(57)【要約】【課題】シールドトンネルにおいて、前面のカッタ部分や前胴部分に変更を要しないシールド機を用いて、部分的に拡幅部を構築できるようにする。【解決手段】シールド機は、互いに分離動作可能な前胴２の後部に連結され且つ後胴３内に格納可能な中胴４に、拡幅用カッタ５とカッタ拡幅動作機構８と拡幅部スキンプレート６とスキンプレート拡幅動作機構９が組み込まれている。このシールド機により掘進しながら円形セグメント１１を組み立てて覆工する。そして、所定区間において、前胴２から後胴３を分離して、前胴２の後部に連結された中胴４を後胴３から前進させ、中胴４側面から拡幅用カッタ５を突出させて拡幅部を掘削するとともに、中胴４側面から拡幅部スキンプレート６を突出させて拡幅部セグメント１４を組み立てて覆工する。その後、拡幅用カッタ５及び拡幅部スキンプレート６を中胴４内に格納する。【選択図】図１
2005048433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体前面にカッタを備えたシールド機であって、
本体側面から外側に突出可能な拡幅用カッタと、
拡幅用カッタを本体側面から外側に突出動作させ且つ本体内に格納動作させるカッタ拡幅動作機構とを備えることを特徴とするシールド機。
【請求項２】
前記拡幅用カッタの後側において本体側面から外側に突出可能な拡幅部スキンプレートと、
拡幅部スキンプレートを本体側面から外側に突出動作させ且つ本体内に格納動作させるスキンプレート拡幅動作機構とを備えることを特徴とする請求項１に記載のシールド機。
【請求項３】
前記本体は、互いに分離動作可能な前胴及び後胴と、前胴及び後胴に連結され且つ前胴内または後胴内の少なくとも一方に格納可能な中胴とからなり、
前記中胴に、前記拡幅用カッタと前記カッタ拡幅動作機構または／及び前記拡幅部スキンプレートと前記スキンプレート拡幅動作機構が組み込まれていることを特徴とする請求項１または２に記載のシールド機。
【請求項４】
シールド機により掘進しながら円形セグメントを組み立てて覆工するとともに、
シールド機の本体側面から拡幅用カッタを突出させて拡幅部を掘進しながら拡幅部セグメントを組み立てて覆工することを特徴とするシールドトンネルの拡幅部構築方法。
【請求項５】
前記拡幅用カッタの突出に続いて前記本体側面から拡幅部スキンプレートを突出させることを特徴とする請求項４に記載のシールドトンネルの拡幅部構築方法。
【請求項６】
前胴から後胴を分離して、前胴に連結された中胴を後胴から前進させ、中胴側面から前記拡幅用カッタを突出させて拡幅部を掘削するとともに、その掘削による空洞部に充填材を注入した後、中胴側面から前記拡幅部スキンプレートを突出させて前記拡幅部セグメントを覆工することを特徴とする請求項５に記載のシールドトンネルの拡幅部構築方法。
【請求項７】
所定区間に達すると、前記拡幅用カッタ及び前記拡幅部スキンプレートを本体内に格納することを特徴とする請求項６に記載のシールドトンネルの拡幅部構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路トンネルにおける非常駐車帯などの拡幅部を備えるトンネルを構築するために用いるシールド機と、そのようなシールド機を用いて行うシールドトンネルの拡幅部構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールドトンネルは、発進立坑から到達まで同じ断面で掘削するのが一般的である。そして、道路トンネルの非常駐車帯のように途中で拡幅が必要な場合には、初めから全線にわたって大断面で掘削するのが従来一般的であった。
しかし、トンネル断面が大きくなることから、発生土量が多くなり環境負荷が大きい、覆工及びシールド機が大きくなり、不経済であるなどの問題があった。
【０００３】
このため、部分的にトンネルを拡幅する工法が実施あるいは発表されている。
例えば１）ＮＡＴＭ工法によりトンネルを切り拡げる技術や、２）拡大シールド工法、３）ＥＳ−Ｔｕｂｅ工法、４）クレセント工法等がある。
【０００４】
拡大シールド工法は、拡大シールド機を使ってシールドトンネルの外周をリング状に掘進していく技術である（非特許文献１参照）。
ＥＳ−Ｔｕｂｅ工法は、カッタビットの径を伸縮させる伸縮カッタ機構と、シールド機胴体の両側部を一時的に張り出すシールド断面拡大機構とを備えるシールド機を使って、道路トンネルの非常駐車帯などを施工する技術である（非特許文献２参照）。
クレセント工法は、シールド機胴体に組み込んだ球体に内蔵したカッタ装置により非常駐車帯などを掘削していき、本体セグメント外側に三日月形セグメントを組み立て、本線部と拡幅部を結合する技術である（非特許文献３参照）。
【非特許文献１】拡大シールド工法「平成１５年７月１６日検索」＜http://www.gel.civil.nagasaki-u.ac.jp/text/method/met35/met35-j.html＞
【非特許文献２】シールドの掘削断面を自在に拡大・縮小できる「ＥＳ−Ｔｕｂｅ（イー・エス  チューブ）」工法を開発〜大深度地下に建設する電力・ガス用などの長距離シールド工事で威力を発揮〜「２０００年８月３日掲載」＜http://www.shimz.co.jp/news_release2000/364.html＞
【非特許文献３】非常駐車帯と本線トンネルを１台のシールド機で構築−拡幅分岐シールド「クレセント」工法の開発−「２００３年５月２２日掲載」＜http://www.taisei.co.jp/release/2003/may/may04.html＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、部分的にトンネルを拡幅する従来工法では、以下のような問題があった。
１）ＮＡＴＭ工法によりトンネルの切り拡げは、大規模な地盤改良が必要で、且つ地下水位低下を伴うため、地盤沈下など地表面に影響を与える、地下水利用に制限を与える等の問題がある。
２）拡大シールド工法では、拡大シールド機を既覆工から地山に出すときに地盤改良が必要となる問題があり、また、非常駐車帯のように、延長に多くの断面変化がある場合はコストアップとなる問題がある。
３）ＥＳ−Ｔｕｂｅ工法では、カッタビットの径を伸縮させる伸縮カッタ機構と、シールド機胴体の両側部を張り出して拡大セグメントを組み立てるスペースをシールド機内に確保するためのシールド断面拡大機構とを備えることから、シールド機として前面のカッタ部分が大型・複雑で高価なものとなってしまう問題がある。
４）クレセント工法では、球体に内蔵したカッタ装置を前胴に対し回転可能に組み込むことから、シールド機として前面のカッタを備える前胴部分が複雑で高価なものとなってしまう問題がある。
【０００６】
本発明の課題は、シールドトンネルにおいて、前面のカッタ部分や前胴部分に変更を要しないシールド機を用いて、部分的に拡幅部を構築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】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、例えば図１及び図２に示すように、本体前面にカッタ１を備えたシールド機であって、本体側面から外側に突出可能な拡幅用カッタ５と、拡幅用カッタを本体側面から外側に突出動作させ且つ本体内に格納動作させるカッタ拡幅動作機構８とを備えることを特徴とする。
【０００８】
このように、本体側面から突出する拡幅用カッタとその突出格納動作を行うカッタ拡幅動作機構を備えるシールド機なので、前面カッタ部分の変更が不要で、球体に内蔵したカッタ装置を前胴部分に組み込む必要もなく、前面カッタにより掘進しながら、本体側面から拡幅用カッタを突出させて部分的に拡幅部を掘削できる。
また、所定の拡幅部掘削後は、カッタ拡幅動作機構により拡幅用カッタを本体内に格納できる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のシールド機であって、例えば図１及び図２に示すように、前記拡幅用カッタ５の後側において本体側面から外側に突出可能な拡幅部スキンプレート６と、拡幅部スキンプレートを本体側面から外側に突出動作させ且つ本体内に格納動作させるスキンプレート拡幅動作機構９とを備えることを特徴とする。
【００１０】
このように、本体側面から突出する拡幅部スキンプレートとその突出格納動作を行うスキンプレート拡幅動作機構とをさらに備えるシールド機なので、拡幅用カッタの後側から拡幅部スキンプレートを突出させて拡幅部セグメントを覆工できる。
また、所定の拡幅部セグメント覆工後は、スキンプレート拡幅動作機構により拡幅部スキンプレートを本体内に格納できる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のシールド機であって、例えば図１及び図２に示すように、前記本体は、互いに分離動作可能な前胴２及び後胴３と、前胴２及び後胴３に連結され且つ前胴２内または後胴３内の少なくとも一方に格納可能な中胴４とからなり、前記中胴４に、前記拡幅用カッタ５と前記カッタ拡幅動作機構８または／及び前記拡幅部スキンプレート６と前記スキンプレート拡幅動作機構９が組み込まれていることを特徴とする。
【００１２】
このように、互いに分離動作可能な前胴及び後胴に連結され且つ前胴内または後胴内の少なくとも一方に格納可能な中胴に、拡幅用カッタとカッタ拡幅動作機構または／及び拡幅部スキンプレートとスキンプレート拡幅動作機構が組み込まれているので、前胴から後胴を分離して、前胴の後部に連結された中胴を後胴から前進させ、中胴側面から拡幅用カッタを突出させて拡幅部を掘削するとともに、中胴側面から拡幅部スキンプレートを突出させて拡幅部セグメントを覆工できる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、シールドトンネルの拡幅部構築方法であって、例えば図１及び図２に示すように、シールド機により掘進しながら円形セグメント１１を組み立てて覆工するとともに、シールド機の本体側面から拡幅用カッタ５を突出させて拡幅部を掘進しながら拡幅部セグメント１４を組み立てて覆工することを特徴とする。
【００１４】
このように、シールド機により掘進しながら円形セグメントを組み立てて覆工するとともに、シールド機の本体側面から拡幅用カッタを突出させて拡幅部を掘進しながら拡幅部セグメントを組み立てて覆工するので、前面カッタ部分の変更が不要で、球体に内蔵したカッタ装置を前胴部分に組み込む必要もないシールド機を用いて、前面カッタにより掘進しながら、本体側面から拡幅用カッタを突出させて部分的に拡幅部を掘削できる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のシールドトンネルの拡幅部構築方法であって、例えば図１及び図２に示すように、前記拡幅用カッタ５の突出に続いて前記本体側面から拡幅部スキンプレート６を突出させることを特徴とする。
【００１６】
このように、拡幅用カッタの突出に続いて本体側面から拡幅部スキンプレートを突出させることで、シールド機により円形セグメントを組み立てて覆工できるとともに、拡幅部セグメントを組み立てて覆工できる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のシールドトンネルの拡幅部構築方法であって、例えば図１及び図２に示すように、前胴２から後胴３を分離して、前胴２に連結された中胴４を後胴３から前進させ、中胴４側面から前記拡幅用カッタ５を突出させて拡幅部を掘削するとともに、その掘削による空洞部１２に充填材１３を注入した後、中胴４側面から前記拡幅部スキンプレート６を突出させて前記拡幅部セグメント１４を覆工することを特徴とする。
【００１８】
このように、掘進しながら円形セグメントを組み立てて覆工するシールド機において、前胴から後胴を分離して、前胴に連結された中胴を後胴から前進させ、中胴側面から拡幅用カッタを突出させることで、拡幅用カッタにより拡幅部を掘削できる。そして、その掘削による空洞部に充填材を注入した後、中胴側面から拡幅部スキンプレートを突出させることで、拡幅部セグメントを組み立てて覆工できる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のシールドトンネルの拡幅部構築方法であって、例えば図２に示すように、所定区間に達すると、前記拡幅用カッタ５及び前記拡幅部スキンプレート６を本体内に格納することを特徴とする。
【００２０】
このように、所定区間に達すると、拡幅用カッタ及び拡幅部スキンプレートを本体内に格納することで、通常のシールド機による掘進及び円形セグメント覆工に復帰できる。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に記載の発明によれば、前面カッタ部分の変更が不要で、球体に内蔵したカッタ装置を前胴部分に組み込む必要もなく、シールド機の前面カッタにより掘進しながら、本体側面から拡幅用カッタを突出させて部分的に拡幅部を掘削でき、また、所定の拡幅部掘削後は、カッタ拡幅動作機構により拡幅用カッタを本体内に格納できる。
【００２２】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明により得られる効果に加え、拡幅用カッタの後側から拡幅部スキンプレートを突出させて拡幅部セグメントを覆工でき、また、所定の拡幅部セグメント覆工後は、スキンプレート拡幅動作機構により拡幅部スキンプレートを本体内に格納できるといった利点が得られる。
【００２３】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明により得られる効果に加え、前胴から後胴を分離して、前胴に連結された中胴を後胴から前進させ、中胴側面から拡幅用カッタを突出させて拡幅部を掘削するとともに、中胴側面から拡幅部スキンプレートを突出させて拡幅部セグメントを覆工できるといった利点が得られる。
【００２４】
請求項４に記載の発明によれば、前面カッタ部分の変更が不要で、球体に内蔵したカッタ装置を前胴部分に組み込む必要もないシールド機を用いて、前面カッタにより掘進しながら、本体側面から拡幅用カッタを突出させて部分的に拡幅部を掘削できる。
【００２５】
請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明により得られる効果に加え、シールド機の本体側面から拡幅部スキンプレートを突出させて拡幅部セグメントを組み立てて覆工できるといった利点が得られる。
【００２６】
請求項６に記載の発明によれば、請求項５に記載の発明により得られる効果に加え、シールド機の前胴から後胴を分離し、前胴に連結されて後胴から前進する中胴側面から拡幅用カッタを突出させて拡幅部を掘削でき、さらに、その掘削による空洞部に充填材を注入した後、中胴側面から拡幅部スキンプレートを突出させて拡幅部セグメントを覆工できるといった利点が得られる。
【００２７】
請求項７に記載の発明によれば、請求項６に記載の発明により得られる効果に加え、所定区間に達すると、拡幅用カッタ及び拡幅部スキンプレートを本体内に格納して、通常のシールド機による掘進及び円形セグメント覆工に復帰できるといった利点が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
本発明において、シールド機は、図１及び図２に示すように、前面に回転式等のカッタ１を備える前胴２と、この前胴２から分離動作可能な後胴３と、この後胴３内に格納可能で前胴２の後端部に連結された中胴４とにより本体が構成されている。後胴３は、前胴２の後端部に連結動作可能で且つ中胴４の後端部にも連結動作可能である。
【００２９】
そして、中胴４には、外側方へ突出動作可能な拡幅用カッタ５及び拡幅部スキンプレート６が格納されている。拡幅用カッタ５は、揺動式のもので、中胴４から外側への突出状態において略矩形をなしている。
図３に示すように、中胴４には、左右一対の拡幅用カッタ５及び拡幅部スキンプレート６が格納されていて、中央に隔壁７が設けられている。拡幅用カッタ５は、隔壁７に図示例では平行ジャッキによるカッタ拡幅動作機構８を介して突出格納動作可能に組み付けられている。拡幅用カッタ５の後側の拡幅部スキンプレート６も、隔壁７に図示例では平行ジャッキによるスキンプレート拡幅動作機構９を介して突出格納動作可能に組み付けられている。
【００３０】
次に、以上のシールド機によるトンネルの拡幅部構築手順を説明する。
図１（ａ）は通常掘進を示しており、図示のように、前胴１に後胴３を連結した状態として、前胴１前面のカッタ１によりトンネルを掘進していくとともに、後胴３の後側に円形セグメント１１を組み立てて覆工していく。
そして、非常駐車帯を施工する開始地点に近付くと、前胴１から後胴３を分離して、図１（ｂ）に示すように、前胴１の前進により中胴５を露出させ始める。
続いて、カッタ拡幅動作機構８を作動させて、図１（ｃ）に示すように、中胴４から外側方に拡幅用カッタ５を突出動作させて張出すとともに、拡幅用カッタ５の揺動駆動により拡幅部掘削を開始する。
【００３１】
そして、図１（ｄ）に示すように、拡幅部掘削による空洞部１２に充填材１３を注入していく。この充填材１３の注入は、中胴４が後胴３から前進して略全長が露出状態となった時点で終了する。
中胴４の後端部に後胴３が連結状態となった時点で、スキンプレート拡幅動作機構９を作動させて、図１（ｅ）に示すように、中胴４から外側方に拡幅部スキンプレート６を突出動作させて張出す。このとき、空洞部１２に注入された充填材１３を図示しない取込孔等により拡幅部スキンプレート６内に取り込んでいく。
【００３２】
その後、図２（ａ）に示すように、拡幅用カッタ５で拡幅部を掘進していくとともに、拡幅部スキンプレート６の後側に拡幅部セグメント１４を組み立てて覆工していく。
ここで、拡幅部セグメント１４を組み立てた覆工は、図４に拡大して示したように、水平形状の上下辺部と円弧形状の内外周辺部による略矩形セグメントリングとなる。この略矩形セグメントリングは、トンネル本線の円形セグメント１１を組み立てた覆工による円形セグメントリングの横に僅かに離れて形成される。
以上の拡幅部掘削覆工は所定区間、即ち、非常駐車帯の設計長に到達するまで継続して行われる。
【００３３】
そして、非常駐車帯の設計長に到達した時点で、カッタ拡幅動作機構８及びスキンプレート拡幅動作機構９を同時に動作させて、図２（ｂ）に示すように、拡幅用カッタ５及び拡幅部スキンプレート６を中胴４に格納する。
続いて、後胴３をシールドジャッキにより前進させて、図２（ｃ）に示すように、中胴４を格納するとともに、前胴２に後胴３を連結する。
その後、図２（ｄ）に示すように、通常の掘進覆工を行っていく。
再び非常駐車帯施工区間になったら、前述と同様の拡幅部掘削覆工を行う。
【００３４】
図５は円形セグメント１１と拡幅部セグメント１４の接合後を示したものである。この接合に先立ち、図４に示した円形セグメントリングと略矩形セグメントリングとの隣接部分の地盤を薬液注入や凍結等により強化しておく。
そして、図５に示したように、重なり合うセグメント取り除くとともに、場所打ちコンリート１５を施工して、標準部トンネル覆工の横に拡幅部トンネル覆工、即ち、非常駐車帯覆工を接合する。
【００３５】
以上のように、シールドトンネルの掘進覆工と並行して非常駐車帯用の拡幅部掘削覆工を行うため、拡大シールド工法と比較して、工期を短縮できるとともに、必要部のみの拡幅部掘削覆工で良いため、コストダウンを達成できる。
また、シールド工法のため、ＮＡＴＭ工法によるトンネルの切り拡げのような地下水位の低下がない。
さらに、必要部のみの拡幅部覆工のため、発生土量が少なく、環境負荷を低減できる。
【００３６】
そして、シールド機としては、中胴４に拡幅用カッタ５及びカッタ拡幅動作機構８を組み込んだため、ＥＳ−Ｔｕｂｅ工法の如く前面カッタ部分に伸縮カッタ機構を組み込む必要がなく、クレセント工法の如く球体に内蔵したカッタ装置を前胴部分に組み込む必要もないといった利点が得られる。
【００３７】
なお、以上の実施の形態においては、拡幅部セグメントとして略矩形セグメントリングとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、三日月形セグメントリングや円形セグメントリングなど様々な形状に対応可能である。
また、拡幅動作機構などシールド機の具体的な構成等についても適宜に変更可能であることは勿論である。例えば、前胴に中胴を格納したり、前胴及び中胴の中間に中胴を格納するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明を適用した一実施の形態を示すもので、本発明に係るシールド機による通常掘進（ａ）、中胴露出（ｂ）、拡幅用カッタ張出し（ｃ）、拡幅部掘削（ｄ）、拡幅部スキンプレート張出し（ｅ）を工程順に示した概略斜視図である。
【図２】図１に続いて、拡幅部掘進覆工（ａ）、拡幅用カッタ及び拡幅部スキンプレート格納（ｂ）、後胴前進（ｃ）、通常掘進（ｄ）を工程順に示した概略斜視図である。
【図３】拡幅用カッタ及び拡幅部スキンプレートとその拡幅動作機構を示すもので、格納状態（ａ）と張出し状態（ｂ）を示した縦断正面図である。
【図４】接合前の円形セグメントと拡幅部セグメントの関係を示した概略正面図である。
【図５】円形セグメントと拡幅部セグメントの接合後を示した概略正面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  カッタ
２  前胴
３  後胴
４  中胴
５  拡幅用カッタ
６  拡幅部スキンプレート
７  隔壁
８  カッタ拡幅動作機構
９  スキンプレート拡幅動作機構
１１  円形セグメント
１２  空洞部
１３  充填材
１４  拡幅部セグメント
１５  場所打ちコンクリート
【図１】
2005048433.tif 000003
【図２】
2005048433.tif 000004
【図３】
2005048433.tif 000005
【図４】
2005048433.tif 000006
【図５】
2005048433.tif 000007