(57)【要約】【課題】高強度で土荷重に耐え得ると共に施工コストを抑えることができる。【解決手段】卵型トンネル１は、断面卵型のシールド９を備えた。断面卵型のシールド９内の分岐部では、比較的大径の主トンネル３と比較的小径の副トンネル４とが互いに分岐されて近接して並列設置された。シールド９内の合流部では主トンネル３と副トンネル４が分岐部よりも拡径されていて互いに連通して一体形成されている。卵型トンネル内の分岐部では、本線用シールドマシンの主カッタヘッドを縮径させて主トンネル３を掘進すると共に、分岐用シールドマシンの縮径された副カッタヘッドによって副トンネル４を掘進する。合流部では、主カッタヘッドと副カッタヘッドを拡径させて前後にずらして掘進することで主トンネル３と副トンネル４を一体形成する。【選択図】図１
2019127684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面卵型のシールドを備えた卵型トンネルにおいて、
前記シールド内に設置されていて比較的大径の主トンネルと、
前記シールド内に設置されていて前記主トンネルと並列に分岐された比較的小径の副トンネルと、を備え、
前記シールド内の分岐部では前記主トンネル及び前記副トンネルは互いに近接して並列に配設され、合流部では少なくとも前記主トンネルが前記分岐部よりも拡径されていて前記副トンネルと連通して一体形成されていることを特徴とする分岐構造を備えた卵型トンネル。
【請求項２】
断面卵型のシールド内に比較的大径の主トンネルと比較的小径の副トンネルを並列に設置した卵型トンネルの施工方法において、
前記卵型トンネル内の分岐部では、本線用シールドマシンの主カッタを縮径させて前記主トンネルを掘進すると共に、分岐用シールドマシンの副カッタによって前記主カッタに近接する位置で前記副トンネルを掘進し、
前記卵型トンネル内の合流部では、少なくとも前記主カッタを拡径させて掘進することで前記副カッタと前後方向にずらした位置で重ねて掘進させ、前記主トンネルと前記副トンネルを一体形成することを特徴とする分岐構造を備えた卵型トンネルの施工方法。
【請求項３】
前記分岐用シールドマシンの副カッタは伸縮可能であり、前記分岐部では前記副カッタを縮径させて掘進し、前記合流部では前記副カッタを伸張させて掘進する請求項２に記載された分岐構造を備えた卵型トンネルの施工方法。
【請求項４】
断面卵型のシールド内に比較的大径の主トンネルと比較的小径の副トンネルを並列に設置した卵型トンネルの施工方法において、
前記卵型トンネル内の分岐部では、本線用シールドマシンの主カッタで前記主トンネルを掘進すると共に、分岐用シールドマシンの副カッタによって前記主カッタに近接する位置で前記副トンネルを掘進し、
前記卵型トンネルの合流部では、少なくとも前記主カッタに設けた伸縮可能な主サブカッタを伸張させて、前記主カッタの外周面より外側部分を掘削させることで前記主トンネルと前記副トンネルを一体形成することを特徴とする分岐構造を備えた卵型トンネルの施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル断面が略卵型で主トンネルと副トンネルの分岐構造（合流構造）を備えた卵型トンネル及びその施工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に記載された親子シールドマシンは、地下鉄トンネルの単線部や複線部とこれらの移行部をシールドマシンによって施工するものである。楕円形の外郭を有する親機の中央にメインカッタを備えた子機を設置し、その両側に親機の三日月形メインカッタを２基設置している。
トンネルの施工時に、親機と子機を合体させた状態で各メインカッタの回転で掘削を行う。複線区間の施工場所では、各メインカッタで掘削できない部分はサブカッタを突出させて掘削している。単線区間の施工場所では親機のメインカッタを停止させ、子機を掘進させながら後方にシールドとしてセグメントリングを施工する。この親子シールドマシンでは、親機から発進可能な子機は中央の１台であり、２方向に分岐するトンネルを構築できない。
【０００３】
また、図８に記載された卵型トンネル１００では、比較的大径の主トンネル１０１と比較的小径の副トンネル１０２を包括する卵型のシールド１０３を備えている。この卵型トンネル１００で合流部から主トンネル１０１と副トンネル１０２を分岐させて延伸させるには、主トンネル１０１と副トンネル１０２が重なることなく接触または近接して配設されている構成が必要である。
【０００４】
例えば地下の鉄道トンネルでは、トンネル内の本線線路に設けた地下駅に対して地上からのアクセス路を分岐させる場合、アクセス路として地上から地下駅に合流するエスカレータや階段等を含む通路を分岐させる。また、地下の道路トンネルでは、トンネル内の本線道路に対して地上からの進入路を分岐させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−７７７７９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、上述の地下トンネルが、図８に示すような横向きの卵型トンネル１００では、分岐された主トンネル１０１と副トンネル１０２が横方向に配列されてシールドが細長い卵型になるため土圧に弱く、土荷重に耐えることが困難である。そのため、主トンネルと副トンネルの間に支柱を立てたり、セグメント厚を大きくしたりして強度を高める必要があり、施工コストが増大するという問題がある。また、耐土荷重を高めるために主トンネル１０１をより大径にして高さを高くし、その分、卵型のシールド１０３も部分的に大径化するとその中心Ｏが横方向にずれるために更に横長になり、大型化してコスト高になるという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、高強度で土荷重に耐え得ると共に施工コストを抑えることができる分岐構造を備えた卵型トンネル及びその施工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による分岐構造を備えた卵型トンネルは、断面卵型のシールドを備えた卵型トンネルにおいて、シールド内に設置されていて比較的大径の主トンネルと、シールド内に設置されていて主トンネルと並列に分岐された比較的小径の副トンネルと、を備え、シールド内の分岐部では主トンネル及び副トンネルは互いに近接して並列に配設され、合流部では少なくとも主トンネルが分岐部よりも拡径されていて副トンネルと連通して一体形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、卵型トンネルのシールド内の合流部で分岐部より主トンネルが拡径されているため副トンネルとの位置が変わらずに一体形成でき、卵型トンネルが扁平にならず耐土荷重が高く高強度であり、製造コストを低廉にできる。しかも、合流部で拡径したため、広い空間を確保できる。
【０００９】
本発明による分岐構造を備えた卵型トンネルの施工方法は、断面卵型のシールド内に比較的大径の主トンネルと比較的小径の副トンネルを並列に設置した卵型トンネルの施工方法において、卵型トンネル内の分岐部では、本線用シールドマシンの主カッタを縮径させて主トンネルを掘進すると共に、分岐用シールドマシンの副カッタによって主カッタに近接する位置で副トンネルを掘進し、卵型トンネル内の合流部では、少なくとも主カッタを拡径させて掘進することで副カッタと前後方向にずらした位置で重ねて掘進させ、主トンネルと前記副トンネルを一体形成することを特徴とする。
本発明によれば、親機の外郭内で、卵型トンネルの分岐部では本線用シールドマシンの主カッタと分岐用シールドマシンの副カッタとで互いに近接して掘削でき、合流部では主カッタを拡径すると共に副カッタと前後方向にずらした位置で重ねて掘進させるため、主トンネルと副トンネルが一体の合流部を構築できる。
【００１０】
また、分岐用シールドマシンの副カッタは伸縮可能であり、分岐部では副カッタを縮径させて掘進し、合流部では副カッタを伸張させて掘進することが好ましい。
卵型トンネルの合流部において、主カッタと副カッタをそれぞれ拡径させて掘進するため、主トンネルと副トンネルを一体に構築して広い空間を確保できる。
【００１１】
本発明による分岐構造を備えた卵型トンネルの施工方法は、断面卵型のシールド内に比較的大径の主トンネルと比較的小径の副トンネルを並列に設置した卵型トンネルの施工方法において、卵型トンネル内の分岐部では、本線用シールドマシンの主カッタで主トンネルを掘進すると共に、分岐用シールドマシンの副カッタによって主カッタに近接する位置で副トンネルを掘進し、卵型トンネルの合流部では、少なくとも主カッタに設けた伸縮可能な主サブカッタを伸張させて、主カッタの外周面より外側部分を掘削させることで主トンネルと副トンネルを一体形成することを特徴とする。
本発明によれば、主カッタと副カッタの掘削領域の外側を少なくとも主サブカッタで掘削できるため、合流部ではより広い一体空間を確保できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による分岐構造を備えた卵型トンネル及びその施工方法によれば、卵型トンネルの外郭の大径トンネルの中心位置を変えることなく分岐部と合流部とで主トンネルの大きさを増減調整できるため、横長になることを抑制して高強度で耐土荷重が高く、合流部の空間を広く設定できる上に、製造コストを低廉にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態による卵型トンネルを合流部で破断した説明図である。
【図２】図１に示す卵型トンネル内の分岐部の断面図である。
【図３】図１に示す卵型トンネル内の合流部の断面図である。
【図４】卵型トンネルの分岐部における掘削方法を示す説明図である。
【図５】卵型トンネルの合流部における掘削方法を示す説明図である。
【図６】変形例による卵型トンネルの合流部の掘削方法を示す説明図である。
【図７】道路トンネルに卵型トンネルを構築した変形例を示す図１と同様な説明図である。
【図８】従来の卵型トンネルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態による卵型トンネルとその施工方法について図１〜図５を参照して説明する。
図１は本発明の実施形態による卵型トンネル１を示すものであり、例えば地下鉄等の鉄道トンネルに採用したものを例にとって説明する。図１に示す卵型トンネル１内には地下鉄の地下駅２が設置されている。卵型トンネル１は、別個に延びる主トンネル３と副トンネル４とが地下駅２で合流した地下空間を備えている。主トンネル３は比較的大径の略円形断面であり、副トンネル４は比較的小径の略円形断面である。
【００１５】
主トンネル３内には地下鉄の本線線路６が延びており、地下駅２に接続されて一体化されている。副トンネル４は地下駅２から地上に延びるアクセス路７を示すものであり、一般的には、アクセス路７には地下駅２と地上出入り口とを結ぶ図示しない階段やエスカレータと通路が含まれている。
卵型トンネル１のシールド（セグメントリング）９内において、主トンネル３と副トンネル４が互いに近接して並列に配設された領域が分岐部（図２参照）であり、主トンネル３と副トンネル４が一体化された空間の地下駅を形成する領域が合流部（図３参照）である。そのため、卵型トンネル１は主トンネル３と副トンネル４の分岐構造を備えている。
【００１６】
図２及び図３は卵型トンネル１を示す縦断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図であり、主トンネル３と副トンネル４の合流直前の分岐部を示し、図３は図１のＢ−Ｂ線断面図であり、合流部を示している。
図２において、卵型トンネル１のシールド９は断面視で横型、即ち横長の卵型形状を有しており、その内側に主トンネル３と副トンネル４とが互いに接近して並列に構築されている。主トンネル３と副トンネル４はそれぞれ断面略円形に形成され、主トンネル３の隔壁１０（セグメントリング）と副トンネル４の隔壁１１（セグメントリング）は近接して配設されている。
【００１７】
また、図３において、地下駅２では、主トンネル３の隔壁１０がシールド９の一部に近接する位置まで拡径されて構築され、副トンネル４の隔壁１１もシールド９の一部に当接する位置まで拡径されて構築されている。そのため、主トンネル３の隔壁１０と副トンネル４の隔壁１１は互いに輪郭が重なるため、連通して一体化されている。
シールド９内の合流部では、拡径された主トンネル３の隔壁１０と副トンネル４の隔壁１１から外れた上下の領域Ｐ１、Ｐ２は後述するように固定式のオーガスクリュー２５で掘削されてシールド９内の空間が全体に地下駅２とされている。地下駅２内には、図１に示すように、主トンネル３内を延びる本線線路６と、副トンネル４内に設置されたホーム１３や執務室等が設置されている。
【００１８】
次に、本実施形態による卵型トンネル１の施工方法について、図４及び図５に沿って説明する。
図４及び図５に示すトンネル掘進機１５は、断面卵型形状の外郭１２を有する親シールドマシン１６（親機）の内部に比較的大径の本線用シールドマシン１７及び比較的小径の分岐用シールドマシン１８（子機）を横方向に並列に配設している。本線用シールドマシン１７は比較的大径で断面略円形の主トンネル３を掘削する子機であり、分岐用シールドマシン１８は比較的小径で断面略円形の副トンネル４を掘削する子機である。
【００１９】
本線用シールドマシン１７は、前面の面板に例えば９０度間隔で４基の伸縮カッタ２０を放射状に設置した回転可能な主カッタヘッド２１を備えている。伸縮カッタ２０は先端のビット付き伸縮スポーク２０ａを伸縮ジャッキによって径方向外側に伸縮可能に形成し、分岐部での掘進時には主トンネル３の内径内に収縮した状態に保持され、合流部での掘進時には伸張した状態に保持される。
同様に、分岐用シールドマシン１８は前面に例えば１８０度間隔で２基の伸縮カッタ２２を放射状に設置した回転可能な副カッタヘッド２３を備えている。伸縮カッタ２２は先端のビット付き伸縮スポーク２２ａを伸縮ジャッキによって径方向外側に伸縮可能に形成し、分岐部での掘進時には副トンネル４の内径内に収縮した状態に保持され、合流部での掘進時には伸張した状態に保持される。
【００２０】
分岐部での掘削に際して、本線用シールドマシン１７、分岐用シールドマシン１８には、主カッタヘッド２１、副カッタヘッド２３の後側に推進機構としての推進ジャッキ、排土機構、セグメントをリング状に組み立てるエレクター装置、発進用の反力受け等がそれぞれ装備される。合流部での掘削に際して、親シールドマシン１６においても同様な設備が装備される。
合流部では、本線用シールドマシン１７の伸張された伸縮カッタ２０と分岐用シールドマシン１８の伸縮カッタ２２とが干渉することを阻止するために、本線用シールドマシン１７の主カッタヘッド２１の後方側にずらして分岐用シールドマシン１８の副カッタヘッド２３を設置する。或いは、本線用シールドマシン１７の主カッタヘッド２１より分岐用シールドマシン１８の副カッタヘッド２３を前方に設置してもよい。
【００２１】
次にトンネル掘進機１５を用いたトンネル掘削方法について説明する。
立抗からトンネル掘進機１５を地盤内に掘削した後、横抗を掘進して地下駅２を構築するための卵型トンネル１を掘削する。即ち、トンネル掘進機１５の親シールドマシン１６で合流部を掘削し、その後、本線用シールドマシン１７及び分岐用シールドマシン１８により外郭１２内で分岐部の主トンネル３及び副トンネル４を掘削する。或いは、先に本線用シールドマシン１７及び分岐用シールドマシン１８で分岐部を掘削し、次いでトンネル掘進機１５で合流部を掘削してもよい。
【００２２】
分岐部の掘削の際、図４に示すように、親シールドマシン１６内の本線用シールドマシン１７では伸縮カッタ２０の伸縮スポーク２０ａを収縮させた状態で、主カッタヘッド２１で主トンネル３を掘削する。主カッタヘッド２１の後方では、縮径された主トンネル３の円形セグメントリングを構築する。また、分岐用シールドマシン１８では伸縮カッタ２２の伸縮スポーク２２ａを縮径させた状態で、副カッタヘッド２３で副トンネル４を掘削する。副カッタヘッド２３の後方では、縮径された副トンネル４の円形セグメントリングを構築する。
本線用シールドマシン１７と分岐用シールドマシン１８は親シールドマシン１６内で互いに近接した並列位置で掘進するため、互いに干渉しない。なお、分岐部での掘削においても合流部での掘削と同様に、主カッタヘッド２１と副カッタヘッド２３を前後方向にずらして配設して掘進させてもよい。
【００２３】
卵型トンネル１の掘削において、地下駅２の領域に至ると合流部の掘削を行う。即ち、図５に示すように、本線用シールドマシン１７では伸縮カッタ２０の伸縮スポーク２０ａを外郭１２の範囲内で伸張させ、拡径された主トンネル３を掘削する。分岐用シールドマシン１８でも、伸縮カッタ２２の伸縮スポーク２２ａを伸張させて、拡径された副トンネル４を掘削し、その後方で副トンネル４の円形セグメントリングを構築する。
本実施形態では、主カッタヘッド２１の後側に副カッタヘッド２３が設置されているため、互いに干渉することなく且つ一部重複させて主トンネル３と副トンネル４の掘進を行うことができる。
【００２４】
これにより、拡径された主トンネル３の掘削領域と副トンネル４の掘削領域とが横方向に連通して一体化される。しかも、これらの場合、主カッタヘッド２１と副カッタヘッド２３の回転中心が移動しないで外郭１２の範囲内で拡径して掘削され、シールド９の外形形状が横方向に広がることがない。そのため、シールド９はセグメント高さの変化を抑えると共に横に広がることがない。
よって、主トンネル３及び副トンネル４を含むシールド９は土荷重に耐えることができて、施工コストを低廉にすることができる。従来技術のように本線用シールドマシン１７の回転中心が横移動して卵型トンネル１が横長に広がることを抑制できる。
【００２５】
合流部の外郭１２内において、拡径された本線用シールドマシン１７の掘削領域（主トンネル３の空間）及び分岐用シールドマシン１８の掘削領域（副トンネル４の空間）に含まれない未掘削領域Ｐ１，Ｐ２は、トンネル掘進機１５に固定配置されたオーガスクリュー２５によって掘削することができる。これにより合流部における外郭１２内の全体を地下駅２の空間に構築することができる。
そして、地下駅２を構築する卵型トンネル１に対して主トンネル３及び副トンネル４と反対側の地盤では、本線用シールドマシン１７だけを掘進させて主トンネル３を前方に延伸させることができる。或いは、卵型トンネル１の後方だけでなく、前方側にも分岐用シールドマシン１８を掘削して複数の副トンネル４を構築してもよい。
【００２６】
上述のように本実施形態による卵型トンネル１及びその施工方法によれば、地下駅２を構築する卵型トンネル１の施工に際して、本線用シールドマシン１７及び分岐用シールドマシン１８を外郭１２内で拡径しても高さが増大せず、回転中心位置が移動しない。そのため、地下駅２を構築する卵型トンネル１の施工時に、卵型トンネル１のシールド９が横方向や高さ方向に延びることを抑制できて耐土荷重が高く高強度であり、しかも施工コストの上昇を抑制できる。また、合流部の卵型トンネル１内の空間を大きく形成することができる。
しかも、子機である本線用シールドマシン１７及び分岐用シールドマシン１８で親機である親シールドマシン１６の掘進ができるため、マシーンコストを低廉にできる。
【００２７】
以上、本発明の実施形態による卵型トンネル１及びその施工方法について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜の変更や置換等が可能であり、これらはいずれも本発明に含まれる。以下に、本発明の変形例等について説明するが、上述の実施形態と同一または同様な部分、部材には同一の符号を用いて説明を省略する。
【００２８】
上述した実施形態では、卵型トンネル１内の合流部及び分岐部を掘削するに際し、合流部（地下駅２）の領域で本線用シールドマシン１７及び分岐用シールドマシン１８の両方の主カッタヘッド２１及び副カッタヘッド２３の各伸縮カッタ２０、２２を拡径したが、本発明はこのような構成に限定されない。副カッタヘッド２３が拡径しなくても、少なくとも主カッタヘッド２１を拡径することで拡径された主トンネル３及び副トンネル４を連通して一体化できればよい。
【００２９】
また、上述の実施形態では、本線用シールドマシン１７及び分岐用シールドマシン１８に伸縮カッタ２０、２２を設け、更に固定式のオーガスクリュー２５を設けたが、伸縮カッタ２０、２２に代えて、図６に示すように、主カッタヘッド２１及び副カッタヘッド２３に縮径位置で固定されたカッタ２４、２６をそれぞれ設置してもよい。この場合には、本線用シールドマシン１７及び分岐用シールドマシン１８で掘削できない拡径領域は、各固定カッタの外周面から突出可能な主サブカッタ２７及び副サブカッタ２８を配設してもよい。
【００３０】
主サブカッタ２７及び副サブカッタ２８は、主カッタヘッド２１及び副カッタヘッド２３にそれぞれ固定した伸縮可能な油圧ジャッキ３０と、その先端に例えば軸支した略斧状のカッタ部３１と、を備えている。主サブカッタ２７は油圧ジャッキ３０の伸縮によって主カッタヘッド２１の外周部より外側に突出可能及び収縮可能に構成されている。副サブカッタ２８も油圧ジャッキ３０の伸縮によって副カッタヘッド２３の外周部より外側に突出可能及び収縮可能に構成されている。
これらの主サブカッタ２７及び副サブカッタ２８の突出量はコンピュータ制御によって調整できる。これによって、主カッタヘッド２１及び副カッタヘッド２３では掘削できない拡径部分を掘削可能にしてもよい。更に、未掘削領域Ｐ１，Ｐ２についても同様に主サブカッタ２７及び副サブカッタ２８によって掘削できるようにしてもよい。
【００３１】
なお、上述した実施形態では、卵型トンネル１を鉄道トンネルに設置したが、これに代えて図７に示すように、道路トンネル３５に設置してもよい。道路トンネル３５では、本線道路３６を敷設した主トンネル３７と分岐道路３８を敷設した副トンネル３９とが構築され、本線道路３６と分岐道路３８の分岐部及び合流部に卵型トンネル４０が構築されている。
或いは、副サブカッタ２８を設置せず、主サブカッタ２７だけを設けた場合でも、拡径した主トンネル３と副トンネル４を互いに連通して一体形成できる。
【符号の説明】
【００３２】
１、４０  卵型トンネル
１ａ  卵型セグメントリング
２  地下駅
３、３７  主トンネル
４、３９  副トンネル
９  シールド
１２  外郭
１７  本線用シールドマシン
１８  分岐用シールドマシン
２０、２２  伸縮カッタ
２１  主カッタヘッド
２３  副カッタヘッド  
２５  オーガスクリュー
２７  主サブカッタ
２８  副サブカッタ
３５  道路トンネル
【図１】
2019127684.tif 000003
【図２】
2019127684.tif 000004
【図３】
2019127684.tif 000005
【図４】
2019127684.tif 000006
【図５】
2019127684.tif 000007
【図６】
2019127684.tif 000008
【図７】
2019127684.tif 000009
【図８】
2019127684.tif 000010