覆工体の浮き上がり防止方法、トンネルの構築方法及びこの方法にて構築されたトンネル
【課題】周囲の環境に影響を与える事なく、安価で効率良く施工可能な浮き上がり防止対策を提供する。
【解決手段】浮き上がり防止構造１０は、底部補強部材１１と、天部補強部材１２と、を備える。底部補強部材１１、天部補強部材１２及び覆工体３の重量と、トンネル２直上の上載荷重と、を合算した鉛直下向きの荷重は浮力よりも大きくなっている。底部補強部材１１は、水平に設置された底部用床版１１ａと、これを下から支えて支持するための柱１１ｂと、から構成される。天部補強部材１２は、水平に設置された天井用床版１２ａと、これを吊り下げて支持するためのハンガー１２ｂと、から構成される。底部用床版１１ａ、柱１１ｂ、天井用床版１２ａ及びハンガー１２ｂはプレキャストコンクリートからなる。
【解決手段】浮き上がり防止構造１０は、底部補強部材１１と、天部補強部材１２と、を備える。底部補強部材１１、天部補強部材１２及び覆工体３の重量と、トンネル２直上の上載荷重と、を合算した鉛直下向きの荷重は浮力よりも大きくなっている。底部補強部材１１は、水平に設置された底部用床版１１ａと、これを下から支えて支持するための柱１１ｂと、から構成される。天部補強部材１２は、水平に設置された天井用床版１２ａと、これを吊り下げて支持するためのハンガー１２ｂと、から構成される。底部用床版１１ａ、柱１１ｂ、天井用床版１２ａ及びハンガー１２ｂはプレキャストコンクリートからなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド工法によって設置される覆工体の浮き上がり防止方法及びトンネルの構築方法並びにこの方法にて構築されたトンネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
地下水の存在する地盤内をシールド機で掘削した後に覆工体を設置すると、浮力によって覆工体が浮き上がる虞がある。
【０００３】
そこで、覆工体の浮き上がりを防止するために、トンネル直上の地面に盛土を敷設して上載荷重を大きくする方法やトンネルの周囲の地下水位を低下させて浮力を低減する方法が用いられている。
【０００４】
また、例えば、特許文献１には、複数のウエイトを覆工体の内方に、トンネルの長手方向に沿って所定の間隔で設置して覆工体の浮き上がりを防止する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６―１６８９２号公報
【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、トンネル直上に盛土を敷設する方法では、トンネルの本設工事が終了するまで盛土を撤去する事ができないため、長期にわたり地上を占有する事となり、周囲への影響が大きいという問題点があった。さらに、盛土の敷設及び撤去には、時間がかかるため、工期が長くなってしまうという問題点があった。
【０００７】
また、トンネルの周囲の地下水を低下させる方法では、周囲の環境を大きく変化させる虞があるという問題点があった。
【０００８】
そして、特許文献１に記載の方法では、トンネルの進行にあわせてウエイトを設置する作業及びトンネルの本設工事後にウエイトを撤去する作業等が必要であり、これらの作業には手間がかかるという問題点があった。さらに、複数のウエイトが覆工体内に設置されるので、覆工体内での作業領域が狭くなり、作業効率が低下するため、工期が長くなってしまい工費がかかるという問題点があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、周囲の環境に影響を与える事なく、安価で効率良く施工可能な覆工体の浮き上がり防止対策を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上載荷重よりも地下水による浮力が大きい地盤内の位置にシールド工法によってトンネルを構築するにあたり、当該トンネルを構成する覆工体の浮き上がりを防止する覆工体の浮き上がり防止方法において、
前記トンネルの機能を果たすために用いられる利用空間よりも大きな大空間を掘削して、当該大空間の内面に覆工体を設置し、
前記覆工体の内方で、前記利用空間以外の位置に本設構造物となる重量物を設置して、前記上載荷重と、前記トンネルの自重との合力を前記浮力よりも大きくする事を特徴とする。
【００１１】
また、本発明において、前記トンネルの断面形状は、円形である事としてもよい。
【００１２】
また、本発明は、上載荷重よりも地下水による浮力が大きい地盤内の位置にシールド工法によってトンネルを構築する構築方法において、
前記トンネルの機能を果たすために用いられる利用空間よりも大きな大空間を掘削して、当該大空間の内面に覆工体を設置し、
前記覆工体の内方で、前記利用空間以外の位置に本設構造物となる重量物を設置して、前記上載荷重と、前記トンネルの自重との合力を前記浮力よりも大きくする事を特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、上述したトンネルの構築方法にて構築されたトンネルにも係る。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、周囲の環境に影響を与える事なく、安価で効率良く施工可能な覆工体の浮き上がり防止対策を提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る大空間を備えたトンネルについて説明するための図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る浮き上がり防止構造を備えたトンネルの断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】浮き上がり防止構造の構築工程を示す図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係る浮き上がり防止構造を備えたトンネルの断面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】図６のＣ−Ｃ断面図である。
【図８】本発明の第三実施形態に係る浮き上がり防止構造を備えたトンネルの断面図である。
【図９】本発明の第四実施形態に係る浮き上がり防止構造を備えたトンネルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。本実施形態では、図１に示すように、地下水の存在する地盤５内の位置をシールド機１で掘削して円形のトンネル２を構築する場合について説明する。
【００１７】
本発明に係るトンネル２は、利用空間を含むとともに、当該利用空間よりも大きな空間（以下、大空間という）を備える。
ここで、利用空間とは、建築限界に、トンネルの機能を果たすために用いられる資機材（例えば、覆工体３や風管や看板等）を設置するための空間を加えたものである。一般的なトンネルを構築する際は、この利用空間の大きさで掘削される。
また、以下の説明では、大空間の内方で、かつ、利用空間以外を未利用空間という。
【００１８】
図２は、本発明の第一実施形態に係る浮き上がり防止構造１０を備えたトンネル２の断面図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。
両図に示すように、本実施形態に係る浮き上がり防止構造１０は、環状の覆工体３の底部に設置された底部補強部材１１（重量物に相当）と、天部に設置された天部補強部材１２（重量物に相当）と、を備える。
【００１９】
覆工体３は、円形のシールド機１で掘削されたトンネル２の内周面に沿って複数のセグメント３ａを互いに連結して構築される。
【００２０】
底部補強部材１１及び天部補強部材１２は、未利用空間に設置されており、本設構造物となる。
【００２１】
底部補強部材１１、天部補強部材１２及び覆工体３の重量（トンネル２の自重に相当）と、トンネル２直上の上載荷重と、を合算した鉛直下向きの荷重は、浮力よりも大きくなっている。これにより、覆工体３の浮き上がりを防止できる。
なお、底部補強部材１１及び天部補強部材１２の重量は、それぞれ各現場条件に応じて設計等により決定される。
【００２２】
以下に、底部補強部材１１及び天部補強部材１２の構造について説明する。
【００２３】
底部補強部材１１は、水平に設置された底部用床版１１ａと、この床版１１ａを下から支えて支持するための柱１１ｂと、から構成される。
【００２４】
底部用床版１１ａ及び柱１１ｂは、プレキャストコンクリートからなり、トンネル２の長手方向の長さはセグメント３ａの幅と同じ長さに調整されている。
【００２５】
底部用床版１１ａの両端は、ボルト１３で覆工体３に固定されている。また、柱１１ｂの上端及び下端も、ボルト１３でそれぞれ底部用床版１１ａ、覆工体３に固定されている。
【００２６】
底部用床版１１ａの上は、人や車が走行可能である。また、図示しないが、掘削土砂を破砕する破砕装置や流動化処理土を作製する混練装置等の設備も設置可能である。
【００２７】
天部補強部材１２は、水平に設置された天井用床版１２ａと、この床版１２ａを吊り下げて支持するためのハンガー１２ｂと、から構成される。
【００２８】
天井用床版１２ａ及びハンガー１２ｂは、プレキャストコンクリートからなり、トンネル２の長手方向の長さはセグメント３ａの幅と同じ長さに調整されている。
【００２９】
天井用床版１２ａの両端は、ボルト１３で覆工体３に固定されている。また、ハンガー１２ｂの上端及び下端も、ボルト１３でそれぞれ覆工体３、天井用床版１２ａに固定されている。
【００３０】
以下に、上述した浮き上がり防止構造１０の構築方法を施工手順に従って説明する。
【００３１】
図４は、浮き上がり防止構造１０の構築工程を示す図である。同図に示すように、掘削工程Ｓ１０から前進工程Ｓ５０までを実施する事により、浮き上がり防止構造１０を構築する。以下、各工程について説明する。
【００３２】
まず、掘削工程Ｓ１０を実施する。この工程では、シールド機１のシールドジャッキを伸張させながら地盤５内を掘削して大空間のトンネル２を形成する。
また、シールド機１が前進することにより、シールド機１本体内のテール部に新たなセグメント３ａを設置するためのスペースが形成される。
【００３３】
次に、セグメント設置工程Ｓ２０を実施する。この工程では、図３に示すように、シールド機１のテール部内で新たな複数のセグメント３ａを環状に組み立てるとともに、既設のセグメント３ａの切羽側に接続して覆工体３を延設する。
セグメント３ａの組み立ては、組み立てる箇所のシールドジャッキを縮め、当該箇所にセグメント３ａを設置し、トンネル軸方向に既設されているセグメント３ａと新たに設置したセグメント３ａをボルト等で結合し、シールドジャッキを再び伸張させて新たに設置したセグメント３ａに当接させることにより行う。この作業を円周方向に繰り返して行うと同時に、新たに設置したセグメント３ａ同士もボルト等で結合して新たな覆工体３を構築する。
【００３４】
次に、底部補強部材設置工程Ｓ３０を実施する。この工程では、覆工体３の底部に、底部補強部材１１を設置する。
【００３５】
底部補強部材１１を、最も切羽側のセグメント３ａから坑口側へ向かって３リング目のセグメント３ａ上に設置する。
なお、本実施形態では、底部補強部材１１を３リング目に設置したが、この位置に限定されるものではなく、テール部内のセグメント３ａであれば他の位置でもよい。要は、テール部内でセグメント３ａに設置されていればよい。
したがって、浮力が直接作用するシールド機１の後端よりも坑口側の覆工体３には、必ず底部補強部材１１が設置されている事となる。
【００３６】
底部補強部材１１は（図２参照）、まず、覆工体３の底部中央に柱１１ｂを設置して、柱１１ｂを覆工体３及び既設の柱１１ｂにボルト１３にて接続し、次に、底部用床版１１ａを柱１１ｂの上に載置して、底部用床版１１ａを柱１１ｂ及び既設の底部用床版１１ａにボルト１３にて接続することにより構築される。
【００３７】
次に、天部補強部材設置工程Ｓ４０を実施する。この工程では、覆工体３の天部に、天部補強部材１２を設置する。
【００３８】
天部補強部材１２を（図３参照）、底部補強部材１１と同様に、最も切羽側のセグメント３ａから坑口側へ向かって３リング目のセグメント３ａの天部に設置する。
なお、本実施形態では、底部補強部材１１と同じセグメント３ａに設置したが、この方法に限定されるものではなく、テール部内の他のセグメント３ａ、例えば、切羽側に隣接する２リング目に設置してもよい。要は、底部補強部材１１と同様に、テール部内でセグメント３ａに設置されていればよい。
したがって、浮力が直接作用するシールド機１の後端よりも坑口側の覆工体３には、必ず天部補強部材１２が設置されている事となる。
【００３９】
天部補強部材１２は（図２参照）、まず、覆工体３の天部中央にハンガー１２ｂを設置して、ハンガー１２ｂを覆工体３及び既設のハンガー１２ｂにボルト１３にて接続し、次に、天井用床版１２ａをハンガー１２ｂの下に配置して、天井用床版１２ａをハンガー１２ｂ及び既設の天井用床版１２ａにボルト１３にて接続する事により構築される。
【００４０】
天部補強部材設置工程Ｓ４０を実施した後に、セグメント設置工程Ｓ２０で設置したセグメント３ａに当接させたシールドジャッキを伸張させながら、再びシールド機１にて地盤５内を掘削する掘削工程Ｓ１０を実施することにより、シールド機１本体を前進させる。
【００４１】
上述した掘削工程Ｓ１０から天部補強部材設置工程Ｓ４０を繰り返し行う事により、浮き上がり防止構造１０を構築する。
【００４２】
本実施形態における浮き上がり防止構造１０によれば、覆工体３の重量と、覆工体３の内方に設置された底部補強部材１１及び天部補強部材１２の重量と、トンネル２直上の上載荷重と、を合算した鉛直下向きの荷重が浮力よりも大きいので、覆工体３の浮き上がりを防止する事ができる。
【００４３】
また、浮力が直接作用するシールド機１の後端よりも坑口側の覆工体３には、底部補強部材１１及び天部補強部材１２が設置されているので、確実に覆工体３の浮き上がりを防止できる。
【００４４】
また、底部補強部材１１及び天部補強部材１２は、本設構造物として利用するため、撤去する必要がない。したがって、従来のように盛土やウエイト等を撤去する手間を省く事ができる。これにより、工期を短縮する事ができる。
【００４５】
また、大空間のトンネル２を形成するので、底部補強部材１１及び天部補強部材１２を覆工体３の内方に設置しても、利用空間からなる一般的なトンネルを形成した場合よりも作業領域を広く確保できる。これにより、作業効率が格段に向上する。
【００４６】
さらに、地上に盛土を敷設したり、地下水を低下させたりしないので、周囲の環境に影響を与えない。
【００４７】
なお、本発明に係る大空間のトンネル２を掘削するシールド機１は、利用空間のみからなる一般的な円形のトンネルを掘削するシールド機よりも大型となって高価になるものの、上述した工期を短縮できる事と作業効率が格段に向上する事とが俟って短期間でトンネル２を構築できるので、総合的に、大空間のトンネル２を構築する方が一般的な円形のトンネルを構築するよりも安価に施工する事ができる。さらに、浮力対策請工の多大な費用が不要となる点からも、大空間のトンネル２を構築する方が安価となる。
【００４８】
また、利用空間の断面形状が矩形のトンネルを矩形のシールド機で構築する場合と、この矩形の利用区間を含む大空間のトンネル２を構築する場合とのコストについて比較すると、矩形の利用空間を含む大空間を円形のシールド機１で掘削するので、シールド機１は矩形のシールド機よりも大型になるものの、矩形のシールド機よりも構造が簡単で、使用部品数も少なくてすむため、結果的に、矩形のシールド機よりもシールド機１を安く（例えば、矩形のシールド機の半額程度）製作できる事と、さらに、円形のトンネル用セグメントは矩形のトンネル用セグメントよりも安く（例えば、矩形のトンネル用セグメントの製作費用の１／２〜１／１０程度）製作できる事と、上述した工期を短縮できる事及び作業効率が格段に向上する事と、が俟って短期間でトンネル２を構築できるので、総合的に、大空間のトンネル２を構築する方が矩形のトンネルを構築するよりも安価に施工する事ができる。
【００４９】
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
【００５０】
以下の説明において、第一実施形態に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
【００５１】
図５は、本発明の第二実施形態に係る浮き上がり防止構造２０を備えたトンネル２の断面図である。また、図６は、図５のＢ−Ｂ断面図であり、図７は、図６のＣ−Ｃ断面図である。
これらの図に示すように、シールド機１内及びトンネル２内に大型のスクリューコンベア４等の装置が設置されている事によって、第一実施形態のように、シールド機１の後部付近に底部補強部材１１及び天部補強部材１２を設置する事ができない場合がある。
【００５２】
そこで、本実施形態における浮き上がり防止構造２０は、スクリューコンベア４と干渉しない位置に設置された底部補強部材１１、２１及び天部補強部材１２を備える。
【００５３】
本実施形態では、底部補強部材１１及び天部補強部材１２を、位置Ｄ（図６参照）から坑口までに、第一実施形態と同様に設置する。また、底部補強部材２１（重量物に相当）を、シールド機１の後端から位置Ｄまでの区間Ｌに設置する。
【００５４】
底部補強部材２１は、第一実施形態で用いた柱１１ｂを長手方向に３分割してそれぞれを小柱１１ｄとし、スクリューコンベア４の傾きに沿って、シールド機１の後端から坑口側へ行くにしたがって徐々に高くなるように小柱１１ｄを設置する事により構築される。
【００５５】
具体的には、シールド機１の後端付近の位置Ｅには小柱１１ｄを１本設置し、位置Ｅよりもやや坑口側の位置Ｆには小柱１１ｄを２本接続して設置し、スクリューコンベア４の後端付近の位置Ｈには小柱１１ｄを３本接続して柱１１ｂと同じ長さにして設置するとともに、その上に底部用床版１１ａを設置する。
【００５６】
坑口側へ行くにしたがって徐々に高くなるように小柱１１ｄを区間Ｌに設置した理由について以下に説明する。
【００５７】
重量物である底部補強部材１１、２１及び天部補強部材１２を内方に備えていない場合の覆工体３は、浮力により浮き上がってしまうため、全長にわたって重量物を設置することが望ましい（例えば、第一実施形態）。しかし、覆工体３はトンネル２の長手方向に隣接するセグメント３ａ同士がボルト等で連結して構築されているので、実際は、部分的に重量物が無くてもその両側に重量物が設置されていれば、浮き上がりを防止できる。
したがって、図６に示すように、本実施形態の区間Ｌの覆工体３は、Ｌ区間よりも切羽側（図６中では区間Ｌよりも左側）で、浮き上がるおそれのないシールド機１本体内の覆工体３と、区間Ｌよりも坑口側（図６中では区間Ｌよりも右側）で、底部補強部材１１、２１及び天部補強部材１２を備えて浮き上がり対策が充分に施された覆工体３と、に両側を挟まれているとともに、トンネル２の長手方向に隣接するセグメント３ａ同士がボルトで連結固定されているので、区間Ｌが浮き上がりに抵抗するためには、底部補強部材１１、２１及び天部補強部材１２の重量を合算した鉛直下向きの荷重のすべてを必要とするものではない。すなわち、区間Ｌには、これらの補強部材１１、１２、２１のうち何れか一つ若しくはこれらの補強部材１１、１２、２１を構成する部材の一部が設置されていればよいこととなる。
また、区間Ｌよりも切羽側及び坑口側の覆工体３には、それぞれシールド機１の重量、底部補強部材１１、２１及び天部補強部材１２の重量が作用している。これらの重量を比較するとシールド機１の方がはるかに大きいので、区間Ｌの左側は右側に比べて浮き上がりにくく、浮き上がり防止対策もわずかで良い。
そこで、本実施形態においては、区間Ｌにおいては、位置Ｅに小柱１１ｄを１本設置し、位置Ｆに小柱１１ｄを２本設置し、位置Ｈに小柱１１ｄを３本と底部用床版１１ａとを設置して、区間Ｌの右側ができるだけ重くなるようにするとともに、これらの総重量で浮き上がりの防止に対応できることに着目したものである。
【００５８】
本実施形態における浮き上がり防止構造２０によれば、スクリューコンベア４の傾斜に沿って底部補強部材２１を設置するので、スクリューコンベア４に干渉することなく、かつ、覆工体３内の空間を最大限に利用できる。
【００５９】
次に、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態の浮き上がり防止構造３０は、覆工体３の底部に埋戻し土を設置したものである。
【００６０】
図８は、本発明の第三実施形態に係る浮き上がり防止構造３０を備えたトンネル２の断面図である。
本図に示すように、本実施形態の浮き上がり防止構造３０は、底部補強部材３１（重量物に相当）と、天部補強部材１２と、を備える。
【００６１】
底部補強部材３１は、路盤材が敷設された埋戻し部３１ａと、埋戻し部３１ａのシールド機１側の側面を支持するための堰止め装置３１ｂと、から構成される。
【００６２】
埋戻し部３１ａには、砕石、高炉徐冷スラグ等を含む路盤材が敷設されている。
【００６３】
また、埋戻し部３１ａの上面は仮舗装されており、人や車が走行可能である。また、図示しないが、掘削土砂を破砕する破砕装置や流動化処理土を作製する混練装置等の設備も設置可能である。
【００６４】
堰止め装置３１ｂは、覆工体３に沿った円弧状の縦板３１ｃと、縦板３１ｃを支持する横板３１ｄと、横板３１ｄの下面に取り付けられたタイヤ３１ｅと、を備える。
【００６５】
縦板３１ｃの弧面には、図示しないが、エア入りのチューブが取り付けられており、これが覆工体３に密着している。
【００６６】
タイヤ３１ｅには、ストッパが設けられているので、このストッパをかける事により、堰止め装置３１ｂを固定できる。
【００６７】
以下に、上述した浮き上がり防止構造３０の構築方法を施工手順に従って説明する。
【００６８】
まず、第一実施形態と同様に、掘削工程Ｓ１０及びセグメント設置工程Ｓ２０を実施する。
【００６９】
次に、底部補強部材設置工程Ｓ３５を実施する。
底部補強部材３１は、まず、堰止め装置３１ｂを、最も切羽側のセグメント３ａから坑口側へ向かって３リング目のセグメント３ａ上に設置し、次に、新たな路盤材を、堰止め装置３１ｂと既設の埋戻し部３１ａとの間に敷設して締め固める事により構築される。
【００７０】
なお、本実施形態では、堰止め装置３１ｂを３リング目に設置したが、この位置に限定されるものではなく、テール部内のセグメント３ａであれば他の位置でもよい。要は、テール部内でセグメント３ａに設置されていればよい。
したがって、浮力が直接作用するシールド機１の後端よりも坑口側の覆工体３には、必ず底部補強部材３１が設置されている事となる。
【００７１】
次に、第一実施形態と同様に、天部補強部材設置工程Ｓ４０を実施する。
【００７２】
上述した掘削工程Ｓ１０から天部補強部材設置工程Ｓ４０を繰り返し行う事により、浮き上がり防止構造３０を構築する。
【００７３】
本実施形態における浮き上がり防止構造３０によれば、覆工体３の重量と、覆工体３の内方に設置された底部補強部材３１及び天部補強部材１２の重量と、トンネル２直上の上載荷重と、を合算した鉛直下向きの荷重が浮力よりも大きいので、覆工体３の浮き上がりを防止する事ができる。
【００７４】
また、浮力が直接作用するシールド機１の後端よりも坑口側の覆工体３には、底部補強部材３１及び天部補強部材１２が設置されているので、確実に覆工体３の浮き上がりを防止できる。
【００７５】
また、底部補強部材３１は、本設構造物として利用するため、撤去する必要がない。したがって、従来のように盛土やウエイト等を撤去する手間を省く事ができる。これにより、工期を短縮する事ができる。
【００７６】
次に、本発明の第四実施形態について説明する。
【００７７】
図９は、本発明の第四実施形態に係る浮き上がり防止構造４０を備えたトンネル２の断面図である。
本図に示すように、浮き上がり防止構造４０は、スクリューコンベア４と干渉しない位置に設置された底部補強部材３１、４１及び天部補強部材１２を備える。
【００７８】
本実施形態では、底部補強部材３１及び天部補強部材１２を、位置Ｇから坑口までに、第三実施形態と同様に設置する。また、底部補強部材４１（重量物に相当）を、シールド機１の後端から位置Ｇまでの区間Ｍに設置する。
【００７９】
底部補強部材４１は、スクリューコンベア４の傾きに沿って、シールド機１の後端から坑口側へ行くにしたがって徐々に高くなるように路盤材を敷設して締め固める事により構築される。
【００８０】
坑口側へ行くにしたがって徐々に高くなるように底部補強部材４１を区間Ｍに設置した理由について以下に説明する。
【００８１】
重量物である底部補強部材３１及び天部補強部材１２を内方に備えていない場合の覆工体３は、浮力により浮き上がってしまうため、全長にわたって重量物を設置することが望ましい（例えば、第三実施形態）。しかし、覆工体３はトンネル２の長手方向に隣接するセグメント３ａ同士がボルト等で連結して構築されているので、実際は、部分的に重量物が無くてもその両側に重量物が設置されていれば、浮き上がりを防止できる。
したがって、図９に示すように、本実施形態の区間Ｍの覆工体３は、区間Ｍよりも切羽側（図９中では区間Ｍよりも左側）で、浮き上がるおそれのないシールド機１本体内の覆工体３と、区間Ｍよりも坑口側（図９中では区間Ｍよりも右側）で、底部補強部材３１及び天部補強部材１２を備えて浮き上がり対策が充分に施された覆工体３と、に両側を挟まれているとともに、トンネル２の長手方向に隣接するセグメント３ａ同士がボルトで連結固定されているので、区間Ｍが浮き上がりに抵抗するためには、底部補強部材３１及び天部補強部材１２の重量を合算した鉛直下向きの荷重のすべてを必要とするものではない。すなわち、区間Ｍには、これらの補強部材１２、３１のうち何れか一つ若しくはこれらの補強部材１２、３１を構成する部材等の一部が設置されていればよいこととなる。
また、区間Ｍよりも切羽側及び坑口側の覆工体３には、それぞれシールド機１の重量、底部補強部材３１及び天部補強部材１２の重量が作用している。これらの重量を比較するとシールド機１の方がはるかに大きいので、区間Ｍの左側は右側に比べて浮き上がりにくく、浮き上がり防止対策もわずかで良い。
そこで、区間Ｍの右側ができるだけ重くなるように、坑口側へ行くにしたがって徐々に高くなるように底部補強部材４１を設置して、区間Ｍの右側ができるだけ重くなるようにするとともに、底部補強部材４１の重量で浮き上がりの防止に対応できることに着目したものである。
【００８２】
本実施形態における浮き上がり防止構造４０によれば、スクリューコンベア４の傾斜に沿って底部補強部材４１を設置するので、スクリューコンベア４に干渉することなく、かつ、覆工体３内の空間を最大限に利用できる。
【００８３】
なお、上述した各実施形態においては、底部補強部材設置工程Ｓ３０、Ｓ３５の後に、天部補強部材設置工程Ｓ４０を実施した場合について説明したが、この順番に限定されるものではなく、並行して実施したり、逆の順番で実施したりしてもよい。
【００８４】
なお、上述した各実施形態においては、底部補強部材１１、２１、３１、４１及び天部補強部材１２の両補強部材を設置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、いずれか一方の補強部材の重量と、トンネル２直上の上載荷重と、覆工体３の重量と、を合算した鉛直下向きの荷重が浮力よりも大きくなる場合には、その一方の補強部材のみを設置してもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１ シールド機
２ トンネル
３ 覆工体
３ａ セグメント
４ スクリューコンベア
５ 地盤
１０ 浮き上がり防止構造
１１ 底部補強部材
１１ａ 底部用床版
１１ｂ 柱
１１ｄ 小柱
１２ 天部補強部材
１２ａ 天井用床版
１２ｂ ハンガー
１３ ボルト
２０ 浮き上がり防止構造
２１ 底部補強部材
３０ 浮き上がり防止構造
３１ 底部補強部材
３１ａ 埋戻し部
３１ｂ 堰止め装置
３１ｃ 縦板
３１ｄ 横板
３１ｅ タイヤ
４０ 浮き上がり防止構造
４１ 底部補強部材
Ｓ１０ 掘削工程
Ｓ２０ セグメント設置工程
Ｓ３０ 底部補強部材設置工程
Ｓ３５ 底部補強部材設置工程
Ｓ４０ 天部補強部材設置工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド工法によって設置される覆工体の浮き上がり防止方法及びトンネルの構築方法並びにこの方法にて構築されたトンネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
地下水の存在する地盤内をシールド機で掘削した後に覆工体を設置すると、浮力によって覆工体が浮き上がる虞がある。
【０００３】
そこで、覆工体の浮き上がりを防止するために、トンネル直上の地面に盛土を敷設して上載荷重を大きくする方法やトンネルの周囲の地下水位を低下させて浮力を低減する方法が用いられている。
【０００４】
また、例えば、特許文献１には、複数のウエイトを覆工体の内方に、トンネルの長手方向に沿って所定の間隔で設置して覆工体の浮き上がりを防止する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６―１６８９２号公報
【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、トンネル直上に盛土を敷設する方法では、トンネルの本設工事が終了するまで盛土を撤去する事ができないため、長期にわたり地上を占有する事となり、周囲への影響が大きいという問題点があった。さらに、盛土の敷設及び撤去には、時間がかかるため、工期が長くなってしまうという問題点があった。
【０００７】
また、トンネルの周囲の地下水を低下させる方法では、周囲の環境を大きく変化させる虞があるという問題点があった。
【０００８】
そして、特許文献１に記載の方法では、トンネルの進行にあわせてウエイトを設置する作業及びトンネルの本設工事後にウエイトを撤去する作業等が必要であり、これらの作業には手間がかかるという問題点があった。さらに、複数のウエイトが覆工体内に設置されるので、覆工体内での作業領域が狭くなり、作業効率が低下するため、工期が長くなってしまい工費がかかるという問題点があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、周囲の環境に影響を与える事なく、安価で効率良く施工可能な覆工体の浮き上がり防止対策を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上載荷重よりも地下水による浮力が大きい地盤内の位置にシールド工法によってトンネルを構築するにあたり、当該トンネルを構成する覆工体の浮き上がりを防止する覆工体の浮き上がり防止方法において、
前記トンネルの機能を果たすために用いられる利用空間よりも大きな大空間を掘削して、当該大空間の内面に覆工体を設置し、
前記覆工体の内方で、前記利用空間以外の位置に本設構造物となる重量物を設置して、前記上載荷重と、前記トンネルの自重との合力を前記浮力よりも大きくする事を特徴とする。
【００１１】
また、本発明において、前記トンネルの断面形状は、円形である事としてもよい。
【００１２】
また、本発明は、上載荷重よりも地下水による浮力が大きい地盤内の位置にシールド工法によってトンネルを構築する構築方法において、
前記トンネルの機能を果たすために用いられる利用空間よりも大きな大空間を掘削して、当該大空間の内面に覆工体を設置し、
前記覆工体の内方で、前記利用空間以外の位置に本設構造物となる重量物を設置して、前記上載荷重と、前記トンネルの自重との合力を前記浮力よりも大きくする事を特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、上述したトンネルの構築方法にて構築されたトンネルにも係る。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、周囲の環境に影響を与える事なく、安価で効率良く施工可能な覆工体の浮き上がり防止対策を提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る大空間を備えたトンネルについて説明するための図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る浮き上がり防止構造を備えたトンネルの断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】浮き上がり防止構造の構築工程を示す図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係る浮き上がり防止構造を備えたトンネルの断面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】図６のＣ−Ｃ断面図である。
【図８】本発明の第三実施形態に係る浮き上がり防止構造を備えたトンネルの断面図である。
【図９】本発明の第四実施形態に係る浮き上がり防止構造を備えたトンネルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。本実施形態では、図１に示すように、地下水の存在する地盤５内の位置をシールド機１で掘削して円形のトンネル２を構築する場合について説明する。
【００１７】
本発明に係るトンネル２は、利用空間を含むとともに、当該利用空間よりも大きな空間（以下、大空間という）を備える。
ここで、利用空間とは、建築限界に、トンネルの機能を果たすために用いられる資機材（例えば、覆工体３や風管や看板等）を設置するための空間を加えたものである。一般的なトンネルを構築する際は、この利用空間の大きさで掘削される。
また、以下の説明では、大空間の内方で、かつ、利用空間以外を未利用空間という。
【００１８】
図２は、本発明の第一実施形態に係る浮き上がり防止構造１０を備えたトンネル２の断面図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。
両図に示すように、本実施形態に係る浮き上がり防止構造１０は、環状の覆工体３の底部に設置された底部補強部材１１（重量物に相当）と、天部に設置された天部補強部材１２（重量物に相当）と、を備える。
【００１９】
覆工体３は、円形のシールド機１で掘削されたトンネル２の内周面に沿って複数のセグメント３ａを互いに連結して構築される。
【００２０】
底部補強部材１１及び天部補強部材１２は、未利用空間に設置されており、本設構造物となる。
【００２１】
底部補強部材１１、天部補強部材１２及び覆工体３の重量（トンネル２の自重に相当）と、トンネル２直上の上載荷重と、を合算した鉛直下向きの荷重は、浮力よりも大きくなっている。これにより、覆工体３の浮き上がりを防止できる。
なお、底部補強部材１１及び天部補強部材１２の重量は、それぞれ各現場条件に応じて設計等により決定される。
【００２２】
以下に、底部補強部材１１及び天部補強部材１２の構造について説明する。
【００２３】
底部補強部材１１は、水平に設置された底部用床版１１ａと、この床版１１ａを下から支えて支持するための柱１１ｂと、から構成される。
【００２４】
底部用床版１１ａ及び柱１１ｂは、プレキャストコンクリートからなり、トンネル２の長手方向の長さはセグメント３ａの幅と同じ長さに調整されている。
【００２５】
底部用床版１１ａの両端は、ボルト１３で覆工体３に固定されている。また、柱１１ｂの上端及び下端も、ボルト１３でそれぞれ底部用床版１１ａ、覆工体３に固定されている。
【００２６】
底部用床版１１ａの上は、人や車が走行可能である。また、図示しないが、掘削土砂を破砕する破砕装置や流動化処理土を作製する混練装置等の設備も設置可能である。
【００２７】
天部補強部材１２は、水平に設置された天井用床版１２ａと、この床版１２ａを吊り下げて支持するためのハンガー１２ｂと、から構成される。
【００２８】
天井用床版１２ａ及びハンガー１２ｂは、プレキャストコンクリートからなり、トンネル２の長手方向の長さはセグメント３ａの幅と同じ長さに調整されている。
【００２９】
天井用床版１２ａの両端は、ボルト１３で覆工体３に固定されている。また、ハンガー１２ｂの上端及び下端も、ボルト１３でそれぞれ覆工体３、天井用床版１２ａに固定されている。
【００３０】
以下に、上述した浮き上がり防止構造１０の構築方法を施工手順に従って説明する。
【００３１】
図４は、浮き上がり防止構造１０の構築工程を示す図である。同図に示すように、掘削工程Ｓ１０から前進工程Ｓ５０までを実施する事により、浮き上がり防止構造１０を構築する。以下、各工程について説明する。
【００３２】
まず、掘削工程Ｓ１０を実施する。この工程では、シールド機１のシールドジャッキを伸張させながら地盤５内を掘削して大空間のトンネル２を形成する。
また、シールド機１が前進することにより、シールド機１本体内のテール部に新たなセグメント３ａを設置するためのスペースが形成される。
【００３３】
次に、セグメント設置工程Ｓ２０を実施する。この工程では、図３に示すように、シールド機１のテール部内で新たな複数のセグメント３ａを環状に組み立てるとともに、既設のセグメント３ａの切羽側に接続して覆工体３を延設する。
セグメント３ａの組み立ては、組み立てる箇所のシールドジャッキを縮め、当該箇所にセグメント３ａを設置し、トンネル軸方向に既設されているセグメント３ａと新たに設置したセグメント３ａをボルト等で結合し、シールドジャッキを再び伸張させて新たに設置したセグメント３ａに当接させることにより行う。この作業を円周方向に繰り返して行うと同時に、新たに設置したセグメント３ａ同士もボルト等で結合して新たな覆工体３を構築する。
【００３４】
次に、底部補強部材設置工程Ｓ３０を実施する。この工程では、覆工体３の底部に、底部補強部材１１を設置する。
【００３５】
底部補強部材１１を、最も切羽側のセグメント３ａから坑口側へ向かって３リング目のセグメント３ａ上に設置する。
なお、本実施形態では、底部補強部材１１を３リング目に設置したが、この位置に限定されるものではなく、テール部内のセグメント３ａであれば他の位置でもよい。要は、テール部内でセグメント３ａに設置されていればよい。
したがって、浮力が直接作用するシールド機１の後端よりも坑口側の覆工体３には、必ず底部補強部材１１が設置されている事となる。
【００３６】
底部補強部材１１は（図２参照）、まず、覆工体３の底部中央に柱１１ｂを設置して、柱１１ｂを覆工体３及び既設の柱１１ｂにボルト１３にて接続し、次に、底部用床版１１ａを柱１１ｂの上に載置して、底部用床版１１ａを柱１１ｂ及び既設の底部用床版１１ａにボルト１３にて接続することにより構築される。
【００３７】
次に、天部補強部材設置工程Ｓ４０を実施する。この工程では、覆工体３の天部に、天部補強部材１２を設置する。
【００３８】
天部補強部材１２を（図３参照）、底部補強部材１１と同様に、最も切羽側のセグメント３ａから坑口側へ向かって３リング目のセグメント３ａの天部に設置する。
なお、本実施形態では、底部補強部材１１と同じセグメント３ａに設置したが、この方法に限定されるものではなく、テール部内の他のセグメント３ａ、例えば、切羽側に隣接する２リング目に設置してもよい。要は、底部補強部材１１と同様に、テール部内でセグメント３ａに設置されていればよい。
したがって、浮力が直接作用するシールド機１の後端よりも坑口側の覆工体３には、必ず天部補強部材１２が設置されている事となる。
【００３９】
天部補強部材１２は（図２参照）、まず、覆工体３の天部中央にハンガー１２ｂを設置して、ハンガー１２ｂを覆工体３及び既設のハンガー１２ｂにボルト１３にて接続し、次に、天井用床版１２ａをハンガー１２ｂの下に配置して、天井用床版１２ａをハンガー１２ｂ及び既設の天井用床版１２ａにボルト１３にて接続する事により構築される。
【００４０】
天部補強部材設置工程Ｓ４０を実施した後に、セグメント設置工程Ｓ２０で設置したセグメント３ａに当接させたシールドジャッキを伸張させながら、再びシールド機１にて地盤５内を掘削する掘削工程Ｓ１０を実施することにより、シールド機１本体を前進させる。
【００４１】
上述した掘削工程Ｓ１０から天部補強部材設置工程Ｓ４０を繰り返し行う事により、浮き上がり防止構造１０を構築する。
【００４２】
本実施形態における浮き上がり防止構造１０によれば、覆工体３の重量と、覆工体３の内方に設置された底部補強部材１１及び天部補強部材１２の重量と、トンネル２直上の上載荷重と、を合算した鉛直下向きの荷重が浮力よりも大きいので、覆工体３の浮き上がりを防止する事ができる。
【００４３】
また、浮力が直接作用するシールド機１の後端よりも坑口側の覆工体３には、底部補強部材１１及び天部補強部材１２が設置されているので、確実に覆工体３の浮き上がりを防止できる。
【００４４】
また、底部補強部材１１及び天部補強部材１２は、本設構造物として利用するため、撤去する必要がない。したがって、従来のように盛土やウエイト等を撤去する手間を省く事ができる。これにより、工期を短縮する事ができる。
【００４５】
また、大空間のトンネル２を形成するので、底部補強部材１１及び天部補強部材１２を覆工体３の内方に設置しても、利用空間からなる一般的なトンネルを形成した場合よりも作業領域を広く確保できる。これにより、作業効率が格段に向上する。
【００４６】
さらに、地上に盛土を敷設したり、地下水を低下させたりしないので、周囲の環境に影響を与えない。
【００４７】
なお、本発明に係る大空間のトンネル２を掘削するシールド機１は、利用空間のみからなる一般的な円形のトンネルを掘削するシールド機よりも大型となって高価になるものの、上述した工期を短縮できる事と作業効率が格段に向上する事とが俟って短期間でトンネル２を構築できるので、総合的に、大空間のトンネル２を構築する方が一般的な円形のトンネルを構築するよりも安価に施工する事ができる。さらに、浮力対策請工の多大な費用が不要となる点からも、大空間のトンネル２を構築する方が安価となる。
【００４８】
また、利用空間の断面形状が矩形のトンネルを矩形のシールド機で構築する場合と、この矩形の利用区間を含む大空間のトンネル２を構築する場合とのコストについて比較すると、矩形の利用空間を含む大空間を円形のシールド機１で掘削するので、シールド機１は矩形のシールド機よりも大型になるものの、矩形のシールド機よりも構造が簡単で、使用部品数も少なくてすむため、結果的に、矩形のシールド機よりもシールド機１を安く（例えば、矩形のシールド機の半額程度）製作できる事と、さらに、円形のトンネル用セグメントは矩形のトンネル用セグメントよりも安く（例えば、矩形のトンネル用セグメントの製作費用の１／２〜１／１０程度）製作できる事と、上述した工期を短縮できる事及び作業効率が格段に向上する事と、が俟って短期間でトンネル２を構築できるので、総合的に、大空間のトンネル２を構築する方が矩形のトンネルを構築するよりも安価に施工する事ができる。
【００４９】
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
【００５０】
以下の説明において、第一実施形態に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
【００５１】
図５は、本発明の第二実施形態に係る浮き上がり防止構造２０を備えたトンネル２の断面図である。また、図６は、図５のＢ−Ｂ断面図であり、図７は、図６のＣ−Ｃ断面図である。
これらの図に示すように、シールド機１内及びトンネル２内に大型のスクリューコンベア４等の装置が設置されている事によって、第一実施形態のように、シールド機１の後部付近に底部補強部材１１及び天部補強部材１２を設置する事ができない場合がある。
【００５２】
そこで、本実施形態における浮き上がり防止構造２０は、スクリューコンベア４と干渉しない位置に設置された底部補強部材１１、２１及び天部補強部材１２を備える。
【００５３】
本実施形態では、底部補強部材１１及び天部補強部材１２を、位置Ｄ（図６参照）から坑口までに、第一実施形態と同様に設置する。また、底部補強部材２１（重量物に相当）を、シールド機１の後端から位置Ｄまでの区間Ｌに設置する。
【００５４】
底部補強部材２１は、第一実施形態で用いた柱１１ｂを長手方向に３分割してそれぞれを小柱１１ｄとし、スクリューコンベア４の傾きに沿って、シールド機１の後端から坑口側へ行くにしたがって徐々に高くなるように小柱１１ｄを設置する事により構築される。
【００５５】
具体的には、シールド機１の後端付近の位置Ｅには小柱１１ｄを１本設置し、位置Ｅよりもやや坑口側の位置Ｆには小柱１１ｄを２本接続して設置し、スクリューコンベア４の後端付近の位置Ｈには小柱１１ｄを３本接続して柱１１ｂと同じ長さにして設置するとともに、その上に底部用床版１１ａを設置する。
【００５６】
坑口側へ行くにしたがって徐々に高くなるように小柱１１ｄを区間Ｌに設置した理由について以下に説明する。
【００５７】
重量物である底部補強部材１１、２１及び天部補強部材１２を内方に備えていない場合の覆工体３は、浮力により浮き上がってしまうため、全長にわたって重量物を設置することが望ましい（例えば、第一実施形態）。しかし、覆工体３はトンネル２の長手方向に隣接するセグメント３ａ同士がボルト等で連結して構築されているので、実際は、部分的に重量物が無くてもその両側に重量物が設置されていれば、浮き上がりを防止できる。
したがって、図６に示すように、本実施形態の区間Ｌの覆工体３は、Ｌ区間よりも切羽側（図６中では区間Ｌよりも左側）で、浮き上がるおそれのないシールド機１本体内の覆工体３と、区間Ｌよりも坑口側（図６中では区間Ｌよりも右側）で、底部補強部材１１、２１及び天部補強部材１２を備えて浮き上がり対策が充分に施された覆工体３と、に両側を挟まれているとともに、トンネル２の長手方向に隣接するセグメント３ａ同士がボルトで連結固定されているので、区間Ｌが浮き上がりに抵抗するためには、底部補強部材１１、２１及び天部補強部材１２の重量を合算した鉛直下向きの荷重のすべてを必要とするものではない。すなわち、区間Ｌには、これらの補強部材１１、１２、２１のうち何れか一つ若しくはこれらの補強部材１１、１２、２１を構成する部材の一部が設置されていればよいこととなる。
また、区間Ｌよりも切羽側及び坑口側の覆工体３には、それぞれシールド機１の重量、底部補強部材１１、２１及び天部補強部材１２の重量が作用している。これらの重量を比較するとシールド機１の方がはるかに大きいので、区間Ｌの左側は右側に比べて浮き上がりにくく、浮き上がり防止対策もわずかで良い。
そこで、本実施形態においては、区間Ｌにおいては、位置Ｅに小柱１１ｄを１本設置し、位置Ｆに小柱１１ｄを２本設置し、位置Ｈに小柱１１ｄを３本と底部用床版１１ａとを設置して、区間Ｌの右側ができるだけ重くなるようにするとともに、これらの総重量で浮き上がりの防止に対応できることに着目したものである。
【００５８】
本実施形態における浮き上がり防止構造２０によれば、スクリューコンベア４の傾斜に沿って底部補強部材２１を設置するので、スクリューコンベア４に干渉することなく、かつ、覆工体３内の空間を最大限に利用できる。
【００５９】
次に、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態の浮き上がり防止構造３０は、覆工体３の底部に埋戻し土を設置したものである。
【００６０】
図８は、本発明の第三実施形態に係る浮き上がり防止構造３０を備えたトンネル２の断面図である。
本図に示すように、本実施形態の浮き上がり防止構造３０は、底部補強部材３１（重量物に相当）と、天部補強部材１２と、を備える。
【００６１】
底部補強部材３１は、路盤材が敷設された埋戻し部３１ａと、埋戻し部３１ａのシールド機１側の側面を支持するための堰止め装置３１ｂと、から構成される。
【００６２】
埋戻し部３１ａには、砕石、高炉徐冷スラグ等を含む路盤材が敷設されている。
【００６３】
また、埋戻し部３１ａの上面は仮舗装されており、人や車が走行可能である。また、図示しないが、掘削土砂を破砕する破砕装置や流動化処理土を作製する混練装置等の設備も設置可能である。
【００６４】
堰止め装置３１ｂは、覆工体３に沿った円弧状の縦板３１ｃと、縦板３１ｃを支持する横板３１ｄと、横板３１ｄの下面に取り付けられたタイヤ３１ｅと、を備える。
【００６５】
縦板３１ｃの弧面には、図示しないが、エア入りのチューブが取り付けられており、これが覆工体３に密着している。
【００６６】
タイヤ３１ｅには、ストッパが設けられているので、このストッパをかける事により、堰止め装置３１ｂを固定できる。
【００６７】
以下に、上述した浮き上がり防止構造３０の構築方法を施工手順に従って説明する。
【００６８】
まず、第一実施形態と同様に、掘削工程Ｓ１０及びセグメント設置工程Ｓ２０を実施する。
【００６９】
次に、底部補強部材設置工程Ｓ３５を実施する。
底部補強部材３１は、まず、堰止め装置３１ｂを、最も切羽側のセグメント３ａから坑口側へ向かって３リング目のセグメント３ａ上に設置し、次に、新たな路盤材を、堰止め装置３１ｂと既設の埋戻し部３１ａとの間に敷設して締め固める事により構築される。
【００７０】
なお、本実施形態では、堰止め装置３１ｂを３リング目に設置したが、この位置に限定されるものではなく、テール部内のセグメント３ａであれば他の位置でもよい。要は、テール部内でセグメント３ａに設置されていればよい。
したがって、浮力が直接作用するシールド機１の後端よりも坑口側の覆工体３には、必ず底部補強部材３１が設置されている事となる。
【００７１】
次に、第一実施形態と同様に、天部補強部材設置工程Ｓ４０を実施する。
【００７２】
上述した掘削工程Ｓ１０から天部補強部材設置工程Ｓ４０を繰り返し行う事により、浮き上がり防止構造３０を構築する。
【００７３】
本実施形態における浮き上がり防止構造３０によれば、覆工体３の重量と、覆工体３の内方に設置された底部補強部材３１及び天部補強部材１２の重量と、トンネル２直上の上載荷重と、を合算した鉛直下向きの荷重が浮力よりも大きいので、覆工体３の浮き上がりを防止する事ができる。
【００７４】
また、浮力が直接作用するシールド機１の後端よりも坑口側の覆工体３には、底部補強部材３１及び天部補強部材１２が設置されているので、確実に覆工体３の浮き上がりを防止できる。
【００７５】
また、底部補強部材３１は、本設構造物として利用するため、撤去する必要がない。したがって、従来のように盛土やウエイト等を撤去する手間を省く事ができる。これにより、工期を短縮する事ができる。
【００７６】
次に、本発明の第四実施形態について説明する。
【００７７】
図９は、本発明の第四実施形態に係る浮き上がり防止構造４０を備えたトンネル２の断面図である。
本図に示すように、浮き上がり防止構造４０は、スクリューコンベア４と干渉しない位置に設置された底部補強部材３１、４１及び天部補強部材１２を備える。
【００７８】
本実施形態では、底部補強部材３１及び天部補強部材１２を、位置Ｇから坑口までに、第三実施形態と同様に設置する。また、底部補強部材４１（重量物に相当）を、シールド機１の後端から位置Ｇまでの区間Ｍに設置する。
【００７９】
底部補強部材４１は、スクリューコンベア４の傾きに沿って、シールド機１の後端から坑口側へ行くにしたがって徐々に高くなるように路盤材を敷設して締め固める事により構築される。
【００８０】
坑口側へ行くにしたがって徐々に高くなるように底部補強部材４１を区間Ｍに設置した理由について以下に説明する。
【００８１】
重量物である底部補強部材３１及び天部補強部材１２を内方に備えていない場合の覆工体３は、浮力により浮き上がってしまうため、全長にわたって重量物を設置することが望ましい（例えば、第三実施形態）。しかし、覆工体３はトンネル２の長手方向に隣接するセグメント３ａ同士がボルト等で連結して構築されているので、実際は、部分的に重量物が無くてもその両側に重量物が設置されていれば、浮き上がりを防止できる。
したがって、図９に示すように、本実施形態の区間Ｍの覆工体３は、区間Ｍよりも切羽側（図９中では区間Ｍよりも左側）で、浮き上がるおそれのないシールド機１本体内の覆工体３と、区間Ｍよりも坑口側（図９中では区間Ｍよりも右側）で、底部補強部材３１及び天部補強部材１２を備えて浮き上がり対策が充分に施された覆工体３と、に両側を挟まれているとともに、トンネル２の長手方向に隣接するセグメント３ａ同士がボルトで連結固定されているので、区間Ｍが浮き上がりに抵抗するためには、底部補強部材３１及び天部補強部材１２の重量を合算した鉛直下向きの荷重のすべてを必要とするものではない。すなわち、区間Ｍには、これらの補強部材１２、３１のうち何れか一つ若しくはこれらの補強部材１２、３１を構成する部材等の一部が設置されていればよいこととなる。
また、区間Ｍよりも切羽側及び坑口側の覆工体３には、それぞれシールド機１の重量、底部補強部材３１及び天部補強部材１２の重量が作用している。これらの重量を比較するとシールド機１の方がはるかに大きいので、区間Ｍの左側は右側に比べて浮き上がりにくく、浮き上がり防止対策もわずかで良い。
そこで、区間Ｍの右側ができるだけ重くなるように、坑口側へ行くにしたがって徐々に高くなるように底部補強部材４１を設置して、区間Ｍの右側ができるだけ重くなるようにするとともに、底部補強部材４１の重量で浮き上がりの防止に対応できることに着目したものである。
【００８２】
本実施形態における浮き上がり防止構造４０によれば、スクリューコンベア４の傾斜に沿って底部補強部材４１を設置するので、スクリューコンベア４に干渉することなく、かつ、覆工体３内の空間を最大限に利用できる。
【００８３】
なお、上述した各実施形態においては、底部補強部材設置工程Ｓ３０、Ｓ３５の後に、天部補強部材設置工程Ｓ４０を実施した場合について説明したが、この順番に限定されるものではなく、並行して実施したり、逆の順番で実施したりしてもよい。
【００８４】
なお、上述した各実施形態においては、底部補強部材１１、２１、３１、４１及び天部補強部材１２の両補強部材を設置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、いずれか一方の補強部材の重量と、トンネル２直上の上載荷重と、覆工体３の重量と、を合算した鉛直下向きの荷重が浮力よりも大きくなる場合には、その一方の補強部材のみを設置してもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１ シールド機
２ トンネル
３ 覆工体
３ａ セグメント
４ スクリューコンベア
５ 地盤
１０ 浮き上がり防止構造
１１ 底部補強部材
１１ａ 底部用床版
１１ｂ 柱
１１ｄ 小柱
１２ 天部補強部材
１２ａ 天井用床版
１２ｂ ハンガー
１３ ボルト
２０ 浮き上がり防止構造
２１ 底部補強部材
３０ 浮き上がり防止構造
３１ 底部補強部材
３１ａ 埋戻し部
３１ｂ 堰止め装置
３１ｃ 縦板
３１ｄ 横板
３１ｅ タイヤ
４０ 浮き上がり防止構造
４１ 底部補強部材
Ｓ１０ 掘削工程
Ｓ２０ セグメント設置工程
Ｓ３０ 底部補強部材設置工程
Ｓ３５ 底部補強部材設置工程
Ｓ４０ 天部補強部材設置工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上載荷重よりも地下水による浮力が大きい地盤内の位置にシールド工法によってトンネルを構築するにあたり、当該トンネルを構成する覆工体の浮き上がりを防止する覆工体の浮き上がり防止方法において、
前記トンネルの機能を果たすために用いられる利用空間よりも大きな大空間を掘削して、当該大空間の内面に覆工体を設置し、
前記覆工体の内方で、前記利用空間以外の位置に本設構造物となる重量物を設置して、前記上載荷重と、前記トンネルの自重との合力を前記浮力よりも大きくする事を特徴とする覆工体の浮き上がり防止方法。
【請求項２】
前記トンネルの断面形状は、円形である事を特徴とする請求項１に記載の覆工体の浮き上がり防止方法。
【請求項３】
上載荷重よりも地下水による浮力が大きい地盤内の位置にシールド工法によってトンネルを構築する構築方法において、
前記トンネルの機能を果たすために用いられる利用空間よりも大きな大空間を掘削して、当該大空間の内面に覆工体を設置し、
前記覆工体の内方で、前記利用空間以外の位置に本設構造物となる重量物を設置して、前記上載荷重と、前記トンネルの自重との合力を前記浮力よりも大きくする事を特徴とするトンネルの構築方法。
【請求項４】
請求項３に記載のトンネルの構築方法にて構築されたことを特徴とするトンネル。
【請求項１】
上載荷重よりも地下水による浮力が大きい地盤内の位置にシールド工法によってトンネルを構築するにあたり、当該トンネルを構成する覆工体の浮き上がりを防止する覆工体の浮き上がり防止方法において、
前記トンネルの機能を果たすために用いられる利用空間よりも大きな大空間を掘削して、当該大空間の内面に覆工体を設置し、
前記覆工体の内方で、前記利用空間以外の位置に本設構造物となる重量物を設置して、前記上載荷重と、前記トンネルの自重との合力を前記浮力よりも大きくする事を特徴とする覆工体の浮き上がり防止方法。
【請求項２】
前記トンネルの断面形状は、円形である事を特徴とする請求項１に記載の覆工体の浮き上がり防止方法。
【請求項３】
上載荷重よりも地下水による浮力が大きい地盤内の位置にシールド工法によってトンネルを構築する構築方法において、
前記トンネルの機能を果たすために用いられる利用空間よりも大きな大空間を掘削して、当該大空間の内面に覆工体を設置し、
前記覆工体の内方で、前記利用空間以外の位置に本設構造物となる重量物を設置して、前記上載荷重と、前記トンネルの自重との合力を前記浮力よりも大きくする事を特徴とするトンネルの構築方法。
【請求項４】
請求項３に記載のトンネルの構築方法にて構築されたことを特徴とするトンネル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２５６５２４（Ｐ２０１１−２５６５２４Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２９１９９（Ｐ２０１０−１２９１９９）
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
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