(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル内部から水圧が負荷されるシールドトンネルの覆工を担う内水圧対応型セグメントであって、トンネル地山に当接されるセグメント外表面に、多孔質材料からなり水の透過及び帯水が可能な溜水層が設けられるとともに、該溜水層と、トンネル内空側に対向したセグメント内表面とを貫通して結ぶことで通水を行う通水孔が設けられることを特徴とする内水圧対応型セグメント。
【請求項２】
前記内水圧対応型セグメントの通水孔内に、トンネル地山側からトンネル内空側への水の流入を抑止する逆止弁を設けたことを特徴とする請求項１に記載の内水圧対応型セグメント。
【請求項３】
前記溜水層の外表面に、トンネル地山側からの土砂、もしくはトンネル地山とセグメントとの間に注入される裏込注入材の流入を抑止する被覆層を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の内水圧対応型セグメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールドトンネルの覆工に用いられるセグメントに関し、特に内水圧が負荷されるシールドトンネルの覆工に用いられるセグメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般のシールドトンネルは、シールド掘進機と呼ばれ、掘進機後部に備わるスプレッダーをセグメントに押圧して推進反力を得つつ掘進機前部がその前端に備えたカッターヘッドにより掘進を行う円筒形の掘進機を用いて掘進施工が行われることが多く、トンネル地山の支保の為に、シールド掘進機後部でブロック状のセグメント（例えば鋼製）をトンネル地山面に沿って連結させてトンネル一次覆工を行い、さらに二次覆工として一次覆工面内周に無筋コンクリートなどを打設してシールドトンネルを形成していた。
【０００３】
特に導水を目的として形成されるシールドトンネルにおいては、そのトンネル内に水が充満して内水圧が負荷されることとなる為、それに対応して、一次覆工のセグメントの桁高を大きくして剛性向上を図り、さらにセグメント同士の連結構造を強化することで一次覆工を担うセグメント全体の構造強度を増大させたり、あるいは、上記二次覆工に無筋ではなく鉄筋コンクリートを打設して二次覆工の強度向上を図ったりといった措置を講じることがあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シールドトンネルに生じる内水圧に対し、上記のうち特にセグメントの桁高を大きくして剛性向上を図ったり、セグメント同士の連結構造強化を図るといった従来の対応策によれば、セグメント単価が上昇してコスト増を招くとともに、セグメントの一個あたりの重量が増加することで運搬及び連結設置に要する各種機器の能力や配置数を増大させる必要が生じてきたり、また、一次覆工の巻き厚が厚くなってトンネル内空容積が減少するといったおそれが生じる。
【０００５】
さらに、従来のセグメント同士の連結構造強化を図れば、構造の複雑化や、それに伴う施工効率の低下を招くといったおそれが生じる。
【０００６】
つまり、内水圧に抗してセグメント強度を向上させるという考えのもとでは、水圧に応じて構成部材を大きく肉厚にするといったいわゆる後手に回った措置を講じることをいたずらに繰り返すこととなるのである。
【０００７】
従って、上記いずれの対応策をとることとなっても、経済性と施工性の両面について著しい低下をみることとなりやすい。
【０００８】
そこで、本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、簡便な構造を有して運搬及び設置が容易で、しかもシールドトンネル内にかかる内水圧に無関係に無理なく覆工構造強度を維持することが可能であり、良好な施工性と経済性とを発現する内水圧対応型セグメントを提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記目的を達成するためになされたもので、トンネル内部から水圧が負荷されるシールドトンネルの覆工を担う内水圧対応型セグメントであって、トンネル地山に当接されるセグメント外表面に、多孔質材料からなり水の透過及び帯水が可能な溜水層が設けられるとともに、該溜水層と、トンネル内空側に対向したセグメント内表面とを貫通して結ぶことで通水を行う通水孔が設けられることを特徴とする。
【００１０】
また、前記内水圧対応型セグメントの通水孔内に、トンネル地山側からトンネル内空側への水の流入を抑止する逆止弁を設けたことを特徴とする。
【００１１】
さらに、前記溜水層の外表面に、トンネル地山側からの土砂、もしくはトンネル地山とセグメントとの間に注入される裏込注入材の流入を抑止する被覆層を設けたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の内水圧対応型セグメントを、滝Ｆ上流部から滝Ｆ下流部の発電施設Ｅに至るシールドトンネル１０に用いた例を示す説明図である。
【００１４】
本発明の内水圧対応型セグメント２０を用いてシールドトンネル１０を施工する場合、例えば本実施例の様に発電導水用のものであれば、滝Ｆ上流部の流水水位と地下水位とを勘案して掘削開始の縦坑ポイント１２を決め、縦坑の開削につづいて係る縦坑にシールド掘進機を搬入する。
【００１５】
搬入されたシールド掘進機は、掘進機後部に備わるスプレッダーを既設セグメントに押圧して推進反力を得つつ掘進機前部がその前端に備えたカッターヘッドにより掘進施工を行う。
【００１６】
掘進中はトンネル地山１１の支保の為に、シールド掘進機後部で本発明の内水圧対応型セグメント２０をトンネル地山面に沿って連結させてトンネル一次覆工を行う。
【００１７】
図２は、上記の内水圧対応型セグメント２０を示す概略図であり、係る内水圧対応型セグメント２０とは、例えば側面略台形状で鋼製の一般的なセグメント本体２０ａの外表面に、多孔質材料（例えばポーラスコンクリート）からなる溜水層２０ｂが設けられるものである。
【００１８】
また、上記溜水層２０ｂと、トンネル内空側に対向したセグメント内表面とを貫通して、通水孔２０ｃが設けられる。（本実施例中では、通水孔２０ｃにさらに管状の通水筒を挿入したものを図示している。）
溜水層２０ｂ及び通水孔２０ｃの機能として、トンネル地山１１からの湧出水と、シールドトンネル１０内の圧力水とを溜水層２０ｂ中の多孔体に適宜留めつつ相互に流通可能にすることで、地下水圧とシールドトンネル内水圧とに生じる圧力差を打ち消し合って、セグメント他トンネル構造に作用する応力を低減するのである。
【００１９】
図３は図２におけるＡ−Ａ線に沿った断面図であり、かかる内水圧対応型セグメント２０がトンネル地山１１に施工された状態を示す。
【００２０】
施工が行われるトンネル地山１１表面とセグメント２０との間には図に示すように、まず、本発明の内水圧対応型セグメント２０が一次覆工として施工された後、裏込め材３０が注入される。
【００２１】
この裏込め材３０は、トンネル地山１１表面の崩壊を防止するとともに、本発明の内水圧対応型セグメント２０とトンネル地山１１とを確実に結びつけ、僅かな透水性も有して、トンネル地山１１からの湧出水と、シールドトンネル１０内の圧力水との相互流通を可能にする。
【００２２】
図４は、その通水孔２０ｃ内部に逆止弁２０ｄを設けた内水圧対応型セグメント２０の断面図である。
【００２３】
図４に示す内水圧対応型セグメント２０は、セグメントとしての基本的構造は上述のものと変わらないが、その通水孔２０ｃ内部に、例えば水の透過方向を一方向に限定する半透膜などにより構成された逆止弁２０ｄが設けられており、トンネル地山１１側からの水の流入を抑止する機能を備える。
【００２４】
また上記とは別に、溜水層２０ｂ外表面に、トンネル地山１１側からの土砂、もしくはトンネル地山１１とセグメント２０との間に注入される裏込め材３０の流入を抑止する被覆層を設けた内水圧対応型セグメントを採用することも出来る。
【００２５】
上記に関し、シールドトンネル１０内の圧力水がトンネル地山１１へと拡散する速度をコントロールして、含水量の増大に伴う地山崩壊や軟弱化を抑止する為、透水係数を左右する細孔径に基づいて、溜水層２０ｂを形成する多孔質材料を適宜選択変更するといった措置が必要である。
【００２６】
本実施例においては、内水圧対応型セグメント一つに対し、通水孔一つを設けた例を示したが、これに限らず、内水圧や水量などに応じて設置数を増加させることも出来る。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の内水圧対応型セグメントによれば、一般のトンネルセグメント表面に溜水層を備え、さらに、係る溜水層とセグメント内表面とを連結するように通水孔を備えるといった比較的単純な構造であって、従来の内水圧対応型セグメントの如く、シールドトンネル内の内水圧に対抗し、桁高を大きくして剛性向上を図ったり、セグメント同士の連結構造強化を図ったりといった措置を施したセグメントではない。
【００２８】
したがって、桁高の増大に伴って、セグメント単価が上昇してコスト増を招くとともに、セグメントの一個あたりの重量が増加することで運搬及び連結設置に要する各種機器の能力や配置数を増大させる必要が生じてきたり、また、一次覆工の巻き厚が厚くなってトンネル内空容積が減少するといったおそれが生じることがない上、セグメント同士の連結構造強化に伴う構造の複雑化や、それによる施工効率の低下を招くといったおそれも解消される。
【００２９】
つまり、本発明の内水圧対応型セグメントは、内水圧に抗してセグメント強度を向上させるという従来の思考法から脱却し、内水圧に応じ通水孔及び溜水層を介してトンネル内部と地山とを圧力的に無理なく平衡させ、それにより覆工構造強度を容易に維持することが可能であり、上記の効果と併せて、経済性と施工性の両面についての著しい向上を図ることにつながるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内水圧対応型セグメントを用いた、滝上流部から滝下流部の発電施設に至るシールドトンネルの施工例を示す説明図である。
【図２】本発明の内水圧対応型セグメントを示す概略図である。
【図３】図２の内水圧対応型セグメントのＡ−Ａ線に沿った断面図であり、かかるセグメントがトンネル地山に施工された状態を示す。
【図４】内水圧対応型セグメントの断面図であり、通水孔内部に逆止弁が設けられた状態を示す。
【符号の説明】
１１  トンネル地山
２０  内水圧対応型セグメント
２０ｂ  溜水層
２０ｃ  通水孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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