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Project Brief

プロジェクト紹介

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231号目次Design of large section rectangular shaped shield tunnel

1

世界初の大断面矩形シールドトンネルの計画設計
北嶋武彦

畔取良典

KITAJIMA Takehiko

KUROTORI Yoshinori

中央復建コンサルタンツ株式会社 / 地下構造系グループ/プロジェクトマネージャー

中央復建コンサルタンツ株式会社 / 地下構造系グループ/プロジェクトマネージャー

1 ――矩形シールドの計画

地下には幹線下水管・水道管・ガス線シールド工法を比較検討した。矩（1）設計区間管等のライフラインが輻輳している。

形シールドトンネルは全く新たな発想のシールド形状である。

京都市では、国際会館から JR 京

また、六地蔵駅は始発駅となるこ都駅を経由して竹田に至る烏丸線とから、渡り線部が必要となる。こ

比較検討の結果（図 2a、b 参照）、と、六地蔵から山科を経由して二条のような場合には、駅部と渡り線部幹線下水管の直下でのシールド施工に至る東西線を現在供用中である。

を開削工法、駅間は単線並列シールが必要なことから、矩形シールドを本シールドは、1999 年 10 月〜 2004

ドトンネルとするのが一般的である

採用した場合には、駅が浅くなり利

年 11 月に実施した東西線六地蔵〜が、開削工法による道路交通への影用者の利便性が高まること、また掘醍醐間延伸工事のうち、六地蔵〜石響、輻輳する埋設物処理等の大きな削土量が少なく、環境負荷の軽減に田間のシールド区間に採用された。

問題があった。

寄与すること、駅部を含めた全体工■図 2b −各種シールド工法の比較（その 2）

2 ――矩形シールドの概要と設計上

これらの諸問題に対して、①複円事費でコスト縮減ができること等のの課題

本区間は、道路幅が 15mと狭く交形シールド工法、②矩形シールド工利点が判明し、矩形シールドを採用（1）断面形状

通量が多いために渋滞が多発し、法、③単線並列シールド工法、④複した。

（2）矩形シールドトンネルの採用

場合には約 2 倍近い大きさとなる（図3参照）。

（3）設計上の課題

大断面矩形シールドに対して、以構造形式としては渡り線部（1 層 1下の設計上の課題が考えられる。

トンネル断面は、高さ 6.5m ×幅径間、延長約 60m）、一般線路部（1a）渡り線部の形状とセグメント9.9m であり、実績のある大断面円形

層2径間、延長約 700m）である。

円形シールドでは軸力が卓越するシールドに匹敵する規模である。

（2）通過地盤と土被りが、渡り線部においては曲げモーメ

また、矩形シールドにおける実績

土被りは 10m（渡り線部）〜 15mントが卓越し、特にトンネル上部およと比較すると、これまでの矩形シー（一般線路部）であり、N 値＝ 10 〜び下部の変形が大きくなる。採用す

ルド面積の 1.6 倍にあたる約 60m2 で30の砂礫層を通過する。

るセグメントおよび継手はこれに対応あり、柱のないトンネルと比較したできるものとする必要がある。

■図 3 −形状概要と断面実績■図 1 −京都市交通局の地下鉄路線図

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■図 2a −各種シールド工法の比較（その 1）

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d）変形モードの違いによる接続部b）常時荷重c）添接効果とセグメント組み立て

円形シールド設計に用いる荷重

本シールドは、円形シールドと同様（土圧・水圧）の適用性を確認する必に千鳥組により組み立てられるが、渡り線部では、トンネル上下部の要がある。また、設計に用いられる渡り線部においてはシールドマシン径間中央付近の変形が卓越すること

設計計算に用いる構造モデルは、地盤反力は、施工時の裏込注入の内でのトンネル上下部の変形が大きくに対して、一般線路部では中柱を有「 鉄 道 構 造 物 等 設 計 標 準・同 解 説確実性と密接に関連することから、なることが予想され、通常の千鳥組することから、接続部ではこの影響シールドトンネル」に準拠し、セグメこれに対する配慮も必要である。

効果を期待できない可能性がある。

を考慮する必要がある。

ント本体をはり、継手を継手バネと対策（2）構造モデルと設計法してモデル化する「はり−バネモデ

トンネル断面が特殊であることにル」を採用し、許容応力度法により近で大きく変形モードが異なり、特継手バネ値については、既往の期待できない可能性があった。そこに一般線路部側中柱セグメントおよ実験結果からバネ値を設定した。こで、添接効果を期待した「3リングはびリング継手に大きな荷重が作用すのバネ値設定については、実物大り−バネモデル」のほか、安全側設ることが予想された。

3 ――常時設計の継手実験を行い、その妥当性の計の観点から、添接効果を期待しな（2）3 次元解析による設計（1）断面形状と採用セグメント確認を実施した。

い「単リングはり−バネモデル」によ

上記の問題に対して、渡り線部お（3）考慮する荷重る設計計算を合わせて実施し、厳しよび一般線路部をそれぞれ 5 リング

い値を設計断面力とした。とした「10 リングはり−バネモデル」

討を加えておく必要がある。

a）形状効果による断面力低減
前述したように、トンネル断面が大設計を行なった。

a）土水圧

c）偏土圧を考慮によるほか、図 8 に示す「10 リング 3

験的に定められた側方土圧係数λ過去の複円形シールド現場計測次元シェル−バネモデル」を用いて越する。そこで、断面に曲線を挿入と地盤反力係数 k が用いられてい結果から、本シールドにおいても、設計を行った。

することにより、設計断面力の軽減る。本トンネルの場合、その断面形偏土圧＋50kN/m2 を考慮した。

（3）対策を図った。計算は土被り10m の全状は開削トンネルに近い矩形である

土被り土圧、側方土圧は土水分離ことから、設計では、シールドとして4 ――接続部の設計が減少し、一般線路部側に断面力（λ =0.4）とし、剛性一様リング（ηの設計のほか、開削トンネルとしての（1）接続部の問題点の増加が認められたため、渡り線部=0.7、ζ =0）として行った。図 4 は、設計も行い、厳しい値を採用した。

断面矩形となることから、円形シー円形のシールドトンネルでは、経ルドに比べて、曲げモーメントが卓Engineering Consultant
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検討の結果、渡り線部側の断面力

本トンネルでは、構造形式の異な側のサンドイッチ型合成セグメントを一般線路部側 5リングに適用した。

トンネル上下部に曲線（R1）を挿入b）単リング設計

る、渡り線部（1 層 1 径間）と一般線した場合の断面力感度分析結果でシールドは、千鳥組で組み立てら路部（1 層 2 径間）が連続することとあり、図中の R1=4.6m は、単円シーれるが、シールドマシン内でのトンなる。図 7 にそれぞれの変形モードルドの場合を示している。この感度

ネル上下部の変形が大きくなること

図を示すが、上下床版径間中央付

5 ――おわりに
京都市地下鉄東西線「醍醐〜六地分析結果より、最終的にはトンネル蔵」間延伸工事において、世界で初側部にも曲線（R2）を挿入し、長方めての試みとなった大断面矩形シー形断面の約 70 ％程度に軽減するこ

ルドトンネルの完成に対して、事業とができた。

主体の京都市交通局、計画・設計のb）セグメント

中央復建コンサルタンツ、施工業者

渡り線部のセグメントについては、の鹿島・奥村・大豊・吉村・岡野共以下の 3 種のセグメントを比較対象

同企業体の 3 社が「平成 15 年度土木とした。

学会技術賞」を受賞した。これは、① コルゲート型ダクタイルセグメント

都市空間利用に幅広く応用できる設② 嵌合方式合成セグメント（NM）計および施工技術が高く評価され受③ サンドイッチ合成セグメント賞に至ったものと考えている。

a）で示した最終形状に対して、経この延伸工事は、平成 16 年 11 月

済性および変形（上下部のたわみ量）に無事開業し、現在は市民の足としからサンドイッチ合成セグメントを採■図 6 −地盤モデル■図 7 −変形モードの違いが予想され、通常の千鳥組効果をることから、耐震安全性について検■図 5 −サンドイッチ型合成セグメントの概要

クタイルセグメントとした。

e）耐震設計加えて、一般線路部では中柱を有す■図 4 −断面力感度分析結果

また、一般線路部については、ダ用した。て幹線都市鉄道の機能を果たして■図 8 − 10リング 3 次元シェル−バネモデル

いる。
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