(57)【要約】【課題】  シールドトンネルのセグメントを取り除いて開口部を形成する際の省スペース化、施工合理化を図る。【解決手段】リング状に組み立てられたＲＣセグメント１２からなるシールドトンネルに形成される開口１６と開口１６の周縁補強部とを含む範囲に、取り外し可能なスチールセグメント１１を組み込む。その後、スチールセグメント１１の周囲を円弧状に組み立てたセグメントの内周面に沿って設置した複数本の円弧状支保工１３と補強梁１４とを組んでなる開口補強支保工を建て込む。そして、スチールセグメント１１を撤去し開口を形成する。形成した開口の周縁補強部には枠状補強部材１７を設け、開口補強した支保工を撤去する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状に組み立てられた覆工セグメントから構成されるシールドトンネルに形成される開口と該開口と周縁補強部とを含む範囲に、取り外し可能な開口部セグメントを組み込み、
該開口部セグメントの周囲に開口補強支保工を建て込み、
前記開口部セグメントを撤去しセグメント開口部を形成するとともに、該セグメント開口部の周縁補強部に枠状補強部材を設け、その後前記開口補強支保工を撤去するようにしたことを特徴とするシールドトンネルの開口部補強方法。
【請求項２】
前記枠状補強部材は、前記覆工セグメントの厚さ以下の組立鋼材であることを特徴とする請求項１に記載のシールドトンネルの開口部補強方法。
【請求項３】
前記開口補強支保工は、前記覆工セグメントの内周面に沿って設置した複数本の周状支保工と補強梁とを組んでなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシールドトンネルの開口部補強方法。
【請求項４】
前記覆工セグメントと前記開口部セグメントの幅は、前記開口と該開口の周縁補強部とを含む範囲をもとに決定されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のシールドトンネルの開口部補強方法。
【請求項５】
前記覆工セグメントはＲＣセグメントからなり、前記開口部セグメントはスチールセグメントからなることを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれか１項に記載のシールドトンネルの開口部補強方法。
【請求項６】
リング状に組み立てられた覆工セグメントから構成されるシールドトンネルに形成される開口と該開口と周縁補強部とを含む範囲に、開口部セグメントを組み込み、
前記開口部セグメントは、前記周縁補強部の範囲に組み込まれる開口補強セグメントと前記開口の範囲に組み込まれ取り外し可能な開口セグメントとから構成され、
裏込め注入が完了後、前記開口セグメントを取り外し、開口を形成するようにしたことを特徴とするシールドトンネルの開口部補強方法。
【請求項７】
前記開口補強セグメントは、前記覆工セグメントの厚さ以下の組立鋼材であることを特徴とする請求項６に記載のシールドトンネルの開口部補強方法。
【請求項８】
前記覆工セグメントと前記開口部セグメントの幅は、前記開口と該開口の前記周縁補強部とを含む範囲をもとに決定されることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のシールドトンネルの開口部補強方法。
【請求項９】
前記覆工セグメントはＲＣセグメントからなり、前記開口部セグメントはスチールセグメントからなる、ことを特徴とする請求項６乃至請求項８いずれか１項に記載のシールドトンネルの開口部補強方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシールドトンネル内に形成された開口の補強方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にシールドトンネルにおいて、一次覆工部材としてのセグメントはトンネルに作用する土圧や水圧などの荷重を受け持つように設計されている。そのため、どのようなタイプのセグメントを採用するかにあたっては、対象とするトンネルの土被り、水圧の大きさや用途を考えて、強度、変形性能、耐久性、経済性等を十分検討して選定することが重要となる。その中で、道路トンネル等の大断面のトンネルでは、経済的な観点から鉄筋コンクリートセグメント（以下、ＲＣセグメントと記す）が多く採用されている。一般的な上下２車線の断面を有するトンネルでは、図９に示すように、防災上の規制等から５００ｍ程度の間隔で上下線を連絡する避難通路６０が設けられている。避難通路６０はトンネル内で火災及び事故等の発災があった場合に、道路利用者を発災トンネル側から非発災トンネル側へ避難させる役割を果たしている。
【０００３】
セグメントの設計は、曲げ剛性が一様のリングと仮定してトンネル横断方向の作用力に対して計算を行う慣用法が多用されている。しかし、開口が形成されたシールドトンネル５０ではリングに断面欠損が生じ、この断面欠損に起因する応力集中により開口近傍のセグメント内の発生応力は増大する。そこで図１０に示すように、開口１６を中心としたシールドトンネル５０の軸方向の所定区間に、材料強度が大きいスチールセグメントを用いる場合が多かった。また、特許文献１では、トンネル開口部における支保工のコストダウンを目的に、専用部品の使用を極力排除したセグメントの技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００５−２１３８５１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般にスチールセグメントはＲＣセグメントの約３倍の材料費がかかり、スチールセグメントの使用はセグメント費の増加につながる。また、スチールセグメントは防錆上、化粧コンクリートや吹き付けコンクリートなどの二次覆工を行い、外気との接触を遮断する必要がある。その結果、工事費の増大にもつながっている。
【０００５】
また、特許文献１に記載の支保工を用いて開口部の補強を行う場合、トンネル内部に柱状の支保工を設置するため、内部空間を狭め、特にトンネル径が小さい場合は作業に支障をきたしていた。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、シールドトンネル内に形成された開口に簡便な補強を行うことにより、従来、スチールセグメントによる覆工が行われてきたシールドトンネルの開口周辺に、ＲＣセグメントによる覆工でも実施可能なシールドトンネルの開口部補強方法を提供することを目的とする。
また、トンネル開口部周辺に配される支保工により、作業に支障をきたすことのないシールドトンネルの開口部補強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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係るシールドトンネルの開口部補強方法は、リング状に組み立てられた覆工セグメントから構成されるシールドトンネルに形成される開口と該開口と周縁補強部とを含む範囲に、取り外し可能な開口部セグメントを組み込み、該開口部セグメントの周囲を開口補強支保工で建て込み、前記開口部セグメントを撤去しセグメント開口部を形成するとともに、該セグメント開口部の周縁補強部に枠状補強部材を設け、その後前記開口補強支保工を撤去するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るシールドトンネルの開口部補強方法は、前記枠状補強部材は、前記覆工セグメントの厚さ以下であるように構成してもよい。
【０００９】
また、本発明に係るシールドトンネルの開口部補強方法は、前記開口補強支保工は、前記覆工セグメントの内周面に沿って設置した複数本の周状支保工と補強梁とを組んでなるように構成してもよい。
【００１０】
また、本発明に係るシールドトンネルの開口部補強方法においては、前記覆工セグメントと前記開口部セグメントの幅は、前記開口と該開口の周縁補強部とを含む範囲をもとに決定されるように構成してもよい。
【００１１】
また、本発明に係るシールドトンネルの開口部補強方法は、前記覆工セグメントはＲＣセグメントからなり、前記開口部セグメントはスチールセグメントからなるように構成してもよい。
【００１２】
また、上記目的を達成するため、本発明に係るシールドトンネルの開口部補強方法は、リング状に組み立てられた覆工セグメントから構成されるシールドトンネルに形成される開口と該開口と周縁補強部とを含む範囲に、開口部セグメントを組み込み、前記開口部セグメントは、前記周縁補強部の範囲に組み込まれる開口補強セグメントと前記開口の範囲に組み込まれ取り外し可能な開口セグメントとから構成され、裏込め注入が完了後、前記開口セグメントを取り外すようにしたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るシールドトンネルの開口部補強方法は、前記開口補強セグメントは、前記覆工セグメントの厚さ以下であるように構成してもよい。
【００１４】
また、本発明に係るシールドトンネルの開口部補強方法においては、前記覆工セグメントと前記開口部セグメントは、前記開口と該開口の前記周縁補強部とを含む範囲を元に幅寸法が形成されるように構成してもよい。
【００１５】
また、本発明に係るシールドトンネルの開口部補強方法は、前記覆工セグメントはＲＣセグメントからなり、前記開口部セグメントはスチールセグメントからなるように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように本発明によれば、シールドトンネル内に形成された開口に簡便な補強を行うことにより、従来スチールセグメントで覆工していたシールドトンネルの開口近傍に、ＲＣセグメントでも使用可能となる。その結果、セグメント費を抑制し、かつスチールセグメントの防錆上必要であった二次覆工の工程を削除できる、という効果を奏する。
また、周状支保工や予め補強材が組み込まれたセグメントを用いることにより、従来の工法に比べ、作業空間を確保することができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係るシールドトンネルの開口部補強方法を実施するための最良の形態の実施例について添付図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明の実施例１に係るシールドトンネルの開口部補強方法を、図１から図５を参照して説明する。なお、図１から図５まではシールドトンネルの開口部補強方法のステップ図となっている。
【００１９】
図１は、シールド機の掘進によりセグメント４０が覆工されたシールドトンネルの開口部付近を示しており、（ａ）はトンネルの内周からみた部分縦断面図、（ｂ）は（ａ）図中のIｂ−Iｂ断面線で示した横断面図である。
ドットが記された範囲はスチールセグメント１１（開口部セグメント）を示しており、その他のセグメントはＲＣセグメント１２（覆工セグメント）を示している。各セグメント４０はトンネル周方向及び軸方向に連結され、リング１０が軸方向に連続したシールドトンネルが構築されている。セグメント開口部１６（図３）をセグメント４０で組み立てる際、シールドトンネルの開口と後述する開口部補強材１７（図４）とを形成する範囲をスチールセグメント１１で組み立てる。隣接する各ＲＣセグメント１２同士は連結ボルトで強固に締結されており、一方、スチールセグメント１１は隣接したセグメント４０と取り外し可能に締結されている。スチールセグメント１１の取り外しを容易にするために、例えばセグメント４０に設置されたボルトボックスの寸法を大きくしたり、連結ボルトに六角ボルトを選択することが好ましい。
【００２０】
セグメント４０は、後述する開口部補強部材１７（図４）の寸法が最小になるように幅Ｗが決定されている。本実施例では、シールドトンネルの開口１８（図４）と開口部補強材１７（図４）の設置に必要な範囲を２等分した長さが基準となるセグメント幅Ｗに設定されている。
【００２１】
一般にシールドトンネルを構成するリング１０は、継手部の剛性の影響を少なくするために、継手位置はリングごとにずらして組み立てられている。しかし、スチールセグメント１１を含んだリング１０は、開口１８（図４）と開口部補強材１７（図４）との形状を考慮し、または、後述するアーチ状の支保工２０（図２）の設置を考慮して、同一箇所で継手を設ける（いわゆるイモ継ぎ）ことが望ましい。
【００２２】
シールド機の掘進によりセグメント４０が組み立てられると、テールボイドに裏込め注入が行われる。裏込め注入材はセメントを主材とし各種の混和剤が混練されたものが使用される。裏込め注入はセグメント４０に設置された注入孔（不図示）から地山との空隙に注入され、またはシールド機の後方の図示しないテールプレート後端部からテールボイドに向けて直接注入され、あるいはこれらを併用して注入される。
【００２３】
図２は、トンネル内周に支保工２０が設置されたシールドトンネルの開口部付近を示しており、（ａ）はトンネルの内周からみた部分縦断面図、（ｂ）は（ａ）図中のIIｂ−IIｂ断面線で示した横断面図である。  テールボイドの裏込め注入完了後に、開口部周辺に支保工２０を設置する。支保工２０は、後述する取り外されるスチールセグメント１１が受け持っていた荷重を受けかえることにより、シールドトンネルの土圧や水圧による変形を防止する役割を果たす。支保工２０は、Ｈ型鋼がセグメント４０の内周面に沿って曲げ加工された円弧状支保工１３と、略Ｃ字状支保工１５と、開口部の相対する２辺の近傍にトンネルの軸方向と平行に配された角型鋼からなる梁部材支保工１４とを組み立てて構成されている。円弧状支保工１３は、開口部を挟んで開口部端から所定の距離離れて配設され、梁部材支保工１４を連結して、梁部材支保工１４とともに開口部を取り囲むように枠状をなしている。また、端部に梁部材支保工１４が連結された４本の略Ｃ字状支保工１５がほぼ等間隔に配設されている。なお、本実施例では、梁部材支保工１４は円弧状支保工との取り合いを考慮して角型鋼を用いている。なお、支保工２０は、シールドトンネルに作用する土圧や水圧などからトンネルの変形を防止することができるように、各部材の寸法や建込み間隔等が決定されている。上述した周状の支保工を採用することにより、従来工法と比べ作業空間を確保することができ、バランスよく支保することが可能となる。
【００２４】
図３は、図２に示した状態からスチールセグメント１１が取り外されたシールドトンネルの開口部付近を示しており、（ａ）はトンネルの内周からみた部分縦断面図、（ｂ）は（ａ）図中のIIIｂ−IIIｂ断面線で示した横断面図である。
前述したように、シールドトンネルの開口部付近に支保工２０が組み立てられた後、セグメント開口部１６に設置されていたスチールセグメントが取り外される。
【００２５】
図４は、図３に示した状態からセグメント開口部１６（図３）に開口部補強材１７が設置されたシールドトンネルの開口部付近を示しており、（ａ）はトンネルの内周からみた部分縦断面図、（ｂ）は（ａ）図中のIVｂ−IVｂ断面線で示した横断面図である。
スチールセグメントが取り外されたセグメント開口部１６には、ＲＣセグメント１２の厚さ以下の鋼材からなる開口部補強材１７が配置され、開口１８が形成される。開口部補強材１７は、図示しないボルトボックスを備えたセグメント開口部１６（図３）を形成するＲＣセグメント１２とボルトで締結されている。ＲＣセグメント１２はシールドトンネルの周方向に所定の曲率を持って形成されているため、周方向に配される開口部補強材１７も同じ曲率の曲げ加工が施される。また、開口部補強材１７は、開口部周辺に組み立てられた支保工２０が撤去された時に発生する開口部への作用力に対して設計なされている。開口部補強材１７は、予め工場で組み立てておくと、現場での手間がかからず都合がよい。
【００２６】
図５は、図４で示した状態から支保工２０が撤去されたシールドトンネルを示しており、（ａ）はトンネルの内周からみた部分縦断面図、（ｂ）は（ａ）図中のVｂ−Vｂ断面線で示した横断面図である。
開口部補強材１７を設置すると、開口部近傍に配置された支保工２０を撤去する。支保工２０が受け持っていた荷重は、新たに設置された開口部補強材１７が受けかえる。
【００２７】
従来、シールドトンネルに開口が形成される場合、開口近傍に配されるセグメントは、高価なスチールセグメントが使用される場合が多かった。しかし、上述による構成によれば、開口近傍のセグメントをＲＣセグメントとすることができ、スチールセグメントの使用範囲を大幅に削減することができる。その結果、セグメント費を大幅に削減することが可能となる。
【００２８】
また、開口部補強材の厚みはＲＣセグメントの同厚以下に設定されているため、開口部を部分的に拡幅しなくても開口部補強材がトンネル内側へ張り出すことがない。そのため、開口部も一般部と同じ大きさの掘削断面でよいため、経済的なシールド掘削が可能となる。
【００２９】
さらに、開口部付近に設置する支保工は１つの開口部補強が終わると撤去されるため、最も設計条件の厳しい支保パターン時の支保工を採用すれば他の開口部の箇所にも転用できる。そのため、特に築造する避難通路が多い場合は、経済的な施工が可能となる。
【００３０】
上述した支保工の材料や本数などは、トンネルの周辺地盤の種類や地下水位、土かぶり等によって決まる設計条件により様々な形態が考えられる。また、開口部補強材についても同様であり、上述の補強方法に限定するものではない。
【００３１】
また、上述した実施例では、当初のシールドトンネルの開口部にはスチールセグメントが設置されていた。これはスチールセグメントの取り外しの容易性、繰り返し転用が可能であること、ハンドリングが良い等の理由による。そのため、本発明はスチールセグメントに限定するものではなく、他種のセグメント（例えばＲＣセグメント等）をトンネル開口部に配置してもよい。
【００３２】
上述の実施例では、開口部にスチールセグメントを組み込み、開口部近傍で支保工を組み上げてから開口部補強材を設置する方法について述べた。以下、他の実施例である実施例２について、図６から図８を参照して説明する。なお、図６から図７まではシールドトンネルの開口部補強方法のステップ図となっている。
【実施例２】
【００３３】
図６は、シールド機の掘進によりセグメント４０が覆工されたシールドトンネルの開口部付近を示しており、（ａ）はトンネルの内周からみた部分縦断面図、（ｂ）は（ａ）図中のVIｂ−VIｂ断面線で示した横断面図である。図中のドットが形成された範囲はスチールセグメント３０（開口部セグメント）、その他のセグメントはＲＣセグメント１２（覆工セグメント）を示している。各セグメント４０は、トンネル周方向及び軸方向に各セグメント４０が連結されてリング１０が形成されている。実施例１と同様に、セグメント幅Ｗは、シールドトンネルの開口と開口部補強材に必要な大きさを２等分した幅を基準として設定されている。また、セグメント開口部を含んだ隣接したリング１０は同一箇所で継手が設けられている。
【００３４】
図８は実施例２のスチールセグメント３０の詳細図を示しており、（ａ）はトンネルの内周から見た平面図であり、（ｂ）は（ａ）図中のVIIIｂ−VIIIｂ断面線で示した断面図であり、（ｃ）はスチールセグメント３０を２個の部材として分解した平面図である。
【００３５】
本実施例のスチールセグメント３０は、開口補強セグメント３１と開口セグメント３２から構成され、隣接するＲＣセグメント１２と締結される。開口補強セグメント３１はコ字形をなした切り出し鋼材からなり、トンネルの周方向の形状に合わせて所定の曲率で形成される。開口セグメント３２は所定の曲率に加工された底鋼板３３の４辺を側面鋼板３４で囲み、内部空間を補強リブ３５で補強した箱状組み立て鋼材からなる。開口補強セグメント３１と開口セグメント３２とは、ボルト３７にて締結される。底鋼板３３には裏込め注入用の注入孔３６が１箇所形成されている。開口補強セグメント３１は開口部に作用する荷重に対して設計がなされている。なお、スチールセグメント３０の厚さは、ＲＣセグメント１２の厚さと同等以下に設定されている。
【００３６】
シールド機の掘進によりセグメント４０が組み立てられると、このスチールセグメント３０では裏込め注入材が注入孔３６から注入される。
【００３７】
図７は、図６に示す状況からスチールセグメント３０の開口セグメント３２（図８）が取り外されたシールドトンネルの開口部周辺を示しており、（ａ）はトンネルの内周からみた部分縦断面図、（ｂ）は（ａ）図中のVIIｂ−VIIｂ断面線で示した横断面図である。裏込め注入が完了すると、スチールセグメント３０の開口セグメント３２が取り外される。開口セグメント３２が受け持っていた荷重を、スチールセグメント３０の開口補強セグメント３１（図８）で受けかえることができ、シールドトンネルの安定を図ることができる
【００３８】
上述の実施例２でも、実施例１で示した本発明の効果を享受でき、さらには、実施例１で示した開口部近傍に設置した支保工２０の設置が不要となり、現場での作業量を低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】シールドトンネルの開口部付近の概略図。
【図２】図１に示した状況から支保工が設置されたシールドトンネルの開口部付近の概略図。
【図３】図２に示した状態から開口部セグメントが取り外されたシールドトンネルの開口部付近の概略図
【図４】図３に示した状態から開口部に開口部補強材が設置されたシールドトンネルの開口部付近の概略図。
【図５】開口部付近の支保工が撤去されたシールドトンネルの開口部付近の概略図。
【図６】他の実施例（実施例２）によるシールドトンネルの開口部付近の概略図。
【図７】図６に示した状態から開口セグメントが取り外されたシールドトンネルの開口部付近の概略図。
【図８】実施例２のスチールセグメントの詳細図。
【図９】従来の上下２車線が併設されたシールドトンネルの概要図。
【図１０】従来のシールドトンネル内に形成された開口部周辺の概略図。
【符号の説明】
【００４０】
１０      リング
１１      スチールセグメント（開口部セグメント）
１２      ＲＣセグメント（覆工セグメント）
１３      円弧状支保工
１４      梁部材支保工
１５      略Ｃ字状支保工
１６      セグメント開口部
１７      開口部補強材
１８      開口
２０      支保工
３０      スチールセグメント（開口部セグメント）
３１      開口補強セグメント
３２      開口セグメント
３３      底鋼板
３４      側面鋼板
３５      補強リブ
３６      注入孔
３７      ボルト
４０      セグメント
５０      シールドトンネル
６０      避難通路
Ｗ        セグメント幅
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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