(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大断面トンネルの全断面をセルに分けて構築した後、大断面トンネルの構造に係る部分を相互に緊結し、内部を解体して行う大断面トンネルの構築方法であって、
上面及び下面を円弧状の凸面に形成するとともに側面を平面に形成して略矩形断面を呈する外殻と、
前記外殻の切羽側先端に設けたカッタと、からなり、
前記カッタは、前記外殻の側面に接する円に、前記外殻の上面及び下面の一点から夫々前記円の外周へ引いた接線により形成してなる磁針状カッタである掘削機を使用し、
前記掘削機の外殻に推進管を接続し、
掘削機の外殻と一致した断面に掘削しながら推進管を設置してセルを構築し、
前記セルに隣接して前記掘削機で同様に掘削しながら推進管を設置して隣接するセルを構築し、
上記手順を繰り返して横方向及び上下方向にセルを隣接してなるセル群を構築し、
前記セル群内に大断面トンネルの内空断面形状に合わせて型枠を設置し、前記型枠にコンクリートを打設し、内空側のセルを撤去して行う、
大断面トンネルの構築方法。
【請求項２】
請求項１に記載する大断面トンネルの構築方法において、
前記磁針状カッタを円形カッタと一対の三角形状カッタとで構成する掘削機を使用して行う、
大断面トンネルの構築方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載する大断面トンネルの構築方法において、前記円形カッタを揺動または回転可能に切替自在に構成した掘削機を使用して行う、
大断面トンネルの構築方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３に記載する大断面トンネルの構築方法において、
前記推進管は、上下面を円弧状の凸面に形成した第１の推進管と、
上下面のいずれか一方に円弧状の凹面を形成した第２の推進管とからなり、
第１の推進管の凸面を第２の推進管の凹面に嵌合してガイドしながら推進し、
該推進管を上下方向に隣接したことを特徴とする、
大断面トンネルの構築方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４に記載する大断面トンネルの構築方法において、
前記推進管と掘削機との間にガイド溝とガイド突起からなるガイド装置を設け、
該ガイド装置でガイドしながら推進し、
推進管を横方向に隣接したことを特徴とする、
大断面トンネルの構築方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道線路を横断する道路トンネルや、道路のアンダーパスによる立体交差など長さが短いトンネルを構築する場合の掘削機及びこれを使用した大断面トンネルの構築方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大断面トンネルを構築する場合、先ず複数の小断面シールドで先行掘削して大断面トンネルの外郭を構築し、外郭に囲まれた内部を掘削して大断面トンネルを構築する方法がある。
図１１に示すように、一部を欠円した月食形のシールド機ａを重ね合わせて掘削し、セグメントｂを組み立て、大断面トンネルの外郭ｃを構築した後、内部ｄをバックホウなど他の掘削機械を用いて掘削し、大断面トンネルを構築する工法が知られている。
また、出願人は先に、図１２に示すように、大断面トンネルｅの断面領域に矩形の小断面シールドによって小断面トンネルをセルｆに分けて構築した後、外周部のセグメントｇを緊結し、内部のセグメントｈを解体する施工方法を提案した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の大断面トンネルの構築方法には、次のような問題点がある。
＜イ＞前者の月食形のシールド機ａを用いて構築する方法は、土圧に抵抗する円環状のアーチたる小断面トンネル群(外郭ｃ)が相互に独立であるため、各小断面トンネルの配置精度が悪く、さらに互いに隣り合うもの同士が離隔していると、円環状のアーチの一部に構造上の欠陥箇所ができる危険性がある。また、地山が軟弱の場合は、安全性を確保するため、各小断面トンネル間を剛結合とする必要があるが、各小断面トンネルが相互に独立という構造では、困難である。
＜ロ＞後者のセルｆに分けて構築する方法は、外周部のセグメントｇが薄い場合は、緊結しにくく、全体の剛性が低くなる。また、これを防止するために外周部のセグメントｇを厚くするとセルｆの施工空間が小さくなり、施工性が悪くなる。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は上記したセルに分けて構築する場合の構築方法をさらに改良したもので、マシンの構造を簡単にした掘削機及びこれを使用した大断面トンネルの構築方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、剛性の高い大断面トンネルの構築方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、施工性のよい大断面トンネルの構築方法を提供することを目的とする。
本発明は、これらの目的の少なくとも一つを達成するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決するために、本発明の大断面トンネルの全断面をセルに分けて構築した後、大断面トンネルの構造に係る部分を相互に緊結し、内部を解体して行う大断面トンネルの構築方法であって、上面及び下面を円弧状の凸面に形成するとともに側面を平面に形成して略矩形断面を呈する外殻と、前記外殻の切羽側先端に設けたカッタと、からなり、前記カッタは、前記外殻の側面に接する円に、前記外殻の上面及び下面の一点から夫々前記円の外周へ引いた接線により形成してなる磁針状カッタである掘削機を使用し、前記掘削機の外殻に推進管を接続し、掘削機の外殻と一致した断面に掘削しながら推進管を設置してセルを構築し、前記セルに隣接して前記掘削機で同様に掘削しながら推進管を設置して隣接するセルを構築し、上記手順を繰り返して横方向及び上下方向にセルを隣接してなるセル群を構築し、前記セル群内に大断面トンネルの内空断面形状に合わせて型枠を設置し、前記型枠にコンクリートを打設し、内空側のセルを撤去して行う、大断面トンネルの構築方法を特徴とするものである。
【０００６】
ここで、前記磁針状カッタを円形カッタと一対の三角形状カッタとで構成することができる。また、円形カッタを揺動または回転可能に切替自在に構成することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
【０００９】
＜イ＞全体の構成
多数の小断面トンネル２を横方向及び上下方向に隣接して構築し、大断面トンネル１の構造部分である外側を一体化し、その後、内部を解体、撤去して大断面トンネル１を構築する(図９、図１０参照)。
【００１０】
＜ロ＞掘削機。
掘削機１０は、略矩形の外殻２０と、この外殻２０の切羽側先端に設けたカッタ３０とからなる。
外殻２０の上面２１及び下面２２を曲面に形成し、側面２３を平面に形成する。
曲面は、例えば矩形の中心から頂点までの長さを半径とする円弧状の凸面に形成することができる(図２(Ａ)参照)。
掘削機１０の先端部分に切羽面の地山を切削するカッタ３０を有する。掘削機１０の外殻２０の後端部内周にテールリング(図示せず)を設け、このテールリングに後述する推進管５０の先端部を接続する。
カッタ３０で地山を掘削しながら、推進管５０の後方に配置した推進ジャッキ(図示せず)により推進管５０とともに掘削機１０が推進し、小断面トンネル２を構築する。
【００１１】
＜ハ＞カッタ
カッタ３０は、外殻２０の側面に接する円に、この外殻２０の上面２１及び下面２２の一点から夫々円の外周へ向けて接線を引いて形成した磁針状カッタである。
磁針状カッタ３０は、例えば回転軸（カッタ軸）３５を中心として放射状に延びるカッタスポーク３３を有し、カッタスポーク３３の切羽側表面にカッタビット３４を適宜取り付ける。
磁針状カッタ３０は、回転軸３５に環装したスリーブ３６に取り付けられ、駆動手段によって回転軸３５を中心に揺動する。駆動手段は、例えば一対の油圧ジャッキ４０、４０を使用することができる。一対の油圧ジャッキ４０、４０を回転軸３５に直交させるとともに上下方向に偏位させて配置し、ロッド４１、４１の先端をスリーブ３６から突出する突部３７、３７に接続する(図５参照)。
油圧ジャッキ４０、４０を同期して作動し、ロッド４１、４１を交互に伸縮することによって、スリーブ３６を回転軸３５のまわりに所定角度往復回転させて、磁針状カッタ３０を所定角度往復揺動することができる。
【００１２】
磁針状カッタ３０は、円形部３１を二つの三角形３２で挟んだ磁針状を呈するので、円形部３１が中心の円形部分を掘削し、三角形部分３２が図２(Ａ)、(Ｂ)、(Ｃ)に示すように上下の円弧面２１、２２を含む他の部分を掘削し、外殻２０と一致する形状に掘削する。
【００１３】
なお、磁針状カッタ３０は、円形部３１と三角形部分３２とを分離して、円形カッタ３１１と一対の三角形状カッタ３２１とで構成してもよい(図４参照)。この場合は、円形カッタ３１１と一対の三角形状カッタ３２１は、揺動中心からの距離が異なるので、駆動手段の動きを別にすることによりカッタビット３４の掘削速度を夫々適切な速度に調節できるメリットがある。
さらに円形カッタ３１１を、油圧ジャッキの替わりに油圧モータなどを使用することにより揺動運動でなく、正逆可能な回転運動とすることもできる。
また、円形カッタ３１１に油圧ジャッキと油圧モータを接続し、円形カッタ３１１の動きを現場に応じて揺動と回転を切り替えることもできる。
【００１４】
＜ニ＞セル
セルは、大断面トンネル１の全断面を割り付ける略矩形の小断面トンネル２である。
小断面トンネル２は、例えば鉄筋コンクリートや鋼、鋳鉄等からなる推進管５０で構成する。推進管５０は、第１の推進管５０Ａと第２の推進管５０Ｂとがある。
第１の推進管５０Ａは、掘削機１０の外殻２０と同じ断面形状をし、上下面に円弧状の凸面５２を形成する(図１参照)。第２の推進管５０Ｂは、上下面のいずれか一方に第１の推進管５０Ａの凸面５２が嵌合する円弧状の凹面５３を形成する(図１参照)。なお、特に区別する必要がない場合は、単に推進管５０という。
【００１５】
掘削機１０で掘削した掘削断面は、矩形の上下面に円弧状の凸面を形成するので、第２の推進管５０Ｂを用いた場合は、上下面のいずれか一方に凸レンズ状の空間が生じる。この凸レンズ状の空間に掘削可能なモルタルなどの充填材６０を注入する(図１、図６、図７参照)。
図８に示すように、推進管５０の側面にガイド溝５５をトンネル軸方向へ延長して設ける。また掘削機１０の側面２３及び後続する推進管５０の側面に、ガイド溝５５と嵌り合うガイド突起２５を突設する。掘削機１０のガイド突起２５を推進管５０のガイド溝５５に嵌め込むことによって、掘削機１０を推進管５０に沿って掘進することができ、横方向に推進管５０を隣接することができる。ガイド突起２５とガイド溝５５は、掘削機１０のガイド装置を構成すると同時に隣接する推進管５０同士の接合金物を構成する。
なお、上下方向の推進管５０は、第１の推進管５０Ａの凸面５２が第２の推進管５０Ｂの凹面５３に嵌合し、これをガイドに推進して隣接する。
【００１６】
次に、本発明の掘削機を使用して、大断面トンネルを構築する方法について説明する。
【００１７】
＜イ＞小断面トンネル(セル)の構築
先ず、構築予定の大断面トンネル１の前後に、立坑(図示せず)を構築する。
立坑の内部に推進管５０を推進するための推進ジャッキ(図示せず)を設置し、この推進ジャッキにより、推進管５０を他方の立坑へ向けて推進する。
本例では、図１、図６、図７に示すように、第２の推進管５０Ｂを用いて上方の小断面トンネル(セル)２ａ〜２ｅを構築する。
大断面トンネル１は、セル２ａ、２ｂ、２ｃ・・・の順で施工する。
先ず、第２の推進管５０Ｂの凹面５３を下にした状態で掘削機１０に接続し、推進ジャッキにより第２の推進管５０Ｂとともに掘削機１０を推進しながら、先端のカッタ３０で地山を掘削する。
なお、必要に応じて第２の推進管５０Ｂを軸方向に継ぎ足していくことができる。
掘削機１０は、その外殻２０と同一の範囲を掘削してしまう。そのため、第２の推進管５０Ｂの下面に凸レンズ状の空間が生じる。この空間に掘削可能な充填材６０を充填する。
このようにして、セル２ａを構築する(図６参照)。
【００１８】
次いでセル２ｂを構築するために、再び掘削機１０に第２の推進管５０Ｂを接続し、同様に推進しながら、先端のカッタ３０で地山を掘削する。
セル２ｂを構築する際、セル２ａのガイド溝５５に掘削機１０のガイド突起２５を嵌合して、セル２ａに沿ってガイドしながら掘削機１０を推進する。これによって、セル２ｂをセル２ａに隣接して構築することができる。
上記の工程を順次繰り返して、セル２ａ〜２ｅを隣接して構築する。
【００１９】
次に、掘削機１０に第１の推進管５０Ａを接続して下側のセル２ｆを構築する(図１参照)。この際、磁針状カッタ３０の三角形部分３２で充填材６０を掘削していくので、第２の推進管５０Ｂの凹面５３に第１の推進管５０Ａの凸面５２を嵌合させ、これをガイドに推進し、セル２ａに隣接して下方にセル２ｆを構築することができる。
このようにして、順次、セル２ａ〜２ｅの下方に隣接してセル２ｆ〜２ｊを構築してセル群を構築し、構築予定の大断面トンネル１の全断面が割り付けられる。
【００２０】
これまで、第２の推進管５０Ｂを上方へ設置したが、下方へ設置してもよい。即ち、図１０に示すように下方のセル２ｆ〜２ｊを第２の推進管５０Ｂで構築し、その上方に第１の推進管５０Ａでセル２ａ〜２ｅを隣接して構築することができる。図示していないが、セル２ｆ〜２ｊの上面に生じる凸レンズ状の空間に充填材６０を充填し、セル２ａ〜２ｅを構築するときに充填材６０を掘削する。なお、掘削機１０を複数台使用し、同時に推進させれば工期を大幅に短縮することができる。また上下方向のセル２ａ、２ｆを同時に構築する場合は、充填材６０の充填は不要となる。
【００２１】
セル２は、小断面トンネルであるため、地山へ推進管５０を推進するスペースを少なくし、また、小断面で比較的軽量の推進管５０を推進すればよいため、推進設備も小規模のもので足りるほか、小断面トンネルという極めて限られた範囲を掘進するに過ぎないため、特別な補助工法を実施することなく、地上の交通の安全性を確保できる。
【００２２】
＜ロ＞型枠の設置
セル２ａ〜２ｊ内に、構築予定の大断面トンネル１の内空断面、例えば矩形断面(図９)や楕円断面(図１０)となるように型枠７０を設置する。
型枠７０は、所定の形状に設置できるようにボルトなどにより組みばらしが自在である分割構成とする。
また、分割構成とすることにより、型枠７０の撤去や再使用が行い易くなる。型枠７０の設置と並行して、セル２ａ〜２ｊ内にシース管(図示せず)を仕込んでおく。
【００２３】
＜ハ＞コンクリートの打設
設置した型枠７０にコンクリート７２を打設する。
予め仕込んでおいたシース管内にＰＣ鋼線７１を挿通、緊張して、セル２ａ〜２ｊ全体を緊結し、大断面トンネル１に加わる土圧に十分に耐えるようにする。なお、ＰＣ綱線７１の緊張は、ポストテンション方式、プレテンション方式のいずれでもよい。
【００２４】
＜ニ＞撤去工程
セル２ａ〜２ｊのうち、大断面トンネル１の構造に係らない部分を撤去する。即ち、型枠７０を組みばらして撤去したり、推進管５０を切断し、これを撤去する。これによって大断面トンネル１が構築される(図９参照)。
なお、埋設型の型枠を使用する場合は撤去しなくてもよい。
【００２５】
本実施の形態に係る方法によれば、掘削機１０で大断面トンネル１に割り付けるセル２を順次構築した上で、セル２のうち大断面トンネル１の構造部分である外側を一体化し、非構造部分である内部を撤去することとしたので、狭隘な現場においても、効率的に大断面トンネル１を構築できる。
また、大断面トンネル１の頂部が平らでなく、凸面５２を連接した波形に形成されるため、大断面トンネル１全体の剛性が高くなる。
【００２６】
【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＞大断面トンネルに割り付けるセルを順次構築した上で、セルのうち大断面トンネルの構造部分である外側を一体化し、非構造部分である内部を撤去して大断面トンネルを構築する方法である。したがって円形断面、矩形断面だけでなく、自由な内空断面形状を選択することができる。
＜ロ＞掘削機は、密閉型の掘削機として簡単な構造であり、また磁針状カッタを揺動するようにしたため、掘削機の外殻と一致する断面を確実に掘削できる。また、必要な断面形状に応じて掘削機の寸法を簡単に変えることができる。
＜ハ＞大断面トンネルの頂部が平らでなく、凸面を連接した波形に形成されるため、大断面トンネル全体の剛性が高くなる。
＜ニ＞推進管の凸面と凹面が嵌合するので、後行する掘削機にとってガイド機能が発揮される。
＜ホ＞セルのうち大断面トンネルの構造部分である外側をコンクリート充填し、ＰＣ綱線等で緊結して一体化したので、外力に対して十分に抵抗する剛性を発揮する。
＜ヘ＞複数の掘削機を同時に推進させれば、工期を大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】大断面トンネルを構築する状態を示す説明図。
【図２】掘削機を示す説明図で、(Ａ)は正面から見た図。(Ｂ)はカッタを少し回転させた図。(Ｃ)カッタをさらに回転させた図。
【図３】掘削機を断面した説明図。
【図４】カッタを示す図。
【図５】カッタの駆動手段を示す説明図。
【図６】小断面トンネルを示す説明図。
【図７】小断面トンネルを隣接した状態を示す説明図。
【図８】推進管に対して掘削機をガイドする接合金物を示す説明図。
【図９】大断面トンネルを示す説明図。
【図１０】他の大断面トンネルを示す説明図。
【図１１】従来の構築方法を示す説明図。
【図１２】従来の他の構築方法を示す説明図。
【符号の説明】
１・・・・大断面トンネル
２・・・・小断面トンネル(セル)
１０・・・掘削機
２０・・・外殻
２５・・・ガイド突起
３０・・・磁針状カッタ
３１・・・円形部
３１１・・円形カッタ
３２・・・三角形部分
３２１・・三角形状カッタ
３５・・・回転軸
４０・・・油圧ジャッキ
５０Ａ・・第１の推進管
５０Ｂ・・第２の推進管
５２・・・凸面
５３・・・凹面
５５・・・ガイド溝
６０・・・充填材
７０・・・型枠
７１・・・ＰＣ綱線
７２・・・コンクリート
【図１】
0003777137.tif 000002
【図２】
0003777137.tif 000003
【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】
0003777137.tif 000008
【図８】
0003777137.tif 000009
【図９】
0003777137.tif 000010
【図１０】
0003777137.tif 000011
【図１１】
0003777137.tif 000012
【図１２】
0003777137.tif 000013