(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-20
(45)【発行日】2022-10-28
(54)【発明の名称】シールド発進基地及び円周トンネルを用いた外殻シールド工法
(51)【国際特許分類】
E21D 9/06 20060101AFI20221021BHJP
E21D 9/08 20060101ALI20221021BHJP
E21D 13/00 20060101ALI20221021BHJP
E21D 9/04 20060101ALI20221021BHJP
E21D 11/00 20060101ALI20221021BHJP
【ＦＩ】
E21D9/06 301A
E21D9/08 Z
E21D9/06 301D
E21D13/00
E21D9/04 F
E21D11/00 Z
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2018212311
(22)【出願日】2018-11-12
(65)【公開番号】P2020079491
(43)【公開日】2020-05-28
【審査請求日】2021-10-28
(73)【特許権者】
【識別番号】000002299
【氏名又は名称】清水建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100161506
【弁理士】
【氏名又は名称】川渕 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(72)【発明者】
【氏名】浜口 幸一
【審査官】湯本 照基
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－１６６１８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０４－０５５５９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０３－２４４７９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０３－１７６５９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－３３０７４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０３－００５５９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０１－２９０８９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０７６７２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１２９４１１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ２１Ｄ ９／０６
Ｅ２１Ｄ ９／０８
Ｅ２１Ｄ １３／００
Ｅ２１Ｄ ９／０４
Ｅ２１Ｄ １１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
トンネル線形が一定の円周曲線を描くように円周方向に掘進される複円形円周シールド掘削機を使用して施工される複円形状の円周トンネルからなるシールド発進基地であって、
前記複円形円周シールド掘削機は、
トンネル軸方向から見た断面視で一対の円形同士の一部を重ねた複円形状に形成され、前胴プレートと後胴プレートに前後方向に分割接合されたスキンプレートを有するシールド機本体と、
前記一対の円形のそれぞれの中心をカッタ回転中心とするカッタと、を備え、
前記シールド機本体には、前記前胴プレートに設けられ切羽側のチャンバーとシールド機内とを区画する隔壁が設けられ、
前記前胴プレートと前記後胴プレートとは、前記円周方向における内周側に、当該複円形円周シールド掘削機による線形の曲率に合わせた所定の角度で屈折接合され、
前記複円形円周シールド掘削機の円周方向の掘進と共に複円形状の円周セグメントが円周方向に延在するように構築され、
前記円周セグメントの内空側には、別のシールド掘削機の発進用のスペースが形成され、
複円形状をなす前記円周トンネルにおける断面中央には、前記円周方向に沿って複数の中柱が設けられ、
前記複数の中柱のうち少なくとも前記円周トンネルにおける前記別のシールド掘削機の発進領域に位置する中柱は、前記別のシールド掘削機を設置する前の段階において撤去可能に設けられていることを特徴とするシールド発進基地。
【請求項2】
前記シールド機本体には、姿勢制御手段として、トンネル軸方向に直交する方向で地山側に向けて突出可能な地山グリッパー及び余掘り装置のうち、少なくともいずれか一方が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシールド発進基地。
【請求項3】
前記円周セグメントのうち前記別のシールド掘削機が発進する切羽に位置する部分には、前記別のシールド掘削機で掘削可能な材料からなる切削壁が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシールド発進基地。
【請求項4】
トンネル線形が一定の円周曲線を描くように円周方向に掘進される複円形円周シールド掘削機は、
トンネル軸方向から見た断面視で一対の円形同士の一部を重ねた複円形状に形成され、前胴プレートと後胴プレートに前後方向に分割接合されたスキンプレートを有するシールド機本体と、
前記一対の円形のそれぞれの中心をカッタ回転中心とするカッタと、を備え、
前記シールド機本体には、前記前胴プレートに設けられ切羽側のチャンバーとシールド機内とを区画する隔壁が設けられ、
前記前胴プレートと前記後胴プレートとは、前記円周方向における内周側に、当該複円形円周シールド掘削機による線形の曲率に合わせた所定の角度で屈折接合され、
前記複円形円周シールド掘削機を使用して施工される複円形状の円周トンネルを使用し、地中空洞の外殻部に沿って掘進される外殻トンネルを構築する円周トンネルを用いた外殻シールド工法であって、
前記地中空洞の施工基端側の一部に前記複円形円周シールド掘削機の発進部をなす第１シールド発進基地を施工する工程と、
前記第１シールド発進基地から前記複円形円周シールド掘削機を発進し、前記円周方向に掘進させて前記円周トンネルを構築する工程と、
前記円周トンネルを第２シールド発進基地とし、該第２シールド発進基地から外殻シールド掘削機を発進し、前記地中空洞の長手方向に沿って掘進させて前記外殻トンネルを構築する工程と、
複円形状をなす前記円周トンネルにおける断面中央に複数の中柱を前記円周方向に沿って設ける工程と、
前記外殻シールド掘削機を設置する前に、前記複数の中柱のうち少なくとも前記円周トンネルにおける前記外殻シールド掘削機の発進領域に位置する中柱を撤去する工程と、
を有することを特徴とする円周トンネルを用いた外殻シールド工法。
【請求項5】
複円形状をなす前記円周トンネルの一方の第１円形部内に発進時の前記外殻シールド掘削機が配置され、他方の第２円形部内に前記外殻シールド掘削機の発進時の反力壁を有する発進設備が配置されていることを特徴とする請求項４に記載の円周トンネルを用いた外殻シールド工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、シールド発進基地及び円周トンネルを用いた外殻シールド工法に関する。
【背景技術】
【0002】
大規模な道路トンネル等では、シールド工法により施工される本線トンネルとランプトンネルの分岐合流部に大断面の地中空洞を設けることが求められていた。このような大断面の地中空洞の施工方法として、例えば特許文献１に示されるように、構築される分岐合流部の外殻部に覆工躯体構造を先行して施工し、その後で覆工躯体構造の内側を掘削することにより施工することが提案されている。
このような覆工躯体構造としては、分岐合流部の外殻部においてシールド工法により複数の外殻トンネルを分岐合流部の周方向に間隔をあけて施工し、さらに凍結工法により地盤防護工を施工してから隣り合う外殻トンネル同士の間を切り開いて、鉄筋や型枠を組み立てた後、コンクリートを打設することにより構築されるものが知られている。
このような覆工躯体構造としては、分岐合流部の外殻部においてシールド工法により複数の外殻トンネルを分岐合流部の周方向に間隔をあけて施工し、さらに凍結工法により地盤防護工を施工してから隣り合う外殻トンネル同士の間を切り開いて、鉄筋や型枠を組み立てた後、コンクリートを打設することにより構築されるものが知られている。
【0003】
また、分岐合流部を施工する際には、先行して掘削した本線トンネルとランプトンネルを囲うようにして、これらのトンネル軸方向に平行な方向を中心軸とした円周方向に沿って延びる矩形断面の円周トンネルをシールド工法により施工し、この円周トンネルを発進基地として外殻シールド掘削機を発進させて上述した外殻トンネルを掘削する工法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第４９５８０３５号公報
【文献】特開２０１４－４３７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来提案されている外殻トンネルを掘削するための外殻シールド掘削機の発進基地となる円周トンネルの施工方法にあっては、以下の点で問題があった。
すなわち、円周トンネルにより構成される発進基地は、外殻シールド掘削機を発進させるために奥行き方向にある程度のスペースが必要となる。つまり、円周トンネルの断面形状としては奥行き方向に長い横長の矩形断面であることが発進基地として利用する上で有効的であり望ましい。ところが、矩形断面の円周シールド機による掘削及び覆工は周囲から受ける土水圧による外力に対して構造的に不安定であり、施工が難しいという問題があった。
すなわち、円周トンネルにより構成される発進基地は、外殻シールド掘削機を発進させるために奥行き方向にある程度のスペースが必要となる。つまり、円周トンネルの断面形状としては奥行き方向に長い横長の矩形断面であることが発進基地として利用する上で有効的であり望ましい。ところが、矩形断面の円周シールド機による掘削及び覆工は周囲から受ける土水圧による外力に対して構造的に不安定であり、施工が難しいという問題があった。
【0006】
一方で、円形断面のシールドは円周方向の掘進においても比較的、施工管理がし易く、構造的にも安定している。ところが、上述したように外殻シールド掘削機を発進させるための奥行き方向のスペースを確保できる外径の円形シールド機により施工する場合は、外殻シールド掘削機の発進基地として利用する際に円周トンネルの上下部に大きな不要な空間が生じてしまい、非効率な施工となることから、その点で改善の余地があった。
【0007】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、横長断面形状の円周トンネルを効率よく施工することができるシールド発進基地及び円周トンネルを用いた外殻シールド工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するため、本発明に係るシールド発進基地は、トンネル線形が一定の円周曲線を描くように円周方向に掘進される複円形円周シールド掘削機を使用して施工される複円形状の円周トンネルからなるシールド発進基地であって、前記複円形円周シールド掘削機は、トンネル軸方向から見た断面視で一対の円形同士の一部を重ねた複円形状に形成され、前胴プレートと後胴プレートに前後方向に分割接合されたスキンプレートを有するシールド機本体と、前記一対の円形のそれぞれの中心をカッタ回転中心とするカッタと、を備え、前記シールド機本体には、前記前胴プレートに設けられ切羽側のチャンバーとシールド機内とを区画する隔壁が設けられ、前記前胴プレートと前記後胴プレートとは、前記円周方向における内周側に、当該複円形円周シールド掘削機による線形の曲率に合わせた所定の角度で屈折接合され、前記複円形円周シールド掘削機の円周方向の掘進と共に複円形状の円周セグメントが円周方向に延在するように構築され、前記円周セグメントの内空側には、別のシールド掘削機の発進用のスペースが形成され、複円形状をなす前記円周トンネルにおける断面中央には、前記円周方向に沿って複数の中柱が設けられ、前記複数の中柱のうち少なくとも前記円周トンネルにおける前記別のシールド掘削機の発進領域に位置する中柱は、前記別のシールド掘削機を設置する前の段階において撤去可能に設けられていることを特徴としている。
【0010】
また、本発明に係る円周トンネルを用いた外殻シールド工法は、トンネル線形が一定の円周曲線を描くように円周方向に掘進される複円形円周シールド掘削機は、トンネル軸方向から見た断面視で一対の円形同士の一部を重ねた複円形状に形成され、前胴プレートと後胴プレートに前後方向に分割接合されたスキンプレートを有するシールド機本体と、前記一対の円形のそれぞれの中心をカッタ回転中心とするカッタと、を備え、前記シールド機本体には、前記前胴プレートに設けられ切羽側のチャンバーとシールド機内とを区画する隔壁が設けられ、前記前胴プレートと前記後胴プレートとは、前記円周方向における内周側に、当該複円形円周シールド掘削機による線形の曲率に合わせた所定の角度で屈折接合され、前記複円形円周シールド掘削機を使用して施工される複円形状の円周トンネルを使用し、地中空洞の外殻部に沿って掘進される外殻トンネルを構築する円周トンネルを用いた外殻シールド工法であって、前記地中空洞の施工基端側の一部に前記複円形円周シールド掘削機の発進部をなす第１シールド発進基地を施工する工程と、前記第１シールド発進基地から前記複円形円周シールド掘削機を発進し、前記円周方向に掘進させて前記円周トンネルを構築する工程と、前記円周トンネルを第２シールド発進基地とし、該第２シールド発進基地から外殻シールド掘削機を発進し、前記地中空洞の長手方向に沿って掘進させて前記外殻トンネルを構築する工程と、複円形状をなす前記円周トンネルにおける断面中央に複数の中柱を前記円周方向に沿って設ける工程と、前記外殻シールド掘削機を設置する前に、前記複数の中柱のうち少なくとも前記円周トンネルにおける前記外殻シールド掘削機の発進領域に位置する中柱を撤去する工程と、を有することを特徴としている。
【0011】
本発明では、複円形円周シールド掘削機のスキンプレートの前胴プレートと後胴プレートとが円周方向における内周側に所定の角度で屈折接合され、一定の姿勢を保ちつつ一定の曲率で円周方向に掘進することが可能となる。そのため、所定の円周方向となる円周曲線を描くトンネル線形で掘進した複円形状の横長断面の円周トンネルを効率よく施工することができる。そして、複円形円周シールド掘削機で掘削した円周トンネルの断面形状は、円周方向から見て横長の複円形状となることから、その断面の長手方向をシールドトンネルのトンネル軸方向とする別のシールド掘削機を発進させるために必要な奥行き方向の発進スペースを確保でき、発進基地として使用することができる。
つまり、横長断面の円周トンネルの施工方法として、本発明のように複円形状の複円形円周シールド掘削機を使用することにより、従来のような複雑な構造の矩形断面のシールド掘削機を用いた場合や、円形断面のシールド掘削機を２本並列に掘削して連結させる方法に比べて施工が簡単になり、コストの低減を図ることができる。さらに、複円形円周シールド掘削機の場合には、機体がローリングの影響を受け易く一般的に制御が難しい矩形断面のシール掘削機に比べて、複雑な姿勢制御が不要となる利点がある。
つまり、横長断面の円周トンネルの施工方法として、本発明のように複円形状の複円形円周シールド掘削機を使用することにより、従来のような複雑な構造の矩形断面のシールド掘削機を用いた場合や、円形断面のシールド掘削機を２本並列に掘削して連結させる方法に比べて施工が簡単になり、コストの低減を図ることができる。さらに、複円形円周シールド掘削機の場合には、機体がローリングの影響を受け易く一般的に制御が難しい矩形断面のシール掘削機に比べて、複雑な姿勢制御が不要となる利点がある。
【0012】
また、本発明では、円周トンネルが曲線により形成される複円形状とすることで、矩形断面のトンネルや複数の円形トンネルを連結複数に比べて地盤から受ける土水圧に対しても構造的に有利であり、構造的に安定させることができ、例えばセグメントの厚さを小さく抑えることが可能となる。
本発明では、例えば別のシールド掘削機として大断面の地中空洞の外殻部を構成する外殻シールド掘削機を、円周トンネルの円周方向に間隔をあけて複数発進させて外殻部に複数の外殻トンネルを形成し、さらにこれら複数の外殻トンネル同士の間を掘削して連結することで外殻部に躯体構造を構築することができる。
本発明では、例えば別のシールド掘削機として大断面の地中空洞の外殻部を構成する外殻シールド掘削機を、円周トンネルの円周方向に間隔をあけて複数発進させて外殻部に複数の外殻トンネルを形成し、さらにこれら複数の外殻トンネル同士の間を掘削して連結することで外殻部に躯体構造を構築することができる。
【0013】
また、本発明に係る複円形円周シールド掘削機は、前記シールド機本体には、姿勢制御手段として、トンネル軸方向に直交する方向で地山側に向けて突出可能な地山グリッパー及び余掘り装置のうち、少なくともいずれか一方が設けられていることを特徴としてもよい。
【0014】
この場合には、地山グリッパーをトンネル径方向の外側に向けて突出させて掘削壁面の地山に反力をとって複円形円周シールド掘削機を掘進させることで、シールド機本体が所定の曲率の線形から外れることを抑制することができる。とくに円周方向に掘進する場合には、外周側の地山グリッパーを張り出して地山に反力をとることや、余掘り装置によって曲がる側（円周方向の内周側）の地山を余掘りすることで、シールド機本体が外周側に向かう力を押えて掘進中の姿勢を安定させることができ、姿勢制御がし易くなる。
【0017】
この場合には、円周トンネルにおける別のシールド掘削機（外殻シールド掘削機）の発進領域を中柱によって補強することができる。つまり、本発明では、中柱を有する複円形状の円周トンネルとすることで、地盤から受ける土水圧に対して構造的により安定させることができる。
そして、複円形円周シールド掘削機による掘進が完了した後であって別のシールド掘削機を設置する前の段階において、複数の中柱のうち少なくとも発進領域に位置する中柱を撤去することで、別のシールド掘削機を掘進する際に必要な施工設備を配置するための奥行き方向のスペースを確保することができる。
そして、複円形円周シールド掘削機による掘進が完了した後であって別のシールド掘削機を設置する前の段階において、複数の中柱のうち少なくとも発進領域に位置する中柱を撤去することで、別のシールド掘削機を掘進する際に必要な施工設備を配置するための奥行き方向のスペースを確保することができる。
【0018】
また、本発明に係るシールド発進基地は、前記円周セグメントのうち前記別のシールド掘削機が発進する切羽に位置する部分には、前記別のシールド掘削機で掘削可能な材料からなる切削壁が設けられていることを特徴としてもよい。
【0019】
この場合には、円周セグメントのうち別のシールド掘削機で発進する切羽の壁面を切削可能な材料により形成しておくことで、切削カッタで切削しながら効率よく発進することができる。
【0020】
また、本発明に係る円周トンネルを用いた外殻シールド工法は、複円形状をなす前記円周トンネルの一方の第１円形部内に発進時の前記外殻シールド掘削機が配置され、他方の第２円形部内に前記外殻シールド掘削機の発進時の反力壁を有する発進設備が配置されていることを特徴としてもよい。
【0021】
この場合には、円周トンネルより外殻シールド掘削機を発進させる際に、複円形状の断面のうち一方の第１円形部に外殻シールド掘削機を据え付け、そのときの外殻シールド掘削機の反力壁や資機材を搬入出するための発進設備を他方の第２円形部に配置することができる。すなわち、外殻シールド掘削機の後方に反力壁を設置するスペース、或いは資材の搬送や掘削土の搬出等に使用する第２円形部内に確保できるので、段取り替えの作業が不要となり、効率よく発進することができる。
【発明の効果】
【0022】
本発明のシールド発進基地及び円周トンネルを用いた外殻シールド工法によれば、横長断面形状の円周トンネルを効率よく施工することができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明の実施形態による分岐合流部の概略施工状態を示す斜視図である。
【図6】円周トンネルをトンネル軸方向から見た断面図である。
【図7】円周トンネルにおける外殻シールド掘削機の発進口を補強する発進部補強領域の構造を示すトンネル内空側から見た側面図である。
【図8】円周トンネルの施工状態を示す図であって、掘進中の複円形円周シールド掘削機の各姿勢を示した図である。
【図9】複円形円周シールド掘削機の構成を示す側面図である。
【図10】複円形円周シールド掘削機を前方から見た正面図である。
【図11】円周シールド発進基地において複円形円周シールド掘削機の発進前の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、本発明の実施形態によるシールド発進基地及び円周トンネルを用いた外殻シールド工法について、図面に基づいて説明する。
【0025】
図１及び図２に示すように、本実施形態による複円形円周シールド掘削機１は、例えば大規模な道路トンネルにおいて、予め地中にシールド工法により施工されている本線トンネル１１に対してランプトンネル１２が合流・分岐する箇所に大断面の分岐合流部１０を構築する施工に適用される。
【0026】
分岐合流部１０は、本線トンネル１１とランプトンネル１２の外側を取り囲むように、分岐合流部１０に平行に延在するように施工された複数の外殻トンネル１３、１３、…を外殻部の一部としたものである。この分岐合流部１０は、周方向に隣り合う外殻トンネル１３、１３同士の間を掘削して連結することにより周方向に連続する外殻躯体構造１０Ａを形成し、さらにその外殻躯体構造１０Ａの内側を掘削することにより構築される。分岐合流部１０の施工にあたっては、図３、及び図４（ａ）、（ｂ）に示すように、先ず本線トンネル１１とランプトンネル１２が予め施工されており、外殻躯体構造１０Ａの内側を掘削する際に、外殻躯体構造１０Ａの内側に構築されている本線トンネル１１とランプトンネル１２のセグメント１１Ａ、１２Ａが解体される。
複数の外殻トンネル１３は、分岐合流部１０の一部に予め施工されている円周トンネル１５を発進基地（外殻シールド発進基地１５０）として外殻シールド掘削機１４（別のシールド掘削機）を掘進させることにより施工される。
複数の外殻トンネル１３は、分岐合流部１０の一部に予め施工されている円周トンネル１５を発進基地（外殻シールド発進基地１５０）として外殻シールド掘削機１４（別のシールド掘削機）を掘進させることにより施工される。
【0027】
外殻シールド掘削機１４は、本線トンネル１１及びランプトンネル１２の外側において、外殻シールド発進基地１５０から分岐合流部１０の延在方向に沿うようにして掘進される。
【0028】
外殻シールド発進基地１５０（円周トンネル１５）は、図２及び図５に示すように、断面視でメガネ形状（複円形状）をなす複円形円周シールド掘削機１により施工され、一対の円形トンネル１５Ａ、１５Ｂを中央部分で重ねた断面メガネ形状の円周トンネル１５により構成され、本線トンネル１１の中心軸に平行な軸線を中心とする円周方向Ｅに沿ってリング状に施工されている。
【0029】
外殻シールド発進基地１５０は、図６に示すように、複円形円周シールド掘削機１の施工時に構築されるメガネ形状の円周セグメント１５１と、円周セグメント１５１における断面視で左右方向中央の上下のくびれ部分１５ａ、１５ａ同士を連結して上下方向に延在する中柱１５７と、を有している。
【0030】
ここで、図５に示すように、外殻シールド発進基地１５０をなす円周トンネル１５において、一対の円形トンネル１５Ａ、１５Ｂのそれぞれのトンネル中心Ｏ１、Ｏ２を通る直線の延在方向を左右方向Ｘといい、断面視で左右方向Ｘに直交する方向を上下方向という。
【0031】
図６に示すように、円周トンネル１５（外殻シールド発進基地１５０）の一方の発進側円形トンネル１５Ａ（第１円形部）は、外殻シールド掘削機１４の発進スペースとして使用され、発進後にはシールド機内に資材を送り込むための資材搬入スペースや掘削土の搬出スペースとして利用される。
【0032】
ここで、円周トンネル１５のうち発進側円形トンネル１５Ａにおける外殻シールド掘削機１４の発進口１５２が形成されるトンネル内の領域（発進領域Ｍ）には、図６及び図７に示すように、例えばＨ型鋼等の鋼材からなる複数の中柱１５７が円周方向Ｅに所定間隔（円周セグメントの１リング毎の間隔）をあけて配列されている。
発進領域Ｍにおける内外周側の各くびれ部分１５ａ、１５ａには、上下方向の内側に向けて張り出すように柱補強梁１５５が設けられている。柱補強梁１５５は、円周セグメント１５１の外周側と内周側との内面に沿って円周方向Ｅに延在する。そして、内外周側のそれぞれに設けられる柱補強梁１５５、１５５同士を連結するように複数の第１中柱１５７Ａと、複数の第２中柱１５７Ｂが設けられている。
発進領域Ｍにおける内外周側の各くびれ部分１５ａ、１５ａには、上下方向の内側に向けて張り出すように柱補強梁１５５が設けられている。柱補強梁１５５は、円周セグメント１５１の外周側と内周側との内面に沿って円周方向Ｅに延在する。そして、内外周側のそれぞれに設けられる柱補強梁１５５、１５５同士を連結するように複数の第１中柱１５７Ａと、複数の第２中柱１５７Ｂが設けられている。
【0033】
第１中柱１５７Ａは、図７において二点鎖線で示され、柱補強梁１５５、１５５同士の間で周方向Ｚの中央部分で発進口１５２の中央部分に重なる位置で配列されている。第２中柱１５７Ｂは、周方向Ｚで複数（図７では５本）の第１中柱１５７Ａの両側にそれぞれ複数（図７では２本）配置されている。
【0034】
第１中柱１５７Ａは、外殻シールド掘削機１４を設置する前の段階において撤去可能に設けられている。第１中柱１５７Ａは、後述するように外殻シールド掘削機１４の設置時には撤去されるので、外殻シールド掘削機１４（図６参照）の発進までの期間の発進領域Ｍの円周トンネル１５の形状を保持するために補強するものである。つまり、円周トンネル１５の施工が完了した後、外殻シールド掘削機１４を設置する前の段階において、発進領域Ｍに位置する第１中柱１５７Ａを撤去することで、外殻シールド掘削機１４の奥行き方向の施工設備のスペースを確保することができる。第２中柱１５７Ｂは、第１中柱１５７Ａを撤去した後でも内外周側の柱補強梁１５５を介して円周セグメントを支持している。
本実施形態では、２本の第２中柱１５７Ｂの内、第１中柱１５７Ａに近い側にはより大きな荷重が作用するため発進領域以外の中柱１５７に比べて耐荷力の大きなものが用いられている。
なお、これら第１中柱１５７Ａ、及び第２中柱１５７Ｂの配置間隔、１本当たりの耐荷力や材質は補強する設計強度等に合わせて適宜変更可能である。
本実施形態では、２本の第２中柱１５７Ｂの内、第１中柱１５７Ａに近い側にはより大きな荷重が作用するため発進領域以外の中柱１５７に比べて耐荷力の大きなものが用いられている。
なお、これら第１中柱１５７Ａ、及び第２中柱１５７Ｂの配置間隔、１本当たりの耐荷力や材質は補強する設計強度等に合わせて適宜変更可能である。
【0035】
また、他方の基端側円形トンネル１５Ｂ（第２円形部）は、外殻シールド掘削機１４の発進時の反力受け設備の配置スペースとして使用され、発進後にはシールド機内に資材を送り込むための資材搬入スペースや掘削土の搬出スペースとして利用される。なお、図６の符号１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃは、外殻シールド掘削機１４の発進後の資材搬入スペースや掘削土の搬出スペースの一例を示している。
【0036】
一対の円形トンネル１５Ａ、１５Ｂの内径は、外殻シールド掘削機１４が発進可能な寸法に設定されている。また、発進側円形トンネル１５Ａのうち外殻シールド掘削機１４の発進口１５２の切羽側の壁面１５ｂは、複円形円周シールド掘削機１の掘進時には円周セグメント１５１により外壁が形成されているが、適宜なタイミングで一般的なシールド工法と同様に外殻シールド掘削機１４の切削カッタで切削可能な例えば炭素繊維入りコンクリート等の材料により施工される。なお、カッタで切削可能な材料からなる壁面１５ｂが組み込まれているセグメントを使用することも可能である。
【0037】
複円形円周シールド掘削機１は、図８に示すように、ランプトンネル１２を拡幅掘削することにより構築された円周シールド発進基地１７から円周方向Ｅの一方（図８の符号Ｅ１に示す反時計回り）に向けて発進し、図８の符号１Ａ、１Ｂ、…１Ｆの順で円周方向Ｅ１に１周して円周シールド発進基地１７を到達基地として到達される。このように複円形円周シールド掘削機１は、トンネル線形が一定の曲線を描くように掘進させることができ、複円形円周シールド掘削機１の後部においてメガネ形状に組み立てられる円周セグメント１５１がトンネル掘進とともに順次組み立てられる。
【0038】
複円形円周シールド掘削機１は、図９及び図１０に示すように、外殻を形成するメガネ形状のスキンプレート２０を有するシールド機本体２と、シールド機本体２の前側に設けられ複数のカッタビットを有するカッタヘッド３と、カッタヘッド３に泥水を送り込むとともに掘削土を排泥する送排泥装置４と、円周セグメント１５１を組み立てるエレクタ装置５と、を備えている。
ここで、複円形円周シールド掘削機１において、掘削機中心線Ｃ０に沿う方向を前後方向Ｚといい、前後方向Ｚに沿う切羽側を前側、前方といい、その反対側（発進側）を後側、後方という。
ここで、複円形円周シールド掘削機１において、掘削機中心線Ｃ０に沿う方向を前後方向Ｚといい、前後方向Ｚに沿う切羽側を前側、前方といい、その反対側（発進側）を後側、後方という。
【0039】
シールド機本体２は、図９に示すように、断面視でメガネ形状をなし前胴プレート２０Ａと後胴プレート２０Ｂに前後方向Ｚに分割接合された前記スキンプレート２０と、前胴プレート２０Ａに設けられ切羽側のチャンバー３Ａとシールド機内とを区画する隔壁２１と、隔壁２１の外周部から後方に向けて突出する本体リング２２と、本体リング２２の後部に外周に沿って間隔をあけて配置された複数の推進ジャッキ２３と、本体リング２２から地山側に向けて突出可能な地山グリッパー２４と、を備えている。
【0040】
スキンプレート２０は、外形の断面形状で左右中央部にくびれ部２０ａ（図１０参照）が形成されたメガネ形状をなす筒状体であって、前胴プレート２０Ａが後胴プレート２０Ｂに対して円周方向Ｅにおける内周側に、複円形円周シールド掘削機１による線形の曲率に合わせた所定の角度で屈折接合され、円周方向Ｅの内周側に位置する部分が外周側に位置する部分よりも前後方向Ｚの長さが小さい形状で一体形成されている。
【0041】
前胴プレート２０Ａは、内側に隔壁２１、本体リング２２、及び地山グリッパー２４が配置されている。前胴プレート２０Ａには、地山グリッパー２４が外方に向けて突出可能な開口部が形成されており、この開口部から地山グリッパー２４を適宜な突出量で突出させることで、掘削地山Ｇに反力を取ることで、掘削時における複円形円周シールド掘削機１の方向制御を行うことができ、シールド機本体２が円周方向Ｅの軌道から外れることを防ぐことができる。
隔壁２１の前方で前胴プレート２０Ａに囲まれた内側には、送排泥装置４により送り込まれた泥水と掘削土砂とが攪拌される空間（チャンバー３Ａ）が形成されている。
隔壁２１の前方で前胴プレート２０Ａに囲まれた内側には、送排泥装置４により送り込まれた泥水と掘削土砂とが攪拌される空間（チャンバー３Ａ）が形成されている。
【0042】
後胴プレート２０Ｂの内側には、掘進とともに円周セグメント１５１がエレクタ装置５によって組み立てられる。後胴プレート２０Ｂの後部には、組み立てられた円周セグメント１５１の外周面との間隙をシールするテールシール２０１が後胴プレート２０Ｂの全周にわたって取り付けられている。ここでは、テールシール２０１は、ワイヤブラシからなり、スキンプレート２０の長さ方向（前後方向Ｚ）に３列で配設されている。
【0043】
なお、スキンプレート２０には、掘削した地山壁面との間に掘進と同時に裏込め材を注入するための裏込め同時注入装置（図示省略）を装備しておいてもよい。本実施形態のように複円形円周シールド掘削機１を使用して円周方向Ｅに掘進する場合には、ほぼ水平方向に掘進する場合に比べて掘削機の姿勢の変化が大きく、カッタで掘削した直後の掘削地山の壁面が崩れやすい、そのため、裏込め同時注入装置を設けておくことで、掘削直後に早期に掘削地山との間の隙間に裏込め材が充填され、地山を安定させることができる。したがって、掘削地山の崩落に伴うシールド掘削機の姿勢制御がし易くなり、方向制御が難しい円周方向Ｅの掘進の方向制御を精度よく行うことができる。
【0044】
隔壁２１は、切羽の水や土砂がシールド機本体２の内側（シールド機内）に流入しないように切羽側とシールド機内側を隔離する区画壁である。隔壁２１は、図１０に示すように、二つの円形部２１Ａ、２１Ｂの一部を重ねた形状であり、各円形部２１Ａ、２１Ｂの中心Ｃ１、Ｃ２にカッタ回転軸３１が回転可能に支持されている。各円形部２１Ａ、２１Ｂには、後述するカッタ回転用のカッタリング３２が円形部２１Ａ、２１Ｂの中心Ｃ１、Ｃ２回りに回転可能に支持されている。
また、隔壁２１には、図９に示すように、シールド機内からチャンバー３Ａ内に連通する送泥用の泥水注入口２１１、及び土砂取込口２１２が設けられている。これら泥水注入口２１１及び土砂取込口２１２には、送排泥装置４の各配管（後述する送泥管４１及び排泥管４２）が接続されている。
また、隔壁２１には、図９に示すように、シールド機内からチャンバー３Ａ内に連通する送泥用の泥水注入口２１１、及び土砂取込口２１２が設けられている。これら泥水注入口２１１及び土砂取込口２１２には、送排泥装置４の各配管（後述する送泥管４１及び排泥管４２）が接続されている。
【0045】
本体リング２２は、推進ジャッキ２３が固定される外周リング２２Ａと、外周リング２２Ａの内側に設けられカッタ駆動モータ２５が固定される内周リング２２Ｂと、を備えている。外周リング２２Ａの前後方向Ｚの長さは、円周方向Ｅにおける外周側の長さが内周側よりも長くなるように形成されている。
【0046】
外周リング２２Ａは、隔壁２１の外周部に沿ったメガネ形状に形成され、後端面２２ａがスキンプレート２０の前胴プレート２０Ａの後端部（前胴プレート２０Ａと後胴プレート２０Ｂとの境界の屈折部）に一致している。外周リング２２Ａの後端面２２ａには、外周に沿って複数の推進ジャッキ２３、２３、…がジャッキ押圧面２３ａを後方に向けた状態で固定されている。外周リング２２Ａには、複円形円周シールド掘削機１のトンネル軸方向に直交する方向で地山側に向けて突出可能な地山グリッパー２４が設けられている。
【0047】
推進ジャッキ２３は、伸縮ロッドが本体リング２２の後端面２２ａより後方に向けて突出可能となるように本体リング２２に固定されている。推進ジャッキ２３の伸縮ロッドを伸張させることで、スキンプレート２０の後胴プレート２０Ｂの内側に順次組み立てられたセグメント１５１の前面に押し付けて反力をとってシールド機本体２の推進力が得られている。なお、推進ジャッキ２３には、ローリング防止制御装置が装備されていてもよい。
【0048】
地山グリッパー２４は、シールド機本体２の姿勢制御手段であって、外方に突出される反力面２４ａが前方から後方に向かうに従い漸次、突出長が大きくなるように傾斜している。地山グリッパー２４は、反力面２４ａを掘削地山Ｇに押し付けた状態で複円形円周シールド掘削機１を掘進させることで、複円形円周シールド掘削機１が円周方向Ｅから外れて外周側または内周側に向かおうとする力に対する反力を地山に取ることができるようになっている。
【0049】
内周リング２２Ｂは、隔壁２１の円形部２１Ａ、２１Ｂの中心Ｃ１、Ｃ２と同軸に設けられた円形リング状に形成されている。内周リング２２Ｂには、周方向に間隔をあけて複数の電動式のカッタ駆動モータ２５が設けられている。内周リング２２Ｂの内側には、カッタリング３２が各中心Ｃ１、Ｃ２回りに回転可能に支持されている。
【0050】
カッタヘッド３は、図９及び図１０に示すように、隔壁２１の円形部２１Ａ、２１Ｂのそれぞれの中心Ｃ１、Ｃ２に設けられたカッタ回転軸３１と、隔壁２１に支持され、一対のカッタ回転軸３１のそれぞれを中心に回転可能に設けられたカッタリング３２と、カッタ回転軸３１の先端に設けられたセンターカッタ３３と、カッタリング３２に支持され、センターカッタ３３に中心部が固定されたスポーク式のカッタスポーク３４Ａ、３４Ｂと、カッタスポーク３４Ａ、３４Ｂの外周端に設けられたコピーカッタ３５（余掘り装置）と、を備えている。
【0051】
センターカッタ３３を備えたカッタ回転軸３１は、隔壁２１に設けられたロータリージョイント（図示省略）によって回転可能に支持されている。
カッタリング３２は、図９に示すように、隔壁２１の内周リング２２Ｂに支持されるとともに、前端には連結材３６を介してカッタスポーク３４Ａ、３４Ｂが一体的に支持されている。カッタリング３２の外周部にはリングギア３２ａが形成され、複数のカッタ駆動モータ２５のモータ回転軸２５ａが噛合され、カッタ駆動モータ２５の駆動によってカッタ回転軸３１とともに回転可能に設けられている。
カッタリング３２は、図９に示すように、隔壁２１の内周リング２２Ｂに支持されるとともに、前端には連結材３６を介してカッタスポーク３４Ａ、３４Ｂが一体的に支持されている。カッタリング３２の外周部にはリングギア３２ａが形成され、複数のカッタ駆動モータ２５のモータ回転軸２５ａが噛合され、カッタ駆動モータ２５の駆動によってカッタ回転軸３１とともに回転可能に設けられている。
【0052】
一対のカッタスポーク３４Ａ、３４Ｂは、図１０に示すように、切羽側からみてＸ状となるようにカッタ回転軸３１で交差した状態で配置されている。カッタスポーク３４Ａ、３４Ｂの前面には、スポークの長さ方向に沿って多数のカッタビットが取り付けられている。各円形部２１Ａ、２１Ｂに設けられるカッタスポーク３４、３４同士は、互いに干渉しないようにカッタ回転軸３１回りに回転することで、メガネ形状の断面を掘削できるように回転が制御されている。
【0053】
コピーカッタ３５は、カッタスポーク３４Ａ、３４Ｂの一部のスポーク先端部３４ａからスポーク軸の外方に向けて出没可能に設けられている。コピーカッタ３５は、所定のカッタ回転位置で地山側に所定の突出量で張り出すことで、スキンプレート２０の外周面よりも外側を掘削するものである。すなわち、コピーカッタ３５は、地山グリッパー２４と同様にシールド機本体２の姿勢制御手段として機能している。
【0054】
送排泥装置４は、切羽のチャンバー３Ａ内に泥水を送るための送泥管４１と、泥水と混合された掘削土砂を排出するための一対の排泥管４２（４２Ａ、４２Ｂ）と、排泥管４２内の取込口に設けられるスクリューコンベア４３と、を備えている。
送泥管４１は、隔壁２１の各円形部２１Ａ、２１Ｂの中央部に設けられる泥水注入口２１１に接続されている。掘進中は、送泥管４１よりチャンバー３Ａ内に泥水が注入され、切羽を一定の圧力に保持するとともに、掘削した土砂と混合されて適度な粘性とした排泥状態とすることができる。
送泥管４１は、隔壁２１の各円形部２１Ａ、２１Ｂの中央部に設けられる泥水注入口２１１に接続されている。掘進中は、送泥管４１よりチャンバー３Ａ内に泥水が注入され、切羽を一定の圧力に保持するとともに、掘削した土砂と混合されて適度な粘性とした排泥状態とすることができる。
【0055】
排泥管４２Ａ、４２Ｂは、隔壁２１の各円形部２１Ａ、２１Ｂにおける外周側と内周側に設けられる土砂取込口２１２に接続されている。これら一対の排泥管４２Ａ、４２Ｂは、それぞれシールド機内において土砂取込口２１２から後方に向かうに従い断面中央となるように傾斜して設けられ、断面中央に配設されている土砂排出管４４に合流するように接続されている。各排泥管４２Ａ、４２Ｂ内の先端部分には、スクリューコンベア４３が装備されている。スクリューコンベア４３は、スクリュー先端４３ａが土砂取込口２１２より突出してチャンバー内に位置するように配置され、掘削時にスクリューを回転させることで、掘削土砂を排泥管４２内に取り込み土砂排出管４４を通して排出する。
【0056】
一対の排泥管４２Ａ、４２Ｂは、土砂排出管４４に対して交互に切り替え可能に設けられている。あるいは、一対の排泥管４２Ａ、４２Ｂの両方を同時に土砂排出管４４と連通させた状態にすることも可能である。
すなわち、シールド機本体２が円周方向Ｅ１の内周側が外周側よりも下方に位置する姿勢の場合（図８に示す符号１Ｄ、１Ｅ、１Ｆの姿勢）には、外周側の土砂取込口２１２Ａに接続される外周側排泥管４２Ａを閉止し、内周側の土砂取込口２１２Ｂに接続される内周側排泥管４２Ｂをチャンバー３Ａと連通させることで、内周側排泥管４２Ｂがチャンバー３Ａの下部に位置することから、内周側排泥管４２Ｂを通じて掘削土砂を効率よく排出することができる。
また、シールド機本体２が円周方向Ｅ１の外周側が内周側よりも下方に位置する姿勢の場合（図８に示す符号１Ａ、１Ｂ、１Ｃの姿勢）には、内周側排泥管４２Ｂを閉止し、外周側排泥管４２Ａをチャンバー３Ａと連通させることで、外周側排泥管４２Ａがチャンバー３Ａの下部に位置することから、外周側排泥管４２Ａを通じて掘削土砂を効率よく排出することができる。
すなわち、シールド機本体２が円周方向Ｅ１の内周側が外周側よりも下方に位置する姿勢の場合（図８に示す符号１Ｄ、１Ｅ、１Ｆの姿勢）には、外周側の土砂取込口２１２Ａに接続される外周側排泥管４２Ａを閉止し、内周側の土砂取込口２１２Ｂに接続される内周側排泥管４２Ｂをチャンバー３Ａと連通させることで、内周側排泥管４２Ｂがチャンバー３Ａの下部に位置することから、内周側排泥管４２Ｂを通じて掘削土砂を効率よく排出することができる。
また、シールド機本体２が円周方向Ｅ１の外周側が内周側よりも下方に位置する姿勢の場合（図８に示す符号１Ａ、１Ｂ、１Ｃの姿勢）には、内周側排泥管４２Ｂを閉止し、外周側排泥管４２Ａをチャンバー３Ａと連通させることで、外周側排泥管４２Ａがチャンバー３Ａの下部に位置することから、外周側排泥管４２Ａを通じて掘削土砂を効率よく排出することができる。
【0057】
エレクタ装置５は、隔壁２１のシールド機内側で各円形部２１Ａ、２１Ｂ毎に設けられている。各エレクタ装置５は、それぞれ円形部２１Ａ、２１Ｂを中心としたリング状の旋回フレーム５１と、旋回フレーム５１に支持された把持装置５２と、を有している。把持装置５２は、円周セグメント１５１のセグメントピースを着脱自在な把持部を備え、旋回フレーム５１に対して前後方向Ｚにスライド可能に設けられている。さらに把持装置５２は、把持した円周セグメント１５１のセグメントピースの姿勢を例えば円周方向、前後方向、径方向等にスライド可能に設けられており、所定位置にセグメントピースを組み立てることができる。
【0058】
次に、上述した複円形円周シールド掘削機１を用いて円周トンネル１５を施工する方法と、さらに円周トンネル１５を使用して外殻トンネル１３を掘削して分岐合流部１０を施工する方法について、図面に基づいて説明する。
先ず、図１に示すように、ランプトンネル１２の側壁の一部に円周トンネル１５を掘削するための複円形円周シールド掘削機１の発進基地（円周シールド発進基地１７）を施工する。
先ず、図１に示すように、ランプトンネル１２の側壁の一部に円周トンネル１５を掘削するための複円形円周シールド掘削機１の発進基地（円周シールド発進基地１７）を施工する。
【0059】
具体的には、ランプトンネル１２の所定位置にカッタヘッドをランプトンネル１２の径方向の外側に向けた状態で推進機１６をセットし、推進工法により推進する。ここで、推進機１６による推進時には、円周シールド発進基地１７の設置位置及びその周囲の施工領域の地山を凍結工法で凍結する地盤改良を行って凍土改良部１００を形成しておく。このとき、推進機１６から複数の凍結管１０４を放射状に配設して凍土改良部１００を設ける。その後、この凍土改良部１００の内側の地山を在来工法により掘削することで略長方箱型の領域を有する円周シールド発進基地１７が設けられる。そして、推進が完了した推進機１６を解体し撤去する。施工される円周シールド発進基地１７は、図１及び図３に示すように、鉄筋コンクリート造で箱型に構築され、複円形円周シールド掘削機１が発進可能な大きさに設定されている。
【0060】
なお、ここで実施する地盤改良は、凍結工法による凍土改良部１００を形成することに限定されず、他の地盤改良工法を採用してもよい。例えば推進機１６の後方から目的の改良領域に向けて注入管を打設し、薬液を注入することによる薬液注入工等、他の地盤改良を採用することも可能である。あるいは、地山が自立可能な硬い地盤の場合には、地盤改良を省略することも可能である。
【0061】
次に、図１１に示すように、円周シールド発進基地１７内において、複円形円周シールド掘削機１を組み立てるとともに、反力受けや掘進に必要な後続設備なども設置して発進の準備を行う。複円形円周シールド掘削機１は、円周方向Ｅに沿って掘進するため、カッタヘッド３を下向きにした状態で円周シールド発進基地１７にセットされる。ここで、円周シールド発進基地１７の発進坑口部１７ａは、複円形円周シールド掘削機１で切削可能な材料により施工しておく。
【0062】
次いで、図８に示すように、複円形円周シールド掘削機１を発進させ、従来のシールド工法と同様に掘削とともにシールド機本体２の後胴プレート２０Ｂ内でメガネ形状の円周セグメント１５１を組み立てる。そして、セグメント１５１と掘削した地山との間に裏込め材を注入する作業を順次繰り返し、図３及び図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本線トンネル１１及びランプトンネル１２の外側に円周方向Ｅに掘進させて再び円周シールド発進基地１７に到達させることで、断面視でメガネ形状の円周トンネル１５が施工される。
【0063】
複円形円周シールド掘削機１は、図９に示すように、スキンプレート２０がトンネル線形に合わせて前胴プレート２０Ａが後胴プレート２０Ｂよりも円周方向Ｅの径方向で内側に向けて屈折接合されているので、推進ジャッキ２３のストロークも内周側より外周側が長くなるように伸長させて掘進することにより、円周方向Ｅのトンネル線形で掘進して円周トンネル１５が施工される。具体的には、図８に示す符号１Ａ～１Ｅの順で紙面で反時計回り（矢印Ｅ１方向）に掘進される。つまり、複円形円周シールド掘削機１は、先ず円周シールド発進基地１７から下向き姿勢（符号１Ａ、１Ｂの姿勢）で掘進が開始され、最下部を通過した後、徐々に上向き姿勢（符号１Ｃ、１Ｄ、１Ｅの姿勢）に変えながら最上部に向かい、最上部を通過した後、再び下向き姿勢（符号１Ｆ、１Ａ）に変えながら掘進し、再び円周シールド発進基地１７に到達させることで円周方向Ｅに１周する掘進により断面メガネ形状の円周トンネル１５が施工される。
【0064】
さらに、複円形円周シールド掘削機１では、図９に示すように、隔壁２１の外周部に設けられる地山グリッパー２４を掘削した地山側に向けて突出させた状態で掘進することで、シールド機本体２が外周側に向かおうとする力を抑制することができ、掘進方向の制御を容易に行うことができる。なお、このときの地山グリッパー２４の突出量は、掘進中の地山の硬さ、地質等の状態や、シールド機本体２の位置、姿勢等に応じてリアルタイムに変更されることが好ましい。
【0065】
円周トンネル１５の施工にあたって、図７に示すように、複円形状をなす円周トンネル１５における断面中央に複数の中柱１５７を円周方向Ｅに沿って設ける。このとき、外殻シールド掘削機１４の発進口１５２が形成される発進領域Ｍには、複数の第１中柱１５７Ａと第２中柱１５７Ｂをそれぞれ柱補強梁１５５を介して設けておく。そして、外殻シールド掘削機１４を設置する前に、すべての第１中柱１５７Ａを撤去し、外殻シールド掘削機１４の奥行き方向のスペースを確保しておく。
【0066】
次に、図１及び図２に示すように、施工した円周トンネル１５を外殻シールド発進基地１５０とし、外殻シールド発進基地１５０の発進側円形トンネル１５Ａにおける円周方向Ｅの所定位置に円形断面の外殻シールド掘削機１４を配置し掘進する。外殻シールド発進基地１５０の基端側円形トンネル１５Ｂには、外殻シールド掘削機１４を発進させるための反力壁や後続設備等が配置される。なお、外殻シールド掘削機１４は、外殻シールド発進基地１５０を使用して複数同時に掘進させるようにしてもよい。外殻シールド掘削機１４による掘進時の掘削土砂は掘削した外殻トンネル１３内を発進側に搬送して外殻シールド発進基地１５０から円周シールド発進基地１７及びランプトンネル１２を介して外部へ排出する。また、掘進に必要なセグメント等の資材類はランプトンネル１２内から円周シールド発進基地１７、及び外殻シールド発進基地１５０を介して掘削中の外殻トンネル１３内に搬入される。
【0067】
このように外殻シールド掘削機１４によって掘削される複数の外殻トンネル１３は、円周方向Ｅに所定の間隔をあけて施工され、これら複数の外殻トンネル１３によって本線トンネル１１及びランプトンネル１２の周囲に外殻躯体構造１０Ａの一部を構築する。なお、外殻シールド掘削機１４は、外殻トンネル１３を掘進し、分岐合流部１０の褄壁予定地点に到達させて解体、回収し、再び外殻シールド発進基地１５０で組み立てて発進させ、別の外殻トンネル１３を施工するように繰り返し使用するようにしても良い。
【0068】
続いて、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、円周方向Ｅに隣り合う外殻トンネル１３、１３同士の間を凍結工法、薬液注入工法等により地盤改良を行う。その後、外殻トンネル１３、１３同士の間を切り開いて外殻トンネル１３、１３同士の間を内外周部に配置される鋼製パネル１８で連結し、その内外周の鋼製パネル１８同士の間にコンクリートを充填することで、外殻躯体構造１０Ａとして一体化を図り、これにより支保機能、及び止水機能を有する外殻躯体構造１０Ａを形成する。
その後、外殻躯体構造１０Ａの内側を掘削し、外殻躯体構造１０Ａによって覆われる箇所の本線トンネル１１及びランプトンネル１２のセグメントを解体、撤去することにより大空間をなす分岐合流部１０を構築することができる。
その後、外殻躯体構造１０Ａの内側を掘削し、外殻躯体構造１０Ａによって覆われる箇所の本線トンネル１１及びランプトンネル１２のセグメントを解体、撤去することにより大空間をなす分岐合流部１０を構築することができる。
【0069】
次に、複円形円周シールド掘削機、シールド発進基地及び円周トンネルを用いた外殻シールド工法の作用について、図面に基づいて詳細に説明する。
本実施形態では、図１に示すように、複円形円周シールド掘削機１のスキンプレート２０の前胴プレート２０Ａと後胴プレート２０Ｂとが円周方向Ｅにおける内周側に所定の角度で屈折接合され、一定の姿勢を保ちつつ一定の曲率で円周方向Ｅに掘進することが可能となる。そのため、所定の円周方向Ｅとなる円周曲線を描くトンネル線形で掘進したメガネ形状の横長断面の円周トンネル１５を効率よく施工することができる。
そして、複円形円周シールド掘削機１で掘削した円周トンネル１５の断面形状は、円周方向Ｅから見て横長の複円形状となることから、その断面の長手方向をシールドトンネルのトンネル軸方向とする外殻シールド掘削機１４を発進させるために必要な奥行き方向の発進スペースを確保でき、発進基地として使用することができる。
本実施形態では、図１に示すように、複円形円周シールド掘削機１のスキンプレート２０の前胴プレート２０Ａと後胴プレート２０Ｂとが円周方向Ｅにおける内周側に所定の角度で屈折接合され、一定の姿勢を保ちつつ一定の曲率で円周方向Ｅに掘進することが可能となる。そのため、所定の円周方向Ｅとなる円周曲線を描くトンネル線形で掘進したメガネ形状の横長断面の円周トンネル１５を効率よく施工することができる。
そして、複円形円周シールド掘削機１で掘削した円周トンネル１５の断面形状は、円周方向Ｅから見て横長の複円形状となることから、その断面の長手方向をシールドトンネルのトンネル軸方向とする外殻シールド掘削機１４を発進させるために必要な奥行き方向の発進スペースを確保でき、発進基地として使用することができる。
【0070】
つまり、横長断面の円周トンネル１５の施工方法として、本実施形態のように複円形状の複円形円周シールド掘削機１を使用することにより、従来のような複雑な構造の矩形断面のシールド掘削機を用いた場合や、円形断面のシールド掘削機を２本並列に掘削して連結させる方法に比べて施工が簡単になり、コストの低減を図ることができる。
さらに、複円形円周シールド掘削機１の場合には、機体がローリングの影響を受け易く一般的に制御が難しい矩形断面のシールド掘削機に比べて、複雑な姿勢制御が不要となる利点がある。
さらに、複円形円周シールド掘削機１の場合には、機体がローリングの影響を受け易く一般的に制御が難しい矩形断面のシールド掘削機に比べて、複雑な姿勢制御が不要となる利点がある。
【0071】
また、本実施形態では、円周トンネル１５が曲線により形成される複円形状とすることで、矩形断面のトンネルや複数の円形トンネルを連結複数に比べて地盤から受ける土水圧に対しても構造的に有利であり、構造的に安定させることができ、例えばセグメントの厚さを小さく抑えることが可能となる。
このように、本実施形態では、別のシールド掘削機として大断面の分岐合流部１０の外殻部を構成する外殻シールド掘削機１４を、円周トンネル１５の円周方向Ｅに間隔をあけて複数発進させて外殻部に複数の外殻トンネル１３を形成し、さらにこれら複数の外殻トンネル１３同士の間を掘削して連結することで外殻部に外殻躯体構造１０Ａを構築することができる。
このように、本実施形態では、別のシールド掘削機として大断面の分岐合流部１０の外殻部を構成する外殻シールド掘削機１４を、円周トンネル１５の円周方向Ｅに間隔をあけて複数発進させて外殻部に複数の外殻トンネル１３を形成し、さらにこれら複数の外殻トンネル１３同士の間を掘削して連結することで外殻部に外殻躯体構造１０Ａを構築することができる。
【0072】
また、本実施形態では、地山グリッパー２４をトンネル径方向の外側に向けて突出させて掘削壁面の地山に反力をとって複円形円周シールド掘削機１を掘進させることで、シールド機本体２が所定の曲率の線形から外れることを抑制することができる。とくに円周方向Ｅに掘進する場合には、外周側の地山グリッパー２４を張り出して地山に反力をとることや、コピーカッタ３５によって曲がる側（円周方向Ｅの内周側）の地山を余掘りすることで、シールド機本体２が外周側に向かう力を押えて掘進中の姿勢を安定させることができ、姿勢制御がし易くなる。
【0073】
また、本実施形態では、図７に示すように、円周トンネル１５における外殻シールド掘削機１４の発進口１５２が形成される発進領域Ｍを第１中柱１５７Ａ及び第２中柱１５７Ｂによって補強することができる。つまり、この場合には、中柱１５７Ａ、１５７Ｂを有する複円形状の円周トンネル１５とすることで、地盤から受ける土水圧に対して構造的により安定させることができる。
そして、複円形円周シールド掘削機による掘進が完了した後であって外殻シールド掘削機１４を設置する前の段階において、複数の第１中柱１５７Ａを撤去することで、外殻シールド掘削機１４を掘進する際に必要な施工設備を配置するための奥行き方向のスペースを確保することができる。
そして、複円形円周シールド掘削機による掘進が完了した後であって外殻シールド掘削機１４を設置する前の段階において、複数の第１中柱１５７Ａを撤去することで、外殻シールド掘削機１４を掘進する際に必要な施工設備を配置するための奥行き方向のスペースを確保することができる。
【0074】
さらに、本実施形態では、円周トンネル１５の円周セグメント１５１のうち外殻シールド掘削機１４（別のシールド掘削機）が発進する切羽の壁面を切削可能な材料により形成しておくことで、外殻シールド掘削機１４は切削カッタで切削しながら効率よく発進することができる。
【0075】
さらにまた、本実施形態では、円周トンネル１５より外殻シールド掘削機１４を発進させる際に、複円形状の断面のうち一方の発進側円形トンネル１５Ａに外殻シールド掘削機１４を据え付け、そのときの外殻シールド掘削機１４の反力壁や資機材を搬入出するための発進設備を他方の基端側円形トンネル１５Ｂに配置することができる。すなわち、外殻シールド掘削機１４の後方に反力壁を設置するスペース、或いは資材の搬送や掘削土の搬出等に使用する基端側円形トンネル１５Ｂ内に確保できるので、段取り替えの作業が不要となり、効率よく発進することができる。
【0076】
上述のように本実施形態によるシールド発進基地及び円周トンネルを用いた外殻シールド工法では、横長断面形状の円周トンネル１５を効率よく施工することができる。
【0077】
以上、本発明によるシールド発進基地及び円周トンネルを用いた外殻シールド工法の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【0078】
例えば、複円形円周シールド掘削機１の断面形状、大きさ、スキンプレート２０の屈折角度等は、円周トンネル１５のトンネル線形、外殻トンネル１３を掘削するための外殻シールド掘削機１４の外径等の条件に応じて適宜、設定することができる。例えば、スキンプレート２０の前胴プレート２０Ａと後胴プレート２０Ｂとの前後方向Ｚの長さ寸法も変更することが可能である。
【0079】
また、本実施形態では、スキンプレート２０の前胴プレート２０Ａに地山に向けて突出可能な地山グリッパー２４が設けられているが、このような地山グリッパー２４を省略することも可能であるし、また他の形状の地山グリッパーを適用してもよい。さらに、地山の状態によって、推進ジャッキ２３だけで姿勢制御が可能であればコピーカッタ３５を省略してもよい。
【0080】
また、複円形円周シールド掘削機１を発進するための円周シールド発進基地１７の位置、大きさ、施工方法等は、本線トンネル１１やランプトンネル１２の外径、配置、地盤条件等に応じて適宜、設定することが可能である。
さらに、分岐合流部１０を構成する外殻部（外殻躯体構造１０Ａ）の大きさ、躯体構造、施工方法に関しては上述した実施形態に限定されることはなく、設定される道路トンネル、地盤条件等の仕様に応じて適宜、設定されるものである。
さらに、分岐合流部１０を構成する外殻部（外殻躯体構造１０Ａ）の大きさ、躯体構造、施工方法に関しては上述した実施形態に限定されることはなく、設定される道路トンネル、地盤条件等の仕様に応じて適宜、設定されるものである。
【0081】
さらに、本実施形態では大断面の道路トンネルを施工する場合の適用例であるが、上述したような大断面の地中空洞を有する様々な規模、用途、形態のトンネルを施工する場合全般に広く適用できるものであるし、施工対象のトンネルにおける地中空洞の規模や形態に応じて、また周辺環境等の諸条件を考慮して様々な設計的変更が可能である。
【0082】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
【符号の説明】
【0083】
１ 複円形円周シールド掘削機
２ シールド機本体
３ カッタヘッド
３Ａ チャンバー
４ 送排泥装置
５ エレクタ装置
１０ 分岐合流部
１０Ａ 外殻躯体構造
１１ 本線トンネル
１２ ランプトンネル
１３ 外殻トンネル
１４ 外殻シールド掘削機（別のシールド掘削機）
１５ 円周トンネル
１５Ａ 発進側円形トンネル（第１円形部）
１５Ｂ 基端側円形トンネル（第２円形部）
１７ 円周シールド発進基地
２０ スキンプレート
２０Ａ 前胴プレート
２０Ｂ 後胴プレート
２１ 隔壁
２４ 地山グリッパー
３５ コピーカッタ（余掘り装置）
１５０ 外殻シールド発進基地
１５１ 円周セグメント
１５２ 発進口
１５５ 柱補強梁
１５７ 中柱
１５７Ａ 第１中柱
１５７Ｂ 第２中柱
Ｅ、Ｅ１ 円周方向
Ｍ 発進部補強領域
Ｚ 前後方向
Ｏ１、Ｏ２ 円形トンネルの中心
２ シールド機本体
３ カッタヘッド
３Ａ チャンバー
４ 送排泥装置
５ エレクタ装置
１０ 分岐合流部
１０Ａ 外殻躯体構造
１１ 本線トンネル
１２ ランプトンネル
１３ 外殻トンネル
１４ 外殻シールド掘削機（別のシールド掘削機）
１５ 円周トンネル
１５Ａ 発進側円形トンネル（第１円形部）
１５Ｂ 基端側円形トンネル（第２円形部）
１７ 円周シールド発進基地
２０ スキンプレート
２０Ａ 前胴プレート
２０Ｂ 後胴プレート
２１ 隔壁
２４ 地山グリッパー
３５ コピーカッタ（余掘り装置）
１５０ 外殻シールド発進基地
１５１ 円周セグメント
１５２ 発進口
１５５ 柱補強梁
１５７ 中柱
１５７Ａ 第１中柱
１５７Ｂ 第２中柱
Ｅ、Ｅ１ 円周方向
Ｍ 発進部補強領域
Ｚ 前後方向
Ｏ１、Ｏ２ 円形トンネルの中心
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】