JP4260669B2 - トンネルの断面変更方法およびセグメント - Google Patents

Description

本発明は、トンネルの断面変更方法およびセグメントに関するものである。

従来、シールド機を用いて構築する埋設管渠やトンネル等において、構造上、施工上の制約から、途中に通常部以上の断面を有する拡幅部が必要となる場合がある。拡幅部を形成するには、余掘り部に充填材を充填したトンネル内に、拡幅セグメントを有し、通常のセグメントリングと外径が一致するセグメントリングを設置した後、余掘り部に充填した充填材を回収しつつ、余掘り部に拡幅セグメントを移動させる方法が提案されている。

また、シールド工法における急曲線箇所では、テールボイドに確実に裏込め材を充填するために、セグメント本体の外周側に袋体が設けられた袋付きセグメントが使用されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２４７３９２号公報

しかしながら、余掘り部に充填材を充填しておき、拡幅セグメントの移動時に回収する場合、余掘りから拡幅までの期間が長期間に亘ったり透水性の高い地盤だったり、その他様々な要因によって、充填材が切羽側や地山に流出逸散してしまい、地山の安定を脅かし、しいては地山の崩壊により拡幅不能となってしまうことがある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、拡幅するまでの期間、充填材が余掘り部から切羽側や地山に流出逸散するのを確実に防ぎ、また、拡幅セグメントを余掘り部内に移動させる際に土砂を混入させることなく充填材を確実に回収できるトンネルの断面変更方法およびセグメントを提供することにある。

前述した目的を達成するための第１の発明は、余掘り部を有する坑の内側に、外周面に袋体が設けられた拡幅セグメントを有し、通常のセグメントリングと同じ外径である拡幅用セグメントリングを設置する工程（ａ）と、前記袋体内に充填材を充填し、前記袋体を、外側面が前記余掘り部の坑壁に沿うように膨張させる工程（ｂ）と、前記袋体から前記充填材を抜き取りつつ、前記拡幅セグメントをトンネル外周方向に移動させて前記余掘り部内に設置する工程（ｃ）とを具備することを特徴とするトンネルの断面変更方法である。

余掘り部には掘削時に充填材が充填されるため、工程（ａ）では、余掘り部は、既に充填材が充填された状態である。工程（ｂ）では、余掘り部に充填された充填材を、拡幅セグメント以外のセグメントの注入孔を介してセグメントリングの内側に回収するか、側方の地山に逃がすと同時に、袋体を膨張させて余掘り部内に配置する。

拡幅セグメントは、内周面側に拡幅部材を有する。工程（ｃ）の後、必要に応じて、拡幅セグメントに設けられた拡幅部材の仮設部を撤去する工程（ｄ）が設けられる。また、工程（ｄ）の後、拡幅セグメントを余掘り部内からトンネル内周方向に移動させつつ、袋体内に充填材または裏込材を充填し、袋体を外側面が余掘り部の坑壁に沿うように膨張させる工程（ｅ）をさらに設けてもよい。

第２の発明は、余掘り部を有する坑内に設置されるセグメントであって、内周面側に拡幅部材が、外周面側に袋体が設けられ、トンネルの外周方向に移動可能であり、前記拡幅部材を前記余掘り部内に移動させる際に、前記袋体の内部から充填材が回収されることを特徴とするセグメントである。

第２の発明のセグメントは、余掘り部を有する坑内に設置される。そして、拡幅部材をトンネルの通常断面内に配置する際には、袋体の内部に充填材を充填し、袋体を、外側面が余掘り部の坑壁に沿うように膨張させる。また、拡幅部材を余掘り部内に移動させる際には、袋体内の充填材がセグメントリング内に回収される。

本発明のトンネルの拡幅方法およびセグメントによれば、充填材が余掘り部から地山に流出するのを防ぎ、また、拡幅セグメントを余掘り部内に移動させる際に充填材を確実に回収できる。

以下、図面に基づいて、本発明の第１の実施の形態について詳細に説明する。図１は、断面を拡幅するための各工程におけるトンネルの軸方向の断面図である。図２は、余掘り部２１を有する坑３に拡幅用セグメントリング１３を設置した状態を示す図である。図１の（ａ）図は、坑３に拡幅用セグメントリング１３を設置し、袋体１９に充填材１７を充填する工程を示す図である。図２は、図１の（ａ）図のＡ−Ａによる断面を示す。

拡幅部を有するトンネルを構築するには、図１の（ａ）図および図２に示すように、シールド機（図示せず）を用いて、地山１内に余掘り部２１を有する坑３を掘削する。シールド機（図示せず）は、坑３を掘削しつつ、機内でセグメントリングを組立てる。また、余掘り部２１内に充填材１６を充填する。

通常断面の坑３内には、通常セグメント５からなる通常セグメントリング１５が設置される。また、余掘り部２１を有する坑３内には、拡幅セグメント１１を有する拡幅用セグメントリング１３が設置される。また、拡幅用セグメントリング１３と通常セグメントリング１５との間には、調整セグメント７を有する調整用セグメントリング９が設置される。

図１の（ａ）図および図２に示すように、拡幅用セグメントリング１３は、通常セグメント５と拡幅セグメント１１とを円形に組立てたものである。拡幅セグメント１１の内周面１０側には、仮設部２５を有する拡幅部材２３が設けられる。また、外周面１２側に袋体１９が固定される。拡幅セグメント１１は、鋼製とするのが望ましい。袋体１９は、例えばナイロン製、ポリエステル製等とする。拡幅用セグメントリング１３は、外径が通常セグメントリング１５と同等の状態で、余掘り部２１を有する坑３内に設置される。このとき、袋体１９は、拡幅セグメント１１の外周面１２に沿って収縮した状態である。

図３は、袋体１９に充填材１７を充填した状態を示す図である。図３は、図１の（ａ）図のＢ−Ｂによる断面を示す。図２に示す状態の拡幅用セグメントリング１３を坑３内に設置した後、すなわち、シールド機（図示せず）の後端部が余掘り部２１を有する坑３を通過した後、図１の（ａ）図および図３に示すように、袋体１９内に充填材１７を充填し、袋体１９の外側面２０が余掘り部２１の坑壁２２に沿うようにする。充填材１７は、拡幅セグメント１１に設けられた注入孔（図示せず）から袋体１９に充填される。

袋体１９への充填材１７の充填と同時に、余掘り部２１に充填されていた充填材１６（図１の（ａ）図および図２）を、通常セグメント５の注入孔（図示せず）から回収するか、側方の地山１に逃がす。

図１の（ｂ）図は、拡幅セグメント１１を移動させる工程を示す。図４は、拡幅セグメント１１をトンネル外周方向に移動させた状態を示す図である。図４は、図１の（ｂ）図のＣ−Ｃによる断面図である。全ての拡幅セグメント１１の袋体１９内に充填材１７（図３）を充填し、シールド機（図示せず）が所定の距離進んだ後、図１の（ｂ）図および図４に示すように、拡幅セグメント１１をトンネル外周方向に移動させる。同時に、袋体１９に充填されていた充填材１７を、拡幅セグメント１１に設けられた注入孔（図示せず）を介して拡幅用セグメントリング１３の内側に回収する。

図１の（ｃ）図は、拡幅セグメント１１の仮設部２５を撤去して拡幅部を完成させる工程を示す。図５は、拡幅セグメント１１の拡幅部材２３の仮設部２５を撤去した状態を示す図である。図５は、図１の（ｃ）図のＤ−Ｄによる断面図である。全ての拡幅セグメント１１をトンネル外周方向に移動させた後、図１の（ｃ）図および図５に示すように、拡幅部材２３の仮設部２５を撤去する。また、調整セグメント７の一部を撤去し、調整セグメントリング９の内径が通常セグメントリング１５の内径と一致させる。

図１の（ｃ）図に示すように、調整セグメント７に隣接する拡幅セグメント１１ａと隣接しない拡幅セグメント１１ｂとは、仮設部２５（拡幅部材２３の撤去部分）が異なる。複数の拡幅セグメント１１の仮設部２５を、順次または一斉に撤去することにより、図１の（ｃ）図に示す状態となり、拡幅作業が完了する。

このように、第１の実施の形態では、拡幅セグメント１１の外周面１２に袋体１９を固定し、拡幅用セグメントリング１３を坑３に設置した際に、充填材１７を充填した袋体１９を余掘り部２１に設置する。これにより、充填後に余掘り部２１から切羽側や地山１に充填材１７が流出するのを防ぐことができる。また、拡幅セグメント１１を余掘り部２１内に移動させる際に、土砂等を巻き込むことなく、充填材１７を確実に回収できる。

次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、第１の実施の形態で述べた方法で構築したトンネルにおいて、拡幅部の使用が終了した後、拡幅部を通常断面に戻す。図６は、拡幅部を通常断面に変更した状態のトンネルの軸方向の断面図である。図７は、拡幅用セグメントリング１３を通常セグメントリング１５と同一の断面にした状態を示す図である。図７は、図６のＥ−Ｅによる断面を示す。

図１の（ｃ）図および図５に示す拡幅部を通常断面に戻すには、図６、図７に示すように、拡幅セグメント１１をトンネル内周方向に移動させ、拡幅用セグメントリング１３の外径を、通常セグメントリング１５の外径と一致させる。同時に、袋体１９の内部に充填材を充填し、袋体１９の外側面２０が余掘り部２１の坑壁２２に沿うようにする。そして、拡幅部材２３のうち、トンネル内部に位置する部分を撤去する。

このように、第２の実施の形態では、拡幅セグメント１１を余掘り部２１内からトンネル内周方向に移動させる際に、拡幅セグメント１１の外周面１２に固定した袋体１９の内部に充填材１７を充填し、袋体１９を余掘り部２１に設置する。これにより、充填後に余掘り部２１から地山１に充填材１７が流出するのを防ぐことができる。

次に、第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態では、第１、第２の実施の形態で用いた拡幅セグメント１１とは異なる構成の拡幅セグメントを用いる。図８は、余掘り部３５を有する坑３に拡幅用セグメントリング２７を設置した状態を示す図である。図８は、図１の（ａ）図のＡ−Ａによる断面図である。

拡幅部を有するトンネルを構築するには、第１の実施の形態と同様に、図１の（ａ）図および図８に示すように、シールド機（図示せず）を用いて、地山１内に余掘り部３５を有する坑３を掘削する。シールド機（図示せず）は、坑３を掘削しつつ、機内でセグメントリングを組立てる。第３の実施の形態では、第１の実施の形態の拡幅用セグメントリング１３のかわりに、拡幅用セグメントリング２７が設置される。

図８に示すように、拡幅用セグメントリング２７は、通常セグメント５と拡幅セグメント２９とを円形に組立てたものである。拡幅セグメント２９と通常セグメント５とは、可動部３１で連結される。拡幅セグメント２９は、可動部３１を中心として回転することにより、トンネル外周方向に移動可能である。拡幅セグメント２９の内周面２８側には、仮設部３９を有する拡幅部材３７が設けられる。また、外周面３０側に袋体３３が固定される。拡幅セグメント２９は、鋼製とするのが望ましい。袋体３３は、ナイロン製、ポリエステル製等とする。

図１の（ａ）図および図８に示すように、拡幅用セグメントリング２７は、外径が通常セグメントリング１５と同等の状態で、余掘り部３５を有する坑３内に設置される。このとき、袋体３３は、外周面３０に沿って収縮した状態である。

図９は、袋体３３に充填材４１を充填した状態を示す図である。図９は、図１の（ａ）図のＢ−Ｂによる断面図である。図８に示す状態の拡幅用セグメントリング２７を坑３に設置した後、すなわち、シールド機（図示せず）の後端部が余掘り部３５を有する坑３を通過した後、図１の（ａ）図および図９に示すように、袋体３３内に充填材４１を充填し、袋体３３の外側面３４が余掘り部３５の坑壁３６に沿うように、膨らませる。充填材４１は、拡幅セグメント２９に設けられた注入孔（図示せず）から袋体３３に充填される。

袋体３３への充填材４１の充填と同時に、余掘り部３５に充填されていた充填材３２（図１の（ａ）図および図８）を、通常セグメント５の注入孔（図示せず）から回収するか、地山１に逃がす。

図１０は、拡幅セグメント２９をトンネル外周方向に移動させ、拡幅部材３７の仮設部３９を撤去した状態を示す図である。図１０は、図１の（ｃ）図のＤ−Ｄによる断面図である。全ての拡幅セグメント２９の袋体３３内に充填材４１（図９）を充填し、シールド機（図示せず）が所定の距離進んだ後、図１の（ｂ）図および図１０に示すように、拡幅セグメント２９をトンネル外周方向に移動させる。同時に、袋体３３に充填されていた充填材４１を、拡幅用セグメントリング２７の内側に回収する。

全ての拡幅セグメント２９をトンネル外周方向に移動させた後、図１の（ｃ）図および図１０に示すように、拡幅部材３７の仮設部３９（図９）を撤去する。また、第１の実施の形態と同様に、調整セグメント７の一部を撤去し、調整セグメントリング９の内径が通常セグメントリング１５の内径と一致させる。

図１の（ｃ）図に示すように、調整セグメント７に隣接する拡幅セグメント２９ａと隣接しない拡幅セグメント２９ｂとは、仮設部３９（拡幅部材３７の撤去部分）が異なる。複数の拡幅セグメント２９の仮設部３９を、順次または一斉に撤去することにより、図１の（ｃ）図に示す状態となり、拡幅作業が完了する。

このように、第３の実施の形態では、拡幅セグメント２９の外周面３０に袋体３３を固定し、拡幅用セグメントリング２７を坑３に設置した際に、充填材４１を充填した袋体３３を余掘り部３５に設置する。これにより、余掘り部３５から切羽側や地山１に充填材４１が流出するのを防ぐことができる。また、拡幅セグメント２９を余掘り部３５内に移動させる際に、土砂等を混入することなく、充填材４１を確実に回収できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明にかかるトンネルの拡幅方法およびセグメントの好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、使用する拡幅セグメントは、第１から第３の実施の形態に示したものに限らない。拡幅セグメントの移動の形態として、拡幅セグメント１１のような平行移動、拡幅セグメント２９のような回転移動等が考えられる。拡幅セグメントは、鋼製とするのが望ましいが、他の材質で形成してもよい。拡幅セグメントに設けられる袋体は、可撓性があり、充填材を保持できるような材質であればよい。

また、図１では、トンネルの一方の側面に余掘り部を設けて拡幅部を形成したが、余掘りを行う位置はこれに限らない。例えば、両側面に余掘り部を掘削して拡幅部を形成してもよい。余掘り部や袋体に、充填材のかわりに泥水等を注入する場合もある。

断面を拡幅するための各工程におけるトンネルの軸方向の断面図 余掘り部２１を有する坑３に拡幅用セグメントリング１３を設置した状態を示す図 袋体１９に充填材１７を充填した状態を示す図 拡幅セグメント１１をトンネル外周方向に移動させた状態を示す図 拡幅セグメント１１の拡幅部材２３の仮設部２５を撤去した状態を示す図 拡幅部を通常断面に変更した状態のトンネルの軸方向の断面図 拡幅用セグメントリング１３を通常セグメントリング１５と同一の断面にした状態を示す図 余掘り部３５を有する坑３に拡幅用セグメントリング２７を設置した状態を示す図 袋体３３に充填材４１を充填した状態を示す図 拡幅セグメント２９をトンネル外周方向に移動させ、仮設部３９を撤去した状態を示す図

符号の説明

１………地山
３………坑
５………通常セグメント
１０、２８………内周面
１１、２９………拡幅セグメント
１２、３０………外周面
１３、２７………拡幅用セグメントリング
１５………通常セグメントリング
１６、１７、３２、４１………充填材
１９、３３………袋体
２０、３４………外側面
２１、３５………余掘り部
２２、３６………坑壁
２５、３９………仮設部

Claims (5)

1. 余掘り部を有する坑の内側に、外周面に袋体が設けられた拡幅セグメントを有し、通常のセグメントリングと同じ外径である拡幅用セグメントリングを設置する工程（ａ）と、
   前記袋体内に充填材を充填し、前記袋体を、外側面が前記余掘り部の坑壁に沿うように膨張させる工程（ｂ）と、
   前記袋体から前記充填材を抜き取りつつ、前記拡幅セグメントをトンネル外周方向に移動させて前記余掘り部内に設置する工程（ｃ）と、
   を具備することを特徴とするトンネルの断面変更方法。
2. 前記拡幅セグメントは、内周面側に拡幅部材が設けられることを特徴とする請求項１記載のトンネルの断面変更方法。
3. 前記工程（ｃ）の後に、前記拡幅部材の仮設部を撤去する工程（ｄ）をさらに具備することを特徴とする請求項２記載のトンネルの断面変更方法。
4. 前記工程（ｄ）の後に、前記拡幅セグメントを前記余掘り部内からトンネル内周方向に移動させつつ、前記袋体内に充填材または裏込材を充填し、前記袋体を前記外側面が前記余掘り部の坑壁に沿うように膨張させる工程（ｅ）をさらに具備することを特徴とする請求項３記載のトンネルの断面変更方法。
5. 余掘り部を有する坑内に設置されるセグメントであって、
   内周面側に拡幅部材が、外周面側に袋体が設けられ、トンネルの外周方向に移動可能であり、前記拡幅部材を前記余掘り部内に移動させる際に、前記袋体の内部から充填材が回収されることを特徴とするセグメント。

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