(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機で掘削しながらセグメントを組み立てて構築されるシールドトンネルにおいて、セグメント外殻は耐圧性を有する構造部材で形成し、該構造部材のうちの坑内側の面板は止水性を有するもので形成して密閉構造とし、シールドトンネルが地下水流を遮断しないようにセグメントの内部に該セグメントにそって地下水が流れる透水手段として、セグメント内を地下水が通過可能なようにセグメントの外殻内に配設される縦リブや外殻の一部を構成する妻板に透水用の孔を設けたことを特徴とするシールドトンネル。
【請求項２】
シールド掘進機で掘削しながらセグメントを組み立てて構築されるシールドトンネルにおいて、セグメント外殻は耐圧性を有する構造部材で形成し、該構造部材のうちの坑内側の面板は止水性を有するもので形成して密閉構造とし、シールドトンネルが地下水流を遮断しないようにセグメントの内部や外側などの箇所に該セグメントにそって地下水が流れる透水手段として、セグメントピースの地山側の外殻である構造部材を地山側に押出自在な蓋体で構成し、該蓋体のセグメントピース内側に押出手段を取り付け、蓋体を地山の側に押し出すことでセグメントの地山側に突出する透水用の空洞部を設け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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機で掘削しながらセグメントを組み立てて構築されるシールドトンネルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
土木工事のシールド工法において、シールド掘進機で掘削しながらセグメントを組み立ててシールドトンネルを構築するとき、構築場所によっては図１０に示すように地下水流６の流れ方向と直交する方向にシールドトンネル１が透水土層２に構築されることがある。
【０００３】
シールドトンネル１はトンネル内への地下水の浸入を防ぐために例えば、セグメントの外殻は水の浸入しない鋼材などで製作し、また、セグメントピース間やセグメントリング間には止水のためのシール材を介装して、止水構造としているため、透水土層２にシールドトンネル１が構築されると、該シールドトンネル１によって地下水流の流れが遮断される。図中３は不透水土層を示す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
シールドトンネル１によって地下水流６がせき止められると、シールドトンネル１が構築された場所よりも下流側に位置する地下水流６は、シールドトンネル１の構築前の水位Ａよりもトンネル構築後の水位Ｂが低下し、その結果、この地域に設けてある井戸４などでは井戸枯れが発生したりするなどの不都合が生じる。
【０００５】
他方、シールドトンネル１が構築された場所よりも上流側に位置する地下水流６は、以前の水位Ａよりもトンネル構築後の水位Ｃが上昇し、その結果、この地域に構築されている建物５の地下室では漏水や浸水などが発生する。
【０００６】
また、シールドトンネル１の覆工にも、シールドトンネル１に対して地下水流６の上流側と下流側では水位（水量）が異なるために、セグメントに偏土圧や偏水圧が発生する。このため、高強度（高耐力）のセグメントが必要となる。
【０００７】
本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、地下水流の流れ方向と直交する方向にシールドトンネルが透水土層に築造される場合に、地下水流を遮断することなく、地下水位に変動が生じることを防止でき、周囲に影響を及ぼすおそれのないシールドトンネルを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、第１に、シールド掘進機で掘削しながらセグメントを組み立てて構築されるシールドトンネルにおいて、セグメント外殻は耐圧性を有する構造部材で形成し、該構造部材のうちの坑内側の面板は止水性を有するもので形成して密閉構造とし、シールドトンネルが地下水流を遮断しないようにセグメントの内部に該セグメントにそって地下水が流れる透水手段として、セグメント内を地下水が通過可能なようにセグメントの外殻内に配設される縦リブや外殻の一部を構成する妻板などの構造部材に透水用の孔を設けたことを要旨とするものである。
【０００９】
第２に、セグメントピースの地山側の外殻である構造部材を地山側に押出自在な蓋体で構成し、該蓋体のセグメントピース７内側に押出手段を取り付け、蓋体を地山の側に押し出すことでセグメントの地山側に突出する透水用の空洞部を設けることを要旨とするものである。
【００１０】
請求項１記載の本発明によれば、地下水流の流れ方向と直交する方向にシールドトンネルが透水土層に築造された場合であっても、セグメント自体を透水性を有するものとして縦リブや外殻の一部を構成する妻板に透水用の孔を設けたから、透水用の孔からセグメント内に地下水を取り入れて、内部を流すことができ、地下水流の流れが妨げられることはない。よって、該シールドトンネルをはさんでトンネル構築後も地下水流の上流側と下流側で水位に変化が生じることがない。
【００１１】
請求項２記載の本発明によれば、セグメントの地山側に突出する空洞部内を地下水が通過するから、効果的に地下水を通すことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明のシールドトンネルの第１実施形態を示す正面図で、不透水土層３，３の間に透水土層２の存在する地層の、主として前記透水土層２の箇所で地下水流６の流れ方向に直交するように築造されるシールドトンネル１について説明する。
【００１３】
シールドトンネル１は、周知のようにセグメントピース７をトンネルの周方向にリング状に接合するとともに、リング間も接合してトンネルとするものであるが、透水手段として第１実施形態ではセグメントピース７そのものを透水性を有するものに形成する。
【００１４】
図２は第１実施形態を示すセグメントピース７間の継手部の縦断正面図、図３はセグメントピース７の縦断正面図で、図４にも示すように外殻を構成する構造部材８のうち、両端の妻板である継手板９と内部に配置する補強用の縦リブ10とに透水用の孔11を設けて、構造部材８の一部を透水性を有するものに形成した。図中12はセグメントピース７間およびリング間を接合するための箱抜きで形成したボルトボックス、13は結合用のボルトである。
【００１５】
セグメントピース７は外殻内に透水物質14を充填せずに、構造部材８としての継手板９や縦リブ10に透水用の孔11を設けただけの構造として構造部材８だけで透水性を有するものとする。構造部材８の材料としては、例えば、鉄、鋳鉄、ステンレスなどの金属系材料、コンクリートなどの鉱物系材料、プラスチック、硬質ゴム、グラスファイバー、カーボンファイバー、アラミド繊維などの高分子系または新素材系材料があげられ、これらの材料を単体または複合体、もしくは加工体で使用する。
【００１６】
かかるセグメントピース７を透水土層２に配設すれば、図１に示すように地下水流６はセグメントピース７の外殻の地山側からセグメントピース７の内部に浸入し、内部の透水物質14、縦リブ10や継手板９に設けた透水用の孔11を通過してセグメントピース７内を流れをせき止められることなく流れる。
【００１７】
図５、図６はセグメントピース７そのものを透水性を有するものに形成する第１実施形態の他の例を示すもので、セグメントピース７の地山側の外殻である構造部材を地山側に押出自在な蓋体15で構成し、該蓋体15のセグメントピース７内側に押出手段16としてシリンダー、ジャッキ、エアバッグなどを取り付け、この押出手段16の周囲に伸延材注入用の空所17を形成する。
【００１８】
セグメントピース７の坑内側の外殻に逆止弁を設けた伸延材注入口18を設け、該伸延材注入口18と前記空所17を注入管19で連結する。
【００１９】
かかるセグメントピース７を透水土層２に配設する場合は、セグメント組立時には図５に示すように押出手段16を収縮させた状態として蓋体15は突出させないでおく。この状態から、このセグメントピース７に透水機能を付与するには、坑内側の伸延材注入口18から伸延材を空所17に注入し、該伸延材の注入圧で図６に示すように蓋体15を地山20の側に押し出す。
【００２０】
これにより、セグメントピース７の他の部分と蓋体15との間に空洞21が形成されるから、この空洞21を地下水流６の透水部とする。
【００２１】
前記伸延材の材質は、空気、水、油、プラスチック等の高分子材料、その他流動性を有する物質であれば全ての使用が可能である。
【００２２】
また、このような蓋体15を有する特殊セグメントの外殻内に充填する内部材料としては、従来のようなコンクリートなどの不透水性材料でも、前記したような透水物質14でもよい。
【００２３】
内部に充填する透水物質14としては、例えば、鉄、鋳鉄、ステンレスなどの金属系材料を例えばスリット状、パイプ状に加工した加工物、コンクリートなどの鉱物系材料を例えばパイプ状、多孔質状に加工した加工物、砂、砂利その他の類似形状物などの鉱物系材料、プラスチック、硬質ゴム、グラスファイバー、カーボンファイバー、アラミド繊維などの高分子系または新素材系材料の単体またはこれらをパイプ状、多孔質状、発砲状に加工した加工物などがあげられ、これらの材料を単体または複合体で使用する。
【００２４】
なお、パイプ状の加工物の場合、パイプの断面形状は円形に限定されるものではなく、角パイプや異形パイプの使用も可能である。
【００２５】
また、パイプ状の加工物の場合、セグメントピース７の継手板９の箇所に開口する端部の集水部は、スリットパイプ、専用の集水管を使用したり、パイプにスリット加工を施す。
【００２６】
透水材料に砂などの鉱物系材料や多孔質材料、発砲体を使用する場合は、セグメントピース７の地山側に面する外殻の鋼材はスリットを形成したものを使用したり、あるいは、この箇所には外殻の鋼材を設けないこととして、地山側からの集水が阻害されないようにする。
【００２７】
不透水性材料を使用する場合は、図７に示すように地下水流６がセグメントピース７を通過して上流から下流へと流れるようにするには空洞21をセグメントリングの半周または全周にわたって設ける必要がある。
【００２８】
他方、セグメントリングを構成する他のセグメント７の内部材料に透水物質14を使用する場合は、図８に示すように透水土層２に位置して地下水流６の集水口22と放流口23に位置するセグメントピース７にのみ蓋体15を有するものを使用し、この箇所にのみ空洞21を設ければ、ここから集水された地下水は他のセグメントピース７の内部の透水物質14を通過して放流口23から放流される。
【００２９】
これらの透水性を有するセグメントピース７は、透水土層２の部分にのみ組立てられるものであるが、透水性のために組立時にこのセグメントピース７を介して地下水が地山20の側からシールド坑内に浸入するおそれがある。
【００３０】
これに対処するため、図９に示すようにシールド掘進機のスキンプレート24のテールシール25が透水性のセグメントピース７の箇所を通過するまでの間、該セグメントピース７の外側を遮水のための鉄板などの遮水板26で蓋をしておき、テールシール25がこの透水性のセグメントピース７を通過した後、この遮水板26をジャッキやチェーンブロックなどを使用して引っ張り、セグメントピース７の地山側から除去して該セグメントピース７内に地下水が入るようにする。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明のシールドトンネルは、地下水流の流れ方向と直交する方向にシールドトンネルが透水土層に築造された場合であっても、シールドトンネルに地下水流を遮断しないような透水手段を設けたから、この透水手段により地下水流はシールドトンネルにせき止められることなく、該トンネルを通過してトンネル構築前と同じ方向に流れる。よって、該シールドトンネルをはさんでトンネル構築後も地下水流の上流側と下流側で水位に変化が生じることがないから、シールド断面に対する偏土圧、偏水圧がなくなり、軽量で安価なセグメントでトンネル覆工を行うことができる。また、地下水流に影響されずに自由な位置にトンネルを施工できる。
【００３２】
そして、セグメント自体を透水性を有するものとして縦リブや外殻の一部を構成する妻板などの構造部材に透水用の孔を設けたから、透水用の孔からセグメント内に地下水を取り入れて、内部を流すことができ、地下水流の流れが妨げられることはない。
【００３３】
あるいは、セグメントの地山側に突出する空洞部内を地下水が通過するから、セグメントへの地下水の集水口や放水口の箇所にのみこの形態のセグメントを配置し、集水口から放水口への地下水の通過部にはセグメント自体が透水性を有するタイプのものを配置することで、効果的に地下水を通すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のシールドトンネルの実施形態を示す正面図である。
【図２】  本発明のシールドトンネルの実施形態を示す要部の縦断正面図である。
【図３】  本発明のシールドトンネルの実施形態を示す要部のセグメントピースの縦断正面図である。
【図４】  本発明のシールドトンネルの実施形態を示す図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】  本発明のシールドトンネルの実施形態の他の例を示すセグメント組立時の縦断側面図である。
【図６】  本発明のシールドトンネルの実施形態の他の例を示す透水部完成時の縦断側面図である。
【図７】  本発明のシールドトンネルの実施形態の他の例を示す縦断正面図である。
【図８】  本発明のシールドトンネルの実施形態のさらに他の例を示す縦断正面図である。
【図９】  本発明のシールドトンネルの実施形態の施工状態を示す縦断側面図である。
【図１０】  透水土層に築造されるシールドトンネルの説明図である。
【符号の説明】
１…シールドトンネル            ２…透水土層
３…不透水土層                  ４…井戸
５…建物                        ６…地下水流
７…セグメントピース            ８…構造部材
９…継手板                      10…縦リブ
11…孔                          12…ボルトボックス
13…ボルト                      14…透水物質
15…蓋体                        16…押出手段
17…空所                        18…伸延材注入口
19…注入管                      20…地山
21…空洞                        22…集水口
23…放流口                      24…スキンプレート
25…テールシール                26…遮水板
【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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