JPH10131689A - トンネル覆工装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル覆工装置において、トンネル覆工作
業の容易化及び作業コストの低減を図る。 【解決手段】 井桁形状をなす複数のリングピース１３
を既設トンネルの内壁面１２に所定間隔をもってリング
状に並設する組付装置１６と、このリングピース１３に
対してその内側に沿って配設される複数の内型枠１５
と、リングピース１３及び内型枠１５の端面を保持可能
な押付リング２４と、この押付リングを既設トンネルの
長手方向に沿って移動自在に支持すると共に押付リング
を介してリングピース１３及び内型枠１５を押し付けて
位置決めするシールドジャッキ２２と、既設トンネルの
内壁面１２と位置決めされた内型枠１５との間にコンク
リートを打設するコンクリート打設ノズル２５ａ，２５
ｂを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル掘削機に
よって掘削されたトンネルの覆工を行うトンネル覆工装
置及びトンネル覆工方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５に一般的なシールド掘削機の概略を
示す。

【０００３】図５に示すように、シールド掘削機におい
て、掘削機本体としての円筒形状をなすスキンプレート
101の前部には回転軸102が回転自在に装着され、この回
転軸102の前端部にはカッタヘッド103が固結されてお
り、このカッタヘッド103の前面には多数のカッタビッ
ト104が固定されている。そして、回転軸102の後部には
リングギア105が固定される一方、スキンプレート101に
は油圧モータ106が取付けられ、この油圧モータ106の駆
動ギア107がこのリングギア105に噛み合っている。従っ
て、油圧モータ106を駆動して駆動ギア107を回転駆動す
ると、リングギア105を介して回転軸102及びカッタヘッ
ド103を回転することができる。

【０００４】また、スキンプレート101にはカッタヘッ
ド103の後方に位置してバルクヘッド108が取付けられて
おり、カッタヘッド103とこのバルクヘッド108との間に
チャンバ室109が形成されている。そして、このチャン
バ室109には一端がシールド掘削機の外部に延設された
送泥管110及び排泥管111の他端が開口しており、排泥管
111の開口部分の近傍には掘削土砂と泥水とを攪拌、混
合するアジテータ112が設置されている。

【０００５】更に、スキンプレート101の後部外周辺に
は円周方向に複数のシールドジャッキ113が並設されて
おり、このシールドジャッキ113がシールド掘削機の掘
進方向後方に伸長して掘削したトンネル内周面に構築さ
れた図示しない既設のセグメントＳに押し付けること
で、その反力によりスキンプレート101、即ち、シール
ド掘削機全体を前進することができる。一方、スキンプ
レート101の後部中央部にはセグメントエレクタ114が設
けられており、このセグメントエレクタ114はシールド
ジャッキ113によって前進したスキンプレート101と既設
のセグメントＳとの間の空所に新しいセグメントＳを装
着してトンネルを構築することができる。

【０００６】従って、トンネルを掘削形成するには、ま
ず、油圧モータ106によってカッタヘッド103を駆動回転
する一方、複数のシールドジャッキ103を伸長し、既設
のセグメントＳへの押し付け反力によってスキンプレー
ト101を前進させるこどて、カッタヘッド103に固定され
た多数のカッタビット104が前方の地盤を掘削する。そ
して、カッタビット104によって掘削された土砂はチャ
ンバ室109内に取り込まれ、送泥管110から給水されてア
ジテータ112により掘削土砂と送水とが攪拌、混合さ
れ、排泥管111により外部に排出される。次に、シール
ドジャッキ113の何れか一つを縮み方向に作動して既設
のセグメントＳとの間に空所を形成し、セグメントエレ
クタ114によってこの空所に新しいセグメントＳを装着
する。この作業の繰り返しによって所定長さのトンネル
を掘削形成していく。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したトンネル掘削
機にあっては、搬送台車やクレーン等を用いて既設のト
ンネル内に多数のセグメントＳを搬入し、セグメントエ
レクタ114がこのセグメントＳを把持して所定の位置に
組み付けている。このセグメントＳは内部が鉄筋構造で
あって外部がコンクリートとなっているため、剛性は充
分に確保されるものの重量が大きく、搬送や供給、取り
扱いなどが面倒であり、コストも上昇してしまうと共
に、組立時間が長くかかってしまうという問題があっ
た。また、既設トンネルの内壁面にセグメントＳを組み
付けるとき、セグメント同志の接合部で水漏れ防止機能
を確保する必要があることから、高い組付精度が要求さ
れ、位置決めが面倒とであるという問題があった。

【０００８】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、トンネル覆工作業の容易化及び作業コストの低
減を図ったトンネル覆工装置及びトンネル覆工方法を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明のトンネル覆工装置は、既設トンネルの内壁
面に沿って設けられた外周リングと、井桁形状をなす複
数のリングピースを前記既設トンネルの内壁面に所定間
隔をもってリング状に並設するリングピース組付手段
と、前記既設トンネルの内壁面に所定間隔をもって並設
された前記リングピースに対してその内周面に沿って付
設される複数の内型枠と、外周面が前記外周リングの内
周面に対向して位置すると共に前記リングピース及び内
型枠の端面を保持可能な押付リングと、該押付リングを
前記既設トンネルの長手方向に沿って移動自在に支持す
ると共に該押付リングを介して前記リングピース及び内
型枠を押し付けて位置決めする押付手段と、前記既設ト
ンネルの内壁面と前記位置決めされた内型枠との間にコ
ンクリートを打設するコンクリート打設手段とを具えた
ことを特徴とするものである。

【００１０】従って、掘削機によって掘削された既設ト
ンネルの内壁面にリングピース組付手段によって井桁形
状をなす複数のリングピースを所定間隔をもってリング
状に並設し、このリング状のリングピースの内周面に沿
って複数の内型枠を付設し、押付リングをこのリングピ
ース及び内型枠の端面に接触して保持させ、押付手段に
よってこの押付リングに対して既設トンネルの長手方向
に後方に押付力を作用させることで、押付リングを介し
てリングピース及び内型枠を位置決め支持し、この状態
でコンクリート打設手段によって既設トンネルの内壁面
と内型枠との間にコンクリートを打設し、コンクリート
の硬化後に内型枠を外すことで覆工がなされ、この作業
を繰り返すことによってトンネル構造体が形成されるこ
ととなり、リング状に並設された複数のリングピースと
打設して硬化したコンクリートとがトンネル構造体を構
成することとなり、設備コストが減少する一方で充分な
強度が確保されることとなる。

【００１１】また、本発明のトンネル覆工方法は、掘削
機によって掘削された所定断面形状のトンネルに対し
て、湾曲した井桁形状のリングピースを該既設トンネル
の内壁面と所定間隔をもって周方向に沿って複数リング
状に並設すると共に、該複数のリングピースを互いに連
結固定し、該リング状に連結された複数のリングピース
の内側に湾曲した内型枠を該リングピースの内周面と所
定間隔をもって周方向に沿って複数リング状に並設する
と共に、該複数の内型枠を互いに連結し、前記リングピ
ース及び内型枠の端面を押付手段によって前記既設トン
ネルの長手方向に沿って押し付けて支持し、この状態で
前記トンネル内壁面と複数の内型枠との間にコンクリー
トを打設してトンネル構造体を形成することを特徴とす
るものである。

【００１２】従って、作業が簡単で、使用する設備等も
小型化が可能となり、一方で、リング状に並設された複
数のリングピースと打設して硬化したコンクリートとが
トンネル構造体を構成することで、設備コストが減少し
て強度も充分に確保されることとなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき、本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００１４】図１及び図２に本発明の一実施形態に係る
トンネル覆工装置による覆工作業を説明するための概
略、図３及び図４にトンネル覆工に用いる内型枠の概略
を示す。

【００１５】図１に示すように、本実施形態のトンネル
覆工装置によって形成されるトンネル構造体１１は、既
設トンネルの内壁面１２に所定間隔をもってリング状に
並設された複数のリングピース１３と、この既設トンネ
ルの内壁面１２とリング状をなす複数のリングピース１
３との間の空間部に打設されるコンクリート１４によっ
てなるものである。そのため、この既設トンネルの内壁
面１２の内側に、複数のリングピース１３を含むコンク
リート打設空間部を確保するため、この複数のリングピ
ース１３の内周面１２に所定間隔をもって付設する複数
の内型枠１５が必要となる。更に、リングピース１３及
び内型枠１５を組み付けるための組付装置１６も必要と
なる。

【００１６】そして、本実施形態のトンネル覆工装置に
おいて、図示しないトンネル掘削機のテールプレート
（外周リング）２１の内側にはシールドジャッキ２２が
周方向に沿って複数並設されており、このシールドジャ
ッキ２２の後方に伸びる駆動ロッド２３の先端部には押
付リング２４が取付けられている。この押付リング２４
は外周面がテールプレート２１の内周面に対向して位置
すると共に、図示しないシール部材が介装されている。
また、この押付リング２４は前端面に嵌合凹部２４ａが
形成されており、この嵌合凹部２４ａはリングピース１
３の端部に嵌合して支持することができ、且つ、外周部
がテールプレート２１の内周面に密着する一方、内周部
が内型枠１５に密着することで、テールプレート２１
（既設トンネルの内壁面１２）と内型枠１５との間にコ
ンクリート打設空間部を形成することができる。更に、
押付リング２４の後端部には２つのコンクリート打設ノ
ズル２５ａ，２５ｂが設けられ、第１のコンクリート打
設ノズル２７ａはテールプレート２１とリングピース１
３との間に位置し、第２のコンクリート打設ノズル２７
ｂはリングピース１３と内型枠１５との間に位置してお
り、このコンクリート打設ノズル２５ａ，２５ｂによっ
てコンクリート打設空間部にコンクリート１４を打設す
ることができる。

【００１７】また、リングピース１３及び内型枠１５を
組み付ける組付装置１６は、トンネル掘削機本体に連結
された伸縮アーム３１にスライドアーム３２を介して装
着され、既設トンネルの軸方向、周方向、径方向に移動
することができる。そして、この組付装置１６はリング
ピース１３の把持具１３ａ及び内型枠１５の把持具１５
ａを把持する把持機構３３を有している。

【００１８】ところで、リングピース１３はトンネル構
造体１１の一部を構成するためのものであって、井桁形
状をなし、且つ、鉄骨構造とすることでトンネル構造体
１１の剛性を確保する一方、簡素化及び軽量化が図られ
ている。また、内型枠１５は湾曲した板形状をなしてコ
ンクリート打設孔２６を有し、トンネル構造体１１の内
周面の精度を確保するように高精度に組付けられる。即
ち、この内型枠１５は、図３及び図５に示すように、４
分割された枠体１５ａがゴム製の伸縮自在な接続板１５
ｂによって連結されると共に、伸縮ジャッキ１５ｃによ
って拡張・収縮自在であって、この連結部にシール部材
１５ｄが取付けられて充填コンクリートの漏れが防止さ
れている。

【００１９】ここで、本実施形態のトンネル覆工装置に
よる作用を説明する。

【００２０】図示しないシールド掘削機によって掘削さ
れた既設トンネルに対して、まず、図１に示すように、
シールドジャッキ２２を収縮して押付リング２４と組付
けられたリングピース１３及び内型枠１５との間に空間
部を形成する。そして、組付装置１６が既設トンネルの
軸方向、周方向、径方向に移動することで、把持機構３
３が搬入されたリングピース１３の把持具１３ａを把持
する。この状態で組付装置１６は再び移動し、把持した
リングピース１３を既設のリングピース１３に連続する
ようにテールプレート２１（既設トンネルの内壁面１
２）の内周面と所定間隔をもって配設し、前後に隣接す
るリングピース１３同士を溶接やワンタッチ継手、ボル
ト等によって連結固定する。このような手順でリングピ
ース１３を周方向に順次配設してリング状とする。

【００２１】このようにリングピース１３が組付けられ
ると、シールドジャッキ２２を伸長してこの押付リング
２４を既設トンネルの後方に移動し、嵌合凹部２４ａを
リングピース１３の端面に嵌合させ、且つ、押付けるこ
とで、この押付リング２４を介してリングピース１３を
位置決め支持する。続いて、図２に示すように、組付装
置１６が既設トンネルの軸方向、周方向、径方向に移動
することで、把持機構３３が伸縮ジャッキ１５ｃによっ
て収縮状態にあるリング状の内型枠１５の把持具１５ａ
を把持する。この状態で組付装置１６は再び移動し、把
持した内型枠１５を所定の位置に配設し、伸縮ジャッキ
１５ｃによってリング状の内型枠１５を拡張し、既設の
内型枠１５に連続するようにリングピース１３の内周面
と所定間隔をもって位置決めし、隣接する内型枠１５同
士を図示しないボルトによって互いに連結する。

【００２２】このようにリングピース１３と内型枠１５
が組付けられると、既設トンネルの内壁面１２と内型枠
１５の外周面との間に複数のリングピース１３を含むコ
ンクリート打設空間部を確保することができ、コンクリ
ート打設ノズル２５ａ，２５ｂからコンクリート１４を
吐出し、この空間部にコンクリートを圧入していく。そ
して、この空間部内がコンクリートで充満されると、コ
ンクリート打設ノズル２７ａ，２７ｂからのコンクリー
ト１４の吐出を停止する。

【００２３】ここで、シールドジャッキ２２を更に伸長
すると、組付けられたリングピース１３によって掘削反
力が確保されて掘削機本体は前進し、このシールドジャ
ッキ２２が所定ストローク伸長して掘削機自体がリング
ピース１３の巾だけ移動すると、コンクリート打設孔２
６からコンクリート１４を吐出し、空間部に不足分のコ
ンクリートを注入する。この場合、シールドジャッキ２
２を収縮して押付リング２４をリングピース１３から離
間させる際に、コンクリート１４が型崩れしないように
早期性のコンクリートを注入するとよい。このように上
述した作業を繰り返すことによってトンネル構造体１１
が形成されることとなる。

【００２４】なお、リングピース１３の内側に沿って配
設される内型枠１５はコンクリート１４の硬化後に取り
外すされるが、通常、トンネルの長手方向に沿って１０
〜２０個程度連結されるものである。即ち、掘削機本体
から一番離れたトンネルの最後方に組付けられている内
型枠１５を収縮状態として取り外し、組付装置１６が前
方に移送して新しく組付けられた内型枠１５に連結する
サイクルを繰り返している。

【００２５】このようにリングピース１３及びコンクリ
ート１４によってトンネル構造体１１が覆工されると、
リングピース１３はコンクリート１４内に埋没されるた
めに高精度な取付けが不要となり、組付作業が容易とな
る。また、トンネル構造体１１の内壁面の成形精度は内
型枠１５によって決まるが、この内型枠１５は計量であ
るため、高精度な取付けが容易となる。更に、トンネル
構造体１１の防水機能はコンクリート１４で確保される
こととなる。

【００２６】

【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように本発明のトンネル覆工装置によれば、既設トンネ
ルの内壁面に所定間隔をもってリング状に並設されたリ
ングピースの内側に沿って配設される複数の内型枠を有
し、リングピース及び内型枠の端面に接触可能な押付リ
ングを設けると共に、押付手段によってこの押付リング
を既設トンネルの長手方向に沿って移動してリングピー
ス及び内型枠を押し付けて位置決め可能とし、且つ、既
設トンネルの内壁面と内型枠との間にコンクリートを打
設するコンクリート打設手段とを設けたので、リング状
に並設された複数のリングピースと既設トンネルの内壁
面と内型枠との間に打設して硬化してリングピースを埋
設したコンクリートとがトンネル構造体を構成すること
となり、軽量となったリングピースや内型枠のみを搬入
及び組付すればよく、トンネル構造体に充分な強度を確
保する一方で、トンネル覆工作業の容易化及び作業コス
トの低減を図ることができる。

【００２７】また、本発明のトンネル覆工方法によれ
ば、既設トンネルの内壁面に所定間隔をもって複数のリ
ングピースをリング状に並設すると共にこのリング状に
連結された複数のリングピースの内側に複数の内型枠を
配設し、リングピース及び内型枠の端面を既設トンネル
の長手方向に沿って押し付けて支持した状態で、トンネ
ル内壁面と複数の内型枠との間にコンクリートを打設し
てトンネル構造体を形成するようにしたので、軽量とな
ったリングピースや内型枠のみを搬入及び組付すればよ
く、トンネル覆工作業の容易化及び作業コストの低減を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るトンネル覆工装置に
よる覆工作業を説明するための概略図である。

【図２】本発明の一実施形態に係るトンネル覆工装置に
よる覆工作業を説明するための概略図である。

【図３】トンネル覆工に用いる内型枠の概略図である。

【図４】トンネル覆工に用いる内型枠の概略図である。

【図５】一般的なシールド掘削機の概略図である。

【符号の説明】

１１ トンネル構造体 １２ 既設トンネル内壁面 １３ リングピース １４ コンクリート １５ 内型枠 ２１ テールプレート（外周リング） ２２ シールドジャッキ（押付手段） ２４ 押付リング ２５ａ，２５ｂ コンクリート打設ノズル（コンクリー
ト打設手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 既設トンネルの内壁面に沿って設けられ
   た外周リングと、井桁形状をなす複数のリングピースを
   前記既設トンネルの内壁面に所定間隔をもってリング状
   に並設するリングピース組付手段と、前記既設トンネル
   の内壁面に所定間隔をもって並設された前記リングピー
   スに対してその内周面に沿って付設される複数の内型枠
   と、外周面が前記外周リングの内周面に対向して位置す
   ると共に前記リングピース及び内型枠の端面を保持可能
   な押付リングと、該押付リングを前記既設トンネルの長
   手方向に沿って移動自在に支持すると共に該押付リング
   を介して前記リングピース及び内型枠を押し付けて位置
   決めする押付手段と、前記既設トンネルの内壁面と前記
   位置決めされた内型枠との間にコンクリートを打設する
   コンクリート打設手段とを具えたことを特徴とするトン
   ネル覆工装置。
2. 【請求項２】 掘削機によって掘削された所定断面形状
   のトンネルに対して、湾曲した井桁形状のリングピース
   を該既設トンネルの内壁面と所定間隔をもって周方向に
   沿って複数リング状に並設すると共に、該複数のリング
   ピースを互いに連結固定し、該リング状に連結された複
   数のリングピースの内側に湾曲した内型枠を該リングピ
   ースの内周面と所定間隔をもって周方向に沿って複数リ
   ング状に並設すると共に、該複数の内型枠を互いに連結
   し、前記リングピース及び内型枠の端面を押付手段によ
   って前記既設トンネルの長手方向に沿って押し付けて支
   持し、この状態で前記トンネル内壁面と複数の内型枠と
   の間にコンクリートを打設してトンネル構造体を形成す
   ることを特徴とするトンネル覆工方法。