JP3706878B2

JP3706878B2 - Expansion method for existing tunnels

Info

Publication number: JP3706878B2
Application number: JP2002076398A
Authority: JP
Inventors: 英人真下; 浩久蒲田; 純一郎中森; 道哉大浦; 剛藤井; 秀木武内; 一郎山本; 祥三鈴木; 哲木村; 博之井上; 篤森田; 隆治手島
Original assignee: Obayashi Corp; Public Works Research Institute; Nishimatsu Construction Co Ltd; Maeda Corp; Penta Ocean Construction Co Ltd; Tokyu Construction Co Ltd
Current assignee: Obayashi Corp; Nishimatsu Construction Co Ltd; Maeda Corp; Penta Ocean Construction Co Ltd; Tokyu Construction Co Ltd; National Research and Development Agency Public Works Research Institute
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2022-03-19
Also published as: JP2003269074A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、既設トンネルの拡大工法に関し、特に、車両の通行を確保しながら、既設トンネルの断面を拡幅する工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
施工後に使用年数が経過した既設トンネルに、現在の建築限界を満たさないなどの不都合があると、その断面を拡大する場合がある。既設トンネルの断面を拡大する際には、例えば、図１４に示すように、拡幅トンネル１が、既設トンネル２の全断面を含み、既設トンネル２の概略天井部上方に位置する上半拡幅部１ａと、既設トンネル２の概略両側部外方に位置する下半拡幅部１ｂとを備えた形態で拡幅する場合がある。
【０００３】
このような拡幅トンネル１を構築する際には、同図に示すように、既設トンネル２内に、断面が逆凹状の固定式プロテクタ３を設置して、プロテクタ３の内部側で車両等の通行を確保するとともに、プロテクタ３を作業足場として用い、その上部に掘削機械４を搭載して、上半拡幅部１ａの掘削などの作業を行い、路盤上を走行する掘削機械５により下半拡幅部１ｂの掘削などを行っていた。
【０００４】
このような上半ないしは下半拡幅部１ａ，１ｂの掘削作業は、通常、上半拡幅部1ａを全線で掘削した後に、下半拡幅部１ｂの掘削を行ったり、あるいは、これらの掘削を同時に行う。
【０００５】
しかしながら、このような従来の既設トンネルの拡大工法には、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、上述した従来の拡大工法では、プロテクタ３上に掘削機械４などの重機を上載し、プロテクタ３を作業床として用いるので、プロテクタ３は、剛性の高い部材を全線に亘って使用することになり、そのため、全工事に占める鋼材費の割合が大きくなり、非常に不経済になっていた。
【０００７】
また、このようなコストアップは、トンネルの延長が長くなるほど大きくなり、固定式プロテクタ３の延長が長くなると、設置に時間がかかり、交通規制の時間も増加する。
【０００８】
さらに、既設トンネル２の断面が小さい場合には、これに応じてプロテクタ３の断面も小さくなって、プロテクタ３上での重機の入れ替えに時間がかかり、施工能率が大幅に低下するという問題もあった。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、総延長が長い場合や、断面が小さい場合でも、経済的に拡幅が可能になる既設トンネルの拡大工法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、既設トンネルの概略天井部上方に位置する上半拡幅部と、前記既設トンネルの概略両側部外方に位置する下半拡幅部とを有し、前記既設トンネルの全断面を内部に含む拡幅トンネルを構築する既設トンネルの拡大工法において、車両の通行を確保する逆凹形断面の簡易プロテクタを、前記既設トンネルの覆工層の内部に設置し、前記上半拡幅部の掘削を前記下半拡幅部よりも先行して行い、この先行掘削により形成したベンチ上に移動式作業構台を、前記既設トンネルの軸方向に沿って移動自在に設置し、前記上半拡幅部の掘削と前記覆工層の天井部の破壊撤去とを前記移動式作業構台上からの作業で行い、前記下半拡幅部の掘削と前記覆工層の側壁部の破壊撤去とを、前記側壁部の外方の路盤上作業により行うようにした。
【００１０】
このように構成した既設トンネルの拡大工法によれば、車両の通行を確保するために必要な機能だけをプロテクタに担保させて、これを簡易式とし、掘削作業用の構台は、既設トンネルの軸方向に沿って移動自在な移動式作業構台とし、上半拡幅部の掘削を下半拡幅部よりも先行して行い、この先行掘削により形成したベンチ上に設置しているので、プロテクタに大きな剛性は、必要としない。
【００１１】
従って、拡幅するトンネルの総延長が長くなっても、経済性が悪化することがなく、設置も簡単に行えるので、交通規制の時間もそれほど増加しない。
【００１２】
また、本発明では、簡易プロテクタと移動式作業構台とに分けているので、双方の転用の自由度が大きくなるととともに、拡幅対象の既設トンネルの断面積が小さくても、移動式作業構台を大きくすることができ、構台上での重機の入れ替えが可能になり、施工能率の低下を回避することができる。
【００１３】
前記移動式作業構台は、切羽側に配置され、前記上半拡幅部を掘削する掘削機が搭載される前部作業構台と、前記前部作業構台の後方に配置され、作業足場および重機の待機場，重機や材料などの搬出入に用いる後部作業構台との２ブロックから構成することができる。
【００１４】
この構成によれば、前部作業構台と後部作業台とからなる２ブロックの長さなどを適宜選択することで、各種の施工条件応じて、拡幅工事を行うことができる。
【００１５】
前記前部作業構台には、その先端側に、前記既設トンネルの天井部と前記簡易プロテクタとの間に挿入され、掘削ズリやコンクリートガラなどの破砕物の切羽前方への落下を防止する拡幅自在な落ち込み防止装置を設けることができる。
【００１６】
この構成によれば、破砕物の切羽前方への落下が落ち込み防止装置により防止されるので、簡易プロテクタへの損傷を防ぐことができる。
【００１７】
前記後部作業構台は、２分割状態に形成され、後方側の分割後部作業構台を掘削ズリの搬出用として用いることができる。
【００１８】
この構成によれば、掘削ズリの搬出をスムーズに行える。
【００１９】
前記後部作業構台には、ズリ搬出用のダンプなど車両乗り入れ用走行路や掘削ズリ搬出用のベルトコンベア設置スペースを設けることができる。
【００２０】
この構成によれば、後部作業構台に車両を簡単に乗車ないしは降車させることができるとともに、掘削ズリの搬出が容易に行える。
【００２１】
前記後部作業構台は、前記前部作業構台と分離可能に構成され、重機などを搭載した状態で、単独移動させることができる。
【００２２】
この構成によれば、例えば、拡幅断面にコンクリートを吹き付ける場合なと゛に、不要な重機を搬出入構台に搭載して、後方に移動させることで、退避させることができるとともに、掘削作業などと切り離して、重機や材料を搬出入構台に搭載することができる。
【００２３】
前記落ち込み防止装置には、拡幅状態で前記覆工層の内面に当接し、収縮状態で前記覆工層の内面から離間する拡幅自在なエアバッグを設けることができる。
【００２４】
この構成によれば、エアバッグを拡幅させて、既設トンネルの内面に当接されると、破砕物の落下が確実に防止できるとともに、エアバッグを収縮すると、これが既設トンネルの内面から離間するので、前方防護構台を容易に移動させることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１から図１３は、本発明にかかる既設トンネルの拡大工法の一実施例を示している。
【００２６】
同図に示した拡大工法は、図３に示すように、既設トンネル１０の全断面を内部に含む拡幅トンネル１２を構築する場合に適用したものである。既設トンネル１０は、概略馬蹄形断面の覆工層１４を有しており、覆工層１４は、アーチ状の天井部１６と、その両側に一体的に繋がる側壁部１８とを備えている。
【００２７】
拡幅トンネル１２は、覆工層１４の概略天井部１６の上方に位置する上半拡幅部２０と、覆工層１４の概略両側側壁部１８の外方に位置する下半拡幅部２２とからなっている。
【００２８】
このような拡幅トンネル１２を構築する際には、本実施例では、簡易プロテクタ２４と移動式作業構台２６とが用いられる。簡易プロテクタ２４は、一般車両２７の通行を確保するために用いられるものであって、比較的薄い鋼板などの低剛性部材で、天井が平坦な逆凹形に形成され、既設トンネル１０の覆工層１４の内部に、拡幅工事が行われる部分の全長に亘って設置される。
【００２９】
移動式作業構台２６は、既設トンネル１０の軸方向に沿って移動自在に構成され、本実施例の場合には、上半拡幅部２０の掘削を、下半拡幅部２２の掘削よりも先行して行い、この先行掘削により形成した所定長さのベンチ２８上に設置される。
【００３０】
ベンチ２８は、本実施例の場合には、覆工層１４の天井部１６の上端側の一部が含まれる高さレベルに設定されているが、この位置は、図示したレベルに限るものではなく、施工条件や既設トンネル１０の覆工層１４の形状などに応じて、概略的に設定することができる。
【００３１】
なお、本実施例に示した拡大工法では、既設トンネル１０の側壁部１８の外表面と、拡幅トンネル１２の内面との間に、ブレーカ付きシャフローダなどの掘削機２９の走行が可能な空間が設けられている。
【００３２】
移動式作業構台２６は、本実施例の場合には、前部作業構台３０と、作業構台３２との２ブロックから構成されており、先端側に落ち込み防止装置３６が配置されている。
【００３３】
落ち込み防止装置３６は、既設トンネル１０の天井部１６の下面と、簡易プロテクタ２４の上端面間に挿入されて、掘削ズリやコンクリートガラなどの破砕物が、切羽前方に落下するのを防止して、簡易プロテクタ２４の損傷を防ぐものであって、図６にその詳細を示すように、エアバッグ３６ａと、その支持部材３６ｂとを備えている。
【００３４】
支持部材３６ｂは、前部作業構台３０の先端に取付支持された門型のものであって、平坦な天板３６０ｂと、この天板３６０ｂの両端に垂設された一対の側板３６１ｂとから構成されている。なお、この支持部材３６０ｂの門型形状は、既設トンネル１０の覆工層１４内に挿入可能で、かつ、簡易プロテクタ２４がその内方に収納できる大きさになっている。
【００３５】
天板３６０ｂは、前部作業構台３０から一段低くなっており、この部分の上面側のエアバッグ３６ａが配置されている。エアバッグ３６ａは、空気の注入により外形が拡幅し、空気の排出により外形が収縮するものであって、本実施例の場合には、所定の幅を有する半円部３６０ａと、この半円部３６０ａの両端に突出形成された一対の耳部３６１ａとを備え、半円部３６０ａの切羽と反対側の面は、下方側に向けて傾斜する傾斜面３６２ａとなっている。
【００３６】
このように構成したエアバッグ３６ａは、これを収縮状態にして、支持部材３６ｂとともに、覆工層１４と簡易プロテクタ２４との間に挿入して、その後に空気を注入して拡幅させると、半円部３６０ａの上部側が覆工層１４の天井部１６の内面に当接するとともに、耳部３６１ａが覆工層１４の側壁部１８の内面に当接して、覆工層１４と簡易プロテクタ２４との間を閉塞することができる。
【００３７】
このような構成のエアバッグ３６ａを落ち込み防止装置３６に採用すると、破砕物の落下が確実に防止できるとともに、エアバッグ３６ａを収縮すると、これが既設トンネル１０の内面から離間するので、前部作業構台３０を容易に移動させることができる。
【００３８】
前部作業構台３０は、切羽側に配置され、上半拡幅部２０の掘削と、天井部１６の破壊とを行う油圧ブレーカなどの掘削機３４が搭載されるものであって、その詳細を図７〜図１３に示している。
【００３９】
これらの図に示した前部作業構台３０は、本体３０ａと、アウトリガー３０ｂと、クレーンレール３０ｃと、走行駆動機構３０ｄとを備えている。本体３０ａは、上端が平面状に形成されたプレート状のものであって、この部分に掘削機３４が搭載される。
【００４０】
本体３０ａの長手方向の端部下側には、図８および図９にその詳細を示す、複数のボギー台車３０ｅが取り付けられている。アウトリガー３０ｂは、図８および図９に示すように、各ボギー台車３０ｅの前面近傍に一対ずつ配置され、上端側が本体３０ａの下面側に支持され、先端に着座部３０ｆが枢着された伸縮ジャッキ３０ｇが内蔵されている。
【００４１】
クレーンレール３０ｃは、走行駆動機構３０ｄにより、本体３０とともに前方移動されるものであって、図１２にその詳細を示すように、ガイドレール３０ｈと、その支持部３０ｉとを備えている。
【００４２】
ガイドレール３０ｈは、図８に示すように、本体３０ａよりも長くなっていて、一対が所定の間隔を隔てて平行に配置されている。各ガイドレール３０ｈの上方には、ボギー台車３０ｅの車輪が載るように配置されている。
【００４３】
走行駆動機構３０ｄは、本体３０ａの下面中央に配置された駆動モータ３０ｊと、駆動モータ３０ｊに軸結され、回転自在に支持された駆動スプロケット３０ｋと、この駆動スプロケット３０ｋの両側に配置され、回転自在に支持された一対のテンション用スプロケット３０ｌと、これらのスプロケット３０ｋ，３０ｌに捲回されたローラーチェーン３０ｍとを備えている。
【００４４】
ローラーチェーン３０ｍの一端は、クレーンレール３０ｃに設けられたガイドプレート３０ｎの一端に固定され、ガイドレール３０ｈの長手方向に沿って延設され、ガイドプレート３０ｎの後端側にチェーン緊張装置３０ｏを介して固定されている。
【００４５】
このように構成した走行駆動機構３０ｄでは、チェーン緊張装置３０ｏでローラーチェーン３０ｍを所定の張力状態に緊張すると、チェーン３０ｍがスプロケット３０ｋ，３０ｌに捲回されているので、クレーンレール３０ｃは、チェーン３０ｍにより支持される構造になっている。
【００４６】
このような支持状態で、アウトリガー３０ｂの伸縮ジャッキ３０ｇを伸長させ、着座部３０ｆを着底させて、ガイドレール３０ｈを上方に離間させると、クレーンレール３０ｃがローラーチェーン３０ｍにより吊り下げ支持されるので、この状態で、駆動モータ３０ｊを回転駆動させると、リフトレール３０ｃを、本体３０ａの長手方向に沿って、前後方向に移動させることができる。
【００４７】
そして、このような前後移動後に、アウトリガー３０ｂの伸縮ジャッキ３０ｇを収縮させて、着座部３０ｆを離間させると、ガイドレール３０ｈが下方に移動して着底する。
【００４８】
この時、ガイドレール３０ｈには、その上方にボギー台車３０ｅが載るので、この状態で、駆動モータ３０ｊを回転駆動させると、本体３０ａだけをガイドレール３０ｈに沿って前後方向に移動させることができる。
【００４９】
一方、後部作業構台３２は、図１，２に示すように、前部作業構台３０の後方に配置され、この構台３０と分離可能に構成されていて、作業足場および重機の待機場、ないしは、重機や材料の搬出入として用いられるものであり、本体３２ａと、複帯式の走行装置３２ｂと、車両乗り入れ用走行路３２ｃとを備えている。
【００５０】
本体３２ａは、重機などがその上部に載置できるように、平坦な平板状に形成されており、その上端面は、前部作業構台３０の本体３０ａとほぼ同じレベル位置になっている。複帯式の走行装置３２ｂは、本体３２ａを移動させるものであって、本体３２ａの側方に配置されている。
【００５１】
走行路３２ｃは、本体３２ａの上面と、重機などの走行面との間の段差を無くすものであって、傾斜面に形成され、本体３２ａの後方に一対配置されている。このような走行路３２ｃを用いると、本体３２ａ上への車両の乗り入れや、本体３２ａから車両が降りることが簡単にでき、施工能率の向上が図れる。
【００５２】
本実施例のように、後部作業構台３２を前部作業構台３０に対して分離できるようにすると、例えば、拡幅断面にコンクリートを吹き付ける場合などに、不要な重機を後部作業構台３２に搭載して、後方に移動させることで、退避させることができるとともに、掘削作業などと切り離して、重機や材料を後部作業構台３２に搭載することができる。
【００５３】
次に、上記構成の移動式作業構台２６を使用して、拡幅トンネル１２を構築する手順について説明する。拡幅トンネル１２を構築する際には、まず、既設トンネル１０の排水路，電路，水道管などの切回しが行われ、必要に応じて、事前補強ボルトが切羽鏡面などに打設され、路面の整形を行って、既設トンネル１０内の全長または一定区間に亘って簡易プロテクタ２４が設置される。
【００５４】
そして、既設トンネル１０の坑口に近接して、概略ベンチ２８の高さと同じレベルの仮設構台を設置して、まず、上半拡幅部２０の掘削が行われ、所定長さだけこの上半拡幅部２０の先行掘削が行われると、この掘削により形成されたベンチ２８上に移動式作業構台２６が設置される。
【００５５】
この場合、本実施例では、移動式作業構台２６が分離可能な前部作業構台３０と後部作業構台３２とから構成されているので、前部作業構台３０だけをベンチ２８上に設置しても良い。
【００５６】
移動式作業構台２６を設置する際には、前部作業構台３０の先端側の落ち込み防止装置３６を、既設トンネル１０の覆工層１４と簡易プロテクタ２４との間に挿入して、エアバッグ３６ａに空気を注入して拡幅させ、掘削ズリやコンクリートガラが切羽前方に落下するのを防止する。
【００５７】
次いで、拡幅トンネル１２の上半拡幅部２０の掘削が行われる。この場合、既設トンネル１０の天井部上方に概略位置する上半拡幅部２０は、図１に示すように、前部作業構台３０上に搭載された掘削機３４（ブレーカ）により掘削が行われ、また、この掘削機３４により覆工層１４の天井部１６の破壊撤去が行われる。
【００５８】
掘削機３４を前部作業構台３０に搭載する際には、アウトリガー３０ｂの伸縮ジャッキ３０ｇを伸長させて、着座部３０ｆをベンチ２８上に当接固定し、ガイドレール３０ｈ上にボギー台車３０ｅを載せ、この状態で本体３０ａ上に掘削機３４を載置する。
【００５９】
掘削機３４により上半拡幅部２０を掘削する際には、掘削作業の進行に伴って、駆動モータ３０ｊを回転駆動することにより、本体３０ａをガイドレール３０ｈ上で移動させながら行う。
【００６０】
この際に発生する掘削ズリやコンクリートガラは、後部作業構台３２上に搭載されるダンプトラックに搭載されて坑外に搬出され、上半拡幅部２０の掘削が進行して、本体３０ａがガイドレール３０ｈの切羽側近傍に到達すると、前部作業構台３０のクレーンレール３０ｃの前方移動が行われる。
【００６１】
前部作業構台３０のクレーンレール３０ｃを前方に移動させる際には、まず、本体３０ａ上の掘削機３６が、後部作業構台３２側に移動させられ、その後、アウトリガー３０ｂの伸縮ジャッキ３０ｇをさらに伸長させて、ガイドレール３０ｈをベンチ２８上から上方に離間させ、クレーンレール３０ｃを吊り下げ支持する。
【００６２】
そして、この状態で、駆動モータ３０ｊを回転駆動させて、クレーンレール３０ｃを前方向に移動させ、この移動後に、アウトリガー３０ｂの伸縮ジャッキ３０ｇを収縮させて、着座部３０ｆを離間させ、この操作により、ガイドレール３０ｈを下方に移動させて、ベンチ２８上に着底させることで、前方側への移動が終了する。
【００６３】
このような前方移動を行った状態においては、ガイドレール３０ｈ上にボギー台車３０ｅが載るので、本体３０上に掘削機３４を再度搭載して、駆動モータ３０ｊを回転駆動させると、本体３０ａをガイドレール３０ｈに沿って前後方向に移動させることができ、このような状態で、上半拡幅部２０の掘削などの作業が再開される。
【００６４】
なお、上記実施例で示した前部作業構台３０のレールを用いた移動機構は、後部作業構台３２の複帯式の移動機構に代替することができ、また、後部作業構台３２の複帯式移動機構は、レール式の移動機構に代替することもできる。
【００６５】
以上のような前部作業構台３０の移動は、上半拡幅部２０の掘削の進行に伴って複数回繰り返され、この移動操作の間は、下半拡幅部２２の掘削作業などは一次停止される。
【００６６】
なお、既設トンネル１０の概略側壁部１８外方に位置する一対の下半拡幅部２２は、側壁部１８の外方の路盤上を走行する掘削機２９（ブレーカ付きシャフローダ）により掘削が行われるとともに、この掘削機２９により覆工層１４の側壁部１８の破壊撤去も行われるが、このような掘削などの作業は、移動式作業構台２６上での上半拡幅部２０の掘削作業などよりも、所定長さのベンチ２８が常時形成されるように後行して行われる。
【００６７】
また、掘削機３４により掘削された掘削ズリは、以下の手段により坑外に搬出される。▲１▼．簡易プロテクタ２４上に掘削ズリ搬出用のベルトコンベアを設置し、このベルトコンベアにより掘削ズリを搬出する。
【００６８】
▲２▼．後部作業構台３２を２分割状態とし、後方側の分割後部作業構台を掘削ズリの搬出用として用いる。▲３▼．後部作業構台３２の後部から側方に折れ曲がって、簡易プロテクタ２４の側部に沿って後方に延設されるベルトコンベアを設け、このベルトコンベアにより掘削ズリを搬出する。
【００６９】
そして、所定長の掘削などの作業が終了すると、拡幅トンネル１２の掘削面に、吹き付けロボットにより、コンクリートを吹き付けて一次覆工層５０を形成するとともに、ジャンボなどを用いてロックボルト５２を打設する。
【００７０】
この際に、吹き付けロボットやジャンボは、掘削機３４を降ろして、前部ないしは後部作業構台３０，３２上に搭載し、適宜その位置を後退させるなどして、上述した作業を行う。
【００７１】
以上の掘削などの作業は、拡幅すべき既設トンネル１２の全長に亘って順次続行され、これらの作業が全長に亘って終了すると、移動式作業構台２６は、各構台３０，３２の本体部だけを残し、不要部分を撤去する。
【００７２】
一次覆工層５０上に二次覆工層が形成されると、簡易プロテクタ２４を撤去し、拡幅トンネル１２の床版を形成して、路面復旧し、排水設備などの復旧を行って工事が完了する。
【００７３】
さて、このように構成した既設トンネルの拡大工法によれば、車両の通行を確保するために必要な機能だけをプロテクタ２４に担保させて、これを簡易式とし、掘削作業用の構台は、既設トンネル１０の軸方向に沿って移動自在な移動式作業構台２６とし、上半拡幅部２０の掘削を下半拡幅部２２よりも先行して行い、この先行掘削により形成したベンチ２８上に設置しているので、プロテクタ２４に大きな剛性は、必要としない。
【００７４】
従って、拡幅するトンネル１２の総延長が長くなっても、経済性が悪化することがなく、設置も簡単に行えるので、交通規制の時間もそれほど増加しない。
【００７５】
また、本発明では、簡易プロテクタ２４と移動式作業構台２６とに分けているので、双方の転用の自由度が大きくなるととともに、拡幅対象の既設トンネル１０の断面積が小さくても、移動式作業構台２６を大きくすることができ、構台上での重機の入れ替えが可能になり、施工能率の低下を回避することができる。
【００７６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明にかかる既設トンネルの拡大方法によれば、総延長が長い場合や、断面が小さい場合でも、経済的に拡幅が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる既設トンネルの拡大方法における一実施例の実施状態の側面説明図である。
【図２】図１の上面説明図である。
【図３】図１の断面説明図である。
【図４】図１の要部拡大図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線矢視図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ線矢視図である。
【図７】図１に示した前部作業構台の要部拡大側面図である。
【図８】図７の要部拡大図である。
【図９】図８の側面図である。
【図１０】図７の要部拡大図である。
【図１１】図１０の側面図である。
【図１２】図１に示した前部作業構台の走行に用いるクレーンレールの側面説明図である。
【図１３】図１の要部拡大図である。
【図１４】従来の既設トンネルの拡大方法の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０既設トンネル
１２拡幅トンネル
１４覆工層
１６天井部
１８側壁部
２０上半拡幅部
２２下半拡幅部
２４簡易プロテクタ
２６移動式作業構台
２７一般車両
３０前部作業構台
３２後部作業構台
３４掘削機
３６落ち込み防止装置
３６ａエアバッグ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an expansion method for an existing tunnel, and more particularly, to a method for widening the cross section of an existing tunnel while ensuring the passage of a vehicle.
[0002]
[Prior art]
If the existing tunnel that has been in use after construction has a problem such as not satisfying the current building limit, the section may be enlarged. When enlarging the cross section of the existing tunnel, for example, as shown in FIG. 14, the widening tunnel 1 includes the entire cross section of the existing tunnel 2, and the upper half widening portion 1 a located above the approximate ceiling of the existing tunnel 2. And the lower half widened portion 1b located on the outside of both sides of the existing tunnel 2 may be widened.
[0003]
When constructing such a widening tunnel 1, as shown in the figure, a fixed protector 3 having a reverse concave cross section is installed in the existing tunnel 2, and a vehicle or the like is passed inside the protector 3. In addition, the protector 3 is used as a working scaffold, the excavating machine 4 is mounted on the upper part thereof, the upper half widened portion 1a is excavated, and the lower half widened portion is driven by the excavating machine 5 traveling on the roadbed. 1b was excavated.
[0004]
Such excavation work of the upper half or lower half widened portions 1a and 1b is usually performed by excavating the lower half widened portion 1b after excavating the upper half widened portion 1a along the entire line, or these excavations can be performed simultaneously. Do.
[0005]
However, such a conventional method for expanding an existing tunnel has the following technical problems.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
That is, in the conventional expansion method described above, since a heavy machine such as the excavating machine 4 is mounted on the protector 3 and the protector 3 is used as a work floor, the protector 3 uses a highly rigid member over the entire line. Therefore, the ratio of the steel material cost to the whole construction became large, and it was very uneconomical.
[0007]
In addition, such cost increase becomes larger as the length of the tunnel becomes longer, and when the length of the fixed protector 3 becomes longer, the installation takes time and the time for traffic regulation also increases.
[0008]
Furthermore, when the cross section of the existing tunnel 2 is small, the cross section of the protector 3 is also reduced accordingly, and it takes time to replace heavy equipment on the protector 3, and the construction efficiency is greatly reduced. It was.
The present invention has been made in view of such a conventional problem, and the object of the present invention is to provide an economically widening even when the total extension is long or the cross section is small. The purpose is to provide a tunnel expansion method.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has an upper half widened portion located above the approximate ceiling portion of the existing tunnel, and a lower half widened portion located outside the both sides of the existing tunnel. In an expansion method of an existing tunnel for constructing a widening tunnel including a cross section inside, a simple protector having a reverse concave cross section that secures vehicle traffic is installed inside the lining layer of the existing tunnel, and the upper half widened portion And the movable work gantry is installed on a bench formed by the preceding excavation so as to be movable along the axial direction of the existing tunnel, and the upper half widened portion Excavation and destruction of the ceiling portion of the lining layer are performed from the movable work gantry, and excavation of the lower half widened portion and destruction and removal of the sidewall portion of the lining layer are performed on the side wall. By working on the roadbed outside the club Was Unishi.
[0010]
According to the construction method of the existing tunnel constructed in this way, only the functions necessary for securing the traffic of the vehicle are secured by the protector, which is simplified, and the excavation work gantry is the axis of the existing tunnel. The mobile work base is movable along the direction, and the upper half widened part is excavated before the lower half widened part, and it is installed on the bench formed by this advanced excavation. Does not need.
[0011]
Therefore, even if the total length of the widening tunnel is increased, the economic efficiency is not deteriorated and the installation can be easily performed, so that the traffic regulation time does not increase so much.
[0012]
In the present invention, since the simple protector and the mobile work platform are divided, the degree of freedom of diversion of both is increased, and the mobile work platform is enlarged even if the cross-sectional area of the existing tunnel to be widened is small. This makes it possible to replace heavy machinery on the gantry and avoid a decrease in construction efficiency.
[0013]
The mobile work gantry is disposed on the face side, and is disposed on the front work gantry on which the excavator for excavating the upper half widened portion is mounted, on the rear side of the front work gantry, and is used for work scaffolding and heavy equipment standby It can be composed of two blocks with a rear work gantry used for loading and unloading of fields, heavy machinery and materials.
[0014]
According to this configuration, widening work can be performed according to various construction conditions by appropriately selecting the length of two blocks including the front work base and the rear work base.
[0015]
The front work gantry is inserted between the ceiling part of the existing tunnel and the simple protector at the front end side thereof, and can be widened to prevent the crushed material such as excavation sludge and concrete glass from falling forward. Can be provided.
[0016]
According to this configuration, since the fall of the crushed material to the front face of the face is prevented by the drop prevention device, it is possible to prevent damage to the simple protector.
[0017]
The rear work gantry is formed in a two-divided state, and the rear divided work gantry can be used for carrying out excavation sludge.
[0018]
According to this configuration, the excavation slip can be smoothly carried out.
[0019]
The rear work gantry can be provided with a traveling path for entering a vehicle such as a dumping dump truck and a belt conveyor installation space for excavating dump trucks.
[0020]
According to this configuration, the vehicle can be easily boarded or unloaded from the rear work gantry, and the excavation sludge can be easily carried out.
[0021]
The rear work gantry is configured to be separable from the front work gantry, and can be moved alone in a state where heavy equipment or the like is mounted.
[0022]
According to this configuration, for example, when concrete is sprayed on the widened section, unnecessary heavy machinery can be mounted on the loading / unloading gantry and moved backward, so that it can be retreated and separated from excavation work etc. Heavy equipment and materials can be mounted on the loading / unloading gantry.
[0023]
The sagging prevention device may be provided with a widenable airbag that contacts the inner surface of the lining layer in a widened state and separates from the inner surface of the lining layer in a contracted state.
[0024]
According to this configuration, when the airbag is widened and brought into contact with the inner surface of the existing tunnel, the crushed material can be reliably prevented from falling, and when the airbag is contracted, it is separated from the inner surface of the existing tunnel. The front protective gantry can be easily moved.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 to 13 show an embodiment of an expansion method for an existing tunnel according to the present invention.
[0026]
The enlargement method shown in the figure is applied to the construction of the widening tunnel 12 including the entire cross section of the existing tunnel 10 as shown in FIG. The existing tunnel 10 has a lining layer 14 having a substantially horseshoe-shaped cross section, and the lining layer 14 includes an arch-shaped ceiling portion 16 and side wall portions 18 integrally connected to both sides thereof.
[0027]
The widening tunnel 12 includes an upper half widened portion 20 positioned above the approximate ceiling portion 16 of the lining layer 14 and a lower half widened portion 22 positioned outside the side wall portions 18 on both sides of the lining layer 14. ing.
[0028]
In constructing such a widening tunnel 12, in this embodiment, a simple protector 24 and a mobile work gantry 26 are used. The simple protector 24 is used to ensure the passage of the general vehicle 27, and is a low-rigidity member such as a relatively thin steel plate and is formed in a reverse concave shape with a flat ceiling, and covers the existing tunnel 10. Inside the layer 14, it is installed over the entire length of the part where the widening work is performed.
[0029]
The movable work gantry 26 is configured to be movable along the axial direction of the existing tunnel 10, and in the case of the present embodiment, excavation of the upper half widened portion 20 precedes excavation of the lower half widened portion 22. And installed on a bench 28 having a predetermined length formed by the preceding excavation.
[0030]
In the case of the present embodiment, the bench 28 is set to a height level including a part of the upper end side of the ceiling portion 16 of the lining layer 14, but this position is not limited to the illustrated level. However, it can be set roughly in accordance with the construction conditions and the shape of the lining layer 14 of the existing tunnel 10.
[0031]
In the enlargement method shown in the present embodiment, a space is provided between the outer surface of the side wall portion 18 of the existing tunnel 10 and the inner surface of the widening tunnel 12 so that the excavator 29 such as a shredder with a breaker can travel. It has been.
[0032]
In the case of the present embodiment, the mobile work gantry 26 is composed of two blocks, that is, a front work gantry 30 and a work gantry 32, and a drop prevention device 36 is disposed on the tip side.
[0033]
The sagging prevention device 36 is inserted between the lower surface of the ceiling 16 of the existing tunnel 10 and the upper end surface of the simple protector 24 to prevent crushed materials such as excavation sludge and concrete trash from falling forward of the face. In order to prevent damage to the simple protector 24, as shown in detail in FIG. 6, an airbag 36a and a support member 36b are provided.
[0034]
The support member 36b is a gate-type member that is attached and supported at the tip of the front work gantry 30, and includes a flat top plate 360b and a pair of side plates 361b that are suspended from both ends of the top plate 360b. Has been. The support member 360b has a portal shape that can be inserted into the lining layer 14 of the existing tunnel 10 and that the simple protector 24 can be accommodated therein.
[0035]
The top plate 360b is one step lower than the front work gantry 30, and the airbag 36a on the upper surface side of this portion is disposed. The airbag 36a expands its outer shape by injecting air and contracts its outer shape by discharging air. In this embodiment, the semicircular portion 360a having a predetermined width and the semicircular portion A pair of ears 361a projecting from both ends of 360a is provided, and a surface of the semicircular portion 360a opposite to the face is an inclined surface 362a that is inclined downward.
[0036]
When the airbag 36a configured in this manner is deflated and inserted between the covering layer 14 and the simple protector 24 together with the support member 36b, and then inflated by injecting air, The upper side of the circular portion 360a abuts on the inner surface of the ceiling portion 16 of the lining layer 14, and the ear portion 361a abuts on the inner surface of the side wall portion 18 of the lining layer 14, so that the lining layer 14 and the simple protector 24 The gap can be blocked.
[0037]
When the air bag 36a having such a configuration is employed in the fall prevention device 36, the crushed material can be reliably prevented from falling, and when the air bag 36a is contracted, it is separated from the inner surface of the existing tunnel 10, so that the front work gantry 30 can be moved easily.
[0038]
The front work gantry 30 is disposed on the face side, and is mounted with an excavator 34 such as a hydraulic breaker that excavates the upper half widened portion 20 and destroys the ceiling portion 16. 7 to 13.
[0039]
The front work gantry 30 shown in these drawings includes a main body 30a, an outrigger 30b, a crane rail 30c, and a travel drive mechanism 30d. The main body 30a has a plate shape with the upper end formed in a flat shape, and the excavator 34 is mounted on this portion.
[0040]
A plurality of bogies 30e, the details of which are shown in FIGS. 8 and 9, are attached to the lower side of the longitudinal end of the main body 30a. As shown in FIGS. 8 and 9, the outriggers 30b are arranged in pairs near the front surface of each bogie 30e, the upper end side is supported on the lower surface side of the main body 30a, and the telescopic jack having the seating portion 30f pivotally attached to the tip end. 30g is built-in.
[0041]
The crane rail 30c is moved forward together with the main body 30 by the traveling drive mechanism 30d, and includes a guide rail 30h and a support portion 30i as shown in detail in FIG.
[0042]
As shown in FIG. 8, the guide rail 30h is longer than the main body 30a, and a pair of guide rails 30h are arranged in parallel at a predetermined interval. Above each guide rail 30h, a wheel of a bogie truck 30e is disposed so as to be placed thereon.
[0043]
The travel drive mechanism 30d includes a drive motor 30j disposed at the center of the lower surface of the main body 30a, a drive sprocket 30k that is pivotally supported by the drive motor 30j, and is rotatably disposed on both sides of the drive sprocket 30k. A pair of tension sprockets 30l supported freely and a roller chain 30m wound around these sprockets 30k, 30l are provided.
[0044]
One end of the roller chain 30m is fixed to one end of a guide plate 30n provided on the crane rail 30c, extends along the longitudinal direction of the guide rail 30h, and passes through a chain tensioning device 30o on the rear end side of the guide plate 30n. Is fixed.
[0045]
In the traveling drive mechanism 30d configured as described above, when the roller chain 30m is tensioned to a predetermined tension state by the chain tensioning device 30o, the chain 30m is wound around the sprockets 30k and 30l. It is the structure supported by.
[0046]
In such a support state, when the telescopic jack 30g of the outrigger 30b is extended, the seating portion 30f is bottomed, and the guide rail 30h is separated upward, the crane rail 30c is suspended and supported by the roller chain 30m. In this state, when the drive motor 30j is driven to rotate, the lift rail 30c can be moved in the front-rear direction along the longitudinal direction of the main body 30a.
[0047]
Then, after such a back-and-forth movement, when the telescopic jack 30g of the outrigger 30b is contracted and the seating portion 30f is separated, the guide rail 30h moves downward and reaches the bottom.
[0048]
At this time, since the bogie 30e is mounted on the guide rail 30h, when the drive motor 30j is driven to rotate in this state, only the main body 30a can be moved in the front-rear direction along the guide rail 30h. .
[0049]
On the other hand, as shown in FIGS. 1 and 2, the rear work gantry 32 is arranged behind the front work gantry 30 and is configured to be separable from the gantry 30. It is used for loading and unloading heavy machinery and materials, and includes a main body 32a, a multi-band travel device 32b, and a vehicle entry travel path 32c.
[0050]
The main body 32a is formed in a flat plate shape so that a heavy machine or the like can be placed on the upper portion thereof, and the upper end surface thereof is located at substantially the same level as the main body 30a of the front work gantry 30. The multi-band travel device 32b moves the main body 32a and is disposed on the side of the main body 32a.
[0051]
The traveling path 32c eliminates a step between the upper surface of the main body 32a and a traveling surface such as a heavy machine, is formed on an inclined surface, and is disposed in a pair behind the main body 32a. By using such a traveling path 32c, it is possible to easily enter the vehicle on the main body 32a and to get off the vehicle from the main body 32a, and to improve the construction efficiency.
[0052]
If the rear work gantry 32 can be separated from the front work gantry 30 as in this embodiment, unnecessary heavy machinery is mounted on the rear work gantry 32 when, for example, concrete is sprayed on the widened section. By moving it backward, it can be retracted, and heavy equipment and materials can be mounted on the rear work gantry 32 separately from excavation work and the like.
[0053]
Next, a procedure for constructing the widening tunnel 12 using the mobile work gantry 26 having the above configuration will be described. When constructing the widening tunnel 12, first, drainage channels, electric circuits, water pipes, etc. of the existing tunnel 10 are turned, and if necessary, pre-reinforcement bolts are placed on the face of the face, etc. After performing shaping, the simple protector 24 is installed over the entire length of the existing tunnel 10 or a certain section.
[0054]
Then, a temporary gantry of the same level as the height of the bench 28 is installed in the vicinity of the wellhead of the existing tunnel 10, and the upper half widened portion 20 is first excavated, and this upper half widened portion is only a predetermined length long. When 20 advance excavations are performed, the movable work gantry 26 is installed on the bench 28 formed by the excavation.
[0055]
In this case, in this embodiment, since the movable work gantry 26 is constituted by the separable front work gantry 30 and the rear work gantry 32, even if only the front work gantry 30 is installed on the bench 28. good.
[0056]
When the mobile work gantry 26 is installed, a fall prevention device 36 on the front end side of the front work gantry 30 is inserted between the lining layer 14 of the existing tunnel 10 and the simple protector 24, and an air bag 36a. Air is injected to widen and prevent excavation sludge and concrete waste from falling forward.
[0057]
Next, excavation of the upper half widened portion 20 of the widening tunnel 12 is performed. In this case, as shown in FIG. 1, the upper half widened portion 20 roughly positioned above the ceiling of the existing tunnel 10 is excavated by an excavator 34 (breaker) mounted on the front work gantry 30, Further, the excavator 34 destroys and removes the ceiling portion 16 of the lining layer 14.
[0058]
When the excavator 34 is mounted on the front work gantry 30, the telescopic jack 30g of the outrigger 30b is extended, the seating portion 30f is abutted and fixed on the bench 28, and the bogie bogie 30e is placed on the guide rail 30h. In this state, the excavator 34 is placed on the main body 30a.
[0059]
When the upper half widened portion 20 is excavated by the excavator 34, the main body 30a is moved on the guide rail 30h by rotating the drive motor 30j as the excavation work proceeds.
[0060]
Excavation gaps and concrete trash generated at this time are mounted on a dump truck mounted on the rear work gantry 32 and carried out of the mine, and the excavation of the upper half widened portion 20 proceeds, so that the main body 30a becomes a guide rail. When the vicinity of the face side of 30h is reached, the forward movement of the crane rail 30c of the front work gantry 30 is performed.
[0061]
When moving the crane rail 30c of the front work gantry 30 forward, first, the excavator 36 on the main body 30a is moved to the rear work gantry 32 side, and then the extension jack 30g of the outrigger 30b is further extended. Then, the guide rail 30h is separated upward from the bench 28, and the crane rail 30c is suspended and supported.
[0062]
In this state, the drive motor 30j is rotated to move the crane rail 30c forward, and after this movement, the telescopic jack 30g of the outrigger 30b is contracted to separate the seating portion 30f. By moving the guide rail 30h downward and landing on the bench 28, the movement toward the front side is completed.
[0063]
In such a forward movement state, the bogie 30e is mounted on the guide rail 30h. Therefore, when the excavator 34 is mounted again on the main body 30 and the drive motor 30j is driven to rotate, the main body 30a is guided. It can be moved in the front-rear direction along the rail 30h, and in such a state, work such as excavation of the upper half widened portion 20 is resumed.
[0064]
Note that the moving mechanism using the rail of the front work gantry 30 shown in the above embodiment can be replaced with a double band movement mechanism of the rear work gantry 32, and a double band type of the rear work gantry 32. The moving mechanism can be replaced with a rail-type moving mechanism.
[0065]
The movement of the front work gantry 30 as described above is repeated a plurality of times as the upper half widening portion 20 is excavated, and during this movement operation, the excavation work of the lower half widening portion 22 is temporarily stopped. The
[0066]
In addition, the pair of lower half widened portions 22 positioned outside the side wall portion 18 of the existing tunnel 10 is excavated by an excavator 29 (a shafluder with a breaker) that runs on the roadbed outside the side wall portion 18. The excavator 29 also destroys and removes the side wall 18 of the lining layer 14, but such excavation work is more than excavation work of the upper half widened portion 20 on the mobile work gantry 26. This is performed in a subsequent manner so that a bench 28 having a predetermined length is always formed.
[0067]
Moreover, the excavation slot excavated by the excavator 34 is carried out of the mine by the following means. (1). A belt conveyor for carrying out excavation sludge is installed on the simple protector 24, and excavation sludge is carried out by this belt conveyor.
[0068]
(2). The rear work gantry 32 is divided into two parts, and the rear rear work gantry is used for carrying out excavation sludge. (3). A belt conveyor that is bent sideways from the rear part of the rear work gantry 32 and extends rearward along the side part of the simple protector 24 is provided, and the excavation gap is carried out by the belt conveyor.
[0069]
Then, when work such as excavation of a predetermined length is completed, concrete is sprayed on the excavation surface of the widening tunnel 12 by a spraying robot to form a primary lining layer 50, and a rock bolt 52 is driven using a jumbo or the like. To do.
[0070]
At this time, the blowing robot or jumbo performs the above-described operation by lowering the excavator 34 and mounting the excavator 34 on the front or rear work gantry 30 or 32 and retreating the position as appropriate.
[0071]
The above excavation and other operations are sequentially continued over the entire length of the existing tunnel 12 to be widened, and when these operations are completed over the entire length, the mobile work gantry 26 has only the main body portions of the gantry 30 and 32. And remove unnecessary parts.
[0072]
When the secondary lining layer is formed on the primary lining layer 50, the simple protector 24 is removed, the floor slab of the widening tunnel 12 is formed, the road surface is restored, and the drainage equipment is restored. Complete.
[0073]
Now, according to the construction method of the existing tunnel constructed in this way, only the functions necessary for securing the traffic of the vehicle are secured by the protector 24, which is simplified, and the excavation work gantry is The movable work gantry 26 is movable along the axial direction of the tunnel 10, and the upper half widened portion 20 is excavated before the lower half widened portion 22, and installed on the bench 28 formed by the preceding excavation. Therefore, the protector 24 does not require great rigidity.
[0074]
Therefore, even if the total length of the widening tunnel 12 becomes longer, the economic efficiency is not deteriorated and the installation can be easily performed, so that the traffic regulation time does not increase so much.
[0075]
In the present invention, since the simple protector 24 and the mobile work gantry 26 are divided, the degree of freedom of diversion of both increases, and the mobile work can be performed even if the cross-sectional area of the existing tunnel 10 to be widened is small. The gantry 26 can be enlarged, the heavy machinery can be replaced on the gantry, and a decrease in construction efficiency can be avoided.
[0076]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the method for expanding an existing tunnel according to the present invention, widening is possible economically even when the total length is long or the cross section is small.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory side view of an implementation state of an embodiment of an existing tunnel expansion method according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory top view of FIG. 1;
FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view of FIG. 1;
FIG. 4 is an enlarged view of a main part of FIG. 1;
5 is a view taken along the line AA in FIG.
6 is a view taken in the direction of arrows BB in FIG. 4;
7 is an enlarged side view of a main part of the front work gantry shown in FIG. 1. FIG.
8 is an enlarged view of a main part of FIG.
9 is a side view of FIG. 8. FIG.
10 is an enlarged view of a main part of FIG.
11 is a side view of FIG.
12 is an explanatory side view of a crane rail used for traveling the front work gantry shown in FIG. 1. FIG.
13 is an enlarged view of a main part of FIG.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing an example of a conventional method for enlarging an existing tunnel.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Existing tunnel 12 Widening tunnel 14 Covering layer 16 Ceiling part 18 Side wall part 20 Upper half wide part 22 Lower half wide part 24 Simple protector 26 Mobile work base 27 General vehicle 30 Front work base 32 Rear work base 34 Excavator 36 Depression prevention device 36a Air bag

Claims

A widened tunnel having an upper half widened portion located above the approximate ceiling portion of the existing tunnel and a lower half widened portion located generally outside the both sides of the existing tunnel, and including the entire cross section of the existing tunnel inside In the expansion method of the existing tunnel to be built,
A simple protector with a reverse concave cross section that secures vehicle traffic is installed inside the lining layer of the existing tunnel,
The upper half widened portion is excavated prior to the lower half widened portion, and a movable work gantry is installed on the bench formed by the preceding excavation so as to be movable along the axial direction of the existing tunnel,
The excavation of the upper half widened part and the destructive removal of the ceiling part of the lining layer are performed by work from the mobile work gantry,
An expansion method for an existing tunnel, characterized in that excavation of the lower half widened portion and destruction and removal of the side wall portion of the lining layer are performed by work on the roadbed outside the side wall portion.

The mobile work gantry is arranged on the face side, and a front work gantry on which an excavator for excavating the upper half widened portion is mounted,
2. The existing tunnel according to claim 1, which is arranged behind the front work gantry and is composed of two blocks: a work platform, a waiting area for heavy machinery, and a rear work gantry used for loading and unloading heavy machinery and materials. Enlarging construction method.

The front work gantry is inserted between the ceiling portion of the existing tunnel and the simple protector at the front end side thereof, and can be widened to prevent the crushed material such as excavation sludge and concrete gravel from falling forward of the face. 3. The method for expanding an existing tunnel according to claim 2, further comprising a fall prevention device.

3. The method for expanding an existing tunnel according to claim 2, wherein the rear work gantry is formed in a two-divided state, and the rear rear work gantry is used for carrying out excavation sludge.

3. The method for expanding an existing tunnel according to claim 2, wherein the rear work gantry has a traveling path for entering a vehicle such as a dumping dump for dumping and a belt conveyor installation space for excavating dumping.

3. The method for expanding an existing tunnel according to claim 2, wherein the rear work gantry is configured to be separable from the front work gantry and is moved alone in a state where heavy equipment is mounted.

4. The existing tunnel according to claim 3, wherein the sagging prevention device has an expandable airbag that abuts against the inner surface of the lining layer in a widened state and separates from the inner surface of the lining layer in a contracted state. Enlarging construction method.