(57)【要約】【課題】  本発明は、拡幅部を有するトンネルを経済的に築造できるトンネルの拡幅方法を提供する。【解決手段】  一般坑１４ａは、スキンプレート２内で、標準断面セグメント９ａをリング状に組立てた後、その外周面で拡幅断面１ｂを有する領域と隣接する位置に外郭１２を固着し中空部に充填材１３を充填して間詰めブロック１１を形成した後、シールド掘削機１で掘進する工程を順次繰り返す。拡大坑１４ｃは、シールドトンネルの最前端に位置している標準断面セグメント９ａ及び間詰めブロック１１により形成された拡大断面に端面が当接するように拡大断面セグメント９ｃを前記スキンプレート２内でリング状に組み立て、シールド掘削機１を掘進させる工程を繰り返す。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
標準断面と拡幅断面とを合わせた拡大断面に形成されたスキンプレートを有し、標準断面を有する一般坑と、拡大断面を有する拡大坑の両者を築造するシールド掘削機を用いたトンネルの拡幅方法であって、
拡大断面で掘進しながら、前記スキンプレート内で拡大断面セグメントを組立て、掘削後の拡大断面領域に拡大坑を築造する拡大坑築造工程と、
拡大断面で掘進しながら、前記スキンプレート内で標準断面セグメントを組立て、掘進後の標準断面領域に一般坑を築造するとともに、その外周面で拡幅断面と隣接する位置に拡幅断面と同様の断面形状を有する間詰めブロックを取り付け、掘進後の一般坑と隣接する拡幅断面領域に全長にわたって間詰めブロックを配置する一般坑築造工程とを組み合わせて、拡大坑と一般坑とを連続して築造することを特徴とするトンネルの拡幅方法。
【請求項２】
請求項１に記載のトンネルの拡幅方法であって、
前記間詰めブロックが、中空部を有する外郭及び該外郭の中空部に充填される充填材により構成されることを特徴とするトンネルの拡幅方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のトンネルの拡幅方法であって、
前記間詰めブロックを構成する外郭もしくは充填材に、建設廃材もしくは再利用材を適用することを特徴とするトンネルの拡幅方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルの拡幅方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より地下鉄トンネルや道路トンネルには、駅部や非常駐車帯を設置する必要があるため、途中に標準断面に拡幅断面を合わせた拡大断面を有する拡大坑を備える必要が生じる場合が多い。このようなトンネルをシールド工法で築造する場合、セグメントをシールド掘削機の内部で築造することからシールドトンネルの大きさや形状は、シールド掘削機自身の大きさや形状に左右される。したがって、シールドトンネルでは、その断面を全線にわたって拡大断面とすることとなり不経済となっていた。
【０００３】
このような中、特許文献１に示すように、シールド掘削機を標準断面と拡幅断面を合わせた拡大断面に製造し、拡大断面部ではシールド掘削機の全断面を使用して拡大断面のトンネルを築造し、標準断面部では拡幅断面の形状と等しい止水ブロックをシールド掘削機の内部に設置し、残りの空間で標準断面のトンネルを築造する方法が開発されている。
【特許文献１】特許第２７９９９０５号公報（図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述するようなシールドトンネルの築造方法は、水中トンネルの築造には経済的であるものの山岳トンネルや都市トンネルを築造する場合、拡大断面で掘進した地山に標準断面のトンネルを構築すると、地山と標準断面のトンネルとの間の拡幅断面に相当する領域に余堀り部が形成されることとなるため、大量の裏込め注入材が必要となりこれも不経済となっていた。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明は、拡幅部を有するトンネルを経済的に築造できるトンネルの拡幅方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載のトンネルの拡幅方法は、標準断面と拡幅断面とを合わせた拡大断面に形成されたスキンプレートを有し、標準断面を有する一般坑と、拡大断面を有する拡大坑の両者を築造するシールド掘削機を用いたトンネルの拡幅方法であって、拡大断面で掘進しながら、前記スキンプレート内で拡大断面セグメントを組立て、掘削後の拡大断面領域に拡大坑を築造する拡大坑築造工程と、拡大断面で掘進しながら、前記スキンプレート内で標準断面セグメントを組立て、掘進後の標準断面領域に一般坑を築造するとともに、その外周面で拡幅断面と隣接する位置に拡幅断面と同様の断面形状を有する間詰めブロックを取り付け、掘進後の一般坑と隣接する拡幅断面領域に全長にわたって間詰めブロックを配置する一般坑築造工程とを組み合わせて、拡大坑と一般坑とを連続して築造することを特徴としている。
【０００７】
請求項２記載のトンネルの拡幅方法は、前記間詰めブロックが、中空部を有する外郭及び該外郭の中空部に充填される充填材とにより構成されることを特徴としている。
【０００８】
請求項３記載のトンネルの拡幅方法は、前記間詰めブロックを構成する外郭もしくは充填材に、建設廃材もしくは再利用材を適用することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載のトンネルの拡幅方法によれば、標準断面と拡幅断面とを合わせた拡大断面に一般坑を築造する場合には標準断面領域に標準断面セグメントを組立てて一般坑を築造し、該一般坑と隣接する拡幅断面領域に全長にわたって間詰めブロックを配置するから、シールドトンネルを拡大断面で掘削した場合にも全長にわたって拡大坑を築造する必要がないだけでなく、一般坑を築造する際に生じる余堀り部に裏込め注入材を注入する必要がないため経済性に富むとともに、その構成が簡略で作業性が良いため、工費削減及び工期短縮に大きく寄与することが可能となる。
【００１０】
また、標準断面領域に一般坑を築造する場合において、これと隣接する拡幅断面領域には間詰めブロックを配置することから、シールドトンネルが途中で断面径の拡縮を繰り返しても地盤に影響を与えることがないため、地上に築造された構造物等を配慮することなく施工することが可能となる。
【００１１】
さらに、掘進するに従い地盤条件が変化するような地盤に対してシールドトンネルを築造する場合にも、一様な手順で機械的にシールドトンネルを築造することができるため、地盤改良による拡幅方法と比較して作業性が良く、安全で高品質なシールドトンネルを築造することが可能となる。
【００１２】
請求項２に記載のトンネルの拡幅方法によれば、前記間詰めブロックが、中空部を有する外郭及び該外郭の中空部に充填される充填材により構成されるから、構成が簡略で現場において容易に製造することができるため、間詰めブロックに地山からの土圧に対する耐力を付与する場合にはシールド掘削機の後方で、また耐力を省略する場合には前記スキンプレートの内方で製造する等、間詰めブロックに期待する機能に応じて製造時期や製造場所を適宜変更でき、施工性を大幅に向上することが可能となる。
【００１３】
請求項３に記載のトンネルの拡幅方法によれば、間詰めブロックを構成する外郭もしくは充填材に、建設廃材もしくは再利用材を適用することから、建設廃材や再利用材の利用促進を図ることができるとともに、余堀りスペースを有効に活用できるため、地球環境の保全に大きく寄与することが可能となる。
さらに、充填材に例えば再利用材として再生砕石を適用する場合には、これを固化する固化材に低強度で廉価なコンクリートを使用でき、充填材に例えば建設廃材として掘削土砂を利用する場合には、従来より多大なコストが生じていた掘削土砂の運搬費や処理費用等を考慮する必要がないため、何れにおいても充填材に係るコストを大幅に削減でき、これに伴い工費を大幅に削減することが可能となる。
【００１４】
したがって、一般坑のトンネル長が長く、一般坑の築造に伴って生じる拡幅断面を有する余堀り部が広域にわたる場合においても、従来の方法で必要としていた大量の裏込め注入材に代わって建設廃材や再利用材を適用した廉価な充填材や外郭よりなる間詰めブロックを用いることにより、裏込め注入材に係る諸経費を大幅に削減でき、工費削減に大きく寄与することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明のトンネルの拡幅方法を図１から図６に示す。本発明は、地山を標準断面と拡幅断面を合わせた拡大断面で掘削するシールド掘削機を用いて、拡大断面を有する拡大坑と標準断面を有する一般坑が連続するトンネルを築造するに際し、一般坑を築造した領域に生じる拡幅断面を有する余堀り部に間詰めブロックを配置するものである。
【００１６】
トンネルの拡幅方法を詳述するに先立ち、本実施の形態で用いるシールド掘削機を以下に簡略に説明する。
図１（ａ）に示すように、シールド掘削機１は、標準断面を有する一般坑１４ａと、該一般坑１４ａにこれと隣接する拡幅坑１４ｂを合わせた拡大断面を有する拡大坑１４ｃの両者を備えたシールドトンネル１４を築造する装置であり、スキンプレート２及びカッタ３を備えている。
本実施の形態では、一般坑１４ａの断面形状が円、拡幅坑１４ｂの断面形状が向かい合う２辺を湾曲させた略長方形、拡大坑１４ｃの断面形状がこれら一般坑１４ａと拡幅坑１４ｂの両断面を組み合わせた複合断面に形成されているが、一般坑１４ａ及び拡幅坑１４ｂの断面形状は必ずしもこれにこだわるものではない。
【００１７】
該スキンプレート２は、シールド掘削機１の外郭をなす筒体であり、その断面は前記シールドトンネル１４の拡大坑１４ｃに相当する形状を有している。該スキンプレート２の前方には地山１５を掘削する前記カッタ３が備えられて、該シールド掘削機１は、常に地山１５を拡大坑１４ｃに相当する断面で掘削する。
該カッタ３は、図１（ｂ）に示すように、一般坑１４ａに相当する領域を掘削する円盤状のカッタ３ａと、拡幅坑１４ｂに相当する領域を掘削する四角盤状のカッタ３ｂを備えており、前方に設置されたカッタビット３ｃを回転させて地山を掘削するものであるが、その形状は、一般坑１４ａ及び拡幅坑１４ｂの断面形状と同様で必ずしもこれにこだわるものではない。
【００１８】
また、該シールド掘削機１は、図２（ａ）の鉛直断面図に及び図２（ｂ）の水平断面図に示すように、前記スキンプレート２の内方でカッタ３の背面に掘削土砂を取り込むチャンバ４、該チャンバ４に掘削土砂を排土する排土装置５を備えており、また、スキンプレート２の内壁には、周方向に所定の離間間隔をもって配置され、掘進方向に伸長して推力受けピース１０あるいはスキンプレート２の後方でリング状に組み立てられる前記セグメント９を押圧し、シールド掘削機１を掘進させる押圧ジャッキ７を備えている。
さらに、前記スキンプレート２の後方の内壁には、前記セグメント９の外周面に接するテールパッキン６を備えている。該テールパッキン６は、ワイヤーブラシを多重に取り付けた構成を用いているが、土砂や地下水がスキンプレート２内に流入する現象を阻止できるものであれば、何れを用いても良い。
【００１９】
上述する構成のシールド掘削機１は、先にも述べたように、標準断面を有する一般坑１４ａ及び拡大断面を有する拡大坑１４ｃの両者を築造することができるものであり、これら一般坑築造工程及び拡大坑築造工程の両者を適宜繰り返すことで、所望の位置に拡大断面を有する一般坑１４ａと拡大坑１４ｃとが連続したシールドトンネル１４を構築できるものである。
以下に、シールドトンネル１４の拡幅方法を図３から図５を参照しながら以下に示す。なお、図３から図５は、シールド掘削機１及びシールドトンネル１４の水平断面を示したものである。
【００２０】
（一般坑築造工程）
一般坑１４ａの築造工程は、以下に示すとおりである。
図３（ａ）に示すように、前記シールド掘削機１を用いて標準断面１ａと拡幅断面１ｂを合わせた拡大断面１ｃで地山１５を掘削しながら、前記スキンプレート２内で標準断面セグメント９ａを組み立てて、標準断面１ａを有する領域にシールドトンネル１４の一般坑１４ａを築造する。
また、前記標準断面セグメント９ａと地山１５との間に形成されている拡幅断面１ｂを有する領域は余堀り部となるから、該余堀り部に間詰めブロック１１を配置して地山１５の安定を確保しておく。
【００２１】
ここで、間詰めブロック１１は、前記拡幅断面１ｂと同様の断面と前記標準断面セグメント９ａと同様の幅に形成され中空部を有する鋼性の外郭１２と、該外郭１２の中空部を充填する充填材１３により構成されており、図６（ａ）に示すように、リング状に組み立てられた前記標準断面セグメント９ａの外周面で拡幅断面１ｂを有する領域と隣接する位置に固着手段を介して固着されている。
【００２２】
したがって、一般坑１４ａは、図３（ａ）に示すように、前記スキンプレート２内のテールパッキン６と接する位置で、前記標準断面セグメント９ａをリング状に組立てた後、その外周面で拡幅断面１ｂを有する領域と隣接する位置に前記外郭１１ａを固着手段を介して固着する。次に、前記スキンプレート２に備えられた充填材注入機構８を用いて前記外郭１２の中空部に充填材１３を充填して間詰めブロック１１を形成する。
このように、リング状に組立てた標準断面セグメント９ａに間詰めブロック１１を設置する工程が修了した後、前記シールド掘削機１で掘進する工程を順次繰り返すことにより、図３（ｂ）に示すように一般坑１４ａが築造され、これに伴って一般坑１４ａと隣接する拡幅断面１ｂを有する領域に全長にわたって前記間詰めブロック１１が配置されるものである。
【００２３】
なお、スキンプレート２内で間詰めブロック１１を標準断面セグメント９ａの外周面に設置した後、シールド掘削機１で掘進する築造方法は、標準断面１ａを有するリング状の標準断面セグメント９ａと拡大断面１ｃを有するスキンプレート２との間に生じる拡幅断面１ｂを有する開口部を間詰めブロック１１で閉塞するため、土砂や地下水がスキンプレート２内に流入する現象を阻止できるものである。
また、前記充填材注入機構８は、注入管８ａと吐出口８ｂを備えており、注入管８ａより充填材１３を供給されて吐出口８ｂを介して前記外郭１２内に吐出するものであり、前記注入管８は充填材１３を供給できる装置であれば何れに連結しても良い。
【００２４】
（拡大坑築造工程）
次に、一般坑１４ａに連続して拡大坑１４ｃを築造する
図４（ａ）に示すように、シールドトンネル１４の最前端に位置している標準断面セグメント９ａ及び間詰めブロック１１により形成された拡大断面に端面が当接するように、図６（ｂ）に示すような拡大断面セグメント９ｃを前記スキンプレート２内でリング状に組み立てる。この後、前記シールド掘削機１を掘進させながら、順次拡大断面セグメント９ｃをリング状に組み立てることによってシールドトンネル１４の拡大坑１４ｃを築造する。
【００２５】
上述するように、一般坑１４ａを築造する一般坑築造工程を実施した後、拡大坑１４ｃを築造する拡大坑築造工程を実施することにより、図４（ａ）に示すように一般坑１４ａと拡大坑１４ｃが連続することとなり、所望の位置に拡大断面を有するシールドトンネル１４を築造できるものである。
なお、拡大坑築造工程を実施した後、一般坑築造工程を実施することも当然のことながら可能であり、断面を拡幅したシールドトンネル１４は、断面の縮幅も可能である。
【００２６】
つまり、図４（ｂ）に示すように、拡大坑１４ｃの築造方法による拡大坑築造工程が修了した後、シールドトンネル１４の最前端に位置している拡大断面セグメント９ｃに当接するように、前述した一般坑築造工程で示した一般坑１４ａの築造方法に従って、標準断面セグメント９ａ及び間詰めブロック１１を前記スキンプレート２内で組立てる。
次に、図５（ａ）に示すように、一般坑築造工程で示した一般坑１４ａの築造方法に従って、前記シールド掘削機１を掘進させた後に標準断面セグメント９ａ及び間詰めブロック１１を組み立てる一般坑築造工程を実施する。これにより、シールドトンネル１４は拡大坑１４ｃから一般坑１４ａに縮幅される。
【００２７】
このように、一般坑１４ａの築造方法による一般坑築造工程及び拡大坑１４ｃの築造方法による拡大坑築造工程を必要に応じて順次繰り返すことにより、所望の領域に拡大坑１４ｃを有するシールドトンネル１４を築造することができるものである。
【００２８】
ところで、前記間詰めブロック１１は先にも述べたように、前記外郭１２の中空部に充填材１３を充填するのみの簡略な構成を有しているため、外郭１１ａのみをあらかじめ工場等で製作しておき、現場にて、前記スキンプレート２に備えられた充填材注入機構８を用いてその中空部に充填材１３を充填している。
【００２９】
しかし、一般坑１４ａの築造方法による一般坑築造工程において前記間詰めブロック１１は、リング状に組み立てられた標準断面セグメント９ａの外周面に前記スキンプレート２内で少なくとも外郭１２が固着されれば、標準断面セグメント９ａとスキンプレート２との間に生じる拡幅断面１ｂを有する開口部を閉塞し、土砂や地下水がスキンプレート２内に流入する現象を阻止する機能を保持できる。このため、該間詰めブロック１１に対して地山に対する耐力を付与する場合には、図５（ｂ）に示すように、前記スキンプレート２の後方で外郭１２に充填材１３を充填する。
【００３０】
つまり、前記標準断面セグメント９ａをリング状に組立て、その外周面で拡幅断面１ｂを有する領域と隣接する位置に前記外郭１２を固着手段を介して固着した後、前記シールド掘削機１を掘進させる。
次に、前記スキンプレート２内で新たに前記標準断面セグメント９ａ’をリング状に組立て、その外周面の所定位置に前記外郭１２’を固着するとともに、前記前記スキンプレート２の後方に押し出された前記標準断面セグメント９ａに固着されている外郭１２に前記充填材注入機構８を用いて充填材１３を充填し、間詰めブロック１１を形成する。
【００３１】
なお、該間詰めブロック１１に対して地山に対する耐力を期待しない場合には、図３（ｂ）に示すように、前記スキンプレート２の内方で外郭１１ａに充填材１３を充填する作業を実施する。
このように、間詰めブロック１１に付与する機能に応じた製造場所及び製造時期を容易に調整できるため、施工性を大幅に向上できるものである。
【００３２】
また、本実施の形態において、間詰めブロック１１の外郭１２には鋼性を用いたが必ずしもこれにこだわるものではなく、前記シールド掘削機１の掘進の際に作用する押圧力により破壊することのない強度を有するものであれば、再生プラスチックのような再利用材を用いる等、何れを用いても良い。一方、該外郭１２に充填する充填材１３についても、前記外郭１２の変形を拘束できる程度の強度を有するものであれば何れを用いても良く、例えば、再生砕石等の再利用材や前記シールド掘削機１による地山の掘進の際に発生する掘削土砂等の建設廃材を利用し、これに固化材を混和することで強度を持たせる構成としても良い。
【００３３】
このように間詰めブロック１１に再利用材や建設廃材を用いて２次製品とする構成は、建設廃材や再利用材の利用促進を図ることができるとともに、余堀り部となった一般坑１４ａと隣接する拡幅断面１ｂを有する領域を有効活用でき環境保全に大きく寄与するものである。
また、充填材１３に再生砕石を適用する場合には、これを固化する固化材に低強度で廉価なコンクリートを使用でき、充填材１３に掘削土砂を利用する場合には、従来より多大なコストが生じていた掘削土砂の運搬費や処理費用等を考慮する必要がないため、何れにおいても充填材１３に係るコストを大幅に削減することができる。
【００３４】
なお、充填材１３に用いる建設廃材として掘削土砂を利用する場合には、充填材注入機構８を構成する注入管８ａをチャンバ４に排土装置５を介して連通する構成とし、掘削土砂にセメントや水及び混和剤を供給して充填材１３に加工し、これを裏込め注入機構８へ供給すればよい。
【００３５】
上述する構成によれば、シールドトンネルの拡幅方法は、標準断面１ａと拡幅断面１ｂとを合わせた拡大断面１ｃに一般坑１４ａを築造する場合には標準断面１ａを有する領域に標準断面セグメント９ａを組立てて一般坑１４ａを築造し、該一般坑１４ａと隣接する拡幅断面１ｂを有する領域に全長にわたって間詰めブロック１１を配置するから、シールドトンネル１４を拡大断面１ｃで掘削した場合にも全長にわたって拡大坑１４ｃを築造する必要がないだけでなく、一般坑１４ａを築造する際に生じる余堀り部に裏込め注入材を注入する必要がないため経済性に富むとともに、その構成が簡略で作業性が良いため、工費削減及び工期短縮に大きく寄与することが可能となる。
【００３６】
また、標準断面１ａを有する領域に一般坑１４ａを築造する場合において、これと隣接する拡幅断面１ｂを有する領域には間詰めブロック１１を配置することから、シールドトンネル１４が途中で断面径の拡縮を繰り返しても地山１５に影響を与えることがないため、地上に構築された構造物等を配慮することなく施工することが可能となる。
【００３７】
さらに、掘進するに従い地盤条件が変化するような地山１５に対してシールドトンネル１４を築造する場合にも、一様な手順で機械的にシールドトンネル１４を築造することができるため、地盤改良による拡幅方法と比較して作業性が良く、安全で高品質なシールドトンネル１４を築造することが可能となる。
【００３８】
前記間詰めブロック１１は、中空部を有する外郭１２及び該外郭１２の中空部に充填される充填材１３により構成されるから、構成が簡略で現場において容易に製造することができるため、間詰めブロック１１に地山からの土圧に対する耐力を付与する場合にはシールド掘削機１の後方で、また耐力を省略する場合には前記スキンプレート２の内方で製造する等、間詰めブロック１１に期待する機能に応じて製造時期や製造場所を適宜変更でき、施工性を大幅に向上することが可能となる。
【００３９】
また、前記間詰めブロック１１を構成する外郭１２もしくは充填材１３に、建設廃材もしくは再利用材を適用することから、建設廃材や再利用材の利用促進を図ることができるとともに、余堀り部となった領域を有効に活用できるため、地球環境の保全に大きく寄与することが可能となる。
【００４０】
さらに、充填材１３に例えば再利用材として再生砕石を適用する場合には、これを固化する固化材に低強度で廉価なコンクリートを使用でき、充填材１３に例えば建設廃材として掘削土砂を利用する場合には、従来より多大なコストが生じていた掘削土砂の運搬費や処理費用等を考慮する必要がないため、何れにおいても充填材１３に係るコストを大幅に削減でき、これに伴い工費を大幅に削減することが可能となる。
【００４１】
したがって、一般坑１４ａのトンネル長が長く、一般坑１４ａの築造に伴って生じる拡幅断面１ｂを有する余堀り部が広域にわたる場合においても、従来の方法で必要としていた大量の裏込め注入材に代わって建設廃材や再利用材を適用した廉価な充填材１３や外郭１２よりなる間詰めブロック１１を用いることにより、裏込め注入材に係る諸経費を大幅に削減でき、工費削減に大きく寄与することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係るシールド掘削機の概略を示す図である。
【図２】本発明に係るを示すシールド掘削機の断面を示す図である。
【図３】本発明に係るを示すシールドトンネルの拡幅方法（その１）を示す図である。
【図４】本発明に係るを示すシールドトンネルの拡幅方法（その２）を示す図である。
【図５】本発明に係るを示すシールドトンネルの拡幅方法（その３）を示す図である。
【図６】本発明に係るを示すシールドトンネルの断面を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  シールド掘削機
２  スキンプレート
３  カッタ
４  チャンバ
５  排土装置
６  テールパッキン
７  押圧ジャッキ
８  裏込め注入機構
９  セグメント
１０  推力受けピース
１１  間詰めブロック
１２  外郭
１３  充填材
１４  シールドトンネル
１４ａ  一般坑
１４ｂ  拡幅坑
１４ｃ  拡大坑
１５  地山
【図１】
2005194837.tif 000003
【図２】
2005194837.tif 000004
【図３】
2005194837.tif 000005
【図４】
2005194837.tif 000006
【図５】
2005194837.tif 000007
【図６】
2005194837.tif 000008