JP4956762B2 - トンネル構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、掘削したトンネル孔の内周に沿ってセグメントをエレクタにより組み付けてトンネルを構築する方法に関する。

一般に、シールド掘進機等のトンネル掘削機によって掘削したトンネル孔には、トンネルを構築すべく、セグメントがトンネル孔の内周に沿ってエレクタによりリング状に組み付けられる。

近年、トンネルの高速施工を行うために、セグメント組立の自動化・省力化が要望されている。セグメント組立の自動化・省力化は、セグメントの保持にバキュームパッド（バキューム機構）を利用し、セグメント同士の連結にワンタッチ継手を利用することなどにより達成される。

そこで、バキュームパッドによってセグメント本体の内周面を吸着すべくそのセグメント本体の内周面を平滑に形成し、セグメント本体の中央にその内外周面を貫通して、セグメントの保持を補助するセーフティピンが嵌入される保持孔を形成したセグメントが提案されている（特許文献１等参照）。

このセグメントによれば、バキュームパッドによってセグメントの内周面を吸着すると共にセーフティピンをセグメントの保持孔に嵌入することでセグメントを保持するので、セグメントの内周面にセグメント把持用の把持金物を取り付け、セグメント組立後にその把持金物を取り外すという一般的なセグメントでは必要な把持金物の着脱が不要となり、セグメント組立の自動化・省力化が可能となる。

特開平９−１８９２００号公報

しかし、上記セグメントでは、当該セグメントを用いて構築したトンネルの内周面にセグメントの保持孔による凹部が形成される。そのため、セグメント組立後（一次覆工後）、その凹部（上記保持孔）を塞ぐ止水処理等（二次覆工）を行う必要があり、この二次覆工を行うことにより、コストアップを招き、また高速施工が妨げられる。

そこで、本発明の目的は、セグメント組立後の二次覆工を省略することを可能とし、コストダウン及び高速施工に有利なトンネル構築方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、掘削したトンネル孔の内周に沿ってセグメントをエレクタにより組み付けてトンネルを構築する方法であって、上記セグメントの内周面を上記エレクタに装着したバキュームパッドに吸着すべく凹凸なく且つ平滑に形成し、そのセグメントの切羽側端面に、上記エレクタに装着したズレ防止凸部が挿入されるズレ防止凹部を形成し、且つ、上記エレクタに装着したズレ防止凸部を上記セグメントの切羽側端面に形成したズレ防止凹部に挿入すると共に、上記エレクタに装着したバキュームバッドによって凹凸なく且つ平滑に形成した上記セグメントの内周面を吸着して保持し、保持した上記セグメントを上記エレクタによって上記トンネルの周方向、径方向及び軸方向に移動させ、そのセグメントを上記トンネル孔内の所定位置に組み付けるようにしたトンネル構築方法において、上記セグメントに、その坑口側端面に継手凸部を設けると共に切羽側端面に継手凹部を形成し、その継手凹部を上記ズレ防止凹部として用いて、上記エレクタに装着したズレ防止凸部をその継手凹部に挿入するようにしたことを特徴とするトンネル構築方法である。

本発明によれば、セグメント組立後の二次覆工を省略することを可能とし、コストダウン及び高速施工に有利なトンネル構築方法を提供することができるという優れた効果を奏する。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法において用いられるセグメントの斜視図である。

図１に示すように、本実施形態に係るセグメント１は、充実断面をもつ平板状のセグメント本体２から構成されている。つまり、本実施形態に係るセグメント１は平板形セグメントである。本実施形態では、セグメント本体２は、鉄筋コンクリート製のものであり、内周面が後述するバキュームパッド３によって健全に吸着できるように凹凸なく且つ平滑に形成されている。

また、セグメント本体２は、切羽側端面２ｂに後述するズレ防止凸部（ズレ防止ピン）４が挿入されるズレ防止凹部（ズレ防止穴）５が形成されている。本実施形態では、ズレ防止穴５は切羽側端面２ｂのトンネル幅方向（トンネル周方向）中央に形成されている。また本実施形態では、ズレ防止ピン４は円錐台形状（円錐の頂部を切除した形状）に形成され、それに合わせてズレ防止穴５が円錐台穴状に形成されている。本実施形態では、セグメント本体２の切羽側端面２ｂにアンカー部材６が埋め込まれており、アンカー部材６の切羽側端面に上記ズレ防止穴５が凹設されている。

さらに、セグメント本体２は、坑口側端面２ａに継手凸部（継手ピン）７が設けられ、切羽側端面２ｂに継手凹部（継手穴）８が形成され、一方のピース間端面２ｃにコーン状に形成された雄コーン部９が設けられ、他方のピース間端面２ｄにコーン穴を有する雌コーン部１０が設けられている。本実施形態では、セグメント本体２の坑口側端面２ａにネジ穴を有するアンカー部材１１が埋め込まれており、アンカー部材１１のネジ穴に上記継手ピン７がネジ部にて螺合されている。また本実施形態では、セグメント本体２の切羽側端面２ｂにアンカー部材１２が埋め込まれており、アンカー部材１２の切羽側端面に上記継手穴８が凹設されている。また本実施形態では、セグメント本体２の上記一方のピース間端面２ｃに、上記雄コーン部９及びアンカー部１３から構成される雄金物１４が、アンカー部１３にて埋め込まれている。また本実施形態では、セグメント本体２の上記他方のピース間端面２ｄに、上記雌コーン部１０及びアンカー部１５から構成される雌金物１６が、アンカー部１５にて埋め込まれている。

図５に示すように、かかるセグメント１は、一方のピース間端面２ｃが既設のセグメント１の他方のピース間端面２ｄにトンネル軸方向にずれた状態で当接された後、軸方向に移動され、これにより、雄コーン部９が既設のセグメント１の雌コーン部１０に挿入されると共に、継手ピン７が既設のセグメント１の継手穴８に挿入され、組み付けが達成される。

次に、本実施形態に係るセグメント１を組み立てるためのエレクタ１７について図２から図４により説明する。

図２は、エレクタの側断面図である。図３は、図２の部分拡大図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

図２に示すように、エレクタ１７は、シールド掘進機（トンネル掘削機）１８の外殻をなす筒状のシールドフレーム１９内にてセグメント１をリング状に組み立てるものであり、シールドフレーム１９内にトンネル周方向に回転可能に設けられたリング状の旋回フレーム２０と、旋回フレーム２０にトンネル径方向に移動可能に装着された吊りビーム２１と、吊りビーム２１にトンネル軸方向に移動可能に設けられた移動台２２とを備え、移動台２２は、セグメント１を保持・解放するためのセグメント保持部２３を有している。

旋回フレーム２０は、シールドフレーム１９の内周面に設けられたリングガーター２４に軸支された支持ローラ２５に、回転可能に支持されている。旋回フレーム２０は、軸方向の前部に駆動ギヤ２６を有し、その駆動ギヤ２６にモータのピニオン（図示せず）が噛合されて回転駆動される。

旋回フレーム２０の軸方向の後部には、１８０度間隔で配設された一対の支持フレーム２７が、それぞれ軸方向後方に延出させて設けられている。支持フレーム２７には、吊りビーム２１がトンネル径方向に移動可能に装着されている。吊りビーム２１は、各支持ビーム２７にシールドフレーム１９の直径方向と平行に装着されたガイド筒（図示せず）に挿通されるガイド柱２８と、これらガイド柱２８の端部同士を連結する連結部２９とからＵ字状に形成されており、連結部２９と支持フレーム２７との間に介設されたジャッキ３０によってトンネル径方向に移動される。

吊りビーム２１の連結部２９には、移動台２２がトンネル軸方向に移動可能に装着されている。移動台２２は、吊りビーム２１の連結部２９に設けられトンネル軸方向に延出するガイド柱３０に挿通された筒状のガイド筒３１を有し、ガイド筒３１とガイド柱３０との間に介設されたジャッキ（図示せず）によってトンネル軸方向に移動される。

図３及び図４に示すように、移動台２２は、上記ガイド筒３１が形成された台本体３２と、台本体３２に姿勢調節部３３を介して装着されたセグメント保持部２３とから主に構成されている。セグメント保持部２３は、台本体３２に姿勢調節部３３を介して装着された保持部本体３４と、保持部本体３４の下面（トンネル径方向外側面）に装着されたバキュームパッド３と、保持部本体３４にトンネル軸方向に移動自在に装着されセグメント１（セグメント本体２）の切羽側端面２ｂに形成されたズレ防止穴５に挿入されるズレ防止凸部（ズレ防止ピン）４とを有する。

バキュームパッド３は、ゴム等の可撓性材料からリング状（高さの低い筒状）に形成されており、その上端が保持部本体３４の下面に接着等によって固定され、下端が凹凸なく且つ平滑に形成されたセグメント１の内周面に当接される。バキュームパッド３の下端をセグメント１の内周面に当接させた状態で、バキュームパッド３内の空気をバキュームポンプ（図示せず）によって排気することで、バキュームパッド３内が負圧となり、セグメント１が吸着される。

保持部本体３４には、トンネル軸方向に延出する筒状のガイド筒３５が設けられ、ガイド筒３５には、ガイド柱３６がスライド可能に挿通されている。ガイド柱３６の先端部（トンネル軸方向前部）には、トンネル幅方向に延出する接続板３７が取り付けられている。

接続板３７のトンネル幅方向の中央には、バキュームパッド３で吸着したセグメント１の切羽側端面２ｂに形成されたズレ防止穴５に挿入されるズレ防止ピン４が設けられている。

接続板３７のトンネル幅方向の両端側には、バキュームパッド３で吸着したセグメント１の切羽側端面２ｂに当接される押え部（ズレ防止板）３８が、上記ズレ防止ピン４を中間に挟むようにしてそれぞれ配設されている。ズレ防止板３８は、セグメント１を傷つけないために樹脂やウレタンゴム等の軟質材からなる。

接続板３７と保持部本体３４との間には、接続板３７をトンネル軸方向に移動させるジャッキ３９が介設されている。ジャッキ３９は、その伸縮により接続板３７を保持部本体３４に対してトンネル軸方向に移動させ、接続板３７に設けたズレ防止ピン４を、バキュームパッド３で吸着したセグメント１のズレ防止穴５に挿入・離脱させると共に、接続板３７に設けたズレ防止板３８をバキュームパッド３で吸着したセグメント１の切羽側端面２ｂに当接・離間させるものである。

次に、本実施形態に係るセグメント１を用いてトンネルを構築する方法（施工方法）について説明する。

図２に示すように、上述したエレクタ１７によって本実施形態に係るセグメント１を保持する際には、セグメント１をトンネル底部に仮置きし、旋回フレーム２０をトンネル周方向に回転させ、吊りビーム２１をトンネル径方向に移動させ、移動台２２をトンネル軸方向に移動させることで、移動台２２に装着したバキュームパッド３を、トンネル底部に仮置きしたセグメント１の内周面に当接させる。

バキュームパッド３をセグメント１の内周面に当接させた後、ジャッキ３９を収縮することで、接続板３７をトンネル軸方向後方（坑口側）に移動させ、図３、図４に示すように、接続板３７に設けたズレ防止ピン４をセグメント１の切羽側端面２ｂに形成したズレ防止穴５に挿入すると共に、接続板３７に設けたズレ防止板３８をセグメント１の切羽側端面２ｂに当接させる。これにより、セグメント１がバキュームパッド３に対して位置決めされる。

ジャッキ３９を収縮させてズレ防止ピン４をズレ防止穴５に挿入する際、ズレ防止ピン４が円錐台形状に形成されていると共にズレ防止穴５がズレ防止ピン４に応じた円錐台穴状に形成されているので、ズレ防止穴５に対するズレ防止ピン４の位置が仮にずれていてもズレ防止ピン４の位置が正規の位置に案内される。このとき、ズレ防止ピン４が設けられた接続板３７及び接続板３７が装着された保持部本体３４が、ズレ防止穴５が形成されたセグメント１に対して相対移動する。

ジャッキ３９の収縮によって、ズレ防止ピン４がズレ防止穴５に挿入されると共にズレ防止板３８がセグメント１の切羽側端面２ｂに当接された後、バキュームパッド３内の空気をバキュームポンプによって排気してバキュームパッド３によって、凹凸なく且つ平滑に形成したセグメント１の内周面を吸着保持する。セグメント１を保持した後、吊りビーム２１をトンネル径方向に移動させ、旋回フレーム２０をトンネル周方向に回転させ、移動台２２をトンネル軸方向に移動させることで、バキュームパッド３、ズレ防止ピン４及びズレ防止板３８によって保持したセグメント１を所望の組付位置に移動させ、図５に示すように、既設のセグメント１に組み付ける。

バキュームパッド３等によって保持したセグメント１をトンネル軸方向後方（坑口側）に移動させて既設のセグメント１に押し付けて組み付ける際、保持したセグメント１は既設のセグメント１からトンネル軸方向前方（切羽側）の反力を受けることになるが、この反力は図３に示すようにバキュームパッド３で保持したセグメント１の切羽側端面２ｂに当接された接続板３７のズレ防止ピン４及びズレ防止板３８によって支持される。よって、保持したセグメント１をバキュームパッド３に対してずらすことなく所定の適切な力で坑口側の既設のセグメント１に押し付けることができる。

このように本実施形態では、セグメント１（セグメント本体２）の内周面を凹凸なく且つ平滑に形成し、セグメント本体２の切羽側端面２ｂを利用するズレ防止ピン４及びズレ防止穴５によってバキュームパッド３によるセグメント１の吸着保持を補助しているので、セグメント１の内周面にセーフティピン（特許文献１参照）を嵌入するための保持孔を設ける必要がない。よって、掘削したトンネル孔の内周に沿ってセグメント１をエレクタ１７により組み付けた後（一次覆工後）、上記保持孔を塞ぐ止水処理等（二次覆工）が不要となり、コストダウン及び高速施工を実現できる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、セグメント本体２の切羽側端面２ｂに形成するズレ防止凹部（ズレ防止穴）５の形状、数量及び位置等は上記実施形態には限定はされない。例えば、ズレ防止凸部（ズレ防止ピン）４を円柱状としズレ防止穴５を円穴としても良く、ズレ防止ピン４を角柱状としズレ防止穴５を角穴としても良い。また、図６に示すように、ズレ防止ピン４及びズレ防止穴５を２個としズレ防止板３８を１個としても良い。

また、図７に示すように、エレクタ１７に装着するズレ防止凸部（ズレ防止ピン）４をセグメント本体２の切羽側端面２ｂに設ける継手凹部（継手穴）８に対して挿入・離脱可能に形成し、バキュームパッド３によって保持したセグメント１の継手穴８に、ズレ防止ピン４を挿入するようにしても良い。つまり、ズレ防止穴５と継手穴８とを共用にしても良い。その場合、複数設けた継手穴８の全部を共用にしても良く、一部を共用にしても良い。

本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法において用いられるセグメントの斜視図である。 エレクタの側断面図である。 図２の部分拡大図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 エレクタによるセグメント組立の様子を示す説明図である。 変形例を説明するための説明図である。 変形例を説明するための説明図である。

符号の説明

１ セグメント
２ セグメント本体
２ａ 坑口側端面
２ｂ 切羽側端面
３ バキュームパッド
４ ズレ防止凸部（ズレ防止ピン）
５ ズレ防止凹部（ズレ防止穴）
７ 継手凸部（継手ピン）
８ 継手凹部（継手穴）
１７ エレクタ

Claims (1)

1. 掘削したトンネル孔の内周に沿ってセグメントをエレクタにより組み付けてトンネルを構築する方法であって、
   上記セグメントの内周面を上記エレクタに装着したバキュームパッドに吸着すべく凹凸なく且つ平滑に形成し、そのセグメントの切羽側端面に、上記エレクタに装着したズレ防止凸部が挿入されるズレ防止凹部を形成し、且つ、
   上記エレクタに装着したズレ防止凸部を上記セグメントの切羽側端面に形成したズレ防止凹部に挿入すると共に、上記エレクタに装着したバキュームバッドによって凹凸なく且つ平滑に形成した上記セグメントの内周面を吸着して保持し、保持した上記セグメントを上記エレクタによって上記トンネルの周方向、径方向及び軸方向に移動させ、そのセグメントを上記トンネル孔内の所定位置に組み付けるようにしたトンネル構築方法において、 上記セグメントに、その坑口側端面に継手凸部を設けると共に切羽側端面に継手凹部を形成し、その継手凹部を上記ズレ防止凹部として用いて、上記エレクタに装着したズレ防止凸部をその継手凹部に挿入するようにしたことを特徴とするトンネル構築方法。

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