JP4418609B2 - トンネル布設替え装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、既設トンネルを布設替えするためのトンネル布設替え装置に係り、詳しくは、既設トンネルの覆工を新設トンネルの裏込め部材として利用するトンネル布設替え装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近来、例えば地下鉄のトンネル、下水道管路などにおいて、老朽化や用途変更などが求められるようになり、既存しているトンネル（以下、「既設トンネル」とする。）の位置に新たなトンネル（以下、「新設トンネル」とする。）の布設替えが行われている。このようなトンネルの布設替えにおいては、例えば拡大シールド工法、老朽管路更新工法などが適用されており、まず、既設トンネルの既設覆工の外側を掘削し、空中に突出したような形となった既設覆工をそれぞれのセグメントに分解し、地上に撤去した後、掘削された部分に新たなセグメントを連結して新設覆工を形成し、新設トンネルに布設替えするようなシールド装置が採用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば地下鉄のトンネルの老朽化や地下鉄の輸送力強化を求められた場合には、まず既設トンネルに平行して別の新設トンネルを布設し、運行を該新設トンネルに切替える。その後、既設トンネルは、複線化、複々線化などが求められ、新設トンネルに布設替えが行われる。この際、布設替えされる新設トンネルの内径は、既設トンネルの内径と同径であれば足りるが、上記従来の技術のシールド装置によりトンネルの布設替えを行うと、上述のように掘削した部分に新たな覆工を布設するため、既設トンネルの内径より新設トンネルの内径が大きくなってしまう。更に、近年、地下鉄の列車起動方式が、経済性などを理由にトンネルの内径を小さくても足りるようなものが採用されており、新設トンネルの内径を既設トンネルの内径より小径にするようなトンネルの布設替えを行うためのシールド装置が求められている。
【０００４】
また、下水道管路の布設替えの場合には、これまでの下水と雨水とを合流させる合流式に対して、下水と雨水とを分けて流す分流式が主流となっている。それに伴い、合流式を分流式に変更する際には、上記地下鉄のトンネルと同様に、まず新設管路を布設して、一時的に合流式として使用し、既設管路の布設替えを行った後に、それぞれの新設トンネルを下水と雨水とを流す分流式として使用する。このような場合でも、新設トンネルの内径を既設トンネルの内径よりも大きくする必要はなく、同径又は小径にするようなトンネルの布設替えを行うためのシールド装置が求められている。
【０００５】
更に、近年の各種薄厚二次覆工技術の発展や二次覆工の省略により、トンネルの外径が同じであっても、トンネルの内径が大きくなることがあり、このような場合でも、新設トンネルの外径を既設トンネルの外径よりも小径にし、新設トンネルの内径を既設トンネルの内径に対して同径又は小径にするようなトンネルの布設替えを行うためのシールド装置が求められる。
【０００６】
一方、上記従来の技術のシールド装置では、既設トンネルの既設覆工をなすセグメントを、例えば接続ボルトを外して解体したり、又はカッタなどで切削・破砕したりして、該トンネルの外部まで搬送して廃棄処理しているが、産業廃棄物の処理に対する規約が厳しくなるにつれて、処分場所の確保、処分費用の増加、などの問題があり、ひいては工事計画自体に大きな影響を与えている。
【０００７】
そこで本発明は、既設トンネルの既設覆工を複数に分割して充填し得る充填部を有し、もって上記課題を解決するトンネル布設替え装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、既設トンネル（４１）を新設トンネル（４２）に布設替えするトンネル布設替え装置（１）において、
前記既設トンネル（４１）より大きな筒形の第１の外殻（２）と、
前記第１の外殻（２）の前方に設けられ、前記第１の外殻（２）の形状に対応した形で環状に地山（４０）を掘削し得る掘削手段（３）と、
前記第１の外殻（２）の後方の内周側に設けられ、前記新設トンネル（４２）の新設覆工（３０）を布設するための筒形の第２の外殻（２７）と、を備え、
前記第１の外殻（２）と前記第２の外殻（２７）との間に前記既設トンネル（４１）の既設覆工（１０）を複数に分割して充填し得る充填部（２９）を有する、
ことを特徴として構成される。
【０００９】
請求項２の発明は、前記充填部（２９）は、複数の充填室（４５）から分割形成されている、
ことを特徴として構成される。
【００１０】
請求項３の発明は、前記既設覆工（１０）を複数に分割して取外し得る取外し手段（１１）を備える、
ことを特徴として構成される。
【００１１】
請求項４の発明は、前記複数に分割された既設覆工（１０ａ，１０ｂ）を前記充填部（２９）に配置自在である配置手段（２４）を備える、
ことを特徴として構成される。
【００１２】
請求項５の発明は、前記第１の外殻（２）の内周側に、前記第１の外殻（２）の前方と前記充填部（２９）を連絡する形で、前記分割された既設覆工（１０ａ，１０ｂ）を搬送し得る搬送手段（２３）を備える、
ことを特徴として構成される。
【００１３】
請求項６の発明は、前記第１の外殻（２）の内周側に固定して設けられ、前記布設された前記新設覆工（３０）を押圧し得る押圧手段（２０）を備える、
ことを特徴として構成される。
【００１４】
請求項７の発明は、前記第２の外殻（２７）は、前記第２の外殻（２７）の中心（ＣＴ３）が前記第１の外殻（２）の中心（ＣＴ２）に対してずれた形で設けられている、
ことを特徴として構成される。
【００１５】
請求項８の発明は、前記第２の外殻（２）の内径（Ｄ１）は、前記既設トンネルの外径（ｄ）以下になるように形成された、
ことを特徴として構成される。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１の発明によると、第１の外殻（２）と第２の外殻（２７）との間に既設トンネル（４１）の既設覆工（１０）を複数に分割して充填し得る充填部（２９）を有しているので、取外した既設覆工（１０）の地上への搬送、廃棄をすることなく充填部（２９）に充填することができ、トンネル布設替えのコストを低減することができる。また、既設覆工（１０）を、特に既設覆工（１０）の外側の切削した部分である充填部（２９）に充填するため、余分な資源を用いることなく新設トンネル（４２）の外径を拡大させずに布設替えすることができる。
【００１７】
請求項２の発明によると、充填部（２９）は、複数の充填室（４５）から分割形成されているので、複数に分割された既設覆工（１０）を均等に充填することができる。
【００１８】
請求項３の発明によると、取外し手段（１１）により、既設覆工（１０）を複数に分割して取外すことができる。
【００１９】
請求項４の発明によると、配置手段（２４）により、複数に分割された既設覆工（１０ａ，１０ｂ）を充填部（２９）に自在に配置することができる。
【００２０】
請求項５の発明によると、搬送手段（２３）により、第１の外殻（２）の内周側に、第１の外殻（２）の前方と充填部（２９）を連絡する形で、分割された既設覆工（１０ａ，１０ｂ）を搬送することができる。
【００２１】
請求項６の発明によると、第１の外殻（２）の内周側に固定して設けられ、布設された新設覆工（３０）を押圧し得る押圧手段（２０）を備えているので、例えば掘削する際に、新設覆工（３０）から前進するための反力を得ることができる。
【００２２】
請求項７の発明によると、第２の外殻（２７）は、第２の外殻（２７）の中心（ＣＴ３）が第１の外殻（２）の中心（ＣＴ２）に対してずれた形で設けられているので、例えば地盤沈下、隆起などにより本来の中心位置からずれてしまった既設トンネル（４１）を、本来の中心位置に戻した新設トンネル（４２）に布設替えすることができる。
【００２３】
請求項８の発明によると、第２の外殻（２）の内径（Ｄ１）は、既設トンネルの外径（ｄ）以下になるように形成されるので、例えば地下鉄の車輌の縮小、下水道の分流化、二次覆工の省略などに対し、必要な内径のトンネルに布設替えすることができ、無駄を無くしてコストを低減することができる。
【００２４】
なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これは、発明の理解を容易にするための便宜的なものであり、特許請求の範囲に何等影響を及ぼすものではない。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に沿って説明する。図１は本発明に係るトンネル布設替え装置の一例を示す断面図、図２は図１に示すＡ矢視図、図３は挿入手段の一例である第２エレクタを示す拡大断面図、図４は既設セグメントの配置を示す工程図、図５は既設セグメントの配置を示す説明図、図６は新設セグメントの配置を示す工程図、図７は既設セグメント及び新設セグメントの位置関係を示す説明図、図８は掘削時の押圧を示す工程図、図９は図１に示すＯ矢視図である。
【００２６】
なお、以下に説明する本発明の実施の形態において、トンネル布設替え装置１が布設替えを行いつつ進行する方向（トンネルの形成方向）に基づいて、図１に示す左方を前方とし、右方を後方とする。また、以下に説明する本発明の実施の形態において、「裏込め」は、掘削した部分の「埋め戻し」的な要素を含むものであるが、説明の便宜上、単に「裏込め」とする。また、同様に「裏込め部」及び「裏込め部材」は、「埋め戻し部」及び「埋め戻し部材」的な要素を含むものであるが、説明の便宜上、単に「裏込め部」及び「裏込め部材」とする。
【００２７】
まず、布設替えされるべき既設トンネル４１について図１及び図２に沿って説明する。図１及び図２に示すように、既設トンネル４１は、地山４０の土圧・水圧に対抗する形で既設覆工１０が構築されて構成されている。該既設覆工１０は、例えば７個の既設セグメント１０ａ，１０ｂが、既設トンネル４１の軸心ＣＴ１を中心位置にした内径ｄを有する円周上に、不図示の継手ボルトなどにより環状に組み立てられて１リングを形成しており、１リングの長さ（つまり既設又は新設セグメントの長さ）Ｌであり、かつ（既設セグメント１０ａの）周方向の長さｌ_１、又は（既設セグメント１０ｂの）周方向の長さｌ_２である複数のリングが前後方向に連結されて形成されている。つまり、上記継手ボルトなどによる接続を解除することで、既設セグメント１０ａ，１０ｂは簡単に分割することができる。また、既設覆工１０の外周は、地下水の浸入などを防ぐために裏込め１０ｅにより覆われている。
【００２８】
ついで、本発明に係るトンネル布設替え装置の一例を図１ないし図９に沿って説明する。図１に示すように、トンネル布設替え装置１は、上記既設トンネル４１の軸心ＣＴ１と同心である軸心ＣＴ２上に、該装置１の略全体に亘って前後に形成された内径Ｄ２からなる円筒形の第１の外殻２を有している。該第１の外殻２の前方先端部分には、既設トンネル４１の覆工１０の外側に掘削手段の一例である円環状のカッタ３が設けられている。カッタ３は、図２に示すように、複数のビット３ｂを有するカッタスポーク３ａを、周上の略々均等の位置に例えば８箇所有しており、また、それらカッタスポーク３ａ，３ａの間には、既設トンネル４１の覆工１０の裏込め１０ｅを切削するディスクカッタ３ｃを有している。
【００２９】
第１の外殻２の前方部分の内周側には、既設トンネル４１の覆工１０の外周より僅かに大きな内径の内筒６が設けられており、該内筒６の内側には、既設覆工１０の外周に密着し、地下水などの進入を防ぐ複数のワイヤブラシ６ａを有している。第１の外殻２と内筒６との間には、後述するモータ機構４からの駆動力を伝達する伝達筒４ｂと、新設トンネル４２の内部を介して地上に連通する送泥管５（図１中上方）及び排泥管９（図１中下方）と、が設けられており、該送泥管５の先端には加圧泥水を供給する送泥口５ａが、該排泥管９の先端には掘削土砂を吸入する排泥口９ａが、それぞれ設けられている。また、送泥管５には該送泥管５内の圧力を調整する調整弁５ｂが、排泥管９には該排泥管９内の圧力を調整する調整弁９ｂが、それぞれ設けられている。なお、送泥管５及び排泥管９は、後方の新設トンネル４２側（図１中右方）に向けて配置され、新設トンネル４２内より地上に連通しているが、前方の既設トンネル４１側（図１中左方）に向けて配置し、既設トンネル４２内より地上に連通させてもよい。
【００３０】
第１の外殻２の略中心部分の内周側には、上記カッタ３の切削圧を受圧する軸受部８が設けられており、該軸受部８の前方には、図１中下方に示すように既設トンネル４１の覆工１０に対してシールするシールリング７が設けられている。該軸受部８の後方には、図１中上方に示すようにモータ機構４が設けられており、該モータ機構４のモータ４ａの駆動力は出力ギヤを介して軸受部８の内側ギヤに伝達される。また、軸受部８の後方には押圧手段の一例である新設トンネルの新設覆工を後方に対して押圧自在である第１押圧ジャッキ２０と、裏込め部材を後方に対して押圧自在である第２押圧ジャッキ２１と、が設けられており、該軸受部８は、第１押圧ジャッキ２０（及び第２押圧ジャッキ２１）の圧力を外殻２及び伝達筒４ｂを介してカッタ３に伝達する。
【００３１】
第１の外殻２の後方先端部分には、第１テールシール２５が設けられており、該第１テールシール２５の内側には、新設トンネル４２の裏込め部３１に密着して地下水などの浸入を防ぐ複数のワイヤブラシ２５ａが設けられている。また、該第１テールシール２５の後方先端には、注入手段の一例である裏込め材を注入するための裏込め材注入口２５ｂが設けられている。
【００３２】
第１の外殻２の後方部分の内周側には、既設トンネル４１の既設覆工１０の外径ｄと略同径であり、かつ新設トンネル４２の新設覆工３０を内径側に布設するための内径Ｄ１を有する第２の外殻２７が軸心ＣＴ３上に備えられている。そして、第１の外殻２と第２の外殻２７との間には、本発明に係るトンネル布設替え装置１の要部となる充填部２９が形成されている。該充填部２９には、図９に示すように、上記既設セグメント１０ａ，１０ｂの周方向の長さｌ_１又はｌ_２にそれぞれ対応する周方向の長さｌ_ａ，ｌ_ｂとなるように仕切壁４４が放射状に設けられており、それら既設セグメント１０ａ，１０ｂを充填し、位置決め支持し得る複数の充填室４５が形成されており、つまり充填室４５は、充填部２９に既設セグメント１０ａ，１０ｂの数（例えば７個）に対応する数となるように分割形成されている。なお、本実施の形態において、仕切壁４４により充填室４５を形成しているが、例えば格子部材などにより充填室を形成してもよく、これらに限らず、既設セグメントを充填し、位置決め支持し得る充填室を形成するものであればよい。
【００３３】
また、第２の外殻２７には、詳しくは後述する裏込め部材３１ａとして既設セグメント１０ａ，１０ｂを挿入、充填するための開口部２７ａが、該既設セグメント１０ａ，１０ｂの形状に合わせて例えば円周上の７箇所に設けられている（図５参照）。また、該第２の外殻２７の後方先端部分には第２テールシール２６が設けられており、該第２テールシール２６の外側には裏込め部３１に密着するワイヤブラシ２６ａが、該第２テールシール２６の内側には新設覆工３０に密着するワイヤブラシ２６ｂが、それぞれ設けられており、地下水などの浸入を防いでいる。更に、該第２テールシール２６の後方先端には、注入手段の一例である裏込め材を注入するための裏込め材注入口２６ｃが設けられている。
【００３４】
トンネル布設替え装置１の内部の前方部分においては、上記軸受部８の前方内側に取外し手段の一例である円環状の第１エレクタ１１が設けられている。回転フレーム１２前方には、吊ビーム１１ｄが設けられ、回転自在となっている。該吊ビーム１１ｄの外側には、既設セグメント１０ａ，１０ｂの把持穴１０ｃに挿入されて、該既設セグメント１０ａ，１０ｂを把持するための把持部１１ａが設けられており、該把持部１１ａは、その付根部分に摺動部１１ｂを有して、矢印Ｂ−Ｃに示す前後方向及び不図示の回動方向（図１の紙面に対して手前又は奥の方向）に移動駆動自在となっている。そして、該把持部１１ａ及び摺動部１１ｂは、上記吊ビーム１１ｄの前方に設けられている伸縮ジャッキ１１ｃにより、既設トンネル４１の矢印Ｄ−Ｅに示す半径方向に対して移動駆動自在となっている。
【００３５】
また、上記トンネル布設替え装置１の内部には、既設トンネル４１から新設トンネル４２に亘って略々水平な搬送レール１４が設けられており、該搬送レール１４は、内筒６の後方フレームに固定された支持部１６と、外殻２に備えられた固定部２８の前方に固定された支持部１７と、により上方から支持されている。該搬送レール１４上には搬送手段の一例であるホイスト２３が設けられて、支持台２３ｂ，２３ｂを介して矢印Ｆ−Ｇに示す前後方向に移動駆動自在となっており、つまりホイスト２３は、第１の外殻２の前方と上記充填部２９とを連絡する形となっている。ホイスト２３は、ワイヤを巻回自在であるホイスト本体２３ｃと、既設セグメント１０ａ，１０ｂを把持する把持部２３ａと、を有しており、該ワイヤを介して下方に垂下る形の把持部２３ａは、ホイスト本体２３ｃの巻回によって矢印Ｈ−Ｉに示す上下方向に移動自在となっている。
【００３６】
そして、上記固定部２８の内側には配置手段の一例である円環状の第２エレクタ２４が設けられている。該回転フレーム１５後方には、吊ビーム２４ｄが設けられ、回転自在となっている。図３に示すように、吊ビーム２４ｄの外側には、既設セグメント１０ａ，１０ｂの把持穴１０ｃに挿入されて、該既設セグメント１０ａ，１０ｂを把持するための把持部２４ａが設けられており、該把持部２４ａは、その付根部分に摺動部２４ｂを有して、矢印Ｊ−Ｋに示す前後方向、回動方向（詳しくは後述する図５中矢印Ｐ−Ｑ方向）及び横方向（詳しくは後述する図５中矢印Ｒ−Ｓ方向）に移動駆動自在となっている。そして、該把持部２４ａ及び摺動部２４ｂは、上記吊ビーム２４ｄの後方に設けられている伸縮ジャッキ２４ｃにより、新設トンネル４２の矢印Ｍ−Ｎに示す半径方向に対して移動駆動自在となっている。
【００３７】
なお、上記ワイヤブラシ６ａ，２５ａ，２６ａ，２６ｂは、例えばバネ鋼等の弾性材料で形成されたプレートと、金属製で保護プレートとの間にブラシが後方に向けて末広がりになる形で配置されたもので、前方部内筒６の内周面、第１テールシール２５の内周面、第２テールシール２６の内周面及び外周面、に沿って円環状に、かつ、それぞれ既設覆工１０、新設覆工３０及び裏込め部３１に対して密着するように付勢されて設けられている。
【００３８】
つづいて、トンネルの布設替えを行う際のトンネル布設替え装置１の動作について図１ないし図９に沿って説明する。まず、トンネル布設替え装置１は、送泥管５の送泥口５ａより加圧泥水を供給してカッタスポーク３ａに面した切羽を加圧しつつ、モータ機構４により伝達筒４ｂを介してカッタ３を回転駆動して、排泥管９の排泥口９ａより掘削土砂を排除しつつ、既設覆工１０の外側を掘削する。そして、図１に示すように、カッタ３により既設覆工１０の１リングの長さＬの分を掘削し終えた状態で、第１の外殻２の進行を停止した状態となっている。
【００３９】
ついで、既設覆工１０の１リングを形成している既設セグメント１０ａ，１０ｂを、シールリング７により崩壊しないように支持して、それら既設セグメント１０ａ，１０ｂを連結している継手ボルトなどを手動、又は機械的に撤去し、それら既設セグメント１０ａ，１０ｂの連結状態を解除する。そして、第１エレクタ１１の回転フレーム１２を介して吊ビーム１１ｄを回転移動させ、例えば図１中上方の二点鎖線で示す位置ａにある撤去したい既設セグメント１０ａの把持穴１０ｃに把持部１１ａを対向させて、該把持部１１ａを伸縮ジャッキ１１ｃにより上方に延伸し、摺動部１１ｂにより該把持部１１ａの位置合わせを行いつつ、該把持部１１ａを既設セグメント１０ａの把持穴１０ｃに挿入し、既設セグメント１０ａを把持する。
【００４０】
つづいて、第１エレクタ１１は、既設セグメント１０ａを把持部１１ａにより把持しつつ、伸縮ジャッキ１１ｃにより矢印Ｅに示す下方に向けて引圧し、覆工１０より該既設セグメント１０ａを引き剥がす形で取外し、図１中二点鎖線に示す位置ｂに既設セグメント１０ａを、そのセグメント形状を維持した状態で移動する。そして、第１エレクタ１１の摺動部１１ｂを駆動し、矢印Ｂに示す前方に例えば１リングの長さＬだけ移動しつつ、回転フレーム１２を回転駆動して略半周移動し、図１中二点鎖線に示す位置ｃに既設セグメント１０ａを移動する。その後、伸縮ジャッキ１１ｃを延伸して、図１中二点鎖線に示す位置ｄに既設セグメント１０ａを移動し、把持部１１ａによる把持を解除して、該位置ｄに既設セグメント１０ａを載置し、既設トンネル４１の既設覆工１０より該既設セグメント１０ａの取外しを完了する。
【００４１】
次に、第１エレクタ１１を駆動して既設トンネル４１内の側方などの位置に退避させ、搬送レール１４上にあるホイスト２３を矢印Ｆに示す前方に移動して、上記位置ｄにある既設セグメント１０ａの上方位置に固定する。そして、ホイスト本体２３ｃを駆動し、把持部２３ａを矢印Ｉに示す下方に移動させて、該把持部２３ａにより位置ｄにある既設セグメント１０ａを把持する。
【００４２】
その後、ホイスト本体２３ｃを駆動してワイヤを巻回し、把持部２３ａを上方に移動すると共に位置ｄにある既設セグメント１０ａを上方に移動しつつ、該既設セグメント１０ａの向きを例えば時計回り（又は反時計回り）に約９０°回転させ、図１中二点鎖線で示す位置ｅに該既設セグメント１０ａを移動し、更にホイスト本体２３ｃを駆動してワイヤを巻回し、把持部２３ｂを上方に移動すると共に図１中二点鎖線で示す位置ｆに該既設セグメント１０ａを移動する。
【００４３】
ついで、該既設セグメント１０ａを把持したままの状態であるホイスト２３を、搬送レール１４上において矢印Ｇで示す後方に移動して、図１中二点鎖線で示す位置ｇに該既設セグメント１０ａを移動する。そして、該ホイスト２３を搬送レール１４に対して固定し、ホイスト本体２３ｂを駆動して把持部２３ａを下方に移動すると共に該既設セグメント１０ａを図１中二点鎖線で示す位置ｈに移動し、更に把持部２３ａを下方に移動すると共に該既設セグメント１０ａを下方に移動しつつ、該既設セグメント１０ａの向きを例えば反時計回り（又は時計回り）に約９０°回転させて、つまり該既設セグメント１０ａの前後方向を元に戻し、図１中二点鎖線で示す位置ｉに該既設セグメント１０ａを移動する。その後、把持部２３ａの把持を解除して、該既設セグメント１０ａを該位置ｉに載置し、既設トンネル４１（第１の外殻の前方）から新設トンネル４２（充填部２９）に連絡する形で該既設セグメント１０ａの搬送を完了する。
【００４４】
ついで、ホイスト２３は、ホイスト本体２３ｂを駆動して把持部２３ａを上方に移動すると共に、搬送レール１４上を矢印Ｆ又は矢印Ｇに示す前後方向のいずれかに退避する。その後、第２エレクタ２４の回転フレーム１５を介して吊ビーム２４ｄを回転移動させ、把持部２４ａを上記位置ｉに載置されている既設セグメント１０ａの把持穴１０ｃに対向させて、更に、該把持部２４ａを伸縮ジャッキ２４ｃにより下方に延伸し、摺動部２４ｂにより該把持部２４ａの位置合わせを行いつつ、該把持部２４ａを既設セグメント１０ａの把持穴１０ｃに挿入し、該既設セグメント１０ａを把持する。
【００４５】
つづいて、第２エレクタ２４は、伸縮ジャッキ２４ｄにより把持部２４ａを上方に移動し、図１中二点鎖線で示す位置ｊに既設セグメント１０ａを移動する。そして、第２エレクタ２４の回転フレーム１５を介して吊ビーム２４ｄを回転移動しつつ、摺動部２４ｂにより把持部ａと共に該既設セグメント１０ａを矢印Ｊで示す前方に移動駆動して、図１中二点鎖線で示す位置ｋに該既設セグメント１０ａを移動する。すると、図４に示すように、既設セグメント１０ａは、該充填室４５の下方の既設セグメント１０ａを挿入するための入り口である第２の外殻２７の開口部２７ａに対向する位置ｋにある。
【００４６】
ところで開口部２７ａは、隔壁４４，４４が上述のように半径方向に向けて設けられているため、既設セグメント１０ａの（周方向の）幅よりも狭くなっている。そのため、まず第２エレクタ２４の摺動部２４ｂを矢印Ｐ方向に回動駆動して、把持部２４ａと共に既設セグメント１０ａを図５中二点鎖線で示す位置ｌのように傾斜した状態にする。ついで、把持部２４ａと共に傾斜した状態の既設セグメント１０ａを、伸縮ジャッキ２４ｃを矢印Ｎ方向に延伸して位置ｍに移動し、摺動部２４ｂを矢印Ｓ方向に駆動して位置ｎに移動する。更に、該既設セグメント１０ａを、摺動部２４ｂを矢印Ｑ方向に駆動して位置ｏに移動し、伸縮ジャッキ２４ｃを矢印Ｎ方向に延伸して位置ｐに移動する。
【００４７】
そして、図４に示すように、位置ｐにある既設セグメント１０ａを第２押圧ジャッキにより矢印Ｕ方向に押圧して該位置ｐに固定し、第２エレクタ２４は、把持部２４ａの把持を解除して、伸縮ジャッキ２４ｃにより該把持部２４ａを矢印Ｍ方向に移動し、該既設セグメント１０ａを充填部２９の充填室４５に配置し、該既設セグメント１０ａの充填を完了する。つまり、既設セグメント１０ａは、その形状を維持したまま裏込め部３１を形成する裏込め部材３１ａとして充填される。
【００４８】
なお、新設トンネル４２の上方に位置する第２押圧ジャッキ２１のスプレッダヘッド２１ａには、既設セグメント１０ａの落下を防ぐために下方に突起部２１ｂが形成されている。また、既設セグメント１０ａには、既設覆工１０として固定されていた際に使用した継手ボルト用の連結孔１０ｄが形成されており、該連結孔１０ｄを伝わって地下水、又は後述する裏込め材などが逆流しないようにパッキング３３などにより該連結孔１０ｄを塞いでおく。また、連結ボルト１０ｆなどにより、前後のセグメント１０ａ，１０ａを仮止めし、落下防止を図るようにしてもよい。
【００４９】
以上に説明した既設セグメント１０ａ，１０ｂの取外し、搬送及び充填を、１リングを分割した例えば７個のセグメント（図２参照）に対して繰り返し行い、トンネル布設替え装置１は、既設覆工１０及び裏込め部材３１の１リング分の動作を完了する。
【００５０】
つづいて、図６及び図７に示すように、地上より例えば新設トンネル４２内部を搬送してきた新設セグメント３０ａを、上述した既設セグメント１０ａの配置と同様に、第２エレクタ２４の把持部２４ａにより把持して、新設覆工３０として布設する位置に対向させ、更に伸縮ジャッキ２４ｃを延伸して図６中二点鎖線で示す位置ｑに移動する。そして、摺動部２４ｂを矢印Ｋ方向に駆動すると共に第１押圧ジャッキ２０により矢印Ｕ方向に押圧し、該新設セグメント３０ａを、図１中に示す軸心ＣＴ３を中心位置とする、上述した既設覆工１０の外径ｄと略同径である内径Ｄ１を有する位置に、つまり新設覆工の布設する位置（新設覆工の外径が内径Ｄ１となる位置）に移動する。その後、該新設セグメント３０ａを不図示の継手ボルトなどにより周囲にある（周方向及び後方にある）新設セグメント３０ａ，３０ｂと連結し、図７に示すように、上記充填室４５の下方の開口部２７ａを塞ぐ形で、該新設セグメント３０ａの配置を完了する。
【００５１】
この際、本実施の形態において、第２の外殻２７の軸心ＣＴ３は、上記既設トンネル４１の軸心ＣＴ１及び第１の外殻２の軸心ＣＴ２と同心であるが、必ずしも同心でなくてもよい。第２の外殻２７の軸心ＣＴ３を、既設トンネル４１の軸心ＣＴ１及び第１の外殻２の軸心ＣＴ２とずれた形で設けることで、新設覆工３０の配置位置を既設トンネル４１とずれた形で配置することができる。つまり、本トンネル布設替え装置１は、新設トンネル４２の径方向位置を既設トンネル４１の径方向位置に対してずらして配置することができ、例えば地盤沈下、隆起などにより本来の位置よりずれてしまった既設トンネル４１を本来の位置に戻す形で新設トンネル４２を布設することができる。
【００５２】
また、本実施の形態において、第２の外殻２７の内径Ｄ１は、既設覆工１０の外径ｄと略同径であるが、必ずしも同径でなくてもよい。第２の外殻２７の内径Ｄ１を既設覆工１０の外径ｄと略同径にすると、既設トンネル４１と略同径の外径を有する新設トンネル４２に布設替えすることができ、また、第２の外殻２７の内径Ｄ１を既設覆工１０の外径ｄより小径にすると、既設トンネル４１より小さい外径を有する新設トンネル４２に布設替えすることができる。つまり、本トンネル布設替え装置１は、第２の外殻２７の内径Ｄ１を既設覆工１０の外径ｄ以下にすることで、既設トンネル４１に対して同径ないし小径の新設トンネル４２に布設替えすることができる。
【００５３】
なお、トンネル布設替え装置１は、新設セグメント３０ａ，３０ｂの先端位置ＦＰ（図１参照）を、上記既設セグメント１０ａ，１０ｂの挿入・充填された先端位置ＦＱに対して前後方向の相対位置をずらして配置することで、上述した既設セグメント１０ａ，１０ｂの開口部２７ａを介した挿入・充填の作業を行い易くすると共に、新設セグメント３０ａ，３０ｂにより形成されるセグメントリングの継目位置ＣＰ（図８参照）を、既設セグメント１０ａ，１０ｂからなる裏込め部３１のトンネル構築方向である矢印Ｆ，Ｇ方向における継目部分ＣＰに対してずらした形で配置させることができる。それにより、新設トンネル４２は、地山４０の土圧などに対して充分な強度を得ることができる。
【００５４】
以上のような新設セグメント３０ａ，３０ｂの挿入を１リング分の例えば７箇所に対して繰り返し行い、トンネル布設替え装置１は、新設覆工３０の１リング分の動作を完了する。
【００５５】
ついで、図８に示すように、第１押圧ジャッキ２０と第２押圧ジャッキ２１とを延伸し、図８中矢印Ｖで示す後方に向けて新設覆工３０を押圧すると共に、裏込め部３１の既設セグメント１０ａ，１０ｂを後方に隙間がなくなる程度に押圧する。それにより、外殻２は、軸受部８を介して新設覆工３０（及び裏込め部材３１）から前進するための反力を得て、上述したようにカッタ３により掘削を開始する（図１参照）。
【００５６】
この間、第１の外殻２に連結されている第１テールシール２５及び第２テールシール２６は、該第１の外殻２と共に前進を開始し、同時に、それらの後端に有する裏込め材注入口２５ｂ，２６ｃより、例えば速硬性のコンクリート、又はモルタル等からなる裏込め材の注入を開始する。すると、例えば３リング後方において、挿入されている既設セグメント１０ａ，１０ｂの周囲の隙間に裏込め材が充填されて、それら既設セグメント１０ａ，１０ｂを裏込め材により包み込む形で裏込め部３１が形成される。
【００５７】
なお、既設セグメント１０ａ，１０ｂのそれぞれが、充填室４５において予め略均等な空間を有して挿入されているため、充填材を注入して裏込め部３１を布設する際に、裏込め材注入口２５ｂ，２６ｃから徐々に注入される充填剤が均等に充填され、例えば充填材の偏りなどの発生を防ぎ、つまり該充填材の注入を精度よく行って、精度のよい裏込め部３１を得ることができる。また、上述したように、仕切壁４４を例えば格子部材などにすることで、更に充填剤が充填部２９全体に均等に注入できるようにしてもよい。
【００５８】
そして、図９に示すように、既設セグメント１０ａ，１０ｂは裏込め部材３１ａとして裏込め材と一体的に形成されることで、新設された新設覆工３０の外周に裏込め部３１が地山４０内に布設される。
【００５９】
その後、第１押圧ジャッキ２０及び第２押圧ジャッキ２１が１リングの長さＬの分まで延伸すると、その押圧を完了すると共に、上記カッタ３による掘削、第１テールシール２５の裏込め材注入口２５ａ及び第２テールシール２６の裏込め材注入口２６ａからの裏込め材の注入、を完了する。ついで、それら第１押圧ジャッキ２０及び第２押圧ジャッキ２１を収縮すると、既設覆工１０、新設覆工３０及び裏込め部材３１の１リング分の作業が終了となり、図１に示すような第１の外殻２の進行を停止した状態となる。そして、上述の作業を繰り返して行い、既設トンネル４１を新設トンネル４２に続けて布設替えして行く。
【００６０】
以上のように、本発明に係るトンネル布設替え装置１によれば、第１の外殻２と第２の外殻２７との間に、既設覆工１０を複数の既設セグメント１０ａ，１０ｂに分割して充填し得る充填部２９を有しているので、既設トンネル４１を新設トンネル４２に布設替えする際に、既設セグメント１０ａ，１０ｂの地上への搬送、廃棄をなくすと共に、新設トンネル４２の裏込め部３１として充填することができ、トンネル布設替えのコストを低減することができる。また、それら既設セグメント１０ａ，１０ｂを、充填部２９に充填するため、特に掘削した部分を既設セグメント１０ａ，１０ｂにより埋める形で充填することができ、新設トンネル４２の新設覆工３０の外径を拡大させずに、既設トンネル４１の外径ｄに対して同径ないし小径にすることができる。そして、新設トンネル４２を既設トンネル４１の外径ｄに対して同径ないし小径にすることができるので、例えば地下鉄の車輌の縮小、下水道の分流化、二次覆工の省略などに対し、必要な外径を有する新設トンネル４２に布設替えすることができ、無駄を無くしてコストを低減することができる。
【００６１】
なお、既設トンネル４１の既設覆工１０の内周部分に二次覆工が布設されている場合は、トンネル布設替え装置１に公知のカッタなどを設け、該二次覆工を取り除きつつ、上述した既設覆工１０の取外しを行うことができる。また、新設トンネル４２の新設覆工３０の内周部分に二次覆工を布設する場合においても、公知の技術を適用し、該新設覆工３０を布設した後に二次覆工の布設を行ってもよい。
【００６２】
また、本発明の実施の形態において、トンネル布設替え装置１は、既設覆工１０の外側の地山４０を掘削する掘削手段としてカッタ３のカッタスポーク３ａを備えているが、例えば加圧水ジェット装置などの掘削手段を設けて掘削してもよく、これらに限らず、既設覆工１０の外側の地山４０を掘削できる掘削手段であれば何れのものを用いてもよい。
【００６３】
更に、本発明の実施の形態において、既設覆工１０から取外した既設セグメント１０ａ，１０ｂの形状を、そのまま充填部２９に充填しているが、それら既設セグメント１０ａ，１０ｂを、更に分割、又は破砕して充填部２９に充填してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるトンネル布設替え装置の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示すＡ矢視図である。
【図３】挿入手段の一例である第２エレクタを示す拡大断面図である。
【図４】既設セグメントの配置を示す工程図である。
【図５】既設セグメントの配置を示す説明図である。
【図６】新設セグメントの配置を示す工程図である。
【図７】既設セグメント及び新設セグメントの位置関係を示す説明図である。
【図８】掘削時の押圧を示す工程図である。
【図９】図１に示すＯ矢視図である。
【符号の説明】
１……トンネル布設替え装置
２……第１の外殻
３……掘削手段（カッタ）
１０……既設覆工
１０ａ……分割された既設覆工（既設セグメント）
１０ｂ……分割された既設覆工（既設セグメント）
１１……取外し手段（第１エレクタ）
２０……押圧手段（第１押圧ジャッキ）
２３……搬送手段（ホイスト）
２４……配置手段（第２エレクタ）
２７……第２の外殻
２９……充填部
３０……新設覆工
４０……地山
４１……既設トンネル
４２……新設トンネル
４５……充填室
ＣＴ２……第１の外殻の中心（軸心）
ＣＴ３……第２の外殻の中心（軸心）
ｄ……既設トンネルの外径
Ｄ１……第２の外殻の内径

Claims (8)

1. 既設トンネルを新設トンネルに布設替えするトンネル布設替え装置において、
   前記既設トンネルより大きな筒形の第１の外殻と、
   前記第１の外殻の前方に設けられ、前記第１の外殻の形状に対応した形で環状に地山を掘削し得る掘削手段と、
   前記第１の外殻の後方の内周側に設けられ、前記新設トンネルの新設覆工を布設するための筒形の第２の外殻と、を備え、
   前記第１の外殻と前記第２の外殻との間に前記既設トンネルの既設覆工を複数に分割して充填し得る充填部を有する、
   ことを特徴とするトンネル布設替え装置。
2. 前記充填部は、複数の充填室から分割形成されている、
   ことを特徴とする請求項１記載のトンネル布設替え装置。
3. 前記既設覆工を複数に分割して取外し得る取外し手段を備える、
   ことを特徴とする請求項１または２記載のトンネル布設替え装置。
4. 前記複数に分割された既設覆工を前記充填部に配置自在である配置手段を備える、
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか記載のトンネル布設替え装置。
5. 前記第１の外殻の内周側に、前記第１の外殻の前方と前記充填部を連絡する形で、前記分割された既設覆工を搬送し得る搬送手段を備える、
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか記載のトンネル布設替え装置。
6. 前記第１の外殻の内周側に固定して設けられ、前記布設された前記新設覆工を押圧し得る押圧手段を備える、
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか記載のトンネル布設替え装置。
7. 前記第２の外殻は、前記第２の外殻の中心が前記第１の外殻の中心に対してずれた形で設けられている、
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか記載のトンネル布設替え装置。
8. 前記第２の外殻の内径は、前記既設トンネルの外径以下になるように形成された、
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか記載のトンネル布設替え装置。

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