JP2009174244A - トンネルの掘削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、鉄道の営業線の直下を掘削する施工方法の改良を目的とし、充分な土かぶりがない状態でも施工が可能な地下施工方法を提供することを目的とする。
【解決手段】上面に工事桁１２を支える支持アーム７と、上面より上方の土砂を掘削可能な掘削手段であるショベル８とを有する、トンネルを掘削するためのシールド掘進機６と、表面に電車が走行可能なようにレールが設けられた、鉄道のレールの長手方向に所定の長さを有する工事桁１２を用いてトンネルを掘削する方法である。工事桁１２の先端部付近の裏面を掘削予定の地山で支持し、支持地盤として安全な距離Ｌを保ちつつ、前記シールド掘進機６を作動させてその前面及び支持アーム７の前方の土砂を掘削し、支持部材７をスライド手段によりスライドさせながらシールド掘進機６を前進させ、シールド掘進機６が工事桁の先端部に近づいたときは、シールド掘進機６の前進を停止させる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、土かぶりの浅い場合の鉄道の地下化施工法のうち、トンネルの掘削方法に関するものである。

鉄道において、営業線を地下化する場合や駅改良に伴う地下工事は、両側に山留杭を打ち、それまでの営業線を工事桁で受け替えてから、線路下を掘削される。しかし、この工事を行うには十分な土かぶりを必要とするため、浅い土かぶりの場合、施工は困難になる。

また、シールド掘進機による掘削は一般に、掘削高さと同程度の土かぶりが必要とされている。下記特許文献１では、浅い土被りのシールド掘進機として掘削断面を二分割することにより土被りが掘削高さと同等以上ない場合の掘削も可能としているが、鉄道直下を掘削するときに、土かぶりが一切確保できない場合、施工は困難になる。従って、特許文献１のようなシールド掘進機を用いた場合であっても、鉄道の営業に用いるレールについては、トンネル工事を行っている箇所から離れた場所に移動して新たに敷設する必要があった。
特開２００５−１８０１７７号公報

本発明は、鉄道の営業線の直下を掘削する施工方法の改良を目的とし、さらに詳しくは、充分な土かぶりがない状態でも施工が可能な地下施工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のトンネル掘削方法は、トンネルを掘削するためのシールド掘進機と、鉄道のレールの長手方向に所定の長さを有する工事桁とを用いてトンネルを掘削するための方法である。

前記シールド掘進機は、上面に前記工事桁を支える支持部材と、上面より上方の土砂を掘削可能な掘削手段とを有し、前記工事桁は、表面に電車が走行可能なようにレールが設けられ、裏面に前記シールド掘進機の支持部材が長手方向にスライドできるようにスライド手段が設けられている。

そして、本発明のトンネル掘削方法は、施工予定のレールに代えて前記工事桁を電車が走行可能なように敷設すると共に、前記工事桁の先端部付近の裏面を掘削予定の地山で支持し、前記工事桁の後端部付近の裏面を前記支持部材で支持する支持工程と、前記工事桁の先端部付近の前記地山による支持を保った状態で、前記シールド掘進機を作動させてその前面及び前記支持部材の前方の土砂を掘削し、前記保持部材を前記スライド手段によりスライドさせながら前記シールド掘進機を前進させ、前記シールド掘進機が前記工事桁の先端部に近づいたときは、シールド掘進機の前進を停止させる掘削工程とを備えていることを特徴とする。

本発明のトンネルの掘削方法によれば、前記支持行程により前記工事桁が前記シールド
掘進機の支持部材と掘削予定の地山とにより長手方向の２箇所で保持されるため、前記掘削行程におけるシールド掘進機による掘削作業中に、土かぶりが浅く、掘削面付近の工事桁下方の地山が崩れてきた場合であっても、前記工事桁の表面にあるレールが歪むことはない。また、鉄道の営業時間中においても、前記シールド掘進機が前記支持部材により前記工事桁を支持しているため、前記工事桁に設けられたレール上を通過することができる。従って、従来のようにトンネル工事中にレールを他の箇所に移動させる必要がない。このように、本発明によれば、前記支持行程と、前記掘削行程とを繰り返すことにより、鉄道の地下のトンネル工事を行うことができる。

また、本発明のトンネル掘削方法においては、前記支持部材は前記シールド掘進機の幅方向に２箇所設けられており、前記スライド手段は、前記支持部材の幅と同一の幅で２箇所設けられた案内溝であり、前記掘削工程において、前記支持部材が前記案内溝に案内されてスライドされることが好ましい。このように、前記支持部材を２箇所とすることにより、前記工事桁を安定して支持することができる。また、前記スライド手段を案内溝とすることにより、簡易な構成で前記スライド手段を構成することができる。

また、本発明のトンネル掘削方法においては、前記シールド掘進機は、前面が上下２段に分かれており、上段に前記シールド掘進機の上面よりも上方に突出可能なショベルが設けられ、下段に全面で掘削が可能なカッタが設けられており、前記掘削工程において、前記ショベルにより前記上段の前面及び前記支持部材の前方の土砂を掘削し、前記カッタにより前記下段の前面の土砂を掘削することが好ましい。このように、前記シールド掘進機の上方は前記ショベルにより掘削できる。また、前記シールド掘進機の前方はシールド掘進機の幅及び高さ分だけ掘削できればよいので、前記シールド掘進機の下段は前記カッタとすることが好ましい。

また、前記トンネルの掘削方法に用いられるシールド掘進機は、前記支持部材を、前記工事桁の裏面を支える位置を上下方向に移動可能とすることが好ましい。レール等は、カーブの箇所等で高さが変化するものであるため、前記支持部材の位置を上下方向に移動可能とすることにより、このようなレール等の高さの変化にも容易に対応することができる。また、掘削の深度が変わる場合にも容易に対応することができる。

また、前記シールド掘進機の支持部材は、前記工事桁の裏面に当接する箇所に前記工事桁の長手方向に転がり自在なベアリングを備えていることが好ましい。このベアリングによって、前記掘削工程でのシールド掘進機の前進方向への抵抗を減少させることができる。

次に、本発明の鉄道の地下化施工法の実施形態の一例について、図を参照して説明する。図１は本発明のトンネルの掘削方法が行われる鉄道のすりつけ区間とトンネル掘削区間を示す説明図であり、図２は本発明のトンネル掘削方法のシールド掘進機による掘削開始位置を示す説明図であり、図３は本発明で使用されるシールド掘進機の説明図であり、図４は本発明で使用される工事桁を示す説明図であり、図５及び図６は本発明のトンネル掘削方法を示す説明図である。

本発明のトンネルの掘削方法は、鉄道を地下化する場合のトンネル部分１を施工する非開削工法である。地上からトンネルまでの区間をすりつけ区間２とする。そして、すりつけ区間２は開削工法で行うこととする。このとき、すりつけ区間の端部３を発進立坑４とする。発進立坑の側近に副立坑５を構築し、そこでシールド掘進機６の組立を行い、発進立坑４にスライドさせる。

シールド掘進機６は上下２段になっていて、上面には工事桁１２を支持するための支持アーム７が付属している。支持アームは油圧ジャッキにより伸縮が可能になっている。シールド掘進機６の上方はシールド内部より突出したショベル８により開放した状態で掘削し、下方はカッタ９により密閉した状態で掘削を行う。掘削土の排出はスクリューコンベア１０とベルトコンベア１１を用いて行う。

工事桁１２は上にレール１３が設置されているＰＣ桁を使用する。ＰＣ桁には掘進機より突出した支持アーム７で支持するための案内溝１４がついている。この案内溝１４の裏面には、支持アーム７が長手方向にスライドできるようにベアリングが設けられている。ＰＣ桁は、図５及び図６に示すように、２本つなげて使用する。２本のＰＣ桁は、中間で固定してある。

本発明のトンネルの掘削方法は、以下のように支持工程と掘削工程とを繰り返す施工方法である。まず、図５に示すように、ＰＣ桁２本分のレールを除去してＰＣ桁に置き換える。ＰＣ桁の先端部付近の裏面を掘削予定の地山で支持し、後端部付近の裏面をシールドから突出した支持アーム７で支持する。これにより、支持工程が終了する。

次に、掘削工程に移る。掘削工程では、図５及び図６に示すように、シールド掘進機６の上段にあるショベル８を使用してシールド掘進機６の上段の前面、及び支持アーム７の前面の土砂を掘削する。同時に、下段にあるカッタで９で下段の前面の土砂を掘削する。シールド掘進機６により組み立てられた後方の地下トンネルはセグメント１５の組み立てが終わった順に埋土し、埋土を完了した工事桁１２は、順にレールと枕木と置き換えていく。組み立てられたセグメント１５から反力を得ることによりシールド掘進機６は油圧ジャッキ１６により前進する。このとき、土かぶりが浅く、掘削面付近の工事桁１２下方の地山が崩れてきても、工事桁１２を２点で支持しているため、レールが歪むことはない。そして、図６に示すように、掘削が進んでＰＣ桁の先端部付近まで掘削され、支持地盤として安全な距離Ｌを残した状態となった時点でシールド掘進機６の作動を停止させる。このように、掘削を進めるにあたって支持地盤として安全な距離Ｌは必ず残すようにする。

次に、再度支持工程を行う。支持工程では、図５及び図６で使用したＰＣ桁以外の新たなＰＣ桁を用いて工事桁１２の延伸を行う。工事桁１２の延伸にはクレーンなどを使用する。本発明では、このように支持工程と掘削工程とを交互に行うことにより、トンネルの掘削を行うことができる。

なお、本発明においては、支持工程で、新たなＰＣ桁を用いて工事桁１２の延伸を行っているが、これに限らず、図６の状態から、後方のＰＣ桁を前方のＰＣ桁から分割し、前方のＰＣ桁の前方に配置するようにしてもよい。

本発明のトンネルの掘削方法が行われる鉄道のすりつけ区間とトンネル掘削区間を示す説明図 本発明のトンネル掘削方法のシールド掘進機による掘削開始位置を示す説明図 本発明で使用されるシールド掘進機の説明図 本発明で使用される工事桁を示す説明図 本発明のトンネル掘削方法を示す説明図 本発明のトンネル掘削方法を示す説明図

符号の説明

１ 本発明により施工可能となる区間
２ 開削工法によって施工されるすりつけ区間
３ すりつけ区間端部
４ 発進立坑
５ 副立坑
６ シールド掘進機
７ 支持アーム
８ ショベル
９ 掘削カッタ
１０ スクリューコンベア
１１ ベルトコンベア
１２ 工事桁
１３ レール
１４ 案内溝
１５ セグメント
１６ 油圧ジャッキ

Claims (8)

1. トンネルを掘削するためのシールド掘進機と、鉄道のレールの長手方向に所定の長さを有する工事桁とを用いてトンネルを掘削するための方法であって、
   前記シールド掘進機は、上面に前記工事桁を支える支持部材と、上面より上方の土砂を掘削可能な掘削手段とを有し、
   前記工事桁は、表面に電車が走行可能なようにレールが設けられ、裏面に前記シールド掘進機の支持部材が長手方向にスライドできるようにスライド手段が設けられており、
   施工予定のレールに代えて前記工事桁を電車が走行可能なように敷設すると共に、前記工事桁の先端部付近の裏面を掘削予定の地山で支持し、前記工事桁の後端部付近の裏面を前記支持部材で支持する支持工程と、
   前記工事桁の先端部付近の前記地山による支持を保った状態で、前記シールド掘進機を作動させてその前面及び前記支持部材の前方の土砂を掘削し、前記保持部材を前記スライド手段によりスライドさせながら前記シールド掘進機を前進させ、前記シールド掘進機が前記工事桁の先端部に近づいたときは、シールド掘進機の前進を停止させる掘削工程とを備えていることを特徴とするトンネルの掘削方法。
2. 前記支持部材は前記シールド掘進機の幅方向に２箇所設けられており、
   前記スライド手段は、前記支持部材の幅と同一の幅で２箇所設けられた案内溝であり、
   前記掘削工程において、前記支持部材が前記案内溝に案内されてスライドされることを特徴とする請求項１に記載のトンネルの掘削方法。
3. 前記工事桁は、第１工事桁と第２工事桁が長手方向に着脱自在に連結されたものであり、
   前記掘削工程を、前記支持部材が前記第１又は第２の工事桁のいずれか後方に配置された一方の工事桁を通過して他方の工事桁を支持する状態まで行い、
   その後、前記支持工程において、前記一方の工事桁を前記他方の工事桁の前方に移設することを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネルの掘削方法。
4. 前記シールド掘進機は、前面が上下２段に分かれており、上段に前記シールド掘進機の上面よりも上方に突出可能なショベルが設けられ、下段に全面で掘削が可能なカッタが設けられており、
   前記掘削工程において、前記ショベルにより前記上段の前面及び前記支持部材の前方の土砂を掘削し、前記カッタにより前記下段の前面の土砂を掘削することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のトンネルの掘削方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のトンネルの掘削方法に用いられるシールド掘進機。
6. 前記シールド掘進機の支持部材は、前記工事桁の裏面を支える位置を上下方向に移動可能としたことを特徴とする請求項５に記載のシールド掘進機。
7. 前記シールド掘進機の支持部材は、前記工事桁の裏面に当接する箇所に前記工事桁の長手方向に転がり自在なベアリングを備えていることを特徴とする請求項５又は６に記載のシールド掘進機。
8. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のトンネルの掘削方法に用いられる工事桁。