(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドトンネルを掘進し、掘進途中で掘削断面を変化させる掘削断面可変装置であって、
シールド掘進機のスキンプレートの切羽側とテールプレート端部の２か所の背面にエアーバッグを配置し、
シールド掘進機のスキンプレート底面位置に、スキンプレートから外方に突出する支持盤を設置し、
シールド掘進機のテールプレート端部に沿ってコンクリート打設管を配置し、
カッターヘッドを直径方向にスライド可能な構造としたことを特徴とする、
トンネル断面可変装置。
【請求項２】
請求項１に記載のトンネル断面可変装置において、
組み立てられたセグメント背面にエアーバッグを配置したことを特徴とする、
トンネル断面可変装置。
【請求項３】
シールドトンネルを掘進し、掘進途中で掘削断面を変化させるトンネル断面可変方法であって、
シールド掘進機が、掘削断面拡大区間に到達した時点で、カッターヘッドを直径方向に拡大させて掘削し、
拡大掘削空間下部に支持盤を伸長させると共に、スキンプレートの切羽側とテールプレート端部の２か所の背面のエアーバッグを膨脹させ、
セグメント背面の、拡大掘進部後方から掘進方向に向けて順次コンクリートを充填し、
充填コンクリートが硬化後セグメントを取外し、
充填コンクリート表面を斫り、所定のトンネル断面を構築することを特徴とする、
トンネル断面可変方法。
【請求項４】
シールドトンネルを掘進し、掘進途中で掘削断面を変化させるトンネル断面可変方法であって、
シールド掘進機が、掘削断面拡大区間に到達した時点で、カッターヘッドを直径方向に拡大させて掘削し、
拡大掘削空間部に、セグメント背面にエアーバッグを配置したセグメントを組立て、
セグメント背面のエアーバッグ及びテールプレート端部のエアーバッグを同時に膨脹させ、
拡大掘削空間部後方から掘進方向に向けて、セグメント背面のエアーバッグを取り囲むようにコンクリートを充填し、
充填コンクリートが硬化後、拡大掘進部のセグメントを取外し、所定のトンネル断面を構築することを特徴とする、
トンネル断面可変方法。
【請求項５】
請求項３に記載のトンネル断面可変方法において、
シールド掘進機が、掘削断面拡大区間に到達する以前に、掘削断面拡大区間を地盤改良しておくことを特徴とする、
トンネル断面可変方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル断面の大きさを、掘進途中で変化させることができるトンネル断面可変装置およびその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド工法などにより地中を掘削し、電力線の設置や上下水道の設置及び道路や鉄道などを建設する場合、これらの延長中間部に、ケーブルや管の接続部及び合流、分岐箇所や待避所などを設けることが多い。
シールド工法などにより地中を掘削していく場合、途中で掘削断面の大きさを変化させることはできず、その都度竪坑を設けるなどして対処していた。
しかし、この方法では工期、工費共莫大となり、その改善策が望まれていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の問題点を解決するためなされたもので、簡単な構成で、掘削途中の断面積を変化させ、掘削延長中間部に、ケーブルや管の接続部及び合流、分岐箇所や待避所などのための、大きな断面を容易に構築できるトンネル断面可変装置およびその方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
シールドトンネルを掘進し、掘進途中で掘削断面を変化させる掘削断面可変装置であって、シールド掘進機のスキンプレートの切羽側とテールプレート端部の２か所の背面にエアーバッグを配置し、シールド掘進機のスキンプレート底面位置に、スキンプレートから外方に突出する支持盤を設置し、シールド掘進機のテールプレート端部に沿ってコンクリート打設管を配置し、カッターヘッドを直径方向にスライド可能な構造としたことを特徴とするトンネル断面可変装置であり、また、組み立てられたセグメント背面にエアーバッグを配置したことを特徴とするトンネル断面可変装置であり、また、シールドトンネルを掘進し、掘進途中で掘削断面を変化させるトンネル断面可変方法であって、シールド掘進機が、掘削断面拡大区間に到達した時点で、カッターヘッドを直径方向に拡大させて掘削し、拡大掘削空間下部に支持盤を伸長させると共に、スキンプレートの切羽側とテールプレート端部の２か所の背面のエアーバッグを膨脹させ、セグメント背面の、拡大掘進部後方から掘進方向に向けて順次コンクリートを充填し、充填コンクリートが硬化後セグメントを取外し、充填コンクリート表面を斫り、所定のトンネル断面を構築することを特徴とするトンネル断面可変方法であり、また、拡大掘削空間部に、セグメント背面にエアーバッグを配置したセグメントを組立て、セグメント背面のエアーバッグ及びテールプレート端部のエアーバッグを同時に膨脹させ、拡大掘削空間部後方から掘進方向に向けて、セグメント背面のエアーバッグを取り囲むようにコンクリートを充填し、充填コンクリートが硬化後、拡大掘進部のセグメントを取外し、所定のトンネル断面を構築することを特徴とするトンネル断面可変方法であり、さらにまた、シールド掘進機が、掘削断面拡大区間に到達する以前に、掘削断面拡大区間を地盤改良しておくことを特徴とするトンネル断面可変方法である。
【０００５】
【発明の実施の形態１】
以下図面を参照しながら本発明の実施形態の一例について説明する。
【０００６】
＜イ＞基本構成
図１は本発明によるトンネル断面可変装置の基本構成を示す縦断面図である。トンネル断面可変装置を備えたシールド掘進機１は、スキンプレート２背面に配置したエアーバッグ３と、スキンプレート２底面位置で、スキンプレート２から外方に突出可能に設置した支持盤４と、シールド掘進機１のテールプレート５端部に沿って配置したコンクリート打設管６と、直径方向にスライド可能な構造としたカッターヘッド７により構成されている。
【０００７】
＜ロ＞エアーバッグ
スキンプレート２の切羽側と、テールプレート５端部の２か所の背面全周に亘ってエアーバッグ３を予め設置しておく。設置時は、エアーバッグ３は畳まれた状態であり、必要時にたとえば圧縮空気などにより膨脹する構造としてある。
テールプレート５端部に設置したエアーバッグ３は、後述のコンクリート打設の際、コンクリートがスキンプレート１背面全域に流れ出るのを防ぐための妻型枠の役割を果たし、また、スキンプレート２の切羽側に設置したエアーバッグ３は、チャンバ内の土砂あるいは泥水の後方への移動を防ぐ役割を果たすものである。
【０００８】
＜ハ＞支持盤
スキンプレート２底面位置に支持盤４を設置している。
支持盤４は、たとえば油圧シリンダーなどの伸長により、スキンプレート２から外方（下側）に突出可能な構造としている。
支持盤４は掘削断面に接地し、前述のエアーバッグ３と共にシールド掘進機１のバランス及び支持を行うものである。
【０００９】
＜ニ＞コンクリート打設管
セグメント背面へのコンクリート充填は、セグメントに設けたグラウトホールから行うこともできるが、本発明においては、テールプレート５端部に沿ってコンクリート打設管６を配置し、充填コンクリートの打設を行うようにしている。
図示のコンクリート打設管６は、テールプレート５端部をコ字状に曲げた端面を貫通させて配置した場合を示しているが、テールプレート５を貫通しその背面に沿ってコンクリート打設管６を配置してもよい。
【００１０】
＜ホ＞カッターヘッド
図２はカッターヘッド７と回転駆動軸７１の取り付け状況を示す斜視図である。  カッターヘッド７の背面にガイド７２を設け、回転駆動軸７１のガイド溝７３にガイド７２をはめ込む。拡大掘削するためにカッターヘッド７をスライドさせるための移動ジャッキ７４をカッターヘッド７の背面に取り付け、移動ジャッキ７４は回転駆動軸７１に設けられた軸受穴７５を摺動できる構造としている。拡大掘削する際は、移動ジャッキ７４を伸長し、通常のカッターヘッド７面よりも突出させることにより拡大掘削することができる。
【００１１】
以下に、トンネル断面可変装置の動作を説明する。
＜イ＞拡大掘削
図１は、掘削断面を拡大して掘削した状態を示す縦断面図である。
シールド掘進機１が掘削断面拡大区間に到達した時、前述カッターヘッド７の移動ジャッキ７４を伸長させ、掘削断面を拡大掘削する。
【００１２】
＜ロ＞支持盤
拡大掘削と同時に、スキンプレート２底面位置に設置した支持盤４を、たとえば油圧シリンダーなどの伸長によりスキンプレート２から外方（下側）に突出させ、掘削断面に接地しシールド掘進機１のバランス及び支持を行う。
この時点ではエアーバッグ３はまだ畳んだままの状態となっている。
【００１３】
＜ハ＞エアーバッグ
図３は、シールド掘進機１が掘削断面拡大区間を通過した状態を示す縦断面図である。
通過と同時に、移動ジャッキ７４を縮少させて突出していたカッターヘッド部分を通常の状態に戻す。
また、畳んだ状態のエアーバッグ３に、圧縮空気などを送り込みエアーバッグ３を膨脹させる。
シールド掘進機１の前後２か所に設けたエアーバッグ３の膨脹及び支持盤４の支持により、シールド掘進機１は拡大掘削区間で安定した状態でバランスよく保持される。
【００１４】
＜ニ＞充填コンクリート
テールプレート５に沿って配管されたコンクリート打設管６から、充填コンクリート８を打設する。
打設された充填コンクリート８は、セグメント９の背面と、地山の空間部に充填され、テールプレート５近くに配置されたエアーバッグ３により、シールド掘進機１内への回り込みは阻止される。
充填コンクリート８の充填作業はシールド掘進機１の進行に合わせて順次行われるものである。
【００１５】
＜ホ＞セグメントの撤去
図４は、充填コンクリート８の充填作業が完了した状態を示す縦断面図である。  充填コンクリート８が硬化後、セグメント９を撤去し、掘削断面拡大区間の充填コンクリート表面を斫り、所定のトンネル断面を構築する。
【００１６】
【発明の実施の形態２】
図５は、第２実施例を示す部分拡大縦断面図である。
本実施例においては、テールプレート５背面に畳んだ状態のエアーバッグ３２を配置する他、さらに掘削断面拡大区間のセグメント９背面にも畳んだ状態のエアーバッグ３１を配置する。
コンクリート打設管６は、テールプレート５を貫通させてテールプレート５背面に沿って配置している。
エアーバッグ３１、３２に圧縮空気などを送り込み膨脹させた後、充填コンクリート８をエアーバッグ３１、３２背面に打設する。
充填コンクリート８が硬化後、セグメント９及びエアーバッグ３１を撤去して、所定の拡大断面を構築する。
【００１７】
【発明の実施の形態３】
図６〜図８は軟弱な地盤を掘削する場合を示す平面図（又は縦断面図）である。  掘削断面拡大区間の前後に亘り、地盤改良ゾーンＧを予め形成しておく。
シールド掘進機１が掘削断面拡大区間に到達した時、前述のようにカッターヘッド７をスライドさせ拡大掘削を開始する。（図６）
シールド掘進機１の掘進と共に、通常の方法によりセグメント９を組み立て、また、シールド掘進機１端部のテールプレート５背面に配置したエアーバッグ３を圧縮空気などを送り込み膨脹させ、充填コンクリート８を打設する。（図７）
拡大掘削によるシールド掘進機１の保持は、前述と同様であるので図示及び説明は省略する。
充填コンクリート８が硬化後、掘削断面拡大区間のセグメント９を撤去し、さらに、所定の拡大断面になるように、充填コンクリート８を斫り取り完了する。（図８）
【００１８】
【発明の効果】
本発明は以上説明したようになるから、次のような効果を得ることができる。
＜イ＞掘進途中で拡大断面を構築できるので、ケーブルや管の接続部及び合流、分岐箇所や待避所などを設けるための竪坑工事が不要となり、工期、工事費を節減できる。
＜ロ＞通常の裏込め注入はせず、充填コンクリートだけとしているため、裏込め注入の工事費が削減される。
＜ハ＞掘削断面拡大区間においては、支持盤及びエアーバッグによりシールド掘進機をバランスよく保持するため、安定性がよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるトンネル断面可変装置の基本構成を示す縦断面図。
【図２】カッターヘッドと回転駆動軸の取り付け状況を示す斜視図。
【図３】シールド掘進機が掘削断面拡大区間を通過した状態を示す縦断面図
。
【図４】充填コンクリートの充填作業が完了した状態を示す縦断面図。
【図５】第２実施例を示す部分拡大縦断面図。
【図６】軟弱な地盤を掘削する場合を示す平面図（又は縦断面図）。
【図７】充填コンクリートを打設している状態を示す同上平面図（又は縦断面図）。
【図８】所定の拡大断面になった状態を示す同上平面図（又は縦断面図）。
【図１】
0003869523.tif 000002
【図２】
0003869523.tif 000003
【図３】
0003869523.tif 000004
【図４】
0003869523.tif 000005
【図５】
0003869523.tif 000006
【図６】
0003869523.tif 000007
【図７】
0003869523.tif 000008
【図８】
0003869523.tif 000009