分岐トンネル施工箇所のトンネル壁の構造およびその組み立て方法

【課題】切削可能な覆工部材を用いて確実に組み立てることができ、土水圧に耐えられる分岐トンネル施工箇所のトンネル壁の構造を提供すること。
【解決手段】分岐トンネルが施工される箇所のトンネル壁１４は、その内側に新たな分岐トンネル１６が位置するように設けられた矩形枠状の金属製の補強体２０と、その内側に設けられた複数の第１のセグメント２２で構成されている。各第１のセグメント２２の延在方向の両端に鋼製部材３０が設けられ、それら鋼製部材３０がピン結合２４を介して補強体２０に結合されている。第１のセグメント２２は、シールド機が掘進し易いように、切削し易くしかも剛性が確保された材料で形成されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、親トンネルから分岐させる形で新たなトンネルを構築する場合に、その分岐トンネル施工箇所のトンネル壁の構造およびその組み立て方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、既に設置されたトンネル内で、新たなトンネルを分岐施工するための掘削機械を組み立て、一部が完成した状態で地山中に押し出し、逐次、組立と押出しを繰り返して掘削機械の発進を完了させる方法がある。
この方法では、既に設置されたトンネルの覆工のうち、新たなトンネルを発進させる部分の覆工を、鉄筋などを取り除きかつ切削可能な素材としておくことで施工の効率化をはかることが多い（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−２５３９９２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一方、鉄筋などが取り除かれた切削可能な覆工部材は、鉄筋などが埋め込まれた覆工部材に比べて強度的に弱いため、覆工部材単体の組み立て時に、土水圧に耐えられるか否かが問題となる。
また、鉄筋などが取り除かれた切削可能な覆工部材の複数により分岐トンネル施工箇所が組み立てられた際には、土水圧に耐えられる壁構造となっていなければはならい。
このような観点から分岐トンネル施工箇所のトンネル壁の構造は極めて重要となる。
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、鉄筋などが取り除かれた切削可能な覆工部材を用いて確実に組み立てることができ、土水圧に耐えられる分岐トンネル施工箇所のトンネル壁の構造およびその組み立て方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記目的を達成するため本発明は、親トンネルから新たな分岐トンネルを施工する際に、前記分岐トンネルが施工される箇所のトンネル壁の構造であって、親トンネルの延在方向および周方向にそれぞれ並べられた複数の円弧状の補強用セグメントに埋設された鋼製部材を連結することで、前記分岐トンネルの発進開口の周囲を囲むように形成された矩形枠状の補強体と、前記補強体の内側で前記親トンネルの延在方向に並べられそれらの周方向の両端が前記補強体に連結されシールド機により切削し易い材料で形成された複数の円弧状の第１のセグメントとで構成されていることを特徴とする。
また、本発明は、親トンネルの延在方向および周方向にそれぞれ並べられた複数の円弧状の補強用セグメントに埋設された鋼製部材を連結することで、前記分岐トンネルの発進開口の周囲を囲むように形成された矩形枠状の補強体と、前記補強体の内側で前記親トンネルの延在方向に並べられそれらの周方向の両端が前記補強体に連結されシールド機により切削し易い材料で形成された複数の円弧状の第１のセグメントとで構成されたトンネル壁の組み立て方法であって、前記矩形枠状の補強体の左辺または右辺の一方の辺が構成されるように前記補強用セグメントを組み付け、つぎに、前記一方の辺の上下端部に続く前記補強体の上辺の第１の部分および下辺の第１の部分が構成されるように前記補強用セグメントを組み付け、つぎに、それら補強体の上辺の第１の部分および下辺の第１の部分にそれぞれピン結合により連結することで前記第１のセグメントを組み付けると共に、前記第１のセグメントの両端を直線状に延在する補強鋼材で連結し、つぎに、前記補強体の上辺の第１の部分および下辺の第１の部分に続く上辺の第２の部分および下辺の第２の部分が構成されるように前記補強用セグメントを組み付け、つぎに、それら補強体の上辺の第２の部分および下辺の第２の部分にそれぞれピン結合により連結することで前記第１のセグメントを組み付けると共に、前記第１のセグメントの両端を直線状に延在する補強鋼材で連結し、前記発進開口を含む箇所にこのようにして複数の第１のセグメントを組み付けたならば、前記第１のセグメントに、前記矩形枠状の補強体の左辺または右辺の他方の辺が構成されるように前記補強用セグメントを組み付け、この補強用セグメントの組み付けにより前記補強体が構成されたならば、前記補強鋼材を取り外すようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の新たな分岐トンネルが施工される箇所のトンネル壁の構造によれば、矩形枠状の金属製の補強体の内側が、切削し易い複数の第１のセグメントで構成されているので、親トンネルの内部から新たな分岐トンネルを施工する際に、その施工効率を向上でき、コストダウンを図ることが可能となる。
また、本発明のトンネル壁の組み立て方法によれば、ピン結合により第１のセグメントを補強用セグメントに連結していくので、補強鋼材を用いて確実に組み立てることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態を図面にしたがって説明する。
図１は親トンネルの内部から新たな分岐トンネルが施工される箇所のトンネル壁を見た図、図６は新たな分岐トンネルが施工される箇所のトンネル壁の断面図を示す。
図１、図６において符号１２は施工中の親トンネルを示し、親トンネル１２は、多数のセグメントＳがトンネルの延在方向および周方向に組み付けられて構築されている。
符号１４は、親トンネル１２から新たな分岐トンネルが施工される箇所のトンネル壁を示しており、また、符合１６は、新たな分岐トンネルの輪郭（直径または発進開口）を示している。
【０００７】
分岐トンネルが施工される箇所のトンネル壁１４は、その内側に新たな分岐トンネル１６が位置するように設けられた矩形枠状の金属製の補強体２０と、その内側に設けられた複数の第１のセグメント２２で構成されている。
各第１のセグメント２２の延在方向の両端は、ピン結合２４を介して補強体２０に結合されている。本実施の形態では、各第１のセグメント２２の延在方向の両端に鋼製部材３０が設けられており、それら鋼製部材３０がピン結合２４を介して補強体２０に結合されている。
ここで、ピン結合２４とは、親トンネルの延在方向と平行する軸心の周りに回転可能であるが、水平方向や鉛直方向の位置が拘束されて結合された状態をいう。
第１のセグメント２２は、シールド機が掘進し易いように、切削し易くしかも剛性が確保された材料で形成されている。このようなセグメントとして、鉄筋などを用いないでガラス繊維や炭素繊維が強化された強化繊維などを用いた従来公知の様々なセグメントが使用可能である。
【０００８】
より詳細に説明すると、分岐トンネルが施工される箇所のトンネル壁１４の周囲は、複数の円弧状の補強用セグメント２６が、親トンネル１２の延在方向および周方向にそれぞれ並べられて構成されている。
各補強用セグメント２６には、補強体２０の部分を構成する鋼製部材２８が埋め込まれている。
補強体２０の部分を構成する鋼製部材２８どうしは、ボルト、ナットの締結により、あるいは、溶接により強固に連結される。
なお、図面では省略されているが、セグメントＳどうしの結合、補強用セグメント２６どうしの結合、セグメントＳと補強用セグメント２６との結合は、それらの周方向の端面どうしや、幅方向の端面どうしが従来公知の様々な継ぎ手を用いて行なわれている。
【０００９】
つぎに、分岐トンネルが施工される箇所のトンネル壁１４について構築手順に従って説明する。
図２は、親トンネル１２の延在方向の端部に、矩形枠状の補強体２０の左辺の上部を構成する鋼製部材２８Ａが埋め込まれた補強用セグメント２６Ａと、矩形枠状の補強体２０の左辺の上部と下部を除いた部分を構成する鋼製部材２８Ｂが埋め込まれた補強用セグメント２６Ｂと、矩形枠状の補強体２０の左辺の下部を構成する鋼製部材２８Ｃが埋め込まれた補強用セグメント２６Ｃが組み付けられた状態を示している。
なお、鋼製部材２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃどうしは、ボルト、ナットの締結により、あるいは、溶接により強固に連結される。
【００１０】
つぎに、図３に示すように、補強用セグメント２６Ａに、矩形枠状の補強体２０の上辺の左半部を構成する鋼製部材２８Ｄが埋め込まれた補強用セグメント２６Ｄが組み付けられる。
また、補強用セグメント２６Ｃに、矩形枠状の補強体２０の下辺の左半部を構成する鋼製部材２８Ｅが埋め込まれた補強用セグメント２６Ｅが組み付けられる。
なお、補強用セグメント２６Ｄの鋼製部材２８Ｄは補強用セグメント２６Ａの鋼製部材２８Ａに、また、補強用セグメント２６Ｅの鋼製部材２８Ｅは補強用セグメント２６Ｃの鋼製部材２８Ｃにそれぞれ上述と同様に強固に連結される。
そして、補強用セグメント２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃの側部で、補強用セグメント２６Ｄの下端と、補強用セグメント２６Ｅの上端との間に、１つ目の第１のセグメント２２Ａが組み付けられる。
【００１１】
第１のセグメント２２Ａは、図７に断面図で示し、図８に斜視図で示すように、円弧状に延在し、その延在方向の両端に鋼製部材３０が埋め込まれている。
図９に示すように、鋼製部材３０の両端面には凸部３２が設けられ、凸部３２にねじ孔３４が形成されている。
また、鋼製部材３０がトンネルの内部に臨む箇所には、後述する補強鋼材３６の取り付け部３７が形成されている。
第１のセグメント２２Ａの補強用セグメント２６Ｄ、２６Ｅへの結合は、凸部３２の先端面を、鋼製部材２８の端面に当接し、補強用セグメント２６Ｄ、２６Ｅの鋼製部材２８のボルト挿通孔４０に挿通したボルト４２を、それぞれ凸部３２のねじ孔３４に螺合することで行なわれる。
なお、第１のセグメント２２Ａの補強用セグメント２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃの側部への結合は、従来公知の様々な継ぎ手を用いて行なわれている。
そして、第１のセグメント２２Ａの延在方向の両端にわたって断面がＬ字状で直線状に延在する補強鋼材３６が掛けわたされ、その両端はそれぞれボルト３８により鋼製部材３０の取り付け部３７に取着される。
本実施の形態では、一つの第１のセグメント２２Ａに対して二つの補強鋼材３６がセグメント２２Ａの幅方向に間隔をおいて設けられている。
【００１２】
したがって、第１のセグメント２２Ａの延在方向の両端は、補強用セグメント２６Ｄ、２６Ｅに対してトンネルの周方向にそって強固に一体的に連結されているということはできず、凸部３２の先端面が鋼製部材２８の端面に当接していることから、トンネルの延在方向に平行する仮想軸の周りに回転可能に連結されたピン結合２４により連結されているということができる。
第１のセグメント２２Ａを含むトンネル断面が受けるこの軸力の分布を図１１に示す。
図１１に示すように、土水圧により第１のセグメント２２Ａを含むトンネル全周のセグメントにかかる軸力は、第１のセグメント２２Ａには掛からず、第１のセグメント２２Ａの部分では第１のセグメント２２Ａに代わって補強鋼材３６で受けることになる。
【００１３】
つぎに、図４に示すように、補強用セグメント２６Ｄに、矩形枠状の補強体２０の上辺の右半部を構成する鋼製部材２８Ｆが埋め込まれた補強用セグメント２６Ｆが組み付けられる。
また、補強用セグメント２６Ｅに、矩形枠状の補強体２０の下辺の右半部を構成する鋼製部材２８Ｇが埋め込まれた補強用セグメント２６Ｇが組み付けられる。
なお、補強用セグメント２６Ｆの鋼製部材２８Ｆは補強用セグメント２６Ｄの鋼製部材２８Ｄに、また、補強用セグメント２６Ｇの鋼製部材２８Ｇは補強用セグメント２６Ｅの鋼製部材２８Ｅにそれぞれ上述と同様に強固に連結される。
そして、第１のセグメント２２Ａの側部で、補強用セグメント２６Ｆの下端と、補強用セグメント２６Ｇの上端との間に、２つ目の第１のセグメント２２Ｂが組み付けられる。
【００１４】
２つ目の第１のセグメント２２Ｂの補強用セグメント２６Ｆ、２６Ｇへの結合は、１つ目の第１のセグメント２２Ａと同様に、凸部３２の先端面を、鋼製部材２８の端面に当接し、補強用セグメント２６Ｆ、２６Ｇの鋼製部材２８のボルト挿通孔４０に挿通したボルト４２を、それぞれ凸部３２のねじ孔３４に螺合することで行なわれる。
なお、２つ目の第１のセグメント２２Ｂの１つの第１のセグメント２２Ａの側部への結合は、従来公知の様々な継ぎ手、合成樹脂製のボルトなどを用いて行なわれる。
また、1つ目の第１のセグメント２２Ａと同様に、２つ目の第１のセグメント２２Ｂに対して二つの補強鋼材３６が取り付けられる。
そして、図１１に示すように、土水圧により２つ目の第１のセグメント２２Ｂを含むトンネル全周のセグメントにかかる軸力は、２つ目の第１のセグメント２２Ｂには掛からず、第１のセグメント２２Ｂの部分では第１のセグメント２２Ｂに代わって補強鋼材３６で受けることになる。
【００１５】
なお、用いる第１のセグメント２２の数は、新たな分岐トンネルの直径や、第１のセグメント２２の幅などに応じて適宜決定される。本実施の形態では、組み付けられる第１のセグメント２２の数は２つである。
全ての第１のセグメント２２の組み付けが終了したならば、図５に示すように、補強用セグメント２６Ｆに、矩形枠状の補強体２０の右辺の上部を構成する鋼製部材２８Ｈが埋め込まれた補強用セグメント２６Ｈが組み付けられる。
また、矩形枠状の補強体２０の右辺の上部と下部を除いた部分を構成する鋼製部材２８Ｉが埋め込まれた補強用セグメント２６Ｉが、第１のセグメント２２Ｂの側部に組み付けられる。
また、補強用セグメント２６Ｇに、矩形枠状の補強体２０の右辺の下部を構成する鋼製部材２８Ｊが埋め込まれた補強用セグメント２６Ｊが組み付けられる。
なお、新たに施工されるトンネル壁が切削し易ければよいので、図１０に示すように、補強体２０の内側でトンネルの延在方向の両端に位置する第１のセグメント２２Ａ、２２Ｄについては、その上下端部２２０２を除く部分２２０４のみが切削し易い材料で形成されていれば足り、その全長にわたって切削し易い材料で形成されている必要はない。なお、図１０では、補強体２０の内側に設ける第１のセグメント２２として２２Ａ乃至２２Ｄの４つ用いた場合を示している。
【００１６】
補強用セグメント２６Ｈ、２６Ｉ、２６Ｊを含むトンネルの全周にセグメントが組み付けられたならば、補強体２０が完成されるので、土水圧によりトンネル全周のセグメントにかかる軸力は、補強体２０の内側の２つの第１のセグメント２２Ａ、２２Ｂには掛からず補強体２０で受けることになるので、４つの補強鋼材３６は不要となる。
したがって、補強体２０が組み上がった時点で４つの補強鋼材３６を取り外してもよくあるいは、新たな分岐トンネルの掘進時に取り外してもよい。
【００１７】
本実施の形態のトンネル壁１４の構造によれば、矩形枠状の金属製の補強体２０の内側が、切削し易い複数の第１のセグメント２２で構成されている。
したがって、親トンネル１２の内部から新たな分岐トンネルを施工する際に、その施工効率を向上でき、コストダウンを図ることが可能となる。
また、トンネル壁１４の組み立ても、ピン結合２４により第１のセグメント２２を補強用セグメント２６に連結していくので、補強鋼材３６を用いて確実に組み立てることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】親トンネルの内部から新たな分岐トンネルが施工される箇所のトンネル壁を見た図である。
【図２】親トンネルの延在方向の端部に補強用セグメントが組み付けられて補強体の一部が構成された図である。
【図３】親トンネルの延在方向の端部に補強用セグメントと第１のセグメントが組み付けられた図である。
【図４】親トンネルの延在方向の端部に補強用セグメントと全ての第１のセグメントが組み付けられた図である。
【図５】親トンネルの延在方向の端部に全ての補強用セグメントと全ての第１のセグメントが組み付けられた図である。
【図６】新たな分岐トンネルが施工される箇所のトンネル壁の断面図である。
【図７】新たな分岐トンネルが施工される箇所の補強鋼材を含むトンネル壁の断面図である。
【図８】補強鋼材が連結された第１のセグメントの斜視図である。
【図９】ピン結合部分の拡大断面図である。
【図１０】親トンネルの内部から新たな分岐トンネルが施工される箇所のトンネル壁を見た図である。
【図１１】土水圧により第１のセグメントを含むトンネル全周のセグメントにかかる軸力の分布図である。
【符号の説明】
【００１９】
１２……親トンネル、１４……トンネル壁、１６……新たな分岐トンネルの輪郭、２０……補強体、２２……第１のセグメント、２４……ピン結合、２８……鋼製部材、３０……鋼製部材、３６……補強鋼材、Ｓ……セグメント。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
親トンネルから新たな分岐トンネルを施工する際に、前記分岐トンネルが施工される箇所のトンネル壁の構造であって、
親トンネルの延在方向および周方向にそれぞれ並べられた複数の円弧状の補強用セグメントに埋設された鋼製部材を連結することで、前記分岐トンネルの発進開口の周囲を囲むように形成された矩形枠状の補強体と、
前記補強体の内側で前記親トンネルの延在方向に並べられそれらの周方向の両端が前記補強体に連結されシールド機により切削し易い材料で形成された複数の円弧状の第１のセグメントとで構成されている、
ことを特徴とする分岐トンネル施工箇所のトンネル壁の構造。
【請求項２】
前記複数の第１のセグメントの周方向の両端は、前記補強体にピン結合で連結されている、
ことを特徴とする請求項１記載の分岐トンネル施工箇所のトンネル壁の構造。
【請求項３】
前記複数の第１のセグメントの周方向の両端には鋼製部材がそれぞれ埋め込まれており、
前記第１のセグメントの周方向の両端の前記鋼製部材が前記補強体にピン結合で連結されている、
ことを特徴とする請求項１記載の分岐トンネル施工箇所のトンネル壁の構造。
【請求項４】
前記複数の第１のセグメントの周方向の両端には鋼製部材がそれぞれ埋め込まれており、
前記第１のセグメントの周方向の両端の前記鋼製部材が前記補強体にピン結合で連結され、
前記第１のセグメントの周方向の両端の前記鋼製部材には、直線状に延在する補強鋼材の両端が着脱可能に結合される結合部が設けられている、
ことを特徴とする請求項１記載の分岐トンネル施工箇所のトンネル壁の構造。
【請求項５】
親トンネルの延在方向および周方向にそれぞれ並べられた複数の円弧状の補強用セグメントに埋設された鋼製部材を連結することで、前記分岐トンネルの発進開口の周囲を囲むように形成された矩形枠状の補強体と、
前記補強体の内側で前記親トンネルの延在方向に並べられそれらの周方向の両端が前記補強体に連結されシールド機により切削し易い材料で形成された複数の円弧状の第１のセグメントと、
で構成されたトンネル壁の組み立て方法であって、
前記矩形枠状の補強体の左辺または右辺の一方の辺が構成されるように前記補強用セグメントを組み付け、
つぎに、前記一方の辺の上下端部に続く前記補強体の上辺の第１の部分および下辺の第１の部分が構成されるように前記補強用セグメントを組み付け、
つぎに、それら補強体の上辺の第１の部分および下辺の第１の部分にそれぞれピン結合により連結することで前記第１のセグメントを組み付けると共に、前記第１のセグメントの両端を直線状に延在する補強鋼材で連結し、
つぎに、前記補強体の上辺の第１の部分および下辺の第１の部分に続く上辺の第２の部分および下辺の第２の部分が構成されるように前記補強用セグメントを組み付け、
つぎに、それら補強体の上辺の第２の部分および下辺の第２の部分にそれぞれピン結合により連結することで前記第１のセグメントを組み付けると共に、前記第１のセグメントの両端を直線状に延在する補強鋼材で連結し、
前記発進開口を含む箇所にこのようにして複数の第１のセグメントを組み付けたならば、前記第１のセグメントに、前記矩形枠状の補強体の左辺または右辺の他方の辺が構成されるように前記補強用セグメントを組み付け、
この補強用セグメントの組み付けにより前記補強体が構成されたならば、前記補強鋼材を取り外すようにした、
ことを特徴とするトンネル壁の組み立て方法。
【請求項６】
前記複数の第１のセグメントの周方向の両端には鋼製部材がそれぞれ埋め込まれており、
前記第１のセグメントの周方向の両端の前記補強体への連結は、前記鋼製部材が前記補強体にピン結合されることでなされる、
ことを特徴とする請求項５記載のトンネル壁の組み立て方法。

【図１】