トンネル構築方法
【課題】 トンネル軸方向の残留推力を解放し、リング間摩擦を縁切りしてセグメントを移動させることができるトンネル構築方法を提供すること。
【解決手段】 地山１を掘削しトンネル３を形成する。次に、拡幅予定位置の拡幅用セグメント１３ａとその前方の可とうセグメント１５ａとを挟み込むように配置された調整用セグメント１１ａの内周面に、軸力伝達部材として、補強用リブ１７と妻板１９とを具備する伝達部材１８を設置する。また、対となる伝達部材１８の妻板１９の間に、支保工２３とジャッキ２１とからなる軸方向部材である残留推力受替え機構２５を設置する。その後、可とうセグメント１５ａにより縁を切って拡幅用セグメント１３ａにかかる軸方向力を解放しつつ、ジャッキ２１をトンネル３の軸方向に伸縮させて軸方向力を残留推力受替え機構２５で受け替え、拡幅用セグメント１３ａをトンネル３の外周方向に移動させる。
【解決手段】 地山１を掘削しトンネル３を形成する。次に、拡幅予定位置の拡幅用セグメント１３ａとその前方の可とうセグメント１５ａとを挟み込むように配置された調整用セグメント１１ａの内周面に、軸力伝達部材として、補強用リブ１７と妻板１９とを具備する伝達部材１８を設置する。また、対となる伝達部材１８の妻板１９の間に、支保工２３とジャッキ２１とからなる軸方向部材である残留推力受替え機構２５を設置する。その後、可とうセグメント１５ａにより縁を切って拡幅用セグメント１３ａにかかる軸方向力を解放しつつ、ジャッキ２１をトンネル３の軸方向に伸縮させて軸方向力を残留推力受替え機構２５で受け替え、拡幅用セグメント１３ａをトンネル３の外周方向に移動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル構築方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、道路トンネル、鉄道トンネル、共同溝トンネルなどを構築する際に、通常部以上の断面を有する拡幅部を形成する場合や、セグメントの一部を撤去して合流部等を形成する場合があった。
【０００３】
拡幅部を有するトンネルを構築するには、（１）余掘り部を有する坑内に拡幅用セグメントリングを設置し、シールド機が通過した後、拡幅用セグメントリングを拡幅する方法（例えば、特許文献１参照）や、（２）余掘り部を設けて地山を掘削し、シールド機のスキンプレートと、シールド機の内部に設置した拡幅用セグメントリングとを同時に拡幅する方法（例えば、特許文献２参照）があった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１４３９１７号公報
【特許文献２】特開２００４−２７０３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、トンネル軸方向力が大きな場合（トンネル断面が大きい、トンネルの深度が深い、高水圧下にある場合など）には、トンネル軸方向の残留推力が大きいため、セグメントを撤去する場合や拡幅させる際に、リング間の摩擦力が非常に大きくなる問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、トンネル軸方向の残留推力を解放し、リング間摩擦を縁切りしてセグメントを移動させることができるトンネル構築方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した目的を達成するための本発明は、トンネルの内周面に軸力伝達部材を設置する工程（ａ）と、前記軸力伝達部材に、前記トンネルの軸方向に配置される支保工と、前記支保工の端部に配置され、前記トンネルの軸方向に伸縮可能なジャッキとからなる軸方向部材を設置する工程（ｂ）と、前記トンネルを構成するセグメントのうち、移動予定のセグメントにかかる軸方向力を解放しつつ、前記ジャッキを伸縮させて前記軸方向力を前記軸方向部材で受け替える工程（ｃ）と、前記移動予定のセグメントを移動させる工程（ｄ）と、を具備することを特徴とするトンネル構築方法である。
【０００８】
移動予定のセグメントとは、拡幅用セグメントや、撤去されるセグメントである。工程（ｄ）では、移動予定のセグメントを、トンネルの外周方向に移動させる、または、撤去する。
【０００９】
軸力伝達部材には、例えば、以下の３種類のものが用いられる。
第１の軸力伝達部材は、移動予定のセグメント以外の所定のセグメントの内周面に固定された補強用リブと、補強用リブに固定された妻板とを具備する少なくとも１対の伝達部材からなる。第１の軸力伝達部材を用いる場合には、工程（ｂ）で、軸方向部材の一端を対となる一方の伝達部材の妻板に対向させ、軸方向部材の他端を他方の伝達部材の妻板に対向させる。第１の軸力伝達部材は、シールド機の通過後に移動予定のセグメントを移動させる場合に適用される。
【００１０】
第２の軸力伝達部材は、移動予定のセグメント以外の所定のセグメントの内周面に固定された補強用リブと、補強用リブに固定された妻板とを具備する少なくとも１つの伝達部材からなる。第２の軸力伝達部材を用いる場合には、工程（ｂ）で、軸方向部材の一端を妻板に対向させ、軸方向部材の他端をシールド機の構成部材に対向させる。第２の軸力伝達部材は、シールド機のスキンプレートと移動予定のセグメントとを同時に移動させる場合に適用される。
【００１１】
第３の軸力伝達部材は、移動予定のセグメント以外の所定のセグメントの内周面に押付けられたグリッパである。第３の軸力伝達部材を用いる場合には、工程（ｂ）で、軸方向部材の一端をグリッパに対向させ、軸方向部材の他端をシールド機の構成部材に対向させる。第３の軸力伝達部材は、シールド機のスキンプレートと移動予定のセグメントとを同時に移動させる場合に適用される。
【００１２】
第１から第３の軸力伝達部材を用いて移動予定のセグメントにかかる軸方向力を軸方向部材で受け替える場合には、例えば、移動予定のセグメントと所定のセグメントとの間に可とうセグメントを設ける。そして、工程（ｃ）で、可とうセグメントによって軸方向力を除荷して移動予定のセグメントにかかる軸方向力を解放する。
【００１３】
第２または第３の軸力伝達部材を用いて移動予定のセグメントにかかる軸方向力を軸方向部材で受け替える場合には、工程（ｃ）で、シールド機のシールドジャッキと移動予定のセグメントとの縁を切ることにより、移動予定のセグメントにかかる軸方向力を解放してもよい。
【００１４】
第１の発明では、必要に応じて、トンネルの外周面と地山との間に地山サポートを設置する。そして、工程（ｃ）で、軸力伝達部材と地山サポートとを介して、軸方向力を地山に伝達する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、トンネル軸方向の残留推力を解放し、リング間摩擦を縁切りしてセグメントを移動させることができるトンネル構築方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて、本発明の第１の実施の形態について詳細に説明する。第１の実施の形態では、余掘り部を有する坑内に拡幅用セグメントリングを設置し、シールド機が通過した後に拡幅用セグメントリングを拡幅する場合について説明する。
【００１７】
図１は、拡幅用セグメント１３ａを移動させる前のトンネル３の断面図を示す。図１の（ａ）図はトンネル３の軸方向の断面図を、図１の（ｂ）図はトンネル３の周方向の断面図である。図１の（ｂ）図は、図１の（ａ）図のＡ−Ａによる断面図である。
【００１８】
第１の実施の形態では、まず、シールド機（図示せず）を用いて地山１を掘削し、図１に示すようなトンネル３を形成する。なお、シールド機（図示せず）は、図１の（ａ）図の矢印Ｂに示す方向に掘進するものとする。
【００１９】
図１の（ａ）図に示すように、トンネル３では、通常坑５に通常セグメントリング９が設置される。通常セグメントリング９は、複数の通常セグメント９ａからなる。また、余掘り部を有する拡幅坑７に拡幅用セグメントリング１３が設置される。拡幅用セグメントリング１３は、拡幅用セグメント１３ａを有する。拡幅用セグメント１３ａは移動予定のセグメントである。
【００２０】
トンネル３では、最前部の拡幅用セグメントリング１３の前方に、可とうセグメントリング１５が設置される。可とうセグメントリング１５は、可とうセグメント１５ａを有する。可とうセグメント１５ａの詳細な構成については後述する。可とうセグメントリング１５の前方、および、最後部の拡幅用セグメントリング１３の後方には、調整用補強セグメントリング１１が設置される。調整用補強セグメントリング１１は、調整用セグメント１１ａを有する。
【００２１】
可とうセグメントリング１５、調整用補強セグメントリング１１は、通常坑５内に設置される。図１に示すように、拡幅用セグメント１３ａを移動させる前のトンネル３では、拡幅用セグメントリング１３、可とうセグメントリング１５、調整用補強セグメントリング１１の外径は、通常セグメントリング９とほぼ同じである。
【００２２】
通常坑５の坑壁とトンネル３の外周面との間には、充填材２７が充填される。拡幅坑７の坑壁とトンネル３の外周面との間には、必要に応じて充填材２７が充填される。拡幅坑７とトンネル３の外周面との間に充填される充填材２７には、拡幅用セグメント１３ａの移動時まで硬化しないものを用いる。
【００２３】
図１に示すようなトンネル３を構築した後、トンネル３の内周面に軸力伝達部材を設置する。軸力伝達部材は、複数対（図１の（ｂ）図では６対を図示）の伝達部材１８からなる。対となる伝達部材１８は、それぞれ、拡幅用セグメントリング１３の前方、後方に設置された調整用補強セグメントリング１１の調整用セグメント１１ａに設けられる。伝達部材１８は、調整用セグメント１１ａの内周面に固定された補強用リブ１７と、補強用リブ１７の拡幅用セグメントリング１３側の端部に固定された妻板１９とを具備する。
【００２４】
次に、軸方向部材である残留推力受替え機構２５を設置する。残留推力受替え機構２５は、トンネル３の軸方向に配置される支保工２３と、支保工２３の一端に配置され、トンネル３の軸方向に伸縮可能なジャッキ２１とからなる。支保工２３の他端は、対となる一方の伝達部材１８の妻板１９に固定される。ジャッキ２１は、他方の伝達部材１８の妻板１９に固定される。
【００２５】
図２は、可とうセグメント１５ａの立面図を示す。図２の（ａ）図は、通常坑５内に設置する前の可とうセグメント１５ａの立面図、図２の（ｂ）図は、通常坑５に設置した後の可とうセグメント１５ａの立面図である。なお、図２では、矢印Ｃに示す方向がトンネル３の軸方向である。
【００２６】
図２の（ａ）図に示すように、設置前の可とうセグメント１５ａは、セグメント外枠２９、スキンプレート３１、カバープレート３３、一次止水材３７、軸伝達材３９、連結用部材４１、ジャッキ４３等からなる。なお、図２ではジャッキ４３を用いているが、ジャッキ４３に示す位置に設置する部材は必ずしもジャッキ限定されない。例えば、クサビ状の部材を設置してもよい。
【００２７】
セグメント外枠２９、スキンプレート３１、連結用部材４１は、それぞれ１対の部材である。セグメント外枠２９は、セグメントの外枠を形成する。スキンプレート３１は、セグメント外枠２９に固定される。連結用部材４１は、セグメント外枠２９とスキンプレート３１とが形成する入隅部に固定される。
【００２８】
カバープレート３３は、一対のスキンプレート３１の間を覆うように配置される。一次止水材３７は、一次止水押さえ板４９を用いて１対の連結用部材４１の間に固定される。軸伝達材３９は、ボルトおよびナット４７を介して１対の連結用部材４１を連結する。ジャッキ４３は、ボルトおよびナット４５を介して１対のセグメント外枠２９を連結する。
【００２９】
可とうセグメント１５ａを通常坑５に設置する際には、軸伝達材３９とジャッキ４３を取り外した後、図２の（ｂ）図に示すように、可とうゴム押さえ板５３を用いて１対の連結用部材４１の間に可とうゴム部材５１を固定する。そして、ジャッキ４３を再度取り付ける。なお、可とうセグメント１５ａの外周には、全周にわたってピース間シール材５５が設置されている。
【００３０】
カバープレート３３、一次止水材３７、可とうゴム部材５１は、１対のスキンプレート３１の間を止水する。ピース間シール材５５は、可とうセグメント１５ａと隣接するセグメントとの間を止水する。軸伝達材３９は、可とうセグメント１５ａが所定の長さの際に、連結用部材４１を介してセグメント外枠２９間で軸方向力を伝達する。ジャッキ４３は、軸伝達材３９を撤去した後に収縮する。可とうセグメント１５ａでは、ジャッキ４３を収縮させることにより、セグメント外枠２９間の軸方向力を解放する。クサビを有する可とうセグメントでは、クサビを外すことで軸方向力を解放する。
【００３１】
図３は、拡幅用セグメント１３ａを移動させた後のトンネル３の断面図を示す。図３の（ａ）図は、拡幅用セグメント１３ａを移動させた直後のトンネル３の軸方向の断面図である。
【００３２】
図１に示す状態とした後、図２に示す可とうセグメント１５ａのジャッキ４３を矢印Ｃに示す方向に収縮させ、可とうセグメント１５ａにより縁を切って拡幅用セグメント１３ａにかかる軸方向力を解放する。また、残留推力受替え機構２５のジャッキ２１を伸縮させ、通常坑５に残留する軸方向力を、調整用セグメント１１ａに固定された伝達部材１８を介して残留推力受替え機構２５で受け替える。これにより、隣接する拡幅用セグメントリング１３同士のリング間の摩擦力が低下する。
【００３３】
可とうセグメント１５ａには、図２の（ｂ）図に示すように、カバープレート３３、一次止水材３７、可とうゴム部材５１が設置されているので、ジャッキ４３を収縮させることによって１対のセグメント外枠２９の間隔が変化した場合にも、可とうセグメント１５ａ自身の止水性を保持することができる。また、ピース間シール材５５が設置されているので、可とうセグメント１５ａと隣接するセグメントとの間の止水性を保持することができる。
【００３４】
拡幅用セグメント１３ａにかかる軸方向力を残留推力受替え機構２５で受け替えた後、図３の（ａ）図に示すように、拡幅用セグメント１３ａを、順次トンネル３の外周方向、すなわち矢印Ｄに示す方向に移動させ、拡幅坑７の余掘り部内に配置する。このとき、拡幅坑７の壁面とトンネル３の外周面との間に充填された充填材２７を、適宜トンネル３内に回収する、または、地山１に逃がす。
【００３５】
図３の（ｂ）図は、残留推力受替え機構２５および伝達部材１８を撤去した状態のトンネル３の軸方向の断面図である。図３の（ａ）図に示すように拡幅用セグメント１３ａを移動させて拡幅用セグメントリング１３を拡幅した後、図３の（ｂ）図に示すように残留推力受替え機構２５および伝達部材１８を撤去し、トンネル３の拡幅部を完成する。
【００３６】
このように、第１の実施の形態では、可とうセグメント１５ａにより縁を切って拡幅用セグメント１３ａにかかる軸方向力を解放すると同時に、残留推力受替え機構２５のジャッキ２１を伸縮させ、通常坑５に残留する軸方向力を残留推力受替え機構２５で受け替える。これにより、隣接する拡幅用セグメントリング１３のリング間の摩擦力を低下させ、拡幅用セグメント１３ａを容易に移動させることができる。
【００３７】
なお、拡幅用セグメント１３ａの軸方向力を解放するため、図２に示す可とうセグメント１５ａでは、セグメント外枠２９の内部に設置したジャッキ４３を収縮させたが、可とうセグメント１５ａの構成はこれに限らない。例えば、セグメント外枠２９の内部に推力伝達材（くさびなど）を設置してもよい。この場合、推力伝達材を切断あるいは撤去することにより、拡幅用セグメント１３ａの軸方向力を解放する。
【００３８】
また、第１の実施の形態において、通常セグメント９ａの外周面と地山１との間に、後述するような地山サポート３５（図５）を設置し、伝達部材１８と地山サポート３５とを介して、残留推力受替え機構２５で受け替えた軸方向力を地山１に伝達してもよい。
【００３９】
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、余掘り部を設けて地山を掘削し、シールド機のスキンプレートと、シールド機の内部に設置した拡幅用セグメントリングとを同時に拡幅する場合について説明する。
【００４０】
図４は、トンネル６３を拡幅する際の各工程における断面図を示す。図４の（ａ）図は、拡幅用セグメント７３ａを移動させる前のトンネル６３の軸方向の断面図である。
【００４１】
シールド機８５は、断面を拡幅する機能を有する筒状のスキンプレート８９、スキンプレート８９の前面に設けられたカッタ８７、スキンプレート８９の内部の空間を分割する隔壁９１、スキンプレート８９の内部に設けられたシールドジャッキ９５等からなる。
【００４２】
第２の実施の形態では、まず、カッタ８７で地山６１を掘削しつつシールド機８５を矢印Ｅに示す方向に前進させ、図４の（ａ）図に示すようなトンネル６３を形成する。
【００４３】
図４の（ａ）図に示すように、トンネル６３では、通常坑６５に通常セグメントリング６９が設置される。通常セグメントリング６９は、複数の通常セグメント６９ａからなる。また、余掘り部を有する拡幅坑６７に拡幅用セグメントリング７３が設置される。拡幅用セグメントリング７３は、拡幅用セグメント７３ａを有する。拡幅用セグメント７３ａは移動予定のセグメントである。通常セグメントリング６９と拡幅用セグメントリング７３との間には、調整用補強セグメントリング７１が設置される。調整用補強セグメントリング７１は、調整用セグメント７１ａを有する。
【００４４】
図４の（ａ）図に示す工程では、調整用補強セグメントリング７１、拡幅用セグメントリング７３の外径は、通常セグメントリング６９の外径とほぼ同じである。
【００４５】
通常坑６５の坑壁とトンネル６３の外周面との間には、充填材９３が充填される。拡幅坑６７の坑壁とシールド機８５のスキンプレート８９との間には、必要に応じて充填材９３が充填される。拡幅坑６７の坑壁とシールド機８５のスキンプレート８９との間に充填される充填材９３には、スキンプレート８９の移動時まで硬化しないものを用いる。
【００４６】
図４の（ａ）図に示すようなトンネル６３を構築した後、トンネル６３の内周面に軸力伝達部材を設置する。軸力伝達部材は、少なくとも１つの伝達部材７８からなる。伝達部材７８は、調整用セグメント７１ａの内周面に固定された補強用リブ７７と、補強用リブ７７の拡幅用セグメントリング７３側の端部に固定された妻板７９とを具備する。
【００４７】
次に、軸方向部材である残留推力受替え機構７５を設置する。残留推力受替え機構７５は、トンネル６３の軸方向に配置される支保工８３と、支保工８３の一端に配置され、トンネル６３の軸方向に伸縮可能なジャッキ８１とからなる。支保工８３は、伝達部材７８の妻板７９に固定される。ジャッキ８１は、シールド機８５の隔壁９１に固定される。
【００４８】
図４の（ｂ）図は、スキンプレート８９および拡幅用セグメント７３ａを移動させた後のトンネル６３の断面図を示す。図４の（ａ）図に示す状態とした後、シールドジャッキ９５を収縮させることにより、シールドジャッキ９５と拡幅用セグメント７３ａとの縁を切り、拡幅用セグメント７３ａにかかる軸方向力を解放する。また、残留推力受替え機構７５のジャッキ８１を伸縮させ、解放された軸方向力を、調整用セグメント７１ａに固定された伝達部材７８を介して残留推力受替え機構７５で受け替える。これにより、拡幅用セグメントリング７３と調整用補強セグメントリング７１との間の摩擦力が低下する。
【００４９】
拡幅用セグメント７３ａにかかる軸方向力を残留推力受替え機構７５で受け替えた後、シールド機８５のスキンプレート８９および拡幅用セグメント７３ａを、トンネル６３の外周方向、すなわち矢印Ｆに示す方向に移動させ、拡幅坑６７の余掘り部内に配置する。このとき、拡幅坑６７の壁面とスキンプレート８９との間に充填された充填材９３を、適宜トンネル６３内に回収する、または、地山６１に逃がす。
【００５０】
図４の（ｃ）図は、拡幅セグメントリング９７を設置する工程におけるトンネル６３の軸方向の断面図である。図４の（ｂ）図に示す状態とした後、シールド機８５を通常の方法で掘進させ、スキンプレート８９内に拡幅セグメントリング９７を設置する。
【００５１】
トンネル６３では、図４の（ｃ）図に示す状態から、さらにシールド機８５を掘進させて所定のリング数の拡幅セグメントリング９７を設置し、トンネル６３の拡幅部を完成する。なお、シールド機８５が前進する毎に、残留推力受替え機構７５の支保工８３を追加する。
【００５２】
このように、第２の実施の形態では、シールドジャッキ９５と拡幅用セグメント７３ａとの縁を切って拡幅用セグメント７３ａにかかる軸方向力を解放すると同時に、残留推力受替え機構７５のジャッキ８１を伸縮させ、解放された軸方向力を残留推力受替え機構７５で受け替える。これにより、拡幅用セグメントリング７３と調整用補強セグメントリング７１の間の摩擦力を低下させ、拡幅用セグメント７３ａを容易に移動させることができる。
【００５３】
なお、第２の実施の形態では、必要に応じて、地山サポートが用いられる。図５は、拡幅用セグメント７３ａを移動させる前のトンネル６３の軸方向の断面図である。地山サポート３５は、トンネル６３を形成する際に、図５に示すように、調整用セグメント７１ａや通常セグメント６９ａの外周面と地山６１との間に設置される。
【００５４】
地山サポート３５を設置することにより、シールド機８３の掘進時やセグメントの組立時に、調整用セグメント７１ａや通常セグメント６９ａの変形を防止することができる。また、拡幅用セグメント７３ａを移動させる際に、伝達部材７８と地山サポート３５とを介して、残留推力受替え機構２５で受け替えた軸方向力を地山１に伝達することができる。
【００５５】
次に、第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態では、余掘り部を設けて地山を掘削し、シールド機のスキンプレートと、シールド機の内部に設置した拡幅用セグメントリングとを同時に拡幅する場合について説明する。第３の実施の形態でのトンネル拡幅部の形成方法は、第２の実施の形態とほぼ同様であるが、シールドジャッキ９５と拡幅用セグメント７３ａとの縁を切るかわりに、可とうセグメント１５の縁を切る。
【００５６】
図６は、トンネル６３ａを拡幅する際の各工程における断面図を示す。図６の（ａ）図は、拡幅用セグメント７３ａを移動させる前のトンネル６３ａの軸方向の断面図である。
【００５７】
第３の実施の形態では、まず、第２の実施の形態と同様のシールド機８５を用いて、カッタ８７で地山６１を掘削しつつシールド機８５を矢印Ｅに示す方向に前進させ、図６の（ａ）図に示すようなトンネル６３ａを形成する。
【００５８】
図６の（ａ）図に示すトンネル６３ａは、図４の（ａ）図に示すトンネル６３とほぼ同様の構成であるが、拡幅用セグメントリング７３と調整用補強セグメントリング７１との間に可とうセグメントリング１５が設置される。可とうセグメントリング１５は、図２に示すような可とうセグメント１５ａを有する。
【００５９】
図６の（ａ）図に示す工程では、調整用補強セグメントリング７１、可とうセグメントリング１５、拡幅用セグメントリング７３の外径は、通常セグメントリング６９の外径とほぼ同じである。
【００６０】
図６の（ａ）図に示すようなトンネル６３ａを構築した後、トンネル６３ａの内周面に軸力伝達部材を設置し、軸方向部材である残留推力受替え機構７５を設置する。軸力伝達部材および残留推力受替え機構７５の構成や構成部材の設置個所は、第２の実施の形態と同様である。
【００６１】
図６の（ｂ）図は、スキンプレート８９および拡幅用セグメント７３ａを移動させた後のトンネル６３ａの断面図を示す。図６の（ａ）図に示す状態とした後、ジャッキ４３（図２）を伸縮させて可とうセグメント１５ａにより縁を切り、拡幅用セグメント７３ａにかかる軸方向力を解放する。また、残留推力受替え機構７５のジャッキ８１を伸縮させ、通常坑６５に残留する軸方向力を、調整用セグメント７１ａに固定された伝達部材７８を介して残留推力受替え機構７５で受け替える。これにより、拡幅用セグメントリング７３と可とうセグメントリング１５との間の摩擦力が低下する。
【００６２】
拡幅用セグメント７３ａにかかる軸方向力を残留推力受替え機構７５で受け替えた後、シールド機８５のスキンプレート８９および拡幅用セグメント７３ａを、トンネル６３の外周方向、すなわち矢印Ｆに示す方向に移動させ、拡幅坑６７の余掘り部内に配置する。このとき、拡幅坑６７の壁面とスキンプレート８９との間に充填された充填材９３を、適宜トンネル６３内に回収する、または、地山６１に逃がす。
【００６３】
図６の（ｃ）図は、拡幅セグメントリング９７を設置する工程におけるトンネル６３の軸方向の断面図である。図６の（ｂ）図に示す状態とした後、シールド機８５を通常の方法で掘進させ、スキンプレート８９内に拡幅セグメントリング９７を設置する。
【００６４】
トンネル６３ａでは、図６の（ｃ）図に示す状態から、さらにシールド機８５を掘進させて所定のリング数の拡幅セグメントリング９７を設置し、トンネル６３の拡幅部を完成する。なお、シールド機８５が前進する毎に、残留推力受替え機構７５の支保工８３を追加する。
【００６５】
このように、第３の実施の形態では、可とうセグメント１５ａにより縁を切って拡幅用セグメント７３ａにかかる軸方向力を解放すると同時に、残留推力受替え機構７５のジャッキ８１を伸縮させ、通常坑６５に残留する軸方向力を残留推力受替え機構７５で受け替える。これにより、拡幅用セグメントリング７３と可とうセグメントリング１５との間の摩擦力を低下させ、拡幅用セグメント７３ａを容易に移動させることができる。
【００６６】
なお、第３の実施の形態においても、可とうセグメント１５ａの構成は上述したものに限らない。例えば、セグメント外枠２９の内部に推力伝達材を設置してもよい。この場合、推力伝達材を切断して、拡幅用セグメント７３ａにかかる軸方向力を解放する。
【００６７】
また、調整用セグメント７１ａや通常セグメント６９ａの外周面と地山６１との間に、図５に示すような地山サポート３５を設置し、伝達部材７８と地山サポート３５とを介して、残留推力受替え機構７５で受け替えた軸方向力を地山６１に伝達してもよい。
【００６８】
次に、第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態では、余掘り部を設けて地山を掘削し、シールド機のスキンプレートと、シールド機の内部に設置した拡幅用セグメントリングとを同時に拡幅する場合について説明する。第４の実施の形態でのトンネル拡幅部の形成方法は、第２の実施の形態とほぼ同様であるが、軸力伝達部材として、伝達部材７８のかわりにグリッパ９９を用いる。
【００６９】
図７は、トンネル６３を拡幅する際の各工程における断面図を示す。図７の（ａ）図は、拡幅用セグメント７３ａを移動させる前のトンネル６３の軸方向の断面図である。
【００７０】
第４の実施の形態では、まず、第２の実施の形態と同様のシールド機８５を用いて、カッタ８７で地山６１を掘削しつつシールド機８５を矢印Ｅに示す方向に前進させ、図７の（ａ）図に示すようなトンネル６３を形成する。図７の（ａ）図に示すトンネル６３は、図４の（ａ）図に示すトンネル６３と同様の構成である。
【００７１】
図７の（ａ）図に示すようなトンネル６３を構築した後、トンネル６３の内周面に軸力伝達部材を設置する。軸力伝達部材は、グリッパ９９である。グリッパ９９は、通常セグメント６９ａの内周面に押し付けられた部材である。
【００７２】
次に、軸方向部材である残留推力受替え機構７５ａを設置する。残留推力受替え機構７５ａは、トンネル６３の軸方向に配置される支保工８３ａと、支保工８３ａの一端に配置され、トンネル６３の軸方向に伸縮可能なジャッキ８１とからなる。支保工８３ａは、グリッパ９９に固定される。ジャッキ８１は、シールド機８５の隔壁９１に固定される。
【００７３】
図７の（ｂ）図は、スキンプレート８９および拡幅用セグメント７３ａを移動させた後のトンネル６３の断面図を示す。図７の（ａ）図に示す状態とした後、シールドジャッキ９５を収縮させることにより、シールドジャッキ９５と拡幅用セグメント７３ａとの縁を切り、拡幅用セグメント７３ａにかかる軸方向力を解放する。また、残留推力受替え機構７５ａのジャッキ８１を伸縮させ、解放された軸方向力を、通常セグメント６９ａの内周面に押し付けられたグリッパ９９を介して残留推力受替え機構７５ａで受け替える。これにより、拡幅用セグメントリング７３と調整用補強セグメントリング７１との間の摩擦力が低下する。
【００７４】
拡幅用セグメント７３ａにかかる軸方向力を残留推力受替え機構７５ａで受け替えた後、シールド機８５のスキンプレート８９および拡幅用セグメント７３ａを、トンネル６３の外周方向、すなわち矢印Ｆに示す方向に移動させ、拡幅坑６７の余掘り部内に配置する。このとき、拡幅坑６７の壁面とスキンプレート８９との間に充填された充填材９３を、適宜トンネル６３内に回収する、または、地山６１に逃がす。
【００７５】
第４の実施の形態では、図７の（ｂ）図に示す状態とした後、第２の実施の形態と同様に、シールド機８５を通常の方法で掘進させ、スキンプレート８９内に拡幅セグメントリング（図示せず）を設置する。さらにシールド機８５を掘進させて所定のリング数の拡幅セグメントリング（図示せず）を設置し、トンネル６３の拡幅部を完成する。なお、シールド機８５が前進する毎に、残留推力受替え機構７５の支保工８３ａを追加する。
【００７６】
このように、第４の実施の形態では、シールドジャッキ９５と拡幅用セグメント７３ａとの縁を切って拡幅用セグメント７３ａにかかる軸方向力を解放すると同時に、残留推力受替え機構７５ａのジャッキ８１を伸縮させ、解放された軸方向力を残留推力受替え機構７５ａで受け替える。これにより、拡幅用セグメントリング７３と調整用補強セグメントリング７１との間の摩擦力を低下させ、拡幅用セグメント７３ａを容易に移動させることができる。
【００７７】
なお、第４の実施の形態においても、図５に示すものと同様の地山サポート３５を設置することができる。図８は、拡幅用セグメント７３ａを移動させる前のトンネル６３の軸方向の断面図である。地山サポート３５は、トンネル６３を形成する際に、図８に示すように、調整用セグメント７１ａや通常セグメント６９ａの外周面と地山６１との間に設置される。
【００７８】
地山サポート３５を設置することにより、シールド機８３の掘進時やセグメントの組立時に、調整用セグメント７１ａや通常セグメント６９ａの変形が防止される。また、拡幅用セグメント７３ａを移動させる際に、グリッパ９９と地山サポート３５とを介して、残留推力受替え機構７５ａで受け替えた軸方向力を地山６１に伝達することができる。
【００７９】
また、第４の実施の形態においても、第３の実施の形態と同様に、シールドジャッキ９５と拡幅用セグメント７３ａとの縁を切るかわりに、可とうセグメント１５により縁を切ってもよい。この場合には、まず、図６の（ａ）図に示すように、拡幅用セグメントリング７３と調整用補強セグメントリング７１との間に可とうセグメントリング１５が設置されたトンネル６３ａを形成する。可とうセグメントリング１５は、図２に示すような可とうセグメント１５ａを有する。
【００８０】
次に、トンネル６３ａ内に、軸力伝達部材であるグリッパ９９と、軸方向部材である残留推力受替え機構７５ａとを設置する。グリッパ９９、残留推力受替え機構７５ａの構成や構成部材の設置位置は、図７と同様である。
【００８１】
その後、ジャッキ４３（図２）を伸縮させ、可とうセグメント１５ａにより縁を切って拡幅用セグメント７３ａにかかる軸方向力を解放する。また、残留推力受替え機構７５ａのジャッキ８１を伸縮させ、解放された軸方向力を、通常セグメント６９ａに押し付けられたグリッパ９９を介して残留推力受替え機構７５ａで受け替える。これにより、拡幅用セグメントリング７３と可とうセグメントリング１５との間の摩擦力を低下させ、拡幅用セグメント７３ａを容易に移動させることができる。
【００８２】
以上、添付図面を参照しながら本発明にかかるトンネル構築方法の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】拡幅用セグメント１３ａを移動させる前のトンネル３の断面図
【図２】可とうセグメント１５ａの立面図
【図３】拡幅用セグメント１３ａを移動させた後のトンネル３の断面図
【図４】トンネル６３を拡幅する際の各工程における断面図
【図５】拡幅用セグメント７３ａを移動させる前のトンネル６３の軸方向の断面図
【図６】トンネル６３ａを拡幅する際の各工程における断面図
【図７】トンネル６３を拡幅する際の各工程における断面図
【図８】拡幅用セグメント７３ａを移動させる前のトンネル６３の軸方向の断面図
【符号の説明】
【００８４】
１、６１………地山
３、６３、６３ａ………トンネル
５、６５………通常坑
７、６７………拡幅坑
９、６９………通常セグメントリング
９ａ、６９ａ………通常セグメント
１１、７１………調整用補強セグメントリング
１１ａ、７１ａ………調整用セグメント
１３、７３………拡幅用セグメントリング
１３ａ、７３ａ………拡幅用セグメント
１５………可とうセグメントリング
１５ａ………可とうセグメント
１７、７７………補強用リグ
１８、７８………伝達部材
１９、７９………妻板
２１、４３、８１………ジャッキ
２３、８３、８３ａ………支保工
２５、７５、７５ａ………残留推力受替え機構
３５………地山サポート
８５………シールド機
８９………スキンプレート
９１………隔壁
９５………シールドジャッキ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル構築方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、道路トンネル、鉄道トンネル、共同溝トンネルなどを構築する際に、通常部以上の断面を有する拡幅部を形成する場合や、セグメントの一部を撤去して合流部等を形成する場合があった。
【０００３】
拡幅部を有するトンネルを構築するには、（１）余掘り部を有する坑内に拡幅用セグメントリングを設置し、シールド機が通過した後、拡幅用セグメントリングを拡幅する方法（例えば、特許文献１参照）や、（２）余掘り部を設けて地山を掘削し、シールド機のスキンプレートと、シールド機の内部に設置した拡幅用セグメントリングとを同時に拡幅する方法（例えば、特許文献２参照）があった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１４３９１７号公報
【特許文献２】特開２００４−２７０３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、トンネル軸方向力が大きな場合（トンネル断面が大きい、トンネルの深度が深い、高水圧下にある場合など）には、トンネル軸方向の残留推力が大きいため、セグメントを撤去する場合や拡幅させる際に、リング間の摩擦力が非常に大きくなる問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、トンネル軸方向の残留推力を解放し、リング間摩擦を縁切りしてセグメントを移動させることができるトンネル構築方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した目的を達成するための本発明は、トンネルの内周面に軸力伝達部材を設置する工程（ａ）と、前記軸力伝達部材に、前記トンネルの軸方向に配置される支保工と、前記支保工の端部に配置され、前記トンネルの軸方向に伸縮可能なジャッキとからなる軸方向部材を設置する工程（ｂ）と、前記トンネルを構成するセグメントのうち、移動予定のセグメントにかかる軸方向力を解放しつつ、前記ジャッキを伸縮させて前記軸方向力を前記軸方向部材で受け替える工程（ｃ）と、前記移動予定のセグメントを移動させる工程（ｄ）と、を具備することを特徴とするトンネル構築方法である。
【０００８】
移動予定のセグメントとは、拡幅用セグメントや、撤去されるセグメントである。工程（ｄ）では、移動予定のセグメントを、トンネルの外周方向に移動させる、または、撤去する。
【０００９】
軸力伝達部材には、例えば、以下の３種類のものが用いられる。
第１の軸力伝達部材は、移動予定のセグメント以外の所定のセグメントの内周面に固定された補強用リブと、補強用リブに固定された妻板とを具備する少なくとも１対の伝達部材からなる。第１の軸力伝達部材を用いる場合には、工程（ｂ）で、軸方向部材の一端を対となる一方の伝達部材の妻板に対向させ、軸方向部材の他端を他方の伝達部材の妻板に対向させる。第１の軸力伝達部材は、シールド機の通過後に移動予定のセグメントを移動させる場合に適用される。
【００１０】
第２の軸力伝達部材は、移動予定のセグメント以外の所定のセグメントの内周面に固定された補強用リブと、補強用リブに固定された妻板とを具備する少なくとも１つの伝達部材からなる。第２の軸力伝達部材を用いる場合には、工程（ｂ）で、軸方向部材の一端を妻板に対向させ、軸方向部材の他端をシールド機の構成部材に対向させる。第２の軸力伝達部材は、シールド機のスキンプレートと移動予定のセグメントとを同時に移動させる場合に適用される。
【００１１】
第３の軸力伝達部材は、移動予定のセグメント以外の所定のセグメントの内周面に押付けられたグリッパである。第３の軸力伝達部材を用いる場合には、工程（ｂ）で、軸方向部材の一端をグリッパに対向させ、軸方向部材の他端をシールド機の構成部材に対向させる。第３の軸力伝達部材は、シールド機のスキンプレートと移動予定のセグメントとを同時に移動させる場合に適用される。
【００１２】
第１から第３の軸力伝達部材を用いて移動予定のセグメントにかかる軸方向力を軸方向部材で受け替える場合には、例えば、移動予定のセグメントと所定のセグメントとの間に可とうセグメントを設ける。そして、工程（ｃ）で、可とうセグメントによって軸方向力を除荷して移動予定のセグメントにかかる軸方向力を解放する。
【００１３】
第２または第３の軸力伝達部材を用いて移動予定のセグメントにかかる軸方向力を軸方向部材で受け替える場合には、工程（ｃ）で、シールド機のシールドジャッキと移動予定のセグメントとの縁を切ることにより、移動予定のセグメントにかかる軸方向力を解放してもよい。
【００１４】
第１の発明では、必要に応じて、トンネルの外周面と地山との間に地山サポートを設置する。そして、工程（ｃ）で、軸力伝達部材と地山サポートとを介して、軸方向力を地山に伝達する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、トンネル軸方向の残留推力を解放し、リング間摩擦を縁切りしてセグメントを移動させることができるトンネル構築方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて、本発明の第１の実施の形態について詳細に説明する。第１の実施の形態では、余掘り部を有する坑内に拡幅用セグメントリングを設置し、シールド機が通過した後に拡幅用セグメントリングを拡幅する場合について説明する。
【００１７】
図１は、拡幅用セグメント１３ａを移動させる前のトンネル３の断面図を示す。図１の（ａ）図はトンネル３の軸方向の断面図を、図１の（ｂ）図はトンネル３の周方向の断面図である。図１の（ｂ）図は、図１の（ａ）図のＡ−Ａによる断面図である。
【００１８】
第１の実施の形態では、まず、シールド機（図示せず）を用いて地山１を掘削し、図１に示すようなトンネル３を形成する。なお、シールド機（図示せず）は、図１の（ａ）図の矢印Ｂに示す方向に掘進するものとする。
【００１９】
図１の（ａ）図に示すように、トンネル３では、通常坑５に通常セグメントリング９が設置される。通常セグメントリング９は、複数の通常セグメント９ａからなる。また、余掘り部を有する拡幅坑７に拡幅用セグメントリング１３が設置される。拡幅用セグメントリング１３は、拡幅用セグメント１３ａを有する。拡幅用セグメント１３ａは移動予定のセグメントである。
【００２０】
トンネル３では、最前部の拡幅用セグメントリング１３の前方に、可とうセグメントリング１５が設置される。可とうセグメントリング１５は、可とうセグメント１５ａを有する。可とうセグメント１５ａの詳細な構成については後述する。可とうセグメントリング１５の前方、および、最後部の拡幅用セグメントリング１３の後方には、調整用補強セグメントリング１１が設置される。調整用補強セグメントリング１１は、調整用セグメント１１ａを有する。
【００２１】
可とうセグメントリング１５、調整用補強セグメントリング１１は、通常坑５内に設置される。図１に示すように、拡幅用セグメント１３ａを移動させる前のトンネル３では、拡幅用セグメントリング１３、可とうセグメントリング１５、調整用補強セグメントリング１１の外径は、通常セグメントリング９とほぼ同じである。
【００２２】
通常坑５の坑壁とトンネル３の外周面との間には、充填材２７が充填される。拡幅坑７の坑壁とトンネル３の外周面との間には、必要に応じて充填材２７が充填される。拡幅坑７とトンネル３の外周面との間に充填される充填材２７には、拡幅用セグメント１３ａの移動時まで硬化しないものを用いる。
【００２３】
図１に示すようなトンネル３を構築した後、トンネル３の内周面に軸力伝達部材を設置する。軸力伝達部材は、複数対（図１の（ｂ）図では６対を図示）の伝達部材１８からなる。対となる伝達部材１８は、それぞれ、拡幅用セグメントリング１３の前方、後方に設置された調整用補強セグメントリング１１の調整用セグメント１１ａに設けられる。伝達部材１８は、調整用セグメント１１ａの内周面に固定された補強用リブ１７と、補強用リブ１７の拡幅用セグメントリング１３側の端部に固定された妻板１９とを具備する。
【００２４】
次に、軸方向部材である残留推力受替え機構２５を設置する。残留推力受替え機構２５は、トンネル３の軸方向に配置される支保工２３と、支保工２３の一端に配置され、トンネル３の軸方向に伸縮可能なジャッキ２１とからなる。支保工２３の他端は、対となる一方の伝達部材１８の妻板１９に固定される。ジャッキ２１は、他方の伝達部材１８の妻板１９に固定される。
【００２５】
図２は、可とうセグメント１５ａの立面図を示す。図２の（ａ）図は、通常坑５内に設置する前の可とうセグメント１５ａの立面図、図２の（ｂ）図は、通常坑５に設置した後の可とうセグメント１５ａの立面図である。なお、図２では、矢印Ｃに示す方向がトンネル３の軸方向である。
【００２６】
図２の（ａ）図に示すように、設置前の可とうセグメント１５ａは、セグメント外枠２９、スキンプレート３１、カバープレート３３、一次止水材３７、軸伝達材３９、連結用部材４１、ジャッキ４３等からなる。なお、図２ではジャッキ４３を用いているが、ジャッキ４３に示す位置に設置する部材は必ずしもジャッキ限定されない。例えば、クサビ状の部材を設置してもよい。
【００２７】
セグメント外枠２９、スキンプレート３１、連結用部材４１は、それぞれ１対の部材である。セグメント外枠２９は、セグメントの外枠を形成する。スキンプレート３１は、セグメント外枠２９に固定される。連結用部材４１は、セグメント外枠２９とスキンプレート３１とが形成する入隅部に固定される。
【００２８】
カバープレート３３は、一対のスキンプレート３１の間を覆うように配置される。一次止水材３７は、一次止水押さえ板４９を用いて１対の連結用部材４１の間に固定される。軸伝達材３９は、ボルトおよびナット４７を介して１対の連結用部材４１を連結する。ジャッキ４３は、ボルトおよびナット４５を介して１対のセグメント外枠２９を連結する。
【００２９】
可とうセグメント１５ａを通常坑５に設置する際には、軸伝達材３９とジャッキ４３を取り外した後、図２の（ｂ）図に示すように、可とうゴム押さえ板５３を用いて１対の連結用部材４１の間に可とうゴム部材５１を固定する。そして、ジャッキ４３を再度取り付ける。なお、可とうセグメント１５ａの外周には、全周にわたってピース間シール材５５が設置されている。
【００３０】
カバープレート３３、一次止水材３７、可とうゴム部材５１は、１対のスキンプレート３１の間を止水する。ピース間シール材５５は、可とうセグメント１５ａと隣接するセグメントとの間を止水する。軸伝達材３９は、可とうセグメント１５ａが所定の長さの際に、連結用部材４１を介してセグメント外枠２９間で軸方向力を伝達する。ジャッキ４３は、軸伝達材３９を撤去した後に収縮する。可とうセグメント１５ａでは、ジャッキ４３を収縮させることにより、セグメント外枠２９間の軸方向力を解放する。クサビを有する可とうセグメントでは、クサビを外すことで軸方向力を解放する。
【００３１】
図３は、拡幅用セグメント１３ａを移動させた後のトンネル３の断面図を示す。図３の（ａ）図は、拡幅用セグメント１３ａを移動させた直後のトンネル３の軸方向の断面図である。
【００３２】
図１に示す状態とした後、図２に示す可とうセグメント１５ａのジャッキ４３を矢印Ｃに示す方向に収縮させ、可とうセグメント１５ａにより縁を切って拡幅用セグメント１３ａにかかる軸方向力を解放する。また、残留推力受替え機構２５のジャッキ２１を伸縮させ、通常坑５に残留する軸方向力を、調整用セグメント１１ａに固定された伝達部材１８を介して残留推力受替え機構２５で受け替える。これにより、隣接する拡幅用セグメントリング１３同士のリング間の摩擦力が低下する。
【００３３】
可とうセグメント１５ａには、図２の（ｂ）図に示すように、カバープレート３３、一次止水材３７、可とうゴム部材５１が設置されているので、ジャッキ４３を収縮させることによって１対のセグメント外枠２９の間隔が変化した場合にも、可とうセグメント１５ａ自身の止水性を保持することができる。また、ピース間シール材５５が設置されているので、可とうセグメント１５ａと隣接するセグメントとの間の止水性を保持することができる。
【００３４】
拡幅用セグメント１３ａにかかる軸方向力を残留推力受替え機構２５で受け替えた後、図３の（ａ）図に示すように、拡幅用セグメント１３ａを、順次トンネル３の外周方向、すなわち矢印Ｄに示す方向に移動させ、拡幅坑７の余掘り部内に配置する。このとき、拡幅坑７の壁面とトンネル３の外周面との間に充填された充填材２７を、適宜トンネル３内に回収する、または、地山１に逃がす。
【００３５】
図３の（ｂ）図は、残留推力受替え機構２５および伝達部材１８を撤去した状態のトンネル３の軸方向の断面図である。図３の（ａ）図に示すように拡幅用セグメント１３ａを移動させて拡幅用セグメントリング１３を拡幅した後、図３の（ｂ）図に示すように残留推力受替え機構２５および伝達部材１８を撤去し、トンネル３の拡幅部を完成する。
【００３６】
このように、第１の実施の形態では、可とうセグメント１５ａにより縁を切って拡幅用セグメント１３ａにかかる軸方向力を解放すると同時に、残留推力受替え機構２５のジャッキ２１を伸縮させ、通常坑５に残留する軸方向力を残留推力受替え機構２５で受け替える。これにより、隣接する拡幅用セグメントリング１３のリング間の摩擦力を低下させ、拡幅用セグメント１３ａを容易に移動させることができる。
【００３７】
なお、拡幅用セグメント１３ａの軸方向力を解放するため、図２に示す可とうセグメント１５ａでは、セグメント外枠２９の内部に設置したジャッキ４３を収縮させたが、可とうセグメント１５ａの構成はこれに限らない。例えば、セグメント外枠２９の内部に推力伝達材（くさびなど）を設置してもよい。この場合、推力伝達材を切断あるいは撤去することにより、拡幅用セグメント１３ａの軸方向力を解放する。
【００３８】
また、第１の実施の形態において、通常セグメント９ａの外周面と地山１との間に、後述するような地山サポート３５（図５）を設置し、伝達部材１８と地山サポート３５とを介して、残留推力受替え機構２５で受け替えた軸方向力を地山１に伝達してもよい。
【００３９】
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、余掘り部を設けて地山を掘削し、シールド機のスキンプレートと、シールド機の内部に設置した拡幅用セグメントリングとを同時に拡幅する場合について説明する。
【００４０】
図４は、トンネル６３を拡幅する際の各工程における断面図を示す。図４の（ａ）図は、拡幅用セグメント７３ａを移動させる前のトンネル６３の軸方向の断面図である。
【００４１】
シールド機８５は、断面を拡幅する機能を有する筒状のスキンプレート８９、スキンプレート８９の前面に設けられたカッタ８７、スキンプレート８９の内部の空間を分割する隔壁９１、スキンプレート８９の内部に設けられたシールドジャッキ９５等からなる。
【００４２】
第２の実施の形態では、まず、カッタ８７で地山６１を掘削しつつシールド機８５を矢印Ｅに示す方向に前進させ、図４の（ａ）図に示すようなトンネル６３を形成する。
【００４３】
図４の（ａ）図に示すように、トンネル６３では、通常坑６５に通常セグメントリング６９が設置される。通常セグメントリング６９は、複数の通常セグメント６９ａからなる。また、余掘り部を有する拡幅坑６７に拡幅用セグメントリング７３が設置される。拡幅用セグメントリング７３は、拡幅用セグメント７３ａを有する。拡幅用セグメント７３ａは移動予定のセグメントである。通常セグメントリング６９と拡幅用セグメントリング７３との間には、調整用補強セグメントリング７１が設置される。調整用補強セグメントリング７１は、調整用セグメント７１ａを有する。
【００４４】
図４の（ａ）図に示す工程では、調整用補強セグメントリング７１、拡幅用セグメントリング７３の外径は、通常セグメントリング６９の外径とほぼ同じである。
【００４５】
通常坑６５の坑壁とトンネル６３の外周面との間には、充填材９３が充填される。拡幅坑６７の坑壁とシールド機８５のスキンプレート８９との間には、必要に応じて充填材９３が充填される。拡幅坑６７の坑壁とシールド機８５のスキンプレート８９との間に充填される充填材９３には、スキンプレート８９の移動時まで硬化しないものを用いる。
【００４６】
図４の（ａ）図に示すようなトンネル６３を構築した後、トンネル６３の内周面に軸力伝達部材を設置する。軸力伝達部材は、少なくとも１つの伝達部材７８からなる。伝達部材７８は、調整用セグメント７１ａの内周面に固定された補強用リブ７７と、補強用リブ７７の拡幅用セグメントリング７３側の端部に固定された妻板７９とを具備する。
【００４７】
次に、軸方向部材である残留推力受替え機構７５を設置する。残留推力受替え機構７５は、トンネル６３の軸方向に配置される支保工８３と、支保工８３の一端に配置され、トンネル６３の軸方向に伸縮可能なジャッキ８１とからなる。支保工８３は、伝達部材７８の妻板７９に固定される。ジャッキ８１は、シールド機８５の隔壁９１に固定される。
【００４８】
図４の（ｂ）図は、スキンプレート８９および拡幅用セグメント７３ａを移動させた後のトンネル６３の断面図を示す。図４の（ａ）図に示す状態とした後、シールドジャッキ９５を収縮させることにより、シールドジャッキ９５と拡幅用セグメント７３ａとの縁を切り、拡幅用セグメント７３ａにかかる軸方向力を解放する。また、残留推力受替え機構７５のジャッキ８１を伸縮させ、解放された軸方向力を、調整用セグメント７１ａに固定された伝達部材７８を介して残留推力受替え機構７５で受け替える。これにより、拡幅用セグメントリング７３と調整用補強セグメントリング７１との間の摩擦力が低下する。
【００４９】
拡幅用セグメント７３ａにかかる軸方向力を残留推力受替え機構７５で受け替えた後、シールド機８５のスキンプレート８９および拡幅用セグメント７３ａを、トンネル６３の外周方向、すなわち矢印Ｆに示す方向に移動させ、拡幅坑６７の余掘り部内に配置する。このとき、拡幅坑６７の壁面とスキンプレート８９との間に充填された充填材９３を、適宜トンネル６３内に回収する、または、地山６１に逃がす。
【００５０】
図４の（ｃ）図は、拡幅セグメントリング９７を設置する工程におけるトンネル６３の軸方向の断面図である。図４の（ｂ）図に示す状態とした後、シールド機８５を通常の方法で掘進させ、スキンプレート８９内に拡幅セグメントリング９７を設置する。
【００５１】
トンネル６３では、図４の（ｃ）図に示す状態から、さらにシールド機８５を掘進させて所定のリング数の拡幅セグメントリング９７を設置し、トンネル６３の拡幅部を完成する。なお、シールド機８５が前進する毎に、残留推力受替え機構７５の支保工８３を追加する。
【００５２】
このように、第２の実施の形態では、シールドジャッキ９５と拡幅用セグメント７３ａとの縁を切って拡幅用セグメント７３ａにかかる軸方向力を解放すると同時に、残留推力受替え機構７５のジャッキ８１を伸縮させ、解放された軸方向力を残留推力受替え機構７５で受け替える。これにより、拡幅用セグメントリング７３と調整用補強セグメントリング７１の間の摩擦力を低下させ、拡幅用セグメント７３ａを容易に移動させることができる。
【００５３】
なお、第２の実施の形態では、必要に応じて、地山サポートが用いられる。図５は、拡幅用セグメント７３ａを移動させる前のトンネル６３の軸方向の断面図である。地山サポート３５は、トンネル６３を形成する際に、図５に示すように、調整用セグメント７１ａや通常セグメント６９ａの外周面と地山６１との間に設置される。
【００５４】
地山サポート３５を設置することにより、シールド機８３の掘進時やセグメントの組立時に、調整用セグメント７１ａや通常セグメント６９ａの変形を防止することができる。また、拡幅用セグメント７３ａを移動させる際に、伝達部材７８と地山サポート３５とを介して、残留推力受替え機構２５で受け替えた軸方向力を地山１に伝達することができる。
【００５５】
次に、第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態では、余掘り部を設けて地山を掘削し、シールド機のスキンプレートと、シールド機の内部に設置した拡幅用セグメントリングとを同時に拡幅する場合について説明する。第３の実施の形態でのトンネル拡幅部の形成方法は、第２の実施の形態とほぼ同様であるが、シールドジャッキ９５と拡幅用セグメント７３ａとの縁を切るかわりに、可とうセグメント１５の縁を切る。
【００５６】
図６は、トンネル６３ａを拡幅する際の各工程における断面図を示す。図６の（ａ）図は、拡幅用セグメント７３ａを移動させる前のトンネル６３ａの軸方向の断面図である。
【００５７】
第３の実施の形態では、まず、第２の実施の形態と同様のシールド機８５を用いて、カッタ８７で地山６１を掘削しつつシールド機８５を矢印Ｅに示す方向に前進させ、図６の（ａ）図に示すようなトンネル６３ａを形成する。
【００５８】
図６の（ａ）図に示すトンネル６３ａは、図４の（ａ）図に示すトンネル６３とほぼ同様の構成であるが、拡幅用セグメントリング７３と調整用補強セグメントリング７１との間に可とうセグメントリング１５が設置される。可とうセグメントリング１５は、図２に示すような可とうセグメント１５ａを有する。
【００５９】
図６の（ａ）図に示す工程では、調整用補強セグメントリング７１、可とうセグメントリング１５、拡幅用セグメントリング７３の外径は、通常セグメントリング６９の外径とほぼ同じである。
【００６０】
図６の（ａ）図に示すようなトンネル６３ａを構築した後、トンネル６３ａの内周面に軸力伝達部材を設置し、軸方向部材である残留推力受替え機構７５を設置する。軸力伝達部材および残留推力受替え機構７５の構成や構成部材の設置個所は、第２の実施の形態と同様である。
【００６１】
図６の（ｂ）図は、スキンプレート８９および拡幅用セグメント７３ａを移動させた後のトンネル６３ａの断面図を示す。図６の（ａ）図に示す状態とした後、ジャッキ４３（図２）を伸縮させて可とうセグメント１５ａにより縁を切り、拡幅用セグメント７３ａにかかる軸方向力を解放する。また、残留推力受替え機構７５のジャッキ８１を伸縮させ、通常坑６５に残留する軸方向力を、調整用セグメント７１ａに固定された伝達部材７８を介して残留推力受替え機構７５で受け替える。これにより、拡幅用セグメントリング７３と可とうセグメントリング１５との間の摩擦力が低下する。
【００６２】
拡幅用セグメント７３ａにかかる軸方向力を残留推力受替え機構７５で受け替えた後、シールド機８５のスキンプレート８９および拡幅用セグメント７３ａを、トンネル６３の外周方向、すなわち矢印Ｆに示す方向に移動させ、拡幅坑６７の余掘り部内に配置する。このとき、拡幅坑６７の壁面とスキンプレート８９との間に充填された充填材９３を、適宜トンネル６３内に回収する、または、地山６１に逃がす。
【００６３】
図６の（ｃ）図は、拡幅セグメントリング９７を設置する工程におけるトンネル６３の軸方向の断面図である。図６の（ｂ）図に示す状態とした後、シールド機８５を通常の方法で掘進させ、スキンプレート８９内に拡幅セグメントリング９７を設置する。
【００６４】
トンネル６３ａでは、図６の（ｃ）図に示す状態から、さらにシールド機８５を掘進させて所定のリング数の拡幅セグメントリング９７を設置し、トンネル６３の拡幅部を完成する。なお、シールド機８５が前進する毎に、残留推力受替え機構７５の支保工８３を追加する。
【００６５】
このように、第３の実施の形態では、可とうセグメント１５ａにより縁を切って拡幅用セグメント７３ａにかかる軸方向力を解放すると同時に、残留推力受替え機構７５のジャッキ８１を伸縮させ、通常坑６５に残留する軸方向力を残留推力受替え機構７５で受け替える。これにより、拡幅用セグメントリング７３と可とうセグメントリング１５との間の摩擦力を低下させ、拡幅用セグメント７３ａを容易に移動させることができる。
【００６６】
なお、第３の実施の形態においても、可とうセグメント１５ａの構成は上述したものに限らない。例えば、セグメント外枠２９の内部に推力伝達材を設置してもよい。この場合、推力伝達材を切断して、拡幅用セグメント７３ａにかかる軸方向力を解放する。
【００６７】
また、調整用セグメント７１ａや通常セグメント６９ａの外周面と地山６１との間に、図５に示すような地山サポート３５を設置し、伝達部材７８と地山サポート３５とを介して、残留推力受替え機構７５で受け替えた軸方向力を地山６１に伝達してもよい。
【００６８】
次に、第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態では、余掘り部を設けて地山を掘削し、シールド機のスキンプレートと、シールド機の内部に設置した拡幅用セグメントリングとを同時に拡幅する場合について説明する。第４の実施の形態でのトンネル拡幅部の形成方法は、第２の実施の形態とほぼ同様であるが、軸力伝達部材として、伝達部材７８のかわりにグリッパ９９を用いる。
【００６９】
図７は、トンネル６３を拡幅する際の各工程における断面図を示す。図７の（ａ）図は、拡幅用セグメント７３ａを移動させる前のトンネル６３の軸方向の断面図である。
【００７０】
第４の実施の形態では、まず、第２の実施の形態と同様のシールド機８５を用いて、カッタ８７で地山６１を掘削しつつシールド機８５を矢印Ｅに示す方向に前進させ、図７の（ａ）図に示すようなトンネル６３を形成する。図７の（ａ）図に示すトンネル６３は、図４の（ａ）図に示すトンネル６３と同様の構成である。
【００７１】
図７の（ａ）図に示すようなトンネル６３を構築した後、トンネル６３の内周面に軸力伝達部材を設置する。軸力伝達部材は、グリッパ９９である。グリッパ９９は、通常セグメント６９ａの内周面に押し付けられた部材である。
【００７２】
次に、軸方向部材である残留推力受替え機構７５ａを設置する。残留推力受替え機構７５ａは、トンネル６３の軸方向に配置される支保工８３ａと、支保工８３ａの一端に配置され、トンネル６３の軸方向に伸縮可能なジャッキ８１とからなる。支保工８３ａは、グリッパ９９に固定される。ジャッキ８１は、シールド機８５の隔壁９１に固定される。
【００７３】
図７の（ｂ）図は、スキンプレート８９および拡幅用セグメント７３ａを移動させた後のトンネル６３の断面図を示す。図７の（ａ）図に示す状態とした後、シールドジャッキ９５を収縮させることにより、シールドジャッキ９５と拡幅用セグメント７３ａとの縁を切り、拡幅用セグメント７３ａにかかる軸方向力を解放する。また、残留推力受替え機構７５ａのジャッキ８１を伸縮させ、解放された軸方向力を、通常セグメント６９ａの内周面に押し付けられたグリッパ９９を介して残留推力受替え機構７５ａで受け替える。これにより、拡幅用セグメントリング７３と調整用補強セグメントリング７１との間の摩擦力が低下する。
【００７４】
拡幅用セグメント７３ａにかかる軸方向力を残留推力受替え機構７５ａで受け替えた後、シールド機８５のスキンプレート８９および拡幅用セグメント７３ａを、トンネル６３の外周方向、すなわち矢印Ｆに示す方向に移動させ、拡幅坑６７の余掘り部内に配置する。このとき、拡幅坑６７の壁面とスキンプレート８９との間に充填された充填材９３を、適宜トンネル６３内に回収する、または、地山６１に逃がす。
【００７５】
第４の実施の形態では、図７の（ｂ）図に示す状態とした後、第２の実施の形態と同様に、シールド機８５を通常の方法で掘進させ、スキンプレート８９内に拡幅セグメントリング（図示せず）を設置する。さらにシールド機８５を掘進させて所定のリング数の拡幅セグメントリング（図示せず）を設置し、トンネル６３の拡幅部を完成する。なお、シールド機８５が前進する毎に、残留推力受替え機構７５の支保工８３ａを追加する。
【００７６】
このように、第４の実施の形態では、シールドジャッキ９５と拡幅用セグメント７３ａとの縁を切って拡幅用セグメント７３ａにかかる軸方向力を解放すると同時に、残留推力受替え機構７５ａのジャッキ８１を伸縮させ、解放された軸方向力を残留推力受替え機構７５ａで受け替える。これにより、拡幅用セグメントリング７３と調整用補強セグメントリング７１との間の摩擦力を低下させ、拡幅用セグメント７３ａを容易に移動させることができる。
【００７７】
なお、第４の実施の形態においても、図５に示すものと同様の地山サポート３５を設置することができる。図８は、拡幅用セグメント７３ａを移動させる前のトンネル６３の軸方向の断面図である。地山サポート３５は、トンネル６３を形成する際に、図８に示すように、調整用セグメント７１ａや通常セグメント６９ａの外周面と地山６１との間に設置される。
【００７８】
地山サポート３５を設置することにより、シールド機８３の掘進時やセグメントの組立時に、調整用セグメント７１ａや通常セグメント６９ａの変形が防止される。また、拡幅用セグメント７３ａを移動させる際に、グリッパ９９と地山サポート３５とを介して、残留推力受替え機構７５ａで受け替えた軸方向力を地山６１に伝達することができる。
【００７９】
また、第４の実施の形態においても、第３の実施の形態と同様に、シールドジャッキ９５と拡幅用セグメント７３ａとの縁を切るかわりに、可とうセグメント１５により縁を切ってもよい。この場合には、まず、図６の（ａ）図に示すように、拡幅用セグメントリング７３と調整用補強セグメントリング７１との間に可とうセグメントリング１５が設置されたトンネル６３ａを形成する。可とうセグメントリング１５は、図２に示すような可とうセグメント１５ａを有する。
【００８０】
次に、トンネル６３ａ内に、軸力伝達部材であるグリッパ９９と、軸方向部材である残留推力受替え機構７５ａとを設置する。グリッパ９９、残留推力受替え機構７５ａの構成や構成部材の設置位置は、図７と同様である。
【００８１】
その後、ジャッキ４３（図２）を伸縮させ、可とうセグメント１５ａにより縁を切って拡幅用セグメント７３ａにかかる軸方向力を解放する。また、残留推力受替え機構７５ａのジャッキ８１を伸縮させ、解放された軸方向力を、通常セグメント６９ａに押し付けられたグリッパ９９を介して残留推力受替え機構７５ａで受け替える。これにより、拡幅用セグメントリング７３と可とうセグメントリング１５との間の摩擦力を低下させ、拡幅用セグメント７３ａを容易に移動させることができる。
【００８２】
以上、添付図面を参照しながら本発明にかかるトンネル構築方法の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】拡幅用セグメント１３ａを移動させる前のトンネル３の断面図
【図２】可とうセグメント１５ａの立面図
【図３】拡幅用セグメント１３ａを移動させた後のトンネル３の断面図
【図４】トンネル６３を拡幅する際の各工程における断面図
【図５】拡幅用セグメント７３ａを移動させる前のトンネル６３の軸方向の断面図
【図６】トンネル６３ａを拡幅する際の各工程における断面図
【図７】トンネル６３を拡幅する際の各工程における断面図
【図８】拡幅用セグメント７３ａを移動させる前のトンネル６３の軸方向の断面図
【符号の説明】
【００８４】
１、６１………地山
３、６３、６３ａ………トンネル
５、６５………通常坑
７、６７………拡幅坑
９、６９………通常セグメントリング
９ａ、６９ａ………通常セグメント
１１、７１………調整用補強セグメントリング
１１ａ、７１ａ………調整用セグメント
１３、７３………拡幅用セグメントリング
１３ａ、７３ａ………拡幅用セグメント
１５………可とうセグメントリング
１５ａ………可とうセグメント
１７、７７………補強用リグ
１８、７８………伝達部材
１９、７９………妻板
２１、４３、８１………ジャッキ
２３、８３、８３ａ………支保工
２５、７５、７５ａ………残留推力受替え機構
３５………地山サポート
８５………シールド機
８９………スキンプレート
９１………隔壁
９５………シールドジャッキ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの内周面に軸力伝達部材を設置する工程（ａ）と、
前記軸力伝達部材に、前記トンネルの軸方向に配置される支保工と、前記支保工の端部に配置され、前記トンネルの軸方向に伸縮可能なジャッキとからなる軸方向部材を設置する工程（ｂ）と、
前記トンネルを構成するセグメントのうち、移動予定のセグメントにかかる軸方向力を解放しつつ、前記ジャッキを伸縮させて前記軸方向力を前記軸方向部材で受け替える工程（ｃ）と、
前記移動予定のセグメントを移動させる工程（ｄ）と、
を具備することを特徴とするトンネル構築方法。
【請求項２】
前記工程（ｄ）で、前記移動予定のセグメントを、前記トンネルの外周方向に移動させる、または、撤去することを特徴とする請求項１記載のトンネル構築方法。
【請求項３】
前記軸力伝達部材が、
前記移動予定のセグメント以外の所定のセグメントの内周面に固定された補強用リブと、
前記補強用リブに固定された妻板と、
を具備する少なくとも１対の伝達部材からなり、
工程（ｂ）で、前記軸方向部材の一端を対となる一方の前記伝達部材の妻板に対向させ、前記軸方向部材の他端を対となる他方の前記伝達部材の妻板に対向させることを特徴とする請求項１記載のトンネル構築方法。
【請求項４】
前記軸力伝達部材が、
前記移動予定のセグメント以外の所定のセグメントの内周面に固定された補強用リブと、
前記補強用リブに固定された妻板と、
を具備する少なくとも１つの伝達部材からなり、
工程（ｂ）で、前記軸方向部材の一端を前記妻板に対向させ、前記軸方向部材の他端をシールド機の構成部材に対向させることを特徴とする請求項１記載のトンネル構築方法。
【請求項５】
前記軸力伝達部材が、
前記移動予定のセグメント以外の所定のセグメントの内周面に押付けられたグリッパであり、
工程（ｂ）で、前記軸方向部材の一端を前記グリッパに対向させ、前記軸方向部材の他端をシールド機の構成部材に対向させることを特徴とする請求項１記載のトンネル構築方法。
【請求項６】
前記移動予定のセグメントと前記所定のセグメントとの間に可とうセグメントが設けられ、
前記工程（ｃ）で、前記可とうセグメントにより、前記軸方向力を除荷することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載のトンネル構築方法。
【請求項７】
前記工程（ｃ）で、前記シールド機のシールドジャッキと前記移動予定のセグメントとの縁を切ることを特徴とする請求項４または請求項５記載のトンネル構築方法。
【請求項８】
前記トンネルの外周面と地山との間に地山サポートが設置され、
前記工程（ｃ）で、前記軸力伝達部材と前記地山サポートとを介して、前記軸方向力を前記地山に伝達することを特徴とする請求項１記載のトンネル構築方法。
【請求項１】
トンネルの内周面に軸力伝達部材を設置する工程（ａ）と、
前記軸力伝達部材に、前記トンネルの軸方向に配置される支保工と、前記支保工の端部に配置され、前記トンネルの軸方向に伸縮可能なジャッキとからなる軸方向部材を設置する工程（ｂ）と、
前記トンネルを構成するセグメントのうち、移動予定のセグメントにかかる軸方向力を解放しつつ、前記ジャッキを伸縮させて前記軸方向力を前記軸方向部材で受け替える工程（ｃ）と、
前記移動予定のセグメントを移動させる工程（ｄ）と、
を具備することを特徴とするトンネル構築方法。
【請求項２】
前記工程（ｄ）で、前記移動予定のセグメントを、前記トンネルの外周方向に移動させる、または、撤去することを特徴とする請求項１記載のトンネル構築方法。
【請求項３】
前記軸力伝達部材が、
前記移動予定のセグメント以外の所定のセグメントの内周面に固定された補強用リブと、
前記補強用リブに固定された妻板と、
を具備する少なくとも１対の伝達部材からなり、
工程（ｂ）で、前記軸方向部材の一端を対となる一方の前記伝達部材の妻板に対向させ、前記軸方向部材の他端を対となる他方の前記伝達部材の妻板に対向させることを特徴とする請求項１記載のトンネル構築方法。
【請求項４】
前記軸力伝達部材が、
前記移動予定のセグメント以外の所定のセグメントの内周面に固定された補強用リブと、
前記補強用リブに固定された妻板と、
を具備する少なくとも１つの伝達部材からなり、
工程（ｂ）で、前記軸方向部材の一端を前記妻板に対向させ、前記軸方向部材の他端をシールド機の構成部材に対向させることを特徴とする請求項１記載のトンネル構築方法。
【請求項５】
前記軸力伝達部材が、
前記移動予定のセグメント以外の所定のセグメントの内周面に押付けられたグリッパであり、
工程（ｂ）で、前記軸方向部材の一端を前記グリッパに対向させ、前記軸方向部材の他端をシールド機の構成部材に対向させることを特徴とする請求項１記載のトンネル構築方法。
【請求項６】
前記移動予定のセグメントと前記所定のセグメントとの間に可とうセグメントが設けられ、
前記工程（ｃ）で、前記可とうセグメントにより、前記軸方向力を除荷することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載のトンネル構築方法。
【請求項７】
前記工程（ｃ）で、前記シールド機のシールドジャッキと前記移動予定のセグメントとの縁を切ることを特徴とする請求項４または請求項５記載のトンネル構築方法。
【請求項８】
前記トンネルの外周面と地山との間に地山サポートが設置され、
前記工程（ｃ）で、前記軸力伝達部材と前記地山サポートとを介して、前記軸方向力を前記地山に伝達することを特徴とする請求項１記載のトンネル構築方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−３４８６７８（Ｐ２００６−３４８６７８Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１７８８６９（Ｐ２００５−１７８８６９）
【出願日】平成１７年６月２０日（２００５．６．２０）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２０日（２００５．６．２０）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]