(57)【要約】【課題】主トンネルと拡幅トンネルとを近接して構築でき、主トンネルに拡幅トンネルを固定できると共にトンネル間の止水を確保できるトンネルの構築方法及びシールド掘進機を提供する。【解決手段】シールド掘進機１により掘削された主トンネル孔３内壁にセグメント４を張設して主トンネル３３を構築すると共にシールド掘進機１の側部より径方向外方に拡幅カッタ８を突出させて主トンネル孔３の側部にこれに沿って拡幅トンネル孔７を掘削し、掘削された拡幅トンネル孔７内壁にセグメント９を張設して拡幅トンネル３４を構築した後、拡幅トンネル３４を主トンネル３３に引き寄せて互いに連結するようにしたものである。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機により掘削された主トンネル孔内壁にセグメントを張設して主トンネルを構築すると共に上記シールド掘進機の側部より径方向外方に拡幅カッタを突出させて上記主トンネル孔の側部にこれに沿って拡幅トンネル孔を掘削し、該掘削された拡幅トンネル孔内壁にセグメントを張設して拡幅トンネルを構築した後、上記拡幅トンネルを主トンネルに引き寄せて互いに連結するようにしたことを特徴とするトンネルの構築方法。
【請求項２】
上記拡幅トンネルと主トンネルとの間に介在する異物を上記主トンネル側に吸引して上記拡幅トンネルを主トンネルに引き寄せることを特徴とする請求項１記載のトンネルの構築方法。
【請求項３】
上記拡幅トンネルと上記主トンネルとを引用ボルトで係合させて該引用ボルトを締結させることにより上記拡幅トンネルを上記主トンネルに引き寄せて連結するようにした請求項１又は２記載のトンネルの構築方法。
【請求項４】
上記拡幅トンネルが主トンネルの外周部に沿った断面略弧状を呈する筒体状に構築されると共に、主トンネルに接合する部分に弾性を有するシール部材を備えたことを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載のトンネルの構築方法。
【請求項５】
掘進方向前方部に主カッタを有すると共に掘進方向後方部に掘削された主トンネル孔にセグメントを張設するための主セグメント組立部を有するシールド本体と、上記主カッタと主セグメント組立部との間のシールド本体の側部にこれより径方向外方に出没自在に設けられ上記主トンネル孔の側部に沿って拡幅トンネル孔を掘削する拡幅カッタと、該拡幅カッタの後方に設けられ該拡幅カッタによって掘削される拡幅トンネル孔内に拡幅セグメントを張設すべく組み立てる拡幅セグメント組立部と、該拡幅セグメント組立部と上記主セグメント組立部とを結ぶシールド本体外側壁に沿って設けられ、組み立てられた拡幅セグメントを主トンネル側に案内するための案内手段とを備え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、トンネルの構築方法及びシールド掘進機に係り、特に、主トンネルと拡幅トンネルとを並行に構築して接合するトンネルの構築方法と、シールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
道路トンネルにおいては、所定距離毎に車両の非常駐車帯を設ける必要がある。この非常駐車帯は、道路本線の脇に駐車スペースを形成するものであり、トンネルの長手方向の一部に沿って構築された拡幅トンネル内に形成されている。
【０００３】
従来、トンネルの長手方向の一部に沿って拡幅トンネルを構築する場合、まず、シールド掘進機により道路本線を形成する主トンネルを掘削・構築し、次に、拡幅用のシールド掘削機により主トンネルから径方向外側に掘削して拡幅トンネルを構築していた。例えば、特許文献１にもそのような拡幅掘削装置が開示されている。しかしながら、この方法はトンネルを構築するのに２つの工程を必要とするため、コストが高く、かつ工期が長期化するという欠点があった。
【０００４】
【特許文献１】
特公昭６２−１０７３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明者は、図６に示すように、主トンネル５０と拡幅トンネル５１とを並行に構築できるシールド掘進機５２を新規開発し、このシールド掘進機５２を用いて構築した主トンネル５０と拡幅トンネル５１とを接合する技術を開発中である。
【０００６】
このトンネル構築方法にあっては、主トンネル５０と拡幅トンネル５１とを近接して構築する必要があるが、拡幅トンネル５１は主トンネル５０から前方へ離間した位置で組み立てられるため、地山の土質等の条件によっては拡幅トンネル５１が主トンネル５０の組立位置に至る前に土中で動いて主トンネル５０から離れてしまう可能性があるという課題があった。そして、主トンネル５０に拡幅トンネル５１を接合するときには主トンネル５０に拡幅トンネル５１を固定させ、トンネル５０、５１間の止水を確保する必要があるが、このような作業を行う技術は確立されていないという課題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、主トンネルと拡幅トンネルとを近接して構築でき、主トンネルに拡幅トンネルを固定できると共にトンネル間の止水を確保できるトンネルの構築方法及びシールド掘進機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、シールド掘進機により掘削された主トンネル孔内壁にセグメントを張設して主トンネルを構築すると共に上記シールド掘進機の側部より径方向外方に拡幅カッタを突出させて上記主トンネル孔の側部にこれに沿って拡幅トンネル孔を掘削し、該掘削された拡幅トンネル孔内壁にセグメントを張設して拡幅トンネルを構築した後、上記拡幅トンネルを主トンネルに引き寄せて互いに連結するようにしたものである。
【０００９】
そして、上記拡幅トンネルと主トンネルとの間に介在する異物を上記主トンネル側に吸引して上記拡幅トンネルを主トンネルに引き寄せるとよい。
【００１０】
また、上記拡幅トンネルと上記主トンネルとを引用ボルトで係合させて該引用ボルトを締結させることにより上記拡幅トンネルを上記主トンネルに引き寄せて連結するようにするとよい。
【００１１】
そして、上記拡幅トンネルが主トンネルの外周部に沿った断面略弧状を呈する筒体状に構築されると共に、主トンネルに接合する部分に弾性を有するシール部材を備えるとよい。
【００１２】
また、掘進方向前方部に主カッタを有すると共に掘進方向後方部に掘削された主トンネル孔にセグメントを張設するための主セグメント組立部を有するシールド本体と、上記主カッタと主セグメント組立部との間のシールド本体の側部にこれより径方向外方に出没自在に設けられ上記主トンネル孔の側部に沿って拡幅トンネル孔を掘削する拡幅カッタと、該拡幅カッタの後方に設けられ該拡幅カッタによって掘削される拡幅トンネル孔内に拡幅セグメントを張設すべく組み立てる拡幅セグメント組立部と、該拡幅セグメント組立部と上記主セグメント組立部とを結ぶシールド本体外側壁に沿って設けられ、組み立てられた拡幅セグメントを主トンネル側に案内するための案内手段とを備えたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の好適実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１４】
図１に示すように、シールド掘進機１は、掘進方向前方部に主カッタ２を有すると共に掘進方向後方部に掘削された主トンネル孔３に主トンネル３３を構成するセグメント４を張設するための主セグメント組立部５を有するシールド本体６と、シールド本体６の側部に径方向外方に出没自在に設けられ主カッタ２で掘削された主トンネル孔３の側部に沿って拡幅トンネル孔７を掘削する拡幅カッタ８と、拡幅カッタ８の後方に設けられ拡幅カッタ８によって掘削される拡幅トンネル孔７内に拡幅セグメント９を張設すべく組み立てる拡幅セグメント組立部１０とを備えて構成されている。
【００１５】
主カッタ２は、シールド本体６のバルクヘッド１１に回転自在に設けられており、回転中心から径方向外方へ放射状に延びる複数のスポーク１２と、それぞれのスポーク１２に設けられた多数のカッタビット１３と、スポーク１２の外側端部に径方向外方に出没自在に設けられたコピーカッタ１４とを備えて構成されている。バルクヘッド１１には、主カッタ２を回転駆動するためのカッタ駆動モータ１５が設けられている。
【００１６】
主セグメント組立部５には、エレクタ（図示せず）が設けられている。
【００１７】
シールド本体６は、断面円形に形成され外殻を形成するシールドフレーム１６を有する。
【００１８】
拡幅カッタ８は、主カッタ２と主セグメント組立部５との間の位置に設けられており、シールド本体６に径方向内側に窪んで形成されたガイド部１７内に径方向スライド自在に収容されたスライド部１８と、スライド部１８に縦軸回り揺動可能に設けられ球面状のシール面１９を有する揺動体２０と、揺動体２０に回転自在に設けられたカッタ本体部２１とからなる。スライド部１８とシールド本体６との間にはスライド部１８を径方向にスライドさせるためのアクチュエータたるシリンダ２２が設けられている。また、スライド部１８と揺動体２０との間には揺動体２０を縦軸回り揺動させるためのアクチュエータたるシリンダ２３が設けられている。
【００１９】
拡幅セグメント組立部１０は、シールド本体６に径方向外方に出没自在に設けられシールド本体６の径方向外側に拡幅セグメント９を組み立てるスペースを確保するための拡幅シールドフレーム２４からなる。
【００２０】
拡幅シールドフレーム２４は、拡幅カッタ８と主セグメント組立部５との間に配置されており、シールド本体６から径方向外方へ突出されたときに前端を区画する前端壁部２５と、前端壁部２５の外縁から後方へ延びる周壁部２６とを備えて構成されている。拡幅シールドフレーム２４は、内部に掘進方向後方に臨んで開放された作業スペースを有し、拡幅カッタ８で掘削した拡幅トンネル孔７内に突出するようになっている。
【００２１】
また、拡幅シールドフレーム２４とシールドフレーム１６との間にはシール部材（図示せず）が設けられており、これらフレーム２４、１６間から機内に浸水しないようになっている。そして、拡幅シールドフレーム２４には、組み立てた拡幅セグメント９を後方へ押圧するためのジャッキ２７が設けられており、拡幅シールドフレーム２４の後端部には、拡幅セグメント９と拡幅シールドフレーム２４との間を止水するためのテールシール２８が設けられている。
【００２２】
そして、拡幅シールドフレーム２４内には、拡幅セグメント９を組み立てるための拡幅セグメント組立装置２９が設けられている。
【００２３】
図１及び図２に示すように、拡幅セグメント組立装置２９は、拡幅シールドフレーム２４内に機幅方向に延びて設けられたガイドレール３０と、ガイドレール３０に走行自在に設けられた走行部３１と、走行部３１に前後移動自在に設けられ拡幅セグメント９を係脱自在に把持する把持部３２とを備えて構成されている。
【００２４】
図３（ａ）に示すように、拡幅セグメント９は、ループ状に閉じた形状に形成されており、掘進方向に重ねてつなげることで主トンネル３３の外周部に沿った断面略弧状を呈する筒体状の拡幅トンネル３４を構築するようになっている。そして、拡幅セグメント９は、シールド本体６及び主トンネル３３の外周形状に沿う形状に形成された嵌合部３５を有する。
【００２５】
嵌合部３５はシールド本体６及び主トンネル３３と略同じ曲率の円弧状に形成されており、後述する案内手段３６に係合される被案内部３７を外周に有する。被案内部３７は、機軸に沿って延びるガイド溝３８からなり、案内手段３６を前後スライド可能に収容するようになっている。ガイド溝３８は、嵌合部３５に周方向に離間して複数形成されており、周方向に離間する複数の箇所で案内手段３６に係合されるようになっている。
【００２６】
また、嵌合部３５には、引用ボルト（図示せず）を挿通させるためのボルト孔（図示せず）が径方向に延びて形成されると共に、主トンネル３３に圧着接合され弾性を有するシール部材３９が設けられている。具体的には、シール部材３９は、嵌合部３５の上端縁と下端縁とに、嵌合部３５の前端から後端に渡って延び、かつ、主トンネル３３側へ突出するように設けられている。
【００２７】
シールド本体６には、組み立てられた拡幅セグメント９を主トンネル３３側に案内するための案内手段３６が、拡幅セグメント組立部１０と主セグメント組立部５とを結ぶシールド本体６の外側壁に沿って設けられている。
【００２８】
具体的には、案内手段３６は、シールドフレーム１６に径方向外方へ突出する突起４０を設けて構成されている。突起４０は、拡幅セグメント９のガイド溝３８内に嵌る形状に形成されており、周方向に離間するそれぞれのガイド溝３８内に嵌るように上下多段に設けられている。
【００２９】
図３（ｂ）に示すように、突起４０は、主トンネル３３のみを構築するときに掘進方向の制御に影響を及ぼさないように前後方向の寸法と周方向の寸法とを略同じに形成されており、機軸に沿って複数整列して設けられている。
【００３０】
次にトンネルの構築方法について述べる。
【００３１】
主トンネル３３に沿って拡幅トンネル３４を構築する場合、シールド掘進機１を掘進させて主トンネル３３を構築しながら、シールド本体６内に完全に収容されている拡幅カッタ８を回転駆動しつつ徐々に径方向外方へ突出させ、拡幅カッタ８の掘削面を前方へ向けるように傾動させる。そして、拡幅カッタ８の突出量に応じて拡幅シールドフレーム２４を徐々に径方向外側へ突出させる。主トンネル３３は、主カッタ２で掘削された主トンネル孔３内壁にセグメント４を張設することで構築される。
【００３２】
拡幅カッタ８と拡幅シールドフレーム２４とが所定量突出されたら、拡幅カッタ８で掘削した拡幅トンネル孔７内壁に拡幅セグメント９を張設し始める。
【００３３】
拡幅セグメント９の張設作業は、まず、拡幅トンネル３４の後端を塞ぐための蓋部材４１をジャッキ２７で後方へ押し、拡幅セグメント組立装置２９で蓋部材４１の前側に拡幅セグメント９を組み立てる。そして、シールド本体６の掘進量に応じて既設の拡幅セグメント９の前側に新たな拡幅セグメント９を組み立てる作業を順次繰り返す。
【００３４】
拡幅セグメント９が拡幅シールドフレーム２４の外側へ出ると、シールドフレーム１６に設けられた突起４０が拡幅セグメント９のガイド溝３８内に入り、拡幅セグメント９をシールド本体６に沿ってシールド本体６の後方へスライドさせるようにガイドする。このため、拡幅トンネル３４を主トンネル３３に沿う位置に正確に構築できる。
【００３５】
そして、シールド掘進機１が掘進し、拡幅セグメント９を組み立ててなる拡幅トンネル３４の横を通過すると、拡幅トンネル３４はシールド掘進機１の後方に構築された主トンネル３３に近接される。
【００３６】
このようにして、拡幅トンネル３４と主トンネル３３とが所定の位置関係で近接されたら、図４に示すように、主トンネル３３に形成されたグラウトホール４２からトンネル３３、３４間に介在する異物（泥水あるいは残土）４３を主トンネル３３側に吸引して拡幅トンネル３４を主トンネル３３に引き寄せる。そして、拡幅トンネル３４のシール部材３９が主トンネル３３に当接されると、トンネル３３、３４間は負圧となり、シール部材３９は周囲の土圧によって主トンネル３３に圧着される。
【００３７】
この後、図５に示すように、拡幅セグメント９に形成したボルト孔４４と、セグメント４に形成したボルト孔４５とに引用ボルト４６を挿通して主トンネル３３と拡幅トンネル３４とを係合させ、引用ボルト４６を締結することにより主トンネル３３に拡幅トンネル３４を更に引き寄せて固定する。
【００３８】
そして、同様の手順で前方の拡幅セグメント９を順次主トンネル３３に固定しつつ、後側から順に拡幅トンネル３４を主トンネル３３に連結する。
【００３９】
トンネル３３、３４同士の連結は、上下のシール部材３９間で主トンネル３３と拡幅トンネル３４とが重なり合う部分を切り開き、主トンネル３３と拡幅トンネル３４とを溶接等により接合することで行う。
【００４０】
このように、シールド掘進機１により掘削された主トンネル孔３内壁にセグメント４を張設して主トンネル３３を構築すると共にシールド掘進機１の側部より径方向外方に拡幅カッタ８を突出させて主トンネル孔３の側部にこれに沿って拡幅トンネル孔７を掘削し、掘削された拡幅トンネル孔７内壁に拡幅セグメント９を張設して拡幅トンネル３４を構築した後、拡幅トンネル３４を主トンネル３３に引き寄せて互いに連結するようにしたため、主トンネル３３に拡幅トンネル３４を固定でき、トンネル３３、３４間の止水を確保できる。
【００４１】
また、拡幅トンネル３４と主トンネル３３との間に介在する異物４３を主トンネル３３側に吸引して拡幅トンネル３４を主トンネル３３に引き寄せるため、容易に拡幅トンネル３４を主トンネル３３に引き寄せることができる。
【００４２】
そして、拡幅トンネル３４と主トンネル３３とを引用ボルト４６で係合させて引用ボルト４６を締結させることにより拡幅トンネル３４を主トンネル３３に引き寄せて連結するようにしたため、容易かつ確実に主トンネル３３に拡幅トンネル３４を固定でき、拡幅トンネル３４を主トンネル３３の正確な位置に固定できる。
【００４３】
また、拡幅トンネル３４が主トンネル３３の外周部に沿った断面略弧状を呈する筒体状に構築されると共に、主トンネル３３に接合する部分に弾性を有するシール部材３９を備えたため、拡幅トンネル３４を主トンネル３３に引き寄せて密着させることで容易に止水を確保できる。
【００４４】
そして、拡幅セグメント組立部１０と主セグメント組立部５とを結ぶシールド本体６外側壁に沿って設けられ、組み立てられた拡幅セグメント９を主トンネル３３側に案内するための案内手段３６を備えてシールド掘進機１を構成したため、主トンネル３３と拡幅トンネル３４とを近接して構築できる。
【００４５】
なお、シール部材３９は嵌合部３５の上下両端に設けるものとしたが、これに限るものではなく、嵌合部３５に沿って網の目に延びるシール部材（図示せず）を設けてもよい。この場合、セグメント４に、シール部材に囲まれるエリア毎にグラウトホール４２を設けるとよい。拡幅セグメント９の一部を切り開いても切り開いていない他のエリアで負圧状態を維持することができ、拡幅トンネル３４を主トンネル３３に圧着させておくことができる。
【００４６】
また、拡幅セグメント９にガイド溝３８を設け、シールド本体６に案内手段３６として突起４０を設けるものとしたが、逆に拡幅セグメントに突起４０を設け、シールド本体に案内手段としてガイド溝３８を設けてもよい。
【００４７】
そして、主トンネル３３にグラウトホール４２を形成し、トンネル３３、３４間に介在する異物４３を主トンネル３３側に吸引するものとしたが、グラウトホール４２を拡幅トンネル３４に形成し、異物４３を拡幅トンネル３４側に吸引するものとしてもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を奏する。
（１）主トンネルと拡幅トンネルとを近接して構築できる。
（２）主トンネルに拡幅トンネルを固定でき、トンネル間の止水を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適実施の形態を示すシールド掘進機の平面断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【図３】（ａ）は案内手段の正面断面図であり、（ｂ）は案内手段の側面図である。
【図４】拡幅トンネルと主トンネルとの間に介在する異物を主トンネル側に吸引している状態の正面説明図である。
【図５】拡幅トンネルと主トンネルとを引用ボルトで引き寄せている状態の正面説明図である。
【図６】開発中のシールド掘進機の概略説明図である。
【符号の説明】
１  シールド掘進機
２  主カッタ
３  主トンネル孔
４  セグメント
５  主セグメント組立部
６  シールド本体
７  拡幅トンネル孔
８  拡幅カッタ
９  拡幅セグメント（セグメント）
１０  拡幅セグメント組立部
３３  主トンネル
３４  拡幅トンネル
３６  案内手段
３９  シール部材
４３  異物
４６  引用ボルト
【図１】
2004308372.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004308372.tif 000005
【図４】
2004308372.tif 000006
【図５】
2004308372.tif 000007
【図６】
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