(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルを構築する２枚の長辺セグメントと、２枚の短辺セグメントの組立構造であって、
前記トンネルの断面方向について、
長さがトンネル躯体の長辺の外側の長さよりも、短辺セグメントの厚さだけ短い２枚の長辺セグメントと、
トンネル躯体の短辺の外側の長さと同一の寸法の短辺セグメントと、
トンネル躯体の短辺の外側の長さよりも、両長辺セグメントの厚さの和だけ短い短辺のセグメントの組立構造。
【請求項２】
床面と天井面を構成する２枚の長辺セグメントと、
両壁面を構成する２枚の短辺セグメントを組み合わせてトンネルを構築するセグメントの組立構造であって、
前記トンネルの断面方向について
最初に組み立てる側壁のセグメントの長さは、トンネル躯体の外側の高さと同一の寸法で構成し、
次に組み立てる床面のセグメントの長さは、トンネル躯体の床の外幅よりも、壁面のセグメントの厚さだけ短い寸法で構成し、
次に組み立てる天井面のセグメントの長さは、トンネル躯体の天井の外幅よりも、一方の壁面のセグメントの厚さだけ短い寸法で構成し、
最後に床面と天井面のセグメントの間に挿入して組み立てる他方の壁面のセグメントの高さは、トンネル躯体の外側の高さよりも、床面のセグメントの厚さと、天井面のセグメントの厚さの和 だけ短い寸法で構成した、
セグメントの組立構造。
【請求項３】
床面のセグメントを設置する場合に、
先行して組み立てた側壁のセグメントでは、最下段のジャッキを含めた下方位置において、数段のジャッキの反力を受け、
同時に他方の側壁のセグメントは、その上方位置において、数段のジャッキの反力を受けるように構成した、
請求項２記載のセグメントの組立構造。
【請求項４】
床面と天井面を構成する２枚の短辺セグメントと、
両壁面を構成する２枚の長辺セグメントを組み合わせてトンネルを構築するセグメントの組立構造であって、
前記トンネルの断面方向について
最初に組み立てる床面のセグメントの長さは、トンネル躯体の外幅と同一の寸法で構成し、
次に組み立てる壁面のセグメントの高さは、トンネル躯体の壁面の外側の高さよりも、床面のセグメントの厚さだけ短い寸法で構成し、
次に組み立てる他の壁面のセグメントの高さは、トンネル躯体の壁面の外側の高さよりも、床面のセグメントの厚さだけ短い寸法で構成し、
最後に両側の壁面のセグメントの間に挿入して組み立てる天井面のセグメントの幅さは、トンネル躯体の外幅よりも、両側の壁面の厚さの和だけ短い寸法で構成した、
セグメントの組立構造。
【請求項５】
新たに壁面のセグメントを設置する場合に、
床面のセグメントでは、新たに組み立てる壁面の直下のジャッキを含めた、壁面寄りの数本のジャッキの反力を受け、
同時に天井面のセグメントは、すでに組立ててある壁面寄りの数本のジャッキの反力を受けるように構成した、
請求項４記載の、セグメントの組立構造。
【請求項６】
前記トンネルの軸方向について、短辺セグメントの奥行きの幅を、長辺セグメントの奥行きの幅よりも長く構成した、請求項２、４記載のセグメントの組立構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セグメントの組立構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘進機はその後方にセグメントを組立ててトンネルを構築し、その構築後のトンネルに反力を取って前進する構成である。セグメントは、トンネルの断面を複数に分割した構造であり、シールド掘進機の内部で組み立てる。したがって分割数が少ないほど、組立て手数が減少するとともに、組立て部分の弱点の発生を避けることができる。しかしセグメントはシールド掘進機の外殻で包囲された狭い空間において組み立てられるため、長いセグメントでは取扱が困難となる。もし長いセグメントの取り扱いを容易にするためだけであれば、シールド掘進機の長さを長くすればよい。しかしシールド掘進機を長くすると、発進立坑、到達立坑の長さも長くなり、さらに小さい曲線の掘進が困難となるといった問題が発生する。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】
長いセグメントの取り扱いの困難さを図１８、１９のような横長のシールドトンネルにおいて説明すると、次の点に問題が存在することが明らかとなる。
【０００４】
＜イ＞可動範囲がきわめて狭い。
例えば断面が横長の矩形であるシールドトンネルでは、図１８、１９に示すようにその中央には掘削土砂の排土管、給泥管、電線、その他の管路群ａが設置してありる。そのために床ｂと天井ｃの間でセグメントｄを自由に振り回せる空間はきわめて限られている。たとえば図１８に示すようにトンネルの延長方向と平行に運搬してきた長いセグメントｄを、横断方向に平行の姿勢に回転するには両側の壁面ｅとの衝突を避けながら慎重に行なわなければならない。さらに図１９に示すように、天井ｃや床ｂに取り付けるためにセグメントｄを引き起こしたり寝かせる動作においても可動範囲はきわめて限られていることが分かる。
【０００５】
＜ロ＞ジャッキの加圧力のバランス。
可動範囲の制約を克服して長いセグメントを使用し図８〜１０に示す構成、順序で組み立てる方法が考えられる。すなわち床ｂ、および天井ｃのセグメントの長さをトンネルの水平幅と同一として形成し、先に床ｂと天井ｃのセグメントを組立て、その後に壁面のセグメントｅを天井ｃと床ｂとの間に挿入する方法が考えられる。そのような構造であると、図９，１０に示すように、床ｂのセグメントを組み立てる際には下半分のジャッキはすべて後退させて設置空間を解放しなければならない。そのジャッキの状態を図９に示すが、黒丸が伸張状態のジャッキｇ、白丸が短縮状態のジャッキｆである。その状態では、図１１に示すように床セグメントｂの設置時にはシールド掘進機ｈの下半分にはセグメントから取る反力がゼロとなる。その結果、シールド掘進機ｈの上面から作用する土荷重の影響によって機体は下向きになってしまい、次のサイクルでは水平方向への掘進が困難となる。
このように、セグメントの断面を少数に分割し、１枚のセグメントの長さを長くすると、ジャッキの反力のアンバランスによって機体の掘進方向が狂ってしまうという問題も発生するのである。
【０００６】
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、通常の長さのシールド掘進機において、長いセグメントを、ジャッキの反力のアンバランスを生じることなく組み立てることができる、セグメントの組立構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【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、本発明のセグメントの組立構造は、トンネルを構築する２枚の長辺セグメントと、２枚の短辺セグメントの組立構造であって、前記トンネルの断面方向について、長さがトンネル躯体の長辺の外側の長さよりも、短辺セグメントの厚さだけ短い２枚の長辺セグメントと、トンネル躯体の短辺の外側の長さと同一の寸法の短辺セグメントと、トンネル躯体の短辺の外側の長さよりも、両長辺セグメントの厚さの和だけ短い短辺のセグメントを特徴としたものである。
【０００８】
【本発明の実施の態様】
以下図面を参照しながらセグメントの構造の実施例について説明する。
【０００９】
＜イ＞トンネルの構造。
本発明の解決手段は上記の通りであるが、実施例として以下ではまず図１以下に示すような横長のトンネルの場合について説明する。その場合、床面１と天井面２を構成する２枚の長辺セグメントＬと、両壁面３を構成する２枚の短辺セグメントＳによって構成する。
【００１０】
＜ロ＞壁面のセグメント。
最初に一方の側壁３の短辺セグメントＳを組み立てる。壁面３のセグメントの組立ては短辺Ｓセグメントを鉛直に立てて、前回組み立てた壁面セグメントの端面にボルトなどで連結する。この短辺セグメントＳの高さは、トンネル躯体の高さと同一の寸法で構成する。なお以下の説明においてトンネルの『高さ』とはトンネルの内側寸法ではなく、躯体の外部の高さをいう。『幅』についても同様である。
壁面３の短辺セグメントＳを組み立てる際には、床面、および天井面に配置したジャッキ群によって反力を取っているから、シールド掘進機が下向きに傾斜することはない。こうして最初に壁面３の短辺セグメントＳを設置することによって、他のセグメントの組立て時にはその短辺セグメントＳの端面にジャッキを押し当ててシールド掘進機の反力を取ることができる。
【００１１】
＜ハ＞床面のセグメント。
次に組み立てる床面１の長辺セグメントＬの長さは、トンネル躯体の外床の幅よりも、一方の壁面３の短辺セグメントＳの厚さだけ短い寸法に形成する。したがって床面１の長辺セグメントＬは、一端を先行して組み立てた壁面３の短辺セグメントＳに押し当てた状態で水平に設置することができる。
【００１２】
＜ニ＞床面のジャッキの短縮。
床面１の長辺セグメントＬを設置するためには、床面１に配置したジャッキ群を伸張したままでは障害になる。したがって床面に存在するジャッキ群は短縮する必要があるが、床面に配置した下方のジャッキ群を短縮してしまうと、前記したようにシールド掘進機に下向きの力が作用し傾斜する危険性があった。
【００１３】
＜ホ＞伸張したままの壁面のジャッキ群。
しかし本発明の構造では、先行して組み立てた壁面３の短辺セグメントＳには、最下段のジャッキを含めて、いずれの位置のジャッキであっても、押し当てて反力を取ることができる。一方、反対側の壁面３のジャッキ群においては、下半分のジャッキ群は短縮しなければならないが、しかし図６の右側に伸張ジャッキｇとして示すように、上半分のジャッキ群は伸張したままでもセグメント挿入の作業の影響を受けない。したがって上半分の伸張ジャッキｇ群は、前回組み立てた壁面３に押し当てたまま反力を取ることができる。
左右のバランスを取るために、先行して組み立てたセグメントでは最下段のジャッキを含めた下方位置において数段のジャッキを伸張ジャッキｇとして残すことができる。この場合に特に最下段において伸張ジャッキＧを設置することができ、床面の一部において反力を取っていることが重要である。
こうして最下段において伸張ジャッキＧを含めて左右のジャッキ群のバランスが取れるから、床面のジャッキ群を短縮してもシールド掘進機が下向きに傾斜する可能性は生じない。
【００１４】
＜ヘ＞天井面のセグメント。
次に組み立てる天井面２の長辺セグメントＬは、その長さをトンネル躯体の天井の外幅よりも、一方の壁面３の短辺セグメントＳの厚さだけ短い寸法で形成する。したがって天井面２の長辺セグメントＬは、一端を先行して組み立てた壁面３の短辺セグメントＳに押し当てた状態で水平に設置することができる。この場合に天井面２に位置するジャッキ群は短縮しなければならないが、シールド掘進機には上部から土の重量が負荷として作用しているから、シールド掘進機が上向きに傾斜することはない。
【００１５】
＜ト＞他方の壁面３の短辺セグメントＳ。
最後に床面１と天井面２の長辺セグメントＬの間に、他方の壁面３の短辺セグメントＳを挿入する。この他方の壁面３の短辺セグメントＳの高さは、トンネル躯体の高さよりも、床面１と天井面２の長辺セグメントＬの厚さの和だけ短い寸法で形成したものを採用する。ただしその上下の端面には外向きの傾斜を付け、天井面２のセグメント、および床面１のセグメントには傾斜した受け座を配置する。したがってセグメントの傾斜と受け座の傾斜によって壁面３の短辺セグメントＳをスムーズに上下のセグメント間に挿入することができる。壁面３の短辺セグメントＳは傾斜状態から鉛直状態まで引き起こす必要があるが、高さ方向の寸法が短いので、中央に設置してある配管群ａの存在に影響を受けずに作業を行なうことができる。この作業の最中は、床面１、天井面２のジャッキ群を伸張して反力を取っているから、シールド掘進機が傾斜する可能性はない。
【００１６】
＜チ＞長辺の奥行き寸法の分割。
従来のセグメントは、すべてその奥行きの幅は同一寸法に形成してある。
しかしセグメントの取り扱いにおいては、長辺Ｌの長さだけではなくその奥行き幅の影響も大きい。そこで図７に示すように長辺Ｌの奥行きの幅を、短辺Ｓの奥行きの幅よりも短く構成する。すると取り扱いが困難な長辺Ｌにおいて少なくとも奥行きについては取り扱いが容易となる。その場合の寸法は、例えば短辺の奥行きの幅を、長辺の奥行きの幅の２倍に構成することができる。
【００１７】
＜リ＞縦長のシールドトンネルの場合。
以上は横長タイプにシールドトンネルに関する説明であった。しかし縦長タイプのシールドトンネル、すなわち床面１と天井面２を短辺セグメントＳで構成し、両壁面３を長辺セグメンＬで構成することができる。
その場合には、図２０に示すように最初に組み立てる床面１の短辺セグメントＳを組み立てる。床面１の短辺セグメントＳの幅は、トンネル躯体の外幅と同一の寸法に形成する。次に一方に壁面３の長辺セグメントＬを組み立てる。この壁面３の長辺セグメントＬの高さは、トンネル躯体の壁面の外側の高さよりも、床面３の短辺セグメントＳの厚さだけ短い寸法に形成する。
次に他の側の壁面３の長辺セグメントＬを組み立てる。この壁面３の長辺セグメントＬの高さは、トンネル躯体の壁面の外側の高さよりも、床面１のセグメントの厚さだけ短い寸法に形成する。最後に両側の壁面３のセグメントの間に天井面１の短辺セグメントＳを挿入して組み立てる。この天井面２の短辺セグメントＳの幅さは、トンネル躯体の外幅よりも、両側の壁面の厚さの和だけ短い。
【００１８】
＜ヌ＞縦長シールドトンネルのジャッキの利用。
縦長シールドトンネルにおいても、床面１のジャッキをすべて後退するとシールド掘進機は下向きに傾斜する現象が生じする。そこで床面１のセグメントを設置する場合には図２１に示すよう両側の壁面３に均等に反力を取ってバランスを維持する。
次に一方の壁面３の長辺セグメントＬを設置する。その際には床面１に配置したジャッキはすべて伸張ジャッキｇとして配置できる。特に組み立てる壁面３のの直下に伸張ジャッキＧを配置できる。（図２２）天井面２のジャッキは、床面１のジャッキと対称位置に伸張ジャッキｇを配置し、上下でバランスの取れた反力を維持してシールド掘進機の傾斜の発生を阻止できる。
【００１９】
＜ル＞比較例１。
図８〜１１において説明したように、床面ｂのセグメントをトンネルの幅と同一寸法に構成した場合、床面ｂのすべてのジャッキを短縮ジャッキｆとしなければならず、シールド掘進機が下向きに傾斜する危険性があった。そこでさらに他のセグメントの構造について比較検討する。他のセグメントの構造として図１２〜１５に示すような構成が考えられる。すなわち両側の壁面ｅはトンネル躯体の高さに等しく形成し、床面ｂと天井面ｃのセグメントは、トンネル躯体の外幅から、壁面ｅのセグメントの厚さを引いた長さに構成したものである。そしてまず両側の壁面ｅを組立てる。その場合には床面ｂおよび天井面ｃのジャッキによって反力を取れるから、シールド掘進機の姿勢に影響を与えない。つぎに、その壁面ｅにジャッキの反力を取った状態で長辺である床面ｂのセグメントを挿入する。セグメントが長いために中央の配管群ａの存在による影響が大きいから、本発明の最後に挿入する壁面のように自由な角度で傾斜させて倒し込むことができない。そのために、一方の壁面ｅを一時側方に退避させ（図１４）壁面間の距離を拡大して床面ｂのセグメントを挿入しなければならない。その結果、図１５に示すような特殊な形状のシールド掘進機ｈを製造し、退避空間ｉの余掘り作業、余掘り分の埋め戻し作業が必要となり、きわめて不経済で実用的ではない。
【００２０】
＜ヲ＞比較例２。
さらに他のセグメントの構造として図１６〜１７に示すような構成も考えられる。すなわち一方の壁面ｅのセグメントはトンネル躯体の高さから、天井面ｃのセグメントの厚さを引いたもの。他方の壁面ｅのセグメントは、トンネル躯体の高さから床面ｂのセグメントの厚さを引いたもので構成する。そして一方の壁面ｅを組み立てたら、床面ｂのセグメントを水平に配置し、次の天井面ｃのセグメントを水平に配置する。床面ｂのセグメントの配置に際しては、ジャッキによって両側の壁面ｅから反力を取れるからシールド掘進機が傾斜する可能性はない。しかしこの構造では最後に組み立てる他側の壁面ｅのセグメントを挿入することができない。もし実施するならば、図１７に示すような挿入空間を確保した特殊な形状のシールド掘進機ｈを製造する必要があり実用的ではない。
以上比較したように、セグメントの構成の一部にトンネルの幅、あるいは高さいっぱいの長辺を採用した場合、本発明の構成以外は組立てが不可能であるか、きわめて不経済であることがわかる。
【００２１】
【本発明の効果】
本発明のセグメントの構造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＞余裕空間のきわめて限定された横長、縦長のシールドトンネルにおいて、少数枚のセグメントによってシールドトンネルを構成することができる。したがって組立て作業の能率化が図れることはもちろん、構造上の弱点となる継ぎ手部分の数が減少するから、強度の大きい、信頼性の高いシールドトンネルを構成することができる。特に長辺において継ぎ手部が存在しないから、補強が不要となり大幅な製作費の低減を図ることができる。
＜ロ＞セグメントを少数に分割する構成は他にも考えられるが、各種の構成を比較をしたように他のセグメントの構成であっては、床面に配置したジャッキのすべてを短縮する必要がある。その結果、シールド掘進機が下向きに傾斜することを避けられなかった。いったんシールド掘進機が下向きに傾斜すると、上部の土の重量によって修正が困難となり、地表面の沈下から地上にある構造物への影響を避けられず、莫大な補償費用が必要となる。
それに対して本発明の構成であれば、最後まで床面のジャッキの伸張状態を維持したままセグメントの組立てを行なうことができるから、シールド掘進機の傾斜の発生を避けることができる。
＜ハ＞地中の一定範囲を包囲する状態で多数本の小形シールドトンネルを構築し、包囲された地中を掘削して超大型トンネルを構築する『ＭＭＳＴ工法』と称する工法が開発され実施されている。この工法においては、長辺部材にはトンネル完成後に大きな引張力が作用するため、従来の多数に分割したセグメントを使用すると継ぎ手部分には大規模な補強が必要になる。
しかるに本発明のセグメントであれば、長辺部材には継ぎ手が存在しない。そのために補強が不要であり、大幅な工費の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセグメントの構造の組立て順序の実施例の説明図。
【図２】本発明のセグメントの組立て順序の実施例の説明図。
【図３】本発明のセグメントの組立て順序の実施例の説明図。
【図４】本発明のセグメントの組立て順序の実施例の説明図。
【図５】本発明のセグメントの組立て順序の実施例の説明図。
【図６】本発明のセグメントの組立て順序の実施例の説明図。
【図７】本発明のセグメントの他の構造の実施例の説明図。
【図８】セグメントの構造の比較例の説明図。
【図９】セグメントの構造の比較例の説明図。
【図１０】セグメントの構造の比較例の説明図。
【図１１】セグメントの構造の比較例の説明図。
【図１２】セグメントの構造の比較例の説明図。
【図１３】セグメントの構造の比較例の説明図。
【図１４】セグメントの構造の比較例の説明図。
【図１５】セグメントの構造の比較例の説明図。
【図１６】セグメントの構造の比較例の説明図。
【図１７】セグメントの構造の比較例の説明図。
【図１８】狭い空間でのセグメントの扱いの説明図。
【図１９】狭い空間でのセグメントの扱いの説明図。
【図２０】本発明の縦長タイプのセグメントの構造の実施例の説明図。
【図２１】本発明の縦長タイプのセグメントの構造の実施例の説明図。
【図２２】本発明の縦長タイプのセグメントの構造の実施例の説明図。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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