JP2004270226A

JP2004270226A - 拡幅機能付きシールド掘削機及びトンネルの拡幅部の構築方法

Info

Publication number: JP2004270226A
Application number: JP2003060323A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Takamizawa; 高見沢計夫; Kenichi Kaneko; 金子研一; Takayoshi Nakamura; 中村隆良; Hideo Matsui; 松井秀夫
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】拡幅部の掘削と拡幅を行わない一般部の掘削が容易に選択できる拡幅機能付きシールド掘削機及びトンネルの拡幅部の構築方法を提供すること。
【解決手段】トンネルを部分的に拡幅することが可能な拡幅機能付きシールド掘削機１であって、側面に開口部１２を有する外殻１１と、前記開口部のトンネル延長方向に延びた端部に、一端をヒンジ結合１４する羽根部１３と、前記ヒンジ結合を起点にして前記羽根部を地盤側に向けて開いたときに、前記羽根部の分離側端部と前記開口部の端部を繋ぐ連結部１５と、からなるものである。ここで、前記羽根部の地盤側表面に排土手段３を設けることができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルを部分的に拡幅する場合に使用する拡幅機能付きシールド掘削機及びトンネルの拡幅部の構築方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地中に構築するシールドトンネルは、部分的に掘削断面を拡幅したい場合がある。例えば、道路トンネルの分合流部、非常駐車帯若しくは視距確保のための拡幅、又は地下鉄のジョイント部若しくは分岐部等である。
上記したようにシールドトンネルの断面を部分的に拡大する場合は、従来から、拡幅部に立坑を構築する方法、薬液注入などの地盤改良を補助工法として拡大掘削をおこなう方法、大は小を兼ねるということからシールドトンネル全線を拡大径で掘削する方法などが採用されていた。
また、水平方向にスライドして拡幅する機能を備えた矩形の拡縮セグメントを使用して拡幅部を構築する方法もある（特許文献１参照）。
さらに、２台のシールド掘削機を連結して拡幅部を掘削し、拡幅をおこなわない一般部は、シールド掘削機の中から発進した小径の子機によって掘削をおこなう方法もある（特許文献２参照）。
また、複数の円形カッタを並べて断面矩形のシールド掘削機を構成し、拡幅部では両脇に配置した掘削カッタが水平方向に移動して拡幅部を掘削するシールド掘削機もある。
また、隣接して複数のトンネルを並行して構築し、隣接するトンネルのセグメント同士を接合する技術も開示されている（特許文献４参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２００７９１号公報（図８）
【特許文献２】
特開２０００−３２０２９１号公報（図５）
【特許文献３】
特開平１０−３３１５７３号公報（図１０）
【特許文献４】
特開平８−１９９９９１号公報（図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来のトンネルの拡幅部の構築方法にあっては、次のような問題点がある。
＜イ＞拡幅部に立坑を掘削したり、全長を拡大した断面のトンネルとしたりする方法では、拡幅部以外の不要な掘削量が多くなり、不経済である。また、薬液注入などの地盤改良をおこなう方法も、拡幅部以外の周辺地盤の地盤改良を広範囲でおこなう必要があり、工費及び工期が増加する。
＜ロ＞拡縮機能を備えた矩形のシールド掘削機を使用した場合、掘削形状が限定される。また、スライド部の止水構造に充分に配慮する必要がある。
＜ハ＞特許文献４に示されているような隣接するセグメント間を溶接などで接合する場合は、接合部の作業性が悪いうえに、接合部が弱点になり易い。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は上記したような従来の問題を解決するためになされたもので、拡幅部の掘削と拡幅を行わない一般部の掘削が容易に選択できる拡幅機能付きシールド掘削機及びトンネルの拡幅部の構築方法を提供することを目的とする。特に、拡幅部と一般部を繰り返し構築する場合に最適な拡幅機能付きシールド掘削機及びトンネルの拡幅部の構築方法を提供することを目的とする。
また、構造が単純で壊れにくい拡幅機能付きシールド掘削機及びそれを使用したトンネルの拡幅部の構築方法を提供することを目的とする。
さらに、構造的な弱部が発生しにくいトンネルの拡幅部の構築方法を提供することを目的とする。
本発明は、これらの目的の少なくとも一つを達成するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明の拡幅機能付きシールド掘削機は、トンネルを部分的に拡幅することが可能な拡幅機能付きシールド掘削機であって、側面に開口部を有する外殻と、前記開口部のトンネル延長方向に延びた端部に、一端をヒンジ結合する羽根部と、前記ヒンジ結合を起点にして前記羽根部を地盤側に向けて開いたときに、前記羽根部の分離側端部と前記開口部の端部を繋ぐ連結部と、からなるものである。ここで、前記羽根部の地盤側表面に排土手段を設けることができる。さらに、前記開口部、前記羽根部及び前記連結部を、前記外殻の両側に設けてもよい。
【０００７】
また、本発明のトンネルの拡幅部の構築方法は、上記したいずれかの拡幅機能付きシールド掘削機を使用して拡幅しない一般部のトンネルを掘削し、トンネルの拡幅予定位置に到達した後は、前記羽根部を広げるまでは拡幅する地盤を軟化させながら掘進し、前記羽根部を広げる位置に到達したときに前記羽根部の分離側端部に前記連結部を取り付け、前記ヒンジ結合を起点にして前記羽根部を開き、拡幅部の掘進をおこない、拡幅予定箇所の拡幅掘削が終了した後に、前記羽根部を閉じて前記連結部を取り外し、拡幅しない一般部の掘削を再びおこなうことを特徴とした方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【０００９】
＜イ＞シールド掘削機
シールド掘削機１は、掘削カッタ等の掘削手段（図示せず）と、セグメント等の覆工を設けるまでの間、掘削部を保護する外殻１１と、排土手段３などから構成する。掘削手段には、面板式掘削カッタ、スポーク式掘削カッタ又は開放型シールド工法に使用する掘削機等が使用できる。いずれの掘削手段を使用する場合も、拡幅部の掘削もおこなえる掘削手段を採用する。例えば、掘削カッタを揺り動かして掘削を行う公知の揺動式掘削カッタ、公知の伸縮式掘削カッタ又は複数の掘削カッタを組み合わせて構成し、側部の掘削カッタが横方向に移動可能な公知の拡幅用カッタ等が使用できる。
シールド掘削機１は、拡幅を行わない一般部Ａの掘削にも、拡幅部Ｂの掘削にも同じ機械を使用する。
【００１０】
＜ロ＞外殻
外殻１１は、掘削後の周方向の掘削面を保護する部材である。外殻１１は、鋼板などを組み合わせて製作する。
外殻１１の側面には、掘削（切削）機能を設けることも可能な開口部１２を設ける。例えば外殻１１を、セグメントの幅に合わせて切羽側から前部、中央部、後部と分けて考えた場合、開口部１２は外殻１１の中央部と後部に設ける。例えば円筒形の外殻１１に開口部１２を設けた場合、外殻１１の側面を切り欠いたような矩形の開口部１２が形成される（図１参照）。
【００１１】
＜ハ＞羽根部
羽根部１３は、外殻１１の開口部１２に取り付ける開閉式の部材である。
拡幅を行わない一般部Ａを円形断面で掘削する場合、羽根部１３の横断面形状は開口部１２を繋ぐ円弧状になる。
羽根部１３は、開口部１２のトンネル延長方向に延びた端部にヒンジ結合１４する。羽根部１３のヒンジ結合１４は上方でも下方でもよく、羽根部１３の上方の端部をヒンジ結合１４した構成を図１及び図２に、羽根部１３の下方の端部をヒンジ結合１４した構成を図５に示す。
羽根部１３は、外殻１１の開口部１２の一端とヒンジ結合１４しているため、側圧より大きな力を作用させることで地中でも任意に開くことができる。
【００１２】
＜ニ＞連結部
連結部１５は、羽根部１３を地盤側に開いたときに、開口部１２の端部から離れる羽根部１３の分離側端部と、閉塞時に羽根部１３の分離側端部と連結されていた開口部１２の端部を繋ぐ部材である。
連結部１５は、羽根部１３を開く直前に取り付けるのが好ましい。羽根部１３の端部と連結部１５の端部は、嵌合方式を採用するなどして容易に着脱できるようにしておくのが好ましい。
連結部１５を羽根部１３に固定した後は、連結部１５をスライドさせて地盤側に押し出せばよい。
【００１３】
＜ホ＞拡幅セグメント
拡幅セグメント２１は、トンネルの拡幅部Ｂに拡幅時及び縮幅時に設置するセグメントである。鋼製セグメントやコンクリートセグメント等が使用できる。
拡幅セグメント２１は、外殻１１のヒンジ結合１４と同じ位置にヒンジ結合２１１を設けるのが好ましい。外殻１１の羽根部１３を広げて拡幅した部分に沿うように、ヒンジ結合２１１を中心に拡幅セグメント２１を広げる。
【００１４】
＜ヘ＞排土手段
排土手段３は、掘削した土砂を排出する手段である。ここでは、拡幅部Ｂで掘削した土砂を排出する排土手段３を中心に説明する。
拡幅掘削をおこなうために配置する排土手段３には、例えばスクリューコンベヤが使用できる。トンネルの延長方向に向けた複数のスクリューコンベヤを羽根部１３の地盤側表面に配置する（図２参照）。例えば泥水式シールド工法で掘削をおこなう場合に、塑性流動化した土砂を排土手段３で排出することで拡幅部前方の掘削をおこなうことができる。
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明のトンネルの拡幅部の構築方法について説明する。
【００１６】
＜イ＞一般部の掘削
拡幅機能付きシールド掘削機１を使用して、拡幅掘削をおこなわない一般部Ａの掘削をおこなう。掘削は例えば公知の揺動式カッタを使用しておこなう。揺動式カッタであれば拡幅部の掘削に容易に対応できる。
掘削後に、通常の拡幅しない断面を形成する一般セグメント２２を配置して覆工をおこなう（図３参照）。一般部Ａを掘削するときは、羽根部１３の地盤側表面に取り付けた排土手段３の前面には、スライド式のカバーを配置するなどして塞いでおく。
【００１７】
＜ロ＞拡幅部の掘削
シールド掘削機１を拡幅する位置よりも機体の長さ分手前から、シールド掘削機１の周辺土砂を軟化させる。ここで、軟化とは羽根部１３を開くことができる地盤の状態にすることをいう。例えば、揺動式カッタを拡幅側に延ばして地盤を切削し、地盤を緩めることで軟化させることができる。ここで、切削した地盤に加泥材を加えて、土砂の塑性流動性を高めて地山を安定させておくことができる。また、掘削土砂と特殊加泥材を置換することもできる。
軟化した地盤に設置する拡幅セグメント２１には、トンネル延長方向に伸びるスリット部２１３と、開閉自在のスライド扉２１２を設ける（図４参照）。このスリット部２１３の使用方法については次に説明する。
【００１８】
＜ハ＞シールド掘削機の拡幅
シールド掘削機１の羽根部１３を広げる位置に到達したときに、掘進を中断して連結部１５を羽根部１３に取り付ける。
まず、スリット付きの拡幅セグメント２１を内側から補強して、スライド扉２１２を開ける。羽根部１３の端部に連結部１５の端部を嵌合させながら、スリット部２１３に切羽側から坑口側に向けて連結部１５を挿入する（図４参照）。次に、挿入した連結部１５の切羽側の隣に、別の連結部１５を取り付ける。
連結部１５の取り付けが終了した後に、連結部１５をスライドさせながらヒンジ結合１４を起点にして羽根部１３を開く。この羽根部１３を開くと同時に、拡幅セグメント２１もヒンジ結合２１１を起点にして開く。
拡幅部と一般部の段差によるトンネル軸方向の開口は、補強用の型枠などを設置して塞ぐ。
シールド掘削機１を拡幅した後は、揺動式カッタで拡幅部を掘削しながら、排土手段３で掘削土砂を排土し、拡幅部の掘削を進める。
【００１９】
＜ニ＞拡幅掘削の終了
拡幅部Ｂの掘削が終了した後に、広げた羽根部１３を閉じる。ここで、羽根部１３を閉じる場合は、拡幅時に使用したスリット付きの拡幅セグメント２１を使用して、拡幅セグメント２１と羽根部１３を同時に閉じる。そして、連結部１５をスリット部２１３から抜き出して拡幅部Ｂの掘削を終える。
拡幅部Ｂの掘削終了後は、再び一般部Ａの掘削をおこなう。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の拡幅機能付きシールド掘削機及びトンネルの拡幅部の構築方法は、以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜イ＞羽根部を広げるだけで、任意の場所で拡幅部を構築することができる。また、拡幅が不要になった時に容易に一般部の掘削に切り替えることができる。
＜ロ＞ヒンジ結合を利用した単純な構造であるため、拡幅部と一般部を繰り返し構築してもシールド掘削機が壊れにくい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の拡幅機能付きシールド掘削機の実施例の斜視図。
【図２】排土手段を備えた拡幅機能付きシールド掘削機の実施例の正面図。
【図３】本発明のトンネルの拡幅部の構築方法の実施例の平面図。
【図４】スリット付きの拡幅セグメントに連結部を挿入する実施例の斜視図。
【図５】開口部の下方にヒンジ結合を設けた拡幅機能付きシールド掘削機の実施例の断面図。
【符号の説明】
１・・・シールド掘削機
１１・・外殻
１２・・開口部
１３・・羽根部
１４・・ヒンジ結合
１５・・連結部
３・・・排土手段
Ａ・・・一般部
Ｂ・・・拡幅部

Claims

トンネルを部分的に拡幅することが可能な拡幅機能付きシールド掘削機であって、
側面に開口部を有する外殻と、
前記開口部のトンネル延長方向に延びた端部に、一端をヒンジ結合する羽根部と、
前記ヒンジ結合を起点にして前記羽根部を地盤側に向けて開いたときに、前記羽根部の分離側端部と前記開口部の端部を繋ぐ連結部と、からなる拡幅機能付きシールド掘削機。
前記羽根部の地盤側表面に排土手段を設けたことを特徴とする、請求項１記載の拡幅機能付きシールド掘削機。
前記開口部、前記羽根部及び前記連結部を、前記外殻の両側に設けたことを特徴とする、請求項１又は２記載の拡幅機能付きシールド掘削機。
請求項１乃至３のいずれかに記載の拡幅機能付きシールド掘削機を使用して拡幅しない一般部のトンネルを掘削し、
トンネルの拡幅予定位置に到達した後は、前記羽根部を広げるまでは拡幅する地盤を軟化させながら掘進し、
前記羽根部を広げる位置に到達したときに前記羽根部の分離側端部に前記連結部を取り付け、
前記ヒンジ結合を起点にして前記羽根部を開き、
拡幅部の掘進をおこない、
拡幅予定箇所の拡幅掘削が終了した後に、前記羽根部を閉じて前記連結部を取り外し、
拡幅しない一般部の掘削を再びおこなう、
トンネルの拡幅部の構築方法。