JP2005171632A - シールド掘削機、トンネルの拡幅方法及びトンネルの縮幅方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、簡略な構成でかつ経済的にトンネルの拡幅及び縮幅を実施でき、また掘削土砂を再利用できるシールド掘削機、トンネルの拡幅方法及びトンネルの縮幅方法を提供する。
【解決手段】 シールド掘削機１には、スキンプレート２の後方にセグメント９を組立てる位置の断面形状を拡大坑１４ｃから一般坑１４ａに変更する仮テール部材７が介装され、仮テール部材７に裏込め注入機構８を備えている。これは一般坑１４ａを築造する際の余堀り部に裏込め注入材１６を注入するもので、第１の拡幅断面排土装置５ｂを介して拡幅断面掘削機構３ｂの掘削土砂を回収するチャンバ４ｂに連結される。第１の拡幅断面排土装置５ｂには、固化材貯留槽１７、混和剤貯留槽１８が備えられており、拡幅断面掘削機構３ｂの掘削による掘削土砂は、搬送の途中段階で適宜セメント水及び混和剤を配合されて裏込め注入材１６に加工されて、裏込め注入機構８に供給される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、シールド掘削機、トンネルの拡幅方法及びトンネルの縮幅方法に関する。

従来より地下鉄トンネルや道路トンネルには、駅部や非常駐車帯を設置する必要があるため、途中に標準断面に拡幅断面を合わせた拡大断面を有する拡大坑を備える必要が生じる場合が多い。このようなトンネルをシールド工法で築造する場合、セグメントをシールド掘削機の内部で構築することからシールドトンネルの大きさや形状は、シールド掘削機自身の大きさや形状に左右される。したがって、シールドトンネルでは、その断面を全線にわたって拡大断面とすることとなり不経済となっていた。

このような中、特許文献１に示すように、シールド掘削機を標準断面と拡幅断面を合わせた拡大断面に製造し、拡大断面部ではシールド掘削機の全断面を使用して拡大断面のトンネルを築造し、標準断面部では拡幅断面の形状と等しい止水ブロックをシールド掘削機の内部に設置し、残りの空間で標準断面のトンネルを築造する方法が開発されている。
特許２７９９９０５号公報（図１参照）

しかし、上述するようなシールドトンネルの築造方法は、断面を標準断面から拡大断面に切り替える際に止水ブロックをシールド掘削機の外方に排出し、地山と標準断面との間に生じる余堀り部に残置する。このため、全長にわたり拡幅や縮幅を繰り返すようなシールドトンネルでは、複数の止水ブロックを製作しておく必要があり経済性に欠ける。
また、標準断面のトンネルを築造する際には、地山と標準断面との間の拡幅断面に相当する領域は余堀り部となることから、大量の裏込め注入材が必要となり不経済であった。

上記事情に鑑み、本発明は、簡略な構成でかつ経済的にトンネルの拡幅及び縮幅を実施でき、また掘削土砂を再利用できるシールド掘削機、トンネルの拡幅方法及びトンネルの縮幅方法を提供することを目的としている。

請求項１記載のシールド掘削機は、標準断面を有する一般坑と、該一般坑と拡幅断面を有する拡幅坑を合わせた拡大断面を有する拡大坑の両者を築造するシールド掘削機であって、地山を標準断面で掘削する標準断面掘削機構、拡幅断面で掘削する拡幅断面掘削機構、該標準断面掘削機構及び拡幅断面掘削機構を前方に備え前記拡大断面を有するスキンプレート、及び該スキンプレートの後方でかつその内周面とリング状に組み立てた標準断面セグメントの外周面との間に着脱自在に配置され、前記拡幅断面と同様の断面形状を有し、地山とリング状に組み立てた標準断面セグメントの外周面との間に生じる余堀り部に裏込め注入材を注入する裏込め注入機構を備える仮テール部材を備えてなり、前記拡幅断面掘削機構に土圧式掘削機構が用いられるとともに、拡幅断面掘削機構の背面に備えられるチャンバと前記裏込め注入機構が、前記チャンバに収容された掘削土砂を裏込め注入機構に搬送する第１の拡幅断面排土装置を介して連結されることを特徴としている。

請求項２記載のシールド掘削機は、前記拡幅断面掘削機構の背面に備えられるチャンバに、前記標準断面掘削機構の掘削による掘削土砂を排土する標準断面排土装置と連結し、前記チャンバに収容された掘削土砂を標準断面排土装置に搬送する第２の拡幅断面排土装置と、該第２の拡幅断面排土装置及び前記第１の拡幅断面排土装置へ供給する前記チャンバ内の掘削土砂量を制御する掘削土砂供給制御装置を備えることを特徴としている。

請求項３記載のトンネルの拡幅方法は、請求項１または２に記載のシールド掘削機を用いたトンネルの拡幅方法であって、標準断面と拡幅断面を合わせた拡大断面で掘進しながら、前記仮テール部材を装着した前記スキンプレート内で標準断面セグメントを組立て、掘削後の標準断面領域に一般坑を構築しながら、前記裏込め注入機構を用いて拡幅断面領域に裏込め注入材を充填する第１の工程と、前記一般坑に、拡幅断面領域の余堀り部をトンネル軸線方向の前後で遮断する遮断機構を内包する標準断面セグメント、次いで標準断面セグメントを組立てながら掘進した後、前記遮断機構を用いて前記余堀り部をトンネル軸線方向の前後で遮断する第２の工程と、前記スキンプレートから仮テール部材を撤去して、前記拡幅断面と同様の断面を備える拡幅ブロックを第２の工程で組み立てた標準断面セグメントの外周面に固着した後、前記シールド掘削機で掘進しながら、拡大断面セグメントを組み立て掘削後の拡大断面領域に拡大坑を構築する第３の工程よりなることを特徴としている。

請求項４記載のトンネルの縮幅方法は、請求項１または２に記載のシールド掘削機を用いたトンネルの縮幅方法であって、標準断面と拡幅断面を合わせた拡大断面で掘進しながら、前記仮テール部材を撤去した前記スキンプレート内で拡大断面セグメントを組立て、掘削後の拡大断面領域に拡大坑を構築する第１の工程と、前記拡大坑に、前記拡幅ブロックを外周面に固着した標準断面セグメントを組み立てた後、標準断面セグメントを組み立てるとともに、前記スキンプレートに仮テール部材を装着する第２の工程と、前記シールド掘削機を掘進しながら標準断面セグメントを組み立て、掘削後の標準断面領域に一般坑を構築しながら、裏込め注入機構を用いて拡幅断面領域に裏込め注入材を充填する第３の工程よりなることを特徴としている。

請求項１に記載のシールド掘削機によれば、前記第１の拡幅断面排土装置を介して裏込め注入機構と拡幅断面掘削機構の背面に備えられるチャンバが連結され、前記拡幅坑の掘削による掘削土砂が該チャンバから前記裏込め注入機構に搬送されることから、搬送途中で掘削土砂にセメント水及び混和剤を配合することにより、掘削土砂を加工し裏込め注入材として再利用した上で余堀り部に注入できるため、残土処分に係る処理費や輸送費等の工費を大幅に削減できるとともに、産業廃棄物の発生量を抑制でき環境配慮に大きく寄与することが可能となる。

また、前記スキンプレートの後方に着脱可能に設置されている仮テール部材を撤去することで拡大断面セグメント、装着することで標準断面セグメントの両者を組み立てることができることから、シールドトンネルの全長にわたって拡大断面を有する拡大坑を築造する必要がなく経済性に富むとともに、その構成が簡略で作業性が良いため、工費削減及び工期短縮に大きく寄与することが可能となる。
さらに、前記仮テール部材は繰り返し使用することができることから、シールドトンネルが全長にわたり拡縮を繰り返す場合にも新たなに仮テール部材を複数製作する必要がないため、経済的に拡大坑を備えるシールドトンネルを構築することが可能となる。

請求項２に記載のシールド掘削機によれば、前記チャンバには、前記第１の拡幅断面排土装置に加えて、前記チャンバに収容された掘削土砂を一般坑の掘削による掘削土砂を搬送する標準断面排土装置へ搬送する第２の拡幅断面排土装置が連結されているとともに、前記チャンバから第１の拡幅断面排土装置及び第２の拡幅断面排土装置への掘削土砂の供給量を制御する掘削土砂供給制御装置を備えている。これにより、切羽土圧を維持しつつ裏込め注入材の注入量に応じて裏込め注入機構への掘削土砂の供給量を調整できるため、安全に常時最適量の裏込め注入材の注入作業を実施することが可能となる。

請求項３に記載のトンネルの拡幅方法によれば、一般坑に標準断面セグメントを組み立てた後、また、請求項４に記載のトンネルの縮幅方法によれば、拡大坑の一般坑への切り替え位置で、それぞれ遮断機構を備える標準断面セグメントを組み立ててこれを用いて拡幅断面領域を所定位置においてトンネル軸線方向の前後で遮断することにより、一般坑に隣接して位置し余堀り部に該当する拡幅断面領域を封鎖できる。これにより、トンネルを一般坑から拡大坑へ、もしくは拡大坑から一般坑へ切り替える際にも一般坑に隣接する余堀り部を容易に止水できるため、作業性が良く工費削減、工期短縮に大きく寄与することが可能となる。

また、シールド掘削機による掘削断面は全長にわたり標準断面と拡幅断面を合わせた拡大断面に相当することから、シールドトンネルが途中で拡縮を繰り返しても地盤に影響を与えることがないため、地上に構築された構造物等を配慮することなく施工することが可能となる。

さらに、掘進するに従い地盤条件が変化するような地盤に対してシールドトンネルを構築する場合にも一様な手順で機械的にシールドトンネルを構築することができるため、地盤改良による拡幅方法と比較して作業性が良く、安全で高品質なシールドトンネルを構築することが可能となる。

本発明のシールド掘削機、トンネルの拡幅方法及びトンネルの縮幅方法を図１から図７に示す。本発明は、拡大断面と標準断面の両トンネルを築造できるシールド掘削機に、チャンバに連結された裏込め注入機構を介装しおり、該裏込め注入機構を介して標準断面のトンネルを築造する際に生じる余堀り部に、地山を掘削した際の掘削土砂を再利用した裏込め注入材を注入するものである。

（第１の実施の形態）
図１（ａ）に示すように、シールド掘削機１は、標準断面を有する一般坑１４ａとこれに隣接する拡幅坑１４ｂを合わせた拡大断面を有する拡大坑１４ｃの両者を備えたシールドトンネル１４を築造する装置であり、スキンプレート２、掘削機構３及び仮テール部材７を備えている。
本実施の形態では、一般坑１４ａの断面形状が円、拡幅坑１４ｂの断面形状が向かい合う２辺を湾曲させた略長方形、拡大坑１４ｃの断面形状がこれら一般坑１４ａと拡幅坑１４ｂの両断面を組み合わせた複合断面に形成されているが、一般坑１４ａ及び拡幅坑１４ｂの断面形状は必ずしもこれにこだわるものではない。

該スキンプレート２は、シールド掘削機１の外郭をなす筒体であり、その断面は前記シールドトンネル１４の拡大坑１４ｃに相当する形状を有している。該スキンプレート２の前方には地山１５を掘削する前記掘削機構３が備えられて、該シールド掘削機１は、常に地山１５を拡大坑１４ｃに相当する断面で掘削する。
また、該シールド掘削機１は、図２（ｂ）の水平断面図に示すように、前記スキンプレート２の内方で掘削機構３の背面に掘削土砂を取り込むチャンバ４、該チャンバ４に掘削土砂を排土する排土装置５を備えており、図２（ａ）の鉛直断面図に示すように、スキンプレート２の内壁に、周方向に所定の離間間隔をもって配置され、掘進方向に伸長して推力受けピース１０あるいはスキンプレート２の後方でリング状に組み立てられる前記セグメント９を押圧し、シールド掘削機１を掘進させる押圧ジャッキ１１を備えている。

さらに、前記スキンプレート２の後方の内壁には、前記セグメント９の外周面に接するテールパッキン６を備えている。該テールパッキン６は、ワイヤーブラシを多重に取り付けた構成を用いているが、裏込め注入材や地下水がスキンプレート２内に流入する現象を阻止できるものであれば、何れを用いても良い。
このような構成の該シールド掘削機１は、前記スキンプレート２の後方の内壁で、前記シールドトンネル１４の拡幅坑１４ｂに相当する領域を掘削する拡幅断面掘削機構３ｂと掘進方向で同軸状の位置に仮テール部材７を備えている。

該仮テール部材７は、前記スキンプレート２の後方で前記セグメント９を組み立てる位置に配置されており、その断面形状を、拡大断面から標準断面に変更する際に用いられるものである。したがって、拡幅坑１４ｂと同様の断面形状を有しているが、前記スキンプレート２に備えられているテールパッキン６と当接する位置には切り欠きが設けられており、また、前記標準断面のセグメント９ａと向かい合う位置には、該標準断面のセグメント９ａの外周面に接して、前記スキンプレート２に備えられているものと同様の機能を有するテールパッキン６が設けられている。なお、該仮テール部材７は、スキンプレート２の最後端より内方に収まるよう配置されている。

また、該仮テール部材７は、前記スキンプレート２に対して着脱自在に設置されており、シールドトンネル１４の一般坑１４ａを構築したい場合にはこれを装着し、拡大坑１４ｃを構築したい場合には撤去することにより、その断面形状に応じたセグメント９を容易に組み立てることができるものである。

さらに、該仮テール部材７には、注入管８ａ及び吐出口８ｂを備える裏込め注入機構８が備えられている。これは、シールドトンネル１４の拡大坑１４ｃを築造する際には拡幅坑１４ｂに相当する領域が、一般坑１４ａを築造する際には余堀り部となることから、一般坑１４ａを築造する際にこの余堀り部に裏込め注入材１６を注入するものである。
なお、裏込め注入機構８は、前記注入管８ａより裏込め注入材１６を供給され、前記吐出口８ｂを介して余堀り部に吐出するものである。

ところで、前述した掘削機構３は、図１（ａ）に示すように、拡大坑１４ｃのなかでも標準断面を有する一般坑１４ａに相当する領域を掘削する標準断面掘削機構３ａと、拡幅断面を有する拡幅坑１４ｂに相当する領域を掘削する拡幅断面掘削機構３ｂを備えており、図２（ａ）に示すように、スキンプレート２の前方で、標準断面掘削機構３ａに対して拡幅断面掘削機構３ｂがトンネル掘進方向で後方にずれるように配置されている。
これらは、前記標準断面掘削機構３ａに泥水式掘削機構、拡幅断面掘削機構３ｂに土圧式掘削機構を採用しており、これに伴い標準断面掘削機構３ａの背面に備えられているチャンバ４ａに連結されている標準断面排土装置５ａには排泥管、拡幅断面掘削機構３ｂの背面に備えられているチャンバ４ｂに連結されている第１の拡幅断面排土装置５ｂにはスクリューコンベアが用いられている。

つまり、標準断面排土装置５ａは、図２（ａ）の鉛直断面図に示すように、標準断面掘削機構３ａの掘削による掘削土砂を送泥管２０を介してチャンバ４ａ内に加圧注入された泥水とともに排泥水としてシールド掘削機１の後方に流体輸送するものである。また、第１の拡幅断面排土装置５ｂは、拡幅断面掘削機構３ｂの掘削による掘削土砂を前記チャンバ４ｂからシールド掘削機１の後方に排土するものであるが、該第１の拡幅断面排土装置５ｂは、前記仮テール部材７に備えられた裏込め注入機構８の注入管８ａに連結されており、該裏込め注入機構８に掘削土砂を供給している。

このような構成は、拡幅断面掘削機構３ｂの掘削による掘削土砂を、前記裏込め注入材１６に再利用することを目的としたもので、図２（ｂ）に示すように、第１の拡幅断面排土装置５ｂには、掘削土砂搬送の途中段階にセメントを水とともに供給する固化材貯留槽１７と、混和剤を供給する混和剤貯留槽１８が備えられている。これにより、拡幅断面掘削機構３ｂの掘削による掘削土砂は、搬送の途中段階で適宜セメントや水及び混和剤を配合されて裏込め注入材１６に加工されて、裏込め注入機構８に供給される。

なお、地盤条件やシールド掘削機１の掘削進度により裏込め注入材１６の必要量や配合量は変動することから、裏込め注入機構８へ供給する掘削土砂量も適宜調整する必要がある。そこで、前記拡幅断面掘削機構３ｂの背面に備えられているチャンバ４ｂには、前記第１の拡幅断面排土装置５ｂに加えて図２（ａ）に示すように、前記標準断面排土装置５ａに連結し、該標準断面排土装置５ａに前記チャンバ４ｂに収容された掘削土砂を供給する第２の拡幅断面排土装置５ｃが備えられているとともに、図２（ｂ）に示すように、前記チャンバ４ｂから第１の拡幅断面排土装置５ｂ及び第２の拡幅断面排土装置５ｃへ掘削土砂を供給する際の供給量を調整する土砂供給制御装置１９が備えられている。

該土砂供給制御装置１９は、前記チャンバ４ｂ及び仮テール部材７各々に備えられている土圧計２１と連動しており、切羽圧力を管理しながらチャンバ４ｂ内の掘削土砂を引き抜くとともに、前記裏込め注入材１６の圧力を管理しながら裏込め注入材１６の供給量を決定し、引き抜いた掘削土砂のうち裏込め注入材１６に必要な掘削土砂を第１の拡幅断面排土装置５ａへ供給し、残りの掘削土砂を第２の拡幅断面排土装置５ｃへ供給する。
なお、シールド掘削機１による掘進中であって、前記裏込め注入材１６が不要な場合には、前記チャンバ４ｂ内からの掘削土砂はすべて第２の拡幅断面排土装置５ｃへ供給され、第１の拡幅断面排土装置５ｂから排泥水とともにシールド掘削機１の後方へ流体輸送される。

上述する構成のシールド掘削機１を用いたトンネルの拡幅方法及び縮幅方法を以下に示す。なお、トンネルの拡幅とは、シールドトンネル１４を一般坑１４ａから拡大坑１４ｃに切り替えることであり、トンネルの縮幅とは、シールドトンネル１４を拡大坑１４ｃから一般坑１４ａに切り替えることである。
まず、トンネルの拡幅方法を図３及び図４を参照しながら詳述する。なお、図３及び図４は、シールド掘削機１及びシールドトンネル１４の水平断面を示したものである。

（拡幅方法：第１の工程）
図３（ａ）に示すように、前記シールド掘削機１を用いて標準断面１ａと拡幅断面１ｂを合わせた拡大断面１ｃで地山１５を掘削しながら、前記仮テール部材７を装着した前記スキンプレート２内で標準断面セグメント９ａを組み立てて、標準断面１ａを有する領域にシールドトンネル１４の一般坑１４ａを構築する。

このとき、前記標準断面セグメント９ａと地山１５との間に形成されている拡幅断面１ｂを有する領域は余堀り部となるから、該余堀り部に前記仮テール部材７に備えられた裏込め注入機構８を用いて裏込め注入材１６を注入し、地山１５の安定を確保しておく。
該裏込め注入材１６の注入方法は、前記土砂供給制御装置１９を用いて、切羽圧力を管理しながらチャンバ４ｂ内の掘削土砂を引き抜くとともに、前記裏込め注入材１６の圧力を管理しながら裏込め注入材１６の供給量を決定し、引き抜いた掘削土砂のうち裏込め注入材１６に必要な掘削土砂を第１の拡幅断面排土装置５ｂへ供給する。この後、供給された掘削土砂に応じた配合量のセメントや水及び混和剤を前記固化材貯留槽１７及び混和剤貯留槽１８より供給し、裏込め注入材１６に加工して、裏込め注入機構８より余堀り部に裏込め注入材１６を注入する。

（拡幅方法：第２の工程）
次に、シールドトンネル１４の拡大坑１４ｃの構築に切り替える手前で前記一般坑１４ａに、図３（ｂ）に示すような余堀り部をトンネル軸線方向の前後で遮断する遮断機構１２を内包する遮断機構付き標準断面セグメント９ｂ、次いで、前記シールド掘削機１を掘進させながら標準断面セグメント９ａを組み立てる。
この後、前記裏込め注入機構８による余堀り部への裏込め注入材１６の注入を停止し、図３（ｃ）に示すように、余堀り部をトンネル軸線方向の前後で遮断するように、前記遮断機構１２を配置する。

本実施の形態では前記遮断機構１２に鋼板よりなる止水板を用いている。該止水板は、リング状に組み立てた前記標準断面セグメント９ａと地山１５との間に形成されている拡幅断面と同様の断面形状に成形したもので、トンネルの軸線方向に面を向けた状態で遮断機構付き標準断面セグメント９ｂからトンネル軸と直交する方向に突出及び格納を自在とするように構成されている。これら止水板よりなる遮断機構１２が余堀り部に突出した際には、図７（ａ）に示すように、突出した端面がスキンプレート２の内周面と当接する構成としており、前記余堀り部をトンネル軸線方向の前後で完全に遮断し、裏込め注入材１６が注入されている領域を封鎖して止水するものである。

なお、該遮断機構１２は、必ずしも上述する構成にこだわるものではなく、例えば、遮断機構１２に止水改良材吐出装置を適用しこれを遮断機構付き標準断面セグメント９ｂに備えてもよい。これにより、余堀り部をトンネル軸線方向の前後で止水したい位置に前記止水改良材吐出装置より止水改良材を吐出させることにより、吐出範囲の裏込め注入材に止水性が付与されることとなる。

（拡幅工法：第３の工程）
次に、図４（ａ）に示すように、前記スキンプレート２から仮テール部材７を撤去して、図７（ｂ）に示すような前記拡幅断面１ｂと同様の断面を備える拡幅ブロック１３を第２の工程で組み立てた標準断面セグメント９ａの外周面に固着する。
この後、図４（ｂ）（ｃ）に示すように、前記シールド掘削機１を掘進させながら、拡大断面セグメント９ｃを組み立ててシールドトンネル１４の拡大坑１４ｃを構築する。これにより、シールドトンネル１４は一般坑１４ａから図７（ｃ）に示すような拡大坑１４ｃに拡幅される。

なお、前記仮テール部材７を撤去する際には、該仮テール部材７に備えられている裏込め注入機構８も前記第１の拡幅断面排土装置５ｂから取り外す。
また、先にも述べたように、前記シールド掘削機１は、スキンプレート２の内壁に周方向に所定の離間間隔をもって配置された押圧ジャッキ１１を掘進方向に伸長し、スキンプレート２の後方で組み立てられる前記セグメント９あるいは推力受けピース１０を押圧しながら掘進する。したがって、標準断面セグメント９ａに拡幅ブロック１３を固着した上でこれに拡大断面セグメント９ｃを組み立てることにより、押圧ジャッキ１１の押圧力に十分抵抗できる構成としたものである。これにより、前記遮断機構１２に押圧力が作用することはないため、前記一般坑１４ａから拡大坑１４ｃに切り替わる部位の安全性を確保しながらシールドトンネル１４の拡幅作業を実施することができる。

次に、トンネルの縮幅方法を図５及び図６を参照しながら詳述する。なお、図５及び図６は、図３及び図４と同様にシールド掘削機１及びシールドトンネル１４の水平断面を示したものである。

（縮幅方法：第１の工程）
図５（ａ）に示すように、前記シールド掘削機１を用いて標準断面１ａと拡幅断面１ｂを合わせた拡大断面１ｃで地山１５を掘削しながら、前記仮テール部材７を撤去した前記スキンプレート２内で拡大断面セグメント９ｃを組み立てて、拡大断面を有するシールドトンネル１４の拡大坑１４ｃを構築する。

（縮幅方法：第２の工程）
次に、シールドトンネル１４の一般坑１４ａの構築への切り替え位置で、図５（ｂ）に示すように、前記拡幅断面１ｂと同様の断面を備える拡幅ブロック１３を外周面に固着した拡幅ブロック付き標準断面セグメント９ｄを組み立てる。
この後、前記シールド掘削機１を掘進させて、図５（ｃ）に示すように、前記スキンプレート２に仮テール部材７を装着し、図６（ａ）に示すように、スキンプレート２内で拡幅断面領域をトンネル軸線方向の前後で遮断する遮断機構１２を内包する遮断機構付き標準断面セグメント９ｂを組み立てる。

なお、前記拡幅ブロック１３、遮断機構１２及び該遮断機構１２を内包する遮断機構付き標準断面セグメント９ｂは、前述したシールドトンネル１４の拡幅方法で用いたものと同様の部材を用いている。
また、第３の工程で、一般坑１４ａの築造に切り替わった時点で裏込め注入材１６を提供できるよう、前記仮テール部材７に備えられている前記裏込め注入機構８に前記第１の拡幅断面排土装置５ｂを連結しておく。
さらに、前記拡幅ブロック１３が、トンネル軸線方向に面する端面を有する場合は、遮断機構付き標準断面セグメント９ｂを用いることなく通常の標準断面セグメント９ａを用いればよい。

（縮幅工法：第３の工程）
次に、標準断面セグメント９ａを組み立てながら前記シールド掘削機１を掘進させて、図６（ｂ）に示すように、前記拡幅断面１ｂを有する領域をトンネル軸線方向の前後で遮断するように前記遮断機構１２を配置する。
この後、前記シールド掘削機１を掘進させながら標準断面セグメントを組み立てて、前記標準断面１ａを有する領域にシールドトンネル１４の一般坑１４ａを構築する。これにより、シールドトンネル１４は拡大坑１４ｃから一般坑１４ａに縮幅される。

このとき、前記標準断面セグメント９ａと地山１５との間に形成されている拡幅断面１ｂを有する領域は余堀り部となるから、該余堀り部に前記仮テール部材７に備えられた裏込め注入機構８を用いて裏込め注入材１６を注入し、地山１５の安定を確保しておく。なお、その方法は、拡大方法の第１の工程で示したものと同様であり、また、前記拡幅断面１ｂを有する領域において前記拡大坑１４ｃに備えられる拡幅坑となる領域１４ｂと余堀り部となる領域とは、遮断機構１２あるいは拡幅ブロック１３で遮断されて止水されているため、これら裏込め注入材１６が拡大坑１４ｃに漏出することはない。

上述する構成によれば、シールド掘削機１は、前記第１の拡幅断面排土装置５ｂを介して裏込め注入機構８と拡幅断面掘削機構３ｂの背面に備えられるチャンバ４ｂが連結され、前記拡幅坑１４ｂの掘削による掘削土砂が該チャンバ４ｂから前記裏込め注入機構８に搬送されることから、搬送途中で掘削土砂にセメントや水及び混和剤を配合することにより、掘削土砂を裏込め注入材１６として再利用して余堀り部に注入できるため、残土処分に係る処理費や輸送費等の工費を大幅に削減できるとともに、産業廃棄物の発生量を抑制でき環境配慮に大きく寄与することが可能となる。

また、前記スキンプレート２の後方に着脱可能に設置されている仮テール部材７を撤去することで拡大断面セグメント９ｃ、装着することで標準断面セグメント９ａの両者を組み立てることができることから、シールドトンネル１４の全長にわたって拡大断面を有する拡大坑１４ｃを築造する必要がなく経済性に富むとともに、その構成が簡略で作業性が良いため、工費削減及び工期短縮に大きく寄与することが可能となる。

さらに、前記仮テール部材７は繰り返し使用することができることから、シールドトンネル１４が全長にわたり拡縮を繰り返す場合にも新たなに仮テール部材７を複数製作する必要がないため、経済的に拡大坑１４ｃを備えるシールドトンネルを構築することが可能となる。

また、前記チャンバ４ｂに、前記第１の拡幅断面排土装置５ｂに加えて、前記チャンバ４ｂに収容された掘削土砂を一般坑１４ａの掘削により生じた掘削土砂を搬送する標準断面排土装置５ａへ搬送する第２の拡幅断面排土装置５ｃを連結するとともに、前記チャンバ４ｂから第１の拡幅断面排土装置５ｂ及び第２の拡幅断面排土装置５ｃへの掘削土砂の供給量を制御する掘削土砂供給制御装置１９を備えることにより、切羽土圧を維持しつつ裏込め注入材１６の注入量に応じて裏込め注入機構８への掘削土砂の供給量を調整できるため、安全に常時最適量の裏込め注入材１６の注入作業を実施することが可能となる。

トンネルの拡幅方法によれば、シールドトンネル１４を一般坑１４ａから拡大坑１４ｃに切り替える手前で遮断機構付き標準断面セグメント９ｂを組み立て、また、トンネルの縮幅方法によれば、トンネルの拡大坑１４ｃから一般坑１４ａへの切り替え位置で遮断機構付き標準断面セグメント９ｂを組み立てた上で、遮断機構１２を用いて拡幅断面領域を所定位置におけるトンネル軸線方向の前後で遮断することにより、一般坑１４ａに隣接して位置し余堀り部に該当する拡幅断面領域を封鎖できる。これにより、トンネルを一般坑１４ａから拡大坑１４ｃへ、もしくは拡大坑１４ｃから一般坑１４ａへ切り替える際にも一般坑１４ａに隣接する余堀り部を容易に止水できるため、作業性が良く工費削減、工期短縮に大きく寄与することが可能となる。

また、シールド掘削機１による掘削断面は全長にわたり標準断面と拡幅断面を合わせた拡大幅断面に相当することから、シールドトンネル１４が途中で拡縮を繰り返しても地盤に影響を与えることがないため、地上に構築された構造物等を配慮することなく施工することが可能となる。

さらに、掘進するに従い地盤条件が変化するような地盤に対してシールドトンネル１４を構築する場合にも一様な手順で機械的にシールドトンネル１４を構築することができるため、地盤改良による拡幅方法と比較して作業性が良く、安全で高品質なシールドトンネルを構築することが可能となる。

本発明に係るシールド掘削機の概略を示す図である。 本発明に係るを示すシールド掘削機の断面を示す図である。 本発明に係るを示すシールドトンネルの拡幅方法（その１）を示す図である。 本発明に係るを示すシールドトンネルの拡幅方法（その２）を示す図である。 本発明に係るを示すシールドトンネルの縮幅方法（その１）を示す図である。 本発明に係るを示すシールドトンネルの縮幅方法（その２）を示す図である。 本発明に係るを示すシールドトンネルの断面を示す図である。

符号の説明

１ シールド掘削機
２ スキンプレート
３ カッタ
４ チャンバ
５ 排土装置
６ テールパッキン
７ 仮テール部材
８ 裏込め注入機構
９ セグメント
１０ 推力受けピース
１１ 押圧ジャッキ
１２ 遮断機構
１３ 拡幅ブロック
１４ シールドトンネル
１５ 地山
１６ 裏込め注入材
１７ 固化材貯留槽
１８ 混和剤貯留槽
１９ 土砂供給制御装置
２０ 送泥管
２１ 土圧計

Claims (4)

1. 標準断面を有する一般坑と、該一般坑と拡幅断面を有する拡幅坑を合わせた拡大断面を有する拡大坑の両者を築造するシールド掘削機であって、
   地山を標準断面で掘削する標準断面掘削機構、拡幅断面で掘削する拡幅断面掘削機構、該標準断面掘削機構及び拡幅断面掘削機構を前方に備え前記拡大断面を有するスキンプレート、及び該スキンプレートの後方でかつその内周面とリング状に組み立てた標準断面セグメントの外周面との間に着脱自在に配置され、前記拡幅断面と同様の断面形状を有し、地山とリング状に組み立てた標準断面セグメントの外周面との間に生じる余堀り部に裏込め注入材を注入する裏込め注入機構を備える仮テール部材を備えてなり、
   前記拡幅断面掘削機構に土圧式掘削機構が用いられるとともに、拡幅断面掘削機構の背面に備えられるチャンバと前記裏込め注入機構が、前記チャンバに収容された掘削土砂を裏込め注入機構に搬送する第１の拡幅断面排土装置を介して連結されることを特徴とするシールド掘削機。
2. 請求項１に記載のシールド掘削機において、
   前記拡幅断面掘削機構の背面に備えられるチャンバに、前記標準断面掘削機構の掘削による掘削土砂を排土する標準断面排土装置と連結し、前記チャンバに収容された掘削土砂を標準断面排土装置に搬送する第２の拡幅断面排土装置と、
   該第２の拡幅断面排土装置及び前記第１の拡幅断面排土装置へ供給する前記チャンバ内の掘削土砂量を制御する掘削土砂供給制御装置を備えることを特徴とするシールド掘削機。
3. 請求項１または２に記載のシールド掘削機を用いたトンネルの拡幅方法であって、
   標準断面と拡幅断面を合わせた拡大断面で掘進ながら、前記仮テール部材を装着した前記スキンプレート内で標準断面セグメントを組立て、掘削後の標準断面領域に一般坑を構築しながら、前記裏込め注入機構を用いて拡幅断面領域に裏込め注入材を充填する第１の工程と、
   前記一般坑に、拡幅断面領域の余堀り部をトンネル軸線方向の前後で遮断する遮断機構を内包する標準断面セグメント、次いで標準断面セグメントを組立てながら掘進した後、前記遮断機構を用いて前記余堀り部をトンネル軸線方向の前後で遮断する第２の工程と、
   前記スキンプレートから仮テール部材を撤去して、前記拡幅断面と同様の断面を備える拡幅ブロックを第２の工程で組み立てた標準断面セグメントの外周面に固着した後、前記シールド掘削機で掘進しながら、拡大断面セグメントを組み立て掘削後の拡大断面領域に拡大坑を構築する第３の工程よりなることを特徴とするトンネルの拡幅方法。
4. 請求項１または２に記載のシールド掘削機を用いたトンネルの縮幅方法であって、
   標準断面と拡幅断面を合わせた拡大断面で掘進しながら、前記仮テール部材を撤去した前記スキンプレート内で拡大断面セグメントを組立て、掘削後の拡大断面領域に拡大坑を構築する第１の工程と、
   前記拡大坑に、前記拡幅ブロックを外周面に固着した標準断面セグメントを組み立てた後、標準断面セグメントを組み立てるとともに、前記スキンプレートに仮テール部材を装着する第２の工程と、
   前記シールド掘削機を掘進しながら標準断面セグメントを組立て、掘削後の標準断面領域に一般坑を構築しながら、裏込め注入機構を用いて拡幅断面領域に裏込め注入材を充填する第３の工程よりなることを特徴とするトンネルの縮幅方法。
   
   

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