JP4451016B2 - トンネル布設替え方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、既設トンネルを布設替えするためのトンネル布設替え方法に係り、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方法に関する。
【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のように、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方法が採用されていた。
【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、上記従来の技術のトンネル布設替えにおける工法では、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トンネルの布設替えも求められている。
【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トンネルの布設替えが求められている。
【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トンネルの布設替えが求められる。
【０００６】
一方、上記従来の技術のトンネル布設替えにおける工法では、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、既設トンネルの覆工を新設トンネルの裏込め部材として挿入・充填し、もって上記課題を解決するトンネル布設替え方法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に係る本発明は、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方法において、
前記既設トンネル（４１）の既設覆工（１０）の外側を掘削し、
前記既設覆工（１０）を複数に分割して取り外し、
前記複数に分割された前記既設覆工（１０）を、前記新設トンネル（４２）の新設覆工（３０）の外側に裏込め部材（３１ａ）として挿入・充填して裏込め部（３１）を布設し、
前記裏込め部（３１）の内側に前記新設トンネル（４２）の新設覆工（３０）を布設する、
ことを特徴とするトンネル布設替え方法にある。
【０００９】
請求項２に係る本発明は、前記新設トンネル（４２）の内径（Ｄ１）を、前記既設トンネル（４１）の内径（ｄ）に対して同径ないし小径にする、
ことを特徴とする請求項１記載のトンネル布設替え方法にある。
【００１０】
請求項３に係る本発明は、前記既設トンネル（４１）の中心位置（ＣＴ１）に対して前記新設トンネル（４２）の中心位置（ＣＴ２）をずらした形で配置する、
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方法にある。
【００１１】
請求項４に係る本発明は、前記既設覆工（１０）は、複数のセグメント（１０ａ，１０ｂ）が環状に接続された形で形成されている、
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方法にある。
【００１２】
請求項５に係る本発明は、前記既設覆工（１０）の取り外しは、前記複数のセグメント（１０ａ，１０ｂ）毎に行う、
ことを特徴とする請求項４記載のトンネル布設替え方法。
【００１４】
請求項６に係る本発明は、新たに布設するための前記新設覆工（３０）のセグメント（３０ａ，３０ｂ）のトンネル形成方向の長さ（Ｌ）を、前記複数に分割された既設覆工（１０）のセグメント（１０ａ，１０ｂ）のトンネル形成方向の長さ（Ｌ）と略々同じ長さに形成し、
前記新設覆工（１０）のセグメント（１０ａ，１０ｂ）と、前記裏込め部（３１）に挿入された既設覆工（１０）のセグメント（１０ａ，１０ｂ）のトンネル形成方向における相対位置をずらして配置する、
ことを特徴とする請求項４記載のトンネル布設替え方法にある。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１の発明によると、既設トンネル（４１）の既設覆工（１０）の外側を掘削し、既設覆工（１０）を、複数に分割して取り外し、新設トンネル（４２）の新設覆工（３０）の外側に裏込め部材（３１ａ）として挿入・充填して裏込め部（３１）を布設し、該裏込め部（３１）の内側に新設トンネル（４２）の新設覆工（３０）を布設するので、取り外した既設覆工（１０）の地上への搬送、廃棄をすることなくトンネル布設替えを行うことができ、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、既設覆工（１０）の外側の切削した部分に裏込め部材（３１ａ）として挿入・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）の内径（Ｄ１）の拡大を防止し、それにより、既設トンネル（４１）の内径（ｄ）に対して同径ないし小径にすることができる。
【００１６】
請求項２の発明によると、新設トンネル（４２）の内径（Ｄ２）を、既設トンネル（４１）の内径（ｄ）に対して同径ないし小径にするので、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。
【００１７】
請求項３の発明によると、既設トンネル（４１）の中心位置（ＣＴ１）に対して新設トンネル（４２）の中心位置（ＣＴ２）をずらした形で配置するので、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。
【００１８】
請求項４の発明によると、既設覆工（１０）は、複数のセグメント（１０ａ，１０ｂ）が環状に接続された形で形成されているので、その接続を解除することでそれら複数のセグメント（１０ａ，１０ｂ）を簡単に分割することができる。
【００１９】
請求項５の発明によると、既設覆工（１０）の取り外しは、複数のセグメント（１０ａ，１０ｂ）毎に行うので、既設覆工（１０）のセグメント（１０ａ，１０ｂ）をそのままの形状で取り外し、そのままの形状で裏込め部材（３１ａ）として挿入・充填することができる。
【００２１】
請求項６の発明によると、新たに布設するための新設覆工（３０）のセグメント（３０ａ，３０ｂ）のトンネル形成方向の長さ（Ｌ）を、複数に分割された既設覆工（１０）のセグメント（１０ａ，１０ｂ）のトンネル形成方向の長さ（Ｌ）と略々同じ長さに形成し、新設覆工（３０）のセグメント（３０ａ，３０ｂ）と、裏込め部（３１）に挿入された既設覆工（１０）のセグメント（１０ａ，１０ｂ）のトンネル形成方向における相対位置をずらして配置するので、新設覆工（３０）のセグメント（３０ａ，３０ｂ）のセグメントリングと既設覆工（１０）のセグメント（１０ａ，１０ｂ）のセグメントリング（裏込め部材としてのリング）とのトンネル形成方向の継目位置（ＣＰ）（図８参照）をずらすことができる。これにより、既設覆工（１０）を挿入する際の新設覆工（３０）の最先端位置（ＦＰ）（図１参照）を、既に挿入済みの既設覆工（１０）の先端位置（ＦＱ）よりも後方に配置することができ、既設覆工（１０）のセグメント（１０ａ，１０ｂ）の挿入・充填の作業を行い易くすることができる。また、継目位置（ＣＰ）がトンネル形成方向にずれることにより、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。
【００２２】
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。
【００２３】
【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。
【００２４】
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は、本発明によるトンネル布設替え方法の一例を示す工程図、図２は図１に示すＡ矢視図である。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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
ついで、本発明に適用し得るトンネル布設替え装置の一例を図１ないし図３に沿って説明する。図３は本発明に適用される第２エレクタを示す拡大断面図である。図１に示すように、トンネル布設替え装置１は、地山４０に既存する既設トンネル４１の軸心ＣＴ１を中心に備えて、円筒状に形成された外殻２を有しており、該外殻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。
【００２８】
外殻２の前方部分の内周には、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。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。
【００２９】
外殻２の略中心部分の内周には、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、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。
【００３０】
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、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。
【００３１】
外殻２の後方部分の内周には、新設トンネル４２の新設覆工３０の外径より僅かに大きな内径の内筒２７が備えられており、該内筒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。また、該内筒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、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。
【００３２】
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。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。
【００３３】
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上にはホイスト２３が設けられており、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。
【００３４】
そして、上記固定部２８の内側には円環状の第２エレクタ２４が設けられている。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及び駆動部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。
【００３５】
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。
【００３６】
つづいて、本発明に係るトンネル布設替え方法について図１ないし図９に沿って説明する。図４は既設セグメントの挿入方法を示す工程図、図５は既設セグメントの挿入方法を示す説明図、図６は新設セグメントの布設を示す工程図、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。
【００３７】
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、外殻２の進行を停止した状態となっている。
【００３８】
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。
【００３９】
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、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の取り外しを完了する。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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から新設トンネル４２に該既設セグメント１０ａの搬送を完了する。
【００４３】
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。
【００４４】
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、後方部内筒２７の開口部２７ａに対向する位置ｋにある。
【００４５】
なお、第１テールシール２５と後方部内筒２７との間には、図５に示すように、既設セグメント１０ａを挿入・充填するための複数の充填室４５が、既設セグメント１０ａ，１０ｂの大きさに対応させて設置された隔壁４４，４４により形成されている。該充填室４５は、既設トンネル４１の軸心ＣＴ１と略同心である軸心（中心位置）ＣＴ３を中心とし、カッタ３により掘削した部分と略同径である内径Ｄ２を有するように形成されている（図１参照）。なお、充填室４５は、挿入・充填される既設セグメント１０ａ，１０ｂの位置を適宣な位置に固定するため、既設セグメント１０ａ，１０ｂの数（例えば７個）に合わせ、それぞれ内径Ｄ２を有する円周上の適宣な位置（例えば７箇所）に形成されている。
【００４６】
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、つまり開口部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の裏込め部材の充填室４５へ挿入を完了する。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として挿入される。
【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の取り出し、搬送及び挿入を、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、既設覆工１０及び裏込め部材３１の１リング分の作業を完了する。
【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の挿入と同様に、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ＣＴ２を中心位置とする、上述した既設覆工１０の内径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の布設を完了する。
【００５１】
この際、本実施の形態において、新設セグメント３０ａ，３０ｂを布設する位置は中心を軸心ＣＴ２とした内径Ｄ１を有する位置であるが、該軸心ＣＴ２は、上記既設トンネル４１の軸心１及び充填室４５を形成した位置（つまり裏込め部材３１）の軸心ＣＴ３とは必ずしも同心でなくてもよく、また、内径Ｄ１は既設覆工１０の内径ｄと必ずしも同径でなくてもよい。即ち、内筒２７を例えば二重構造にし、その間に埋め戻し材などを注入することで、新設セグメント３０ａ，３０ｂを布設する位置（つまり新設覆工を布設する位置）を、上記裏込め部材３１ａの内径Ｄ２の範囲内であれば、自由に設定することが可能である。
【００５２】
また、新設トンネル４２の内径Ｄ１を既設トンネル４１の内径ｄよりも小さくする場合には、上述した裏込め部材３１ａの内径Ｄ２の範囲内において、例えば地盤沈下、隆起などにより本来の軸心位置より移動してしまった軸心ＣＴ１に対して、軸心ＣＴ２の位置を自由に補正することができ、つまり中心位置が移動してしまった既設トンネル４１を本来存在すべき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。
【００５３】
更に、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ので、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の布設を１リング分の例えば７箇所に対して繰り返し行い、新設覆工３０の１リング分の作業を完了する。
【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（及び裏込め部材）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、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。
【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２５ｂ及び第２テールシール２６の裏込め材注入口２６ｃ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方法によれば、既設トンネル４１の既設覆工１０を複数の既設セグメント１０ａ，１０ｂに分割し、新設トンネル４２の新設覆工３０の裏込め部材３１ａとして挿入・充填するので、それら既設セグメント１０ａ，１０ｂの地上への搬送、廃棄をなくすことができ、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、カッタ３により地山４０を切削した部分に裏込め部材として挿入・充填するため、その掘削した部分を既設セグメント１０ａ，１０ｂにより埋める形で、新設トンネル４２の新設覆工３０の内径Ｄ１の拡大を防止し、それにより、既設トンネル４１の内径ｄに対して同径ないし小径にすることができる。そして、既設トンネル４１の内径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、必要な内径の新設トンネル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においては、公知のカッタなどにより該二次覆工を取り除きつつ、上述した既設覆工１０の取り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うことができる。
【００６２】
また、本発明の実施の形態において、既設覆工１０の外側の地山４０をカッタ３のカッタスポーク３ａにより掘削しているが、例えば加圧水ジェット装置などの掘削手段を用いて掘削してもよく、これらに限らず、既設覆工１０の外側の地山４０を掘削できるものであれば何れのものでもよい。
【００６３】
更に、本発明の実施の形態において、既設覆工１０から取り外した既設セグメント１０ａ，１０ｂの形状を、そのまま充填室４５に挿入・充填しているが、それら既設セグメント１０ａ，１０ｂを、更に分割、又は破砕して充填室４５に挿入・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方法の一例を示す工程図である。
【図２】図１に示すＡ矢視図である。
【図３】本発明に適用される第２エレクタを示す拡大断面図である。
【図４】既設セグメントの挿入方法を示す工程図である。
【図５】既設セグメントの挿入方法を示す説明図である。
【図６】新設セグメントの布設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】
１０……既設覆工
１０ａ……（既設）セグメント
１０ｂ……（既設）セグメント
３０……新設覆工
３０ａ……（新設）セグメント
３０ｂ……（新設）セグメント
３１……裏込め部
３１ａ……裏込め部材
４１……既設トンネル
４２……新設トンネル
４４……仕切壁
４５……充填室
ｄ……内径
Ｄ１……内径
ＣＴ１……中心位置（既設トンネルの軸心）
ＣＴ２……中心位置（新設トンネルの軸心）
Ｌ……長さ（１リング分の長さ）

Claims (6)

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方法において、
   前記既設トンネルの既設覆工の外側を掘削し、
   前記既設覆工を複数に分割して取り外し、
   前記複数に分割された前記既設覆工を、前記新設トンネルの新設覆工の外側に裏込め部材として挿入・充填して裏込め部を布設し、
   前記裏込め部の内側に前記新設トンネルの新設覆工を布設する、
   ことを特徴とするトンネル布設替え方法。
2. 前記新設トンネルの内径を、前記既設トンネルの内径に対して同径ないし小径にする、
   ことを特徴とする請求項１記載のトンネル布設替え方法。
3. 前記既設トンネルの中心位置に対して前記新設トンネルの中心位置をずらした形で配置する、
   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方法。
4. 前記既設覆工は、複数のセグメントが環状に接続された形で形成されている、
   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方法。
5. 前記既設覆工の取り外しは、前記複数のセグメント毎に行う、
   ことを特徴とする請求項４記載のトンネル布設替え方法。
6. 新たに布設するための前記新設覆工のセグメントのトンネル形成方向の長さを、前記複数に分割された既設覆工のセグメントのトンネル形成方向の長さと略々同じ長さに形成し、
   前記新設覆工のセグメントと、前記裏込め部に挿入された既設覆工のセグメントのトンネル形成方向における相対位置をずらして配置する、
   ことを特徴とする請求項４記載のトンネル布設替え方法。

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