(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドトンネルの構築に用いられるセグメントであって、
セグメント本体部と、
前記セグメント本体部の背面に設けられ、充填材が充填されることにより膨張する袋体と、
前記袋体の背面に設けられ、透水性を有する透水部と、を備え、
前記透水部の背面には、溶解前にテールシールを通過させない水溶性シートが設けられていることを特徴とするセグメント。
【請求項２】
前記充填材は、前記袋体への充填時には流動性を有し、前記袋体に充填された後、時間の経過とともに硬化して所定の圧縮強度を有する硬化体になるものである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】
前記袋体は、内部に充填された前記充填材を、少なくとも前記透水部側へ漏洩させない素材からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のセグメント。
【請求項４】
前記袋体は、その内面が、前記袋体内に前記充填材が充填される前に、前記セグメント本体部と前記透水部との間が固定されるように接着されており、
前記充填材が充填されると、その充填圧により前記接着部が離脱されることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のセグメント。
【請求項５】
前記透水部は、ヘチマロン、ポーラスコンクリート、又は透水性の袋に砂や砂利を充填したもので構成されることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のセグメント。
【請求項６】
地下水流を遮断することのないシールドトンネルを施工する方法であって、
セグメント本体部と、前記セグメント本体部の背面に設けられ、充填材が充填されることにより膨張する袋体と、前記袋体の背面に設けられ、透水性を有する透水部と、からなるセグメントを複数用いて、前記シールドトンネルの施工経路のうち、少なくとも地盤中を流通する地下水を横切る位置にセグメントリングを組み立てる工程と、
前記袋体に前記充填材を充填することにより、前記透水部を前記地盤に押し当てる工程と、
前記袋体に充填した前記充填材を養生する工程と、からなることを特徴とするシールドトンネルの施工方法。
【請求項７】
地下水流を遮断することのないシールドトンネルであって、
セグメント本体部と、前記セグメント本体部の背面に設けられ、充填材が充填されることにより膨張する袋体と、前記袋体の背面に設けられ、透水性を有する透水部と、からなるセグメントを複数用いて、前記シールドトンネルの施工経路のうち、少なくとも地盤中を流通する地下水を横切る位置にセグメントリングを組み立て、
前記袋体に前記充填材を充填することにより、前記透水部を前記地盤に押し当て、
前記袋体に充填した前記充填材を養生することにより構築されることを特徴とするシールドトンネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下水流を遮断することのないシールドトンネルを構築するにあたり、特に裏込め材を用いることなく施工可能なセグメント、それを用いたシールドトンネル施工方法及びそのシールドトンネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、シールドトンネルを構築するにあたり、地盤中を流通する地下水流がそのシールドトンネルにより遮断されるような場合に、これを回避するための技術が提案されている。  
例えば、特許文献１には、セグメント背面と地山との間の隙間であるテールボイドに多孔質材料等の透水性を有する裏込め材を充填することにより、トンネルの周囲に地下水を迂回させるような流路を形成するシールドトンネルが開示されている。
【特許文献１】特開平１０−２８０８８８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に開示されるシールドトンネルでは、透水性を有する裏込め材を特別に調達しなければならず、手間がかかるとともに材料コストも嵩む。
【０００４】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、裏込め材を用いることなく、地下水流を遮断することのないシールドトンネルを施工可能なセグメント、それを用いたシールドトンネル施工方法、及びそのシールドトンネル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】
上記の目的を達成するため、本発明は、シールドトンネルの構築に用いられるセグメントであって、
セグメント本体部と、
前記セグメント本体部の背面に設けられ、充填材が充填されることにより膨張する袋体と、
前記袋体の背面に設けられ、透水性を有する透水部と、を備え、
前記透水部の背面には、溶解前にテールシールを通過させない水溶性シートが設けられていることを特徴とする（第１の発明）。
【０００６】
本発明のセグメントによれば、このセグメントによりセグメントリングを組み立てた後、袋体に充填材を充填することにより、袋体が膨張して透水部が地山に押し付けられ、その反力により地盤中に固定される。ここで、地山と接触する透水部もリング状に構築されることから、地下水流はそのリング状の透水部の一部から流入し、リング状の透水部を周回してリング状の透水部の他部から流出することになるので、地下水流を遮断することないシールドセグメントを施工することができる。
また、セグメントを掘削したトンネル内に設置する際には、テールボイドからトンネル内に地下水が浸入しないように遮水するため、セグメントの背面とシールド式掘削機の内面との間にテールブラシが設けられるとともに、その部分にテールシール（高粘度のグリース）が供給されているが、テールシールは、透水部の空隙に浸入して、透水部内の水の流通を低下させるおそれがある。
これに対して、本発明のセグメントによれば、透水部の背面に、水溶性シートが設けられていることにより、セグメント設置の際に、テールシールが透水部内に浸入することなく、また、セグメント設置後に、地下水が水溶性シートに接触することにより、水溶性シートが溶解して、地下水によりテールシールと共に洗い流されることになるので、透水部の透水性が損なわれることはない。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、前記充填材は、前記袋体への充填時には流動性を有し、前記袋体に充填された後、時間の経過とともに硬化して所定の圧縮強度を有する硬化体になるものであることを特徴とする。  
本発明のセグメントによれば、充填材は、所定の圧縮強度を有する硬化体になるので、袋体を地山に押しつけた状態で、シールドセグメントを確実に所定の位置に固定することができる。
【０００８】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記袋体は、内部に充填された前記充填材を、少なくとも前記透水部側へ漏洩させない素材からなることを特徴とする。  
本発明のセグメントによれば、袋体に充填された充填材が透水部に漏洩することはないので、充填材が透水部の空隙に浸入してその空隙を封鎖することにより透水性を低下させることはない。
【０００９】
第４の発明は、第１〜３の何れかの発明において、前記袋体は、その内面が、前記袋体内に前記充填材が充填される前に、前記セグメント本体部と前記透水部との間が固定されるように接着されており、前記充填材が充填されると、その充填圧により前記接着部が離脱されることを特徴とする。  
本発明のセグメントによれば、セグメントを掘削したトンネル内に設置する際には、充填材が袋体に充填されない状態で、透水部がセグメント本体部に対して固定されるようになっているので、透水部を地山面に適切に設置することができる。
【００１１】
第６の発明は、第１〜５の何れかの発明において、前記透水部は、ヘチマロン、ポーラスコンクリート、又は透水性の袋に砂や砂利を充填したもので構成されることを特徴とする。
【００１２】
第７の発明は、地下水流を遮断することのないシールドトンネルを施工する方法であって、セグメント本体部と、前記セグメント本体部の背面に設けられ、充填材が充填されることにより膨張する袋体と、前記袋体の背面に設けられ、透水性を有する透水部と、からなるセグメントを複数用いて、前記シールドトンネルの施工経路のうち、少なくとも地盤中を流通する地下水を横切る位置にセグメントリングを組み立てる工程と、前記袋体に前記充填材を充填することにより、前記透水部を前記地盤に押し当てる工程と、前記袋体に充填した前記充填材を養生する工程と、からなることを特徴とする。
【００１３】
第５の発明は、第１〜４の何れかの発明において、前記透水部は、ヘチマロン、ポーラスコンクリート、又は透水性の袋に砂や砂利を充填したもので構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第６の発明は、地下水流を遮断することのないシールドトンネルを施工する方法であって、セグメント本体部と、前記セグメント本体部の背面に設けられ、充填材が充填されることにより膨張する袋体と、前記袋体の背面に設けられ、透水性を有する透水部と、からなるセグメントを複数用いて、前記シールドトンネルの施工経路のうち、少なくとも地盤中を流通する地下水を横切る位置にセグメントリングを組み立てる工程と、前記袋体に前記充填材を充填することにより、前記透水部を前記地盤に押し当てる工程と、前記袋体に充填した前記充填材を養生する工程と、からなることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
第７の発明は、地下水流を遮断することのないシールドトンネルであって、セグメント本体部と、前記セグメント本体部の背面に設けられ、充填材が充填されることにより膨張する袋体と、前記袋体の背面に設けられ、透水性を有する透水部と、からなるセグメントを複数用いて、前記シールドトンネルの施工経路のうち、少なくとも地盤中を流通する地下水を横切る位置にセグメントリングを組み立て、前記袋体に前記充填材を充填することにより、前記透水部を前記地盤に押し当て、前記袋体に充填した前記充填材を養生することにより構築されることを特徴とする。
【００１６】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、セグメント１００は、セグメント本体部１１０と、セグメント本体部１１０の背面に設けられる袋体１２０と、袋体１２０の背面に設けられる透水部１３０とから構成される。なお、セグメント１００は、通常のセグメントと同様に、覆工体となるリング状構造物をいくつかに分割したピースとして製造され、通常のセグメントと適宜組み合わせて使用できるようになっている。
【００１７】
セグメント本体部１１０は、地山の崩落を防止するために地山から受ける土圧を支持する部分である。セグメント本体部１１０としては、通常よく使用されるセグメントの材質と同様に、鉄筋コンクリート、鋼製、ダクタイル、又はこれらを合成したものを用いることができる。
【００１８】
セグメント本体部１１０には、トンネル内空間側から地山側に貫通孔１１２が形成されている。なお、通常のセグメントにも、セグメント背面と地山との間の隙間であるテールボイドに裏込め材を充填するためにこのような貫通孔が設けられているが、通常のセグメントをセグメント本体部１１０として用いる場合には、この貫通孔を本実施形態のセグメント１００の貫通孔１１２としてもよい。
【００１９】
また、貫通孔１１２には、トンネル内空間側から一旦充填された充填材が、トンネル内空間側に逆流しないように逆止弁１１４が設けられている。
【００２０】
袋体１２０は、その内部に充填された充填材を、外部に漏洩させない不透水性を有する素材からなるもので、例えば、塩化ビニル製シートからなる。この袋体１２０は、その内部と貫通孔１１２とを連通させる開口部１２０ａを備えており、貫通孔１１２のトンネル内空間側の孔口から充填材が充填されると、貫通孔１１２から開口部１２０ａを介して袋体１２０内に充填材が導入されるようになっている。なお、袋体１２０の素材は、リング状に組み立てられたセグメント１００を固定するような充填圧で充填材が充填された場合に、破裂しない程度の十分な強度を有する。
【００２１】
袋体１２０は、例えば、セグメント本体部１１０の背面に沿って設けられるように扁平形状に形成され、その内部に充填材が充填されると、その厚さが増大するように膨張する。
【００２２】
また、袋体１２０内に充填材が充填されない状態で、透水部１３０がセグメント本体部１１０に対して固定されるように、袋体１２０の内部の対向面が接着剤又はマジックテープ（登録商標）等により接着されており、透水部１３０を地山面に適切に設置することができるようになっている。そして、袋体１２０に充填材が充填されると、その充填圧により上記の接着部が離脱し、袋体１２０が膨張していく。
【００２３】
充填材としては、例えば、通常シールドトンネルの裏込め材として使用される、セメントにベントナイトや水ガラス等を混合したものを用いることができる。なお、充填材はこれに限らず、袋体１２０への充填時に流動性を有し、袋体１２０に充填後時間の経過とともに硬化して、セグメント１００を固定するために必要な圧縮強度を有する硬化体となるものであれば、どのようなものでもよい（例えば、セメントのみでもよい）。
【００２４】
透水部１３０は、所定の圧縮強度と透水係数を有する素材からなる。具体的には、透水部１３０は、袋体１２０の膨張に伴う圧縮荷重が作用しても所定の厚みを保持する程度の剛性と、その状態で押し付けられた地盤に流通する地下水を導入して、内部に流通させることができる程度の透水性とを有するものであり、例えば、ヘチマロン（登録商標）やポーラスコンクリート、または透水性の袋に砂や砂利を充填したものを用いることができる。ヘチマロンとは、新光ナイロン社製のプラスチックからなる立体網状成形品である。また、これらに限らず、例えば、軽石、軽量骨材、パーライト、硬質スポンジなどの所定の透水性を有し、所定の強度を有する材料であればどのようなものを用いてもよい。
【００２５】
また、透水部１３０の背面には、例えば、水溶性ポリマーや水解紙等からなる水溶性シート１３２が設けられている。掘削したトンネル内にセグメント１００を設置する際に、テールボイドからトンネル内に地下水が浸入しないように遮水するため、セグメント１００の背面とシールド式掘削機の内面との間にテールブラシが設けられ、その部分にテールシール（高粘度のグリース）が供給されるが、水溶性シート１３２が設けられることにより、テールシールが透水部１３０に浸入するのを防止できる。すなわち、テールシールが透水部１３０の空隙に浸入すると、透水部１３０の透水性が低下するが、水溶性シート１３２により、そのような透水性の低下を防止できるのである。なお、セグメント１００設置後、水溶性シート１３２は、地下水と接触することにより溶解して、テールシールと共に地下水によって洗い流されることになり、その結果、地下水が透水部１３０内に浸入して流通できるようになる。
【００２６】
上記したセグメント１００の厚さは、セグメント本体部１１０の厚さと、充填材が充填された袋体１２０の厚さと、透水部１３０の厚さとの和になるため、セグメント本体部１１０の厚さを一般的なセグメントに対して袋体１２０及び透水部１３０の厚さの分だけ小さくする必要がある。この場合、セグメント本体部１１０内部に設ける鉄筋の量を増加したり、高強度のコンクリートを使用したりすることにより、セグメント１００の強度を低下させないような処置を講ずることが好ましい。
【００２７】
次に、セグメント１００を用いたシールドトンネルの施工におけるセグメント１００の設置方法について説明する。  
図２は、セグメント１００の設置方法を示すフローである。なお、図２は、シールド掘削機により掘削されたトンネルの壁面近傍の領域を示している。  
図２に示すように、セグメント１００の設置方法は、セグメントリングの組み立て工程Ｓ１０と、シールド式掘削機の前進移動工程Ｓ２０と、袋体１２０内に充填材を充填する充填材充填工程Ｓ３０と、袋体１２０内に充填した充填材を養生する養生工程Ｓ４０とからなる。
【００２８】
先ず、セグメントリングの組み立て工程Ｓ１０では、シールドトンネルの施工経路のうち、少なくとも地盤中を流通する地下水を横切る位置にセグメント１００を用いてセグメントリングを組み立てる。セグメントリングの組み立て方は通常のセグメントの組み立てと同様であり、すなわち、セグメント台車等によりトンネル先端にセグメント１００を運搬し、シールド式掘削機のスキンプレート５０の内周面内の位置に、エレクター又は人力によりリング状になるように組み立てる。
【００２９】
例えば、リングの下部から順次左右対称に組み立てていき、最後に最長部にキーセグメントを挿入する。これらセグメント１００の組み立てを行う際には、トンネル軸方向に隣接するセグメント１００（又は通常のセグメント）と、ボルト又はピン等により固定し、また継手部には止水のためのゴムや合成樹脂系のパッキンが設ける。  
このようにしてセグメントリングを組み立てた後、次にシールド式掘削機の前進移動工程Ｓ２０を行う。
【００３０】
シールド式掘削機のスキンプレート５０の内周面には、セグメント１００の最背面に添わせるようにテールブラシ５２が設けられるとともに、高粘度グリースであるテールシール５３が供給されており、これによりシールド式掘削機の内周面とセグメント１００最背面とが密閉されて、地山６０側の地下水や土砂がトンネル内空間に侵入するのを防止している。なお、上記したように、セグメント１００の最背面である透水部１３０の表面には水溶性シート１３２が設けられているので、透水部１３０内にはテールシール５３が浸入しないようになっている。
【００３１】
シールド式掘削機が前進すると、地山６０とゼグメントの最背面に位置する透水部１３０との間に隙間（テールボイド５４）が生じる。
【００３２】
充填材充填工程Ｓ３０では、トンネル内空間側から充填材１４０をセグメント１００の貫通孔１１２から充填することにより袋体１２０を膨張させて、テールボイド５４が無くなるように透水部１３０を地山６０に密着させる。
【００３３】
そして、養生工程Ｓ４０により、袋体１２０に充填された充填材１４０を所定時間養生させて硬化させることによりセグメント１００の設置が完了する。
【００３４】
以上説明した本実施形態に係るセグメント１００によれば、セグメント本体部１１０と、セグメント本体部１１０の背面に設けられ、充填材１４０が充填されることにより膨張する袋体１２０と、袋体１２０の背面に設けられ、透水性を有する透水部１３０とからなることにより、このセグメント１００によりセグメントリングを組み立てた後、袋体１２０に充填材１４０を充填することにより、袋体１２０が膨張して透水部１３０が地山に押し付けられ、その反力によりトンネル壁面に固定される。また、その後、充填材１４０は、所定の圧縮強度を有する硬化体になるので、袋体１２０を地山に押しつけた状態で、セグメント１００を確実に所定の位置に固定することができる。
【００３５】
図３は、トンネル壁面に固定された状態のセグメントリング１０の、トンネル軸と直交する断面図である。  
また、図３に示すように、地山と接触する透水部１３０もリング状に構築されることから、地下水流はそのリング状の透水部１３０の片側から流入し、リング状の透水部１３０を周回してリング状の透水部１３０の他側から流出することになるので、地下水流を遮断することないシールドセグメント１００を施工することができる。
【００３６】
また、通常の裏込め材は、セメントにベントナイトや水ガラスを混入して遮水性を備えさせ、セグメントと地山６０との間の隙間であるテールボイド５４に充填されることにより、セグメント間のジョイント等から地下水がトンネル内空間に浸入することを防止する機能を有するが、特許文献１に開示されるシールドトンネルでは、透水性を有する裏込め材を用いているので、地山６０からセグメント間のジョイント等通じてトンネル内空間へ地下水が浸入するおそれがある。
【００３７】
これに対し、本実施形態に係るセグメント１００では、透水部１３０とセグメント本体部１１０のとの間に、不透水性を有する素材からなる袋体１２０が設けられるので、地山６０から地下水がトンネル内空間に浸入するのを防止できる。さらに、袋体１２０内部には、遮水性を備える通常の裏込め材が充填されることにより、万一、袋体１２０が破損した場合でも、地下水のトンネル内空間への浸入が防止される。
【００３８】
なお、本実施形態の袋体１２０は、内部に充填された充填材１４０を、外部に漏洩させない不透水性を有する素材からなるとしたが、これに限らず、内部に充填された充填材１４０を、少なくとも透水部１３０側へ漏洩させずに膨張する素材又は構造であればよい。すなわち、充填材１４０が透水部１３０へ浸出することによって、その充填材１４０が透水部１３０内で硬化して透水部１３０の透水性が損なわなければよい。
【００３９】
また、本発明に係る実施形態を次のようにしてもよい。  
図４は、第二の実施形態に係るセグメント２００の概略構成を示すものであり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。  
図４に示すように、第二の実施形態に係るセグメント２００は、第一の実施形態に係るセグメント１００と同様に、その断面構造が、セグメント本体部２１０と、セグメント本体部２１０の背面に設けられる袋体２２０と、袋体２２０の背面に設けられる透水部２３０とから構成されるが、鋼製で板状のリブ２１４が、地山方向に突出し、かつ、格子状に区画するようにセグメント本体部２１０の地山側に複数設けられ、そのリブ２１４により囲繞された領域に夫々、袋体２２０と透水部２３０とが、リブ２１４の先端よりも突出しないように、それら囲繞された領域に収納されるように設けられている。なお、リブ２１４により囲繞された領域に設けられた各透水部２３０の背面には水溶性シート１３２が設けられており、各袋体２２０にも、その内部に連通する貫通孔２１２が夫々設けられている。
【００４０】
図５は、第二の実施形態に係るセグメント２００が設置されたシールドトンネルのシールド式掘削機の前進移動工程Ｓ２０における動作を示す図である。  
図５に示すように、このようなセグメント２００の構成にすることにより、図２で説明したシールド式掘削機が前進移動するときに、リブ２１４が、シールド式掘削機のスキンプレート５０の内周面に設けられるテールブラシ５２の先端を、水溶性シート１３２に到達しないように屈曲させるので、テールブラシ５２の先端が水溶性シート１３２を引掻いて損傷させることを抑制することができる。これにより、損傷した水溶性シート１３２からテールシール５３が浸入して、透水部２３０の透水性を低下させることを防止できる。  
また、セグメント２００の透水部２３０には、例えば、砂利を透水性の袋に充填したものを使用する。
【００４１】
図６は、図４に示すセグメント２００の袋体２２０内に充填材１４０を充填したときの断面図である。  
図６に示すように、袋体２２０に充填材１４０が充填され、袋体２２０が膨張すると、透水部２３０が、囲繞されていたリブ２１４内から放出されることにより、地山６０に押し付けられるとともに、水平方向に膨張する。これにより、セグメント２００は地山６０に固定され、外周に透水領域を有するシールドトンネルが構築されることになり、地下水流の遮断が回避される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第一の実施形態に係るセグメント１００の概略構成を示すものであり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】セグメント１００の設置方法を示すフローである。
【図３】トンネル壁面に固定された状態のセグメントリング１０の、トンネル軸と直交する断面図である。
【図４】第二の実施形態に係るセグメント２００の概略構成を示すものであり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】第二の実施形態に係るセグメント２００が設置されたシールドトンネルのシールド式掘削機の前進移動工程Ｓ２０における動作を示す図である。
【図６】図４に示すセグメント２００の袋体２２０内に充填材１４０を充填したときの断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  セグメントリング
５０  スキンプレート
５２  テールブラシ
５３  テールシール
５４  テールボイド
６０  地山
１００，２００  セグメント
１１０,２１０  セグメント本体部
１１２,２１２  貫通孔
１１４  逆止弁
１２０，２２０  袋体
１３０，２３０  透水部  
１３２  水溶性シート
１４０  充填材
２１４  リブ
Ｓ１０  組み立て工程
Ｓ２０  前進移動工程
Ｓ３０  充填材充填工程
Ｓ４０  養生工程
【図１】
0005176514.tif 000002
【図２】
0005176514.tif 000003
【図３】
0005176514.tif 000004
【図４】
0005176514.tif 000005
【図５】
0005176514.tif 000006
【図６】
0005176514.tif 000007