JP2000257368A - 既設トンネルの拡幅工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 既設トンネルの拡幅工事中における長期間に
わたる車輌および列車の通行制限をなくすことができる
トンネル拡幅工法の提供を行う。 【解決手段】 既設覆工部Ｃを有する既設トンネルＴに
おいて、前記既設覆工部の外周部Ｇ１を掘削し、拡幅し
た壁面を覆工した後、前記既設覆工部を除去する、既設
トンネルの拡幅工法であって、「（１）前記既設覆工部
の外周部掘削時において、前記既設トンネルの内空部Ｔ
１を侵すことなく、前記既設覆工部の安定性を保持する
既設覆工部保持工程。（２）前記既設覆工部の外周部掘
削終了後および拡幅した壁面の覆工終了後、前記既設ト
ンネルの内空部を遮蔽する遮蔽手段（作業用架台４０）
を設け、前記遮蔽手段の外側に存在する前記既設覆工部
を除去する既設覆工部除去工程。」の各工程を含むこと
を特徴する既設トンネルの拡幅工法とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、既設トンネルを拡
幅するためのトンネル拡幅工法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】既設トンネルにおいて、トンネル覆工コ
ンクリートの老朽化、通行車輌の大型化、運行列車の高
速化、通行量の増大などの理由により、当該既設トンネ
ルの拡幅を行う（以下、「拡幅工事」という）ことが数
多く行われている。従来、前記拡幅工事を行う代表的な
方法としては、以下の二つの方法が存在していた。

【０００３】第一の方法は、図６（ａ）に示すように、
既設トンネルＴ’の覆工コンクリ−トＣ’と拡幅すべき
地山Ｇ’を同時に掘削し、最終的に、拡幅した壁面に覆
工コンクリートＫ’を打設して拡幅工事を行うものであ
る。しかし、この方法では、既設トンネルＴ’の内空部
Ｔ’１内に、掘削機械、ズリ積み込み機械、ズリ搬出用
トラックなどの各種作業用機械９０を配設して作業を行
うことになり、作業中は一般車輌に対し通行制限の措置
を講じる必要がある。

【０００４】また、第二の方法は、図６（ｂ）に示すよ
うに、既設トンネルＴ’の覆工コンクリートＣ’を残し
て拡幅すべき地山Ｇ’を掘削し、次に、拡幅した壁面に
覆工コンクリートＫ’の打設を行い、最後に、既設トン
ネルＴ’の覆工コンクリートＣ’の解体・撤去を行うも
のである。しかし、当該方法においては、既設トンネル
Ｔ’の覆工コンクリートＣ’は地山Ｇ’から直接地盤反
力をとることができず、アーチ形状を有する覆工コンク
リートＣ’が不安定となるため、覆工コンクリートＣ’
の内側や外側に設けた補強材９１，９２により、その安
定性を保つことが必要になる。このため、当該方法にお
いても、既設トンネルＴ’の内空部Ｔ’１に設ける補強
材９２の存在により、車線数の減少を伴い、また、一時
的とはいえ既設トンネルＴ’の覆工コンクリートＣ’の
解体・撤去時に、前記の第一の方法と同様の通行制限の
措置を講じる必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】既設トンネルは、その
ほとんどが供用中である。そのため、従来の代表的な方
法で拡幅工事を行う場合には、道路トンネルにおいて
は、車輌通行禁止、車線数の減少などの通行制限を伴う
ことになり、円滑な交通を妨げ、交通渋滞等を引き起こ
してしまうという問題が生じていた。また、鉄道トンネ
ルにおいては、列車運行規制を行うか、あるいは、夜間
等の列車通行がない極めて短時間の中で、拡幅工事を実
施することが必要になっていた。

【０００６】本発明は、前記のそれぞれの問題点を除く
ためになされたものであり、既設トンネルの拡幅工事中
における長期間にわたる車輌および列車の通行制限をな
くすことができるトンネル拡幅工法の提供を行うととも
に、安全性および経済性にも優れたトンネル拡幅工法の
提供を行うことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】要するに請求項１記載の
本発明は、既設覆工部を有する既設トンネルにおいて、
前記既設覆工部の外周部を掘削し、拡幅した壁面を覆工
した後、前記既設覆工部を除去する、既設トンネルの拡
幅工法であって、「（１）前記既設覆工部の外周部掘削
時において、前記既設トンネルの内空部を侵すことな
く、前記既設覆工部の安定性を保持する既設覆工部保持
工程。（２）前記既設覆工部の外周部掘削終了後および
拡幅した壁面の覆工終了後、前記既設トンネルの内空部
を遮蔽する遮蔽手段を設け、前記遮蔽手段の外側に存在
する前記既設覆工部を除去する既設覆工部除去工程。」
の各工程を含むことを特徴としている。ここで、前記既
設覆工部の安定性を保持するための対策としては、既設
覆工部を補強手段により構造的に補強すること、およ
び、既設覆工部からの覆工材料の剥離防止を行うことが
含まれる。

【０００８】したがって、本発明によれば、既設覆工部
保持工程により、既設覆工部の外周部掘削時において、
当該既設覆工部の安定性を確保することができるため、
既設覆工部の内空部に設ける必要があった補強材を不要
とすることができる。また、既設覆工部除去工程によ
り、既設覆工部の内空部を遮蔽する遮蔽手段を設け、前
記遮蔽手段の外側に存在する前記既設覆工部を除去する
ことで、既設覆工部を除去する際に、既設覆工部の内空
部に各種の破砕物等が落下することを防止することがで
きる。そのため、本発明によれば、拡幅工事中におい
て、一般車輌の通行制限をなくすことが可能となる。

【０００９】また、請求項２記載の既設トンネルの拡幅
工法は、請求項１記載の既設トンネルの拡幅工法におい
て、前記既設覆工部の壁面変位の計測を行うことによ
り、前記既設覆工部の安全性を確認しながら、前記既設
トンネルの拡幅を行うことを特徴としている。ここで、
前記既設覆工部の壁面変位の計測は、当該既設トンネル
壁面にレーザー測距儀を設置し、当該装置により行うこ
とが好ましいものである。

【００１０】したがって、本発明を用いて、既設覆工部
の壁面変位の計測を行うことにより、当該既設覆工部の
安全性の確認を行うことができるため、一般車輌の通行
が行われている既設トンネルにおいて、より安全に拡幅
工事を行うことが可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。ここで、実施形態
の説明に先立ち、本発明の既設トンネル拡幅工法を適用
する既設道路トンネル（以下、「既設トンネル」とい
う）について、簡単に説明する。

【００１２】◎既設トンネルの概要 図５に示すように、地山Ｇ内に、楕円形状の既設トンネ
ルＴが形成されている。当該既設トンネルＴの壁面は、
アーチ形状に形成されたコンクリートで覆工されてい
る。前記既設トンネルＴにおけるコンクリートによる覆
工部を、既設覆工部Ｃと称することにする。ここで、既
設トンネルＴの拡幅は、前記既設トンネルＴの断面形状
と略相似形である断面形状であって、所望の幅員となる
ように行うものである。さらに、原則的に、拡幅工事中
には、既設トンネルＴの内空部Ｔ１を一般車輌Ｓが通行
している。

【００１３】◎既設トンネルＴの拡幅工法 図５に示すように、本発明に係る既設トンネルＴの拡幅
工法の考え方は、既設覆工部Ｃを、既設トンネルＴ内を
通行している一般車輌Ｓに対する防御部材として使用し
ながら、当該既設覆工部Ｃの外周部Ｇ１の掘削を行い、
拡幅した壁面を覆工して拡幅覆工部Ｋを形成した後、既
設覆工部Ｃを除去するものである。すなわち、本発明
は、まず、既設覆工部Ｃの外周部Ｇ１を掘削（以下、
「外周部掘削工程」という）して、拡幅した壁面を覆工
した（以下、「拡幅壁面覆工工程」という）後、前記既
設覆工部Ｃを除去する工法であり、既設覆工部保持工程
と、既設覆工部除去工程を含むものである。以下に、各
工程について詳説する。

【００１４】○外周部掘削工程 本工程は、既設覆工部Ｃの外周部Ｇ１を、所望の幅員に
対応するまで掘削する工程であり、既存の各種掘削工法
を用いることができる。

【００１５】○既設覆工部保持工程 本工程は、前記外周部掘削工程の実施時において、一般
車輌Ｓの円滑な通行を確保するため、前記既設トンネル
Ｔの内空部Ｔ１を侵すことなく、既設覆工部Ｃの安定性
を保持する工程である。ここで、「既設トンネルＴの内
空部Ｔ１を侵すことなく」とは、当該内空部Ｔ１に一般
車輌Ｓの通行を阻害する部材や装置等を設けたり、当該
内空部Ｔ１で種々の作業を行うことがないようにするこ
とを意味する。

【００１６】既設覆工部Ｃの安定性を保持するための対
策としては、当該既設覆工部Ｃを補強手段により構造的
に補強すること、および、既設覆工部Ｃからの覆工材料
の剥離防止に関する対策を行うことが含まれる。なお、
本工程は、既設覆工部Ｃを形成する覆工コンクリートの
状態が非常に良く、地山Ｇからの反力が得られなくても
作業に支障がない場合には、既に既設覆工部Ｃの保持が
達成されていると考えられるため、本工程を必ずしも行
う必要はない。その意味において、本工程は任意工程で
あると考えることもできる。また、外周部掘削工程の当
初は、本工程を行わない場合であっても、既設覆工部Ｃ
の外周部Ｇ１を掘削することに伴い、当該既設覆工部Ｃ
を補強する必要性が生じる場合も存在する。そのような
場合には、事後的に、本工程を実施することは言うまで
もない。

【００１７】１）既設覆工部Ｃの構造的補強 既設覆工部Ｃの構造的補強は、既設覆工部Ｃを既存の各
種工法を使用して補強することにより、既設覆工部Ｃの
アーチ作用を適切に維持させ、その安定性を確保するこ
とを目的として行うものである。実際に作業を行う場合
には、既設トンネルＴ内を通行する一般車輌Ｓの走行を
妨害しないように、既設覆工部Ｃの外周部Ｇ１側から行
うことが必要である。なお、本工程は、通常、既設トン
ネルＴの外周部Ｇ１を所定の幅員に拡幅掘削した後に、
行うものである。

【００１８】図１（ａ）は、既設覆工部Ｃの構造的補強
方法の第１実施形態を示したものである。当該実施形態
は、既設覆工部Ｃの状態がやや危険と考えられる場合の
対策であり、当該既設覆工部Ｃの外周面Ｃ１を鉄筋１１
と吹付けコンクリート１２により補強したものである。
なお、前記第１実施形態の場合と比較して、既設覆工部
Ｃの状態が良好な場合には、単に、当該既設覆工部Ｃの
外周面Ｃ１を吹付けコンクリート１２のみで補強するこ
とにより対応可能である。

【００１９】図１（ｂ）は、既設覆工部Ｃの構造的補強
方法の第２実施形態を示したものである。この場合は、
前記第１実施形態の場合と比較して、既設覆工部Ｃの状
態が危険である場合の対策である。当該実施形態では、
既設覆工部Ｃの外周面Ｃ１を高張力ケーブル２１で緊締
するとともに、さらに吹付けコンクリート２２、あるい
は鉄筋コンクリートで補強するものである（図中には、
吹付けコンクリート２２の場合のみを示している）。前
記高張力ケーブル２１の緊張力は、既設覆工部Ｃにおけ
る脚部の外側面に設けられたターンバックル２４により
与えられており、当該ターンバックル２４の先端部は、
地中に固定されているロックボルト２５に固着されてい
る。

【００２０】既設覆工部Ｃの外周面Ｃ１には、凹凸が存
在する。そのため、前記高張力ケーブル２１の緊締を行
う際には、高張力ケーブル２１と既設覆工部Ｃの間に、
所定の間隔で砂を袋詰めにしたサンドバック２３を介挿
させることにより、高張力ケーブル２１が既設覆工部Ｃ
に及ぼす力の作用点を明確にすることが行われる。さら
に、従来から実施されている方法のように、既設覆工部
Ｃの外側から補強材を設けることや、既設覆工部Ｃの脚
部の変位を阻止するために根固めコンクリートを打設す
ることなどを必要に応じて実施することもできる。

【００２１】２）覆工材料の剥離防止 応力集中や覆工材料の劣化に起因して、既設覆工部Ｃの
内周面Ｃ２にすでに亀裂が入っている場合がある。この
ような場合、拡幅工事中に、既設トンネルＴの内空部Ｔ
１内に既設覆工部Ｃを構成する覆工材料の剥離物が落下
し、大事故の原因となる可能性がある。本工程における
作業は、このような既設覆工部Ｃからの覆工材料の剥離
防止に関する対策を目的とするものである。

【００２２】覆工材料の剥離防止の対策においても、通
常一般的に用いられている各種工法を使用することがで
きる。例えば、図２に示すように、既設覆工部Ｃに、外
周面Ｃ１から内周面Ｃ２に向かって穿孔を行い、被覆材
３３を既設覆工部Ｃの内周面Ｃ２に被覆し、ボルト３１
とナット３２により固定する。この際、前記ボルト３１
は、既設覆工部Ｃの外周面Ｃ１方向から貫通孔Ｃ３に螺
入し、内周面Ｃ２側に設けたナット３２に螺合する。前
記被覆材３３は、剥離物の落下性状に応じて、ベアリン
グプレート、金網、高強度繊維布などを選択することが
できる。さらに、施工現場の状態により、被覆材３３
と、既設覆工部Ｃを一体化させる必要がある場合には、
樹脂吹き付けなどを併用することも行われる。

【００２３】なお、本方法において、被覆材３３の既設
トンネルＴ内ヘの搬入作業、および、当該被覆材３３の
既設覆工部Ｃへの固定作業時には、一時的ではあるが既
設トンネルＴ内での作業が必要となるため、当該既設ト
ンネルＴ内を通行する一般車輌Ｓの通行制限を行うこと
が必要となる。しかし、前記穿孔作業は、既設トンネル
Ｔの外周面Ｃ１側から行うことが可能であり、また、被
覆材３３は軽量であることから作業は簡単であり、短時
間で行うことができる。したがって、長期間に渡り、一
般車輌Ｓの通行制限を行う必要はないため、従来工法の
有していた大きな問題は生じない。

【００２４】○拡幅壁面覆工工程 本工程は、外周部掘削工程の終了後、拡幅した壁面に覆
工コンクリートを打設し、拡幅覆工部Ｋを形成する工程
である。本工程は、既存の各種工法を用いることができ
る。

【００２５】○既設覆工部除去工程 前記外周部掘削工程および拡幅壁面覆工工程の終了後に
は、既設覆工部Ｃの解体・撤去を実施することになる
が、この場合も、既設トンネルＴの内空部Ｔ１内に、既
設覆工部Ｃの構成材料であるコンクリートの破砕物（以
下、「破砕物」という）を落下させないようにしなけれ
ばならない。本工程は、前記拡幅壁面覆工工程終了後、
既設トンネルＴの内空部Ｔ１を遮蔽する遮蔽手段を設
け、当該遮蔽手段の外側に存在する既設覆工部Ｃを除去
することにより、既設トンネルＴの内空部Ｔ１内の安全
性を確保しながら、その作業を行うものである。

【００２６】本工程について説明する前に、本工程で使
用する遮蔽手段である破砕用架台４０について、図４を
参照して説明する。当該破砕用架台４０は、前方部の鋼
製シールド４１と、後方部の作業架台４２から構成され
ている。鋼製シールド４１は、既設覆工部Ｃの下部に設
けられ、既設トンネルＴの内空部Ｔ１に破砕物が落下し
ないようにするための遮蔽手段である。当該鋼製シール
ド４１は、空間的制限を有する既設トンネルＴの内空部
Ｔ１を最大限に有効利用するために、既設覆工部Ｃの内
空部Ｔ１側に隙間なく設置されることが好適である。そ
のため、既設覆工部Ｃの形状であるアーチ形状と略等し
い形状に形成されている。また、前記鋼製シールド４１
は、長手方向に、作業を行うに足りるだけの所望の長さ
を有している。さらに、作業架台４２は、その上部に破
砕機Ｍ、および、ずり搬送用の設備（図示せず）等を載
置し、既設覆工部Ｃの破砕作業を行うための作業部であ
る。当該作業架台４２は門型断面を有しており、破砕作
業時当初は、その前面部４２ａが既設覆工部Ｃのアーチ
クラウンＣ４の部位に当接する形態に設けられている。
そして、鋼製シールド４１と作業架台４２は、その中間
部において連結材４４により一体となっている。

【００２７】また、前記鋼製シールド４１と作業架台４
２の所定位置には、移動手段である車輪４３が付設され
ている。当該車輪４３は、電動機などの駆動手段（図示
せず）により回動するように構成されており、破砕用架
台４０は、既設トンネルＴの長手方向に移動自在になっ
ている。前記破砕用架台４０は、前記のように形成され
ているため、前記既設トンネルＴの内空部Ｔ１を遮蔽す
るとともに、当該内空部Ｔ１に、一般車輌Ｓを通過させ
ることができるようになっている。

【００２８】次に、本工程の作業手順について説明す
る。図４に示すように、既設トンネルＴの入口方向（図
中右方向）から、破砕用架台４０を鋼製シールド４１が
前方になる向きで、既設覆工部Ｃの下方に進入させる。
所定位置にまで、鋼製シールド４１を進入させた後、破
砕機Ｍを作業架台４２の前方位置に移動させる。そし
て、当該鋼製シールド４１上の既設覆工部ＣＣを、破砕
機Ｍにより破砕し、ずり搬送設備（図示せず）を用いて
破砕物を、既設トンネルＴの坑外に搬出する。このと
き、破砕物は、鋼製シールド４１が存在することによ
り、既設トンネルＴの内空部Ｔ１に落下することがない
ため、一般車輌Ｓの通行を阻害することがなく、その作
業を行うことができる。

【００２９】所定区間における鋼製シールド４１上の既
設覆工部ＣＣの除去が終了した後、破砕用架台４０を移
動させ、トンネル区間の全長にわたって、同様の作業を
行うことになる。

【００３０】前記作業により除去される既設覆工部Ｃ
は、主に、上部に位置する部分のみであり、既設覆工部
Ｃの側面部は、別の破砕機により破砕される。しかし、
この場合であっても、前記破砕用架台４０により、既設
覆工部Ｃの側面部は遮蔽されているため、既設トンネル
Ｔの内空部Ｔ１内に破砕物が飛散等することはなく、一
般車輌Ｓに影響を及ぼすことはない。

【００３１】なお、破砕用架台４０は、前記実施形態の
ように、既設トンネルＴの内空部Ｔ１側に隙間がなく設
置されることが作業上効率的である。しかし、既設トン
ネルＴの断面が比較的大きい場合には、一般車輌Ｓの通
行を妨げない位置に設けるものであればよいことはもち
ろんである。

【００３２】○安全性の確保 本発明の既設トンネルの拡幅工法は、前記のようにアー
チ形状である既設覆工部Ｃを通行車輌Ｓに対する防御部
材として採用している。一般にアーチ形状は、非常に安
定性の高い構造形式であるが、本発明の工法における拡
幅工事では、作業の進行に伴い、このような条件はさま
ざまに変化する。しかも、前記各工程の作業中におい
て、既設トンネルＴの内空部Ｔ１内を一般車輌Ｓが通行
している。したがって、既設覆工部Ｃの崩壊等が生じる
と、大惨事になりかねないことになる。そのため、施工
場所付近における既設覆工部Ｃの壁面変位の計測を行う
ことにより、前記既設覆工部Ｃの安全性を確認しなが
ら、前記既設トンネルＴの拡幅を行う必要がある。当該
既設覆工部Ｃの壁面変位の計測は、従来から使用されて
いる各種の計測装置を用いることが可能である。しか
し、特に、一般車輌Ｓの通行障害を起こさないレーザー
測距儀５１を使用することにより、非常に精度の高い、
良好なデータを、簡易かつ容易に得ることができる。

【００３３】図３は、実施の一形態を示したものであ
り、既設覆工部Ｃの内周面Ｃ２に、所定位置に架台５２
を付設し、当該架台５２上に壁面変位を検出するための
レーザー測距儀５１を設置したものである。当該レーザ
ー測距儀５１は、データ解析手段（図示せず）に接続さ
れており、常時、壁面変位の観測を行っている。前記各
レーザー測距儀５１により、壁面変位の大きい箇所Ｐ
１，Ｐ２，Ｐ３を検出した場合には、前記既設覆工部保
持工程等の各種の安全対策を迅速に講じることが可能と
なる。

【００３４】以上、本発明の既設トンネル拡幅工法の好
適な実施形態を例示して説明した。しかし、本発明は、
前記実施例で示した既設トンネル拡幅工法に限られず、
前記構成を有する各種の方法において適用可能であるこ
とは言うまでもない。また、通常既設トンネルＴは、所
定の区間長を有しているため、一定区間毎に前記各工程
を並行して行うことが一般的である。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、既設覆工部保持工程に
より、既設覆工部の外周部掘削時における当該覆工部の
安定性を確保することができるため、既設覆工部の内空
部に設ける必要があった補強材を不要とすることが可能
となる。また、既設覆工部除去工程により、既設覆工部
の内空部を遮蔽する遮蔽手段を設け、前記遮蔽手段の外
側に存在する前記既設覆工部を除去することで、既設覆
工部を除去する際に、既設覆工部の内空部に各種の破砕
物等が落下することを防止することができる。そのた
め、本発明によれば、拡幅工事中において、一般車輌の
通行制限をなくすことが可能となる。

【００３６】また、本発明を用いて、既設覆工部の壁面
変位の計測を行うことにより、当該既設覆工部の安全性
の確認を行うことができるため、一般車輌の通行が行わ
れている既設トンネルにおいて、より安全に拡幅工事を
行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の既設トンネル拡幅工法における既設覆
工部保持工程（既設覆工部の構造的補強）を示す正断面
図であり、（ａ）は第１実施形態、（ｂ）は第２実施形
態である。

【図２】本発明の既設トンネル拡幅工法における既設覆
工部保持工程（覆工材料の剥離防止）の第３実施形態で
ある。

【図３】本発明の既設トンネル拡幅工法において、既設
覆工部に壁面変位の計測装置を設置した状態を示す正断
面図である。

【図４】本発明の既設トンネル拡幅工法における既設覆
工部除去工程を示す図であり、（ａ）は側断面図、
（ｂ）はＡ−Ａ断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ断面図である。

【図５】本発明の既設トンネルを示す正断面図である。

【図６】（ａ）、（ｂ）ともに、従来の既設トンネル拡
幅工法の概要を示す正断面図である。

【符号の説明】

Ｔ 既設トンネル Ｔ１ 内空部 Ｇ 地山 Ｇ１ 外周部 Ｃ 既設覆工部 Ｃ１ 外周面 Ｃ２ 内周面 Ｋ 拡幅覆工部 １１ 鉄筋 １２ 吹付けコンクリート ２１ 高張力ケーブル ２２ 吹付けコンクリート ２３ サンドバック ２４ ターンバックル ２５ ロックボルト ３３ 被覆材 ４０ 破砕用架台 ４１ 鋼製シールド ４２ 作業架台 ５１ レーザー測距儀 ５２ 架台

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 既設覆工部を有する既設トンネルにおい
   て、前記既設覆工部の外周部を掘削し、拡幅した壁面を
   覆工した後、前記既設覆工部を除去する、既設トンネル
   の拡幅工法であって、 （１）前記既設覆工部の外周部掘削時において、前記既
   設トンネルの内空部を侵すことなく、前記既設覆工部の
   安定性を保持する既設覆工部保持工程。 （２）前記既設覆工部の外周部掘削終了後および拡幅し
   た壁面の覆工終了後、 前記既設トンネルの内空部を遮蔽する遮蔽手段を設け、 前記遮蔽手段の外側に存在する前記既設覆工部を除去す
   る既設覆工部除去工程。 の各工程を含むことを特徴とする既設トンネルの拡幅工
   法。
2. 【請求項２】 前記既設覆工部の壁面変位の計測を行う
   ことにより、前記既設覆工部の安全性を確認しながら、
   前記既設トンネルの拡幅を行うことを特徴とする請求項
   １記載の既設トンネルの拡幅工法。