JP4611473B2

JP4611473B2 - トンネル施工方法

Info

Publication number: JP4611473B2
Application number: JP28207599A
Authority: JP
Inventors: 汎友河内; ▲のぼる▼ 田代; 義和木戸; 良之河村; 啓三千代; 信甲田
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 1999-10-01
Filing date: 1999-10-01
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2019-10-01
Also published as: JP2001098887A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シールドトンネルを施工するためのトンネル施工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、地下鉄道の駅部をシールド工法で構築する場合、単円筒トンネルを２本施工し、ルーフシールド工法またはかんざし桁工法により駅部を施工する工法がある。
この場合、駅両端部に立坑（即ち、発進立坑と到達立坑）を築造し、この両立坑間に２台のシールド掘進機でトンネルを１本ずつ並行して計２本施工したり、あるいは、１台のシールド掘進機を到達立坑でＵターンさせて計２本施工するのが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、１台のシールド掘進機を到達立坑でＵターンさせて施工する場合は、少なくとも２つの立坑（即ち、発進立坑と到達立坑）の築造が必要となるが、昨今は用地問題を含む環境条件等により、到達立坑を築造するための用地を確保するのが困難となってきているので、現実にこのような工法を実現できない場合がある。このように、所定の到達位置に到達立坑が築造できない場合、これまではシールド掘進機を解体して埋め殺しとしていた。従って、到達立坑がない工事で発進立坑から２本以上のトンネルを構築する場合には、そのトンネルの数だけシールド掘進機を用意する必要があるので、コストがかかって経済性に劣るという課題があった。
【０００４】
本願発明は上述した課題を解消するためになされたもので、到達立坑を築造することなく周辺環境に対する課題に対応でき、かつ、外筒が分離されるシールド機本体を流用して１つの発進立坑から複数のトンネルを施工できて経済的に有利なトンネル施工方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
複数の推進用ジャッキが取り付けられたシールド掘進機本体の外周側に分離可能となった外筒を有したシールド掘進機を用いて、発進立坑からトンネルを施工した後に、上記外筒から分離させた上記シールド掘進機本体を上記発進立坑内に戻して当該シールド掘進機本体に新規の外筒を組み付けて新規のシールド掘進機を作製し、この新規のシールド掘進機を発進立坑内において移動させて新たなトンネルを施工する位置まで移動させ、発進立坑内から新たなトンネルを施工することによって、同じ発進立坑内から２本以上のトンネルを施工するトンネル施工方法であって、上記新規の外筒を保持する反力壁及び移動台により構成された保持手段を用い、当該保持手段により保持された上記新規の外筒と上記発進立坑内に戻されてきた上記シールド掘進機本体とが組み付けられることで上記新規のシールド掘進機が作製され、当該新規のシールド掘進機を保持した保持手段を移動手段により上記発進立坑内において移動して新たなトンネルを施工する位置まで移動させた後、上記発進立坑内からセグメントリングを構築していくことで新たなトンネルを施工する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１によるシールド掘進機を用いたシールド工法の概要を図１ないし図４に基づいて説明する。尚、図１〜図４は上から見た図である。
まず、発進立坑Ｘを築造し、内筒機２（シールド掘進機本体）と外筒機３とを一体化したシールド掘進機１で地中を掘削しながら順次セグメントリングＳを構築していって先行トンネルＹの施工が完了したら（図１）、内筒機２を発進立坑Ｘ内に戻して、内筒機２に新たな外筒機３０を組み付けて新たなシールド掘進機１００と成し、発進立坑Ｘ内において後行トンネルＺを施工する位置まで上記新たなシールド掘進機１００を移動し（図２，図３）、この新たなシールド掘進機１００により後行トンネルＺを施工する（図４）。
【０００７】
次に、本発明の実施の形態１によるシールド掘進機を説明する。図５はシールド掘進機の断面図、図６は図５の左側から見た図（右側は左側と同じなので省略している）、図７は内筒機と外筒機の接続部を図５の右側から見た図である。
シールド掘進機１は、シールド掘進機本体としての内筒機２とその外側に設けられる外筒機３とで構成される。即ち、略同心円状に一体化された内筒機２と外筒機３とで構成される。尚、内筒機２の外径はセグメントリングＳの内径より２００〜５００ｍｍ程度小さく設定されている。
【０００８】
また、シールド掘進機１は、先端側にカッタ部４を備えている。これは、内筒機２の先端に設けられた円盤状のメインカッタ部４ａと、このメインカッタ部４ａの外周側に接続された環状のサブカッタ部４ｂとより成る。このカッタ部４はカッタ駆動装置５により回転し、チャンバ６内に土砂を取り込む。チャンバ６内に取り込まれた土砂はアジテータ７により攪拌され、排泥管８を介して排出される。また、チャンバ６内には送泥管９を介して泥水が供給される。１１はトンネルセグメントＳを組み立てるエレクタである。１２はエレクタ１１，排泥管８，送泥管９，アジテータ７，カッタ駆動装置５等の内筒機２を構成する機器類を保持するハウジングである。尚、５ａはカッタ駆動装置５のモータ、７ａはアジテータ７のモータ、３ｚはテールシールである。
【０００９】
また、外筒機３は鉄などの外筒３Ａを備え、また、外筒３Ａの内側の前後には内筒機２との接続リングガーダ部３ａ，３ｂが周方向に沿って設けられている。
また、内筒機２のハウジング１２には、上記外筒機３の接続リングガーダ部３ａ，３ｂに対応する接続リングガーダ部２ａ，２ｂが設けられている。
【００１０】
上記内筒機２のメインカッタ部４ａとサブカッタ部４ｂは接続ジャッキ（油圧ジャッキ）１３ａ（あるいはピン）により固定され、切り離し可能となっている。
また、上記外筒機３の接続リングガーダ部３ａ，３ｂと内筒機２の接続リングガーダ部２ａ，２ｂが接続ジャッキ（油圧ジャッキ）１３ｂ，１３ｃ（あるいはピン）により固定され、切り離し可能となっている。
以上により、内筒機２は外筒機３と、接続ジャッキ１３ａ，１３ｂ，１３ｃにより切り離し可能に固定されている。
【００１１】
また、シールド掘進機１は複数の推進ジャッキ（油圧ジャッキ）１４Ａ，１４Ｂを備えており、これにより推進する。
本実施の形態１の場合、図７に示すように、下部６本の推進ジャッキ１４Ａは外筒機３の接続リングガーダ部３ａ，３ｂに取り付けられる。即ち、各推進ジャッキ１４Ａのシリンダー尾部は、接続リングガーダ部３ａに当接固定されシールド推進反力点となすとともに、該シリンダー頭部（発進立坑Ｘ側）は、接続リングガーダ部３ｂに周方向に所定の間隔で複数穿設された孔に貫通され固定支持される。各推進ジャッキ１４Ａのピストン先端部にはスプレッダ１５Ａを装着し、該スプレッダ１５ＡによりセグメントリングＳに対して推進反力を取るよう構成している。
また、他の１８本の推進ジャッキ１４Ｂは内筒機２に取り付けられる。即ち、各推進ジャッキ１４Ｂのシリンダー尾部は、接続リングガーダ部２ａに当接固定されシールド推進反力点となすとともに、該シリンダー頭部（発進立坑Ｘ側）は、接続リングガーダ部２ｂに周方向に所定の間隔で複数穿設された孔に貫通され固定支持される（以上図示せず）。
各推進ジャッキ１４Ｂのピストン先端部には偏心アーム１５０を介してスプレッダ１５Ｂを装着し、該スプレッダ１５ＢよりセグメントリングＳに対して推進反力を取るよう構成している。この際、各推進ジャッキ１４Ｂは、接続リングガーダ部２ａ，２ｂの外径より突出しないよう配置する必要があるが、この場合、推進ジャッキ１４Ｂの軸心とスプレッダ１５Ｂが受ける推進反力中心との偏心量ｅが大きくなり、推進ジャッキ１４Ｂには推進反力による軸力以外に、大きな曲げモーメントが作用して推進ジャッキ１４Ｂが不経済な設計となったり、あるいは設計・配置不能になることもある。そこで、このような場合でも対応可能なように、図５，６，７では偏心量ｅをある限界に押さえるよう推進ジャッキ１４Ｂを配置した実施例として図示したものである。即ち、推進ジャッキ１４Ｂのシリンダー尾部は、接続リングガーダ部２ａ及び３ａに当接固定され、一方該シリンダー頭部（発進立坑Ｘ側）は、接続リングガーダ部２ｂに周方向に所定の間隔で複数穿設されたＵ字形孔３ｍと、該Ｕ字形孔３ｍと同位置の接続リングガーダ部３ｂに形成された三日月状の切り欠き部３ｎとの空間部に嵌挿固定されている（図５、図７の右略半断面）。
掘進到達地点に到達後は、以下の手順でジャッキ１４Ｂを内筒機２内に格納できる。
まず、下部格納予定の１本の推進ジャッキ１４Ｂ１以外の全推進ジャッキ１４Ａ，１４Ｂを縮小状態とし、該ジャッキ１４Ｂ１のスプレッダ１５Ｂ１を該ジャッキ１４Ｂ１の軸廻りに旋回させるとともに、該ジャッキ１４Ｂ１を放射内方向に移動させ、かつ、ピストンを縮小する。次に、該ジャッキ１４Ｂ１に隣り合うジャッキ１４Ｂ２のピストンを幾分伸長させ、前記ジャッキ１４Ｂ１の場合と同様にして、スプレッダ１５Ｂ２の旋回，ジャッキ１４Ｂ２の移動及びピストンの縮小を行う。以下同様にして全ジャッキ１４Ｂの内筒機２内への格納が完了する。尚、図７の左略半断面は、推進ジャッキ１４Ｂが内筒機２内に格納された状態を示す。
【００１２】
次に、内筒機２を発進立坑Ｘに戻すための内筒機逆進装置を図８ないし図１０に基づいて説明する。図８は内筒機逆進装置を横から見た概観図、図９は内筒機逆進装置を上から見た概観図、図１０は図９の右側から見た図に相当する。
内筒機２は、図８，９に示すように、下部２箇所にスライド部材１６を装備し、これに対応して、外筒機３は、スライド部材受け１７を装備する。このスライド部材１６とスライド部材受け１７との接触面はテフロン（登録商標名）シート等の摩擦係数の小さな材料で摩擦低減加工が施されている。これにより、外筒機３から内筒機２を小さな牽引力で分離できる。
【００１３】
また、既設セグメントリングＳの内面には逆進案内軌道装置１８が設置される。この逆進案内軌道装置１８は、既設セグメントリングＳの下部２箇所に、上記スライド部材１６に対応するように２本のレール部材１９，１９を設け、この各レール部材１９，１９を複数の結合部材２０で連結して成るものである。この各結合手段２０は、各既設セグメントリングＳの継ぎ目ＳＴに設けられているボルトボックス２１等のボルト２２により各結合手段２０の取付舌片２０ａを固定することにより各既設セグメントリングＳに固定される。
【００１４】
この逆進案内軌道装置１８（レール部材１９，１９及び複数の枕木手段２０）と上記スライド部材１６及び内筒機２との接触面はテフロン（登録商標名）シート等の摩擦係数の小さい材料で摩擦低減加工が施されている。これにより、内筒機２を小さな牽引力で発進立坑Ｘの方向に移動できる。尚、スライド部材１６、スライド受け部材１７、逆進案内軌道装置１８は金属性の材料で構成される。
【００１５】
スライド部材１６の一端（発進立坑Ｘ側）１６ａには逆進ジャッキ（油圧ジャッキ）２３のシリンダ２３ａ側が取付けられ、逆進ジャッキ２３のピストン２３ｂの先端２３ｔ側には逆進反力装置２４が取付けられている。逆進反力装置２４は逆進案内軌道装置１８のレール部材１９に固定される。即ち、レール部材１９には穴２５があいており、そこにピン２６を挿入して逆進反力装置２４を固定する。尚、図９，図１０に示すように、１本のレール部材１９に対応して逆進ジャッキ２３を２本設け、逆進推進力を確保している。尚、逆進ジャッキ２３，逆進反力装置２４により、上記スライド部材１６を発進立坑Ｘの方向に移動させて内筒機２を発進立坑Ｘ内に戻すための逆進装置が構成される。
【００１６】
逆進案内軌道装置１８と逆進反力装置２４とが固定された状態で逆進ジャッキ２３を縮めることによりスライド部材１６が牽引され、内筒機２が発進立坑Ｘ側へ移動する。内筒機２は、逆進反力装置２４および逆進ジャッキ２３により尺取虫のように移動する。逆進ジャッキ２３のストローク分の移動が完了した時点で、ピン２６をはずして逆進反力装置２４とレール部材１９との固定を解除する。この状態で逆進ジャッキ２３のピストン２３ｂを伸ばして逆進反力装置２４を発進立坑Ｘ側へ移動させ、移動した位置で逆進反力装置２４をピン２６によりレール部材１９と固定する。以上を繰り返して内筒機２を発進立坑Ｘに戻す。
【００１７】
尚、内筒機２の移動が済んだ部分の逆進案内軌道装置１８は撤去して次の移動部分に転用する。このように転用していって発進立坑Ｘまでの逆進案内軌道装置１８を順次敷設していくようにする。
【００１８】
次に、本実施の形態１によるシールド工法を図１１ないし図１８等に基づいて詳説する。
発進立坑Ｘからシールド掘進機１を発進させ、先行トンネルＹを構築していく。Ｋは裏込め材である（図１，図１１）。所定の到達地点に到達したら、到達部分の周りの地盤を改良する（図１２）。その後、推進ジャッキ１４Ｂのスプレッダ１５Ｂを前記手順により回転及び推進ジャッキ１４Ｂの内方への移動を行って推進ジャッキ１４Ｂを内筒機２に収納する（図１３，図７の左側参照）。内筒機２は、接続部２ａ，２ｂを備えたハウジング１２，メインカッタ部４ａ，接続ジャッキ１３ａ〜１３ｃ，推進ジャッキ１４Ｂ，スライド部材１６を備える。そして、接続ジャッキ１３ａ〜１３ｃを全部解除して外筒機３から内筒機２を分離する。そして、逆進案内軌道装置１８を敷設するとともに、逆進ジャッキ２３及び逆進反力装置２４を設置して、内筒機２を発進立坑Ｘの方向に逆進させる（図１４）。上記発進立坑Ｘ内には、新規の外筒機３０を保持するとともに、当該発進立坑Ｘに戻されてきた内筒機２に新規の外筒機３０を組み付けた新規のシールド掘進機１００を保持する保持手段４０が設けられている。新規の外筒機３０は、外筒３１，サブカッタ部３２，内筒機２との接続リングガーダ部３３ａと３３ｂ，撤去回収した下部６本の推進ジャッキ１４Ａとスプレッダ１５Ａまたは該推進ジャッキ１４Ａとスプレッダ１５Ａの代わりの６本の推進ジャッキ３４及びスプレッダ３５を有する。また、保持手段４０は、新規の外筒機３０を構成する外筒３１を保持する反力壁４１及び移動台４２により構成される。尚、内筒機２はレールを利用して新規の外筒機３０の位置に移動される（以上、図１５）。内筒機２に新規の外筒機３０を組み付けた新規のシールド掘削機１００を保持する保持手段４０を、発進立坑Ｘ内においてレールなどの移動手段５０により横方向に移動させ、後行トンネルＺを施工する位置まで移動させる（図２〜図４，図１６）。そして、発進立坑Ｘ内からセグメントリングＳを構築していき、後行トンネルＺを施工する（図１７）。尚、先行トンネルＹの到達地点で分離された外筒機３は、サブカッタ部４ｂ，内筒機２との接続リングガーダ部３ａ，３ｂの内面側（図１８の点線部）を切除し、現場打ちコンクリートＪで覆う（図１８）。即ち、外筒３Ａとともに埋め殺しにする。尚、推進ジャッキ１４Ａは前記の如く内筒機２を発進立坑Ｘ側に逆進開始以後に別途回収する。
以上により、内筒機２を流用して同じ発進立坑Ｘ内から２本のトンネルを施工することができる。
【００１９】
本実施の形態１によれば、所定のシールド到達位置に立坑が構築できない場合に、内筒機２を転用して同じ発進立坑内から２本以上のトンネルを施工することができる。従って、到達立坑を築造しなくてもよくなるので、周辺環境に対する課題に対応できるとともに、複数のトンネルを施工する場合のコストを低減でき、経済的に有利なシールド工法を実現できる。
また、発進立坑Ｘ内に戻されてきたシールド掘進機本体としての内筒機２に新規の外筒機３を組み付けた新規のシールド掘進機１００を保持する保持手段４０と、発進立坑Ｘ内において上記新規のシールド掘進機１００を保持する保持手段４０を左右に移動させる移動手段としてのレール５０などを具備するので、内筒機２を流用しての後行トンネルＺの施工を迅速かつスムーズに行える。
【００２０】
また、実施の形態１では、すべての推進用ジャッキを外筒３Ａの内周に沿って配置しているので、推進力の伝達をスムーズにできる。
尚、実施の形態１では、シールド掘進機本体としての内筒機２と外筒３Ａのそれぞれに推進用ジャッキを複数個ずつ固定しているが、すべての推進用ジャッキを内筒機２に固定するようにしても構わない。この場合、接続部リングガーダ３ａ，３ｂを備えた外筒３Ａのみを埋め殺して、すべての推進用ジャッキを内筒機２の逆進とともに発進立坑Ｘに戻すことができるので、新規の外筒機に推進用ジャッキを装備する必要がなくなり、後行トンネルＺの施工をより迅速かつスムーズに行える。即ち、発進立坑Ｘ内に戻されたシールド掘進機本体としての内筒機２に、接続部リングガーダ３ａ，３ｂを備えた外筒３Ａのみを組み付けて新規のシールド掘進機を作製すればよいからである。
【００２１】
また、すべての推進用ジャッキを外筒３Ａに固定するようにしても構わない。
この場合は、すべての推進用ジャッキを別途に回収する必要があり、また、新規の外筒機にすべての推進用ジャッキを予め装備しておかなければならず、作業手間は増えるが、本発明の所期の目的効果を達成することはできる。
【００２２】
また、新たなサブカッタ部３２の外径をサブカッタ部４ｂの外径と異ならせることにより、異なる径のトンネルを１つの発進立坑内から施工することができる。
【００２３】
また、実施の形態１によれば、メインカッタ部４ａとこれに対して着脱可能なサブカッタ部４ｂとから成るカッタ部４を設けたが、カッタ部の外周に当該カッタ部の径方向に伸縮可能なサブカッタ部を備えるカッタ部を内筒機２に設けるようにしてもよい。
また、内筒機２は、円筒構造のハウジングで構成してもよいし、トラス構造のハウジングで構成してもよいし、これら構造を組み合わせたハウジングで構成してもよい。
【００２４】
さらに、上記実施の形態１では、泥水式シールドの場合を示したが、土圧式シールドの場合でも、本発明と同様なシールド掘進機構造及びシールド工法が可能である。加えて、上記実施の形態１では、略円形断面シールドを例にして説明したが、トンネル断面形状として複円形，矩形，楕円形等のような略円形断面シールドの場合においても本発明と同様なシールド掘進機構造及びシールド工法が可能である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、所定のシールド到達位置に立坑が構築できない場合に、外筒が分離されるシールド掘進機本体（内筒機２）を流用し発進立坑内で新規のシールド掘進機を作成して同じ発進立坑内から２本以上のトンネルを施工することができる。従って、到達立坑を築造しなくてもよくなるので、周辺環境に対する課題に対応できるとともに、複数のトンネルを施工する場合のコストを低減でき、経済的に有利なトンネル施工方法を実現できる。
また、反力壁及び移動台により構成された保持手段を用いるので、シールド掘進機本体を流用しての発進立坑からの後行トンネルの施工を迅速かつスムーズに行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるシールド工法の概要を説明するための工程説明図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるシールド工法の概要を説明するための工程説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるシールド工法の概要を説明するための工程説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１によるシールド工法の概要を説明するための工程説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１によるシールド工法に使用するシールド掘進機の断面図である。
【図６】カッタ部の略正面図である。
【図７】内筒機と外筒機の接続部及び推進用ジャッキの配置を説明するための説明図である。
【図８】内筒機逆進装置を横から見た図である。
【図９】内筒機逆進装置を上から見た図である。
【図１０】逆進反力装置と逆進案内軌道装置との関係を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態１によるシールド工法を詳細に説明するための工程説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態１によるシールド工法を詳細に説明するための工程説明図である。
【図１３】この発明の実施の形態１によるシールド工法を詳細に説明するための工程説明図である。
【図１４】この発明の実施の形態１によるシールド工法を詳細に説明するための工程説明図である。
【図１５】この発明の実施の形態１によるシールド工法を詳細に説明するめの工程説明図である。
【図１６】この発明の実施の形態１によるシールド工法を詳細に説明するための工程説明図である。
【図１７】この発明の実施の形態１によるシールド工法を詳細に説明するための工程説明図である。
【図１８】この発明の実施の形態１によるシールド工法を詳細に説明するための工程説明図である。
【符号の説明】
１シールド掘進機、２内筒機（シールド掘進機本体）、３外筒機、
３Ａ外筒、４カッタ部、４ａメインカッタ部、４ｂサブカッタ部、
４０保持手段、５０レール（移動手段）、Ｓセグメントリング、
Ｘ発進立坑、Ｙ先行トンネル、Ｚ後行トンネル。

Claims

複数の推進用ジャッキが取り付けられたシールド掘進機本体の外周側に分離可能となった外筒を有したシールド掘進機を用いて、発進立坑からトンネルを施工した後に、上記外筒から分離させた上記シールド掘進機本体を上記発進立坑内に戻して当該シールド掘進機本体に新規の外筒を組み付けて新規のシールド掘進機を作製し、この新規のシールド掘進機を発進立坑内において移動させて新たなトンネルを施工する位置まで移動させ、発進立坑内から新たなトンネルを施工することによって、同じ発進立坑内から２本以上のトンネルを施工するトンネル施工方法であって、上記新規の外筒を保持する反力壁及び移動台により構成された保持手段を用い、当該保持手段により保持された上記新規の外筒と上記発進立坑内に戻されてきた上記シールド掘進機本体とが組み付けられることで上記新規のシールド掘進機が作製され、当該新規のシールド掘進機を保持した保持手段を移動手段により上記発進立坑内において移動して新たなトンネルを施工する位置まで移動させた後、上記発進立坑内からセグメントリングを構築していくことで新たなトンネルを施工することを特徴とするトンネル施工方法。