(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
小断面シールドにより、構築されるべき矩形大断面トンネルの断面領域において割り付けられる一番目の小断面シールドトンネルを地中に設置する一番目設置工程と、
小断面シールドにより、前記一番目設置工程で地中に設置された小断面シールドトンネルに、前記矩形大断面トンネルの断面領域において割り付けられる二番目以後の小断面シールドトンネルを、添設する二番目添設工程と、
前記一番目設置工程及び前記二番目添設工程で地中に設置された小断面シールドトンネルのうち隣り合うもの同士を接合するトンネル接合工程と、
前記トンネル接合工程の後に、前記小断面シールドトンネルの外殻部のうち前記矩形大断面トンネルの構造に係らない部分を撤去する部分撤去工程と、を含む矩形大断面トンネルの構築方法であって、
前記二番目添設工程で添設される前記二番目以後の小断面シールドトンネルは、添設に係る部分を欠く断面形状であることを特徴とする、
矩形大断面トンネルの構築方法。
【請求項２】
小断面シールドにより、構築されるべき矩形大断面トンネルの断面領域において割り付けられる一番目の小断面シールドトンネルを地中に設置する一番目設置工程と、
小断面シールドにより、前記一番目設置工程で地中に設置された小断面シールドトンネルに、前記矩形大断面トンネルの断面領域において割り付けられる二番目以後の小断面シールドトンネルを、添設する二番目添設工程と、
前記一番目設置工程及び前記二番目添設工程で地中に設置された小断面シールドトンネルのうち隣り合うもの同士を接合するトンネル接合工程と、
前記トンネル接合工程の後に、前記小断面シールドトンネルの外殻部のうち前記矩形大断面トンネルの構造に係らない部分を撤去する部分撤去工程と、を含む矩形大断面トンネルの構築方法であって、
前記小断面シールドトンネルの外殻部のうち、前記矩形大断面トンネルの構造部分を鉄筋コンクリート製のセグメントで構成し、前記矩形大断面トンネルの構造に係らない部分を鋼製のセグメントで構成することを特徴とする、
矩形大断面トンネルの構築方法。
【請求項３】
前記部分撤去工程の後に、撤去した前記小断面シールドトンネルの外殻部に係る部分を前記二番目添設工程又は他の矩形大断面トンネルの構築で転用する部分転用工程を含むことを特徴とする、
請求項１又は請求項２に記載の矩形大断面トンネルの構築方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として道路や鉄道などの下を横断するトンネルの構築に用いられる矩形大断面トンネルの構築方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の矩形大断面トンネルの構築方法としては、例えばトンネルになる函体（プレキャストコンクリート構造物）を牽引ジャッキやＰＣ鋼線で牽引しながら地中を推進させることにより、矩形大断面トンネルを構築するというフロンテジャッキング工法がある。
【０００３】
かかるフロンテジャッキング工法は、施工中のトンネルの上における交通の安全確保の必要性が相当に大きい、道路や鉄道などの下（盛土部分）を横断するトンネルの構築で用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかるフロンテジャッキング工法では、本来的に以下のような不都合を内在している。
【０００５】
（１）切羽が開放されているため、地山の崩壊を防ぐために、矩形大断面トンネルの外側に沿って門型にパイプルーフを打設するという本来のトンネル構築工法とは別個に補助工法を併用することが必要となる。
【０００６】
（２）函体を牽引するという専門性、技術性が必要とされるため、先進導坑工など、付帯工法が数多く必要となり、施工が不可避的に長期化する。
【０００７】
（３）函体の牽引時に地山を引き込みやすく、地盤の変状を起こしやすい。また、補助工法を併用しているが、大断面のため、地表面の沈下が大きく発生しやすい。
【０００８】
そこで、かかる不都合を解消する矩形大断面トンネルの構築方法としては、小断面シールドにより、矩形大断面トンネルの外側に沿って割り付けられる複数の小断面シールドトンネルを地中で独立に設置して外殻部を構築すると共に、該外殻部の内部をシールド工法によらずに掘削して矩形大断面トンネルを構築するという外殻部先行型シールド工法がある。
【０００９】
しかしながら、かかる外殻部先行型シールド工法では、図５に示すように、小断面シールドトンネル１０１相互間にできる隙間領域１０２を掘削し、更に鉄筋を組立て、コンクリートの打設を行い、これにより矩形大断面トンネルの外殻部を一体構造とする必要があることから、本来的に以下のような不都合を内在している。
【００１０】
（１）隙間領域の施工では、隙間領域１０２の掘削に先行して小断面シールドトンネルの外殻部のうち隙間領域に係る部分１０４を撤去し、かつ、屋根１０５の架設により地山を支保する必要があり、また、重機が使えないために人力掘削となり、更に、鉄筋等の組立も実際上かなり複雑化する結果、非常に煩雑で時間のかかる作業を余儀なくされる。
【００１１】
（２）撤去する小断面シールドトンネル１０１の外殻部が非常に厚いのにも拘わらず、再利用ができないため、資材の無駄が発生してしまい、きわめて不経済、不合理な結果となる。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、地盤の変状及び地表面の沈下を有効に回避しながら、作業の簡略化及び合理化、ひいては工期の短縮化を図ることができる矩形大断面トンネルの構築方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明に係る矩形大断面トンネルの構築方法は、小断面シールドにより、構築されるべき矩形大断面トンネルの断面領域において割り付けられる一番目の小断面シールドトンネルを地中に設置する一番目設置工程と、小断面シールドにより、前記一番目設置工程で地中に設置された小断面シールドトンネルに、前記矩形大断面トンネルの断面領域において割り付けられる二番目以後の小断面シールドトンネルを、添設する二番目添設工程と、前記一番目設置工程及び前記二番目添設工程で地中に設置された小断面シールドトンネルのうち隣り合うもの同士を接合するトンネル接合工程と、前記トンネル接合工程の後に、前記小断面シールドトンネルの外殻部のうち前記矩形大断面トンネルの構造に係らない部分を撤去する部分撤去工程と、を含むことを特徴としている。
【００１４】
すなわち、本発明は、地中に先行設置した小断面シールドトンネルに対して二番目以後の小断面シールドトンネルを添設し、小断面シールドトンネルの隣り合うもの同士の接合後に、矩形大断面トンネルの構造と無関係な小断面シールドトンネルの外殻部を撤去するという技術的手段を実現することにより、地盤の変状及び地表面の沈下を有効に回避しながら、作業の簡略化及び合理化、ひいては工期の短縮化を図ることができる矩形大断面トンネルの構築方法の提供を可能にする。
【００１５】
このような技術的手段において、前記二番目添設工程において、「…小断面シールドトンネルに、…二番目以後の小断面シールドトンネルを、添設する」には、小断面シールドトンネルに、二番目以後の小断面シールドトンネルを、当接させて添設するような場合のみならず、小断面シールドトンネル間に隙間領域ができた状態で添設するが、隙間領域の幅寸法が非常に小さい場合も含まれる。
【００１６】
隙間領域の幅寸法が非常に小さい場合であれば、小断面シールドトンネルの外殻部のうち隙間領域に係る部分を撤去しなくても、ボルト等により、小断面シールドトンネル間の接合が可能であり、また、隙間領域における、地山の支保、鉄筋等の組立、コンクリートの打設等が全く不要であり、更に掘削も殆ど不要であり、よって、本発明に基づく効果の享受が十分に可能といえるからである。
【００１７】
ただし、作業の簡略化及び合理化をより徹底しようとする観点からすれば、前記二番目添設工程で添設される前記二番目以後の小断面シールドトンネルは、添設に係る部分を欠く断面形状であることが好ましい。
【００１８】
また、資材の有効活用化を図るという観点からすれば、前記部分撤去工程の後に、撤去した前記小断面シールドトンネルの外殻部に係る部分を前記二番目添設工程又は他の矩形大断面トンネルの構築で転用する部分転用工程を含むことが好ましい。
【００１９】
【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。
◎実施の形態１
図１は本発明の実施の形態１が適用された矩形大断面トンネルの概略構成を示す横断面図（図１（ａ）は部分撤去工程開始前の状態を示す、図１（ｂ）は全工程終了後の状態を示す）、図２は該矩形大断面トンネルにおける小断面シールドトンネルの接合部の構成を示す横断面図、図３は該矩形大断面トンネルで用いる小断面シールドのテール部の構成を示す斜視図である。
【００２０】
この実施の形態１が適用された、部分撤去工程開始前の矩形大断面トンネル１は、図１（ａ）に示すように、断面領域において上下方向に２段で及び横方向に３列で割り付けられる矩形の小断面シールドトンネル２（第１小断面シールドトンネル２ａ、第２小断面シールドトンネル２ｂ、第３小断面シールドトンネル２ｃ、第４小断面シールドトンネル２ｄ、第５小断面シールドトンネル２ｅ、第６小断面シールドトンネル２ｆ）を地中に設置してなるものである。
【００２１】
ここで、この小断面シールドトンネル２の外殻部は、鉄筋コンクリート製のセグメント１１のみによって構成されている。
【００２２】
すなわち、第１小断面シールドトンネル２ａは、図１（ａ）に示すように、矩形の外殻部を等分割したＬ型形状のセグメント１１ａの４片のうちの３片と、余りの１片のセグメント１１ａを２片に分割した一方であるＬ型形状のセグメント１１ｂと、余りの１片のセグメント１１ａを２片に分割した他方であるＩ型形状のセグメント１１ｃとをボルト（図示外）で締結してなるものである。
【００２３】
また、第２小断面シールドトンネル２ｂ〜第６小断面シールドトンネル２ｆは、図１（ａ）に示すように、矩形の外殻部を等分割したＬ型形状のセグメント１１ａの４片のうちの３片と、余りの１片のセグメント１１ａを２片に分割した一方であるＬ型形状のセグメント１１ｂとをボルト（図示外）で締結してなるものである。
【００２４】
すなわち、第２小断面シールドトンネル２ｂ〜第６小断面シールドトンネル２ｆは、第１小断面シールドトンネルと異なり、添設に係る部分において配置されるはずのＩ型形状のセグメント１１ｃを欠く断面形状となっている。
【００２５】
一方、全工程終了後の矩形大断面トンネル１は、図１（ｂ）に示すように、地中に設置された小断面シールドトンネル２の外殻部のうち矩形大断面トンネル１の構造に係らない部分が撤去されたものとなっている。
【００２６】
すなわち、第１小断面シールドトンネル２ａでは、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、３片のセグメント１１ａのうち、矩形大断面トンネル１の構造と無関係である１片と、セグメント１１ａを２片に分割した一方であるＩ型形状のセグメント１１ｃとが撤去されている。
【００２７】
また、第３小断面シールドトンネル２ｃ、第４小断面シールドトンネル２ｄ、及び第６小断面シールドトンネル２ｆでは、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、３片のセグメント１１ａのうち、矩形大断面トンネル１の構造と無関係である１片が撤去されている。
【００２８】
更に、第２小断面シールドトンネル２ｂ、及び第５小断面シールドトンネル２ｅでは、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、３片のセグメント１１ａのうち、矩形大断面トンネルの構造と無関係である２片が撤去されている。
【００２９】
他方、矩形大断面トンネル１の構造に係る部分をなす小断面シールドトンネル２のうち隣り合うもの同士は、図２に示すように、夫々の突起部２１が長ボルト２２及び短ボルト２３で縫われて締結されるという方法で接合されている。
【００３０】
これにより、全工程終了後の矩形大断面トンネル１は、一体構造となり外力に対して抵抗する剛性を発揮することになる。
【００３１】
次に、図１〜図３を用いて、この実施の形態１に係る矩形大断面トンネル１の構築方法について説明する。尚、この実施の形態１に係る矩形大断面トンネル１は、第１小断面シールドトンネル２ａ〜第６小断面シールドトンネル２ｆの順で施工されることになる。
【００３２】
（１）一番目設置工程
まず、小断面シールド（図示外）により、構築されるべき矩形大断面トンネル１の断面領域において割り付けられる一番目の第１小断面シールドトンネル２ａを地中に設置する一番目設置工程が行われる。
【００３３】
すなわち、一方では、図示しないが、ガーダー部でジャッキによるシールドの推進が行われ、フード部で切削機構による地山の掘削が行われ、テール部でエレクターによる鉄筋コンクリート製のセグメント１１の組立が行われる。
【００３４】
そして、他方では、図示しないが、組立がされた鉄筋コンクリート製のセグメント１１の外周にできた空隙に対してモルタル注入が行われるのである。
【００３５】
（２）二番目添設工程
次に、小断面シールド（図示外）により、一番目設置工程で地中に設置された第１小断面シールドトンネル２ａに、矩形大断面トンネル１の断面領域において割り付けられる二番目以後の第２小断面シールドトンネル２ｂ〜第６小断面シールドトンネル２ｆを、添設する二番目添設工程が行われる。
【００３６】
すなわち、第１小断面シールドトンネル２ａに第２小断面シールドトンネル２ｂを添設する場合を例とすると、一方では、一番目設置工程で用いた小断面シールドは、第１小断面シールドトンネル２ａに接しながら、地山の掘進、及びセグメントの組立を行い、他方では、モルタル注入を行うのである。
【００３７】
このとき、シールドとして小断面のものを用いているため、地山の掘進等の一連の作業中において地盤の変状や地表面の沈下を招く虞はない。
【００３８】
この二番目添設工程で設置される第２小断面シールドトンネル２ｂ〜第６小断面シールドトンネル２ｆは、セグメント１１ｃを欠く断面形状となっていることから、その分だけ作業の簡略化及び合理化がより徹底できることとなる。
【００３９】
尚、第２小断面シールドトンネル２ｂ〜第６小断面シールドトンネル２ｆの構築で用いる小断面シールドにおいては、セグメント１１ｃを欠く断面形状とした関係上、図３に示すように、テール部が特殊形状になっている。
【００４０】
例えば、第２小断面シールドトンネル２ｂ及び第３小断面シールドトンネル２ｃの構築では、図３（ａ）に示すように、右側が空いた形状を有するテール部２４を用い、また、第４小断面シールドトンネル２ｄの構築では、図３（ｂ）に示すように、下側が空いた形状を有するテール部２５を用い、第５小断面シールドトンネル２ｅ及び第６小断面シールドトンネル２ｆの構築では、図３（ｃ）に示すように、左側及び下側が空いた形状を有するテール部２６を用いるのである。
【００４１】
（３）トンネル接合工程
そして、（１）一番目設置工程及び（２）二番目添設工程で地中に設置された小断面シールドトンネル２のうち隣り合うもの同士を接合するトンネル接合工程が行われる。
【００４２】
すなわち、隣り合う小断面シールドトンネル２の突起部２１が長ボルト２２及び短ボルト２３で縫われて締結されることにより、矩形大断面トンネル１は、一体構造となるのである。
【００４３】
このトンネル接合工程により一体構造となった矩形大断面トンネル１は、外力に対して抵抗する剛性を発揮できるようになる。
【００４４】
（４）部分撤去工程
そして、（３）トンネル接合工程の後に、小断面シールドトンネル２の外殻部のうち矩形大断面トンネル１の構造に係らない部分を撤去する部分撤去工程が行われる。
【００４５】
すなわち、第１小断面シールドトンネル２ａ〜第６小断面シールドトンネル２ｆにおいて、矩形大断面トンネル１の構造と無関係である、セグメント１１ａ及びセグメント１１ａを２片に分割した一方であるＩ型形状のセグメント１１ｃが撤去されることになる。
【００４６】
（５）部分転用工程
そして、（４）部分撤去工程の後に、撤去した小断面シールドトンネル２の外殻部に係る部分を（２）二番目添設工程で転用する部分転用工程が行われる。
【００４７】
すなわち、（４）部分撤去工程で撤去した小断面シールドトンネル２の外殻部に係る部分である、セグメント１１ａ及びセグメント１１ｃのうち、セグメント１１ａを（２）二番目添設工程（例えば第３小断面シールドトンネル２ｃの添設等）で転用することにより、資材の有効活用が図られることになる。
【００４８】
したがって、この実施の形態に係る矩形大断面トンネル１の構築方法によれば、地中に先行設置した小断面シールドトンネル２に順次後行する小断面シールドトンネル２を添設した上で、小断面シールドトンネル２の隣り合うもの同士を接合し、矩形大断面トンネル１の構造と無関係な小断面シールドトンネル２の外殻部を撤去することとしたので、地盤の変状及び地表面の沈下を有効に回避しながら、作業の簡略化及び合理化、ひいては工期の短縮化が図られることになる。
【００４９】
◎実施の形態２
図４は本発明の実施の形態２が適用された矩形大断面トンネルの概略構成を示す横断面図（図４（ａ）は部分撤去工程開始前の状態を示す、図４（ｂ）は全工程終了後の状態を示す）である。尚、実施の形態１と同様な構成要素については実施の形態１と同様な符号を付してここではその詳細な説明を省略する。
【００５０】
実施の形態１では、小断面シールドトンネル２で用いるセグメントの厚さが矩形大断面トンネル１の構造部分の厚さで決定されるところ、矩形大断面トンネル１の構造に係らない部分は外力を負担しないので、小断面シールドトンネル２の外殻部のすべてを矩形大断面トンネル１の構造部分と同一の厚さとする必要がない。
【００５１】
すなわち、この実施の形態２は、実施の形態１と略同様であるが、実施の形態１と異なり、部分撤去工程開始前の矩形大断面トンネル１にあっては、小断面シールドトンネル２の外殻部のうち、矩形大断面トンネル１の構造部分に用いられる鉄筋コンクリート製のセグメント３１と、矩形大断面トンネル１の構造に係らない部分に用いられる鋼製のセグメント３２とで構成されている。
【００５２】
すなわち、第１小断面シールドトンネル２ａ、第３小断面シールドトンネル２ｃ、第４小断面シールドトンネル２ｄ、及び第６小断面シールドトンネル２ｆは、図４（ａ）に示すように、矩形の外殻部を分割した鉄筋コンクリート製のＬ型形状で長尺のセグメント３１ａの２片と、鉄筋コンクリート製のＬ型形状で短尺のセグメント３１ｂと、１片の鋼製でＬ型形状のセグメントを２片に分割した一方であるＬ型形状のセグメント３２ａと、１片の鋼製でＬ型形状のセグメントを２片に分割した他方であるＩ型形状のセグメント３２ｂとをボルト（図示外）で締結してなるものである。
【００５３】
また、第２小断面シールドトンネル２ｂ、及び第５小断面シールドトンネル２ｅは、図４（ａ）に示すように、矩形の外殻部を分割した鉄筋コンクリート製のＬ型形状で長尺のセグメント３１ａと、鉄筋コンクリート製のＬ型形状で短尺のセグメント３１ｂと、１片の鋼製でコ字型形状のセグメントを３片に分割した一片であるＬ型形状のセグメント３２ａと、１片の鋼製でコ字型形状のセグメントを３片に分割した別の一片であるＩ型形状のセグメント３２ｃと、１片の鋼製でコ字型形状のセグメントを３片に分割した他の一片であるＬ型形状のセグメント３２ｄとをボルト（図示外）で締結してなるものである。
【００５４】
一方、全工程終了後の矩形大断面トンネル１にあっては、図４（ｂ）に示すように、地中に設置された小断面シールドトンネル２の外殻部のうち矩形大断面トンネル１の構造に係らない部分が撤去されたものとなっている。
【００５５】
すなわち、第１小断面シールドトンネル２ａ、第３小断面シールドトンネル２ｃ、第４小断面シールドトンネル２ｄ、及び第６小断面シールドトンネル２ｆでは、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、矩形大断面トンネル１の構造と無関係である鋼製のセグメントである、セグメント３２ａ、及びセグメント３２ｂが撤去されている。
【００５６】
また、第２小断面シールドトンネル２ｂ、及び第５小断面シールドトンネル２ｅでは、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、矩形大断面トンネル１の構造と無関係である鋼製のセグメントである、セグメント３２ａ、セグメント３２ｃ、及びセグメント３２ｄが撤去されているのである。
【００５７】
したがって、この実施の形態２に係る矩形大断面トンネル１の構築方法では、（１）一番目設置工程〜（４）部分撤去工程については実施の形態１と略同様となっているが、（５）部分転用工程については実施の形態１と若干異なったものとなっている。
【００５８】
すなわち、実施の形態１における（５）部分転用工程では、撤去した小断面シールドトンネルの外殻部に係る部分を（２）二番目添設工程で転用するという内容であるのに対し、実施の形態２における（５）部分転用工程では、撤去した小断面シールドトンネルの外殻部に係る部分を他の矩形断面トンネルで転用するという内容となっている。
【００５９】
この実施の形態２では、具体的には、（４）部分撤去工程で撤去した小断面シールドトンネルの外殻部に係る部分を構成している鋼製のセグメント３２である、セグメント３２ａ、セグメント３２ｂ、セグメント３２ｃ、及びセグメント３２ｄが他の矩形断面トンネルで転用されるのである。この点で、現に構築している矩形断面トンネルで転用される実施の形態１と相違している。
【００６０】
したがって、実施の形態２に係る矩形大断面トンネル１の構築方法によれば、鋼製のセグメント３２を他の矩形断面トンネルで転用することにより、資材の有効活用を図ることができる。
【００６１】
尚、この実施の形態２では、実施の形態１と異なり、小断面シールドトンネル２が添設に係る部分を欠く断面形状になっていないが、鋼製のセグメント３２は軽量であって取り扱いが容易であるため、不都合はない。
【００６２】
【発明の効果】
本発明に係る矩形大断面トンネルの構築方法によれば、以上のように構成したため、地盤の変状及び地表面の沈下を有効に回避しながら、作業の簡略化及び合理化、ひいては工期の短縮化を図ることことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１が適用された矩形大断面トンネルの概略構成を示す横断面図（図１（ａ）は部分撤去工程開始前の状態を示す、図１（ｂ）は全工程終了後の状態を示す）である。
【図２】本発明の実施の形態１が適用された矩形大断面トンネルにおける小断面シールドトンネルの接合部の構成を示す横断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１が適用された矩形大断面トンネルで用いる小断面シールドのテール部の構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態２が適用された矩形大断面トンネルの概略構成を示す横断面図（図４（ａ）は部分撤去工程開始前の状態を示す、図４（ｂ）は全工程終了後の状態を示す）である。
【図５】従来例が適用された矩形大断面トンネルにおける小断面シールドトンネルの接合部の施工状況を示す横断面図である。
【符号の説明】
１…矩形大断面トンネル
２…小断面シールドトンネル
２ａ…第１小断面シールドトンネル
２ｂ…第２小断面シールドトンネル
２ｃ…第３小断面シールドトンネル
２ｄ…第４小断面シールドトンネル
２ｅ…第５小断面シールドトンネル
２ｆ…第６小断面シールドトンネル
１１…鉄筋コンクリート製のセグメント
１１ａ…セグメント
１１ｂ…セグメント
１１ｃ…セグメント
１１ｄ…セグメント
１１ｅ…セグメント
１１ｆ…セグメント
２１…突起部
２２…長ボルト
２３…短ボルト
２４…テール部
２５…テール部
２６…テール部
３１…鉄筋コンクリート製のセグメント
３１ａ…セグメント
３１ｂ…セグメント
３２…鋼製のセグメント
３２ａ…セグメント
３２ｂ…セグメント
３２ｃ…セグメント
３２ｄ…セグメント
１０１…小断面シールドトンネル
１０２…隙間領域
１０４…隙間領域に係る部分
１０５…屋根
【図１】
0003782623.tif 000002
【図２】
0003782623.tif 000003
【図３】
0003782623.tif 000004
【図４】
0003782623.tif 000005
【図５】
0003782623.tif 000006