JP2017145641A - Reinforcement method of existing tunnel and tunnel reinforcement device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、既設トンネルの補強方法およびトンネル補強装置に関する。 The present invention relates to a method for reinforcing an existing tunnel and a tunnel reinforcing device.
老朽化した既設トンネルを補強する場合には、トンネルの内空側から補強するのが一般的である。例えば、トンネルの内壁面に沿って内巻きコンクリートを打設する補強方法や、繊維シートや鋼板等を貼着する補強方法等がある。また、トンネル内または地上から地盤改良を行うことで、トンネルの周辺地盤を補強する場合もある。
ところが、トンネル内からトンネル覆工を補強すると、トンネルの内空が狭くなるので、トンネルの機能が低下するおそれがある。また、トンネル内において補強作業を実施する際にはトンネルの使用を停止する必要がある。また、地上からの地盤改良は、トンネルの深度によっては、作業に手間がかかるとともに建設コストが嵩む。さらに、地上からの地盤改良は、地上部に作業スペースが確保できる場合に限られる。
In order to reinforce an old tunnel, it is common to reinforce it from the inside of the tunnel. For example, there are a reinforcing method in which inner concrete is placed along the inner wall surface of the tunnel, a reinforcing method in which a fiber sheet, a steel plate, or the like is attached. In addition, the ground around the tunnel may be reinforced by improving the ground from inside the tunnel or from the ground.
However, if the tunnel lining is reinforced from within the tunnel, the tunnel interior becomes narrower and the function of the tunnel may be degraded. Also, when performing reinforcement work in the tunnel, it is necessary to stop using the tunnel. In addition, ground improvement from the ground takes work and increases construction costs depending on the depth of the tunnel. Furthermore, ground improvement from the ground is limited to the case where a working space can be secured on the ground.
そのため、本出願人は、既設トンネルの外周と同程度の中空部を有した中空掘削機を、この中空掘削機の外部に取り付けた補助シールド掘削機によって牽引することで、既設トンネルの周囲を掘削する既設トンネルの補強方法を開発した(特許文献1参照)。掘削により既設トンネルの周囲に形成された空間には、グラウト、モルタルまたはコンクリート等、硬化後に所定の強度を発現する充填材を充填する。 Therefore, the present applicant excavated around the existing tunnel by towing a hollow excavator having a hollow portion of the same extent as the outer periphery of the existing tunnel with an auxiliary shield excavator attached to the outside of the hollow excavator. A method for reinforcing existing tunnels has been developed (see Patent Document 1). A space formed around the existing tunnel by excavation is filled with a filler that develops a predetermined strength after curing, such as grout, mortar, or concrete.
特許文献1に記載の既設トンネルの補強方法は、地山と既設トンネルとの間に充填する充填材の強度発現までに時間を要し、さらには、引張補強効果の少ない補強方法であった。また、地山と既設トンネルとの間に打設された充填材により補強する構造のため、地山状況によっては十分な止水性を確保できないおそれがあった。そのため、より早く引張補強効果が見込め、かつ、より優れた止水性を有する補強方法が求められていた。
このような観点から、本発明は、より優れた引張補強効果および確実な止水効果を早期に得られる既設トンネルの補強方法およびトンネル補強装置を提案することを課題とする。
The method for reinforcing an existing tunnel described in
From such a viewpoint, an object of the present invention is to propose an existing tunnel reinforcement method and a tunnel reinforcement device that can obtain a more excellent tensile reinforcement effect and a reliable water stop effect at an early stage.
前記課題を解決するための本発明の既設トンネルの補強方法は、既設トンネルの周囲を掘削するとともに前記既設トンネルの周囲をシールド機で覆う掘進工程と、前記既設トンネルの外面を覆う新設セグメントリングを前記シールド機内において形成する組立工程と、前記既設トンネルの外面と前記新設セグメントリングとの隙間に充填材を充填するとともに前記新設セグメントリングの外面と地山との隙間に裏込め材を注入する充填工程とを備えることを特徴としている。
かかる既設トンネルの補強方法によれば、既設トンネルの外周囲に新設セグメントリングを組み立てることにより既設トンネルを補強するため、早期に補強効果(優れた引張効果および止水効果)を得ることができる。また、トンネルの外側から補強を行うため、既設トンネルの供用を停止する必要もない。
前記掘進工程において前記既設トンネルに沿って補助トンネルを形成することで、前記組立工程で組み立てる新設セグメントリングの補強セグメントを輸送することができる。
前記組立工程において前記補強セグメントを前記既設トンネルの外周に沿って移動させながら組み立てることで、限られた空間内における新設セグメントリングを形成が可能となる。
A method for reinforcing an existing tunnel according to the present invention for solving the above-described problems includes an excavation step of excavating the periphery of the existing tunnel and covering the periphery of the existing tunnel with a shield machine, and a new segment ring that covers the outer surface of the existing tunnel. An assembly process formed in the shield machine, and filling that fills the gap between the outer surface of the existing tunnel and the new segment ring and injects a backfill material into the gap between the outer surface of the new segment ring and the ground And a process.
According to such a method for reinforcing an existing tunnel, the existing tunnel is reinforced by assembling a new segment ring around the outer periphery of the existing tunnel, so that a reinforcing effect (excellent tensile effect and water stop effect) can be obtained at an early stage. Moreover, since reinforcement is performed from the outside of the tunnel, it is not necessary to stop the use of the existing tunnel.
By forming the auxiliary tunnel along the existing tunnel in the excavation process, it is possible to transport the reinforcing segment of the new segment ring assembled in the assembly process.
By assembling while moving the reinforcing segment along the outer periphery of the existing tunnel in the assembling step, it is possible to form a new segment ring in a limited space.
また、本発明のトンネル補強装置は、既設トンネルを挿通可能な中空部を有する筒状の本体部と、前記本体部の先端に設けられた掘削手段と、前記本体部の内側空間に設けられた推進手段と、前記本体部の内側空間の先端側および後端側に設けられた止水手段と、前記本体部の外部に取り付けられた補助シールド機とを備えるものであって、前記既設トンネルの外周囲に組み立てる補強セグメントを前記補助シールド機から前記本体部内へ搬入することが可能となるように、前記補助シールド機の切羽側端部において前記本体部および前記補助シールド機にそれぞれ挿通孔が形成されていることを特徴としている。
かかるトンネル補強装置を利用することで、既設トンネルを外側から補強することが可能となる。そのため、供用中の既設トンネルの使用を停止する必要がない。
前記既設トンネルの外周に沿って回転可能なリング状の組立ガイドを備えていることで、補強セグメントを回転させながら新設セグメントリングを形成することが可能となる。
前記本体部が、筒状の前胴と、切羽側端部が前記前胴の後部に内挿された筒状の後胴とを備えており、前記後胴が引きジャッキを介して前記前胴に対して進退可能に設けられていて、前記後胴に前記挿通孔が形成されている場合には、より安全に、新設セグメントリングの組み立ておよび既設トンネルの外周囲の掘進を行うことができる。
前記掘削手段が前記既設トンネルの外周に沿って回転可能に設けられたカッター部を有しており、前記補助シールド機に配設された回転機構によって前記カッター部に回転力を付与する場合には、本体部の構成が簡易となり、ひいては、既設トンネル外周囲の掘削断面積を小さくすることができる。
Further, the tunnel reinforcement device of the present invention is provided in a cylindrical main body having a hollow portion through which an existing tunnel can be inserted, excavation means provided at a tip of the main body, and an inner space of the main body. Providing means, water stopping means provided on the front end side and rear end side of the inner space of the main body, and an auxiliary shield machine attached to the outside of the main body, comprising: Insertion holes are formed in the main body part and the auxiliary shield machine, respectively, at the face side end of the auxiliary shield machine so that the reinforcing segments to be assembled on the outer periphery can be carried into the main body part from the auxiliary shield machine. It is characterized by being.
By using such a tunnel reinforcement device, an existing tunnel can be reinforced from the outside. Therefore, it is not necessary to stop the use of existing tunnels in service.
By providing a ring-shaped assembly guide that can rotate along the outer periphery of the existing tunnel, it is possible to form a new segment ring while rotating the reinforcing segment.
The main body includes a cylindrical front torso and a cylindrical rear tor that has a face-side end inserted in a rear part of the front torso, and the rear torso is connected to the front torso via a pulling jack. If the insertion hole is formed in the rear cylinder, the assembly of the new segment ring and the excavation of the outer periphery of the existing tunnel can be performed more safely.
In the case where the excavating means has a cutter portion that is rotatably provided along the outer periphery of the existing tunnel, and a rotational mechanism is provided to the auxiliary shield machine to apply a rotational force to the cutter portion. As a result, the configuration of the main body is simplified, and as a result, the excavation sectional area around the existing tunnel can be reduced.
本発明の既設トンネルの補強方法およびトンネル補強装置によれば、より優れた引張効果および確実な止水効果を早期に得られる既設トンネルの補強構造を構築することが可能となる。 According to the method and apparatus for reinforcing an existing tunnel of the present invention, it is possible to construct a reinforcing structure for an existing tunnel that can obtain a superior tensile effect and a reliable water stop effect at an early stage.
本実施形態では、図1および図2に示すように、セグメント11を組み合わせることにより形成された既設のシールドトンネル(以下、「既設トンネル」という。)1を、トンネル補強装置2を利用してセグメント11の外面から補強する場合について説明する。
既設トンネル1は、円筒状に形成されている。なお、既設トンネル1は、必ずしもシールドトンネルである必要はなく、例えば山岳トンネルであってもよい。
既設トンネル1の補強構造3は、図3に示すように、既設トンネル1の外面を覆う補強覆工30と、補強覆工30と既設トンネル1との隙間に充填された充填材31とにより構成されている。補強覆工30は、複数の補強セグメント32を組み合わせることにより形成された新設セグメントリング33を、地中に連設することにより円筒状に形成される。
In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, an existing shield tunnel (hereinafter referred to as “existing tunnel”) 1 formed by combining
The
As shown in FIG. 3, the reinforcing structure 3 of the existing
トンネル補強装置2は、図1に示すように、既設トンネル1の周囲を掘進するとともに、既設トンネル1の外面を覆う補強構造3(補強覆工30)を形成する装置である。
本実施形態のトンネル補強装置2は、既設トンネル1の外面を覆うように円筒状を呈した、いわゆるシールド機である。トンネル補強装置2は、本体部4、補助シールド機5、組立ガイド6、掘削手段7、止水手段8および推進手段9を備えている。
As shown in FIG. 1, the
The
本体部4は、既設トンネル1を挿通可能な中空部を有する筒状部材である。
本実施形態の本体部4は、図4に示すように、筒状の前胴41および後胴42を備えている。
前胴41は、円筒状の鋼管からなり、後胴42の外径以上の内径を有している。
後胴42は、円筒状の鋼管からなり、後胴42の切羽側端部は前胴41の後部に内挿されている。また、後胴42は、引きジャッキ43を介して前胴41に対して進退可能に設けられている。
後胴42には、図5に示すように、挿通孔44が形成されている。挿通孔44は、本体部4の外面に取り付けられた補助シールド機5の挿通孔54に対応する位置に形成されている。挿通孔44は、補強セグメント32を挿通することが可能な形状を有している。
本体部4(後胴42)の中空部は、既設トンネル1の外形状よりも大きな形状を有している。すなわち、既設トンネル1の外面と本体部4の内面との間には隙間(空間)が形成される。
The
As shown in FIG. 4, the
The
The
As shown in FIG. 5, an
The hollow part of the main body 4 (rear trunk 42) has a shape larger than the outer shape of the existing
本体部4の外面には、図2に示すように、補助シールド機5が取り付けられている。
本実施形態では、4つの補助シールド機5が本体部4の外周に対して等間隔で配設されている。なお、補助シールド機5の数や配置は限定されるものではない。
図1に示すように、補助シールド機5の先端には、カッターヘッド51が設けられている。カッターヘッド51は複数のカッタービット(図示せず)を備えており、回転することにより地山を切削する。カッターヘッド51は、補助シールド機5に内装されたモータ(図示せず)の動力により回転する。本実施形態のカッターヘッド51は、いわゆるスポーク型である。なお、カッターヘッド51の構成は限定されるものではなく、例えば面板形であってもよい。また、補助シールド機5には、カッターヘッド51に代えて、他の切削手段が設けられていてもよい。
カッターヘッド51の後方には、駆動ギア52が設けられている。駆動ギア52は、カッターヘッド51とともに回転する。駆動ギア52は、本体部4の先端に設けられた掘削手段7(ギア73)に回転力を付与する回転機構である(図6参照)。
An
In the present embodiment, four
As shown in FIG. 1, a
A
補助シールド機5の後方(坑口側)には、複数の鋼管53が既設トンネル1の軸方向に沿って連設されている。鋼管53は、補助シールド機5から坑口まで連設されていて、補助トンネル50を形成している。すなわち、補助シールド機5は、既設トンネル1に沿った補助トンネル50を形成するための掘削機である。なお、補助トンネル50の覆工は、鋼管53に限定されるものではなく、例えばコンクリート製のセグメントにより形成してもよい。
鋼管53は、補助シールド機5によって削孔された掘削孔内に連設されている。鋼管53の内部には、図示しない排土管や、トンネル補強装置2および補助シールド機5の駆動に必要な電線および油圧管等が配設されている。また、鋼管53は、補強セグメント32を輸送するために必要な内径を有している。本実施形態では、鋼管53(補助トンネル50)内を走行するバッテリーカー55(図5参照)によって、補強セグメント32を輸送する。
A plurality of steel pipes 53 are continuously provided along the axial direction of the existing
The steel pipe 53 is continuously provided in the excavation hole drilled by the
補助シールド機5には、図5に示すように、本体部4(後胴42)の挿通孔44の位置に対応して挿通孔54が形成されている。挿通孔54は、補強セグメント32を挿通することが可能な形状を有している。すなわち、補強セグメント32は、補助トンネル50を利用して切羽近傍に輸送された後、補助シールド機5の挿通孔54および後胴42の挿通孔44を介して本体部4(後胴42)の内側空間に搬入される。
As shown in FIG. 5, the
本体部4(後胴42)の内側空間には、組立ガイド6が設けられている。
組立ガイド6は、補助シールド機5を介して輸送された補強セグメント32を組み立てるための装置であって、図7(a)に示すように、ガイド本体61、軸方向ガイド62、周方向ガイド63、セグメント保持手段64および駆動手段65を備えている。なお、組立ガイド6の構成は限定されるものではない。
An
The
ガイド本体61は、後胴42の内面に沿って設けられたリング状の部材である。ガイド本体61は、固定部66と、既設トンネル1の外周に沿って回転可能(すなわち、既設トンネル1の周方向に移動可能)に設けられた回転部67とを備えている。
固定部66は、図7(a)に示すように、後胴42の内側に配設された筒状部材である。固定部66の表面には、回転部67を収容可能な凹溝が形成されている。固定部66の内径は、既設トンネル1の外径よりも大きく、固定部66の外径は、新設セグメントリング33の内径よりも小さい。固定部66の外周面と、後胴42の内周面との間には、セグメントリング33(セグメント32)の厚さよりも大きい隙間が形成されている。固定部66は、ガイド固定部材68を介して後胴42に固定されている。ガイド固定部材68は、一端が後胴42に固定されていて、他端が固定部66に固定されている(図4(a)参照)。本実施形態のガイド固定部材68は、円柱状部材からなり、固定部66の切羽側端部に立設されている。なお、ガイド固定部材68の形状や設置間隔等は限定されるものではない。
The guide
As shown in FIG. 7A, the fixing
回転部67は、固定部66表面(地山側面)に設けられている。回転部67の外径は、新設セグメントリング33の内径よりも小さい。また、回転部67の外周面と、後胴42の内周面との間には、セグメントリング33(セグメント32)の厚さよりも大きい隙間が形成されている。回転部67は、図7(a)に示すように、固定部65に設けられた駆動手段65の動力によって回転する。本実施形態では、駆動手段65として、モーターを使用する。回転部67には、駆動手段65のギア65aと歯合するギア67aが形成されているため、駆動手段65の動力が、ギア65a,67aを介して伝達されることで回転する。なお、固定部66と回転部67との間には滑材が介設されているため、固定部66と回転部67との間の摩擦抵抗によって回転部67の回転が妨げられることがない。
The
なお、駆動手段65は、モーターに限定されるものではない。例えば、図7(b)に示すように、駆動手段65としてウィンチを使用してもよい。駆動手段65としてウィンチを使用する場合には、ギア67aに代えてワイヤー67bを使用する。固定部66と回転部67とのそれぞれに駆動手段65(ウィンチ)を固定しておき、1本のワイヤー67bを両駆動手段65に巻き付けておく。一方の駆動手段65によってワイヤー67bの巻き戻すとともに、他方の駆動手段65からワイヤー67bを巻き出すことで、回転部67を回転させる。
The driving means 65 is not limited to a motor. For example, as shown in FIG. 7B, a winch may be used as the driving means 65. When a winch is used as the driving means 65, a
回転部67には、軸方向ガイド62および周方向ガイド63が設けられている。
軸方向ガイド62は、ガイド本体61に載置された補強セグメント32のずれを防止するための部材であって、回転部67の切羽側端部に固定されている。本実施形態の軸方向ガイド62は、補強セグメント32のリング間ジョイント(雌継手)に挿入可能な差込部材(図示せず)が形成されている。軸方向ガイド62の差込部材を補強セグメント32のリング間ジョイントに挿入することにより、補強セグメント32を固定する。
The
The
周方向ガイド63は、ガイド本体61に載置された補強セグメント32の周方向端部を保持するための部材である。周方向ガイド63は、新設セグメントリング33を形成する際に搬入される補強セグメント32のうちの最初の補強セグメント32を保持することで、補強セグメント32がガイド本体61に沿って滑り落ちることを防止する。本実施形態の周方向ガイド63は、図5に示すように、補強セグメント32のセグメント間ジョイント(雌継手)に挿入可能な差込部材63aが形成されている。図5に示すように、周方向ガイド63の差込部材63aを補強セグメント32のセグメント間ジョイントに挿入することにより、補強セグメント32を固定する。
なお、軸方向ガイド62および周方向ガイド63の構成は限定されるものではない。
The
The configurations of the
回転部67には、図7(a)に示すように、さらにセグメント保持手段64が設けられている。
セグメント保持手段64は、ガイド本体61に載置された補強セグメント32を保持する。本実施形態のセグメント保持手段64は、電磁石を備えており、電磁石に通電することで、磁力によって補強セグメント32を保持する。セグメント保持手段64は、回転部67の周方向に対して各補強セグメント32の周方向の幅と同等の間隔をあけて複数設けられている。なお、セグメント保持手段64の構成は限定されるものではなく、例えば、補強セグメント32が鋼製セグメント以外のセグメントの場合には、エアーバキューム式とし、吸引力によって補強セグメント32を保持する。また、セグメント保持手段64の配置(配設ピッチ等)も限定されるものではない。
As shown in FIG. 7A, the rotating
The segment holding means 64 holds the reinforcing
掘削手段7は、図1および図2に示すように、本体部4の先端に設置されている。掘削手段7は、既設トンネル1の周囲に沿って回転可能に設けられカッター部(カッターヘッド)71と、カッター部71の前面に配設された複数のカッタービット72,72,…を備えている。なお、掘削手段7の構成は限定されるものではない。
図1および図6に示すように、カッター部71の後部には、駆動ギア52と歯合するギア73が形成されている。すなわち、カッター部71は、補助シールド機5のカッターヘッド51が回転することで、駆動ギア52を介して伝達された動力によって回転する。カッター部71が回転すると、既設トンネル1の周囲の地山が切削される。
掘削手段7は、さらに洗浄手段74を備えている。洗浄手段74は、図4(a)に示すように、複数の噴射ノズルからなり、地山の掘削により露出した既設トンネル1の外面に高圧水WJを噴射する。こうすることで、既設トンネル1の外面に付着した土砂や裏込め材を除去する。なお、洗浄手段74は、ワイヤーブラシであってもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the excavating means 7 is installed at the tip of the
As shown in FIGS. 1 and 6, a
The excavation means 7 further includes a cleaning means 74. As shown in FIG. 4A, the cleaning means 74 is composed of a plurality of injection nozzles, and injects high-pressure water WJ onto the outer surface of the existing
図1に示すように、止水手段8は、本体部4の内側空間の先端側および後端側にそれぞれ設けられている。
本実施形態の止水手段8は、本体部4の先端部に設けられたヘッドシール81,82と、本体部4の後端部に設けられた第一テールシール83と、組立ガイド6の後端部に設けられた第二テールシール84とを備えている。なお、止水手段8(パッキン)の数や配置は、水圧に応じて適宜決定すればよい。
本体部4の先端部に設けられたヘッドシール81,82は、既設トンネル1と本体部4との間に形成された空間を閉塞する。本実施形態では、前胴41の先端部と後胴42の先端部にそれぞれ第一ヘッドシール81と第二ヘッドシール82が設けられている。
As shown in FIG. 1, the water stop means 8 is provided on each of the front end side and the rear end side of the inner space of the
The water stop means 8 of the present embodiment includes head seals 81 and 82 provided at the front end of the
The head seals 81 and 82 provided at the distal end of the
第一ヘッドシール81は、前胴41の内面に周設されている。第一ヘッドシール81は、前胴41の中心方向に進退可能に設けられた環状のゴム板からなる。図4(b)に示すように、第一ヘッドシール81が前胴41の中心方向に進出すると、第一ヘッドシール81が既設トンネル1の外面に密着し、前胴41と既設トンネル1との隙間が閉塞される。一方、図4(a)に示すように、第一ヘッドシール81が前胴41方向に退避すると、前胴41と既設トンネル1の外面との隙間が解放される。なお、第一ヘッドシール81を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、環状のチューブやリップシールであってもよい。第一ヘッドシール81としてチューブを使用する場合には、チューブ内への流体の圧入することにより第一ヘッドシール81を膨張させて既設トンネル1に外面に密着させる。
第二ヘッドシール82は、後胴42の内面に周設されている。この他の第二ヘッドシール82の詳細は、第一ヘッドシール81と同様なため、詳細な説明は省略する。
The first head seal 81 is provided around the inner surface of the
The second head seal 82 is provided around the inner surface of the
第一テールシール83は、本体部4の後端部において本体部4と補強覆工30との間に形成された空間を閉塞する。第一テールシール83は、グリスが浸漬されたワイヤーブラシを、後胴42の内面に固定するとともに、ワイヤーブラシの先端部を新設セグメントリング33の外面に密着させることにより構成されている。第一テールシール83は、ワイヤーブラシの基端側(後胴42に固定された部分)が、先端側(新設セグメントリング33に接している部分)よりも前側(立坑と反対側)に位置するように、傾斜した状態で配設されている。本実施形態では、トンネル軸方向に沿ってワイヤーブラシが2段配置されているが、ワイヤーブラシの設置数は限定されるものではない。また、第一テールシール83は、必ずしもワイヤーブラシである必要はなく、例えば環状のウレタンゴム等により構成されていてもよい。
The
第二テールシール84は、組立ガイド6の後端部において、組立ガイド6と既設トンネル1との間に形成された空間を閉塞する。第二テールシール84は、グリスが浸漬されたワイヤーブラシを、組立ガイド6の内面に固定するとともに、ワイヤーブラシの先端部を既設トンネル1の外面に密着させることにより構成されている。第二テールシール84は、ワイヤーブラシの基端側(組立ガイド6に固定された部分)が、先端側(既設トンネル1に接している部分)よりも前側(立坑と反対側)に位置するように、傾斜した状態で配設されている。本実施形態では、トンネル軸方向に沿ってワイヤーブラシが2段配置されているが、ワイヤーブラシの設置数は限定されるものではない。また、第二テールシール84は、必ずしもワイヤーブラシである必要はなく、例えば環状のウレタンゴム等により構成されていてもよい。
The second tail seal 84 closes a space formed between the
推進手段9は、本体部4の内側空間に設けられている。
推進手段9は、前胴41の第一ヘッドシール81の後方(坑口側)に配設されている。推進手段9は、いわゆる推進ジャッキであって、トンネル軸方向に伸張することで、前胴41(本体部4)に推力を付与する。推進手段9の後端(坑口側端部)は、新設セグメントリング33の前面(切羽側端面)に当接している。推進手段9は、新設セグメントリング33(補強覆工30)から反力を取ることで、本体部4を前進させる。なお、推進手段9は、補助シールド機5(補助トンネル50)から反力を取ってもよいし、新設セグメントリング33(補強覆工30)および補助シールド機5(補助トンネル50)の両方から反力を取ってもよい。
The propulsion means 9 is provided in the inner space of the
The propulsion means 9 is disposed behind (at the wellhead side) the first head seal 81 of the
次に、本実施形態のトンネル補強装置2を利用した既設トンネルの補強方法について説明する。
既設トンネルの補強方法は、掘削工程と、組立工程と、充填工程とを備えている。
掘削工程は、既設トンネル1の周囲を非開削で掘削する工程である。掘削工程は、トンネル補強装置2を利用して行う。本実施形態では、図4(a)に示すように、掘削手段7により地山を切削するとともに推進手段9によって本体部4を前進させることにより、既設トンネル1の周囲を本体部4で覆う。なお、掘進時は、第二ヘッドシール82によって既設トンネル1と本体部4との隙間を閉塞する。
また、掘進工程では、掘削手段7による地山の切削に伴って、補助トンネル50を形成する。補助トンネル50は、補助シールド機5により地山を削孔するとともに、鋼管53を連設することにより形成する。掘削工程により発生した残土は、補助トンネル50内を輸送して、坑外へ搬出する。
Next, the reinforcement method of the existing tunnel using the
The existing tunnel reinforcement method includes an excavation process, an assembly process, and a filling process.
The excavation process is a process of excavating the surroundings of the existing
In the excavation process, the auxiliary tunnel 50 is formed as the excavation means 7 cuts the natural ground. The auxiliary tunnel 50 is formed by drilling a natural ground with the
所定延長掘進したら、図4(b)に示すように、引きジャッキ43を利用して後胴42を前進させて(前胴41側に引き寄せて)、補強セグメント32を設置するスペースを確保する。このとき、第二ヘッドシール82は収納し、第一ヘッドシール81により既設トンネル1と本体部4との隙間を閉塞する。
When the predetermined extension is dug, as shown in FIG. 4B, the
組立工程は、既設トンネル1の外面を覆う補強覆工30を形成する工程である。
補強覆工30は、トンネル補強装置4内において補強セグメント32を組み立てて新設セグメントリング33を形成した後、当該新設セグメントリング33を補強覆工30の既設部分に接合することにより形成する。
The assembly process is a process of forming a reinforcing
The reinforcing
組立工程では、まず、図5に示すように、補助トンネル50内を輸送した補強セグメント32を、挿通孔44,54を挿通させて組立ガイド6に載置する。補強セグメント32は、図7(a)に示すように、軸方向ガイド62、周方向ガイド63およびセグメント保持手段64を介して保持する。次に、組立ガイド6(回転部67)を回転させて、補強セグメント32を移動させた後、新たな補強セグメント32を搬入する。新たに搬入した補強セグメント32は、軸方向ガイド62、周方向ガイド63およびセグメント保持手段64を介して保持するとともに、既存の補強セグメント32に周方向に連結する(図8(a)および(b)参照)。なお、補強セグメント32同士は、いわゆるワンタッチ継手により接合する。同様の作業を繰り返すことにより新設セグメントリング33を形成する。
新設セグメントリング33を形成したら、図4(c)に示すように、推進手段9により新設セグメントリング33をトンネル補強装置2の後方(坑口側)に押し込む。新設セグメントリング33は、図9に示すように、補強覆工30の既設部分に接合される。このとき、新設セグメントリング33は、いわゆるワンタッチジョイントより接合する。
In the assembly process, first, as shown in FIG. 5, the reinforcing
When the
充填工程は、図10に示すように、既設トンネル1の外面と補強覆工30(新設セグメントリング33)との隙間に充填材31を充填する工程である。
充填材31は、第二テールシール84の後方に注入する。充填材31には、セメント系材料(モルタルまたはセメントミルク)を使用する。なお、充填材31を構成する材料は限定されない。
また、充填工程では、既設トンネル1と補強覆工30との隙間への充填材31の充填と同時に、補強覆工30(新設セグメントリング)の外面と地山との隙間に裏込め材34を注入する。裏込め材34は、第一テールシール83の後方に注入する。なお、裏込め材34に使用する材料は限定されるものではなく、適宜選定して使用すればよい。
As shown in FIG. 10, the filling step is a step of filling a
The
Further, in the filling process, the
本実施形態の既設トンネルの補強方法およびトンネル補強装置2によれば、非開削で既設トンネル1を外周囲から補強するため、既設トンネル1の上方の地上部において用地を確保することができない場合であっても、既設トンネル1を補強することができる。つまり、既設トンネル1の長寿命化が可能となる。
また、既設トンネル1の外側から補強を行うため、供用中の既設トンネルの使用を停止することなく、既設トンネル1の補強を行うことができる。
また、既設トンネル1の外面に新設セグメントリング33を形成することにより補強するため、コンクリートを巻き立てる場合に比べて、養生に要する時間を短縮することができ、早期に補強効果(優れた引張効果および止水効果)を得ることができる。
According to the method for reinforcing an existing tunnel and the
Further, since the reinforcement is performed from the outside of the existing
Further, since the
既設トンネル1に沿って形成した補助トンネル50により補強セグメント32を輸送することができる。また、補助トンネル50を利用して、人力によるトンネル補強装置2のメンテナンスが可能である。
補強セグメント32を組立ガイド6により既設トンネル1の外周に沿って移動(回転)させながら組み立てることで、限られた空間内における新設セグメントリング33を形成が可能としている。
組立ガイド6(軸方向ガイド62、周方向ガイド63およびセグメント保持手段64)によって補強セグメント32を保持した状態で新設セグメントリング33の組み立てを行うため、補強セグメント32のずれが防止され、簡易かつ安全に行うことができる。
The reinforcing
By assembling the reinforcing
Since the
本体部4が、前胴41および後胴42を備えており、後胴42が引きジャッキ43を介して前胴41に対して進退可能に設けられていることで、補強セグメント32の搬入およびセグメントリング33の形成を、本体部4内において安全に行うことができる。
掘削手段7が補助シールド機5に配設された回転機構52によって回転する構成とすることで、本体部4の構成が簡易となり、ひいては、既設トンネル1の外周囲の掘削断面積を小さくすることができる。
The
By adopting a configuration in which the excavation means 7 is rotated by the
補強覆工30(新設セグメントリング33)は、充填材31を介して既設トンネル1のセグメント11と一体化されるため、既設トンネル1を確実に補強することができる。
トンネル補強装置2の前後に止水手段8が設けられているため、既設トンネル1と本体部4との隙間に地下水や土砂が入り込むことが防止されている。そのため、地下水や土砂により補強構造3の構築が阻害されることがない。
Since the reinforcement lining 30 (newly installed segment ring 33) is integrated with the
Since the water stop means 8 is provided before and after the
以上、本発明に係る実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、補助トンネル50は、必要に応じて形成すればよい。
本体部4は必ずしも前胴41と後胴42とを有している必要はなく、1つの筒状部材により形成されていてもよい。また、本体部4は3つ以上の筒状部材(前胴、後胴等)が連設されたものであってもよい。
掘削手段7は、補助シールド機5とは独立した駆動手段を有していてもよい。
The embodiment according to the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the above-described components can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.
For example, the auxiliary tunnel 50 may be formed as necessary.
The
The excavation means 7 may have drive means independent of the
1 既設トンネル
2 トンネル補強装置(シールド機)
3 補強構造
31 充填材
32 補強セグメント
33 新設セグメントリング
4 本体部
41 前胴
42 後胴
43 引きジャッキ
44 挿通孔
5 補助シールド機
50 補助トンネル
52 駆動ギア(回転機構)
54 挿通孔
6 組立ガイド
7 掘削手段
71 カッター部
8 止水手段
9 推進手段
1 Existing
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3
54
Claims (7)
前記既設トンネルの外面を覆う新設セグメントリングを前記シールド機内において形成する組立工程と、
前記既設トンネルの外面と、前記新設セグメントリングとの隙間に充填材を充填するとともに、前記新設セグメントリングの外面と地山との隙間に裏込め材を注入する充填工程と、を備えることを特徴とする、既設トンネルの補強方法。 Excavating around the existing tunnel, and digging process to cover the surrounding of the existing tunnel with a shield machine,
An assembling step for forming a new segment ring in the shield machine to cover the outer surface of the existing tunnel;
Filling the gap between the outer surface of the existing tunnel and the new segment ring and filling the gap between the outer surface of the new segment ring and the ground, and a filling step. Reinforce the existing tunnel.
前記組立工程では、前記補助トンネル内を輸送した複数の補強セグメントを組み立てることにより新設セグメントリングを形成することを特徴とする、請求項1に記載の既設トンネルの補強方法。 In the excavation process, an auxiliary tunnel is formed along the existing tunnel,
2. The method of reinforcing an existing tunnel according to claim 1, wherein in the assembling step, a new segment ring is formed by assembling a plurality of reinforcing segments transported in the auxiliary tunnel.
前記本体部の先端に設置された掘削手段と、
前記本体部の内側空間の先端側および後端側に設けられた止水手段と、
前記本体部の内側空間に設けられた推進手段と、
前記本体部の外部に取り付けられた補助シールド機と、を備えるトンネル補強装置であって、
前記既設トンネルの外周囲に組み立てる補強セグメントを前記補助シールド機から前記本体部内へ搬入することが可能となるように、前記本体部および前記補助シールド機にそれぞれ挿通孔が形成されていることを特徴とする、トンネル補強装置。 A cylindrical main body having a hollow portion that can be inserted through an existing tunnel;
Excavation means installed at the tip of the main body,
Water stop means provided on the front end side and the rear end side of the inner space of the main body,
Propulsion means provided in the inner space of the main body,
An auxiliary shield machine attached to the outside of the main body, and a tunnel reinforcement device comprising:
An insertion hole is formed in each of the main body part and the auxiliary shield machine so that a reinforcing segment to be assembled around the outer periphery of the existing tunnel can be carried into the main body part from the auxiliary shield machine. A tunnel reinforcement device.
前記後胴は、引きジャッキを介して前記前胴に対して進退可能に設けられていて、
前記後胴には、前記挿通孔が形成されていることを特徴とする、請求項4または請求項5に記載のトンネル補強装置。 The main body portion includes a cylindrical front torso, and a cylindrical rear torso having a face side end inserted in a rear part of the front torso,
The rear torso is provided so as to be able to advance and retreat with respect to the front torso via a pull jack,
The tunnel reinforcement device according to claim 4 or 5, wherein the insertion hole is formed in the rear trunk.
前記補助シールド機には、前記カッター部に回転力を付与する回転機構が配設されていることを特徴とする、請求項4乃至請求項6のいずれか1項に記載のトンネル補強装置。 The excavation means has a cutter portion rotatable along the outer periphery of the existing tunnel;
The tunnel reinforcement device according to any one of claims 4 to 6, wherein the auxiliary shield machine is provided with a rotation mechanism that applies a rotational force to the cutter unit.
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CN113503172A (en) * | 2021-05-31 | 2021-10-15 | 中铁工程服务有限公司 | Punching method and device for shield subway tunnel segment and storage medium |
CN115559749A (en) * | 2022-12-08 | 2023-01-03 | 湖南大学 | Segment structure for updating shield tunnel lining segment and construction method thereof |
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