(57)【要約】【課題】沈埋トンネルとシールドトンネルの接続において、海上条件の制約を受けることなく、また、水中コンクリートの打設を必要としない、沈埋トンネルとシールドトンネル接続部の沈埋函、及び水底トンネルの接続方法を提供すること。【解決手段】筒状の沈埋函１に端壁２と開口壁４と隔壁３を設け、シールドマシン８に端壁２を貫通させた後、開口壁４の開口部を通り、隔壁３近傍まで推進させる。シールドマシン８を開口壁４の開口部に係合し、シールドマシン８と開口部との間の止水を行う。シールドマシン８と隔壁３とで囲まれた空間より水を排水した後、隔壁３を開放し、カッター部８１を解体することにより、沈埋トンネルとシールドトンネルを開通させることができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端を開放した天井、床、壁よりなる筒状の躯体である沈埋函において、
開放した一端を閉塞した端壁と、
躯体内部の前記天井と前記床と前記壁とに接続した隔壁と、
前記天井と前記床と前記壁とに接続し、且つ前記端壁と前記隔壁の間に設けた開口部を開設した、複数の開口壁と、
前記開口壁の開口部周囲に設けた止水材と、からなり、
前記開口壁にシールドマシンを係合可能としたことを特徴とする、
沈埋函。
【請求項２】
請求項１記載の沈埋函であって、
前記止水材として、前記開口壁の開口部周囲に設けた溝内に膜状止水材を収納し、
前記膜状止水材の膜内に、流体を注入して膨張させることで、前記開口壁の開口部と、開口部に係合後の前記シールドマシンとの間を、水密状態にできることを特徴とする、
沈埋函。
【請求項３】
請求項１又は２記載の沈埋函において、
前記沈埋函の内面に接続した複数のジャッキ架台にジャッキを設け、
前記沈埋函の前記端壁を貫通した前記シールドマシンを、前記ジャッキにて固定して進行方向を制御可能としたことを特徴とする、
沈埋函。
【請求項４】
沈埋トンネルとシールドトンネルを接続する、水底トンネルの接続方法において、
請求項１乃至３のいずれかに記載の沈埋函を水底面へ設置し、
沈埋函群の最端に位置する前記沈埋函の前記端壁を貫通して、前記沈埋函の前記隔壁近傍まで前記シールドマシンを推進させ、
前記シールドマシンと、複数の前記開口壁の間を止水し、
前記隔壁と前記開口壁の間の水を抜き、
前記隔壁を開放し、
前記シールドマシンの前面カッター部を解体することにより、沈埋トンネルとシールドトンネルを開通させることを特徴とする、
水底トンネルの接続方法。
【請求項５】
沈埋トンネルとシールドトンネルを接続する、水底トンネルの接続方法において、
請求項２又は３記載の沈埋函を水底面へ設置し、
沈埋函群の最端に位置する前記沈埋函の前記端壁を貫通して、前記沈埋函の前記隔壁近傍まで前記シールドマシンを推進させ、
前記シールドマシンを、複数の前記開口壁に係合し、
前記膜状止水材の膜内に、流体を注入して膨張させることで、前記シールドマシンと、複数の前記開口壁の間を止水し、
前記隔壁と前記開口壁の間の水を抜き、
前記隔壁を開放し、
シールドマシンの前面カッター部を解体することにより、沈埋トンネルとシールドトンネルを開通させることを特徴とする、
水底トンネルの接続方法。
【請求項６】
沈埋トンネルとシールドトンネルを接続する、水底トンネルの接続方法において、
請求項３記載の沈埋函を水底面へ設置し、
沈埋函群の最端に位置する前記沈埋函の前記端壁を貫通させた後の前記シールドマシンを、前記ジャッキにて固定して、進行方向を制御しながら、前記隔壁近傍まで推進させ、
前記シールドマシンを、複数の前記開口壁に係合し、
前記膜状止水材の膜内に、流体を注入して膨張させることで、前記シールドマシンと、複数の前記開口壁の間を止水し、
前記隔壁と前記開口壁の間の水を抜き、
前記隔壁を開放し、
シールドマシンの前面カッター部を解体することにより、沈埋トンネルとシールドトンネルを開通させることを特徴とする、
水底トンネルの接続方法。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれかに記載の水底トンネルの接続方法において、
前記シールドマシンと、複数の前記開口壁の間を止水した後、
前記シールドマシンと前記開口壁と前記沈埋函の内面とで包囲した空間に注入材を充填することを特徴とする、
水底トンネルの接続方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沈埋函の構造及び水底トンネルの接続方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空港やその他の人工島と、本土とを結ぶような海底トンネルの施工方法は、シールドマシンの掘進ごとに、後方にセグメントによる覆工を構築してトンネルを延長していくシールド工法と、陸上の製作ヤードにて構築した筒状の沈埋函ａを曳航して、海底面に沈設し、順次連結することによりトンネルを延長していく沈埋工法が一般的である。
また、海底トンネルの施工は、上記のような複数の工法を併用して行われる場合があるが、かかる場合の工法の選定は、海底面の縦断勾配や海底面下の土質および土被り等により決定される。
上記の、シールドトンネルと沈埋トンネルを併用する場合、シールドトンネルと沈埋トンネルの接続部は、接続函ｃ等を海底面に設置することにより行われている（図７参照）。あるいは、陸上部と海底部の境界を水中コンクリートにて強固に固めて、陸上部より山岳トンネル工法や密閉型シールドにて掘削し、海底面に設置した沈埋トンネルと接続することにより行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来の水底トンネルの接続にあっては、次のような問題点がある。
＜イ＞沈埋トンネルとシールドトンネルを、接続函を介して接続する場合、接続函の設置に際して、浚渫工、沈設工等の海上作業が必要となり、海上条件による制約や工期の延長等の問題が生じる。
＜ロ＞接続部が海底部と陸上部の境界付近であって、かかる境界付近を水中コンクリートにて固めた場合、境界付近の深度が深くなると、水中コンクリートの信頼性が低くなる。
＜ハ＞水中コンクリートの強度が大きな場合、シールドマシンのカッタービットでは削孔し難い。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は上記したような従来の問題を解決するためになされたもので、次のような沈埋函の構造及び水底トンネルの接続方法を提供することを目的とする。
＜イ＞沈埋トンネルとシールドトンネルの接続を、接続函を介すことなく接続させること。
＜ロ＞沈埋トンネルとシールドトンネルの接続に際し、接続部近傍を、水中コンクリートにて強固に固めることなく、接続させること。
＜ハ＞沈埋トンネルとシールドトンネルの接続に際し、海上作業をなくすことにより、海上条件の制約を受けず、工期の短縮を図ること。
本発明は、これらの目的の少なくとも一つを達成するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明の沈埋函は、両端を開放した天井、床、壁よりなる筒状の躯体であって、開放した一端を閉塞した端壁と、躯体内部の前記天井と前記床と前記壁とに接続した隔壁と、前記天井と前記床と前記壁とに接続し、且つ前記端壁と前記隔壁の間に設けた開口部を開設した、複数の開口壁と、前記開口壁の開口部周囲に設けた止水材とからなり、前記開口壁にシールドマシンを係合可能としたことを特徴とするものである。
【０００６】
また、上記の沈埋函の前記止水材として、前記開口壁の開口部周囲に設けた溝内に膜状止水材を収納し、前記膜状止水材の膜内に、流体を注入して膨張させることで、前記開口壁の開口部と、開口部に係合後の前記シールドマシンとの間を、水密状態にできることを特徴とする沈埋函を使用する場合がある。
【０００７】
また、上記した沈埋函の内面に接続した複数のジャッキ架台にジャッキを設け、前記沈埋函の前記端壁を貫通した前記シールドマシンを、前記ジャッキにて固定して進行方向を制御可能としたことを特徴とする沈埋函を使用する場合がある。
【０００８】
さらに、沈埋トンネルとシールドトンネルを接続する、水底トンネルの接続方法は、前記沈埋函を水底面へ設置し、沈埋函群の最端に位置する前記沈埋函の前記端壁を貫通して、前記沈埋函の前記隔壁近傍まで前記シールドマシンを推進させ、前記シールドマシンと、複数の前記開口壁の間を止水し、前記隔壁と前記開口壁の間の水を抜き、前記隔壁を開放し、前記シールドマシンの前面カッター部を解体することにより、沈埋トンネルとシールドトンネルを開通させることを特徴とする方法である。
【０００９】
また、上記した水底トンネルの接続方法において、前記沈埋函を水底面へ設置し、沈埋函群の最端に位置する前記沈埋函の前記端壁を貫通して、前記沈埋函の前記隔壁近傍まで前記シールドマシンを推進させ、前記シールドマシンを、複数の前記開口壁に係合させ、前記膜状止水材の膜内に、流体を注入して膨張させることで、前記シールドマシンと、複数の前記開口壁の間を止水し、前記隔壁と前記開口壁の間の水を抜き、前記隔壁を開放し、シールドマシンの前面カッター部を解体することにより、沈埋トンネルとシールドトンネルを開通させることを特徴とする方法を使用する場合がある。
【００１０】
また、上記した水底トンネルの接続方法において、前記沈埋函を水底面へ設置し、沈埋函群の最端に位置する前記沈埋函の前記端壁を貫通させた後の前記シールドマシンを、前記ジャッキにて固定して、進行方向を制御しながら、前記隔壁近傍まで推進させ、前記シールドマシンを、複数の前記開口壁に係合させ、前記膜状止水材の膜内に、流体を注入して膨張させることで、前記シールドマシンと、複数の前記開口壁の間を止水し、前記隔壁と前記開口壁の間の水を抜き、前記隔壁を開放し、シールドマシンの前面カッター部を解体することにより、沈埋トンネルとシールドトンネルを開通させることを特徴とする方法を使用する場合がある。
【００１１】
また、上記した水底トンネルの接続方法において、前記シールドマシンと、複数の前記開口壁の間を止水した後、前記シールドマシンと前記開口壁と前記沈埋函の天井とで包囲した空間に注入材を充填することを特徴とする方法を使用する場合がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
＜イ＞沈埋函
沈埋函は、天井、床、壁よりなる筒状のコンクリート体であり、その両端は開放している。沈埋トンネルは、沈埋函を曳航して所定位置に沈設設置し、順次連結することで構築するものである。
沈埋函群の端部に位置する沈埋函１は、シールドトンネルを構築してきたシールドマシン８と連結する函体である（図１参照）。
沈埋函１は、天井１１、床１２、壁１３よりなる筒状のコンクリート体であり、開放した一端を閉塞する端壁２と、沈埋函１内部に設けた隔壁３と、開口部を有する開口壁４よりなる函体である（図１参照）。
端壁２は、沈埋函１の開放した一端に設け、天井１１、床１２、壁１３とに接続する。
隔壁３は、沈埋函１の内部に設け、端壁２と同様、天井１１、床１２、壁１３とに接続する。
開口壁４は、端壁２と隔壁３の間に複数設け、天井１１、床１２、壁１３とに接続する。
【００１４】
＜ロ＞端壁
端壁２は、沈埋函１の開放した一端に、沈埋函１の天井１１、床１２、壁１３とに接続することにより設ける（図１参照）。
シールドマシン８は、端壁２を貫通して沈埋函１の函内に推進し、シールドトンネルと沈埋トンネルとが接続することとなる（図２参照）。
端壁２には、例えば、一部開口部を設けておく場合がある。かかる場合は、沈埋函１の水底面設置時に、端壁２に作用する水圧が端壁２の両側から作用することとなり、水圧が片側から作用する場合に比べて、壁厚を小さくすることができる。
【００１５】
＜ハ＞隔壁
隔壁３は、沈埋函１の内部に、天井１１、床１２、壁１３とに接続することにより設ける（図１参照）。
隔壁３には、水抜きパイプ３１および水抜きバルブ３２を設けておく。シールドマシン８を沈埋函１函内に係合した後、端壁２側の水を前記水抜きパイプ３２を介して排水し、ドライな状態とするものである。
【００１６】
＜ニ＞開口壁
開口壁４は、端壁２と隔壁３の間に複数設けた壁であって、天井１１、床１２、壁１３とに接続することにより設ける（図１参照）。
開口壁４は、沈埋函１函内に推進してきたシールドマシン８を沈埋函１函内に係合するための壁である。
開口部の平面形状は、例えば、円形、楕円形、矩形、２円を一部重ねた形状などがあり、開口部は沈埋函１の床直上から形成する場合や、床直上から天井直下にわたり形成する場合がある。
【００１７】
＜ホ＞シールドマシン
シールドマシン８は、マシン前面に設けたカッター部８１により地盤を切削し、マシン後方にセグメント８２による覆工を構築するものである。
シールドマシン８のカッター部７１は、例えば、単円形のものや、複数のカッターを歯車のように噛み合わせた状態で同一平面に配置した多連形泥土圧シールドや、複数の円形シールドのカッターヘッドを前後にずらしながら、その一部を重ね合わせたマルチフェイスシールドなどがある。
【００１８】
＜ヘ＞止水材
止水材５は、開口壁４の開口部周囲に、開口部の全周にわたって設ける。止水材５は、シールドマシン８を開口壁４に係合した後、開口壁４の開口部と、開口部に係合しているシールドマシン８の間を水密状態にするためのものである。
ここで、水密状態とは、止水材５とシールドマシン８本体表面を密着させることにより、例えば海水等の水の通過を阻害した状態のことである。
公知の定形の止水材５を使用した場合は、シールドマシン８を開口壁４に係合させることにより、止水材５がシールドマシン８の本体表面と密着して止水効果を発揮する。しかし、かかる場合は、シールドマシン８が開口壁４の開口部を通過する際に、止水材５が破損するおそれがある。
したがって、使用する止水材５は前記の定形止水材の他に、例えば、膜状止水材５ａなどを使用する。かかる膜状止水材は、通常は開口壁４の開口部周囲に設けた溝内に収納されている。シールドマシン８係合後に、溝内より、例えば、空気等の流体５ｂを注入パイプ４１を介して注入することにより、膜を膨張させてシールドマシン８の本体表面と密着させるものである。流体５ｂ注入後の止水材５ａの断面形状は、例えば断面Ω型を呈する（図５（ａ）、（ｂ）参照）。
止水材５及び膜状止水材５ａとしては、例えば、水膨潤性ゴムや、水膨潤性繊維材などを使用する。
【００１９】
＜ト＞ジャッキ架台
ジャッキ架台６は、沈埋函１の内部に複数設ける。夫々のジャッキ架台６を、天井１１、床１２、壁１３と接続し、例えば、端壁２に隣接する位置に設ける。ジャッキ架台６には、ジャッキ７を取付け、端壁２を貫通してきたシールドマシン８をかかるジャッキ７にて固定し、シールドマシン８の進行方向を制御させるものである。
ジャッキ架台６およびジャッキ７の個数は、シールドマシン８のカッター部の形状等により、相違する。例えば、２つのカッターを歯車のように噛み合わせた状態で同一平面に配置したシールドマシンの場合は、夫々のカッターを４箇所で固定するように配置するものとし、全部で８又は６個のジャッキ架台６を設ける（図４参照）。
【００２０】
＜チ＞ジャッキ
ジャッキ７は、端壁２を貫通してきたシールドマシン８を固定して、シールドマシン８が開口壁４の開口部を通過できるように、シールドマシン８の進行方向を制御するために設けるものである。
端壁２を貫通してきたシールドマシン８をかかるジャッキ７にて固定し、シールドマシン８の進行方向を制御しながら、複数の開口壁４の開口部を通過させる。
【００２１】
＜リ＞注入材
注入材９は、止水材５に加えて、さらに水密性を高めるために使用するものである。
注入材９は、例えば、複数の開口壁４と、シールドマシン８と、沈埋函１の天井１１又は床１２と、壁１３とで包囲した空間に充填する（図６参照）。
注入材９として、例えば、セメントグラウトや、樹脂系材料などを使用する。
【００２２】
以下、図を参照しながら本発明の水底トンネルの接続方法について説明する。
【００２３】
＜イ＞接続方法の実施例１
沈埋トンネルを構築する沈埋函群の、最端に位置する沈埋函１を沈設する。
シールドマシン８を、シールドトンネルを構築させながら進行させ、沈埋函１の端壁２を貫通させる。
なお、端壁２の貫通に伴って発生するコンクリートずりは、ずり抜きパイプ３３を介して排出する。ずり抜き弁３４は開閉可能とし、ずりを抜かない場合は閉じておく。
次に、シールドマシン８を隔壁３近傍まで推進させることにより、シールドマシン８の本体表面と止水材５を密着させて、シールドマシン８と複数の開口壁４との間の止水を行う。
次に、隔壁３と、シールドマシン８のカッター部８１と、沈埋函１の天井１１、床１２、壁１３と、複数の開口壁４のうち隔壁３に最も近い開口壁４とで囲まれる空間に溜まっている水を、水抜きパイプ３１を介して排水する。水抜き弁３２は、開閉可能とし、水を抜かない場合は閉じておく。
前記水抜きによりドライ空間を形成した後、隔壁３を開放し、シールドマシン８の前面カッター部８１を解体することにより、沈埋トンネルとシールドトンネルを開通させる。
【００２４】
＜ロ＞接続方法の実施例２
沈埋トンネルを構築する沈埋函群の、最端に位置する沈埋函１を沈設する。
沈埋函１を構成する止水材として、開口壁４の開口部周囲に設けた溝内に膜状止水材５ａを収納しておく。
シールドマシン８を、シールドトンネルを構築させながら進行させ、沈埋函１の端壁２を貫通させる。
なお、端壁２の貫通に伴って発生するコンクリートずりは、ずり抜きパイプ３３を介して排出する。
次に、シールドマシン８を隔壁３近傍まで推進させ、開口壁４に係合する。
次に、膜状止水材５ａの膜内に、流体５ｂを注入して膨張させ、シールドマシン８の本体表面と、複数の開口壁４の間を止水する。
次に、隔壁３と、シールドマシン８のカッター部８１と、沈埋函１の天井１１、床１２、壁１３と、複数の開口壁４のうち隔壁３に最も近い開口壁４とで囲まれる空間に溜まっている水を、水抜きパイプ３１を介して排水する。
前記水抜きによりドライ空間を形成した後、隔壁３を開放し、シールドマシン８の前面カッター部８１を解体することにより、沈埋トンネルとシールドトンネルを開通させる。
【００２５】
＜ハ＞接続方法の実施例３
上記の実施例１または実施例２の沈埋函１がジャッキ７を備えている場合の方法である。
シールドマシン８に端壁２を貫通させた後、端壁２に隣接して設けてあるジャッキ架台６上のジャッキ７を使用して、シールドマシン８を固定する。
なお、端壁２の貫通に伴って発生するコンクリートずりは、ずり抜きパイプ３３を介して排出する。
シールドマシン８が開口壁４の開口部を通過できるように、ジャッキ７によって進行方向を制御する。
シールドマシン８を隔壁３の近傍まで推進させる。
ここで、実施例１においては、定形の止水材５とシールドマシン８が密着することにより止水が完了するが、実施例２においては、止水材を膨張させることにより、止水が完了する。
次に、隔壁３と、シールドマシン８のカッター部８１と、沈埋函１の天井１１、床１２、壁１３と、複数の開口壁４のうち隔壁３に最も近い開口壁４とで囲まれる空間に溜まっている水を、水抜きパイプ３１を介して排水する。
前記水抜きによりドライ空間を形成した後、隔壁３を開放し、シールドマシン８の前面カッター部８１を解体することにより、沈埋トンネルとシールドトンネルを開通させる。
【００２６】
＜ニ＞接続方法の実施例４
上記の実施例１乃至３のいずれかの方法において、シールドマシン８の本体表面と、複数の開口壁４との間の止水を完了させる。
次に、シールドマシン８と開口壁４と沈埋函１の天井１１とで包囲した空間に注入材９を充填する。
次に、隔壁３と、シールドマシン８のカッター部８１と、沈埋函１の天井１１、床１２、壁１３と、複数の開口壁４のうち隔壁３に最も近い開口壁４とで囲まれる空間に溜まっている水を、水抜きパイプ３１を介して排水する。
前記水抜きによりドライ空間を形成した後、隔壁３を開放し、シールドマシン８の前面カッター部８１を解体することにより、沈埋トンネルとシールドトンネルを開通させる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の沈埋函の構造及び水底トンネルの接続方法は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜イ＞沈埋トンネルとシールドトンネルの接続を、接続函を介すことなく接続させることができるため、接続函設置に要する海上条件の制約はなく、工期の短縮を図ることができる。
＜ロ＞沈埋トンネルとシールドトンネルの接続に際し、接続部近傍を、水中コンクリートにて強固に固める必要がないため、シールドマシンの切削不能という問題は生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の沈埋函にシールドマシンが到達することを説明した縦断図
【図２】本発明の沈埋函の函内にシールドマシンが係合されたことを説明する縦断図
【図３】開口壁の開口部の形状を説明するための断面図
【図４】開口壁に設けたジャッキの配置を説明した断面図
【図５】壁の溝内の止水材設置状況と、流体を注入した際に止水材が膨張したことを説明した断面図
【図６】注入材を充填した場合の沈埋函の断面図
【図７】従来のシールドトンネルと沈埋トンネルの接続状況を説明した縦断図
【符号の説明】
１・・・沈埋函
１１・・天井
１２・・床
１３・・壁
２・・・端壁
３・・・隔壁
４・・・開口壁
５・・・止水材
６・・・ジャッキ架台
７・・・ジャッキ
８・・・シールドマシン
８１・・カッター部
９・・・注入材
【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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