(57)【要約】【課題】拡幅部と残存部との周方向接触面間（縁切り部）における抵抗を軽減して必要推力の低減が図れると共に残存部への悪影響が無いトンネルの拡幅構造を提供することを目的とする。【解決手段】既設セグメントリング１における拡幅用セグメント３のブロック３ａ，３ｂ，３ｃをトンネルの径方向に押し出してトンネルを拡幅するトンネルの拡幅構造において、前記押し出される最上位のブロック３ａと該ブロック３ａの周方向端面と接して残置される拡幅用セグメント３の上端部３ｄとの接触面相互を前記ブロック３ａの押出しが可能な傾斜面３ａａ，３ｄｂに形成した。【選択図】図１
2007211505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
既設覆工部材の一部をトンネルの径方向に押し出してトンネルを拡幅するトンネルの拡幅構造において、前記押し出される既設覆工部材の拡幅部と該拡幅部の周方向端面と接する既設覆工部材の残存部との接触面相互を前記拡幅部の押出しが可能な傾斜面に形成したことを特徴とするトンネルの拡幅構造。
【請求項２】
前記拡幅部は、トンネルの側壁部に位置し、前記傾斜面は少なくとも上方の接触面相互に形成されることを特徴とする請求項１記載のトンネルの拡幅構造。
【請求項３】
前記拡幅部が押し出される際に、同拡幅部と前記残存部の接触面間に形成される周方向空間部に充填剤を供給する充填剤供給手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のトンネルの拡幅構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルを部分拡幅するためのトンネルの拡幅構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、シールド工法の道路トンネル築造時において、非常駐車帯や分岐合流部などを部分拡幅する場合は、地盤改良を行い坑内から人力で切り拡げる方法やコピーカッタ等の拡幅機能を持ったシールド掘削機を用いる工法が採用されていた。
【０００３】
しかしながら、この工法では、地盤改良に要する期間だけ工期が延びると共にセグメント外部での人力作業になるため安全性に問題があるので、近年では、本線トンネル築造時に、組み立てたセグメント外側の地山を「多噴射切削システム」のジェットで切削しながら、セグメントの脇腹を押し出してトンネル断面を拡幅する工法（特許文献１）や既設のシールドトンネルの側壁の一部を構成し、且つシールドトンネルの外方に押出可能な少なくとも一つの押出セグメントからなる押出セグメント部の内壁側の周縁部に、押出方向と逆方向に突出する筒状部を接合して箱状のブロック体を形成し、次いで、前記ブロック体を前記シールドトンネルの外方に押し出すトンネルの拡幅工法（特許文献２）が開発されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３２８６９５号公報
【特許文献２】特開２００４−０２７７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上述したトンネルの一部を外方へ押し出す拡幅工法にあっては、図７の(ａ)に示すように、トンネルの外方に押し出される拡幅部１００と押し出されない残存部１０１との周方向の接触面相互が拡幅部１００の押出方向に平行なフラットな面で互いに接触する構造であるため、拡幅部１００を押し出す際の抵抗が大きいことから、大きな推力が必要となって推進ジャッキやその反力支持部等の大型化でコストアップを招来すると共に、残存部１０１には捲れ現象が生じる等の悪影響を与えるという問題点があった。
【０００６】
本発明は、拡幅部と残存部との周方向接触面間（縁切り部）における抵抗を軽減して必要推力の低減が図れると共に残存部への悪影響が無いトンネルの拡幅構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
斯かる目的を達成するための本発明に係るトンネルの拡幅構造は、既設覆工部材の一部をトンネルの径方向に押し出してトンネルを拡幅するトンネルの拡幅構造において、前記押し出される既設覆工部材の拡幅部と該拡幅部の周方向端面と接する既設覆工部材の残存部との接触面相互を前記拡幅部の押出しが可能な傾斜面に形成したことを特徴とする。
【０００８】
また、前記拡幅部は、トンネルの側壁部に位置し、前記傾斜面は少なくとも上方の接触面相互に形成されることを特徴とする。
【０００９】
また、前記拡幅部が押し出される際に、同拡幅部と前記残存部の接触面間に形成される周方向空間部に充填剤を供給する充填剤供給手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のトンネルの拡幅構造によれば、拡幅部がトンネルの径方向（外方）に押し出される際に、拡幅部と残存部との周方向接触面間（縁切り部）における抵抗が、傾斜面が離れることにより軽減され、必要推力の低減が図れる。依って、拡幅部の推進ジャッキやその反力支持部等の小型化が図れ、コストの削減が可能となる。また、抵抗の軽減により残存部への悪影響も回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係るトンネルの拡幅構造を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は本発明の実施例１を示すトンネルの半断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図２の作用状態図、図４及び図５はトンネル拡幅工法の工程図である。
【００１３】
図１に示すように、図示しない泥水式シールド掘削機（トンネル掘削機）等で掘削されたトンネル（トンネルの直径は例えば１６ｍである）の内壁面Ｇは、覆工部材としての多数のセグメントリング１（一つのセグメントリング１の幅寸法は例えば１．５ｍである）により覆工される。このセグメントリング１は、コンクリート製の一般的な構造の複数個のセグメント（ピース）２と鉄製の後述する特殊な構造の所定数（図中では１個）の拡幅用セグメント（ピース）３とがリング状に組み立てられてなる。尚、拡幅用セグメント３は、拡幅するトンネル長さ（例えば６０ｍ）分、複数のセグメントリング１に亙り、かつ各セグメントリング１の周方向位置（図示例では、セグメントリング１の一側部）を一致させて設けられる。
【００１４】
拡幅用セグメント３は、図中上，下両端部３ｄ，３ｅ（一般的な構造のセグメント２との結合部：残存部）を除く中間の３つのブロック３ａ，３ｂ，３ｃからなる主要部（セグメント本体：拡幅部）がトンネル外方（トンネルの径方向）にスライド（押出し）可能になっており、スライドの際は、互いにボルト結合された３つのブロック３ａ，３ｂ，３ｃが一体となってスライドするようになっている。尚、図示例では、前記上，下両端部３ｄ，３ｅも拡幅用セグメント３の構成要素となっているが、前記主要部３ａ，３ｂ，３ｃのみで拡幅用セグメント３を構成し、前記上，下両端部３ｄ，３ｅは一般的な構造のセグメント２を適宜にカットしたものを用いても良い。
【００１５】
そして、本実施例では、３つのブロック３ａ，３ｂ，３ｃの内の最上位のブロック３ａと該ブロック３ａの周方向端面と接する上端部３ｄとの接触面相互を当該ブロック３ａの押出しが可能な、例えば傾斜角１０°以下の傾斜面３ａａ，３ｄｂに形成される。一方、最下位のブロック３ｃと下端部３ｅとの周方向の接触面３ｃａ，３ｅｂは、互いに押出し方向に平行なフラットな面に形成されるが、これは拡幅用セグメント３の自重等を考慮して傾斜面に形成する効果が薄いからであって、拡幅用セグメント３の自重等を考慮しなくても良い周方向位置によっては、拡幅用セグメント３の左右両側において傾斜面を形成しても良い。
【００１６】
前記各ブロック３ａ，３ｂ，３ｃには、揺動式のカッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃ及びそのカッタ駆動部（支持部）５ａ，５ｂ，５ｃがトンネル外方に押出し可能に格納されている。そして、各カッタ駆動部５ａ，５ｂ，５ｃには後述するカッタヘッド駆動用の掘削用ジャッキ（第１駆動手段）１０を取外し可能に据え付ける平板状のジャッキ支持部（第１据付部）１１が設けられる一方、各ブロック３ａ，３ｂ，３ｃにはそれぞれ対応するカッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃをそのカッタ駆動部５ａ，５ｂ，５ｃ毎押し出すための後述する押出し用ジャッキ（第２駆動手段）１２を取外し可能に据え付ける板枠状のジャッキ支持部（第２据付部）１３が設けられる。図示例では、ジャッキ支持部１１に１個の掘削用ジャッキ１０が、またジャッキ支持部１３に２個の押出し用ジャッキ１２が据え付けられるようになっている。勿論、掘削用ジャッキ１０及び押出し用ジャッキ１２の本数は特に限定はされない。
【００１７】
前記各カッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃは、図２に示すように、縦長の矩形面板７上に複数のカッタビット８が固設されてなり、掘削用ジャッキ１０により図４中矢印で示したように上下（セグメントリング１の周方向）に揺動可能になっている。また、矩形面板７は、図３に示すように、図中左右（セグメントリング１の幅方向）に伸縮可能に複数分割（図示例では３分割）され、各ブロック３ａ，３ｂ，３ｃに格納された時は互いに接してコンパクトに格納される（図２の状態）一方、トンネル外方へ押し出された時は互いに離間して拡幅用セグメント３の幅方向における掘削範囲を拡大し得るようになっている（図３の状態）。
【００１８】
尚、図１中９ａは後述する送泥管１４が接続する供給口で、９ｂは同じく後述する排泥管１５が接続する排出口である。また、図２及び図３では３つのセグメントリング１が示されているが、拡幅時にはトンネル長さの例えば１０ｍ相当分（約７個のセグメントリング１）の拡幅用セグメント３が同時に作動される。
【００１９】
このように構成されるため、トンネル掘削機で掘削されたトンネルの内壁面Ｇに前述した構造の拡幅用セグメント３をセグメントリング１の一部として組み立てた図１の状態（第１工程：拡幅用セグメント組立工程）からトンネルを部分拡幅する際は、先ず、図４の（ａ）に示すように、各カッタ駆動部５ａ，５ｂ，５ｃのジャッキ支持部１１にそれぞれ掘削用ジャッキ１０を据え付けると共に各ブロック３ａ，３ｂ，３ｃのジャッキ支持部１３にそれぞれ押出し用ジャッキ１２を据え付ける（第２工程：第１及び第２駆動手段据付工程）。加えて、供給口９ａに送泥管１４を接続すると共に排出口９ｂに排泥管１５を接続する。
【００２０】
次に、図４の（ｂ）に示すように、各掘削用ジャッキ１０によりカッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃをそれぞれ図中上下方向に揺動させつつ各押出し用ジャッキ１２により各カッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃをカッタ駆動部５ａ，５ｂ，５ｃ毎、各ブロック３ａ，３ｂ，３ｃからトンネル外方へ押し出す（第３工程：カッタヘッド押出工程）。この際、トンネル内壁の切羽部に対して泥水が給，排される。また、この段階ではセグメントリング１の下部内面には枕木１９が設置されると共にセグメントリング１の上部内面には後述するスライドジャッキ１８据付け用の反力支持部２０が設置される。
【００２１】
次に、図５の（ａ）に示すように、不要となった全ての押出し用ジャッキ１２とそのジャッキ支持部１３の一部を取り外すと共に、各ブロック３ａ，３ｂ，３ｃからなる拡幅用セグメント３における主要部の上，下両端部と反力支持部２０及び枕木１９との間にそれぞれ延長ピース１６を介在させてスライドジャッキ（第３駆動手段）１８を横架する（第４工程：第３駆動手段据付工程）。また、一括して同時に押し出される拡幅用セグメント３における主要部の両端には妻板１７が配設される。その後、各掘削用ジャッキ１０によりカッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃをそれぞれ図中上下方向に揺動させつつスライドジャッキ１８により各拡幅用セグメント３の主要部をトンネル外方へスライドさせてトンネルを部分的に拡幅する（第５工程：拡幅用セグメントスライド工程）。この際もトンネル内壁の切羽部に対して泥水が給，排される。
【００２２】
次に、図５の（ｂ）に示すように、所定の寸法（例えば１ｍ）だけ拡幅したら当該部位における拡幅作業は終了し、その後全ての掘削用ジャッキ１０及びスライドジャッキ１８を取り外す（第６工程：駆動手段取外し工程）と共に延長ピース１６の余分な箇所（図中ハッチング部分）やジャッキ支持部１３の内方突出部分を破砕・除去する。加えて、反力支持部２０も取り除く。
【００２３】
以後、上述した工程を繰り返して、トンネルの所定の長さに亙って部分拡幅する。
【００２４】
このように本実施例では、地盤改良を行わず、また拡幅機能を持ったシールド掘削機を使わずに、カッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃ及びそのカッタ駆動部５ａ，５ｂ，５ｃを内蔵した拡幅用セグメント３を用いて部分拡幅するので、セグメントリング１内での拡幅作業となり安全であると共に、拡幅用セグメント３はカッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃ及びそのカッタ駆動部５ａ，５ｂ，５ｃを内蔵するという簡単な構造で済み経済的である。しかもシールド掘削機によるトンネル本線の掘進作業と並行して拡幅作業ができるので、切削能力の高いカッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃの効果と相俟って工期も短縮できる。また、カッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃは揺動式であるため、回転式等と比べて安価に製作できるので部分拡幅後残置することができると共に、各種ジャッキ１０，１２，１８は拡幅作業終了後取り外して回収リサイクルすることができるという利点もある。
【００２５】
そして、本実施例では、前述した第５工程において、各拡幅用セグメント３の主要部をトンネル外方へスライドさせてトンネルを部分的に拡幅する際には、図７の（ａ）に示すように、最上位のブロック３ａと該ブロック３ａの周方向端面と接する上端部３ｄとの接触面相互を当該ブロック３ａの押出しが可能な傾斜面３ａａ，３ｄｂに形成しているので、前記周方向接触面間（縁切り部）における、土圧，水圧等によりセグメントリング１が締め付けられることに起因する抵抗が軽減され、必要推力の低減が図れる。依って、スライドジャッキ１８やその反力支持部２０及び枕木１９等の小型化が図れ、コストの削減が可能となる。また、抵抗の軽減により、捲くれ現象等の上端部３ｄへの悪影響も回避できる。
【００２６】
また、拡幅作業時には拡幅用セグメント３を介してトンネル内壁の切羽部に対して泥水を給，排するので、切羽部を加圧しつつ安全に掘削が行える。また、カッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃ押出し後に直ぐ不要となった押出し用ジャッキ１２を取り外すので、当該ジャッキ１２を早期に回収リサイクルすることができる。また、拡幅用セグメント３は拡幅するトンネル長さ分複数のセグメントリング１に亙って設けられ、その拡幅作業時には両端に妻板１７を配設して所定数のセグメントリング１分を一括して施工するので、土砂等のトンネル内への侵入等を回避しつつ円滑かつ迅速に拡幅作業ができる。
【００２７】
また、カッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃ及びそのカッタ駆動部５ａ，５ｂ，５ｃは拡幅用セグメント３の長さ方向に複数個（図示例では３個）内蔵されるので、カッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃ及びそのカッタ駆動部５ａ，５ｂ，５ｃの小型軽量化が図れると共に、拡幅用セグメント３を複数（図示例では３つ）に小分けしてブロック化できるので、取り扱いが容易である。また、カッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃは拡幅用セグメント３の長さ方向に揺動可能になっているので、拡幅用セグメント３の長さ方向の掘削範囲を拡大することができる。また、カッタヘッド４ａ，４ｂ，４ｃのカッタビット８付き矩形面板７は拡幅用セグメント３の幅方向（トンネルの長さ方向）に互いに接離可能に複数分割されているので、拡幅用セグメント３に格納された時は互いに接してコンパクトに格納される一方、トンネル外方へ押し出された時は互いに離間してその拡幅用セグメント３の幅方向の掘削範囲を拡大することができる。
【実施例２】
【００２８】
図６は本発明の実施例２を示すトンネルの要部拡大断面図である。
【００２９】
これは、実施例１において、各拡幅用セグメント３の主要部をトンネル外方へスライドさせてトンネルを部分的に拡幅する際に、最上位のブロック３ａと上端部３ｄとの傾斜面３ａａ，３ｄｂ間に形成される周方向空間部イにグリス等の充填剤を供給する充填剤供給通路（充填剤供給手段）３０ａをブロック３ａに形成し、この充填剤供給通路３０ａを充填剤供給配管（充填剤供給手段）３０ｂを介して図示しない充填剤供給源（充填剤供給手段）に接続するようにすると共に、上端部３ｄの傾斜面３ｄｂにおける内周角部に面取り３ｄｃを施す（図６の（ａ）の場合）か、あるいは面取り３ｄｃする代わりに、最上位のブロック３ａにおける内周側を寸法Ｌだけ図６の（ａ）の場合より小さくする（図６の（ｂ）の場合）かした例である。その他の構成は実施例１と同様である。
【００３０】
これによれば、拡幅の際に、グリス等の充填により、周方向空間部イ及びセグメントリング１（トンネル）内に土砂等が侵入することが回避されると共に、面取り３ｄｃや寸法Ｌだけ小さくすることにより、当該部位に隙間を形成してより抵抗を軽減することができる。
【００３１】
尚、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で充填剤供給手段の構造変更等各種変更が可能であることはいうまでもない。また、本発明は、上記各実施例の拡幅工法に限定されず、特許文献１や特許文献２の拡幅工法等種々の拡幅工法にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例１を示すトンネルの半断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２の作用状態図である。
【図４】トンネル拡幅工法の工程図である。
【図５】トンネル拡幅工法の工程図である。
【図６】本発明の実施例２を示すトンネルの要部拡大断面図である。
【図７】従来例と本発明の比較説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  セグメントリング
２  一般的なセグメント
３  拡幅用セグメント
３ａ，３ｂ，３ｃ  ブロック（拡幅部）
３ｄ  上端部（残存部）
３ｅ  下端部（残存部）
３ａａ  傾斜面
３ｄｂ  傾斜面
４ａ，４ｂ，４ｃ  カッタヘッド
５ａ，５ｂ，５ｃ  カッタ駆動部（支持部）
７  矩形面板
８  カッタビット
９ａ  供給口
９ｂ  排出口
１０  掘削用ジャッキ（第１駆動手段）
１１  ジャッキ支持部（第１据付部）
１２  押出し用ジャッキ（第２駆動手段）
１３  ジャッキ支持部（第２据付部）
１４  送泥管
１５  排泥管
１６  延長ピース
１７  妻板
１８  スライドジャッキ（第３駆動手段）
１９  枕木
２０  反力支持部
３０ａ  充填剤供給通路
３０ｂ  充填剤供給配管
イ  周方向空間部
【図１】
2007211505.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007211505.tif 000007
【図６】
2007211505.tif 000008
【図７】
2007211505.tif 000009