(57)【要約】【課題】  シールド掘削機の構造をシンプルにしてコストアップを最小限に抑えるとともに、トンネル断面の拡幅が容易にできるトンネル構築方法を提供する。【解決手段】  テールプレートの内方に着脱自在な残置テールプレートを備えるシールド掘削機を用いて、所定断面積を有する標準トンネル２０を先行して構築した後、標準トンネル２０を拡幅して拡幅トンネル３０を構築するトンネル構築方法であって、拡幅区間の始点と終点に残置された残置テールプレートの内方から拡幅領域Ｒに向けてそれぞれ拡幅部材８を突出し、拡幅領域Ｒの周縁に沿うように拡幅部材８、８間にパイプ１１を架設して拡幅領域Ｒを囲繞する土留壁を構築し、さらにパイプ１１の表面に形成された複数の孔から薬液を地盤に注入して拡幅領域Ｒの外周部を地盤改良した後、拡幅領域Ｒを掘削してパイプ１１の内方に拡幅構造体１２を形成する。【選択図】      図１４
2006022496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部を形成する筒状のスキンプレートの後部を形成するテールプレートの内方に着脱自在な残置テールプレートを備えるシールド掘削機を用いて、所定断面積を有する標準トンネルを先行して構築した後、当該標準トンネルを拡幅して拡幅トンネルを構築するトンネル構築方法であって、
前記標準トンネルを構築する際に、拡幅区間の始点と終点にそれぞれ前記残置テールプレートを残置する工程と、
前記拡幅区間の始点と終点に残置された前記残置テールプレートの内方から拡幅領域に向けてそれぞれ拡幅部材を突出する工程と、
複数の孔が表面に形成されたパイプを前記拡幅領域の周縁に沿うように前記拡幅部材間に架設する工程と、
前記パイプの表面に形成された複数の孔から薬液を地盤に注入して前記拡幅領域の外周部を地盤改良する工程と、
前記拡幅領域を掘削して拡幅トンネルを構築する工程とを備えることを特徴とするトンネル構築方法。
【請求項２】
前記拡幅部材を前記拡幅領域に向けて突出する際、前記残置テールプレートに備えられた高圧流体噴射管から前記拡幅領域に向けて高圧流体を噴射することを特徴とする請求項１に記載のトンネル構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル構築方法に関し、特に、標準トンネルを拡幅して拡幅トンネルを構築する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールドトンネルでは、途中に拡幅断面を備えたトンネルが必要となることが多い。例えば、地下鉄トンネルでは５００ｍ〜１０００ｍごとに駅部を設けねばならず、道路トンネルでは約５００ｍごとに非常駐車帯を設けねばならない。そこで、トンネル断面を拡幅する方法として、開削工法や、広範囲に地盤改良を行いトンネル内部から部分的に断面を拡幅する方法、あるいは、立坑部でシールド掘削機に拡大部を装着して掘進する方法などが実施されていた。
しかし、開削工法や、立坑部でシールド掘削機に拡大部を装着して掘進する方法は、地上用地を長期に占有するため周辺環境へ与える影響が非常に大きくなる。また、地盤改良を行いトンネル内部から部分的に断面を拡幅する方法は、工費、工期および環境面での課題が多い。こうしたことから、シールド掘削機に拡幅装置を設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００２−２４２５８５号公報  （第４−８頁、第１−１７図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、シールド掘削機に拡幅装置を設けたものは、機構が複雑で非常に高価なうえ、掘削断面形状が限定され汎用性に欠けるといった問題がある。
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、シールド掘削機の構造をシンプルにしてコストアップを最小限に抑えるとともに、トンネル断面の拡幅が容易にできるトンネル構築方法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】
【０００４】
上記目的を達成するため、本発明に係るトンネル構築方法では、外周部を形成する筒状のスキンプレートの後部を形成するテールプレートの内方に着脱自在な残置テールプレートを備えるシールド掘削機を用いて、所定断面積を有する標準トンネルを先行して構築した後、当該標準トンネルを拡幅して拡幅トンネルを構築するトンネル構築方法であって、前記標準トンネルを構築する際に、拡幅区間の始点と終点にそれぞれ前記残置テールプレートを残置する工程と、前記拡幅区間の始点と終点に残置された前記残置テールプレートの内方から拡幅領域に向けてそれぞれ拡幅部材を突出する工程と、複数の孔が表面に形成されたパイプを前記拡幅領域の周縁に沿うように前記拡幅部材間に架設する工程と、前記パイプの表面に形成された複数の孔から薬液を地盤に注入して前記拡幅領域の外周部を地盤改良する工程と、前記拡幅領域を掘削して拡幅トンネルを構築する工程とを備えることを特徴とする。
本発明において使用するシールド掘削機は、従来のシールド掘削機の機能に加えて、テールプレートの内方に着脱自在な残置テールプレートを備えるだけでよい。そのため、シールド掘削機の改良に伴うコストアップを最小限に抑えることができる。
また、本発明では、拡幅区間の始点と終点に残置された残置テールプレートの内方から拡幅領域に向けてそれぞれ拡幅部材を突出し、拡幅領域の周縁に沿うように拡幅部材間にパイプを架設して拡幅領域を囲繞する土留壁を構築し、さらに拡幅領域の外周部を地盤改良した後、拡幅領域を掘削して拡幅トンネルを構築するので、安全且つ容易にトンネル断面の拡幅を行うことができる。
しかも、残置テールプレートを補充すれば何度でも拡幅が可能であるうえ、拡幅作業と本線トンネルの掘削作業を並行して行うことができるため、工期の短縮を図ることができる。
【０００５】
また、本発明に係るトンネル構築方法では、前記拡幅部材を前記拡幅領域に向けて突出する際、前記残置テールプレートに備えられた高圧流体噴射管から前記拡幅領域に向けて高圧流体を噴射して掘削してもよい。
本発明では、残置テールプレートに備えられた高圧流体噴射管から拡幅領域に向けて高圧流体を噴射して地盤を泥水化することにより、トンネル内に複雑な掘削機構を設けることなく、拡幅部材を容易に拡幅領域に向けて突出させることができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明において使用するシールド掘削機は、従来のシールド掘削機の機能に加えて、テールプレートの内方に着脱自在な残置テールプレートを備えるだけでよいので、シールド掘削機の改良に伴うコストアップを最小限に抑えることができる。
また、本発明によれば、拡幅区間の始点と終点に残置された残置テールプレートの内方から拡幅領域に向けてそれぞれ拡幅部材を突出し、拡幅領域の周縁に沿うように拡幅部材間にパイプを架設して拡幅領域を囲繞する土留壁を構築し、さらに拡幅領域を地盤改良した後、拡幅領域を掘削して拡幅トンネルを構築するので、安全且つ容易にトンネル断面の拡幅を行うことができる。
しかも、残置テールプレートを補充すれば何度でも拡幅が可能であるうえ、拡幅作業と本線トンネルの掘削作業を並行して行うことができるため、工期の短縮を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明に係るトンネル構築方法の実施形態について図面に基いて説明する。なお、以下の説明において、シールド掘削機１の掘進方向を「前」、その逆方向を「後」と称することとする。
図１乃至図１４は、本発明に係るトンネル構築方法について工程を追って示したものである。
本実施形態において使用するシールド掘削機１は、前部にあって所定断面積の標準トンネルを掘進するカッタ２と、外周部を形成する筒状のスキンプレート３と、スキンプレート３の後部を形成するテールプレート３ａの内方に固定具５を介して装着される着脱自在な筒状の残置テールプレート４とを備えている（図１参照）。また、テールプレート３ａおよび残置テールプレート４の後部内側には、テールパッキン６が取り付けられており、シールド掘削機１内に地下水や土砂が浸入するのを防止している。
【０００８】
先ず、拡幅区間Ｌの始点に残置テールプレート４を残置する手順について説明する。
シールド掘削機１により掘進しながら標準トンネル２０を構築していく。そして、シールド掘削機１の後端部が拡幅区間Ｌの始点に到達すると、セグメント７の前端に新たにセグメント７を１リング分構築する。この際、図２（ｂ）に示すように、側部のセグメント７ａは、拡幅作業時に撤去する仮設セグメントであり、止水性を有する必要はなく、骨組だけでよい。また、テールプレート３ａと残置テールプレート４ａとを固定している固定具５は取り外し、残置テールプレート４ａを固定具５を用いてセグメント７、７ａに固定する（図２参照）。
次に、新たに構築したセグメント７、７ａの前端に推進ジャッキ（図示省略）を設置し、シールド掘削機１を掘進させる。そして、先ほど構築したセグメント７、７ａの前端に新たにセグメント７、７ａを１リング分構築するとともに、残置テールプレート４ａの前端に新たに残置テールプレート４ｂを設置し、残置テールプレート４ｂを固定具５を用いてセグメント７、７ａに固定する（図３参照）。
その後、セグメント７、７ａの前端に推進ジャッキを設置し、シールド掘削機１を掘進させ、セグメント７、７ａの前端にセグメント７、７ａを１リング分構築するとともに、残置テールプレート４ｂの前端に残置テールプレート４ｃを設置し、残置テールプレート４ｃを固定具５を用いてセグメント７、７ａに固定する（図４参照）。この際、残置テールプレート４ｃとセグメント７、７ａ間にテールパッキン６を併せて取り付ける。
引き続き、推進ジャッキによりシールド掘削機１を掘進させ、残置テールプレート４ｃの前端に残置テールプレート４ｄを配置し、固定具５を用いて残置テールプレート４ｄをセグメント７、７ａの前端に固定するとともに、残置テールプレート４ｄとセグメント７、７ａ間にテールパッキン６を取り付ける（図５参照）。
さらに、推進ジャッキによりシールド掘削機１を掘進させ、テールプレート３ａと残置テールプレート４ｄを固定具５を用いて固定し、残置テールプレート４ｄとセグメント７、７ａ間の固定具５を取り外す（図６参照）。そして、セグメント７、７ａの前端に新たにセグメント７、７ａを１リング分構築する。
以後、残置テールプレート４ａ、４ｂ、４ｃを拡幅区間Ｌの始点に残置した状態で、シールド掘削機１を掘進させ、標準トンネル２０を構築していく（図７参照）。この際、拡幅区間Ｌの終点についても上記と同様の手順で残置テールプレート４を残置しておく。
なお、残置テールプレート４および後述する拡幅部材８のトンネル軸方向の幅は、施工条件に応じて適宜変更することができる。
【０００９】
次に、拡幅部材８の突出手順について説明する。
先ず、残置テールプレート４内方の側部のセグメント７’ａを撤去する（図８、９参照）。次いで、側部仕切板８ａ、８ａと上部仕切板８ｂおよび下部仕切板８ｃからなる箱形状の拡幅部材８を、残置テールプレート４の側部を形成する残置テールプレート４’の内側に密着して取り付ける（図１０参照）。
そして、残置テールプレート４’に設置された高圧流体噴射管９から高圧水を拡幅領域Ｒの地山に向かって噴射することで地山を流動化させ、流動化した地山を取り込み手段（図示省略）でシールド掘削機１内に取り込みつつ、ジャッキ（図示省略）を用いて残置テールプレート４’および拡幅部材８を拡幅領域Ｒに向けて突出する（図１０、１１参照）。
なお、拡幅部材８と一体となって突出する残置テールプレート４’は、他の残置テールプレート４から分離可能になっている。
【００１０】
拡幅区間Ｌの始点および終点における拡幅部材８の突出がそれぞれ完了すると、拡幅領域Ｒの周縁に沿うように拡幅部材８、８間にパイプ１１を架設して拡幅領域Ｒを囲繞する土留壁を構築し、パイプ１１の表面に形成された複数の孔から薬液Ｍを地盤Ｇに注入して拡幅領域Ｒの外周部を地盤改良する（図１２参照）。
次いで、拡幅区間Ｌの側部のセグメント７ａを撤去した後、小型バックホウ等の掘削機械を用いて拡幅領域Ｒの掘削を行い、拡幅空間を形成する（図１３参照）。
そして、通常の施工方法により、パイプ１１の内方に鉄筋コンクリートからなる拡幅構造体１２を形成し、拡幅トンネル３０を構築する（図１４参照）。
【００１１】
図１５は、高圧流体噴射管および排泥管の残置テールプレートへの設置状況を示す図である。また、図１６は、高圧流体噴射管先端部の詳細図である。
残置テールプレート４’には、所定の間隔をあけて複数の高圧流体噴射管９が設置されている。また、残置テールプレート４’の中央部および下端部には排泥管１０がそれぞれ設置されている。
高圧流体噴射管９は、耐圧ホース（図示省略）で接続された高圧ユニット（図示省略）に接続されており、昇圧された高圧水Ｗ（高圧流体）を噴射する。具体的には、高圧水Ｗの流路を形成する管部９ａの先端の側方に高圧水Ｗを噴射する適宜形状のノズルを備える噴射孔９ｂが設けられており、いわゆるウォータジェット工法による掘削を行うことができる。
さらに、 本実施形態では、管部９ ａの先端に地盤Ｇ を掘削可能とする掘削ビット９ ｃが設けられてい る。管部９ ａは、 駆動機構（図示省略 ）により、軸周りに回転可能とされており、掘削ビット９ ｃには、高圧水Ｗを軸方向前方に噴射する噴射孔９ ｄが設けられている。これにより 、管部９ａ を回転させつつ地盤Ｇ 内を前進させると、掘削ビット９ ｃにより先端から地盤Ｇ に貫入することができ、その側方および前方が高圧水Ｗの掘削作用により掘削され、高圧水Ｗのおよぶ範囲が泥水化され るようになっている。泥水化された掘削土は、排泥管１０を介して外部に排出される。
１つの 高圧流体噴射管９ により、管部９ ａの回転軸を中心として円柱状の掘削を行うことができ、 高圧流体噴射管９ を、それぞれの掘削範囲が重なり合う間隔に配置することで拡幅部材８ の前面がほぼ 一様に掘削できるものである。
また、高圧流体噴射管９ は、回転カッタなどの掘削手段に比して可動部が少なく動力もほとんど必要としないので、簡素な構成とすることができる。従って、 狭いトンネル内部でも効率的に作業することができ、必要に応じて設置個数を増減したりして使用することも容易となるという利点がある。
さらに、 高圧水Ｗの水圧、水量を変更することで、地盤Ｇ の状態に応じて掘削力を調整できるという利点も ある。
なお、噴射孔９ ｄは掘削ビット９ ｃのみで十分な掘削が行える場合には、設けなくてもよい。
【００１２】
図１７は、パイプの挿入方法を示す説明図である。
パイプ１１は複数の短尺鋼管１３を直列に接続したものであり、アースオーガー推進機１４を用いて地盤Ｇ内に挿入される。
先ず、アースオーガー推進機１４を一方の拡幅部材８内に設置し、アースオーガー推進機１４の先端部に装着された短尺のアースオーガースクリュー１５を回転させて地盤Ｇを削孔しながら短尺鋼管１３を地盤Ｇ内に圧入する。
その後、短尺鋼管１３および短尺鋼管１３とほぼ同じ長さのアースオーガースクリュー１５をそれぞれ継ぎ足しながら、拡幅部材８、８間にパイプ１１を架設するのである。
なお、アースオーガー推進機１４による削孔反力を確保するため、拡幅部材８の後部地盤Ｇ’を地盤改良することもある。
【００１３】
図１８は、本実施形態において用いられる二重管ダブルパッカー工法と呼ばれる薬液注入工法の模式図である。
先ず、周壁に所定の間隔で注入孔Ｋ２が設けられたパイプ１１内にダブルパッカーＤを挿入する（図１８（ａ）参照）。ダブルパッカーＤは、中間部に孔Ｋ１が設けられたストレーナパイプＳの両端にパッカーＰがそれぞれ環装されたものであり、ストレーナパイプＳの一方の端部には注入管Ｊが装着されている。
薬液Ｍを注入する際は、パッカーＰを押し広げてパイプ１１内周面に密着させ、薬液Ｍの逃げ道を塞いだ後、注入管Ｊから供給される薬液ＭをストレーナパイプＳの孔Ｋ１から噴出させ、パイプ１１の注入孔Ｋ２から地盤Ｇ内に注入する（図１８（ｂ）参照）。
ダブルパッカーＤの移動間隔は３０〜５０ｃｍ程度を基本とし、ボーリング孔の先端部から後端部へ順次移動させていく。
【００１４】
本実施形態において使用するシールド掘削機１は、従来のシールド掘削機の機能に加えて、テールプレート３ａの内方に着脱自在な残置テールプレート４を備えるだけでよい。そのため、シールド掘削機の改良に伴うコストアップを最小限に抑えることができる。
また、本実施形態によるトンネル構築方法では、拡幅区間Ｌの始点と終点に残置された残置テールプレート４の内方から拡幅領域Ｒに向けてそれぞれ残置テールプレート４’および拡幅部材８を突出し、拡幅領域Ｒの周縁に沿うように拡幅部材８、８間にパイプ１１を架設して拡幅領域Ｒを囲繞する土留壁を構築し、さらにパイプ１１の表面に形成された複数の孔から薬液Ｍを地盤Ｇに注入して拡幅領域Ｒの外周部を地盤改良した後、拡幅領域Ｒを掘削してパイプ１１の内方に拡幅構造体１２を形成すればよいので、安全且つ容易にトンネル断面の拡幅を行うことができる。
しかも、残置テールプレート４を補充すれば何度でも拡幅が可能であるうえ、拡幅作業と本線トンネルの掘削作業を並行して行うことができるため、工期の短縮を図ることができる。
【００１５】
以上、本発明に係るトンネル構築方法の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、標準トンネルの両側部について拡幅を行っているが、片側のみの拡幅も可能である。また、上記の実施形態では、薬液注入工法として二重管ダブルパッカー工法を用いているが、他の地盤改良工法でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るトンネル構築方法の一例を示し、（ａ）はシールド掘削機およびシールドトンネルの概略平断面図、（ｂ）はＡ−Ａ矢視断面図である。
【図２】同、（ａ）はシールド掘削機およびシールドトンネルの概略平断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図３】同、シールド掘削機およびシールドトンネルの概略平断面図である。
【図４】同、シールド掘削機およびシールドトンネルの概略平断面図である。
【図５】同、シールド掘削機およびシールドトンネルの概略平断面図である。
【図６】同、シールド掘削機およびシールドトンネルの概略平断面図である。
【図７】同、シールド掘削機およびシールドトンネルの概略平断面図である。
【図８】同、（ａ）はシールドトンネルの概略平断面図、（ｂ）はＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図９】同、（ａ）はシールドトンネルの概略平断面図、（ｂ）はＤ−Ｄ矢視断面図である。
【図１０】同、（ａ）はシールドトンネルの概略平断面図、（ｂ）はＥ−Ｅ矢視断面図である。
【図１１】同、シールドトンネルの概略平断面図である。
【図１２】同、（ａ）はシールドトンネルの概略平断面図、（ｂ）はＦ−Ｆ矢視断面図、（ｃ）はＧ−Ｇ矢視断面図である。
【図１３】同、シールドトンネルの概略平断面図である。
【図１４】同、（ａ）はシールドトンネルの概略平断面図、（ｂ）はＨ−Ｈ矢視断面図である。
【図１５】高圧流体噴射管および排泥管の残置テールプレートへの設置状況を示す図である。
【図１６】高圧流体噴射管先端部の詳細図である。
【図１７】パイプの挿入方法を示す説明図である。
【図１８】ダブルパッカーの模式図であり、（ａ）はダブルパッカー挿入時、（ｂ）はダブルパッカーによる薬液注入時である。
【符号の説明】
【００１７】
１  シールド掘削機
２  カッタ
３  スキンプレート
４  残置テールプレート
５  固定具
６  テールパッキン
７  セグメント
８  拡幅部材
９  高圧流体噴射管
１０  排泥管
１１  パイプ
１２  拡幅構造体
１３  短尺鋼管
１４  アースオーガー推進機
１５  アースオーガースクリュー
２０  標準トンネル
３０  拡幅トンネル
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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