JP4057734B2 - 既設トンネルの拡幅工法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、既設トンネルを拡幅するためのトンネル拡幅工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
既設トンネルにおいて、トンネル覆工コンクリートの老朽化、通行車輌の大型化、運行列車の高速化、通行量の増大などの理由により、当該既設トンネルの拡幅を行う（以下、「拡幅工事」という）ことが数多く行われている。
従来、前記拡幅工事を行う代表的な方法としては、以下の二つの方法が存在していた。
【０００３】
第一の方法は、図６（ａ）に示すように、既設トンネルＴ’の覆工コンクリ−トＣ’と拡幅すべき地山Ｇ’を同時に掘削し、最終的に、拡幅した壁面に覆工コンクリートＫ’を打設して拡幅工事を行うものである。しかし、この方法では、既設トンネルＴ’の内空部Ｔ’１内に、掘削機械、ズリ積み込み機械、ズリ搬出用トラックなどの各種作業用機械９０を配設して作業を行うことになり、作業中は一般車輌に対し通行制限の措置を講じる必要がある。
【０００４】
また、第二の方法は、図６（ｂ）に示すように、既設トンネルＴ’の覆工コンクリートＣ’を残して拡幅すべき地山Ｇ’を掘削し、次に、拡幅した壁面に覆工コンクリートＫ’の打設を行い、最後に、既設トンネルＴ’の覆工コンクリートＣ’の解体・撤去を行うものである。しかし、当該方法においては、既設トンネルＴ’の覆工コンクリートＣ’は地山Ｇ’から直接地盤反力をとることができず、アーチ形状を有する覆工コンクリートＣ’が不安定となるため、覆工コンクリートＣ’の内側や外側に設けた補強材９１，９２により、その安定性を保つことが必要になる。このため、当該方法においても、既設トンネルＴ’の内空部Ｔ’１に設ける補強材９２の存在により、車線数の減少を伴い、また、一時的とはいえ既設トンネルＴ’の覆工コンクリートＣ’の解体・撤去時に、前記の第一の方法と同様の通行制限の措置を講じる必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
既設トンネルは、そのほとんどが供用中である。そのため、従来の代表的な方法で拡幅工事を行う場合には、道路トンネルにおいては、車輌通行禁止、車線数の減少などの通行制限を伴うことになり、円滑な交通を妨げ、交通渋滞等を引き起こしてしまうという問題が生じていた。また、鉄道トンネルにおいては、列車運行規制を行うか、あるいは、夜間等の列車通行がない極めて短時間の中で、拡幅工事を実施することが必要になっていた。
【０００６】
本発明は、前記のそれぞれの問題点を除くためになされたものであり、既設トンネルの拡幅工事中における長期間にわたる車輌および列車の通行制限をなくすことができるトンネル拡幅工法の提供を行うとともに、安全性および経済性にも優れたトンネル拡幅工法の提供を行うことを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
要するに請求項１記載の本発明は、既設覆工部を有する既設トンネルにおいて、前記既設覆工部の外周部を掘削し、拡幅した壁面を覆工した後、前記既設覆工部を除去する、既設トンネルの拡幅工法であって、
「（１）前記既設覆工部の外周部掘削時において、前記既設トンネルの内空部を侵すことなく、前記既設覆工部の安定性を保持する既設覆工部保持工程。
（２）前記既設覆工部の外周部掘削終了後および拡幅した壁面の覆工終了後、前記既設トンネルの内空部を遮蔽する遮蔽手段を設け、前記遮蔽手段の外側に存在する前記既設覆工部を除去する既設覆工部除去工程。」
の各工程を含むことを特徴としている。
ここで、前記既設覆工部の安定性を保持するための対策としては、既設覆工部を補強手段により構造的に補強すること、および、既設覆工部からの覆工材料の剥離防止を行うことが含まれる。
【０００８】
したがって、本発明によれば、既設覆工部保持工程により、既設覆工部の外周部掘削時において、当該既設覆工部の安定性を確保することができるため、既設覆工部の内空部に設ける必要があった補強材を不要とすることができる。
また、既設覆工部除去工程により、既設覆工部の内空部を遮蔽する遮蔽手段を設け、前記遮蔽手段の外側に存在する前記既設覆工部を除去することで、既設覆工部を除去する際に、既設覆工部の内空部に各種の破砕物等が落下することを防止することができる。
そのため、本発明によれば、拡幅工事中において、一般車輌の通行制限をなくすことが可能となる。
【０００９】
また、請求項２記載の既設トンネルの拡幅工法は、請求項１記載の既設トンネルの拡幅工法において、前記既設覆工部の壁面変位の計測を行うことにより、前記既設覆工部の安全性を確認しながら、前記既設トンネルの拡幅を行うことを特徴としている。
ここで、前記既設覆工部の壁面変位の計測は、当該既設トンネル壁面にレーザー測距儀を設置し、当該装置により行うことが好ましいものである。
【００１０】
したがって、本発明を用いて、既設覆工部の壁面変位の計測を行うことにより、当該既設覆工部の安全性の確認を行うことができるため、一般車輌の通行が行われている既設トンネルにおいて、より安全に拡幅工事を行うことが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
ここで、実施形態の説明に先立ち、本発明の既設トンネル拡幅工法を適用する既設道路トンネル（以下、「既設トンネル」という）について、簡単に説明する。
【００１２】
◎既設トンネルの概要
図５に示すように、地山Ｇ内に、楕円形状の既設トンネルＴが形成されている。当該既設トンネルＴの壁面は、アーチ形状に形成されたコンクリートで覆工されている。前記既設トンネルＴにおけるコンクリートによる覆工部を、既設覆工部Ｃと称することにする。ここで、既設トンネルＴの拡幅は、前記既設トンネルＴの断面形状と略相似形である断面形状であって、所望の幅員となるように行うものである。
さらに、原則的に、拡幅工事中には、既設トンネルＴの内空部Ｔ１を一般車輌Ｓが通行している。
【００１３】
◎既設トンネルＴの拡幅工法
図５に示すように、本発明に係る既設トンネルＴの拡幅工法の考え方は、既設覆工部Ｃを、既設トンネルＴ内を通行している一般車輌Ｓに対する防御部材として使用しながら、当該既設覆工部Ｃの外周部Ｇ１の掘削を行い、拡幅した壁面を覆工して拡幅覆工部Ｋを形成した後、既設覆工部Ｃを除去するものである。すなわち、本発明は、まず、既設覆工部Ｃの外周部Ｇ１を掘削（以下、「外周部掘削工程」という）して、拡幅した壁面を覆工した（以下、「拡幅壁面覆工工程」という）後、前記既設覆工部Ｃを除去する工法であり、既設覆工部保持工程と、既設覆工部除去工程を含むものである。
以下に、各工程について詳説する。
【００１４】
○外周部掘削工程
本工程は、既設覆工部Ｃの外周部Ｇ１を、所望の幅員に対応するまで掘削する工程であり、既存の各種掘削工法を用いることができる。
【００１５】
○既設覆工部保持工程
本工程は、前記外周部掘削工程の実施時において、一般車輌Ｓの円滑な通行を確保するため、前記既設トンネルＴの内空部Ｔ１を侵すことなく、既設覆工部Ｃの安定性を保持する工程である。ここで、「既設トンネルＴの内空部Ｔ１を侵すことなく」とは、当該内空部Ｔ１に一般車輌Ｓの通行を阻害する部材や装置等を設けたり、当該内空部Ｔ１で種々の作業を行うことがないようにすることを意味する。
【００１６】
既設覆工部Ｃの安定性を保持するための対策としては、当該既設覆工部Ｃを補強手段により構造的に補強すること、および、既設覆工部Ｃからの覆工材料の剥離防止に関する対策を行うことが含まれる。
なお、本工程は、既設覆工部Ｃを形成する覆工コンクリートの状態が非常に良く、地山Ｇからの反力が得られなくても作業に支障がない場合には、既に既設覆工部Ｃの保持が達成されていると考えられるため、本工程を必ずしも行う必要はない。その意味において、本工程は任意工程であると考えることもできる。
また、外周部掘削工程の当初は、本工程を行わない場合であっても、既設覆工部Ｃの外周部Ｇ１を掘削することに伴い、当該既設覆工部Ｃを補強する必要性が生じる場合も存在する。そのような場合には、事後的に、本工程を実施することは言うまでもない。
【００１７】
１）既設覆工部Ｃの構造的補強
既設覆工部Ｃの構造的補強は、既設覆工部Ｃを既存の各種工法を使用して補強することにより、既設覆工部Ｃのアーチ作用を適切に維持させ、その安定性を確保することを目的として行うものである。実際に作業を行う場合には、既設トンネルＴ内を通行する一般車輌Ｓの走行を妨害しないように、既設覆工部Ｃの外周部Ｇ１側から行うことが必要である。
なお、本工程は、通常、既設トンネルＴの外周部Ｇ１を所定の幅員に拡幅掘削した後に、行うものである。
【００１８】
図１（ａ）は、既設覆工部Ｃの構造的補強方法の第１実施形態を示したものである。当該実施形態は、既設覆工部Ｃの状態がやや危険と考えられる場合の対策であり、当該既設覆工部Ｃの外周面Ｃ１を鉄筋１１と吹付けコンクリート１２により補強したものである。
なお、前記第１実施形態の場合と比較して、既設覆工部Ｃの状態が良好な場合には、単に、当該既設覆工部Ｃの外周面Ｃ１を吹付けコンクリート１２のみで補強することにより対応可能である。
【００１９】
図１（ｂ）は、既設覆工部Ｃの構造的補強方法の第２実施形態を示したものである。この場合は、前記第１実施形態の場合と比較して、既設覆工部Ｃの状態が危険である場合の対策である。
当該実施形態では、既設覆工部Ｃの外周面Ｃ１を高張力ケーブル２１で緊締するとともに、さらに吹付けコンクリート２２、あるいは鉄筋コンクリートで補強するものである（図中には、吹付けコンクリート２２の場合のみを示している）。
前記高張力ケーブル２１の緊張力は、既設覆工部Ｃにおける脚部の外側面に設けられたターンバックル２４により与えられており、当該ターンバックル２４の先端部は、地中に固定されているロックボルト２５に固着されている。
【００２０】
既設覆工部Ｃの外周面Ｃ１には、凹凸が存在する。そのため、前記高張力ケーブル２１の緊締を行う際には、高張力ケーブル２１と既設覆工部Ｃの間に、所定の間隔で砂を袋詰めにしたサンドバック２３を介挿させることにより、高張力ケーブル２１が既設覆工部Ｃに及ぼす力の作用点を明確にすることが行われる。
さらに、従来から実施されている方法のように、既設覆工部Ｃの外側から補強材を設けることや、既設覆工部Ｃの脚部の変位を阻止するために根固めコンクリートを打設することなどを必要に応じて実施することもできる。
【００２１】
２）覆工材料の剥離防止
応力集中や覆工材料の劣化に起因して、既設覆工部Ｃの内周面Ｃ２にすでに亀裂が入っている場合がある。このような場合、拡幅工事中に、既設トンネルＴの内空部Ｔ１内に既設覆工部Ｃを構成する覆工材料の剥離物が落下し、大事故の原因となる可能性がある。本工程における作業は、このような既設覆工部Ｃからの覆工材料の剥離防止に関する対策を目的とするものである。
【００２２】
覆工材料の剥離防止の対策においても、通常一般的に用いられている各種工法を使用することができる。例えば、図２に示すように、既設覆工部Ｃに、外周面Ｃ１から内周面Ｃ２に向かって穿孔を行い、被覆材３３を既設覆工部Ｃの内周面Ｃ２に被覆し、ボルト３１とナット３２により固定する。この際、前記ボルト３１は、既設覆工部Ｃの外周面Ｃ１方向から貫通孔Ｃ３に螺入し、内周面Ｃ２側に設けたナット３２に螺合する。
前記被覆材３３は、剥離物の落下性状に応じて、ベアリングプレート、金網、高強度繊維布などを選択することができる。
さらに、施工現場の状態により、被覆材３３と、既設覆工部Ｃを一体化させる必要がある場合には、樹脂吹き付けなどを併用することも行われる。
【００２３】
なお、本方法において、被覆材３３の既設トンネルＴ内ヘの搬入作業、および、当該被覆材３３の既設覆工部Ｃへの固定作業時には、一時的ではあるが既設トンネルＴ内での作業が必要となるため、当該既設トンネルＴ内を通行する一般車輌Ｓの通行制限を行うことが必要となる。しかし、前記穿孔作業は、既設トンネルＴの外周面Ｃ１側から行うことが可能であり、また、被覆材３３は軽量であることから作業は簡単であり、短時間で行うことができる。したがって、長期間に渡り、一般車輌Ｓの通行制限を行う必要はないため、従来工法の有していた大きな問題は生じない。
【００２４】
○拡幅壁面覆工工程
本工程は、外周部掘削工程の終了後、拡幅した壁面に覆工コンクリートを打設し、拡幅覆工部Ｋを形成する工程である。本工程は、既存の各種工法を用いることができる。
【００２５】
○既設覆工部除去工程
前記外周部掘削工程および拡幅壁面覆工工程の終了後には、既設覆工部Ｃの解体・撤去を実施することになるが、この場合も、既設トンネルＴの内空部Ｔ１内に、既設覆工部Ｃの構成材料であるコンクリートの破砕物（以下、「破砕物」という）を落下させないようにしなければならない。
本工程は、前記拡幅壁面覆工工程終了後、既設トンネルＴの内空部Ｔ１を遮蔽する遮蔽手段を設け、当該遮蔽手段の外側に存在する既設覆工部Ｃを除去することにより、既設トンネルＴの内空部Ｔ１内の安全性を確保しながら、その作業を行うものである。
【００２６】
本工程について説明する前に、本工程で使用する遮蔽手段である破砕用架台４０について、図４を参照して説明する。
当該破砕用架台４０は、前方部の鋼製シールド４１と、後方部の作業架台４２から構成されている。鋼製シールド４１は、既設覆工部Ｃの下部に設けられ、既設トンネルＴの内空部Ｔ１に破砕物が落下しないようにするための遮蔽手段である。当該鋼製シールド４１は、空間的制限を有する既設トンネルＴの内空部Ｔ１を最大限に有効利用するために、既設覆工部Ｃの内空部Ｔ１側に隙間なく設置されることが好適である。そのため、既設覆工部Ｃの形状であるアーチ形状と略等しい形状に形成されている。また、前記鋼製シールド４１は、長手方向に、作業を行うに足りるだけの所望の長さを有している。
さらに、作業架台４２は、その上部に破砕機Ｍ、および、ずり搬送用の設備（図示せず）等を載置し、既設覆工部Ｃの破砕作業を行うための作業部である。当該作業架台４２は門型断面を有しており、破砕作業時当初は、その前面部４２ａが既設覆工部ＣのアーチクラウンＣ４の部位に当接する形態に設けられている。そして、鋼製シールド４１と作業架台４２は、その中間部において連結材４４により一体となっている。
【００２７】
また、前記鋼製シールド４１と作業架台４２の所定位置には、移動手段である車輪４３が付設されている。当該車輪４３は、電動機などの駆動手段（図示せず）により回動するように構成されており、破砕用架台４０は、既設トンネルＴの長手方向に移動自在になっている。
前記破砕用架台４０は、前記のように形成されているため、前記既設トンネルＴの内空部Ｔ１を遮蔽するとともに、当該内空部Ｔ１に、一般車輌Ｓを通過させることができるようになっている。
【００２８】
次に、本工程の作業手順について説明する。
図４に示すように、既設トンネルＴの入口方向（図中右方向）から、破砕用架台４０を鋼製シールド４１が前方になる向きで、既設覆工部Ｃの下方に進入させる。
所定位置にまで、鋼製シールド４１を進入させた後、破砕機Ｍを作業架台４２の前方位置に移動させる。そして、当該鋼製シールド４１上の既設覆工部ＣＣを、破砕機Ｍにより破砕し、ずり搬送設備（図示せず）を用いて破砕物を、既設トンネルＴの坑外に搬出する。このとき、破砕物は、鋼製シールド４１が存在することにより、既設トンネルＴの内空部Ｔ１に落下することがないため、一般車輌Ｓの通行を阻害することがなく、その作業を行うことができる。
【００２９】
所定区間における鋼製シールド４１上の既設覆工部ＣＣの除去が終了した後、破砕用架台４０を移動させ、トンネル区間の全長にわたって、同様の作業を行うことになる。
【００３０】
前記作業により除去される既設覆工部Ｃは、主に、上部に位置する部分のみであり、既設覆工部Ｃの側面部は、別の破砕機により破砕される。しかし、この場合であっても、前記破砕用架台４０により、既設覆工部Ｃの側面部は遮蔽されているため、既設トンネルＴの内空部Ｔ１内に破砕物が飛散等することはなく、一般車輌Ｓに影響を及ぼすことはない。
【００３１】
なお、破砕用架台４０は、前記実施形態のように、既設トンネルＴの内空部Ｔ１側に隙間がなく設置されることが作業上効率的である。しかし、既設トンネルＴの断面が比較的大きい場合には、一般車輌Ｓの通行を妨げない位置に設けるものであればよいことはもちろんである。
【００３２】
○安全性の確保
本発明の既設トンネルの拡幅工法は、前記のようにアーチ形状である既設覆工部Ｃを通行車輌Ｓに対する防御部材として採用している。一般にアーチ形状は、非常に安定性の高い構造形式であるが、本発明の工法における拡幅工事では、作業の進行に伴い、このような条件はさまざまに変化する。しかも、前記各工程の作業中において、既設トンネルＴの内空部Ｔ１内を一般車輌Ｓが通行している。したがって、既設覆工部Ｃの崩壊等が生じると、大惨事になりかねないことになる。
そのため、施工場所付近における既設覆工部Ｃの壁面変位の計測を行うことにより、前記既設覆工部Ｃの安全性を確認しながら、前記既設トンネルＴの拡幅を行う必要がある。
当該既設覆工部Ｃの壁面変位の計測は、従来から使用されている各種の計測装置を用いることが可能である。しかし、特に、一般車輌Ｓの通行障害を起こさないレーザー測距儀５１を使用することにより、非常に精度の高い、良好なデータを、簡易かつ容易に得ることができる。
【００３３】
図３は、実施の一形態を示したものであり、既設覆工部Ｃの内周面Ｃ２に、所定位置に架台５２を付設し、当該架台５２上に壁面変位を検出するためのレーザー測距儀５１を設置したものである。当該レーザー測距儀５１は、データ解析手段（図示せず）に接続されており、常時、壁面変位の観測を行っている。
前記各レーザー測距儀５１により、壁面変位の大きい箇所Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を検出した場合には、前記既設覆工部保持工程等の各種の安全対策を迅速に講じることが可能となる。
【００３４】
以上、本発明の既設トンネル拡幅工法の好適な実施形態を例示して説明した。しかし、本発明は、前記実施例で示した既設トンネル拡幅工法に限られず、前記構成を有する各種の方法において適用可能であることは言うまでもない。
また、通常既設トンネルＴは、所定の区間長を有しているため、一定区間毎に前記各工程を並行して行うことが一般的である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、既設覆工部保持工程により、既設覆工部の外周部掘削時における当該覆工部の安定性を確保することができるため、既設覆工部の内空部に設ける必要があった補強材を不要とすることが可能となる。
また、既設覆工部除去工程により、既設覆工部の内空部を遮蔽する遮蔽手段を設け、前記遮蔽手段の外側に存在する前記既設覆工部を除去することで、既設覆工部を除去する際に、既設覆工部の内空部に各種の破砕物等が落下することを防止することができる。
そのため、本発明によれば、拡幅工事中において、一般車輌の通行制限をなくすことが可能となる。
【００３６】
また、本発明を用いて、既設覆工部の壁面変位の計測を行うことにより、当該既設覆工部の安全性の確認を行うことができるため、一般車輌の通行が行われている既設トンネルにおいて、より安全に拡幅工事を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の既設トンネル拡幅工法における既設覆工部保持工程（既設覆工部の構造的補強）を示す正断面図であり、（ａ）は第１実施形態、（ｂ）は第２実施形態である。
【図２】本発明の既設トンネル拡幅工法における既設覆工部保持工程（覆工材料の剥離防止）の第３実施形態である。
【図３】本発明の既設トンネル拡幅工法において、既設覆工部に壁面変位の計測装置を設置した状態を示す正断面図である。
【図４】本発明の既設トンネル拡幅工法における既設覆工部除去工程を示す図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ断面図である。
【図５】本発明の既設トンネルを示す正断面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）ともに、従来の既設トンネル拡幅工法の概要を示す正断面図である。
【符号の説明】
Ｔ 既設トンネル
Ｔ１ 内空部
Ｇ 地山
Ｇ１ 外周部
Ｃ 既設覆工部
Ｃ１ 外周面
Ｃ２ 内周面
Ｋ 拡幅覆工部
１１ 鉄筋
１２ 吹付けコンクリート
２１ 高張力ケーブル
２２ 吹付けコンクリート
２３ サンドバック
２４ ターンバックル
２５ ロックボルト
３３ 被覆材
４０ 破砕用架台
４１ 鋼製シールド
４２ 作業架台
５１ レーザー測距儀
５２ 架台

Claims (2)

1. 既設覆工部を有する既設トンネルにおいて、前記既設覆工部の外周部を掘削し、拡幅した壁面を覆工した後、前記既設覆工部を除去する、既設トンネルの拡幅工法であって、
   （１）前記既設覆工部の外周部掘削時において、前記既設トンネルの内空部を侵すことなく、前記既設覆工部の安定性を保持する既設覆工部保持工程。
   （２）前記既設覆工部の外周部掘削終了後および拡幅した壁面の覆工終了後、
   前記既設トンネルの内空部を遮蔽する遮蔽手段を設け、
   前記遮蔽手段の外側に存在する前記既設覆工部を除去する既設覆工部除去工程。
   の各工程を含むことを特徴とする既設トンネルの拡幅工法。
2. 前記既設覆工部の壁面変位の計測を行うことにより、前記既設覆工部の安全性を確認しながら、前記既設トンネルの拡幅を行うことを特徴とする請求項１記載の既設トンネルの拡幅工法。

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