(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通行空間を確保するためのプロテクタを既設トンネル内に設置し、既設トンネルの覆工コンクリートにおける側壁部を近傍の地山とともに掘削して、拡幅部を構築し断面を拡大する既設トンネルの断面拡大工法であって、
施工機械を搭載した内方に作業空間を有する門型架構造よりなる施工架台を、該施工架台の外側に設置される前記プロテクタと並列に前進させながら、前記側壁部のうちのいずれか一方側とその近傍の地山を掘削するとともに一次覆工を施工する掘削および一次覆工工程と、
前記施工架台にて掘削を進めながら、前記プロテクタの先頭部分が、前記施工架台の掘削による切羽より常に前方に位置するように、前記プロテクタを前進させるプロテクタ前進工程とを有し、
前記掘削および一次覆工工程と前記プロテクタ前進工程とを繰り返すことを特徴とする既設トンネルの断面拡大工法。
【請求項２】
前記プロテクタ前進工程において、前記切羽より前方に位置するプロテクタの先頭部分の長さが常に、少なくとも換気設備を設置可能な距離以上の長さとなるように、前記プロテクタを前進させることを特徴とする請求項１に記載の既設トンネルの断面拡大工法。
【請求項３】
前記プロテクタの上面に、拡幅部を構築するための作業ステージを設けることを特徴とする請求項１または２に記載の既設トンネルの断面拡大工法。
【請求項４】
前記プロテクタの、前記施工架台の掘削による切羽より前方に位置する外周面に設置され、前記既設トンネルの断面形状と同じ形状の外周面を有する隔壁を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の既設トンネルの断面拡大工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既設トンネルを供用しながら断面を拡大するためのトンネルの断面拡大工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、既設トンネル内にプロテクタを設置して、該プロテクタの内部に車両通行空間を確保することにより、既設トンネルを供用しながら断面を拡大する方法が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、既設トンネル内において内部空間をより大きく確保できるように計画したプロテクタを既設トンネルの全線にわたって配置し、既設トンネル内に車両通行空間を確保する。次に、既設トンネルにおける覆工層の一方の側壁部の外側に拡幅部を掘削した後、当該拡幅部と既設トンネルの内方とを連通させるべく、覆工層の一方の側壁部を切断除去するとともに切断位置に仮設支柱を設置する。その後、車両通行空間を前記プロテクタの内部空間から拡幅部に切り替えてプロテクタを撤去し、既設トンネル内で既設トンネルの覆工層と拡幅部との連結整形作業を行う方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−６４９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の既設トンネルの拡大方法では、内部空間を大きく確保するべく重機を上載しないプロテクタを既設トンネル内の全線にわたって配置しているため、以下に示すような課題を有している。
（１）プロテクタに重機を上載しないため、プロテクタの外部空間に作業スペースを用意しておらず、既設トンネルの覆工層と拡幅部との連結整形作業を行う際には、プロテクタを撤去するとともに車両通行空間を施工途中の拡幅部に切り替えて作業空間を確保する必要が生じる。このため、車両通行空間の切り替え作業やプロテクタの撤去作業等に多大な時間を必要とすることとなり、作業性に劣る。
（２）プロテクタを既設トンネルの全線にわたって配置していることから、プロテクタが巨大な設備となるため、組立作業および解体作業に多大な手間を要する。
【０００６】
本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、プロテクタにて既設トンネルを供用しながら、簡略な構成で作業効率よく、断面を拡大できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するため、本発明の既設トンネルの断面拡大工法は、通行空間を確保するためのプロテクタを既設トンネル内に設置し、既設トンネルの覆工コンクリートにおける側壁部を近傍の地山とともに掘削して、拡幅部を構築し断面を拡大する既設トンネルの断面拡大工法であって、施工機械を搭載した内方に作業空間を有する門型架構造よりなる施工架台を、該施工架台の外側に設置される前記プロテクタと並列に前進させながら、前記側壁部のうちのいずれか一方側とその近傍の地山を掘削するとともに一次覆工を施工する掘削および一次覆工工程と、前記施工架台にて掘削を進めながら、前記プロテクタの先頭部分が、前記施工架台の掘削による切羽より常に前方に位置するように、前記プロテクタを前進させるプロテクタ前進工程とを有し、前記掘削および一次覆工工程と前記プロテクタ前進工程とを繰り返すことを特徴とする。
【０００８】
上記の既設トンネルの断面拡大工法によれば、前記掘削および一次覆工工程に合わせてプロテクタを前進させるため、常に拡幅部の構築作業の影響を受ける範囲のみにプロテクタを配置することが可能となる。これにより、プロテクタの長さを最小限に抑えることができるため、トンネル全線にわたってプロテクタを設置する場合と比較して、経済的であるとともに、組立ておよび解体等に費やす作業時間を大幅に削減することができる。
【０００９】
本発明の既設トンネルの断面拡大工法は、前記プロテクタ前進工程において、前記切羽より前方に位置するプロテクタの先頭部分の長さが常に、少なくとも換気設備を設置可能な距離以上の長さとなるように、前記プロテクタを前進させることを特徴とする。
【００１０】
上記の既設トンネルの断面拡大工法によれば、プロテクタに換気設備を配置した場合であっても、該換気設備の配置空間と拡幅部の構築に係る作業空間とが錯綜しないため、作業性を向上することが可能となる。
【００１１】
本発明の既設トンネルの断面拡大工法は、前記プロテクタ上に、拡幅部を構築するための作業ステージを設けることを特徴とする。
【００１２】
上記の既設トンネルの断面拡大工法によれば、覆工コンクリートのクラウン部における拡幅部の構築作業をプロテクタ上にて実施できるため、新たに高所作業用の台車等を搬入する必要がなく、施工効率を大幅に向上することが可能となる。
【００１３】
本発明の既設トンネルの断面拡大工法は、前記プロテクタの、前記施工架台の掘削による切羽より前方に位置する外周面に設置され、前記既設トンネルの断面形状と同じ形状の外周面を有する隔壁を備えることを特徴とする。
【００１４】
上記の既設トンネルの断面拡大工法によれば、施工架台の上面と、その内方の空間を拡幅部の構築に係る作業空間として利用できるため、施工架台の幅の２倍の作業スペースを確保することが可能となり、プロテクタの内部空間を大きく確保しつつ、プロテクタ外部の作業空間も大きく確保することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、既設トンネル内にプロテクタを設置するとともに、これと並列に施工機械を搭載した施工架台を設置し、施工架台による掘削及び一次覆工工程とプロテクタの前進移動を交互に行うため、拡幅部の構築作業に係る影響を受ける区間のみにプロテクタを設置すればよく、簡略な構成で作業効率よく、プロテクタにて既設トンネルを供用しながら断面を拡大することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】既設トンネルにおける拡幅部の全体図である。
【図２】既設トンネルにおける拡幅部の平面図および側面図である。
【図３】既設トンネルにおける拡幅部の断面図である。
【図４】既設トンネルの断面拡大工法の手順（その１）を示す図である。
【図５】既設トンネルの断面拡大工法の手順（その２）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の既設トンネルの断面拡大工法について、２車線の既設トンネルを３車線に拡幅する場合を事例とし、図１〜図５を用いて説明する。
【００１９】
本発明では、既設トンネル１の断面を拡大するにあたり、図５（ｃ）に示すように、既設トンネル１における覆工コンクリート１１の一部分である一方の側壁部（以降、残置側側壁部１１ａという）側は拡幅することなく残置し、覆工コンクリート１１のその他の部分である他方の側壁部（以降、拡幅側側壁部１１ｂという）とクラウン部１１ｃ、およびその近傍の地山を掘削して拡幅部２を構築することで、既設トンネル１の断面を拡大するものである。
該拡幅部２は、図１の全体図に示すように、既設トンネル１の明かり部１ａから、拡幅側側壁部１１ｂとクラウン部１１ｃをその近傍の地山とともに掘進することにより構築する。
【００２０】
拡幅部２は、図２（ａ）に示すように、前記既設トンネル１の軸方向に延在し、前記拡幅側側壁部１１ｂとその近傍の地山に向かい合うように配置される施工架台３と、該施工架台３に搭載される施工機械１３にて構築される。
施工架台３は、図３の断面図に示すように、断面が門型に形成された長尺のテーブル形状に形成されており、下端には走行車輪３ａが設置されて既設トンネル１の軸方向に移動可能な構成を有している。本実施の形態では、施工架台３が設置される地盤面に、走行車輪３ａに対応するレール７を設置しているが、施工架台３の走行性や移動時の制御が確保できれば、必ずしもレール７を設ける必要はない。
【００２１】
施工架台３の上面は、図２（ｂ）および図３に示すように、拡幅部２を構築する際の作業ステージ３ｂとして利用される。また、施工架台３の内部空間は、拡幅部２の構築施工中に施工台車や重機等の作業車両が移動可能な内部作業空間３ｃとして利用される。したがって、拡幅部２の構築作業は、施工架台３の作業ステージ３ｂと内部作業空間３ｃの２つの空間で行うことが可能となる。
【００２２】
施工架台３に搭載される施工機械１３は、本実施の形態では、施工架台３の作業ステージ３ｂに少なくともマンゲージ、吹付ロボットおよびロックボルトを打設するための穿孔機を装備するとともに、内部作業空間３ｃに少なくとも自由断面掘削機、ズリ積機およびベルトコンベアを装備している。
なお、施工架台３に搭載する施工機械１３は上記の機械に限定されるものではなく、山岳トンネルを構築する際に、少なくとも地山の掘削から一次覆工に至る作業に用いる施工機械であれば、いずれを搭載してもよい。
【００２３】
上述した施工架台３は、既設トンネル１の明かり部１ａにあらかじめ構築した追加車線１２上であって、掘削しようとする既設トンネル１の拡幅側側壁部１１ｂとその近傍の地山に向かい合わせて配置される。この後、施工架台３に搭載した施工機械１３のうち自由断面掘削機にて拡幅側側壁部１１ｂとともに近傍の地山に向けて掘進を開始し、図２に示すように、既設トンネル１の拡幅側側壁部１１ｂ側に拡幅部２を構築する。
【００２４】
本発明では、施工架台３にて既設トンネル１の拡幅側側壁部１１ｂとともに近傍の地山を掘削するにあたり、図２（ａ）の平面図に示すように、施工架台３に対して並列となるように、移動可能なプロテクタ４を設置する。
【００２５】
プロテクタ４は、図２（ａ）および図３の断面図に示すように、断面が門型に形成された長尺体よりなり、既設トンネル１の軸方向に延在するように配置される。また、プロテクタ４の下端に走行車輪４ａが設置されて、前記施工架台３と併走するようにして既設トンネル１の軸方向に移動する。本実施の形態では、プロテクタ４が設置される道路面に、走行車輪４ａに対応する図示しないレールを設置しているが、プロテクタ４の走行性や移動時の制御が確保できれば、必ずしもレールを設ける必要はない。
なお、プロテクタ４が、少なくとも拡幅部２の構築作業に伴う上部からの落下物に対して、内部空間４ｂを保護可能な剛性を有していることはいうまでもない。
【００２６】
上述したプロテクタ４は、その内部空間４ｂが、一般車両を走行させるための供用空間を確保できる大きさに形成されており、本実施の形態では図３の断面図に示すように、既存トンネル１で既に供用している２車線を囲うのに十分な断面を有している。
【００２７】
これらプロテクタ４と前記施工架台３は併走が可能なように、ともに既設トンネル１の軸方向と平行に設置されるが、図２（ａ）に示すように、常にプロテクタ４の先頭部分４ｄが、施工架台３の掘削による切羽Ｆより前方に位置するように配置される。
このような、切羽Ｆより前方に位置するプロテクタ４の先頭部分４ｄには、隔壁５および換気設備６が配置され、その後方には、覆工コンクリート１１のクラウン部１１ｃを拡幅するための作業架台４ｃが設置されている。
【００２８】
隔壁５は、既設トンネル１を、拡幅部２の構築施工が行われていない未施工区域１ｂと、拡幅部２の構築施工が行われている拡幅部構築作業区域１ｃとに分断するもので、鋼板等の板状体により形成される。この、隔壁５は、既設トンネル１の断面形状とほぼ同じ形状の外周面を有するとともに、プロテクタ４と略同形状に切り欠かれた切欠き部を有している。このため、当該切欠き部をプロテクタ４の外周面に設置することで、隔壁５はプロテクタ４とともに、既設トンネル１内を移動する。
【００２９】
そして、隔壁５の外周面５ａには、プロテクタ４の停止時に既設トンネル１の覆工コンクリート１１に接するとともに、移動時には覆工コンクリート１１と離間する、袋状の伸縮装置が設置されている。なお、隔壁５の移動時において覆工コンクリート１１と隔壁５の外周面５ａとの間に生じる摩擦を回避できるものであれば、必ずしも上記の伸縮装置に限定するものではない。例えば、隔壁５の外周面５ａに摩擦低減材を配置し、既設トンネル１の覆工コンクリート１１に接した状態で摺動する構成としてもよい。
【００３０】
本実施の形態では、隔壁５とともに設置される換気設備６として、集塵装置を採用している。集塵装置は、拡幅部構築作業区域１ｃ側における空気を吸引して、空気中に含有する拡幅部２の構築作業に伴い発生した粉塵等を分離補修して浄化し、これら浄化した空気を拡幅部２の構築作業が行われていない未施工区域１ｂ側に排出するものである。
【００３１】
本実施の形態では、換気設備６を、図２（ａ）に示すように、プロテクタ４に上載させているが、その取り付け位置はこれに限定されるものではなく、プロテクタ４の先頭部分４ｄに配置されていれば、例えばプロテクタ４の側部に設置する構成としてもよい。
また、拡幅部構築作業区域１ｃの空気を浄化する装置は必ずしも集塵装置に限定されるものではない。例えば、排気用送風機を採用するなどトンネルの構造等に応じて適宜最適な換気設備６を採用すればよい。
【００３２】
プロテクタ４の上面であって、隔壁５および換気設備６の設置位置の後方には、作業架台４ｃが形成されている。
作業架台４ｃは、施工架台３にて作業することのできない覆工コンクリート１１のクラウン部１１ｃにおける拡幅部２の構築のための施工機械１４が搭載されている。本実施の形態では作業架台４ｃに載置する施工機械１４として、少なくともブレーカー、ロックボルトを打設するための穿孔機および支保工を建て込むためのエレクター装置としているが、地山の掘削から一次覆工に至る作業に必要な施工機械であれば、いずれを載置してもよい。
【００３３】
なお、プロテクタ４において、少なくとも作業架台４ｃが形成されている部分は、拡幅部２の構築のための施工機械１４を搭載可能な強度に形成されていることは、いうまでもない。また、本実施の形態では、自走式の施工機械１４を作業架台４ｃに上載しているが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、作業架台４ｃ上にレールを設置し、該レール上を施工機械１４が移動可能な構成としてもよい。
【００３４】
上述する施工架台３とプロテクタ４による既設トンネル１の拡大工法では、施工架台３に搭載した施工機械１３による拡幅側側壁部１１ｂ及びその近傍の地山の所定長（例えば、１ｍ）の掘削と、プロテクタ４の作業架台４ｃに搭載した施工機械１４によるクラウン部１１ｃ及びその近傍の所定長（例えば、１ｍ）の地山の掘削とを同時期に行った後、支保工の設置、吹付コンクリートの吹付、ロックボルトの設置等の一次覆工を施工するという一連の工程を１サイクルとして繰り返し行う。また、プロテクタ４を移動させる日間隔を設定し（例えば、週１回）、この日間隔中に掘削及び一次覆工工程が何サイクル行えるか算出して、プロテクタ４の移動日間隔における施工距離Ｌ１もあらかじめ設定しておく。
【００３５】
このため、図２（ａ）に示すように、プロテクタ４の先頭部分４ｄは、拡幅部２の掘削作業の開始時において、換気設備６の設置長さＬ２と、上述した一連の掘削及び一次覆工工程のプロテクタ４の移動日間隔における施工距離Ｌ１とを足し合わせた貫入量Ｌだけ、切羽Ｆより既設トンネル１内の前方に配置させておく。これにより、プロテクタ４の上方において、換気設備６の配置空間とクラウン部１ｃにおける拡幅部２を構築するための作業空間とが錯綜することがない。また、切羽Ｆよりプロテクタ４の先頭部分４ｄが常に前方に位置するため、施工架台３による拡幅部２の構築作業から、プロテクタ４の内部空間４ｂを通過する車両等を保護することが可能となる。
【００３６】
以下に、図４および図５を参照しながら、施工架台３とプロテクタ４を用いた既設トンネル１の拡大工法に係る施工手順を示す。
なお、上述のとおり、既設トンネル１の明かり部１ａには、図１に示すように、構築予定の拡幅部２に連続する追加車線１２をあらかじめ拡幅側側壁部１１ｂ側に構築しておく。
【００３７】
まず、図４（ａ）に示すように、既設トンネル１の拡幅しない残置側側壁部１１ａにロックボルト８を打設して補強を行った後、図４（ｂ）に示すように、既設トンネル１の供用している２車線を覆うようにして、プロテクタ４を明かり部１ａから既設トンネル１内に至るよう敷設する。
なお、プロテクタ４は、明かり部１aにて組立てた上で、その先頭部分４ｄにおける既設トンネル１への貫入量Ｌが、図２（ａ）に示すように、上述した一連の掘削及び一次覆工工程を実施する際の施工距離Ｌ１と換気設備６の設置長さＬ２を足し合わせた貫入量Ｌとなるように配置する。
【００３８】
次に、図４（ｃ）に示すように、プロテクタ４に上載した図示しない切断機にて、覆工コンクリート１１の一部を切断して切断面１１ｄを形成し、当該切断面１１ｄを境に残置する部分と拡幅部２を構築する部分とに分割する。ここでは、残置側側壁部１１ａとクラウン部１１ｃの一部を残置し、残りのクラウン部１１ｃと拡幅側側壁部１１ｂを掘削する。
【００３９】
この後、図５（ａ）に示すように、施工架台３を載置するためのレール７を明かり部１ａの追加車線１２に敷設し、その上に施工架台３を載置して拡幅部２の構築作業を開始する。
具体的には、施工架台３を前進させながら、これに搭載した施工機械１３にて拡幅側側壁部１１ｂとその近傍の地山を掘削するとともに、プロテクタ４の作業架台４ｃに搭載した施工機械１４を自走させながら、クラウン部１１ｃとその近傍の地山を掘削する。
なお、プロテクタ４の作業架台４ｃに搭載した施工機械１４による掘削時に発生した掘削ズリは、施工架台３側に投下することで施工架台３の内部作業空間３ｂに配備されたズリ積機およびベルトコンベアにて坑外に排出される。
【００４０】
次に、あらかじめ設定した１サイクル分に相当する長さだけ拡幅側側壁部１１ｂとその近傍の地山およびクラウン部１１ｃとその近傍の地山の掘削を行った後、残置した覆工コンクリート１１の内周面と連結整形するように、施工架台３に搭載した吹付ロボットにてコンクリートを吹付るとともに、施工架台３およびプロテクタ４の作業架台４ｃに搭載した穿孔機にてロックボルト８’を打設し、一次覆工を完了する。
【００４１】
なお、一次覆工に係る作業と同時に施工架台３の後方にて、図５（ｂ）に示すように、プレキャスト製の二次覆工材９を設置する二次覆工を施工、あるいは一次覆工が完了した拡幅部２のインバート１０を施工してもよい。インバート１０は、拡幅部２の地盤を掘り下げた上でコンクリートを打設して、既設トンネル１のインバート１０’と滑らかにすり付く形状に構築した後、その上部を既設トンネル１内の道路面と同じ高さまで埋戻しておく。
【００４２】
本実施の形態では、施工架台３とプロテクタ４とにそれぞれ施工機械１３、１４が集約されているとともに、その後方でインバート１０の施工を実施することができる。このため、掘削作業からインバート工に至る作業について、例えば、ＩＣＴによる自動化を図ることで集中管理し、急速施工を行うことも可能である。
【００４３】
このようにして、一連の掘削及び一次覆工工程を繰り返して、あらかじめ設定したプロテクタ４の移動日間隔における施工距離Ｌ１だけ完了すると、プロテクタ４の先頭部分４ｄにおける、切羽Ｆより前方の既存トンネル１への貫入量Ｌは、換気設備６の設置長さＬ２に短縮された状態となる。そこで、次のプロテクタ４の移動日間隔における施工距離Ｌ１を、プロテクタ４の先頭部分４ｄに確保するべく、プロテクタ４を前進させる。
【００４４】
この後、引き続き施工架台３を前進させながら、これに搭載した施工機械１３にて拡幅側側壁部１１ｂとその近傍の地山を掘削するとともに、プロテクタ４の作業架台４ｃに搭載した施工機械１４を自走させながら、クラウン部１１ｃとその近傍の地山を掘削した後、残置した覆工コンクリート１１にわたって一次覆工を施工するとともに、インバート１０の構築や二次覆工材９を設置する二次覆工を施工する。
【００４５】
上記のとおり、拡幅側側壁部１１ｂとその近傍の地山およびクラウン部１１ｃとその近傍の地山を掘削するとともに一次覆工を施工する、掘削及び一次覆工工程と、プロテクタ４を前進させるプロテクタ前進工程とを繰り返すことで拡幅部２が構築され、既設トンネル１に断面拡大部が形成される。
【００４６】
また、本実施の形態において、施工架台３の後方には、図１の全体図に示すように、一次覆工の施工完了後に行われる、断面が拡大したトンネル内の排水・防止工および二次覆工等、山岳トンネルを構築する際に必要な施工機械１５が集約して配備されている。したがって、プロテクタ４の後端部４ｅは、二次覆工９が完了する地点にまで達していればよく、常に既設トンネル１の明かり部１ａにまで達している必要はない。
【００４７】
本発明の既設トンネル１の拡大方法によれば、拡幅側側壁部１１ｂとその近傍の地山およびクラウン部１１ｃとその近傍の地山を掘削するとともに、一次覆工を施工する一連の掘削及び一次覆工工程と、先頭部分が常に切羽Ｆよりも前方に位置するよう、プロテクタ４を前進させる工程とを繰り返すことで拡幅部２を構築し、既設トンネル１の断面を拡大する。
【００４８】
このため、プロテクタ４を既設トンネル１の全長に設置しなくても、拡幅部２の構築作業の影響を受ける空間を常にプロテクタ４にて保護することが可能である。これにより、プロテクタ４は、既設トンネル１の全長に渡って配置するような巨大な設備とならない。また、プロテクタ４の内部空間４ｂにて常に車両通行空間を確保することができるため、施工中にプロテクタ４を解体するような煩雑な工程も不要となる。したがって、施工性が向上するとともに、簡略な構成で作業効率よく、プロテクタ４にて既設トンネル１を供用しながら断面を拡大することが可能となる。
【符号の説明】
【００４９】
１      既設トンネル
２      拡幅部
３      施工架台
４      プロテクタ
５      隔壁
６      換気設備
７      レール
８、８’ロックボルト
９      二次覆工
１０    インバート
１１    覆工コンクリート
１２    追加車線
１３    施工架台に搭載する施工機械
１４    プロテクタに上載する施工機械
１５    施工架台の後方に配備する施工機械
【図１】
0006405768.tif 000002
【図２】
0006405768.tif 000003
【図３】
0006405768.tif 000004
【図４】
0006405768.tif 000005
【図５】
0006405768.tif 000006