JP3099086B2 - ２層複線となるシールドトンネルの地下鉄道 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 近時、先進国の大都市には、人や、物や、資金及び情
報の集中化が増大して、密集度が異常に高まる一方、自
動車の著しい増加によって都市における路面交通の混雑
が極限状態となり、交通事故の増大は勿論、各所で絶間
なく交通渋滞をまねいているばかりか、これに対する地
上走行の鉄道輸送は過飽和となつて日夜通勤地獄をもた
らし、特に朝夕のラッシュアワーに対して地上走行の在
来鉄道では、列車を増結し増発をおこなって急場をしの
いできたものの、今やこれらの強化策も限界に達してい
る。しかも最近異常に増加した通勤通学の交通需要に対
して最も効果的と考えられる鉄道の増線や新線としての
増設も、既成市街地では高地価問題が立ちはだかってそ
の実現は極めて困難となるため、これらの現象の結果、
日々の都市機能を著しく阻害している。

この様な事態への対策としては、地下鉄道の建設が最
も理想的であって、各国の主要な大都市ではそれぞれい
ろんなタイプの地下鉄道網の発達を見ることができる。

地下鉄道用のトンネルの建設には現在二通りの方法が
行われており、その一つは深度の浅い場合に適用される
開削工法や潜函工法による箱形トンネルを敷設する場合
と、いま一つは深度の深い場合におけるシールド工法に
よる円形断面のトンネルを敷設する場合とがある。

ところが最近になって都市における建設物等の密集化
と高層化により可なり深い所まで沢山の基礎打ち工事が
なされて、地下鉄ルートはこれらを避けながら主に幹線
街路下に限定される傾向が強くなって、強いカーブを嫌
う鉄道ルートでの自由な設計に対する大きな制約をもた
らすばかりか、地下に対する土地所有権上の問題もから
んで、浅度ルートによる地下鉄建設は益々困難な情勢と
なってきた。

これに対して大深度ルートのシールド工法による地下
鉄道の建設は、上記浅深度の場合における障害を避けて
都市の地下に自由なルート設計ができる長所があって、
これからの地下鉄道建設は或程度の費用高でも大深度の
地下鉄となる傾向が強い。

しかしながら地下鉄建設は、いずれの方法によるとも
地上線や高架線の建設と比べて膨大な建設費を要するこ
とは避けられず、そのため堀削断面を少しでも小さくし
て、最近では低床小型のミニ地下鉄の建設が各地で推進
されようとしている。

交通需要のそれほど多くないルートでは、これらのミ
ニ地下鉄の建設はそれなりに意義のある事であるが、郊
外鉄道の終着駅をいくつも有する大ターミナル副都心間
等を結ぶ幹線となる地下鉄路線では、この様なミニ地下
鉄ではとうてい膨大な交通需要を捌くことはできないの
で、在来型の車幅（例えば2,790〜2,865mm）の電車を走
らせねばならないし、更に必要あらば我国の新幹線鉄道
電車（車体幅3,400mm）等を走らせる必要も生ずる。

すなわち、従来の複線シードルトンネルは、トンネル
断面に対して列車を左右に併立させて走行させる複線路
線を設定するのが普通であるが、ここに本発明は円形掘
削断面のシードルトンネルに於いて、路線全長にわたっ
て上下２層の軌道敷となる複線を構築して超広幅車体の
列車を走行させるようにした地下鉄道装置であって、上
層軌道床の自重及びこれに加わる上層走行列車の荷重と
振動とを受け支えるための円弧柱列の円弧柱の下端が、
下層軌道床となるインバート・コンクリートに両端から
挟むようにしてボルト・ナット等で固定されると共に、
円弧柱の側面が、セグメントを基幹として円筒状に形成
されたトンネル下半部の円弧状内壁面とほぼ同じ曲率で
作られ、該トンネル下半部の円弧状内壁面に硬質ゴム等
の緩衝材を介して密着した状態で当接し、トンネル内を
上下２層の往復車線とした地下鉄装置であり、このこと
によって、２倍以上の交通量をもたらす超広幅車体の電
車を走行させることが出来て、高価な地下鉄建設工事費
に対してそれを償う飛躍的な輸送量を確保することがで
きるようになる。

この事について、以下図面に基ずいて、在来線の場合
と比較しながら本発明の詳細について説明する。

第１図は、我国主要都市における地下鉄線の標準的な
複線シールドトンネルの断面を示したものであって、車
両（１）は東京都の営団丸の内線をモデルとしたもの
で、これらを以後は在来線とすることとする。

すなはち、第１図で例示した在来線のシールドトンネ
ルは、その掘削断面の半径Ｄが4,900mmで直径Ｅは9,800
mmであり、セグメント及び二次覆工を合わせたトンネル
躯体（２）の厚さＦは500mmとなる。このトンネルに
は、在来線の車幅Ｂが2,790mmで車高Ａが3,495mmであっ
て、1,435mmの標準軌間Ｃの電車（１）を左右併立させ
た複線として走行させていた。この場合に道床部には、
大量のインバートコンクリート（３）を要し、また架空
線集電方式の場合には上部空間にパンダグラフ（４）や
架空線設備を要するけれども、これらの空中設備の無い
第３軌条による集電方式の場合でも、円形断面のトンネ
ルに複線を左右に併走させる場合には、上下に相当無駄
なスペースを生じていた。

これに対して本発明では、新幹線用と同等のシールド
トンネルを上下に２分割し、上下に複線鉄道として走行
させることによって、掘削面積に対する輸送量の割合を
著しく増大させるものである。

すなはち本発明は、第２図に示すように、人体の平均
身長より見て、電車（５）の車高Ａ′を3,700mmとする
とき、シールドトンネルの半径Ｄは6,500mmに、その断
面直径Ｅ′は13,000mm程度とするのが理想的であろう。

この様なシールドトンネルは従来の工事例より見てト
ンネル躯体（６）の厚さＦ′はセグメントが550mmで二
次覆工は300mmで合計壁厚は850mmとなるが、このトンネ
ルのほぼ２分の１の高さの所に図の様に上部軌道敷
（７）をトンネル全長にわたって設け、上側と下側に往
復方向に電車（５）を複線として走行させる。

この様な構成とする場合には、電車（５）の車幅Ｂ′
は実に6,900mmもとることができるので、第１表に示す
ように、在来線の複線シールドトンネルの堀削断面積3
0.79m²を１とすると、本発明ではその掘削断面積を40.8
4m²のわずか1.3倍に増加させるだけで、在来線の車体幅
2,790mmに対し、本発明の地下鉄電車の車体幅は6,900mm
ともなって、実に2.47倍の輸送力を発揮する事となる。

また、本発明を我国の在来新幹線鉄道のシールドトン
ネルの断面と比較すると、第３図のように新幹線シール
ドトンネルとしては、東北新幹線第１上野トンネルの場
合を例示したが、新幹線電車（７）の車高Ａ″は4,000m
mで、車幅Ｂ″は3,400mmであるから、この大きさの車体
が併立した複線として通過できるシールドトンネルは、
補遺削断面の半径Ｄが6,510mm、直径Ｅ″が13,020mmで
あり、トンネル躯体Ｆ″の厚さ（８）はセグメント550m
m、二次覆工が300mmの合計850mmとなって、本発明の上
下２層の地下鉄道シールドトンネルと掘削断面積はほと
んど同じとなる。

ところが、その両者の輸送量を車体幅に換算して見る
と、第１表に示すように新幹線の場合を１とすると、本
発明のばあいは優に２倍と言う事となり、掘削断面を上
下２層に分割して利用することによっていかに強大な輸
送力を確保できるかがわかる。

尚、図では在来線の軌間Ｃ及び新幹線の軌間Ｃ″はい
ずれも標準軌間の1,435mmとしたが、本発明の場合は超
広幅車体となるので、軌間Ｃ′も走行安定のため3,000m
m以上の超広軌鉄道としなければならないであろう。

しかし超広軌とすると、従来の電車のように左右の車
輪が同軸で回転する場合には、曲線部で左右輪に大きい
回転差をもたらして、車輪とレールの間に好ましくない
摩擦回転等を生ずる虞れがあるが、近時開発されたリニ
アモーター推進により左右輪を独立回転させるようにす
ればこの問題は技術的に容易に解決されるであろう。

また、集電方式についても、上部に空間を多く必要と
するパンダグラフによる架空線式でなく、第３軌条方式
とすることによって、超広幅の偏平な超大型車両を上下
２層に走行させる事ができるのである 一般にシールドトンネルの建設は、円形断面のシール
ド掘削機を土中に推進させながら、掘削と土砂の搬出を
行うと同時に円形断面のトンネル周壁に鉄製や鉄筋コン
クリート製のブロック状になったセグメント（９）を組
み立て、セグメント相互の突つ支い作用を利用してトン
ネル壁が崩れないように保持させ、この内面側には更に
二次覆工（10）により一層強度を高めると共に防水のた
めにも鉄筋コンクリートを捲立てる事によって完成す
る。

しかし通常はこの様な構造のトンネル壁体部には局部
的に集中して大きな力や振動が掛かる上部道床（11）を
載せて支える梁（12）のような構造体をトンネル躯体
（６）の内面壁の局所に直接取り付ける事は避けなけれ
ばならない。

そこで本発明では、第４図に示すように、上部道床
（11）を載せて支える梁（12）の両端に取り付け板（1
3）等を介して、トンネルの内面に添うように円弧状に
作ったＨ型鋼や角パイプ等で成る円弧柱（14）で、下方
線路の道床（15）となるインバートコンクリート（３）
の上側面より踏鉄板（16）を介して挟みみ込む様に支持
する構造とする。

この場合、インバートコンクリート（３）に固定され
た踏鉄板（16）の円弧柱（14）の下端とはボルトナット
等で固定するも、上部道床（11）を支える梁（12）及び
円弧柱（14）の側面は、トンネル躯体（６）との間を直
接固着固定する事無く、その間は硬質ゴム等の緩衝材に
より接触面全体にわたっておだやかに当接させる様に
し、上部を走行する電車（５）及び上部道床（11）や梁
（12）の荷重と電車走行による振動の大部分は、円弧柱
（14）を介して下部のインバートコンクリート（３）へ
挟むように伝えられるが、それ以外の荷重や振動は円弧
状に曲がった円弧柱（14）の側面から、緩衝材を介して
セグメントによって構成されるトンネル躯体（６）の下
半部半周に広く分散された穏やかな状態に伝えられて支
えられ受容する構成とする事によって、シールドトンネ
ルを上下２層に分割して、複数鉄道を障害なく円滑に走
行させる事ができるのである。

尚第４図中の（17）は排水溝であり、トンネル内のレ
ールや、集電用の第３軌条や、通信線や、作業員の歩道
等の図示は省略した。

この様な構成により、上部走行の列車及びその道床等
を支持する構造体の荷重を直接局所的にセグメント等に
よって成るトンネル躯体（６）に掛けること無く建設で
きるので、トンネルの寿命が永く保たれ、上下２層とし
ての交通スペースが円形断面内に無駄なく有効に納める
事ができるので、将来例えば、通常の列車を走行させる
複線鉄道と自動車道路を併用した大型の海底シールドト
ンネルの建設等の場合にも活用する事ができるであろ
う。

【図面の簡単な説明】

【第１図】 在来地下鉄複線シールドトンネルの断面図、

【第２図】 我国新幹線複線シールドトンネルと同等の掘削断面とな
るシールドトンネルを上下２層の複線トンネルとして、
在来線車両と同車高でかつ超広幅車体となる電車を走行
させるようにした本発明トンネルの横断面図、

【第３図】 我国在来新幹線鉄道複線シールドトンネルの断面図、

【第４図】 本発明に於ける上層線路床を支える構成を示したシール
ドトンネルの断面図である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円形掘削断面のシールドトンネルに於い
   て、路線全長にわたって上下２層の軌道敷となる複線を
   構築して超広幅車体の列車を走行させるようにした地下
   鉄道装置であって、上層軌道床の自重及びこれに加わる
   上層走行列車の荷重と振動とを受け支えるための円弧柱
   列の円弧柱の下端が、下層軌道床となるインバート・コ
   ンクリートに両端から挟むようにしてボルト・ナット等
   で固定されると共に、円弧柱の側面が、セグメントを基
   幹として円筒状に形成されたトンネル下半部の円弧状内
   壁面とほぼ同じ曲率で作られ、該トンネル下半部の円弧
   状内壁面に硬質ゴム等の緩衝材を介して密着した状態で
   当接し、トンネル内を上下２層の往復車線とした地下鉄
   道装置。