(57)【要約】【課題】  既設トンネルの断面拡幅工事において、交通遮断を行うことなく、迅速かつ安全に拡幅部分の掘削工事から覆工工事までを行う。【解決手段】  既設トンネルの側壁外面に隣接する地山に側部トンネルを構築し、側部トンネル内に拡幅トンネルのトンネル覆工部材を支持する脚部支持構造を構築する。側部トンネル内に脚部が位置するように、既設トンネル外周を囲むフレームを有する掘削作業架台４４を配備する。掘削作業架台４４上から、既設トンネルの外周地山の所定範囲をリングカットして拡幅トンネル断面の形成する。拡幅トンネル断面の内面を覆うプレキャストコンクリート覆工版４０を順次搬入して組み立てて拡幅トンネルの上半部の支保を行う。既設トンネル内のプロテクタ上を走行可能な作業機械を用いて既設トンネルの覆工を破砕して拡幅トンネル断面を完成させる。【選択図】図６
2020084474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
既設トンネルの覆工コンクリートの両側の側壁外面に隣接する地山に、前記既設トンネルの延長にわたり側部トンネルを構築し、
該側部トンネル内に前記既設トンネルの延長にわたって、拡幅トンネルのトンネル覆工部材の脚部を頂部で支持する脚部支持構造を構築し、
前記側部トンネル内に敷設された走行レール上に、前記既設トンネルの覆工コンクリートの外周を囲むようなフレーム構造を有する掘削作業架台を配備し、該掘削作業架台を前記既設トンネルに沿って走行させ、前記掘削作業架台上から、前記既設トンネルの前記外周地山の所定範囲をリングカットして拡幅されたトンネル断面の形成し、
前記脚部支持構造に脚部が支持され、前記拡幅されたトンネル断面の内面を覆うプレキャストコンクリート覆工版を前記拡幅されたトンネル部分に順次搬入して組み立てて前記拡幅されたトンネルの上半部の支保を行い、
前記既設トンネル内に配備されたプロテクタ上を走行可能な作業機械を用いて前記既設トンネルの覆工コンクリートを破砕して坑外に搬出し、
前記拡幅後のトンネル断面を完成させることを特徴とする既設トンネルの拡幅工法。
【請求項２】
既設トンネルの覆工コンクリートの外周地山に、拡幅後のトンネル断面を支保可能な地山範囲に到達するロックボルト支保工を施工した後に、前記側部トンネルを掘削する請求項１に記載の既設トンネルの拡幅工法。
【請求項３】
前記側部トンネルは、周辺地山に向けて打設されたロックボルトと吹付コンクリートで支保される請求項１に記載の既設トンネルの拡幅工法。
【請求項４】
前記掘削作業架台は、前記既設トンネルの覆工コンクリートの外周形状に倣ったアーチ形状フレームを一部に含む請求項１に記載の既設トンネルの拡幅工法。
【請求項５】
前記拡幅されたトンネルは、リングカットによって一部が切断除去されたロックボルトの頭部を再定着したロックボルトと吹付コンクリートで支保される請求項１に記載の既設トンネルの拡幅工法。
【請求項６】
前記既設トンネルと前記側部トンネルとの間に、トンネル延長方向に所定間隔をあけて連絡坑が設けられる請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の既設トンネルの拡幅工法。
【請求項７】
前記掘削ズリ、前記覆工コンクリートの破砕塊は、レール方式で走行する車両によりトンネル坑外に搬出される請求項１に記載の既設トンネルの拡幅工法。
【請求項８】
前記プレキャストコンクリート覆工版の設置作業までは前記既設トンネル内の２車線通行を維持し、前記既設トンネルの覆工コンクリートの破砕作業は、前記既設トンネル内の片側１車線通行とする請求項１に記載の既設トンネルの拡幅工法。
【請求項９】
前記拡幅されたトンネルは、前記プレキャストコンクリート覆工版と、前記プレキャストコンクリート覆工版と前記吹付コンクリートとの間に充填されたモルタルと前記吹付コンクリートとからなる複合覆工構造で支保される請求項４に記載の既設トンネルの拡幅工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は既設トンネルの拡幅工法に係り、特に既設トンネルのトンネル断面を拡幅して改修トンネルを構築する工事において、工事進行中において交通遮断を行うことなく、迅速かつ安全に拡幅部分の掘削工事から覆工工事までを行えるようにした既設トンネルの拡幅工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路トンネルにおいて、歩道の併設や通行車両の大型化に対応するためには、当該道路トンネルに近接したルートを設け、新設トンネルを構築することが考えられるが、トンネルの延長が長くなるとともに、アプローチ道路等を含めた用地問題等がネックとなり、実現が難しい。そこで、従来の既設トンネルの断面を拡幅した改修トンネルを構築する対応策が実現可能性が高く、種々検討されている。このときの重要な課題は、既設トンネルの交通を極力遮断することなく、改修トンネルの構築を進めることである。そこで、既設トンネルが利用された状態、いわゆる活線下において迅速に既設トンネルの断面を拡幅するトンネル拡幅方法が種々提案されている（非特許文献１）。
【０００３】
非特許文献１にて紹介された各種の拡幅工法のうち、既設トンネルの交通量（２車線通行）が確保できるとともに、既設トンネルの周囲の地山の掘削を最小限とすることができる拡幅工法として、アーチカット工法、側壁導坑先行両側拡大工法が示されている。
【０００４】
アーチカット工法では、既設トンネルの覆工コンクリートをプロテクタとして使用し、このプロテクタに支持されるように装備された多機能型の専用機によって掘削から支保、覆工解体までの一連の作業が行われる。
【０００５】
側壁導坑先行両側拡大工法では、トンネル拡大掘削のための作業架台として覆工コンクリートを覆うとともに、覆工用セントルのガントリーも兼用することを想定している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】石村  利明、「既設トンネルの断面拡大」、建設機械、日本工業出版、２００４年１２月１日発行、第４０巻第１２号、ｐ．８−１３、＜ＵＲＬ：http://www.nikko-pb.co.jp/photos/logmok/c_0412.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したいずれの既設トンネルの拡幅工法も、工事車両が走行可能、あるいは連続したベルトコンベア等が設置可能な上部構台を有する、トンネル内を自走可能な大型プロテクターを設置し、拡幅時に発生する掘削ズリ（掘削土）をベルトコンベア等で連続排出する等、大規模な仮設設備が設置されており、掘削工事の工事コストが大きくなるという問題がある。また、各拡幅工法では、大型プロテクターの後部に覆工コンクリート用のセントルを組み込んで現場打ちコンクリートによって覆工構築が行われる。このため、覆工コンクリート工事においての工期短縮も課題となっている。
【０００８】
そのうち、アーチカット工法では、既設トンネルの覆工コンクリートの外形に倣ったアーチフレームに沿って走行する特殊な専用機を装備する必要があり、機械、設備コストが高くなるという問題がある。また、掘削ズリは先行して貫通させた導坑を走行するダンプトラックによって進行方向に搬出するようになっているため、ダンプトラックが通行可能な断面の導坑をあらかじめ全長にわたって掘削する必要がある。そのため、導坑工事の工期が長くなるという問題もある。
【０００９】
側壁導坑先行両側拡大工法では、上述したようにトンネル掘削に使用する作業架台上には自由断面掘削機の他、ロックボルト打設装置等も搭載され、さらに拡大後のトンネルの覆工コンクリートを施工のためのガントリーとしても使用されるため、堅固な門型フレームを装備する必要がある。また、この門型フレームに覆工コンクリート施工用のセントルを搭載するために架台の改装作業も行う必要がある。さらに、掘削ズリは先行して貫通させた導坑を走行するダンプトラックによって進行方向に搬出するようになっているため、アーチカット工法と同様の問題がある。
【００１０】
本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、既設トンネルを拡幅する工事において、従来の交通を遮断することなく、市場でリースされていて比較的安価に導入が容易な小型施工機械を用いて既設トンネルを最小限の範囲で掘削し、さらに掘削ズリは並進施工される側部トンネル内をレール走行する走行台車にて行い、掘削された新たなトンネルの覆工として掘削の進行に並行して既製のプレキャストコンクリート覆工版を順次設置していくことで、迅速に安定した拡幅トンネルを構築できるようにした既設トンネルの拡幅工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の既設トンネルの拡幅工法は、既設トンネルの覆工コンクリートの両側の側壁外面に隣接する地山に、前記既設トンネルの延長にわたり側部トンネルを構築し、該側部トンネル内に前記既設トンネルの延長にわたって、拡幅トンネルのトンネル覆工部材の脚部を頂部で支持する脚部支持構造を構築し、前記側部トンネル内に敷設された走行レール上に、前記既設トンネルの覆工コンクリートの外周を囲むようなフレーム構造を有する掘削作業架台を配備し、該掘削作業架台を前記既設トンネルに沿って走行させ、前記掘削作業架台上から、前記既設トンネルの前記外周地山の所定範囲をリングカットして拡幅されたトンネル断面の形成し、前記脚部支持構造に脚部が支持され、前記拡幅されたトンネル断面の内面を覆うプレキャストコンクリート覆工版を前記拡幅されたトンネル部分に順次搬入して組み立てて前記拡幅されたトンネルの上半部の支保を行い、前記既設トンネル内に配備されたプロテクタ上を走行可能な作業機械を用いて前記既設トンネルの覆工コンクリートを破砕して坑外に搬出し、前記拡幅後のトンネル断面を完成させることを特徴とする。
【００１２】
同工法において、既設トンネルの覆工コンクリートの外周地山に、拡幅後のトンネル断面を支保可能な地山範囲に到達するロックボルト支保工を施工した後に、前記側部トンネルを掘削することが好ましい。
【００１３】
前記側部トンネルは、周辺地山に向けて打設されたロックボルトと吹付コンクリートで支保されることが好ましい。
【００１４】
前記掘削作業架台は、一部が前記既設トンネルの覆工コンクリートの外周形状に倣ったアーチ形状フレームからなることが好ましい。
【００１５】
前記拡幅されたトンネルは、リングカットによって一部が切断除去されたロックボルトの頭部を再定着したロックボルトと吹付コンクリートで支保されることが好ましい。
【００１６】
前記既設トンネルと前記側部トンネルとの間に、トンネル延長方向に所定間隔をあけて連絡坑を設けることが好ましい。
【００１７】
前記掘削ズリ、前記覆工コンクリートの破砕塊は、レール方式で走行する車両によりトンネル坑外に搬出されることが好ましい。
【００１８】
前記プレキャストコンクリート覆工版の設置作業までは前記既設トンネル内の２車線通行を維持し、前記既設トンネルの覆工コンクリートの破砕作業は、前記既設トンネル内の片側１車線通行とすることが好ましい。
【００１９】
前記拡幅されたトンネルは、前記プレキャストコンクリート覆工版と、前記プレキャストコンクリート覆工版と前記吹付コンクリートとの間に充填されたモルタルと前記吹付コンクリートとからなる複合覆工構造で支保されることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の既設トンネルの拡幅工法を適用する既設トンネルの横断面形状を示した概略正面図。
【図２】本発明の一実施形態による既設トンネルの拡幅工事の施工状態を示したトンネル断面図（ステップ１）。
【図３】本発明の一実施形態による既設トンネルの拡幅工事の施工状況を示したトンネル断面図（ステップ２）。
【図４】本発明の一実施形態による既設トンネルの拡幅工事の施工状況を示したトンネル断面図（ステップ３）。
【図５】図５に示した既設トンネルの拡幅工事の施工機械の配置例を示した縦断面図。
【図６】本発明の一実施形態による既設トンネルの拡幅工事の施工状況を示したトンネル断面図（ステップ４）。
【図７】本発明の一実施形態による既設トンネルの拡幅工事の施工状況を示したトンネル断面図（ステップ５）。
【図８】本発明の一実施形態による既設トンネルの拡幅工事の施工状況を示したトンネル断面図（ステップ６）。
【図９】本発明の既設トンネルの拡幅工事によって完成した拡幅トンネルの供用状況を示したトンネル断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の既設トンネルの拡幅工法の実施するための形態として、以下の施工例について添付図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は拡幅工事の対象となる既設トンネル５０の横断面形状の一例を示している。図１に示された既設トンネル５０は、車道幅員が約３．００ｍの歩道のない２車線道路トンネルである。上半アーチ部５１の半径は約４．２ｍで、建築限界５２が示されているように、車道幅員が最小限確保できる程度の内部断面からなる。なお、上記数値は一施工例であり、限定的な数値でないことはいうまでもない。
【００２３】
以下、本発明の一実施形態による既設トンネルの拡幅工法の一連の施工状況（ステップ１〜７）について、図２〜図９を参照して説明する。
【００２４】
図２は、既設トンネル５０の上半アーチ部５１から周辺地山にロックボルト２１を打設する施工状況（ステップ１）およびロックボルト２１が打設された状態を示したトンネル断面を示している。このロックボルト２１の施工は、図２に示したように片側交互通行規制を行う夜間作業として行われる。工事車両としては自穿孔式のロックボルト２１を打設可能なタイヤ式２ブームドリルジャンボ２２が配備され、上下車線に位置したジャンボ２２の架台２２Ａ上から上半アーチ部５１の周辺地山にロックボルト２１が放射状に打設される。本実施の形態ではトンネル拡幅時の地山掘削によりボルトの一部が切断、除去されるため、所定強度を有し、掘削等により容易に切断可能なロックボルト２１として中実型ガラス繊維補強プラスチック製ロックボルト２１が打設されている。また、ボルト長は想定される拡幅後のトンネルの周辺での地山緩み範囲を支保可能な長さに設定することが重要である。ロックボルト打設後、ロックボルト孔の全長にわたり高強度モルタル（図示せず）が注入され、拡幅時および拡幅後のトンネルの周辺地山の支保が確保される。
【００２５】
図３は、既設トンネルの脚部の両側面の地山に側部トンネル１０を掘削する施工状況（図中左側側部トンネル１０）、及び脚部支持構造としてのアバット１５を構築する施工状況（図中右側側部トンネル１０）の各工程（ステップ２）の施工状態を示したトンネル断面を示している。この側部トンネル１０の施工はＮＡＴＭで行われ、掘削には、ズリ積みコンベアー付き掘削機１７が使用され、各種の掘削作業を１台で行うために、バケット、ツインヘッダー、ブレーカー、ニブラ等のアタッチメントが装着替えによって適宜使用できるようになっている。側部トンネル１０の掘進は、後述する拡幅のための上半リングカット作業に先行して行われるが、全トンネル延長を先行掘削する必要はなく、上半リングカット作業に先行した並進作業とすることもできる。
【００２６】
本実施形態では、ズリ出し作業のためにレール方式のバッテリーロコと鋼車（図示せず）とが配備されている。レール方式によって走行する小型ロコ等は排気ガスが出ないため換気が不要であり、さらにタイヤ方式よりトンネル断面を小さくすることができるという利点がある。
【００２７】
側部トンネル１０の支保構造として鋼製支保工１１（Ｈ−１００×１００）を１．２ｍピッチで建て込み、アーチ、側壁は吹付コンクリート１２（たとえば吹付厚５ｃｍ）、既設トンネルと同様に拡幅される範囲には中実型ガラス繊維補強プラスチック製ロックボルト１３Ｇを、その他の範囲においては鋼製ロックボルト１３Ｓを用いて支保する。
【００２８】
また、本発明では既設トンネルと側部トンネル１０との間にトンネル延長方向におおよそ３０ｍピッチで連絡坑１８を設けている。この連絡坑１８は、以後の作業連絡通路としてあるいは避難路として使用することができる。一般の連絡坑１８の断面は作業員が通行可能な程度であるが、数カ所においては小型重機が通行あるいは既設トンネル側から側部トンネル側への掘削ズリ、コンクリート破砕塊等の搬出作業が可能な断面を確保することが好ましい。
【００２９】
さらに、側部トンネル１０内に新設トンネル用のアバット１５を構築する。本発明では、アバット１５は後述する作業架台が走行可能なスラブ版１６Ｓと、スラブ版１６Ｓと一体施工され、その頂部面でプレキャストコンクリート覆工版４０（図６）の脚部を支持する壁体部１６Ａとからなる略Ｌ字形をなす。アバット１５を施工するには、トンネル縦断方向に所定長さを有する移動式型枠（図示せず）を用い、側部トンネル１０の支保構造との間に防水工１４を施した状態でに壁体部１６Ａとスラブ版１６Ｓの一体配筋（図示せず）を施し、両部分を同時施工可能な型枠をセットし、コンクリート打設を行う。コンクリート打設作業は、側部トンネル１０内を走行可能なアジテータカーを用いたコンクリートポンプによる連続打設を行う。壁体部１６Ａは幅約１．２ｍ程度確保された重量構造物であるため、トンネル拡大時に生じ得る周辺地山からの側圧に十分抵抗し、スラブ版１６Ｓとともに側部トンネル内での盤膨れの防止等の役割も果たすことができる。なお、周辺地山の地盤状況が良好な場合には、スラブ１６Ｓを省略し壁体部１６Ａのみが自立した形状のアバット形状としてもよい。
【００３０】
図４は、既設トンネルの上半アーチ部５２の周辺地山５３を掘削する、ＮＡＴＭによる上半リングカットの施工状況（ステップ３）を示したトンネル断面を示している。この上半リングカットにより、掘削されたトンネル断面の地山表面は、新たに地山を覆うように施工された吹付コンクリート３２と、その表面に位置でボルト頭部が再定着されたロックボルト２１とで支保する、図５は、この上半リングカット作業のための施工機械３５の配置例を示したトンネル縦断図である。
【００３１】
この上半リングカット作業では、図４、図５に示したように、既設トンネル５０の周辺側に位置するように自走式の掘削作業架台３４が用いられ、この掘削作業架台上に３台の掘削機３５（本実施形態ではバックホー）が搭載され、各掘削機３５の分担範囲の掘削を行うようになっている。
【００３２】
掘削作業架台３４は、図４に示したように既設トンネル５０の覆工の外形より大きな半径の略円弧状からなるアーチフレーム３４Ａと、アーチフレーム３４Ａを支持する支柱３４Ｃとを一体化させた鉄骨フレームからなり、支柱３４Ｃの下端には走行車輪Ｗが装備されている。これにより作業架台３４はアバット１５のスラブ版１６Ｓ上あるいは整地された地盤上を、トンネル縦断方向に走行することができる。アーチフレーム３４Ａにはアーチ頂部に位置する上部フロア３６と、アーチフレーム３４Ａの両肩部に位置する中間フロア３７とが設置され、各フロア３６，３７上に掘削機３５が配備されている。各掘削機３５は、掘削対象の地盤状況、掘削用途に応じてツインヘッダー、ブレーカー、ニブラ等のアタッチメントを交換して掘削作業を行うことができる。掘削ズリは側部トンネル１０に配備された、レール走行可能なズリ搬出鋼車（図示せず）でトンネル坑外に連続して搬出される。
【００３３】
所定断面に掘削された新設トンネルの上半部には鋼製支保工３２（Ｈ−１５０×１５０）をトンネル縦断方向に所定ピッチ（たとえば１．２ｍピッチ）で建て込み、吹付コンクリート３１（たとえば吹付厚１０ｃｍ）を施工しながら、地山掘削により一部が切断されボルト端部が露出した状態のロックボルト２１の頭部の再定着を行う。また、以後建て込まれるプレキャストコンクリート覆工版４０（図６）の施工前に吹付コンクリート３１の全面を防水シート（図示せず）で覆うことが好ましい。
【００３４】
図６は、新設トンネル部分の２次覆工として機能するプレキャストコンクリート覆工版（以下、ＰＣＬ版４０：Precast Concrete Lining版と記す。）の設置の施工状況（ステップ４）を示したトンネル断面を示している。また、上述した図５の縦断図には、掘削作業架台３４の後方に配備された覆工版設置作業架台４４が示されている。この覆工版設置作業架台４４は、上述の掘削作業架台３４と略同形のアーチフレーム４４Ａと支柱４４Ｃとから構成された鉄骨フレームで、上部フロアにはＰＣＬ版４０の覆工版据付用エレクター４５が搭載されている。
【００３５】
ＰＣＬ版４０は、図６に示したように、アーチ頂部で接合される２ピースのアーチ形状からなるプレキャストコンクリート部材で構成されている。ＰＣＬ版４０は、図５に示したようにトンネル坑口に設けられた仮組みヤードにおいて、自走式の覆工版設置作業架台４４上の覆工版据付用エレクター４５（図６）に載置され、トンネル内に搬入される。ＰＣＬ版４０の建て込み、組み上げは、覆工版据付用エレクター４５を稼動して行う。
【００３６】
アーチ形状のＰＣＬ版４０の脚部４０ａは、アーチの一部がリングカットにより撤去された側部トンネル１０内のアバット１５の壁体部１６Ａ上に支持され自立するが、吹付コンクリート３１との一体化のために、ＰＣＬ版４０の背面と吹付コンクリート３１との間に所定厚さの高強度モルタル４１（図７）による裏込め注入を行う。本実施の形態では、モルタル厚さ３０ｃｍの裏込め覆工が施される。ＰＣＬ版４０の寸法はこの裏込め覆工のモルタル厚を確保できる程度に設定されている。ＰＣＬ版４０と高強度モルタルによる裏込め覆工の複合覆工構造により、アーチ部の高寿命を図ることができる。
【００３７】
図７は、既設トンネルの覆工の撤去作業の施工状況（ステップ５）を示したトンネル断面を示している。この既設トンネルの覆工撤去時のみ１車線対応の自走式のプロテクター６０を使用する。
【００３８】
プロテクター６０は屋根フロア６０Ａ上でバックホー６１が稼動することができる程度の剛性を備えたフレームからなる。屋根フロア６０Ａ上に配備されるバックホー６１のアタッチメントにはコンクリートカッターが装着され、プロテクタ６０上からコンクリートカッターを用いてアーチコンクリート５４、側壁コンクリート５５を、運搬可能なコンクリート塊まで大割り切断し、側部トンネル１０内を通じて各コンクリート塊をトンネル坑外に排出する。撤去、排出作業は交通量の少ない夜間に１車線交互通行規制で行うことが好ましい。
【００３９】
図８は、新設された部分の路盤工６５、路面工６６、付帯設備６７の施工状況（ステップ６）を示した拡幅後のトンネル１の断面を示している。トンネル全長にわたる既設トンネルの覆工コンクリートの撤去完了後、中央２車線を交通開放し、拡幅された車線、路肩、歩道、監査路の各部の路盤工６５、路面工６６、および排水溝、各種電気設備等の付帯設備６７の工事が進められる。
【００４０】
図９は、拡幅後のトンネル１の断面形状およびトンネル供用状況を示している。拡幅さ後のトンネル１は、既設トンネル５０（図１）より車線３、路肩４が大幅に拡幅された車両限界２が確保され、排水溝５を挟んだ外側に十分な幅員の歩道６、監査路７が設けられる。
【００４１】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に示した範囲内での種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲内で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４２】
１  拡幅後のトンネル
２，５２  建築限界
１０  側部トンネル
１３Ｇ、１３Ｓ、２１  ロックボルト
１５  アバット
１８  連絡坑
１１、３１  吹付コンクリート
１２、３２  鋼製支保工
３４  掘削作業架台
４０  プレキャストコンクリート覆工版（ＰＣＬ版）
４４  覆工版設置作業架台
５０  既設トンネル
５２  上半アーチ部
５４  アーチコンクリート
５５  側壁コンクリート
６０  プロテクター
６５  路盤工
６６  路面工
【図１】
2020084474.tif 000003
【図２】
2020084474.tif 000004
【図３】
2020084474.tif 000005
【図４】
2020084474.tif 000006
【図５】
2020084474.tif 000007
【図６】
2020084474.tif 000008
【図７】
2020084474.tif 000009
【図８】
2020084474.tif 000010
【図９】
2020084474.tif 000011