(57)【要約】      （修正有）【課題】  安全かつ経済的でしかも短工期で部分拡幅できるトンネル拡幅工法及び該工法に用いる拡幅用セグメントを提供する。【解決手段】  トンネルの内壁面Ｇにカッタヘッド及びそのカッタ駆動部を内蔵した拡幅用セグメント３をセグメントリング１の一部として組み立て、カッタ駆動部にカッタヘッド駆動用の掘削用ジャッキ１０を据え付けると共に拡幅用セグメントにカッタヘッド押出し用の押出し用ジャッキ１２を据え付け、掘削用ジャッキによりカッタヘッドを作動させつつ押出し用ジャッキによりカッタヘッドをカッタ駆動部毎拡幅用セグメントからトンネル外方へ押し出し、セグメントリング１に拡幅用セグメントスライド用のスライドジャッキ１８を据え付け、掘削用ジャッキによりカッタヘッドを作動させつつスライドジャッキにより拡幅用セグメントをトンネル外方へスライドさせてトンネルを部分的に拡幅し、トンネルの拡幅後に各種ジャッキを取り外す。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル掘削機で掘削されたトンネルの内壁面にカッタヘッド及びその支持部を内蔵した拡幅用セグメントをセグメントリングの一部として組み立てる拡幅用セグメント組立工程と、
前記カッタヘッド支持部に前記カッタヘッド駆動用の第１駆動手段を据え付けると共に前記拡幅用セグメントに前記カッタヘッド押出し用の第２駆動手段を据え付ける第１及び第２駆動手段据付工程と、
必要に応じて前記第１駆動手段により前記カッタヘッドを作動させつつ前記第２駆動手段により前記カッタヘッドを前記拡幅用セグメントからトンネル外方へ押し出すカッタヘッド押出工程と、
前記セグメントリングに前記拡幅用セグメントスライド用の第３駆動手段を据え付ける第３駆動手段据付工程と、
前記第１駆動手段により前記カッタヘッドを作動させつつ前記第３駆動手段により前記拡幅用セグメントをトンネル外方へスライドさせてトンネルを部分的に拡幅する拡幅用セグメントスライド工程と、
前記トンネルの拡幅後に前記各駆動手段を取り外す駆動手段取外し工程と、
の内のいくつかの工程の組み合わせからなることを特徴とするトンネル拡幅工法。
【請求項２】
前記カッタヘッド押出工程と前記拡幅用セグメントスライド工程において、前記カッタヘッド前方の切羽部を泥水圧又は土圧で加圧することを特徴とする請求項１記載のトンネル拡幅工法。
【請求項３】
前記カッタヘッド押出工程は、前記カッタヘッド押出し後に前記第２駆動手段を取り外す工程を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のトンネル拡幅工法。
【請求項４】
前記拡幅用セグメントは拡幅するトンネルの長さに相当する数のセグメントリングに設けられ、その拡幅時には前記拡幅用セグメントの両端に妻板を配設して施工することを特徴とする請求項１，２又は３記載のトンネル拡幅工法。
【請求項５】
前記請求項１乃至４のいずれかに記載のトンネル拡幅工法に用いられる拡幅用セグメントであって、セグメント本体にカッタヘッド及びその支持部がトンネル外方への押出しが可能に格納されると共に、前記カッタヘッド支持部に前記カッタヘッド駆動用の第１駆動手段を取外し可能に据え付ける第１据付部を有する一方、前記セグメント本体に前記カッタヘッドを押し出すための第２駆動手段を取外し可能に据え付ける第２据付部を有することを特徴とする拡幅用セグメント。
【請求項６】
前記カッタヘッドは拡幅用セグメントの長さ方向に複数個内蔵されることを特徴とする請求項５記載の拡幅用セグメント。
【請求項７】
前記カッタヘッドは拡幅用セグメントの長さ方向に揺動可能になっていることを特徴とする請求項６記載の拡幅用セグメント。
【請求項８】
前記カッタヘッドのカッタビット付き面板は拡幅用セグメントの幅方向に互いに接離可能に複数分割されていることを特徴とする請求項５，６又は７記載の拡幅用セグメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルを部分拡幅するためのトンネル拡幅工法及び該工法に用いられる拡幅用セグメントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、シールド工法の道路トンネル築造時において、非常駐車帯や分岐合流部などを部分拡幅する場合は、地盤改良を行い坑内から人力で切り拡げる方法やコピーカッタ等の拡幅機能を持ったシールド掘削機を用いる工法が採用されていた。
【０００３】
また、近年では、本線トンネル築造時に、組み立てたセグメント外側の地山を「多噴射切削システム」のジェットで切削しながら、セグメントの脇腹を押し出してトンネル断面を拡幅する工法が開発されている（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３２８６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、地盤改良の工法では、地盤改良に要する期間だけ工期が延びると共にセグメント外部での人力作業になるため安全性に問題がある。また、拡幅機能を持ったシールド掘削機を用いる工法では、トンネル本線の掘進作業を一時停止して拡幅作業を行う必要があるなどで工期の短縮が十分に図れないという問題点がある。また、「多噴射切削システム」による工法では、超高圧泥水と高圧エアーのジェットによる切削には切削能力に不安と限界があり汎用性に欠けるという問題点がある。
【０００６】
本発明は、カッタヘッドを内蔵した拡幅用セグメントを用いて安全かつ経済的でしかも短工期で部分拡幅できるトンネル拡幅工法及び該工法に用いる拡幅用セグメントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
斯かる目的を達成するための本発明に係るトンネル拡幅工法は、トンネル掘削機で掘削されたトンネルの内壁面にカッタヘッド及びその支持部を内蔵した拡幅用セグメントをセグメントリングの一部として組み立てる拡幅用セグメント組立工程と、前記カッタヘッド支持部に前記カッタヘッド駆動用の第１駆動手段を据え付けると共に前記拡幅用セグメントに前記カッタヘッド押出し用の第２駆動手段を据え付ける第１及び第２駆動手段据付工程と、必要に応じて前記第１駆動手段により前記カッタヘッドを作動させつつ前記第２駆動手段により前記カッタヘッドを前記拡幅用セグメントからトンネル外方へ押し出すカッタヘッド押出工程と、前記セグメントリングに前記拡幅用セグメントスライド用の第３駆動手段を据え付ける第３駆動手段据付工程と、前記第１駆動手段により前記カッタヘッドを作動させつつ前記第３駆動手段により前記拡幅用セグメントをトンネル外方へスライドさせてトンネルを部分的に拡幅する拡幅用セグメントスライド工程と、前記トンネルの拡幅後に前記各駆動手段を取り外す駆動手段取外し工程と、の内のいくつかの工程の組み合わせからなることを特徴とする。
【０００８】
また、前記カッタヘッド押出工程と前記拡幅用セグメントスライド工程において、前記カッタヘッド前方の切羽部を泥水圧又は土圧で加圧することを特徴とする。
【０００９】
また、カッタヘッド押出工程は、前記カッタヘッド押出し後に前記第２駆動手段を取り外す工程を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、前記拡幅用セグメントは拡幅するトンネルの長さに相当する数のセグメントリングに設けられ、その拡幅時には前記拡幅用セグメントの両端に妻板を配設して施工することを特徴とする。
【００１１】
斯かる目的を達成するための本発明に係る拡幅用セグメントは、セグメント本体にカッタヘッド及びその支持部がトンネル外方への押出しが可能に格納されると共に、前記カッタヘッドに前記カッタヘッド駆動用の第１駆動手段を取外し可能に据え付ける第１据付部を有する一方、前記セグメント本体に前記カッタヘッドを押し出すための第２駆動手段を取外し可能に据え付ける第２据付部を有することを特徴とする。
【００１２】
また、前記カッタヘッドは拡幅用セグメントの長さ方向（セグメントリングの周方向）に複数個内蔵されることを特徴とする。
【００１３】
また、前記カッタヘッドは拡幅用セグメントの長さ方向に揺動可能になっていることを特徴とする。
【００１４】
また、前記カッタヘッドのカッタビット付き面板は拡幅用セグメントの幅方向（トンネルの長さ方向）に互いに接離可能に複数分割されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のトンネル拡幅工法によれば、地盤改良を行わず、また拡幅機能を持ったシールド掘削機を使わずに、切削能力の高いカッタヘッドを内蔵した拡幅用セグメントを用いて安全かつ経済的でしかも短工期で部分拡幅できる。また、部分拡幅後カッタヘッド及びその支持部を残置することができる一方、各種駆動手段は取り外して回収リサイクルすることも可能となる。
【００１６】
また、前記カッタヘッド前方の切羽部を泥水圧又は土圧で加圧することにより、切羽部の崩壊を防止して安全に拡幅作業が行える。また、前記カッタヘッド押出し後に前記第２駆動手段を取り外す工程を含むことにより、不要となった駆動手段を早期に回収リサイクルすることができる。また、前記拡幅用セグメントは拡幅するトンネルの長さに相当する数のセグメントリングに設けられ、その拡幅時には前記拡幅用セグメントの両端に妻板を配設して施工することにより、円滑かつ迅速に部分拡幅できる。
【００１７】
本発明の拡幅用セグメントによれば、切削能力の高いカッタヘッドを内蔵できると共に各種駆動手段の回収リサイクルが可能となってコストダウンが図れる。
【００１８】
また、前記カッタヘッドは拡幅用セグメントの長さ方向に複数個内蔵されることにより、カッタヘッドの小型軽量化が図れると共に拡幅用セグメントを複数に小分けしてブロック化でき取り扱いが容易になる。また、前記カッタヘッドは拡幅用セグメントの長さ方向に揺動可能になっていることにより、拡幅用セグメントの長さ方向の掘削範囲を拡大し得る。また、前記カッタヘッドのカッタビット付き面板は拡幅用セグメントの幅方向（トンネルの長さ方向）に互いに接離可能に複数分割されていることにより、拡幅用セグメントに格納された時は互いに接してコンパクトに格納される一方、トンネル外方へ押し出された時は互いに離間してその拡幅用セグメントの幅方向の掘削範囲を拡大し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係るトンネル拡幅工法及び該工法に用いられる拡幅用セグメントを実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【実施例】
【００２０】
図１は本発明の一実施例を示すトンネルの半断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図２の作用状態図、図４及び図５はトンネル拡幅工法の工程図である。
【００２１】
図１に示すように、図示しない泥水式シールド掘削機（トンネル掘削機）等で掘削されたトンネル（トンネルの直径は例えば１６ｍである）の内壁面Ｇは多数のセグメントリング１（一つのセグメントリング１の幅寸法は例えば１．５ｍである）により覆工される。このセグメントリング１は、コンクリート製の一般的な構造の複数個のセグメント（ピース）２と鉄製の後述する特殊な構造の所定数（図中では１個）の拡幅用セグメント（ピース）３とがリング状に組み立てられてなる。尚、拡幅用セグメント３は、拡幅するトンネル長さ（例えば６０ｍ）分複数のセグメントリング１に亙り、かつ各セグメントリング１の周方向位置（図示例では、セグメントリング１の一側部）を一致させて設けられる。
【００２２】
拡幅用セグメント３は、図中上，下両端部（一般的な構造のセグメント２との結合部）を除く中間の３つのブロック３ａ，３ｂ，３ｃからなる主要部（セグメント本体）がトンネル外方（側方）にスライド可能になっており、スライドの際は、互いにボルト結合された３つのブロック３ａ，３ｂ，３ｃが一体となってスライドするようになっている。尚、図示例では、前記上，下両端部も拡幅用セグメント３の構成要素となっているが、前記主要部のみで拡幅用セグメント３を構成し、前記上，下両端部は一般的な構造のセグメント２を水平にカットしたものを用いても良い。
【００２３】
前記各ブロック３ａ，３ｂ，３ｃには、揺動式のカッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃ及びそのカッタ駆動部（支持部）５ａ，５ｂ，５ｃがトンネル外方に押出し可能に格納されている。そして、各カッタ駆動部５ａ，５ｂ，５ｃには後述するカッタヘッド駆動用の掘削用ジャッキ（第１駆動手段）１０を取外し可能に据え付ける平板状のジャッキ支持部（第１据付部）１１が設けられる一方、各ブロック３ａ，３ｂ，３ｃにはそれぞれ対応するカッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃをそのカッタ駆動部５ａ，５ｂ，５ｃ毎押し出すための後述する押出し用ジャッキ（第２駆動手段）１２を取外し可能に据え付ける板枠状のジャッキ支持部（第２据付部）１３が設けられる。図示例では、ジャッキ支持部１１に１個の掘削用ジャッキ１０が、またジャッキ支持部１３に２個の押出し用ジャッキ１２が据え付けられるようになっている。勿論、掘削用ジャッキ１０及び押出し用ジャッキ１２の本数は特に限定はされない。
【００２４】
前記各カッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃは、図２に示すように、縦長の矩形面板７上に複数のカッタビット８が固設されてなり、掘削用ジャッキ１０により図４中矢印で示したように上下（セグメントリング１の周方向）に揺動可能になっている。また、矩形面板７は、図３に示すように、図中左右（セグメントリング１の幅方向）に伸縮可能に複数分割（図示例では３分割）され、各ブロック３ａ，３ｂ，３ｃに格納された時は互いに接してコンパクトに格納される（図２の状態）一方、トンネル外方へ押し出された時は互いに離間して拡幅用セグメント３の幅方向における掘削範囲を拡大し得るようになっている（図３の状態）。
【００２５】
尚、図１中９ａは後述する送泥管１４が接続する供給口で、９ｂは同じく後述する排泥管１５が接続する排出口である。また、図２及び図３では３つのセグメントリング１が示されているが、拡幅時にはトンネル長さの例えば１０ｍ相当分（約７個のセグメントリング１）の拡幅用セグメント３が同時に作動される。
【００２６】
このように構成されるため、トンネル掘削機で掘削されたトンネルの内壁面Ｇに前述した構造の拡幅用セグメント３をセグメントリング１の一部として組み立てた図１の状態（第１工程：拡幅用セグメント組立工程）からトンネルを部分拡幅する際は、先ず、図４の（ａ）に示すように、各カッタ駆動部５ａ，５ｂ，５ｃのジャッキ支持部１１にそれぞれ掘削用ジャッキ１０を据え付けると共に各ブロック３ａ，３ｂ，３ｃのジャッキ支持部１３にそれぞれ押出し用ジャッキ１２を据え付ける（第２工程：第１及び第２駆動手段据付工程）。加えて、供給口９ａに送泥管１４を接続すると共に排出口９ｂに排泥管１５を接続する。
【００２７】
次に、図４の（ｂ）に示すように、各掘削用ジャッキ１０によりカッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃをそれぞれ図中上下方向に揺動させつつ各押出し用ジャッキ１２により各カッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃをカッタ駆動部５ａ，５ｂ，５ｃ毎、各ブロック３ａ，３ｂ，３ｃからトンネル外方へ押し出す（第３工程：カッタヘッド押出工程）。この際、トンネル内壁の切羽部に対して泥水が給，排される。また、この段階ではセグメントリング１の下部内面には枕木１９が設置されると共にセグメントリング１の上部内面には後述するスライドジャッキ１８据付け用の反力支持部２０が設置される。
【００２８】
次に、図５の（ａ）に示すように、不要となった全ての押出し用ジャッキ１２とそのジャッキ支持部１３の一部を取り外すと共に、各ブロック３ａ，３ｂ，３ｃからなる拡幅用セグメント３における主要部の上，下両端部と反力支持部２０及び枕木１９との間にそれぞれ延長ピース１６を介在させてスライドジャッキ（第３駆動手段）１８を横架する（第４工程：第３駆動手段据付工程）。また、一括して同時に押し出される拡幅用セグメント３における主要部の両端には妻板１７が配設される。その後、各掘削用ジャッキ１０によりカッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃをそれぞれ図中上下方向に揺動させつつスライドジャッキ１８により各拡幅用セグメント３の主要部をトンネル外方へスライドさせてトンネルを部分的に拡幅する（第５工程：拡幅用セグメントスライド工程）。この際もトンネル内壁の切羽部に対して泥水が給，排される。
【００２９】
次に、図５の（ｂ）に示すように、所定の寸法（例えば１ｍ）だけ拡幅したら当該部位における拡幅作業は終了し、その後全ての掘削用ジャッキ１０及びスライドジャッキ１８を取り外す（第６工程：駆動手段取外し工程）と共に延長ピース１６の余分な箇所（図中ハッチング部分）やジャッキ支持部１３の内方突出部分を破砕・除去する。加えて、反力支持部２０も取り除く。
【００３０】
以後、上述した工程を繰り返して、トンネルの所定の長さに亙って部分拡幅する。
【００３１】
このように本実施例では、地盤改良を行わず、また拡幅機能を持ったシールド掘削機を使わずに、カッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃ及びそのカッタ駆動部５ａ，５ｂ，５ｃを内蔵した拡幅用セグメント３を用いて部分拡幅するので、セグメントリング１内での拡幅作業となり安全であると共に、拡幅用セグメント３はカッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃ及びそのカッタ駆動部５ａ，５ｂ，５ｃを内蔵するという簡単な構造で済み経済的である。しかもシールド掘削機によるトンネル本線の掘進作業と並行して拡幅作業ができるので、切削能力の高いカッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃの効果と相俟って工期も短縮できる。また、カッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃは揺動式であるため、回転式等と比べて安価に製作できるので部分拡幅後残置することができると共に、各種ジャッキ１０，１２，１８は拡幅作業終了後取り外して回収リサイクルすることができるという利点もある。
【００３２】
また、拡幅作業時には拡幅用セグメント３を介してトンネル内壁の切羽部に対して泥水を給，排するので、切羽部を加圧しつつ安全に掘削が行える。また、カッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃ押出し後に直ぐ不要となった押出し用ジャッキ１２を取り外すので、当該ジャッキ１２を早期に回収リサイクルすることができる。また、拡幅用セグメント３は拡幅するトンネル長さ分複数のセグメントリング１に亙って設けられ、その拡幅作業時には両端に妻板１７を配設して所定数のセグメントリング１分を一括して施工するので、土砂等のトンネル内への侵入等を回避しつつ円滑かつ迅速に拡幅作業ができる。
【００３３】
また、カッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃ及びそのカッタ駆動部５ａ，５ｂ，５ｃは拡幅用セグメント３の長さ方向に複数個（図示例では３個）内蔵されるので、カッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃ及びそのカッタ駆動部５ａ，５ｂ，５ｃの小型軽量化が図れると共に、拡幅用セグメント３を複数（図示例では３つ）に小分けしてブロック化できるので、取り扱いが容易である。また、カッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃは拡幅用セグメント３の長さ方向に揺動可能になっているので、拡幅用セグメント３の長さ方向の掘削範囲を拡大することができる。また、カッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃのカッタビット８付き矩形面板７は拡幅用セグメント３の幅方向（トンネルの長さ方向）に互いに接離可能に複数分割されているので、拡幅用セグメント３に格納された時は互いに接してコンパクトに格納される一方、トンネル外方へ押し出された時は互いに離間してその拡幅用セグメント３の幅方向の掘削範囲を拡大することができる。
【００３４】
尚、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることはいうまでもない。例えば、拡幅用セグメント３による部分拡幅に先立って部分拡幅部位をシールド掘削機のコピーカッタ等の拡幅機構で予め余堀りしておいても良い。また、カッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃを拡幅用セグメント３の幅方向にも揺動可能に構成しても良い。また、早期に不要となる押出し用ジャッキ１２を掘削用ジャッキ１０と同時期に取り外しても良い。また、拡幅用セグメント３は拡幅するトンネル長さ分複数のセグメントリング１に亙って設けられたが、拡幅するトンネル長さがセグメントリング１個分であれば当然拡幅用セグメント３も１個で済む。また、カッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃ及びそのカッタ駆動部５ａ，５ｂ，５ｃは拡幅用セグメント３の長さ方向に複数個（図示例では３個）内蔵したが１個でも良い。また、前述した工程の順番及び数は上記実施例に限定されず、一部の工程を省略したり、複数の工程を同時に施工したり適宜変更しても良い。また、本発明は、泥水式シールド掘削機を用いる例を示したが、土圧式シールド掘削機を用いて良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施例を示すトンネルの半断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２の作用状態図である。
【図４】トンネル拡幅工法の工程図である。
【図５】トンネル拡幅工法の工程図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  セグメントリング
２  一般的なセグメント
３  拡幅用セグメント
３ａ，３ｂ，３ｃ  ブロック
４ａ，４ｂ，４ｃ  カッタヘッド
５ａ，５ｂ，５ｃ  カッタ駆動部（支持部）
７  矩形面板
８  カッタビット
９ａ  供給口
９ｂ  排出口
１０  掘削用ジャッキ（第１駆動手段）
１１  ジャッキ支持部（第１据付部）
１２  押出し用ジャッキ（第２駆動手段）
１３  ジャッキ支持部（第２据付部）
１４  送泥管
１５  排泥管
１６  延長ピース
１７  妻板
１８  スライドジャッキ（第３駆動手段）
１９  枕木
２０  反力支持部
【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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