JP2007247211A - トンネル可変断面施工法及び該施工法に用いられるトンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

【課題】容易にトンネル断面の一部を縮幅等変更することができるようにする。
【解決手段】既設の円形セグメントＳ１に連続させてＤ型隔壁セグメントＳ３を組み立てる工程と、Ｄ型隔壁セグメントＳ３に連続させてその内周面にテールシール装置８を備えた遮水隔壁リング２を設置する工程と、遮水隔壁リング内に既設のＤ型隔壁セグメントＳ３に連続させてＤ型セグメントＳ２を組み立てる工程と、遮水隔壁リングを掘削機本体に結合する工程と、Ｄ型セグメントＳ２を順次組み立てる工程と、掘削機本体がトンネル断面縮幅最終位置に到達した際に遮水隔壁リングを最終のＤ型セグメントＳ２に結合する一方掘削機本体との結合を解く工程と、遮水隔壁リングと最終のＤ型セグメントＳ２に連続させて円形セグメントＳ１を組み立てる工程と、円形セグメントＳ１を遮水隔壁リングと最終のＤ型セグメントＳ２に結合する工程と、を備えた。
【選択図】図３

Description

本発明は、トンネルを部分縮幅等するトンネル可変断面施工法及び該施工法に用いられるトンネル掘削機に関するものである。

道路トンネルや鉄道トンネルを構築する際に、トンネルの離合箇所や、後に構造物が築造される予定のある箇所などでは、シールド坑の断面形状を変化させる必要がある。立坑の構築や地上からの補助工法を必要とせずにトンネル断面を変化させるシールド工法として、従来、トンネル断面を一部拡幅する工法や、トンネル内部に仮設隔壁を施工するための工法・施工装置が種々提案されている。

そして、近年では、特許文献１で、既存のシールド機を用いて、シールド坑の断面を任意の箇所で任意の形状に縮幅することができるトンネル断面変更方法及びトンネル掘削機が提案されている。

特許文献１によれば、先ず、トンネル断面縮幅開始位置の通常断面セグメントに反力受けを設置した後、シールド機のスキンプレートの内部に新設の増設スキンプレートを固定し、増設シールドジャッキを増設する。次に、スキンプレートと増設スキンプレートとの間に遮水ユニットを設けた後、反力受けで反力を取りつつ増設シールドジャッキを伸縮させ、新断面セグメントを設置する。そして、トンネル断面縮幅終了後、新断面セグメントと増設スキンプレートを接合した後、遮水ユニットを設ける。次に、増設シールドジャッキを撤去した後、遮水ユニットで反力を取りつつシールドジャッキを伸縮させ、通常断面セグメントを設置するのである。

特開２００４−１６９３９６号公報

本発明は、特許文献１に開示された増設スキンプレートの代わりに遮水隔壁リングを効果的に用いて、掘削機本体のテール内を二重構造にすることにより、地山とトンネル内部との止水性を十分に確保し、容易にトンネル断面の一部を縮幅等変更することができるトンネル可変断面施工法及び該施工法に用いられるトンネル掘削機を提供することを目的とする。

斯かる目的を達成するための本発明に係るトンネル可変断面施工法は、掘削機本体がトンネル新断面開始位置に到達した際に既設の通常断面セグメントに連続させて妻板と反力受けの機能を有した新断面隔壁セグメントを組み立てる工程と、前記新断面隔壁セグメントに連続させてその内周面にテールシール装置を備えた遮水隔壁リングを設置する工程と、前記遮水隔壁リング内に前記既設の新断面隔壁セグメントに連続させて新断面セグメントを組み立てる工程と、前記遮水隔壁リングを掘削機本体に結合する工程と、前記新断面セグメントを所定リング数宛順次組み立てる工程と、掘削機本体がトンネル新断面最終位置に到達した際に遮水隔壁リングを最終の新断面セグメントに結合する一方掘削機本体との結合を解く工程と、前記遮水隔壁リングと最終の新断面セグメントに連続させて通常断面セグメントを組み立てる工程と、前記通常断面セグメントを前記遮水隔壁リングと最終の新断面セグメントに結合する工程と、を備えたことを特徴とする。

また、前記遮水隔壁リングを設置する工程において、当該遮水隔壁リングを新断面隔壁セグメントに一時的に結合することを特徴とする。

また、前記遮水隔壁リングを設置する工程において、当該遮水隔壁リングを新断面隔壁セグメントに一時的に結合した後、その内周面にテールシール装置を取着することを特徴とする。

また、前記遮水隔壁リング内に新断面セグメントを組み立てる工程の後に、もう一段の遮水隔壁リングを設置し、当該遮水隔壁リングを既設の遮水隔壁リングと結合すると共に同既設の遮水隔壁リングに代えて掘削機本体に結合する工程を有することを特徴とする。

斯かる目的を達成するための本発明に係るトンネル掘削機は、既設の通常断面セグメントに反力をとる主推進ジャッキと既設の新断面セグメントに反力をとる副推進ジャッキを備えると共にスキンプレートの後端部にテールシール装置を備えた掘削機本体と、通常断面のトンネルから新断面のトンネルに変更する際に、前記スキンプレートの後端部に設置されると共にその内周面にテールシール装置を備えた遮水隔壁リングとを有し、前記遮水隔壁リングは、トンネル断面が変更されて余掘り部となった断面部分を埋めるべく大きさの筺体部と、この筺体部から延出されて新断面セグメントを囲繞すべく前記スキンプレートと新断面セグメントとの隙間に配される板状リング部とからなることを特徴とする。

また、前記遮水隔壁リングは、トンネル掘進方向に複数段に亙って設けられることを特徴とする。

本発明によれば、テールシール装置付きの特殊形状の遮水隔壁リングを掘削機本体の後端部に取り付け、掘進時に、この遮水隔壁リングを、逐次組み立てられる新断面セグメントに対し摺接させるようにしたので、掘削機本体の後端部に取り付けたテールシール装置との協働により、止水性を十分に確保しながら容易にトンネル断面の一部を縮幅等変更することができる。

以下、本発明に係るトンネル可変断面施工法及び該施工法に用いられるトンネル掘削機を実施例により図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例を示すトンネル掘削機の背面図、図２は図１のトンネル掘削機によるトンネル可変断面施工法の工程図、図３は同じく図１のトンネル掘削機によるトンネル可変断面施工法の工程図、図４は同じく図１のトンネル掘削機によるトンネル可変断面施工法の工程図、図５は図３のＢ−Ｂ線断面図、図６は図３のＣ−Ｃ線断面図、図７はテールシール部の各作動状態図である。

本実施例で説明するトンネル掘削機は、切羽及びチャンバ内に泥水を供給し、泥水圧で土圧及び水圧に対向しながら掘削土砂を泥水と共に排泥することで、切羽の安定化を図りながらトンネルを構築する泥水式シールド掘削機である。

この泥水式シールド掘削機は、図１に示すように、道路トンネルのランプ部等において、本機シールド坑に分岐シールド坑を省スペースで合流すべく、掘削機本体のスキンプレート１内に円形（通常断面）セグメントＳ１が組み立てられる円形断面のトンネルＴ１からＤ型（新断面）セグメントＳ２が組み立てられるＤ型断面のトンネルＴ２に一部縮幅するものである。

この際、前後方向（トンネルの掘進方向）に複数段（図示例では二段）に亙る鋼製の遮水隔壁リング２，３が用いられる。この遮水隔壁リング２，３は、トンネルが円形断面からＤ型断面に縮幅されて余掘り部となった断面部分を埋めるべく大きさの筺体部２ａ，３ａと、この筺体部２ａ，３ａから延出されてＤ型セグメントＳ２を囲繞すべくスキンプレート１とＤ型セグメントＳ２との隙間に配される板状リング部２ｂ、３ｂとからなる。また、遮水隔壁リング２，３の前後方向の長さ（厚み）は、各セグメントＳ１，Ｓ２の一リング分の長さと同等である。

円形断面のトンネルＴ１からＤ型断面のトンネルＴ２に移行する際は、図２及び図３に示す工程で施行され、Ｄ型断面のトンネルＴ２から円形断面のトンネルＴ１に移行する際は、図４に示す工程で施行される。

即ち、先ず、掘削機本体（スキンプレート１）がトンネル断面縮幅開始位置（トンネル新断面開始位置）に到達したら、円形セグメントＳ１用のシールドジャッキ（主推進ジャッキ）４とＤ型セグメントＳ２用のシールドジャッキ（副推進ジャッキ）５とを適宜の本数宛収縮しつつ、円形セグメントＳ１に連続させて、図示しないエレクタ装置等により、妻板と反力受けの機能を有したＤ型隔壁セグメント（ジョイントセグメント）Ｓ３を組み立てる。（以上、図２の（ａ）参照）

次に、円形セグメントＳ１用のシールドジャッキ４及びＤ型セグメントＳ２用のシールドジャッキ５を伸長させて掘削機本体（スキンプレート１）を前進させ、図示しないカッタヘッドの回転で切羽を掘削した後、円形セグメントＳ１用のシールドジャッキ４及びＤ型セグメントＳ２用のシールドジャッキ５を適宜の本数宛収縮しつつ、Ｄ型隔壁セグメントＳ３に連続させて、第一段目の遮水隔壁リング２を設置し、Ｄ型隔壁セグメントＳ３とボルト６で結合する。（以上、図２の（ｂ）、図７の（ａ）参照）

次に、遮水隔壁リング２の筺体部２ａ及び板状リング部２ｂの内面に、スキンプレート１の後端部に取着したテールシール装置７と同様の構造のテールシール装置８を取着した後、当該遮水隔壁リング２内に、Ｄ型隔壁セグメントＳ３に連続させて、Ｄ型セグメントＳ２を組み立てる。図示例では、Ｄ型セグメントＳ２は円形セグメントＳ１より若干小径に形成されている。テールシール装置７，８は、ワイヤブラシからなる帯状のものが前後方向に複数段（図示例では３段）に亙って設けられる公知のものである。（以上、図２の（ｂ）、図５参照）

次に、円形セグメントＳ１用のシールドジャッキ４及びＤ型セグメントＳ２用のシールドジャッキ５を伸長させて掘削機本体（スキンプレート１）を前進させ、カッタヘッドの回転で切羽を掘削した後、円形セグメントＳ１用のシールドジャッキ４及びＤ型セグメントＳ２用のシールドジャッキ５を適宜の本数宛収縮しつつ、遮水隔壁リング２に連続させて、第二段目の遮水隔壁リング３を設置し、掘削機本体（スキンプレート１）と固定ボルト９ａ，９ｂで固定する。固定ボルト９ａは結合用ボルトで、固定ボルト９ｂはクリアランス確保用ボルトであり、これらは対となって前後方向に複数箇所（図示例では、２箇所）に亙って設けられる。（以上、図３の（ｃ）、図７の（ａ）、図６参照）

次に、遮水隔壁リング２と遮水隔壁リング３とをボルト１０で結合した後、遮水隔壁リング３内にＤ型セグメントＳ２を、既設のＤ型セグメントＳ２に連続させて、組み立てる。その後、遮水隔壁リング２とＤ型隔壁セグメントＳ３とを結合するボルト６を取り外す。（以上、図３の（ｃ）、図７の（ａ）参照）

次に、円形セグメントＳ１用の内のＤ型セグメントＳ２に対応する、即ち遮水隔壁リング３の筺体部３ａに当接するものを除くシールドジャッキ４とＤ型セグメントＳ２用のシールドジャッキ５を伸長させると、掘削機本体（スキンプレート１）が前進してカッタヘッドの回転で切羽を掘削すると共に、遮水隔壁リング２と遮水隔壁リング３とが掘削機本体（スキンプレート１）と一体動してＤ型セグメントＳ２の外周面を摺接する。（以上、図３の（ｄ）、図７の（ｂ）参照）

次に、上記伸長した円形セグメントＳ１用のシールドジャッキ４及びＤ型セグメントＳ２用のシールドジャッキ５を適宜の本数宛収縮しつつ、遮水隔壁リング３内に形成された空間にＤ型セグメントＳ２を、既設のＤ型セグメントＳ２に連続させて、組み立てる。（以上、図３の（ｄ）参照）

以後、これを繰り返すことでＤ型断面のトンネルＴ２が築造される。尚、この際、余堀りされた空間部には裏込め剤が適宜注入される。

そして、掘削機本体（スキンプレート１）がトンネル断面縮幅最終位置（トンネル新断面最終位置）に到達したら、遮水隔壁リング３を固定板１１とボルト１２で最終のＤ型セグメントＳ２に結合する一方、遮水隔壁リング３と掘削機本体（スキンプレート１）とを固定する固定ボルト９ａ，９ｂを取り外す。（以上、図４の（ｅ）参照）

次に、円形セグメントＳ１用の全てのシールドジャッキ４及びＤ型セグメントＳ２用のシールドジャッキ５を伸長させて掘削機本体（スキンプレート１）を前進させ、カッタヘッドの回転で切羽を掘削した後、Ｄ型セグメントＳ２用のシールドジャッキ５の全てを最収縮する（使用済みとする）と共に円形セグメントＳ１用のシールドジャッキ４を適宜の本数宛収縮しつつ、遮水隔壁リング３及び最終のＤ型セグメントＳ２に連続させて、円形セグメント（ジョイントセグメント）Ｓ１を組み立てる。この際、遮水隔壁リング３及び最終のＤ型セグメントＳ２と円形セグメント（ジョイントセグメント）Ｓ１とはボルト１３で結合される。（以上、図４の（ｆ）、図７の（ｃ）参照）

以後、これを繰り返すことで円形断面のトンネルＴ１が再び築造される。

このようにして、本実施例では、円形断面のトンネルＴ１からＤ型断面のトンネルＴ２に移行する際には、余掘り部となった断面部分を埋めるべく大きさの筺体部２ａと、この筺体部２ａから延出されてＤ型セグメントＳ２を囲繞すべくスキンプレート１とＤ型セグメントＳ２との隙間に配される板状リング部２ｂとからなるテールシール装置８付きの特殊形状の遮水隔壁リング２を掘削機本体（スキンプレート１）の後端部に取り付け、掘進時に、この遮水隔壁リング２を、逐次組み立てられるＤ型セグメントＳ２に対し摺接させるようにしたので、掘削機本体（スキンプレート１）の後端部に取り付けたテールシール装置７との協働により、止水性を十分に確保しながら容易にトンネル断面の一部を縮幅することができる。

また、遮水隔壁リング３を設けて、二段構造により、遮水隔壁リング２を補強しているので、長期に亙り安定して止水性が確保される。尚、遮水隔壁リング２のみで十分に強度を保持できれば、遮水隔壁リング３は特に設けなくて良い。

また、Ｄ型断面のトンネルＴ２から円形断面のトンネルＴ１に移行する際には、遮水隔壁リング２及び３を地山に残すことで、トンネルの縮幅部における妻板として機能させられるので、新たにＤ型隔壁セグメントＳ３等を組み立てるとか、遮水隔壁リング２及び３を取り外すとかする必要がなく、施工性が一段と向上される。

また、遮水隔壁リング２を設置する際に、当該遮水隔壁リング２をＤ型隔壁セグメントＳ３にボルト６により一時的に結合するようにしたので、遮水隔壁リング２の位置決めが確実となり、その後のテールシール装置８の取着や遮水隔壁リング３の設置が容易になる。

尚、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることはいうまでもない。例えば、第一段目の遮水隔壁リング２が十分な強度を有していれば、第二段目の遮水隔壁リング３は特に用いなくても良い。また、本発明は、トンネルの通常断面は円形に限らないと共に縮幅等変更する新断面もＤ型に限らずその他の形状のものにも適用できる。さらに、本発明は、泥水式シールド掘削機を用いる例を示したが、土圧式シールド掘削機を用いて良い。

本発明の一実施例を示すトンネル掘削機の背面図である。 図１のトンネル掘削機によるトンネル可変断面施工法の工程図である。 同じく図１のトンネル掘削機によるトンネル可変断面施工法の工程図である。 同じく図１のトンネル掘削機によるトンネル可変断面施工法の工程図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。 図３のＣ−Ｃ線断面図である。 テールシール部の各作動状態図である。

符号の説明

１ スキンプレート（掘削機本体）
２ 第一段目の遮水隔壁リング
３ 第二段目の遮水隔壁リング
４ 円形セグメント用のシールドジャッキ（主推進ジャッキ）
５ Ｄ型セグメント用のシールドジャッキ（副推進ジャッキ）
６ ボルト
７ スキンプレート後端部のテールシール装置
８ 遮水隔壁リングのテールシール装置
９ａ，９ｂ 固定ボルト
１０ ボルト
１１ 固定板
１２ ボルト
１３ ボルト
Ｓ１ 円形セグメント
Ｓ２ Ｄ型セグメント
Ｓ３ Ｄ型隔壁セグメント
Ｔ１ 円形断面のトンネル
Ｔ２ Ｄ型断面のトンネル

Claims (6)

1. 掘削機本体がトンネル新断面開始位置に到達した際に既設の通常断面セグメントに連続させて妻板と反力受けの機能を有した新断面隔壁セグメントを組み立てる工程と、
   前記新断面隔壁セグメントに連続させてその内周面にテールシール装置を備えた遮水隔壁リングを設置する工程と、
   前記遮水隔壁リング内に前記既設の新断面隔壁セグメントに連続させて新断面セグメントを組み立てる工程と、
   前記遮水隔壁リングを掘削機本体に結合する工程と、
   前記新断面セグメントを所定リング数宛順次組み立てる工程と、
   掘削機本体がトンネル新断面最終位置に到達した際に遮水隔壁リングを最終の新断面セグメントに結合する一方掘削機本体との結合を解く工程と、
   前記遮水隔壁リングと最終の新断面セグメントに連続させて通常断面セグメントを組み立てる工程と、
   前記通常断面セグメントを前記遮水隔壁リングと最終の新断面セグメントに結合する工程と、
   を備えたことを特徴とするトンネル可変断面施工法。
2. 前記遮水隔壁リングを設置する工程において、当該遮水隔壁リングを新断面隔壁セグメントに一時的に結合することを特徴とする請求項１記載のトンネル可変断面施工法。
3. 前記遮水隔壁リングを設置する工程において、当該遮水隔壁リングを新断面隔壁セグメントに一時的に結合した後、その内周面にテールシール装置を取着することを特徴とする請求項１又は２記載のトンネル可変断面施工法。
4. 前記遮水隔壁リング内に新断面セグメントを組み立てる工程の後に、もう一段の遮水隔壁リングを設置し、当該遮水隔壁リングを既設の遮水隔壁リングと結合すると共に同既設の遮水隔壁リングに代えて掘削機本体に結合する工程を有することを特徴とする請求項１，２又は３記載のトンネル可変断面施工法。
5. 既設の通常断面セグメントに反力をとる主推進ジャッキと既設の新断面セグメントに反力をとる副推進ジャッキを備えると共にスキンプレートの後端部にテールシール装置を備えた掘削機本体と、
   通常断面のトンネルから新断面のトンネルに変更する際に、前記スキンプレートの後端部に設置されると共にその内周面にテールシール装置を備えた遮水隔壁リングとを有し、 前記遮水隔壁リングは、トンネル断面が変更されて余掘り部となった断面部分を埋めるべく大きさの筺体部と、この筺体部から延出されて新断面セグメントを囲繞すべく前記スキンプレートと新断面セグメントとの隙間に配される板状リング部とからなることを特徴とするトンネル掘削機。
6. 前記遮水隔壁リングは、トンネル掘進方向に複数段に亙って設けられることを特徴とする請求項５記載のトンネル掘削機。

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