JP2013234504A - 既設トンネルの拡幅装置及び拡幅工法 - Google Patents
既設トンネルの拡幅装置及び拡幅工法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】装置のコンパクト化によりコストダウンが図れると共に汎用性に優れた既設トンネルの拡幅装置及び拡幅工法を提供する。
【解決手段】既設トンネル１０のエントランス１１内をトンネルの径方向へ前進可能な装置本体１３と、装置本体を前進させるべく既設トンネル内に設置される推進ジャッキ１４と、装置本体内を仕切る隔壁１７にシール装置１９Ａ，１９Ｂを介して上下方向への揺動と左右方向への移動が可能に貫通支持された伸縮可能なカッター支持筒１８Ａ，１８Ｂと、カッター支持筒を上下方向へ揺動可能に枢支しつつ装置本体に左右方向への移動が可能に支持されたサドル部材２０Ａ，２０Ｂと、カッター支持筒を揺動させるスイングジャッキ２５と、サドル部材を移動させるスライドジャッキ２６ａ，２６ｂと、カッター支持筒の先端部に取着されたドラムカッター２７Ａ，２７Ｂと、隔壁前方の装置本体内の掘削土砂を取り込む排出コンベア３５とを備えた。
【選択図】図１
【解決手段】既設トンネル１０のエントランス１１内をトンネルの径方向へ前進可能な装置本体１３と、装置本体を前進させるべく既設トンネル内に設置される推進ジャッキ１４と、装置本体内を仕切る隔壁１７にシール装置１９Ａ，１９Ｂを介して上下方向への揺動と左右方向への移動が可能に貫通支持された伸縮可能なカッター支持筒１８Ａ，１８Ｂと、カッター支持筒を上下方向へ揺動可能に枢支しつつ装置本体に左右方向への移動が可能に支持されたサドル部材２０Ａ，２０Ｂと、カッター支持筒を揺動させるスイングジャッキ２５と、サドル部材を移動させるスライドジャッキ２６ａ，２６ｂと、カッター支持筒の先端部に取着されたドラムカッター２７Ａ，２７Ｂと、隔壁前方の装置本体内の掘削土砂を取り込む排出コンベア３５とを備えた。
【選択図】図１
Description
本発明は、既設トンネルの断面を一部拡幅する既設トンネルの拡幅装置及び拡幅工法に関するものである。
道路トンネルの分岐・合流部や非常駐車帯等を構築する際には、既設トンネルの断面を一部拡幅させる（例えばφ約１２ｍ→φ約１８ｍ）必要がある。このような拡幅工法として、従来、例えば、図７に示すようなものがある（特許文献１参照）。
これは、セグメント切拡げ工法であって、先ず、同図（ａ）に示したように、一次覆工時に刃口セグメントｆを含む特殊セグメントgを組み込んでおき、次いで、同図(ｂ)に示したように、刃口セグメントｆに泥水還流装置（図示せず）を取り付け、掘削機本体ｈを定位置にセットする。
次いで、同図(ｃ)に示したように、拡張装置付きカッターｉを刃口セグメントｆに貫入し、泥水掘削をしながらボックスフレームｊを所定の位置まで圧入していって拡幅する。
この拡幅は１リング毎に行ない、反対側も同様に行って、最後にボックスフレームｊの側板を撤去し、二次覆工ｋにより同図(ｄ)に示したような拡巾トンネルを構築するのである。
ところが、前述したような拡幅工法にあっては、拡張装置付きカッターｉが掘削機本体ｈに対し拡張装置により単に進退可能に設けられているため、拡副部の掘削範囲は拡張装置付きカッターｉの大きさ及び個数によって決まり、大きな掘削範囲が必要な場合は拡張装置付きカッターｉをそれだけ大径化したり個数を増大したりしなければならず、装置が大掛かりになってコストアップを招来するという問題点があった。
本発明は、このような実情に鑑み提案されたもので、装置のコンパクト化によりコストダウンが図れると共に汎用性に優れた既設トンネルの拡幅装置及び拡幅工法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既設トンネルの拡幅装置は、
既設トンネルの内壁に設置されたエントランス内をトンネルの径方向へ少なくとも前進可能な筒状の装置本体と、
前記装置本体を前進させるべく前記既設トンネル内に設置される複数本の推進ジャッキと、
前記装置本体内を前後方向へ仕切る隔壁にシール装置を介して上下方向へ揺動可能でかつ左右方向へ移動可能に貫通支持された伸縮可能なカッター支持筒と、
前記カッター支持筒の隔壁後方の筒軸方向中間部を上下方向へ揺動可能に枢支しつつ装置本体に左右方向へ移動可能に支持されたサドル部材と、
前記カッター支持筒を上下方向に揺動させる第１の駆動手段と、
前記サドル部材を左右方向に移動させる第２の駆動手段と、
前記カッター支持筒の隔壁前方に位置する先端部に取着されたドラムカッターと、
前記隔壁に吸込口を貫通させて隔壁前方の装置本体内の掘削土砂を取り込む排出コンベアと、
を備えたことを特徴とする。
既設トンネルの内壁に設置されたエントランス内をトンネルの径方向へ少なくとも前進可能な筒状の装置本体と、
前記装置本体を前進させるべく前記既設トンネル内に設置される複数本の推進ジャッキと、
前記装置本体内を前後方向へ仕切る隔壁にシール装置を介して上下方向へ揺動可能でかつ左右方向へ移動可能に貫通支持された伸縮可能なカッター支持筒と、
前記カッター支持筒の隔壁後方の筒軸方向中間部を上下方向へ揺動可能に枢支しつつ装置本体に左右方向へ移動可能に支持されたサドル部材と、
前記カッター支持筒を上下方向に揺動させる第１の駆動手段と、
前記サドル部材を左右方向に移動させる第２の駆動手段と、
前記カッター支持筒の隔壁前方に位置する先端部に取着されたドラムカッターと、
前記隔壁に吸込口を貫通させて隔壁前方の装置本体内の掘削土砂を取り込む排出コンベアと、
を備えたことを特徴とする。
また、
前記シール装置は、
前記カッター支持筒の上下方向の揺動と左右方向の移動を許容する開口を有して前記隔壁に空けられた取付孔に固定された円弧状のガイド板と、
前記ガイド板の裏面に摺接されて同ガイド板の開口を常時閉塞し得ると共に、その中央部に設けた球面軸受部と前記カッター支持筒外周に設けた球形のジャーナル部とで同カッター支持筒を貫通支持する閉塞板と、
前記閉塞板の裏面を装置本体側から常時前方へ押圧するガイドフレームと、
からなることを特徴とする。
前記シール装置は、
前記カッター支持筒の上下方向の揺動と左右方向の移動を許容する開口を有して前記隔壁に空けられた取付孔に固定された円弧状のガイド板と、
前記ガイド板の裏面に摺接されて同ガイド板の開口を常時閉塞し得ると共に、その中央部に設けた球面軸受部と前記カッター支持筒外周に設けた球形のジャーナル部とで同カッター支持筒を貫通支持する閉塞板と、
前記閉塞板の裏面を装置本体側から常時前方へ押圧するガイドフレームと、
からなることを特徴とする。
また、前記ガイドフレームは油圧ジャッキにより押圧されることを特徴とする。
また、
前記カッター支持筒及びドラムカッターは前記隔壁にトンネル高さ方向に複数段に亘って設けられることを特徴とする。
前記カッター支持筒及びドラムカッターは前記隔壁にトンネル高さ方向に複数段に亘って設けられ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既設トンネルの拡幅工法は、
前記既設トンネルの拡幅装置を用いて既設トンネルを拡幅する際に、装置本体と推進ジャッキとの間にリング状の覆工部材を継ぎ足しながら当該装置本体を前進させることを特徴とする。
前記既設トンネルの拡幅装置を用いて既設トンネルを拡幅する際に、装置本体と推進ジャッキとの間にリング状の覆工部材を継ぎ足しながら当該装置本体を前進させることを特徴とする。
本発明に係る既設トンネルの拡幅装置によれば、カッター支持筒の伸長に加えて上下方向の揺動と左右方向の移動によりドラムカッターによる掘削範囲の増大が図られるので、ドラムカッターの大きさ及び個数の削減が可能となり、装置のコンパクト化によりコストダウンが図れる。また、閉塞板はその中央部に設けた球面軸受部とカッター支持筒外周に設けた球形のジャーナル部とでカッター支持筒を貫通支持するので、シール性を保持しつつカッター支持筒の上下方向の揺動と左右方向の移動を簡単な構造で許容することができる。
本発明に係る既設トンネルの拡幅工法によれば、カッター支持筒の伸縮如何に拘わらず装置本体を任意に前進させて拡幅長さの増大が図れ、汎用性が高まる。
以下、本発明に係る既設トンネルの拡幅装置及び拡幅工法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拡幅装置の側断面図、図２は拡幅装置の正面図、図３は拡幅装置の要部拡大斜視図、図４はドラムカッターの左右方向移動の作用説明図、図５は図４の(ｂ)のＶ−Ｖ線断面図、図６はドラムカッターの上下方向揺動の作用説明図である。
図１及び図２に示すように、断面が円形の既設トンネル１０の内壁一部（拡幅部）に断面が矩形（縦長）のエントランス１１が設置され、このエントランス１１の内周面にはエントランスパッキン１２が取着されている。
そして、エントランス１１内には、当該エントランス１１と断面形状が相似形の筒状の装置本体１３が既設トンネル１０の径方向（図１中左右方向）へ前進（及び後退）可能に嵌装される。この装置本体１３を前進させる複数本の推進ジャッキ１４が既設トンネル１３内の架台１５上に反力受けとなる支持枠１６を介して横向きに設置される。
前記装置本体１３には、当該装置本体１３内を前後方向へ仕切る隔壁１７が設けられ、この隔壁１７に上，下二段に亘ってカッター支持筒１８Ａ，１８Ｂがそれぞれシール装置１９Ａ，１９Ｂを介して貫通支持される。
そして、前記各カッター支持筒１８Ａ，１８Ｂは、その隔壁１７後方の筒軸方向中間部にて上下方向への揺動が可能にサドル部材２０Ａ,２０Ｂに枢支（枢支点Ｏ1，Ｏ2参照）されている。
前記各サドル部材２０Ａ,２０Ｂは、図３に示すように、左右一対の倒Ｔ字状のブラケット２１ａ,２１ｂとこれらブラケット２１ａ,２１ｂの上端部間と下端部間を連結する上下一対のガイド筒２２ａ,２２ｂとからなり、これらガイド筒２２ａ,２２ｂが装置本体１３の左右両部間に水平に架設された上下一対の支軸２３ａ,２３ｂ上をそれぞれスライド（左右方向への移動が）可能に嵌装されている。
また、前記各カッター支持筒１８Ａ，１８Ｂは、内筒２４ａと外筒２４ｂとからなる二重筒で形成され、図示しない伸縮機構により内筒２４ａが外筒２４ｂに対して伸縮可能になっている。
そして、前記各カッター支持筒１８Ａ，１８Ｂにおける外筒２４ｂの隔壁１７後方の筒軸方向中間部と前記各サドル部材２０Ａ,２０Ｂにおける上ガイド筒２２ａとの間に、各カッター支持筒１８Ａ，１８Ｂを上下方向に揺動させるスイングジャッキ（第１の駆動手段）２５が介装されると共に、前記各サドル部材２０Ａ,２０Ｂにおける上下一対のガイド筒２２ａ,２２ｂと装置本体１３との間に、各サドル部材２０Ａ,２０Ｂを左右方向に移動させる上下一対のスライドジャッキ（第２の駆動手段）２６ａ,２６ｂが介装される。
また、前記隔壁１７前方に位置する内筒２４ａの先端部に、装置本体１３の前進方向に沿った垂直面内で回転する（図１中反時計方向に回転する）ドラムカッター（通称パドルカッター）２７Ａ，２７Ｂが取着される。
このドラムカッター２７Ａ，２７Ｂは、内蔵された図示しないモータで回転可能になっているが、カッター支持筒１８Ａ，１８Ｂ側に設けたモータの回転力がギア機構等の動力伝達手段を介して伝達されることで回転する構成でも良い。
前記シール装置１９Ａ，１９Ｂは、各カッター支持筒１８Ａ，１８Ｂの上下方向の揺動と左右方向の移動を許容する開口２８ａを有して前記隔壁１７に空けられた上下一対の取付孔１７ａ,１７ｂの縁部にそれぞれ固定された円弧状のガイド板２８と、このガイド板２８の裏面に摺接されて同ガイド板２８の開口２８ａを常時閉塞し得ると共に、その中央部に設けた球面軸受部２９とカッター支持筒１８Ａ，１８Ｂにおける外筒２４ｂの外周に設けた球形のジャーナル部３０とでカッター支持筒１８Ａ，１８Ｂを貫通支持する円弧状の閉塞板３１（前記ガイド板２８と同じ曲率半径を有する）と、この閉塞板３１の裏面を装置本体１３側から常時前方へ押圧するガイドフレーム３２とからなる。
図示例では、前記ガイドフレーム３２は四角枠状に形成されてその背後に取り付けられた複数本の油圧ジャッキ３３を介して装置本体１３側に固設された取付板３４側から常時閉塞板３１の裏面側を押圧して当該閉塞板３１の表面側をガイド板２８の裏面側に圧接させている。
そして、前記隔壁１７の図１中下部に吸込口３５ａを貫通させて隔壁１７前方の装置本体１３内の掘削土砂を取り込む排出コンベア３５が装置本体１３内の左，右両部に二本設置される。
このように構成されるため、既設トンネル１０の所定の拡幅部位を拡幅する際には、先ず、予め既設トンネル１０の内壁に設置されたエントランス１１内に拡幅装置の装置本体１３を嵌装する。この装置本体１３の嵌装前後に必要に応じて既設トンネル１０の拡幅部４０における既設の覆工部材（セグメント等）を取り除く。
次に、装置本体１３内に、ドラムカッター２７Ａ，２７Ｂ付きのカッター支持筒１８Ａ，１８Ｂを、シール装置１９Ａ，１９Ｂ及びサドル部材２０Ａ，２０Ｂを介して、スイングジャッキ２５とスライドジャッキ２６ａ，２６ｂと共に組み付けると共に、排出コンベア３５をセットする。
その後、既設トンネル１０内に設置した架台１５上に支持枠１６を介して複数本の推進ジャッキ１４を取り付けて拡幅のための準備が終了する。
この準備が終了した状態から、各ドラムカッター２７Ａ，２７Ｂを図示しないモータ駆動により回転させると共にスイングジャッキ２５の伸縮により各カッター支持筒１８Ａ，１８Ｂを枢支点Ｏ1，Ｏ2を中心に上下方向に揺動させながら、図示しない伸縮機構により各カッター支持筒１８Ａ，１８Ｂ（厳密には内筒２４ａ）を適宜伸長させて拡幅部位における切羽の掘削を開始する。
各カッター支持筒１８Ａ，１８Ｂを最大限に伸長して、例えば、図６の(ａ)〜(ｃ)に示すような鉛直面における掘削断面Ｄでの掘削が終了したら、今度は、各ドラムカッター２７Ａ，２７Ｂの回転、揺動を停止して各カッター支持筒１８Ａ，１８Ｂを収縮し、各ドラムカッター２７Ａ，２７Ｂを既設トンネル１０内に引き込む。
この状態から、スライドジャッキ２６ａ，２６ｂを例えば収縮し、サドル部材２０Ａ，２０Ｂを介して各カッター支持筒１８Ａ，１８Ｂを左方向へ移動させた後、上述した掘削方法と同様の掘削方法で掘削することで、図４の(ａ)に示すように、水平面内での掘削エリアを左右方向へＡからＢへと拡大できる一方、この後スライドジャッキ２６ａ，２６ｂを例えば伸長し、サドル部材２０Ａ，２０Ｂを介して各カッター支持筒１８Ａ，１８Ｂを右方向へ移動させた後、上述した掘削方法と同様の掘削方法で掘削することで、図４の(ｂ)に示すように、水平面内での掘削エリアを左右方向へＡ＋ＢからＣへと拡大できる。
掘削された土砂は装置本体１３内の下部に取り込まれ、取り込まれた掘削土砂は排出コンベア３５により装置本体１３外に排出され、図示しない排出手段により外部に排出される。この際、隔壁１７におけるカッター支持筒１８Ａ，１８Ｂの貫通部は、シール装置１９Ａ，１９Ｂのガイド板２８における開口２８ａが、図４〜図６に示すように、カッター支持筒１８Ａ，１８Ｂの上下方向の揺動及び左右方向の移動の下にあっても、閉塞板３１の球面軸受部２９とカッター支持筒１８Ａ，１８Ｂの球形のジャーナル部３０との係合により、閉塞板３１で常時閉塞されるので、既設トンネル１０内への浸水等は確実に阻止される。また、エントランス１１においては、エントランスパッキン１２により、既設トンネル１０内への浸水等は確実に阻止される。
この後、全ての推進ジャッキ１４を伸長させて装置本体１３を前進させ、掘削を推し進めることで所定の長さの拡幅部４０が掘削される。即ち、既設トンネル１０の拡幅部位において所定の幅に亘って拡幅されるのである。この際、全ての推進ジャッキ１４の最大ストローク後、所要の推進ジャッキ１４を一本毎あるいは数本纏めて順次収縮し、これにより出来た装置本体１３との間隙に押管等（リング状の覆工部材）を挿入することで、拡幅部４０長さの増大を図っても良い。
このように本実施例によれば、カッター支持筒１８Ａ，１８Ｂの伸長に加えて上下方向の揺動と左右方向の移動によりドラムカッター２７Ａ，２７Ｂによる掘削範囲の増大が図られるので、ドラムカッター２７Ａ，２７Ｂの大きさ及び個数の削減が可能となり、拡幅装置のコンパクト化によりコストダウンが図れる。
また、閉塞板３１はその中央部に設けた球面軸受部２９とカッター支持筒１８Ａ，１８Ｂ外周に設けた球形のジャーナル部３０とでカッター支持筒１８Ａ，１８Ｂを貫通支持するので、シール性を保持しつつカッター支持筒１８Ａ，１８Ｂの上下方向の揺動と左右方向の移動を簡単な構造で許容することができる。
また、カッター支持筒１８Ａ，１８Ｂの伸縮如何に拘わらず、押管等を挿入あるいは継ぎ足すことで、装置本体１３を任意に前進させて拡幅長さの増大が図れるので、汎用性も高まる。
尚、上述した拡幅装置を既設トンネル１０の長手方向に盛り替えて既設トンネル１０の長手方向へ所定長さに亘って拡幅部４０を形成するようにしても良いことは言うまでもない。
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カッター支持筒及びドラムカッターをトンネル高さ方向に３段以上設ける等各種変更が可能であることはいうまでもない。
１０ 既設トンネル
１１ エントランス
１２ エントランスパッキン
１３ 装置本体
１４ 推進ジャッキ
１５ 架台
１６ 支持枠
１７ 隔壁
１８Ａ，１８Ｂ カッター支持筒
１９Ａ，１９Ｂ シール装置
２０Ａ，２０Ｂ サドル部材
２１ａ，２１ｂ ブラケット
２２ａ，２２ｂ ガイド筒
２３ａ，２３ｂ 支軸
２４ａ 内筒
２４ｂ 外筒
２５ スイングジャッキ
２６ａ，２６ｂ スライドジャッキ
２７Ａ，２７Ｂ ドラムカッター
２８ ガイド板
２８ａ 開口
２９ 球面軸受部
３０ ジャーナル部
３１ 閉塞板
３２ ガイドフレーム
３３ 油圧ジャッキ
３４ 取付板
３５ 排出コンベア
３５ａ 吸込口
４０ 拡幅部
Ａ，Ｂ，Ｃ 掘削エリア
Ｄ 鉛直面における掘削断面
Ｏ1，Ｏ2 カッター支持筒の枢支点
１１ エントランス
１２ エントランスパッキン
１３ 装置本体
１４ 推進ジャッキ
１５ 架台
１６ 支持枠
１７ 隔壁
１８Ａ，１８Ｂ カッター支持筒
１９Ａ，１９Ｂ シール装置
２０Ａ，２０Ｂ サドル部材
２１ａ，２１ｂ ブラケット
２２ａ，２２ｂ ガイド筒
２３ａ，２３ｂ 支軸
２４ａ 内筒
２４ｂ 外筒
２５ スイングジャッキ
２６ａ，２６ｂ スライドジャッキ
２７Ａ，２７Ｂ ドラムカッター
２８ ガイド板
２８ａ 開口
２９ 球面軸受部
３０ ジャーナル部
３１ 閉塞板
３２ ガイドフレーム
３３ 油圧ジャッキ
３４ 取付板
３５ 排出コンベア
３５ａ 吸込口
４０ 拡幅部
Ａ，Ｂ，Ｃ 掘削エリア
Ｄ 鉛直面における掘削断面
Ｏ1，Ｏ2 カッター支持筒の枢支点
Claims (5)
- 既設トンネルの内壁に設置されたエントランス内をトンネルの径方向へ少なくとも前進可能な筒状の装置本体と、
前記装置本体を前進させるべく前記既設トンネル内に設置される複数本の推進ジャッキと、
前記装置本体内を前後方向へ仕切る隔壁にシール装置を介して上下方向へ揺動可能でかつ左右方向へ移動可能に貫通支持された伸縮可能なカッター支持筒と、
前記カッター支持筒の隔壁後方の筒軸方向中間部を上下方向へ揺動可能に枢支しつつ装置本体に左右方向へ移動可能に支持されたサドル部材と、
前記カッター支持筒を上下方向に揺動させる第１の駆動手段と、
前記サドル部材を左右方向に移動させる第２の駆動手段と、
前記カッター支持筒の隔壁前方に位置する先端部に取着されたドラムカッターと、
前記隔壁に吸込口を貫通させて隔壁前方の装置本体内の掘削土砂を取り込む排出コンベアと、
を備えたことを特徴とする既設トンネルの拡幅装置。 - 前記シール装置は、
前記カッター支持筒の上下方向の揺動と左右方向の移動を許容する開口を有して前記隔壁に空けられた取付孔に固定された円弧状のガイド板と、
前記ガイド板の裏面に摺接されて同ガイド板の開口を常時閉塞し得ると共に、その中央部に設けた球面軸受部と前記カッター支持筒外周に設けた球形のジャーナル部とで同カッター支持筒を貫通支持する閉塞板と、
前記閉塞板の裏面を装置本体側から常時前方へ押圧するガイドフレームと、
からなることを特徴とする請求項１に記載の既設トンネルの拡幅装置。 - 前記ガイドフレームは油圧ジャッキにより押圧されることを特徴とする請求項２に記載の既設トンネルの拡幅装置。
- 前記カッター支持筒及びドラムカッターは前記隔壁にトンネル高さ方向に複数段に亘って設けられることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の既設トンネルの拡幅装置。
- 前記請求項１乃至４の何れか一つに記載の既設トンネルの拡幅装置を用いて既設トンネルを拡幅する際に、装置本体と推進ジャッキとの間にリング状の覆工部材を継ぎ足しながら当該装置本体を前進させることを特徴とする既設トンネルの拡幅工法。
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Also Published As
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|---|---|
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