JP2001082071A - トンネル拡幅工法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 既設トンネルを効率的に拡幅する。 【解決手段】 既設トンネルを拡幅するに際し、既設ト
ンネルの一方の側の覆工を解体撤去するとともにその外
側を掘削することにより、既設トンネルをその一方の側
にのみ拡幅する。既設トンネルの覆工の一部を残置し
て、それに連続せしめるように拡幅部に新たな一次覆工
を設け、それらの上に新たな二次覆工を設ける。既設覆
工を解体撤去するべき部分と残置するべき部分とに切断
して縁切りする。拡幅部を自走可能な走行台車１１に、
既設覆工を解体するための屈曲ブーム式の破砕機１２
と、地山を掘削して拡幅するための屈曲ブーム式の掘削
機１３を搭載し、その回転ヘッド２２に代えてブレーカ
ーを装着可能とする。ドリフター１５および旋回アーム
式のエレクター１４を具備する。エレクターはバケット
やコンクリート吹き付けノズルを装着可能とする。

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
するための工法とその工法に適用する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】既設の道路トンネルにおける交通量が増
大したような場合、既設トンネルを１車線から２車線
へ、あるいは２車線から３車線へと拡幅したい場合があ
るが、現在までのところ既設トンネルを拡幅するための
有効適切な手法は確立されておらず、またそのための有
効な装置も開発されていない。

【０００３】すなわち、既設トンネルを拡幅するための
手法として従来一般に考えられているのは、図１７に示
すように既設トンネル１の両側および上方を掘削してよ
り大断面の拡幅トンネル２とするというものであるが、
そのような拡幅作業は既設覆工３（一次覆工３ａおよび
二次覆工３ｂ）を解体しつつ掘削を行い、拡幅トンネル
２としての新たな覆工４（一次覆工４ａおよび二次覆工
４ｂ）を施工するというものであり、しかも既設トンネ
ル１を使用しながら、つまり既設トンネル１内における
一般車両の通行を確保しながらの作業が要求されるた
め、トンネルを新たに掘削する場合の手法をそのまま採
用しても効率的な拡幅作業は行い得ないものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のことから、現時
点では既設トンネルを拡幅するよりは大断面の新たなト
ンネルを新設する方が経済的であり、それがために既設
トンネルを拡幅するのは何らかの事情で新設トンネルを
設けることができない場合に限られているのが実状であ
る。

【０００５】上記事情に鑑み、本発明の目的は、既設ト
ンネルを拡幅するための有効な工法とそれに用いる有効
な装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、既設
トンネルを拡幅するに際し、既設トンネルの一方の側の
覆工を解体撤去するとともにその外側を掘削することに
より、既設トンネルをその一方の側にのみ拡幅するもの
である。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１の発明のトン
ネル拡幅工法において、既設トンネルの他方の側の覆工
を残置して、それに連続せしめるように拡幅部に新たな
一次覆工を設け、それらの上に新たな二次覆工を設ける
ものである。

【０００８】請求項３の発明は、請求項２の発明のトン
ネル拡幅工法において、既設トンネルの一方の側の覆工
を解体撤去するに先立ち、解体するべき部分と残置する
べき部分とを切断して縁切りするものである。

【０００９】請求項４の発明は、請求項１，２または３
の発明のトンネル拡幅工法に適用するトンネル拡幅装置
であって、拡幅部を自走可能な走行台車に、既設覆工を
解体するための屈曲ブーム式の破砕機と、地山を掘削し
て拡幅するための屈曲ブーム式の掘削機とを搭載してな
るものである。

【００１０】請求項５の発明は、請求項４の発明のトン
ネル拡幅装置において、前記掘削機はその先端部の回転
ヘッドに代えてブレーカーを装着可能なものである。

【００１１】請求項６の発明は、請求項４または５の発
明のトンネル拡幅装置において、地山を穿孔するドリフ
ターを具備してなるものである。

【００１２】請求項７の発明は、請求項４，５または６
の発明のトンネル拡幅装置において、支保工設置のため
の旋回アーム式のエレクターを具備してなるものであ
る。

【００１３】請求項８の発明は、請求項７の発明のトン
ネル拡幅装置において、前記エレクターはその先端部に
バケットを装着可能なものである。

【００１４】請求項９の発明は、請求項７または８の発
明のトンネル拡幅装置において、前記エレクターはその
先端部にコンクリート吹き付けノズルを装着可能なもの
である。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態であるト
ンネル拡幅工法の概要を示す。本実施形態の拡幅工法
は、既設トンネル１を拡幅するに際してその既設トンネ
ル１の一方の側（拡幅側、図１において左側）のみを拡
幅するとともに、他方の側（残置側、図１において右
側）の既設覆工３（一次覆工３ａおよび二次覆工３ｂ）
は解体撤去することなく残置してそれを有効利用するこ
とを主眼とするものである。

【００１６】すなわち、本実施形態の拡幅工法では、拡
幅部を掘削するに際してまず既設覆工３を所定位置で切
断して撤去する部分と残置する部分を縁切りし、拡幅部
において既設覆工３を撤去しながら地山を掘削してトン
ネル断面を拡大せしめ、拡幅部に新たな一次覆工４ａを
設けてそれを残置した既設覆工３に滑らかに連続せし
め、その上に全面的に新たな二次覆工４ｂを設けて拡幅
トンネル２を完成させるものである。

【００１７】既設トンネル１の片側のみを拡幅するとい
う上記工法によれば、図１７に示した従来一般の手法の
ように既設トンネル１の周囲全体つまり両側および上部
をそれぞれ拡幅する場合に比較すると、拡幅部が一カ所
に集約されるので作業効率に優れ、また既設トンネル１
をそのまま使用しながらの作業も容易に可能となるので
交通規制も最少限で済む。勿論、既設覆工３の一部を有
効活用することで全てを解体撤去して新設する場合に比
較すればコスト的にも有利である。

【００１８】図２〜図８は本発明の実施形態であるトン
ネル拡幅装置１０を示す。これは、汎用の自由断面トン
ネル掘進機をベースマシンとして上記工法を効率的に実
施するための改良を加えたもので、拡幅部を自走可能な
走行台車１１に、主要機器として屈曲ブーム式の破砕機
１２、屈曲ブーム式の掘削機１３、旋回アーム式のエレ
クター１４、およびドリフター１５を搭載してなるもの
である。

【００１９】本例の走行台車１１はクローラー式の走行
装置１６により自走するものであって、その前部には解
体ガラや掘削ずりを集めるためのギャザリング装置１７
が設けられ、後部にはコンベア装置１８が設けられてい
る他、各機器の駆動源や制御機構等を備えているもので
ある。

【００２０】本例の破砕機１２は既設覆工３を解体する
ためのペンチ式のヘッド１９を有するものであって、コ
ンクリートを破砕するとともに鋼製支保工を切断可能な
ものである。この破砕機１２は図３に示すように走行台
車１１の側部（この拡幅装置１０を拡幅部に配置したと
きに既設覆工３側となる側部）において前後方向にスラ
イド可能とされ、使用時には図２および図３に示すよう
に走行台車１１の前方に位置して屈曲ブーム２０により
上下、左右に自由に旋回して既設覆工３を解体するとと
もに、非使用時には後退して図４に示すように屈曲ブー
ム２０を折り畳んだ状態で走行台車１１上に格納される
ようになっている。

【００２１】本例の掘削機１３は自由断面トンネル掘進
機におけるものと同様のものであって、図４に示すよう
に屈曲ブーム２１の先端部の回転ヘッド２２により地山
を掘削することで拡幅を行うものである。また、地山が
硬い岩盤であってこの掘削機１３によることでは効率的
な掘削を行うことができないような場合には、必要に応
じて回転ヘッド２２を取り外してそこにブレーカー（図
示せず）を装着し、そのブレーカーを使用して岩盤を破
砕することが可能とされている。なお、ブレーカーによ
り破砕を行う際には、後述するようにドリフター１５に
よって穿孔を行って油圧割岩機や静的破砕剤により切羽
にクラックを形成すれば効率的な破砕作業が可能とな
る。

【００２２】本例のエレクター１４は、伸縮かつ屈曲可
能な旋回アーム２３の先端部に支保工を把持可能なクラ
ンパー２４が設けられたもので、図６に示すように破砕
機１２とは逆側の側部において前後にスライド可能設け
られており、使用時には図５および図６に示すように走
行台車１１の前方に位置して旋回アーム２３により上
下、左右に自由に旋回して支保工を設置するとともに、
非使用時には後退して図２に示したように旋回アーム２
３を縮退した状態で走行台車１１上に格納されるように
なっている。なお、図示はしていないが、このエレクタ
ー１４の旋回アーム２３の先端部にはバケットが装着可
能とされていて、そのバケットによりトンネル底面に落
下した掘削ずりを掻き寄せてギャザリング装置１７に導
くことができるようになっている。さらに、同じく旋回
アーム２３の先端部にはコンクリート吹き付けノズルも
装着可能となっており、そのノズルを用いてトンネル内
面に対するコンクリート吹き付けを行うことも可能とな
っている。

【００２３】本例のドリフター１５は油圧式の穿孔機で
あって、図２および図３に示すように掘削機１３の屈曲
ブーム２１の両側に折り畳み式のアーム２５を介して取
り付けられており、図７に示すように切羽に対する穿孔
（先に述べたブレーカーによる切羽破砕に先立って行
う）や図８に示すように拡幅部の地山に対するロックボ
ルト打設のための穿孔を行うものである。

【００２４】上記構成の拡幅装置１０は、破砕機１２に
よる既設覆工３の破砕、掘削機１３による地山掘削、エ
レクター１４による支保工設置、ドリフター１５による
穿孔といったトンネル拡幅に必要な主要作業の殆どを実
施できる多機能なものであり、したがってトンネル拡幅
作業を極めて効率的に行うことができ、しかも、その作
業を拡幅部を走行することのみで行うことが可能である
から、既設トンネル１をそのまま使用しながらの作業が
可能である。

【００２５】上記の拡幅装置１０による詳細な作業工程
を図９〜図１６を参照して説明する（図９〜図１６にお
いて（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側断面
図である）。

【００２６】拡幅に先立って地山に対して補強が必要な
場合、まず図９に示すように既設トンネル１を区画壁３
０により仕切って拡幅側を一般車両３１の通行レーンと
して確保し、残置側に作業機械（いわゆるジャンボ）３
２を配置して残置側の地山にロックボルト３３を打設す
る。次に、図１０に示すように一般車両３１の通行レー
ンを残置側に切り替え、作業機械３２を拡幅側に配置し
て拡幅側の地山に対してケーブルボルト３４を打設す
る。この際、ケーブルボルト３４の打設位置や打設方向
は拡幅後のトンネル断面形状を考慮して決定する。な
お、地山に対する補強が不要な場合にはこれらの工程は
省略して良い。

【００２７】図１１に示すように既設トンネル１内の所
要位置に門形のプロテクター３５を設置して安全な通行
レーンを確保する。プロテクター３５は少なくとも作業
区間を含んでその前後に３０〜５０ｍの範囲に設置し、
作業進捗に伴い漸次前方へ移動させていくと良い。

【００２８】図１２に示すようにプロテクター３５の上
部に大型のコンクリートカッター３６を設置し、それを
前方に移動させつつ既設覆工３を切断して撤去部分と残
置部分とに分断し縁切りする。これにより既設覆工３の
破砕が容易となるし後段での既設覆工３と新設の一次覆
工４ａとの連結作業を容易かつ確実に行うことができ
る。なお、一般にトンネル覆工の全体の厚さは４０ｃｍ
程度であるので、カッターブレードとしては直径１ｍ程
度のものを用いれば良い。

【００２９】図１３に示すように一方の坑口から上記の
拡幅装置１０により拡幅を行う。すなわち、拡幅側の既
設覆工３を破砕機１２により解体撤去するとともに、掘
削機１３により拡幅部の掘削を行い、拡幅装置１０を漸
次前進させていく。解体ガラおよび掘削ずりはコンベア
３７にて坑外に搬出する。この際、必要であれば上述し
たように掘削機１３の回転ヘッド２２をブレーカーに交
換して切羽破砕を行えば良く、それに先立ってドリフタ
ー１５により切羽に対する穿孔と油圧割岩機や静的破砕
剤を用いて切羽にクラックを形成すれば良い。

【００３０】図１４に示すように、上記の掘進にあわせ
てエレクター１４により支保工３８を組み立てる。この
際、支保工３８と残置した既設覆工３とが滑らかに連続
するようにし、それにより支保工３８と既設覆工３との
連結部において応力集中が生じることを防止する。

【００３１】図１５に示すように拡幅装置１０を退避さ
せ、コンクリート吹き付け装置３９を配置してコンクリ
ート吹き付けを行い、新たな一次覆工４ａを形成する。
なお、上述したように拡幅装置１０のエレクター１４に
はコンクリート吹き付けノズルが装着可能であるので、
それを用いてコンクリート吹き付けを行うことも可能で
あるが、ここでは作業性を考慮して専用のコンクリート
吹き付け装置３９を用いている。

【００３２】図１６に示すように再び拡幅装置１０を配
置して、ドリフター１５により最終的なロックボルト４
０の打設を行い、最後にトンネル内面全体に図１に示す
ように二次覆工４ｂを施工する。

【００３３】以上で本発明の拡幅工法および拡幅装置の
実施形態を説明したが、本発明の拡幅工法は既設トンネ
ルを片側にのみ拡幅する限りにおいてトンネルの規模や
断面形状等は特に限定されるものではないし、拡幅装置
の構成も、拡幅部を自走可能な走行台車に少なくとも屈
曲ブーム式の破砕機と屈曲ブーム式の掘削機とを備える
限りにおいて適宜の変更が可能である。

【００３４】また、上記実施形態では既設覆工３の一部
を残してそれを拡幅トンネル２の一次覆工として利用す
るようにしたが、既設覆工３が老朽化しているような場
合には全てを撤去して新たな覆工を設けることでも良
い。また、上記実施形態では新たな二次覆工４ｂを拡幅
トンネル２内に全面的に施工するようにしたが、既設の
二次覆工３ｂをそのまま利用することができる場合には
それに連続させて新たな二次覆工４ｂを拡幅部にのみ設
けることも不可能ではない。

【００３５】

【発明の効果】請求項１の発明のトンネル拡幅工法は、
既設トンネルの一方の側の覆工を解体撤去してその外側
を掘削することで既設トンネルを片側にのみ拡幅するの
で、従来一般の手法のように既設トンネルの周囲全体を
拡幅する場合に比較すると拡幅部が一カ所に集約される
ので作業効率に優れ、また既設トンネルをそのまま使用
しながらの作業も可能であるので交通規制も最少限で済
むという効果がある。

【００３６】請求項２の発明のトンネル拡幅工法は、既
設トンネルの既設覆工の一部を残置してそれに連続せし
めるように新たな一次覆工を設け、それらの上に新たな
二次覆工を設けるので、既設覆工を全て解体撤去して新
設する場合に比較すればコスト的に有利であり、合理的
である。

【００３７】請求項３の発明のトンネル拡幅工法は、既
設覆工を解体撤去するべき部分と残置するべき部分とに
切断して縁切りするので、既設覆工の破砕が容易となる
し既設覆工と新設の一次覆工との連結作業を容易かつ確
実に行うことができる。

【００３８】請求項４の発明のトンネル拡幅装置は、拡
幅部を自走可能な走行台車に、既設覆工を解体するため
の屈曲ブーム式の破砕機と、地山を掘削して拡幅するた
めの屈曲ブーム式の掘削機とを搭載してなるものである
から、既設覆工の解体と拡幅のための地山掘削を効率的
に実施できるとともに、既設トンネルを使用したままで
の作業が可能である。

【００３９】請求項５の発明のトンネル拡幅装置は、掘
削機の先端部に回転ヘッドに代えてブレーカーを装着可
能としたので、地山が硬岩盤であるような場合には回転
ヘッドをブレーカーに交換することで支障なく拡幅を行
うことができる。

【００４０】請求項６の発明のトンネル拡幅装置は、ド
リフターを具備しているので、切羽破砕のための穿孔や
ロックボルト打設用の穿孔作業も行うことが可能であ
り、より効率的な拡幅作業が可能である。

【００４１】請求項７の発明のトンネル拡幅装置は、旋
回アーム式のエレクターを具備しているので、新たな覆
工のための支保工の設置作業を効率的に行うことができ
る。

【００４２】請求項８の発明のトンネル拡幅装置は、エ
レクターの先端部にバケットを装着可能としたので、ト
ンネル底面に落下した掘削ずりをバケットにより掻き集
める作業を行うことができる。

【００４３】請求項９の発明のトンネル拡幅装置は、エ
レクターの先端部にコンクリート吹き付けノズルを装着
可能としたので、必要に応じてコンクリート吹き付け作
業も行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のトンネル拡幅工法の概要を示す図で
ある。

【図２】 本発明のトンネル拡幅装置の一実施形態を示
すもので、破砕機の使用状況を示す側面図である。

【図３】 同、平面図である。

【図４】 同、掘削機の使用状況を示す側面図である。

【図５】 同、エレクターの使用状況を示す側面図であ
る。

【図６】 同、平面図である。

【図７】 同、ドリフターにより切羽穿孔を行う場合の
使用状況を示す側面図である。

【図８】 同、ドリフターにより地山にロックボルト打
設用の穿孔を行う場合の使用状況を示す正面図である。

【図９】 本発明のトンネル拡幅工法の作業手順を示す
もので、既設トンネルの残置側へのロックボルト打設工
程を示す図である。

【図１０】 同、拡幅側へのロックボルト打設工程を示
す図である。

【図１１】 同、プロテクターを設置した状態を示す図
である。

【図１２】 同、既設覆工の切断工程を示す図である。

【図１３】 同、トンネル拡幅装置により既設覆工を解
体撤去しつつ拡幅部を掘削している状態を示す図であ
る。

【図１４】 同、支保工の設置工程を示す図である。

【図１５】 同、コンクリート吹き付け工程を示す図で
ある。

【図１６】 同、ロックボルト打設工程を示す図であ
る。

【図１７】 既設トンネルを拡幅する場合の従来一般の
手法を説明するための図である。

【符号の説明】

１ 既設トンネル ２ 拡幅トンネル ３ 既設覆工 ３ａ 一次覆工 ３ｂ 二次覆工 ４ 新たな覆工 ４ａ 一次覆工 ４ｂ 二次覆工 １０ トンネル拡幅装置 １１ 走行台車 １２ 破砕機 １３ 掘削機 １４ エレクター １５ ドリフター １９ ヘッド ２０ 屈曲ブーム ２１ 屈曲ブーム ２２ 回転ヘッド ２３ 旋回アーム ２４ クランパー ２５ アーム ３５ プロテクター ３６ コンクリートカッター ３７ コンベア ３８ 支保工

フロントページの続き (72)発明者 藤永 友三郎 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 古賀 雄三 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 木内 勉 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 藤原 康政 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 平野 宏幸 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 上野 健二 東京都中央区日本橋室町二丁目１番１号 株式会社三井三池製作所内 (72)発明者 山田 澄雄 福岡県大牟田市旭町２丁目28番地 株式会 社三井三池製作所内 (72)発明者 柏村 紀臣 福岡県大牟田市旭町２丁目28番地 株式会 社三井三池製作所内 (72)発明者 高野 博通 福岡県大牟田市旭町２丁目28番地 株式会 社三井三池製作所内 Ｆターム(参考） 2D054 AA05 AB07 AC20 AD19 BA24 BA25 DA02 2D055 BA05 BB02 CA01 CA03 DB02 GB02 GB13

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 既設トンネルを拡幅するに際し、既設ト
   ンネルの一方の側の覆工を解体撤去するとともにその外
   側を掘削することにより、既設トンネルをその一方の側
   にのみ拡幅することを特徴とするトンネル拡幅工法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のトンネル拡幅工法におい
   て、既設トンネルの他方の側の覆工を残置して、それに
   連続せしめるように拡幅部に新たな一次覆工を設け、そ
   れらの上に新たな二次覆工を設けることを特徴とするト
   ンネル拡幅工法。
3. 【請求項３】 請求項２記載のトンネル拡幅工法におい
   て、既設トンネルの一方の側の覆工を解体撤去するに先
   立ち、解体するべき部分と残置するべき部分とを切断し
   て縁切りすることを特徴とするトンネル拡幅工法。
4. 【請求項４】 請求項１，２または３記載のトンネル拡
   幅工法に適用するトンネル拡幅装置であって、拡幅部を
   自走可能な走行台車に、既設覆工を解体するための屈曲
   ブーム式の破砕機と、地山を掘削して拡幅するための屈
   曲ブーム式の掘削機とを搭載してなることを特徴とする
   トンネル拡幅装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載のトンネル拡幅装置におい
   て、前記掘削機はその先端部の回転ヘッドに代えてブレ
   ーカーを装着可能であることを特徴とするトンネル拡幅
   装置。
6. 【請求項６】 請求項４または５記載のトンネル拡幅装
   置において、地山を穿孔するドリフターを具備してなる
   ことを特徴とするトンネル拡幅装置。
7. 【請求項７】 請求項４，５または６記載のトンネル拡
   幅装置において、支保工設置のための旋回アーム式のエ
   レクターを具備してなることを特徴とするトンネル拡幅
   装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載のトンネル拡幅装置におい
   て、前記エレクターはその先端部にバケットを装着可能
   であることを特徴とするトンネル拡幅装置。
9. 【請求項９】 請求項７または８記載のトンネル拡幅装
   置において、前記エレクターはその先端部にコンクリー
   ト吹き付けノズルを装着可能であることを特徴とするト
   ンネル拡幅装置。