(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面形状が円部及び該円部が嵌合する形状に切り欠かれた湾部を有する月形の単体シールドであってこの単体シールドの隣接する単体シールドに対しての連結位置が該隣接する単体シールドの外周形状に沿って移動自在である単体シールドを複数並列に連結してなり、大断面トンネルの掘削領域外郭部に月形である小断面トンネルを列状に配置することを特徴とする、並列連結型シールド。
【請求項２】
前記単体シールドの隣接する単体シールドに対しての連結位置は、掘進時において該隣接する単体シールドの外周形状に沿って移動自在であることを特徴とする、請求項１に記載の並列連結型シールド。
【請求項３】
前記複数並列に連結された単体シールドで端部に位置するものは、該円部から突出して前記大断面トンネルの掘削領域外郭部の内外に係る地盤改良用カッターを有することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の並列連結型シールド。
【請求項４】
前記請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の並列連結型シールドを用いて大断面トンネルの構築をする大断面トンネルの施工方法であって、前記大断面トンネルの掘削領域外郭部の形状に応じて前記単体シールドの隣接する単体シールドに対しての連結位置を移動させて形成した並列連結型シールドで前記大断面トンネルの掘削領域外郭部の構築をした後に、該外郭部の内部を掘削して前記大断面トンネルの構築をすることを特徴とする、大断面トンネルの施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド工法を用いたトンネルの施工方法に関するもので、特に大断面シールドの１回施工によらずに小断面シールドの複数回施工により大断面トンネルの構築を実現する並列連結型シールド及び大断面トンネルの施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の大断面トンネルの施工方法としては、図１３に示すように、大断面トンネル１０１を１機の大断面シールドで施工する代わりに、まず月形（一部は欠円形）である小断面のシールドを大断面トンネル１０１の掘削領域１０３の外郭部１０４に複数本施工することにより、小断面トンネル１０２ａを相互に独立で列状に配置し、その後該外郭部１０４の内部である大断面トンネル１０１の掘削領域１０３を掘削して該大断面トンネル１０１の構築をするというものが知られている。
【０００３】
この大断面トンネルの施工方法によれば、大断面トンネル１０１の掘削領域１０３の外郭部１０４に列状に配置した小断面トンネル群１０２が該大断面トンネル１０１の掘削時に周辺地山から受ける土圧に対して円環状のアーチとなって抵抗することとなるため、該大断面トンネル１０１の掘削領域１０３をシールド工法によらずに掘削して該大断面トンネル１０１の構築をすることができ、これにより、大断面シールドの適用回避による建設費の大幅削減という膨大な経済効果が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この大断面トンネルの施工方法では、土圧に抵抗する円環状のアーチたる小断面トンネル群１０２が相互に独立であるため、各小断面トンネル１０２ａの配置精度が悪く、互いに隣り合うもの同士が過度に離隔していると、円環状のアーチの一部に構造上の欠陥箇所ができる危険性があった。
【０００５】
また、この大断面トンネルの施工方法では、前記小断面トンネル群１０２の構築が単体シールドを用いて各小断面トンネル１０２ａ別に順次（手堀りにより）行われていたため、掘進期間が相当に長くなってこれが工程に影響を与えるという欠点もあった。
【０００６】
更に、地山が軟弱であるケース等では、円環状のアーチの安定性を向上させ後続作業の安全性を担保するという見地から、各小断面トンネル１０２ａ間を剛結合とするという要請があるが、各小断面トンネル１０２ａが相互に独立という構造では、かかる要請に応えることはかなり難しい。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、大断面トンネルの構築に先行して外郭部にシールド工法による小断面トンネルを列状に配置する施工方法を採用する場合において、円環状のアーチとしての小断面トンネル群に構造上の欠陥箇所ができる危険性を少なくでき、及び小断面トンネルの掘進期間の大幅短縮を図ることができ、並びに場合により各小断面トンネル間を剛結合とする要請に応えられる並列連結型シールド及び大断面トンネルの施工方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明のうち、第１発明に係る並列連結型シールドは、断面形状が円部及び該円部が嵌合する形状に切り欠かれた湾部を有する月形の単体シールドであってこの単体シールドの隣接する単体シールドに対しての連結位置が該隣接する単体シールドの外周形状に沿って移動自在である単体シールドを複数並列に連結してなり、大断面トンネルの掘削領域外郭部に月形である小断面トンネルを列状に配置することを特徴としている。
【０００９】
即ち、本発明は、大断面トンネルの掘削領域外郭部に月形である小断面トンネルを複数並列で列状に配置する並列連結型シールドを創案することにより、大断面トンネルの構築に先行して外郭部にシールド工法による小断面トンネルを列状に配置する施工方法を採用する場合において、円環状のアーチとしての小断面トンネル群に構造上の欠陥箇所ができる危険性の減少、及び小断面トンネルの掘進期間の大幅短縮を実現し、並びに場合により各小断面トンネル間の剛結合を可能にするものである。そして、単体シールドの隣接する単体シールドに対しての連結位置を該隣接する単体シールドの外周形状に沿って移動自在とすることで、大断面トンネルの掘削領域外郭部の形状に応じた連結位置の変更を機動的に行うことを可能にするものである。
【００１０】
このような技術的手段において、前記単体シールドの隣接する単体シールドに対しての連結としては、大断面トンネルの掘削領域外郭部に沿ってすべての単体シールドを配置でき、かつ、掘進に耐えるものならば、どのような構造及び形式のものを選定するかを問わない。
【００１２】
ここで、構築すべき大断面トンネルの平面線形が曲線であるケースでは、各小断面トンネルは一様に該大断面トンネルと同一の曲線を描かず、互いに微妙に相違する曲線を描くこととなる。よって、このような大断面トンネルの掘削領域外郭部において単体シールドの隣接する単体シールドに対しての連結が固定であるものをそのまま適用すると、該掘削領域外郭部に沿って各小断面トンネルを正確に配置できない。そこで、このようなケースでは、前記単体シールドの隣接する単体シールドに対しての連結位置は、掘進時において該隣接する単体シールドの外周形状に沿って移動自在であることが好ましい。
【００１３】
また、大断面トンネルの掘削領域外郭部に対しての小断面トンネルの割り付けは、理想的には、環が閉合される部位においても、先発の小断面トンネルの円部に対して後発の小断面トンネルの湾部がかみ合うものが好ましい。しかし、現場の施工誤差が不可避であることを考慮すると、無理に環を閉合しないで隙間を許容し、該隙間に係る部分の地盤改良を行う方が得策である。このような場合において該隙間に係る部分の地盤改良を確実に行うという観点からすれば、前記複数並列に連結された単体シールドで端部に位置するものは、該円部から突出して前記大断面トンネルの掘削領域外郭部の内外に係る地盤改良用カッターを有することが好ましい。
【００１４】
一方、本発明のうち、第２発明に係る大断面トンネルの施工方法は、前記第１発明に係る並列連結型シールドを用いて大断面トンネルの構築をする大断面トンネルの施工方法であって、前記大断面トンネルの掘削領域外郭部の形状に応じて前記単体シールドの隣接する単体シールドに対しての連結位置を移動させて形成した並列連結型シールドで前記大断面トンネルの掘削領域外郭部の構築をした後に、該外郭部の内部を掘削して前記大断面トンネルの構築をすることを特徴としている。
【００１５】
即ち、本発明は、前記第１発明に係る並列連結型シールドを用いて行う大断面トンネルの施工方法を創案することにより、大断面トンネルの構築に先行して外郭部にシールド工法による小断面トンネルを列状に配置する施工方法を採用する場合において、円環状のアーチとしての小断面トンネル群に構造上の欠陥箇所ができる危険性の減少、及び小断面トンネルの掘進期間の大幅短縮を実現し、並びに場合により各小断面トンネル間の剛結合を可能にするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る並列連結型シールドが大断面トンネルの掘削領域の外郭部に形成する小断面トンネル群の形状を示す断面図、図２は該並列連結型シールドであって直線施工部におけるものの概略形状を示す断面図、図３は前記並列連結型シールドであってアーチ施工部におけるものの概略形状を示す断面図である。尚、本実施の形態では、図示しないが、施工されることとなる大断面トンネルの平面線形は略直線であるものとする。
【００１７】
本実施の形態において、並列連結型シールド１１は、図１に示すように、大断面トンネル１の掘削領域４の外郭部２において月形である小断面トンネル３ａを列状に配置することにより、円環状の小断面トンネル群３を形成する。そして、かかる小断面トンネル群３は、大断面トンネル１の掘削領域４をシールド工法によらずに掘削する時において、周辺地山から受ける土圧に対して抵抗する円環状のアーチとなるものである。
【００１８】
かかる小断面トンネル群３を形成する並列連結型シールド１１としては、図２に示すように、断面形状が円部３１及び該円部３１が嵌合する形状に切り欠かれた湾部３２を有する月形の単体シールド２１の３機を並列に連結してなる。即ち、単体シールド２１は、第１単体シールド２１ａと、該第１単体シールド２１ａと略同一構成を有する第２単体シールド２１ｂと、該第１単体シールド２１ａと略同一構成を有する第３単体シールド２１ｃとからなり、夫々が独立して構成されている。
【００１９】
尚、第１単体シールド２１ａは、円部３１において後述するスリット５１が設けられていない点で第２単体シールド２１ｂと相違し、第３単体シールド２１ｃは、湾部３２において後述するスリット５１が設けられていない点で第２単体シールド２１ｂと相違する（図４参照）。
【００２０】
図２に示されている並列連結型シールド１１では、第１単体シールド２１ａの隣接する第２単体シールド２１ｂに対しての連結位置、及び第２単体シールド２１ｂの隣接する第３単体シールド２１ｃに対しての連結位置が、各単体シールド２１の円部３１の中心が同一直線上となるように調節されている。即ち、該並列連結型シールド１１は、直線施工部４１（図１参照）において割り付けられることとなる。
【００２１】
一方、図３に示されている並列連結型シールド１１では、単体シールド２１の隣接する単体シールド２１に対しての連結位置が、各単体シールド２１の円部３１の中心が同一の曲率を有する曲線上となるように調節されている。即ち、該並列連結型シールド１１は、アーチ施工部４２（図１参照）において割り付けられることとなる。
【００２２】
ここで、単体シールド２１の隣接する単体シールド２１に対しての連結位置は、該隣接する単体シールド２１の外周形状に沿って移動自在である構成となっている。
【００２３】
即ち、本実施の形態では、図４に示すように、第１単体シールド２１ａの湾部３２においてスリット５１が設けられ、第２単体シールド２１ｂの円部３１（図示外）及び湾部３２においてスリット５１が設けられ、第３単体シールド２１ｃの円部３１（図示外）においてスリット５１が設けられている。
【００２４】
そして、第１単体シールド２１ａ及び第２単体シールド２１ｂは、図５に示すように、該スリット５１において断面形状がＨ形であるスライド式緊結具５２を介して皿ボルト５３にて連結され、一体化されている。尚、第２単体シールド２１ｂ及び第３単体シールド２１ｃにおいても、これと同様の構成としている。
【００２５】
そこで、単体シールド２１の隣接する単体シールド２１に対しての連結位置は、皿ボルト５３を緩めることによって、スリット５１とスライド式緊結具５２との間に形成されている余裕幅５４の範囲内において移動自在である。
【００２６】
単体シールド２１の隣接する単体シールド２１に対しての連結位置を移動自在に構成した理由は、大断面トンネル１の掘削領域４の外郭部２の形状に応じて連結位置の変更を機動的に行うためである。
【００２７】
尚、この単体シールド２１の隣接する単体シールド２１に対しての連結位置の移動は、専ら立坑において掘進前に天井クレーン（図示外）を用いて行われることとなる。即ち、並列連結型シールド１１による小断面トンネル３ａの掘進時において移動ができる構成となっていない。その理由は、本実施の形態で施工されることとなる大断面トンネル１の平面線形が略直線であり掘進時において移動する現実的必要性に乏しいからである。
【００２８】
これに対し、大断面トンネルの平面線形が曲線であるケースでは、単体シールド２１の隣接する単体シールド２１に対しての連結位置は、掘進時においても該隣接する単体シールド２１の外周形状に沿って移動自在であることが必要となる。このようなケースでは、各小断面トンネル３ａは一様に該大断面トンネルと同一の曲線を描かず、互いに微妙に相違する曲線を描くことから、掘進時において該連結位置の移動ができないと該掘削領域４の外郭部２に沿って各小断面トンネル３ａを正確に配置できないからである。
【００２９】
本実施の形態では、各単体シールド２１は、上述したように、それぞれ独立しているから、夫々が掘削機構、推進機構、排土機構、及びセグメント組立機構を有する構成となっている（図示外）。例えば、各単体シールド２１の夫々は、図６に示すように、掘削機構として、軸を偏芯させて揺動自在とした月形の偏芯カッター６１を有している。
【００３０】
但し、テールプレート６２だけは、独立した構成としていない。即ち、テールプレート６２は、図７及び図８に示すように、各単体シールド２１を並列に連結してなる並列連結型シールド１１の全体として一体に構成されている。具体的には、大断面トンネル１の外周方向で２分割され円部プレート６２ａ及び湾部プレート６２ｂを接合プレート６２ｃを介して一体に接合してなるものである。
【００３１】
かかるテールプレート６２の内部において組み立てられるセグメント６３は、図９に示すように、３連一体に構成されている。即ち、第１単体シールド２１ａにて組み立てられた第１セグメント６３ａ及び第２単体シールド２１ｂにて組み立てられた第２セグメント６３ｂ間を剛結合とし、第２単体シールド２１ｂにて組み立てられた第２セグメント６３ｂ及び第３単体シールド２１ｃにて組み立てられた第３セグメント６３ｃ間を剛結合としている。尚、このセグメント６３及び隣接するセグメント６４，６５（該セグメント６４，６５も３連一体に構成されている）間は結合されておらず、僅かに離隔した状態となっている。
【００３２】
テールプレート６２を並列連結型シールド１１の全体で一体に構成し、セグメント６３を３連一体に構成した理由は、かかるセグメント６３にて構築されている小断面トンネル群３が大断面トンネル１の掘削領域４の施工時において土圧に抵抗する円環状のアーチとなったときに、該円環状のアーチの一部に構造上の欠陥箇所ができる危険性を少なくするためである。
【００３３】
これにより、セグメント６３を３連一体に構成した場合における、該円環状のアーチの一部に構造上の欠陥箇所ができる危険性は、理論上、そのように構成しない場合に比べて概ね１／３とすることができる。
【００３４】
しかし、依然として該円環状のアーチの一部に構造上の欠陥箇所ができる危険性が残存していることから、本実施の形態では、３連一体に構成されている小断面トンネル３ａの隣り合うもの同士のセグメント片を外して鉄筋コンクリート壁を構築して剛結合とする施工を後発的に行うこととしている。
【００３５】
尚、地山が強固であるケース等では、セグメント６３を３連一体に構成する現実的必要性に乏しく、地山状態などに応じて適宜選定して差し支えない。このケースでは、各単体シールド２１毎にテールプレート６２を構成することになる。
【００３６】
ところで、本実施の形態では、大断面トンネル１の掘削領域４の外郭部２を１機の並列連結型シールド１１のみで施工することから、掘進順序の割り付けの関係上、図１０に示すような端部に湾部３２を有しないタイプの並列連結型シールド７１が不可避的に用いられる。本実施の形態では、このタイプの並列連結型シールド７１は、外郭部２のうち、湾部なし施工部４３に対して割り付けられる。
【００３７】
ここで、並列連結型シールド７１は、同図に示すように、第１単体シールド２１ａ、第２単体シールド２１ｂ、及び断面形状が円部３１のみからなる円形の第４単体シールド２１ｄの３機を並列に連結してなる。
【００３８】
この第４単体シールド２１ｄとしては、図１１（図１１（ａ）は断面図、図１１（ｂ）は正面図）に示すように、コストを低廉化させるために、第３単体シールド２１ｃを改良したものを用いている。即ち、第４単体シールド２１ｄは、第３単体シールド２１ｃの湾部３２にカバープレート７２を取り付けて断面形状を円形とすると共に、該部分に継ぎ足しカッター７３を取り付けることにより構成されている。
【００３９】
また、本実施の形態では、現場の施工誤差が不可避であるとの考えから、大断面トンネル１の掘削領域４の外郭部２に形成される環を閉合しないで隙間を許容し、該隙間に係る部分の地盤改良を行うこととしている。
【００４０】
地盤改良は、図１２（ａ）に示す注入部位７４に対して地山の攪拌後に改良剤の注入を行う方式により確実に行われる。この地山の攪拌及び改良剤の注入のために、第１単体シールド２１ａに対して図１２（ｂ）に示すような地盤改良用カッター７５が取り付けられる。これにより、第１単体シールド２１ａは、円部３１から突出して前記大断面トンネル１の掘削領域４の外郭部２の内外に係る地盤改良用カッター７５を有することとなる。
【００４１】
以上、並列連結型シールド１１として、３連一体のものについてのみ説明したが、これに限られることはなく、２連一体のものとすることもできる。２連一体の並列連結型シールドは、下端施工部４４（図１参照）において割り付けられることになる。
【００４２】
次に、本実施の形態に係る並列連結型シールドの大断面トンネルの施工方法について主として図１〜図３を用いて説明する。以下、（１）外郭部の構築と（２）大断面トンネルの構築とに分けて説明する。
【００４３】
（１）外郭部の構築
まず、並列連結型シールド１１を用いて大断面トンネル１の掘削領域４の外郭部２の構築が行われる。
【００４４】
最初に、立坑において準備作業が行われる。即ち、天井クレーンを用いて単体シールド２１の隣接する単体シールド２１に対しての仮連結が行われ、これにより、並列連結型シールド１１は一体のものとなる。続いて天井クレーンを用いて該単体シールド２１の隣接する単体シールド２１に対しての連結位置の移動が行われる。
【００４５】
このとき、スリット５１及びスライド式緊結具５２、皿ボルト５３の働きにより、大断面トンネル１の掘削領域４の外郭部２の形状に応じた連結位置の移動が機動的に行われる。
【００４６】
次いで地中において、小断面トンネル３ａの構築が行われる。即ち、並列連結型シールド１１を地中へと挿入した後、オペレーターの操作により、各単体シールド２１が別個独立に掘削機構、推進機構、排土機構、及びセグメント組立機構を起動させながら、切羽の掘削、排土が行われ、続いて推進及びセグメント６３の組立が行われる。
【００４７】
各単体シールド２１の有する掘削機構、推進機構、排土機構は、他の単体シールド２１の有する掘削機構、推進機構、排土機構とは全く別個に動き、各々の役割を果たす。但し、各単体シールド２１の有するセグメント組立機構は、他の単体シールド２１の有するセグメント組立機構と殆どの部分において別個に動くが、単体シールド２１の隣接する単体シールド２１に対しての連結部分においては互いに協同して動くこととなる。これにより、セグメント６３を３連一体に構成することができる（図９参照）。
【００４８】
以上のプロセスを２の立坑の間において適宜繰り返すことにより、大断面トンネル１の掘削領域４の外郭部２の構築が完成する。
【００４９】
（２）大断面トンネルの構築
次に、並列連結型シールド１１を用いて構築された外郭部２の内部を掘削して前記大断面トンネル１の構築をする。
【００５０】
このとき、大断面トンネル１の掘削領域４に対して、周辺地山から膨大な土圧が作用する。しかし、大断面トンネル１の掘削領域４の外郭部２に列状に配置した小断面トンネル群３が該膨大な土圧に対して円環状のアーチとなって抵抗することとなるため、大断面トンネル１を構築するために必要となる種々の作業、例えば、シールド工法によらない掘削やトンネル構造物の構築等を安全に行うことができる。
【００５１】
従って、本実施の形態に係る大断面トンネル１の施工方法によれば、３連（又は２連）一体の並列連結型シールド１１を用いて大断面トンネル１の掘削領域４の外郭部２の構築をしたことから、円環状のアーチに構造上の欠陥箇所ができる危険性を少なくすることができたというだけでなく、単体シールド２１を用いて各小断面トンネル３ａ別に構築をした場合に比べて、２の立坑の間において繰り返す施工数を約１／３とすることができることとなった。
【００５２】
【発明の効果】
本発明に係るによれば、以上のように構成したため、大断面トンネルの構築に先行して外郭部にシールド工法による小断面トンネルを列状に配置する施工方法を採用する場合において、円環状のアーチとしての小断面トンネル群に構造上の欠陥箇所ができる危険性を少なくでき、及び小断面トンネルの掘進期間の大幅短縮を図ることができ、並びに場合により各小断面トンネル間を剛結合とする要請に応えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る並列連結型シールドが大断面トンネルの掘削領域の外郭部に形成する小断面トンネル群の形状を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る並列連結型シールドであって直線施工部におけるものの概略形状を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る並列連結型シールドであってアーチ施工部におけるものの概略形状を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る単体シールドの隣接する単体シールドに対しての連結を示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る単体シールドの隣接する単体シールドに対しての連結を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る並列連結型シールドの掘削機構を示す正面図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る並列連結型シールドのテールプレートを示す斜視図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る並列連結型シールドのテールプレートを示す断面図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る並列連結型シールドによるセグメントの構造を示す断面図である。
【図１０】本発明の一実施の形態に係る並列連結型シールドの一部変更型を示す断面図である。
【図１１】本発明の一実施の形態に係る並列連結型シールドの一部変更型を示す図（図１１（ａ）は断面図、図１１（ｂ）は正面図）である。
【図１２】本発明の一実施の形態に係る並列連結型シールドの一部変更型を説明する図（図１２（ａ）は注入部位を示す断面図、図１２（ｂ）は該一部変更型を示す正面図）である。
【図１３】従来例である大断面トンネルの施工方法を説明する断面図である。
【符号の説明】
１…大断面トンネル
２…外郭部
３…小断面トンネル群
３ａ…小断面トンネル
４…掘削領域
１１…並列連結型シールド
２１…単体シールド
２１ａ…第１単体シールド
２１ｂ…第２単体シールド
２１ｃ…第３単体シールド
２１ｄ…第４単体シールド
３１…円部
３２…湾部
４１…直線施工部
４２…アーチ施工部
４３…湾部なし施工部
４４…下端施工部
５１…スリット
５２…スライド式緊結具
５３…皿ボルト
５４…余裕幅
６１…揺動カッター
６２…テールプレート
６２ａ…円部プレート
６２ｂ…湾部プレート
６２ｃ…接合プレート
６３…セグメント
６３ａ…第１セグメント
６３ｂ…第２セグメント
６３ｃ…第３セグメント
６４…隣接するセグメント
６５…隣接するセグメント
７１…並列連結型シールド（湾部を有しないタイプ）
７２…カバープレート
７３…継ぎ足しカッター
７４…注入部位
７５…地盤改良用カッター
１０１…大断面トンネル
１０２…小断面トンネル群
１０２ａ…小断面トンネル
１０３…掘削領域
１０４…外郭部
【図１】
0004057740.tif 000002
【図２】
0004057740.tif 000003
【図３】
0004057740.tif 000004
【図４】
0004057740.tif 000005
【図５】
0004057740.tif 000006
【図６】
0004057740.tif 000007
【図７】
0004057740.tif 000008
【図８】
0004057740.tif 000009
【図９】
0004057740.tif 000010
【図１０】
0004057740.tif 000011
【図１１】
0004057740.tif 000012
【図１２】
0004057740.tif 000013
【図１３】
0004057740.tif 000014