(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の函体に形成された雌型案内面に、他方の函体に形成された雄型継手面を案内させて推進させることにより構築される推進用函体構造であって、
前記雌型案内面は、トンネル軸方向に連続してなる凹溝部を備え、
前記雄型継手面は、前記雄型継手面の一部が前記雌型案内面側に突出した突起部材と、前記凹溝部に移動可能に嵌合させて前記突起部材の先端に固着した嵌合部材とからなる継手部材を備えており、
前記雄型継手面には、前記継手部材の前記突起部材に固着する支持部材が設けられていることを特徴とする推進用函体構造。
【請求項２】
前記継手部材を前記凹溝部に嵌合させたときに、前記雌型案内面と前記雄型継手面との間に隙間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の推進用函体構造。
【請求項３】
一方の函体にトンネル軸方向にわたって連続した切欠溝部を形成し、前記切欠溝部と前記切欠溝部に対向する他方の函体との間でトンネル軸方向にわたって連続して止水材が液密に備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載の推進用函体構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の函体を相互に隣接させて推進施工させることで所定断面のトンネルを構築する推進用函体構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道や道路の地下立体交差を非開削工法で施工する場合、シールド工法によって大断面トンネルを小断面トンネルに分割して例えば１台の小断面のシールド掘削機で複数の断面を繰り返し施工し、最後に壁を一体化させて大断面トンネルを構築する方法がある。この施工では、大断面のシールド掘削機が不要となるため、経済的であり、また施工するトンネルを小断面とすることで地盤沈下を防止でき、土被りが小さいような条件であっても安全に施工することができる。
また、このような小断面を施工する方法として、推進工法により函体を推進させる方法がある。これは、矩形の函体の先頭にカッタを備えたシールド掘削機を備え、シールド掘削機の前進と共にシールド掘削機とこれを推進させるための推進ジャッキとの間に函体を順次継ぎ足しながら推進させる推進施工である。
そして、先行した小断面トンネルの函体に、後続する函体を沿わせて推進させることにより複数の小断面トンネルを併設させて所定断面のトンネルを構築する（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１は、一方の先行した函体（推進管）の一面にトンネル軸方向に連続する台形状に凹んだ凹部（溝部）が形成され、他方の後続する函体の一面に前記凹部に嵌合する凸部がトンネル軸方向に連続して形成され、この凹凸部を互いに嵌合した状態で後続する函体を推進させるものである。
【特許文献１】特公２００４−２１８３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１や従来の推進施工による函体構造では、函体に形成される凸部は、トンネル軸方向に連続した直線部を形成し、この直線部を凹部に沿わせて推進させている。そして、曲線のトンネルを施工する場合、その曲線をなす線形は、トンネル軸方向に隣接する函体同士の連結部分で所定の角度をもって折り曲げられながら配置されるため、屈曲部を有した線形が形成されることになる。
このため、後続推進する函体の直線部をなす凸部は、先行推進した函体の屈曲部を有する線形に沿って通過しなければならず、その際に、凸部が、所定の角度で折れ曲がった凹部に接触する箇所が生じることになる。そして、トンネル線形の曲率が大きくなるにしたがって、この接触箇所の摩擦力が大きくなり、その摩擦によって函体が推進できなくなるという問題があった。
また、このような大きな摩擦の発生は、推進力を与える推進ジャッキの負荷を大きくし、推力の増大をもたらすことから、推進設備の能力が大きくなるという問題があった。そして、この凹凸部の摩擦により凸部の取り付け部に負荷がかかって、凸部と函体との接続部を破損させてしまうおそれもあった。
このような構造上の理由により、特許文献１や従来の推進施工による函体構造では、急曲線のトンネルを施工することが難しいという問題があった。
【０００４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、先行する函体に対して後続推進する函体の推進時の接触を低減させる構造により急曲線トンネルを施工できるようにした推進用函体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】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明に係る推進用函体構造は、一方の函体に形成された雌型案内面に、他方の函体に形成された雄型継手面を案内させて推進させることにより構築される推進用函体構造であって、雌型案内面は、トンネル軸方向に連続してなる凹溝部を備え、雄型継手面は、雄型継手面の一部が雌型案内面側に突出した突起部材と、凹溝部に移動可能に嵌合させて突起部材の先端に固着した嵌合部材とからなる継手部材を備えており、前記雄型継手面には、前記継手部材の前記突起部材に固着する支持部材が設けられていることを特徴としている。
本発明によれば、雄型継手面が形成される函体の継手部材は、雌型案内面が形成される函体の凹溝部に案内されることで、先行する函体から分離することなく推進することができる。そして、継手部材は、トンネル軸方向に連続する凹溝部に対して嵌合している箇所がほぼ点で接触する構造となる。すなわち、部分的な継手部材を有する函体は、直線だけでなく例えば曲線や屈曲部をなす凹溝部であっても、継手部材を屈曲部などの折れ曲がり角度に追従させて移動することができる。このため、継手部材を有する函体は、凹溝部にぶつかって推進不能になったり、接触による摩擦が大きくなることがなくなり、急曲線トンネルを施工することが可能となる。
しかも、継手部材が凹溝部に嵌合しているとき、支持部材の一部が凹溝部に進入した状態となっている。推進する函体の支持部材は、推進時の振れに対して既設の函体の凹溝部にガイドされ、推進する函体の振れ止め効果を奏すると共に推進する函体の方向を制御することができる。また、支持部材と凹溝部との隙間を小さくして水の流れを抑制できることから、止水性能の向上を図ることができる。また、継手部材は、凹溝部に嵌合しているとき、雄型継手面の推進時の振れに対して支点となり、その振れによる力が集中する箇所となる。そこで、継手部材は、支持部材が固着されることにより補強され、力の集中を支持部材に分散させることができ、継手部材の破損や折れ曲がり等を防止させることができる。
【０００６】
また、本発明に係る推進用函体構造は、継手部材を凹溝部に嵌合させたときに、雌型案内面と雄型継手面との間に隙間が形成されていることが好ましい。
本発明によれば、雄型継手面が形成された函体は、隙間の範囲内で雄型継手面の前後端部を雌型案内面に対して近づけたり遠ざけたりする方向に向きを変えることができる。したがって、曲線をなす雌型案内面を形成した函体に対して、雄型継手面を形成した函体をよりスムーズに推進させることができる。
【０００８】
また、本発明に係る推進用函体構造では、一方の函体にトンネル軸方向にわたって連続した切欠溝部を形成し、切欠溝部と切欠溝部に対向する他方の函体との間でトンネル軸方向にわたって連続して止水材が液密に備えられていることが好ましい。
本発明によれば、トンネルの断面方向で隣接する函体同士の接続面で確実に止水することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の推進用函体構造によれば、雌型案内面が形成される函体の凹溝部と雄型継手面が形成される函体の継手部材との嵌合箇所がほぼ点で接触する構造となる。このため、部分的な継手部材を有する函体は、直線だけでなく例えば曲線や屈曲部をなす線形となる凹溝部を有する函体に対して、雌型案内面や凹溝部にぶつかって推進不能になったり、接触による摩擦が大きくなることがなくなり、その凹溝部に沿って移動することができる。したがって、急曲線トンネルを施工することが可能となる。
また、推進時の摩擦を大幅に削減できることから、推進力の増加を抑え、例えば推進ジャッキなどの推進設備能力の増加を抑えることができため、経済性を向上させることができる。
しかも、継手部材が凹溝部に嵌合しているとき、支持部材の一部が凹溝部に進入した状態となっている。推進する函体の支持部材は、推進時の振れに対して既設の函体の凹溝部にガイドされ、推進する函体の振れ止め効果を奏すると共に推進する函体の方向を制御することができる。また、支持部材と凹溝部との隙間を小さくして水の流れを抑制できることから、止水性能の向上を図ることができる。また、継手部材は、凹溝部に嵌合しているとき、雄型継手面の推進時の振れに対して支点となり、その振れによる力が集中する箇所となる。そこで、継手部材は、支持部材が固着されることにより補強され、力の集中を支持部材に分散させることができ、継手部材の破損や折れ曲がり等を防止させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態による推進用函体構造について、図１乃至図９に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態による函体構造を示す正面図、図２は急曲線を推進する函体の状態を示す図、図３は本実施の形態による函体を示す図、図４は函体の雄型継手面と雌型案内面を示す図、図５は函体の雄型継手面と雌型案内面との連結状態を示す正面図、図６は同じく連結状態を示す水平断面図、図７は雄型継手面に形成される継手部材を示す拡大斜視図、図８は本実施の形態による函体構造の止水構造を示す図、図９は屈曲部における函体の推進状態を示す図である。
【００１１】
図１に示すように、本実施の形態による函体構造１は、トンネル２を複数の小断面トンネル２Ａに分割し、小断面トンネル２Ａ毎に矩形断面の推進管をなす函体３を推進工法によって順次トンネル推進方向に継ぎ足しながら推進させている。
そして、本トンネル２は、図２に示すように、一定曲率をなす急曲線で施工されている。
函体構造１は、図２に示すように、一方の先行する函体３（先行函体３１とする）に形成された雌型案内面４に、他方の後続する函体３（後続函体３２とする）に形成された雄型継手面５を案内させることで、各小断面トンネル２Ａの先行函体３１、後続函体３２同士を相互に隣接させて、所定の断面をなすトンネル２を構築させている。
なお、推進方向の推進側を「前方」とし、その反対側を「後方」として以下、説明する。
【００１２】
図３に示すように、函体３は、その前後両端部に矩形に枠組みされた主桁材３ａ、３ａを有し、互いの主桁材３ａ、３ａの間で箱形状となるように外周面にスキンプレート３ｂを配して鋼殻体を形成している。
【００１３】
図３及び図４に示すように、雌型案内面４には、トンネル軸方向に連続してなり雄型継手面５側に開口部６ａを有する円周面６ｂをなす凹溝部６が形成されている。この凹溝部６は、円周面６ｂが少なくとも１８０°を超えた中心角で形成されている。
【００１４】
一方、図４乃至図７に示すように、雄型継手面５には、トンネル軸方向の略中央位置で雌型案内面４側に突出した略四角錘台形状の突起部材７１と、この突起部材７１の先端に固着した嵌合部材７２とからなる継手部材７が設けられている。この継手部材７は、トンネル軸方向に連続して突起したものでなく、雄型継手面５の部分的な一部が突出して設けられている。
この嵌合部材７２は、トンネル軸方向に直交方向の断面で略円形をなし、その断面外径Ｄ１は、凹溝部６の円周面６ｂの円周径より小さく、開口部６ａの開口幅Ｄ２より大きくなるように形成されている（図４参照）。そして、凹溝部６の開口端部６ｃ、６ｃが突起部材７１の斜面７１aに接触している。このとき、雌型案内面４と雄型継手面５との間に隙間２０（図５、図６参照）が形成されている。
これにより、雄型継手面５が雌型案内面４に案内されるとき、凹溝部６の円周面６ｂの内空に嵌合された継手部材７の嵌合部材７２は、凹溝部６に案内されて移動するときに凹溝部６から抜け出ることがない（図５参照）。
【００１５】
図６に示すように、雄型継手面５には、雌型案内面４側に突出させて突起部材７１のトンネル軸方向の前後両端７ｂ、７ｂに固着したフラットバー８、８（支持部材）が設けられている。各フラットバー８は、トンネル軸方向に延設して設けられ、雌型案内面４側の端部８ａを突起部材７１より張り出さないようにしておく。
そして、嵌合部材７２が凹溝部６に嵌合しているとき、フラットバー８の一部が凹溝部６に進入した状態となっている。推進する函体３のフラットバー８は、推進時の振れに対して既設の函体３の凹溝部６の開口端部６ｃに当接されることでガイド機能をなし、推進する函体３の振れ止め効果を奏すると共に推進する函体３の方向を制御することができる（図５参照）。また、フラットバー８は、凹溝部６の開口部６ａ（図５参照）の隙間を小さくして水の流れを抑制できることから、止水性能の向上を図ることができる。
また、図６に示すように、継手部材７は、凹溝部６に嵌合しているとき、後続函体３２の推進時の振れに対して支点となり、その振れによる力が集中する箇所となる。そこで、継手部材７は、フラットバー８が固着されることにより補強され、力の集中をフラットバー８に分散させることができる。したがって、継手部材７の破損や折れ曲がり等を防止させることができる。
【００１６】
また、図８に示すように、本函体構造１には、各小断面トンネル２Ａ同士の接合面に止水構造１０が設けられている。この止水構造１０は、図１に示すトンネル２の外殻側に設けられている。
そして、図８に示すように、一方の函体３（例えば図８の先行函体３１）にトンネル軸方向にわたって連続した切欠溝部１１が形成され、この切欠溝部１１と切欠溝部１１に対向する他方の函体３（例えば図８の後続函体３２）との間でトンネル軸方向にわたって連続して例えばゴムなどの材料からなる止水材１２が液密に備えられている。これにより、トンネル２の分割方向の函体３、３同士の接続面で確実に止水することができる。
なお、本実施の形態では、切欠溝部１１が設けられる方の函体３が、断面三角形状に張り出した張出し部３ｃに形成されている。一方、この張出し部３ｃと対向する側の函体３には隙間２０を介して断面三角状をなす凹み部３ｄが形成されている。
【００１７】
次に、このような構成による函体構造１の作用および推進方法について図面に基づいて説明する。
まず、図１に示すように、各函体３Ａ〜３Ｆの推進順序は、下段中央の第１函体３Ａを先行推進させ、次いで第２函体３Ｂを第１函体３Ａに沿わせて後続推進させ、さらに第３〜第６函体３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆの順で、先行して配置された函体３に後続する函体３を案内させて施工する。
なお、図１に示すトンネル分割断面において、後続される函体３を先行した函体３に案内させるときは、継手部材７と凹溝部６との案内箇所が二箇所以上あることが好ましい。つまり、図１に示す第２函体３Ｂを推進させるときには、第１函体３Ａ側の雄型継手面５において上下二箇所の案内箇所が設けられている。また、第５函体３Ｅの推進時には第２函体３Ｂと第４函体３Ｄとに面する側の雄型継手面５で一箇所ずつ案内箇所が設けられている。
【００１８】
ここで、図９に示すように、本実施の形態のようにトンネル２が急曲線で施工され、その曲線をなす線形は、トンネル軸方向に隣接する函体３、３同士の連結部分で所定角度をもって折り曲げられながら配置され、屈曲部Ｋと函体３の直線部Ｓで曲線の線形が形成されている（図２参照）。
したがって、先行函体３１に形成される凹溝部６についても同様で、屈曲部Ｋと直線部Ｓとからなる線形となっている。
【００１９】
図２に示すように、推進先端には、函体３の外径より少し大きな外径で矩形掘削できるシールド掘削機９を備え、その後方から発進基地に設置される推進ジャッキ（図示省略）によって推進される。そして、シールド掘削機９の掘進と共にその後方と推進ジャッキとの間に函体３が順次継ぎ足される。
【００２０】
各小断面トンネル２Ａの構築は、先行して配置された先行函体３１の最も後方側（上述の推進ジャッキの設置側）に位置する函体３の凹溝部６に、後続推進させる後続函体３２の継手部材７の嵌合部材７２を嵌合させて、その嵌合状態のまま凹溝部６に沿って推進される（図２参照）。
図９に示すように、凹溝部６に沿って移動することになる継手部材７は、トンネル軸方向に連続する凹溝部６に対して嵌合している箇所がほぼ点で接触する構造となる。しかも雌型案内面４と雄型継手面５との間に隙間２０があり、嵌合部材７２（図６参照）を支点として、後続函体３２は隙間２０の範囲内でトンネル軸方向に対して向きを変えることができる。すなわち、屈曲部Ｋにおいて、後続函体３２は、雄型継手面５（本実施の形態ではフラットバー８）を屈曲部Ｋの折れ曲がり角度に追従するように向きを変えることで推進できる。
このため、先行函体３１の雌型案内面４に接触することなく、また点接触をなす嵌合部材７２も凹溝部６内で接触による摩擦がなくスムーズに移動することができる。さらに、嵌合部材７２が凹溝部６に案内されて先行函体３１から分離することなく推進することができる。
【００２１】
図１に示すように、第１〜第６函体３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆにおける各小断面トンネル２Ａの推進を終了させて、各函体３が互いに隣接して配置されることでトンネル２の所定外形が形成される。その後、止水材１２を切欠溝部１１にとその周囲の隙間２０に備えて止水構造１０（図８参照）を施工する。さらに、内空Ｒ内に残置された状態の函体３のスキンプレート３ｂをガス切断などの手段によって切断して除去し、トンネル２の所定の内空（図１に示す点線Ｒ）を確保するようにしてトンネル２の外周部にコンクリートＣを打設する。最後に、内空Ｒ内に残置された状態の函体３の主桁材３ａをガス切断などの手段によって除去し、内空Ｒを確保してトンネル２が構築される。
【００２２】
上述したように実施の形態による推進用函体構造では、雌型案内面４が形成される函体３の凹溝部６と雄型継手面５が形成される函体３の継手部材７との嵌合箇所がほぼ点で接触する構造となる。また、雌型案内面４と雄型継手面５との間に隙間２０があることから、雄型継手面５が形成された函体３は、継手部材７を支点として雄型継手面５の前後端部を雌型案内面４に対して近づけたり遠ざけたりする方向に向きを変えることができる。このため、後続函体３２は、直線だけでなく例えば曲線や屈曲部Ｋをなす線形となる先行函体３１に対して、雌型案内面４や凹溝部６にぶつかって推進不能になったり、接触による摩擦が大きくなることがなくなり、その凹溝部６に沿って移動することができる。したがって、急曲線トンネルを施工することが可能となる。
また、推進時の摩擦を大幅に削減できることから、推進力の増加を抑え、例えば推進ジャッキなどの推進設備能力の増加を抑えることができため、経済性を向上させることができる。
【００２３】
以上、本発明による推進用函体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、本発明による実施の形態では急曲線トンネルの施工に適用したものであるが、適用可能なトンネルの線形は、急曲線に限定されることはなく、緩やかなカーブや直線のトンネルの施工であってもかまわない。
また、本実施の形態では円周面６ｂをなす形状の凹溝部６とし、継手部材７においても、この凹溝部６に嵌合可能な形状としているが、このような形状に限定されることはない。例えば、箱状の凹み形状をなす凹溝部とこの凹溝部に嵌合してトンネル軸方向に移動可能な形状の嵌合部材であればよい。
また、本実施の形態では雌型案内面４と雄型継手面５との間に隙間２０を有しているが、これに限定されることは無く、例えば突出部材の突出量を小さくすることで隙間２０が小さく又は無い状態で継手部材７を凹溝部６に嵌合させてもかまわない。
さらに、本実施の形態では雄型継手面５の全面にフラットバー８を固着させているが、フラットバー８の取付け範囲についてはこれに限定されることはない。例えば、先行函体３１の上方側で後続函体３２を推進させる場合においては、上下方向の振れが小さく安定させて後続函体３２を推進させることができるため、フラットバー８を設けずに継手部材７のみを突出させたものであってもかまわない。また、フラットバー８は、トンネル軸方向に連続したものでなく部分的な範囲であってもよく、継手部材７の周囲にのみフラットバー８を設けて継手部材７の補強目的のみとした支持部材であってもよい。
また、本実施の形態では止水材１２をゴムなどの材料からなるパッキンとしているが、例えば函体３の内空側から切欠溝部１１まで貫通させた注入孔（図示省略）を備えておき、この注入孔を用いてウレタンなどの止水材を注入するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態による函体構造を示す正面図。
【図２】急曲線を推進する函体の状態を示す図である。
【図３】本実施の形態による函体を示す図である。
【図４】函体の雄型継手面と雌型案内面を示す図である。
【図５】函体の雄型継手面と雌型案内面との連結状態を示す正面図である。
【図６】函体の雄型継手面と雌型案内面との連結状態を示す水平断面図である。
【図７】雄型継手面に形成される継手部材を示す拡大斜視図である。
【図８】本実施の形態による函体構造の止水構造を示す図である。
【図９】屈曲部における函体の推進状態を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  函体構造
２  トンネル
３  函体
３ａ  主桁材
３ｂ  スキンプレート
４  雌型案内面
５  雄型継手面
６  凹溝部
６ａ  開口部
６ｂ  円周面
７  継手部材
７１  突起部材
７２  嵌合部材
８  フラットバー（支持部材）
９  シールド掘削機
１０  止水構造
１１  切欠溝部
１２  止水材
２０  隙間
【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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