JP4736026B2 - トンネル拡幅のためのアーチ支保工構築方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、トンネルを拡幅するためのアーチ支保工を構築する方法及び装置に関する。

例えば、道路トンネルの分合流部では、２本のトンネルを切り拡げて無柱の空間を構築する必要があり、土砂地山では、切り拡げの際に地山の安定確保や地下水維持のため、補助工法が必要になる。

従来、その一つとして、薬液注入や凍結工法による地盤改良があるが、広範囲の改良が必要で、コストが高く、工期も長くなる。

また、先受け工として図２３及び図２４に示すような曲線パイプルーフ工法がある。この工法は、２本の既設トンネル５１・５２の一方から他方へ向かって掘削して曲線パイプ５３を１本ずつ挿入し、隣接する曲線パイプ５３間に凍結工法等で地盤改良５４を施して止水する。

しかし、これによると、掘削とパイプ挿入を１本ずつ行うので、手間がかかる。また、曲線パイプ５３がトンネル軸方向に連続しないため、隣接する曲線パイプ５３間に地盤改良５４をする必要があり、これにより、コストが高く、工期も長くなる。

また、特許文献１（特許第３０９６６５２号公報）には、並行する２本の道路用シールドトンネル間に、非常駐車帯となる拡幅部を構築する次のような工法が開示されている。

２本のシールドトンネル間の地山の上下を地盤改良して上下の地盤改良部を形成する。一方のシールドトンネルからアーチ状桁材を上側の地盤改良部中に推進圧入して、他方のシールドトンネル内へと貫入させ、これを繰り返してアーチ状桁材を所要区間で連設し、上方地山の山留工とする。この後、各シールドトンネルにおいて、アーチ状桁材と下側の地盤改良部との間に位置するセグメントを撤去して開口を形成し、この開口から両シールドトンネル間の地山を掘削し、両シールドトンネルの内部区間どうしを連通させる。そして、下側の地盤改良部を所定深さだけ掘削し、ここにコンクリートを打設して底盤を形成する。

しかし、この場合も、２本のシールドトンネル間の地盤改良と、地盤改良部へのアーチ状桁材の推進圧入が必要で、図２３及び図２４に示した曲線パイプルーフ工法と同様に、コストが高く、工期も長くなる。

さらに、大断面地下空洞やトンネルの先受け工として、地中壁間や導坑トンネル間にアーチ形の支保工を施工する方法があるが、掘進機内でセグメントを組み立てる構造であるため、先受け工の覆工厚さが厚くなり、１ｍ程度以下に薄くすることが困難である。また、掘進機の搬入・発進・到達のための地上からの立坑が必要となり、その分だけ多くの工費と工期がかかる。
特許第３０９６６５２号公報

本発明の課題は、トンネルの外周から張り出すアーチ形の支保工を、地上用地占有なく連続して効率的かつ経済的に構築でき、しかもトンネル施工中でも後方で同時施工でき、またその構築に当たり地山安定や地下水位維持が確実に図れるばかりでなく、地山を緩めずに切羽の安定も確保できる、トンネル拡幅のためのアーチ支保工構築方法及び装置を提供することにある。

＜請求項１に係る発明＞
本発明による方法は、並行するトンネル間における第１のトンネルから第２のトンネルへ向けてアーチ形の発進横坑を掘削し、該発進横坑に並置した複数の推進ジャッキでアーチ形掘削機を前記トンネルの軸方向に発進させ、発進後、前記第１のトンネル内でアーチ形に組み立てたセグメントを前記発進横坑内に送り込み、このアーチ形のセグメントを介して推進ジャッキで前記アーチ形掘削機を推進して地山をアーチ形にスリット掘削しながら、新たなアーチ形のセグメントをスリット内に順次押入れることにより、前記セグメントでアーチ形の支保工を構築することを特徴とする。

＜請求項２に係る発明＞
アーチ形掘削機を掘進させるための配管をセグメントの中空部を通じて行う。
＜請求項３に係る発明＞
アーチ形掘削機を到達横坑まで掘進させ、到達横坑内で解体してトンネル内に回収する。

＜請求項４に係る発明＞
第１のトンネルと第２のトンネルとの間の上下それぞれにおいてスリット掘削し、これらトンネル間に上下対称のアーチ形の支保工を構築する。

＜請求項５に係る発明＞
本発明による装置は、並行する第１と第２のトンネル間に設置した地山をアーチ形にスリット掘削するアーチ形掘削機と、前記第１もしくは第２のトンネル内でアーチ形に組み立てたセグメントを発進横坑内に送り込むセグメント組立送込み機構と、送り込まれたアーチ形のセグメントを発進横坑内から推進することにより、セグメントをアーチ形スリット内に順次押入しながら、前記アーチ形掘削機をセグメントを介して推進させる推進ジャッキと、前記アーチ形掘削機を掘進させるため、該アーチ形掘削機と発進横坑との間をセグメントの中空部を通じて配管された配管系統とからなることを特徴とする。

本発明によれば次のような効果がある。
（１）発進横坑からアーチ形掘削機を発進させたアーチ形掘削機を、アーチ形に組み立てたセグメントを介して推進ジャッキで推進させて地山をアーチ形にスリット掘削しながら、セグメントをアーチ形スリット内に順次押入するので、トンネルの外周から張り出す拡幅用のアーチ支保工を、地上用地占有なく連続して効率的に施工でき、従来に比べ工期を短縮できるとともに、工費を大幅に低減できる。
（２）覆工が連続した拡幅用アーチ支保工となるため、地山安定や地下水位維持が確実に図れる。
（３）トンネル施工中でも後方で同時施工できる。
（４）スリット切削を泥水循環させながら行うことができるので、地山を緩めずに、切羽の安定を確保しながら、土砂を効率良く排出できる。
（５）止水のための補助的工法は最小限に抑えられるので、凍結工法などの高価な工期のかかる工法を併用する必要がない。
（６）薄くても強度上有利なアーチ形断面の拡幅用先受け支保工を構築できる。
（７）上下の拡幅用先受け支保工を構築することにより、既設トンネルと並行する後行トンネルを、これらの上下の拡幅用先受け支保工間に沿って施工できるとともに、両トンネル間の拡幅工事を安全に行える。

（８）請求項２に係る発明のように、セグメントをトンネル内でアーチ形に組み立てながら発進横坑内に送り込み、推進ジャッキで推進して発進横坑からスリット内へ押入すると、セグメント組み立てから支保工構築までの作業を効率よく行える。
（９）請求項３に係る発明のように、アーチ形掘削機を掘進させるための配管をセグメントの中空部を通じて行うと、アーチ形掘削機の掘進しながらの支保工構築を能率的に行える。
（１０）請求項４に係る発明のように、アーチ形掘削機を到達横坑まで掘進させ、到達横坑内で解体してトンネル内に回収すると、施工を終えたアーチ形掘削機を回収して、次の支保工構築に即応できる。
（１１）請求項５に係る発明のように、並行する第１のトンネルと第２のトンネルとの間をスリット掘削し、これらトンネル間にセグメントによるアーチ形の支保工を構築し、両トンネルに接合すると、並行する２つのトンネル間に高強度のアーチ形支保工を構築できる。
（１２）請求項６に係る発明のように、第１のトンネルと第２のトンネルとの間の上下それぞれにおいてスリット掘削し、これらトンネル間に上下対称のアーチ形の支保工を構築すると、２つのトンネル間において上下対象のアーチ形支保工で囲まれた大断面空間を構築できる。
（１３）請求項７に係る発明のように、アーチ形掘削機を掘進しながらのアーチ形支保工の構築を、既設トンネルの外周面に設けられた支保工掘進ガイドに沿って行うと、その構築を既設トンネルに沿うように整然と行えるとともに、既設トンネルとの接合も簡単に行える。

次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

本実施例は、本線シールドトンネルと分岐シールドトンネルとが並行している場合、本線シールドトンネル側から分岐シールドトンネル側へと、これらの間にアーチ形支保工を構築する例で、図１〜図３にその全体の施工イメージを示す。

これらの図に示すように、本線シールドトンネルＡより分岐シールドトンネルＢへ向けてアーチ形の上側の発進横坑１を掘削し、この発進横坑１に数台の推進ジャッキ２を並置し、これらでアーチ形掘削機３を推進して発進横坑１からアーチ形掘削機３を発進させる。

発進後、本線シールドトンネルＡ内でセグメント５をアーチ形に組み立てながら発進横坑１内に送り込み、アーチ形に組み立てたセグメント５を介して推進ジャッキ２でアーチ形掘削機３を推進して地山を掘削する。

これによりアーチ形掘削機３で地山がアーチ形にスリット掘削されながら、そのアーチ形スリット４内に、アーチ形に組み立てた１ユニット（以下、「１アーチユニット」と言う）のセグメント５が押入される。そして、１アーチユニットずつのセグメントの押入とユニット相互の連結を繰り返しながら、アーチ形掘削機３を掘進させていくと、同図に示すような、セグメント５によるアーチ形の上部支保工Ｃ１が構築される。

その作業は、次の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の手順の繰り返しとなる。
（ａ）掘進（掘削部の泥水循環、切羽水圧保持しながらのカッタ駆動、推進ジャッキ伸長、泥水循環による排土）
（ｂ）セグメント長さを越えた時点で掘進終了（推進ジャッキ短縮）
（ｃ）セグメント組み立て（配管・配線系統の盛り換え）

本線シールドトンネルＡからアーチ形掘削機３へ至る各種の配管・配線系統６は、セグメント５に形成されている中空部７中に通し、発進横坑１を通じて配管・配線する。

本線シールドトンネルＡより掘削しておいた到達横坑８にアーチ形掘削機３が到達したら、この到達横坑８からアーチ形掘削機３を到達横坑８内で解体して本線シールドトンネルＡ内に回収する。上部支保工Ｃ１と上下対称の下部支保工Ｃ２を構築する場合は、いったん解体して本線シールドトンネルＡ内に回収したアーチ形掘削機３を、下側の発進横坑９内で再び組み立て、この発進横坑９から上記とは反対方向へ発進させ、下側の到達横坑１０に到達するまで、上記と同様に施工する。

図４〜図６に本実施例で使用するセグメントを例示する。セグメントをアーチ形に組み立て、その１アーチユニット相互の添接効果を期待して交互に千鳥配置にすることから、Ａ型、Ｂ１型、Ｂ２型、Ｃ１型、Ｃ２型の５種類のセグメント５Ａ、５Ｂ１、５Ｂ２、５Ｃ２、５Ｃ２を用いる。これら５種類のセグメントはいずれも鋼製で、支保工として強度と、推進時の圧縮力に耐えるリブ付き構造にしてある。Ｂ１型のセグメント５Ｂ１には中空部が無いが、その他のセグメント５Ａ、５Ｂ２、５Ｃ２、５Ｃ２には中空部７が有る。配管・配線系統６は、１アーチユニットのセグメントなかの一端の中空部７に通す。

Ａ型以外のＢ１型、Ｂ２型、Ｃ１型、Ｃ２型の４種類のセグメント５Ｂ１、５Ｂ２、５Ｃ２、５Ｃ２は、１アーチユニットの両端で本線シールドトンネルＡの覆工セグメント及び分岐シールドトンネルＢの覆工セグメントと後述のように接合するため、これら４種類のセグメント５Ｂ１、５Ｂ２、５Ｃ２、５Ｃ２の端面は、シールドトンネル覆工セグメントの外周面の円弧に沿った円弧面となっている。

図７及び図８に、一例としてＡ型のセグメント５Ａの断面構造を示す。このセグメント５Ａには、締結ボルト用孔１１及びピース間止水シール溝１２及びピース間止水シール１３が設けられている。

図９〜図１７にアーチ形掘削機３の構造を示す。アーチ形掘削機３の掘削機本体１４は、組立、解体及び回収が可能な構造、特に、到達横坑８内において一旦解体して本線シールドトンネルＡ内に回収し、発進横坑９内において再び組み立てることが可能な構造になっている。掘削機本体１４の前面には、上下２段のカッタビット群１５ａ・１５ｂが装着されている。また、これら上下のカッタビット群１５ａ・１５ｂを、バルクヘッド後方で上下別々に駆動するカッタジャッキ１６、方向制御を行う方向制御ジャッキ１７、制御機器・計測機器配線系統１８、カッタジャッキ油圧配管１９、方向制御ジャッキ油圧配管２０、油圧戻り配管２１、泥水送泥管２２、泥水排泥管２３などは掘削機本体１４内に設置されている。これらの配管１９〜２３は、本線シールドトンネルＡ内の掘削機駆動制御設備へつながっており、アーチ形掘削機３は、本線シールドトンネルＡ内からの遠隔操作で左右上下に方向制御しながら掘進させることができる。

カッタビット群１５ａ・１５ｂは、そのカッタ駆動軸２４がカッタジャッキ１６により案内溝２５に沿って左右に往復動され、それに伴いカッタガイド軸２６がスライドガイド２７に沿って摺動されることにより、一斉に左右揺動して地山を掘削する。上下２段のカッタビット群１５ａ・１５ｂを、互いに逆方向へ同時に揺動させることにより、掘削反力を相殺し、掘削によるアーチ形掘削機３の動揺を少なくできる。なお、カッタビット群１５ａ・１５ｂとカッタジャッキ１６との間には、泥水チャンバを形成するバルクヘッド部において、摺動に耐えるパッキン等による止水装置が設けられている。

また、掘削機本体１４には、図１０に示すように、中央部に送泥口２８、左右端部に排泥口２９、中央部に水圧計３０が設けられている。

図１８に、セグメント５Ａ、５Ｂ１、５Ｂ２、５Ｃ２、５Ｃ２を本線シールドトンネルＡ内で組み立てながら発進横坑１内に送り込むセグメント組立送込み機構３１を示す。このセグメント組立送込み機構３１は、本線シールドトンネルＡ内から発進横坑１中へと弧状に延びるセグメント送込みガイドレール３２と、セグメント揚重装置３３と、セグメント送込み装置３４とからなり、セグメント揚重装置３３で持ち上げたセグメント５を、セグメント送込み装置３４がセグメント送込みガイドレール３２に沿って発進横坑１中へ送り込むようになっている。

図１９は図１８のＶＩＩ−ＶＩＩ位置での断面図で、アーチ形に組み立てられた１アーチユニットのセグメント５を推進ジャッキ２で推進することで、これを介してアーチ形掘削機３が推進されることを示す。図２０は同じ位置の断面図であるが、発進横坑１内にはまだセグメント５が無く、推進ジャッキ２でアーチ形掘削機３を直接推進して発進させる状態を示す。

図２１は、１アーチユニットのセグメント５と既設トンネル（本線シールドトンネルＡ及び分岐シールドトンネルＢも含む）との接合部を示す。既設トンネルセグメント３５側には、１アーチユニットのセグメント５との接合箇所となる外周面に予め凹部３６を形成し、この凹部３６に、切削可能な充填材料（例えば、ウレタンフォームや発泡スチロールなど）３７を充填してセグメント外径を維持しておく。そして、この凹部３６を支保工掘進ガイドとして、これに沿って上記のようにアーチ形掘削機３を掘進させながらアーチ形支保工の構築を行う。

また、図２２に示すように、この凹部３６内に１アーチユニットのセグメント６の端面を当て、ここで１アーチユニットのセグメント５と既設トンネルセグメント３５とをボルト３８で緊締して接合する。このとき、凹部３６はその接合性を高める。なお、ボルトによる接合以外に、溶接接合や貫入接合などの他の方法で接合してもよい。

本発明の一実施例の全体斜視図である。 その一部分の平面図である。 トンネル断面方向の断面図である。 セグメントの組み立て状態の斜視図である。 その１アーチユニット分の正面図である。 図５とは千鳥組となる１アーチユニット分の正面図である。 図５及び図６のなかのＡ型セグメントを示し、（Ａ）はその水平断面図、（Ｂ）は端面図である。 （Ａ）は同セグメントの長さ方向の垂直断面図、（Ｂ）は幅員方向の垂直断面図である。 アーチ形掘削機の長手方向の円弧中心線に沿った断面図である。 図９のＩ−Ｉ位置の断面図である。 アーチ形掘削機の正面図である。 図９のＩＩ−ＩＩ位置の断面図である。 図９のＩＩＩ−ＩＩＩ位置の断面図である。 図９のＩＶ−ＩＶ位置の断面図である。 アーチ形掘削機の一部分の背面図である。 同部分の図９におけるＶ−Ｖ位置での断面図である。 同じくＶＩ−ＶＩ位置での断面図である。 セグメント組立送込み機構の正面図である。 図１８におけるＶＩＩ−ＶＩＩ位置の断面図で、組み立てたセグメントを推進ジャッキで推進することで、これを介してアーチ形掘削機が推進されることを示す。 同じ位置の断面図で、アーチ形掘削機の発進時の状態を示す。 既設トンネルにおける１アーチユニットのセグメントとの接合部を示す断面図である。 当部での接合状態を示す断面図である。 従来例である曲線パイプルーフ工法の斜視図である。 同上のＸ−Ｘ位置の断面図である。

符号の説明

Ａ 本線シールドトンネル
Ｂ 分岐シールドトンネル
Ｃ１ 上部支保工
Ｃ２ 下部支保工
１ 発進横坑
２ 推進ジャッキ
３ アーチ形掘削機
４ アーチ形スリット
５・５Ａ・５Ｂ１・５Ｂ２・５Ｃ２・５Ｃ２ セグメント
６ 配管・配線系統
７ 中空部
８ 到達横坑
９ 発進横坑
１０ 到達横坑
１１ 締結ボルト用孔
１２ ピース間止水シール溝
１３ ピース間止水シール
１４ 掘削機本体
１５ａ・１５ｂ 上下のカッタビット群
１６ カッタジャッキ
１７ 方向制御ジャッキ
１８ 制御機器・計測機器配線系統
１９ カッタジャッキ油圧配管
２０ 方向制御ジャッキ油圧配管
２１ 油圧戻り配管
２２ 泥水送泥管
２３ 泥水排泥管
２４ カッタ駆動軸
２５ 案内溝
２６ カッタガイド軸
２７ スライドガイド
２８ 送泥口
２９ 排泥口
３０ 水圧計
３１ セグメント組立送込み機構
３２ セグメント送込みガイドレール
３３ セグメント揚重装置
３４ セグメント送込み装置
３５ 既設トンネルセグメント
３６ 凹部
３７ 切削可能な充填材料
３８ ボルト

Claims (5)

1. 並行するトンネル間における第１のトンネルから第２のトンネルへ向けてアーチ形の発進横坑を掘削し、該発進横坑に並置した複数の推進ジャッキでアーチ形掘削機を前記トンネルの軸方向に発進させ、発進後、前記第１のトンネル内でアーチ形に組み立てたセグメントを前記発進横坑内に送り込み、このアーチ形のセグメントを介して推進ジャッキで前記アーチ形掘削機を推進して地山をアーチ形にスリット掘削しながら、新たなアーチ形のセグメントをスリット内に順次押入れることにより、前記セグメントでアーチ形の支保工を構築することを特徴とする、トンネル拡幅のためのアーチ支保工構築方法。
2. アーチ形掘削機を掘進させるための配管をセグメントの中空部を通じて行うことを特徴とする請求項１に記載のアーチ支保工構築方法。
3. アーチ形掘削機を到達横坑まで掘進させ、到達横坑内で解体してトンネル内に回収することを特徴とする請求項１、２に記載のアーチ支保工構築方法。
4. 第１のトンネルと第２のトンネルとの間の上下それぞれにおいてスリット掘削し、これらトンネル間に上下対称のアーチ形の支保工を構築することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のアーチ支保工構築方法。
5. 並行する第１と第２のトンネル間に設置した地山をアーチ形にスリット掘削するアーチ形掘削機と、前記第１もしくは第２のトンネル内でアーチ形に組み立てたセグメントを発進横坑内に送り込むセグメント組立送込み機構と、送り込まれたアーチ形のセグメントを発進横坑内から推進することにより、セグメントをアーチ形スリット内に順次押入しながら、前記アーチ形掘削機をセグメントを介して推進させる推進ジャッキと、前記アーチ形掘削機を掘進させるため、該アーチ形掘削機と発進横坑との間をセグメントの中空部を通じて配管された配管系統とからなることを特徴とする、トンネル拡幅のためのアーチ支保工構築装置。

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