JP3803036B2 - トンネル掘削における工事用の軌条 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシールド工法やＴ.Ｂ.Ｍ工法によるトンネル掘削工事、特に比較的小径のトンネルに適用して有用な軌条に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド工法やＴ.Ｂ.Ｍ工法によるトンネル掘削工事では、掘削用機械であるシールドマシンやトンネルボーリングマシン（以下、単にマシンという）を動かすための油圧ユニット，トランス，運転装置を始めとして、掘削に伴う様々な機械や装置を、マシンの掘削進行に合わせて当該マシンに追従させる必要がある。
【０００３】
このため従来技術では、夫々の機械や装置を載せる台車を作製し、上記マシンの進行に合せて覆工されて行くセグメントや支保工（以下、本明細書ではこれらを「セグメント」という）に枕木を仮設し、この上に前記台車専用の軌条を設置することにより、当該台車を軌条上で前記マシンに牽引させていた。この台車は上記マシンに後続するため「後続台車」と称されている。
【０００４】
一方、上記マシンによる掘削によって排出される土砂を収容して搬送するいわゆるズリ鉱車、覆工されるセグメントの搬入やその他必要な資材や機材の搬入或は搬出に使われる運搬台車を走行させるため、従来は上記の後続台車用の軌条とは異なる別の軌条を設けている。
【０００５】
即ち、従来工法では、セグメントで形成された坑内に配置した同じ枕木の上に、或は、別々の枕木の上に二種類の軌条を設けていたのであるが、このように多重に軌条を敷設することは開口断面が大きなトンネル工事では殆んど問題ないものの、小径断面のトンネル工事では様々な問題が顕在化する。
【０００６】
他方、上記のシールド工法のトンネル工事においては、一次覆工の後に二次覆工としてパイプを据付ける施工形態が採られることがあり、二次覆工に使用するパイプの外径が、一次覆工内面と最小限のクリアランスしか形成されないパイプが使用されることがある。この場合、一次覆工のためにセグメント内に架設された軌条は、枕木の位置が高目であるため、一次覆工内面と最小クリアランスしか持てない二次覆工用パイプは、前記の一次覆工用の軌条を利用してトンネル内に搬入することが出来ず、従って、一次覆工用に設置した枕木，軌条を撤去した上で、二次覆工のために一次覆工面の底近くに、新たに枕木を配置して二次覆工専用の軌条が低位になるように設けている。
【０００７】
しかし乍ら、一つのトンネル工事において三種類もの軌条を設置することはそれだけでも合理性に欠けるところ、上記のような二次覆工専用の軌条を設置するためには、一次覆工用軌条や枕木の撤去を不可欠とするという、多大な労力，作業時間を要する作業を実行しなければならない問題がある。しかも、トンネルの開口断面が比較的小径であると、この問題はトンネル工事の度に発生する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のようなシールド工法やＴ.Ｂ.Ｍ工法による従来のトンネル掘削における工事用軌条の問題点に鑑み、仮に小径のトンネルであっても一種類の軌条で、マシンに牽引される後続台車，資材等を切羽側へ搬入し、またそこから搬出する運搬台車，二次覆工用資材の運搬をする台車のいずれであっても、同一の軌条でそれらの走行を案内することができるトンネル工事用の軌条を提供することを、その課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決することを目的としてなされた本発明軌条の構成は、掘削したトンネル内に設置された一次覆工用セグメントにおける略中心底部の縦リブの上に、前記セグメントの接続用フランジ継手部の上面と縦リブの上面の高低差を埋めるスペーサ部材を下部に設けたレール部材の２本を取付けることにより、走行面を略水平に保持し、トンネル工事用の複数種の幅広台車であって同一の軸間距離を有する台車の共用軌条に形成したことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明軌条は、より具体的には、軌条は、下面が膨出した断面略ロ字状のレール部材、又は、左右の脚の高さが異なる断面逆Ｕ字状のレール部材と、このレール部材の下面に溶接され、かつ、その下面がセグメントの縦リブの上面に配置されたとき、前記レール部材の上面がほぼ水平になるように形成したものと用いる。なお、レール部材の断面内には、適宜ピッチで補強リブを設けることが望ましい。
【００１１】
上記軌条を走行させる幅広台車としては、掘削したトンネル内に設置された一次覆工用セグメントにおける略中心底部の縦リブの上に、前記セグメントの接続用フランジ継手部の上面と縦リブの上面の高低差を埋めるスペーサ部材を下部に設けたレール部材の２本を取付けることにより、走行面を略水平に保持し、トンネル工事用の複数種の幅広台車であって同一の軸間距離を有する台車の共用軌条に形成された当該軌条上を転動する車輪を下面側に有する台車であって、当該台車における荷物の載せ台を、その台の左右両端部が前記セグメントの内側面に接近する大きさに形成すると共に、当該載せ台の一端部又は両端部に、セグメントの内側面に案内支持される滑動部材を設けた構成のものが好適である。
【００１２】
また、上記の幅広台車を、滑動部材をソリ状に形成し、このソリ状部材に対面するセグメントの内面に前記ソリ状部材が支持されるローラ部材を設けることがある。また、幅広な後続台車の上面側には、セグメント内に収まるフレームを立設しこのフレームにホイスト等の扛重装置を設けた構成とすることもある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態例について、図を参照しつつ説明する。図１は、Ｔ.Ｂ.Ｍ工法により掘削してセグメントを配置したトンネルにおいて、そのセグメントの縦リブに直接取付けた本発明軌条の上に置かれた後続台車を例示した断面図、図２は図１のトンネルにおいて、後続台車の後方に配置される運搬台車の動力車をトンネルの中継ポンプ部において示した断面図、図３は同じく運搬台車の動力車を待避所部において示した断面図、図４は図１〜図３に使用された本発明軌条の要部を示す平面図、図５は図４の軌条のＡ−Ａ断面図、図６は図４のＢ−Ｂ断面図、図７は図６の軌条の代替例の断面図、図８は従来のトンネル工事における軌条と後続台車の例を模式的に示す断面図、図９は図８の一次覆工トンネルに二次覆工用パイプを搬入する例の模式的断面図である。
【００１４】
図８，図９において、シールド工法等により掘削してセグメントＳを設置した工事中のトンネルでは、図８に例示するように、セグメントＳの底Sbから十分な上下空間を保った高さの位置に、仮設の枕木Ｐを適宜の間隔を保って配置し、この枕木Ｐに後続台車FC用の２本の軌条R1と運搬台車CC用の２本の軌条R2を設けていた。図８において、Ｄは後続台車FCに支持させた換気用の風管、Ｖはズリなどの搬送コンベア、Ｍは原動機，バッテリ等の機器類で、いずれも後続台車FCに搭載されている。運搬台車CCには、工事で使用する資材，機材Ｔが積載されている。
【００１５】
しかし乍ら、図８に示すような軌条R1，R2の配設形態、並びに、前記軌条R1，R2に案内される台車FC，CCの形態を採る従来工法では、一次覆工のあとパイプによる二次覆工を施工する場合、図９に例示するように、二次覆工用パイプSpの外径がセグメントＳの内径と小さなクリアランスmcしかないような場合、前記軌条R1，R2が邪魔になるため、これらの軌条R1，R2と枕木Ｐを撤去した上で、前記パイプSpの専用運搬台車PCを走行させる専用の軌条R3を新たに敷設しなければならないという煩しさがあったことは、先に述べた通りである。
【００１６】
そこで本発明では、上記のような三種類もの軌条R1〜R3を敷設したり撤去したりする必要がない単線の共用軌条を鋭意開発して当業界に提案しようとするものである。この点について図１〜図７を参照しつつ以下に詳述する。
【００１７】
図１〜図３において、ＳはＴ.Ｂ.Ｍ工法により掘削したトンネルに配置されたセグメントで、図８，図９の従来工法におけるセグメントと同じものである。
本発明では、このセグメントＳにおける略中心の底部に位置した２本の縦リブL1，L2に、図４，図７に例示した本発明軌条をいわば直付けタイプで設けたものである。即ち、本発明軌条は、図４〜図７に例示したように、ゲージバー１と、矩形の板状をなす枕木を兼ねるスペーサ部材２とを等ピッチで並べ、その上に左右の脚長が異なる断面逆Ｕ字状のレールＲを配置したもの２条を、前記ゲージバー１とスペーサ部材２の裏面において前記セグメントＳにおける底部の縦リブL1，L2の上面に取付けることにより、走行面（上面）Rfが水平な本発明軌条の一例を構成した。つまり、本発明軌条は前記セグメントＳの底部にあるセグメントの縦リブL1，L2に、架設タイプの枕木を設けることなく直接取付けているのである。上記例でスペーサ部材２を用いるのは、各セグメントＳの接続用フランジの継手部Ｆの上面と縦リブL1，L2の上面の間に、スペーサ部材２の厚さ分のギャップがあるので、スペーサ部材２はこのギャップを埋める作用もある。
【００１８】
次に、図４〜図７により本発明軌条の具体的構成についてより詳しく説明する。
図４において、各セグメントＳは長さ方向両端に設けられたフランジ状の継手部Ｆにおいて接続され、これにより各セグメントＳにおける底部の各縦リブL1，L2も同じ位相上に連続する。
本発明軌条は、接続された各セグメントＳにおける２本の縦リブL1，L2の上面に配置されるが、前記継手部Ｆの上面と縦リブL1，L2の上面には高低差（ギャップ）があるため、このギャップを埋める意味でも枕木として作用するスペーサ部材２を必要とし、またレールは所定の長さの単位、具体的には、１個のセグメントＳにおいて少なくとも１箇所をボルト止めにより当該セグメントＳに固定する必要があるため、ゲージバー１をレールの単位長さごと配置し、このゲージバー１を、図５に示すように、縦リブL1，L2の上面に設けたボルト４を立設した枕木状の取付部材３の当該ボルト４にナット５により固定するようにしている。ゲージバー１が設けられないレール部分は、図６に示すように、レールＲの下部に設けたスペーサ部材２が等ピッチで縦リブL1，L2の上面に載置された状態になる。
【００１９】
本発明軌条では、図５，図６に示した断面のレールＲに代えて、図７に例示した略ロ字状断面のレールR′を使用することもある。このレールR′は、下面がカマボコ状に膨出した断面を持ち、スペーサ部材２に対する角度を調整して当該スペーサ部材２に溶接できるようにしている。
これは、セグメントＳの内径の違いによって縦リブL1，L2の上面の傾斜角が異なることがあるので、図５，図６に示したスペーサ部材２に対する取付角が固定されたレールＲでは、そのレールＲの走行面Rfが水平にならないことがあるのを回避するためである。
【００２０】
本発明軌条は上記の通り、セグメントＳにおける底部の縦リブL1，L2の上にいわば直付けによりレールＲ（又はR′）を取付ける構造であるから、本発明軌条に載せる台車を、その有効高さが、架設タイプの枕木を設けない分、背が高い台車の走行を可能にする。なお、図１〜図３に示した例では、セグメントはその内径が2800〜3000mm程度、２本のレールＲ，Ｒの巾が約600mm前後、レールＲは天巾，高さとも約40〜50mm程度であるが、本発明はこれらの数値に限定されるものではない。
【００２１】
本発明では、上述した構成によりセグメントＳに取付けられる単線仕様の２条のレールＲ，Ｒを、後続台車，運搬台車，二次覆工用パイプの運搬台車のすべてに共用するので、以下にこの点について述べる。
【００２２】
本発明軌条上を走行させる後続台車は、図１に例示したように、セグメントＳの底部においてその縦リブL1，L2にいわば直付けした形態の幅員が狭目の２本のレールＲ，Ｒに載る軸間距離を有した左右の車輪７，７を底面側に設けた幅広台車６により形成される。この幅広台車６は、その荷物の載せ台6aとなるフレームの幅員を、セグメントＳの左，右内壁に至近した幅広に形成すると共に、この載せ台6aの左，右両端の下面側を、セグメントＳの壁面の傾斜に則った傾斜面6b，6bに面取り形成し、かつ、図１の例では右側の面5bに滑動部材としてバー部材によるソリ6cを取付けている。なお、内面に凹凸がない平坦なセグメントでは、ソリ6cに代えて車輪等のころがり部材を設け、ローラ８を設けない構成とすることができる。
【００２３】
一方、前記台車６における左右のソリ6cに対向するセグメントＳの内面には、前記ソリ6cを案内するコロ状のローラ８を設けている。
【００２４】
上記の構成により、左右の車輪７，７の軸間距離が小さいにも拘らず、大き目の左右幅を有する荷物載せ台6aを持つ幅広の後続台車６を、安定に組立てられたセグメント内を走行させることが可能になるのである。
【００２５】
図１に示した後続台車６は、その載せ台6aの上方に、梁材による、ここでは一例として略半円環状のフレーム6dと支柱6eを設け、このフレーム6dと支柱6e並びに載せ台6aを利用して、これから切羽に配置されるセグメントS′や支保工、或は、資材や機材を運搬するため、トロリータイプの電動チェーンブロックなどの扛重装置CBを積載している。なお、前記後続台車６には、図示しない運搬台車からこの後続台車６に上記セグメントS′のほか、他の資材，機材を取込むためのホイストを設けたり、或は、ズリ出し用のコンベア、通気用の風管などを支持させる。
【００２６】
図２は、図１のトンネルにおいて、セグメントＳ内に設けた本発明軌条Ｒの上を走行する運搬台車（この台車自体は図に表われず）を牽引する動力車PTが、このトンネルにおける中継ポンプ部Rpに位置している断面図である。図２に示されるように比較的小径のセグメントＳであっても、本発明軌条はその幅員が小さいので、中継ポンプ９を設置するためのポンプ台10をセグメントＳの低目の位置に余裕をもって配置できる利点がある。
【００２７】
図３は、図２で述べた動力車PTが、このトンネルにおける坑内待避所SZに位置している断面図で、この図の場合も図２の場合と同様に本発明軌条の幅員が狭目であるから、セグメントＳの低い位置にこの待避所SZの床（歩行面）Sfを位置付けた余裕ある空間の待避所、つまり腰をかがめなくても歩行可能な待避所SZをセグメントＳによるトンネル内に形成できるのである。
【００２８】
従来工法においては、種類が異なり、従って、車輪の軸間距離も区々に形成されている台車走行のために工事用の軌条が２ライン、或は、３ライン不可欠であり、また、各台車の積載部となる荷物載せ台の左右幅を確保するため、セグメント内に枕木をセグメント底面から持上った位置に架設タイプで設け、この枕木上にレールを取付けていたため、その分、セグメント内での高さ方向の作業空間が狭くなるきらいがあった。
特に、小径断面のセグメントを設置したトンネルでは、後続台車が切羽の手前に常に位置するので、運搬台車が切羽に近付くと、両台車の間が危険ゾーンになるという問題があった。
また、従来工法であると、セグメントＳの天井が低い場合には、人の作業姿勢や移動姿勢が中腰の不自然なものとなって作業効率が低下するのみならず、腰痛等を惹起するという問題もあった。
更に、二次覆工用にパイプを据付ける場合には、そのパイプを一次覆工トンネル内に搬入するために、一次覆工に使用した枕木や軌条を撤去することが不可欠となり、その撤去後に二次覆工用パイプの運搬台車用のレールを新たに敷設し直す必要があって、作業環境，作業条件，作業手間のいずれをとっても、多くの問題を抱えていた。
本発明はこのような従来工法における問題点を、上述したように悉く解決するものである。
【００２９】
【発明の効果】
本発明では、上述したようにセグメントの最も低位の位置に、幅員が狭目の単線軌条を当該セグメントの縦リブを利用した形態で敷設し、この単線の軌条を各台車の共用軌条としたので、小径のセグメントを使用したトンネルであっても、トンネル内空間を有効利用することが可能になる。また、単線軌条であることにより、各台車の車軸、車輪等の仕様、台車フレームの仕様などが一元化したもので足りる利点が得られる。
一方、単線軌条であることにより、後続台車に搭載した設備などとセグメント等を搬入する運搬台車とが、従来工法の場合のように夫々の専用軌条（又は半共用軌条）による複線軌条によって並列的に接近することがないため、この面に関する安全性が向上乃至は確保できるという利点もある。また、単線用の台車であっても荷物の載せ台を幅広に形成すると共に、それに転覆防止機能を持たせたから、荷物，資材の積載量は公知の広軌用台車に比べても殆んど遜色がない。
従って、本発明によれば、一次覆工から二次覆工まで本発明による単線軌条をセグメント内に設けておけば、軌条に関してはそれですべて足りるので、夫々の台車用の専用軌条を一次覆工や二次覆工のために、夫々に設置したり撤去する必要があるという煩しさが全面的に解消され、また、台車は狭軌用であっても積載部を幅広に形成でき、しかも転覆防止も図られているので、本発明はシールド工法やＴ.Ｂ.Ｍ工法のように一次覆工にセグメントを使用する、特に、比較的小径のトンネル工事用の軌条としてきわめて有用である。本発明は、大口径のトンネル工事にも適用できること勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 Ｔ.Ｂ.Ｍ工法により掘削してセグメントを配置したトンネルにおいて、そのセグメントの縦リブに直接取付けた本発明軌条の上に置かれた後続台車を例示した断面図。
【図２】 図１のトンネルにおいて、後続台車の後方に配置される運搬台車の動力車をトンネルの中継ポンプ部において示した断面図。
【図３】 同じく運搬台車の動力車を待避所部において示した断面図。
【図４】 図１〜図３に使用された本発明軌条の要部を示す平面図。
【図５】 図４の軌条のＡ−Ａ断面図。
【図６】 図４のＢ−Ｂ断面図。
【図７】 図６の軌条の代替例の断面図。
【図８】 従来のトンネル工事における軌条と後続台車の例を模式的に示す断面図。
【図９】 図８の一次覆工トンネルに二次覆工用パイプを搬入する例の模式的断面図。
【符号の説明】
１ ゲージバー
２ 板状枕木
３ スペーサ枕木
４ ボルト
５ ナット
６ 後続台車
6a 荷物載せ台
6b 傾斜面
6c ソリ
6d フレーム
6e 支柱
７ 車輪
８ コロ状のローラ
９ 中継ポンプ
10 ポンプ台
Ｓ セグメント
Ｒ レール
PT 運搬台車を牽引する動力車
Rp 中継ホンプ部
Sz 坑内待避所
Sf 待避所の床（歩行面）

Claims (3)

1. 掘削したトンネル内に設置された一次覆工用セグメントにおける略中心底部の縦リブの上に、前記セグメントの接続用フランジ継手部の上面と縦リブの上面の高低差を埋めるスペーサ部材を下部に設けたレール部材の２本を取付けることにより、走行面を略水平に保持し、トンネル工事用の複数種の幅広台車であって同一の軸間距離を有する台車の共用軌条に形成したことを特徴とするトンネル掘削における工事用の軌条。
2. 軌条は、下面が膨出した断面略ロ字状のレール部材、又は、左右の脚の高さが異なる断面逆Ｕ字状のレール部材と、このレール部材の下面に溶接され、かつ、その下面がセグメントの縦リブの上面に配置されたとき、前記レール部材の上面がほぼ水平になるように形成した請求項１のトンネル掘削における工事用の軌条。
3. ２本のレール部材は、適宜の長さの単位でゲージバーを具備し、このゲージバーにおいてセグメントにボルト止めした請求項１又は２のトンネル掘削における工事用の軌条。

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