JP3418782B2 - シールドトンネルの連結工法 - Google Patents

シールドトンネルの連結工法

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  • Lining And Supports For Tunnels (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シールドトンネル
の連結工法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図1に示すように鋼製セグメントによっ
て構成するシールドトンネルaを、複数本接近して構築
し、図2に示すように接近する面に存在するスキンプレ
ートを、端支柱1のみを残して解体し、両トンネルa間
に連結部材をかけ渡してシールドトンネルaを連結する
工法が存在する。この工法によって構築したシールドト
ンネルaの内部にコンクリートを充填して、トンネルa
の高さを厚さとするきわめて厚いスラブを地中に構築
し、あるいはスラブを組み合わせた巨大なボックスカル
バートを構築するものである。このように複数本のシー
ルドトンネルaを並べて、これを一体の厚いスラブとし
て構成する場合に、トンネルa間の連結部分が弱点にな
りやすく、その連結方法が重要であった。
【0003】図2においてその状況を説明すると、シー
ルドトンネルaは、矩形の枠体であり、上弦材2と下弦
材3との間を端支柱1、中間支柱12で支持した構造で
ある。なお、トンネルの上下の上弦材2、下弦材3の外
側にはスキンプレート21が存在するがその一部を剥が
した状態を図示している。上弦材2、支柱1、12およ
び下弦材3で構成した枠体の間は、トンネルaの進行方
向と平行な補強リブ4で接続してあり、この補強リブ4
によって、シールド掘進機bの掘進圧力を後方へ伝達す
る。トンネルaの連結に際してはトンネルa間、および
周囲の地盤をセメントミルクなどの注入によって補強
し、トンネルa間に存在する土砂を掘削して壁面側のス
キンプレートを取り外す。次に、一方のトンネルaの端
支柱1間の間隔から各種の連結部材を隣のトンネルaの
端支柱1間に挿入して、これを連結用の補強材とするも
のである。
【0004】
【本発明が解決しようとする課題】上記した、一方のト
ンネルの端支柱1間から隣のトンネルに挿入する連結部
材として従来は鉄筋籠を使用する方法が開発されてい
る。この方法は図8に示すように、シールドトンネルの
上弦材2、下弦材3間はL型鋼材などの補強リブ4で連
結してあるが、強度を維持するために型鋼には相当の高
さが必要であり、その型鋼の高さが上弦材2、下弦材3
の厚さを構成している。したがって主鉄筋5、せん断鉄
筋51からなる鉄筋籠の高さは、上弦材2と下弦材3の
間隔以上の高さをとることはできず、その幅も端支柱1
間の距離以内に分割した状態で配置することになる。ま
たシールドトンネル相互間の接続部の土砂を掘削してト
ンネル間に空間ができると、シールドトンネル周囲から
の土水圧によりそれぞれのシールドトンネルは接続部側
へ移動しようとする。したがって、図8に示すようにメ
インフレームのエンドプレート間に支保工部材を配置し
て、シールドトンネルが変形することを防止する必要が
あった。
【0005】その結果、次のような問題がある。 <イ>トンネル間に配置する支保工は撤去することがで
きず埋め殺すことになるから、特に延長が長くなるとき
わめて不経済である。 <ロ>連結位置において鉄筋有効高さは急激に小さくな
るから、曲げ断面力に必要とする鉄筋量は多量となる。 <ハ>鉄筋を多段に配筋しなければならないために主鉄
筋としての効果を期待できず、内側の主鉄筋は曲げ断面
力に対してほとんど有効に作用しない。 <ニ>セグメント側の引張力や圧縮力をいったんコンク
リートと鉄筋の付着を介して伝達するために、力の伝達
が直接的ではない。 <ホ>また連結部においてコンクリートの被りが大きく
なるために小さな曲げによっても容易にクラックが発生
してしまう。そのためにクラックが接続部分のコンのせ
ん断耐力の低下の原因となり、断面力が増加するにした
がってこの接続部分が最初の塑性ヒンジとなりやすい。
【0006】
【本発明の目的】以上説明したように、従来のシールド
トンネルの連結工法は多くの問題点を備えていた。本発
明は上記したような従来の問題を解決するためになされ
たもので、構造上の弱点とならず、かつシールドトンネ
ル相互間の位置のずれがあっても容易に吸収して、しか
も支保工と接続部材を併用して経済的に連結することの
できる、シールドトンネルの連結工法を提供することを
目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するために、本発明のシールドトンネルの連結工法は、
鋼製セグメントによって構成するシールドトンネル
を、複数本接近して構築し、接近する面を、支柱のみを
残して解体し、両トンネル間に連結部材をかけ渡してシ
ールドトンネルを連結する工法において、両側のトンネ
ルの端支柱の最上部及び最下部に、トンネルの進行方向
に対しその前後面を開放した受け枠を形成し、一方、連
結部材は接続鋼材とその端に固定した端板と、前記端
板より中心側の位置に前記端板と平行に突設したナット
プレートより形成し、両側のトンネルの前記受け枠内の
間に、トンネルの進行方向に対し横断方向に連結部材を
配置し、前記連結部材の端板を前記受け枠内に位置さ
せ、前記ナットプレートは前記受け枠の外側に位置さ
せ、前記受け枠を挟んで対向する位置に他の連結部材を
配置し、前記ナットプレートにねじ込んだ支圧ボルトに
よって前記連結部材を固定し、前記端板と前記受け枠と
で構成した空間内部に充填材を充填して行う、シールド
トンネルの連結工法を特徴としたものである。
【0008】
【本発明の実施の態様】以下図面を参照しながら本発明
のシールドトンネルの連結工法の実施例について説明す
る。なお、以下の説明は水平方向にならんで配置したシ
ールドトンネルを接続する場合について説明するが、縦
方向の連結についても同様の工法を採用することができ
る。
【0009】<イ>受け枠の形成。 隣接するシールドトンネル側のスキンプレートを解体し
て、端支柱1のみを残して掘削を行い、連続する空間を
形成する方法は従来と同様である。その際に、トンネル
側壁の端支柱1の最上部、最下部に、トンネルの進行方
向を開放した受け枠8を形成しておく。受け枠8は特別
に形成する必要はなく、従来と同様にH鋼などを使用す
れば、トンネルの進行方向に向けた両面は開放された状
態の枠部が形成されることになる。
【0010】<ロ>連結部材。 両側のトンネルの受け枠8内の間を連結する連結部材9
として、例えば図3に示すような部材を使用する。この
連結部材9は、トンネル間の間隔よりも多少長い接続鋼
材91と、その接続鋼材91の両端に取り付けた端板9
2とによって形成する。引張力、圧縮力を伝達する接続
鋼材91は1枚の鋼板でよいが、チャンネル材、アング
ル材、棒状体、その他の公知の部材を使用することがで
きる。接続鋼材91の両端には、L字状に、あるいはT
字状に端板92を取り付ける。 端板92の高さ、およ
び受け枠8に配置する側の幅は、受け枠8の内部空間の
高さ、および幅とそれぞれほぼ同一か多少小さい寸法に
形成する。
【0011】<ハ>充填材注入容器。 接続鋼材91と端板92との交差部の内側には、充填材
を注入するための充填容器94を取り付けておくことも
可能である。この充填容器94は、布、ゴム、合成繊維
などで形成した袋体であり、接続鋼材91の外側に向け
て注入口を開口しておく。したがって接続鋼材91の外
部からこの充填容器94の内部に充填材として例えば無
収縮性の高強度モルタルを注入することができる。
【0012】<ニ>ナットプレート。 接続鋼材91にはさらに、端板92と平行にナットプレ
ートを突設する。このナットプレートは、端板92より
も中心側の位置に配置する。ナットプレートにはねじ穴
を開設し、あるいはナットを溶接して支圧ボルトをねじ
込んで固定できるように構成する。
【0013】<ホ>連結部材9の取り付け方法。 端支柱1の上部、および下部に設けた受け枠8の内部
に、端板92が位置するように連結部材9を配置する。
連結部材9の接続鋼材91の長さは、シールドトンネル
連結部の間隔よりも多少長いから、端板92は受け枠8
の内部の適当な位置に位置することになる。その際に、
受け枠8の外側にはナットプレート95が位置している
ので、両側のナットプレートに対して、中心側から端板
92側に向けて支圧ボルトをねじ込むことによって連結
部材9を受け枠外側に固定することができる。この支圧
ボルトは端板92を介して圧縮力を伝達する。
【0014】<ヘ>充填材の充填。 受け枠8の内部には、受け枠8周囲の板面と、端板92
によって6方を包囲された空間が形成される。そこで注
入口に接続した注入パイプ97を介して充填容器94の
内部に充填材98を注入する。充填材98は、全周囲を
鋼材で包囲された空間内に充填されるから、三軸拘束状
態となり、一軸状態に比べて高い降伏応力を得ることが
できる。
【0015】<ト>誤差の吸収。 トンネル間の高さがずれた場合であっても、端板92を
受け枠8内で多少傾斜させるだけで同様に連結作業を完
了することができる。(図6、7)その後、トンネル内
部およびトンネル間の空間にはコンクリートを充填して
全体をコンクリートの厚いスラブとして形成する。
【0016】
【本発明の効果】本発明のシールドトンネルの連結工法
は以上説明したようになるから次のような効果を得るこ
とができる。 <イ>トンネル間を連結する部材は、接続部材と支保工
を兼用している。したがって別に支保工としての部材を
準備する必要がなく、部材を節約することができる。ま
た従来ならば支保工を設置するはずのスペースを他の用
途に利用することができ、同時に支保工取り付けの作業
を節約することができ経済的である。 <ロ>トンネル間を連結する部材を、トンネルの上弦材
2、下弦材3と同一の剛心に位置させることができる。
したがって引張部材としてあるいは圧縮部材として全断
面を有効に活用でき、鋼材の使用量を最小限に抑えるこ
とができる。 <ハ>連結部材は引張力も、圧縮力も伝達することがで
きる。したがって地震時のような交番載荷を受けるよう
な場合でも、すべての接続部材が有効に作用し、構造的
安定性を確保することができる。 <ニ>連結部の材料が上弦材や下弦材と同等の特性を持
つ鋼材を用いているので、曲げに対する剛性が一般部と
同等であり、塑性ヒンジになることがない。 <ホ>前記したようにトンネルは正確に平行に構築され
ているとは限らず、トンネル間に位置のずれが発生する
場合が考えられる。しかし本発明の方法であれば、連結
部材9と受け枠8との寸法に余裕を持たせておくことに
よって、容易に対応することができる。 <ヘ>受け枠8と連結部材9の端板92との取り付け
は、形状変化が自由な充填材98によって行う構造であ
る。充填材98は任意の形状に変形が可能であるから、
どのような組み合わせ構造であっても均等に力を伝達す
ることができる。 <ト>受け枠8と連結部材9の端板92とによって包囲
される空間は、周囲の六方を拘束されており、その内部
に注入される充填材98に働く圧縮力は、三軸状態の拘
束圧を受けるため、変形が小さく、圧縮破壊耐力も増大
する。 <チ>連結部の構造は単純であり、施工上の制約がな
く、熟練を要しないので短期間に経済的に完了すること
ができる。 <リ>トンネル間にずれが生じた場合、図に示すように
連結部材9を自由な状態で傾斜配置することができる。
この状態では連結部材9に曲げが働き、力の伝達がスム
ーズでないようにも見える。しかし実際には1本だけを
独立して傾斜配置するのではなくその前後に長い範囲に
わたって同様の斜め配置が行われ、さらにその周囲はコ
ンクリートによって包囲されるために、連結部材9の端
部に発生するモーメントは分散されて小さいものとな
る。 <ヌ>トンネル間を連結する部材は特別の材料、特殊な
構造を有するものではなく、H鋼などの端面、側面にプ
レートを取り付けただかの部材である。したがって高張
力鋼のような特殊鋼を用いる場合や、特殊加工を施した
鋼棒を使用する場合などと比較してきわめて安価な材料
を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】平行してシールドトンネルを構築した状態の説
明図
【図2】隣接するシールドトンネルの枠組の説明図
【図3】シールドトンネルの連結工法の実施例の説明図
【図4】シールドトンネルの連結順序の説明図
【図5】シールドトンネルの連結順序の説明図
【図6】施工誤差がある場合の連結状態の説明図
【図7】施工誤差がある場合の連結状態の説明図
【図8】従来のシールドトンネルの連結方法の説明図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E21D 9/00 E21D 9/04 E21D 13/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】鋼製セグメントによって構成するシールド
    トンネルを、複数本接近して構築し、接近する面を、支
    柱のみを残して解体し、両トンネル間に連結部材をかけ
    渡してシールドトンネルを連結する工法において、両側の トンネルの端支柱の最上部及び最下部に、トンネ
    ルの進行方向に対しその前後面を開放した受け枠を形成
    し、 一方、連結部材は接続鋼材とその端に固定した端板
    と、前記端板より中心側の位置に前記端板と平行に突設
    したナットプレートより形成し、 両側のトンネルの前記受け枠内の間に、トンネルの進行
    方向に対し横断方向に連結部材を配置し、前記 連結部材の端板を前記受け枠内に位置させ、前記 ナットプレートは前記受け枠の外側に位置させ、前記受け枠を挟んで対向 する位置に他の連結部材を配置
    し、前記 ナットプレートにねじ込んだ支圧ボルトによって
    記連結部材を固定し、前記 端板と前記受け枠とで構成した空間内部に充填材を
    充填して行う、 シールドトンネルの連結工法
  2. 【請求項2】前記連結部材は接続鋼材と、その端部に直
    交する状態で取り付けた端板によって構成し、 その交差部の内側には充填材を注入する容器を取り付け
    た連結部材を使用して施工する、 請求項1記載のシールドトンネルの連結工法
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