(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
覆工壁側に偏在し、かつトンネルと同軸方向に配置する回転軸を備えたカッタ−を設け、該カッタ−をトンネルの円周方向に旋回して覆工壁を切削し、該切削面に複数の覆工補強枠を円周方向に組み付け、前記切削面と覆工補強枠との間に填充材を充填するトンネルの補修工法において、前記カッタ−をトンネルの円周方向の全域に亘って旋回し、前記覆工壁の円周方向の全域を切削することを特徴とするトンネルの補修工法。
【請求項２】
前記覆工補強枠の内面を、切削前のトンネル内面と略同位置に配置する請求項１記載のトンネルの補修工法。
【請求項３】
覆工壁側に偏在し、かつトンネルと同軸方向に配置する回転軸を備えたカッタ−を設け、該カッタ−をトンネルの円周方向に旋回可能にしたトンネルの補修装置において、前記カッタ−をトンネルの円周方向の全域に亘って旋回可能に設け、前記覆工壁の円周方向の全域を切削可能にしたことを特徴とするトンネルの補修装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトンネルの補修を合理的かつ迅速に行ない、工期の短縮と工費の低減を図るとともに、補修後のトンネルの強度と能力を向上できるようにしたトンネルの補修工法および補修装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば水力発電用の水路用トンネルは、水に混入した砂利等によって内面が経年的に浸食され、その流体摩擦が次第に増大して流量欠損が顕著になり、発電電力量に影響を生ずるようになるため、定期的にトンネルを補修する必要がある。
【０００３】
従来、トンネルの補修工法として、例えば特開平７ー４２４９６号公報では、トンネル内面をはつり後コンクリートで覆工し、その覆工面を補修前のトンネル内面より内側に張り出して施工している。
【０００４】
しかし、この補修工法は、トンネル内にはつり機や覆工装置の搬入を要して、小さな内空断面積のトンネルには適用できず、またコンクリートの覆工に際しては、支保工の組み付けや金網の敷設を要して作業が煩雑になり、しかも補修後のトンネルが断面欠損をしているため、導水量が低下し発電電力量が低下して、トンネルの能力が低下してしまう、等の問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題を解決し、トンネルの補修を合理的かつ迅速に行ない、工期の短縮と工費の低減を図るとともに、補修後のトンネルの強度と能力を向上できるようにしたトンネルの補修工法および補修装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１の発明は、覆工壁側に偏在し、かつトンネルと同軸方向に配置する回転軸を備えたカッタ−を設け、該カッタ−をトンネルの円周方向に旋回して覆工壁を切削し、該切削面に複数の覆工補強枠を円周方向に組み付け、前記切削面と覆工補強枠との間に填充材を充填するトンネルの補修工法において、前記カッタ−をトンネルの円周方向の全域に亘って旋回し、前記覆工壁の円周方向の全域を切削することによって、覆工壁の切削を合理的かつ速やかに行なえ、トンネルの補修工期の短縮化と工費の低減を図るようにしている。
請求項２の発明は、前記覆工補強枠の内面を、切削面のトンネル内面と略同位置に配置するようにして、補修前後のトンネルの内空面積を略同一にし、補修前後に亘って同様な利用を図れるようにして、例えば水路トンネルの場合に水量低下を防止するようにしている。
請求項３の発明は、覆工壁側に偏在し、かつトンネルと同軸方向に配置する回転軸を備えたカッタ−を設け、該カッタ−をトンネルの円周方向に旋回可能にしたトンネルの補修装置において、前記カッタ−をトンネルの円周方向の全域に亘って旋回可能に設け、前記覆工壁の円周方向の全域を切削可能にして、構成および操作が簡単で切削を合理的かつ速やかに行なえ、工期の短縮化と工費の低減を図れるようにしている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を小形の水路用トンネルの補修に適用した図示の実施形態により説明すると、図１乃至図７において１は円形の内空断面を有する水路用のトンネルで、地山２に被補修部であるコンクリート製の覆工壁３が形成され、該壁３の内面を補修装置４で切削している。
実施形態の場合、上記トンネル１の内径は、２０５ｃｍ〜２３５ｃｍで鉄道用および道路用トンネルに比べて、非常に小形である。
【０００８】
補修装置４は、覆工壁３の内面と略同径の円筒体からなる前胴５と後胴６とで構成され、前胴５の後端部に後胴６の前端部が摺動可能に嵌合され、それらの両端を軸方向に伸縮可能な複数の掘進ジャッキ７で連結している。
前胴５には複数のサイドジャッキ８が外側へ突出可能に設けられ、該ジャッキ８の先端にグリッパプレート９が連結され、これを覆工壁３の内面に接地可能にしている。
図中、１０は前胴５の周面に下向きに突設したピッチングジャッキで、その先端を覆工壁３の内面に接地可能にしている。
【０００９】
前胴５の前部には、油圧モータ等の一対のカッター旋回用モータ１１が設けられ、該モータ１１の出力軸に駆動ギヤ１２が連結されていて、これらのギヤ１２，１２がリングギヤ１３に噛合している。
リングギヤ１３は軸受１４を介して、前胴５の軸心を中心に回動可能に設けられ、該ギヤ１３にカッター１５が同動可能に設けられている。
【００１０】
カッター１５はドラム状に形成され、その内部にカッター駆動用モータと減速機（図示略）とを装備していて、その基端部をカッター位置調整ジャッキ１６に連係している。
カッター位置調整ジャッキ１６は、リングギヤ１３の放射方向に伸縮可能に設けられ、その先端に連結したカッター１５の位置を上記方向へ調整可能にしていて、実施形態の場合、カッター１５の外周を前胴５の内側から外側に亙って調整可能にしている。
【００１１】
図中、１７は前胴５の前端部に設けた凹状の土溜りで、該土溜り１７の下端に真空吸引装置（図示略）に連通する排土管１８の一端が配置され、その他端が後胴６の後方へ配管されている。
後胴６の内部には、リング状のエレクタ１９がガイド２０を介して後胴６の軸心を中心に回動可能に設けられ、その一端に複数の吸着具２１、この実施形態ではバキュームグリップを備えたエレクタ２２の基端部が回動可能に枢着されていて、後胴６に搬入した覆工補強枠２３を吸着保持し、これを所定位置へ移動可能にしている。
【００１２】
覆工補強枠２３は実施形態の場合、堅牢なＦ．Ｒ．Ｐ等の合成樹脂で構成され、これはトンネル１の内面と略同形な円弧状の曲面板に成形され、その板厚は２．０ｃｍ〜２．５ｃｍで、その軸方向の両端に互いに係合可能な凸部２４と凹部２５とを備え、これらを後胴６内の円周方向に配置し、かつ隣接する覆工補強枠２３とは凹凸部２５，２４を係合して組み付けている。
【００１３】
図中、２６は覆工補強枠２３の外周面に形成した補強凸部で、トンネル１の円周方向に沿ってビード状に形成され、該補強枠２３と覆工壁３との間にモルタルやコンクリート等の填充材２７を充填している。
２８は後胴６の後端部に突設した逆テールシールで、填充材２７を裏込め注入する際、覆工壁３と後胴６との空隙を閉塞可能にしている。
【００１４】
このように構成したトンネルの補修工法および補修装置を用いてトンネル１を補修する場合は、覆工補強枠２３の製作を要する。
覆工補強枠２３は実施形態の場合、合成樹脂製であるから、従来のコンクリートまたは鋼鉄製のセグメントに比べて、これを安価かつ容易に製作でき、しかも軽量であるから、その取り扱いが至便になる。
【００１５】
次にトンネル１を実際に補修する場合は、トンネル１の開口端部に補修装置４を搬入し、グリッパジャッキ８とピッチングジャッキ１０とを操作して、これらをトンネル１の内面に押し当て、補修装置４を固定する。
【００１６】
この後、カッター旋回用モータ１１，１１を駆動し、それらの駆動ギヤ１２，１２を同方向に回転させると、これらのギヤ１２，１２と噛合するリングギヤ１３が前胴５の軸心を中心に回転し、該ギヤ１３に一体的に装着したカッター１５が上記ギヤ１３と同動して、トンネル１の円周方向に旋回する。
【００１７】
一方、これと前後してカッター１５を駆動回転させ、またカッター位置調整ジャッキ１６を操作し、これを所要量伸縮させて、覆工壁３の補修に必要なカッター１５の切削量を調整する。
実施形態の場合、カッター１５の調整範囲は、図２のようにカッター外面が前胴５の外側に突出する最大位置から、前胴５の内側に位置する最小位置に設定されている。
【００１８】
上記調整後、当該状態を維持して、カッター１５を回転させながらトンネル１の円周方向に旋回し、覆工壁３内面の凹凸部や粗面部を切削して除去する。
この場合、カッター１５はリングギヤ１３に沿って真円状に旋回するから、その軌跡はリングギヤ１３と同心円の真円を描き、覆工壁３の内面を正確かつ精密に切削する。
しかも、上記切削代は覆工壁３の補修に必要な最小限に抑制しているから、覆工壁３を全て切削する補修法に比べて、切削量を可及的に抑制し、切削作業の小規模化とその短期化を図れるとともに、工事の安全性を確保する。
【００１９】
こうして、カッター１５がトンネル１の円周方向に一旋回し、覆工壁３の内面をカッター１５の幅分切削したところで、カッター旋回用モータ１１，１１の駆動を停止し、カッター１５の旋回を停止するとともに、カッター１５の回転を停止する。
そして、サイドジャッキ９とピッチングジャッキ１０とを縮小し、これらを覆工壁３から引き離し後、掘進ジャッキ７を縮小し、前胴５を反力端にして後胴６を前胴５側へ引き寄せ、後胴６をトンネル１内に引き入れる。
【００２０】
次に掘進ジャッキ７を伸長し、後胴６を反力端にして前胴５を前方へ押し出し、これにカッター１５を同動させて、該カッター１５をその幅分前方へ移動させたところで、サイドジャッキ９とピッチングジャッキ１０とを伸長し、これらを覆工壁３に押し当て、補修装置４を固定する。
【００２１】
この後、カッター旋回用モータ１１，１１を駆動し、カッター１５をトンネル１の円周方向に旋回するとともに、カッター１５を駆動回転させ、またカッター位置調整ジャッキ１６を前述と同様に伸縮調整して、カッター１５を回転させながらトンネル１の円周方向に旋回し、覆工壁３内面の凹凸部や粗面部を切削し除去する。
【００２２】
こうして、カッター１５がトンネル１の円周方向に一旋回し、覆工壁３の内面をカッター１５の幅分切削したところで、カッター旋回用モータ１１，１１の駆動を停止し、カッター１５の旋回を停止するとともに、カッター１５の回転を停止する。
そして、前述と同様にサイドジャッキ９とピッチングジャッキ１０とを縮小し、これらを覆工壁３から引き離し後、掘進ジャッキ７を縮小し、前胴５を反力端にして後胴６を前胴５側へ引き寄せ、後胴６をトンネル１内に引き入れる。
【００２３】
次に掘進ジャッキ７を伸長し、後胴６を反力端にして前胴５を前方へ押し出し、これにカッター１５を同動させて、該カッター１５をその幅分前方へ移動させたところで、サイドジャッキ９とピッチングジャッキ１０とを伸長し、これらを覆工壁３に押し当て、補修装置４を固定する。
【００２４】
この後、カッター旋回用モータ１１，１１を駆動し、カッター１５をトンネル１の円周方向に旋回するとともに、カッター１５を駆動回転させ、またカッター位置調整ジャッキ１６を前述と同様に伸縮調整して、カッター１５を回転させながらトンネル１の円周方向に旋回し、覆工壁３内面の凹凸部や粗面部を切削し除去する。
【００２５】
以後、補修装置４は前胴５と後胴６とを交互に伸縮させて蠕動しながらトンネル１内を移動し、同時にカッター１５による切削が進行する。
この場合、後胴６内には合成樹脂製の覆工補強枠２３が搬入されているから、これが従来の鋼鉄若しくはコンクリート製のセグメントに比べて軽量で、後胴６の動作が円滑かつ軽快になり、このための掘進ジャッキ７の小能力化を図れる。
また、切削片はトンネル１の底部に落下し、これが前胴５の前進時に掬われて土溜り１７に収容され、排土管１８に吸引されてトンネル１の外部に搬出される
【００２６】
こうして覆工壁３が所定幅切削され、実施形態ではカッター１５の幅の略３倍分切削したところで、エレクタ１９，２２を駆使し作業者が覆工補強枠２３を組み付ける。
覆工補強枠２３は予め後胴６に所定量搬入され、その平滑な内面、つまり補強凸部２６と反対側をエレクタ２２を介して吸着具２１で保持し、この後エレクタ１９を回動し、エレクタ２２をトンネル１の円周方向に旋回させて、覆工補強枠２３を切削後の覆工壁３の所定位置に位置付ける。
【００２７】
すなわち、覆工補強枠２３は補強凸部２６を外側にして、覆工壁３の切削面の内側に位置付けられ、かつその内面は切削前の覆工壁３の内面と同位置に配置されていて、軸方向に隣接する覆工補強枠２３に対し、それらの凹凸部２４，２５を係合して連結され、円周に隣接する覆工補強枠２３に対しては、それらの端面を突き合わせて組み付ける。
【００２８】
このように覆工補強枠２３の組み付けに際しては、凹凸部２４，２５を係合して連結しているから、従来のセグメントのような煩雑なボルト締め作業を要せず簡便に行なえ、しかも上記補強枠２３は堅固で大重量のセグメントに比べて、合成樹脂製で軽量であるから、上記係合作業やその移動作業を容易に行なえる。
【００２９】
こうして覆工補強枠２３を後胴６内で組み付け、これが後胴６の前進に伴って後胴６から抜け出て、覆工壁３の切削面と相対したところで、注入ホース（図示略）を天端側または底部側の覆工補強枠２３の所定位置に差し込み、該ホースにモルタル等の填充材２７を圧送し、該填充材２７を覆工壁３と覆工補強枠２３との間で、逆テールシール２８と事前に打設した填充材２７との間に充填する。
その際、逆テールシール２８を介して、後胴６の後端部外周の填充材２７の打設スペースを閉塞し、当該部以前の填充材２７の充填を阻止する。
【００３０】
填充材２７は上記打設スペース内を下方から充填し、その注入圧が覆工補強枠２３の内側、つまりトンネル１の中心方向に座屈荷重として作用する一方、覆工補強枠２３は外側に突設した補強凸部２６によって、剛性が向上し上記座屈荷重に対抗する。
【００３１】
填充材２７は充填後硬化し、該填充材２７に覆工補強枠２３の補強凸部２６が埋め込まれて、填充材２７との一体性が向上するとともに、覆工補強枠２３によってトンネル１の内面を支持しているから、従来のような無筋コンクリートによる補修法に比べて、大きな曲げ応力や引張荷重、圧縮荷重に耐えられ、トンネル強度が向上する。
しかも、覆工補強枠２３には前述のように、填充材２７の注入圧による座屈応力が作用し、つまりプリストレス状態に置かれているから、これがトンネル１内を流れる用水の水圧に対抗し得、その分高水圧に耐えられる。
【００３２】
また、覆工補強枠２３の内面は切削前のトンネル１の内面と同径に形成されているから、補修の前後においてトンネル１の断面欠損がなく、補修前と同様な導水量と発電電力量を得られる。
しかも、用水に接する覆工補強枠２３の内面は平滑面に形成され、従来のようなコンクリート製の接触面に比べて、表面粗度が小さく流体摩擦を抑制できるから、安定した導水量と発電電力量とを確保できる。
【００３３】
こうして、覆工壁３の内面を切削しながら覆工補強枠２３を組み付け、該枠２３と覆工壁３との間に填充材２７を裏込め注入し、トンネル１の補修を行なう。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明は、カッタ−をトンネルの円周方向の全域に亘って旋回し、前記覆工壁の円周方向の全域を切削するようにしたから、覆工壁の切削を合理的かつ速やかに行なえ、トンネルの補修工期の短縮化と工費の低減を図ることができる。
請求項２の発明は、前記覆工補強枠の内面を、切削面のトンネル内面と略同位置に配置するようにしたから、補修前後のトンネルの内空面積を略同一にし、補修前後に亘って同様な利用を図れ、例えば水路トンネルの場合に水量低下を防止することができる。
請求項３の発明は、カッタ−をトンネルの円周方向の全域に亘って旋回可能に設け、覆工壁の円周方向の全域を切削可能にしたから、構成および操作が簡単で、覆工壁の切削を合理的かつ速やかに行なえ、工期の短縮化と工費の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す断面図で、トンネル補修の施工状況を示している。
【図２】本発明の補修装置の実施形態を示す断面図である。
【図３】図２の左側面図である。
【図４】図２の右側面図である。
【図５】本発明による補修部を拡大して示す断面図である。
【図６】本発明に適用した覆工補強枠の実施形態を示す斜視図である。
【図７】図１のＡーＡ線に沿う断面図で、若干拡大図示している。
【符号の説明】
１      トンネル
３      覆工壁
４      補修装置
５      前胴
６      後胴
７      掘進ジャッキ
１５      カッター
２３      覆工補強枠
２６      補強凸部
２７      填充材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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