネルを構築するときにセグメントが厚くなるのを抑えることができ、大断面トンネルや非円形トンネルを長距離に渡って容易に構築できるトンネルの構築方法及びトンネル構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために本発明は、シールドを掘進させて主トンネルを構築し、該主トンネルに沿って他のシールドを掘進させて副トンネルを主トンネルと平行に構築し、上記副トンネルと上記主トンネルとを連結部材を介して連結して主トンネルを支持・補強するものである。
【0009】
上記主トンネルの下部に沿って上記副トンネルを構築し、該副トンネルと上記主トンネルとを連結部材を介して連結して主トンネルを支持するとよい。
【0010】
また、円形シールドを複数側方に連ねた形状の複円型シールドを掘進させると共に、その後方にトンネル円形部を形成する湾曲板状のセグメントとトンネル円形部間のくびれ部を形成するカモメ型セグメントとを組み立て、さらに、上下のカモメ型セグメント間に中柱を介設して断面複円形の主トンネルを構築し、該主トンネルの上下のくびれ部のうち少なくとも下側のくびれ部に沿って他のシールドを掘進させて副トンネルを主トンネルと平行に構築し、該副トンネルに上記主トンネルのくびれ部を連結部材を介して連結してくびれ部を支持したのち、上記中柱を撤去するものである。
【0011】
上記主トンネルを構築したのち、主トンネルの上下のそれぞれのくびれ部に沿って上記副トンネルを構築し、これら副トンネルにくびれ部をそれぞれ連結部材を介して連結してこれらくびれ部を支持したのち、上記中柱を撤去するとよい。
【0012】
上記副トンネルを構築したのち、副トンネルをアンカーで地山に固定するとよい。
【0013】
また、シールドを掘進させて主トンネルを構築し、該主トンネルに沿って他のシールドを掘進させて副トンネルを主トンネルと平行に構築し、上記副トンネルと上記主トンネルとを連結部材を介して連結して主トンネルを支持・補強するトンネル構造としたものである。
【0014】
上記主トンネルの下部に沿って上記副トンネルを構築し、該副トンネルと上記主トンネルとを連結部材を介して連結して主トンネルを支持するとよい。
【0015】
また、円形シールドを複数側方に連ねた形状の複円型シールドを掘進させてその後方に断面複円形の主トンネルを構築すると共に、該主トンネルの上下のくびれ部のうち少なくとも下側のくびれ部に沿う位置に他のシールドを掘進させて副トンネルを主トンネルと平行に構築し、該副トンネルに上記主トンネルのくびれ部を連結部材を介して連結してくびれ部を支持するトンネル構造としたものである。
【0016】
上記主トンネルの上下のそれぞれのくびれ部に沿って上記副トンネルを構築し、これら副トンネルにくびれ部をそれぞれ連結部材を介して連結してこれらくびれ部を支持するとよい。
【0017】
上記副トンネルがアンカーで地山に固定されるとよい。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、大断面トンネルや非円形トンネルを構築するときにセグメントが厚くなるのを抑えることができ、大断面トンネルや非円形トンネルを長距離に渡って容易に構築できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
本発明の好適実施の形態を添付図面を用いて説明する。
【0020】
トンネル拡幅部を構築する場合、図1に示すように、円形シールドを複数側方に連ねた形状の複円型シールド1を掘進させ、その後方に断面複円形の主トンネル2を構築する。複円型シールド1は、既存のメガネ型シールドからなり、シールド内でセグメント(図示せず)を組み立てつつ組み立てたセグメントから反力をとって推力を得るようになっている。また、シールド本体3の掘進方向前端には複数のカッタ4、4が回転自在に設けられている。カッタ4、4は、それぞれ切削面を同一面上とするように配置されると共に、回転時に互いに干渉しないように同期制御されるようになっている。
【0021】
図6に示すように、セグメント5、6、7は、トンネル円形部8を形成する湾曲板状の通常セグメント5と、トンネル円形部8、8間のくびれ部9を形成するカモメ型セグメント6と、上下のカモメ型セグメント6、6間に介設されカモメ型セグメント6、6を支持する中柱セグメント(中柱)7とからなる。セグメント5、6、7の組み立て作業は、図2に示すように下側のカモメ型セグメント6を既設セグメント(図示せず)の前端に取り付けたのち、図3に示すようにカモメ型セグメント6の両側の位置に通常セグメント5を組み付け、以降、順次周方向に通常セグメント5を組み付けて図4に示すように全ての通常セグメント5を組み付け、その後、図5に示すように上側のカモメ型セグメント6を組み付け、さらに図6に示すように、上下のカモメ型セグメント6、6間に中柱セグメント7を介設することにより行う。
【0022】
このようにして断面複円形の主トンネル2を構築したら、図7、図8及び図9に示すように主トンネル2のくびれ部9に沿って他のシールド10を掘進させ、副トンネル11を構築する。このとき、主トンネル2の上下のくびれ部9、9のそれぞれに沿ってシールド10を掘進させ、主トンネル2の上下に副トンネル11を平行に構築する。ただし、地表に比較的近いなど、主トンネル2から中柱セグメント7を撤去しても不足する強度が僅かである場合は主トンネル2の上側の副トンネル11を省いて下側の副トンネル11のみとしてもよい。通常、トンネル下部にはトンネル上部よりも高い水圧が作用し、中空であるトンネルには浮力が発生するため、下側のカモメ型セグメント6を支持することで主トンネル2を効果的に補強できる。また、副トンネル11を構築するシールド10は構造が簡単で方向制御に優れる円形シールドが好ましい。また、副トンネル11は、主トンネル2より小径でよく、直径2〜3mが好ましい。後述する副トンネル11と主トンネル2との連結作業を行うとき、副トンネル11の上端内周に容易に手が届き、効率よく連結作業を行うことができる。
【0023】
この後、図10及び図11に示すように副トンネル11に主トンネル2のくびれ部9を連結してくびれ部9を支持する。具体的には、主トンネル2と副トンネル11の間の土砂に薬注を施して止水したのち、副トンネル11の上端又は下端のセグメント(図示せず)とカモメ型セグメント6とに連結部材たる連結ボルト12を通し、これらセグメントを締結することで行う。
【0024】
副トンネル11と主トンネル2のくびれ部9が連結されたら、図12及び図13に示すように、副トンネル11から地山にアンカー13を打って地山に副トンネル11を固定し、主トンネル2の内部空間を左右に仕切る中柱セグメント7を撤去して主トンネル2の内部空間を拡幅する。このとき上側のカモメ型セグメント6は土荷重、水圧等の外力に屈して降下しないように上側の副トンネル11に支持されており、下側のカモメ型セグメント6は外力に屈して上昇しないように下側の副トンネル11に支持されているため、中柱セグメント7がなくとも主トンネル2は所定の断面形状を十分維持できる。この後、主トンネル2内に床板14を設け、床板14上にアスファルト等の舗装材(図示せず)を敷設して道路を形成する。
【0025】
このように、シールド1を掘進させて主トンネル2を構築し、主トンネル2に沿って他のシールド10を掘進させて副トンネル11を主トンネル2と平行に構築し、副トンネル11と主トンネル2とを連結部材12を介して連結して主トンネル2を支持・補強するため、特に強度が求められるくびれ部9に沿って副トンネル11を構築することで主トンネル2を長距離に渡って容易かつ十分に補強でき、中柱セグメント7を撤去して広いトンネル空間を得ることができる。また、副トンネル用のシールド10は発進地点と到達地点を複円型シールド1と同じにできるため、特許文献1記載の技術のように別途発進部と到達部を形成する必要がなく、容易に主トンネル2を補強できる。
【0026】
また、主トンネル2の下部に沿って副トンネル11を構築し、副トンネル11と主トンネル2とを連結ボルト12を介して連結して主トンネル2に作用する浮力に対抗して主トンネル2を支持するようにしたため、主トンネル2が浮力によって変形したり、浮上するの容易かつ確実に防ぐことができ、トンネルを安定させることができる。
【0027】
また、円形シールドを複数側方に連ねた形状の複円型シールド1を掘進させると共に、その後方にトンネル円形部8を形成する湾曲板状の通常セグメント5とトンネル円形部8、8間のくびれ部9を形成するカモメ型セグメント6とを組み立て、さらに、上下のカモメ型セグメント6、6間に中柱セグメント7を介設して断面複円形の主トンネル2を構築し、主トンネル2の上下のくびれ部9、9のうち少なくとも下側のくびれ部9に沿って他のシールド10を掘進させて副トンネル11を主トンネル2と平行に構築し、副トンネル11に主トンネル2のくびれ部9を連結ボルト12を介して連結してくびれ部9を支持したのち、中柱セグメント7を撤去してトンネル拡幅部を構築するため、複雑なシールドを必要とせず、簡易で実績のある既存のシールド1、10を用いて容易に広いトンネル空間を得ることができ、トンネル拡幅部を容易に構築できる。
【0028】
主トンネル2を構築したのち、主トンネル2の上下のそれぞれのくびれ部9、9に沿って副トンネル11、11を構築し、これら副トンネル11、11にくびれ部9、9を連結ボルト12を介してそれぞれ連結してこれらくびれ部9、9を支持したのち、中柱セグメント7を撤去するようにしたため、上下のくびれ部9、9をそれぞれ副トンネル11、11で支持でき、主トンネル2から中柱セグメント7を撤去して形成するトンネル拡幅部を十分な強度にできる。
【0029】
また、副トンネル11を構築したのち、副トンネル11をアンカー13で地山に固定するため、副トンネル11の移動を防ぐことができ、さらに安定して主トンネル2のくびれ部9を支持できる。
【0030】
なお、複円型シールド1は、メガネ型シールドからなるものとしたが、円形シールドを3つ以上側方に連ねた形状の多連シールドからなるものであってもよい。また、カッタ4、4はそれぞれ切削面を同一面上にされるものとしたが、カッタ4は前後に位置をずらして配置されるものとしてもよい。特にカッタ4が3つ以上である場合、カッタ4同士の干渉を確実に防ぐことができる。
【0031】
上下のカモメ型セグメント6、6間に中柱セグメント7を介設するものとしたが、中柱セグメント7に代えて中柱セグメント7とは材質の異なる他の柱材を用いてもよい。またさらに、中柱セグメント7は、カモメ型セグメント6を副トンネル11で支持するまでの間、一時的にカモメ型セグメント6を支持できればよく、通常の複円形のトンネルを構築するときよりも中柱セグメント7間の間隔を広く設定し、中柱セグメント7の数を減らしてもよい。
【0032】
また、副トンネル11と主トンネル2のくびれ部9とを連結したのち地山にアンカー13で副トンネル11を固定するものとしたが、副トンネル11を構築したあとであれば、副トンネル11と主トンネル2とを連結する前に地山にアンカー13を打って副トンネル11を固定するものとしてもよい。
【0033】
主トンネル2を構築したのち、主トンネル2のくびれ部9に沿って副トンネル11を構築するものとしたが、逆に副トンネル11を構築したのち、主トンネル2を構築しても構わない。すなわち、主トンネル2のくびれ部9が配置される予定の位置に沿ってシールド10を掘進させて副トンネル11を構築したのち、複円型シールド1を副トンネル11に沿う所定の位置に掘進させて主トンネル2を構築してもよい。ただし、一般に複円型シールド1よりも円形シールドの方が方向制御が容易であり、高い精度を出せるため、主トンネル2を構築したのち、主トンネル2のくびれ部9に沿って副トンネル11を構築する方が好ましい。
【0034】
また、副トンネル11は、主トンネル2と連結したのちは主トンネル2内を換気するための通気ダクトとして用いてもよく、電力線、通信線等を収容する配線用トンネルとして用いてもよく、非常用通路として用いてもよく、主トンネル2内に物資等を搬出入するための搬出入用トンネルとして用いてもよい。これらの場合、主トンネル2と副トンネル11との間にこれらを連通する連通トンネル(図示せず)を別途構築するとよい。
【0035】
連結部材は連結ボルト12からなるものとしたが、これに限るものではなく、ワイヤやフレーム等、他のものであってもよい。
【0036】
他の実施の形態について述べる。
【0037】
図14に示すように、幅広の矩形トンネル20を構築する場合、断面矩形状の矩形シールド(図示せず)を掘進させて主トンネル21を構築し、主トンネル21の上面22と下面23とに沿って他のシールド(図示せず)を複数掘進させて主トンネル21より小径の副トンネル24を主トンネル21と平行に構築する。この後、副トンネル24をアンカー25で地山に固定すると共に、それぞれの副トンネル24と主トンネル21とを連結部材たる連結ボルト26を介して連結して主トンネル21を上下から支持・補強する。主トンネル21は、幅広に形成されるため、単体では上面22と下面23が強度不足となるが、副トンネル24に連結されることで上面22が吊持され、下面23が浮き上がりを防止する方向に支持され、十分な強度となる。
【0038】
また、副トンネル24に先んじて主トンネル21を単体で構築するとき、主トンネル21は一時的に強度不足の状態となるため、矩形シールドを掘進させつつ副トンネル用のシールドを矩形シールドの後方に接近させて掘進させ、副トンネル24を時間をおかずに主トンネル21に連結するとよい。或いはまた、主トンネル21に副トンネル24を連結するまでの間、主トンネル21の天井面27と床面28との間に柱(図示せず)を仮設しておいてもよい。
【0039】
このように、矩形シールドを掘進させて主トンネル21を構築し、主トンネル21に沿って他のシールドを掘進させて副トンネル24を主トンネル21と平行に構築し、副トンネル24と主トンネル21とを連結ボルト26を介して連結して主トンネル21を支持・補強するようにすると、セグメント29が厚くなりすぎるのを防ぐことができ、セグメント29の製造コストが高くなるのを防ぐことができると共に、セグメント29の取り扱いを容易にでき、セグメント搬送装置(図示せず)やエレクタ(図示せず)が大がかりになるのを防ぐことができる。また、副トンネル用のシールドを矩形シールドと同じ位置から発進させ、到達位置も同じにする場合、別途発進立坑や到達立坑を構築する必要がなく、さらに容易にトンネル20を構築できる。
【0040】
また、主トンネル21の下部に沿って副トンネル24を構築し、副トンネル24と主トンネル21とを連結ボルト26を介して連結して主トンネル21に作用する浮力に対抗して主トンネル21を支持するため、地下水が豊富な地盤であってもトンネル20を安定して構築することができる。
【0041】
なお、副トンネル24をアンカー25で地山に固定することで主トンネル21をさらに安定して支持出来る点は上述の実施の形態と同様である。
【0042】
また、幅広の矩形トンネルを構築する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば図15に示すように、上下に膨らんだ断面樽状のトンネル30を構築する場合であっても主トンネル31の上下両面又は上下いずれかの面に沿って副トンネル32を主トンネル31と平行に構築し、副トンネル32と主トンネル31とを連結部材たる連結ボルト33で連結して主トンネル31を補強するものとしてもよい。この場合、主トンネル31は上下に膨らんでおり、上下面は平面である場合よりも強度が高められているため、主トンネル31の強度に応じて副トンネル32の数を減らしてもよい。また、図16に示すように、主トンネル40が上下に長く、単体では側面43の強度が不足する場合、主トンネル40の両側面43に沿って副トンネル41を主トンネル40と平行に構築し、副トンネル41と主トンネル40の側面43とを連結部材たる連結ボルト42で連結して主トンネル40を補強するものとしてもよい。またさらに、図17に示すように、断面円形の主トンネル50に沿って副トンネル51を主トンネル50と平行に構築し、副トンネル51と主トンネル50を連結部材たる連結ボルト52で連結して主トンネル50を補強するものとしてもよい。特に主トンネル50が大断面である場合、セグメント53が厚くなりすぎるのを防ぐことができ、トンネル54を安価に効率よく構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】本発明の好適実施の形態を示す断面複円形の主トンネルを複円型シールドで構築する状態の斜視図である。
【図2】下側のカモメ型セグメントを組み立てているときの図1のA−A線断面である。
【図3】図2の後、湾曲板状のセグメントを組み立てている図1のA−A線断面である。
【図4】図3の後、全ての湾曲板状のセグメントを組み立てた図1のA−A線断面である。
【図5】図4の後、上側のカモメ型セグメントを組み立てている図1のA−A線断面である。
【図6】図5の後、上下のカモメ型セグメント間に中柱を介設している図1のA−A線断面である。
【図7】主トンネルのくびれ部に沿ってシールドを掘進させて副トンネルを構築している状態の斜視図である。
【図8】図7の正面断面図である。
【図9】図8の側断面図である。
【図10】副トンネルに主トンネルのくびれ部を連結した状態の正面断面図である。
【図11】図10の側面断面図である。
【図12】図10の後、中柱を撤去した状態の正面断面図である。
【図13】図12の側面断面図である。
【図14】他の実施の形態を示すトンネルの正面断面図である。
【図15】他の実施の形態を示すトンネルの正面断面図である。
【図16】他の実施の形態を示すトンネルの正面断面図である。
【図17】他の実施の形態を示すトンネルの正面断面図である。
【符号の説明】
【0044】
1 複円型シールド(シールド)
2 主トンネル
5 通常セグメント(セグメント)
6 カモメ型セグメント
7 中柱セグメント(中柱)
8 トンネル円形部
9 くびれ部
10 シールド
11 副トンネル
12 連結ボルト(連結部材)
13 アンカー
21 主トンネル
31 主トンネル
40 主トンネル
50 主トンネル
24 副トンネル
32 副トンネル
41 副トンネル
51 副トンネル
26 連結ボルト(連結部材)
33 連結ボルト(連結部材)
42 連結ボルト(連結部材)
52 連結ボルト(連結部材)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
シールドを掘進させて主トンネルを構築し、該主トンネルに沿って他のシールドを掘進させて副トンネルを主トンネルと平行に構築し、上記副トンネルと上記主トンネルとを連結部材を介して連結して主トンネルを支持・補強することを特徴とするトンネルの構築方法。
【請求項2】
上記主トンネルの下部に沿って上記副トンネルを構築し、該副トンネルと上記主トンネルとを連結部材を介して連結して主トンネルを支持する請求項1記載のトンネルの構築方法。
【請求項3】
円形シールドを複数側方に連ねた形状の複円型シールドを掘進させると共に、その後方にトンネル円形部を形成する湾曲板状のセグメントとトンネル円形部間のくびれ部を形成するカモメ型セグメントとを組み立て、さらに、上下のカモメ型セグメント間に中柱を介設して断面複円形の主トンネルを構築し、該主トンネルの上下のくびれ部のうち少なくとも下側のくびれ部に沿って他のシールドを掘進させて副トンネルを主トンネルと平行に構築し、上記副トンネルに上記主トンネルのくびれ部を連結部材を介して連結してくびれ部を支持したのち、上記中柱を撤去することを特徴とするトンネルの構築方法。
【請求項4】
上記主トンネルを構築したのち、主トンネルの上下のそれぞれのくびれ部に沿って上記副トンネルを構築し、これら副トンネルにくびれ部をそれぞれ連結部材を介して連結してこれらくびれ部を支持したのち、上記中柱を撤去する請求項3記載のトンネルの構築方法。
【請求項5】
上記副トンネルを構築したのち、副トンネルをアンカーで地山に固定する請求項1〜4のいずれかに記載のトンネルの構築方法。
【請求項6】
シールドを掘進させて主トンネルを構築し、該主トンネルに沿って他のシールドを掘進させて副トンネルを主トンネルと平行に構築し、上記副トンネルと上記主トンネルとを連結部材を介して連結して主トンネルを支持・補強することを特徴とするトンネル構造。
【請求項7】
上記主トンネルの下部に沿って上記副トンネルを構築し、該副トンネルと上記主トンネルとを連結部材を介して連結して主トンネルを支持する請求項6記載のトンネル構造。
【請求項8】
円形シールドを複数側方に連ねた形状の複円型シールドを掘進させてその後方に断面複円形の主トンネルを構築すると共に、該主トンネルの上下のくびれ部のうち少なくとも下側のくびれ部に沿う位置に他のシールドを掘進させて副トンネルを主トンネルと平行に構築し、該副トンネルに上記主トンネルのくびれ部を連結部材を介して連結してくびれ部を支持することを特徴とするトンネル構造。
【請求項9】
上記主トンネルの上下のそれぞれのくびれ部に沿って上記副トンネルを構築し、これら副トンネルにくびれ部をそれぞれ連結部材を介して連結してこれらくびれ部を支持する請求項8記載のトンネル構造。
【請求項10】
上記副トンネルがアンカーで地山に固定された請求項6〜9のいずれかに記載のトンネル構造。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【図16】
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【図17】
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【公開番号】特開2008−25305(P2008−25305A)
【公開日】平成20年2月7日(2008.2.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−202048(P2006−202048)
【出願日】平成18年7月25日(2006.7.25)
【出願人】(000000099)株式会社IHI (5,014)
【Fターム(参考)】