特許 7354018 地下構造物および地下構造物の構築方法

(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】2023-09-22

(45)【発行日】2023-10-02

(54)【発明の名称】地下構造物および地下構造物の構築方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 13/02 20060101AFI20230925BHJP

   E21D 9/06 20060101ALI20230925BHJP

【ＦＩ】

E21D13/02

E21D9/06 301Z

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020032981

(22)【出願日】2020-02-28

(65)【公開番号】P2021134601

(43)【公開日】2021-09-13

【審査請求日】2022-10-27

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】倉員 宗一

(72)【発明者】

【氏名】牛垣 勝

(72)【発明者】

【氏名】田中 耕一

【審査官】石川 信也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１５０７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２５９４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０４００１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１７９３０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ １１／００－１９／０６

Ｅ２１Ｄ ２３／００－２３／２６

Ｅ２１Ｄ １／００－ ９／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シールドマシンにより地盤を掘削しつつ複数のセグメントを結合して構築されたトンネルと、
互いに隣接する複数の前記トンネルの対向する部分の前記セグメントが除去されるとともに前記トンネル同士を連通させた状態で接続するトンネル接続部と、
一方の前記トンネルから他方の前記トンネルまで連通された連通空間で複数の鋼板が互いに溶接されて前記連通空間に沿って一体的に広がる止水板部と、
少なくとも一部が前記止水板部となっている直方体状の鋼殻ブロックと、
前記トンネルの底面に設けられ、前記トンネルの長手方向に沿って延び、前記鋼殻ブロックを移動可能な状態で支持するメインレールと、
を備える、
地下構造物。

【請求項2】

前記セグメントと前記止水板部の間に充填された充填材を備える、
請求項１に記載の地下構造物。

【請求項3】

前記止水板部を前記セグメントに固定する固定部材を備える、
請求項１または請求項２に記載の地下構造物。

【請求項4】

前記止水板部の一方と他方の両面がそれぞれ前記セグメントから離れた位置に設けられる、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の地下構造物。

【請求項5】

前記連通空間を少なくとも２枚の前記止水板部で仕切る、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の地下構造物。

【請求項6】

前記メインレールを前記トンネルの底面に固定しつつ前記メインレールの高さ調整が可能なジャッキを備える、
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の地下構造物。

【請求項7】

前記トンネル接続部の底面に設けられ、前記トンネルの長手方向に垂直な方向に延び、前記鋼殻ブロックを移動可能な状態で支持するサイドレールを備える、
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の地下構造物。

【請求項8】

前記トンネル接続部の底面に設けられ、前記トンネルの長手方向に沿って延び、前記鋼殻ブロックを移動可能な状態で支持するサブレールを備える、
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の地下構造物。

【請求項9】

シールドマシンにより地盤を掘削しつつ複数のセグメントを結合してトンネルを構築するステップと、
互いに隣接する複数の前記トンネルの対向する部分の前記セグメントを除去するとともに前記トンネル同士を連通させるステップと、
少なくとも一部が止水板部となっている直方体状の鋼殻ブロックを前記トンネルの長手方向に沿って延びるメインレールで移動させるステップと、
前記メインレールに沿って並ぶ複数の前記鋼殻ブロックを互いに溶接することで、一方の前記トンネルから他方の前記トンネルまで連通された連通空間で複数の鋼板を互いに溶接して前記連通空間に沿って一体的に広がる前記止水板部を形成するステップと、
を含む、
地下構造物の構築方法。

【請求項10】

前記トンネルの長手方向における一部の前記セグメントを除去するステップと、
前記セグメントが除去された部分に前記トンネル同士を連通させた状態で接続するトンネル接続部を構築するステップと、
少なくとも一部が前記止水板部となっている直方体状の前記鋼殻ブロックを、前記トンネルを介して移動させるステップと、
前記トンネルを介して移動させた前記鋼殻ブロックを前記トンネルの長手方向に垂直な方向に移動させて前記トンネル接続部に配置するステップと、
前記トンネル接続部の天井面を前記鋼殻ブロックにより支持するステップと、
前記天井面を支持する前記鋼殻ブロックに隣接する前記セグメントを除去するステップと、
を含む、
請求項９に記載の地下構造物の構築方法。

【請求項11】

前記鋼殻ブロックを前記トンネルの長手方向に沿って延びる前記メインレールで移動させるステップと、
一方の前記トンネルの前記メインレールにより移動させた前記鋼殻ブロックを前記トンネルの長手方向に垂直な方向に延びるサイドレールにより移動させるステップと、
前記サイドレールに支持された前記鋼殻ブロックを他方の前記トンネルの前記メインレールに支持された前記鋼殻ブロックに溶接するステップと、
を含む、
請求項１０に記載の地下構造物の構築方法。

【請求項12】

少なくとも一部が前記止水板部となっている直方体状の前記鋼殻ブロックを、前記トンネルを介して移動させるステップと、
前記トンネルの天井面を前記鋼殻ブロックにより支持するステップと、
前記鋼殻ブロックにより前記天井面が支持された互いに隣接する複数の前記トンネルの対向する部分の前記セグメントを除去するステップと、
前記トンネル同士を連通させた状態で接続するトンネル接続部を前記セグメントが除去された部分に構築するステップと、
を含む、
請求項９に記載の地下構造物の構築方法。

【請求項13】

前記鋼殻ブロックを前記トンネルの長手方向に沿って延びる前記メインレールで移動させるステップと、
前記鋼殻ブロックを前記メインレールと平行に並ぶサブレールにより移動させるステップと、
前記サブレールに支持された前記鋼殻ブロックを前記メインレールに支持された前記鋼殻ブロックに溶接するステップと、
を含む、
請求項１２に記載の地下構造物の構築方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、地下構造物および地下構造物の構築方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、シールドマシンを用いて互いに隣接する複数のシールドトンネルを構築し、これらシールドトンネルを互いに接続して大型の地下構造物を構築する技術が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０００－２０９６号公報

【文献】特開平１０－３２５２９６号公報

【文献】特開平１１－３５０８９８号公報

【文献】特許第３１７８３５７号公報

【文献】特公平７－６８８５８号公報

【文献】特開２０００－２２０４００号公報

【文献】特許第３９００６８４号公報

【文献】特許第３９３７５８８号公報

【文献】特許第４０２２６８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

シールドマシンにより形成されるシールドトンネルは、セグメント同士がボルトで結合されているため、長年の使用によりセグメントの結合部分から水が浸透するおそれがある。シールドトンネルの内部にコンクリートを充填しても、クラックまたは未充填の部分が生じる場合があり、水の浸透を防ぎきれない。地下構造物の大きさと比較して浸透する水の量は僅かであるため、ポンプなどで排水すれば済むものであるが、このような大型の地下構造物であっても水密性を保てるようにしたいという要望がある。

【0005】

本発明の実施形態は、このような事情を考慮してなされたもので、水密性を有する地下構造物をシールドマシンにより構築することができる地下構造物の構築技術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】

【0006】

本発明の実施形態に係る地下構造物は、シールドマシンにより地盤を掘削しつつ複数のセグメントを結合して構築されたトンネルと、互いに隣接する複数の前記トンネルの対向する部分の前記セグメントが除去されるとともに前記トンネル同士を連通させた状態で接続するトンネル接続部と、一方の前記トンネルから他方の前記トンネルまで連通された連通空間で複数の鋼板が互いに溶接されて前記連通空間に沿って一体的に広がる止水板部と、少なくとも一部が前記止水板部となっている直方体状の鋼殻ブロックと、前記トンネルの底面に設けられ、前記トンネルの長手方向に沿って延び、前記鋼殻ブロックを移動可能な状態で支持するメインレールと、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明の実施形態により、水密性を有する地下構造物をシールドマシンにより構築することができる地下構造物の構築技術が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態が適用される既存の地上建築物と立坑を示す平面図。

【図2】地盤を改良している状態を示す図１のＡ－Ａ断面図。

【図3】シールドマシンで地盤を掘削している状態を示す図１のＡ－Ａ断面図。

【図4】底版部のシールドトンネルを構築した状態を示す図１のＢ－Ｂ断面図。

【図5】頂版部のシールドトンネルを構築した状態を示す図１のＡ－Ａ断面図。

【図6】頂版部のシールドトンネルを構築した状態を示す図１のＢ－Ｂ断面図。

【図7】躯体の全体を構築した状態を示す図１のＡ－Ａ断面図。

【図8】躯体の全体を構築した状態を示す図１のＢ－Ｂ断面図。

【図9】躯体の内部の土砂を排出している状態を示す図１のＡ－Ａ断面図。

【図10】地下構造物を示す図１のＡ－Ａ断面図。

【図11】地下構造物を示す図１のＢ－Ｂ断面図。

【図12】地下構造物の構築方法を示すフローチャート。

【図13】シールドマシンを示す正面図。

【図14】互いに隣接するシールドトンネルを示す断面図。

【図15】内部に躯体が構築された状態のシールドトンネルを示す断面図。

【図16】下面側のセグメントが除去された状態のシールドトンネルを示す断面図。

【図17】鋼殻ブロック同士を溶接するときのシールドトンネルを示す斜視図。

【図18】内部に躯体が構築されたシールドトンネルを示す斜視図。

【図19】シールドトンネルを示す図１７のＭ－Ｍ断面図。

【図20】シールドトンネルを示す図１７のＮ－Ｎ断面図。

【図21】シールドトンネルを示す図１８のＱ－Ｑ断面図。

【図22】躯体構築工程を示すフローチャート。

【図23】変形例１の互いに隣接するシールドトンネルを示す斜視図。

【図24】変形例１のメインレール上で躯体が構築されたシールドトンネルを示す斜視図。

【図25】変形例１のトンネル接続部が構築されたシールドトンネルを示す斜視図。

【図26】変形例１のサブレール上で躯体が構築されたシールドトンネルを示す斜視図。

【図27】変形例１の充填材が充填されたシールドトンネルを示す斜視図。

【図28】変形例１の躯体構築工程を示すフローチャート。

【図29】変形例２の内部に躯体が構築された状態のシールドトンネルを示す断面図。

【図30】変形例２のフラットジャッキにより躯体が固定された状態のシールドトンネルを示す断面図。

【図31】第２実施形態が適用される既存の地上建築物と立坑を示す平面図。

【図32】側版部および底版部のシールドトンネルを構築した状態を示す図３１のＣ－Ｃ断面図。

【図33】側版部および底版部のシールドトンネルの内部に躯体を構築した状態を示す図３１のＤ－Ｄ断面図。

【図34】地下構造物を示す図３１のＣ－Ｃ断面図。

【図35】地下構造物を示す図３１のＤ－Ｄ断面図。

【図36】底版部と側版部の連結部を示す断面図。

【図37】底版部の躯体と側版部の躯体が連結された状態を示す断面図。

【図38】第３実施形態が適用される既存の地上建築物と立坑を示す平面図。

【図39】底版部のシールドトンネルを構築した状態を示す図３８のＥ－Ｅ断面図。

【図40】側版部および底版部のシールドトンネルを構築した状態を示す図３８のＥ－Ｅ断面図。

【図41】側版部および底版部のシールドトンネルを構築した状態を示す図３８のＦ－Ｆ断面図。

【図42】地下構造物を示す図３８のＥ－Ｅ断面図。

【図43】地下構造物を示す図３８のＦ－Ｆ断面図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（第１実施形態）
以下、図面を参照しながら、地下構造物および地下構造物の構築方法の実施形態について詳細に説明する。まず、第１実施形態の地下構造物および地下構造物の構築方法について図１から図２２を用いて説明する。なお、図１の紙面上側を北側として説明する。

【0010】

図１の符号１は、既存の地上建築物である。この地上建築物１の敷地の地下に第１実施形態の地下構造物２（図１０および図１１）を構築する。本実施形態では、開削工法によらずに、つまり、地上建築物１の取り壊しを行わずに地下構造物２を構築する。例えば、小型のシールドマシン５０（図３）を用いて大型の地下構造物２を構築する。このような工法は、ＭＭＳＴ（マルチ・マイクロ・シールドトンネル）工法と称される。

【0011】

第１実施形態の地下構造物２としては、底版部３と頂版部４と側版部５とを有する直方体状の構造体を例示する。なお、その他の形状を有する地下構造物２であっても良い。

【0012】

既存の地上建築物１の周囲には、北側の立坑７と南側の立坑８と西側の立坑９と東側の立坑１０とが構築される。これらの溝状の立坑７～１０は、地上建築物１の四方を囲むように一体的に形成され、平面視で四角形状を成す堀として構築される。

【0013】

地上に多数の建築物が密集している都市部などでは、工事に利用できる敷地の面積に制限があり、大型のシールドマシンを搬入できない場合がある。第１実施形態では、小型のシールドマシン５０（図３）を用いることで、敷地の面積に制限がある場合でも、地下にシールドマシン５０を導入することができる。そして、大型の地下構造物２を構築することができる。なお、地下構造物２の内部寸法は、シールドマシン５０により形成可能なシールドトンネル５１の内部寸法よりも大きいものとする。

【0014】

図２に示すように、立坑７～１０は、土留壁２４と支保工１１により構築される。また、土留壁２４には、鋼矢板、親杭横矢板、ソイルセメント柱列壁、鉄筋コンクリート製の地中連続壁などの各種の壁体が含まれる。また、支保工１１には、鋼板、鉄骨（Ｈ鋼）またはコンクリートなどで構築された反力壁が含まれる。さらに、地盤５２を改良する工事が行われる。例えば、高圧噴射攪拌工法などにより地盤５２の改良を行う。高圧噴射攪拌工法とは、空気併用型二重管方式の高圧噴射攪拌装置１２により、垂直方向または水平方向に多数の円柱状のセメント改良体１３，１４を形成して地盤５２を改良する技術である。

【0015】

地盤改良工事では、地上建築物１の基礎部分にセメント改良体１４を形成する。地上建築物１の底面に沿って複数本のセメント改良体１４を形成し、セメント改良体１４の台座（盤状構造）を構築する。

【0016】

また、地盤改良工事では、シールドマシン５０の発進部分または到達部分にセメント改良体１３を形成する。第１実施形態では、シールドマシン５０の発進部分および到達部分の立坑９，１０（図３）の土留壁２４の前面に沿って複数本のセメント改良体１３を形成する。セメント改良体１３，１４は、シールドマシン５０により掘削可能な硬さに調整されている。なお、土留壁２４の前面とは、立坑９，１０の内部に居る作業者が土留壁２４を見た場合において、シールドマシン５０の進行方向の前方側に対応する面を示す。つまり、土留壁２４において、地盤５２に接する側の面を示す。

【0017】

地盤５２においてセメント改良体１３，１４が形成された部分は、充分な硬さを有するようになる。例えば、シールドマシン５０の発進部分となる立坑９，１０から土留壁２４を貫通して掘進しても、セメント改良体１３により土留壁２４の前面（近傍）の地盤５２が崩壊することを防ぐことができる。つまり、セメント改良体１３，１４により地盤５２が補強される。なお、シールドマシン５０の掘削対象となる地盤５２が充分に硬い岩盤のようなものであれば、地盤改良工事を省略しても良い。

【0018】

第１実施形態では、地上建築物１が建てられている地盤５２において、シールドマシン５０の発進部分および到達部分となる立坑９，１０（図３）の土留壁２４の前面に沿って複数本のセメント改良体１３が形成されるため、シールドマシン５０の発進時および到達時に土留壁２４の前面（近傍）の地盤５２が崩壊することを防ぐことができる。また、シールドマシン５０の進行方向と平行な側部の立坑７～８（図４）を含む四方にセメント改良体１３を形成してもよい。このようにすれば、地盤５２の四方がセメント改良体１３で囲まれるため、シールドマシン５０で地中内部を掘削しても地盤５２が崩れ難くなる。

【0019】

西側の立坑９および東側の立坑１０は、シールドマシン５０の発進位置および到達位置となっている。西側の立坑９と東側の立坑１０には、シールドマシン５０を移動させるための移動装置１５が設けられる。移動装置１５は、例えば、シールドマシン５０を昇降させるためのジャッキと、シールドマシン５０を空気圧で浮かしてＵターンまたは水平移動させるためのエアーキャスター（ターンテーブル）とを備える。そして、シールドマシン５０を吊り込んで立坑９の底部に配置する。

【0020】

図３に示すように、一方の立坑９から他方の立坑１０に向けてシールドマシン５０により掘削を開始する。シールドマシン５０によりシールドトンネル５１が構築される。

【0021】

なお、シールドトンネル５１とは、シールド工法により構築されたトンネルである。例えば、筒状のシールドマシン５０で切羽後方のトンネル壁面を一時的に支え、切羽を掘削しながらシールドマシン５０を前進させる。そして、シールドマシン５０の後方のトンネル壁面をセグメント５３（図１４）で補強する。なお、セグメント５３は、工場で大量生産できる。このようにシールドマシン５０により地盤５２を掘削しつつ複数のセグメント５３を結合してシールドトンネル５１が構築される。

【0022】

他方の立坑１０に到達したシールドマシン５０は、移動装置１５によりＵターンおよび水平移動される。そして、既に形成された一方のシールドトンネル５１に隣接するように他方のシールドトンネル５１を形成する（図１４）。このシールドトンネル５１の構築作業を順次繰り返す。それぞれのシールドトンネル５１は、互いに平行を成すように構築される。

【0023】

図４に示すように、シールドマシン５０を往復させることで、互いに隣接する複数本のシールドトンネル５１が構築される。まず、地下構造物２の底版部３（図１１）に対応する深さ位置にシールドトンネル５１が構築される。

【0024】

図５および図６に示すように、西側の立坑９および東側の立坑１０の内部に足場１６を構築してシールドマシン５０の高さ位置を変更する。そして、再びシールドマシン５０による掘削を開始し、シールドトンネル５１を構築する。このようにして、地下構造物２の頂版部４（図１１）に対応する深さ位置に、互いに隣接する複数本のシールドトンネル５１が構築される。

【0025】

なお、北側および南側の端部のシールドトンネル５１は、その一部がセメント改良体１３を貫通した状態で構築される。

【0026】

また、北側の立坑７および南側の立坑８の内部では、地下構造物２の側版部５が構築される。例えば、鉄筋コンクリートなどにより側版部５が構築される。側版部５は、北側の立坑７および南側の立坑８を形成している土留壁２４に接触させた状態で一体化して構築される。

【0027】

なお、北側の立坑７および南側の立坑８にて側版部５が完成した後に、北側の立坑７および南側の立坑８内の支保工１１を撤去しつつ、北側の立坑７および南側の立坑８が埋め戻される。

【0028】

図７および図８に示すように、互いに隣接するシールドトンネル５１同士をトンネル接続部５４で接続するとともに、シールドトンネル５１の内部に地下構造物２の躯体５５を構築する。躯体５５は、複数の鋼殻ブロック５６（図１７）を互いに接合して構築される。なお、頂版部４および底版部３の躯体５５は、シールドトンネル５１およびトンネル接続部５４に沿って一体的に広がるように形成される。つまり、躯体５５が面状に広がる部分を有する。

【0029】

また、頂版部４の水平方向のスパンが長い場合には、頂版部４から底版部３まで繋がる１つまたは複数の縦穴１７を構築し、これらの縦穴１７の内部にも垂直方向（鉛直方向）に延びる柱体２５を構築する。そして、頂版部４の躯体５５と底版部３の躯体５５とが、垂直方向に延びる柱体２５により互いに接続される。頂版部４は、垂直方向に延びる柱体２５を介して底版部３の躯体５５に支持される。なお、垂直方向に延びる柱体２５は、縦柱状に形成されても良いし、縦壁状に形成されても良い。

【0030】

北側および南側の端部のシールドトンネル５１は、トンネル接続部５４を介して側版部５と接続される。さらに、頂版部４および底版部３の躯体５５が、側版部５に接続される。頂版部４は、側版部５を介して底版部３の躯体５５に支持される。

【0031】

図９に示すように、躯体５５および柱体２５が完成して地下構造物２が自立して形状を保てるようになった後、地下構造物２の内部の土砂１８を西側の立坑９および東側の立坑１０から排出する。ここで、西側の立坑９と東側の立坑１０には、土砂１８を搬送する搬送装置１９が設けられる。搬送装置１９は、例えば、ベルトコンベヤーまたは空気圧送装置である。これらの搬送装置１９を用いて土砂１８が地上に向けて搬送される。また、地下構造物２の内部の土砂１８の排出作業には、地上の工事で用いるものと同じ重機２０（汎用重機）を使用することができる。

【0032】

なお、シールドトンネル５１の一部を除去するようにしても良い。例えば、頂版部４の下面側となるセグメント５３を除去しても良い（図１６）。また、底版部３の上面側となるセグメント５３を除去しても良い。

【0033】

地下構造物２の内部の土砂１８の排出の完了後、西側の立坑９および東側の立坑１０の内部にて、地下構造物２の妻壁となる側版部６が構築される（図１０）。これらの側版部６は、鉄筋コンクリート、鉄骨コンクリート、鋼殻構造などで構築される。さらに、側版部６により地下構造物２の西側と東側の開口が閉鎖される。

【0034】

なお、西側の立坑９および東側の立坑１０にて側版部６が完成した後に、西側の立坑９および東側の立坑１０内の支保工１１を撤去しつつ、西側の立坑９および東側の立坑１０が埋め戻される。そして、地下構造物２が完成する（図１０および図１１）。

【0035】

次に、地下構造物２の構築方法の一連の流れについて図１２のフローチャートを用いて説明する。なお、図１から図１１を適宜参照する。

【0036】

図１２に示すように、まず、ステップＳ１１において、作業者は、既存の地上建築物１に近接する敷地に立坑７～１０を構築する（図１）。

【0037】

次のステップＳ１２において、作業者は、土留壁２４および支保工１１により立坑７～１０を構築する（図２）。

【0038】

次のステップＳ１３において、地盤改良工程が実施される。作業者は、高圧噴射攪拌工法などにより地盤５２の改良を行う（図２）。ここで、地上建築物１の底面に沿って複数本のセメント改良体１４を形成し、盤状のセメント改良体１４を構築する。立坑７～１０に沿って複数本のセメント改良体１３を形成し、壁状のセメント改良体１３を構築する（図３）。

【0039】

次のステップＳ１４において、トンネル構築工程が実施される。作業者は、シールドマシン５０を用いてシールドトンネル５１を構築する（図３）。シールドマシン５０を往復させることで、地下構造物２の頂版部４および底版部３に対応する深さ位置に、互いに隣接する複数本のシールドトンネル５１が構築される（図４から図６）。

【0040】

次のステップＳ１５において、躯体構築工程が実施される。作業者は、互いに隣接するシールドトンネル５１同士をトンネル接続部５４で接続するとともに、シールドトンネル５１の内部に地下構造物２の躯体５５を構築する（図７および図８）。さらに、頂版部４の躯体５５と底版部３の躯体５５とを、垂直方向に延びる柱体２５により接続する。また、頂版部４および底版部３の躯体５５を側版部５に接続する。底版部３と頂版部４と側版部５と柱体２５が完成して地下構造物２が自立して形状を保てるようになった後、地下構造物２の内部の土砂１８を排出する（図９）。土砂１８の排出後に地下構造物２の妻壁となる側版部６が構築される（図１０）

【0041】

次のステップＳ１６において、作業者は、立坑７～１０の支保工１１を撤去する。

【0042】

次のステップＳ１７において、作業者は、立坑７～１０を埋め戻す。ステップＳ１６の支保工１１の撤去とステップＳ１７の立坑７～１０の埋戻しを所定の工程繰り返す。そして、地下構造物２が完成する（図１０および図１１）。

【0043】

次に、シールドマシン５０およびシールドトンネル５１について図１３から図２１を用いて詳述する。さらに、地下構造物２の躯体５５の構築方法についても詳述する。なお、頂版部４と底版部３では、同一の構築方法で躯体５５が構築される。

【0044】

図１３に示すように、トンネル構築工程では、シールドマシン５０により地盤５２を掘削しつつ複数のセグメント５３（図１４）を結合してシールドトンネル５１が構築される。シールドトンネル５１の進行方向の後方側でブロック状を成す複数のセグメント５３を互いに連結させつつ、シールドマシン５０による掘削が進行する。シールドトンネル５１を構成するセグメント５３は、鋼鉄製となっている。なお、コンクリート製のセグメント５３を用いても良い。

【0045】

本実施形態では、正面視で矩形状（四角形状）を成す本体５７を備えるシールドマシン５０を用いる。この矩形型のシールドマシン５０を用いて、断面視で四角形状のシールドトンネル５１（図１４）が構築される。ここで、複数のシールドトンネル５１が互いに平行を成すように構築される。構築されたシールドトンネル５１同士は、水平方向に等間隔に並んだ状態となる。

【0046】

シールドトンネル５１を構築する際には、縦方向に長いシールドマシン５０を用いる。そのため、内部寸法が上下方向に広いシールドトンネル５１（図１４）を構築することができる。このようにすれば、シールドトンネル５１の内部で作業者が様々な作業を実施し易くなる。また、水平方向に多くの側壁が並ぶようになるため、上方からの土圧に耐えられるようになる。仮に、一部の側壁を除去しても隣接する側壁で上方からの土圧を受けることができる。

【0047】

シールドマシン５０の本体５７の正面中心には、センターカッター５８（図１３）が設けられている。センターカッター５８を中心として放射状（径方向）に複数本（例えば４本）のメインカッター５９が延びている。また、それぞれのメインカッター５９に重畳して伸縮カッター６０が設けられている。

【0048】

メインカッター５９が本体５７の正面中心を軸として回転または揺動されることで、地盤５２が掘削される。なお、伸縮カッター６０は、メインカッター５９とともに回転または揺動される。これらの伸縮カッター６０は、本体５７の対角線に近づくに連れて伸長される。伸縮カッター６０は、本体５７の対角線上にあるときに最も伸長される。そして、本体の対角線から離れるに連れて短縮される。このようにすれば、断面視で四角形状のシールドトンネル５１（図１４）を形成することができる。なお、センターカッター５８についても、本体５７の正面中心を軸として回転または揺動され、地盤５２の掘削に用いらえる。

【0049】

シールドマシン５０の本体５７の四隅（角部）には、サイドカッター６１（図１３）が設けられている。これらのサイドカッター６１は円盤状を成し、それぞれが回転または揺動される。なお、メインカッター５９および伸縮カッター６０の回転面よりも後方にずれた位置に、サイドカッター６１の回転面が設けられている。そのため、サイドカッター６１が、メインカッター５９および伸縮カッター６０が干渉されることがない。

【0050】

サイドカッター６１により地盤５２を掘削することで、シールドトンネル５１の断面視における四隅に拡張テールボイド６２（図１４）が形成される。なお、これらの拡張テールボイド６２には、固化材、モルタルまたはセメント改良体などで構成される特殊充填材が充填される。また、シールドトンネル５１が構築されるときには、その周囲に余堀部６３（図１４）が設けられる。この余堀部６３にも特殊充填材が充填されても良い。

【0051】

図１４に示すように、一方のシールドトンネル５１の拡張テールボイド６２の少なくとも一部と、他方のシールドトンネル５１の拡張テールボイド６２の少なくとも一部とが重なって形成される。このようにすれば、トンネル接続部５４（図１５）に対応する部分に断面欠損を生じさせることなく、アーチ型耐荷構造が形成される。そのため、地盤５２が安定した状態でトンネル接続部５４を構築することができる。さらに、シールドトンネル５１の周囲の地盤５２を凍らせる凍土工法を用いて、地盤５２を安定させても良い。また、シールドトンネル５１の周囲の地盤５２に止水補助薬を注入しても良い。

【0052】

なお、シールドマシン５０の掘削対象となる地盤５２が充分に硬い岩盤のようなものであれば、拡張テールボイド６２を形成しなくても良い。つまり、シールドマシン５０のサイドカッター６１を省略しても良い。

【0053】

図１５に示すように、躯体構築工程では、まず、トンネル接続部５４によりシールドトンネル５１同士を連通させた状態で接続する。トンネル接続部５４を構築する際に、作業者は、互いに隣接する複数のシールドトンネル５１の対向する部分、つまり、側壁の部分のセグメント５３を除去する。そして、作業者は、トンネル接続部５４を構成する天面鋼板６４と底面鋼板６５を、セグメント５３が除去された部分の上下に差し込む。これら天面鋼板６４と底面鋼板６５でシールドトンネル５１同士を結合させる。さらに、天面鋼板６４と底面鋼板６５の間の土砂を排出する。

【0054】

トンネル接続部５４が形成されると、一方のシールドトンネル５１から他方のシールドトンネル５１まで連通された連通空間６６が形成される。この連通空間６６は、シールドトンネル５１が並ぶ方向（水平方向）に向けて一体的（連続的）に広がるようになっている。このようにすれば、複数の鋼殻ブロック５６を連通空間６６に沿って互いに溶接して一体化させることができる。

【0055】

図１７および図１９に示すように、躯体５５は、複数の鋼殻ブロック５６を組み合わせることで構築される。つまり、躯体５５は、鋼殻構造となっている。鋼殻構造とは、水がある空間と空気がある空間とを少なくとも１枚の鋼板で仕切り、この鋼板が水圧に耐え得るようにフレームなどを接続して補強した構造のことである。

【0056】

鋼殻ブロック５６は、直方体状に形成される。なお、鋼殻ブロック５６は、工場で大量生産できる。単体の鋼殻ブロック５６は、例えば、水平方向に広がる３枚の鋼板と、これらの鋼板を互いに接続する垂直方向に広がる鋼板とを備える。つまり、水がある空間と空気がある空間とを仕切る鋼板が少なくとも２枚以上ある二重鋼殻構造が構築される。そのため、連通空間６６が少なくとも２枚の止水板部６７で仕切られる。このようにすれば、万が一、一方の止水板部６７の水密性（液密性）が維持できなくなっても、他方の止水板部６７で水密性を維持することができる。

【0057】

図１５に示すように、鋼殻ブロック５６が互いに溶接されることで構築される躯体５５の内部には、鋼板で仕切られた箱状の内部空間が多数形成される。これらの箱状の内部空間は、それぞれ単独で密閉された密閉空間となる。

【0058】

なお、鋼殻ブロック５６の少なくとも一部が本実施形態の止水板部６７となっている。例えば、頂版部４の鋼殻ブロック５６の場合には、地下構造物２の外側に対応する上面側の鋼板が止水板部６７となっている。底版部３の鋼殻ブロック５６の場合には、地下構造物２の外側に対応する下面側の鋼板が止水板部６７となっている。つまり、鋼殻ブロック５６におけるセグメント５３に対向する部分（対向面）に設けられた鋼板が止水板部６７となっている。

【0059】

複数の鋼殻ブロック５６が互いに溶接されて連通空間６６に沿って一体的に広がるように止水板部６７が形成される。少なくとも一部が止水板部６７となっている直方体状の鋼殻ブロック５６を用いることで、水密性と強度を兼ね備える地下構造物２を構築することができる。

【0060】

図１７および図１９に示すように、それぞれのシールドトンネル５１の底面には、メインレール６８が設けられる。メインレール６８は、シールドトンネル５１の長手方向に沿って延び、鋼殻ブロック５６を水平方向に移動可能な状態で支持する。このようにすれば、鋼殻ブロック５６をシールドトンネル５１の長手方向の任意の位置まで移動させることができる。なお、特に図示はしないが、鋼殻ブロック５６は、台車を介してメインレール６８に載置されている。そのため、メインレール６８に沿って鋼殻ブロック５６を自在に移動させることができる。

【0061】

また、トンネル接続部５４の底面には、サイドレール６９が設けられる。サイドレール６９は、シールドトンネル５１の長手方向に垂直な方向に延び、鋼殻ブロック５６をシールドトンネル５１の並設方向に移動可能な状態で支持する。なお、サイドレール６９は、一方のシールドトンネル５１のメインレール６８と他方のシールドトンネル５１のメインレール６８との間に掛け渡される。このようにすれば、一方のシールドトンネル５１のメインレール６８に沿って移動された鋼殻ブロック５６を、サイドレール６９でトンネル接続部５４まで移動させることができる（図２０）。

【0062】

そして、サイドレール６９で移動された鋼殻ブロック５６を、他方のメインレール６８に支持された鋼殻ブロック５６に接触させることができる。つまり、一方のシールドトンネル５１のメインレール６８に沿って移動された鋼殻ブロック５６を、他方のメインレール６８に支持されている鋼殻ブロック５６に接触させることができる。

【0063】

メインレール６８は下部ジャッキ７０を介してシールドトンネル５１の底面に固定されている。また、サイドレール６９も下部ジャッキ７０を介してトンネル接続部５４の底面（底面鋼板６５）に固定されている。下部ジャッキ７０によりメインレール６８またはサイドレール６９の高さ調整が可能となっている。このようにすれば、鋼殻ブロック５６をメインレール６８またはサイドレール６９で移動可能に支持させつつ、鋼殻ブロック５６同士を溶接するための高さ調整を下部ジャッキ７０により行うことができる。

【0064】

なお、本実施形態では、下部ジャッキ７０が、メインレール６８またはサイドレール６９の下部に設けられているが、その他の態様でも良い。例えば、鋼殻ブロック５６の下面に下部ジャッキ７０を接触させて鋼殻ブロック５６の高さ調整を行っても良い。つまり、鋼殻ブロック５６をメインレール６８またはサイドレール６９で適切な位置まで移動させた後、下部ジャッキ７０による鋼殻ブロック５６の支持に切り換えても良い。さらに、切換後にメインレール６８またはサイドレール６９を除去しても良い。

【0065】

鋼殻ブロック５６が設定された定位置まで移動された後、鋼殻ブロック５６の上面側に上部ジャッキ７１が設けられる。上部ジャッキ７１は、伸張されてシールドトンネル５１またはトンネル接続部５４の天面（天面鋼板６４）に接触される。なお、下部ジャッキ７０および上部ジャッキ７１には、油圧で動作する油圧ジャッキを用いている。鋼殻ブロック５６同士の溶接を行う際には、下部ジャッキ７０および上部ジャッキ７１により鋼殻ブロック５６の位置の微調整を行うことができる。

【0066】

シールドトンネル５１に配置された鋼殻ブロック５６は、下部ジャッキ７０および上部ジャッキ７１によりシールドトンネル５１のセグメント５３に固定される。また、トンネル接続部５４に配置された鋼殻ブロック５６は、下部ジャッキ７０および上部ジャッキ７１によりトンネル接続部５４の天面鋼板６４および底面鋼板６５に固定される。つまり、下部ジャッキ７０または上部ジャッキ７１が、本実施形態の固定部材（支持部材）となっている。このようにすれば、セグメント５３で囲まれた連通空間６６の任意の位置に止水板部６７を設けることができる。なお、固定部材による固定の態様は、垂直方向に並ぶ部材を互いに固定する態様と、水平方向に並ぶ部材を互いに固定する態様とを含む。

【0067】

また、上部ジャッキ７１は、鋼殻ブロック５６の上面に対して、溶接などで固着せずに、単に、接触させた状態とする。また、メインレール６８およびサイドレール６９についても、鋼殻ブロック５６の下面に対して、溶接などで固着せずに、単に接触させた状態とする。このようにすれば、地震などによりシールドトンネル５１が変形されてセグメント５３の位置がずれても鋼殻ブロック５６に影響がないようにできる。

【0068】

鋼殻ブロック５６は、シールドトンネル５１の内部の上下方向の中央位置に配置される。つまり、鋼殻ブロック５６の止水板部６７の一方と他方の両面がそれぞれセグメント５３から離れた位置に設けられる。つまり、単体のシールドトンネル５１の内面における互いに対抗する一方面（底面）と他方面（天面）から離れた位置（中間位置）に止水板部６７が設けられる。このようにすれば、複数の鋼殻ブロック５６同士を溶接するときに、鋼殻ブロック５６の上下の両面に作業者がアクセスすることができる。そのため、溶接または検査を行うための作業空間（作業場所）を確保することができる。

【0069】

また、鋼殻ブロック５６同士を溶接した後に、その溶接部の非破壊検査を行っても良い。例えば、作業者は、シールドトンネル５１の内部でＸ線または超音波を用いた非破壊検査を行い、正常に溶接が完了したか否かを検査することができる。そのため、水密性（気密性）が高い地下構造物２の構築が可能になっている。本実施形態の地下構造物２の構築方法は、非破壊検査工程を含んでも良い。

【0070】

図１８および図２１に示すように、セグメント５３と止水板部６７の間には、充填材７２が充填される。つまり、連通空間６６の躯体５５以外の部分であって、躯体５５の周囲の空間に充填材７２が充填される。このようにすれば、シールドトンネル５１の外側（上方側）からセグメント５３に加わる土圧を充填材７２で分散させつつ止水板部６７で受け止めることができる。そのため、土圧による止水板部６７の変形を抑制することができる。

【0071】

なお、充填材７２は、モルタル、コンクリート、土砂のうちの少なくともいずれか１つを含む。また、これらのうちの少なくとも２つを混合した混合物（例えば、セメント系流動化処理土）を充填材７２として用いても良い。また、充填材７２として高流動コンクリートを用いても良い。このようにすれば、充填材７２によりシールドトンネル５１の内部の剛性と稠密性を高めることができる。

【0072】

万が一、充填材７２にひび割れなどが生じても、止水板部６７によって水が地下構造物２の内部に浸透しないで済むようになっている。

【0073】

図１６に示すように、鋼殻ブロック５６を組み立てて躯体５５が完成した後に、シールドトンネル５１の一部を除去しても良い。例えば、頂版部４の場合には、シールドトンネル５１の下半分のセグメント５３を除去しても良い。また、底版部３の場合には、シールドトンネル５１の上半分のセグメント５３を除去しても良い。

【0074】

組み立てられた躯体５５は、シールドトンネル５１の少なくとも一部が除去されて、シールドトンネル５１による支持を失ったときに周囲の土圧に抗して形状を保てる強度を有する。このようにすれば、シールドトンネル５１を用いずに自律的に形状を保てる地下構造物２を構築することができる。

【0075】

なお、充填材７２により躯体５５が支持されるようになった後に、下部ジャッキ７０および上部ジャッキ７１の油圧を抜くようにしても良い。このようにすれば、セグメント５３が多少変形したとしても、その変形の影響が躯体５５に伝わり難くなる。

【0076】

次に、躯体構築工程の一連の流れについて図２２のフローチャートを用いて説明する。なお、図１４から図２１を適宜参照する。

【0077】

図２２に示すように、まず、ステップＳ３１において、作業者は、互いに隣接するシールドトンネル５１の底面に、メインレール６８および下部ジャッキ７０を設ける（図１５）。そして、作業者は、一方のシールドトンネル５１を介して鋼殻ブロック５６を搬入する。ここで、作業者は、鋼殻ブロック５６を一方のシールドトンネル５１の長手方向に沿って延びるメインレール６８で移動させる。

【0078】

次のステップＳ３２において、作業者は、一方のシールドトンネル５１で鋼殻ブロック５６同士を溶接する。つまり、メインレール６８に沿って並ぶ複数の鋼殻ブロック５６を互いに溶接する。このようにすれば、複数の鋼殻ブロック５６をシールドトンネル５１の長手方向の任意の位置まで移動させて互いに溶接して組み合わせることができる。

【0079】

次のステップＳ３３において、作業者は、一方のシールドトンネル５１の鋼殻ブロック５６の上面に上部ジャッキ７１を設ける（図１５）。そして、上部ジャッキ７１を伸張させてシールドトンネル５１の天井面に接触させる。つまり、一方のシールドトンネル５１の天井面を鋼殻ブロック５６により支持させる。

【0080】

次のステップＳ３４において、作業者は、互いに隣接するシールドトンネル５１の長手方向における一部のセグメント５３を除去する（図１９および図２０）。

【0081】

次のステップＳ３５において、作業者は、セグメント５３が除去された部分に、シールドトンネル５１同士を連通させた状態で接続するトンネル接続部５４の一部を構築する（図１９および図２０）。なお、作業者は、構築されたトンネル接続部５４の底面に、サイドレール６９および下部ジャッキ７０を設ける（図１５）。

【0082】

次のステップＳ３６において、作業者は、他方のシールドトンネル５１を介して鋼殻ブロック５６を搬入する（図１９および図２０）。ここで、作業者は、鋼殻ブロック５６を他方のシールドトンネル５１の長手方向に沿って延びるメインレール６８で移動させる。

【0083】

次のステップＳ３７において、作業者は、他方のシールドトンネル５１から一方のシールドトンネル５１に向けて鋼殻ブロック５６を横移動させる。作業者は、他方のシールドトンネル５１を介して移動させた鋼殻ブロック５６を他方のシールドトンネル５１の長手方向に垂直な方向に移動させてトンネル接続部５４に配置する（図１９および図２０）。ここで、作業者は、鋼殻ブロック５６をシールドトンネル５１の長手方向に垂直な方向に延びるサイドレール６９により移動させる。このようにすれば、鋼殻ブロックを他方のメインレール６８に沿って移動させて、一方のメインレール６８に支持された鋼殻ブロック５６に溶接して一体化させることができる。

【0084】

次のステップＳ３８において、作業者は、一方のシールドトンネル５１の鋼殻ブロック５６とトンネル接続部５４の鋼殻ブロック５６とを溶接する（図１９および図２０）。つまり、作業者は、サイドレール６９に支持された鋼殻ブロック５６を一方のシールドトンネル５１のメインレール６８に支持された鋼殻ブロック５６に溶接する。そして、連通空間６６に沿って一体的に広がる止水板部６７を形成する（図１５）。

【0085】

次のステップＳ３９において、作業者は、トンネル接続部５４に設けられた鋼殻ブロック５６の上面に上部ジャッキ７１を設ける（図１５）。そして、上部ジャッキ７１を伸張させてトンネル接続部５４の天井面に接触させる。つまり、トンネル接続部５４の天井面を鋼殻ブロック５６により支持させる。

【0086】

次のステップＳ４０において、作業者は、天井面を支持する鋼殻ブロック５６に隣接し、トンネル接続部５４に対応して縦方向に並ぶセグメント５３を除去する（図１４および図２０）。このようにすれば、鋼殻ブロック５６によりトンネル接続部５４の天井面を支持しつつ、トンネル接続部５４に対応して縦方向に並ぶセグメント５３の除去作業を順次行うことができる。

【0087】

そして、全てのシールドトンネル５１で躯体５５が完成するまで、この躯体構築工程を繰り返す。このようにすれば、シールドトンネル５１の長手方向および並設方向に広がる躯体５５を構築することができる。

【0088】

このように、一方のシールドトンネル５１から他方のシールドトンネル５１まで連通された連通空間６６を作業場所として、この連通空間６６に沿って一体的に設けられる躯体５５の組立作業を行うようにしている。このようにすれば、単体のシールドトンネル５１の内径よりも大きな躯体５５を地中で組み立てることができる。

【0089】

図１８および図２１に示すように、作業者は、躯体５５が完成した後に、シールドトンネル５１の内部に充填材７２を充填する。

【0090】

次に、変形例１について図２３から図２８を用いて説明する。図２５に示すように、変形例１のトンネル接続部５４の底面には、サブレール７３が設けられる。サブレール７３は、シールドトンネル５１の長手方向に沿って延び、鋼殻ブロック５６を移動可能な状態で支持する。このようにすれば、鋼殻ブロック５６をトンネル接続部５４の任意の位置まで移動させることができる。

【0091】

次に、変形例１の躯体構築工程の一連の流れについて図２８のフローチャートを用いて説明する。なお、図２３から図２８を適宜参照する。

【0092】

図２８に示すように、まず、ステップＳ４１において、作業者は、互いに隣接するシールドトンネル５１の底面に、メインレール６８および下部ジャッキ７０を設ける（図２３）。そして、作業者は、双方のシールドトンネル５１を介して鋼殻ブロック５６を搬入する。ここで、作業者は、鋼殻ブロック５６をシールドトンネル５１の長手方向に沿って延びるメインレール６８で移動させる。

【0093】

次のステップＳ４２において、作業者は、双方のシールドトンネル５１で鋼殻ブロック５６同士を溶接する。つまり、メインレール６８に沿って並ぶ複数の鋼殻ブロック５６を互いに溶接する（図２４）。

【0094】

次のステップＳ４３において、作業者は、双方のシールドトンネル５１の鋼殻ブロック５６の上面に上部ジャッキ７１を設ける（図２４）。そして、上部ジャッキ７１を伸張させてシールドトンネル５１の天井面に接触させる。つまり、双方のシールドトンネル５１の天井面を鋼殻ブロック５６により支持させる。

【0095】

次のステップＳ４４において、作業者は、鋼殻ブロック５６により天井面が支持された互いに隣接するシールドトンネル５１の対向する部分、つまり、トンネル接続部５４に対応して縦方向に並ぶセグメント５３を除去する（図１４および図２５）。このようにすれば、鋼殻ブロック５６によりシールドトンネル５１の天井面を支持しつつ、セグメント５３の除去作業を行うことができる。さらに、シールドトンネル５１の長手方向に沿って配置され、トンネル接続部５４に対応して縦方向に並ぶセグメント５３の除去作業を一度に行うことができる。

【0096】

次のステップＳ４５において、作業者は、トンネル接続部５４を構成する天面鋼板６４と底面鋼板６５を、セグメント５３が除去された部分の上下に差し込む。これら天面鋼板６４と底面鋼板６５でシールドトンネル５１同士を結合させる。さらに、天面鋼板６４と底面鋼板６５の間の土砂を排出する。このようにして、シールドトンネル５１同士を連通させた状態で接続するトンネル接続部５４を構築する（図２５）。なお、作業者は、構築されたトンネル接続部５４の底面に、サブレール７３および下部ジャッキ７０を設ける。

【0097】

次のステップＳ４６において、作業者は、トンネル接続部５４を介して鋼殻ブロック５６を搬入する（図２６）。ここで、作業者は、鋼殻ブロック５６をメインレール６８と平行に並ぶサブレール７３により移動させる。トンネル接続部５４に沿って並ぶ鋼殻ブロック５６をサブレール７３で直線的に搬送できるため、搬送効率が向上する。

【0098】

次のステップＳ４７において、作業者は、シールドトンネル５１の鋼殻ブロック５６とトンネル接続部５４の鋼殻ブロック５６とを溶接する（図２６）。つまり、作業者は、サブレール７３に支持された鋼殻ブロック５６をメインレール６８に支持された鋼殻ブロック５６に溶接する。さらに、トンネル接続部５４で鋼殻ブロック５６同士を溶接する。つまり、サブレール７３に沿って並ぶ複数の鋼殻ブロック５６を互いに溶接する。

【0099】

次のステップＳ４８において、作業者は、トンネル接続部５４に設けられた鋼殻ブロック５６の上面に上部ジャッキ７１を設ける（図２６）。そして、上部ジャッキ７１を伸張させてトンネル接続部５４の天井面に接触させる。つまり、トンネル接続部５４の天井面を鋼殻ブロック５６により支持させる。

【0100】

そして、全てのシールドトンネル５１で躯体５５が完成するまで、この躯体構築工程を繰り返す。このようにすれば、シールドトンネル５１の長手方向および並設方向に広がる躯体５５を構築することができる。

【0101】

図２７に示すように、作業者は、躯体５５が完成した後に、シールドトンネル５１の内部に充填材７２を充填する。

【0102】

なお、シールドトンネル５１による掘削作業とメインレール６８を用いた鋼殻ブロック５６の搬送作業とを同時並行で行っても良い。

【0103】

次に、変形例２について図２９から図３０を用いて説明する。図２９に示すように、変形例２では、鋼殻ブロック５６が互いに溶接されて躯体５５が構築された後に、作業者は、躯体５５の上方位置と下方位置に複数の台座ブロック７４を配置する。例えば、台座ブロック７４を、躯体５５の上面と、シールドトンネル５１の底面と、トンネル接続部５４の底面に配置する。台座ブロック７４は、コンクリート製または鋼鉄製の部材である。

【0104】

図３０に示すように、作業者は、台座ブロック７４の上面側にフラットジャッキ７５を設ける。例えば、台座ブロック７４とセグメント５３との間、および台座ブロック７４と躯体５５の間にフラットジャッキ７５を設ける。

【0105】

ここで、フラットジャッキ７５とは、薄い円盤状を成す装置であり、上下に設けた凹みを有する２枚の薄い軟鋼板の外縁部を溶接により接合したものである。フラットジャッキ７５の上下両面には、メッシュで補強されたモルタル製の支圧板が設けられている。さらに、フラットジャッキ７５の外縁部には、外部から流体が注入される注入口と、内部の流体を排出するための排出口が設けられている。注入口より流体を導入して内圧を生じさせる。すると、フラットジャッキ７５の上下の両面が互いに引き離されるように鋼板が塑性変形する。つまり、フラットジャッキ７５の内圧により載置されたものを引き上げる揚力を発生させることができる。このフラットジャッキ７５は、作業空間の極めて狭い場所にも設置することができる。また、フラットジャッキ７５は、油圧ジャッキである下部ジャッキ７０および上部ジャッキ７１よりも製造コストが低くなっている。

【0106】

台座ブロック７４の上面側にフラットジャッキ７５を設けた後、フラットジャッキ７５を作動させる。すると、フラットジャッキ７５により躯体５５がシールドトンネル５１に固定されるようなる。この変形例２では、フラットジャッキ７５が固定部材となっている。

【0107】

その後、作業者は、下部ジャッキ７０および上部ジャッキ７１を除去するとともに、メインレール６８およびサイドレール６９を除去する。このようにすれば、コストが嵩む下部ジャッキ７０および上部ジャッキ７１を回収することができる。そして、作業者は、フラットジャッキ７５による受け替えを行った後に、セグメント５３と止水板部６７の間に充填材７２（図１８）を充填する。なお、下部ジャッキ７０および上部ジャッキ７１を用いずに、最初からフラットジャッキ７５のみを用いて躯体５５を固定しても良い。

【0108】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の地下構造物２Ａおよび地下構造物２Ａの構築方法について図３１から図３５を用いて説明する。なお、前述した実施形態に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。また、前述の図面を適宜参照する。

【0109】

図３１に示すように、第２実施形態では、既存の地上建築物１Ａの両側の２箇所に溝状の立坑９，１０が構築される。この第２実施形態では、底版部３、頂版部４のみならず、側版部５Ａについてもシールドマシン５０を用いて構築する（図３５）。

【0110】

図３２および図３３に示すように、シールドマシン５０を往復させることで、互いに隣接する複数本のシールドトンネル５１が構築される。まず、地下構造物２Ａの底版部３（図３５）に対応する深さ位置にシールドトンネル５１が構築される。さらに、底版部３において、北側および南側の端部のシールドトンネル５１の上方に側版部５Ａ（図３５）となるシールドトンネル５１が構築される。また、南北方向の中央部にも支持版部２１となるシールドトンネル５１が構築される。なお、この支持版部２１は、第１実施形態と同様に、頂版部４と底版部３を連結する柱体２５で代替することもできる。

【0111】

また、水平方向に互いに隣接するシールドトンネル５１同士をトンネル接続部５４で接続するとともに、シールドトンネル５１の内部に地下構造物２Ａの底版部３（図３５）となる躯体５５を構築する。さらに、垂直方向に互いに隣接するシールドトンネル５１同士をトンネル接続部５４で接続するとともに、シールドトンネル５１の内部に地下構造物２Ａの側版部５Ａおよび支持版部２１（図３５）となる躯体５５を構築する。なお、側版部５Ａおよび支持版部２１となる垂直方向に延びる躯体５５は、縦柱状に形成されても良いし、縦壁状に形成されても良い。

【0112】

次に、底版部３（図３５）となるシールドトンネル５１と側版部５Ａおよび支持版部２１（図３５）となるシールドトンネル５１とを連結する工程について説明する。これらのシールドトンネル５１同士は、垂直方向に近接した状態で構築される。ここで、上下に並ぶシールドトンネル５１同士の拡張テールボイド６２（図１４）が重畳されている。なお、シールドトンネル５１の周囲の地盤５２を、凍結させても良いし、セメント改良体などで地盤改良を行っても良い。

【0113】

図３６に示すように、作業者は、拡張テールボイド６２を用いた拡張テールボイド工法、または、凍結させる凍結工法で地盤５２が改良された底版部３の端部と側版部５Ａを連結させる。この連結部において、作業者は、まず、上方の側版部５Ａのシールドトンネル５１の底面の一部のセグメント５３を除去し、トンネル接続部５４を構成する支持鋼板２６（スライド鋼板）を下方のシールドトンネル５１に向けて差し込む。これらの支持鋼板２６により上下のシールドトンネル５１同士が接続される。つまり、支持鋼板２６により上方の側版部５Ａのシールドトンネル５１を、底版部３のシールドトンネル５１に支持させる。

【0114】

図３７に示すように、作業者は、支持鋼板２６で接続された部分にある隙間の土砂を排出し、下方の底版部３の端部のシールドトンネル５１の天面のトンネル接続部５４に対応する部分のセグメント５３を除去する。なお、支持鋼板２６を、底版部３の端部と側版部５Ａの連結部のシールドトンネル５１のセグメント５３に予め装着しておいても良い。

【0115】

上下のシールドトンネル５１同士を接続するトンネル接続部５４が形成されると、上方側のシールドトンネル５１から下方側のシールドトンネル５１まで連通された連通空間６６が形成される。この連通空間６６は、シールドトンネル５１が並ぶ方向（垂直方向）に向けて一体的（連続的）に広がるようになっている。

【0116】

シールドトンネル５１の内部に鋼殻ブロック５６を搬入し、これら鋼殻ブロック５６同士を互いに溶接し、シールドトンネル５１の内部に地下構造物２Ａの躯体５５を構築する。また、鋼殻ブロック５６は、支持ジャッキ２７によりシールドトンネル５１のセグメント５３に固定される。つまり、支持ジャッキ２７が、本実施形態の固定部材（支持部材）となっている。鋼殻ブロック５６同士の溶接を行う際には、支持ジャッキ２７により鋼殻ブロック５６の位置の微調整を行うことができる。なお、躯体５５は、シールドトンネル５１およびトンネル接続部５４の内部の連通空間６６に沿って一体的に広がるように形成される。

【0117】

図３４および図３５に示すように、地下構造物２Ａの頂版部４に対応する深さ位置にシールドトンネル５１が構築される。そして、頂版部４のシールドトンネル５１と、側版部５Ａおよび支持版部２１のシールドトンネル５１とがトンネル接続部５４で接続される。また、頂版部４の内部にも躯体５５が構築される。さらに、頂版部４の躯体５５と、側版部５Ａおよび支持版部２１の躯体５５とが互いに接続される。

【0118】

そして、セグメント５３と止水板部６７の間には、充填材７２が充填される（図１８および図２７）。つまり、連通空間６６（図１５）の躯体５５以外の部分であって、躯体５５の周囲の空間に充填材７２が充填される。

【0119】

なお、躯体５５の完成後、地下構造物２Ａの内部の土砂を排出する。この土砂の排出の完了後、西側の立坑９および東側の立坑９，１０の内部にて、地下構造物２Ａの妻壁となる側版部６が、鉄筋コンクリート、鉄骨コンクリート、鋼殻構造などを用いて構築される。さらに、これらの立坑９，１０が埋め戻される。そして、地下構造物２Ａが完成する。

【0120】

第２実施形態では、地下構造物２Ａの側版部５Ａおよび支持版部２１をシールドマシン５０で構築することができる。また、側方の溝状立坑を構築する必要がないため、作業スペースの制約がある場合においても効率的に作業を進めることができる。

【0121】

なお、シールドトンネル５１において、地下構造物２Ａの内部側に面するセグメント５３を除去しても良い。そして、地下構造物２Ａの内部側に躯体５５を露出させても良い。

【0122】

（第３実施形態）
次に、第３実施形態の地下構造物２Ｂおよび地下構造物２Ｂの構築方法について図３８から図４３を用いて説明する。なお、前述した実施形態に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。また、前述の図面を適宜参照する。

【0123】

図３８に示すように、第３実施形態では、既存の地上建築物１Ｂが道路２２に近接して設けられている。この道路２２と地上建築物１Ｂの双方を挟むように、西側と東側の２箇所に立坑９，１０が構築される。第３実施形態では、地上建築物１Ｂの地下部分の一部を地下構造物２Ｂとして利用する（図４２）。

【0124】

図３９に示すように、シールドマシン５０を往復させることで、互いに隣接する複数本のシールドトンネル５１が構築される。まず、地下構造物２Ｂの底版部３（図４３）に対応する深さ位置にシールドトンネル５１が構築される。

【0125】

また、高圧噴射攪拌工法などにより地盤５２の改良を行う。第３実施形態では、地上建築物１Ｂの地下部分に沿うように壁状のセメント改良体１３Ｂが構築される。そして、地下構造物２Ｂの一部の壁２３が除去される。

【0126】

図４０および図４１に示すように、底版部３において、北側および南側の端部のシールドトンネル５１の上方に側版部５Ｂ（図４３）となるシールドトンネル５１Ｂが構築される。側版部５Ｂのシールドトンネル５１Ｂを構築するためのシールドマシン５０Ｂは、底版部３および頂版部４を構築するためのシールドマシン５０よりも縦長になっている。つまり、側版部５Ｂのシールドトンネル５１Ｂは縦長に形成される。この第３実施形態では、縦寸法が異なる２種類のシールドマシン５０，５０Ｂを用いる。なお、側版部５Ｂのシールドトンネル５１Ｂを構築したシールドマシン５０Ｂは、到達側で回収して発進側に移動させて再利用しても良い。また、側版部５Ｂが複数のシールドトンネル５１Ｂで構築される場合は、シールドマシン５０Ｂを到達位置で上方に移動させて、さらに反転させその上部の側版部５Ｂの構築に用いることもできる。

【0127】

地下構造物２Ｂの頂版部４に対応する深さ位置にシールドトンネル５１が構築される。地上建築物１Ｂの地下階には、シールドマシン５０の移動装置１５が設けられる。この移動装置１５でシールドマシン５０をＵターンまたは水平移動させる。シールドマシン５０を往復させることで、互いに隣接する複数本のシールドトンネル５１が構築される。

【0128】

図４２および図４３に示すように、水平方向に互いに隣接するシールドトンネル５１同士をトンネル接続部５４で接続するとともに、シールドトンネル５１の内部に地下構造物２Ｂの底版部３および頂版部４となる躯体５５を構築する。さらに、垂直方向に互いに隣接するシールドトンネル５１Ｂを隣接するシールドトンネル５１に接続するとともに、シールドトンネル５１Ｂの内部に地下構造物２Ｂの側版部５Ｂとなる躯体５５を構築する。なお、頂版部４の躯体５５と、側版部５Ｂの躯体５５と、底版部３の躯体５５が互いに接続される。これにより、地上建築物１Ｂの地下階と地下構造物２Ｂとが連結され、地下空間として一体化される。

【0129】

そして、セグメント５３と止水板部６７（図１５）の間には、充填材７２が充填される（図１８および図２７）。つまり、連通空間６６（図１５）の躯体５５以外の部分であって、躯体５５の周囲の空間に充填材７２が充填される。

【0130】

なお、躯体５５の完成後、地下構造物２Ｂの内部の土砂を西側の立坑９および東側の立坑１０から排出する。この土砂の排出の完了後、西側の立坑９および東側の立坑１０の内部にて、地下構造物２Ｂの妻壁となる側版部６が、鉄筋コンクリート、鉄骨コンクリート、鋼殻構造などを用いて構築される。また、地下構造物２Ｂの内部で、土砂の排出と同時進行で支持版部２１Ｂとなる躯体５５が構築される。さらに、立坑９，１０が埋め戻される。そして、地下構造物２Ｂが完成する。

【0131】

第３実施形態では、既存の地上建築物１Ｂの地下構造に新設の地下構造物２Ｂを連結させることができる。また、既存の地上建築物１Ｂの地下構造を、シールドマシン５０Ｂの到達立坑の一部として利用することができる。そのため、狭い敷地を合理的に活用でき、周辺への影響が少なく、工事に必要な材料を節約することができる。

【0132】

また、道路２２などの既存のインフラの地下に、地下構造物２Ｂを構築することで、都市部における地下空間の民間利用が促進される。

【0133】

本実施形態に係る地下構造物および地下構造物の構築方法を第１実施形態から第３実施形態に基づいて説明したが、いずれか１の実施形態（または変形例）において適用された構成を他の実施形態に適用しても良いし、各実施形態において適用された構成を組み合わせても良い。

【0134】

なお、本実施形態のフローチャートにおいて、各ステップが直列に実行される形態を例示しているが、必ずしも各ステップの前後関係が固定されるものでなく、一部のステップの前後関係が入れ替わっても良い。また、一部のステップが他のステップと並列に実行されても良い。

【0135】

また、既存の地上建築物１は、高速道路または鉄道の高架橋などであっても良い。このような高架橋の下部は、敷地が広がっていても高架橋の基礎部分があるため、開削工法ができない。このような場所でも本実施形態の構築方法であれば地下構造物２を構築することができる。また、基礎部分を補強するために地下構造物２を構築しても良い。

【0136】

本実施形態では、小断面のシールドマシン５０を用いるため、立坑９，１０のスペースを小さくすることができる。そのため、狭い面積の敷地でも工事を行うことができる。さらに、小断面の掘削が行えるため、土被りが少ない場所でも切羽の安定性を高くすることができる。また、縦長および横長の複数種類のシールドマシン５０を組み合わせることで、任意の断面形状の地下構造物２を構築することができる。

【0137】

また、小断面のシールドマシン５０を用いた掘削を行うため、産業廃棄物となる泥水処理が必要な掘削土の発生を低減させることができる。

【0138】

また、既存の地下構造物がある場合には、既存の土留壁が残されている場合がある。その場合は、立坑７～１０の外側の土留壁２４として利用しても良い。土留壁の一部を撤去した空間からシールドトンネル５１を外側に進行させることで、既存の地下構造物を拡張することができる。このようにすれば、既存の地下構造物と新規の地下構造物２とを連続させることができる。

【0139】

なお、本実施形態では、鋼殻ブロック５６がメインレール６８を介して下部ジャッキ７０に支持されているが、その他の態様であっても良い。例えば、メインレール６８を支持する下部ジャッキ７０とは異なる下部ジャッキを設けるようにし、この下部ジャッキ７０により鋼殻ブロック５６を直接支持しても良い。

【0140】

なお、本実施形態では、既存の地上建築物１を挟むように西側と東側の立坑９，１０を構築し、東西方向（一方向）に沿ってシールドトンネル５１を構築しているが、その他の態様であっても良い。例えば、地上建築物１の四方に構築した立坑７～１０を用いて、東西方向と南北方向の２方向にシールドトンネル５１を構築しても良い。例えば、底版部３を東西方向に延びるシールドトンネル５１で構築し、頂版部４を南北方向に延びるシールドトンネル５１で構築しても良い。そして、底版部３と頂版部４の構築作業を同時並行で行っても良い。

【0141】

なお、本実施形態では、地下構造物２の全体が地中に埋まっているが、その他の態様であっても良い。例えば、地下構造物２の少なくとも一部が地上に露出された状態で建設されても良い。つまり、地下構造物２と連続する地上建築物１を構築しても良い。例えば、地下構造物２から上方に延びる縦壁を構築し、この縦壁を地上まで延ばしても良い。

【0142】

なお、本実施形態では、それぞれのシールドトンネル５１が互いに平行を成すように構築されているが、その他の態様であっても良い。例えば、地下構造物２の内部寸法を途中で変更する場合には、シールドトンネル５１が互いに平行に並ばなくても良い。シールドトンネル５１同士を次第に離れるように並べたり、次第に近づくように並べたりしても良い。このようにすれば、地下構造物２の内部寸法をその長手に沿って次第に拡大したり、次第に縮小したりすることができる。また、既存の地中の構造物（例えば、ガス、水道などのインフラ設備）を避けたフレキシブルで複雑な形状の地下構造物２を構築することができる。

【0143】

なお、本実施形態では、矩形型のシールドマシン５０を用いて、断面視が四角形状のシールドトンネル５１を構築しているが、その他の態様であっても良い。例えば、円形シールドマシンを用いて、断面視が円形状のシールドトンネルを構築しても良い。

【0144】

なお、本実施形態では、地下構造物２が止水板部６７により水密性を有する構成となっているが、その他の態様であっても良い。例えば、地下構造物２が止水板部６７（気密板部）により気体の通過を阻止して気密性を有するものでも良い。

【0145】

本実施形態の水密性（気密性）とは、地下構造物２の外部から内部へ液体（気体）が進入しない態様を含むばかりか、地下構造物２の内部から外部へ液体が流出しない態様を含む。例えば、地下構造物２の内部に流体を溜めた場合に、その流体が長期間に亘って外部へ流出しない態様を含む。

【0146】

本実施形態の地下構造物２は、例えば、オフィス、店舗、住居、駐車場、道路、倉庫、貯水漕、治水施設、発電施設、鉄道施設、燃料タンク、ガスタンク、廃棄物貯蔵施設、水チェレンコフ検出器（ニュートリノ観測装置）などに用いることができる。

【0147】

また、移設が不可能な既存の重要施設がある場合に、その位置を変更せずに、地下に底版部を構築し、その周囲に遮水壁を構築しても良い。

【0148】

なお、本実施形態では、互いに隣接するシールドトンネル５１同士が離間されており、その間を天面鋼板６４と底面鋼板６５で接続することでトンネル接続部５４が構成されているが、その他の態様であっても良い。例えば、互いに隣接するシールドトンネル５１同士が接触していても良い。その場合には、シールドトンネル５１同士を接合する接合部材によりトンネル接続部が構成される。

【0149】

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、一方のトンネルから他方のトンネルまで連通された連通空間で複数の鋼板が互いに溶接されて連通空間に沿って一体的に広がる止水板部を備えることにより、水密性を有する地下構造物をシールドマシンにより構築することができる。

【0150】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0151】

１（１Ａ，１Ｂ）…地上建築物、２（２Ａ，２Ｂ）…地下構造物、３…底版部、４…頂版部、５（５Ａ，５Ｂ），６…側版部、７…北側の立坑、８…南側の立坑、９…西側の立坑、１０…東側の立坑、１１…支保工、１２…高圧噴射攪拌装置、１３（１３Ｂ），１４…セメント改良体、１５…移動装置、１６…足場、１７…縦穴、１８…土砂、１９…搬送装置、２０…重機、２１（２１Ｂ）…支持版部、２２…道路、２３…壁、２４…土留壁、２５…柱体、２６…支持鋼板、２７…支持ジャッキ、５０（５０Ｂ）…シールドマシン、５１（５１Ｂ）…シールドトンネル、５２…地盤、５３…セグメント、５４…トンネル接続部、５５…躯体、５６…鋼殻ブロック、５７…本体、５８…センターカッター、５９…メインカッター、６０…伸縮カッター、６１…サイドカッター、６２…拡張テールボイド、６３…余堀部、６４…天面鋼板、６５…底面鋼板、６６…連通空間、６７…止水板部、６８…メインレール、６９…サイドレール、７０…下部ジャッキ、７１…上部ジャッキ、７２…充填材、７３…サブレール、７４…台座ブロック、７５…フラットジャッキ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】

【図41】

【図42】

【図43】