(57)【要約】【課題】拡幅掘削作業の作業能率を向上すること、一次覆工用コンクリートの吹付け作業を容易にすること、吹付け作業における粉塵の発生やリバウンドを低減すると共に、粉塵による作業環境の悪化を簡単な設備で容易に改善すること、などを主たる目的とする。【解決手段】既設トンネル１内に移動式のプロテクター３を設置して内部に車両通行空間５を確保すると共に、プロテクター３の外側で既設トンネル１の解体・撤去並びに拡幅作業を行って新設トンネル１１を施工するトンネル拡幅工法において、拡幅切羽の前方側である既設トンネル１側に水平移動並びに旋回移動可能な移動吹付け機９を設置し、移動吹付け機９の吹付け機本体２９を拡幅した新設トンネル１１側に突設させ、拡幅した新設トンネル１１の内壁面１２に対して一次覆工コンクリート３６を吹付けする。【選択図】    図６
2004324137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
既設トンネル内に移動式のプロテクターを設置して内部に車両通行空間を確保すると共に、プロテクターの外側で既設トンネルの解体・撤去並びに拡幅作業を行って新設トンネルを施工するトンネル拡幅工法において、
拡幅切羽の前方側である既設トンネル側に水平移動並びに旋回移動可能な移動吹付け機を設置し、この移動吹付け機の吹付け機本体を拡幅した新設トンネル側に突設させ、拡幅した新設トンネルの内壁面に対して一次覆工コンクリートを吹付けすることを特徴としたトンネル拡幅工法。
【請求項２】
拡幅切羽の前方側である既設トンネル側に水平移動並びに旋回移動可能な移動切削機を設置し、この移動切削機で既設トンネルの覆工コンクリートを所定の厚さ分だけ先行切削すると共に、拡幅切羽の後方側に設けた別の掘削手段で残りの覆工コンクリートを含む拡幅部の掘削を行う請求項１に記載したトンネル拡幅工法。
【請求項３】
プロテクター外側の作業領域の前後に隔壁部材を設けて内外を区分し、前記移動吹付け機の吹付け機本体には回転投射式の吹付け機を用いると共に、既設トンネル側には配管を介して連結したスクラバタンクと吸引ファンによる空気浄化装置を設けた請求項１又は２に記載したトンネル拡幅工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の通行が確保された活線状態で既設トンネルの拡幅工事を施工するトンネル拡幅工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の拡幅工事は、通行車両の大型化や交通量の増大に対応して行われているが、拡幅工事による交通規制や周辺環境への影響をできるだけ少なくすると共に、通行車両並びに拡幅作業者の安全確保を図る必要があり、これらを達成するためには特に工期の短縮を図ることが最も重要である。
【０００３】
拡幅工法としては各種の提案がなされているが、その一つとして既設トンネル内に移動式のプロテクターを設置し、このプロテクターによって内部に１車線程度の車両通行空間を確保すると共に、プロテクターの外側で既設トンネルの解体と撤去並びに、拡幅作業による新設トンネルの施工を順次行う拡幅工法がある。（特許文献１〜１０）
【０００４】
特許文献１（特開平８−１３５８８３）、特許文献２（特開平１０−２５２３７６）、特許文献３（特開２０００−２６５７７７）、特許文献４（特開２０００−３２８８７１）、特許文献５（特開２０００−３４５７８８）、特許文献６（特開２００１−３６７７）、特許文献７（特開２００１−８２０９９）、特許文献８（特開２００１−１２３７９８）、特許文献９（特開２００２−４７５６）、特許文献１０（特開２００２−２３５４９５）。
【０００５】
これらの提案によると、上記した課題の多くは達成することができるが、まだ改善する余地は残されており、例えば既設トンネルの覆工コンクリート解体作業と拡幅掘削作業とを同時施工する場合には、拡幅掘削作業中に固い覆工コンクリートの破砕作業を必要とするので、作業能率が著しく低下する。
【０００６】
また、拡幅掘削した新設トンネルの内壁面に対し、一次覆工用コンクリートの吹付け作業を行う場合に、拡幅切羽の後方側にコンクリート吹付機を配置して行うと、支保工の建込み作業やロックボルトの打設作業の工事用設備と交錯するので、その入れ替え作業で作業能率の向上及び安全作業の確保が阻害される。
【０００７】
また、一次覆工用コンクリートの吹付け作業を行う場合に、吹付け材を圧縮空気と共にノズルから高圧噴射するエア圧送式で行うと、粉塵の発生やリバウンドによって坑内環境や周辺環境を悪化する恐れがあると共に、粉塵による作業環境を改善するためには大掛かりな換気設備が必要である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明では、これら従来技術の課題を解決し得るトンネル拡幅工法を提供するものであり、特に拡幅掘削作業の作業能率を向上すること、一次覆工用コンクリートの吹付け作業を容易にすること、吹付け作業における粉塵の発生やリバウンドを低減すると共に、粉塵による作業環境の悪化を簡単な設備で容易に改善すること、などを主たる目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、既設トンネル内に移動式のプロテクターを設置して内部に車両通行空間を確保すると共に、プロテクターの外側で既設トンネルの解体・撤去並びに拡幅作業を行って新設トンネルを施工するトンネル拡幅工法を実施対象とするものである。
【００１０】
本発明のトンネル拡幅工法は、拡幅切羽の前方側である既設トンネル側に水平移動並びに旋回移動可能な移動吹付け機を設置し、この移動吹付け機の吹付け機本体を拡幅した新設トンネル側に突設させ、拡幅した新設トンネルの内壁面に対して一次覆工コンクリートを吹付けする。
【００１１】
このトンネル拡幅工法によると、既設トンネル側から新設トンネル側に吹付け機本体を突出させて吹付け作業が行われるので、新設トンネル側に吹付け機を設けて吹付け作業を行う従来技術のように、一定長さの拡幅掘削作業が終了した時点で、拡幅掘削設備を撤去して吹付け設備と交換する作業が不要であり、拡幅掘削設備を僅かに後退させただけで吹付け作業を行う事ができ、作業能率の向上並びに安全作業の確保を図ることができる。
【００１２】
前記トンネル拡幅工法では、拡幅切羽の前方側である既設トンネル側に水平移動並びに旋回移動可能な移動切削機を設置し、この移動切削機で既設トンネルの覆工コンクリートを所定の厚さ分だけ先行切削すると共に、拡幅切羽の後方側に設けた別の掘削手段で残りの覆工コンクリートを含む拡幅部の掘削を行う実施形態を採ることができる。
【００１３】
このトンネル拡幅工法によると、既設トンネル側に設置した移動切削機で覆工コンクリートを所定の厚さ分だけ先行切削することによって、拡幅切羽における拡幅掘削作業を容易且つ高能率で行うことが可能であり、工期の短縮を図って交通規制や周辺環境に対する影響を軽減できる。
【００１４】
前記トンネル拡幅工法では、プロテクター外側の作業領域の前後に隔壁部材を設けて内外を区分し、前記移動吹付け機の吹付け機本体には回転投射式の吹付け機を用いると共に、既設トンネル側には配管を介して連結したスクラバタンクと吸引ファンによる空気浄化装置を設けた実施形態を採ることができる。
【００１５】
このトンネル拡幅工法によると、回転投射式の吹付け機を用いることによって粉塵の発生やリバウンドを軽減すると共に、発生した粉塵は狭い既設トンネル側の作業領域にも容易に設置できる小型で且つ安価なスクラバタンクと吸引ファンによる空気浄化装置によって除去し、坑内の作業環境や周辺環境を容易に改善することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のトンネル拡幅工法について、本発明を適用した実施形態である図１〜７に基づいて詳細に説明するが、図１は拡幅工法を実施する工程図、図２は拡幅作業中におけるトンネルの縦断面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った要部縦断面図、図４は図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った要部縦断面図、図５は移動式拡幅装置の要部拡大図、図６は移動吹付け機の要部拡大図、図７は図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った要部縦断面図、を示す。
【００１７】
既設トンネル１に対し、覆工コンクリート２の内側には一定の間隔で架台３Ａを設けて内外を遮蔽すると共に、架台３Ａの下端側に車輪付きの走行部３Ｂを装着した移動式のプロテクター３を設置し、少なくとも１車線の車両４が通行可能な活線通路５を確保し、またプロテクター３には必要に応じて活線通路５内に、ガードレール付きの歩道６を設ける。
【００１８】
プロテクター３は、拡幅する既設トンネル１の全長に渡るような長尺に形成すると、組立や設置及び解体や撤去などに要する作業時間が長くなり、これによって交通規制する期間が長くなるので、全長が約６０ｍ程度の短尺にして作業時間の短縮を図ると共に、予め外部で仮組みをした後にトンネル内に搬入して容易且つ短時間で組み付けできるように、分割ユニット化しておくと良い。
【００１９】
プロテクター３の外周には、既設トンネル１の上部半断面の覆工コンクリート２を先行切削する移動切削機７と、先行切削した覆工コンクリート２のずりを下部半断面の坑底部側へ排出する移動ずり排出機８と、拡幅した新設トンネル１１の内壁面１２の上部半断面側に一次覆工を行う移動吹付け機９を配備すると共に、これらの機械をプロテクター３の外周に沿って移動させる移動手段１０を設け、これらによって移動式拡幅装置１３が構成されている。
【００２０】
移動手段１０は、移動切削機７と移動ずり排出機８を既設トンネル１の長手方向に沿って水平移動させると共に、移動切削機７を既設トンネル１の上部半断面に沿って旋回移動させる第１の移動手段１０Ａと、移動吹付け機９を既設トンネル１の上部半断面に沿って旋回移動させる第２の移動手段１０Ｂとで構成され、プロテクター３の上部半断面側の外周に装着されている。
【００２１】
移動手段１０は、既設トンネル１の長手方向に沿って直線状に形成し、内周方向に沿って所定間隔毎に並設した第１及び第２の移動手段１０Ａ，１０Ｂが共用する水平移動用の案内部材１４と、既設トンネル１の内周方向に沿って半円形に形成した旋回移動用の案内部材１５（１５Ａ，１５Ｂ）と直交状に配置し、案内部材１４には水平移動体１６，１７が摺動可能に装着されている。
【００２２】
また、水平移動体１６には案内部材１５Ａと移動ずり排出機８を、水平移動体１７には案内部材１５Ｂをそれぞれ連結すると共に、水平移動体１６，１７とプロテクター３との間に、油圧シリンダその他公知の直線往復移動機構による水平駆動手段１８，１９を装着し、水平駆動手段１８の操作で水平移動体１６を水平移動すると、案内部材１５Ａと移動ずり排出機８が案内部材１４に沿って連動して水平移動され，水平駆動手段１９の操作で水平移動体１７を水平移動すると案内部材１５Ｂが案内部材１４に沿って水平移動される。
【００２３】
移動手段１０（１０Ａ，１０Ｂ）は、案内部材１５（１５Ａ，１５Ｂ）に旋回駆動機構が装着されているが、この旋回駆動機構は例えば外周面にラックを形成した滑り輪と、ラックに噛合するピニオン歯車を形成した旋回移動体２０（２０Ａ，２０Ｂ）を案内部材１５内へ摺動可能に装着すると共に、旋回移動体２０の軸心には減速機付きのモータ２１（２１Ａ，２１Ｂ）を装着し、モータ２１の回転駆動で旋回移動体が案内部材１５に沿って旋回移動するようにしている。
【００２４】
移動切削機７は、基部側を旋回移動体２０Ａに連結した支持板２２の先端側に、一端側を枢着して他端側にジャッキ２３を介在させて起伏可能に切削機本体２４が装着され、この切削機本体２４には例えば自由断面掘削機などを用い、移動手段１０Ａによって既設トンネル１の先端側へ案内部材１４に沿って水平移動させると共に、案内部材１５Ａに沿って旋回移動させながら、覆工コンクリート２を内周面側から所定の厚さで先行切削し、後続の拡幅掘削を容易にする。
【００２５】
移動ずり排出機８は、プロテクター３の外周に沿って半円状に形成した排出板２５と、排出板２５の両側の下端部に装着したホッパー２６とで構成され、排出板２５を水平移動体１６に連結して移動切削機７と連動しながら、既設トンネル１の先端側へ案内部材１４に沿って水平移動され、切削機本体２４で切削した覆工コンクリート２のずりを、排出板２５とホッパー２６を介して下半部断面の坑底部側へ排出し、ベルトコンベア２７で外部へ移送する。
【００２６】
移動吹付け機９は、基部側を旋回移動体２０Ｂに連結した支持軸２８の先端に対し、半径方向へ伸縮作動が可能なアームを介して吹付け機本体２９が装着されており、移動手段１０Ｂによって案内部材１４に沿って水平移動させると共に、案内部材１５Ｂに沿って旋回移動させながら拡幅掘削した新設トンネル１１側の内壁面１２に対し、吹付け機本体２９から覆工コンクリートを吹付け、一次覆工コンクリート３６を施す。
【００２７】
移動吹付け機９は、新設トンネル１１側で掘削作業が行われている時には既設トンネル１側で待機し、一定長さの拡幅掘削作業が終了した時に既設トンネル１の後端側へ水平移動して、吹付け機本体２９を新設トンネル１１側に突出させた状態で、支保工の建て込みを行った内壁面１２に対して吹付け作業が行われるが、吹付け機本体２９には移送管３０を介してライニング材と急結材が供給され、内蔵した撹拌混合部で混練りした覆工コンクリートの吹付けを行う。
【００２８】
この移動吹付け機９では、拡幅掘削時に既設トンネル１側で待機すると共に、既設トンネル１側から新設トンネル１１側に吹付け機本体２９を突出させて吹付け作業が行われるので、新設トンネル１１側に吹付け機を設けて吹付け作業を行う従来技術のように、一定長さの拡幅掘削作業が終了した時点で、拡幅掘削設備を撤去して吹付け設備と交換する作業が不要であり、拡幅掘削設備を僅かに後退させただけで吹付け作業を行う事ができ、作業能率の向上並びに安全作業の確保を図ることができる。
【００２９】
吹付け機本体２９は、ライニング材を高圧エアで吹付けるエア圧送式を含む公知の各種吹付け機の使用が可能であるが、坑内で多量の粉塵を発生させて作業環境を悪化させたり、坑外へ流出させて周辺環境を悪化させる恐れがあると共に、発生した粉塵を処理するために大掛かりな粉塵処理設備を設けると不経済であるだけではなく、狭い坑内で他の作業を阻害して作業能率を低下させる。
【００３０】
そのために、吹付け機本体２９には粉塵の発生量及びリバウンドを少なくするように、高圧エアを用いないでライニング材を回転するインペラの遠心力で投射する回転投射式の吹付け機を使用することが望ましく、この回転投射式の吹付け機としては各種の提案がなされている。
【００３１】
特に、本件出願人は例えば特開平１１−２９４０９４号や特開２０００−１８６４９７号などによって既に幾つかの提案を行っており、これらの回転投射式の吹付け機の場合には、撹拌混合手段の工夫によって粉塵の発生量及びリバウンドを著しく軽減することが可能であるから、図示の実施形態では吹付け機本体２９として使用している。
【００３２】
移動式拡幅装置１３は、外部で分割ユニット化したプロテクター３を外部で仮組みした後に、トンネル内に搬入して組み付けを行うことによって、トンネル内における作業時間を短縮すると共に、プロテクター３や移動式拡幅装置１３を仮組みしている間に、既設トンネル１内では覆工コンクリート２の背面側に崩壊する恐れのある岩盤の緩みなどが有るか点検し、必要に応じて薬液注入やロックボルトによる事前補強工を上記作業と並行して行い、作業時間の短縮を図る。
【００３３】
既設トンネル１内には、移動式拡幅装置１３を駆動するための油圧を供給する油圧ユニット３１や、粉塵を含む汚染空気を吸引して浄化させる空気浄化装置３２などを設け、プロテクター３の外周と既設トンネル１及び新設トンネル１１の内周の間には、作業領域の内外を遮蔽する隔壁部材３３を既設トンネル１側及び新設トンネル１１側（新設トンネル１１側の図示は省略）に設け、外部へ粉塵や騒音が拡散しないようにしている。
【００３４】
空気浄化装置３２は、粉塵を含む汚染空気を吸引して集塵用水と接触させ、粉塵を集塵用水中に捕集して空気と分離させるスクラバタンク３２Ａと、内蔵した吸引ファンでスクラバタンク３２Ａ内の空気を配管を介して吸引すると共に、吸引した空気を浄化して作業領域の外部又は内部に排気する送風機３２Ｂで構成され、このスクラバタンク３２Ａとしては、小型で狭い作業空間に設置できることから、例えば本件出願人が先に特願平２００１−３７７３４７号で提案した「集塵装置のスクラバタンク」が好適である。
【００３５】
以上のように、既設トンネル１の上部側半断面では移動式拡幅装置１３の移動手段１０Ａを操作しながら、移動切削機７によって既設トンネル１の覆工コンクリート２の一部を一定の長さで順次先行切削して油圧ブレーカ３４による覆工コンクリート２の全部を含む後続の拡幅掘削を容易且つ能率的に行い、先行切削した覆工コンクリート２のずりを移動ずり排出機８で坑底部に排出して移送すると共に、移動式拡幅装置１３の移動手段１０Ｂを操作しながら、移動吹付け機９によって拡幅掘削した新設トンネル１１の内壁面１２に対し、一次覆工コンクリート３６が順次施工される。
【００３６】
一方、新設トンネル１１側には作業工程に応じて各種の作業用機械を入れ替えながら拡幅作業が行われるが、新設トンネル１１側の作業区域は上部半断面と下部半断面とに区分し、例えば図２で示す掘削工程の場合にはプロテクター３上に配備した油圧ブレーカ３４で上部半断面の掘削作業を行い、ずりを下部半断面側へ落下させると共に、坑底部に配備したブレーカ付きシャフローダ３５で下部半断面の掘削作業とずり出し作業が行なわれる。
【００３７】
このように、拡幅掘削して一次覆工コンクリート３６を施した新設トンネル１１の内壁面１２に対してロックボルトを打ち込むと共に、当該内壁面１２に防水シートを張設するシート張り作業を順次繰り返しながらトンネル全長の拡幅を行った後に、プロテクター３及び移動式拡幅装置１３を坑外へ移送して解体撤去を行い、二次覆工及び舗装工を順次施して拡幅工事を完了する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトンネル拡幅工法を適用した実施形態による拡幅工法の工程図。
【図２】図１の拡幅作業中におけるトンネルの縦断面図。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った要部縦断面図。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った要部縦断面図。
【図５】本発明のトンネル拡幅工法を実施する移動式拡幅装置の要部拡大図。
【図６】図５の移動式拡幅装置における移動吹付け機の要部拡大図。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った要部縦断面図。
【符号の説明】
１  既設トンネル
２  覆工コンクリート
３  （移動式の）プロテクター
４  車両
５  活線通路
６  歩道
７  移動切削機
８  移動ずり排出機
９  移動吹付け機
１０  移動手段
１１  新設トンネル
１２  内壁面
１３  移動式拡幅装置
１４  （水平移動用の）案内部材
１５  （旋回移動用の）案内部材
１６，１７  水平移動体
１８，１９  水平駆動手段
２０  旋回移動体
２１  モータ
２２  支持板
２３  ジャッキ
２４  切削機本体
２５  排出板
２６  ホッパー
２７  ベルトコンベア
２８  支持軸
２９  吹付け機本体
３０  給送管
３１  油圧ユニット
３２  空気浄化装置
３２Ａ  スクラバタンク
３２Ｂ  送風機
３３  隔壁部材
３４  油圧ブレーカ
３５  シャフローダ
【図１】
2004324137.tif 000003
【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】
2004324137.tif 000008
【図７】
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