(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大断面を有したトンネルが、トンネル構造体とその内方に形成されたトンネル空間とからなり、
前記トンネル構造体が、前記トンネルの軸線方向にそれぞれ延在する第一のシールドトンネルと第二のシールドトンネルとを、前記トンネル構造体の周方向において互いに交互に配置した構成とされ、
前記第一のシールドトンネルは、トンネル本体と、該トンネル本体からこれに隣接配置された前記第二のシールドトンネルに向けて延出するとともに補強材が内蔵された二本一対の延出部とを備え、
前記第二のシールドトンネルは、前記第一のシールドトンネルの少なくとも前記延出部に重合させて一体化され、
前記補強材がピンからなり、該ピンは、その先端部が前記第一のシールドトンネルのトンネル本体の外周側に向けて突出するよう、その基端部が前記トンネル本体に一体に固定されていることを特徴とする大断面トンネル。
【請求項２】
トンネル本体と、該トンネル本体から定められた方向に延出する二本一対の延出部とからなる複数の第一のシールドトンネルを、予め定めた間隔を互いに隔てて先行構築し、前記延出部を形成するときにはその内部に、基端部を前記トンネル本体に固定させた補強材を取り付けるようにしておき、
前記第一のシールドトンネルを構築した後には、第二のシールドトンネルを、互いに隣接する前記第一のシールドトンネル間の地山と前記第一のシールドトンネルの前記延出部とを一体に掘削しつつ後行構築することによって、前記第一のシールドトンネルと第二のシールドトンネルとが周方向において互いに隣接して配置され、かつ前記第一のシールドトンネルと第二のシールドトンネルとが互いに重合してなるトンネル構造体を構築し、
しかる後に、前記トンネル構造体の内方の地山を掘削してここにトンネル空間を形成して大断面を有したトンネルを構築することを特徴とする大断面トンネルの構築方法。
【請求項３】
トンネル本体と、該トンネル本体から定められた方向に延出する延出部とを備えたシールドトンネルを構築するためのシールド掘削機であって、
該シールド掘削機の外殻をなすスキンプレートは、前記トンネル本体に対応したスキンプレート本体と、前記延出部に対応した張出し部とを備え、
前記スキンプレート本体の前部には前記トンネル本体に対応した部分の地山を掘削するためのメインカッターが備えられるとともに、前記延出部の前部には前記張出し部に対応した部分の地山を掘削するためのサブカッターが備えられ、
前記張出し部には、前記延出部内に板状の補強材をセットするための補強材セット機構が備えられていることを特徴とするシールド掘削機。
【請求項４】
請求項３記載のシールド掘削機において、前記補強材セット機構には、前記張出し部の変形を防止するための変形防止手段が備えられていることを特徴とするシールド掘削機。
【請求項５】
請求項４記載のシールド掘削機において、前記変形防止手段が、前記張出し部の内周面に取り付けられたジャッキと、該ジャッキの先端部に回転自在に備えられて前記板状の補強材の表面に当接させられるローラとを有した構成とされていることを特徴とするシールド掘削機。
【請求項６】
請求項３ないし５のいずれかに記載のシールド掘削機において、前記張出し部の後端部には、前記板状の補強材と前記張出し部との隙間を塞ぐテールシールが備えられていることを特徴とするシールド掘削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
大断面を有したトンネルを構築するに際して用いて好適な大断面トンネルおよびその構築方法ならびにそれに用いるシールド掘削機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、トンネルの構築には、シールド掘削機で地山を掘削し、その後方においてシールド掘削機と略同径のトンネルを構築するシールド工法が多用されている。しかしながらシールド工法では、大断面のトンネルを構築しようとすると、当然のことながらそれに用いるシールド掘削機が大型化し、この結果、シールド掘削機の製作、運搬、現場組立等のあらゆる面において人手およびコストが嵩むものとなってしまう。
【０００３】
このため、近年では、例えば本出願人が先に出願した特開平３−２５０１９５号（特願平２−１７１９３８号）公報に記載された技術のように、大断面のトンネルの形状に沿って小径トンネルを多数構築することによって、これら多数の小径トンネルからトンネル構造体を形成し、トンネル構造体の内方の地山を掘削してここに大断面のトンネル空間を形成する工法が開発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の大断面トンネルおよびその構築方法には、以下のような問題が存在する。
多数の小径トンネルからなるトンネル構造体では、大断面であればあるほどトンネル構造体の強度が要求されるが、トンネル構造体の強度を高めるには、互いに隣接する小径トンネルどうしの重なり（重合）を大きくするしかなく、これには、小径トンネルどうしの間隔を狭めるか、小径トンネルの大径化を図らなければならない。ところが、小径トンネルどうしの間隔を狭めれば、必要となる小径トンネルの本数が増加するため、不経済である。また、間隔を狭めずにトンネルの大径化を図ろうとすると、シールド掘削機および用いるセグメントの製作費が嵩み、また裏込充填材の量も増加することから、これもまた非常に不経済であった。
【０００５】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、高い強度を有した大断面トンネルを経済的に構築することのできる大断面トンネルおよびその構築方法ならびにそれに用いるシールド掘削機を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、大断面を有したトンネルが、トンネル構造体とその内方に形成されたトンネル空間とからなり、前記トンネル構造体が、前記トンネルの軸線方向にそれぞれ延在する第一のシールドトンネルと第二のシールドトンネルとを、前記トンネル構造体の周方向において互いに交互に配置した構成とされ、前記第一のシールドトンネルは、トンネル本体と、該トンネル本体からこれに隣接配置された前記第二のシールドトンネルに向けて延出するとともに補強材が内蔵された二本一対の延出部とを備え、前記第二のシールドトンネルは、前記第一のシールドトンネルの少なくとも前記延出部に重合させて一体化され、前記補強材がピンからなり、該ピンは、その先端部が前記第一のシールドトンネルのトンネル本体の外周側に向けて突出するよう、その基端部が前記トンネル本体に一体に固定されていることを特徴としている。
【０００７】
これにより、第一のシールドトンネルと第二のシールドトンネルとが、延出部を介して互いにかみ合う構成となる。そして、延出部にはトンネル本体から外周側に向けて突出するよう取り付けられたピンからなる補強材が内蔵されているので、延出部自体が十分な強度を有したものとなる。
【００１６】
請求項２に係る発明は、トンネル本体と、該トンネル本体から定められた方向に延出する二本一対の延出部とからなる複数の第一のシールドトンネルを、予め定めた間隔を互いに隔てて先行構築し、前記延出部を形成するときにはその内部に、基端部を前記トンネル本体に固定させた補強材を取り付けるようにしておき、前記第一のシールドトンネルを構築した後には、第二のシールドトンネルを、互いに隣接する前記第一のシールドトンネル間の地山と前記第一のシールドトンネルの前記延出部とを一体に掘削しつつ後行構築することによって、前記第一のシールドトンネルと第二のシールドトンネルとが周方向において互いに隣接して配置され、かつ前記第一のシールドトンネルと第二のシールドトンネルとが互いに重合してなるトンネル構造体を構築し、しかる後に、前記トンネル構造体の内方の地山を掘削してここにトンネル空間を形成して大断面を有したトンネルを構築することを特徴としている。
【００１７】
これにより、第一のシールドトンネルと第二のシールドトンネルとが、延出部を介して互いにかみ合う構成をなし、延出部に補強材が内蔵されているので延出部自体が十分な強度を有した大断面トンネルが構築される。
【００１８】
請求項３に係る発明は、トンネル本体と、該トンネル本体から定められた方向に延出する延出部とを備えたシールドトンネルを構築するためのシールド掘削機であって、該シールド掘削機の外殻をなすスキンプレートは、前記トンネル本体に対応したスキンプレート本体と、前記延出部に対応した張出し部とを備え、前記スキンプレート本体の前部には前記トンネル本体に対応した部分の地山を掘削するためのメインカッターが備えられるとともに、前記延出部の前部には前記張出し部に対応した部分の地山を掘削するためのサブカッターが備えられ、前記張出し部には、前記延出部内に板状の補強材をセットするための補強材セット機構が備えられていることを特徴としている。
【００１９】
これにより、トンネル本体と延出部とからなるトンネルを構築することができ、また、補強材セット機構によって、延出部には板状の補強材を配することができ、延出部の強度を高めることができる。
【００２０】
請求項４に係る発明は、請求項３記載のシールド掘削機において、前記補強材セット機構には、前記張出し部の変形を防止するための変形防止手段が備えられていることを特徴としている。
【００２１】
請求項５に係る発明は、請求項４記載のシールド掘削機において、前記変形防止手段が、前記張出し部の内周面に取り付けられたジャッキと、該ジャッキの先端部に回転自在に備えられて前記板状の補強材の表面に当接させられるローラとを有した構成とされていることを特徴としている。
【００２２】
これらのシールド掘削機によれば、補強材の変形が防止される。特にジャッキとローラとを有した変形防止手段によれば、トンネルの湾曲等により張出し部の内周面と補強材とのシールド掘削機の断面方向における位置関係が相対変位しても、補強材の表面に当接するローラをジャッキで移動させることによって、相対変位に追従することができる。
【００２３】
請求項６に係る発明は、請求項３ないし５のいずれかに記載のシールド掘削機において、前記張出し部の後端部には、前記板状の補強材と前記張出し部との隙間を塞ぐテールシールが備えられていることを特徴としている。
【００２４】
これにより、張出し部の後端部からその内部に土砂等が流入するのを防止することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る大断面トンネルおよびその構築方法ならびにそれに用いるシールド掘削機の第一ないし第三の実施の形態について、図１ないし図２５を参照して説明する。
【００２６】
［第一の実施の形態］
まず、ここでは、本発明に係る大断面トンネルおよびその構築方法ならびにそれに用いるシールド掘削機を適用して構築すべき大断面トンネルについて説明する。
【００２７】
図１に示すように、構築すべき大断面トンネル１０は、例えば幅が３０ｍ以上、高さが１５ｍといった大断面を有し、周囲の地山Ｇからの土圧に抗するトンネル構造体１１と、該トンネル構造体１１の内方に形成された左右の内部空間（トンネル空間）１２，１３とから構成されている。
【００２８】
トンネル構造体１１は、略水平面内に位置する上面１１ａ，下面１１ｂと、略鉛直面内に位置する両側の側壁部１１ｃ，１１ｃと、これら側壁部１１ｃ，１１ｃ間で略鉛直面内に位置して左右の内部空間１２，１３を仕切る中間壁部１１ｄとから構成されている。このトンネル構造体１１は、それぞれ大断面トンネル１０が連続する方向に延在する先行シールドトンネル（第一のシールドトンネル）１５と後行シールドトンネル（第二のシールドトンネル）１６とが、周方向交互に配置されて、これらが一体化された構成からなっている。
【００２９】
図１および図２に示すように、トンネル構造体１１の上面１１ａ，下面１１ｂに配置された先行シールドトンネル１５Ａは、断面視円形のトンネル本体１７と、トンネル本体１７の左右両側にそれぞれ設けられた二本一対の連結部（延出部）１８，１８とから構成されている。トンネル本体１７は、複数の鋼製のセグメント１９が円形に組まれ、その外周側の地山Ｇとの間にコンクリートやモルタル、ファイバーコンクリート等の裏込充填材２０が充填された構成となっている。二本一対の連結部１８，１８は、トンネル本体１７の上部，下部それぞれから、隣接する後行シールドトンネル１６に向けて水平方向に延出するよう形成されており、トンネル本体１７の裏込充填材２０と一体化されている。
【００３０】
図１に示したように、トンネル構造体１１の側壁部１１ｃ，１１ｃおよび中間壁部１１ｄに配置された先行シールドトンネル１５Ｂは、断面視円形でかつ上下に２本設けられたトンネル本体２１Ａ1，２１Ａ2と、トンネル本体２１Ａ1，２１Ａ2の両側からそれぞれ延出した二本一対の連結部（延出部）２２，２２とから構成されている。トンネル本体２１Ａ1，２１Ａ2は、それぞれ円形に組まれた鋼製のセグメント２３と、その外周側に打設充填されたコンクリートやモルタル、ファイバーコンクリート等の裏込充填材２４とからなっている。そして、二本一対の連結部２２，２２は、トンネル本体２１Ａ1，２１Ａ2にそれぞれ隣接する後行シールドトンネル１６との間と、トンネル本体２１Ａ1，２１Ａ2どうしの間に、裏込充填材２４と一体に形成されている。ここで、互いに上下に位置するトンネル本体２１Ａ1，２１Ａ2は互いにその一部が重合するようになっている。
【００３１】
後行シールドトンネル１６は、それぞれ断面視円形で、円形に組まれたセグメント２６と、その外周側の地山Ｇとの間に充填されたコンクリートやモルタル、ファイバーコンクリート等の裏込充填材２７とから構成されている。この後行シールドトンネル１６のうち、トンネル構造体１１の四隅と、三方に先行シールドトンネル１５が接合された隅部とに配置されている後行シールドトンネル１６Ａは、その径寸法が、先行シールドトンネル１５のトンネル本体１７，２１Ａ1，２１Ａ2や、他の部分の後行シールドトンネル１６Ｂの、トンネル構造体１１の内外を結ぶ方向の厚さ寸法に対して、より大きく設定されている。
【００３２】
トンネル構造体１１内には、全周にわたって、その断面方向および大断面トンネル１０が連続する方向に延在する鉄筋やＰＣ鋼材等の補強部材２８が配設されるとともに、コンクリート２９が打設充填されている。これらの補強部材２８は、先行シールドトンネル１５のトンネル本体１７，２１Ａ1，２１Ａ2や後行シールドトンネル１６を貫通するよう形成された補強部材貫通穴３０に挿通されることによって配設されている。ここで、断面方向に配置された補強部材２８は、トンネル構造体１１の周方向に連続するものだけでなく、斜めに延在する斜め材２８ａが、トンネル構造体１１の隅部の内側に配設されている。
【００３３】
このようにして、大断面トンネル１０のトンネル構造体１１は、先行シールドトンネル１５と後行シールドトンネル１６とが、周方向に交互に配置されて、先行シールドトンネル１５の連結部１８，１８、２２，２２を介して一体に連結され、さらにその内部には補強部材２８およびコンクリート２９が充填された構成となっている。
【００３４】
このような大断面トンネル１０において、先行シールドトンネル１５Ａの連結部１８、および先行シールドトンネル１５Ｂの連結部２２には、それぞれ補強板（補強材）３１がその内部に配設されている。
【００３５】
図３に示すように、補強板３１は、先行シールドトンネル１５Ａ，１５Ｂが連続する方向に延在する板状で、その基端部３１ａがトンネル本体１７、２１Ａ1，２１Ａ2を構成するセグメント１９，２３にボルト等の接合手段によって固定されている。
【００３６】
図４に示すように、補強板３１には、その両側の表面３１ｂ，３１ｂに、それぞれ複数のフラットバー（鋼製部材）３２が、例えば平面視略格子状に配置されて溶接されることによって、凹凸３３が形成されている。
【００３７】
次に、上記のような大断面トンネル１０のトンネル構造体１１の上面１１ａ，下面１１ｂを構成する各先行シールドトンネル１５Ａの構築に用いるシールド掘削機について説明する。
【００３８】
各先行シールドトンネル１５Ａの構築には、図５（ａ）に示すようなシールド掘削機４０を用いる。シールド掘削機４０は、その外殻がスキンプレート４１によって形成され、このスキンプレート４１は、先行シールドトンネル１５のトンネル本体１７、２１Ａ1，２１Ａ2（図２参照）に対応した略円形断面のスキンプレート本体４１ａと、トンネル本体１７から延出する各連結部１８、２２（図２参照）に対応した略長円形断面の張出し部４１ｂとからなり、全体として略Ｈ字状をなしている。
【００３９】
そして、スキンプレート４１のスキンプレート本体４１ａの前部には、通常のシールド掘削機と同様、多数のカッタビット４２ａを備えたメインカッター４２が備えられ、その後方にはこのメインカッター４２を回転駆動させる図示しないカッター駆動機構，排土機構，シールド掘削機４０を推進させるためのシールドジャッキ，セグメント組立装置等が装備されている。
【００４０】
スキンプレート４１の各張出し部４１ｂの前部には、該張出し部４１ｂの短径寸法と略同径の小径カッター（サブカッター）４３が例えば２基ずつ備えられている。各小径カッター４３は、その後方に備えた駆動機構によって回転駆動されるとともに、図示しないアームによって張出し部４１ｂの長径方向（スキンプレート４１の軸線と直交する方向）に移動可能に支持された構成となっている。そして、これら小径カッター４３を回転駆動させつつアーム（図示なし）で張出し部４１ｂの長径方向に移動させることによって、地山Ｇを断面略長円形状に掘削し、図２に示した連結部１８、２２を形成するようになっている。
【００４１】
図３に示したように、各張出し部４１ｂの内部において、スキンプレート４１には、補強板３１を通すためのスリット４４が、スキンプレート４１の軸線方向に連続して形成されている。
【００４２】
そして、図３および図５（ｂ）に示すように、張出し部４１ｂの内部には、張出し部４１ｂの内部には、裏込充填材２０、２４（図２参照）を打設充填するための裏込充填材打設管４６と、打設充填した裏込充填材２０、２４（図２参照）の圧力を保持するための裏込充填材プレス機構４７と、張出し部４１ｂの変形を防止するための変形防止機構４８（図３のみに図示）が備えられている。
【００４３】
前記裏込充填材打設管４６と裏込充填材プレス機構４７は、基本的に本出願人が既に出願した特願平９−７４１７９号の明細書に記載した技術と同様の構成であり、ここでは前記明細書に記載した技術とは異なる構成を中心に説明を行う。
【００４４】
図６および図７に示すように、これら裏込充填材打設管４６と裏込充填材プレス機構４７とが備えられた張出し部４１ｂには、その後端部に、張出し部４１ｂ内の空間と、張出し部４１ｂの後方とを仕切るエンドプレート５０が設けられている。
図６に示したように、裏込充填材打設管４６は、張出し部４１ｂの後端部にまで至るような状態で配置され、その後端４６ａがエンドプレート５０に形成された打設孔５１に嵌挿されて固定され、エンドプレート５０の後方に向けて開口している。また、この裏込充填材打設管４６は、その胴部４６ｂが、固定用ブラケット５２によって張出し部４１ｂに対して固定されている。
【００４５】
これにより裏込充填材打設管４６では、図示しないポンプ等によって送給された裏込充填材２０、２４を、エンドプレート５０の後方の空間に打設注入するようになっている。
【００４６】
図７に示すように、裏込充填材プレス機構４７は、円筒状の外筒（シリンダ）５３と、この外筒５３内で前後両方向にスライド自在に配設された押圧ピストン５４と、この押圧ピストン５４をスライド駆動させる圧力保持ジャッキ５５とから構成されている。
外筒５３は、断面略円形の管体からなり、その後端部がエンドプレート５０に形成された固定孔５６に固定されている。図３に示したように、外筒５３の前端部は、押さえプレート５７，５７によって張出し部４１ｂに固定されている。図７に示したように、この外筒５３内には、略円柱状の押圧ピストン５４が収められ、外筒５３の軸線方向にスライド自在となっている。押圧ピストン５４には、その外周面にシール部材５８，５８が装着され、外筒５３と押圧ピストン５４との隙間のシール性を保持するようになっている。この押圧ピストン５４をスライド駆動させる圧力保持ジャッキ５５は、その伸縮ロッド５５ａが押圧ピストン５４に一体に固定され、この伸縮ロッド５５ａを駆動するジャッキ本体５５ｂが図示しないブラケット等によりスキンプレート４１側に反力がとれるよう固定されている。
【００４７】
このような裏込充填材プレス機構４７では、裏込充填材打設管４６（図６参照）からエンドプレート５０の後方の空間に注入された裏込充填材２０、２４を、圧力保持ジャッキ５５を伸ばして押圧ピストン５４を外筒５３内で後方にスライドさせることによって押圧するようになっている。
【００４８】
この裏込充填材プレス機構４７の押圧ピストン５４の後面、すなわち裏込充填材２０、２４を直接的に押圧する側の面には、歪み計型の土圧計等の圧力センサ５９が取り付けられている。そして、この圧力センサ５９は、圧力保持ジャッキ５５の駆動を制御する制御手段に接続されている。
この制御手段では、押圧ピストン５４によって押圧されて加圧される裏込充填材２０、２４の圧力が刻々と検出されて入力されるようになっている。そして、制御手段においては、入力された圧力値と、予め設定された上限値，下限値，およびヒステリシス（不感体）とを比較し、その比較結果に基づいて圧力保持ジャッキ５５の作動を自動的に制御し、これによって裏込充填材２０、２４に対する押圧力を、周囲の地山圧力を上回る所定値に自動的に保つようになっている。なお、この裏込充填材プレス機構４７の制御方法は、先に述べた特願平９−７４１７９号の明細書に記載した技術と同様に行えばよい。
【００４９】
図３および図８に示すように、変形防止機構４８は、張出し部４１ｂの内部に、補強板３１をその両面側から挟み込む二個一組のサポート装置（変形防止手段）６０，６０が、スキンプレート４１が連続する方向において１組以上（図では例えば２組）設置された構成となっている。
【００５０】
各サポート装置６０は、張り出し部４１ｂの内周面に固定されたジャッキ６１と、このジャッキ６１の先端部に備えられたローラ６２とから形成されている。ジャッキ６１は、図示しない駆動手段によって他方のサポート装置６０側に向けて伸縮駆動されるようになっている。また、図９に示すように、ローラ６２は、ジャッキ６１の先端部に一体に取り付けられたブラケット６３に、複数個がそれぞれ回転自在に軸支されている。
図８に示したように、このサポート装置６０は、各ローラ６２の回転方向が、シールド掘削機４０の掘進に伴う補強板３１の後方への相対移動を許容する方向となるよう設置されている。
【００５１】
図３に示したように、このような変形防止機構４８では、二個一組の各組のサポート装置６０，６０のローラ６２，６２，…が、トンネル本体１７、２１Ａ1，２１Ａ2から外周側に突出するようセグメント１９，２３に取り付けられた補強板３１に当接するようになっている。
【００５２】
このような変形防止機構４８によれば、スキンプレート４１の張出し部４１ｂには補強板３１を挿通させるためのスリット４４が形成されているため、スキンプレート本体４１ａの断面が不連続となり、張出し部４１ｂがその厚さ方向における強度がスリット４４のない場合に比較して低くなってしまうが、前記変形防止機構４８によって張出し部４１ｂの厚さ方向の変形が防止され、その強度が確保されるようになっている。
【００５３】
なお、シールド掘削機４０の掘進により補強板３１が相対移動するときに、補強板３１には回転自在なローラ６２，６２，…が当接するようになっているので、その相対移動が何ら妨げられることはない。また、掘進方向の変更等、種々の理由により張出し部４１ｂ内における補強板３１の位置が断面方向に変位するときには、各サポート装置６０のジャッキ６１を伸縮駆動させることによって、各サポート装置６０が常に補強板３１に当接するようにする。
【００５４】
また、図８に示したように、張出し部４１ｂの後端部のエンドプレート５０には、略Ｕ字状の開口部６５が形成されており、補強板３１はこの開口部６５から後方に延出するようになっている。そして、開口部６５には、補強板３１の表面と開口部６５との隙間を塞ぐテールシール６６が備えられている。
【００５５】
このような変形防止機構４８と、張出し部４１ｂに設けられたスリット４４とによって、補強板３１を所定の位置にセットするための補強板セット機構（補強材セット機構）６７が構成されている。
【００５６】
次に、このような大断面トンネル１０の構築方法について説明する。
これには、まず、図２に示したように、トンネル構造体１１を構成する先行シールドトンネル１５Ａおよび１５Ｂのみを先行構築する。
【００５７】
ここで、各先行シールドトンネル１５Ａを先行構築するには、まず、図５に示したシールド掘削機４０を推進させ、メインカッター４２を回転駆動させつつ、その外周側においては小径カッター４３を回転駆動させるとともに張出し部４１ｂの長径方向に移動させることによって、図２に示したように、トンネル本体１７および連結部１８からなる先行シールドトンネル１５Ａに対応した断面形状の孔６８を掘削していく。そして、スキンプレート４１（図５（ｂ）参照）内の後方において、孔６８内にセグメント１９を所定形状に組み上げる。このとき、セグメント１９には、補強板３１を、ボルト等の接合手段で取り付けていく。
【００５８】
さらに、組み上げたセグメント１９の外周側および連結部１８となる部分に、裏込充填材打設管４６（図３参照）から裏込充填材２０を充填し、これを裏込充填材プレス機構４７で押圧して所定の圧力に保持しておくことによって、先行シールドトンネル１５Ａのトンネル本体１７および連結部１８を構築していく。
【００５９】
ところで、トンネル構造体１１の側壁部１１ｃ，１１ｃおよび中間壁部１１ｄを構成する先行シールドトンネル１５Ｂを構築するに際しては、シールド掘削機４０によって、上記した先行シールドトンネル１５Ａと同様の手順で、まず略Ｈ型の先行シールドトンネル１５Ｂ1を先行構築する。しかる後に、前記シールド掘削機４０から片側の張出し部４１ｂ，４１ｂおよび小径カッター４３を廃した如き構成の、略Ｕ字状のシールド掘削機（図示なし）を用い、図１０に示すように、先行シールドトンネル１５Ｂ2を構築するようにする。このとき、互いに上下に位置するトンネル本体２１Ａ1、２１Ａ2のうち、下側のトンネル本体２１Ａ1を構成するセグメント２３には、その上部に、上方のトンネル本体２１Ａ2の外周面よりも若干大きな曲率径を有した略円弧状の凹部２５を形成する。
【００６０】
これら先行シールドトンネル１５Ｂ1および１５Ｂ2を構築するに際しても、セグメント２３を組み立てるときに、補強板３１を、ボルト等の接合手段で取り付けていく。
【００６１】
上記のようにして、所定位置に先行シールドトンネル１５，１５，…を構築した後には、断面視円形のシールド掘削機（図示なし）を用いて円形の孔６９，６９，…を削孔していく。このときには、先行シールドトンネル１５，１５間の地山Ｇとともに、先行シールドトンネル１５の連結部１８あるいは２２の一部も同時に削られていく。そして、図１１に示すように、各孔６９を掘削しつつ、シールド掘削機（図示なし）の後方で、セグメント２６，２６，…を組み立て、組み立てたセグメント２６の外周側に、コンクリートやモルタル、ファイバーコンクリートなどの裏込充填材２７を充填することにより、各孔６９内に後行シールドトンネル１６が構築される。なお、このときにも本出願人が既に提案した特願平９−７４１７９号の明細書に記載した技術を適用することが可能である。
【００６２】
これにより、先行シールドトンネル１５と、断面視円形の後行シールドトンネル１６とが周方向交互に配置され、しかもこれら先行シールドトンネル１５および後行シールドトンネル１６は、その一部において互いに重合した状態となる。
【００６３】
この状態では、先行シールドトンネル１５のトンネル本体１７、２１Ａ1，２１Ａ2と、後行シールドトンネル１６と、先行シールドトンネル１５の連結部１８，２２とに囲まれた空間に、残土砂Ｚが存在する。このため、図１２に示すように、先行シールドトンネル１５のトンネル本体１７のセグメント１９，２３および裏込充填材２０，２４を、これが連続する方向において所定間隔ごとに一部撤去し、撤去した部分から残土砂Ｚ（図１１参照）を除去する。
【００６４】
残土砂Ｚ（図１１参照）を除去すると、先行シールドトンネル１５のトンネル本体１７，２１と、後行シールドトンネル１６との間を連結する連結部１８，２２には、周囲土圧が大きく作用することとなるが、連結部１８，２２には補強板３１が備えられているために補強されており、崩壊等が防止される。
【００６５】
続いて、構築したトンネル構造体１１内に図１に示した補強部材２８を配筋する。これには、図１３に示すように、トンネル構造体１１を構成する先行シールドトンネル１５および後行シールドトンネル１６に補強部材２８を通すため、例えばボーリング機械、コア抜き用カッター等を用い、断面方向に貫通する補強部材貫通孔３０を形成する。そして、図１に示したように、形成した補強部材貫通孔３０に補強部材２８を通して組み上げる。なお、この補強部材２８の組立には、ジョイント金具（図示なし）を用いてもよいし、またラップジョイントを用いてもよい。補強部材貫通孔３０への補強部材２８の挿入が完了したら、挿入孔３０と補強部材２８との間の空隙にモルタルや樹脂などを充填し、これら補強部材２８をトンネル構造体１１に一体化する。
【００６６】
この後、トンネル構造体１１を構成する先行シールドトンネル１５および後行シールドトンネル１６内の空間にコンクリート２９を打設充填する。これにより、トンネル構造体１１が完成する。
【００６７】
しかる後には、トンネル構造体１１の内方の地山Ｇを掘削し、ここに内部空間１２，１３を形成することにより、所定形状の大断面トンネル１０の構築が完了する。
【００６８】
上述した大断面トンネル１０では、トンネル構造体１１が、周方向において互いに隣接する先行シールドトンネル１５と後行シールドトンネル１６とをその一部を互いに重合させて一体化させた構成となっている。これにより、先行シールドトンネル１５と後行シールドトンネル１６とが互いにかみ合った形態となるので、強固で安定した大断面トンネル１０を構成することができる。しかも、先行シールドトンネル１５と後行シールドトンネル１６とは、先行シールドトンネル１５に二本一対で設けられた連結部１８，２２によって一体に連結された構成となっている。これにより、トンネル構造体１１は、十分な強度を確保したうえで、先行シールドトンネル１５と後行シールドトンネル１６との間隔を広くとることができ、トンネル構造体１１を構成するトンネル本数を最低限に削減して、大断面トンネル１０を経済的なものとすることができる。
【００６９】
加えて、連結部１８、２２には補強板３１が内蔵されているので、連結部１８，２２の強度を大幅に高めることができる。施工深度が深く水圧が高い場合等に、もし補強板３１がなければ、その崩壊を防止するために連結部１８，２２間に支保工等を設置する必要があり、狭い空間内での作業となるので手間が掛かり、工費増加および工期長期化を招く原因となる。これに対し、上記したように補強板３１を備えることにより、支保工等を設置することなくその崩壊を防止することができ、その結果、工費を抑制すると共に工期延長を防止することができる。
【００７０】
さらに、連結部１８、２２の強度が高められることによって、トンネル本体１７、２１Ａ1，２１Ａ2との、より一層の構造的な一体化を図ることができ、先行シールドトンネル１５全体の強度を大幅に向上させることができる。また、連結部１８、２２の断面を小さくすることができるので、使用するシールド機の大きさを小さくすることができる。このようにして、大断面トンネル１０全体の施工費用を大幅に低減することが可能となる。
【００７１】
また、補強板３１が板状で、その表面にフラットバー３２からなる凹凸３３が形成された構成となっている。これにより、連結部１８、２２を形成する裏込充填材２０，２４と補強板３１との付着が良好となり、その構築時あるいは構築後に裏込充填材２０，２４が剥離、損傷する懸念が減少し、大断面トンネル１０の安定性および健全性が保たれることとなる。また、フラットバー３２を用いることにより、市販の材料を利用することができ、上記構成を容易かつ低コストで実現することができる。
【００７２】
さらに、先行シールドトンネル１５と後行シールドトンネル１６の内部には、鉄筋等からなる補強部材２８が配設されるとともに、コンクリート２９が打設充填された構成となっている。これによりトンネル構造体１１は鉄筋コンクリート造となり、大断面トンネル１０を堅固で安定したものとして、上記各効果をより一層顕著なものとすることができる。
【００７３】
また、上述した大断面トンネル１０の構築方法では、トンネル本体１７、２１Ａ1，２１Ａ2と、補強板３１を備えた連結部１８、２２とからなる先行シールドトンネル１５を先行構築した後、互いに隣接する先行シールドトンネル１５，１５間に後行シールドトンネル１６を後行構築することによってトンネル構造体１１を構築し、しかる後にトンネル構造体１１の内方の地山Ｇを掘削してここに内部空間１２，１３を形成する構成となっている。
これにより、円滑かつ効率よく上記大断面トンネル１０を構築することができ、工期の短縮化、コスト低減といった効果を得ることができる。
【００７４】
また、上述したシールド掘削機４０によれば、その外殻をなすスキンプレート４１に、連結部１８、２２に対応した張出し部４１ｂを備え、この張出し部４１ｂには、補強板３１を連結部１８、２２内にセットするための補強板セット機構６７を備えた構成となっている。これにより、補強板３１を内蔵する連結部１８，２２を備えた構成の、特殊な断面形状の先行シールドトンネル１５を構築することができる。
【００７５】
さらに、補強板セット機構６７には、張出し部４１ｂの変形を防止するため、ジャッキ６１とローラ６２とからなるサポート装置６０が備えられている。これにより、補強板３１を通すためのスリット４４によってスキンプレート４１の強度が低下するが、サポート装置６０が補強板３１に当接することによって張出し部４１ｂの変形を防止することができ、補強効果を得ることができる。しかも、サポート装置６０にはジャッキ６１が備えられているので、先行シールドトンネル１５の湾曲等により張出し部４１ｂの内周面と補強板３１との位置関係が相対変位しても、ジャッキ６１を伸縮駆動させることによってこれに追従することができ、常にスキンプレート４１の強度を確保することができる。
【００７６】
加えて、張出し部４１ｂの後端部には、テールシール６６が備えられているので、張出し部４１ｂの内部に裏込充填材２０，２４が進入するのを防止することができる。
【００７７】
さらに、上述したシールド掘削機４０によれば、補強板３１のシールド掘削機４０に備えた裏込充填材プレス機構４７によって、裏込充填材打設管４６から打設した裏込充填材２０、２４を押圧して、周囲地山の土圧，水圧よりも常時高くなるよう自動的に保つようになっている。これにより、裏込充填材２０、２４を過不足なく確実に充填して、裏込充填材２０、２４への地下水や土砂の浸入，混入を防止したり、裏込充填材２０、２４のシールド掘削機４０の掘削方向前方への回り込み等を防止して、高品質かつ確実な施工が可能となる。
【００７８】
しかも、裏込充填材プレス機構４７の外筒５３が、スキンプレート４１の張出し部４１ｂとは別に設けられた構成となっている。このようにして、スキンプレート４１等を利用せずに裏込充填材プレス機構４７を独立して設けることによって、シールド掘削機４０の製作が容易となり、低コスト化、および高精度化を図ることができる。また、裏込充填材プレス機構４７の増減も容易に行うことができる。そして、上述したように張出し部４１ｂが厚い場合でも、何ら問題なく裏込充填材２０、２４を良好な品質で打設することが可能となる。
【００７９】
加えて、裏込充填材打設管４６については、これをエンドプレート５０を介してスキンプレート４１側に固定する構成となっている。これにより、従来一般のシールド掘削機のように打設管をフレキシブルホース等で構成する必要がなく、打設時にホースが振れたりするような不具合がなく、使用性に優れている。
また、この裏込充填材打設管４６と、裏込充填材プレス機構４７の外筒５３とが分離されているので、押圧ピストン５４に裏込充填材打設のための孔を設ける必要がなく、押圧ピストン５４の断面欠損が生じず、より効率的に押圧効果を得ることができ、また裏込充填材プレス機構４７の小型化を図ることができる。
【００８０】
なお、上記第一の実施の形態において、補強板３１に凹凸３３を形成するためにフラットバー３２を格子状に取り付ける構成としたが、その配置形状はいかなるものでも良い。また、フラットバー３２に代えて、図１４に示すように、補強板３１の表面にエキスパンドメタル（鋼製部材）７０を溶接する等して設けることによって凹凸３３’を形成しても良いし、また、図１５に示すように、補強板３１自体に縞鋼板７１を用いることによって凹凸３３”を形成する構成としても良い。これ以外にも、表面に凹凸を形成することができるのであれば、いかなる材料を採用しても良い。また、補強板３１は、金属製に限らず、所定の形状に成形した強化プラスチック製のもの等を採用しても良い。強化プラスチック製の場合、軽量であるために作業性に優れ、また設置位置がズレても後行の掘削機で切削できる、等の効果が得られる。
【００８１】
また、サポート装置６０の位置や設置数は、上記に挙げたものに何ら限定する意図はなく、適宜変更可能である。
【００８２】
さらに、大断面トンネル１０を、左右に内部空間１２と１３との二室を備える構成としたが、一室のみでも良いし、あるいは三室以上を備えるようにしてもよいし、また、上下に複数層を有する構成としても良い。さらには、その断面形状についても、完全な矩形状に限定するものではなく、その一部を湾曲形状とする等、他の形状としてもよい。また、トンネル構造体１１の側壁部１１ｃおよび中間壁部１１ｄにおいては、トンネル本体２１Ａ1，２１Ａ2を上下２段とする構成としたが、これに限定するものではなく、他の部分と同様、先行シールドトンネル１５と後行シールドトンネル１６とを交互に配する構成としても良い。
また、トンネル構造体１１を構成する先行シールドトンネル１５と後行シールドトンネル１６の数や大きさ等についても何ら限定するものではない。
【００８３】
［第二の実施の形態］
次に、本発明に係る第二の実施の形態について説明する。ここでは、例えば、大断面トンネルを構成する第一のシールドトンネルと第二のシールドトンネルの形状や配置が上記第一の実施の形態とは異なる場合として、大断面トンネル自体を略円形断面とし、個々の第一および第二のシールドトンネルも略円形とする場合の例を用いて説明する。以下に説明する第二の実施の形態において、前記第一の実施の形態と共通する構成については同符号を付し、その説明を省略する。
【００８４】
図１６に示すように、大断面トンネル８０は、断面略円形をなして周囲の地山Ｇからの土圧に抗するトンネル構造体８１と、該トンネル構造体１１の内方に形成された内部空間（トンネル空間）８２とから構成されている。
【００８５】
トンネル構造体８１は、それぞれ大断面トンネル８０が連続する方向に延在する先行シールドトンネル（第一のシールドトンネル）８５と後行シールドトンネル（第二のシールドトンネル）８６とが、周方向交互に配置されて、これらが一体化された構成からなっている。
【００８６】
図１７に示すように、先行シールドトンネル８５は、断面視円形のトンネル本体８７と、トンネル本体８７の左右両側にそれぞれ設けられた二個一対の連結部（延出部）８８，８８とから構成されている。トンネル本体８７は、複数の鋼製のセグメント８９が円形に組まれ、その外周側の地山Ｇとの間にコンクリートやモルタル、ファイバーコンクリート等の裏込充填材９０が充填された構成となっている。二本一対の連結部８８，８８は、断面略円形で、トンネル本体８７の裏込充填材９０と一体に形成されている。
【００８７】
そして、各連結部８８には、先行シールドトンネル８５が連続する方向に延在する補強板（補強材）９１が、その基端部９１ａをセグメント８９にボルト等の接合手段によって固定させて設けられている。この補強板９１には、フラットバー３２（図４参照）やエキスパンドメタル７０（図１４参照）が設けられることによって、あるいは補強板９１自体が縞鋼板７１（図１５参照）で形成されること等によって、その両側の表面９１ｂ，９１ｂに凹凸（図示なし）が形成され、裏込充填材９０との付着性が高められるようになっている。
【００８８】
図１６に示したように、後行シールドトンネル８６は、それぞれ断面視円形で、円形に組まれたセグメント９３と、その外周側の地山Ｇとの間に充填された裏込充填材９４とから構成されている。
【００８９】
このようにして、トンネル構造体８１は、先行シールドトンネル８５と後行シールドトンネル８６とが、周方向に交互に配置されて、先行シールドトンネル８５の連結部８８を介して、その一部を互いに重合させて一体に連結された構成となっている。
なお、このトンネル構造体８１は、必要に応じ、その内部に、前記第一の実施の形態のトンネル構造体１１（図１参照）のように、補強部材２８やコンクリート２９を備える構成としても良い。
【００９０】
また、上記大断面トンネル８０の先行シールドトンネル８５を掘削構築するためのシールド掘削機は、上記第一の実施の形態で示したシールド掘削機４０（図５参照）と基本的な構造は同様であり、シールド掘削機４０におけるスキンプレート４１の形状およびその内部の各機構を、先行シールドトンネル８５に対応したものとすれば良いので、ここではその説明を省略する。
【００９１】
そして、大断面トンネル８０を構築するには、上記第一の実施の形態における施工方法と同様にして、まず、図１８に示すように、トンネル本体８７と、補強板９１を備えた連結部８８とからなる先行シールドトンネル８５を先行構築する。次いで、互いに隣接する先行シールドトンネル８５，８５間に後行シールドトンネル８６を、先行シールドトンネル８５の連結部８８の一部を削りつつ後行構築する。これによって、図１６に示したように、先行シールドトンネル８５と後行シールドトンネル８６とが連結部８８，８８を介して一体化されてトンネル構造体８１が構築される。しかる後にトンネル構造体８１の内方の地山Ｇを掘削してここに内部空間８２を形成することによって、大断面トンネル８０が構築されるようになっている。
【００９２】
上述したように、大断面トンネル８０およびその構築方法ならびにそれに用いるシールド掘削機でも、上記第一の実施の形態と全く同様の効果を奏することが可能である。
【００９３】
なお、上記第二の実施の形態において、大断面トンネル８０の断面形状は円形に限らず、例えば矩形の他、第一の実施の形態で示した大断面トンネル１０のような形状等、他のいかなるものであっても良い。
【００９４】
［第三の実施の形態］
次に、本発明に係る第三の実施の形態について説明する。ここでは、補強材として、上記第一および第二の実施の形態で示した板状のものではなく、例えばボルトを用いる場合の例を用いて説明する。以下に説明する第三の実施の形態において、前記第一または第二の実施の形態と共通する構成については同符号を付し、その説明を省略する。
【００９５】
図１６に示したように、大断面トンネル８０’は、断面略円形をなして周囲の地山Ｇからの土圧に抗するトンネル構造体８１’と、該トンネル構造体１１の内方に形成された内部空間８２とから構成されている。
【００９６】
トンネル構造体８１’は、それぞれ大断面トンネル８０’が連続する方向に延在する先行シールドトンネル（第一のシールドトンネル）８５’と後行シールドトンネル８６とが、周方向交互に配置されて、これらが一体化された構成からなっている。
【００９７】
図１９に示すように、先行シールドトンネル８５’は、セグメント８９と裏込充填材９０とからなる断面視円形のトンネル本体８７と、トンネル本体８７の左右両側にそれぞれ設けられた二個一対の連結部（延出部）８８’，８８’とから構成されている。二本一対の連結部８８’，８８’は、それぞれ断面略円形で、トンネル本体８７の裏込充填材９０と一体に形成されている。
【００９８】
図１６に示したように、これら二個一対の連結部８８’，８８’を介して、先行シールドトンネル８５と後行シールドトンネル８６とが、その一部を互いに重合させて一体に連結されることによって、トンネル構造体８１’が構成されている。
【００９９】
そして、図１９に示したように、各連結部８８’には、先行シールドトンネル８５が連続する方向において所定間隔ごとにボルト（補強材、ピン）１０１が配設されている。ボルト１０１は、その基端部１０１ａがトンネル本体８７のセグメント８９に固定され、先端部１０１ｂがトンネル本体８７からその外周側の連結部８８’に向けて延出するよう設けられている。
【０１００】
このボルト１０１は、セグメント８９の内側からセグメント８９の所定位置に形成されたボルト穴（図示なし）を通してその外側に突出させるようになっている。そして、ボルト１０１の基端部１０１ａをセグメント８９に固定するには、セグメント８９の内周面に溶接等により固定されたナット１０２にボルト１０１を螺合させる。このとき、セグメント８９の外周面となる部分の面外強度が不足するのであれば、図２０に示すように、ナット１０２の周囲にリブ状の補強部材１０３を溶接等により設ける。
【０１０１】
ところで、ボルト１０１にはその外周面に螺条が形成されているので凹凸が存在し、これによって裏込充填材９０との付着性が高められるようになっている。
【０１０２】
なお、上記トンネル構造体８１’は、必要に応じ、その内部に、前記第一の実施の形態のトンネル構造体１１（図１参照）と同様に補強部材２８やコンクリート２９を備える構成としても良い。
【０１０３】
また、図２１に示すように、上記大断面トンネル８０’の先行シールドトンネル８５’を掘削構築するためのシールド掘削機１０５は、その外殻がスキンプレート１０６によって形成され、このスキンプレート１０６は、先行シールドトンネル８５’のトンネル本体８７（図１９参照）に対応した略円形断面のスキンプレート本体１０６ａと、トンネル本体８７から延出する各連結部８８’（図１９参照）に対応した形状の張出し部１０６ｂとから構成されている。このシールド掘削機１０５の基本的な構造は、上記第一の実施の形態で示したシールド掘削機４０（図５参照）と同様であり、スキンプレート本体１０６ａの前部にはメインカッター（図示なし）が備えられ、張出し部１０６ｂの前部にはサブカッター（図示なし）が備えられている。
【０１０４】
各張出し部１０６ｂの内部には、裏込充填材９０（図１９参照）を打設充填するための裏込充填材打設管４６と、打設充填した裏込充填材９０（図１９参照）の圧力を保持するための裏込充填材プレス機構４７とが備えられている。これらの裏込充填材打設管４６および裏込充填材プレス機構４７については、前記第一の実施の形態で示したものと同様であるので、その説明については省略する。
【０１０５】
そして、大断面トンネル８０’を構築するには、上記第一および第二の実施の形態における施工方法と同様にして、まず、先行シールドトンネル８５’を先行構築する。
【０１０６】
これには、図２２に示すように、シールド掘削機１０５で先行シールドトンネル８５’に対応した形状の孔１０８を掘削していき、スキンプレート１０６内の後方において、孔１０８内にセグメント８９を所定形状に組み上げる。さらに、組み上げたセグメント８９の外周側および連結部８８’となる部分に、裏込充填材打設管４６から裏込充填材９０を充填し、これを裏込充填材プレス機構４７で押圧して所定の圧力に保持しておく。
【０１０７】
一方、スキンプレート１０６内においては、組み上げたセグメント８９の内周面に予め取り付けられているナット１０２に、ボルト１０１の先端部をねじ込む。この段階では、ボルト１０１の先端部が、セグメント８９の外周面に突出しないようにしておく。これは、セグメント８９とスキンプレート１０６との隙間をシールするためスキンプレート１０６の後端部に備えられたテールシール１０９を、ボルト１０１で傷つけるのを防止するためである。
そして、シールド掘削機１０５の掘進に伴い、テールシール１０９が、ナット１０２にねじ込んでおいたボルト１０１を通過した後、裏込充填材９０が硬化する前に、ボルト１０１を最後までねじ込む。これによりボルト１０１が所定の状態にセットされたこととなる。
【０１０８】
このようにして、図１９に示したような、トンネル本体８７と、ボルト１０１を備えた連結部８８’とからなる先行シールドトンネル８５’を構築していく。
【０１０９】
次いで、図１６に示したように、後行シールドトンネル８６を、互いに隣接する先行シールドトンネル８５’，８５’間に、先行シールドトンネル８５’の連結部８８’の一部を削りつつ後行構築する。これによって先行シールドトンネル８５’と後行シールドトンネル８６とが連結部８８’，８８’を介して一体化されてトンネル構造体８１’が構築される。
【０１１０】
しかる後に、トンネル構造体８１’の内方の地山Ｇを掘削してここに内部空間８２を形成することによって、大断面トンネル８０’が構築されるようになっている。
【０１１１】
上述した大断面トンネル８０’およびその構築方法ならびにそれに用いるシールド掘削機１０５でも、上記第一の実施の形態と同様、トンネル構造体８１’が、先行シールドトンネル８５’と後行シールドトンネル８６とを、ボルト１０１を内蔵した連結部８８’を介して互いにかみ合わせて一体化させた構成となっている。したがって、強固で安定した大断面トンネル８０’を構築することができ、その結果、大断面トンネル８０’を低コストかつ短工期で施工することが可能となる。
【０１１２】
しかも、補強材としてボルト１０１を採用し、シールド掘削機１０５のテールシール１０９が通過した後にボルト１０１をねじ込んで外方に突出させる構成としたので、シールド掘削機１０５のスキンプレート１０６には、前記第一の実施の形態で示したシールド掘削機４０のようなスリット４４（図３参照）が不要である。したがって、シールド掘削機１０５の強度が低下することもなく、シールド掘削機１０５を低コストで製作することができ、この点でも大断面トンネル８０’の低コスト化に寄与することができる。
【０１１３】
また、ボルト１０１を用いることにより、これを連結部８８’内にセットするにはボルト１０１を単にねじ込むのみで良く、作業性に優れている。
【０１１４】
なお、上記第三の実施の形態において、補強材としてボルト１０１を採用する構成としたが、これに限るものではなく、その設置本数は要求される条件によって適宜設定すればよいのであって、何ら限定する意図はない。例えば、図２３に示すように、ボルト１０１を２列、あるいは３列以上に並べて配置する等しても良い。
【０１１５】
また、ボルト１０１に代えて、例えば以下に示すようなものを採用しても良い。図２４および図２５に示すように、補強材１１０は、メス部材１１１と、補強ピン（ピン）１１２とから構成されている。メス部材１１１は、セグメント８９の内周面に溶接等により一体に取り付けられており、これにはセグメント８９の内周面に近づくにつれて漸次その径が縮小するテーパ状のピン穴１１３が形成されている。一方、セグメント８９には、このピン穴１１３に対応した位置に、ピン穴１１３よりも大径で、かつメス部材１１１よりも小径の穴１１４が形成されている。補強ピン１１２は、基端部にピン穴１１３に対応したテーパ部１１５が形成され、先端部には略円盤状の係止部材１１６が一体に設けられた構成のものである。なお、この係止部材１１６は、その外径が、ピン穴１１３よりも大径で、かつセグメント８９の穴１１４よりも小径に設定され、かつその厚さが、セグメント８９の厚さよりも小さく設定されている。また、係止部材１１６は、補強ピン１１２に溶接等により取り付けても良いが、補強ピン１１２の先端部に螺条を形成しておき、これにねじ込むようにすれば装着を容易に行うことができる。
【０１１６】
このような補強材１１０を採用する場合、施工時にはセグメント８９が組み付けられる前の段階で、補強ピン１１２を、メス部材１１１のピン穴１１３と、セグメント８９の穴１１４とに予め挿通状態で装着しておく。
そして、図２２に示した前記ボルト１０１の場合と同様に、先行シールドトンネル８５’を構築するときには、シールド掘削機１０５のテールシール１０９が通過するまでは、補強ピン１１２の係止部材１１６を、組み上げたセグメント８９の穴１１４内に収めた状態（図２５中点線で示した状態）としておき、テールシール１０９の損傷を防ぐ。そして、テールシール１０９が補強ピン１１２を通過した後、セグメント８９の外周側に打設充填された裏込充填材９０が硬化する前に、補強ピン１１２をセグメント８９の内側から打ち込む。
このとき、補強ピン１１２のテーパ部１１５とメス部材１１１のピン穴１１３とがテーパ状であるので、補強ピン１１２は容易に位置決めすることができる。しかもこの補強ピン１１２はねじ込み不要なので作業性にも優れる。
【０１１７】
この後、裏込充填材９０が硬化すると、係止部材１１６の位置が固定され、これによって補強ピン１１２が固定されることになる。しかも、硬化後には、テーパ部１１５とピン穴１１３とのかみ合いにより、補強ピン１１２のセグメント８９への固定強度が非常に高く、補強材１１０による補強効果を有効に発揮することができる。
【０１１８】
このような補強材１１０によっても、上記第三の実施の形態と同様の効果を奏することが可能である。
【０１１９】
また、上記第一ないし第三の実施の形態において、シールド掘削機４０，１０５についてはその構成を何ら限定するものではなく、所定形状の先行シールドトンネル１５、８５、８５’を掘削できるのであれば、いかなる構成を採用しても良く、例えば小径カッター４３の移動範囲や装備数、裏込充填材打設管４６や裏込充填材プレス機構４７の数や位置等、いかなるものであっても良い。また、裏込充填材プレス機構４７の外筒５３を断面視円形としたが、これに限らず、張出し部４１ｂの厚さが薄い場合や、裏込充填材プレス機構４７を多数取り付ける場合等には、矩形や楕円形等の他の形状の外筒を採用するようにしても良い。
【０１２０】
さらに、先行シールドトンネル１５、８５、８５’のトンネル本体１７，２１Ａ1，２１Ａ2、８７や、後行シールドトンネル１６、８６等については、断面視円形に限らず、例えば断面視矩形等、他の形状を適宜採用することが可能である。もちろんそのときには、シールド掘削機４０，１０５等の形状を掘削すべきトンネルの形状に対応させるのは言うまでもない。
【０１２１】
加えて、大断面トンネル１０、８０、８０’の施工に際しては、先行シールドトンネル１５、８５、８５’を先行構築した後に後行シールドトンネル１６、８６を後行構築する構成となっているが、先行シールドトンネル１５、８５、８５’が全て施工されなくても、これらの先行シールドトンネル１５、８５、８５’のうち互いに隣接する二つの施工ができれば、その間に後行シールドトンネル１６、８６の施工を開始しても何ら支障はない。またもちろん、先行シールドトンネル１５、８５、８５’の構築が全長にわたって完了しなくとも、ある程度構築が進行した時点で、その後方から後行シールドトンネル１６、８６の構築を開始しても良い。このような工法を採用すれば、さらなる工期の短縮化を図ることが可能となる。
補強部材２８の配筋等の作業についても同様で、トンネル構造体１１の全周が完成した後でなくとも、後行シールドトンネル１６の施工と平行して補強部材２８の配筋作業を行うことも可能である。さらにコンクリート２９の打設についても、補強部材２８の配筋作業の進行と並行して行うことが可能である。
【０１２２】
また、セグメント１９，２３，８９については、鋼製のものに限らず、コンクリート製のものでも良い。この場合、補強板３１、９１、ボルト１０１、補強材１１０は、その基端部を、アンカー部材等によりコンクリート製のセグメントに固定すればよい。
【０１２３】
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない範囲内であれば、いかなる構成を採用しても良く、また上記したような構成を適宜選択的に組み合わせたものとしても良いのは言うまでもない。
【０１２４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る大断面トンネルによれば、大断面を有したトンネルのトンネル構造体は、第一のシールドトンネルと第二のシールドトンネルとを互いに交互に配置し、第二のシールドトンネルを第一のシールドトンネルの少なくとも延出部に重合させて一体化させ、第一のシールドトンネルの延出部には、補強材を内蔵した構成となっている。
このようにして、第一のシールドトンネルと第二のシールドトンネルとが互いにかみ合う構成とすることにより、強固な大断面トンネルを構成することができる。
しかも、第一のシールドトンネルと第二のシールドトンネルとを連結する延出部にはトンネル本体から外周側に向けて突出するよう取り付けられたピンからなる補強材が内蔵されているので、延出部の強度を高めることができる。したがって、施工深度が深く水圧が高い場合等にも、延出部に支保工などを設置することなくその崩壊を防止することができる。その結果、支保工を設置するための手間や工費、工期が不要であり、工費を抑制することができると共に工期延長を防止することができる。
加えて、延出部に補強材を内蔵することによって、延出部の強度を高めてトンネル本体とのより一層の構造的な一体化を図ることができ、第一のシールドトンネル全体の強度を大幅に向上させることができる。また、延出部の断面を小さくすることができるので、使用するシールド機の大きさを小さくすることができる。このようにして、大断面トンネル全体の施工費用を大幅に低減することが可能となる。
また、このようなピンからなる補強材は、シールド掘削機のテールが通り過ぎた後に取り付けることが可能であるため、シールド掘削機の強度の低下を招くことなく、シールド掘削機の製作費を大幅に低減することができ、加えて、作業性も非常に良く、工費削減および工期短縮化に貢献することができる。さらに、ピンとしてボルトを用いれば、その外周面に形成された螺条によって、前記凹凸のように、硬化性材料に対する付着強度を高める効果も得られる。
【０１２９】
請求項２に係る大断面トンネルの構築方法によれば、トンネル本体と、二本一対で補強材を備えた延出部とからなる第一のシールドトンネルを先行構築した後、第二のシールドトンネルを、互いに隣接する第一のシールドトンネル間の地山と第一のシールドトンネルの延出部とを掘削しつつ後行構築して、トンネル構造体を第一のシールドトンネルと第二のシールドトンネルとを互いに重合させて構築し、しかる後にトンネル構造体の内方の地山を掘削してここにトンネル空間を形成することによって大断面を有したトンネルを構築する構成となっている。これにより、第一のシールドトンネルと第二のシールドトンネルとが、延出部を介して互いにかみ合う構成をなし、延出部に補強材が内蔵されているので延出部自体が十分な強度を有した大断面トンネルを構築でき、円滑かつ効率よく大断面トンネルを構築することができる。これにより、工期の短縮化、コスト低減といった効果を得ることができる。
【０１３０】
請求項３に係るシールド掘削機によれば、その外殻をなすスキンプレートが、トンネル本体に対応したスキンプレート本体と、延出部に対応した張出し部とを備え、張出し部には、延出部内に板状の補強材をセットするための補強材セット機構が備えられた構成となっている。これにより、補強材を所定の位置にセットすることができるので、補強材を内蔵する延出部を備えた構成の、特殊形状のトンネルを構築することができ、請求項２に係る大断面トンネルの構築方法を実現することができる。
【０１３１】
請求項４に係るシールド掘削機によれば、補強材セット機構には、張出し部の変形を防止するための変形防止手段が備えられた構成となっている。そして、請求項５に係るシールド掘削機によれば、変形防止手段が、張出し部の内周面に取り付けられたジャッキと、ジャッキの先端部に備えられて板状の補強材の表面に当接させられるローラとを有した構成となっている。これにより、補強材を通すために形成されたスリットによってスキンプレートの強度が低下するが、スキンプレートの変形が変形防止手段によって防止される。特にジャッキとローラとを有した変形防止手段によれば、トンネルの湾曲等により張出し部の内周面と補強材とのシールド掘削機の断面方向における位置関係が相対変位しても、補強材の表面に当接するローラをジャッキで移動させることによって、相対変位に追従することができ、常にスキンプレートの強度が確保される。
【０１３２】
請求項６に係るシールド掘削機によれば、張出し部の後端部には、板状の補強材と張出し部との隙間を塞ぐテールシールが備えられた構成となっている。これにより、張出し部の内部に延出部を形成する硬化性材料が進入するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る大断面トンネルおよびその構築方法ならびにそれに用いるシールド掘削機を適用したトンネルの第一の実施の形態を示す図であって、前記トンネルの立断面図である。
【図２】  前記大断面トンネルの構築方法を示す図であって、トンネル構造体を構成する第一のシールドトンネルを先行構築した状態を示す立断面図である。
【図３】  前記第一のシールドトンネルの掘削に用いるシールド掘削機の一例を示す図であって、前記シールド掘削機の張出し部の内部構造を示す立断面図である。
【図４】  前記第一のシールドトンネルの延出部に内蔵された補強材の一例を示す側断面図および斜視図である。
【図５】  前記シールド掘削機を示す図であって、（ａ）同シールド掘削機の斜視図，（ｂ）同シールド掘削機の後部の斜視断面図である。
【図６】  同シールド掘削機の張出し部に備えられた充填材注入管を示す側断面図である（図３のイ−イ断面図）。
【図７】  同張出し部に備えられた充填材押圧機構を示す側断面図である（図３のロ−ロ断面図）。
【図８】  同張出し部に備えられた補強材セット機構を示す側断面図である（図３のハ−ハ断面図）。
【図９】  前記補強材セット機構を構成するジャッキおよびローラを示す斜視図である。
【図１０】  前記大断面トンネルの構築方法を示す図であって、トンネル構造体を構成する第一のシールドトンネルを先行構築した後、第二のシールドトンネルを構築すべき位置を示す立断面図である。
【図１１】  同、前記第二のシールドトンネルを構築した状態を示す立断面図である。
【図１２】  同、シールドトンネルの一部を撤去して残土砂を除去した状態を示す立断面図である。
【図１３】  同、シールドトンネルに補強部材を配設するための孔を形成した状態を示す立断面図である。
【図１４】  前記補強材の他の一例を示す斜視図である。
【図１５】  前記補強材のさらに他の一例を示す斜視図である。
【図１６】  本発明に係る大断面トンネルおよびその構築方法ならびにそれに用いるシールド掘削機を適用したトンネルの第二および第三の実施の形態を示す図であって、前記トンネルの立断面図である。
【図１７】  前記第二の実施の形態において、前記トンネルを構成する第一のシールドトンネルを示す立断面図である。
【図１８】  前記大断面トンネルの構築方法を示す図であって、トンネル構造体を構成する第一のシールドトンネルを先行構築した後、第二のシールドトンネルを構築すべき位置を示す立断面図である。
【図１９】  前記第三の実施の形態において、前記トンネルを構成する第一のシールドトンネルを示す立断面図である。
【図２０】  前記第一のシールドトンネルに補強材を取り付けるためのナットと、セグメントを補強するための補強部材を示す平面図および側断面図である。
【図２１】  同第一のシールドトンネルを構築するためのシールド掘削機を示す立断面図である。
【図２２】  前記トンネルの構築方法を示す図であって、セグメントを組み立てつつ、シールド掘削機の後方において補強材をセットしている状態を示す断面図である（図２２のニ−ニ断面図）。
【図２３】  本発明に係る大断面トンネルおよびその構築方法ならびにそれに用いるシールド掘削機を適用したトンネルの第三の実施の形態の他の一例を示す図である。
【図２４】  前記第三の実施の形態のさらに他の一例を示す図であって、他の補強材を示す斜視図である。
【図２５】  前記補強材のセット状態を示す側断面図である。
【符号の説明】
１０，８０，８０’  大断面トンネル
１１，８１，８１’  トンネル構造体
１２、１３、８２  内部空間（トンネル空間）
１５，８５，８５’  先行シールドトンネル（第一のシールドトンネル）
１６，８６  後行シールドトンネル（第二のシールドトンネル）
１７，２１Ａ1，２１Ａ2，８７  トンネル本体
１８，２２，８８，８８’  連結部（延出部）
３１、９１  補強板（補強材）
３２  フラットバー（鋼製部材）
３３、３３’、３３”  凹凸
４０、１０５  シールド掘削機
４１、１０６  スキンプレート
４１ａ、１０６ａ  スキンプレート本体
４１ｂ、１０６ｂ  張出し部
４２  メインカッター
４３  小径カッター（サブカッター）
６０  サポート装置（変形防止手段）
６１  ジャッキ
６２  ローラ
６６  テールシール
６７  補強板セット機構
７０  エキスパンドメタル（鋼製部材）
７１  縞鋼板
１０１  ボルト（補強材、ピン）
１１０  補強材
１１２  補強ピン（ピン）
Ｇ  地山
【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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