(57)【要約】【課題】地下鉄シールドトンネルの建設に際し、その一部区間に将来の新駅等建設が予定されている場合に、将来の新駅等建設を容易とするためのトンネルの施工方法及びシールド掘進機を提供すること。【解決手段】回転盤１１の内部に、回転盤１１の半径方向に伸縮可能なオーバカッタ２と注入材２６の吐出孔２４を備えたことを特徴とする親子シールド掘進機６を使用する。シールドトンネルを構築後、拡幅区域５において、改良地盤４を造成し、再びシールドトンネルを構築した後、親子シールド掘進機６内より子シールド掘進機６２を牽引後退させて、拡幅区域５に進入させ、オーバカッタ２にて、改良地盤４を切削することにより、トンネルを拡幅することを特徴とする施工方法である。【選択図】        図１
2004176304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機の前面回転盤の内部に、回転盤の半径方向に伸縮可能なオーバカッタを備えたシールド掘進機を使用し、
前記シールド掘進機に、シールドトンネルを構築させながら、拡幅区域に進入させ、
前記オーバカッタを前記回転盤の半径方向に伸長させながら、前記回転盤を回転させ、
地盤を切削させながら、注入材を吐出させることで、拡幅区域に改良地盤を造成させ、
前記シールド掘進機に前記拡幅区域を通過させ、
前記拡幅区域において、前記オーバカッタを前記回転盤の半径方向に伸長させながら、前記回転盤を回転させ、前記改良地盤を切削することにより、トンネルを拡幅することを特徴とする、
トンネルの拡幅方法。
【請求項２】
相対的に大口径の親シールド掘進機の内部に、これより小口径の子シールド掘進機を収容し、前記親シールド掘進機と前記子シールド掘進機に共通の前記回転盤を設けた親子シールド掘進機であって、前記回転盤の半径方向に伸縮可能な前記オーバカッタを、前記回転盤の内部に備えた親子シールド掘進機を使用して、シールドトンネルを構築させながら、前記親子シールド掘進機を拡幅区域に進入させ、
前記オーバカッタをシールドの半径方向に伸長させながら、前記回転盤を回転させ、
地盤を切削させながら、注入材を吐出させることで、拡幅区域に改良地盤を造成させ、
前記親子シールド掘進機に前記拡幅区域を通過させて、シールドトンネルを構築させ、
前記子シールド掘進機を牽引後退させて、前記シールドトンネル内を通過させ、前記子シールド掘進機を前記拡幅区域に進入させ、
前記拡幅区域において、前記オーバカッタを前記回転盤の半径方向に伸長させながら、前記回転盤を回転させ、前記改良地盤を切削することにより、トンネルを拡幅することを特徴とする、
トンネルの拡幅方法。
【請求項３】
円筒状のスキンプレートと、その一端を閉塞する状態で設けた回転盤よりなるシールド掘進機において、
前記回転盤に、前記回転盤の半径方向に伸縮可能でかつ、伸縮軸周りに回転可能であるオーバカッタを設け、
前記オーバカッタ内に、注入パイプ及び注入孔を開設したことを特徴とする、
シールド掘進機。
【請求項４】
円筒状のスキンプレートと、その一端を閉塞する状態で設けた回転盤よりなるシールド掘進機において、
前記回転盤に、前記回転盤の半径方向に伸縮可能でかつ、伸縮軸周りに回転可能であるオーバカッタを設け、
前記回転盤に、前記回転盤の半径方向に伸縮可能でかつ、伸縮軸周りに回転可能な二重管を設けたことを特徴とする、
シールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル拡幅方法及びシールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のシールド掘進機においては、２０〜３０ｃｍを超えるオーバカッタによる余堀りは困難である。また、シールドの胴体部の拡幅が困難であったため、トンネルの拡幅工事では、別途の工法による施工が必要であった。
特に、かかるトンネルが地下鉄営業線であって、その途中に、駅及びホームを増築する場合には、地上から開削工事を行うのが一般的である。
この場合、アンダーピニング工法をはじめとする各種の防護工を伴うため、工事期間が長期に及ぶだけでなく、地上の交通に多大な障害を与えることとなり、工事コストも高いものとなる。
したがって、トンネル施工時点にて、その一部区間に新駅及びホーム等の建設が予定、予想される場合には、トンネル施工時に、かかる一部区間における将来の新駅建設を容易なものとするトンネル施工を施すことが望まれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来のシールド掘進機及びトンネル拡幅方法にあっては、次のような問題点がある。
＜イ＞２０〜３０ｃｍ以上のオーバカッタは困難であるため、それ以上の拡幅を行うためには、別途の工法を要する。
＜ロ＞地下鉄営業線が通るトンネルの一部区間に、駅やホームなどを増設する場合に、地上より各種の防護工を伴った開削工事を行う必要があるが、工期の長期化や地上交通への障害、工事コストの増加につながる。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は上記したような従来の問題を解決するためになされたもので、次のようなシールド掘進機及びトンネル拡幅方法を提供することを目的とする。
＜イ＞２０〜３０ｃｍ以上のオーバカッタと注入材の注入を可能としたシールド掘進機。
＜ロ＞地上より各種の防護工を伴った開削工事を行うことなく、トンネルの一部区間を拡幅する施工方法。
＜ハ＞将来計画にて、地下鉄トンネルの一部区間に、駅やホームなどを増設することがトンネル施工時に予定等されている場合に、将来の増設工事を容易かつ安価なものとする施工方法。
本発明は、これらの目的の少なくとも一つを達成するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明のトンネル拡幅方法は、シールド掘進機の前面回転盤の内部に、回転盤の半径方向に伸縮可能なオーバカッタを備えたシールド掘進機を使用し、前記シールド掘進機に、シールドトンネルを構築させながら、拡幅区域に進入させ、前記オーバカッタを前記回転盤の半径方向に伸長させながら、前記回転盤を回転させ、地盤を切削させながら、注入材を吐出させることで、拡幅区域に改良地盤を造成させ、前記シールド掘進機に前記拡幅区域を通過させ、前記拡幅区域において、前記オーバカッタを前記回転盤の半径方向に伸長させながら、前記回転盤を回転させ、前記改良地盤を切削することにより、トンネルを拡幅することを特徴とする方法である。
【０００６】
また、相対的に大口径の親シールド掘進機の内部に、これより小口径の子シールド掘進機を収容し、前記親シールド掘進機と前記子シールド掘進機に共通の前記回転盤を設けた親子シールド掘進機であって、前記回転盤の半径方向に伸縮可能な前記オーバカッタを、前記回転盤の内部に備えた親子シールド掘進機を使用して、シールドトンネルを構築させながら、前記親子シールド掘進機を拡幅区域に進入させ、前記オーバカッタをシールドの半径方向に伸長させながら、前記回転盤を回転させ、地盤を切削させながら、注入材を吐出させることで、拡幅区域に改良地盤を造成させ、前記親子シールド掘進機に前記拡幅区域を通過させて、シールドトンネルを構築させ、前記子シールド掘進機を牽引後退させて、前記シールドトンネル内を通過させ、前記子シールド掘進機を前記拡幅区域に進入させ、前記拡幅区域において、前記オーバカッタを前記回転盤の半径方向に伸長させながら、前記回転盤を回転させ、前記改良地盤を切削することにより、トンネルを拡幅することを特徴とする方法を使用する場合もある。
【０００７】
また、本発明のシールド掘進機は、円筒状のスキンプレートと、その一端を閉塞する状態で設けた回転盤よりなるシールド掘進機であって、前記回転盤に、前記回転盤の半径方向に伸縮可能でかつ、伸縮軸周りに回転可能であるオーバカッタを設け、前記オーバカッタ内に、注入パイプ及び注入孔を開設したことを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明のシールド掘進機には、円筒状のスキンプレートと、その一端を閉塞する状態で設けた回転盤よりなるシールド掘進機であって、前記回転盤に、前記回転盤の半径方向に伸縮可能でかつ、伸縮軸周りに回転可能であるオーバカッタを設け、前記回転盤に、前記回転盤の半径方向に伸縮可能でかつ、伸縮軸周りに回転可能な二重管を設けたことを特徴とするものもある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
＜イ＞回転盤
回転盤１１は、地盤掘削のために、シールド掘進機の前面に設けたものである。回転盤１１には、複数のカッタビット１２を設け、回転盤１１の回転によりかかるカッタビットにてシールド掘進機１の前面地盤を切削する。
また、回転盤１１には、回転盤１１の半径方向に伸縮可能な後述するオーバカッタ２を設け、オーバカッタ２を伸長しながら回転盤１１を回転させることで、トンネルの拡幅を行うものである（図２参照）。
【００１１】
＜ロ＞オーバカッタ（図３）
オーバカッタ２は、回転盤１１の内部に収納し、回転盤１１の半径方向に伸長させながら、回転盤１１が回転することにより、トンネル径を拡幅するために設けるものである。
かかるオーバカッタ２は回転盤１１内部に複数設ける場合もある。
オーバカッタ２は、伸縮ジャッキ２３にて、回転盤１１の半径方向に伸縮可能とする。オーバカッタ２には掘削ビット２１を複数設置する。
地盤の切削や後述する注入材２６の注入を効果的に行うため、オーバカッタ２自体が伸縮軸周りに回転する場合もある。
図３に示した実施例において、オーバカッタ２から注入材２６を吐出するために、オーバカッタ２の内部に注入パイプ２５を貫通させる。
また、オーバカッタ２から注入材２６を吐出するために、例えば、オーバカッタ２の先端部に注入孔２４を複数設け、注入パイプ２５と連結する。
【００１２】
＜ハ＞拡幅区域
地下鉄路線のためのトンネル工事においては、駅舎部となる拡幅部を構築する必要がある。また、路線計画時に、路線の一部区間に将来の新駅及びホームの建設が予定されている場合もある。
この場合、路線の全区間を、例えばシールドトンネルとすると、駅舎部を建設する際にいくつかの問題が生じる。
すなわち、新駅及びホーム等の建設に際して、例えば、地上より開削工事を行う必要が生じてくる。かかる開削工事では、アンダーピニング工法をはじめとする各種の防護工を伴う場合が多い。そのため、工事期間が長期に及ぶだけでなく、地上交通への障害や工事コストの増加等の問題が生じてくることとなる。
したがって、将来のホーム等の建設に伴ってトンネルの拡幅が必要となってくる、拡幅区域５では、トンネルの構造を変更しておくことで、将来の建設を容易なものとすることができる。
本発明では、かかる拡幅区域５のトンネル周囲を、例えば、原地盤と注入材の混合撹拌等により地盤改良を行うものである。したがって、トンネルの拡幅は、改良地盤４を切削することにより行なわれる（図１、図６参照）。
【００１３】
＜ニ＞改良地盤
改良地盤４は、切削地盤と注入材２６を混合撹拌することにより造成するものである。
注入材２６は、拡幅区域５のトンネル周囲の地盤を改良するためのものである。オーバカッタ２にて切削した地盤と注入材２６を混合撹拌することにより後述する改良地盤４を造成する。
注入材２６としては、例えば、セメントミルクや樹脂系材料などを使用する。
拡幅区域５においては、改良地盤４を切削して拡幅した空間を確保するものであるが、拡幅した後の拡幅区域５のトンネル強度を向上させるために、例えば、ロックボルト７４の打設やセグメントの組立てなどを行う場合もある（図７参照）。
【００１４】
＜ホ＞親子シールド掘進機（図５）
親子シールド掘進機６は、相対的に大口径の親シールド掘進機６１の内部に、これより小口径の子シールド掘進機６２を収容してなるシールド掘進機である。
親シールド掘進機６１と子シールド掘進機６２は、共通の回転盤１１を有しており、かかる回転盤１１の内部にはオーバカッタ２を設けている。
親子シールド掘進機６を使用する目的は、シールドトンネルを構築した後、子シールド掘進機６２を牽引後退させて、子シールド掘進機６２がシールドトンネル内を通過できるようにするためである。すなわち、シールドトンネルの構築を親シールド掘進機６１にて行う場合、そのままでは親シールド掘進機６１は既に設置されたシールドセグメント１８が障害となり、牽引後退できないが、親シールド掘進機６１より小口径の子シールド掘進機６２であれば、シールドトンネル内を通過することが可能となる。
また、回転盤１１の径を子シールド掘進機６２の径と同程度にしておき、シールドトンネル区間の地盤切削時には、オーバカッタ２を伸長した状態で後述の回転盤１１にて切削し、拡幅区域５ではさらにオーバカッタ２を伸長する等の調整を行うことが可能であるため、親シールド掘進機６１と子シールド掘進機６２が、共通の回転盤１１を使用するものであっても、子シールド掘進機６２がシールドトンネル内を通過することの障害とはならない。
【００１５】
＜ヘ＞二重管を地盤改良に使用する実施例（図４）
公知の二重管３を使用して、瞬結注入材及び浸透性注入材等を地盤内に注入することにより、改良地盤４を造成することもできる。
二重管３は、外管とその内部に収納された内管より構成したものであり、夫々の管より瞬結注入材及び浸透性注入材を吐出することにより地盤改良を行うものである。
二重管３は、例えば、オーバカッタ２の内部から伸縮可能な構造としておくことで、二重管３による改良地盤４の造成と、オーバカッタ２によるトンネルの拡幅が可能となる。
また、二重管３を伸縮軸周りに回転可能とした構造を採用する場合もある。かかる場合は注入材２６の注入をより効果的に行うことができる。
なお、二重管３を使用する場合は、前述した注入パイプ２５及び注入孔２４を必ずしも設ける必要はない。
【００１６】
以下、図を参照しながら本発明のトンネルの拡幅方法について説明する。
【００１７】
＜イ＞拡幅方法の実施例１
シールド掘進機１の前面回転盤１１の内部に、回転盤１１の半径方向に伸縮可能なオーバカッタ２を備えたシールド掘進機１にて、シールドトンネルを構築する（図６（ａ）参照）。
シールド掘進機１を拡幅区域５に進入させた際に、オーバカッタ２を回転盤１１の半径方向に伸長させながら、回転盤１１を回転させ、地盤を切削させながら、注入材２６を吐出させることで、拡幅区域５に改良地盤４を造成させる（図６（ｂ）参照）。
この区間では、セグメント１８による覆工体を設置していないため、シールド掘進機１の反力体となる仮枠１９等を設ける必要がある。
改良地盤４を造成した後に、シールド掘進機１を牽引後退させながら改良地盤４を切削して、トンネルを拡幅することができる（図６（ｃ）参照）。
シールド掘進機１が拡幅区域５を通過した後は、再びシールドトンネルを構築していく（図６（ｄ）参照）。
【００１８】
また、拡幅区域５の近辺には、立坑７１を構築し、立坑７１からシールド掘進機１を発進させて斜坑７２や連絡坑７３等を構築し、拡幅区域５と連絡させることもできる（図７参照）。
【００１９】
＜ロ＞拡幅方法の実施例２
前面回転盤１１の内部に、回転盤１１の半径方向に伸縮可能なオーバカッタ２を備えた親子シールド掘進機６を使用して、シールドトンネルを構築する（図１（ａ）参照）。
親子シールド掘進機６を拡幅区域５に進入させた際に、オーバカッタ２を回転盤１１の半径方向に伸長させながら、前記回転盤１１を回転させ、地盤を切削させながら、注入材２６を吐出させることで、拡幅区域５に改良地盤４を造成させる（図１（ｂ）参照）。
親子シールド掘進機６に拡幅区域５を通過させ、再びシールドトンネルを構築させる（図１（ｃ）参照）。
シールドトンネル構築後、親シールド掘進機６１内部より、子シールド掘進機６２を分離し、シールドトンネル内に設けたレール上を牽引後退させて、拡幅区域５に進入させる。
拡幅区域５において、オーバカッタ２を回転盤１１の半径方向に伸長させながら、回転盤１１を回転させ、改良地盤４を切削することにより、トンネルを拡幅する（図１（ｄ）参照）。
【００２０】
【発明の効果】
本発明のトンネル拡幅方法及びシールド掘進機は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜イ＞地下鉄トンネル等建設時に、トンネルの一部区間に将来の新駅建設が予定されている場合に、かかる区間に改良地盤を造成して、シールド掘進機にて拡幅することにより、新駅やホーム構築時に、地上からの大規模工事を必要としない。
＜ロ＞シールド掘進機にて、シールドトンネルの構築、拡幅区域の改良地盤の造成、改良地盤の切削、トンネルの拡幅といった一連の施工を行うことで、工期の短縮や工事コストの減少を図ることができる。
＜ハ＞新駅へのアクセス路を営業線に影響なく構築できるため、大幅な工期短縮とコスト低減になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】親子シールド掘進機を使用した場合の本発明の施工フロー図
【図２】本発明のシールド掘進機の縦断図
【図３】本発明のオーバカッタ部の拡大図
【図４】本発明の二重管を設けたオーバカッタ部の拡大図
【図５】親子シールド掘進機の縦断図
【図６】親子シールド掘進機以外のシールド掘進機を使用した場合の本発明の施工フロー図
【図７】拡幅区域をロックボルトにて補強し、立坑、斜坑、連絡坑と拡幅区域を連結した場合の平面図
【図８】従来のシールド掘進機のオーバカッタを含んだ回転盤の正面図
【符号の説明】
１・・・シールド掘進機
１１・・回転盤
１３・・スキンプレート
２・・・オーバカッタ
２４・・注入孔
２５・・注入パイプ
２６・・注入材
３・・・二重管
４・・・改良地盤
５・・・拡幅区域
６・・・親子シールド掘進機
【図１】
2004176304.tif 000003
【図２】
2004176304.tif 000004
【図３】
2004176304.tif 000005
【図４】
2004176304.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004176304.tif 000008
【図７】
2004176304.tif 000009
【図８】
2004176304.tif 000010