(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超大断面トンネルの外殻を小断面の単体シールドの連鎖で形成する外殻先行トンネル工法において、隣接する単体シールド同士の間にシールド機の推進に支障がない間隔を確保して施工した後に前記間隔部分の土を掘削して、単体シールドを構成する鋼殻の主桁同士が鋳鋼製の板状のエンドプレートと鋳鋼製の球形状のワッシャーを介してボルトとナットで接合される接合部構造であり、
単体シールドを構成する鋼殻の主桁は、超大断面トンネルの周方向に複数平行に設けられ、前記主桁の角隅部における主桁間に、厚肉で剛性が高い鋳鋼製のエンドプレートが同主桁と直角方向に溶接接合して、隣接する単体シールドのエンドプレート同士が対面する配置に設けられていること、
前記球形状のワッシャーのナット当接面を除く外周面は、隣接する単体シールドの鋼殻の主桁の位置ずれに相当する角度に回転自在な球形状に形成され、前記エンドプレートには、複数のボルト孔が、該ボルト孔のワッシャー当接部を前記球形状のワッシャーの外周面を受容する球面凹状の受容部に形成され、つづいて前記受容部を基点として鋼殻の主桁の位置ずれを許容する角度の末広がり形状の孔に形成されており、前記エンドプレートの受容部内に受容された球形状のワッシャーに通したボルトと、同ボルトにねじ込んだナットとで接合されていることを特徴とする、外殻先行トンネル工法における単体シールド相互の接合部構造。
【請求項２】
超大断面トンネルの外殻を小断面の単体シールドの連鎖で形成する外殻先行トンネル工法において、隣接する単体シールド同士の間にシールド機の推進に支障がない間隔を確保して施工した後に前記間隔部分の土を掘削して、単体シールドを構成する鋼殻の主桁同士を鋳鋼製の板状のエンドプレートと鋳鋼製の球形状のワッシャーを使用してボルトとナットにより接合する方法であり、
単体シールドを構成する鋼殻の主桁は、超大断面トンネルの周方向に複数平行に設け、前記主桁の角隅部における主桁間に、厚肉で剛性が高い鋳鋼製のエンドプレートを同主桁と直角方向に溶接接合して、隣接する単体シールドのエンドプレート同士を対面する配置に設けること、
前記球形状のワッシャーのナット当接面を除く外周面を、隣接する単体シールドの鋼殻の主桁の位置ずれに相当する角度に回転自在な球形状に形成すること、
エンドプレートに、複数のボルト孔を、該ボルト孔のワッシャー当接部が前記球形状のワッシャーの外周面を回転自在に受容する球面凹状の受容部に形成し、つづいて前記受容部を基点として鋼殻の主桁の位置ずれを許容する角度の末広がり形状の孔に形成すること、
前記対面するエンドプレート同士の対応するボルト孔にボルトを通し、そのボルト端部に前記球形状のワッシャーを通して受容部内に定着させた後、ナットをねじ込んで球形状のワッシャーのナット当接面に締め付けて接合すること、
をそれぞれ特徴とする、外殻先行トンネル工法における単体シールド相互の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超大断面トンネルを小断面のシールド工法で施工する外殻先行トンネル工法の技術分野に属し、さらに言えば、外殻を形成する単体シールド相互の接合部構造及び接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超大断面トンネルの外殻を小断面のシールド工法で先行施工する方法として、図６に例示したように、トンネルの外殻部分を小断面のシールド工法による単体シールドＫの連鎖で形成し、隣接する単体シールドＫを相互に一連に接合した後に内側の本体トンネルＴを掘削して完成する、所謂外殻先行トンネル工法が提案されている（例えば特開平７−２２４５８７号公報記載の施工方法を参照。）。この外殻先行トンネル工法によれば、縦×横が２０ｍ×３０ｍ程度の超大断面矩形トンネルの構築も、余堀り無しに容易に可能である。因みに、個々の単体シールドＫの大きさは、縦×横が２．５ｍ×（５．０〜７．５ｍ）程度である。
【０００３】
ところで、前記外殻先行トンネル工法の施工に際しては、縦方向及び横方向に隣り合う単体シールドＫ、Ｋ同士の間に、シールド機の推進に支障がないだけの間隔Ｌ1又はＬ2を確保して施工が進められる。従って、各単体シールドＫを構築した後には、前記間隔部分Ｌ1、Ｌ2の土を掘削し、一連に一体的に接合する工程が実施される。
【０００４】
しかるに、前記のように施工された隣接の単体シールドＫ、Ｋ同士は、図７に例示したように、鉛直方向、水平方向、及び軸方向に大なり小なりの施工誤差を生じる。このため各接合部構造は前記の施工誤差を前提とし許容する構成でなくてはならない。
【０００５】
そこで従来、単体シールド同士を接合する接合部構造としては、例えば図８に示したように、Ｄ５１（外径が５１ｍｍ）の鉄筋Ｓを長く配置する鉄筋コンクリート造構造の接合手段が検討されてきた。
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の図８のような鉄筋コンクリート造構造の接合手段の場合は、次のような問題点が指摘されている。
【０００７】
▲１▼単体シールドＫの内側に鉄筋Ｓを配筋するため、引張鉄筋の有効高さが鋼殻１の桁高分だけ小さくなる。その結果、所定の曲げモーメントを確保するには鉄筋Ｓの量が多くなるので、合理的、経済的な接合部構造とは言えない。因みに、鉄筋Ｓの配置及び配筋量は、図９Ａ、Ｂに例示したようになる。
【０００８】
▲２▼接合部の鉄筋応力を鋼殻本体へ伝達するためには、鉄筋Ｓの単体シールド側への定着長（図８中の符号Ｗを参照）が長くなり、図８の左右方向に隣り合う接合部と交差する場合がある。たとえ交差しないまでも、長い鉄筋Ｓが単体シールドＫの内部に多く突出する結果、鉄筋Ｓの組み立て作業に支障をきたすほか、単体シールドＫの内部空間の利用に種々な制約を受け、各種の関連作業や資材類の運送に支障が生ずる。
【０００９】
▲３▼長さ数ｍのＤ５１の鉄筋Ｓ、それも１段〜３段組の鉄筋を狭い単体シールドの内部空間で組み立てなければならず、鉄筋Ｓの組み立て作業は困難を極める。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、隣接する単体シールドの鋼殻主桁同士をボルトにより直接、且つ簡便に接合して応力の伝達を確実にすること、及び単体シールド相互間の施工誤差、或いは接合部幅の変更が生じても一切測量する必要がなく、適宜に対応できて融通性、施工性に優れ合理的な接合部構造及び接合方法を提供することである。
【００１１】
本発明の異なる目的は、単体シールドの内部空間の有効利用率が高く、運搬車（鋼車）などの利用ができ、他の工種との並行作業が容易に可能であり、工期の大幅な短縮を図れる接合部構造及び接合方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る外殻先行トンネル工法における単体シールド相互の接合部構造は、超大断面トンネルの外殻を小断面の単体シールドＫの連鎖で形成する外殻先行トンネル工法において、隣接する単体シールドＫ、Ｋ同士の間にシールド機の推進に支障がない間隔を確保して施工した後に前記間隔部分Ｌ１、Ｌ２の土を掘削して、単体シールドを構成する鋼殻１、１の主桁２、２同士が鋳鋼製の板状のエンドプレート３と鋳鋼製の球形状のワッシャー５を介してボルト６とナット７で接合される接合部構造であり、
単体シールドＫを構成する鋼殻１の主桁２は、超大断面トンネルの周方向に複数平行に設けられ、前記主桁２の角隅部における主桁２、２間に、厚肉で剛性が高い鋳鋼製のエンドプレート３が同主桁２と直角方向に溶接接合して、隣接する単体シールドＫ、Ｋのエンドプレート３、３同士が対面する配置に設けられていること、
前記球形状のワッシャー５のナット当接面５ａを除く外周面５ｂは、隣接する単体シールドＫ、Ｋの鋼殻１、１の主桁２、２の位置ずれに相当する角度θに回転自在な球形状に形成され、前記エンドプレート３には、複数のボルト孔４が、該ボルト孔４のワッシャー当接部を前記球形状のワッシャー５の外周面５ｂを受容する球面凹状の受容部４ａに形成され、つづいて前記受容部４ａを基点として鋼殻１の主桁２の位置ずれを許容する角度θの末広がり形状の孔に形成されており、前記エンドプレート３の受容部４ａ内に受容された球形状のワッシャー５に通したボルト６と、同ボルト６にねじ込んだナット７とで接合されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明に係る外殻先行トンネル工法における単体シールド相互の接合方法は、超大断面トンネルの外殻を小断面の単体シールドＫの連鎖で形成する外殻先行トンネル工法において、隣接する単体シールドＫ、Ｋ同士の間にシールド機の推進に支障がない間隔を確保して施工した後に前記間隔部分Ｌ１、Ｌ２の土を掘削して、単体シールドを構成する鋼殻１、１の主桁２、２同士を鋳鋼製の板状のエンドプレート３と鋳鋼製の球形状のワッシャー５を使用してボルト６とナット７により接合する方法であり、
単体シールドＫを構成する鋼殻１の主桁２は、超大断面トンネルの周方向に複数平行に設け、前記主桁２の角隅部における主桁２、２間に、厚肉で剛性が高い鋳鋼製のエンドプレート３を同主桁２と直角方向に溶接接合して、隣接する単体シールドＫ、Ｋのエンドプレート３、３同士を対面する配置に設けること、
前記球形状のワッシャー５のナット当接面５ａを除く外周面５ｂを、隣接する単体シールドＫ、Ｋの鋼殻１、１の主桁２、２の位置ずれに相当する角度θに回転自在な球形状に形成すること、
エンドプレート３に、複数のボルト孔４を、該ボルト孔４のワッシャー当接部が前記球形状のワッシャー５の外周面５ｂを回転自在に受容する球面凹状の受容部４ａに形成し、つづいて前記受容部４ａを基点として鋼殻１の主桁２の位置ずれを許容する角度θの末広がり形状の孔に形成すること、
前記対面するエンドプレート３同士の対応する各ボルト孔４にボルト６を通し、そのボルト端部に前記球形状のワッシャー５を通して受容部４ａ内に定着させた後、ナット７をねじ込んで球形状のワッシャー５のナット当接面５ａに締め付けて接合すること、をそれぞれ特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態及び実施例】
請求項１に記載した発明に係る外殻先行トンネル工法における単体シールド相互の接合部構造は、図１〜図４に実施形態を示したように、隣接する単体シールドＫ、Ｋ同士を接合する場合に、特に単体シールドＫを構成する鋼殻１の主桁２、２同士をエンドプレート３と球形状ワッシャー５を介してボルト６とナット７で接合される。
【００１５】
本実施形態における単体シールドＫは、トンネル高さが２５００ｍｍであり、その鋼殻１は４本の主桁２を平行に配置して構成され（図２参照）、その桁高が３００ｍｍ、幅寸が１２００ｍｍである。なお、鋼殻１は、一般的にはスキンプレート１ａと主桁２とで構成されている（図５参照）。
【００１６】
図１は左右に隣接する単体シールドＫ、Ｋ（鋼殻１、１）相互の鉛直方向の位置ずれ（ずれ角度θ）に対応する接合部構造を示している。本実施形態では、接合部の間隔Ｌ2が約２００ｍｍで、発生した位置ずれ量Ｌ3は約１００ｍｍ、ずれ角度θが約１２°の場合を示している。
【００１７】
球形状ワッシャー５は、図３に示したように、鋳鋼製であり、半径３６ｍｍの球体の中心部に直径３８ｍｍのボルト孔５ｄを貫通させると共に、平坦なナット座面５ａから厚さが４４ｍｍの半球形状に形成されている。よって、この球形状ワッシャー５は、上記隣接する単体シールドＫ、Ｋの鋼殻主桁２、２の位置ずれに相当する角度θ（但し、θ≦１２°）に対して回転自在な構成である（図１参照）。
【００１８】
一方、エンドプレート３も鋳鋼製であり、厚肉（厚さ８０ｍｍ）で剛性が高い板状に形成されている。このエンドプレート３は、縦×横の大きさが３５５×１２００ｍｍであり、図２に示した鋼殻１の４本の各主桁２…の角隅部における主桁２、２間に、同主桁２…と直角方向に溶接接合され、隣接する単体シールドＫ、Ｋのエンドプレート３、３同士が対面する配置に設けられている。主桁２との溶接を容易かつ確実ならしめるため、エンドプレート３における主桁２の接合部分に予め凸部を設けることが好適に実施される（図示は省略）。
【００１９】
前記エンドプレート３にボルト孔４が必要数形成されている。当該ボルト孔４は、図２に示したように、主桁２に沿ってその両側に６個所ずつ均等な配置で合計１８個設けられている。各ボルト孔４のワッシャー当接部は、図４に拡大して示したように、前記球形状ワッシャー５の球形外周面５ｂを受容するべく、球形状ワッシャー５の外径と略同径の球面凹状の受容部４ａに形成されている。そして、ボルト孔４は前記受容部４ａにおける口径を５０ｍｍとして、前記鋼殻主桁２の位置ずれ角度θに対してボルト６の傾きを許容する末広がり形状（円錐形状）に形成されている。
【００２０】
次に、上記の構成に基いて、請求項２に記載した発明に係る外殻先行トンネル工法における単体シールド相互の接合方法を説明する。上述したように、隣接する単体シールドの鋼殻主桁同士をエンドプレート３と球形状ワッシャー５を使用してボルト６とナット７で接合する方法として好適に実施される。
【００２１】
図１のように、隣接する単体シールドＫ、Ｋそれぞれのエンドプレート３、３の対応するボルト孔４、４に、所定長さのボルト６（φ＝３６ｍｍ）を通し、同ボルト６の両端部に前記球形状ワッシャー５を通して凹状受容部４ａ内へ定着させる。ボルト６を通すことによって接合するべき鋼殻主桁２、２同士の位置ずれ量Ｌ３、ずれ角度θ等の如何に拘らず、球形状ワッシャー５は受容部４ａ内へきっちり納まり、施工現場において測量等することは一切無用である。
【００２２】
しかる後、前記ボルト６の端部のネジ部分６ａへナット７（外径６１ｍｍ）をねじ込み、同ナット７を球形状ワッシャー５のナット当接面５ａへ強く締め付けて接合作業を完了する。ナット７及び球形状ワッシャー５とボルト６、並びに厚肉で剛性の高いエンドプレート３とが鋼殻主桁２を直接接合するため、隣接する単体シールドの主桁２、２間の応力伝達は確実に行われる。
【００２３】
その上、前記球形状ワッシャー５が、鋼殻主桁２の前記図１に例示した鉛直方向の位置ずれだけでなく、水平方向や軸方向の位置ずれ等、あらゆる態様で位置ずれした単体シールドＫ、Ｋに対して自在に適応し、鋼殻主桁相互の応力を確実に伝達できる自在性、融通性がある。上記実施形態の場合、鋼殻主桁２、２の間隔が４００ｍｍであるため、鉛直方向、水平方向、軸方向に、いずれも最大２００ｍｍの誤差が生じても、当該球形状ワッシャー５をエンドプレート３内で回転させてボルト６は適正方向に配置され、鋼殻主桁２、２相互間の応力伝達を確実なものにする。
【００２４】
また、上述したように、単体シールドの主桁２、２相互の接合部は、球形状ワッシャー５とエンドプレート３を介してボルト６、ナット７により接合した単純な構造であるため、単体シールドＫの内部空間の障害物は発生せず、単体シールドＫ内で人の往来、材料の運搬通路を大きく確保することができる。
【００２５】
【発明の奏する効果】
請求項１、２に記載した発明に係る単体シールド相互の接合部構造及び接合方法は、球形状ワッシャーと厚肉のエンドプレートを介して、ボルト、ナットによって、隣接する単体シールドの鋼殻主桁同士が直接、且つ簡便に接合され、応力伝達が確実に行われ、高品質の単体シールドが提供される。
【００２６】
しかも、単体シールド相互間の施工誤差、或いは接合部幅の変更に対しては、回転自在な球形状ワッシャーによりボルトを適正方向に配置できるので、施工現場により個別に異なる施工誤差をいちいち測量する必要がなく、作業効率の飛躍的な進歩が図られる。
【００２７】
また、単体シールドの内部空間の有効利用率が高く、運搬者（鋼車）などの利用ができ、他の工種との並行作業が容易に可能であるから、工期の大幅な短縮にも寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る接合部構造を主要部分について示した正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視方向に見たエンドプレートの裏面図である。
【図３】球形状ワッシャーを示した側面図と一部破断した正面図である。
【図４】図１のエンドプレート部分を拡大して示した断面図である。
【図５】鋼殻の構造を示した断面図である。
【図６】外殻先行トンネル工法の実施例を示す断面図である。
【図７】隣接する単体シールドの位置ずれの説明図である。
【図８】隣接する単体シールドを接合する従来技術の説明図である。
【図９】Ａ、Ｂは従来の接合鉄筋の配置説明図である。
【符号の説明】
Ｋ    単体シールド
１    鋼殻
２    主桁
３    エンドプレート
４    ボルト孔
４ａ  受容部
５    球形状ワッシャー
５ａ  ナット当接面
５ｂ  外周面
６    ボルト
７    ナット
θ    位置ずれ角度
【図１】
0004051144.tif 000002
【図２】
0004051144.tif 000003
【図３】
0004051144.tif 000004
【図４】
0004051144.tif 000005
【図５】
0004051144.tif 000006
【図６】
0004051144.tif 000007
【図７】
0004051144.tif 000008
【図８】
0004051144.tif 000009
【図９】
0004051144.tif 000010