JP4261740B2 - トンネル分岐部の施工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分離合体型トンネル掘進機を使用したトンネル分岐部の施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、図５（ａ）に示すように、道路トンネルのランプにおける合流部Ｇ’（３車線の減速区間）及び分岐部（本線区間Ｈ’（２車線）と分岐区間Ｂ’（１車線））を施工する際のように、道路、鉄道等のトンネルでは、路線計画上、トンネル断面を分離して縮小したり、部分的に拡大する必要が生じる。
従来は、このような場合において、単体の大断面シールド１０’と小断面シールド２０’を連結し、両シールド１０’，２０’を包含可能である花弁形状断面の外殻２’の内部に収納した複合型シールド１’を用いて幅広の合流部を掘削し（図５（ｂ）参照）、その後、両シールド１０’，２０’を分離して、各シールド１０’，２０’で分岐部を掘削する方法（図５（ｃ）参照）が用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、通常は、合流部Ｇ’と分岐部Ｈ’，Ｂ’の掘削断面が大きく異なるため、この方法を用いた場合には、要求される建築限界より大きな断面形状のトンネルを掘削しなければならないことになる。そのため、掘削土量も多くなることから不経済であるとともに、覆工厚が厚くなるため施工費が増大し、また、都市部等では、複合型シールド１’が道路用地内に入らない場合がある。さらに、大断面シールド１０’と小断面シールド２０’のみでは掘削不能の領域４０’が生じてしまい、当該領域４０’を掘削するためには、別途、掘削装置（カッタ装置）を設ける必要があり、機械費が増加してしまうことになる。
【０００４】
本発明は、前記の各問題点を解決するためになされたものであり、トンネル掘進機の掘削断面を過大にすることなく、１台の装置で複数の断面の掘削が可能である、分離合体可能なトンネル掘進機を使用したトンネル掘削方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、断面形状が円弧部を有する単体のトンネル掘進機と、断面形状が前記円弧部に嵌合する形状に切り欠かれた湾部を有する欠円形状である単体のトンネル掘進機とを並列に連結して配置したものであって、前記各トンネル掘進機が、分離、連結自在であり、かつ、任意の方向に移動自在に構成されている分離合体型トンネル掘進機を使用し、前記連結したトンネル掘進機を使用して所定区間のトンネル掘削を行った後、前記連結したトンネル掘進機から分離した各々のトンネル掘進機を使用して、前記掘削したトンネルに接続する分岐部を掘削する方法であって、以下の工程を含むことを特徴とするトンネル分岐部の施工方法である。
（１）前記分離したシールドの少なくとも１機を、前記掘削したトンネルの後方位置に後退させる分離シールドの後退工程。
（２）前記トンネル内部における前記分岐部の方向に、前記分離したシールドを案内する案内部材を設置する案内部材設置工程。
（３）前記案内部材の入口部に前記分離したシールドを配置し、前記案内部材の内部を通過させながら、前記トンネルの内部から前記分離したシールドを発進させ前記分岐部を掘削する分岐部掘削工程。
【０００６】
ここで、トンネル掘進機は、断面形状が円弧部を有する形状であればよいため、完全な円形断面形状でなくてもよい。また、断面形状が円弧部に嵌合する形状に切り欠かれた湾部は、複数箇所に形成されているものでもよい。さらに、各単体トンネル掘進機は、それぞれ、１機又は複数機設けられているものであってもよい。
また、任意の方向に移動自在であるとは、前後、左右方向はもちろんのこと、任意の方向に回転可能に構成されていることをいう。
【０００７】
従って、本発明によれば、断面形状が円弧部を有する単体のトンネル掘進機と、当該円弧部に嵌合する形状に切り欠かれた湾部を有する欠円形状の単体のトンネル掘進機とを並列に配置したことにより、円形形状断面である単体のトンネル掘進機を並設した場合に生じる余剰断面をなくすことができ、その断面形状を小さくすることができる。そのため、掘削土量を少なくでき、また、各トンネル掘進機のみで必要な断面形状の掘削ができることになるため、別途、掘削機構を装備させる必要がなく、機械費を削減することができる。
また、各トンネル掘進機は分離、合体自在に構成されているため、分離した単体トンネル掘進機を使用してトンネル掘削することが可能である。そのため、本発明のトンネル掘進機を使用することにより、断面形状の異なる複数のトンネルを掘削することができる。
さらに、このような分離合体型トンネル掘進機を使用することにより、連結したトンネル掘進機を用いて所定区間のトンネル掘削を行った後、前記連結したトンネル掘進機を分離し、各々のトンネル掘進機を使用して、前記掘削したトンネルに接続する分岐部を掘削することができるため、非常に効率的にトンネル分岐部の施工を行うことができる。
【０００８】
また、請求項２に記載されているように、異なる矩形断面形状の単体のトンネル掘進機が分離、連結自在であり、かつ、任意の方向に移動自在となるように、並列に連結して配置されている分離合体型トンネル掘進機を使用しても、前記請求項１に記載の本発明と同様の効果を奏することができる。なお、前記単体のトンネル掘進機は２機以上を連結するものであり、そのうち少なくとも２機の断面形状が異なっていればよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について、図面を参照して詳細に説明するが、以下の説明では、トンネル掘進機にシールドを使用した場合について示す。また、各実施形態の説明において、同一の構成要素に関しては同一の符号を付し、重複した説明は省略するものとする。
なお、単体のシールド１０，２０が連結されて一体化している形態を連結シールド１という。さらに、本実施形態では、従来技術の説明における場合と同様に、道路トンネルのランプにおける合流部Ｇ（３車線）と分岐部（本線区間Ｈ（２車線）と分岐区間Ｂ（１車線））を施工する場合について説明する。
【００１２】
（分離合体型トンネル掘進機）
図１に示すように、本発明の分離合体型トンネル掘進機（図１では、連結シールド１の状態）は、断面形状が円形の単体シールド１０（以下、「本線シールド」という）と、断面形状が前記円形部に嵌合する形状に切り欠かれた湾部２０ａを有する欠円形状（三日月形状）の単体シールド２０（以下、「分岐シールド」という）を、お互いのカッタ面板１１，２１が干渉しないように前後方向にずらして並列に配置したもので、両シールド１０，２０は外殻２の内部に収納されている。また、各単体シールド１０，２０は、連結部材（連結ボルト等、図示せず）により連結されているが、当該連結部材を取り外すことにより、容易に分離可能となっている。また、分離された各単体シールド１０，２０は、任意の方向に移動自在に構成されているとともに、独立して掘進可能となっている。
ここで、本線シールド１０は、分岐部の本線区間Ｈが必要とする断面形状となるように大断面となっており、分岐シールド２０は分岐区間Ｂが必要とする断面形状となるように小断面となっている。当然のことながら、本線シールド１０と分岐シールド２０の断面形状は、施工場所に応じて適切に定める必要があることは言うまでもない。
【００１３】
なお、連結シールド１には、図示しない、推進機構（推進ジャッキ等）、泥水加圧又は泥土加圧機構、排土機構、セグメント組立機構（エレクタ）等のトンネル掘削に必要となる各種機構が装備されている。
また、分岐シールド２０は欠円形状のカッタ面板２１を有する構成となっているが、スポークタイプのカッタヘッドを有する構成としてもよい。
【００１４】
また、本発明の分離合体型トンネル掘進機の他の実施形態として、図２に示すように、異なる矩形断面形状である２機のトンネル掘進機５０，６０を分離、連結自在であり、かつ、任意の方向に移動自在となるように並列に連結して配置し、両シールド５０，６０を外殻６の内部に収納することにより連結シールド５とするものであってもよい。
【００１５】
（トンネル分岐部の施工方法）
前記分離合体型トンネル掘進機を使用したトンネル分岐部の施工方法について、図３及び図４を参照して説明する。
本実施形態では、連結シールド１により合流部Ｇ（所定区間）を掘削し、連結シールド１を分離した後の本線シールド１０及び分岐シールド２０を使用して、それぞれ分岐部における本線区間Ｈと分岐区間Ｂを掘削することになる。なお、合流部Ｇ及び分岐部における本線区間Ｈの掘削は、従来と同様の方法で行うためその説明は省略し、分岐区間Ｂの掘削方法のみを説明する。
【００１６】
［第１実施形態］
第１実施形態は、連結シールド１により掘削した合流部Ｇの先端部分と、分岐部における分岐区間Ｂの始点までの距離を長くとることにより、合流部Ｇと分岐区間Ｂを一定長にわたって並設させる構造とする場合である。
【００１７】
分岐区間Ｂの掘削は、（１）分離シールドの後退工程、（２）案内部材設置工程、（３）分岐部掘削工程から構成されている。
【００１８】
（１）分離シールドの後退工程（図３（ａ），（ｂ）参照）
本工程は、合流部Ｇの掘削終了後に、連結シールド１を分離して本線シールド１０と分岐シールド２０に分離し、分岐シールド２０を合流部Ｇ（既に掘削したトンネル）の後方位置に後退させる工程である。
まず、連結部材（図示せず）を取り外し、本線シールド１０と分岐シールド２０に分離する。そして、合流部Ｇから分岐する分岐区間Ｂの始点部の後方位置にまで分岐シールド２０を後退させる。そして、分岐区間Ｂの断面形状を掘削可能であるように、分岐シールド２０のカッタ面板２１の調節を行うとともに、胴体部２２及びテールシール２３等の必要となる機構を装備する。
【００１９】
なお、本線シールド１０は単独で発進可能であり、本実施形態では合流部Ｇと本線区間Ｈの線形は直線であるため、通常の方法により掘削を行うことができる（図２では、すでに、本線シールド１０により本線区間Ｈを掘削している場合を示している）。また、連結シールド１の外殻２は、合流部Ｇの一部を構成する。
【００２０】
（２）案内部材設置工程（図３（ｃ））
本工程は、合流部Ｇのトンネル内部において、分岐区間Ｂの方向に、分岐シールド２０を案内する案内部材であるシェルタ３０を設置し、分岐シールド２０の発進の準備を行う工程である。
まず、合流部Ｇのトンネルの内部において分岐区間Ｂの方向に分岐シールド２０の進行方向を案内するためのシェルタ３０を設置する。このシェルタ３０は、正面視で門型形状、かつ、平面視でトンネルの通過形状に適合するように加工されている、分岐シールド２０断面形状よりやや大寸法の部材であって、側面部には所定間隔で鍔部材３１が付設されている。
【００２１】
（３）分岐部掘削工程（図３（ｄ）参照）
本工程は、シェルタ３０の入口部３０ａに分岐シールド２０を配置し、当該シェルタ３０の内部を通過させながら、合流部Ｇのトンネルの側面部から当該分岐シールド２０を発進させ、分岐区間Ｂを掘削する工程である。
【００２２】
まず、分岐シールド２０の掘進方向がシェルタ３０の軸線方向と一致するように、分岐シールド２０をシェルタ３０の入口部３０ａに設置し、シェルタ３０の内部及びセグメント間にモルタルを注入し、当該モルタルを硬化させる。
そして、分岐シールド２０を発進させ、シェルタ３０内部及び分岐区間Ｂと交差する部分のセグメントＣ１（図３（ｂ）参照）を掘削しながら分岐区間部Ｂを掘削する。
なお、分岐区間Ｂと交差する部分のセグメントＣ１は、分岐シールド２０で掘削しやすいように、鉄筋の代わりに炭素繊維等を使用した特殊セグメントＣ１となっている。また、合流部Ｇのトンネル内部に残されたシェルタ３０は、建築限界に係る部分３２のみを切削し、その他の部分にはコンクリート３３を打設して防護する。
【００２３】
従って、前記分離合体型トンネル掘進機によれば、断面形状が円形の本線シールド１０と、断面形状が前記円形部に嵌合する形状に切り欠かれた湾部２０ａを有する欠円形状の分岐シールド２０とを並列に配置して連結シールド１としているため、合流部Ｇを掘削する際に、円形形状断面の単体シールドを並設した場合に生じる余剰断面をなくすことができ、その断面形状を小さくすることができる。そのため、掘削土量を少なくでき、また、各シールド１０，２０のみで必要な断面形状の掘削ができることになるため、別途、掘削機構を装備させる必要がなく、機械費を削減することができる。
また、各シールド１０，２０は分離、合体自在に構成されているため、分離した単体シールド１０，２０を使用して、トンネル掘削することが可能であるため、断面形状の異なる複数のトンネルを掘削することができる。
【００２４】
さらに、本実施形態のように、合流部Ｇと分岐区間Ｂの線形がなだらかな場合には、合流部Ｇのトンネル内にシェルタ３０を設けて分岐シールド２０を発進させることにより、地山Ｇの地盤改良が不要となるため、施工期間の短縮及び施工費用の低減を図ることができるとともに、セグメントＣ１等における開口部の補強をシェルタを兼用して行うことができる。
【００２５】
（第２実施形態）
第２実施形態は、連結シールド１により掘削した合流部Ｇの先端部分と、分岐部における分岐区間Ｂの始点までの距離をほとんどとらず、連結シールド１の外殻２の内部から分岐区間Ｂが始まる場合である。この場合には、第１実施形態の場合と比較して、連結シールド１により掘削した部分を無駄なく使用可能であるため、経済的な構造とすることができる。
【００２６】
分岐区間Ｂの掘削は、（１）分離シールドの後退工程、（２）案内部材設置工程、（３）分岐部掘削工程から構成されていることは、第１実施形態の場合と同様である。
【００２７】
（１）分離シールドの後退工程（図４（ａ），（ｂ）参照）
本工程は、合流部Ｇの掘削終了後に、連結シールド１を分離して本線シールド１０と分岐シールド２０に分離し、分岐シールド２０を連結シールド１の外殻２（トンネルに相当）の内部に後退させる工程であり、後退長さをほとんどとらない点及び、合流部Ｇの先端部及び分岐区間Ｂの発進部における地山の地盤改良を行う（符号Ｒは、地盤改良域を示す）ことを除いて、第１実施形態の場合とほぼ同様である。
なお、地盤改良を行う理由は、第１実施形態の場合と比較して、分岐シールド２０の案内部材であるシェルタ３０’を長距離にわたって設置できないためである。
【００２８】
（２）案内部材設置工程（図４（ｃ））
本工程は、合流部Ｇのトンネル内部において、分岐区間Ｂの方向に、分岐シールド２０を案内するシェルタ３０’を外殻２の内部に設置し、分岐シールド２０の発進の準備を行う工程であり、その作業は第１実施形態の場合と同様である。
【００２９】
（３）分岐部掘削工程（図４（ｄ）参照）
本工程は、シェルタ３０’の入口部に分岐シールド２０を配置し、当該シェルタ３０’の内部を通過させながら、合流部Ｇのトンネルの側面部及び先端部から当該分岐シールド２０を発進させ、分岐区間Ｂを掘削する工程であり、その作業は第１実施形態の場合と同様である。
【００３０】
従って、第２実施形態においても、第１実施形態の奏する基本的な効果を奏することができる。
このように、本発明のトンネル分岐部の施工方法によれば、トンネルの施工計画に応じて、種々の形状に対応することができる。
【００３１】
以上、本発明について、好適な実施形態の一例を説明した。しかし、本発明は、前記実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜設計変更が可能である。特に、本発明は、シールドのみではなく、推進機等にも使用することができる。また、複数のシールドを分離して、複数の分岐区間の掘削を行うことも可能である。
なお、前記説明では、合流部から分岐する場合について説明したが、分岐部から合流部を掘削する場合には、分離したシールドを再度合体させてその施工を行うことができる。また、矩形形状の単体シールド５０，６０を用いて分離合体型トンネル掘進機を構成した場合であっても、前記実施形態と同様なトンネル分岐部の施工方法を行うことができることは言うまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、トンネル掘進機の掘削断面を過大にすることなく、１台の装置で複数の断面の掘削が可能である、分離合体可能なトンネル掘進機を使用したトンネル掘削方法を提供することができる。
また、本発明のトンネル掘削方法に用いられる分離合体型トンネル掘進機によれば、道路トンネルにおける上下線の分離部、鉄道トンネルにおける駅部と駅間部の施工や、電力工事、下水道工事及び共同溝工事等の各種トンネル工事に使用可能であるため、非常に有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る分離合体型トンネル掘進機の合体時を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。
【図２】本発明に係る分離合体型トンネル掘進機の他の実施形態を示す斜視図である。
【図３】本発明に係るトンネル分岐部の施工方法（第１実施形態）についての説明図（平断面図）であり、（ａ）及び（ｂ）は分離シールドの後退工程、（ｃ）は案内部材設置工程、（ｄ）は分岐部掘削工程を示す。
【図４】本発明に係るトンネル分岐部の施工方法（第２実施形態）についての説明図（平断面図）であり、（ａ）及び（ｂ）は分離シールドの後退工程、（ｃ）は案内部材設置工程、（ｄ）は分岐部掘削工程を示す。
【図５】（ａ）は道路トンネルのランプを示す平断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図（掘削装置は省略）、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ断面図（掘削装置は省略）である。
【符号の説明】
Ｇ 合流部
Ｈ 本線区間
Ｂ 分岐区間
１，５ 連結シールド
２，６ 外殻
１０，５０ 本線シールド（単体シールド）
２０，６０ 分岐シールド（単体シールド）
２０ａ 湾部
３０，３０’ シェルタ（案内部材）

Claims (2)

1. 断面形状が円弧部を有する単体のトンネル掘進機と、断面形状が前記円弧部に嵌合する形状に切り欠かれた湾部を有する欠円形状である単体のトンネル掘進機とを並列に連結して配置しており、前記各トンネル掘進機が、分離、連結自在であり、かつ、任意の方向に移動自在に構成されている分離合体型トンネル掘進機を使用し、前記連結したトンネル掘進機を使用して所定区間のトンネル掘削を行った後、前記連結したトンネル掘進機から分離した各々のトンネル掘進機を使用して、前記掘削したトンネルに接続する分岐部を掘削する方法であって、以下の工程を含むことを特徴とするトンネル分岐部の施工方法。
   （１）前記分離したシールドの少なくとも１機を、前記掘削したトンネルの後方位置に後退させる分離シールドの後退工程。
   （２）前記トンネル内部における前記分岐部の方向に、前記分離したシールドを案内する案内部材を設置する案内部材設置工程。
   （３）前記案内部材の入口部に前記分離したシールドを配置し、前記案内部材の内部を通過させながら、前記トンネルの内部から前記分離したシールドを発進させ前記分岐部を掘削する分岐部掘削工程。
2. 異なる矩形断面形状の単体のトンネル掘進機が分離、連結自在であり、かつ、任意の方向に移動自在となるように、並列に連結して配置されている分離合体型トンネル掘進機を使用し、前記連結したトンネル掘進機を使用して所定区間のトンネル掘削を行った後、前記連結したトンネル掘進機から分離した各々のトンネル掘進機を使用して、前記掘削したトンネルに接続する分岐部を掘削する方法であって、以下の工程を含むことを特徴とするトンネル分岐部の施工方法。
   （１）前記分離したシールドの少なくとも１機を、前記掘削したトンネルの後方位置に後退させる分離シールドの後退工程。
   （２）前記トンネル内部における前記分岐部の方向に、前記分離したシールドを案内する案内部材を設置する案内部材設置工程。
   （３）前記案内部材の入口部に前記分離したシールドを配置し、前記案内部材の内部を通過させながら、前記トンネルの内部から前記分離したシールドを発進させ前記分岐部を掘削する分岐部掘削工程。

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