(57)【要約】【課題】  シールドトンネルの部分拡幅工法において、セグメント設置後にセグメントの一部に設けた張出し移動部を地山側に向けて移動して拡幅する際、確実かつ容易に移動させることができるようにする。【解決手段】  固定セグメント２と拡幅セグメント３とからなる部分拡幅セグメント１を組立、拡幅セグメント３のスライド部３ａに着脱自在に設けた高圧流体噴射管６により地山を掘削しつつ拡幅セグメント３を張出し移動する。その際、固定セグメント２の開口部近傍に梁部材４を渡し、その間を上下方向に拡幅セグメント部支柱５ａ、梁部材間支柱５ｂで保持し、拡幅セグメント３に対する土水圧の負荷を軽減して円滑な移動を可能とする。【選択図】      図１
2005113429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル内部から地山側に向けてセグメントの一部を張出し可能とした張出し移動部としての拡幅セグメントを設置して、トンネルを築造した後に拡幅を行うシールドトンネルの部分拡幅工法であって、
前記張出し移動部の移動前に、トンネル内部から前記張出し移動部の張出し方向に向けて、開閉手段を備えた工具取付口を設置し、
該工具取付口に地山を掘削する掘削手段を挿着し、
該掘削手段を駆動して前記張出し移動部の前方を掘削して地山掘削部を形成し、
前記張出し移動部を張出すとともに、前記地山掘削部から泥水を排出して拡幅し、
拡幅終了後、前記工具取付口を閉止することを特徴とするシールドトンネルの部分拡幅工法。
【請求項２】
前記工具取付口が、前記張出し移動部の内周面に設けられた穴部と、該穴部に着脱可能に係合される管状の工具取付口本体とからなり、
該工具取付口本体に装着した前記掘削手段により、前記穴部から前記掘削手段を地山側に駆動することを特徴とする請求項１に記載のシールドトンネルの部分拡幅工法。
【請求項３】
前記掘削手段が、高圧流体を噴射する高圧流体噴射管を備えてなることを特徴とする請求項１または２に記載のシールドトンネルの部分拡幅工法。
【請求項４】
前記高圧流体噴射管が回転駆動可能とされ、前記を高圧流体噴射管の先端部に掘削ビットが設けられたことを特徴とする請求項３に記載のシールドトンネルの部分拡幅工法。
【請求項５】
前記張出し移動部を移動する際、
前記地山掘削部の水圧と、前記高圧流体の流量と、前記地山掘削部からの排泥流量および排泥密度とを計測し、
それらの計測結果に応じて前記張出し移動部の移動量、前記高圧流体の流量および前記排泥流量を制御することを特徴とする請求項３または４のいずれかに記載のシールドトンネルの部分拡幅工法。
【請求項６】
トンネル内部から地山側に向けてセグメントの一部を張出し可能とした張出し移動部としての拡幅セグメントを設置して、トンネルを築造した後に拡幅を行うシールドトンネルの部分拡幅工法であって、
少なくとも前記張出し移動部を移動する際、前記張出し移動部に摺接する固定セグメント部の端部近傍にトンネル延設方向に延びる梁部材を設置し、前記張出し移動部の移動方向と交差する方向において前記梁部材を保持する支柱部材を設置して、拡幅を行うことを特徴とするシールドトンネルの部分拡幅工法。
【請求項７】
前記張出し移動部を移動する際、隣接するセグメントとの摺動部に妻部材を仮設してから移動し、
該妻部材側に隣接するセグメントの張出し移動部を移動した後に前記妻部材を撤去して、順次拡幅を行う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部分拡幅工法。
【請求項８】
前記張出し移動部に、隣接するセグメントとの接合面に摺接するためのシール部材を、前記張出し移動部の摺動面に設け、
トンネル延設方向に隣接して配置された張出し移動部をそれぞれ一回の移動で、前記シール部材が前記隣接するセグメントとの接合面と摺接可能な距離だけ移動し、
そのような張出し移動をトンネル延設方向において繰り返すことにより、拡幅を行う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部分拡幅工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドトンネルの部分拡幅工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シールドトンネルのトンネル径およびトンネル幅を延設方向の途中から拡大するシールドトンネルの拡幅施工が行われている。そのような拡幅工法として、シールド機の掘削範囲およびシールド断面が可変とされた拡幅シールド機を用いて掘削範囲を拡大しその後方に大断面のセグメントを組み立てる工法が知られている。また、シールド機により一定断面を掘削して、外周の一部が張出し可能とされた部分拡幅セグメントを設置し、シールドトンネル構築後に、シールド機を用いることなく拡幅する工法が知られている。
後者の例として、例えば特許文献１には、シールド機のオーバーカッタにより、セグメントの外側に余堀り部を設けて泥土を注入し、セグメント設置後に、断面略コ字状の拡大用アダプタをジャッキで張出す拡大シールド工法が記載されている。
また例えば、特許文献２には、セグメント設置後に断面略コ字状の拡幅用セグメントの前面にあるグラウトホールから超高圧水を噴射して、張出し方向を掘削した後、拡幅用セグメントを張出すシールド工法によるトンネルの部分拡幅工法が記載されている。
【特許文献１】特公平５−１７３５４号公報（第３−４頁、図９−１０）
【特許文献２】特開昭５８−７３６９３号公報（第２−３頁、図１−３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のようなシールドトンネルの部分拡幅工法には以下のような問題がある。
拡幅シールド機を用いる工法では、複雑な掘削機構やスライド機構が必要となるため、シールド機のコストが高くなり、その結果、拡幅部の築造コストが高価となるという問題がある。
特許文献１に記載の技術では、予め余堀り部を形成してから拡大用アダプタを張出すまでの間に時間差があるので、万一余堀り部で地山が崩落したり、土砂が溜まったりした場合には、それらを掘削除去する手段がないため張出し不能となるという問題がある。
特許文献２に記載の技術では、拡幅用セグメントの張出し方向に油圧ジャッキを設けて押し出すが、拡幅されない固定側のセグメントも土水圧を受けるので、拡幅用セグメントの側方から高圧を受けることになり、拡幅用セグメントを移動させるために大出力の油圧ジャッキが必要となるという問題がある。また、超高圧水の噴射口として拡幅用セグメントの表面に貫通するグラウトホールを用いるので、張出し方向に均一に掘削することができず、掘削の効率が劣るという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、セグメント設置後にセグメントの一部に設けた張出し移動部を地山側に向けて移動して拡幅する際、確実かつ容易に移動させることができるシールドトンネルの部分拡幅工法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、トンネル内部から地山側に向けてセグメントの一部を張出し可能とした張出し移動部としての拡幅セグメントを設置して、トンネルを築造した後に拡幅を行うシールドトンネルの部分拡幅工法であって、前記張出し移動部の移動前に、該張出し移動部の張出し方向に向けて、開閉手段を備えた工具取付口を設置し、該工具取付口に地山を掘削する掘削手段を挿着し、該掘削手段を駆動して前記張出し移動部の前方を掘削して地山掘削部を形成し、前記張出し移動部を張出すとともに、前記地山掘削部から泥水を排出して拡幅し、拡幅終了後、前記工具取付口を閉止する工法とする。
この発明によれば、張出し移動部の移動前に、開閉手段を備えた工具取付口を設置して、この工具取付口に掘削手段などの工具を挿着可能とするので、部分拡幅セグメントの構造を簡素とすることができ、シールド掘進時にセグメントの組立に支障となることがなく、各種工具を付け替えて拡幅施工に用いることができる。その結果、掘削手段を地山側に突出させて駆動させ、張出し移動を行うための安定した地山掘削部を確実かつ容易に形成することができる。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のシールドトンネルの部分拡幅工法において、前記工具取付口が、前記張出し移動部の内周面に設けられた穴部と、該穴部に着脱可能に係合される管状の工具取付口本体とからなり、該工具取付口本体に装着した前記掘削手段により、前記穴部から前記掘削手段を地山側に駆動する工法とする。
この発明によれば、張出し移動部には工具取付口本体と着脱可能に係合される穴部を設け、開閉手段や掘削手段を保持する機構などは工具取付口本体に設けることができるから、張出し移動部を簡素な構成とすることができる。また、工具取付口が穴部からなるので、部分拡幅セグメントを設置する際には、張出し移動部の外周面が穴底で塞がれており、シールド機のテールパッキン通過時に良好なシール性を保つことができる。
【０００７】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載のシールドトンネルの部分拡幅工法において、前記掘削手段が、高圧流体を噴射する高圧流体噴射管を備えてなる工法とする。
この発明によれば、高圧流体噴射管から高圧流体を噴射することにより、トンネル内に複雑な掘削駆動機構を設けることなく、地山掘削部を確実に掘削し泥水化することができるので、張出し移動部の張出し移動を容易に行うことができる。
【０００８】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載のシールドトンネルの部分拡幅工法において、前記高圧流体噴射管が回転駆動可能とされ、前記を高圧流体噴射管の先端部に掘削ビットが設けられた工法とする。
この発明によれば、高圧流体噴射管を回転駆動することにより、その先端の掘削ビットで穴部の穴底および地山を容易に掘削できる。そして高圧流体を回転軸と交差する方向に噴射することにより高圧流体噴射管の駆動にしたがって略円柱状の範囲を掘削することができる。したがって、張出し方向に複数の高圧流体噴射管を設置することにより張出し方向の全面にわたって略均一な掘削が可能となる。
【０００９】
請求項５に記載の発明では、請求項３または４のいずれかに記載のシールドトンネルの部分拡幅工法において、前記張出し移動部を移動する際、前記地山掘削部の水圧と、前記高圧流体の流量と、前記地山掘削部からの排泥流量および排泥密度とを計測し、それらの計測結果に応じて前記張出し移動部の移動量、前記高圧流体の流量および前記排泥流量を制御する工法とする。
この発明によれば、地山掘削部の水圧と、高圧流体の流量および密度と、地山掘削部からの排泥流量および排泥密度とに応じて張出し移動部の移動量、前記高圧流体の流量および前記排泥流量を制御するので、地山掘削部の安定化を図ることができるとともに、地山を確実に保持して張出し移動部を移動させることができる。
【００１０】
請求項６に記載の発明では、トンネル内部から地山側に向けてセグメントの一部を張出し可能とした張出し移動部としての拡幅セグメントを設置して、トンネルを築造した後に拡幅を行うシールドトンネルの部分拡幅工法であって、少なくとも前記張出し移動部を移動する際、前記張出し移動部に摺接する固定セグメント部の端部近傍にトンネル延設方向に延びる梁部材を設置し、前記張出し移動部の移動方向と交差する方向において前記梁部材を保持する支柱部材を設置して、拡幅を行う工法とする。
この発明によれば、支柱部材により、張出し移動部と摺接する固定セグメント部の端部近傍において張出し移動部の移動方向と交差する方向に保持するので、土水圧が作用しても支柱部材で負荷することができるから、固定セグメント部との摺接面から張出し移動部に対して負荷荷重がかからないようにすることができ、張出し移動部を良好な止水性を保ちつつ円滑に移動させることが行うことができる。
【００１１】
請求項７に記載の発明では、請求項６に記載のシールドトンネルの部分拡幅工法において、前記張出し移動部を移動する際、隣接するセグメントとの摺動部に妻部材を仮設してから移動し、該妻部材側に隣接するセグメントの張出し移動部を移動した後に前記妻部材を撤去して、順次拡幅を行う工法とする。
この発明によれば、仮設した妻部材を順次掛け替えることにより、張出し移動部を順次、所定の拡幅位置まで移動して拡幅を行うことができる。
【００１２】
請求項８に記載の発明では、請求項６に記載のシールドトンネルの部分拡幅工法において、前記張出し移動部に、隣接するセグメントとの接合面に摺接するためのシール部材を、前記張出し移動部の摺動面に設け、トンネル延設方向に隣接して配置された張出し移動部をそれぞれ一回の移動で、前記シール部材が前記隣接するセグメントとの接合面と摺接可能な距離だけ移動し、そのような張出し移動をトンネル延設方向において繰り返すことにより、拡幅を行う工法とする。
この発明によれば、張出し移動部の延設方向の側面を摺動面として用いるので、妻部材などの摺動面を形成する部材を別に設けることなく拡幅を行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のシールドトンネルの部分拡幅工法によれば、張出し移動部の構成を簡素化しつつ、掘削手段などの工具を工具取付口に容易に挿着して拡幅施工を行うことができるから、安定した地山掘削部を形成して張出し移動部を確実かつ容易に移動することができるという効果を奏する。
また本発明の他のシールドトンネルの部分拡幅工法によれば、張出し移動部が固定セグメント部と摺接する面にかかる荷重を支柱部材で負荷することができ、張出し移動部を円滑に移動することができるから、張出し移動部を確実かつ容易に移動することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。なおすべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［第１の実施形態］
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るシールドトンネルの部分拡幅工法について説明するための斜視説明図である。図１（ｂ）は、同じくＥ方向から見た斜視説明図である。図２〜５は、それぞれ図１（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図、Ｃ−Ｃ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、Ａ−Ａ断面図である。図６は、図２におけるＦ視説明図である。
【００１５】
本発明の第１の実施形態に係るシールドトンネルの部分拡幅工法について説明する。本工法は、トンネルの拡幅区間に、部分拡幅セグメント１を設置して、トンネル築造後にトンネル内側から拡幅を行う工法である。
部分拡幅セグメント１は、図１に示したように、非拡幅範囲を覆う固定セグメント２と固定セグメント２の外周部の一部から径方向外方に移動自在な拡幅セグメント３（張出し移動部）とからなる。
本実施形態はトンネルの側方の一部を側方に張出して拡幅する例となっている。そのため、固定セグメント２は側方に開口を有する断面Ｃ字状に組み立てられる。
拡幅セグメント３は、固定セグメント２の周方向の曲率に従った湾曲を有するスライド部３ａと、その周方向の両端部から張出し方向に沿って延ばされて固定セグメント２の端部と摺接可能な張出し部３ｂ、３ｂとを有する断面大略コ字状とされた部材である。
固定セグメント２と拡幅セグメント３との間の摺接部、並びにそれぞれの延設方向の隣接部には、適宜の止水材および継手部材が設けられる。また特に図示しないが、拡幅しない区間では、周方向に閉じた筒状の非拡幅セグメントが設置されている。
【００１６】
図１（ａ）は、本工法を実施中の拡幅施工部の様子を示す。図示斜め左上方向が拡幅終了部１Ａ、図示斜め右下方向が未拡幅部１Ｃである。拡幅移動部１Ｂは、移動中の拡幅セグメント３を示す。
本工法は、大きく分けて４つの工程からなる。
第１工程では、拡幅施工を行う範囲において、固定セグメント２の周方向の開口の近傍に、固定セグメント２の内側と張出し部３ｂの摺動面とにともに当接しつつ、延設方向に延びる梁部材４、４を設置する。
図２、３に示したように、未拡幅部１Ｃにおいては、梁部材４との間で張出し部３ｂを挟持するとともに、張出し部３ｂ、３ｂのスパン間を支持する拡幅セグメント部支柱５ａ（支柱部材）を設置する。それにより固定セグメント２を通して張出し部３ｂにかかる土水圧を保持できる支柱構造を構築する。
【００１７】
第２工程では、張出し移動する拡幅セグメント３の延設方向に隣接する他の拡幅セグメント３または非拡幅セグメント（不図示）との摺動面を形成するための妻部材３ｄを設置する。妻部材３ｄは拡幅セグメント３に着脱自在とされ、例えば鋼板などからなり、張出し移動する拡幅セグメント３にボルト締結される。
そして張出し移動する拡幅セグメント３のスライド部３ａに、地山１００を掘削するための高圧流体噴射管６…（掘削手段）と、スライド部３ａ前方の泥水を排出するための排泥管８…とを設置する。図２、４にそれらが設置された様子を示した。
その際、拡幅セグメント部支柱５ａは必要に応じて撤去するが、隣接するセグメントには支柱部材が設置されているので、張出し移動する部分拡幅セグメント１の固定セグメント２にかかる土水圧は、梁部材４、４を介して隣接するセグメントの支柱部材により支持される。
【００１８】
第３工程では、高圧流体噴射管６から高圧流体を噴射し、スライド部３ａの前方を掘削し、地山１００を泥水化して地山掘削部１００Ａを形成する。そして地山掘削部１００Ａの泥水を排泥管８で排出して、地山掘削部１００Ａの泥水圧を管理しつつ、拡幅セグメント３を張出し移動させる。
排泥の取り込みはセグメント外側の水圧を利用した自然圧力排泥もしくは負圧を利用した強制回収で行う。後者の場合、地山の自立性や排泥管の長さ、設備費などに応じて、例えば排泥管８の終端部をタンク構造としタンク内を負圧とする方法や、排泥口上部に高圧の気流を吹き込む方法などを適宜使い分けることができる。
【００１９】
図７は、張出し移動時の制御機構を説明するための構成ブロック図である。
図７に示したように、トンネル内部には、泥水圧と拡幅セグメント３の移動量とを管理しつつ拡幅セグメント３を移動させるための制御部７が設けられる。
スライド部３ａには、地山掘削部１００Ａの泥水圧を検知する圧力センサ９が設けられ、その出力信号が制御部７に入力される。排泥管８の流路中には密度計１１、流量計１２が設けられ、それぞれの出力信号が制御部７に入力され、泥水の密度、流量が検知される。
そして、制御部７は、高圧流体噴射管６から高圧流体を噴射するための高圧ユニット１０および拡幅セグメント３を張出し方向に移動するための油圧ジャッキ（不図示）に接続され、それらの駆動制御信号を送出することができる。
なお高圧ユニット１０には高圧流体の流量計や密度計が設けられている。
【００２０】
第３工程に用いることができる高圧流体噴射管６の構成について簡単に説明する。
図８（ａ）は、高圧流体噴射管６の構成を説明するための概略構成図である。
高圧流体噴射管６は、耐圧ホース（不図示）で接続された高圧ユニット１０から昇圧された高圧水１５（高圧流体）の供給を受けて噴射するもので、いわゆるウォータジェット工法による掘削を行うことができる。すなわち、高圧水１５の流路を形成する管部６ａの先端の側方に高圧水１５を噴射する適宜形状のノズルを備える噴射孔６ｂ、６ｂが設けられる。
さらに本実施形態では、管部６ａの先端に地山１００を掘削可能とする掘削ビット６ｃが設けられる。管部６ａは不図示の駆動機構により、軸周りに回転可能とされており、掘削ビット６ｃには、高圧水１５を軸方向前方に噴射する噴射孔６ｄが設けられている。
その結果、管部６ａを回転させつつ地山１００内を前進させると、掘削ビット６ｃにより先端から地盤に貫入することができ、その側方および前方が高圧水１５の掘削作用により掘削され、高圧水１５のおよぶ範囲が泥水化できるようになっている。このため、１つの高圧流体噴射管６により、管部６ａの回転軸を中心として円柱状の掘削を行うことができる。
したがって高圧流体噴射管６…を、それぞれの掘削範囲が重なり合う間隔に配置することでスライド部３ａの前面が略一様に掘削できるものである。
また、高圧流体噴射管６は、回転カッタなどの掘削手段に比して可動部が少なく動力もほとんど必要としないので、簡素な構成とすることができる。
したがって狭いトンネル内部でも効率的に作業することができ、本実施形態のように張出し移動する拡幅セグメント３に順次付け替えたり、必要に応じて設置個数を増減したりして使用することも容易となるという利点がある。
また高圧水１５の水圧、水量を変更することで、地山１００の状態に応じて掘削力を調整できるという利点がある。
なお、噴射孔６ｄは掘削ビット６ｃのみで十分な掘削が行える場合には、設けなくてもよい。
【００２１】
ここで、高圧流体噴射管６の設置工程と撤去工程とについて詳しく説明する。本実施形態では、高圧流体噴射管６を、取付穴３Ａ（穴部）と工具取付部１７（工具取付口本体）とからなる工具取付口を設けて設置する。
図９は、本実施形態の第３工程における高圧流体噴射管６の設置工程と撤去工程とを説明するための動作説明図である。
図９（ａ）は、スライド部３ａにトンネル内側から工具取付部１７を設置する様子を示す。
スライド部３ａの内側には、工具取付部１７を設置するための取付穴３Ａが設けられている。取付穴３Ａは、スライド部３ａの外側表面と滑らかに整列する穴底部３Ｃを備え、トンネル内側の開口部に雌ねじを形成するねじ部１７ｂが設置される。
工具取付部１７は、一端にねじ部１７ｂと螺合する雄ねじが形成された鋼管などからなる円筒状部材で、その他端側には円筒状部材と摺動可能なゴムパッキンなどからなるシール材１７ａが、中間部には円筒状の開口を開閉するバルブ１８（開閉手段）がそれぞれ設けられる。シール材１７ａと開放時のバルブ１８とは、いずれも所定径を有する略円筒状の工具を止水しつつ挿通させることを可能としている。円筒状の工具の例として、高圧流体噴射管６、グラウト注入管１９などが挙げられる。
【００２２】
そこで、工具取付部１７をねじ部１７ｂに螺合し、高圧流体噴射管６の先端がシール材１７ａを通過したら、バルブ１８を開放する。そして、高圧流体噴射管６を工具取付部１７に挿入し、回転させつつ前進させる。そして、掘削ビット６ｃにより穴底部３Ｃを除去して、高圧流体噴射管６を地山１００に挿入する（図９（ｂ）参照）。
このとき、シール材１７ａにより、止水されるので、泥水がトンネル内に侵入することはない。
そして、高圧水１５を噴射させ、回転しつつ前方に掘進する。これにより、スライド部３ａの前方に泥水化された地山掘削部１００Ａが形成される。
【００２３】
そして、地山掘削部１００Ａの安定を保ちつつ拡幅セグメント３を張出し移動する。
本実施形態における地山掘削部１００Ａの管理について簡単に説明する。本工法では、地山掘削部１００Ａを安定させ、拡幅セグメント３の張出しを効率的に行うために、泥水流量を泥水シールド機の切羽における泥水流量と略同様に管理するものである。
高圧水１５の送水量をＱ０（ｍ３／min）、送水密度をρ０（水の場合：１）（ｇ／ｃｍ３）とし、密度計１１、流量計１２により計測される排泥流量、排泥密度を、Ｑ１（ｍ３／min）、ρ１（ｇ／ｃｍ３）とする。すると、サンプリング間隔Δｔ（min）の間に掘削された掘削土水中質量ＭＲ（ｔ）は、
ＭＲ＝｛Ｑ１・（ρ１−１）−Ｑ０・（ρ０−１）｝・Δｔ          ・・・（１）
となる。
一方、ＧＳを土粒子真比重（一般的には、２．７）とすると掘削土乾砂量ＷＳ（ｔ）は、
ＷＳ＝｛ＧＳ／（ＧＳ−１）｝・ＭＲ                              ・・・（２）
となる。
そこで、掘削土地山換算体積Ｖ（ｍ３）は、土質調査などにより算出した地山間隙比をｅとすると、
Ｖ＝｛（１＋ｅ）／ＧＳ｝・ＷＳ                                  ・・・（３）
となる。
このように式（１）〜（３）により、送水量Ｑ０、排泥流量Ｑ１、送水密度ρ０、排泥密度ρ１から、掘削土地山換算体積Ｖを知ることができる。したがって張出し移動に必要な容積分だけ地山１００を掘削することができるので無駄がなく効率的である。また、サンプル間隔ごとに掘削土地山換算体積Ｖを知ることにより、拡幅セグメント３の張出し移動距離を適切に設定し、地山掘削部１００Ａを安定させつつ、張出し移動の制御を行うことができる。
【００２４】
このように送水流量（高圧流体の流量）、排泥流量、送水密度（高圧流体が単に水の場合は１とする）、泥水密度を管理しながら、拡幅に必要な所定距離だけ拡幅セグメント３を張出し移動する。その際、固定セグメント２は、拡幅セグメント部支柱５ａ、梁部材間支柱５ｂなどにより上下方向に支持されているので、張出し部３ｂに固定セグメント２から荷重がかからないから、比較的低荷重で張出すことができるという利点がある。
拡幅セグメント３を安定して張出し移動するためには、スライド部３ａの内周側や張出し部３ｂの後端側に少なくとも上下左右の４基以上の油圧ジャッキを配備し、それぞれの張出し移動量が同一となるように制御部７で制御して張出することが好ましい。
また、高圧流体噴射管６による掘削効率を向上するために、スライド部３ａの外周側や噴射孔６ｂの近傍に圧力センサを設置して、そのセンサ出力により掘削効率を判定し、必要に応じて高圧流体の流量や排泥流量を制御するとよい。
なお、例えば地山の状態などによっては、張出し移動量、高圧流体の流量、排泥流量のすべてを制御する必要はなく、適宜一定として掘削してもよい。
また、地山掘削部１００Ａをより安定させるために、高圧水１５に、例えばベントナイトなどの地山安定処理材を混入することもできる。
【００２５】
所定範囲の掘削が終了し、拡幅セグメント３を拡幅位置まで移動したら、高圧流体噴射管６をトンネル内側に引抜き、シール材１７ａの位置まで来たら、バルブ１８を閉止して、その後完全に引き抜く（図９（ｃ）参照）。
そして、高圧流体噴射管６と同径のグラウト注入管１９を工具取付部１７に挿入する（図９（ｄ）参照）。
そして拡幅セグメント３の周囲を地山１００と同等強度以上とするために、グラウト注入管１９から適宜のグラウト材２０を注入する。注入終了後、グラウト注入管１９を後退させ、工具取付部１７のバルブ１８より前方にグラウト材２０を充填して止水した状態でグラウト注入管１９を引き抜き、バルブ１８を閉止する（図９（ｅ）参照）。一方、排泥管８も泥水がグラウト材２０で置換された時点で閉止する。
グラウト材２０の固化後、工具取付部１７、排泥管８をトンネル内部から撤去し、トンネル内面側で必要な表面処理を行う（図９（ｆ）参照）。
引抜いた高圧流体噴射管６、グラウト注入管１９は、隣接する拡幅セグメント３を張出す工程で再利用することができる。
なお、排泥管８は、図９（ａ）から（ｅ）に２点鎖線で示すように、工具取付部１７から分岐する形で、バルブ付き排泥管８を設けるようにすれば、スライド部３ａに排泥管８を設けるためだけの開口を設けなくて済むとともに、掘削が行われる近傍で排泥できるので排泥効率を向上できるという利点がある。
【００２６】
第４工程では、図２、５に示したように、拡幅セグメント３が張出し移動した後、梁部材４、４の間に梁部材間支柱５ｂを設置する。また、不要となった妻部材３ｄを取り外す。
上記の第１〜第４工程を繰り返して、拡幅終了部１Ａを延設方向に伸長する。そして、摺動面としての役割を終了した妻部材３ｄは、拡幅移動部１Ｂに掛け替えて用いる。
また、梁部材間支柱５ｂは、拡幅セグメント３の接合が終了して、梁部材４の支持が不要になった時点で適宜撤去する。したがって、拡幅セグメント部支柱５ａ、梁部材間支柱５ｂは、適宜掛け替えて再利用して施工することができる。
【００２７】
このように、第１の実施形態に係るシールドトンネルの部分拡幅工法によれば、部分拡幅セグメント１を設置後、トンネルの内側から地山掘削部１００Ａの状態を管理しつつ、地山１００の安定を保って拡幅セグメント３を押し出すことにより、確実かつ容易にシールドトンネルの拡幅を行うことができる。
また支柱部材で拡幅セグメントの近傍を支持するので、きわめて円滑に拡幅セグメントを張出し移動することができるから、簡素な装置で施工することができる。
また地山１００を掘削しつつ拡幅セグメント３を張出し移動するので、セグメント外周が軟弱地盤や高水圧地盤などであっても広範な地盤改良や凍結などが不要となるので拡幅部の築造費を低減できるとともに、一層確実な拡幅が可能となる。
【００２８】
第１の実施形態の第１変形例について説明する。
図１０は、本発明の第１の実施形態の第１変形例について説明するための断面視の模式説明図である。
第１の実施形態が工具取付部１７をトンネル内側から着脱自在としたものであるのに対し、本変形例は、取付穴３Ａ、工具取付部１７に代えて、スライド部３ａに固定されたソケット２１（工具取付口）を設け、ソケット２１内に高圧流体噴射管６０を進退および回転自在に挿着したものである。
図１０（ａ）は、高圧流体噴射管６０をスライド部３ａの外径から外側に突出しない状態でソケット２１内に収めた様子を示す。ソケット２１の内周にはシール材２１ａが設けられ、土水がトンネル内に侵入しないように止水される。この状態では、高圧流体噴射管６０がシールドと干渉しないので、拡幅セグメント３をシールド機内で組み立ててシールド機後方に設置することができる。
図１０（ｂ）は、第３工程における高圧流体噴射管６０の様子を示す。高圧流体噴射管６０は、ソケット２１に対して進退および回転自在に保持されるので、地山１００側に前進および回転させて地山１００を掘進し、所定量掘進した後、図１０（ａ）の状態に戻すことができる。その際、穴底部３Ｃを切削する必要がないので、高圧流体噴射管６０の先端には掘削ビットを設けなくてもよいという利点がある。
ただし、地山１００をより効率よく掘削を行うためには、先端に掘削ビットを設けておいてもよい。あるいは、掘削ビットの代わりに、前方への高圧水噴射孔を設けておき、前方および側方を高圧水で掘削するようにしてもよい。
また、ソケット２１の中間部にバルブ１８と同様の止水手段を設け、高圧流体噴射管６０を引抜いたり、他の円筒状工具と交換できるようにしたりしてもよい。
【００２９】
第１の実施形態の第２変形例について説明する。
図１１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の第２変形例について説明するための概略断面図および概略斜視説明図である。
本変形例は、スライド部３ａの外周面である張出し面３０ａにおいて、各高圧流体噴射管６の周りを、セグメントの周方向に延びる仕切板３０ｂと、セグメントの延設方向に延びる仕切板３０ｃとで囲繞し、区画Ｓを形成してなるものである。仕切板３０ｂ、３０ｃは、例えば鋼板などの薄肉の板部材からなる。
なお、図１１（ａ）に示したように、拡幅セグメント３をシールド機２４の後方に組み立てる際には、例えばモルタルなどの仮埋め材３０Ａにより、仮埋めされる。そのため、シールド機２４のテールシール２３と隙間なく摺接できるから止水された状態でセグメントを組み立てることができる。
仮埋め材３０Ａは、拡幅セグメント３の張出し移動時に、高圧流体噴射管６の掘削ビット６ｃや高圧水により破砕され、図１１（ｂ）のような区画Ｓが露出した状態が形成される。
このような構成により、拡幅セグメント３を張出し移動する際、仕切板３０ｂ、３０ｃが地盤に貫入して区画Ｓに区割りするので、その区画Ｓ内で高圧流体噴射管６を作用させることにより、掘削の効率を高めることができるという利点がある。また高圧流体噴射管６を前進する際、上記実施形態のように穴底部３Ｃなど拡幅セグメント３を破砕しないので、例えば鋼板で拡幅セグメント３を製作することができるという利点がある。
【００３０】
排泥管８は、適宜の区画Ｓに設ける（図１１（ｂ）参照）か、後述するように高圧流体噴射管の一部にその機能を持たせる（図８（ｄ）参照）ことができる。
前者の場合、より効率よく排泥するために、仕切板３０ｂ、３０ｃの適宜箇所に切欠きを設けてもよい。それにより、張出し面３０ａ上で排泥管８への流れが形成しやすくなるという利点がある。切欠きを設ける適宜箇所としては、例えば、区画Ｓの四方の角部や、区画Ｓの辺上の中間部などが好適である。
【００３１】
次に、高圧流体噴射管６に代えて、第１の実施形態およびその変形例に用いることができる例として、高圧流体噴射管１３、１４について説明する。
図８（ｂ）は、高圧流体噴射管１３について説明するための軸方向断面図である。図８（ｃ）は、そのＨ−Ｈ断面図である。図８（ｄ）は、高圧流体噴射管１４について説明するための軸方向断面図である。
図８（ｂ）に示した高圧流体噴射管１３は、外側管１３ａと内側管１３ｂとの二重管構造を備え、内側管１３ｂの内側を高圧水流路１３Ｂとし、外側管１３ａと内側管１３ｂとで囲まれる領域に高圧空気１６（高圧流体）を流す高圧空気流路１３Ａとしている。そして、内側管１３ｂの先端側方から内側管１３ｂの外側に向けて高圧水噴射孔１３Ｃを設け、高圧水噴射孔１３Ｃの周りに高圧空気噴射孔１３Ｄを設け、高圧水１５の周囲に高圧空気１６の流れが形成される構成としたものである。また、高圧流体噴射管６と同様に、掘削ビット６ｃや噴射孔６ｄを備える。噴射孔６ｄは高圧水１５、高圧空気１６のいずれかまたは両方を吐出できるようにしておく。
高圧空気１６を周囲に伴うことにより、高圧水１５による掘削をより掘削力を増大することができより効率的な掘削を行うことができるという利点がある。
【００３２】
図８（ｄ）に示した高圧流体噴射管１４は、内側管１３ｂ、外側管１３ａに代えて、第２内側管１４ｃ、第１内側管１４ｂを備え、それぞれ高圧水流路１４Ｃ、高圧空気流路１４Ｂを形成できるようにし、第２内側管１４ｃから高圧水噴射孔１４Ｄを延ばし、その周囲を囲むように高圧空気噴射孔１４Ｅを設けている。そして、第１内側管１４ｂの外側に外側管１４ａを設け、外側管１４ａ上に設けられた排泥吸入孔１４Ｆから、地山掘削部１００Ａの泥水を吸入して排泥を輸送する排泥流路１４Ａを形成したものである。
この場合、排泥流路１４Ａは、排泥管８の機能を備えるので、排泥管８を別に設けなくてもよいという利点がある。
なお、高圧流体噴射管１３、１４においても、高圧流体噴射管６と同様、掘削ビット６ｃで十分な掘削が可能な場合には、噴射孔６ｄを設けなくてもよい。
【００３３】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係るシールドトンネルの部分拡幅工法について、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
図１２（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るシールドトンネルの部分拡幅工法について説明するための断面説明図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）におけるＧ部部分拡大図である。
本実施形態のシールドトンネルの部分拡幅工法は、妻部材を用いないで拡幅する点が第１の実施形態と異なる。そのために、第１の実施形態の拡幅セグメント３、固定セグメント２に代えて、拡幅セグメント３２（張出し移動部）、固定セグメント３１を用いる。これらは延設方向の側面におけるシールの構成以外は、拡幅セグメント３、固定セグメント２と同様の構成を有する。
【００３４】
固定セグメント３１は、延設方向の一方の側面である接合面３１Ａの厚さ方向の中央において、並行して配置された、例えば２条からなるセグメントシール３３を有する。固定セグメント３１の他方の側面は、他の固定セグメント３１のセグメントシール３３と当接してシールされるとともに、延設方向に接合可能な適宜の継手形状を備えた溝付き平面よりなる。
セグメントシール３３は、通常のセグメント組立に用いるのと同様のシールを採用することができ、例えば、水膨潤型合成樹脂製のシール材を採用することができる。
そして、固定セグメント３１のＣ字の端面では、拡幅セグメント３２とスライド部外周面３２ｃにおいて摺接可能なシール材３７がセグメントシール３３と接続するように設けられる。シール材３７は、適宜断面形状に成形された合成ゴム製のシール材、いわゆるリップシールなどを好適に採用できる。
セグメントシール３３、シール材３７は全体として並行する２条によって閉じられた二重シールを構成する。
【００３５】
拡幅セグメント３２は、拡幅セグメント３のスライド部３ａ、張出し部３ｂに代えて、略同様の構成のスライド部３２ａ、張出し部３２ｂからなる。接合面３１Ａと並んで配置される延設方向の側面には、スライド部３２ａ、張出し部３２ｂに対応して、スライド部摺動面３２Ａ、張出し部摺動面３２Ｂが形成される。
スライド部摺動面３２Ａ上には、スライド部３２ａの厚さ方向の中央位置に、例えば２条からなるシール材３４が設けられる。すなわち、図１２（ｂ）に示したように、拡幅セグメント３２の張出し方向において、外周面、内周面からそれぞれ距離ｄの位置に、シール材３４が配置される。そして、張出し部摺動面３２Ｂ上では、張出し部外周面３２ｃの近傍に沿って直線的に延ばされる。
互いに並行するシール材３４は、それぞれスライド部３２ａのトンネル内側の端部位置の近傍で折り曲げられ、全体として切れ目のないループの二重シールを構成する。
シール材３４の材質は、摺動に適し土砂を含む泥水を止水可能であれば、合成樹脂、合成ゴムまたはそれらの複合物などを採用することができる。特に硬質土砂シール材を好適に採用できる。
【００３６】
本実施形態のシールドトンネルの部分拡幅工法の工程について説明する。
図１３は、本発明の第２の実施形態に係るシールドトンネルの部分拡幅工法の工程について説明するための概念図である。
本工法は、第１の実施形態における第２工程を割愛し、第３工程における張出し移動量を変えたものである。本実施形態では、拡幅セグメント３２の張出し移動を１回に距離ｄ以下とすることにより、妻部材を配置することなく、拡幅を行うことができるようにしている。
本工法では、図１２（ａ）に示したように、第１工程において、梁部材４、４を固定セグメント３１のＣ字の開口からやや内側に設置し、拡幅セグメント３２の張出し方向の位置に関係なく、土水圧に抗して梁部材４、４間のスパンを保持する梁部材間支柱３８を設置する。
そして、梁部材間支柱３８に干渉しない位置に、拡幅セグメント３２を推進する張出し手段３５を設置する。
張出し手段３５は、例えば、固定セグメント３１側に反力をとるためのジャッキ受け台３６を設け、そこに保持部３５ｂを設置し、保持部３５ｂ上をトンネル延設方向に移動可能に油圧ジャッキ３５ａを設けるか、あるいは、保持部３５ｂを走行式にして、油圧ジャッキ３５ａとジャッキ受け台３６とを保持部３５ｂに固定してもよい。そして油圧ジャッキ３５ａの先端で、スライド部３２ａの端部を押圧するとともに、押圧部３５ｃを介して張出し部３２ｂを押圧して、張出し移動を可能とした構成を採用することができる。
【００３７】
本実施形態では、第１の実施形態の第２工程は割愛される。
第３工程においては、地山１００の掘進についてはまったく同様なので説明を省略し、図１３を用いて、張出し移動について簡単に説明する。
まず、図１３（ａ）に示したように、未拡幅部１ＣのセグメントＳ１に隣接するセグメントＳ２を距離ｄだけ張出し移動する。そして、図１３（ｂ）に示した矢印方向に張出し手段３５を移動し、セグメントＳ２に隣接するセグメントＳ３を距離ｄだけ前進させる。
次に、張出し手段３５を移動し、セグメントＳ３に隣接するセグメントＳ４を距離ｄだけ前進させる（図１３（ｃ）参照）。そして、図１３（ｄ）に示したように張出し手段３５を矢印の方向に延設方向の逆方向に移動し、セグメントＳ３を距離ｄだけ前進させる。
以上により、セグメントＳ３を距離２ｄだけ前進させることができる。
このように、張出し手段３５の延設方向への移動を繰り返し、常に隣接するセグメントの張出し量を距離ｄに保持しながら、特定のセグメントを距離ｄの整数倍だけ前進させることができる。それにより、延設方向の所望の長さにわたって拡幅を行うことができる。
本実施形態では、梁部材間支柱３８を設置したままで張出し手段３５を移動できるようにするので、拡幅終了まで梁部材間支柱３８を掛け替えないで施工することができるものである。
なお、張出し量ｄであるが、シール材３４のスライド部摺動面３２Ａでの設置位置をセグメント内面側に寄せれば張出し量を大きくとることができる。
【００３８】
本実施形態の工法によれば、張出し形状として、両端部が徐々に張出す形状であれば、妻部材を用いなくても済み、また一度に張出す形状でも妻部材は両端部だけで済むので、妻部材の設置や掛け替え作業を省略でき、張出し手段３５の移動と、張出し手段３５による張出し移動の繰り返し作業により拡幅を行うことができる。したがって、１回の移動量が少ないため、地山の掘削や張出し移動を小規模にとどめることができるから、比較的小規模な施工設備でも確実に拡幅施工が行えるという利点がある。
【００３９】
なお、上記の説明では、掘削手段として、高圧流体噴射管およびその先端に掘削ビットを設けた場合で説明したが、シールドトンネルの内側から地山を掘削できる手段であれば、これに限るものではない。例えば工具取付口から地山側に出た後に拡径する回転カッタなどを採用することができる。
【００４０】
また、上記の説明では、張出し移動部として、一方向に平行移動する場合の例で説明したが、張出し移動部を断面視で２つの円弧が大略Ｌ字状に接合された形状とし、その一端を固定セグメントにピン係止して回転支点を形成した構成も採用できる。このような構成によれば、回転支点を中心とした回転移動により大略Ｌ字の角部を地山側に張出し移動できるので、張出し移動するための手段を簡素化できるという利点がある。
【００４１】
また、上記の説明では、シールドトンネルの側方の一部を張出し移動する例で説明したが、１つの部分拡幅セグメントに複数の張出し移動部を複数備えるようにしてもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るシールドトンネルの部分拡幅工法について説明するための斜視説明図である。
【図２】図１（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図３】図１（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図４】図１（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図５】図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図６】図２におけるＦ視説明図である。
【図７】本発明のシールドトンネルの部分拡幅工法の張出し移動時の制御機構を説明するための構成ブロック図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に用いる高圧流体噴射管の例を説明するための概略構成図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の第３工程における高圧流体噴射管の設置工程と撤去工程とを説明するための動作説明図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態の第１変形例について説明するための断面視の模式説明図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態の第２変形例について説明するための概略断面図および概略斜視説明図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係るシールドトンネルの部分拡幅工法について説明するための断面説明図およびそのＧ部部分拡大図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係るシールドトンネルの部分拡幅工法の工程について説明するための概念図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  部分拡幅セグメント
１Ａ  拡幅終了部
１Ｂ  拡幅移動部
１Ｃ  未拡幅部
２、３１  固定セグメント
３、３２  拡幅セグメント（張出し移動部）
３Ａ  取付穴（穴部）
３Ｃ  穴底部
３ｄ  妻部材
４  梁部材
５ａ  拡幅セグメント部支柱（支柱部材）
５ｂ、３８  梁部材間支柱（支柱部材）
６、１３、１４、６０  高圧流体噴射管（掘削手段）
６ｃ  掘削ビット
８  排泥管
９  圧力センサ
１１  密度計
１２  流量計
１４Ｆ  排泥吸入孔
１５  高圧水（高圧流体）
１６  高圧空気（高圧流体）
１７  工具取付部（工具取付口本体）
１７ａ、２１ａ  シール材
１８  バルブ（開閉手段）
２１  ソケット（工具取付口）
３０Ａ  仮埋め材
３０ｂ、３０ｃ  仕切板
３２Ａ  スライド部摺動面
３２Ｂ  張出し部摺動面
３３  セグメントシール
３４  シール材
３５  張出し手段
３７  シール材
１００  地山
１００Ａ  地山掘削部
【図１】
2005113429.tif 000003
【図２】
2005113429.tif 000004
【図３】
2005113429.tif 000005
【図４】
2005113429.tif 000006
【図５】
2005113429.tif 000007
【図６】
2005113429.tif 000008
【図７】
2005113429.tif 000009
【図８】
2005113429.tif 000010
【図９】
2005113429.tif 000011
【図１０】
2005113429.tif 000012
【図１１】
2005113429.tif 000013
【図１２】
2005113429.tif 000014
【図１３】
2005113429.tif 000015