JPH01315586A - トンネルの拡径方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ではないが鉄道用トンネルを、使用に供しながら拡径す
る方法に関する。

トンネルは、道路または鉄道等の交通網の拡張に当たっ
て特にネックとなる部分である。すなわちトンネルとは
、うまいまわり道がある可能性がなく、しかも拡径掘さ
くを行なう場所の地質に関連して様々な技術的な問題を
伴ないながら、局限された空間内で作業を進めなければ
ならないという宿命的なところである。

高速自動車道路では通常、ラシュアワーにおける渋滞が
著しくなるという代償はあるものの対向車線を使って対
面交通を行なわせることが可能ではあるが、このような
ことは一般の道路網では通常行なえる可能性がなく、こ
とに鉄道においては全く不可能である。

それゆえ、一般の道路用トンネルおよび鉄道トンネルを
グレードアップする場合（鉄道トンネルにあっては電化
、軌道拡張、複線化などのために拡径する場合）にはほ
とんど常に、その路線を一時的に連用停止し、旅客のた
めに代替交通手段を提供しかつ貨物列車のための迂回路
線を提供するという問題を包含するのである。

また一般に、トンネルは地質構造が変化するところを掘
り抜いて建設されるもので、その掘さくのテクニックは
、拡径しようとする全区間にわたって変えてゆかねばな
らないという事実がある。このことは、地質に従って異
なる掘さく機械類を用いざるを得ず、このため機械類の
取り換え、運搬および待機のための時間が増し費用が高
くなる。

従って本発明の目的は、上述の従来法の不便ないしは欠
点がなく、とりわけてトンネルを本来の目的に使用しな
がらその拡径作業を行なうことを可能とするトンネル拡
径法およびそのための装置を提供することにある。

すなわち本発明は、既存のトンネルを使用しながら拡径
する方法において、 ａ）少なくとも拡径工事中のトンネル区間において元の
トンネル内に保護シールドを設置してこのトンネル区間
における交通を保護する段階、ｂ）　この拡径しようと
する区間を、結果的に拡径されるトンネルの外孤面に実
質的に対応する横断面について強化する段階、 Ｃ）古いライニングおよび上にかぶさるカバ一部分を直
接張り間のレベルまで打ちこわす段階、ｄ）前記直接張
り間を打ちこわす段階、およびｅ）　このように拡径し
たトンネルをライニングする段階 を所定長さの区間について連続して行なうことから成る
ことを特徴とする方法にある。

また本発明は、少なくともひとつのポータル構造体と、
少なくともひとつの工具キャリエージのためのガイドま
たはラックと、少なくとも拡径工事を行なう領域にある
元のトンネル内に固定または可動構造体として形成した
少なくともひとつの保護シールドとを包含し、前記ポー
タル構造体は最終拡径トンネルに対応する形状を有し、
前記保護シールドは元のトンネルの横断面の一部を実質
的にそのままに残して装置内でさまたげられない交通を
許容するようにしたことを特徴とするトンネル拡径装置
にある。

以下本発明を、添付図面に例示したその好適な実施例に
ついて詳述する。

第１図はトンネル拡径の典型的な場合を示すものであっ
て、既存の鉄道トンネルを符号ｌで示し、そのドームを
符号２で示す。この既存の鉄道トンネルを上方に拡径し
て例えば電化のために架線を張れるように、もっと高さ
の高いドーム４を有する゛トンネル３の寸法としようと
するのである。

他の施工例としては複線用のトンネルに拡径するとか、
路線数を増加するために拡径するとかである。これらは
、詳細には図示していないが実質的に前述の実施例と同
じであるが、水平方向の拡張が大部分であって、これに
従って軌道は再び配置し直す必要がある。

第２図および第３図は、プレミル（登録商標）法として
知られる、粘度質のような軟質地盤に特に有効であるメ
カニカルプレカット掘さく法によって拡径掘さくしてい
るトンネルの横断面および軸線方向断面を示す。この掘
さく法によれば、拡径しようとする部分を掘さくするに
先立って、萌掘り１７を最終拡径トンネルの断面の外孤
面３に沿つて施す。これは自己推進式のポータルに構造
体８に装架したメカニカルヘッドによって駆動されるメ
カニカルカッタによる。この掘さくの形状および長さに
ついては予じめ決め手おく。

さらに詳細には、ブレード６を有するカッタ７を、ポー
タル構造体８によって支承されているラック９（第２図
）に沿って、拡径トンネルの最終形状に従って動かすの
である。

この最終トンネル横断面形状と同様な寸法のポータル構
造体８は、その下で列車５が通過するのを許容するもの
である。前述の工事を行ないながらポータル構造体の下
を通る列車またはその他の車両を保護するために本発明
では、当初のトンネル１の中に固定または可動の保護ド
ームまたはシールド６０をポータル構造体の下に設けで
ある。第３図に示すように、シールド６０は少なくとも
、拡径工事にかかわるトンネルの区間すなわちプレカッ
ト１７の前方の古いライニングｌと新しいライニングし
た拡径部分１９との間に配設される。図面から明らかな
ようＩζ、シールドの横断面は車両が妨げられずに通過
するに充分な高さおよび広さとしである。

かくして本発明は、トンネル内交通を中断させずに拡径
、ライニング工事を実行できるようにするのである。

ポータル構造体８は二連のサポートによってトンネル床
面上に置かれている。これらのサポートは持ち上げて長
芋方向に移動せしめることができ、トンネル内を自走方
式で府道する。

カッタ７は縦通材（図示していない）上を動き、ブレー
ド６を切削面に挿置して、カッタ７をラック９に沿って
動かして全外孤面３に沿ってカット１７を形成するので
ある。

プレカット１７をなしたあと、ここにコンクリートを注
入して第２図および第３図に示す保護ライニング２０を
形成する。このようにして最終ライニング１６の外側に
安定シェルを形成するのである。

この安定シェルは土圧に耐え、ライニング１６を形成す
るまでの間、下の土の掘さくのために良好な作業条件を
与えるものである。好適には、この安定シェルはリブ１
８によって補強する。このリブ１８は第３図に示すよう
にブレライニング２０の各個の長さに対応して設置する
。

土壌の性質に依存してトンネルの強化およびプレライニ
ングは他の手段例えばコンクリート混合物の浸透または
注入（ジェットグラウチング）法のような手段によって
行なうこともできる。

いずれの場合にしても、プレミル法を用いるか浸透法に
よるかジェットグラウチング法によるかにより、ユニッ
トのヘッドを交換して（切さく用ヘッドか、穿孔用ヘッ
ドか、注入用ヘッドか、ジェットグラウチング用ヘッド
か）工事を進めるのである。これらのヘッドは第２図お
よび第３図について詳述するようにしてポータル構造体
に嵌合せしめた可動体上に装架される。好適にはカッタ
７および交換可能のヘッドは同一ボータル構造体８にお
いて交換可能とする。

第４図に前述の強化法の適用例を略示するもので、ポー
タル構造体に沿って動く工具５１で一連の円筒形の強化
エレメント５０を形成する。このようにして形成した強
化エレメント５０は第５図にら示されている。この第５
図は、拡径したトンネル内を通る列車５を、最終ライニ
ング１６と、第２図および第３図のプレライニング２０
に用いたのと同じかまたはこれと異なった、既知の方法
で形成するプレライニング２ＯＡと共に示すものである
。

さて、第６図ないし第１１図において、浸透法かまたは
ジェットグラウチング法のいずれかによって一旦強化を
行ない、および／またはプレライニングを完成させた後
、掘さくおよび最終ライニングをす＼めるのである。古
いライニングの取りこわしおよび周囲の土壌の掘さくは
各種のやり方で行なうことができる。

もし交通がまばらであって、充分に長い時間の間車両が
トンネル内を通らない場合には第６図および第７図に示
すシステムを用いることができる。

このシステムによれば、シールドは可動で、古いライニ
ングの直下から近付いて掘さくおよび魔王の搬出ができ
るようにしなければならない。事実廃土用のワゴン２２
が軌条２１上を走行し、その上にホッパまたは上部廃土
コレクタ２３を担持せしめている。このホッパ２３は直
接張り間３０．３１間で元のトンネルの中−杯に延在し
ている。ホッパ２３は第６図に示されているように、前
進するにつれて直接張り間を背後に残してゆく形状とし
である。

この残した直接張り間はあとで掘さくされるのである。

このようにして、古いドームのライニングｌの取りこわ
しから生ずる魔王２４はトンネルの床面上に落さず、こ
の床面をきれいにしておき、レールが完全に使用できよ
うにするのである。

この段階の掘さくおよび取りこわしは、土壌の種類に適
合し安全のための規制を満足する任意の方法によって行
なうことができる。従って、このための掘さく装置につ
いては特に図示はしていない。

第７図においては、少なくとも１台のワゴン２６を用い
て行なう直接張り間３０の取りこわしを示している。こ
のワゴン２６は車輪２９で動き、コンテナ２５をそなえ
、これによりトンネルの外へ魔王を搬出することができ
る。ワゴン２６にはひとつ、または必要によりふたつの
関節接続の掘さくアーム２７゜２９をそなえている。こ
のアームには魔王を掘り取りコンテナ２５に移すパケッ
トがとりつけである。

次いでシールドはその保護位置に戻され、ワゴン２２お
よび２６はトンネル入口外方の側線に移され、このトン
ネルは列車または他の車両が通過できる状態となる。

本発明方法によれば、掘さく、プレライニング、搬出お
よび最終ライニングの形成の工程が古いトンネルの端部
５３と新しい仕上がったトンネル１９の始まり（第３図
）との間に未完成区間を残すようにして、−緒に進めら
れるのである。

第８図ないし第１１図に示す実施例は、保護用シールド
をトンネル拡径中継続して用いる作業方法を示す。この
場合、すべての業務用施設（信号器および列車用の電力
架線などを含む）がシールドの下に配設された後に、こ
のシールド自体を設ける。好適にはレール２１の側方に
サービスレール６２を敷設し、シールドをたとえばジヤ
ツキ６６により古いトンネルのライニング６８（第９図
）に固定するのである。前述のように、このシールドの
長さは変えることができるが、その長さは列車を露出せ
しめることなく、または列車の通過区域を露出せしめる
ことなく、トンネルの任意の区間で工事を完成すること
ができるような長とするのである。

このシールドを配設して、工事の前述の工程を進める。

第８図および第１０図から明らかなように、この場合の
装置はドームまたはポータル構造体８から成る。このポ
ータル構造体にはこれを補強するプレースが嵌めである
。ポータル構造体には外部ラックを取付けである。この
外部ラック上を工具担持キャリエージ５４が移動するの
である。工具担持キャリエージ５４は、ギヤドモータ／
ピニオンシステムにより外部ラックの一端から他端へと
拡径トンネルの形状に忠実に従って移動することができ
る。

この運動は工具担持キャリエージを滑動ベースに装架す
ることにより容易化される。この滑動ベースはドームの
横断面形状に従うことを許容するもので、このようにし
て外部ラックの曲率半径に偏差があってもこれを補償す
る。

工具担持キャリエージ５４にはレール上に装架され水平
に対し傾けることができるシェド７２を設けである。こ
のシェド７２によりカブタブレードでトンネルの外孤面
３に沿って傾斜したカット１７を形成せしめたり、カッ
タヘッドを適宜の工具に取り換えて、侵入、注入または
ジェットグラウチング法のいずれかによる強化を可能と
する。このシェドは水平方向に移動せしめて工具ヘッド
を掘さく面に入れたりここから引き出したりできる。

装置全体は好適には標準サービスポータル８８に近接し
て配置され、正規の保守作業や、このポータル８８の内
部に収容されているヘッドのひとつにマシーンヘッドを
交換する作業に便ならしめている。

ポータル構造体（第８図）の前部および側部には、強化
エレメントの下のトンネルの前孤面に沿って旧さくおよ
び取りこわしを行なう交換可能の工具を取り付けたひと
つまたはそれ以上のメカニカルアーム５５がある。

サービスポータルは掘さく面で用いていない装備を収納
する前述の機能のほか、ドーム補強リブ１８の位相およ
び貯蔵のためにも用いられ、これによりドーム補強リブ
の装架を容易にしている。

好適な実施例においては、ひとつ以上の数のサービスポ
ータルが設けてあり、それぞれ１時的ライニングの設置
、防止ライニングの設置、さらには最終ライニングの設
置の作業に用いられる。

フェースポータルおよびサービスポータルの両方は好適
には、アンカーおよびスタビライザをそなえ作業中能動
化せしめられる電動ウオーキングビームにより自走せし
められる。

好適には第１θ図に示すように、サービスダクトおよび
通路を保護シールドの上方に設けて電力供給源７８、使
用済空気の排出管８０、コンクリート送給、圧縮空気送
給および給水用の管路８２をこの保護シールドの上とす
る。メカニカルアーム５５により掘り取った廃土はコン
ベヤベルト１００により搬出することができる。

古いトンネルの強化、取りこわしに引続いて、作業は一
時的ライニングの施工、防水ライニングの施工、さらに
は最終ライニングの施工に進む。

これらの作業段階は実質的に既知の設備を使うので第８
図ないし第１１図には詳しくは示していない。

これらの作業はコンソリデージョン７６と保護シールド
６０の外側との間に残る空間で行なわなければならない
。

これらの作業を終わると、トンネルは第１１図に示す形
状となる。第１１図では最終ライニング１６が保護バリ
ヤ９６から離れて形成されていることが示されている。

保護バリヤ９６は、列車５のための軌条を、コンベヤベ
ルト１００、ダンプカー９８またはワゴン（図示してな
い）で搬出される廃土から隔離するのである。

第１２図ないし第１６図は既存の倒立アーチなしに、ま
たは既存の倒立アーチが使えない時または改良しなけれ
ばならない時に、トンネルを安定化せしめる３つの可能
な解決策を示すものである。

第１２図ないし第１４図は軌条の下で作用する倒立アー
チを構築する３つの段階を略示するものである。

掘さくは前述のプレミル法で用いたものと同様な、ポー
タル構造体の側方に装架した１対のカッタ５６を用いて
行なう。この掘さくの後、最終ライニングを正規位置に
施工する（第１３図）。

この作業中、軌条２１にはたとえばビーム５７（第１４
図）のような適宜のサポートを設けておく。第１３図に
おいてはトンネルの最約の形状が示されている。

この代りに、ストラット３５（第１５図）を設置するこ
ともできる。このストラットは現場打ちまたはプレハブ
のコンリートビームとするかまたは金属ガーダとするこ
とができる。また、成る条件の下では、直接振り間サブ
ファウンデーション４９を設けるか、またはパイル打ち
込みまたはジェットグラウチングにより地盤を強化して
倒立アーチと同じ機能を果たさせることができる（第１
９図）。

以上本発明を鉄道トンネルの拡径に関するその好適な実
施例について詳述したが、本発明は必要な変更を加える
ことにより一般道路トンネル、高速道路トンネルに用い
ることができることはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

第１図は拡径しようとするトンネルの新旧の横断面形状
を示す断面図、第２図は拡径工事中の本発明装置の背面
図、第３図は拡径工事中のトンネルを通過する列車を示
すトンネルの軸線方向断面図、第４図および第５図はそ
れぞれ拡径中および最終ライニング施工後のトンネルの
横断面図、第６図は古いライニングの打ちこわしと軌道
を利用する廃土搬出のワゴンを示すトンネルの横断面図
、第７図は直接張り間の打ちこわしを示す同様な図、第
８図は複数の移動構造体を用いて拡径工事を行なってい
るトンネルの軸線方向断面図、第９図ないし第１１図は
それぞれ拡径工事前、拡径工事中、および拡径工事後の
トンネルの横断面図、第１２図、第１３図、第１５図お
よび第１６図は倒立アーチの築造中のトンネルを暗示す
る横断面図、第１４図は倒立アーチの築造中のトンネル
の平面図である。 ｌ・・既存のトンネル、２・・既存のドーム、３・・ト
ンネルまたは外孤面、４・・ドーム、６・・ブレード、
７・・カッタ、８・・ポータル構造体、９・・ラック、
１６・・最終ライニング、１７・・プレカット、１８・
・リブ、１９・・拡径区間、２０・・プレライニング、
２１・・軌条、２２・・廃土ワゴン、２３・・魔王コレ
クタ、２４・・廃土、２５・・コンテナ、２６・・ワゴ
ン、２７．２８・・掘さくアーム、３０．３１・・直接
張り間、５ｏ・・強化エレメント、５３・・端部、５４
・・工具担持キャリエージ、６０・・シールド、６２・
・サービス軌条、６６・・ジヤツキ、６８・・ライニン
グ、７２・・シェド、８８・・サービスポータル、１０
０　・・コンベヤベルト。 ｆシフとｑ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　既存のトンネルを使用しながら拡径する方法におい
   て、 ａ）少なくとも拡径工事中のトンネル区間において元の
   トンネル内に保護シールドを設置してこのトンネル区間
   における交通を保護する段階、 ｂ）この拡径しようとする区間を、結果的に拡径される
   トンネルの外孤面に実質的に対応する横断面について強
   化する段階、 ｃ）古いライニングおよび上にかぶさるカバー部分を直
   接張り間のレベルまで打ちこわす段階、 ｄ）前記直接張り間を打ちこわす段階、および ｅ）このように拡径したトンネルをライニングする段階 を所定長さの区間について連続して行なうことから成る
   ことを特徴とする方法。 ２　請求項１記載の方法において、前記強化を、既に打
   ちこわしを行なったトンネル区間に直ぐ続くトンネル区
   間に行ない、前記最終ライニングは前記打ちこわしを行
   なったトンネル区間のあとのトンネル区間に施すことを
   特徴とする方法。 ３　請求項１または２に記載の方法において、前記強化
   作業が、倒立アーチのサンプルまたはセクションおよび
   ／または前記トンネルの直接張り間のサブファウンデー
   ションおよび強化の作業による構築から成ることを特徴
   とする方法。 ４　請求項１ないし３のいずれかに記載の方法において
   、前記強化および最終ライニングが、ポータル構造体に
   よって支持されたひとつまたはそれ以上の数のガイドま
   たはラックに沿って移動する工具によって行なわれ、前
   記ラックおよび前記ポータル構造体が拡径したトンネル
   の最終横断面形状に合致するような形であることを特徴
   とする方法。 ５　請求項４記載の方法において、前記ポータル構造体
   および前記ガイドが、掘さく面と最終ライニング面との
   間を歩進的に前進するようにしたことを特徴とする方法
   。 ６　請求項１ないし５のいずれかに記載の方法において
   、前記段階ｂ）を、トンネルの掘さく面から始まり拡径
   したトンネルの最終断面の外孤面に沿って前進カットを
   行ない、この前進カットにコンクリートを実質的に充填
   してドームのための保護および安定化シェルを形成する
   ことにより実行することを特徴とする方法。 ７　請求項１ないし５のいずれかに記載の方法において
   、前記強化を、浸透法、注入法またはジェットグラウチ
   ング法として知られる技術のひとつにより行なうことを
   特徴とする方法。 ８　請求項６または７記載の方法において、強化エレメ
   ントの各群をこれに続く強化エレメントの群と適当な距
   離をおいて重復せしめることを特徴とする方法。 ９　請求項１ないし８のいずれかに記載の方法において
   、段階ｃ）およびｄ）が、トンネルに沿って移動でき前
   記直接張り間の高さの上方で元のトンネルの幅と同じよ
   うな幅を有する材料収集ホッパを有する少なくともひと
   つの第１のワゴンおよび、少なくともひとつの掘さくア
   ームと廃土コンテナとをそなえた少なくともひとつの同
   様な第２のワゴンにより、それぞれ行なうことを特徴と
   する方法。 １０　請求項１ないし８のいずれかに記載の方法におい
   て、前記シールドの外孤面の外方でトンネルの拡径を行
   なうことを特徴とする方法。 １１　請求項１０記載の方法において、前記保護シール
   ドの外孤面と前記強化領域の外孤面との間で作用する少
   なくともひとつのポータル構造体により支持され作動せ
   しめられる機械的関節接続のアームおよび工具によって
   前記段階ｃ）およびｄ）の取りこわしまたは掘さくを実
   行することを特徴とする方法。 １２　請求項１０記載の方法において、前記段階ｃ）お
   よびｄ）の廃土の搬出を、前記保護シールドの外部で作
   動するダンプカー、ワゴンおよび／またはコンベヤベル
   トによって行なうことを特徴とする方法。 １３　請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法にお
   いて、前記ライニング段階を、トンネルの防水および最
   終ライニングのための設備を装架した複数個のポータル
   構造体で行なうことを特徴とする方法。 １４　少なくともひとつのポータル構造体と、少なくと
   もひとつの工具キャリエージのためのガイドまたはラッ
   クと、少なくとも拡径工事を行なう領域にある元のトン
   ネル内に固定または可動構造体として形成した少なくと
   もひとつの保護シールドとを包含し、前記ポータル構造
   体は最終拡径トンネルに対応する形状を有し、前記保護
   シールドは元のトンネルの横断面の一部を実質的にその
   ままに残して装置内でさまたげられない交通を許容する
   ようにしたことを特徴とするトンネル拡径装置。 １５　請求項１４記載の装置において、前記ポータル構
   造体が、電動支持ビームに乗った補強横部材に取り付け
   たドーム構造体から成ること、および前記工具キャリエ
   ージのためのガイドが前記ドーム構造体の外面上にある
   ことを特徴とする装置。 １６　請求項１５記載の装置において、前記工具キャリ
   エージが、前記ガイドに沿う並進を行なうラックピニオ
   ン装置と、傾斜を調節する液圧シリンダ装置と、前記工
   具キャリエージに取り付けた工具の長手方向の並進を行
   ないこの工具自体の移動を果たすラックピニオン装置と
   をそなえていることを特徴とする装置。 １７　請求項１４ないし１６のいずれかに記載の装置に
   おいて、前記トンネルのドーム、直接張り間および／ま
   たは倒立アーチの強化を行なうと共に前記掘さく作業を
   行なう装置を担持する第１のポータル構造体と、この第
   １のポータル構造体の下流側に設けられ前記トンネルの
   防水とライニングに関係する連続的な作業を実行する装
   置をそなえた複数個の附加的なポータル構造体とをそな
   えたことを特徴とする装置。 １８　請求項１７記載の装置において、前記ドームおよ
   び前記直接張り間の強化を実行する装置が、前記トンネ
   ルの倒立アーチを強化する装置を担持するポータル構造
   体とは別のポータル構造体に支持されていることを特徴
   とする装置。 １９　請求項１７または１８に記載の装置において、前
   述の強化、掘さく、ライニングの作業を行なう装置のす
   べてが前記保護シールドの外方に配設されていることを
   特徴とする装置。 ２０　請求項１４ないし１８のいずれかに記載の装置に
   おいて、前記トンネルに沿って移動ができ、前記直接張
   り間の高さの上方で元のトンネルと実質的に同じ幅を有
   する材料ホッパを有する少なくともひとつの第１のワゴ
   ンから成る廃土搬出装置と、少なくともひとつの掘さく
   アームと廃土コンテナとをそなえた少なくともひとつの
   第２のワゴンから成る直接張り間打ちこわし装置とを有
   することを特徴とする装置。