JP2006045867A

JP2006045867A - トンネル分岐部の施工方法とその装置

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Publication number: JP2006045867A
Application number: JP2004227282A
Authority: JP
Inventors: Masaya Fukui; 雅也福居; Seiki Nakamura; 誠喜中村; Hiroyoshi Inaba; 啓能稲葉
Original assignee: Okumura Corp
Current assignee: Okumura Corp
Priority date: 2004-08-03
Filing date: 2004-08-03
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2024-08-03
Also published as: JP4213090B2

Abstract

【課題】トンネル掘削機によって既設トンネルの近傍部にまで分岐トンネルとなるトンネルを掘削したのち、該トンネル掘削機から既設トンネルに貫通するトンネル分岐部を能率よく正確に築造する。
【解決手段】スキンプレートの内周面に沿って円筒状に組み合わせてなる複数枚の矢板部材をその先端から圧力水を噴射させて前方の地盤を流動化させながら既設トンネルに達するまで順次打設してこれらの矢板部材で円筒状の隔壁体を形成する。次いで、この隔壁体の外周面に沿って複数本の硬化材注入管を打設したのち、これらの硬化材注入管から隔壁体の周辺地盤に硬化材を噴射、注入しながら機内側に引き戻すことにより、硬質地盤層を造成すると共に上記矢板部材の先端からも薬液を注入して止水層を形成する。しかるのち、隔壁体で囲まれた地盤を掘削すると共に既設トンネルを該隔壁体内に貫通させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、地中に築造されている既設のトンネルに向かってシールド掘削機により分岐トンネルを掘削し、既設トンネルの近傍部にまで達したのち、シールド掘削機を停止させて分岐トンネルから既設トンネルに連通するトンネル分岐部を施工する方法とその方法を実施するための装置に関するものである。

従来から、既設トンネルから分岐するトンネルを築造するには、シールド掘削機によって発進立坑側から既設トンネルに向かって該既設トンネルに対して分岐させるための分岐トンネルを掘進し、シールド掘削機が既設トンネルの近傍部に達した時に該シールド掘削機を停止させたのち、シールド掘削機と既設トンネル間の地盤を掘削すると共に既設トンネルの壁部解体して既設トンネル内から分岐トンネルに連通するトンネル分岐部を築造することが行われている。この際、既設トンネルと該既設トンネルの近傍部にまで達したシールド掘削機との間の地盤を薬液注入工法や凍結工法などの補助工法を用いて固結状態にし、シールド掘削機のカッタヘッドを解体、撤去したのちこのシールド掘削機側から人力によって上記固結地盤を掘削しながら且つその掘削壁面を吹き付けコンクリート等により覆工しながら既設トンネルの外周壁面にまでトンネル部を形成すると共に、該既設トンネルの外周壁部を解体することによって既設トンネルに交差状に連通させた分岐トンネルを築造している。

しかしながら、このような分岐トンネルの分岐部の築造方法では、既設トンネルとシールド掘削機との間の地盤を固結させる補助工法に多大な時間と労力を要すると共に人力による地盤の掘削量も多くなって作業能率が著しく低下するといった問題点がある。

そのため、特許文献１に記載されている分岐トンネル掘削用シールド掘削機が開発された。このシールド掘削機は図、に示すように、互いに屈折自在に接続している前後胴部31a 、31b からなるスキンプレート31の開口端に前方の地盤を掘削するカッタヘッド32を設けてなる掘削機本体A'において、上記スキンプレート31の前胴部31a の外周面にスキンプレートの周方向に円弧状に湾曲した長方形状のフード板片33a を複数枚、円筒状に組み合わせると共に隣接するフード板片33a 、33a の対向側端面同士を前方に向かって個別に移動自在に連結してなるフード体33を備えている。

そして、このシールド掘削機によって既設トンネルＴに向かって掘削壁面にセグメント覆工を施工しながらトンネルT'を掘進し、カッタヘッド32が既設トンネルＴに達するとシールド掘削機を停止させたのち、各フード板片33a を掘削機本体内に装着している推進用ジャッキ（図示せず）により前方の地盤に圧入しながら推進させてそれぞれのフード板片33a の先端を既設トンネルＴの外周壁面部に当接させることにより、フード体33内に取り込まれた地盤と外側の地盤とを縁切りし、しかるのち、フード体33内の地盤を掘削、除去すると共にフード体33の先端が当接している既設トンネルＴの外周壁面部を解体することによってトンネルT'を既設トンネルＴから分岐した状態となるように連通させている。
特開平８−８６１８７号公報

しかしながら、この分岐トンネル掘削用シールド掘削機によれば、円筒形状のフード体33を構成している複数枚のフード板片33a は、一枚の長方形状の板材からなるものであるから剛性が低く、そのため、スキンプレート31の前端から地盤中に圧入すると、地盤側からの抵抗力によって拡径方向に、或いは、縮径方向に撓み変形が生じて、軟弱な地盤においては地盤の崩壊が懸念される一方、硬質な地盤における施工では、フード板片33a の推進が困難になり、既設トンネルＴに対する分岐トンネルの築造作業が能率よく行うことができないといった問題点があった。

さらに、シールド掘削機から既設トンネルＴの外周壁面部に達した複数枚のフード板片33a によって円筒形状のフード体33を形成し、このフード体33内に取り込んでいる地盤と外周側の地盤とを該フード体33によって縁切りしているが、フード体33が止水性が低いため、地下水がフード体33内に浸入する虞れがあり、特に、既設トンネルＴの外周壁面部が円弧状に湾曲している一方、この外周壁面部に当接した各フード板片33a の先端面が直状であるため、両者間に隙間が生じてこの隙間から地下水が浸入し、トンネル分岐部の施工に支障をきたすといった問題点があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、分岐トンネルを掘削しながら既設トンネルの近傍部に達したトンネル掘削機から、該既設トンネルに連通するトンネル分岐部を能率よく且つ正確に築造することができるトンネル分岐部の施工方法とその方法を実施するための装置を提供するにある。

上記目的を達成するために本発明のトンネル分岐部の施工方法は、請求項１に記載したように、シールド掘削機により既設トンネルに向かってこの既設トンネルに交差する手前まで分岐トンネルを築造したのち、該分岐トンネルから既設トンネルに連通するトンネル分岐部を施工する方法であって、シールド掘削機のスキンプレートの内周面に沿って円筒状に並設している複数本の矢板部材を順次、その先端が既設トンネルの外周面に当接するまで打ち込んだのち、スキンプレートの周方向に所定間隔毎に配設している硬化材注入管を矢板部材の外面に沿ってその先端が既設トンネルに達するまで順次、打設し、しかるのち、この硬化材注入管から矢板部材の周辺地盤に向かって硬化材を注入しながら順次機内側に引き抜くことによって矢板部材の周辺地盤を硬化地盤に改良し、次いで、矢板部材によって囲まれた未掘削部を掘削したのち、矢板部材の先端で囲まれている既設トンネルの壁部を解体して該既設トンネルから分岐トンネルに連通するトンネル分岐部を築造することを特徴とする。

このトンネル分岐部の施工方法において、請求項２に係る発明は、矢板部材の先端から圧力水を噴射させながら該矢板部材を既設トンネルに向かって打ち込み、打ち込み後、その先端周辺の地盤に向かって薬液を注入して既設トンネルと矢板部材の先端との隙間を止水する止水地盤層を形成することを特徴とする。

また、上記トンネル分岐部の施工装置としては、請求項３に記載したように、スキンプレートの前方地盤をカッタヘッドにより掘削しながら既設トンネルに向かって該既設トンネルに交差状に連通する分岐トンネルを築造するための分岐トンネル掘削用シールド掘削機の機内に設けられたトンネル分岐部の施工装置であって、上記スキンプレートの内周面に沿って複数本の矢板部材を周方向に円筒状に且つ前方に向かって推進可能に並設していると共に、これらの矢板部材の外面と上記スキンプレートの内周面との間の隙間に、周方向に所定間隔毎に複数本の硬化材注入管を推進、引き戻し可能に配設してなる構造としている。

このように構成したトンネル分岐部の施工装置において、請求項４に係る発明は、上記矢板部材の先端に、打ち込み時に前方に向かって圧力水を噴射する圧力水噴射ノズルと、打ち込み後に既設トンネルと矢板部材の先端間から周辺地盤に向かって止水地盤層を形成するための薬液を注入する薬液注入ノズルとを設けたことを特徴とする。

さらに、請求項５に係る発明は、上記矢板部材と硬化材注入管とを、それぞれ複数本の短尺の分割矢板部材と硬化材注入管とを長さ方向に順次継ぎ足すことによって形成していると共に、シールド掘削機のスキンプレートの内周面に矢板部材の後端に連結して該矢板部材を押し出す推進ジャッキと、硬化材注入管の後端に連結して該硬化材注入管を押し出し且つ引き戻す推進ジャッキとを取り外し可能に配設した構造としている。

また、請求項６に係る発明は、上記分岐トンネルを掘削スルシールド掘削機のカッタヘッドを拡径、縮径可能に形成してあり、分岐トンネルの掘削後に縮径させることによってスキンプレート内を通じて後方うに撤去可能に構成している。

本発明によれば、トンネル掘削機におけるスキンプレートの内周面に沿って複数本の矢板部材を周方向に円筒状に且つ単独的に推進可能に並設し、これらの矢板部材を順次、その先端が既設トンネルに達するまで打設するように構成しているので、これらの矢板部材によってトンネル掘削機から既設トンネルの外周壁面部に達した円筒形状の隔壁体を形成することができて、その内部に取り込んでいる地盤と外周側の地盤とを確実に縁切りすることができるのは勿論、これらの矢板部材の外面と上記スキンプレートの内周面との間の隙間に、周方向に所定間隔毎に複数本の硬化材注入管を推進、引き戻し可能に配設しているので、上記矢板部材の打設後、硬化材注入管を矢板部材の外面に沿って既設トンネルに達するまで打設し、しかるのち、この硬化材注入管から硬化材を注入しながら順次機内側に引き抜くことによって矢板部材で囲まれた地盤をそのままにして該矢板部材の周辺地盤を止水性を有する安定した硬化地盤層に改良することができる。

従って、隣接する矢板部材間の隙間等を通じて該矢板部材の内方に地下水が浸入するのを確実に防止することができ、そのため、矢板部材で囲まれた地盤の掘削が能率よく行えると共に矢板部材の先端で囲まれている既設トンネルの壁部の解体作業も円滑に行うことができて、既設トンネルから分岐トンネルに連通するトンネル分岐部を能率よく築造することができる。

また、上記矢板部材をトンネル掘削機側から既設トンネルに向かって打ち込む際に、請求項２、請求項４に記載したように、矢板部材の先端に設けている圧力水噴射ノズルから圧力水を噴射しながら打ち込むように構成しているので、矢板部材の前方地盤が圧力水によって流動性を有する泥土状に改質されて矢板部材の打ち込み抵抗が極めて小さくなり、そのため、矢板部材が撓み変形することなく小さな推進力でもって正確に且つ迅速にその先端が既設トンネルの外周壁面に到達するまで打設することができる。さらに、この矢板部材の先端に薬液注入ノズルを設けてあり、矢板部材の打設後にその先端周辺の地盤に向かってセメント系等の薬液を注入するように構成しているので、既設トンネルの外周壁面部と矢板部材の先端面との間に生じている隙間とその周辺地盤を硬質の止水地盤層に改質することができ、従って、地下水が上記隙間を通じて矢板部材により囲まれた地盤側に浸入するのを確実に防止することができ、とんねる分岐部の築造作業が円滑に行うことができる。

請求項５に係る発明によれば、上記矢板部材と硬化材注入管とは、それぞれ複数本の短尺の分割矢板部材と硬化材注入管とを長さ方向に順次継ぎ足すことによって形成されていると共に、シールド掘削機のスキンプレートの内周面に矢板部材の後端に連結して該矢板部材を押し出す推進ジャッキと、硬化材注入管の後端に連結して該硬化材注入管を押し出し且つ引き戻す推進ジャッキとを取り外し可能に配設しているので、小口径のシールド掘削機のように機内の作業空間が狭い場合であっても、短尺の分割矢板部材や分割硬化材注入管を継ぎ足してシールド掘削機から既設トンネルに達するまでの長さの矢板部材や硬化材注入管に簡単に組立てながら打ち込み作業を行うことができる。

また、請求項６に係る発明によれば、分岐トンネルを掘削するシールド掘削機のカッタヘッドの外径を拡縮可能に形成してあり、分岐トンネルの掘削後に縮径させることによってスキンプレート内を通じて後方に撤去可能に構成しているので、分岐トンネル掘削時には、このカッタヘッドを拡径させてスキンプレートから前方の地盤を円滑に掘進することができるのは勿論、シールド掘削機が既設トンネルに達した時に、該カッタヘッドを縮径させれば、該カッタヘッドの外周端面とスキンプレートの開口端の内周面間に大きな隙間を設けることができるので、スキンプレートの内面に沿って上記矢板部材や硬化材注入管をスキンプレートから前方の地盤に容易に打設することができるものであり、さらに、スキンプレートを残存させた状態でカッタヘッドや推進ジャッキ等の機器類を築造した分岐トンネル内を通じて後方に回収、撤去することにより、既設トンネルからトンネル分岐部を通じて分岐した分岐トンネルを貫通させることができる。

次に本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、図１は分岐トンネル掘削用シールド掘削機Ａの縦断側面図、図２はその一部の縦断正面図であって、互いに屈折自在に接続している前後胴部1a、1bからなるスキンプレート１の前胴部1aの前部内周面に、前後に一定間隔を存して円環板4a、4bを配設してこれらの円環板4a、4bの外周端面をスキンプレート１の前胴部1aの内周面に一体に固着していると共にこれらの前後円環板4a、4bに、周方向に所定間隔毎に硬化材注入管２を前方の地盤に推進させるためのガイドとなるガイド孔3a、3bを設けている。さらに、前後円環板4a、4bの内周面から内方に一定の間隔を存して後述するカッタヘッド14の隔壁15の外周端面に一体に固着している短筒状内胴体11を配設してあり、この短筒状内胴体11の外周面と上記前後円環板4a、4bの内周面間によって形成された環状の空間部13に一定幅と一定厚み、及び一定長さを有する断面中空矩形状の剛直な矢板部材５の先頭部分を複数枚、挿通状態で円筒状に組み合わせて並設している。

各矢板部材５は、上記先頭部分に短尺の分割矢板部材5bを順次、直列状に継ぎ足すことによって図４に示すように所定長さの矢板部材５を形成するように構成されてあり、従って、先頭部分も短尺の分割矢板部材5aに形成されている。さらに、矢板部材５の先端部内、即ち、先頭側の分割矢板部材5aの先端部内には図２に示すように、この矢板部材５の打ち込み時に前方に向かって圧力水を噴射する圧力水噴射ノズル６と、後述する止水地盤層を形成するための薬液注入ノズル７とを設けてあり、この先頭側の分割矢板部材5aに順次継ぎ足す上記分割矢板部材5b内にはこれらの圧力水噴射ノズル６と薬液注入ノズル７とに連結、連通する圧力水供給ホースと薬液供給ホース（図示せず）を設けている。なお、圧力水噴射ノズル６と薬液注入ノズル７とに長い圧力水供給ホースと薬液供給ホースとをそれぞれ接続しておき、分割矢板部材5bを継ぎ足す毎に該分割矢板部材5b内に上記圧力水供給ホースと薬液供給ホースを挿通させてもよい。

また、上記前後円環板4a、4bと短筒状内胴体11との間の環状の空間部13は、これらの前後円環板4a、4bと短筒状内胴体11との対向面の数カ所を周方向に所定間隔毎に一体に連結している仕切板12（図２に示す）によって数分割されてあり、各分割空間部内に上記分割矢板部材5aを数枚（図においては３枚）一組として並列状に配設されている。そして、各組の分割矢板部材5aは、隣接する分割矢板部材5aの対向側端面をガイド面として単独的に前方に向かって推進可能にしている。なお、これらの先頭側の分割矢板部材5aの先端部は先細の先鋭端部に形成されている。

前後円環板4a、4bの外周面は上述したようにスキンプレート１の前胴部1aの前部内周面に一体に固着してあり、従って、上記短筒状内胴体11は仕切板12とこの前後円環板4a、4bを介してスキンプレート１に連結、支持されている。さらに、上記前後ガイド孔3a、3bをガイドとして前方の地盤に打ち込まれる硬化材注入管２も、上記矢板部材５と同様に、複数本の短尺の分割硬化材注入管2a、2bを順次、直列状に継ぎ足すことによって所定長さの硬化材注入管２を形成するように構成していると共に、先頭側の分割硬化材注入管2aを上記前後ガイド孔3a、3b、に挿通、支持させている。

この硬化材注入管２は図２に示すように、内部に小径の硬化材噴射管201 とエア噴射管202 、圧力水噴射管203 とこれらの噴射管よりも大径の泥土排出管204 等を配設した多孔管であり、上記硬化材噴射管201 とエア噴射管202 とは先頭の分割硬化材注入管2a内において、硬化材注入管２の先端周壁部における周辺地盤側の壁部に設けている噴射口（図示せず）に連通させてこの噴射口から硬化材とエアとを周辺地盤に向かってそれぞれ噴射させるように構成している。なお、各分割硬化材注入管2a、2b内にこれらの注入管2a、2bの長さに相当する長さを有する上記硬化材噴射管やエア噴射管、圧力水噴射管、泥土排出管を設けておき、分割硬化材注入管を継ぎ足すと同時にこれらの管を接続するように構成しておいてもよいが、先頭側の分割硬化材注入管2aに長い各管をそれぞれ接続しておき、分割硬化材注入管2bを継ぎ足す毎に該分割硬化材注入管2b内にこれらの管を挿通させてもよい。

硬化材注入管２や上記矢板部材５を前方の地盤に押し出すには、図４、５に示すように推進ジャッキ８、９によって行われるが、この押し出し作業は、分岐トンネル掘削用シールド掘削機Ａによって既設トンネルＴの近傍部に達する分岐トンネルT'が掘削されたのち、シールド掘削機Ａを停止させて該分岐トンネルT'を既設トンネルＴに連通させるトンネル分岐部ｔを築造する際に行われる。そして、上記推進ジャッキ８、９は、トンネル掘削機Ａ内のスクリューコンベアからなる土砂排出手段20やエレクター21、リングガータ26に支持されているシールドジャッキ22、中折れジャッキ23等の機器類を撤去したのち、スキンプレート１の前後胴部1a、1b間を屈折自在に接続している中折れ部24の内周面側に取り外し可能に装着される。

具体的には、矢板部材５の押し出し用推進ジャッキ９は図４に示すように、前胴部1aの後端部内周面に着脱自在に装着した支持リング25に設けている支持孔25a にその前端部を挿通状態で支持されていると共に後胴部1bの前端部内周面に固着している上記リングガータ26の前面に装着したブラケット26a にその後端部を着脱自在に連結、支持させてありこの推進ジャッキ９のピストンロッドに矢板部材５の後端側の分割矢板部材5bを連結金具9aを介して着脱自在に連結するように構成している。なお、上記支持孔25a やブラケット26a は、周周方向に並設している各矢板部材５の後方に対応するように周方向に小間隔毎に設けられており、推進ジャッキ９は一本の矢板部材５の押し出しが終了する毎に次の矢板部材５の押し出し位置に盛り代えて使用されるが、上述したように、３枚を一組とした矢板部材５を一体に連結してこれらの矢板部材５を一本の推進ジャッキ９により押し出すように構成しておいてもよい。

一方、硬化材注入管２の押し出し用推進ジャッキ８は図５に示すように、上記矢板部材５の押し出し用推進ジャッキ９を撤去した後において、上記支持リング25の外周部に設けている支持孔（図示せず）にその前端部を挿通状態で支持させると共に上記リングガータ26の前面外周部に装着したブラケット26b にその後端部を着脱自在に連結、支持させている。さらに、推進ジャッキ８の内方に支持台27を配設してこの支持台27の後端部をリングガータ26の内周端面に着脱自在に固定してあり、この支持台27上にモータ設置台28を前後方向に移動自在に配設している。そして、ロータリージョイント30と連結金具8aを介して上記推進ジャッキ８のロッド端に連結している硬化材注入管２の最後尾の硬化材注入管2bを、この支持台28上に設置しているモータ29によって適宜な駆動機構29' を介して一定の角度範囲内で往復回動させるように構成している。

スキンプレート１から前方の地盤を掘削するカッタヘッド14は、上記短筒状内胴体11の内周面にその外周端面を固着している隔壁15の中心部にその中心軸16を回転自在に挿通、支持させていると共に隔壁15に装着している駆動モータ17によって回転させられるように構成している。このカッタヘッド14は、その中心軸16の前端部から該中心軸16に対して直交する方向（外径方向）に、前面両側部に前方に向かって複数個のカッタビット18a を突設した複数本のスポーク体14a を放射状に設けていると共に、各スポーク体14a をその外端面が開口した筒状の中空スポーク体に形成してその内部に外側スポーク片14b を収納してあり、スポーク体14a 内に装着しているジャッキ（図示せず）の作動により、外側スポーク片14b を中空のスポーク体14a の開口端から出没させるように構成している。なお、外側スポーク片14b にもその前面両側部に前方に向かってカッタビット18b を突設している。

そして、この外側スポーク片14b を外径方向に突出させた時のスポーク長をスキンプレート１の外周面の前方に達する長さとなるように形成している一方、この外側スポーク片14b をスポーク体14a 内に収納した時のカッタヘッド14の外径を上記短筒状内胴体11の外径に略等しい径に形成している。また、カッタヘッド14の背面外周部数カ所に、後方に向かってアーム部材19を突設していると共に、これらのアーム部材19の後端を円環状枠材31によって一体に連結して該円環状枠材31を上記隔壁15の前面外周部に回転自在に支持されてあり、さらに、この円環状枠材31の後端面に内歯車32を固着している一方、上記駆動モータ17の回転軸に固着している小歯車33を上記内歯車32に噛合させて駆動モータ17によりカッタヘッド14を回転させるように構成している。

さらに、カッタヘッド14の後面と上記隔壁15の前面間の空間部を、カッタヘッド14によって掘削された土砂を取り込んで一旦滞留させておく土砂室34に形成してあり、この土砂室34から上記排土手段20を通じて掘削土砂を後方に排出するように構成している。

また、上記中折れジャッキ23は、その前後端を前胴部1aの後端部内周面に着脱自在に取付けているブラケット35と後胴部1bの前端部内周面に着脱自在に取付けているブラケット36間に連結している一方、シールドジャッキ22は上記リングガータ26に貫通状態で支持されてあり，そのロッドの先端に装着したスプレッダをトンネル掘削壁面に施工したセグメント覆工Ｓの前端面に押し付けてロッドを伸長することにより、シールド掘削機Ａを掘進させるように構成している。なお、リングガータ26の後面側にはセグメントＳを組み立てる上記エレクター21を配設している。

このように構成した分岐トンネル掘削用シールド掘削機Ａによって既設トンネルＴに連通させるための分岐トンネルT'を掘削するには、シールド掘削機Ａをそのカッタヘッド14を拡径させた状態にして発進立坑（図示せず）から既設トンネルＴに向かって発進させてカッタヘッド14を回転させながら図１に示すようにトンネルT'を掘進していくと共にその掘削壁面にエレクター21によってセグメントＳを組み立てることにより掘削壁面を覆工する。

そして、このセグメントＳの前端面にシールドジャッキ22のロッド先端に装着しているスプレッダを押し付け、ロッドを伸長させることによってシールド掘削機Ａを一定長、掘進させる毎に掘削壁面にセグメントＳによる覆工を行う。この際、シールドジャッキ22の推進力はリングガータ26、中折れジャッキ22を介して前胴部1aに伝達され、さらに前胴部1aから該前胴部1aの前部内周面に固着している前後円環板4a、4b、この円環板4a、4bに仕切板12を介して固定している短筒状内胴体11、この短筒状内胴体11と一体の隔壁15からカッタヘッド14に伝達されると共に、カッタヘッド14に作用する掘削反力はスキンプレート１側に支持させることができる。

また、トンネルT'の掘進中において、シールド掘削機Ａの方向を修正したり曲線トンネル部を掘削する場合には、中折れジャッキ23を作動させることにより、スキンプレート１の前胴部1aを後胴部1bに対して中折れ部24から向きを変えたい方向に所定角度屈折させる。掘削された土砂は土砂室34から排土手段20に送り込み、該排土手段20からトンネルT'内を通じて発進立坑側に排出する。

こうして、スキンプレート１の前方地盤をカッタヘッド14により掘削しながらシールド掘削機Ａを推進させてトンネルT'を築造していき、シールド掘削機Ａが既設トンネルＴに所定の角度でもって交差するように該既設トンネルＴの側方近傍部に達するとその位置で停止する。しかるのち、シールド掘削機Ａによって掘削、築造した上記トンネルT'を既設トンネルＴに連結、連通させるためのトンネル分岐部ｔの築造作業を行って、既設トンネルＴから分岐トンネルT'を分岐させる。次に、このトンネル分岐部ｔの築造方法を説明する。

まず、シールド掘削機Ａが既設トンネルＴに達すると、図３に示すように、排土手段20であるスクリューコンベアを撤去すると共にエレクター21も解体、撤去し、さらに、シールドジャッキ22や中折れジャッキ23、カッタ駆動用モータ17などの機器類も取り外して撤去して分岐トンネルT'内を通じて後方に搬出、回収したのち、図４に示すように前胴部1aの後端部内周面に支持リング25を装着し、この支持リング25とリングガータ26間に、シールド掘削機Ａの前方地盤に打ち込むべき矢板部材５の後方に対向させて推進ジャッキ９を取付ける。また、カッタヘッド14の外側スポーク片14b をスポーク体14a 内に没入させてカッタヘッド14を縮径させておく。

そして、上記推進ジャッキ９のピストンロッドを収縮させた状態にして、スキンプレート１の前部内周面に固着した前後円環板4a、4bの内周端面と短筒状内胴体11との間の環状の空間部13に配設している矢板部材５の先頭側の分割矢板部材5aの後端面と、ピストンロッドの先端間の間隔部にその間隔部の長さに応じた１〜数枚の分割矢板部材5bを介在させて上記先頭側の分割矢板部材5aの後端面に後続する分割矢板部材5bの前端面を連結すると共に最後尾の分割矢板部材5bの後端面を推進ジャッキ９のピストンロッドに連結金具9aを介して連結し、しかるのち、推進ジャッキ９のピストンロッドを伸長させることによって、矢板部材５を縮径させたカッタヘッド14の外周方を通過させてトンネル掘削機Ａの前方地盤に打ち込んでいく。

この際、矢板部材５の先端の噴射ノズル６から圧力水を噴射させてその前方地盤を泥土状に流動化させ、この地盤の流動化によって矢板部材５の圧入抵抗を減少させて矢板部材５を撓み変形させることなく真っ直ぐに且つ円滑に打ち込んでいく。推進ジャッキ９のピストンロッドを最大限まで伸長させても矢板部材５の先頭側の分割矢板部材5aの先端が既設トンネルＴの外周壁面に到達しない場合には、最後尾の分割矢板部材5bに対する推進ジャッキ９のピストンロッドの連結を解いたのちピストンロッドを収縮させ、分割矢板部材5bを継ぎ足してピストンロッドを伸長させることにより矢板部材５を推進させ、必要に応じて再度分割矢板部材5bの継ぎ足すことによって先頭側の分割矢板部材5aの先端を既設トンネルＴの外周壁面に当接させる。

同様にして、推進ジャッキ９を次に打ち込むべき矢板部材５の後方における支持リング25とリングガータ26間に盛り代えて連結したのち、該矢板部材５をその先端から圧力水を噴射させながら且つ分割矢板部材5bを複数枚、継ぎ足しながら先に打設した矢板部材５の側面をガイド面としてその先端が既設トンネルＴの外周壁面に当接するまで打設する。この矢板部材５の推進、打設作業を繰り返し行って、全ての矢板部材５をその先端が既設トンネルＴの外周壁面に当接させ、これらの矢板部材５によって内部にカッタヘッド前方の地盤B1を取り込んだ短い円筒状隔壁体10を形成する。

なお、矢板部材５における先頭側の分割矢板部材5aの先端部に設けている上記圧力水噴射ノズル６や薬液注入ノズル７に矢板部材５内を通じて圧力水や薬液を供給するためのホースは、分割矢板部材5bの後端部、或いは、連結金具9aに導出孔を設けおき、この導出孔から機内に引き出して圧力水や薬液の供給源にポンプ等を介して接続させている。

こうして全ての矢板部材５を打ち込んだのち、次に、硬化材注入管２の打設作業と上記円筒状隔壁体10の周辺地盤の改質作業を行う。まず、図５に示すように、支持リング25とリングガータ26間に、シールド掘削機Ａの前方地盤に打ち込むべき硬化材注入管２の後方に対向させて推進ジャッキ８を取付け、そのピストンロッドを収縮させた状態にして、該ピストンロッドの前端と、前後円環板4a、4bのガイド孔3a、3b間に挿通、支持されている硬化材注入管２の先頭側の分割硬化材注入管2aの後端面との間の間隔部にその間隔部の長さに応じた１〜数本の分割硬化材注入管2bを介在させて上記先頭側の分割硬化材注入管2aの後端面に後続する分割硬化材注入管2bの前端面を連結すると共に最後部の分割硬化材注入管2bの後端面を推進ジャッキ８のピストンロッドにロータリージョイント30と連結金具8aを介して連結する。

しかるのち、推進ジャッキ８のピストンロッドを伸長させることによって、硬化材注入管２を矢板部材５で形成した円筒状の隔壁体10の外周面に沿って前方地盤に打ち込んでいく。この際、硬化材注入管２内に配設している圧力水噴射管203 から硬化材注入管２の先端前方地盤に向かって圧力水を噴射してその前方地盤を流動化させ、この流動化した泥土を排出管を通じて硬化材注入管２の後端から機内側に排出しながら硬化材注入管２を真っ直ぐに且つ円滑に打ち込んでいく。

そして、推進ジャッキ８のピストンロッドを最大限まで伸長させても硬化材注入管２の先端が既設トンネルＴの外周壁面に到達しない場合には、分割硬化材注入管2bを継ぎ足すことによって先頭側の分割硬化材注入管2aの先端を既設トンネルＴの外周壁面に当接させる。次いで、この硬化材注入管２による矢板部材５の外側の周辺地盤の改良を行う。

まず、リングガータ26に支持台27を取付け、この支持台27上に前後動自在に配設しているモータ設置台28上のモータ29の回転軸を上記既設トンネルＴまで達している硬化材注入管２の後端部に回転駆動機構を介して該硬化材注入管２を往復回動させるように連結する。しかるのち、この硬化材注入管２内の硬化材噴射管201 とエア噴射管202 とに機内側からセメントミルク等のセメント系の硬化材とエアとを供給して硬化材注入管２の先端周壁部から周辺地盤に硬化材とエアとを噴射させながら硬化材注入管２をモータ29により回転駆動機構29' を介して所定の角度範囲内で往復回動させ、且つ、図６に示すように推進ジャッキ８のピストンロッドを収縮させることによって硬化材注入管２を徐々に機内側に向かって引き戻す。

そうすると、周辺地盤に向かって噴射するエアによって周辺地盤が深い部分まで切削されると共に攪乱されながらその切削跡に硬化材が注入されて地盤と攪拌混合し、矢板部材５で形成した円筒状の隔壁体10から深い地盤層まで広い範囲に亘り止水性を有する安定した硬化地盤層B2となるように改良される。この際、硬化材注入管２が機内側に推進ジャッキ８のピストンロッドの後退長さに相当する長さだけ引き戻される毎に分割硬化材注入管2bを切り離して撤去する。なお、硬化材注入管２内に配設している上記硬化材噴射管やエア噴射管、圧力水噴射管、泥土排出管等は、硬化材注入管２の後端部、或いは、連結金具8aに導出孔を設けておき、この導出孔から機内に引き出して硬化材等の供給源や泥土搬出手段等に接続させている。

こうして、既設トンネルＴからトンネル掘削機Ａに至るまで該硬化材注入管２から外側の周辺地盤に硬化材を注入する作業が終了すると、周方向に隣接する次の硬化材注入管２を上記同様にして推進ジャッキ８によりその先端が既設トンネルＴの外周壁面に達するまで打ち込み、しかるのち、この硬化材注入管２の先端周壁部から周辺地盤に硬化材とエアとを噴射させながら、該硬化材注入管２をモータ29により回転駆動機構を介して所定の角度範囲内で往復回動させ、且つ、推進ジャッキ８によって徐々に機内側に向かって引き戻すことにより、上記硬化地盤層B2に周方向及び長さ方向に連続した硬化地盤層B2を造成する。

以下、同様にして、その他の硬化材注入管２をその先端が既設トンネルＴの外周壁面に達するまで打ち込んだ後、引き戻しながら硬化材を周辺地盤に注入、硬化させることによって矢板部材５で囲まれた隔壁体10の周辺地盤を安定した硬質地盤層B2に改質する。なお、上記硬化材注入管２や矢板部材５の推進ジャッキ８、９として、中折れジャッキ23を採用してもよい。次いで、隔壁体10を形成している各矢板部材５内に配設している薬液注入ホースに機内側から上記硬化材と同じセメントミルク等のセメント系の薬液を供給して矢板部材５の先端部に開口している注入ノズル７から該薬液を既設トンネルＴから該矢板部材５先端部分のかけての周辺地盤に注入して図７に示すように既設トンネルＴの外周壁面と矢板部材５の先端面間に生じている隙間部分の地盤を止水地盤層B3に改質する。

こうして、止水地盤層B3の造成作業が終了すると、多数枚、円筒形状に並設した矢板部材５からなる上記隔壁体10によって囲まれているカッタヘッド14の前方の土砂B1を適宜な掘削具を使用して排除し（図８参照）、次いで、カッタヘッド14を支持している隔壁15の内胴体11をスキンプレート１側から溶断することにより切り離し、このカッタヘッド14を内胴体11と共に適宜な牽引手段によって後方に牽引、撤去してスキンプレート１のみ、分岐トンネルT'の掘削壁面に残しておく。

しかるのち、スキンプレート１の前方側に対向する既設トンネルＴの外周壁部を既設トンネルＴ内から、或いは、分岐トンネルT'側から解体、除去して既設トンネルＴとスキンプレート１間のトンネル分岐部ｔを貫通させて既設トンネルＴから分岐トンネルT'に通じたトンネル分岐部ｔを施工する。

分岐トンネルを掘削しているシールド掘削機全体の縦断側面図。その一部の縦断正面図。排土手段等を撤去している状態の縦断側面図。矢板部材を打設している状態の縦断側面図。硬化材注入管を打設した状態の縦断側面図。硬化地盤層を造成している状態の縦断側面図。止水層を造成している状態の縦断側面図。トンネル分岐部を貫通させた状態の縦断側面図。既設トンネルと分岐トンネルとの接続状態を示す簡略断面図。従来例を示す簡略縦断側面図。その一部を横断した簡略平面図。

符号の説明

Ａシールド掘削機
Ｔ既設トンネル
T' 分岐トンネル
ｔトンネル分岐部
１スキンプレート
２硬化材注入管
５矢板部材
８、９推進ジャッキ
14 カッタヘッド

Claims

シールド掘削機により既設トンネルに向かってこの既設トンネルに交差する手前まで分岐トンネルを築造したのち、該分岐トンネルから既設トンネルに連通するトンネル分岐部を施工する方法であって、シールド掘削機のスキンプレートの内周面に沿って円筒状に並設している複数本の矢板部材を順次、その先端が既設トンネルの外周面に当接するまで打ち込んだのち、スキンプレートの周方向に所定間隔毎に配設している硬化材注入管を矢板部材の外面に沿ってその先端が既設トンネルに達するまで順次、打設し、しかるのち、この硬化材注入管から矢板部材の周辺地盤に向かって硬化材を注入しながら順次機内側に引き抜くことによって矢板部材の周辺地盤を硬化地盤に改良し、次いで、矢板部材によって囲まれた未掘削部を掘削したのち、矢板部材の先端で囲まれている既設トンネルの壁部を解体して該既設トンネルから分岐トンネルに連通するトンネル分岐部を築造することを特徴とするトンネル分岐部の施工方法。
矢板部材の先端から圧力水を噴射させながら該矢板部材を既設トンネルに向かって打ち込み、打ち込み後、その先端周辺の地盤に向かって薬液を注入して既設トンネルと矢板部材の先端との隙間を止水する止水地盤層を形成することを特徴とする請求項１に記載のトンネル分岐部の施工方法。
スキンプレートの前方地盤をカッタヘッドにより掘削しながら既設トンネルに向かって該既設トンネルに交差状に連通する分岐トンネルを築造するための分岐トンネル掘削用シールド掘削機の機内に設けられたトンネル分岐部の施工装置であって、上記スキンプレートの内周面に沿って複数本の矢板部材を周方向に円筒状に且つ前方に向かって推進可能に並設していると共に、これらの矢板部材の外面と上記スキンプレートの内周面との間の隙間に、周方向に所定間隔毎に複数本の硬化材注入管を推進、引き戻し可能に配設していることを特徴とするトンネル分岐部の施工装置。
矢板部材の先端に、打ち込み時に前方に向かって圧力水を噴射する圧力水噴射ノズルと、打ち込み後に既設トンネルと矢板部材の先端間から周辺地盤に向かって止水地盤層を形成するための薬液を注入する薬液注入ノズルとを設けていることを特徴とする請求項３に記載のトンネル分岐部の施工装置。
矢板部材と硬化材注入管とは、それぞれ複数本の短尺の分割矢板部材と硬化材注入管とを長さ方向に順次継ぎ足すことによって形成されていると共に、シールド掘削機のスキンプレートの内周面に矢板部材の後端に連結して該矢板部材を押し出す推進ジャッキと、硬化材注入管の後端に連結して該硬化材注入管を押し出し且つ引き戻す推進ジャッキとを取り外し可能に配設したことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のトンネル分岐部の施工装置。
分岐トンネルを掘削するシールド掘削機のカッタヘッドは、その外径を拡縮可能に形成してあり、分岐トンネルの掘削後に縮径させることによってスキンプレート内を通じて後方に撤去可能に構成していることを特徴とする請求項３に記載のトンネル分岐部の施工装置。