(57)【要約】【課題】既存のシールド機を用いて、シールド坑の断面を任意の個所で任意の形状に縮幅することができるトンネル断面変更方法およびトンネル掘削機を提供すること。【解決手段】トンネル断面縮幅開始位置の通常断面セグメント３１−ｎに反力受け１５を設置する。シールド機１のスキンプレート３の内部に新設の増設スキンプレート１９を固定し、増設シールドジャッキ１３を増設する。スキンプレート３と増設スキンプレート１９との間に遮水ユニット３３を設ける。そして、反力受け１５で反力を取りつつ増設シールドジャッキ１３を伸縮させ、新断面セグメント２５を設置する。トンネル断面縮幅終了後、新断面セグメント２５と増設スキンプレート１９を接合し、遮水ユニット４１を設け、増設シールドジャッキ１３を撤去する。そして、遮水ユニット４１で反力を取りつつシールドジャッキ５を伸縮させ、通常断面セグメント３１を設置する。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地山内にシールド機で坑を掘削し、前記坑内に通常断面セグメントを設置する工程（ａ）と、
前記通常断面セグメントの内側に反力受けを、前記シールド機の内部に増設スキンプレートと増設シールドジャッキと遮水部材を設置する工程（ｂ）と、
前記反力受けで反力を取りつつ前記シールド機で前記地山をさらに掘削し、前記反力受けの延長上に新断面セグメントを設置する工程（ｃ）と、
前記新断面セグメントの外側に裏込め注入を行う工程（ｄ）と、
を具備することを特徴とするトンネル断面変更方法。
【請求項２】
前記増設スキンプレートにテールシールが設けられることを特徴とする請求項１記載のトンネル断面変更方法。
【請求項３】
前記増設シールドジャッキは、前記シールド機本体に、設置部材を介して設けられることを特徴とする請求項１記載のトンネル断面変更方法。
【請求項４】
前記遮水部材は、前記増設スキンプレートと前記シールド機の本体との間に設けられることを特徴とする請求項１記載のトンネル断面変更方法。
【請求項５】
前記遮水部材を補強する工程（ｅ）をさらに具備することを特徴とする請求項１記載のトンネル断面変更方法。
【請求項６】
前記新断面セグメントを前記増設スキンプレートの一部に接合する工程（ｆ）と、
前記増設スキンプレートを前記シールド機本体から切り離す工程（ｇ）と、
前記遮水部材で反力を取りつつ前記シールド機で前記地山をさらに掘削し、通常断面セグメントを設置する工程（ｈ）と、
をさらに具備することを特徴とする請求項１記載のトンネル断面変更方法。
【請求項７】
シールドジャッキを有するシールド機本体の内部に設けられた増設スキンプレートと、
前記シールド機本体に、設置部材を介して設けられた増設シールドジャッキと、
前記増設スキンプレートと前記シールド機本体との間に設けられた遮水部材と、
前記増設スキンプレートに設けられたテールシールと、
を具備することを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項８】
前記増設ジャッキは、複数個あり、並設されることを特徴とする請求項７記載のトンネル掘削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル断面変更方法およびトンネル掘削機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
道路トンネルや鉄道トンネルを構築する際に、トンネルの離合個所や、後に構造物が築造される予定のある個所などでは、シールド坑の断面形状を変化させる必要がある。立坑の構築や地上からの補助工法を必要とせずにトンネル断面を変化させるシールド工法として、従来、トンネル断面を一部拡幅する工法や、トンネル内部に仮設隔壁を施工するための工法・施工装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特公平７−６５４５５
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、トンネル断面を変化させるシールド工法は、いずれの工法も複雑な機構を有する特殊シールド機を用いており、シールド機本体の機構や施工手順が複雑で、高コストなものが多い。また、トンネル断面を一部拡幅する工法は多く提案されているが、地山とトンネル内部との間の止水性を十分に確保し、容易にトンネル断面の一部を縮幅する工法の提案はない。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、既存のシールド機を用いて、シールド坑の断面を任意の個所で任意の形状に縮幅することができるトンネル断面変更方法およびトンネル掘削機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための第１の発明は、シールド機で地山に坑を掘削し、前記坑内に通常断面セグメントを設置する工程（ａ）と、前記通常断面セグメントの内側に反力受けを、前記シールド機の内部に増設スキンプレートと増設シールドジャッキと遮水部材を設置する工程（ｂ）と、前記反力受けで反力を取りつつ前記シールド機で前記地山をさらに掘削し、前記反力受けの延長上に新断面セグメントを設置する工程（ｃ）と、前記新断面セグメントの外側に裏込め注入を行う工程（ｄ）とを具備することを特徴とするトンネル断面変更方法である。
【０００７】
増設スキンプレートは、シールド機本体の内部を複数の部分に分割するように、シールド機本体に固定される。増設スキンプレートには、新断面セグメントとの間の止水性を確保するためのテールシールが設けられる。増設スキンプレートとシールド機の本体との間には、止水性を確保するための遮水部材が設けられる。増設シールドジャッキは、設置部材を介してシールド機本体に設けられ、増設スキンプレートに沿って配置される。工程（ｂ）で設置される反力受けは、増設シールドジャッキの設置位置の後方に配置され、増設ジャッキから通常断面セグメントに力を伝達できる構造とする。
【０００８】
工程（ｄ）の後、新断面セグメントを増設スキンプレートに接合する工程（ｆ）と、増設スキンプレートをシールド機本体から切り離す工程（ｇ）と、遮水部材で反力を取りつつシールド機で地山をさらに掘削し、通常断面セグメントを設置する工程（ｈ）とをさらに実施してもよい。増設スキンプレートのうち新断面セグメントに接合されない部分および増設シールドジャッキは、例えば工程（ｇ）と前後して、撤去される。
【０００９】
なお、工程（ｇ）以降に、工程（ｂ）で設置した遮水部材のみでは地山からの漏水を防止できない場合や、掘削時の反力が確保できない場合には、工程（ｇ）の前に、遮水部材を補強する工程（ｅ）をさらに設けてもよい。
【００１０】
第１の発明では、シールド機で地山に坑を掘削し、坑内に通常断面セグメントを設置した後、通常断面セグメントの内側に反力受けを設置する。また、シールド機の内部に増設スキンプレートと増設シールドジャッキと遮水部材を設置する。そして、反力受けで反力を取りつつ増設シールドジャッキを伸張させてシールド機で地山をさらに掘削し、反力受けの延長上に新断面セグメントを設置する。さらに、新断面セグメントの外側に裏込め注入を行う。
【００１１】
第２の発明は、シールドジャッキを有するシールド機本体の内部に設けられた増設スキンプレートと、前記シールド機本体に、設置部材を介して設けられた増設シールドジャッキと、前記増設スキンプレートと前記シールド機本体との間に設けられた遮水部材と、前記増設スキンプレートに設けられたテールシールとを具備することを特徴とするトンネル掘削機である。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明のトンネル断面変更方法に用いるトンネル掘削機である。
【００１３】
第２の発明では、シールドジャッキを有する既存のシールド機本体に、本体内部を複数の部分に分割するような増設スキンプレートを固定する。そして、設置部材を介して、シールド機本体に増設シールドジャッキを設置する。増設シールドジャッキは、複数個設けられ、通常断面セグメントの内側に設けられた反力受けの前方に、増設スキンプレートに沿って並設される。また、増設スキンプレートとシールド機本体との間に、止水性を確保するための遮水部材を設ける。さらに、増設スキンプレートに、新断面セグメントとの間の止水性を確保するためのテールシールを設ける。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施例を詳細に説明する。図１は、シールド機１でトンネル３５を掘削する際の各工程を示す図、図２は、トンネル３５を構築しているシールド機１を前方から見た斜視図、図３は、トンネル３５を構築しているシールド機１を後方から見た斜視図である。
【００１５】
図１の（ａ）は、シールド機１で通常断面のトンネル３５を掘削する工程を示す。図１の（ａ）に示すように、トンネル３５の通常断面部分は、既存のシールド機１を用いて構築される。既存のシールド機１は、スキンプレート３、シールドジャッキ５、シールドジャッキ設置用部材７、面板９等からなる。
【００１６】
図２に示すように、シールド機１のスキンプレート３は、例えば、円筒形であり、面板９は、スキンプレートの端面に固定される。面板９の表面には、カッタ１１が設けられる。また、図３に示すように、シールドジャッキ固定用部材７は、例えば、面板９に平行に配置された環状の部材であり、スキンプレート３に固定される。シールドジャッキ５は、スキンプレート３の内周面に沿って配置され、端部がシールドジャッキ固定用部材７に取り付けられる。シールドジャッキ５は、トンネル３５の軸方向に伸縮する。
【００１７】
トンネル３５の通常断面部分を形成するには、まず、シールド機１で地山２を掘削し、掘削された坑の内周に沿って通常断面セグメント３１を設置する作業を繰り返す。そして、図１の（ａ）に示すようにトンネル３５の縮幅位置４に通常断面セグメント３１−ｎを設置した時点で、掘削を一旦停止する。
【００１８】
図１の（ｂ）は、反力受け１５を設置する工程を示す。図１の（ａ）に示すように、通常断面セグメント３１−ｎを設置した後、図１の（ｂ）に示すように、通常断面セグメント３１−（ｎ−１）に特殊セグメント１７を固定する。
【００１９】
次に、シールドジャッキ設置用部材７の所定の部分を延長してシールドジャッキ設置用部材７ａとし、反力受け１５の前方に増設シールドジャッキ１３を設置する。増設シールドジャッキ１３は、例えば、図２に示すように、シールドジャッキ５と平行に、スキンプレート３の内部に配置され、端部がシールドジャッキ設置用部材７ａに取り付けられる。増設シールドジャッキ１３は、トンネル３５の軸方向に伸縮する。
【００２０】
また、通常断面セグメント３１−ｎの内側に反力受け１５を配置する。反力受け１５は、通常断面セグメント３１−ｎおよび特殊セグメント１７に固定される。反力受け１５および特殊セグメント１７は、増設シールドジャッキ１３からの押圧力を通常断面セグメント３１に伝達できる形状および構成とする。
【００２１】
図１の（ｃ）は、シールド機１に増設スキンプレート１９を固定する工程を示す。図４は、シールド機１のトンネル軸方向の断面図、図５は、シールド機１のトンネル周方向の断面図を示す。図４は、図１の（ｃ）に示す状態から、シールド機１をさらに前進させた状態でのシールド機１の拡大図である。図５は、図４のＡ−Ａによる断面図である。
【００２２】
図１の（ｂ）に示す状態から、シールドジャッキ５と増設シールドジャッキ１３を、それぞれ通常断面セグメント３１−ｎと反力受け１５とに押付けて伸張しつつ、地山２を掘削してシールド機１を前進させる。
【００２３】
そして、増設シールドジャッキ１３を縮めて反力受け１５の前方に新断面セグメント２５−１を設置する。また、シールドジャッキ５を縮めて、反力受け１５が設置された通常断面セグメント３１−ｎの前方に遮水ユニット３３（図３、図４）を設置する。他の通常断面セグメント３１−ｎの前方には、通常断面セグメント３７−１を設置する。さらに、必要に応じて、シールド機１をスキンプレート１９を設置できる程度まで前進させる。
【００２４】
図５に示すように、通常断面セグメント３７−１と新断面セグメント２５−１は、縮幅されたトンネル断面を形成する。なお、遮水ユニット３３は、通常断面セグメント３１−ｎには固定されない。
【００２５】
次に、図１の（ｃ）に示すように、シールド機１のスキンプレート３の内部に、増設スキンプレート１９を固定する。増設スキンプレート１９は、例えば、長方形板状の部材であり、増設シールドジャッキ１３および新断面セグメント２５−１に平行に配置される。増設スキンプレート１９のトンネル前方の端部２０は、図３、図４に示すようにシールドジャッキ設置用部材７ａに固定され、トンネル周方向の端部４５は、図３、図５に示すようにスキンプレート３に固定される。
【００２６】
増設スキンプレート１９の増設シールドジャッキ１３側の表面４７には、新断面セグメント２５との間の止水性を確保するためのテールシール２３が設けられる。テールシール２３は、既設のテールシール２１よりも掘削方向前方、すなわち面板９に近い位置に設置される。
【００２７】
図１の（ｃ）に示すように遮水ユニット３３と増設スキンプレート１９を設置した後、増設シールドジャッキ１３を新断面セグメント２５−１に押付けて地山２を掘削し、シールド機１を図４に示す位置まで前進させる。遮水ユニット３３は、設置されてからシールド機１が図４に示す位置まで前進する間には移動せず、遮水ユニット３３およびスキンプレート３の内周面４３に設けられたテールシール２１により、地山２からシールド機１の内部への漏水が防止される。
【００２８】
図４に示す位置までシールド機１を前進させた後、増設スキンプレート１９のスキンプレート３側の表面４９の端部２２に、遮水ユニット３３を接合する。遮水ユニット３３は、図３から図５に示すように、スキンプレート３の内周面４３に設けられたテールシール２１と増設スキンプレート１９との間の止水性を確保できる構造、形状であればよい。
【００２９】
さらに、反力受け１５と通常断面セグメント３１−ｎとの間に間詰め２７を設置する。間詰め２７は、例えば、モルタルやウレタン等を用いて行う。
【００３０】
図１の（ｄ）は、接合用セグメント３９を設置する工程を示す図である。図４に示す状態から、図３に示すように、増設シールドジャッキ１３を新断面セグメント２５に、シールドジャッキ５の一部を通常断面セグメント３７に押付けて伸張しつつ、シールド機１で地山２を掘削する。そして、増設シールドジャッキ１３とシールドジャッキ５の一部を縮め、新断面セグメント２５と通常断面セグメント３７とを設置する。
【００３１】
シールド機１で掘削される断面と、新断面セグメント３５と通常断面セグメント３７とで形成されるセグメントリングの断面は異なるので、余掘り部、すなわち、新断面セグメント２５の外周面側には、裏込め注入２９を行う。
【００３２】
地山２の掘削作業、新断面セグメント２５と通常断面セグメント３７の設置作業、裏込め注入２９作業は、新断面セグメント２５−ｍ（図１の（ｄ））、通常断面セグメント３７−ｍ（図１の（ｄ））が設置されるまで繰り返される。
【００３３】
新断面セグメント２５−ｍ、通常断面セグメント３７−ｍの設置後、増設シールドジャッキ１３、シールドジャッキ５の一部を、それぞれ新断面セグメント２５−ｍ、通常断面セグメント３７−ｍに押付けて伸張しつつ、地山２を掘削する。そして、図１の（ｄ）に示すように、遮水ユニット３３の後尾が縮幅終了位置６に到達した時点で、掘削を一旦停止する。
【００３４】
掘削停止後、シールドジャッキ５の一部、増設シールドジャッキ１３を縮め、通常断面セグメント３７−ｍの前方に通常断面セグメント３７−（ｍ＋１）を、新断面セグメント２５−ｍの前方に接合用セグメント３９を設置する。接合用セグメント３９は、例えば鋼製であり、溶接５７（図６、図７）等によって増設スキンプレート１９に接合される。
【００３５】
図１の（ｅ）は遮水ユニット４１を設置する工程を示す図、図６はシールド機１のトンネル軸方向の断面図、図７はシールド機１のトンネル周方向の断面図である。図６は図１の（ｅ）の拡大図、図７は図６のＢ−Ｂによる断面図である。
【００３６】
図１の（ｄ）に示す状態から、増設スキンプレート１９のトンネル外周側の表面４９と遮水ユニット３３との間に、空間５１を塞ぐ遮水ユニット４１を設置する。遮水ユニット４１と遮水ユニット３３との接触面５３や、遮水ユニット４１と増設スキンプレート１９との接触面５５は、漏水がないように接合される。遮水ユニット４１は、前方に設置されたシールドジャッキ５を押付けてシールド機１を掘進させる際に、反力を取れる強度を有する材質とする。
【００３７】
遮水ユニット４１を設置した後、増設スキンプレート１９のうち、接合用セグメント３９に接合された部分より前方の増設スキンプレート１９ａ（図６）を溶接により撤去する。また、図７に示すように、増設スキンプレート１９のトンネル軸方向の端部４５ａを、スキンプレート３から切り離す。さらに、増設スキンプレート１９に沿って増設された増設シールドジャッキ１３と、増設シールドジャッキ１３を固定するために設けられたシールドジャッキ設置用部材７ａとを撤去し、図１の（ｅ）や図６に示す状態とする。
【００３８】
図１の（ｆ）は縮幅終了後の工程を示す図である。図１の（ｅ）に示すように、遮水ユニット４１を設置し、増設シールドジャッキ１３等を撤去した後、シールドジャッキ５を遮水ユニット４１および通常断面セグメント３７−（ｍ＋１）に押付けて伸張しつつ、地山２を掘削する。そして、シールドジャッキ５を縮め、遮水ユニット４１および通常断面セグメント３７−（ｍ＋１）の前方に通常断面セグメント３１を設置する。
【００３９】
その後、図１の（ｆ）に示すように、シールドジャッキ５を通常断面セグメント３１に押付けて伸張しつつ、地山２を掘削する作業と、シールドジャッキ５を縮め、掘削した坑内に通常断面セグメント３１を設置する作業とを繰り返し、トンネル３５の覆工を完成する。
【００４０】
このように、本実施の形態では、トンネル３５の縮小計画断面に合わせてスキンプレート３の内部に他の増設スキンプレート１９を設置し、スキンプレート３と増設スキンプレート１９によって形成された空間内に、通常断面セグメント３７と新断面セグメント２５からなるセグメントリングを形成する。そのため、断面形状を変化させる際に、立坑の構築、地上からの補助工法を必要としない。
【００４１】
また、増設シールドジャッキ１３、増設スキンプレート１９等の設置と撤去を繰り返し行うことで、トンネル３５の軸方向の任意の位置で、トンネル３５の断面形状の変更を繰り返し行うことができる。
【００４２】
シールド機１では、スキンプレート３と増設スキンプレート１９との間に、テールシール２１、遮水ユニット３３、遮水ユニット４１を、増設スキンプレート１９と新断面セグメント２５との間にテールシール２３を設けるので、トンネル３５の断面を変形させる全工程において、地山２とシールド機１との間の止水性を確保することができる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、スキンプレート３の周方向の断面が円形のシールド機１を用いたが、シールド機の断面形状はこれに限らず、スキンプレートの周方向の断面形状が矩形のシールド機を用いてもよい。
【００４４】
また、シールド機１では、断面の１ヶ所に平板状の増設スキンプレート１９を設置したが、増設スキンプレート１９の設置位置や形状、設置数はこれに限らない。増設スキンプレート１９の形状や設置位置を変更したり、複数の増設スキンプレート１９を設置したりすることで、トンネル３５の断面縮幅時のセグメントリングの断面形状を任意に変更することができる。
【００４５】
さらに、シールド機１では、トンネル３５の縮幅開始時に遮水ユニット３３を設け、縮幅終了時に遮水ユニット３３とスキンプレート１９との間の空間５１を塞ぐ遮水ユニット４１を設けたが、遮水ユニットの形状等はこれに限らない。空間５１が形成されず、トンネル３５の縮幅終了後にシールドジャッキ５の押圧力を新断面セグメント２５に伝達でき、地山２からトンネル３５への漏水を防止できるような材質・形状の遮水ユニットを、トンネル３５の縮幅開始時に設けてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、既存のシールド機を用いて、シールド坑の断面を任意の個所で任意の形状に縮幅することができるトンネル断面変更方法およびトンネル掘削機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シールド機１でトンネル３５を掘削する際の各工程を示す図
【図２】トンネル３５を構築しているシールド機１を前方から見た斜視図
【図３】トンネル３５を構築しているシールド機１を後方から見た斜視図
【図４】シールド機１のトンネル軸方向の断面図
【図５】シールド機１のトンネル周方向の断面図
【図６】シールド機１のトンネル軸方向の断面図
【図７】シールド機１のトンネル周方向の断面図
【符号の説明】
１………シールド機
３………スキンプレート
５………シールドジャッキ
１３………増設シールドジャッキ
１５………反力受け
１７………特殊セグメント
１９………増設スキンプレート
２１、２３………テールシール
２５………新断面セグメント
２７………間詰め
２９………裏込め注入
３１、３７………セグメント
３３、４１………遮水ユニット
３９………接合用セグメント
【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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