(57)【要約】【課題】安価な構造で地盤とセグメントとを強固に一体化させることで、構築されたシールドトンネルのトンネル円周方向のせん断力の伝達性を向上させることができる。【解決手段】外周面２ａにおける外周縁よりも内側の一部には、内周面側に凹んだ窪み部２１が形成されており、窪み部２１は、トンネル軸方向Ｘに間隔をあけて複数設けられ、そのトンネル軸方向Ｘに隣り合う窪み部２１同士の間隔は、シールド掘削機１に設けられる複数段のテールシール１２の配置間隔の倍数に一致していない構成のセグメント２を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘削機の後方機内で組み立てられるセグメントであって、
外周面における外周縁よりも内側の一部には、内周面側に凹んだ窪み部が形成されていることを特徴とするセグメント。
【請求項２】
前記窪み部は、トンネル軸方向に間隔をあけて複数設けられ、
そのトンネル軸方向に隣り合う前記窪み部同士の間隔は、前記シールド掘削機に設けられる複数段のテールシールの配置間隔の倍数に一致していないことを特徴とする請求項１に記載のセグメント。
【請求項３】
シールド掘削機の後方機内で組み立てられるセグメントであって、
外周面における外周縁よりも内側の一部には、内周面側に凹んだ窪み部が形成され、
該窪み部には、水に接触することにより膨潤可能な水膨潤材と、該水膨潤材の膨潤によって前記外周面より突出する突出部材と、を備えていることを特徴とするセグメント。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のセグメントを用いて施工されたことを特徴とするシールドトンネル構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セグメント及びこれを用いたシールドトンネル構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、大深度地下トンネルは、将来的に超高層ビルがトンネルの直上に建設されても、トンネルの構造に支障がないように設計・施工されている。すなわち、トンネルの上載荷重は超高層ビルに相当する大きな荷重であり、その荷重が地中で分散してトンネルに作用するものとして設計されているのが一般的である。
【０００３】
また、シールドトンネルでは、既に組み立てられたセグメントを介して地盤に推力を伝達して、それを反力にしてシールド掘削機を推進させている。ところが、トンネル線形が急曲線となる場合には、セグメントと地盤との間でせん断力を十分に伝達する必要があり、一般的に曲線部分の周辺地盤の改良を行ったり、セグメントのリング間継手を補強する対策を行っている。
【０００４】
また、急曲線施工における他の対策として、外周面の全周にわたって袋体（エアバック）を取り付けたセグメントを用いる対策も行われている。特許文献１には、エアバック内に先行して充填材を充填して膨張させて地盤に密着させることにより、トンネル（セグメント）を固定する構造について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９７３７５６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、上述した従来のシールドトンネルにおいて、超高層ビルに相当する上載荷重を考慮した設計を行う場合には、トンネル断面力を増大させたセグメント構造とする必要があり、セグメントのコストが大きくなるという問題があった。
また、急曲線施工の場合において、前述のセグメントの継手の補強や、セグメントにエアバックを備える対策では、トンネル縦断方向のせん断力の伝達性の向上を図ることができるが、トンネル円周方向のせん断力の伝達性の向上が十分に期待できないことから、その点で改善の余地があった。
【０００７】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、安価な構造で地盤とセグメントとを強固に一体化させることで、構築されたシールドトンネルのトンネル円周方向のせん断力の地盤との伝達性を向上させることができるセグメント及びこれを用いたシールドトンネル構造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】
上記目的を達成するため、本発明に係るセグメントでは、シールド掘削機の後方機内で組み立てられるセグメントであって、外周面における外周縁よりも内側の一部には、内周面側に凹んだ窪み部が形成されていることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明に係るセグメントを用いたシールドトンネル構造では、上述したセグメントを用いて施工されたことを特徴としている。
【００１０】
本発明では、シールド掘削機の掘進と共に組み立てられるセグメントの外周面に窪み部が形成されているので、セグメントと地盤との間の隙間に裏込め材が注入されると、この窪み部にも裏込め材が流入して硬化する。これにより、セグメントと地盤とが裏込め材を介して一体化され、窪み部に流入し固化した裏込め材によってセグメントと裏込め材の境界面における相対的なずれを防止する機能をもたせることができる。
【００１１】
このように、本発明のセグメントを使用したシールドトンネル構造では、地盤に対するトンネル円周方向のせん断力の伝達性を向上させることができる。したがって、例えば大深度シールドトンネル等において建築物の荷重がかかる場合であっても、前述にようにトンネル円周方向のせん断力の伝達性が向上されているので、シールドトンネルに作用する曲げモーメントの増加量を低減することができ、従来のような地盤改良やセグメントリング間の継手を補強するといった対策が不要となり、施工費用を低減することができる。
【００１２】
また、トンネル円周方向のせん断力の伝達性を向上させることにより、トンネル線形が急曲線となる施工時におけるせん断力の伝達性も向上させることができ、前述と同様に対策費用の低減を図ることができる。
【００１３】
また、本発明に係るセグメントでは、前記窪み部は、トンネル軸方向に間隔をあけて複数設けられ、そのトンネル軸方向に隣り合う前記窪み部同士の間隔は、前記シールド掘削機に設けられる複数段のテールシールの配置間隔の倍数に一致していないことが好ましい。
【００１４】
この場合には、トンネル軸方向に隣り合う窪み部が同時に複数段のテールシールに対して重なって位置することがなくなるので、シールド掘削機のスキンプレートとセグメントとの間における止水性の低下を抑えることができる。
【００１５】
また、本発明に係るセグメントでは、シールド掘削機の後方機内で組み立てられるセグメントであって、外周面における外周縁よりも内側の一部には、内周面側に凹んだ窪み部が形成され、該窪み部には、水に接触することにより膨潤可能な水膨潤材と、該水膨潤材の膨潤によって前記外周面より突出する突出部材と、を備えていることを特徴としている。
【００１６】
本発明のセグメントでは、シールド掘削機の掘進と共に組み立てられるセグメントの外周面に窪み部が形成されているので、地盤中の地下水、あるいはセグメントと地盤との間の隙間に注入される裏込め材が前記窪み部に流入すると、流入した水に接触することによって窪み部内に備えられている水膨潤材が膨潤し、水膨潤材の膨潤によって突出部材がセグメントの外周面よりも外側に突出する。これにより、セグメントと地盤とが裏込め材を介して一体化されるとともに、突出部材によってセグメントと裏込め材の境界面における相対的なずれを防止する機能をもたせることができ、地盤に対するトンネル円周方向のせん断力の伝達性を向上させることができる。
このように、トンネル円周方向のせん断力の伝達性が向上されているので、前述のようにシールドトンネルに作用する曲げモーメントの増加量を低減することができ、施工費用を低減することができるうえ、トンネル線形が急曲線となる施工時の対策費用の低減を図ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のセグメント及びこれを用いたシールドトンネル構造によれば、安価な構造で地盤とセグメントとを強固に一体化させることで、構築されたシールドトンネルのトンネル円周方向のせん断力の地盤との伝達性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるセグメントを用いたシールドトンネル構造を示す部分断面図である。
【図２】図１に示すセグメントを外周面側（地盤側）から見た平面図である。
【図３】図２に示すセグメントを外周面側から見た斜視図である。
【図４】第２の実施の形態によるセグメントを用いたシールドトンネル構造を示す部分断面図である。
【図５】図４のＡ部に示す窪み部の拡大断面図であって、スタット材が突出していない状態を示す図である。
【図６】図４のＢ部に示す窪み部の拡大断面図であって、スタット材が突出している状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態によるセグメント及びこれを用いたシールドトンネル構造について、図面に基づいて説明する。
【００２０】
（第１の実施の形態）
図１の符号１は、本実施の形態によるセグメント２を備えたシールド掘削機を示している。
シールド掘削機１は、地山に掘削孔を掘削するためのカッタをシールド本体に備え、シールド本体から後方側に向けて筒状をなして延在するスキンプレート１１を備えた構成となっている。そして、シールド本体の内部またはスキンプレート１１の内部には、推進ジャッキ（不図示）がトンネル円周方向Ｅに複数備えられている。この推進ジャッキは、掘進方向に伸縮することで、スキンプレート１１の内側に順次組み立てられていくセグメント２を押圧し、その反力でシールド掘削機１を掘進させる。なお、この他にも、周知のトンネル掘削機と同様に、シールド本体内部またはスキンプレート１１内部には、掘削した土砂を後方に送るための搬送装置や、セグメント２を所定形状に組み立てるエレクタ等の各種装置を備えている。
ここで、シールド掘削機１の掘削方向で、前進側を「前方」とし、その反対側を「後方」として以下統一して用いる。
【００２１】
スキンプレート１１は、シールド本体と外形及び断面積が略同一となっている筒状体であって、シールド掘削機１の外殻をなすものである。このスキンプレート１１の内側に、セグメント２をリング状に組み立てていくとともに、これを順次筒状に連結していくことで、シールド掘削機１の後方には、シールドトンネルが順次築造されることになる。
【００２２】
スキンプレート１１の後方の内周面には、セグメント２の外周面２ａを押圧し、スキンプレート１１とセグメント２とのテールクリアランスＳを液密にシールするテールシール１２が全周にわたって取り付けられている。ここでは、図１に示すように、トンネル軸方向Ｘに３段のテールシール１２が設けられ、最後段から前方に向けて順に符号１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃとする。
【００２３】
これらテールシール１２Ａ〜１２Ｃは、シールド掘削機１の掘進に伴って組み立てられたセグメント２の外周面２ａに対して摺動可能に設けられ、セグメント２とのテールクリアランスＳを止水した状態のまま移動していく。そのため、地盤Ｇ中の地下水や、シールド掘削機１の後方で地盤Ｇとの間のテールボイドＴに注入される裏込め材３がスキンプレート１１の内部（すなわちシールド掘削機１内）に侵入するのを防止することができる。また、テールシール１２とともに潤滑剤注入機構（図示省略）が設けられており、摺動部およびテールシール１２同士の間にグリース等の潤滑剤が注入され、テールシール１２が止水性を維持しつつセグメント２に対して円滑に摺動できるようになっている。
【００２４】
図２及び図３に示すように、本実施の形態によるセグメント２は、鉄筋コンクリート造のＲＣセグメントが採用され、平面視で外周面２ａにおける外周縁よりも内側の一部には、内周面２ｂ側に向けて凹んだ複数の窪み部２１が形成されている。これら窪み部２１は、縦横に間隔をあけて配列されている。ここでは、縦方向（トンネル軸方向Ｘ）に３列、横方向（トンネル円周方向Ｅ）に３列で配置されている。窪み部２１は、平面視で四角形状をなし、例えば縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、深さ１０ｍｍ等の大きさに設定することができる。なお、窪み部２１の形状及び数量は、トンネル外径、深度、地盤、上載荷重等の施工条件、及びセグメント２の形状や大きさに応じて適宜設定することが可能である。
【００２５】
また、窪み部２１は、トンネル軸方向Ｘに間隔をあけて複数設けられている。そのトンネル軸方向Ｘに隣り合う窪み部２１、２１同士の間隔ｄは、シールド掘削機１に設けられる複数段のテールシール１２の配置間隔Ｄの倍数に一致しないように設定されている。
【００２６】
次に、上述したセグメント２を使用したシールドトンネルの施工方法と、セグメント２及びこれを用いたシールドトンネル構造の作用について、図面に基づいて説明する。
先ず、図１に示すように、シールド掘削機１の掘進とともにその後方機内において、セグメント２がリング状に組み立てられる。このとき、シールド掘削機１に備えられる３段のテールシール１２Ａ〜１２Ｃがセグメント２の外周面２ａに密接することで、セグメント２とスキンプレート１１との間を止水している。また、セグメント２の外周面２ａのうちスキンプレート１１内に位置する部分の窪み部２１は、テールシール１２の部分に充填されるグリース（図示省略）によって満たされる。
【００２７】
そして、セグメント２と地盤Ｇとの間のテールボイドＴ（隙間）には、セグメント２の内空側より裏込め材３が注入される。裏込め材３としては、シールドトンネルで使用される一般的な硬化材料が使用される。
このとき、シールド掘削機１の掘進と共に組み立てられるセグメント２の外周面２ａに窪み部２１が形成されているので、セグメント２と地盤Ｇとの間のテールボイドＴに裏込め材３が注入されると、この窪み部２１にも裏込め材３が流入して硬化する。
【００２８】
これにより、セグメント２と地盤Ｇとが裏込め材３を介して一体化され、窪み部２１に流入し固化した裏込め材３（図１及び図２の符号３Ａに示すハッチング部分）によってセグメント２と裏込め材３の境界面における相対的なずれを防止する機能をもたせることができる。
【００２９】
このように、本実施の形態では、地盤Ｇに対するトンネル円周方向Ｅのせん断力の伝達性を向上させることができる。したがって、例えば大深度シールドトンネル等において建築物の荷重がかかる場合であっても、前述にようにトンネル円周方向Ｅのせん断力の伝達性が向上されているので、シールドトンネルに作用する曲げモーメントの増加量を低減することができ、従来のような地盤改良やセグメントリング間の継手を補強するといった対策が不要となり、施工費用を低減することができる。
【００３０】
また、本実施の形態では、トンネル円周方向Ｅのせん断力の伝達性を向上させることにより、トンネル線形が急曲線となる施工時におけるせん断力の伝達性も向上させることができ、前述と同様に対策費用の低減を図ることができる。
【００３１】
さらに、トンネル軸方向Ｘに隣り合う窪み部２１、２１同士の間隔ｄがテールシール１２の配置間隔Ｄの倍数に一致していないので、窪み部２１が同時にテールシール１２に対して重なって位置することがなくなり、シールド掘削機１のスキンプレート１１とセグメント２との間における止水性の低下を抑えることができる。
【００３２】
上述のように本実施の形態によるセグメント及びこれを用いたシールドトンネル構造では、安価な構造で地盤Ｇとセグメント２とを強固に一体化させることで、構築されたシールドトンネルのトンネル円周方向Ｅのせん断力の地盤との伝達性を向上させることができる。
【００３３】
次に、本発明のセグメント及びこれを用いたシールドトンネル構造による他の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１の実施の形態と異なる構成について説明する。
【００３４】
（第２の実施の形態）
図４及び図５に示すように、第２の実施の形態によるセグメント２Ａは、平面視でセグメント２Ａの外周面２ａにおける外周縁よりも内側の一部に形成された内周面２ｂ側に凹んだ窪み部２１において、水に接触することによって膨潤可能な水膨潤材２２と、水膨潤材２２の膨潤によって外周面２ａより突出するスタッド材（突出部材）２３と、を備えている。
第２の実施の形態の窪み部２１は、セグメント２Ａの外周面２ａにおいて上述した第１の実施の形態の窪み部２１（図２参照）と同様に配置されている。
【００３５】
水膨潤材２２は、窪み部２１の底部に配置されている。この水膨潤材２２として、吸水することで膨張する性質を有し、一般的にセグメントのシール材として用いられている吸水性材料と複合されたゴム材料が用いられる。具体的には、例えばネオスパンシールＣＣＲシリーズ（早川ゴム社製）の水膨張止水材を採用することができる。水膨潤材２２は、スタッド材２３の先端２３ａがセグメント２Ａの外方に所定の突出量で突出し得る膨張率の材料が用いられる。そのため、シールド掘削機１のスキンプレート１１の内側にセグメント２Ａが配置されているときには、水膨潤材２２が水に接触しないので、膨潤することがない。
【００３６】
スタッド材２３は、鋼製の部材から形成され、窪み部２１内において水膨潤材２２の上に装着されている。スタッド材２３は、窪み部２１の内壁２１ａとの間に、水が窪み部２１の奥に配置される水膨潤材２２に到達し得るだけの隙間をあけた寸法に形成されている。なお、この隙間は、スタッド材２３の周囲の全周でもよいし、周方向の一部であってもよい。
【００３７】
スタッド材２３の先端２３ａは、図５に示すように、セグメント２Ａの外周面２ａと面一、あるいはその外周面２ａよりも低い位置（外周面２ａより内側の位置）となるように設定されている。そして、スタッド材２３の長さ寸法（高さ寸法）は、図６に示すように、水膨潤材２２が水に接触することによって膨張した状態において、スタッド材２３の先端２３ａが適宜な突出位置となるように設定されている。
【００３８】
そのため、スタッド材２３は、シールド掘削機１内に位置しているときには水膨潤材２２が膨張しないので、セグメント２Ａの外周面２ａから突出することがなく、テールシール１２やスキンプレート１１に干渉することはない。そして、シールド掘削機１のスキンプレート１１内で組み立てたセグメント２Ａがシールド掘削機１の後方に押し出されると、スタッド材２３の周囲の隙間から窪み部２１内に地下水が流入し、水膨潤材２２が膨張し、スタッド材２３がセグメント２Ａの外方に向けて突出する。
【００３９】
本第２の実施の形態の場合には、シールド掘削機１の掘進と共に組み立てられるセグメント２Ａの外周面２ａに窪み部２１が形成されているので、地盤Ｇ中の地下水、あるいはセグメント２Ａと地盤Ｇとの間の隙間に注入される裏込め材３が前記窪み部２１に流入すると、流入した水に接触することによって窪み部２１内に備えられている水膨潤材２２が膨潤し、水膨潤材２２の膨潤によってスタッド材２３がセグメント２Ａの外周面２ａよりも外側に突出する。これにより、セグメント２Ａと地盤Ｇとが裏込め材３を介して一体化されるとともに、スタッド材２３によってセグメント２Ａと裏込め材３の境界面における相対的なずれを防止する機能をもたせることができ、地盤Ｇに対するトンネル円周方向Ｅのせん断力の伝達性を向上させることができる。
このように、トンネル円周方向Ｅのせん断力の伝達性が向上されているので、前述のようにシールドトンネルに作用する曲げモーメントの増加量を低減することができ、施工費用を低減することができるうえ、トンネル線形が急曲線となる施工時の対策費用の低減を図ることができる。
【００４０】
以上、本発明によるセグメント及びこれを用いたシールドトンネル構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施の形態の窪み部２１の形状、数量、位置（間隔）は、セグメント２、２Ａの外周面２ａに設けられていれば良く、適宜設定することが可能である。
【００４１】
また、シールドトンネルを構成する全てのセグメント２、２Ａに窪み部２１を有するセグメントとする必要はなく、必要な箇所だけに、本発明のセグメント２、２Ａを配置することができる。例えば、１リングを構成する複数のセグメントのうち一部のセグメントのみを、窪み部２１を有するセグメント２、２Ａとすることが可能である。また、トンネル延長において、例えば曲線区間や、あるいは大深度トンネルで将来的に超高層ビルの直下に位置することになり得る区間など、シールドトンネルに過大な曲げモーメントが作用する区間のみを、本発明の窪み部２１を有するセグメント２、２Ａの適用対象とすることができる。
【００４２】
さらに、上述した第２の実施の形態では窪み部２１に装着される突出部材として、鋼製のスタッド材２３を用いているが、コンクリート製のブロック片や鉄筋など、他の部材を用いることも可能である。
【００４３】
また、本実施の形態では、シールド掘削機１として３段のテールシール１２Ａ〜１２Ｃを設けているが、これに限定されるものではなく、スキンプレート１１の外径寸法や周囲の水圧等の程度によって、テールシール１２の段数は適宜変更可能である。
【００４４】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１  シールド掘削機
２、２Ａ  セグメント
２ａ  外周面
２ｂ  内周面
３  裏込め材
１１  スキンプレート
１２、１２Ａ〜１２Ｃ  テールシール
２１  窪み部
２２  水膨潤材
２３  スタッド材（突出部材）
Ｅ  トンネル円周方向
Ｓ  テールクリアランス
Ｔ  テールボイド（隙間）
Ｘ  トンネル軸方向
【図１】
2015203253.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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