JPH04213695A - トンネルの構築方法および地下空間の構築方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の目的】

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、シールド掘進機によっ
て掘削されるシ−ルドトンネルのためのシールドトンネ
ル用セグメントに関する。

【０００３】

【従来の技術】近年、トンネル掘削工法の一つとしてシ
ールド工法が脚光を浴びている。

【０００４】このシールド工法とは、先端に掘削刃を備
えた円筒状のシールド掘進機を地中で推進させながらト
ンネルを掘削する工法である。ところで、このシールド
トンネルの内側から別のトンネルを分岐させようとする
と、既に構築が完成しているトンネル壁体部を取り壊し
て、そこから別のシールド掘進機を発進させてシールド
トンネルを構築するか、あるいは従来の山岳トンネル工
法によって地山を掘削するか、いずれかの工法が用いら
れる。この際、トンネル壁体部を取り壊すときには、そ
こに生じた開口部からの泥土および地下水の流入を防ぐ
ため、予め周辺地山に薬液を注入して地盤改良をするか
、または凍結工法によって固結させて、壁体取り壊し作
業中の地山崩壊を防ぐ必要がある。これらの方法はいず
れもかなりの費用がかかる。しかも、上述した地盤改良
や壁体の取り壊し作業およびその破壊物の撤去する作業
など非常に手間がかかるため、工期短縮化の妨げとなり
、かつ、安全面からも好ましくないという問題があった
。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、一つのト
ンネルから別のトンネルを分岐させることは、周辺地山
の地盤改良に非常に費用がかかり、また、工期短縮の妨
げとなり、かつ安全面においても不安な点があった。

【０００６】本発明は、上記の課題を解決するためのも
ので、シールド掘進機自らが既設のシールドトンネルの
壁体を取り壊して、そのまま別のシールドトンネルの掘
削ができるようにするもので、地盤改良や壁体取り壊し
作業等を省き、コストの低減、工期の短縮、安全性の向
上を図ることを目的とする。

【０００７】

【発明の構成】

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ため、本発明のシールドトンネル用セグメントは、カー
ボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、またはビニロン
のうちのいずれかを樹脂に含浸してなる棒状、板状、Ｌ
形、Ｔ形、溝形、円筒、角筒等などの成形材または、そ
の短いファイバ−またはスチ−ルファイバ−を用いて補
強したコンクリート構造とする。

【０００９】

【作用】本発明のシールドトンネル用セグメントは、シ
ールド掘進機が容易に切削できるように、カーボン繊維
、ガラス繊維、アラミド繊維、またはビニロンのうちの
いずれかを樹脂に含浸してなる棒状、板状、Ｌ形、Ｔ形
、溝形、円筒、角筒等などの成形材または、その短いフ
ァイバ−またはスチ−ルファイバ−を用いて補強したコ
ンクリート構造とした。このようなコンクリートの補強
材は、シールド掘進機で壁体部のセグメントを切削して
も、掘削刃に絡みつくことなく容易に切断される。この
ことから、シールド掘進機自らが既設のトンネルのセグ
メントを取り壊して、そのままトンネルの掘削を行うこ
とができる。したがって、地盤改良や壁体の取り壊し作
業が不用となり、コストの低減、工期の短縮、安全性の
向上を図ることができる。

【００１０】前述したコンクリートの骨材としては、例
えば人工骨材のような切削しやすいものを用いれば、さ
らにシールド掘進機による壁体切削が容易になる。また
、本発明に用いる棒状のコンクリート補強材は、鉄筋コ
ンクリートのように、そのままコンクリートの中に配置
してもよいし、また、補強材を緊張してコンクリートに
プレストレスを与え、その端部をコンクリートに定着し
てもよい。

【００１１】なお、本出願人が既に出願を行っているシ
ールド工法用立杭（特開平２−１７６０９３）を用いて
、シールドトンネルを隣接して構築すれば、大断面の地
下空間の開削、地下駅の構築、シールドトンネルの地中
接合等を安全に、かつ、経済的に行うことができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の一実施例に係るシールドトンネ
ル用セグメントを用いたシールド工法の説明図である。 図１において、１、３は本トンネル、５は本トンネル１
、３を横方向に相互に連絡する分岐トンネルである。 まず、本トンネル１に、分岐トンネル５を掘削するため
のシールド掘進機７を設置し、これを用いて本トンネル
１の壁体の一部９のセグメントを切削して、分岐トンネ
ル３を掘進する。このため、本トンネル１の壁体の一部
９に、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、また
はビニロンのうちのいずれかを樹脂に含浸してなる棒状
、板状、Ｌ形、Ｔ形、溝形、円筒、角筒等などの成形材
または、その短いファイバ−またはスチ−ルファイバ−
を用いて補強したコンクリート構造としたシールドトン
ネル用セグメントを用いる。

【００１３】このコンクリートの骨材としては、焼成粘
土のような人工骨材、火山礫およびその加工品、膨脹ス
ラブ、石炭殻およびその加工品が用いられる。また、シ
ールド掘削機の到達する本トンネル３の壁体の一部１１
にも、同様に本発明のセグメントを用いる。すなわち、
分岐トンネル５用のシールド掘進機７の発進および到達
位置に相当する壁体の一部９および１１は、外部からの
土圧および水圧に十分耐える強度を有しながら、シール
ド掘進機７により容易に切削されるような性質をもつ構
造とする。なお、このシールド掘進機７の発進および到
達する部分の本トンネル１、３の内側には、シールド掘
進機７による地山掘削時において、周辺地山より本トン
ネル内部へ流入する地下水や土砂を防止するための防護
装置（エントランスパッキング）１３、１５を環状に配
置する。

【００１４】本工法の施工は次のように行う。まず、分
岐用のシールド掘進機７を本トンネル１内に設置し、そ
の先端と防護装置１３の内周との位置合せを行って掘削
開始位置を決める。続いて、シールド掘進機７を掘進方
向（Ａ方向）に前進させ、シールド掘進機７の外周面と
防護装置１３の内周面とを摺接させながら掘削刃１７で
切削位置に相当する壁体の一部９を切削破壊する。そし
て、そのまま地山の掘削を続ける。この場合、シールド
掘進機７が切削しない部分の本トンネル１、３のセグメ
ントおよび分岐トンネル５のセグメントは、従来のセグ
メントを用いてもよいし、また、本発明のセグメントを
用いてもよい。

【００１５】図２は、他の実施例に係る地下空間の側面
図、図３はその平面図、図４および図５はその中央部の
断面図である。一般の地下空間は地表面から開削して構
築するが、建物等のため地表面から開削できない場合が
ある。また、大深度の地下空間を構築する場合には、地
表面から開削すると、工期がかかり、工費がかさむとい
ったことの外に、土圧と水圧が大きくなるため、施工の
安全性も低下する。また、掘削土砂の処分も建設公害と
して社会問題となる。

【００１６】この実施例は、このような場合の解決方法
を示したものである。図２に示したように、地下空間を
開削する位置より離れた所に立杭２１、２３を構築し、
発進用立杭２１から小断面のシ−ルド掘進機２５を発進
させて、図４に示すように到達用立杭２３までシールド
トンネル２７−１を掘削する。シールド掘進機２５の発
進部および到達部においては、その周辺を防護装置（エ
ントランスパッキング）を用いて立杭２１、２３に接着
させて、泥土および地下水が立杭２１、２３内に流入し
ないようにする。

【００１７】次に、この小断面のシールドトンネル２７
−１に接近して、その一部を切削しながら、隣接するシ
ールドトンネル２７−２を掘削する。このようにして、
小断面のシールドトンネル２７−１、２７−２、…を順
次建設する。なお、小断面のシールドトンネル２７−１
、２７−２、…には、本発明のセグメントを用いる。 次に、図５に示すように、シールドトンネル２７−１、
２７−２、…の内側面のセグメントを取壊し、ＲＣまた
は鋼材のラ−メン２９を構築し、各シールドトンネル２
７−１、２７−２、…と立杭２１、２３とに囲まれた空
間を掘削して、地下空間３１を完成する。この地下空間
３１の掘削は、その周囲に壁体が完成された後で行うの
で、地上からの掘削と同じように大型の掘削機械を用い
て行うことができるので、安全かつ経済的である。なお
、ラ−メン２９と各シールドトンネル２７−１、２７−
２、…とで囲まれた部分３３にはコンクリ−トなどの注
入を行う。

【００１８】また、立杭２１、２３の壁面には、既に出
願しているシールド工法用立杭（特開平２−１７６０９
３）を用いて、シールド掘進機が立杭内から安全に、か
つ経済的に発進、到達できるようにすることもできる。 すなわち、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、
またはビニロンのうちのいずれかを樹脂に含浸してなる
棒状、板状、Ｌ形、Ｔ形、溝形、円筒、角筒等などの成
形材または、その短いファイバ−またはスチ−ルファイ
バ−を用いて補強したコンクリート構造とする。

【００１９】なお、本実施例では、シールド掘進機２５
を立杭２１から発進させ、立杭２３に到達するようにし
ているが、シールド掘進機を大断面のトンネルの側方か
ら発進し、大断面のトンネルの側方に到達させることも
できる。このとき発進、到達用のトンネルの壁面には、
上記の立杭２１、２３と同じように、本発明のセグメン
トを用いる。

【００２０】次に、地下空間を構築する別の実施例を示
す。前述した各実施例では、シールドトンネルが既設の
シールドトンネルの壁面または立杭の壁面をほぼ直角に
切削し、そのまま直進して地盤を掘削する工法を示した
が、本実施例においては、本発明のセグメントを用いた
シールドトンネルおよび既に出願しているシールド工法
用立杭（特開平２−１７６０９３）の壁面と斜めの方向
にシールド掘進機を発進、到達させるものである。

【００２１】図６は本工法を用いたトンネルの側面図、
図７はその平面図である。シールド工法用立杭（特開平
２−１７６０９３）によって円筒状の立杭４１を構築し
、小断面のシールド掘進機（図示せず）を斜めに発進さ
せ、立杭４１の一部を切削しながら、その円周に沿って
シールドトンネル４３を構築する。このシールドトンネ
ル４３の壁面には、本発明のセグメントを用い、シール
ド掘進機が一周したら、既に構築されたシールドトンネ
ルの一部を切削しながら、その外周に沿ってさらにシー
ルド掘進機を一周させる。すなわち、シ−ルド掘削機を
外側方向（図中Ａ１、Ａ２）に移動させながら掘削を行
う。

【００２２】所定の大きさのトンネルの環を構築した後
、シールド掘進機を下方（図中Ｂ）に移動させつつ、ト
ンネルを掘削する。その後、シ−ルド掘削機を内側方向
（図中Ｃ１、Ｃ２）に移動させながら掘削を行い、立杭
４１も切削する。次に、図５と同様にラ−メン等を構築
し、内部の空間４７を掘削して、地下空間を完成する。 この地下空間は、シールドトンネル内に構築された壁体
によって防護され、泥土および地下水の流入が防止され
ているので、地表部の土砂の掘削と同じように、大型の
掘削機械を用いて、安全にかつ経済的に掘削できる。

【００２３】なお、本実施例では、小断面のトンネル掘
進機を上方より下方へ掘進させたが、逆に下方から掘進
し上方に到達させることもできる。

【００２４】図８は、本発明を用いて２つのトンネルを
地中で連結させる場合のトンネルの接合部分の平面図で
ある。長大トンネルをシールド掘進機を用いて両側より
掘削する場合、２つのシールド掘進機を地中でドッキン
グさせる。この場合、２つのシールド掘進機の前面の間
の地山には、泥土および地下水があるから、この部分の
地盤を薬液注入によって改良するか、また凍結工法によ
って固結させた後で、山岳トンネル工法によって地山を
掘削して、２つのシールドトンネルを地中で接合させな
ければならない。

【００２５】本実施例は、このような場合の一つの解決
案を示すもので、第１のシールド掘進機６３によって掘
削されたトンネル６１の壁体の一部に本発明のセグメン
トを用い、地中でトンネル６１の掘進方向をほぼ９０°
変えて、第１のシールド掘進機６３を停止させ、トンネ
ル６１の一部をコンクリート６５で閉塞する。このコン
クリート６５は普通のコンクリート、あるいは発泡剤を
用いたコンクリ−トとしてもよいし、また、焼成粘土の
ような人工骨材、火山礫およびその加工品、膨脹スラブ
、石炭殻およびその加工品等を用いて、切削を容易にで
きるようにしてもよい。

【００２６】次に、他の方向からトンネル６７を掘削し
てきた第２のシ−ルド掘進機６９によって、コンクリー
ト６５の端部を切削し、トンネル６１とトンネル６７と
を地中でドッキングさせる。

【００２７】この工法を拡張すれば、立坑を設けること
なく、シールドトンネルを構築することができる。図９
はその実施例に係る接合部の断面図である。先ず地表面
にシールド掘進機７１を鉛直方向に移動可能に設置し、
鉛直下方（または斜下方）に掘進する。所定のトンネル
深さまで掘り下がったら、シールド掘進機７１の向きを
水平に変えて、本トンネル７３を構築する。このとき、
屈曲部およびその前後の区間７５のライニングに本発明
のセグメントを用いる。そして、トンネル７９を掘進し
てきた別のシールド掘進機７７でトンネル７３の一部を
掘削しながらトンネル７３にトン々ネル７９をドッキン
グさせる。

【００２８】ドッキング時にトンネル７３に地下水が流
入しないように、トンネル７３の屈曲部の前後には仮設
の隔壁８１ａ、８１ｂを設けておき、ドッキング完成後
に取りこわす。

【００２９】既設のトンネルの壁体のセグメントを切削
しながら、隣接してトンネル構築する工法は、２つのト
ンネルを地中で並列的にドッキングさせて、多円形断面
のトンネルを構築する場合にも応用できる。図１０は、
多円形断面としたときのトンネルの断面図であって、シ
ールドトンネル９１の壁体を構成するセグメントの一部
９３を厚肉とし、その部分に本発明のセグメントを用い
る。そのセグメントの一部９３を、シ−ルドトンネル９
５を掘削する別のシールド掘進機で切削する。シールド
トンネル９５の壁面にも本発明のセグメントを用いて、
接続後にその部分を取り壊し、柱材を用いて補強して、
多円形断面のシールドトンネルとする。このような工法
を２つのトンネルの間で断続的に行い、ある区間では離
し、ある区間では接続させることによって、第１図に示
した連結用の横断トンネルと同じ機能をもつトンネルを
構築することができる。

【００３０】既設のトンネルの壁体のセグメントを切削
しながら、隣接してトンネルを構築する工法は、地下鉄
道の駅部の構築にも適用できる。

【００３１】図１１は、この場合の実施例を示したもの
で、２つの立杭（図示せず）の間に複線の鉄道１０１用
の本トンネル１０３をシールド掘進機を用いて掘削し、
その壁面を本発明のセグメントで構築する。その後、駅
またはホーム１０５ａ、１０５ｂ用のトンネル１０７ａ
、１０７ｂを別のシールド−掘進機を用いて本トンネル
１０３の壁体部を一部切削しながら掘削する。このよう
に、３心の多円形断面のトンネルが完成したら、本トン
ネル１０１とトンネル１０７ａ、１０７ｂの重なった壁
体部を柱で置換えて、地下駅を完成させる。

【００３２】また、地下駅では、ホームから地上までの
エレベータ、エスカレータ、階段等のための連絡トンネ
ルが必要であるが、この連絡トンネルをシールドトンネ
ルとする場合、駅トンネルの壁部に本発明のセグメント
を用いて、この駅トンネル内からシールド掘進機を発進
して連絡トンネルを構築することができる。また、逆に
地上からシールド掘進機を発進させ、前述した連絡トン
ネルを構築し、本トンネルの接合部に本発明に係るセグ
メントを用いるようにすれば、安全かつ経済的に本トン
ネルと連絡トンネルとの地中接合を行うことができる。

【００３３】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば地盤改良や壁体取り壊し作業等を省き、コストの
低減、工期の短縮、安全性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るシールドトンネル用セ
グメントを用いたシールド工法の説明図である。

【図２】他の実施例に係る地下空間の側面図である。

【図３】他の実施例に係る地下空間の平面図である。

【図４】他の実施例に係る地下空間の中央部の断面図で
ある。

【図５】他の実施例に係る地下空間の中央部の断面図で
ある。

【図６】他の実施例に係るトンネルの側断面図である。

【図７】他の実施例に係るトンネルの平面図である。

【図８】２つのトンネルを地中で連結させる場合のトン
ネルの接合部分の平面図である。

【図９】２つのトンネルを地中で連結させる場合のトン
ネルの接合部分の断面図である。

【図１０】多円形断面のトンネルの断面図である。

【図１１】他の実施例に係る多円形断面のトンネルの断
面図である。

【符号の説明】

１、３……本トンネル ５…………分岐トンネル ２１、２３、４１…立坑 ３１…………地下空間 ６１、６７、７３、７９…トンネル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールド掘進機を用いて掘削されたトンネ
   ルの壁体部を構成するセグメントにおいて、該セグメン
   トを、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、また
   はビニロンのうちのいずれかを樹脂に含浸してなる棒状
   、板状、Ｌ形、Ｔ形、溝形、円筒、角筒等などの成形材
   または、その短いファイバ−またはスチ−ルファイバ−
   を用いて補強したコンクリート構造とすることを特徴と
   するシールドトンネル用セグメント。