JP3621790B2

JP3621790B2 - トンネル覆工装置及び方法

Info

Publication number: JP3621790B2
Application number: JP29348596A
Authority: JP
Inventors: 誠一郎菊田; 一成黒田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1996-11-06
Filing date: 1996-11-06
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2016-11-06
Also published as: JPH10131689A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル掘削機によって掘削されたトンネルの覆工を行うトンネル覆工装置及びトンネル覆工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５に一般的なシールド掘削機の概略を示す。
【０００３】
図５に示すように、シールド掘削機において、掘削機本体としての円筒形状をなすスキンプレート101の前部には回転軸102が回転自在に装着され、この回転軸102の前端部にはカッタヘッド103が固結されており、このカッタヘッド103の前面には多数のカッタビット104が固定されている。そして、回転軸102の後部にはリングギア105が固定される一方、スキンプレート101には油圧モータ106が取付けられ、この油圧モータ106の駆動ギア107がこのリングギア105に噛み合っている。従って、油圧モータ106を駆動して駆動ギア107を回転駆動すると、リングギア105を介して回転軸102及びカッタヘッド103を回転することができる。
【０００４】
また、スキンプレート101にはカッタヘッド103の後方に位置してバルクヘッド108が取付けられており、カッタヘッド103とこのバルクヘッド108との間にチャンバ室109が形成されている。そして、このチャンバ室109には一端がシールド掘削機の外部に延設された送泥管110及び排泥管111の他端が開口しており、排泥管111の開口部分の近傍には掘削土砂と泥水とを攪拌、混合するアジテータ112が設置されている。
【０００５】
更に、スキンプレート101の後部外周辺には円周方向に複数のシールドジャッキ113が並設されており、このシールドジャッキ113がシールド掘削機の掘進方向後方に伸長して掘削したトンネル内周面に構築された図示しない既設のセグメントＳに押し付けることで、その反力によりスキンプレート101、即ち、シールド掘削機全体を前進することができる。一方、スキンプレート101の後部中央部にはセグメントエレクタ114が設けられており、このセグメントエレクタ114はシールドジャッキ113によって前進したスキンプレート101と既設のセグメントＳとの間の空所に新しいセグメントＳを装着してトンネルを構築することができる。
【０００６】
従って、トンネルを掘削形成するには、まず、油圧モータ106によってカッタヘッド103を駆動回転する一方、複数のシールドジャッキ103を伸長し、既設のセグメントＳへの押し付け反力によってスキンプレート101を前進させることで、カッタヘッド103に固定された多数のカッタビット104が前方の地盤を掘削する。そして、カッタビット104によって掘削された土砂はチャンバ室109内に取り込まれ、送泥管110から給水されてアジテータ112により掘削土砂と送水とが攪拌、混合され、排泥管111により外部に排出される。次に、シールドジャッキ113の何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグメントＳとの間に空所を形成し、セグメントエレクタ114によってこの空所に新しいセグメントＳを装着する。この作業の繰り返しによって所定長さのトンネルを掘削形成していく。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したトンネル掘削機にあっては、搬送台車やクレーン等を用いてトンネル内に多数のセグメントＳを搬入し、セグメントエレクタ114がこのセグメントＳを把持して所定の位置に組み付けている。このセグメントＳは内部が鉄筋構造であって外部がコンクリートとなっているため、剛性は充分に確保されるものの重量が大きく、搬送や供給、取り扱いなどが面倒であり、コストも上昇してしまうと共に、組立時間が長くかかってしまうという問題があった。また、トンネルの内壁面にセグメントＳを組み付けるとき、セグメント同士の接合部で水漏れ防止機能を確保する必要があることから、高い組付精度が要求され、位置決めが面倒とであるという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような問題を解決するものであって、トンネル覆工作業の容易化及び作業コストの低減を図ったトンネル覆工装置及びトンネル覆工方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための本発明のトンネル覆工装置は、トンネルの内壁面に沿って設けられた外周リングと、湾曲した井桁形状をなす複数のリングピース同士を前記トンネルの内壁面に所定間隔をもってリング状に連結するリングピース組付手段と、前記トンネルの内壁面と所定間隔をもって連結されたリングピースに対してその内周面に沿ってリング状に連結される複数の湾曲した内型枠と、外周面が前記外周リングの内周面に対向して位置すると共に前記リングピース及び内型枠の端面を保持可能な押付リングと、該押付リングを前記トンネルの長手方向に沿って移動自在に支持すると共に該押付リングを介して前記リングピース及び内型枠を押し付けて位置決めする押付手段と、前記トンネルの内壁面と前記位置決めされた内型枠との間にコンクリートを打設するコンクリート打設手段とを具えたことを特徴とするものである。
【００１０】
従って、掘削機によって掘削されたトンネルの内壁面にリングピース組付手段によって井桁形状をなす複数のリングピースを所定間隔をもってリング状に連結し、このリング状のリングピースの内周面に沿って複数の内型枠を付設し、押付リングをこのリングピース及び内型枠の端面に接触して保持させ、押付手段によってこの押付リングに対してトンネルの長手方向に後方に押付力を作用させることで、押付リングを介してリングピース及び内型枠を位置決め支持し、この状態でコンクリート打設手段によってトンネルの内壁面と内型枠との間にコンクリートを打設し、コンクリートの硬化後に内型枠を外すことで覆工がなされ、この作業を繰り返すことによってトンネル構造体が形成されることとなり、リング状に連結された複数のリングピースと打設して硬化したコンクリートとがトンネル構造体を構成することとなり、設備コストが減少する一方で充分な強度が確保されることとなる。
【００１１】
また、本発明のトンネル覆工方法は、掘削機によって掘削された所定断面形状のトンネルに対して、湾曲した井桁形状のリングピースを該トンネルの内壁面と所定間隔をもって周方向に沿って複数リング状に連設すると共に、該複数のリングピースを互いに連結固定し、該リング状に連結された複数のリングピースの内側に湾曲した内型枠を該リングピースの内周面と所定間隔をもって周方向に沿って複数リング状に連設すると共に、該複数の内型枠を互いに連結し、前記リングピース及び内型枠の端面を押付手段によって前記トンネルの長手方向に沿って押し付けて支持し、この状態で前記トンネル内壁面と複数の内型枠との間にコンクリートを打設してトンネル構造体を形成することを特徴とするものである。
【００１２】
従って、作業が簡単で、使用する設備等も小型化が可能となり、一方で、リング状に連結された複数のリングピースと打設して硬化したコンクリートとがトンネル構造体を構成することで、設備コストが減少して強度も充分に確保されることとなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１及び図２に本発明の一実施形態に係るトンネル覆工装置による覆工作業を説明するための概略、図３及び図４にトンネル覆工に用いる内型枠の概略を示す。
【００１５】
図１及び図２に示すように、本実施形態のトンネル覆工装置によって形成されるトンネル構造体１１は、トンネルの内壁面１２に所定間隔をもってリング状に並設された複数のリングピース１３と、このトンネルの内壁面１２とリング状をなす複数のリングピース１３との間の空間部に打設されるコンクリート１４によってなるものである。そのため、このトンネルの内壁面１２の内側に、複数のリングピース１３を含むコンクリート打設空間部を確保するため、この複数のリングピース１３の内周面１２に所定間隔をもって付設する複数の内型枠１５が必要となる。更に、リングピース１３及び内型枠１５を組み付けるための組付装置１６も必要となる。
【００１６】
そして、本実施形態のトンネル覆工装置において、図示しないトンネル掘削機のテールプレート（外周リング）２１の内側にはシールドジャッキ２２が周方向に沿って複数並設されており、このシールドジャッキ２２の後方に伸びる駆動ロッド２３の先端部には押付リング２４が取付けられている。この押付リング２４は外周面がテールプレート２１の内周面に対向して位置すると共に、図示しないシール部材が介装されている。また、この押付リング２４は前端面に嵌合凹部２４ａが形成されており、この嵌合凹部２４ａはリングピース１３の端部に嵌合して支持することができ、且つ、外周部がテールプレート２１の内周面に密着する一方、内周部が内型枠１５に密着することで、テールプレート２１（トンネルの内壁面１２）と内型枠１５との間にコンクリート打設空間部を形成することができる。更に、押付リング２４の後端部には２つのコンクリート打設ノズル（コンクリート打設手段）２５ａ，２５ｂが設けられ、第１のコンクリート打設ノズル２５ａはテールプレート２１とリングピース１３との間に位置し、第２のコンクリート打設ノズル２５ｂはリングピース１３と内型枠１５との間に位置しており、このコンクリート打設ノズル２５ａ，２５ｂによってコンクリート打設空間部にコンクリート１４を打設することができる。
【００１７】
また、リングピース１３及び内型枠１５を組み付ける組付装置１６は、トンネル掘削機本体に連結された伸縮アーム３１にスライドアーム３２を介して装着され、トンネルの軸方向、周方向、径方向に移動することができる。そして、この組付装置１６はリングピース１３の把持具１３ａ及び内型枠１５の把持具１５ａを把持する把持機構３３を有している。
【００１８】
ところで、リングピース１３はトンネル構造体１１の一部を構成するためのものであって、井桁形状をなし、且つ、鉄骨構造とすることでトンネル構造体１１の剛性を確保する一方、簡素化及び軽量化が図られている。また、内型枠１５は湾曲した板形状をなしてコンクリート打設孔（コンクリート打設手段）２６を有し、トンネル構造体１１の内周面の精度を確保するように高精度に組付けられる。即ち、この内型枠１５は、図３及び図４に示すように、４分割された枠体１５ａがゴム製の伸縮自在な接続板１５ｂによって連結されると共に、伸縮ジャッキ１５ｃによって拡張・収縮自在であって、この連結部にシール部材１５ｄが取付けられて充填コンクリートの漏れが防止されている。
【００１９】
ここで、本実施形態のトンネル覆工装置による作用を説明する。
【００２０】
図示しないシールド掘削機によって掘削されたトンネルに対して、まず、図１に示すように、シールドジャッキ２２を収縮して押付リング２４と組付けられたリングピース１３及び内型枠１５との間に空間部を形成する。そして、組付装置１６がトンネルの軸方向、周方向、径方向に移動することで、把持機構３３が搬入されたリングピース１３の把持具１３ａを把持する。この状態で組付装置１６は再び移動し、把持したリングピース１３を既設のリングピース１３に連続するようにテールプレート２１（トンネルの内壁面１２）の内周面と所定間隔をもって配設し、周方向に隣接するリングピース１３同士を溶接やワンタッチ継手、ボルト等によって連結固定する。このような手順でリングピース１３を周方向に順次配設してリング状とする。
【００２１】
このようにリングピース１３が組付けられると、シールドジャッキ２２を伸長してこの押付リング２４をトンネルの後方に移動し、嵌合凹部２４ａをリングピース１３の端面に嵌合させ、且つ、押付けることで、この押付リング２４を介してリングピース１３を位置決め支持する。続いて、図２に示すように、組付装置１６がトンネルの軸方向、周方向、径方向に移動することで、把持機構３３が伸縮ジャッキ１５ｃによって収縮状態にあるリング状の内型枠１５の把持具１５ａを把持する。この状態で組付装置１６は再び移動し、把持した内型枠１５を所定の位置に配設し、伸縮ジャッキ１５ｃによってリング状の内型枠１５を拡張し、既設の内型枠１５に連続するようにリングピース１３の内周面と所定間隔をもって位置決めし、隣接する内型枠１５同士を図示しないボルトによって互いに連結する。
【００２２】
このようにリングピース１３と内型枠１５が組付けられると、トンネルの内壁面１２と内型枠１５の外周面との間に複数のリングピース１３を含むコンクリート打設空間部を確保することができ、コンクリート打設ノズル２５ａ，２５ｂからコンクリート１４を吐出し、この空間部にコンクリートを圧入していく。そして、この空間部内がコンクリートで充満されると、コンクリート打設ノズル２５ａ，２５ｂからのコンクリート１４の吐出を停止する。
【００２３】
ここで、シールドジャッキ２２を更に伸長すると、組付けられたリングピース１３によって掘削反力が確保されて掘削機本体は前進し、このシールドジャッキ２２が所定ストローク伸長して掘削機自体がリングピース１３の巾だけ移動すると、コンクリート打設孔２６からコンクリート１４を吐出し、空間部に不足分のコンクリートを注入する。この場合、シールドジャッキ２２を収縮して押付リング２４をリングピース１３から離間させる際に、コンクリート１４が型崩れしないように早期性のコンクリートを注入するとよい。このように上述した作業を繰り返すことによってトンネル構造体１１が形成されることとなる。
【００２４】
なお、リングピース１３の内側に沿って配設される内型枠１５はコンクリート１４の硬化後に取り外されるが、通常、トンネルの長手方向に沿って１０〜２０個程度連結されるものである。即ち、掘削機本体から一番離れたトンネルの最後方に組付けられている内型枠１５を収縮状態として取り外し、組付装置１６が前方に移送して新しく組付けられた内型枠１５に連結するサイクルを繰り返している。
【００２５】
このようにリングピース１３及びコンクリート１４によってトンネル構造体１１が覆工されると、リングピース１３はコンクリート１４内に埋没されるために高精度な取付けが不要となり、組付作業が容易となる。また、トンネル構造体１１の内壁面の成形精度は内型枠１５によって決まるが、この内型枠１５は軽量であるため、高精度な取付けが容易となる。更に、トンネル構造体１１の防水機能はコンクリート１４で確保されることとなる。
【００２６】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように本発明のトンネル覆工装置によれば、トンネルの内壁面に所定間隔をもってリング状に並設されたリングピースの内側に沿って配設される複数の内型枠を有し、リングピース及び内型枠の端面に接触可能な押付リングを設けると共に、押付手段によってこの押付リングをトンネルの長手方向に沿って移動してリングピース及び内型枠を押し付けて位置決め可能とし、且つ、トンネルの内壁面と内型枠との間にコンクリートを打設するコンクリート打設手段とを設けたので、リング状に連結された複数のリングピースとトンネルの内壁面と内型枠との間に打設して硬化してリングピースを埋設したコンクリートとがトンネル構造体を構成することとなり、軽量となったリングピースや内型枠のみを搬入及び組付すればよく、トンネル構造体に充分な強度を確保する一方で、トンネル覆工作業の容易化及び作業コストの低減を図ることができる。
【００２７】
また、本発明のトンネル覆工方法によれば、トンネルの内壁面に所定間隔をもって複数のリングピースをリング状に連結すると共にこのリング状に連結された複数のリングピースの内側に複数の内型枠を配設し、リングピース及び内型枠の端面をトンネルの長手方向に沿って押し付けて支持した状態で、トンネル内壁面と複数の内型枠との間にコンクリートを打設してトンネル構造体を形成するようにしたので、軽量となったリングピースや内型枠のみを搬入及び組付すればよく、トンネル覆工作業の容易化及び作業コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るトンネル覆工装置による覆工作業を説明するための概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るトンネル覆工装置による覆工作業を説明するための概略図である。
【図３】トンネル覆工に用いる内型枠の概略図である。
【図４】トンネル覆工に用いる内型枠の概略図である。
【図５】一般的なシールド掘削機の概略図である。
【符号の説明】
１１トンネル構造体
１２トンネル内壁面
１３リングピース
１４コンクリート
１５内型枠
２１テールプレート（外周リング）
２２シールドジャッキ（押付手段）
２４押付リング
２５ａ，２５ｂコンクリート打設ノズル（コンクリート打設手段）

Claims

トンネルの内壁面に沿って設けられた外周リングと、湾曲した井桁形状をなす複数のリングピース同士を前記トンネルの内壁面に所定間隔をもってリング状に連結するリングピース組付手段と、前記トンネルの内壁面と所定間隔をもって連結されたリングピースに対してその内周面に沿ってリング状に連結される複数の湾曲した内型枠と、外周面が前記外周リングの内周面に対向して位置すると共に前記リングピース及び内型枠の端面を保持可能な押付リングと、該押付リングを前記トンネルの長手方向に沿って移動自在に支持すると共に該押付リングを介して前記リングピース及び内型枠を押し付けて位置決めする押付手段と、前記トンネルの内壁面と前記位置決めされた内型枠との間にコンクリートを打設するコンクリート打設手段とを具えたことを特徴とするトンネル覆工装置。
掘削機によって掘削された所定断面形状のトンネルに対して、湾曲した井桁形状のリングピースを該トンネルの内壁面と所定間隔をもって周方向に沿って複数リング状に連設すると共に、該複数のリングピースを互いに連結固定し、該リング状に連結された複数のリングピースの内側に湾曲した内型枠を該リングピースの内周面と所定間隔をもって周方向に沿って複数リング状に連設すると共に、該複数の内型枠を互いに連結し、前記リングピース及び内型枠の端面を押付手段によって前記トンネルの長手方向に沿って押し付けて支持し、この状態で前記トンネル内壁面と複数の内型枠との間にコンクリートを打設してトンネル構造体を形成することを特徴とするトンネル覆工方法。