JPH086552B2 - 既設トンネルの拡大方法および地中壁造成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は既設トンネルの所望部分に避難場所その他の
拡大空間部を築造する方法と、その方法の実施に使用す
る地中壁造成装置に関するものである。

（従来の技術） 近年、地下空間利用の活発化に伴い、都市トンネルの
多様化が要求されつつあり、このため、既設トンネルの
所望長さ部分に拡大トンネル部を設けて地下鉄における
避難場所や分岐部の構築、或いは換気設備の設置場所や
駐車場等に利用することが行われている。

このような拡大トンネル部は、通常、シールド工法に
よってトンネルを掘削したのち、地上からトンネル拡大
予定位置に立坑を掘削し、この立坑を利用して所望のト
ンネル拡大部に築造することが行われているが、このよ
うな方法ではトンネル拡大部が大深度に位置する場合に
はその築造が困難であると共に市街地などにおいては道
路事情の悪化や環境保全等に鑑みて地上から立坑を掘削
することができない場合がある。

このため、例えば特公昭62−16309号公報に記載され
ているように、シールド工法によって施工した既設トン
ネルにおける拡大予定区域において、その一端部のトン
ネル覆工を切り広げて拡大掘削部を形成し、この拡大掘
削部に既設トンネルの外周部を掘削する拡大用シールド
掘削機を配設してその前方の既設トンネル覆工を順次取
り外しながら拡大用シールド掘削機を推進させて拡大計
画予定区域に拡大部を築造する方法が開発されている。

（発明が解決しようとする課題） この工法によれば、立坑を掘削することなくトンネル
拡大部を築造できるが、複雑な構造を有する掘削機を必
要とする上に該掘削機の断面形状に等しい大きさ、形状
の拡大トンネル部しか築造することができず、又、拡大
用シールド掘削機による拡大部の掘削に先行して既設ト
ンネル覆工を順次取り外していくものであるから、軟弱
地盤や滞水地盤中に施工された既設トンネル覆工を取り
外すと、地盤が崩壊したり地下水がトンネル内に浸入し
て作業性を著しく低下させるという問題点がある。

本発明はこのような問題点を解消することを目的とす
るもので、既設トンネルの所望長さ部分に拡大用シール
ド掘削機などを使用することなく所望広さの拡大空間部
を築造し得る既設トンネルの拡大方法とその方法に使用
する地中壁造成装置を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明の既設トンネルの
拡大方法は、シールド工法によって築造した既設トンネ
ル覆工の拡大予定区域において、ジエット噴射通路と土
砂排出通路とモルタル等の硬化材料供給通路とを設けた
ロッド体を既設トンネル覆工内から地盤中に貫入してこ
の既設トンネルから所望距離を存した地盤を該ロッド体
の先端から噴射するジエットによって掘削すると共に掘
削土砂を土砂排出通路を通じて既設トンネル内に排除し
たのち、その掘削排除部分に前記硬化材料供給通路を通
じて硬化材料を充填し、この作業を既設トンネル覆工の
拡大予定区域の全長に亘って既設トンネルの周方向並び
に長さ方向に適宜間隔毎に行うことにより既設トンネル
の拡大予定区域の外周方に硬化材料による連続固化壁を
形成し、しかるのち、既設トンネルの覆工を撤去すると
共にこの既設トンネルと固化壁間の土砂を掘削、排除し
て固化壁を露出させることを特徴とするものである。

又、この方法の実施に使用する地中壁造成装置は、中
心部にジエット通路を形成していると共に頭部を大径の
掘削ビットに形成し且つ該頭部外周面にジエット噴射口
を開口させてなるロッド体の外周面に、内周側を土砂排
出通路に形成していると共に外周側をモルタル等の硬化
材料供給通路に形成してなる中空二重管を摺動自在に被
嵌し、さらに、前記ジエット通路と土砂排出通路および
硬化材料供給通路との基端に夫々ジエット圧送パイプと
土砂排出管および硬化材料供給パイプを接続し、この中
空二重管付設ロッド体を既設トンネル内に移動自在に配
設された架台に地盤に対して貫入自在に取付けた構造を
有するものである。

（作用） 既設トンネル内から該トンネル覆工を貫通させて、土
砂排出通路と硬化材料供給通路とを備えた内外二重管を
摺動自在に外嵌させているロッド体を地盤中に圧入し、
その先端掘削ビットで地盤に穿孔しながら該先端を既設
トンネルから所望距離を存した地盤に到達させる。

次いで、その位置でロッド体の中心部に設けたジエッ
ト通路に既設トンネル内からジエット圧送パイプを通じ
て水等の流体を供給し、頭部外周面の噴射口から放射状
に噴出させると、地盤はその噴出流によって既設トンネ
ルの長さ方向並びに周方向に沿う所定区域部分が掘削さ
れると共に流動化し、この流動化した土砂は土砂排出通
路を通じて既設トンネル内に排除されてロッド体の頭部
周囲には空間部が形成される。

さらに、ロッド体を長さ方向に移動させながら掘削を
行うと、その空間部の厚さが拡大され、所望厚みの空間
部が得られると、硬化材料供給通路を通じて該空間部に
モルタル等の硬化材料を充填し、この硬化材料の固化に
よって地中壁部を形成する。

地中の一定区域部分における地中壁部の形成後、ロッ
ド体を既設トンネル内に没入させ、再び該既設トンネル
の別な位置から二重管付設ロッド体をその先端が前記と
同等の距離に達するまで圧入して地中の一定区域部分に
上記同様の硬化材料による地中壁部を形成する。

このような地中壁部形成作業を既設トンネルの長さ方
向並びに周方向に沿って所定間隔毎に行うことにより該
地中壁部が一連に連続した所望厚みの地中壁を築造す
る。

この地中壁の築造後、該壁体によって囲まれた既設ト
ンネルの覆工部分を撤去し、次いで、壁体に達するまで
既設トンネル内から該壁体で囲繞されている土砂を適宜
な掘削手段により掘削除去すると、既設トンネルの所望
長さ部分に拡大空間部が形成されるものである。

（実施例） 次に、本発明の実施例を図面について説明すると、第
１図乃至第５図において、（１）は公知のシールド工法
によって築造された既設トンネルであり、（２）はこの
既設トンネルの所望長さ部分の外周方に築造すべき拡大
空間部である。

（３）はこの拡大空間部（２）を築造するに際して、
既設トンネル（１）から外径方向に所望距離を存した地
盤に地中壁（４）を形成するための壁体造成装置であ
る。

この壁体造成装置（３）は、第６、７図に示すよう
に、既設トンネル（１）内から地盤中に圧入される長尺
の二重管付設ロッド体（５）と、このロッド体（５）の
圧入機構（６）と、ロッド体（５）の架台（７）とから
構成されている。

ロッド体（５）は一定長さ寸法のロッドを適宜な継手
によって順次接続することにより所望長さに形成され、
第８図に示すように、その先端頭部を円錐形状の大径掘
削ビット（８）に形成していると共にその中心部に基端
面から頭部に達するジエット水通路（９）を穿設し、該
ジエット水通路（９）の先端を大径掘削ビット（８）の
外周面複数個所にロッド体（５）の長さ方向と直角する
方向に向けて穿設しているジエット噴射口（10）に連通
させてあり、さらに、このロッド体（５）の頭部下面か
ら下端近傍部に至る外周面に外管（11a）の外径が前記
大径掘削ビット（８）の外径に略等しく形成している二
重管（11）を長さ方向に摺動自在に被嵌させてある。

この二重管（11）もロッド体（５）と同様に、一定長
さ寸法の管体を適宜な継手によって順次接続することに
より所望長さに形成され、その内外管（11a）（11b）間
の空間部はベントナイトに適量のセメントを混合してな
るゲル化状物質、或いはモルタル等よりなる硬化材料供
給通路（12）に形成されている一方、内管（11b）とロ
ッド体（５）の外周面間の空間部を土砂排出通路（13）
に形成してあり、二重管（11）の基端開口部を閉止して
これらの通路（12）（13）の基端に硬化材料供給パイプ
（14）と土砂排出管（15）を夫々連結、連通させている
と共に二重管の先端を前記大径掘削ビット（８）の傾斜
下面に平行する傾斜端板で閉止してこれらの傾斜下面と
端板間に土砂排出通路（13）に連通する土砂取入口（13
a）に形成し、さらに、外管（11a）の先端周面の複数個
所に前記ジエット噴出口（10）と同一方向に向けて硬化
材料注出口（16）を穿設してある。

このように構成した二重管付設ロッド体（５）は、第
７図に示すように、圧入機構（６）を内装したケーシン
グ（17）にその下部を長さ方向に移動自在に挿着されて
ある。

即ち、同図において、ケーシング（17）の上端部対向
面間に支持部材（18）を揺動可能に枢着してこの支持部
材（18）の中央に第１のチャック機構（19）を一体に挿
着し、該チャック機構（19）に二重管付設ロッド体
（５）を掴持可能に挿通させているものである。

ケーシング（17）内に配設された圧入機構（６）は、
前記支持部材（18）の下面両側部に第１のジャッキ（2
0）（20）を連結し、これらのジャッキ（20）（20）の
ロッド端に前記二重管付設ロッド体（５）の下端部を掴
持自在に挿通させた第２のチャック機構（21）を連結、
支持させてなるものであり、さらに、この第２のチャッ
ク機構（21）の下面両側部に第２のジャッキ（22）（2
2）を連結し、これらのジャッキ（22）（22）のロッド
端にロッド体回転駆動機構（23）を支持させてある。

ロッド体回転駆動機構（23）は二重管（11）の下端か
ら突出したロッド体（５）を囲繞する枠体（24）にモー
タ（25）を設置し、このモータ（25）の回転軸に固着し
た小歯車（26）をロッド体（５）の周面長さ方向に刻設
した直状溝（27）にその中心部を摺動自在に係合してい
る歯車（28）に噛合させてなるものである。

（29）はロッド体（５）の下端にスイベルジョイント
（30）を介して接続したジエット水圧送パイプである。

（31）（31）はケーシング（17）の両側面に回転自在
に軸支されたローラで、前記架台（７）の上端部に一体
に取付けられている円形状のリングガイド（32）に沿っ
て二重管付設ロッド体（５）を円周方向に移動させるせ
のである。

詳しくは、拡大空間部（２）の築造予定区域における
既設トンネル（１）の内底面のセグメント覆工（1a）上
にレール（33）（33）をトンネル長さ方向に敷設すると
共に該レール（33）（33）上に前記架台（７）を移動自
在に設置し、この架台（７）の上端部に断面コ字状の前
記円形リングガイド（32）（32）を既設トンネル（１）
の覆工（1a）と同心にして且つ前後に一定の小間隔を存
して固着支持させ、対向するリングガイド（32）（32）
の円周溝にローラ（31）（31）を転動自在に係合させて
いるものである。

なお、ローラ（31）は適宜なモータ駆動によって回転
させてリングガイド（32）上の所望の位置まで移動自在
にしているが、ケーシング（17）を適宜なアーム部材の
先端部に一体的に装着し、該アーム部材を架台（７）に
駆動機構を介して回転自在に配設してもよい。

このように構成した壁体造成装置を使用して既設トン
ネル（１）に拡大空間部を築造する方法を述べると、ま
ず、既設トンネル（１）の拡大予定区域における既設ト
ンネル（１）内に架台（７）を配置させ、該架台（７）
のリングガイド（32）（32）に配設している壁体造成装
置のケーシング（17）内にロッド体（５）と該ロッド体
（５）に被嵌している二重管（11）との先端部を挿入し
て該二重管（11）の外周面を第１及び第２のチャック機
構（19）（21）に挿通状態で掴持させると共に、ロッド
体（５）の大径掘削ビット（８）を既設トンネル（１）
の覆工セグメント（1a）の適所に開放可能に穿設してい
る挿通用孔（34）に対向させる。

この状態で、第１のチャック機構（19）による掴持を
解いたのち、第１のジャッキ（20）のロッドを収縮させ
ると、第２のチャック機構（21）に掴持されている二重
管（11）は前進すると共にロッド体（５）も一体に前進
して前記挿通孔（34）から地盤（Ａ）中に圧入する。

先端部分のロッド体（５）及び二重管（11）が地盤
（Ａ）中に圧入されると、次の一定長さ寸法を有するロ
ッド体部分と二重管部分とを継ぎ足して上記同様な操作
により地盤（Ａ）中に圧入してゆき、この作業を必要回
数繰り返して所望長さのロッド体（５）と二重管（11）
との先端が既設トンネル（１）から所望距離を存した地
盤（Ａ）中にまで圧入させる（第９図）。

この際、モータ（25）を駆動してロッド体（５）を回
転させてやれば、その先端掘削ビット（８）の回転によ
って円滑に地盤（Ａ）を穿孔しながら二重管付設ロッド
体（５）を圧入することができる。

ロッド体（５）の先端掘削ビット（８）が所望位置の
地盤（Ａ）中に達すると、ロッド体（５）の基端にスイ
ベルジョイント（30）を介してジエット水圧送パイプ
（29）を接続すると共に二重管（11）の基端側に硬化材
料供給パイプ（14）と土砂排出管（15）とを接続する。
なお、これらのパイプ（14）（29）や管（15）は予め、
接続しておいてもよい。

この状態で、まず、ロッド体（５）に接続したジエッ
ト水圧送パイプ（29）に既設トンネル（１）内から空気
を混入した圧力水を供給すると、該圧力水はロッド体
（５）の大径掘削ビット（８）の外周面に開口している
複数の噴射口（10）から地盤（Ａ）に向かって噴射し、
地盤（Ａ）はその噴出流によって既設トンネル（１）の
長さ方向並びに周方向に沿う所定区域部分が掘削される
と共に流動化する。

この時、第１並びに第２のジャッキ（20）（22）を作
動させてロッド体（５）と二重管（11）とを相対的に移
動させ、ロッド体（５）の大径掘削ビット（８）と二重
管（11）の先端間に土砂取入口（13a）を開口させてお
けば、流動化した土砂は土砂取入口（13a）から排出通
路（13）、既設トンネル（１）内の土砂排出管（15）を
通じて既設トンネル（１）内に排除され、地盤（Ａ）中
にはその土砂の排出による空間部（Ｂ）が形成される。

次いで、第１ジャッキ（20）をさらに作動させてロッ
ド体（５）を二重管（11）と一体に次の掘削区域まで前
進させて同様に地盤の掘削、排除を行うことにより空間
部（Ｂ）の厚みを拡大する一方、上記空間部（Ｂ）に既
設トンネル（１）内から供給パイプ（14）、二重管（1
1）内の通路（12）を通じて注出口（16）からモルタル
等の硬化材料を充填する。

この作業を繰り返して既設トンネル（１）から所望距
離を存した地盤（Ａ）の一定区域部分に所望厚みの空間
部（Ｂ）を形成すると共に該空間部（Ｂ）に硬化材料を
充填したのち、二重管付設ロッド体（５）を既設トンネ
ル（１）内に引き抜いて撤去し、再び既設トンネル
（１）の別な覆工セグメント（1a）に設けている挿通用
孔（34）を通じて二重管付設ロッド体（５）をその先端
が前記と同等の距離に達するまで圧入して地中の一定区
域部分の土砂を排除すると共にその排除によって形成さ
る空間部（Ｂ）に硬化材料を充填する。

この作業は架台（７）のリングガイド（32）に沿って
二重管付設ロッド体（５）の圧入位置を既設トンネル
（１）の円周方向に所定間隔毎に移動させると共に架台
（７）を既設トンネル（１）の長さ方向に所定距離毎に
移動させることにより順次行い、既設トンネル（１）か
ら所望距離を存した地盤（Ａ）の拡大予定区域に一連に
連続した所望厚みの硬化材料層を形成し、該硬化材料の
固化によって地中壁（４）を築造するものである（第１
図）。

なお、拡大予定区域の始端部と終端部とにおいては、
二重管付設ロッド体（５）によって地中壁（４）の一部
を形成する際に、既設トンネル（１）のセグメント覆工
（1a）の外周面から計画地中壁（４）に至るまで二重管
付設ロッド体（５）による掘削と硬化材料の充填を行っ
て既設トンネル（１）の覆工（1a）に一体的に結合した
前後囲繞壁（4₁）（4₂）を形成するものである。

こうして、既設トンネル（１）の所望長さ部分の外周
方に該既設トンネル（１）を囲む地中壁（４）を築造し
たのち、第３図に示すように、この地中壁（４）によっ
て囲まれた既設トンネル（１）の覆工セグメント（1a）
の一部を撤去し、次いで、その撤去部から地中壁（４）
に達するまでの土砂を適宜な掘削手段によって掘削する
と共に掘削土砂を既設トンネル（１）内を通じて排出
し、土砂の掘削によって露出した地中壁（４）の内周面
に拡大セグメント覆工（Ｃ）を施工するものであり、こ
の作業を地中壁（４）で囲まれた既設トンネル（１）の
長さ部分に順次行って拡大空間部（２）を形成するもの
である。

この場合、地中壁（４）を全面的に露出させたのち、
拡大セグメント覆工（Ｃ）を施工してもよい。

なお、以上の実施例においては、架台（７）のリング
ガイド（32）にロッド体回転駆動機構（23）やチャック
機構（19）（21）及びジャッキ（20）等を内装している
ケーシング（17）を配設して継ぎ足しによる形成される
二重管付設ロッド体（５）を地盤中に圧入するようにし
たが、予め、所望長さの二重管付設ロッド体を形成して
おき、これを既設トンネル（１）の径方向に配した状態
で架台（７）に前後移動自在に装着し、適宜な圧入機構
によって地盤に圧入させるようにしてもよいものであ
り、又、ロッド体（５）の回転駆動機構はケーシング外
の適所に設けておくこともできるものであり、さらにロ
ッド体（５）と二重管（11）とを一体化した構造やロッ
ド体自体にジエット噴射通路と土砂排出通路とモルタル
等の硬化材料供給通路を設けておいてもよい。

（発明の効果） 以上のように本発明の既設トンネルの拡大方法によれ
ば、ジエット噴射通路と土砂排出通路とモルタル等の硬
化材料供給通路とを設けたロッド体を既設トンネル覆工
内から地盤中に貫入し、該ロッド体の先端からジエット
を噴射させて地盤を掘削すると共に掘削土砂を土砂排出
通路を通じて既設トンネル内に排出し、掘削跡の空間部
にモルタル等の硬化材料を充填することによって既設ト
ンネルから所望距離を存した地盤中に地中壁を形成する
ものであるから、既設トンネルに対する該地中壁の形成
区域や厚さ、形状等を自由に設定することができ、従っ
て、既設トンネルが大深度に位置している場合であって
も、該地中壁により囲まれた地盤を既設トンネル側から
掘削することによって所望大きさ、所望長さの拡大空間
部を得ることができるものであり、さらに、その掘削時
に既設トンネルの覆工を撤去しても、既設トンネルは地
中壁によって囲繞されているので、軟弱地盤や滞水地盤
であっても地盤の崩壊や地下水等の発生を確実に防止し
ながら地盤の掘削、排除が行え、既設トンネルの所望部
分に避難場所等の拡大空間部を能率よく築造することが
できるものである。

又、上記地中壁を造成する装置としては、中心部にジ
エット通路を形成していると共に頭部を大径の掘削ビッ
トに形成し且つ該頭部外周面にジエット噴射口を開口さ
せてなるロッド体の外周面に、内周側を土砂排出通路に
形成していると共に外周側をモルタル等の硬化材料供給
通路に形成してなる中空二重管を摺動自在に被嵌し、前
記ジエット通路と土砂排出通路および硬化材料供給通路
との基端に夫々ジエット圧送パイプと土砂排出管および
硬化材料供給パイプを接続し、この中空二重管付設ロッ
ド体を既設トンネル内に移動自在に配設された架台に地
盤に対して貫入自在に取付けた構造としているので、二
重管付設ロッド体を既設トンネル内から地盤中の所望位
置にまで頭部掘削ビットで穿孔しながら圧入してその先
端頭部からジエットを噴出させることにより、一定区域
部の地盤を掘削、排除できると共にその排除跡の空間部
に供給通路を通じて硬化材料を確実に充填することがで
き、その上、中空二重管付設ロッド体をその位置で長さ
方向に移動させながら地盤の掘削、排除と硬化材料の充
填を行うことができて、所望厚さの地中壁の築造作業が
円滑且つ能率よく行えるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は既設トン
ネルの所望長さ区域の外周方に地中壁を形成した状態の
縦断側面図、第２図はその縦断正面図、第３図は拡大空
間部の築造状態を示す縦断側面図、第４図は第３図Ｘ−
Ｘ線における縦断正面図、第５図は築造した拡大空間部
の縦断側面図、第６図は地中壁を形成している状態の縦
断正面図、第７図は二重管付設ロッド体を架台のガイド
リングに装着している状態の縦断側面図、第８図は二重
管付設ロッド体の断面図、第９図乃至第11図は地中壁の
形成工程を示す簡略縦断側面図である。 （１）…既設トンネル、（２）…拡大空間部、（３）…
地中壁造成装置、（４）…地中壁、（５）…ロッド体、
（６）…圧入機構、（７）…架台、（８）…掘削ビッ
ト、（９）…ジエット水通路、（11）…二重管、（12）
…硬化材料供給通路、（13）…土砂排出通路、（Ａ）…
地盤。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールド工法によって築造した既設トンネ
   ル覆工の拡大予定区域において、ジエット噴射通路と土
   砂排出通路とモルタル等の硬化材料供給通路とを設けた
   ロッド体を既設トンネル覆工内から地盤中に貫入してこ
   の既設トンネルから所望距離を存した地盤を該ロッド体
   の先端から噴射するジエットによって掘削すると共に掘
   削土砂を土砂排出通路を通じて既設トンネル内に排除し
   たのち、その掘削排除部分に前記硬化材料供給通路を通
   じて硬化材料を充填し、この作業を既設トンネル覆工の
   拡大予定区域の全長に亘って既設トンネルの周方向並び
   に長さ方向に適宜間隔毎に行うことにより既設トンネル
   の拡大予定区域の外周方に硬化材料による連続固化壁を
   形成し、しかるのち、既設トンネルの覆工を撤去すると
   共にこの既設トンネルと固化壁間の土砂を掘削、排除し
   て固化壁を露出させることを特徴とする既設トンネルの
   拡大方法。
2. 【請求項２】中心部にジエット通路を形成していると共
   に頭部を大径の掘削ビットに形成し且つ該頭部外周面に
   ジエット噴射口を開口させてなるロッド体の外周面に、
   内周側を土砂排出通路に形成していると共に外周側をモ
   ルタル等の硬化材料供給通路に形成してなる中空二重管
   を摺動自在に被嵌し、さらに、前記ジエット通路と土砂
   排出通路および硬化材料供給通路との基端に夫々ジエッ
   ト圧送パイプと土砂排出管および硬化材料供給パイプを
   接続し、この中空二重管付設ロッド体を既設トンネル内
   に移動自在に配設された架台に地盤に対して貫入自在に
   取付けられていことを特徴とする地中壁造成装置。