(57)【要約】【課題】  短期間、かつ低騒音・低振動で、地上部から構造物下方の所定の掘削深度に到達するための下り勾配を有する下りアプローチ区間を構築し、この所定の掘削深度にて構造物をアンダーパスするトンネル区間を構築し、トンネル区間の終端から構造物付近の地上部に到達するための上り勾配を有する上りアプローチ区間を構築するトンネル構築工法を提供する。【解決手段】  シールド機１を用いて道路の交差点をアンダーパスして構築されるトンネル１０１は、道路の交差点１０２付近の地上部から交差点下方のトンネル掘削深度に到達するための下り勾配を有する下りアプローチ区間１０７ａと、トンネル掘削深度にて、道路の交差点１０２をアンダーパスするトンネル区間１０４と、このトンネル区間１０４の終端から道路の交差点１０２付近の地上部に到達するための上り勾配を有する上りアプローチ区間１０７ｂとからなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
既存の構造物をアンダーパスするトンネルを構築する工法であって、
シールド機を地上部から発進させて、前記シールド機により所定の掘削深度に達するまでの下り勾配を有する下りアプローチ区間を構築し、
前記シールド機により前記下りアプローチ区間の終点部から、前記構造物をアンダーパスするトンネル区間を構築し、
前記シールド機により前記トンネル区間の終点部から地上部に達するまでの上り勾配を有する上りアプローチ区間を構築して、前記シールド機を地上に到達させることを特徴とするトンネル構築工法。
【請求項２】
前記上りアプローチ区間及び前記下りアプローチ区間は、掘削部分が地上に開放された半地中部を備えることを特徴とする請求項１に記載のトンネル構築工法。
【請求項３】
前記半地中部に設置されるセグメントは略Ｕ型に構築されることを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネル構築工法。
【請求項４】
前記半地中部のセグメントは、環状又は矩形状に配置され、後に一部が撤去されて略Ｕ型に構築されることを特徴とする請求項３に記載のトンネル構築工法。
【請求項５】
既存の構造物をアンダーパスして構築されるトンネルにおいて、
シールド機を地上部から発進させて、前記シールド機により所定の掘削深度に達するまでの下り勾配を有する下りアプローチ区間を構築し、前記シールド機により前記下りアプローチ区間の終点部から、前記構造物をアンダーパスするトンネル区間を構築し、前記シールド機により前記トンネル区間の終点部から地上部に達するまでの上り勾配を有する上りアプローチ区間を構築するトンネル構築工法にて構築されたことを特徴とするトンネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド機を用いて既存の構造物をアンダーパスするトンネルを構築する工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路等をアンダーパスするトンネルを構築する場合においては、（１）全線を開削工法にて行う、（２）道路の交差点部を推進工法にて行い、アプローチ部を開削工法で行う、のいずれかが主に用いられる。（１）の全線を開削工法にて施工する場合は、地中を掘削する範囲の両側に連続した土留め壁を造成し、開削によって生じる地盤変状を防止する。そして、掘削した部分にトンネルを構築し、元の地盤の高さまで埋め戻しを行う。また、交差点部においては、路面覆工を行い路面交通を可能にし、トンネルを構築した後に埋め戻しを行い道路を復旧するものである。（２）の道路の交差点部を推進工法にて施工し、アプローチ部を開削工法にて施工する場合は、まず、交差点部を挟んだ両側に立坑を設け、交差点の下方に、これを横断するように発進立坑から到達立坑へ、例えば、プレキャストされた複数のコンクリート函体を引き込みながら設置し、この函体からなるトンネルを構築し、次に、上述した開削工法にて施工する場合と同様に、トンネルと地上の道路とを接続するためのアプローチ部を開削して構築するものである（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１２０６２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述した（１）の全線を開削工法にて施工する場合の交差点部における路面覆工作業は交通渋滞を防止するためにほとんどが夜間に行われており、工期を短縮するには、掘削から構築に至る各工程の作業員を増員する方法しかなく、工期短縮には限界があった。また、土留め壁の造成には矢板等を打設する杭打ち機を、内部掘削時及び内部構築時には地盤を掘削する重機を使用するために、騒音・振動を低減することが困難であった。さらに、トンネルに必要な断面以上の地盤を掘削するために環境に負荷がかかっていた。
【０００４】
また、上述した（２）のアプローチ部を開削工法にて施工する場合は、アプローチ区間の両外側の部分は一般の自動車等が走行する工事占用外区間となっているため、掘削によって地盤変状が起こるのを防止する必要がある。このため、通常は、アプローチ区間の両側に矢板等を打設し、両側の地盤が崩壊するのを防止しているが、その作業に非常に手間がかかるため、工期が長くなり、工事費が高くついてしまう。また、上記の開削工法と同様に矢板の打設作業には杭打ち機を、開削作業には重機を使用するために、騒音・振動を低減することが困難であった。
【０００５】
上述した（２）の道路の交差点部分を推進工法にて施工する場合は、立坑を掘削する作業に手間と時間がかかるために、工期が長くなり、工事費が高くついてしまう。また、立坑を掘削した後に地下構造物へのアプローチ区間を構築しなければならないために、さらに、工期が長くなってしまう。また、立坑の掘削には、上記の開削工法と同様に矢板の打設作業には杭打ち機を、開削作業には重機を使用するために、騒音・振動を低減することが困難であった。また、立坑間にパイプルーフを推進設置する際に、パイプルーフが地下構造体の外郭から大きくはみ出した範囲で山留材が敷設されるために、広い用地が必要となるという問題があった。さらに、立坑内での作業は、狭い範囲での作業で足場の確保が難しく、作業性が悪いという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、シールド機にて既存の構造物をアンダーパスするトンネルを構築する際に、短期間、かつ低騒音・低振動で、地上部から構造物下方の所定の掘削深度に到達するための下り勾配を有する下りアプローチ区間を構築し、この所定の掘削深度にて構造物をアンダーパスするトンネル区間を構築し、トンネル区間の先端から構造物付近の地上部に到達するための上り勾配を有する上りアプローチ区間を構築するトンネル構築工法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するために、以下のような手段を採用している。
【０００８】
請求項１に係る発明のトンネル構築工法は、既存の構造物をアンダーパスするトンネルを構築する工法であって、シールド機を地上部から発進させて、前記シールド機により所定の掘削深度に達するまでの下り勾配を有する下りアプローチ区間を構築し、前記シールド機により前記下りアプローチ区間の終点部から、前記構造物をアンダーパスするトンネル区間を構築し、前記シールド機により前記トンネル区間の終点部から地上部に達するまでの上り勾配を有する上りアプローチ区間を構築して、前記シールド機を地上に到達させることを特徴とする。  
本発明によるトンネル構築工法によれば、下りアプローチ区間、トンネル区間及び上りアプローチ区間を連続してシールド機にて掘削するために、立坑の構築及び開削作業が不要となり、飛躍的に工期を短縮することができる。また、立坑の構築及び開削作業が不要となって開削工法を用いないために、杭打ち機等による騒音・振動が発生しない。さらに、シールド機による掘削断面についても、必要断面のみを掘削するために、環境に負荷がかからない。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のトンネル構築工法において、前記上りアプローチ区間及び前記下りアプローチ区間は、掘削部分が地上に開放された半地中部を備えることを特徴とする。  
本発明によるトンネル構築工法によれば、上りアプローチ区間及び下りアプローチ区間の半地中部はトンネルの出入り口として使用されるものであり、トンネルを構築するとともにトンネルの出入り口を構築することができるために、従来の出入り口建設工事が不要となり、工期を短縮することができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のトンネル構築工法において、前記半地中部に設置されるセグメントは略Ｕ型に構築されることを特徴とする。  
本発明によるトンネル構築工法によれば、上りアプローチ区間及び下りアプローチ区間の半地中部は地トンネルの出入り口として使用されるものであり、トンネルを構築するとともにトンネルの出入り口を構築することができるために、上方部分が地上に開放された出入り口建設工事が不要となり、工期を短縮することができる。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載のトンネル構築工法において、前記半地中部のセグメントは、環状又は矩形状に配置され、後に一部が撤去されて略Ｕ型に構築されることを特徴とする。  
本発明によるトンネル構築工法によれば、トンネルを掘進する際のシールドジャッキの反力をとるためのセグメントが多いために、シールド機が容易に推進することができる。また、上りアプローチ区間及び下りアプローチ区間の半地中部はトンネルの出入り口として使用されるものであり、トンネルを構築するとともにトンネルの出入り口を構築することができるために、上方部分が地上に開放された出入り口建設工事の工期を短縮することができる。
【００１２】
請求項５に係る発明のトンネルは、既存の構造物をアンダーパスして構築されるトンネルにおいて、シールド機を地上部から発進させて、前記シールド機により所定の掘削深度に達するまでの下り勾配を有する下りアプローチ区間を構築し、前記シールド機により前記下りアプローチ区間の終点部から、前記構造物をアンダーパスするトンネル区間を構築し、前記シールド機により前記トンネル区間の終点部から地上部に達するまでの上り勾配を有する上りアプローチ区間を構築するトンネル構築工法にて構築されたことを特徴とする。  
本発明によるトンネルによれば、アプローチ区間及びトンネル区間をシールド機を用いて連続して掘削するために、立坑の構築及び開削作業が不要となり、飛躍的に工期を短縮することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上、説明したように、本発明のトンネル構築工法によれば、下りアプローチ区間、トンネル区間及び上りアプローチ区間を連続してシールド機にて掘削する。従って、立坑の構築及び開削作業が不要となり、飛躍的に工期を短縮することができ、杭打ち機等による騒音・振動も発生しない。
【００１４】
本発明のトンネル構築工法によれば、シールド機は、シールド機の外殻とほぼ同じ大きさで通過に必要な断面のみを掘削する。従って、環境に負荷がかからない。
【００１５】
本発明のトンネル構築工法によれば、交通を遮断することなくトンネルを構築することができるので、周辺の生活環境に影響を与えることがなくなる。
【００１６】
本発明によるトンネル構築工法によれば、上りアプローチ区間及び下りアプローチ区間の半地中部はトンネルの出入り口として使用されるものであり、トンネルを構築するとともにトンネルの出入り口を構築する。従って、従来の出入り口建設工事が不要となり、工期を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、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。なお、発明の理解の便宜上、道路の交差点をアンダーパスするトンネルをシールド機にて構築する方法について説明するが、本発明の適用対象は道路に限定されるものではなく、低土被り区間を掘進するシールド機一般に広く適用が可能である。
【００１８】
図１は、本発明によるトンネル構築工法により構築されるトンネル区間及びアプローチ区間の全体を示す断面図である。
【００１９】
図１に示すように、シールド機１を用いて道路の交差点をアンダーパスして構築されるトンネル１０１は、地上発進部１１０から交差点下方のトンネル掘削深度に到達するための下り勾配を有する下りアプローチ区間１０７ａと、トンネル掘削深度にて、道路の交差点１０２をアンダーパスするトンネル区間１０４と、このトンネル区間１０４の終端から地上到達部１１１に到達するための上り勾配を有する上りアプローチ区間１０７ｂとからなる。
【００２０】
図２は、本発明によるシールド機１の一実施の形態を示す斜視図である。図２に示すように、シールド機１は、地中２００を掘削するためのカッター刃９、１８を備えた機械本体部２と、機械本体部２を推進させるための動力部２５と、機械本体部２と動力部２５とを連結する連結手段（図示せず）とを備えている。
【００２１】
機械本体部２は、矩形筒状の前胴体（ケーシング）３と、前胴体３内に縦横に所定の組合せで配列されるとともに、各々が独立して前胴体３から出没可能、かつ各々が独立して駆動可能な複数の矩形状の主シールド６と、幅方向の両端の主シールド６と前胴体３との間に設けられるとともに、各々が独立して前胴体３から出没可能、かつ各々が独立して駆動可能な複数の主シールド６よりも小幅の矩形状の側部シールド１５とを備えている。
【００２２】
前胴体３の内部は、各主シールド６及び各側部シールド１５がスライド自在に設けられ、前胴体３からその前方に向かって出没可能に構成されている。各主シールド６及び各側部シールド１５は、独立して前胴体３から出没可能に構成されている。なお、各主シールド６間、及び主シールド６と側部シールド１５との間には、前胴体３と一体の隔壁を設けることもできる。
【００２３】
各主シールド６は、前胴体３内にスライド自在に設けられる矩形状のシールド本体７と、シールド本体７と前胴体３との間に設けられて、シールド本体７を進退させるスライドジャッキ１０と、シールド本体７の前面側に主シールド６の矩形領域を掘削するように挙動するとともに、側部シールド１５側に向けて直線状又は弧を描きつつ水平方向にシフト可能であり、先端部にカッター刃９を有するカッターヘッド８と、シールド本体７に設けられる駆動源１１と、駆動源１１の駆動力をカッターヘッド８に伝達する動力伝達機構１２とを備えており、各主シールド６は独立して駆動可能に構成されている。カッターヘッド８は、主シールド６の矩形領域を掘削するため、例えば、公知のＯＨＭ工法（Ｏmni-sectional(あらゆる断面に対応できる）Ｈedge（取り囲む) tunnelling Ｍethod(トンネル工法）の略称で、シールドカッタ部の３本のスポーク駆動軸を偏心逆回転させることで、角形掘進形状を掘削することができる）と同様な機構となっている。ただし、ＯＨＭ工法に用いられている機構に限定されるものではなく、他の機構を用いても良い。
【００２４】
各側部シールド１５は、前胴体３内にスライド自在に設けられる矩形状のシールド本体１６と、シールド本体１６と前胴体３との間に設けられて、シールド本体１６を進退させるスライドジャッキ１９と、シールド本体１６の前面側に回転可能に設けられるとともに、先端部にカッター刃１８を有するカッターヘッド１７と、シールド本体１６に設けられる駆動源２０と、駆動源２０の駆動力をカッターヘッド１７に伝達する動力伝達機構２１とを備えており、各側部シールド１５は、独立して駆動可能に構成されている。
【００２５】
各主シールド６のシールド本体７及び各側部シールド１５のシールド本体１６には、掘削した土砂を排出するための排出装置（図示せず）がそれぞれ接続されている。
【００２６】
動力部２５は、機械本体部２の前胴体３の後部に連結手段（図示せず）を介して連結される矩形筒状の後胴体２６と、後胴体２６内の４隅に設けられてシールド機１全体を推進させる複数のシールドジャッキ２７とを備えている。
【００２７】
連結手段は、前胴体３と後胴体２６とを、上下方向及び左右方向に相対的に屈曲自在に連結する連結継手（図示せず）と、前胴体３と後胴体２６との間に設けられて、前胴体３の後胴体２６に対する上下方向及び左右方向への相対的な屈曲角度を所定の値に設定する中折れジャッキ２８とから構成されている。
【００２８】
後胴体２６の内側にはセグメント組立装置（図示せず）が設けられ、このセグメント組立装置により、掘削した部分の内面に順次セグメント２９が組立てられ、セグメント２９による内壁が構築される。
【００２９】
以下に、シールド機１にて道路の交差点１０２をアンダーパスするトンネル１０１の構築工法について、トンネル１０１の掘削手順に従って説明する。
【００３０】
最初に、シールド機１による下りアプローチ区間１０７ａの構築工法について説明する。
【００３１】
図３〜図６には、本発明によるトンネル構築工法のシールド機１の発進方法の一実施の形態が示されていて、図３はトンネル１０１の下りアプローチ区間１０７ａを示す概略平面図、図４は図３の正面図、図５は図３のＡ−Ａ線断面図、図６はシールド機１の発進時の状態を示す正面図である。
【００３２】
図３〜図６を参照しながら、この実施の形態によるトンネル構築工法のシールド機１の発進方法について具体的に説明する。
【００３３】
まず、道路の交差点１０２をアンダーパスするトンネルへ１０１の下りアプローチ区間１０７ａの端部をシールド機１の地上発進部１１０とし、他方の上りアプローチ区間１０７ｂの端部を地上到達部１１１とし、地上発進部１１０の地盤上にシールド機１の地上発進時の反力をとるための反力手段３４を設置する。
【００３４】
反力手段３４は、複数の鋼材を組合せて構成した架台３５であって、架台３５の一部でシールド機１のシールドジャッキ２７を支持することにより、シールド機１の発進時の反力をとることができ、シールド機１を地上発進させることが可能となる。架台３５は、地上発進部１１０の地盤上にコンクリート製の基台３３を介して設置される。基台３３の上面の地盤に対する角度は、下りアプローチ区間１０７ａの所定の下り勾配と同じ勾配となるように基台３３の上面が形成される。なお、地上発進部１１０の地盤が硬質の場合には、基台３３を介さずに直接に地盤上に架台３５を設置しても良い。
【００３５】
架台３５は、図３〜図５に示すように、シールド機１の発進時の反力をとるための反力受台３６と、シールド機１の発進時の自重を支持するための発進受台４１とを備えている。発進受台４１の上面は、基台３３上に設置されるために、下りアプローチ区間１０７ａの所定の下り勾配と同じ勾配を有し、シールド機１を地上から地中２００へ所定の下り勾配で進入させることが可能となる。反力受台３６及び発進受台４１は、それぞれ別体に形成して地上発進部１１０の地盤上に設置しても良いし、一体に形成して地盤上に設置しても良い（この実施の形態においては別体に形成して地盤上に設置している。）。
【００３６】
反力受台３６は、シールド機１の推進方向に対して略平行に設置される一対の脚３７、３７と、両脚３７、３７の長手方向の中央部間に両脚３７、３７と直角をなすように架設される梁３８と、各脚３７の長手方向の中央部に垂直に立設される支柱３９と、各支柱３９の後面側（シールド機１の推進方向後方側の面）の上端部と各脚３７の長手方向の一端部（シールド機１の推進方向後方側の端部）との間に斜めに架設される筋交４０とから構成される。
【００３７】
反力受台３６は、図６に示すように、各支柱３９の前面側（シールド機１の推進方向前方側の面）でシールド機１のシールドジャッキ２７の後端部を支持し、これによりシールド機１の推進時の反力をとることができ、シールド機１を地上発進させることが可能となる。反力受台３６の脚３７、梁３８の本数は、特に制限はなく、地中２００の状態、使用するシールド機１の種類等に応じて適宜の本数とすれば良い。
【００３８】
発進受台４１は、反力受台３６の両脚３７、３７間に設置され、シールド機１の推進方向に対して略平行に設置される３本の脚４２、４２、４２と、それらの脚４２、４２、４２間の後端部（シールド機１の推進方向後方側の端部）間に脚４２、４２、４２と直角をなすように架設される２本の梁４３、４３とから構成される。
【００３９】
発進受台４１の各脚４２は、反力受台３６の各脚３７よりも長く形成され、各脚４２の後端が反力受台３６の各脚３７の後端と面一となり、各脚４２の前端が反力受台３６の各脚３７の前端よりもシールド機１の推進方向前方に所定の長さ突出するように、反力受台３６の両脚３７、３７間に設置される。
【００４０】
発進受台４１は、図４に示すように、シールド機１の地上発進の際にシールド機１の自重を支持し、シールド機１が沈下するのを防止している。発進受台４１の脚４２、梁４３の本数は、特に制限はなく、地中２００の状態、使用するシールド機１の種類等に応じて適宜の本数とすれば良い。
【００４１】
反力受台３６の各脚３７及び梁３８に対応する地中２００の部分には、図４及び図５に示すように、それぞれ複数本の杭４４が打設され、これらの杭４４の上部に各脚３７及び梁３８が溶接、ボルト等の連結手段により一体に連結されている。
【００４２】
杭４４は、各脚３７及び梁３８を支持できるものであれば特に制限はなく、周知の鋼管杭、鉄筋コンクリート杭、プレストレスト杭等を使用することができる。杭４４の打設方法も特に制限はなく、使用する杭４４の種類に応じた周知の打設方法を使用することができる。
【００４３】
上記のように地中２００に打設した複数の杭４４によって反力受台３６の各脚３７及び梁３８を支持することにより、シールド機１の発進時にシールド機１の自重によって反力受台３６が沈下するのを防止することができ、地盤の状態に影響されることなく、シールド機１を地上から所定の下り勾配にて発進させることができる。
【００４４】
発進受台４１の各脚４２及び梁４３に対応する地中２００の部分には、図４及び図５に示すように、それぞれ複数本の杭４４が打設され、これらの杭４４の上部に各脚４２及び梁４３が溶接、ボルト等の連結手段により一体に連結されている。
【００４５】
杭４４の材料は、反力受台３６の杭４４と同様に、各脚４２及び梁４３を支持できるものであれば特に制限はなく、周知の鋼管杭、鉄筋コンクリート杭、プレストレスト杭等を使用することができる。また、杭４４の打設方法も特に制限はなく、使用する杭４４の種類に応じた周知の打設方法を使用することができる。
【００４６】
上記のように地中２００に打設した複数の杭４４によって発進受台４１の各脚４２及び梁４３を支持することにより、シールド機１の発進時にその反力をとることができるとともに、シールド機１の自重によって発進受台４１が沈下するのを防止することができ、地中２００の状態に影響されることなく、シールド機１を地上から掘進させることができる。
【００４７】
なお、上述した実施形態では、杭４４の上部に各脚３７及び梁３８が溶接、ボルト等の連結手段により一体に連結することにより、杭４４と反力受台３６とを直接連結したものを例示したが、本発明は、これに限定されるものではなく、杭４４の頭部を基台３３の中間部にとどめ、杭４４と反力受台３６とを基台３３を介して間接的に連結することもできる（図示せず）。
【００４８】
なお、反力受台３６の各脚３７及び梁３８、発進受台４１の各脚４２及び梁４３を、図６に示すように、各脚３７、４２及び梁３８、４３に対応する地中２００の部分に斜めに複数のアンカー４５を打設し、このアンカー４５に溶接、ボルト等の固定手段を介して各脚３７、４２及び梁３８、４３を固定するように構成しても良い。
【００４９】
架台３５の反力受台３６及び発進受台４１の各脚３７、４２及び梁３８、４３の上部には、枕木４６を介してレール４７が敷設され、このレール４７上を機関車４８が走行可能に構成され、この機関車４８を介して機材の搬入、搬出、掘削した土砂の排出等の作業を行う。
【００５０】
シールド機１が地中２００に進入する際は、シールド機１を架台３５の発進受台４１の上部に設置し、各シールドジャッキ２７の後端部を反力受台３６の各支柱３９の前面側に当接させ、シールドジャッキ２７を作動させて反力受台３６によって反力をとる。
【００５１】
図７〜図２０には、下りアプローチ区間１０７ａの掘削方法及び側部地盤変状防止方法の一実施の形態が示されている。
【００５２】
主シールド６の配列は、構築するトンネル１０１の掘削断面の形状、大きさ等に応じて適宜の組合せとすることができ、図７〜１６は、例えば、縦×横＝２（段）×３（列）を、また、図１７〜図２０は、縦×横＝１（段）×２（列）を示している。
【００５３】
図７及び図８に示すように、機械本体部２の下段の両外側に位置する側部シールド１５、１５のカッターヘッド１７、１７を回転駆動させ、スライドジャッキ１９、１９を作動させて側部シールド１５、１５を前胴体３から所定の速度で突出させる。側部シールド１５、１５の前方に位置する地中２００をカッターヘッド１７、１７のカッター刃１８、１８により掘削するとともに、シールド機１が地上から地中２００へ所定の下り勾配で進入する。
【００５４】
次に、図９に示すように、下段の両外側に位置する主シールド６、６のカッターヘッド８、８を回転駆動させ、スライドジャッキ１０、１０を作動させて両主シールド６、６を前胴体３から所定の速度で突出させ、両主シールド６、６の前方に位置する地中２００をカッターヘッド８、８のカッター刃９、９により掘削し、その掘削した部分を側部シールド１５、１５によって掘削した部分に連通させる。
【００５５】
次に、図１０に示すように、下端の中央部に位置する主シールド６のカッターヘッド８を回転駆動させ、スライドジャッキ１０を作動させて主シールド６を前胴体３から所定の速度で突出させ、その主シールド６の前方に位置する地中２００をカッターヘッド８のカッター刃９により掘削し、その掘削した部分を両側の主シールド６、６により掘削した部分に連通させる。
【００５６】
このようにして、下段の３つの主シールド６、６、６及び２つの側部シールド１５、１５により、下りアプローチ区間１０７ａに対する第１段階の掘削が完了する。
【００５７】
次に、下段の３つの主シールド６、６、６及び２つの側部シード１５、１５を前胴体３から突出させた状態で、動力部２５のシールドジャッキ２７を作動させることにより、シールド機１全体を前進させ、図１１〜図１３に示すように、下段の両側の側部シールド１５、１５のカッターヘッド１７、１７を回転駆動させ、スライドジャッキ１９、１９を作動させることにより両側部シールド１５、１５を前胴体３から所定の速度で突出させ、両側部シールド１５、１５の前方に位置する地中２００をカッターヘッド１７、１７のカッター刃１８、１８により掘削し、その掘削した部分を最初に掘削した部分に連通させる。
【００５８】
次に、図１４に示すように、下段の両外側に位置する主シールド６、６のカッターヘッド８、８を回転駆動させ、スライドジャッキ１０、１０を作動させて両主シールド６、６を前胴体３から所定の速度で突出させ、両主シールド６、６の前方に位置する地中２００をカッターヘッド８、８のカッター刃９、９により掘削し、その掘削した部分を側部シールド１５、１５によって掘削した部分に連通させる。
【００５９】
次に、図１５に示すように、下端の中央部に位置する主シールド６のカッターヘッド８を回転駆動させ、その主シールド６のスライドジャッキ１０を作動させることにより、その主シールド６を前胴体３から所定の速度で突出させ、その主シールド６の前方に位置する地中２００をカッターヘッド８のカッター刃９により掘削し、その掘削した部分を両側の主シールド６、６により掘削した部分に連通させる。
【００６０】
このようにして、下段の３つの主シールド６、６、６及び２つの側部シールド１５、１５により、下りアプローチ区間１０７ａに対する第２段階の掘削が完了する。そして、図１６に示すように、このような下段の３つの主シールド６、６、６及び２つの側部シールド１５、１５による掘削を繰り返し行うことにより、下りアプローチ区間１０７ａの全長を掘削することができる。
【００６１】
図１７〜図２０に示すように、各主シールド６は、シールド本体７、スライドジャッキ１０、カッターヘッド８、駆動源１１、動力伝達機構１２を備える。また、カッターヘッド１８は、図１８に示すように、シールド本体７の前面側に主シールド６の矩形領域を掘削するように挙動するとともに、側部シールド１５側に向けて直線状又は弧を描きつつ水平方向にシフト可能である。
【００６２】
上述した掘進方法にてシールド機１で下りアプローチ区間１０７ａを掘削するとともに、シールド機１の後方には、掘削した部分の内面に順次セグメント２９が組立てられ、セグメント２９による内壁が構築される。このセグメント２９は、地中２００に埋設される地中部と、半地下状態に構築される半地中部とからなる。地中部は、地中２００にセグメント２９を環状又は矩形状に配設して構築される。また、半地中部は、地上発進部１１０の出入り口前後にセグメント２９をＵ字型に配設し、上方が地上に開放した状態に構築される。
【００６３】
なお、本実施形態においては、半地中部の地上発進部１１０の出入り口付近にＵ字型にセグメント２９を構築する方法について説明したが、本発明の適用対象は、掘削時にセグメント２９をＵ字型に構築する方法に限定されるものではなく、掘削時は環状又は矩形状にセグメントを構築し、後で上方の一部のセグメントを撤去する方法を用いても良い。
【００６４】
次に、トンネル区間１０４の両端部、つまり、アプローチ区間とトンネル区間１０４との接続部に位置する土被り厚さが所定の厚さよりも薄い部分に地盤改良を施し、トンネル１０１となる全区間において地盤変状が生じることを防止する方法について説明する。
【００６５】
図２１は図１の拡大された部分断面図、図２２は図２１の縦断面図、図２３は図２１のＡ−Ａ線断面図、図２４は図２１のＢ−Ｂ線断面図、図２５は図２１のＣ−Ｃ線断面図、図２６はトンネル区間１０４の両端部１０５に位置する土被り厚さが所定の厚さよりも薄い部分の幅方向両側部１０８における地盤変状防止箇所を示す断面図である。
【００６６】
道路の交差点１０２の直下をアンダーパスするトンネル区間１０４は、図２１〜図２３に示すように、シールド機１による土被りの地盤変状を防止するため、土被りの厚さが０．５Ｄ〜０．７Ｄ（Ｄ；トンネルの径、シールド機が断面円形であるときは直径、断面矩形であるときは一辺の長さ、以下、同じ。）以上に設定される。本実施の形態におけるトンネル１０１の径Ｄは、複数の主シールド６のうちの最上段に位置する主シールド６の径である。
【００６７】
ところで、トンネル区間１０４の両端部１０５においては、構造上、例えば０．５Ｄよりも薄い部分が生じるため、その部分に地盤変状の問題が生じることは避けられない。また、図２１及び図２２に示すように、トンネル区間１０４の両端部１０５に位置する土被り厚さが所定の厚さよりも薄い部分の幅方向両側部１０８では、トンネル区間１０４の地盤変状に起因する崩壊が生じることがある。
【００６８】
このため、この実施の形態においては、トンネル区間１０４の軸方向両端部１０５に位置する土被り厚さが所定の厚さよりも薄い部分に対して地盤改良を施し、この地盤改良部１０６によって当該部分を補強している。地盤改良方法としては、周知の薬液注入工法、高圧噴射攪拌工法（例えば、ＣＪＧ工法（商品名）：http://www.raito.co.jp/construction/ground/cjg.html）等の地盤改良方法を用いることができる。薬液としては、例えば、水ガラスと硬化剤とを組合せたものを使用することができ、薬液を地盤改良部分に注入して硬化させることにより、その部分を補強することができる。
【００６９】
地盤改良部１０６は、図１、図２１〜２３に示すように、後端を土被りの厚さが０．５Ｄ〜０．７Ｄとなる位置とし、先端をトンネル区間１０４の始端に向かう所定の区間とする範囲内とする。この範囲は、土質、トンネル径等に基づいて、掘削時にトンネル区間１０４に地盤変状が生じないものとなる値を計算することにより求めることができる。そして、その範囲内の全体に薬液を注入して硬化させることにより、その部分に直方体状の補強された地盤を形成することができる。
【００７０】
地盤改良部１０６のさらに、トンネル軸方向両側には、地盤改良部１０６と連続して、トンネル幅方向両側部１０８に地盤改良を施すことが好ましい。さらに、トンネル幅方向両側部１０８に位置する地盤改良部１０９は、図１、図２１〜図２６に示すように、セグメント２９の上部に位置する地盤改良部１０９ａと連続しトンネル軸方向と直交する鉛直断面がＬ字形状となっていることが好ましい。
【００７１】
ここで、トンネル幅方向両側部１０８の地盤改良部１０９の始端は、トンネル軸方向と直交する鉛直断面において、トンネル幅方向における工事占有部分を画定する境界線と、掘削部分の開口上縁（セグメント２９の外側上角部）とのなす角度が所定角度（例えば４５度）を超えない位置とするものとする。この角度が例えば４５度を超えると、トンネル掘削の際、地盤が変状する領域が工事占有部分を超えるおそれがあるから、上記角度を超えない位置を地盤改良部１０９の始端とすることにより、トンネル掘削に際して地盤変状部分が工事占有部分を超えることがない。
【００７２】
次に、トンネル区間を掘削する方法について説明する。  
図２７〜図３５には、トンネル区間１０４の掘進方法の一実施の形態が示されている。下りアプローチ区間１０７ａを掘削した後に、連続してトンネル区間１０４を掘削する。まず、中折れジャッキ２８を伸縮させて前胴体３の勾配をトンネル区間１０４の所定の勾配と同じになるように調整し、図２７に示すように、上段の左外側に位置する主シールド６のカッターヘッド８を回転駆動させ、スライドジャッキ１０を作動させることによりその主シールド６を前胴体３から突出させ、その主シールド６の前方に位置する地中２００をカッターヘッド８のカッター刃９により掘削する。
【００７３】
なお、発明の理解の便宜上、下りアプローチ区間１０７ａを掘削した後にトンネル区間１０４の所定の勾配となるように前胴体３の勾配を調整すると説明しているが、実際は、下りアプローチ区間１０７ａの掘削終了地点に到達する以前から徐々に前胴体３の勾配を変化させ、シールド機１がカーブを描きながらスムーズにトンネル区間１０４の所定の勾配となるように下りアプローチ区間１０７ａの掘削を行う。
【００７４】
次に、図２８に示すように、上段の右外側に位置する主シールド６のカッターヘッド８を回転駆動させ、スライドジャッキ１０を作動させることによりその主シールド６を前胴体３から突出させ、その主シールド６の前方に位置する地中２００をカッターヘッド８のカッター刃９により掘削する。
【００７５】
次に、図２９に示すように、上段の真中に位置する主シールド６のカッターヘッド８を回転駆動させ、スライドジャッキ１０を作動させることによりその主シールド６を前胴体３から突出させ、その主シールド６の前方に位置する地中２００をカッターヘッド８のカッター刃９により掘削する。
【００７６】
次に、図３０に示すように、上段の３つの主シールド６、６、６を突出させた状態で、下段の３つの主シールド６、６、６のカッターヘッド８を回転駆動させ、それらのスライドジャッキ１０を作動させることによりそれらの主シールド６、６、６を前胴体３から突出させ、それらの主シールド６、６、６の前方に位置する地中２００を各々のカッターヘッド８のカッター刃９により掘削する。  
この場合、図示はしないが、上段の３つの主シールド６、６、６と同様に、左外側の主シールド６、右外側の主シールド６、真中の主シールド６の順に駆動させ、それらの主シールド６の前方に位置する地中２００を掘削しても良い。  
このようにして、上段の３つの主シールド６、６、６及び下段の３つの主シールド６、６、６によって掘削対象箇所の第１段階の掘削作業が完了する。
【００７７】
次に、図３１に示すように、上段の３つの主シールド６、６、６及び下段の３つの主シールド６、６、６を突出させた状態で、シールドジャッキ２７を作動させることにより前胴体３及び後胴体２６を前進させ、上段の３つの主シールド６、６、６及び下段の３つの主シールド６、６、６を前胴体３内に相対的に没入させる。
【００７８】
次に、図３２に示すように、上段の左外側に位置する主シールド６のカッターヘッド８を回転駆動させ、スライドジャッキ１０を作動させることによりその主シールド６を前胴体３から突出させ、その主シールド６の前方に位置する地中２００をカッターヘッド８のカッター刃９により掘削する。
【００７９】
次に、図３３に示すように、上段の右外側に位置する主シールド６のカッターヘッド８を回転駆動させ、スライドジャッキ１０を作動させることによりその主シールド６を前胴体３から突出させ、その主シールド６の前方に位置する地中２００をカッターヘッド８のカッター刃９により掘削する。
【００８０】
次に、図３４に示すように、上段の真中に位置する主シールド６のカッターヘッド８を回転駆動させ、スライドジャッキ１０を作動させることによりその主シールド６を前胴体３から突出させ、その主シールド６の前方に位置する地中２００をカッターヘッド８のカッター刃９により掘削する。
【００８１】
次に、図３５に示すように、上段の３つの主シールド６、６、６を突出させた状態で、下段の３つの主シールド６、６、６のカッターヘッド８、８、８を回転駆動させ、それらのスライドジャッキ１０を作動させることによりそれらの主シールド６、６、６を前胴体３から突出させ、それらの主シールド６、６、６の前方に位置する地中２００を各々のカッターヘッド８のカッター刃９により掘削する。  
この場合、図示はしないが、上段の３つの主シールド６、６、６と同様に、左外側の主シールド６、右外側の主シールド６、真中の主シールド６の順に駆動させ、それらの主シールド６の前方に位置する地中２００を掘削しても良い。  
このようにして、上段の３つの主シールド６、６、６及び下段の３つの主シールド６、６、６によって掘削対象箇所の第１段階の掘削作業が完了する。そして、このような上段の各主シールド６による掘削、下段の各主シールド６による掘削作業を繰り返すことにより、トンネル区間１０４を掘削することができるものである。
【００８２】
最後に、上りアプローチ区間１０７ｂを掘削する方法について説明する。  
トンネル区間１０４を掘削した後に、連続して上りアプローチ区間１０７ｂを掘削する。まず、中折れジャッキ２８を伸縮させて前胴体３の勾配を上りアプローチ区間１０７ｂの所定の勾配と同じになるように調整し、上述した下りアプローチ区間１０７ａの掘削方法と同様に、シールド機１の下段の両外側に位置する側部シールド１５、下段の両外側に位置する主シールド６、下端の中央部に位置する主シールド６の順番により、アプローチ区間１０７ｂに対する第１段階の掘削を行い、シールド機１全体を前進させる。この一連の動作を繰り返し行うことにより、地上への上りアプローチ区間１０７ｂの全長を掘削する。また、シールド機１が地上到達部１１１に到達する際は、地山の崩壊、路面の陥没等のないように注意してシールド機１を到達させる。
【００８３】
上記のように構成したシールド機１によるトンネル構築工法にあっては、下りアプローチ区間１０７ａ、トンネル区間１０４及び上りアプローチ区間１０７ｂをシールド機１にて連続して掘削するために、立坑の構築及び開削作業が不要となり、飛躍的に工期を短縮することができる。また、立坑の構築及び開削作業が不要となって開削工法を用いないために、杭打ち機等による騒音・振動が発生しない。そして、シールド機１による掘削断面についても、必要断面のみを掘削するために、環境に負荷がかからない。さらに、道路の交差点１０２付近での占用工事が不要となるために、二次交通渋滞を抑制することができる。
【００８４】
また、本発明によるトンネル構築工法にあっては、上りアプローチ区間１０７ｂ及び下りアプローチ区間１０７ａの半地中部はトンネル１０１の出入り口として使用されるものであり、トンネル１０１を構築するとともにトンネル１０１の出入り口を構築することができるために、従来の出入り口建設工事が不要となり、工期を短縮することができる。
【００８５】
さらに、掘削対象箇所の形状、大きさに応じて、複数の主シールド６、６……を縦横に任意の配列で組合せることができるので、汎用性を高めることができる。
【００８６】
図３６〜図３８に主シールド６の他の組合せ例を示す。  
図３６（ａ）、（ｂ）は、縦×横＝２（段）×３（列）の組合せ、図３７（ａ）、（ｂ）は、縦×横＝２（段）×５（列）の組合せ、図３８（ａ）、（ｂ）は、縦×横＝３（段）×３（列）の組合せである。図３５〜図３７中、１〜６は、駆動順番を示している。これらの組合せのシールド機１を用いた場合であっても、前述したものと同様の作用効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明による地盤変状防止方法の一実施の形態を示したものであって、地盤変状防止箇所の全体を示す断面図である。
【図２】本発明によるシールド機の一実施の形態を示す斜視図である。
【図３】トンネルの下りアプローチ区間を示す概略平面図である。
【図４】図３の正面図である。
【図５】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】本発明によるシールド機の発進時の状態を示す正面図である。
【図７】本発明によるシールド機及びシールド機の発進方法の一実施の形態を示した概略図であって、第１段階の掘削における下段の両側の側部シールドの掘進状態を示した説明図である。
【図８】図７の側部シールドをさらに掘進させた状態を示した説明図である。
【図９】下段の両側の主シールドの掘進状態を示した説明図である。
【図１０】下段の真中の主シールドの掘進状態を示した説明図である。
【図１１】第２段階の掘削における下段の両側の側部シールドの掘進状態を示した説明図である。
【図１２】図１１の側部シールドをさらに掘進させた状態を示した説明図である。
【図１３】図１１の側部シールドをさらに掘進させた状態を示した説明図である。
【図１４】下段の両側の主シールドの掘進状態を示した説明図である。
【図１５】下段の真中の主シールドの掘進状態を示した説明図である。
【図１６】第３段階の掘削における下段の両側の側部シールドの掘進状態を示した説明図である。
【図１７】１段×２列のシールド機を示した正面図である。
【図１８】図１７のシールド機の主シールドの偏心状態を示した説明図である。
【図１９】図１７のＡ−Ａ線断面図である。
【図２０】図１７のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２１】図１の拡大された部分断面図である。
【図２２】図２１の縦断面図である。
【図２３】図２１のＡ−Ａ線断面図である。
【図２４】図２１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２５】図２１のＣ−Ｃ線断面図である。
【図２６】トンネル幅方向の地盤改良位置を示す断面図である。
【図２７】上段の左外側の主シールドの掘進状態を示した説明図である。
【図２８】上段の右外側の主シールドの掘進状態を示した説明図である。
【図２９】上段の真中の主シールドの掘進状態を示した説明図である。
【図３０】下段の３つの主シールドの掘進状態を示した説明図である。
【図３１】前胴体及び後胴体を前進させた状態を示した説明図である。
【図３２】上段の左外側の主シールドの掘進状態を示した説明図である。
【図３３】上段の右外側の主シールドの掘進状態を示した説明図である。
【図３４】上段の真中の主シールドの掘進状態を示した説明図である。
【図３５】下段の３つの主シールドの掘進状態を示した説明図である。
【図３６】主シールドの他の組合せの例を示した説明図である。
【図３７】主シールドの他の組合せの例を示した説明図である。
【図３８】主シールドの他の組合せの例を示した説明図である。
【符号の説明】
【００８８】
１    シールド機                      ２    機械本体部
３    前胴体                          ６    主シールド
７    シールド本体                    ８    カッターヘッド
９    カッター刃                      １０  スライドジャッキ
１１  駆動源                          １２  動力伝達機構
１５  側部シールド                    １６  シールド本体
１７  カッターヘッド                  １８  カッター刃
１９  スライドジャッキ                ２０  駆動源
２１  動力伝達機構                    ２５  動力部
２６  後胴体                          ２７  シールドジャッキ
２８  中折れジャッキ                  ２９  セグメント
３３  基台                            ３４  反力手段
３５  架台                            ３６  反力受台
３７、４２  脚                        ３８、４３  梁
３９  支柱                            ４０  筋交
４１  発進受台                        ４４  杭
４５  アンカー                        ４６  枕木
４７  レール                          ４８  機関車
１０１  トンネル                      １０２  道路の交差点
１０４  トンネル区間                  １０５  （トンネル区間の）両端部
１０６  地盤改良部                    １０７ａ  下りアプローチ区間
１０７ｂ  上りアプローチ区間          １０８  幅方向両側部
１０９  地盤改良部                    １１０  地上発進部
１１１  地上到達部                    ２００  地中
【図１】
2006046058.tif 000003
【図２】
2006046058.tif 000004
【図３】
2006046058.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006046058.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006046058.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006046058.tif 000012
【図１１】
2006046058.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2006046058.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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