(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
既設トンネルを拡幅するに際し、既設トンネルの一方の側の覆工を解体撤去するとともにその外側を掘削することにより、既設トンネルをその一方の側にのみ拡幅するトンネル拡幅工法に適用するトンネル拡幅装置であって、
自走可能な走行台車の前部に、屈曲ブーム式の掘削機と、旋回アーム式のドリフターとを搭載し、
かつ前記走行台車の一方の側部である既設覆工側には既設覆工を解体するためにコンクリートを破砕するとともに鋼製支保工を切断可能なペンチ式のヘッドを有する屈曲ブーム式の破砕機を前後方向にスライド可能に搭載し、該走行台車の他方の側部である既設トンネルを拡幅する側には旋回アーム式のエレクターを前後方向にスライド可能に搭載してなることを特徴とするトンネル拡幅装置。
【請求項２】
請求項１記載のトンネル拡幅装置において、前記掘削機はその先端部の回転ヘッドに代えてブレーカーを装着可能であることを特徴とするトンネル拡幅装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のトンネル拡幅装置において、前記エレクターはその先端部にバケットを装着可能であることを特徴とするトンネル拡幅装置。
【請求項４】
請求項１，２または３記載のトンネル拡幅装置において、前記エレクターはその先端部にコンクリート吹き付けノズルを装着可能であることを特徴とするトンネル拡幅装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は既設トンネルを拡幅するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
既設の道路トンネルにおける交通量が増大したような場合、既設トンネルを１車線から２車線へ、あるいは２車線から３車線へと拡幅したい場合があるが、現在までのところ既設トンネルを拡幅するための有効適切な手法は確立されておらず、またそのための有効な装置も開発されていない。
【０００３】
すなわち、既設トンネルを拡幅するための手法として従来一般に考えられているのは、図１７に示すように既設トンネル１の両側および上方を掘削してより大断面の拡幅トンネル２とするというものであるが、そのような拡幅作業は既設覆工３（一次覆工３ａおよび二次覆工３ｂ）を解体しつつ掘削を行い、拡幅トンネル２としての新たな覆工４（一次覆工４ａおよび二次覆工４ｂ）を施工するというものであり、しかも既設トンネル１を使用しながら、つまり既設トンネル１内における一般車両の通行を確保しながらの作業が要求されるため、トンネルを新たに掘削する場合の手法をそのまま採用しても効率的な拡幅作業は行い得ないものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のことから、現時点では既設トンネルを拡幅するよりは大断面の新たなトンネルを新設する方が経済的であり、それがために既設トンネルを拡幅するのは何らかの事情で新設トンネルを設けることができない場合に限られているのが実状である。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明の目的は、既設トンネルを拡幅するための有効な装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、既設トンネルを拡幅するに際し、既設トンネルの一方の側の覆工を解体撤去するとともにその外側を掘削することにより、既設トンネルをその一方の側にのみ拡幅するトンネル拡幅工法に適用するトンネル拡幅装置であって、自走可能な走行台車の前部に、屈曲ブーム式の掘削機と、旋回アーム式のドリフターとを搭載し、かつ前記走行台車の一方の側部である既設覆工側には既設覆工を解体するためにコンクリートを破砕するとともに鋼製支保工を切断可能なペンチ式のヘッドを有する屈曲ブーム式の破砕機を前後方向にスライド可能に搭載し、該走行台車の他方の側部である既設トンネルを拡幅する側には旋回アーム式のエレクターを前後方向にスライド可能に搭載してなるものである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明のトンネル拡幅装置において、前記掘削機はその先端部の回転ヘッドに代えてブレーカーを装着可能なものである。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明のトンネル拡幅装置において、前記エレクターはその先端部にバケットを装着可能なものである。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１，２または３の発明のトンネル拡幅装置において、前記エレクターはその先端部にコンクリート吹き付けノズルを装着可能なものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態であるトンネル拡幅装置を用いるトンネル拡幅工法の概要を示す。本例の拡幅工法は、既設トンネル１を拡幅するに際してその既設トンネル１の一方の側（拡幅側、図１において左側）にケーブルボルト３４（後述。図１０参照）を予め打設したうえでその一方の側のみを拡幅するとともに、他方の側（残置側、図１において右側）の既設覆工３（一次覆工３ａおよび二次覆工３ｂ）は解体撤去することなく残置してそれを有効利用することを主眼とするものである。
【００１６】
すなわち、本実施形態の拡幅工法では、拡幅部を掘削するに際してまず既設覆工３を所定位置で切断して撤去する部分と残置する部分を縁切りし、拡幅部において既設覆工３を撤去しながら地山を掘削してトンネル断面を拡大せしめ、拡幅部に新たな一次覆工４ａを設けてそれを残置した既設覆工３に滑らかに連続せしめ、その上に全面的に新たな二次覆工４ｂを設けて拡幅トンネル２を完成させるものである。
【００１７】
既設トンネル１の片側のみを拡幅するという上記工法によれば、図１７に示した従来一般の手法のように既設トンネル１の周囲全体つまり両側および上部をそれぞれ拡幅する場合に比較すると、拡幅部が一カ所に集約されるので作業効率に優れ、また既設トンネル１をそのまま使用しながらの作業も容易に可能となるので交通規制も最少限で済む。勿論、既設覆工３の一部を有効活用することで全てを解体撤去して新設する場合に比較すればコスト的にも有利である。
【００１８】
図２〜図８は本発明の実施形態であるトンネル拡幅装置１０を示す。これは、汎用の自由断面トンネル掘進機をベースマシンとして上記工法を効率的に実施するための改良を加えたもので、自走可能な走行台車１１の前部に、屈曲ブーム式の掘削機１３と、旋回アーム式のドリフター１５とを搭載し、かつ走行台車１１の一方の側部（既設覆工３側）に屈曲ブーム式の破砕機１２を前後方向にスライド可能に搭載し、他方の側部（拡幅側）に旋回アーム式のエレクター１４を前後方向にスライド可能に搭載してなるものである。
【００１９】
本例の走行台車１１はクローラー式の走行装置１６により自走するものであって、その前部には解体ガラや掘削ずりを集めるためのギャザリング装置１７が設けられ、後部にはコンベア装置１８が設けられている他、各機器の駆動源や制御機構等を備えているものである。
【００２０】
本例の破砕機１２は既設覆工３を解体するためのペンチ式のヘッド１９を有するものであって、コンクリートを破砕するとともに鋼製支保工を切断可能なものである。この破砕機１２は図３に示すように走行台車１１の側部（この拡幅装置１０を拡幅部に配置したときに既設覆工３側となる側部）において前後方向にスライド可能とされ、使用時には図２および図３に示すように走行台車１１の前方に位置して屈曲ブーム２０により上下、左右に自由に旋回して既設覆工３を解体するとともに、非使用時には後退して図４に示すように屈曲ブーム２０を折り畳んだ状態で走行台車１１上に格納されるようになっている。
【００２１】
本例の掘削機１３は自由断面トンネル掘進機におけるものと同様のものであって、図４に示すように屈曲ブーム２１の先端部の回転ヘッド２２により地山を掘削することで拡幅を行うものである。また、地山が硬い岩盤であってこの掘削機１３によることでは効率的な掘削を行うことができないような場合には、必要に応じて回転ヘッド２２を取り外してそこにブレーカー（図示せず）を装着し、そのブレーカーを使用して岩盤を破砕することが可能とされている。なお、ブレーカーにより破砕を行う際には、後述するようにドリフター１５によって穿孔を行って油圧割岩機や静的破砕剤により切羽にクラックを形成すれば効率的な破砕作業が可能となる。
【００２２】
本例のエレクター１４は、伸縮かつ屈曲可能な旋回アーム２３の先端部に支保工を把持可能なクランパー２４が設けられたもので、図６に示すように破砕機１２とは逆側の側部において前後にスライド可能設けられており、使用時には図５および図６に示すように走行台車１１の前方に位置して旋回アーム２３により上下、左右に自由に旋回して支保工を設置するとともに、非使用時には後退して図２に示したように旋回アーム２３を縮退した状態で走行台車１１上に格納されるようになっている。なお、図示はしていないが、このエレクター１４の旋回アーム２３の先端部にはバケットが装着可能とされていて、そのバケットによりトンネル底面に落下した掘削ずりを掻き寄せてギャザリング装置１７に導くことができるようになっている。さらに、同じく旋回アーム２３の先端部にはコンクリート吹き付けノズルも装着可能となっており、そのノズルを用いてトンネル内面に対するコンクリート吹き付けを行うことも可能となっている。
【００２３】
本例のドリフター１５は油圧式の穿孔機であって、図２および図３に示すように掘削機１３の屈曲ブーム２１の両側に折り畳み式のアーム２５を介して取り付けられており、図７に示すように切羽に対する穿孔（先に述べたブレーカーによる切羽破砕に先立って行う）や図８に示すように拡幅部の地山に対するロックボルト打設のための穿孔を行うものである。
【００２４】
上記構成の拡幅装置１０は、破砕機１２による既設覆工３の破砕、掘削機１３による地山掘削、エレクター１４による支保工設置、ドリフター１５による穿孔といったトンネル拡幅に必要な主要作業の殆どを実施できる多機能なものであり、したがってトンネル拡幅作業を極めて効率的に行うことができ、しかも、その作業を拡幅部を走行することのみで行うことが可能であるから、既設トンネル１をそのまま使用しながらの作業が可能である。
【００２５】
上記の拡幅装置１０による詳細な作業工程を図９〜図１６を参照して説明する（図９〜図１６において（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側断面図である）。
【００２６】
拡幅に先立って地山に対して補強が必要な場合、まず図９に示すように既設トンネル１を区画壁３０により仕切って拡幅側を一般車両３１の通行レーンとして確保し、残置側に作業機械（いわゆるジャンボ）３２を配置して残置側の地山にロックボルト３３を打設する。なお、残置側の地山に対する補強が不要な場合にはロックボルト３３は省略して良い。次に、図１０に示すように一般車両３１の通行レーンを残置側に切り替え、作業機械３２を拡幅側に配置して拡幅側の地山に対してケーブルボルト３４を打設する。この際、ケーブルボルト３４の打設位置や打設方向は拡幅後のトンネル断面形状を考慮して決定する。
【００２７】
図１１に示すように既設トンネル１内の所要位置に門形のプロテクター３５を設置して安全な通行レーンを確保する。プロテクター３５は少なくとも作業区間を含んでその前後に３０〜５０ｍの範囲に設置し、作業進捗に伴い漸次前方へ移動させていくと良い。
【００２８】
図１２に示すようにプロテクター３５の上部に大型のコンクリートカッター３６を設置し、それを前方に移動させつつ既設覆工３を切断して撤去部分と残置部分とに分断し縁切りする。これにより既設覆工３の破砕が容易となるし後段での既設覆工３と新設の一次覆工４ａとの連結作業を容易かつ確実に行うことができる。なお、一般にトンネル覆工の全体の厚さは４０ｃｍ程度であるので、カッターブレードとしては直径１ｍ程度のものを用いれば良い。
【００２９】
図１３に示すように一方の坑口から上記の拡幅装置１０により拡幅を行う。すなわち、拡幅側の既設覆工３を破砕機１２により解体撤去するとともに、掘削機１３により拡幅部の掘削を行い、拡幅装置１０を漸次前進させていく。解体ガラおよび掘削ずりはコンベア３７にて坑外に搬出する。この際、必要であれば上述したように掘削機１３の回転ヘッド２２をブレーカーに交換して切羽破砕を行えば良く、それに先立ってドリフター１５により切羽に対する穿孔と油圧割岩機や静的破砕剤を用いて切羽にクラックを形成すれば良い。
【００３０】
図１４に示すように、上記の掘進にあわせてエレクター１４により支保工３８を組み立てる。この際、支保工３８と残置した既設覆工３とが滑らかに連続するようにし、それにより支保工３８と既設覆工３との連結部において応力集中が生じることを防止する。
【００３１】
図１５に示すように拡幅装置１０を退避させ、コンクリート吹き付け装置３９を配置してコンクリート吹き付けを行い、新たな一次覆工４ａを形成する。なお、上述したように拡幅装置１０のエレクター１４にはコンクリート吹き付けノズルが装着可能であるので、それを用いてコンクリート吹き付けを行うことも可能であるが、ここでは作業性を考慮して専用のコンクリート吹き付け装置３９を用いている。
【００３２】
図１６に示すように再び拡幅装置１０を配置して、ドリフター１５により最終的なロックボルト４０の打設を行い、最後にトンネル内面全体に図１に示すように二次覆工４ｂを施工する。
【００３３】
以上で本発明の拡幅装置の実施形態を説明したが、本発明の拡幅装置の構成は、自走可能な走行台車の前部に屈曲ブーム式の掘削機と旋回アーム式のドリフターとを搭載し、かつ前記走行台車の一方の側部である既設覆工側には既設覆工を解体するためにコンクリートを破砕するとともに鋼製支保工を切断可能なペンチ式のヘッドを有する屈曲ブーム式の破砕機を前後方向にスライド可能に搭載し、該走行台車の他方の側部である既設トンネルを拡幅する側には旋回アーム式のエレクターを前後方向にスライド可能に搭載する限りにおいて適宜の変更が可能である。
【００３４】
また、上記実施形態では既設覆工３の一部を残してそれを拡幅トンネル２の一次覆工として利用するようにしたが、既設覆工３が老朽化しているような場合には全てを撤去して新たな覆工を設けることでも良い。また、上記実施形態では新たな二次覆工４ｂを拡幅トンネル２内に全面的に施工するようにしたが、既設の二次覆工３ｂをそのまま利用することができる場合にはそれに連続させて新たな二次覆工４ｂを拡幅部にのみ設けることも不可能ではない。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１の発明のトンネル拡幅装置は、自走可能な走行台車の前部に、屈曲ブーム式の掘削機と、旋回アーム式のドリフターとを搭載し、かつ前記走行台車の一方の側部である既設覆工側には既設覆工を解体するためにコンクリートを破砕するとともに鋼製支保工を切断可能なペンチ式のヘッドを有する屈曲ブーム式の破砕機を前後方向にスライド可能に搭載し、該走行台車の他方の側部である既設トンネルを拡幅する側には旋回アーム式のエレクターを前後方向にスライド可能に搭載してなるものであるから、既設覆工の解体と拡幅のための地山掘削を効率的に実施できるとともに、既設トンネルを使用したままでの作業が可能である。
特に、ドリフターを具備しているので、切羽破砕のための穿孔やロックボルト打設用の穿孔作業も行うことが可能であり、より効率的な拡幅作業が可能である。
また、旋回アーム式のエレクターを具備しているので、新たな覆工のための支保工の設置作業を効率的に行うことができる。
【００３９】
請求項２の発明のトンネル拡幅装置は、掘削機の先端部に回転ヘッドに代えてブレーカーを装着可能としたので、地山が硬岩盤であるような場合には回転ヘッドをブレーカーに交換することで支障なく拡幅を行うことができる。
【００４２】
請求項３の発明のトンネル拡幅装置は、エレクターの先端部にバケットを装着可能としたので、トンネル底面に落下した掘削ずりをバケットにより掻き集める作業を行うことができる。
【００４３】
請求項４の発明のトンネル拡幅装置は、エレクターの先端部にコンクリート吹き付けノズルを装着可能としたので、必要に応じてコンクリート吹き付け作業も行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のトンネル拡幅工法の概要を示す図である。
【図２】  本発明のトンネル拡幅装置の一実施形態を示すもので、破砕機の使用状況を示す側面図である。
【図３】  同、平面図である。
【図４】  同、掘削機の使用状況を示す側面図である。
【図５】  同、エレクターの使用状況を示す側面図である。
【図６】  同、平面図である。
【図７】  同、ドリフターにより切羽穿孔を行う場合の使用状況を示す側面図である。
【図８】  同、ドリフターにより地山にロックボルト打設用の穿孔を行う場合の使用状況を示す正面図である。
【図９】  本発明のトンネル拡幅工法の作業手順を示すもので、既設トンネルの残置側へのロックボルト打設工程を示す図である。
【図１０】  同、拡幅側へのケーブルボルト打設工程を示す図である。
【図１１】  同、プロテクターを設置した状態を示す図である。
【図１２】  同、既設覆工の切断工程を示す図である。
【図１３】  同、トンネル拡幅装置により既設覆工を解体撤去しつつ拡幅部を掘削している状態を示す図である。
【図１４】  同、支保工の設置工程を示す図である。
【図１５】  同、コンクリート吹き付け工程を示す図である。
【図１６】  同、ロックボルト打設工程を示す図である。
【図１７】  既設トンネルを拡幅する場合の従来一般の手法を説明するための図である。
【符号の説明】
１  既設トンネル
２  拡幅トンネル
３  既設覆工
３ａ  一次覆工
３ｂ  二次覆工
４  新たな覆工
４ａ  一次覆工
４ｂ  二次覆工
１０  トンネル拡幅装置
１１  走行台車
１２  破砕機
１３  掘削機
１４  エレクター
１５  ドリフター
１９  ヘッド
２０  屈曲ブーム
２１  屈曲ブーム
２２  回転ヘッド
２３  旋回アーム
２４  クランパー
２５  アーム
３４  ケーブルボルト
３５  プロテクター
３６  コンクリートカッター
３７  コンベア
３８  支保工
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0004543130.tif 000013
【図１３】
0004543130.tif 000014
【図１４】
0004543130.tif 000015
【図１５】
0004543130.tif 000016
【図１６】
0004543130.tif 000017
【図１７】
0004543130.tif 000018