(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド本体の前方に、所定断面積の標準坑と拡幅坑を掘進するカッタが備えられるとともに、
前記シールド本体には、前記拡幅坑を掘進する際に、前記スキンプレートの少なくとも一部を該拡幅坑に向けて突出する拡幅部材が備えられ、
該拡幅部材には、
前記標準坑のみを掘進する際に、前記スキンプレートと略面一となって該スキンプレートの少なくとも一部をなすとともに、前記拡幅坑を掘進する際に、前記スキンプレートの外方に突出して該スキンプレートと略平行に配置可能な第１の拡幅プレートと、
前記拡幅坑を掘進する際に、前記第１の拡幅プレートにおける前記スキンプレートの周方向の両縁部に連なるように設けられて、前記第１の拡幅プレートの前記両縁部と前記スキンプレートとを連結する第２及び第３の拡幅プレートと、
が備えられているシールド掘削機を用いて標準トンネル及び拡幅トンネルを築造するトンネル築造方法であって、
前記標準坑のみを掘進する際に、前記第１の拡幅プレートから前記第２及び第３の拡幅プレートを取り外しておき、前記スキンプレートの内側に標準坑用セグメントを順次覆工して標準トンネルを築造し、
前記拡幅坑の掘進を開始する際に、前記カッタで徐々に楔状に拡幅される拡幅坑を掘進するとともに、前記第２及び第３の拡幅プレートが位置する部分に間隙部を有する分割セグメントを前記スキンプレートの内側に覆工した後に、前記間隙部を通して前記第１の拡幅プレートに前記第２及び第３の拡幅プレートを取り付けて拡幅部材を構成し、該拡幅部材を前記拡幅坑の形状に合わせて順次突出させて前記楔状の拡幅坑の形状に対応した分割セグメントで前記楔状の拡幅坑を覆工し、拡幅坑が最大幅まで拡幅されたら、前記スキンプレート及び前記拡幅部材の内側に拡幅坑用セグメントを覆工して拡幅トンネルを築造することを特徴とするトンネルの築造方法。
【請求項２】
前記拡幅坑用セグメントあるいは前記分割セグメントの覆工時に、これら拡幅坑用セグメントあるいは分割セグメントの一部をなしシールド本体内の押圧ジャッキに押圧される位置まで内側に張り出すとともに、該押圧ジャッキが所定位置まで離間した後に、前記拡幅坑用セグメントあるいは前記分割セグメントから取り外されるスペーサを使用することを特徴とする請求項１に記載のトンネルの築造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、標準坑及び拡幅坑の双方を掘進可能なシールド掘削機を用いたトンネルの築造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド工法は、トンネルの掘進、とりわけ都市部における道路や鉄道のトンネル掘進において代表的な工法とされており、ますます長距離掘進、大深度化が求められている。
鉄道トンネル、すなわち地下鉄の場合には、一般に５００ｍ〜１０００ｍ毎に駅部を設けなければならず、また道路トンネルの場合は、約５００ｍ毎に非常駐車帯を設けなければならない。すなわち、一定間隔でトンネルを拡幅する必要がある。またシールド工法の場合には、掘進による土砂を坑外に順次排出するとともに、掘進された坑を順次覆工していくためのセグメントを坑内に搬入する必要がある。このため、小径のトンネルを築造する場合には、坑の内外を頻繁に往復する搬送手段の交換、あるいは坑内換気用の中継設備の設置等に支障をきたす場合があり、こうした理由からも、トンネル内に拡幅部を設けることが好ましい場合があった。
従来は、所定断面のシールドトンネルを築造後に部分的にセグメントを取り外して拡幅坑を掘削・覆工する、あるいは拡幅坑専用のシールド掘削機を用いる、等の方法によりトンネル内に拡幅部を築造していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、シールドトンネル築造後にセグメントを取り外して拡幅坑を掘削・覆工する方法では、施工可能な地盤条件は限られたものとなる。すなわち、一時的に空洞を生じさせるため、軟弱な地盤であると地山が自立できず、土留や止水を行うことが非常に困難である。また、拡幅坑専用のシールド掘削機を用いる場合には、シールド掘削機の分解、搬送及び組立といった作業を伴うため、多大な労力、工費を要するとともに、工期の長期化を招いていた。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、多様な地盤条件に対応でき、トンネル築造をより経済的にかつ短期間で行うことができるトンネル築造方法を提供すること、を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、シールド掘削機であって、シールド本体の前方に、所定断面積の標準坑と拡幅坑を掘進するカッタが備えられるとともに、前記シールド本体には、前記拡幅坑を掘進する際に、前記スキンプレートの少なくとも一部を該拡幅坑に向けて突出する拡幅部材が備えられ、該拡幅部材には、前記標準坑のみを掘進する際に、前記スキンプレートと略面一となって該スキンプレートの少なくとも一部をなすとともに、前記拡幅坑を掘進する際に、前記スキンプレートの外方に突出して該スキンプレートと略平行に配置可能な第１の拡幅プレートと、前記拡幅坑を掘進する際に、前記第１の拡幅プレートにおける前記スキンプレートの周方向の両縁部に連なるように設けられて、前記第１の拡幅プレートの前記両縁部と前記スキンプレートとを連結する第２及び第３の拡幅プレートと、が備えられているシールド掘削機を用いて標準トンネル及び拡幅トンネルを築造するトンネル築造方法であって、前記標準坑のみを掘進する際に、前記第１の拡幅プレートから前記第２及び第３の拡幅プレートを取り外しておき、前記スキンプレートの内側に標準坑用セグメントを順次覆工して標準トンネルを築造し、前記拡幅坑の掘進を開始する際に、前記カッタで徐々に楔状に拡幅される拡幅坑を掘進するとともに、前記第２及び第３の拡幅プレートが位置する部分に間隙部を有する分割セグメントを前記スキンプレートの内側に覆工した後に、前記間隙部を通して前記第１の拡幅プレートに前記第２及び第３の拡幅プレートを取り付けて拡幅部材を構成し、該拡幅部材を前記拡幅坑の形状に合わせて順次突出させて前記楔状の拡幅坑の形状に対応した分割セグメントで前記楔状の拡幅坑を覆工し、拡幅坑が最大幅まで拡幅されたら、前記スキンプレート及び前記拡幅部材の内側に拡幅坑用セグメントを覆工して拡幅トンネルを築造することを特徴とする。
【０００８】
このように、本発明に用いるシールド掘削機では、一台のシールド掘削機で標準坑と拡幅坑の双方を掘進できる構成とするとともに、拡幅部材を３枚の拡幅プレートで構成するようにしているので、拡幅部材を強固な構造にできる。また拡幅部材を簡易な構成としたので、短時間で簡便に拡幅坑に向けて突出させることができるので、拡幅坑の土留あるいは止水を充分に行うことができる。また、このようなシールド掘削機を用いたトンネル築造方法では、分割セグメントを使用して順次楔状に拡幅させながら拡幅坑を掘進していくので、拡幅坑からシールド掘削機内への土砂の取り込みを順次行いながら、しかも空洞を殆ど生じさせずに、標準トンネルから拡幅トンネルを築造していくことができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のトンネルの築造方法であって、前記拡幅坑用セグメントあるいは前記分割セグメントの覆工時に、これら拡幅坑用セグメントあるいは分割セグメントの一部をなしシールド本体内の押圧ジャッキに押圧される位置まで内側に張り出すとともに、該押圧ジャッキが所定位置まで離間した後に、前記拡幅坑用セグメントあるいは前記分割セグメントから取り外されるスペーサを使用することを特徴とする。
【００１０】
このように、拡幅坑用セグメントあるいは分割セグメントにスペーサを使用するので、シールド掘削機における押圧ジャッキの位置を一箇所に固定したままで、拡幅坑を掘進していくことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るトンネル築造方法の実施の形態について、図１乃至図１３を用いて説明する。
まず、トンネル築造方法に用いるシールド掘削機について説明する。
このシールド掘削機１は、図１に示すように、標準坑を掘進するためのカッタ２と、カッタ２から出没可能とされて拡幅坑を掘進するオーバカッタとしてのコピーカッタ２ａと、略筒状のスキンプレート４を有するシールド本体３と、スキンプレート４の内側に設けられた押圧ジャッキ５と、前記シールド本体３に設けられた拡幅部材６と、を備えている。
【００１２】
カッタ２は、略円盤形状をなし、図５に示すようにシールド本体３のカッタ支持部３ａに回転可能に支持されて、シールド本体３の前端に設けられている。このカッタ２は、先端部に設けられた図示しないカッタビット及び孔によって、標準坑を掘進しながら土砂をシールド掘削機１内に取り込めるようになっている。なお、以下において「標準坑」とは、カッタ２のみで掘進される、カッタ２の外径と略同一の断面積を有する坑をいうこととする。
このカッタ２には、外側部から標準坑を拡幅する方向、すなわち掘進方向と略直交する方向に出没可能とされたコピーカッタ２ａが内蔵されている。このコピーカッタ２ａは棒状をなしており、標準坑の掘削時にはカッタ２内に没しているもので、カッタ２から突出した際には突出方向の軸線回りに回転し、その外周面に設けられた図示しない多数のカッタビットによって拡幅坑を掘進できるようになっている。また、コピーカッタ２ａにより掘進された際の土砂をシールド掘削機１内に取り込むために、カッタ２の外周部のうちコピーカッタ２ａの近傍位置には取込孔２ｂが設けられている。
なお、以下において「拡幅坑」とは、カッタ２では掘進できない坑、すなわちコピーカッタ２ａを用いて掘進された部分の坑を言うこととする。
【００１３】
シールド本体３は、カッタ２を支持するカッタ支持部３ａと、このカッタ支持部３ａから後方に略筒状に連なる筒状のスキンプレート４と、を有している。
スキンプレート４は、カッタ支持部３ａの後方に略円筒状に連なるものであり、カッタ２とスキンプレート４とは、外形及び断面積が略同一となっている。このスキンプレート４の内側には、セグメントが順次覆工されていく。なおセグメントとは、後述する標準坑用セグメント、分割セグメント及びスペーサと一体となった拡幅坑用セグメントを指すものとする。
シールド本体３内のスキンプレート４の内側には、押圧ジャッキ５が備えられている。この押圧ジャッキ５は、スキンプレート４の内側に順次覆工されていくセグメントを押圧し、その反力でシールド掘削機１を掘進させるものである。
【００１４】
拡幅部材６は、側部プレート（第１の拡幅プレート）６ａと、側部プレート６ａの上側縁部及び下側縁部に各々連なるように設けられる、上部プレート（第２の拡幅プレート）６ｂ及び下部プレート（第３の拡幅プレート）６ｃから構成されている。
側部プレート６ａは、標準坑のみを掘進する際には、スキンプレート４と略面一となってスキンプレート４の一部をなすとともに、拡幅坑を掘進する際には、スキンプレート４の外方に突出してスキンプレート４と略平行に配置されるものである。
上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃは、拡幅坑を掘進する際に、スキンプレート４から突出する側部プレート６ａの上縁部及び下縁部に各々連なるように設けられて、側部プレート６ａの上縁部及び下縁部とスキンプレート４とを連結するものである。
なお、これら上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃは、シールド掘削機１が標準坑のみを掘進する際には、側部プレート６ａから取り外されている。すなわち、拡幅部材６は、拡幅坑を掘進する際に限り組み立てられる。
【００１５】
次に、このシールド掘削機１を用いたトンネル築造方法について説明する。
標準坑の掘進時には、上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃは側部プレート６ａから取り外しておき、スキンプレート４及びこれと一体となってその一部をなしている側部プレート６ａとが、断面視略円筒状となるようにしておく。こうすることで、標準坑を掘進していくに従い、スキンプレート４の内側全面を覆うように短尺円筒状の標準坑用セグメント１０を順次覆工していくことができる。押圧ジャッキ５は、掘進方向最前部に覆工された標準坑用セグメント１０を順次押圧し、その反力でシールド掘削機１を掘進方向に押圧することで、シールド掘削機１は掘進していく。すなわち、シールド掘削機１が掘進するに従い、その後方の標準坑は順次標準坑用セグメント１０によって覆工されていき、標準トンネルが築造されていく。
【００１６】
拡幅坑の掘削を開始する際には、コピーカッタ２ａをカッタ２から徐々に突出させ、標準坑を掘進しながら拡幅坑も掘進する。すなわち、図５及び図８に示すように、順次楔状に拡幅するようにして拡幅坑を掘進していく。このとき同時に、拡幅部材６を組み立てるための準備を行う。すなわち、拡幅部材６の組み立て及び拡幅動作ができるように、それまでの標準坑用セグメント１０に替えて、分割セグメント１１を覆工していく。
この分割セグメント１１は、図１０に示すように、拡幅部材６を組み立てる際に上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃが位置する部分において、分割されている。すなわち、これら分割位置において上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃの厚さよりも厚い間隙部Ｓが形成されることで、分割セグメント１１は拡幅部材６の組み立て及び拡幅動作を阻害しないようになっている。この分割セグメント１１の覆工時には、間隙部Ｓに間隙スペーサ１１ａを挿入した状態としておき、分割セグメント１１及び間隙スペーサ１１ａとで、スキンプレート４の内側全面を覆うようにする。
この状態で、暫く標準坑及び拡幅坑の掘進を続ける。
【００１７】
拡幅坑を数メートル程度掘進したところで、拡幅部材６を組み立てて拡幅坑の土留を行う。このとき、図１１に示すように、セグメント補強材１１ｂで分割セグメント１１を内側から補強し、間隙スペーサ１１ａを取り外す。そして図１２に示すように、これら間隙部Ｓを通して、上部プレート６ｂを側部プレートの上縁部に、下部プレート６ｃを側部プレート６ａの下縁部に各々取り付けて、拡幅部材６を組み立てる。組み立てが完了したら、図２に示すように、拡幅部材６を掘進方向前方側を先ず突出させて、拡幅坑の土留を行う。拡幅坑の拡幅に伴い、図３に示すように拡幅部材６の後方側も突出させていき、楔状の拡幅坑の土留を順次行っていく。
なお、楔状の拡幅坑を覆工する分割セグメント１１も、この形状に対応する形状のものを順次使用する。図８の例においては、分割セグメント１１をその形状の相異によって符号１１Ａ〜１１Ｄとして示しているが、１１Ａから１１Ｄにいくに従い漸次拡幅していく形状となっている。これら分割セグメント１１Ａ〜１１Ｄは、拡幅部材６の通過時には、セグメント補強材１１ｂで内側から補強して間隙部Ｓを形成しておき、拡幅部材６の通過後にこれら間隙部Ｓに間隙スペーサ１１ａを挿入・固定し、セグメント補強材１１ｂを取り外しても分割セグメント１１Ａ〜１１Ｄが自立できるようにする。
【００１８】
拡幅坑が最大幅まで拡幅されたら、図４に示すように、拡幅部材６の前方側も後方側も最大限突出させた状態で、上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃをスキンプレート４に連結・固定する。ここから拡幅坑を縮小させるまでの間は、この状態で拡幅坑を掘進する。すなわちこの間は、拡幅部材６は動作を行わないので、分割セグメント１１に替えて図１３に示す拡幅坑用セグメント１２を使用して、拡幅坑の覆工を行いながら、図６に示すように掘進を行っていく。
なお拡幅坑用セグメント１２あるいは分割セグメント１１の内側には、覆工時にこの拡幅坑用セグメント１２の一部をなすように、スペーサ１３がボルト等の固定手段により固定されている。このスペーサ１３は、押圧ジャッキ５に押圧された際にその反力でシールド掘削機１を掘進させるためのものであり、押圧ジャッキ５に押圧される位置まで内側に張り出している。このスペーサ１３は、後に取り外される。
なお、分割セグメント１１（１１Ａ〜１１Ｄ）に固定されるスペーサ１３は、各々の分割セグメント１１Ａ〜１１Ｄに対応する形状となっており、その符号を１３Ａ〜１３Ｄとして図８に示している。
【００１９】
拡幅坑の掘進を終了してもとの標準坑の掘進に戻る際には、コピーカッタ２ａをカッタ２に徐々に没入させ、順次楔状に縮小するようにして拡幅坑を掘進する。拡幅部材６は、ここから縮小動作を行いながら拡幅坑の土留を行うので、上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃとスキンプレート４との固定を解除するとともに、図８に示すように拡幅坑用セグメント１２に替えて分割セグメント１１Ｄ〜１１Ａを順次覆工していく。すなわち、上述した拡幅坑の掘進開始時と逆の手順であり、拡幅部材６は図７に示すように、前方側から徐々にスキンプレート４内へと埋入されていく。
【００２０】
拡幅坑の掘進が終了したら、図１に示したように、拡幅部材６はスキンプレート４内に収納され、側部プレート６ａはスキンプレート４と略面一となる。ここからは標準坑の掘進に戻るため、上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃを側部プレート６ａから取り外す。そして再び標準坑用セグメント１０を用いて標準坑を覆工し、標準トンネルを築造していく。
【００２１】
ここまで掘進が進んだら、スペーサ１３によってシールド掘削機１が反力をとる必要がなくなるので、拡幅坑用セグメント１２からスペーサ１３を取り外す。すなわち、押圧ジャッキ６がスペーサ１３から所定位置まで離間した後は、スペーサ１３を取り外すことができる。
スペーサ１３が取り外された後には、図９に示すように、拡幅坑用セグメント１２によって覆工された拡幅トンネルが築造されている。
【００２２】
本実施形態に係るシールド掘削機１においては、拡幅部材６を３枚のプレート、すなわち側部プレート６ａ、上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃにより構成するようにしているので、拡幅部材６を強固な構造にできるとともに、短時間で簡便に拡幅坑に向けて突出させることができる。そのため、拡幅坑の土留あるいは止水を充分に行うことができ、シールド掘削機１の信頼性・耐久性を高いものとすることができる。
【００２３】
また、本実施形態に係るトンネル築造方法においては、分割セグメント１１を使用することにより、標準坑から順次楔状に拡幅させながら拡幅坑を掘進していき、また拡幅坑から順次楔状に縮小させながら標準坑に戻すことができる。そのため、拡幅坑からシールド掘削機１内への土砂の取り込みを順次行いながら、しかも空洞を殆ど生じさせずに、標準トンネルから拡幅トンネルを築造していくことができる。これにより、様々な地盤条件に対応できるとともに、トンネル築造後の信頼性をより確実なものとし、拡幅坑の掘進のための特別な装置、材料等を不要として、経済的にかつ短期間でトンネルの築造を行うことができる。
【００２４】
更に、拡幅坑用セグメント１２あるいは分割セグメント１１の内側に固定されるスペーサ１３を使用して、押圧ジャッキ５に押圧されるようにしているので、シールド掘削機１における押圧ジャッキ５の位置を一箇所に固定したままで、標準坑及び拡幅坑の双方を掘進していくことができる。このため、拡幅坑の掘進時に押圧ジャッキ５を移動させる必要がなく、シールド掘削機１の構成を簡易なものとでき、その信頼性・耐久性を向上させることができ、トンネル築造をより経済的に行うことができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、多様な地盤条件に対応でき、トンネル築造をより経済的にかつ短期間で行うことができるトンネル築造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るトンネル築造方法に用いるシールド掘削機の一実施形態を示す概略斜視図である。
【図２】  図１のシールド掘削機において、拡幅部材が突出した状態を示す概略斜視図である。
【図３】  図２のシールド掘削機において、拡幅部材が更に突出した状態を示す概略斜視図である。
【図４】  図３のシールド掘削機において、拡幅部材が更に突出した状態を示す概略斜視図である。
【図５】  本発明に係るトンネル築造方法の一実施形態を示す図であって、シールド掘削機が拡幅坑の掘進を開始した際の側断面図である。
【図６】  同シールド掘削機が拡幅坑を掘進している際の側断面図である。
【図７】  同シールド掘削機が拡幅坑の掘進を終了した際の側断面図である。
【図８】  拡幅トンネルの全体を示す断面図である。
【図９】  拡幅トンネルからスペーサを取り外した状態を示す断面図である。
【図１０】  本発明に係るトンネル築造方法に使用される分割セグメントの一例を示す断面図である。
【図１１】  同分割セグメントを示す断面図である。
【図１２】  同分割セグメントと上部プレート及び下部プレートの位置関係を示す断面図である。
【図１３】  拡幅坑用セグメント及びスペーサを示す断面図である。
【符号の説明】
１  シールド掘削機
２  カッタ
２ａ  コピーカッタ
３  シールド本体
３ａ  カッタ支持部
４  スキンプレート
５  押圧ジャッキ
６  拡幅部材
６ａ  側部プレート（第１の拡幅プレート）
６ｂ  上部プレート（第２の拡幅プレート）
６ｃ  下部プレート（第３の拡幅プレート）
１０  標準坑用セグメント（セグメント）
１１  分割セグメント（セグメント）
１２  拡幅坑用セグメント（セグメント）
１３  スペーサ
Ｓ  間隙部
【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】
0003787807.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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