JP4234313B2 - 拡幅トンネルの構築方法 - Google Patents
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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るトンネル内の所定区間にトンネル本体部の形成と共にトンネル拡幅部を形成する拡幅トンネルの構築方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トンネル掘削機によって地下トンネルを掘削する場合、トンネル内に道路部と共にこの道路部の一部区間における側部に該道路部を拡幅した非常駐車帯部や設備設置場所等の拡幅部を構築する必要がある。このような拡幅トンネルを構築する方法としては、従来から、大径のトンネル掘削機によって該トンネル拡幅部を包含する大径のトンネルを全長に亘って掘削し、拡幅部以外のトンネル部においては該拡幅部の幅寸法だけ小径のトンネル覆工をセグメントの組み立てによって形成すると共に拡幅部においてはその空間部を上記小径のトンネル覆工に連通させた状態にしてその他の部分を小径のトンネル覆工と同径のトンネル覆工を同じくセグメントを組み立てることによって形成し、大径のトンネル掘削壁面とトンネル覆工の外周面との間の空間部に土砂等の間詰め材を充填することによって構築する方法が開発されている。
【０００３】
また、このようなトンネル拡幅部の構築方法以外に、トンネル断面方向に拡縮自在なスキンプレートを有するシールド掘削機を用いて道路の側部における所定区間部分に拡幅部を構築する方法も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の方法によれば、大径のトンネル掘削機によって全長に亘って拡幅部の径に等しいトンネルを掘削するものであるから、過大設計になって極めて不経済であるばかりでなくトンネルの掘削効率が低下するという問題点があり、その上、拡幅部以外のトンネル部においては該拡幅部の幅寸法だけ小径のトンネル覆工をセグメントの組み立てによって形成したのち、大径のトンネル掘削壁面とトンネル覆工の外周面との間の空間部に土砂等の間詰め材を充填しているため、多量の間詰め材を充填する必要があると共にその充填作業に長時間を要して施工期間が長期化し、工事費が高くつくという問題点がある。
【０００５】
一方、後者のトンネル断面方向に拡縮自在なスキンプレートを有するシールド掘削機を用いて道路の側部における所定区間部分に拡幅部を構築する方法においては、構造上、スキンプレートの拡大、縮小幅に制約があり、その上、シールド掘削機全体の構造が複雑となって、操作が煩雑化するという問題点がある。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、所定の広さを有する拡幅部を正確に且つ能率よく形成し得ると共に間詰め材の使用量を必要最小限度にすることができ、施工期間の短縮を図ることができる拡幅トンネルの構築方法を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の拡幅トンネルの構築方法は、請求項１に記載したように、側部に拡幅形成部を一体に設けているシールド掘削機によってトンネル本体部とこのトンネル本体部の側部に連通したトンネル拡幅部とをトンネル全長に亘って同時に掘削していくと共に、その掘削中に上記トンネル拡幅部を残しておきたい一部区間以外のトンネル本体部の掘削壁面にトンネル拡幅部を隠蔽したトンネル覆工を施工する一方、上記一部区間においてはトンネル拡幅部を隠蔽することなくトンネル本体部と連通させて状態でトンネル本体部からトンネル拡幅部の掘削壁面全面にトンネル覆工を施工することによりトンネル内の一部区間の側部に拡幅部を設ける拡幅トンネルの構築方法において、上記トンネル拡幅部を隠蔽するトンネル覆工部のセグメントの外周面に、予め、トンネル拡幅部の断面形状と同大、同形に形成されている拡幅部材を取り付けておき、この拡幅部材をシールド掘削機の拡幅形成部内に嵌合させた状態にして複数個のセグメントによりトンネル覆工部を組み立てたのち、シールド掘削機を掘進させて上記拡幅部材を拡幅形成部により掘削されたトンネル拡幅部内に嵌め込むことを特徴とするものである。
【０００８】
また、請求項２に係る発明は、側部に拡幅形成部を一体に設けているシールド掘削機によってトンネル本体部とこのトンネル本体部の側部に連通したトンネル拡幅部とをトンネル全長に亘って同時に掘削していくと共に、その掘削中に上記トンネル拡幅部を残しておきたい一部区間以外のトンネル本体部の掘削壁面にトンネル拡幅部を隠蔽したトンネル覆工を施工する一方、上記一部区間においてはトンネル拡幅部を隠蔽することなくトンネル本体部と連通させて状態でトンネル本体部からトンネル拡幅部の掘削壁面全面にトンネル覆工を施工することによりトンネル内の一部区間の側部に拡幅部を設ける拡幅トンネルの構築方法において、上記シールド掘削機内でトンネル本体部の掘削壁面を覆工するためのトンネル覆工部を複数個のセグメントによってリング状に組み立てたのち、シールド掘削機を掘進させて該トンネル覆工部をトンネル本体部内に送り出すと共にこのトンネル覆工部におけるトンネル拡幅部に面したセグメントの外周面にシールド掘削機の拡幅形成部内を通じてトンネル拡幅部の断面形状と同大、同形に形成されている拡幅部材を挿嵌することを特徴とする。
【０００９】
【作用】
掘削機本体の一側部又は両側部に拡幅形成部を一体に設けているシールド掘削機によってトンネルを掘削すると、掘削機本体によってトンネル本体部が掘削され、拡幅形成部によって該トンネル本体部の側部に該拡幅形成部と同じ形状の一定広さを有する拡幅部が同時に掘削される。シールド掘削機による一定長のトンネルが掘削される毎に、機内でセグメントを組み立て、シールド掘削機を掘進に従って後方に送り出すことにより外周面がトンネル掘削壁面に接したセグメント覆工部を形成する。
【００１０】
この際、非常駐車帯部等の拡幅部施工個所以外のトンネル本体部においてはセグメントを掘削機本体の内周面に沿ってリング状に組み立て、シールド掘削機の掘進に従って後方に送り出すことにより、拡幅形成部によって掘削された拡幅部をそのリング状覆工部の一部によって被覆してトンネル本体部との連通を遮断した状態にすると共にリング状覆工部の一部によって隠蔽された拡幅部の空間部内に間詰め材として拡幅部と断面形状が同大、同形に形成されている拡幅部材を拡幅部内に嵌合する。なお、拡幅部の掘削壁面をセグメント材等により補強して排水や換気設備の設置用空間部としておいてもよい。
【００１１】
シールド掘削機が拡幅部施工区間に達すると、機内において掘削機本体の内周面から拡幅形成部の内周面に亘って連続したセグメントを組み立て、シールド掘削機により掘削されたトンネル本体部と拡幅部とにシールド掘削機の掘進に従って後方に送り出すことによりこれらのトンネル本体部と拡幅部との掘削壁面に沿って連続した拡幅トンネル覆工部を形成する。しかるのち、トンネル本体部には道路部を築造する一方、拡幅部には該道路の側部に沿った非常駐車帯部や設備設置場所等を築造する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、図１〜図４は拡幅トンネルを構築するためのトンネル掘削機を示すもので、断面円形状のトンネル本体部T1を掘削する掘削機本体１と、この掘削機本体１の一側部に一体に設けられて上記トンネル本体部T1の一側部に該トンネル本体部T1と連通するトンネル拡幅部T2を掘削するための拡幅形成部２とから構成されている。
【００１３】
掘削機本体１は、一定長さを有する円筒形状のスキンプレート11の開口前端部に隔壁12を一体に設けてこの隔壁12にスキンプレート11の開口前端に配設したカッターヘッド13を回転自在に支持させていると共に該隔壁12の後面に装着した駆動モータ14によってカッターヘッド13を回転させるように構成していると共にスキンプレート11の後部内周面に円環状のリブ15を固着してこのリブ15にスキンプレート11の内周面に沿って周方向に一定間隔毎に複数本の推進ジャッキ16を装着してあり、さらに、上記カッタヘッド13の後面と隔壁12の前面間で形成された土砂取込室17にスクリューコンベアからなる土砂排出手段18の開口前端部を連通させてある。
【００１４】
上記円筒形状のスキンプレート11の一側部には、図３、図４に示すように外側方に向かって凸円弧状に膨出した拡幅部形成用スキンプレート部21が一体に設けている。即ち、スキンプレート11の一側部を上記トンネル拡幅部T2の形成に必要な円弧長だけ全長に亘って切除し、この切除部に外側方に向かって凸円弧状に湾曲した断面Ｃ字状のスキンプレート部21の上下端を一体に連設してあり、該スキンプレート部21で囲まれた中空内部をスキンプレート11内と全面的に連通している上記拡幅形成部２に形成し、この拡幅形成部２内にトンネル拡幅部T2を掘削するためのカッタヘッド23を配設している。
【００１５】
このカッタヘッド23は図３に示すように、上記スキンプレート11の開口端に配設しているトンネル本体部掘削用カッタヘッド13よりも小径に形成されていると共に上記凸円弧状のスキンプレート部21の開口端にその外周一部を沿わせて該スキンプレート部21で囲まれた三日月形状の空間部、即ち、上記拡幅形成部２の開口前端からその一部を前方に露出させ且つ上記カッタヘッド13の後方一側部に大部分を重ね合わせた状態に配設して該小径カッタヘッド23の回転中心軸を隔壁12の一側部に回転自在に支持させていると共に該隔壁12の一側部後面に装着した駆動モータ24によってこの小径カッタヘッド23を回転させるように構成している。
【００１６】
また、上記隔壁12の一側部に凸円弧状スキンプレート部21で囲まれた空間部と同一形状の正面三日月形状の隔壁部22を一体に連設してこの隔壁部22の外周端面を上記スキンプレート部21の内周面に固着させてあり、さらに、この隔壁部22の前面と小径カッタヘッド23の後面間に上記土砂取込室17と連通した土砂取込室27を設けて該土砂取込室27にスクリューコンベアからなる土砂排出手段28の開口前端部を連通させてある。また、上記リブ15もその一側部に凸円弧状スキンプレート部21で囲まれた空間部と同一形状の正面三日月形状のリブ部25を一体に連設して図１に示すように、その外周端面を上記スキンプレート部21の後部内周面に固着させてあり、さらに、図４に示すように、このリブ部25にスキンプレート部21の内周面に沿って周方向に一定間隔毎に複数本の拡幅用シールドジャッキ26を装着している。
【００１７】
この拡幅用シールドジャッキ26は上記推進ジャッキ16と共に前後方向に向けて配設されてあり、トンネル本体部 T 1 と遮断された上記トンネル拡幅部 T 2 の空間部内に参考例として掘削土砂の一部とセメント系固化材との混合物よりなる間詰め材Ｂを注入、充填する場合には、そのピストンロッドの先端面（後端面）に妻型枠サポート部材３を介して拡幅形成部２の内部空間と同一断面形状、即ち、断面三日月形状の妻型枠４を着脱自在に連結している。この妻型枠４はその外周面をスキンプレート部21の内周面に前後摺動自在に摺接していると共に内周面にシール部材5Bを装着して該シール部材5Bをトンネル本体部T1内で円形リング状に組み立てられるセグメントａの外周面の一部、即ち、掘削機本体１から拡幅形成部２の臨むセグメントａの外周面に圧接させるように構成している。同様に、スキンプレート11とスキンプレート部21の後端部内周面にもシール部材5Aが装着されている。
【００１８】
上記妻型枠４には前後方向に貫通した間詰め材注入孔31を設けていてこの開口前端部に機内側から間詰め材供給管32を着脱自在に連結、連通させてあり、この間詰め材供給管32は図５に示すように、機内から後方に延設され、既に施工したトンネル覆工Ａ内にシールド掘削機と一体に移動する台車上の圧送ポンプ34に連結している。
【００１９】
一方、上記スクリューコンベアからなる土砂排出手段18、28には該土砂排出手段18、28の土砂排出終端部から排出ポンプ19によって掘削土砂をトンネル後方に搬出する土砂搬出主管20を連結させていると共にこの土砂搬出主管20に掘削土砂の一部を土砂貯留槽35に供給する分岐管20a を連結、連通させている。土砂貯留槽35はその槽内の土砂をセメント系固化材槽36内のセメント系固化材と所定割合で混合して間詰め材Ｂを調製し、間詰め材貯留槽37内に貯留するように構成していると共にこの間詰め材貯留槽37内から上記圧送ポンプ34によって間詰め材Ｂを供給管32に送り出すように構成している。なお、土砂貯留槽35やセメント系固化材槽36及び間詰め材貯留槽37は上記圧送ポンプ34と同様にシールド掘削機と一体に移動する台車上に搭載されている。
【００２０】
このように構成したシールド掘削機によって、道路部を築造するためのトンネル本体部T1と道路部の一側部に非常駐車帯部等の拡幅部T2を構築する方法について次に説明する。まず、トンネル本体部T1を築造するには図１、図６に示すように、掘削機本体１の円筒状スキンプレート11の内周面に沿ってトンネル周方向に湾曲した複数個のセグメントａを順次連結することによって１リング分の円環状トンネル覆工部A1を組み立てる。この際、拡幅形成部２に対向するセグメントａは妻型枠サポート部材３の内周面に沿って組み立てる。
【００２１】
スキンプレート11内で組み立てたトンネル覆工部A1の後端面は、先に組み立てられて機内から後方に送り出された既設のトンネル覆工Ａの前端面に突き合わせて一体に接続される。なお、既設のトンネル覆工Ａの外周面に妻型枠４の内周面に装着しているシール部材5B及びスキンプレート11の内周面に装着しているシール部材5Aに圧接させた状態にして機内への地下水等の浸入を防止する。また、隣接するリング状トンネル覆工部の接合端面にはパッキン部材が装着されていて接合した際に互いに密着している。
【００２２】
こうして組み立てたトンネル覆工部A1の前端面にスキンプレート11の後部内周面に装着している複数本の推進ジャッキ16のロッドを図７に示すように伸長させることにより当接させ、その状態からさらにこれらの推進ジャッキ16のロッドを伸長させることによってトンネル覆工Ａに推進反力を支持させながらシールド掘削機全体を推進させると共にカッタヘッド13と小径カッタヘッド23とを回転駆動することによってカッタヘッド13により断面円形状の一定長のトンネル本体部T1を、カッタヘッド13の一側部から突出した小径カッタヘッド23の一部によって該トンネル本体部T1の一側部に連通した断面三日月形状のトンネル拡幅部T2を掘削する。さらに、シールド掘削機の掘進に応じて拡幅用シールドジャッキ26を伸長させることにより妻型枠サポート部材３を介して妻型枠４をトンネル拡幅部T2内に注入、充填された間詰め材Ｂを圧密状となるように押圧する。
【００２３】
シールド掘削機の掘進に従って、上記トンネル覆工部A1は掘削されたトンネル本体部T1側に押し出され、該トンネル覆工部A1が妻型枠４の後端部の位置まで送り出された時にシールド掘削機の掘進を停止させて図８に示すように推進ジャッキ16を収縮させることによりスキンプレート11の後部に次のセグメントａの組立空間部を設け、再び、上記同様にしてスキンプレート11の内周面に沿って１リング分の円環状トンネル覆工部を組み立てたのち、推進ジャッキ16のロッドを伸長させてこのトンネル覆工部をシールド掘削機によって掘削されたトンネル本体部T1側に送り出す。この作業を繰り返すことによって一側部のトンネル拡幅部T2を該トンネル拡幅部T2に対向した覆工部によって隠蔽している所定長のトンネル覆工Ａを築造するものである。なお、このトンネル覆工Ａの外周面とトンネル掘削壁面間の隙間に機内側からスキンプレートの外周面に沿って裏込め材を注入、充填する。
【００２４】
このトンネル覆工Ａの築造時において、機内で組み立てたトンネル覆工部A1をトンネル本体部T1側に送り出した時に、該トンネル覆工部A1の一側外周面と小径カッタヘッド23により掘削された掘削壁面間、即ち、トンネル拡幅部T2が未だ間詰め材Ｂをしていない空間部となり、この空間部内に先に注入、充填した間詰め材Ｂと連続するように間詰め材Ｂを注入、充填して硬化させる。
【００２５】
間詰め材Ｂの充填は、トンネル覆工部内に配設している台車上に搭載された上記圧送ポンプ34によって行われる。即ち、間詰め材貯留槽37内の間詰め材Ｂから該圧送ポンプ34によって間詰め材Ｂを供給管32に送り出し、該供給管32から妻型枠サポート部材３の供給孔31とこの供給孔31に連通している妻型枠４の注入孔33を通じてトンネル拡幅部T2内の空間部に注入することによって行われる。
【００２６】
こうして、シールド掘削機によって掘削される所定長のトンネル本体部T1にトンネル覆工Ａを施工し、シールド掘削機が非常駐車帯部等の拡幅部築造位置に達すると、図９に示すように、掘削機本体１の側部の拡幅形成部２側において、拡幅用シールドジャッキ26のロッド端に連結している妻型枠サポート部材３を取り外し、妻型枠４を最前部のトンネル覆工部A1の一側部外周面上に残置させた状態で、取り外した妻型枠サポート部材３の空間部を利用して該空間部内にリング状に組立てた反力受けセグメント部材６の一側部を配設する。
【００２７】
この反力受けセグメント部材６は、上記セグメントａと同一厚みで同一湾曲度を有し、且つトンネル長さ方向の幅が一定に形成された複数個のセグメント部材6aを掘削機本体１のスキンプレート11の内周面に沿ってリング状に組立てると共に、拡幅形成部２側においては、該拡幅形成部２内に向かって膨出する肉厚のセグメント部材6bを組み込むことによって外周面が拡幅形成部２のスキンプレート部21の内周面に沿った断面三日月形状のセグメント部に形成されている。
【００２８】
この反力受けセグメント部材６における後端面内周部を上記最前部のトンネル覆工部A1の前端面にボルト等により一体に連結すると共に拡幅形成部２内に突出しているセグメント部6bの後端面外周部を上記妻型枠４の前端面に当接させる一方、前端面に推進ジャッキ16と拡幅シールドジャッキ26とのロッド端を当接させてこれらのジャッキ16、26を伸長させることによりシールド掘削機を掘進させる共に、その掘進によって掘削されたトンネル本体部T1とトンネル拡幅部T2の掘削壁面に向かって反力受けセグメント部材６の一部を送り出す。
【００２９】
そして、一定長のトンネルが掘削されると、推進ジャッキ16及び拡幅シールドジャッキ26を収縮させてその収縮により形成されたスキンプレート11及びスキンプレート部21内の空間部にこれらのスキンプレート11の内周からスキンプレート部21の内周面に沿って図10、図11に示すようにセグメントａを組み立て、拡幅形成部２のスキンプレート部21に沿って組み立てたセグメントａによる膨出覆工部A22 の上下端が掘削機本体１のスキンプレート11に沿って組み立てたセグメントａによる断面Ｃ字状の覆工部A21 の上下端面に連続したトンネル覆工部A2を形成する。
【００３０】
このトンネル覆工部A2の後端面を上記反力受けセグメント部材６の前端面に当接させてボルト等により一体に連結すると共に、該トンネル覆工部A2の上記断面Ｃ状状の覆工部A21 の前端面と膨出覆工部A22 の前端面とに推進ジャッキ16と拡幅用シールドジャッキ26とをそれぞれ当接させて伸長させることにより、シールド掘削機を掘進させる共に掘削されたトンネル本体部T1とトンネル拡幅部T2との掘削壁面側に反力受けセグメント部材６と該トンネル覆工部A2の後部を送り出す。なお、拡幅用シールドジャッキ26の内側方に配設している複数個の推進ジャッキ16はトンネル覆工部A2の前端面に対向していないから、収縮させた状態を維持する。
【００３１】
シールド掘削機の掘進によって一定長のトンネルが掘削されると、その掘進を停止させ、推進ジャッキ16と拡幅用シールドジャッキ26とを収縮させて１リング分のトンネル覆工部の組立用空間部を設け、該空間部に次の１リング分のトンネル覆工部A2をスキンプレート11及びスキンプレート部21の内周面に沿って組み立ててその後端面を先に組み立てた上記トンネル覆工部A2の前端面に接合、連結させ、再び、このトンネル覆工部A2の前端面に図12に示すように推進ジャッキ16と拡幅用シールドジャッキ26とをそれぞれ当接させて伸長させることによりシールド掘削機後方の掘削壁面側に送り出す。
【００３２】
以下、同様にして機内で組み立てたトンネル覆工部A2を順次トンネル長さ方向に接合、連結しながら掘削壁面に送り出して上記図11に示すように、トンネルの所定長さ区間の側部にトンネル本体部T1側に向かって開口した非常駐車帯部等のトンネル拡幅部T2を覆工している一定長さのトンネル覆工A'を築造する。なお、このトンネル覆工A'の外周面とトンネル掘削壁面間の隙間に機内側からスキンプレートの外周面に沿って裏込め材を注入、充填する。
【００３３】
こうして、所定長さのトンネル区間に道路部Ｃを築造するためのトンネル本体部T1と共に非常駐車帯部Ｄ等を築造するためのトンネル拡幅部T2を被覆したトンネル覆工A'を施工したのち、再び、道路のみを築造するためのトンネル部を構築する。このトンネル部の構築方法は、まず、図13に示すようにトンネル覆工A'の終端部前端面に上記反力受けセグメント部材６と同大、同形の反力受けセグメント部材6'の後端面を当接させて一体に連結し、この反力受けセグメント部材6'の前端面に推進ジャッキ16と拡幅用シールドジャッキ26のロッド端を当接させて伸長させることによりシールド掘削機を一定長、掘進させると共に反力受けセグメント部材6'をその一部が機内から後方に送り出した状態にする。
【００３４】
次いで、図14に示すように、推進ジャッキ16と拡幅用シールドジャッキ26とを収縮させて拡幅用シールドジャッキ26のロッド端に新たな妻型枠４を仮連結しておくと共に掘削機本体１の円筒状スキンプレート11の内周面と妻型枠４の内周面に沿って複数個のセグメントａを順次連結することによって１リング分の円環状トンネル覆工部A1を組み立てたのち、このトンネル覆工部A1の前端面に推進ジャッキ16を当接させて伸長させることによりシールド掘削機を一定長、掘進させると共にその掘進に従ってトンネル覆工部A1の後部を掘削壁面側に送り出す。
【００３５】
しかるのち、推進ジャッキ16を収縮させてそのロッド端とトンネル覆工部A1の前端間の空間部を通じて上記拡幅用シールドジャッキ26のロッド端に連結している妻型枠４の連結を一旦解いて拡幅用シールドジャッキ26のロッド端と該妻型枠４との間に妻型枠サポート部材３を介在、連結させると共に図15に示すように、スキンプレート11の内周面とこの妻型枠サポート部材３の内周面に沿って複数個のセグメントａを連結することにより次のトンネル覆工部A1を組み立てたのち、推進ジャッキ16を該トンネル覆工部A1の前端面に当接させ、図16に示すように伸長させることによってシールド掘削機を一定長、掘進させると共に該トンネル覆工部A1を後方に送り出す。
【００３６】
この時、シールド掘削機の掘進によって妻型枠４と反力受けセグメント部材6'間におけるトンネル拡幅部T2の掘削壁面とトンネル覆工部A1の外周面とで囲まれた部分に空間部が形成されるので、このトンネル拡幅部T2の空間部内に上記同様にして圧送ポンプ34により供給管32から妻型枠４の注入孔31を通じて間詰め材Ｂを注入、充填する。
【００３７】
再び、上記同様にしてスキンプレート11の内周面に沿って１リング分の円環状トンネル覆工部A1を組み立てたのち、推進ジャッキ16のロッドを伸長させてこのトンネル覆工部A1をシールド掘削機によって掘削されたトンネル本体部T1側に送り出すと共に拡幅形成部２によって掘削されたトンネル拡幅部T2内に間詰め材Ｂを充填し、シールド掘削機の掘進に応じて拡幅用シールドジャッキ26を伸長させることによって間詰め材Ｂを圧密状態に押圧する。この作業を繰り返すことによって一側部に間詰め材Ｂを充填しているトンネル拡幅部T2を有し且つ該トンネル拡幅部T2を側部の覆工部によって隠蔽している所定長のトンネル覆工Ａを築造するものである。
【００３８】
こうしてトンネル本体部T1の掘削壁面にトンネル拡幅部T2を隠蔽しているトンネル覆工Ａを施工したのち、該トンネル覆工Ａの下部に図17に示すように道路部Ｃを築造する一方、トンネル拡幅部T2をトンネル本体部T1の一側部に連通させた状態でこれらのトンネル本体部T1とトンネル拡幅部T2との掘削壁面に施工したトンネル覆工A'内においては、図18、図19に示すようにトンネル本体部T1の断面Ｃ状状の覆工部A21 の下部に上記道路部Ｃに連続する道路部Ｃを築造すると共にトンネル拡幅部T2の掘削壁面を被覆した膨出覆工部A22で囲まれた下方空間部に上記道路部Ｃの側路となる非常駐車帯部や設備設置場所等の拡幅部Ｄを築造する。
【００３９】
なお、以上の実施例においては、トンネル拡幅部T2を埋設状態にする場合、参考例としてトンネル覆工Ａによってトンネル本体部T1と遮断された該トンネル拡幅部T2の空間部内に掘削土砂の一部とセメント系固化材との混合物よりなる間詰め材Ｂを注入、充填しているが、このような間詰め材Ｂによることなく、既設の間詰め材B'を該トンネル拡幅部T2の空間部内に嵌合、介在させている。
【００４０】
即ち、図20に示すように、掘削機本体１のスキンプレート11の内周面に沿って複数個のセグメントａにより１リング分のトンネル覆工部を組み立てる際に、トンネル拡幅部T2に面するセグメントａの外周面に、予め、図22、図23に示すように貧配合のモルタル部材よりなり且つトンネル拡幅部T2の断面形状と同大、同形に形成されている断面三日月形状の拡幅部材ｂを一体に取り付けておき、この拡幅部材ｂをシールド掘削機の拡幅形成部２内に嵌め込むようにしてトンネル覆工部A3を組み立てたのち、このトンネル覆工部A3の前端面に推進ジャッキ16のロッド端を当接させ、伸長させることによってシールド掘削機の掘進と共に該トンネル覆工部A3を後方に送り出したのち、推進ジャッキ16を収縮させて再び、図21に示すようにスキンプレート11内でこのトンネル覆工部A3の前端面に次のトンネル覆工部A3を接合、連結して組み立てたのち、スキンプレート11の伸長によってシールド掘削機の掘進と共に後方に送り出し、この作業を繰り返し行うことによりトンネル拡幅部T2を拡幅部材ｂの嵌合によって埋設されたトンネル覆工Ａを築造するものである。
【００４１】
従って、上記既設の拡幅部材ｂを間詰め材とした場合には、拡幅用シールドジャッキ26や妻型枠サポート部材３、妻型枠４等は不要となり、さらに、土砂排出手段18、28のからの分岐管20a や、この分岐管20a から妻型枠４に至る間の間詰め材供給手段も不要となるものである。なお、トンネル覆工部A3の接合端面と拡幅部材ｂの接合端面には図22に示すようにシール溝７、7aが設けられていてゴム製のシール材を装着するように構成している。
【００４２】
また、上記拡幅部材ｂを予め、セグメントａの外周面に取り付けているが、別体にしておき、シールド掘削機のスキンプレート11内で複数個のセグメントａによってリング状のトンネル覆工部A1を組み立てたのち、シールド掘削機を掘進させると共にこのトンネル覆工部A1をトンネル本体部T1側に送り出し、しかるのち上記拡幅部材ｂをシールド掘削機の一側部の拡幅形成部２内に嵌合させた状態にしてそのスキンプレート部21の内周面に沿って後方に送り出すことにより、該拡幅部材ｂをトンネル拡幅部T2内に挿嵌させてもよい。この場合、セグメントａのと拡幅部材ｂとの接合面には止水性を有する樹脂系材料を塗布しておく。なお、トンネル拡幅部T2内の空間部を上記土砂等の間詰め材Ｂや拡幅部材ｂによって埋設することなく、該トンネル拡幅部T2の掘削壁面をセグメント等の補強材によって覆工しておいてもよい。
【００４３】
さらにまた、以上の実施例においては掘削機本体１の一側部のみに拡幅形成部２を設けたシールド掘削機を用いて、トンネル本体部T1と共にその一側部にトンネル拡幅部T2を掘削形成しているが、掘削機本体１の両側部に拡幅形成部２、２を設けたシールド掘削機を用いて、トンネル本体部T1の両側部にトンネル拡幅部T2、T2を掘削形成してもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明の拡幅トンネルの構築方法によれば、側部に拡幅形成部を一体に設けているシールド掘削機によってトンネル本体部とこのトンネル本体部の側部に連通したトンネル拡幅部とをトンネル全長に亘って同時に掘削していくと共に、その掘削中に上記トンネル拡幅部を残しておきたい一部区間以外のトンネル本体部の掘削壁面にトンネル拡幅部を隠蔽したトンネル覆工を施工する一方、上記一部区間においてはトンネル拡幅部を隠蔽することなくトンネル本体部と連通させて状態でトンネル本体部からトンネル拡幅部の掘削壁面全面にトンネル覆工を施工することを特徴とするものであるから、掘削機本体によって該掘削機本体と略同大、同径のトンネル本体部を全長に亘って能率よく掘削することができると共にこのトンネル本体部の掘削と同時に該トンネル本体部の側部に設けている拡幅形成部によって所定の広さを有する拡幅部を全長に亘って正確に且つ能率よく掘削、形成することができる。
【００４５】
さらに、トンネル内における所定区間部分において、これらのトンネル本体部の掘削壁面からこの掘削壁面に連続するトンネル本体部の側部に形成されたトンネル拡幅部の掘削壁面に亘ってトンネル覆工を施工するものであるから、該トンネル覆工の外周面側に間詰め材を充填することなくトンネル本体部側に設けられる道路部の側部にトンネル拡幅部側に設けられる非常駐車帯部や設備設置場所等を幅方向に拡幅形成したトンネル区間部を容易に施工することができると共に、その区間部以外のトンネル内においては、トンネル本体部の掘削壁面にトンネル拡幅部を隠蔽したトンネル覆工を施工するものであるから、該トンネル本体部の全長に亘って一定幅を有する道路部を能率よく築造し得るものである。
【００４６】
また、トンネル拡幅部を隠蔽するトンネル覆工部のセグメントの外周面に、予め、トンネル拡幅部と断面形状と同大、同形に形成されている拡幅部材を取り付けておき、この拡幅部材をシールド掘削機の拡幅形成部内に嵌合させた状態にして複数個のセグメントによりトンネル覆工部を組み立てたのち、シールド掘削機を掘進させて上記拡幅部材を拡幅形成部により掘削されたトンネル拡幅部内に嵌め込むこと特徴とするものであり、請求項２に係る発明によれば、拡幅部材をシールド掘削機内側からトンネル拡幅部内に挿嵌することを特徴とするものであるから、拡幅部材によるトンネル拡幅部内の埋設作業が確実に行えると共にその作業時間が土砂等の間詰め材の充填に比べて著しく短縮されて施工能率が向上し、その上、地盤を殆ど弛緩させることなく施工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 シールド掘削機の横断平面図、
【図２】 その縦断側面図、
【図３】 カッタヘッドの配設状態を示す正面図、
【図４】 推進ジャッキと拡幅用シールドジャッキとの配列状態を示す背面図、
【図５】 間詰め材の供給手段を示す簡略側面図、
【図６】 トンネル本体部の築造状態を示す横断面図、
【図７】 推進ジャッキを伸長させた状態の一部の横断面図、
【図８】 セグメントの組立空間部を設けた状態の横断面図、
【図９】 トンネル拡幅部の築造開始状態を示す横断面図、
【図１０】 セグメントを組み立てた状態の横断面図、
【図１１】 そのトンネル覆工部の縦断正面図、
【図１２】 次のトンネル覆工部を組み立てた状態の横断面図、
【図１３】 トンネル本体部の築造開始状態を示す横断面図、
【図１４】 セグメントを組み立てた状態の横断面図、
【図１５】 次のトンネル覆工部を組み立てた状態の横断面図、
【図１６】 推進ジャッキを伸長させた状態の横断面図、
【図１７】 道路部を築造した状態の縦断正面図、
【図１８】 道路部と拡幅部とを築造した状態の縦断正面図、
【図１９】 その簡略横断面図、
【図２０】 セグメントに既設の間詰め材を組み込んだトンネル覆工部の横断面図、
【図２１】 次のトンネル覆工部を組み立てた状態の横断面図、
【図２２】 そのトンネル覆工の斜視図、
【図２３】 その簡略縦断正面図。
【符号の説明】
１ 掘削機本体
２ 拡幅形成部
４ 妻型枠
11 スキンプレート
13 カッターヘッド
16 推進ジャッキ
21 スキンプレート部
26 拡幅用シールドジャッキ
ａ セグメント
A1〜A3 トンネル覆工部
Ａ トンネル覆工
T1 トンネル本体部
T2 トンネル拡幅部
Ｂ 間詰め材
ｂ 拡幅部材
【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るトンネル内の所定区間にトンネル本体部の形成と共にトンネル拡幅部を形成する拡幅トンネルの構築方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トンネル掘削機によって地下トンネルを掘削する場合、トンネル内に道路部と共にこの道路部の一部区間における側部に該道路部を拡幅した非常駐車帯部や設備設置場所等の拡幅部を構築する必要がある。このような拡幅トンネルを構築する方法としては、従来から、大径のトンネル掘削機によって該トンネル拡幅部を包含する大径のトンネルを全長に亘って掘削し、拡幅部以外のトンネル部においては該拡幅部の幅寸法だけ小径のトンネル覆工をセグメントの組み立てによって形成すると共に拡幅部においてはその空間部を上記小径のトンネル覆工に連通させた状態にしてその他の部分を小径のトンネル覆工と同径のトンネル覆工を同じくセグメントを組み立てることによって形成し、大径のトンネル掘削壁面とトンネル覆工の外周面との間の空間部に土砂等の間詰め材を充填することによって構築する方法が開発されている。
【０００３】
また、このようなトンネル拡幅部の構築方法以外に、トンネル断面方向に拡縮自在なスキンプレートを有するシールド掘削機を用いて道路の側部における所定区間部分に拡幅部を構築する方法も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の方法によれば、大径のトンネル掘削機によって全長に亘って拡幅部の径に等しいトンネルを掘削するものであるから、過大設計になって極めて不経済であるばかりでなくトンネルの掘削効率が低下するという問題点があり、その上、拡幅部以外のトンネル部においては該拡幅部の幅寸法だけ小径のトンネル覆工をセグメントの組み立てによって形成したのち、大径のトンネル掘削壁面とトンネル覆工の外周面との間の空間部に土砂等の間詰め材を充填しているため、多量の間詰め材を充填する必要があると共にその充填作業に長時間を要して施工期間が長期化し、工事費が高くつくという問題点がある。
【０００５】
一方、後者のトンネル断面方向に拡縮自在なスキンプレートを有するシールド掘削機を用いて道路の側部における所定区間部分に拡幅部を構築する方法においては、構造上、スキンプレートの拡大、縮小幅に制約があり、その上、シールド掘削機全体の構造が複雑となって、操作が煩雑化するという問題点がある。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、所定の広さを有する拡幅部を正確に且つ能率よく形成し得ると共に間詰め材の使用量を必要最小限度にすることができ、施工期間の短縮を図ることができる拡幅トンネルの構築方法を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の拡幅トンネルの構築方法は、請求項１に記載したように、側部に拡幅形成部を一体に設けているシールド掘削機によってトンネル本体部とこのトンネル本体部の側部に連通したトンネル拡幅部とをトンネル全長に亘って同時に掘削していくと共に、その掘削中に上記トンネル拡幅部を残しておきたい一部区間以外のトンネル本体部の掘削壁面にトンネル拡幅部を隠蔽したトンネル覆工を施工する一方、上記一部区間においてはトンネル拡幅部を隠蔽することなくトンネル本体部と連通させて状態でトンネル本体部からトンネル拡幅部の掘削壁面全面にトンネル覆工を施工することによりトンネル内の一部区間の側部に拡幅部を設ける拡幅トンネルの構築方法において、上記トンネル拡幅部を隠蔽するトンネル覆工部のセグメントの外周面に、予め、トンネル拡幅部の断面形状と同大、同形に形成されている拡幅部材を取り付けておき、この拡幅部材をシールド掘削機の拡幅形成部内に嵌合させた状態にして複数個のセグメントによりトンネル覆工部を組み立てたのち、シールド掘削機を掘進させて上記拡幅部材を拡幅形成部により掘削されたトンネル拡幅部内に嵌め込むことを特徴とするものである。
【０００８】
また、請求項２に係る発明は、側部に拡幅形成部を一体に設けているシールド掘削機によってトンネル本体部とこのトンネル本体部の側部に連通したトンネル拡幅部とをトンネル全長に亘って同時に掘削していくと共に、その掘削中に上記トンネル拡幅部を残しておきたい一部区間以外のトンネル本体部の掘削壁面にトンネル拡幅部を隠蔽したトンネル覆工を施工する一方、上記一部区間においてはトンネル拡幅部を隠蔽することなくトンネル本体部と連通させて状態でトンネル本体部からトンネル拡幅部の掘削壁面全面にトンネル覆工を施工することによりトンネル内の一部区間の側部に拡幅部を設ける拡幅トンネルの構築方法において、上記シールド掘削機内でトンネル本体部の掘削壁面を覆工するためのトンネル覆工部を複数個のセグメントによってリング状に組み立てたのち、シールド掘削機を掘進させて該トンネル覆工部をトンネル本体部内に送り出すと共にこのトンネル覆工部におけるトンネル拡幅部に面したセグメントの外周面にシールド掘削機の拡幅形成部内を通じてトンネル拡幅部の断面形状と同大、同形に形成されている拡幅部材を挿嵌することを特徴とする。
【０００９】
【作用】
掘削機本体の一側部又は両側部に拡幅形成部を一体に設けているシールド掘削機によってトンネルを掘削すると、掘削機本体によってトンネル本体部が掘削され、拡幅形成部によって該トンネル本体部の側部に該拡幅形成部と同じ形状の一定広さを有する拡幅部が同時に掘削される。シールド掘削機による一定長のトンネルが掘削される毎に、機内でセグメントを組み立て、シールド掘削機を掘進に従って後方に送り出すことにより外周面がトンネル掘削壁面に接したセグメント覆工部を形成する。
【００１０】
この際、非常駐車帯部等の拡幅部施工個所以外のトンネル本体部においてはセグメントを掘削機本体の内周面に沿ってリング状に組み立て、シールド掘削機の掘進に従って後方に送り出すことにより、拡幅形成部によって掘削された拡幅部をそのリング状覆工部の一部によって被覆してトンネル本体部との連通を遮断した状態にすると共にリング状覆工部の一部によって隠蔽された拡幅部の空間部内に間詰め材として拡幅部と断面形状が同大、同形に形成されている拡幅部材を拡幅部内に嵌合する。なお、拡幅部の掘削壁面をセグメント材等により補強して排水や換気設備の設置用空間部としておいてもよい。
【００１１】
シールド掘削機が拡幅部施工区間に達すると、機内において掘削機本体の内周面から拡幅形成部の内周面に亘って連続したセグメントを組み立て、シールド掘削機により掘削されたトンネル本体部と拡幅部とにシールド掘削機の掘進に従って後方に送り出すことによりこれらのトンネル本体部と拡幅部との掘削壁面に沿って連続した拡幅トンネル覆工部を形成する。しかるのち、トンネル本体部には道路部を築造する一方、拡幅部には該道路の側部に沿った非常駐車帯部や設備設置場所等を築造する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、図１〜図４は拡幅トンネルを構築するためのトンネル掘削機を示すもので、断面円形状のトンネル本体部T1を掘削する掘削機本体１と、この掘削機本体１の一側部に一体に設けられて上記トンネル本体部T1の一側部に該トンネル本体部T1と連通するトンネル拡幅部T2を掘削するための拡幅形成部２とから構成されている。
【００１３】
掘削機本体１は、一定長さを有する円筒形状のスキンプレート11の開口前端部に隔壁12を一体に設けてこの隔壁12にスキンプレート11の開口前端に配設したカッターヘッド13を回転自在に支持させていると共に該隔壁12の後面に装着した駆動モータ14によってカッターヘッド13を回転させるように構成していると共にスキンプレート11の後部内周面に円環状のリブ15を固着してこのリブ15にスキンプレート11の内周面に沿って周方向に一定間隔毎に複数本の推進ジャッキ16を装着してあり、さらに、上記カッタヘッド13の後面と隔壁12の前面間で形成された土砂取込室17にスクリューコンベアからなる土砂排出手段18の開口前端部を連通させてある。
【００１４】
上記円筒形状のスキンプレート11の一側部には、図３、図４に示すように外側方に向かって凸円弧状に膨出した拡幅部形成用スキンプレート部21が一体に設けている。即ち、スキンプレート11の一側部を上記トンネル拡幅部T2の形成に必要な円弧長だけ全長に亘って切除し、この切除部に外側方に向かって凸円弧状に湾曲した断面Ｃ字状のスキンプレート部21の上下端を一体に連設してあり、該スキンプレート部21で囲まれた中空内部をスキンプレート11内と全面的に連通している上記拡幅形成部２に形成し、この拡幅形成部２内にトンネル拡幅部T2を掘削するためのカッタヘッド23を配設している。
【００１５】
このカッタヘッド23は図３に示すように、上記スキンプレート11の開口端に配設しているトンネル本体部掘削用カッタヘッド13よりも小径に形成されていると共に上記凸円弧状のスキンプレート部21の開口端にその外周一部を沿わせて該スキンプレート部21で囲まれた三日月形状の空間部、即ち、上記拡幅形成部２の開口前端からその一部を前方に露出させ且つ上記カッタヘッド13の後方一側部に大部分を重ね合わせた状態に配設して該小径カッタヘッド23の回転中心軸を隔壁12の一側部に回転自在に支持させていると共に該隔壁12の一側部後面に装着した駆動モータ24によってこの小径カッタヘッド23を回転させるように構成している。
【００１６】
また、上記隔壁12の一側部に凸円弧状スキンプレート部21で囲まれた空間部と同一形状の正面三日月形状の隔壁部22を一体に連設してこの隔壁部22の外周端面を上記スキンプレート部21の内周面に固着させてあり、さらに、この隔壁部22の前面と小径カッタヘッド23の後面間に上記土砂取込室17と連通した土砂取込室27を設けて該土砂取込室27にスクリューコンベアからなる土砂排出手段28の開口前端部を連通させてある。また、上記リブ15もその一側部に凸円弧状スキンプレート部21で囲まれた空間部と同一形状の正面三日月形状のリブ部25を一体に連設して図１に示すように、その外周端面を上記スキンプレート部21の後部内周面に固着させてあり、さらに、図４に示すように、このリブ部25にスキンプレート部21の内周面に沿って周方向に一定間隔毎に複数本の拡幅用シールドジャッキ26を装着している。
【００１７】
この拡幅用シールドジャッキ26は上記推進ジャッキ16と共に前後方向に向けて配設されてあり、トンネル本体部 T 1 と遮断された上記トンネル拡幅部 T 2 の空間部内に参考例として掘削土砂の一部とセメント系固化材との混合物よりなる間詰め材Ｂを注入、充填する場合には、そのピストンロッドの先端面（後端面）に妻型枠サポート部材３を介して拡幅形成部２の内部空間と同一断面形状、即ち、断面三日月形状の妻型枠４を着脱自在に連結している。この妻型枠４はその外周面をスキンプレート部21の内周面に前後摺動自在に摺接していると共に内周面にシール部材5Bを装着して該シール部材5Bをトンネル本体部T1内で円形リング状に組み立てられるセグメントａの外周面の一部、即ち、掘削機本体１から拡幅形成部２の臨むセグメントａの外周面に圧接させるように構成している。同様に、スキンプレート11とスキンプレート部21の後端部内周面にもシール部材5Aが装着されている。
【００１８】
上記妻型枠４には前後方向に貫通した間詰め材注入孔31を設けていてこの開口前端部に機内側から間詰め材供給管32を着脱自在に連結、連通させてあり、この間詰め材供給管32は図５に示すように、機内から後方に延設され、既に施工したトンネル覆工Ａ内にシールド掘削機と一体に移動する台車上の圧送ポンプ34に連結している。
【００１９】
一方、上記スクリューコンベアからなる土砂排出手段18、28には該土砂排出手段18、28の土砂排出終端部から排出ポンプ19によって掘削土砂をトンネル後方に搬出する土砂搬出主管20を連結させていると共にこの土砂搬出主管20に掘削土砂の一部を土砂貯留槽35に供給する分岐管20a を連結、連通させている。土砂貯留槽35はその槽内の土砂をセメント系固化材槽36内のセメント系固化材と所定割合で混合して間詰め材Ｂを調製し、間詰め材貯留槽37内に貯留するように構成していると共にこの間詰め材貯留槽37内から上記圧送ポンプ34によって間詰め材Ｂを供給管32に送り出すように構成している。なお、土砂貯留槽35やセメント系固化材槽36及び間詰め材貯留槽37は上記圧送ポンプ34と同様にシールド掘削機と一体に移動する台車上に搭載されている。
【００２０】
このように構成したシールド掘削機によって、道路部を築造するためのトンネル本体部T1と道路部の一側部に非常駐車帯部等の拡幅部T2を構築する方法について次に説明する。まず、トンネル本体部T1を築造するには図１、図６に示すように、掘削機本体１の円筒状スキンプレート11の内周面に沿ってトンネル周方向に湾曲した複数個のセグメントａを順次連結することによって１リング分の円環状トンネル覆工部A1を組み立てる。この際、拡幅形成部２に対向するセグメントａは妻型枠サポート部材３の内周面に沿って組み立てる。
【００２１】
スキンプレート11内で組み立てたトンネル覆工部A1の後端面は、先に組み立てられて機内から後方に送り出された既設のトンネル覆工Ａの前端面に突き合わせて一体に接続される。なお、既設のトンネル覆工Ａの外周面に妻型枠４の内周面に装着しているシール部材5B及びスキンプレート11の内周面に装着しているシール部材5Aに圧接させた状態にして機内への地下水等の浸入を防止する。また、隣接するリング状トンネル覆工部の接合端面にはパッキン部材が装着されていて接合した際に互いに密着している。
【００２２】
こうして組み立てたトンネル覆工部A1の前端面にスキンプレート11の後部内周面に装着している複数本の推進ジャッキ16のロッドを図７に示すように伸長させることにより当接させ、その状態からさらにこれらの推進ジャッキ16のロッドを伸長させることによってトンネル覆工Ａに推進反力を支持させながらシールド掘削機全体を推進させると共にカッタヘッド13と小径カッタヘッド23とを回転駆動することによってカッタヘッド13により断面円形状の一定長のトンネル本体部T1を、カッタヘッド13の一側部から突出した小径カッタヘッド23の一部によって該トンネル本体部T1の一側部に連通した断面三日月形状のトンネル拡幅部T2を掘削する。さらに、シールド掘削機の掘進に応じて拡幅用シールドジャッキ26を伸長させることにより妻型枠サポート部材３を介して妻型枠４をトンネル拡幅部T2内に注入、充填された間詰め材Ｂを圧密状となるように押圧する。
【００２３】
シールド掘削機の掘進に従って、上記トンネル覆工部A1は掘削されたトンネル本体部T1側に押し出され、該トンネル覆工部A1が妻型枠４の後端部の位置まで送り出された時にシールド掘削機の掘進を停止させて図８に示すように推進ジャッキ16を収縮させることによりスキンプレート11の後部に次のセグメントａの組立空間部を設け、再び、上記同様にしてスキンプレート11の内周面に沿って１リング分の円環状トンネル覆工部を組み立てたのち、推進ジャッキ16のロッドを伸長させてこのトンネル覆工部をシールド掘削機によって掘削されたトンネル本体部T1側に送り出す。この作業を繰り返すことによって一側部のトンネル拡幅部T2を該トンネル拡幅部T2に対向した覆工部によって隠蔽している所定長のトンネル覆工Ａを築造するものである。なお、このトンネル覆工Ａの外周面とトンネル掘削壁面間の隙間に機内側からスキンプレートの外周面に沿って裏込め材を注入、充填する。
【００２４】
このトンネル覆工Ａの築造時において、機内で組み立てたトンネル覆工部A1をトンネル本体部T1側に送り出した時に、該トンネル覆工部A1の一側外周面と小径カッタヘッド23により掘削された掘削壁面間、即ち、トンネル拡幅部T2が未だ間詰め材Ｂをしていない空間部となり、この空間部内に先に注入、充填した間詰め材Ｂと連続するように間詰め材Ｂを注入、充填して硬化させる。
【００２５】
間詰め材Ｂの充填は、トンネル覆工部内に配設している台車上に搭載された上記圧送ポンプ34によって行われる。即ち、間詰め材貯留槽37内の間詰め材Ｂから該圧送ポンプ34によって間詰め材Ｂを供給管32に送り出し、該供給管32から妻型枠サポート部材３の供給孔31とこの供給孔31に連通している妻型枠４の注入孔33を通じてトンネル拡幅部T2内の空間部に注入することによって行われる。
【００２６】
こうして、シールド掘削機によって掘削される所定長のトンネル本体部T1にトンネル覆工Ａを施工し、シールド掘削機が非常駐車帯部等の拡幅部築造位置に達すると、図９に示すように、掘削機本体１の側部の拡幅形成部２側において、拡幅用シールドジャッキ26のロッド端に連結している妻型枠サポート部材３を取り外し、妻型枠４を最前部のトンネル覆工部A1の一側部外周面上に残置させた状態で、取り外した妻型枠サポート部材３の空間部を利用して該空間部内にリング状に組立てた反力受けセグメント部材６の一側部を配設する。
【００２７】
この反力受けセグメント部材６は、上記セグメントａと同一厚みで同一湾曲度を有し、且つトンネル長さ方向の幅が一定に形成された複数個のセグメント部材6aを掘削機本体１のスキンプレート11の内周面に沿ってリング状に組立てると共に、拡幅形成部２側においては、該拡幅形成部２内に向かって膨出する肉厚のセグメント部材6bを組み込むことによって外周面が拡幅形成部２のスキンプレート部21の内周面に沿った断面三日月形状のセグメント部に形成されている。
【００２８】
この反力受けセグメント部材６における後端面内周部を上記最前部のトンネル覆工部A1の前端面にボルト等により一体に連結すると共に拡幅形成部２内に突出しているセグメント部6bの後端面外周部を上記妻型枠４の前端面に当接させる一方、前端面に推進ジャッキ16と拡幅シールドジャッキ26とのロッド端を当接させてこれらのジャッキ16、26を伸長させることによりシールド掘削機を掘進させる共に、その掘進によって掘削されたトンネル本体部T1とトンネル拡幅部T2の掘削壁面に向かって反力受けセグメント部材６の一部を送り出す。
【００２９】
そして、一定長のトンネルが掘削されると、推進ジャッキ16及び拡幅シールドジャッキ26を収縮させてその収縮により形成されたスキンプレート11及びスキンプレート部21内の空間部にこれらのスキンプレート11の内周からスキンプレート部21の内周面に沿って図10、図11に示すようにセグメントａを組み立て、拡幅形成部２のスキンプレート部21に沿って組み立てたセグメントａによる膨出覆工部A22 の上下端が掘削機本体１のスキンプレート11に沿って組み立てたセグメントａによる断面Ｃ字状の覆工部A21 の上下端面に連続したトンネル覆工部A2を形成する。
【００３０】
このトンネル覆工部A2の後端面を上記反力受けセグメント部材６の前端面に当接させてボルト等により一体に連結すると共に、該トンネル覆工部A2の上記断面Ｃ状状の覆工部A21 の前端面と膨出覆工部A22 の前端面とに推進ジャッキ16と拡幅用シールドジャッキ26とをそれぞれ当接させて伸長させることにより、シールド掘削機を掘進させる共に掘削されたトンネル本体部T1とトンネル拡幅部T2との掘削壁面側に反力受けセグメント部材６と該トンネル覆工部A2の後部を送り出す。なお、拡幅用シールドジャッキ26の内側方に配設している複数個の推進ジャッキ16はトンネル覆工部A2の前端面に対向していないから、収縮させた状態を維持する。
【００３１】
シールド掘削機の掘進によって一定長のトンネルが掘削されると、その掘進を停止させ、推進ジャッキ16と拡幅用シールドジャッキ26とを収縮させて１リング分のトンネル覆工部の組立用空間部を設け、該空間部に次の１リング分のトンネル覆工部A2をスキンプレート11及びスキンプレート部21の内周面に沿って組み立ててその後端面を先に組み立てた上記トンネル覆工部A2の前端面に接合、連結させ、再び、このトンネル覆工部A2の前端面に図12に示すように推進ジャッキ16と拡幅用シールドジャッキ26とをそれぞれ当接させて伸長させることによりシールド掘削機後方の掘削壁面側に送り出す。
【００３２】
以下、同様にして機内で組み立てたトンネル覆工部A2を順次トンネル長さ方向に接合、連結しながら掘削壁面に送り出して上記図11に示すように、トンネルの所定長さ区間の側部にトンネル本体部T1側に向かって開口した非常駐車帯部等のトンネル拡幅部T2を覆工している一定長さのトンネル覆工A'を築造する。なお、このトンネル覆工A'の外周面とトンネル掘削壁面間の隙間に機内側からスキンプレートの外周面に沿って裏込め材を注入、充填する。
【００３３】
こうして、所定長さのトンネル区間に道路部Ｃを築造するためのトンネル本体部T1と共に非常駐車帯部Ｄ等を築造するためのトンネル拡幅部T2を被覆したトンネル覆工A'を施工したのち、再び、道路のみを築造するためのトンネル部を構築する。このトンネル部の構築方法は、まず、図13に示すようにトンネル覆工A'の終端部前端面に上記反力受けセグメント部材６と同大、同形の反力受けセグメント部材6'の後端面を当接させて一体に連結し、この反力受けセグメント部材6'の前端面に推進ジャッキ16と拡幅用シールドジャッキ26のロッド端を当接させて伸長させることによりシールド掘削機を一定長、掘進させると共に反力受けセグメント部材6'をその一部が機内から後方に送り出した状態にする。
【００３４】
次いで、図14に示すように、推進ジャッキ16と拡幅用シールドジャッキ26とを収縮させて拡幅用シールドジャッキ26のロッド端に新たな妻型枠４を仮連結しておくと共に掘削機本体１の円筒状スキンプレート11の内周面と妻型枠４の内周面に沿って複数個のセグメントａを順次連結することによって１リング分の円環状トンネル覆工部A1を組み立てたのち、このトンネル覆工部A1の前端面に推進ジャッキ16を当接させて伸長させることによりシールド掘削機を一定長、掘進させると共にその掘進に従ってトンネル覆工部A1の後部を掘削壁面側に送り出す。
【００３５】
しかるのち、推進ジャッキ16を収縮させてそのロッド端とトンネル覆工部A1の前端間の空間部を通じて上記拡幅用シールドジャッキ26のロッド端に連結している妻型枠４の連結を一旦解いて拡幅用シールドジャッキ26のロッド端と該妻型枠４との間に妻型枠サポート部材３を介在、連結させると共に図15に示すように、スキンプレート11の内周面とこの妻型枠サポート部材３の内周面に沿って複数個のセグメントａを連結することにより次のトンネル覆工部A1を組み立てたのち、推進ジャッキ16を該トンネル覆工部A1の前端面に当接させ、図16に示すように伸長させることによってシールド掘削機を一定長、掘進させると共に該トンネル覆工部A1を後方に送り出す。
【００３６】
この時、シールド掘削機の掘進によって妻型枠４と反力受けセグメント部材6'間におけるトンネル拡幅部T2の掘削壁面とトンネル覆工部A1の外周面とで囲まれた部分に空間部が形成されるので、このトンネル拡幅部T2の空間部内に上記同様にして圧送ポンプ34により供給管32から妻型枠４の注入孔31を通じて間詰め材Ｂを注入、充填する。
【００３７】
再び、上記同様にしてスキンプレート11の内周面に沿って１リング分の円環状トンネル覆工部A1を組み立てたのち、推進ジャッキ16のロッドを伸長させてこのトンネル覆工部A1をシールド掘削機によって掘削されたトンネル本体部T1側に送り出すと共に拡幅形成部２によって掘削されたトンネル拡幅部T2内に間詰め材Ｂを充填し、シールド掘削機の掘進に応じて拡幅用シールドジャッキ26を伸長させることによって間詰め材Ｂを圧密状態に押圧する。この作業を繰り返すことによって一側部に間詰め材Ｂを充填しているトンネル拡幅部T2を有し且つ該トンネル拡幅部T2を側部の覆工部によって隠蔽している所定長のトンネル覆工Ａを築造するものである。
【００３８】
こうしてトンネル本体部T1の掘削壁面にトンネル拡幅部T2を隠蔽しているトンネル覆工Ａを施工したのち、該トンネル覆工Ａの下部に図17に示すように道路部Ｃを築造する一方、トンネル拡幅部T2をトンネル本体部T1の一側部に連通させた状態でこれらのトンネル本体部T1とトンネル拡幅部T2との掘削壁面に施工したトンネル覆工A'内においては、図18、図19に示すようにトンネル本体部T1の断面Ｃ状状の覆工部A21 の下部に上記道路部Ｃに連続する道路部Ｃを築造すると共にトンネル拡幅部T2の掘削壁面を被覆した膨出覆工部A22で囲まれた下方空間部に上記道路部Ｃの側路となる非常駐車帯部や設備設置場所等の拡幅部Ｄを築造する。
【００３９】
なお、以上の実施例においては、トンネル拡幅部T2を埋設状態にする場合、参考例としてトンネル覆工Ａによってトンネル本体部T1と遮断された該トンネル拡幅部T2の空間部内に掘削土砂の一部とセメント系固化材との混合物よりなる間詰め材Ｂを注入、充填しているが、このような間詰め材Ｂによることなく、既設の間詰め材B'を該トンネル拡幅部T2の空間部内に嵌合、介在させている。
【００４０】
即ち、図20に示すように、掘削機本体１のスキンプレート11の内周面に沿って複数個のセグメントａにより１リング分のトンネル覆工部を組み立てる際に、トンネル拡幅部T2に面するセグメントａの外周面に、予め、図22、図23に示すように貧配合のモルタル部材よりなり且つトンネル拡幅部T2の断面形状と同大、同形に形成されている断面三日月形状の拡幅部材ｂを一体に取り付けておき、この拡幅部材ｂをシールド掘削機の拡幅形成部２内に嵌め込むようにしてトンネル覆工部A3を組み立てたのち、このトンネル覆工部A3の前端面に推進ジャッキ16のロッド端を当接させ、伸長させることによってシールド掘削機の掘進と共に該トンネル覆工部A3を後方に送り出したのち、推進ジャッキ16を収縮させて再び、図21に示すようにスキンプレート11内でこのトンネル覆工部A3の前端面に次のトンネル覆工部A3を接合、連結して組み立てたのち、スキンプレート11の伸長によってシールド掘削機の掘進と共に後方に送り出し、この作業を繰り返し行うことによりトンネル拡幅部T2を拡幅部材ｂの嵌合によって埋設されたトンネル覆工Ａを築造するものである。
【００４１】
従って、上記既設の拡幅部材ｂを間詰め材とした場合には、拡幅用シールドジャッキ26や妻型枠サポート部材３、妻型枠４等は不要となり、さらに、土砂排出手段18、28のからの分岐管20a や、この分岐管20a から妻型枠４に至る間の間詰め材供給手段も不要となるものである。なお、トンネル覆工部A3の接合端面と拡幅部材ｂの接合端面には図22に示すようにシール溝７、7aが設けられていてゴム製のシール材を装着するように構成している。
【００４２】
また、上記拡幅部材ｂを予め、セグメントａの外周面に取り付けているが、別体にしておき、シールド掘削機のスキンプレート11内で複数個のセグメントａによってリング状のトンネル覆工部A1を組み立てたのち、シールド掘削機を掘進させると共にこのトンネル覆工部A1をトンネル本体部T1側に送り出し、しかるのち上記拡幅部材ｂをシールド掘削機の一側部の拡幅形成部２内に嵌合させた状態にしてそのスキンプレート部21の内周面に沿って後方に送り出すことにより、該拡幅部材ｂをトンネル拡幅部T2内に挿嵌させてもよい。この場合、セグメントａのと拡幅部材ｂとの接合面には止水性を有する樹脂系材料を塗布しておく。なお、トンネル拡幅部T2内の空間部を上記土砂等の間詰め材Ｂや拡幅部材ｂによって埋設することなく、該トンネル拡幅部T2の掘削壁面をセグメント等の補強材によって覆工しておいてもよい。
【００４３】
さらにまた、以上の実施例においては掘削機本体１の一側部のみに拡幅形成部２を設けたシールド掘削機を用いて、トンネル本体部T1と共にその一側部にトンネル拡幅部T2を掘削形成しているが、掘削機本体１の両側部に拡幅形成部２、２を設けたシールド掘削機を用いて、トンネル本体部T1の両側部にトンネル拡幅部T2、T2を掘削形成してもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明の拡幅トンネルの構築方法によれば、側部に拡幅形成部を一体に設けているシールド掘削機によってトンネル本体部とこのトンネル本体部の側部に連通したトンネル拡幅部とをトンネル全長に亘って同時に掘削していくと共に、その掘削中に上記トンネル拡幅部を残しておきたい一部区間以外のトンネル本体部の掘削壁面にトンネル拡幅部を隠蔽したトンネル覆工を施工する一方、上記一部区間においてはトンネル拡幅部を隠蔽することなくトンネル本体部と連通させて状態でトンネル本体部からトンネル拡幅部の掘削壁面全面にトンネル覆工を施工することを特徴とするものであるから、掘削機本体によって該掘削機本体と略同大、同径のトンネル本体部を全長に亘って能率よく掘削することができると共にこのトンネル本体部の掘削と同時に該トンネル本体部の側部に設けている拡幅形成部によって所定の広さを有する拡幅部を全長に亘って正確に且つ能率よく掘削、形成することができる。
【００４５】
さらに、トンネル内における所定区間部分において、これらのトンネル本体部の掘削壁面からこの掘削壁面に連続するトンネル本体部の側部に形成されたトンネル拡幅部の掘削壁面に亘ってトンネル覆工を施工するものであるから、該トンネル覆工の外周面側に間詰め材を充填することなくトンネル本体部側に設けられる道路部の側部にトンネル拡幅部側に設けられる非常駐車帯部や設備設置場所等を幅方向に拡幅形成したトンネル区間部を容易に施工することができると共に、その区間部以外のトンネル内においては、トンネル本体部の掘削壁面にトンネル拡幅部を隠蔽したトンネル覆工を施工するものであるから、該トンネル本体部の全長に亘って一定幅を有する道路部を能率よく築造し得るものである。
【００４６】
また、トンネル拡幅部を隠蔽するトンネル覆工部のセグメントの外周面に、予め、トンネル拡幅部と断面形状と同大、同形に形成されている拡幅部材を取り付けておき、この拡幅部材をシールド掘削機の拡幅形成部内に嵌合させた状態にして複数個のセグメントによりトンネル覆工部を組み立てたのち、シールド掘削機を掘進させて上記拡幅部材を拡幅形成部により掘削されたトンネル拡幅部内に嵌め込むこと特徴とするものであり、請求項２に係る発明によれば、拡幅部材をシールド掘削機内側からトンネル拡幅部内に挿嵌することを特徴とするものであるから、拡幅部材によるトンネル拡幅部内の埋設作業が確実に行えると共にその作業時間が土砂等の間詰め材の充填に比べて著しく短縮されて施工能率が向上し、その上、地盤を殆ど弛緩させることなく施工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 シールド掘削機の横断平面図、
【図２】 その縦断側面図、
【図３】 カッタヘッドの配設状態を示す正面図、
【図４】 推進ジャッキと拡幅用シールドジャッキとの配列状態を示す背面図、
【図５】 間詰め材の供給手段を示す簡略側面図、
【図６】 トンネル本体部の築造状態を示す横断面図、
【図７】 推進ジャッキを伸長させた状態の一部の横断面図、
【図８】 セグメントの組立空間部を設けた状態の横断面図、
【図９】 トンネル拡幅部の築造開始状態を示す横断面図、
【図１０】 セグメントを組み立てた状態の横断面図、
【図１１】 そのトンネル覆工部の縦断正面図、
【図１２】 次のトンネル覆工部を組み立てた状態の横断面図、
【図１３】 トンネル本体部の築造開始状態を示す横断面図、
【図１４】 セグメントを組み立てた状態の横断面図、
【図１５】 次のトンネル覆工部を組み立てた状態の横断面図、
【図１６】 推進ジャッキを伸長させた状態の横断面図、
【図１７】 道路部を築造した状態の縦断正面図、
【図１８】 道路部と拡幅部とを築造した状態の縦断正面図、
【図１９】 その簡略横断面図、
【図２０】 セグメントに既設の間詰め材を組み込んだトンネル覆工部の横断面図、
【図２１】 次のトンネル覆工部を組み立てた状態の横断面図、
【図２２】 そのトンネル覆工の斜視図、
【図２３】 その簡略縦断正面図。
【符号の説明】
１ 掘削機本体
２ 拡幅形成部
４ 妻型枠
11 スキンプレート
13 カッターヘッド
16 推進ジャッキ
21 スキンプレート部
26 拡幅用シールドジャッキ
ａ セグメント
A1〜A3 トンネル覆工部
Ａ トンネル覆工
T1 トンネル本体部
T2 トンネル拡幅部
Ｂ 間詰め材
ｂ 拡幅部材
Claims (2)
- 側部に拡幅形成部を一体に設けているシールド掘削機によってトンネル本体部とこのトンネル本体部の側部に連通したトンネル拡幅部とをトンネル全長に亘って同時に掘削していくと共に、その掘削中に上記トンネル拡幅部を残しておきたい一部区間以外のトンネル本体部の掘削壁面にトンネル拡幅部を隠蔽したトンネル覆工を施工する一方、上記一部区間においてはトンネル拡幅部を隠蔽することなくトンネル本体部と連通させて状態でトンネル本体部からトンネル拡幅部の掘削壁面全面にトンネル覆工を施工することによりトンネル内の一部区間の側部に拡幅部を設ける拡幅トンネルの構築方法において、上記トンネル拡幅部を隠蔽するトンネル覆工部のセグメントの外周面に、予め、トンネル拡幅部の断面形状と同大、同形に形成されている拡幅部材を取り付けておき、この拡幅部材をシールド掘削機の拡幅形成部内に嵌合させた状態にして複数個のセグメントによりトンネル覆工部を組み立てたのち、シールド掘削機を掘進させて上記拡幅部材を拡幅形成部により掘削されたトンネル拡幅部内に嵌め込むことを特徴とする拡幅トンネルの構築方法。
- 側部に拡幅形成部を一体に設けているシールド掘削機によってトンネル本体部とこのトンネル本体部の側部に連通したトンネル拡幅部とをトンネル全長に亘って同時に掘削していくと共に、その掘削中に上記トンネル拡幅部を残しておきたい一部区間以外のトンネル本体部の掘削壁面にトンネル拡幅部を隠蔽したトンネル覆工を施工する一方、上記一部区間においてはトンネル拡幅部を隠蔽することなくトンネル本体部と連通させて状態でトンネル本体部からトンネル拡幅部の掘削壁面全面にトンネル覆工を施工することによりトンネル内の一部区間の側部に拡幅部を設ける拡幅トンネルの構築方法において、上記シールド掘削機内でトンネル本体部の掘削壁面を覆工するためのトンネル覆工部を複数個のセグメントによってリング状に組み立てたのち、シールド掘削機を掘進させて該トンネル覆工部をトンネル本体部内に送り出すと共にこのトンネル覆工部におけるトンネル拡幅部に面したセグメントの外周面にシールド掘削機の拡幅形成部内を通じてトンネル拡幅部の断面形状と同大、同形に形成されている拡幅部材を挿嵌することを特徴とする拡幅トンネルの構築方法。
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