JP4369627B2 - トンネル築造方法及びそれに用いるシールド掘削機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、標準坑と拡幅坑の双方を掘進可能なシールド掘削機を用いて、標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造する、トンネルの築造方法及びこれに用いるシールド掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なシールド工法においては、シールド掘削機に設けられた押圧ジャッキ等の推進装置を用いて、後方に順次覆工されたセグメント（覆工材）を押圧し、その反力をシールド掘削機の推力として、掘進しながらシールドトンネルを築造していく。こうしたシールドトンネルは、とりわけ都市部における道路や鉄道等のトンネル築造において重要性が増してきており、ますます長距離掘進、大深度化が求められている。
シールドトンネルでは、その途中で部分的に拡幅されたトンネルが必要となることが多い。例えば地下鉄等の鉄道トンネルの場合は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、といった事情等によるものである。
従来、トンネル内に拡幅部を築造する方法としては、開削工法、所定断面をなす標準坑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・覆工する工法、あるいは拡幅坑専用のシールド掘削機を用いる工法、等が実施されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
開削工法においては、地上用地を長期間占有するなど、周辺環境に与える影響が大きく、工事が非常に大規模となってしまう。また、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進・覆工する工法においては、一旦覆工したセグメントを取り外すために無駄が多いとともに、土水圧に対する地盤改良を必要とする。更に、拡幅坑専用のシールド掘削機を用いる工法においては、シールド掘削機の分解、搬送及び組立といった作業を伴わなければならない。このように従来の方法では、多大な労力、工費を要するとともに、工期の長期化を招く結果となっていた。
【０００４】
こうしたことから、最近では、シールド掘削機に拡幅・縮小可能なコピーカッタを設けるとともに、シールド掘削機のスキンプレートの側部を拡幅することで標準坑及び拡幅坑を同時に掘進・覆工する工法が試みられている。この工法では、スキンプレートの側部を拡幅・縮小させて、その内側に、標準坑用のセグメント及び拡幅坑用のセグメントを覆工していき、標準トンネル及び拡幅トンネルを築造していく。この場合、標準トンネルと拡幅トンネルとの境目における止水方法については、課題が残っていた。すなわち、スキンプレートの側部を拡大・縮小させるとほぼ同時に、境目を構成する特殊形状の専用セグメントを覆工させるのであるが、こうした複雑な作業を行う際に、摺動部分の隙間から、シールド掘削機あるいはセグメントの内部に水や土砂が侵入してくることがあった。特に、水圧や土圧が高くなる環境下、例えば大深度下においては、侵入してくる水や土砂は多量となる。その結果、こうした多量の水や土砂を頻繁に地上側へと排出しなければならず、こうした作業に多大な労力や時間を要することとなっていた。特に大深度下では、地上までの距離が長くなることで、非常に困難な作業が伴うこととなり、結果的に工期の長期化あるいは工費の高騰化を招いていた。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、土圧あるいは水圧が高くなる環境下でも十分な土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保し、標準トンネル及び拡幅トンネルの築造を容易として、工期の短縮及び工費の節減を図る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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、シールド本体の前部に支持され、所定断面積の標準坑と拡幅坑とを掘進するカッタと、前記シールド本体の外側部にある筒状のスキンプレートと、該スキンプレートの少なくとも一部を構成し前記拡幅坑の拡幅方向に出没可能とされた拡幅部材と、を備えたシールド掘削機を用いて、前記標準坑及び前記拡幅坑を掘進するとともに、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材の内側に、標準坑用と拡幅坑用の覆工材を順次施工していき、標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造するトンネル築造方法であって、前記拡幅トンネルの築造を開始する際に、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材と前記標準坑用覆工材との間をふさぎ、且つ前記各々の覆工材同士を接続する境界部材を設け、前記境界部材は、前記標準坑用覆工材の先端側に設ける第１の仕切板と、該第１の仕切板の掘進方向前側に該第１の仕切板に対して摺動可能に設け、前記拡幅部材に接して拡幅方向に向けて突出する第２の仕切板と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、シールド本体の前部に支持され、所定断面積の標準坑と拡幅坑とを掘進するカッタと、前記シールド本体の外側部にある筒状のスキンプレートと、該スキンプレートの少なくとも一部を構成し前記拡幅坑の拡幅方向に出没可能とされた拡幅部材と、を備えたシールド掘削機を用いて、前記標準坑及び前記拡幅坑を掘進するとともに、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材の内側に、標準坑用と拡幅坑用の覆工材を順次施工していき、標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造するトンネル築造方法であって、前記拡幅トンネルの築造を開始する際に、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材と前記標準坑用覆工材との間をふさぎ、且つ前記各々の覆工材同士を接続する境界部材を設け、前記拡幅トンネルの築造を開始する直前に設けられる標準坑用覆工材の外周には、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材に当接する止水部材が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、シールド本体の前部に支持され所定断面積の標準坑と拡幅坑とを掘進するカッタと、前記シールド本体の外側部にある筒状のスキンプレートと、該スキンプレートの少なくとも一部を構成し前記拡幅坑の拡幅方向に出没可能とされた拡幅部材と、を備えたシールド掘削機を用いて、前記標準坑及び前記拡幅坑を掘進するとともに、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材の内側に、標準坑用と拡幅坑用の覆工材を順次施工していき、標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造するトンネル築造方法であって、前記拡幅トンネルの築造を終了する際に、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材と前記拡幅坑用覆工材との間をふさぎ、且つ前記各々の覆工材同士を接続する境界部材を設け、前記境界部材は、前記拡幅坑用覆工材の先端側に設ける第１の仕切板と、該第１の仕切板の掘進方向前側に該第１の仕切板に対して摺動可能に設け、前記拡幅部材に接して拡幅方向に向けて突出する第２の仕切板と、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、シールド本体の前部に支持され所定断面積の標準坑と拡幅坑とを掘進するカッタと、前記シールド本体の外側部にある筒状のスキンプレートと、該スキンプレートの少なくとも一部を構成し前記拡幅坑の拡幅方向に出没可能とされた拡幅部材と、を備えたシールド掘削機を用いて、前記標準坑及び前記拡幅坑を掘進するとともに、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材の内側に、標準坑用と拡幅坑用の覆工材を順次施工していき、標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造するトンネル築造方法であって、前記拡幅トンネルの築造を終了する際に、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材と前記拡幅坑用覆工材との間をふさぎ、且つ前記各々の覆工材同士を接続する境界部材を設け、前記拡幅トンネルの築造を終了する直前に設けられる拡幅坑用覆工材の外周には、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材に当接する止水部材が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、標準坑用と拡幅坑用の覆工材を順次施工していき、標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造するときに用いられるシールド掘削機であって、シールド本体の前部に支持され、所定断面積の標準坑と拡幅坑とを掘進するカッタと、前記シールド本体の外側部にある筒状のスキンプレートと、該スキンプレートの少なくとも一部を構成し前記拡幅坑の拡幅方向に出没可能とされた拡幅部材と、を備えるとともに、前記拡幅部材を突出させる際には、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材と標準坑用覆工材との間をふさぎ、かつ前記各々の覆工材同士を接続する境界部材が備えられ、前記境界部材は、前記標準坑用覆工材の先端側に設ける第１の仕切板と、該第１の仕切板の掘進方向前側に該第１の仕切板に対して摺動可能に設け、前記拡幅部材に接して拡幅方向に向けて突出する第２の仕切板と、を備えていることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、標準坑用と拡幅坑用の覆工材を順次施工していき、標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造するときに用いられるシールド掘削機であって、シールド本体の前部に支持され、所定断面積の標準坑と拡幅坑とを掘進するカッタと、前記シールド本体の外側部にある筒状のスキンプレートと、該スキンプレートの少なくとも一部を構成し前記拡幅坑の拡幅方向に出没可能とされた拡幅部材と、を備えるとともに、前記拡幅部材を没入させる際には、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材と拡幅坑用覆工材との間をふさぎ、かつ前記各々の覆工材同士を接続する境界部材が備えられ、前記境界部材は、前記拡幅坑用覆工材の先端側に設ける第１の仕切板と、該第１の仕切板の掘進方向前側に該第１の仕切板に対して摺動可能に設け、前記拡幅部材に接して拡幅方向に向けて突出する第２の仕切板と、を備えていることを特徴とする。
【００１４】
このように、境界部材を用いて、スキンプレートあるいは拡幅部材と覆工材との間をふさぎ、且つ各々の覆工材同士を接続するようにしているので、トンネルの拡幅時あるいは縮小時における、シールド掘削機あるいは覆工材の内部への水や土砂の侵入を効果的に抑制することができる。そのため、水圧や土圧の高い環境下においても、トンネルの拡幅あるいは縮小を容易に行うことができる。
【００１５】
【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１７を用いて説明する。
まず、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及び図２に示すように、シールド本体３の前部に支持され、所定断面積の標準坑と拡幅坑とを掘進するカッタ２と、シールド本体３の外側部にある筒状のスキンプレート５と、スキンプレート５に備えられた拡幅部材６と、を備えている。
【００１６】
カッタ２は、略円盤形状をなしカッタヘッドサポート４に回転可能に軸支されるカッタヘッド２ａと、カッタヘッド２ａから出没可能とされたオーバーカッタ装置２ｂと、からなる。
カッタヘッド２ａは、略円盤形状をなし、シールド本体３の掘進方向の前部に回転可能に設けられている。このカッタヘッド２ａは、先端部に設けられたカッタビット（図示省略）が回転することによって、標準坑を掘進するようになっている。カッタヘッド２ａの前面には、標準坑の掘削土砂をシールド本体３内に取り込むための孔（図示省略）が設けられている。
なおここでは、「標準坑」とは、カッタヘッド２ａのみで掘進される、カッタヘッド２ａの外径と略同一の断面積を有する坑を言っているが、例えば扁平断面や矩形断面においては、標準坑をオーバーカッタ装置を用いて掘進する場合もある。すなわち、断面形状にかかわらず、拡幅部材を張り出さない坑が「標準坑」である。
【００１７】
カッタヘッド２ａ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、オーバーカッタ装置２ｂが内蔵されている。このオーバーカッタ装置２ｂは棒状をなしており、標準坑のみを掘進する際にはカッタヘッド２ａ内に没入している。そして拡幅坑を掘削する際にはカッタヘッド２ａから突出し、突出方向の軸線回りに回転して、その外周面に設けられたカッタビット（図示省略）によって拡幅坑を掘進できるようになっている。
なおここでは、「拡幅坑」とは、カッタヘッド２ａ及びオーバーカッタ装置２ｂの双方を用いて掘進された部分の坑、つまり拡幅部材を張り出す坑を言う。その他、拡幅坑の拡幅部分の掘削についても、カッタヘッドのオーバーカッタ装置に限らず、カッタヘッド以外に設けた掘削装置等で拡幅部分を掘削してもよいことは勿論である。
また以下において、シールド掘削機１の掘進方向を「前」、その逆側を「後」と称することとする。
【００１８】
スキンプレート５は、シールド本体３と外形及び断面積が略同一となっており、このスキンプレート５の内側には、セグメント（覆工材）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、標準坑端部用セグメント、拡幅坑用セグメント及び拡幅坑端部用セグメントを指すものとする。また、標準坑端部用セグメントは標準坑用セグメントの一種であり、拡幅坑端部用セグメントは拡幅坑用セグメントの一種である。
シールド本体３後方のスキンプレート５の内側には、押圧ジャッキ（図示省略）が周方向に複数備えられている。この押圧ジャッキは、掘進軸線方向に伸縮することで、スキンプレート５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。
【００１９】
また、スキンプレート５の内側の後部側には、テールパッキン７，７，７が取り付けられており、標準坑と標準坑用セグメント１０との間に存在する水あるいは土砂がスキンプレート５内に侵入することを防止するように、すなわち土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保できるようになっている。ここでは、テールパッキン７を３段設けるようにしているが、シールド掘削機１にかかる土圧あるいは水圧の程度によっては、２段としても差し支えなく、適宜段数を変更すればよい。
【００２０】
拡幅部材６は、図７（ｃ）あるいは図８（ｂ）に示すように、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と、側部プレート６ａの前側縁部に連なるように設けられる前部プレート（第４の拡幅プレート）６ｄと、から構成されるものである。
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５と略面一となってスキンプレート５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５の外方に突出してスキンプレート５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５から突出する側部プレート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て、側部プレート６ａの上側縁部及び下側縁部とスキンプレート５とを連結するものである。これら上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃは、各々側部プレート６ａよりも後端部側が若干短くなっている。また、前部プレート６ｄは、拡幅坑を掘進する際に、スキンプレート５から突出する側部プレート６ａの前側縁部に連なるように設けられて、側部プレート６ａの前側縁部とスキンプレート５とを連結するものである。
なお、これら上部プレート６ｂ、下部プレート６ｃあるいは前部プレート６ｄ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から取り外されており、拡幅坑を掘進する際に組み立てられるようになっている。
【００２１】
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。
このトンネル築造方法は、第１の標準トンネル築造工程と、標準トンネル拡幅工程と、拡幅トンネル築造工程と、拡幅トンネル縮小工程と、第２の標準トンネル築造工程と、からなる。
【００２２】
まず、「第１の標準トンネル築造工程」として、図１に示すように、標準坑を掘進するとともに、スキンプレート５の内側に標準坑用セグメント１０を覆工して、標準坑内に標準トンネルを築造していく。
標準坑を掘進する際には、スキンプレート５、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き、その内側に、順次標準坑用セグメント１０を組み立てて覆工していく。
最前部に覆工された標準坑用セグメント１０を、押圧ジャッキによって順次押圧していくことで、その反力によってシールド掘削機１は掘進方向に押圧されて、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。
【００２３】
このとき、スキンプレート５の後部側には、テールパッキン７，７，７が取り付けられており、標準坑用セグメント１０と摺動するようになっているので、これらテールパッキン７，７，７によって、スキンプレート５の内側と標準坑との間を止水等しながら、標準トンネルが築造されていく。
【００２４】
次に「標準トンネル拡幅工程」として、標準トンネルを拡幅するように拡幅坑の掘進を開始するとともに、標準坑端部用セグメント、境界部材及び拡幅坑用セグメントを覆工して、拡幅トンネルの築造を開始する。
拡幅坑の掘進を開始する際には、図２（ａ）に示すように、オーバーカッタ装置２ｂをカッタヘッド２ａから突出させ、標準坑を掘進しながら、標準坑の左右両側に拡幅坑を掘進していく。このとき、拡幅坑の掘進に併せて、掘削土砂を取り込んでいく（図示省略）。
【００２５】
そして、標準坑の端部をなすセグメントとして、標準坑端部用セグメント１１を覆工する。この標準坑端部用セグメント１１は、図３に示すように、止水部材１３を備えている点が、標準坑用セグメント１０と異なっている。
この止水部材１３は、標準坑端部用セグメント１１のセグメント本体１２の周囲にわたって設けられており、複数の拡径パッキン１３ａと、拡径パッキン１３ａを押圧する押圧部材としての複数のボルト１３ｂと、から構成されている。
【００２６】
拡径パッキン１３ａは、各々の前方側を、回動可能なようにセグメント本体１２の外周側に取り付けられている略平板状の部材であり、後方側が、セグメント本体１２に対して接近・離間可能となって、セグメント本体１２の外周側を拡径できるようになっている。また、ボルト１３ｂは、拡径パッキン１３ａと同数設けられており、セグメント本体１２の内周側から外周側までを貫通するねじ孔に螺合されて、その先端部で拡径パッキン１３ａを押圧できるようになっている。標準坑端部用セグメント１１の覆工時には、各々のボルト１３ｂをセグメント本体１２内側に後退させて、拡径パッキン１１ａをセグメント本体１２に収納しておき、セグメント本体１２の外周面と拡径パッキン１３ａの外面とが略面一となるようにしておく。
なお、押圧部材としては、ボルトに限定されるものではなく、例えば、流体を充填することによって膨らむチューブ状のものでもよい。また、止水部材１３自体をチューブ状のものにして、流体を充填するようにしてもよい。
【００２７】
標準坑端部用セグメント１１の前部に、標準坑用セグメント１０ａを覆工する。この標準坑用セグメント１０ａは、標準坑用セグメント１０と同一の部材であるが、テールパッキン７，７，７を用いて土砂侵入防止機能あるいは止水性を行うため、及びシールド掘削機１を掘進させるために、一時的に覆工されるものであって、標準トンネルを構成するためのものではない。そのため、標準トンネルを構成するための標準坑用セグメント１０とは異なる符号を付している。
この標準坑用セグメント１０ａを押圧してシールド掘削機１を掘進させ、スキンプレート５の後端部側が止水部材１３の位置まで達したところで、シールド掘削機１を一旦停止させる。このとき、標準坑用セグメント１０ａとスキンプレート５との間は、テールパッキン７，７，７とによって土砂侵入防止機能あるいは止水性が確保されている。
【００２８】
こうしておいて、標準坑端部用セグメント１１の各々のボルト１３ｂを回転させて拡径パッキン１３ａを押圧し、拡径パッキン１３ａをセグメント本体１２から外周側に張り出させて、拡径パッキン１３ａの後端部側がスキンプレート５に当接・押圧される状態まで拡径させる。こうして、スキンプレート５内への水あるいは土砂の侵入は防止される。これで、スキンプレート５への土砂侵入防止機能あるいは止水性は確保できるので、図４に示すように、標準坑用セグメント１０ａを解体撤去する。
【００２９】
次に、標準トンネルの前端側、すなわち標準坑端部用セグメント１１の前端側に、境界部材２０を取り付ける。この境界部材２０は、標準トンネルと拡幅トンネルとの境界をなすとともに、スキンプレート５あるいは拡幅部材６と標準坑用セグメントとの間をふさぎ、セグメント同士を接続して、水や土砂の侵入を防止するものである。セグメントとは別の材料、すなわちコンクリート以外の例えば鋼や鋼等の金属により構成されている。
境界部材２０は、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、標準坑端部用セグメント１１の前側側部に取付固定される、セグメント側仕切板（第１の仕切板）２１，２１及び上下仕切板（第１の仕切板）２３，２３と、これらセグメント側仕切板２１，２１及び上下仕切板２３，２３の双方と摺動可能に設けられる、拡幅部仕切板（第２の仕切板）２２，２２と、から構成されるものである。
なお、拡幅部仕切板２２は、土圧がかかる部分となるため、それに耐え得るような剛性を持たせる必要がある。
また、上下仕切板２３は、拡幅部仕切板が摺動可能となっていれば、拡幅部仕切板に取り付けてもよいし、セグメント側仕切板と厚さを同じとしてセグメント側仕切板と一体にしてもよい。この一体としたときには、拡幅部仕切板と略同厚の上下仕切板を別途に設けることとなる。
【００３０】
先ず、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、標準坑端部用セグメント１１の前端側に、セグメント側仕切板２１，２１を取り付ける。これらセグメント側仕切板２１，２１は、拡幅部仕切板２２，２２と摺動する部分に設けられ、摺動部分における土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保するためのものである。
【００３１】
そして、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、セグメント側仕切板２１，２１の前側に、拡幅部仕切板２２，２２を、各々のセグメント側仕切板２１，２１と密接配置となるように取り付ける。これら拡幅部仕切板２２，２２は、標準坑端部用セグメント１１と拡幅部材６との間の土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保しながら、拡幅部材６と一体的に拡幅坑に向けて突出するとともに、拡幅トンネルにおける拡幅部分の一方の端部を形成するためのものである。
【００３２】
次に、図６（ａ）、図６（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、側部プレート６ａ，６ａの内側に、上部プレート６ｂ、下部プレート６ｃ及び前部プレート６ｄを各々取り付け固定して、拡幅部材６，６を組み立てる。このとき、側部プレート６ａ、上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃと、拡幅部仕切板２２とは、これらの間の止水等が確保できるように密接配置させるか、連結させておく。
またこのとき、図示省略するが、上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃには、テールパッキン７，７，７に対応する位置に、同様のテールパッキン７，７，７を取り付けておき、拡幅トンネル築造時の止水等を確保できるようにしておく。
なお、このテールパッキン７，７，７の取り付けは、拡幅部材６の拡幅後に行ってもよい。
【００３３】
次に、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、標準坑端部用セグメント１１の前端側の、上部プレート６ｂよりも上側と下部プレート６ｃよりも下側との各々に、上下仕切板２３，２３を取付固定する。これら上下仕切板２３，２３は、後述する拡幅坑用セグメント２０が覆工された際に、標準坑端部用セグメント１１と拡幅坑用セグメント２０との間に間隙が生じるのを防止し、土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保するためのものである。そのため、この上下仕切板２３，２３の前後方向の厚みは、セグメント側仕切板２１と拡幅部仕切板２２とを合わせた厚みと、ほぼ同一となっており、各々上部プレート６ｂあるいは下部プレート６ｃと密接配置されるようになっている。
このように、境界部材２０、すなわちセグメント側仕切板２１、拡幅部仕切板２２及び上下仕切板２３によって、標準トンネル端部側の土砂侵入防止機能あるいは止水性は確保されることとなる。
【００３４】
そして、図８に示すように、拡幅部材６，６と拡幅部仕切板２２，２２とを一体的に突出させる。このとき、拡幅部仕切板２２，２２は、セグメント側仕切板２１，２１及び上下仕切板２３，２３の双方に対して密着しながら摺動し、また拡幅部材６，６は、上下仕切板２３，２３に対して密着しながら摺動する。そのため、これら摺動部分における土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保できる。図８に示す所定位置まで突出させたら、この位置で、拡幅部材６とスキンプレート５とを連結・固定するとともに、拡幅部仕切板２２をセグメント側部仕切板２１及び上下仕切板２３，２３と連結・固定する。
【００３５】
次に、「拡幅トンネル築造工程」として、拡幅坑を掘進しながら、スキンプレート５及び拡幅部材６の内側に、拡幅坑用セグメントを覆工していき、拡幅トンネルを築造していく。
先ず、図９に示すような拡幅坑用セグメント３０を、拡径部仕切板２２，２２に連なるように覆工する。こうすることで、拡幅坑用セグメント３０と、スキンプレート５及び拡幅部材６との間は、テールパッキン７，７，７によって土砂侵入防止機能あるいは止水性が確保されることとなる。
なお、側部プレート６ａ、上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃと、拡幅部仕切板２２とが連結されている場合は、拡幅坑用セグメント３０の覆工前に、予め切り離しておく。
【００３６】
この状態で、図１０に示すように、拡幅坑用セグメント３０を更に覆工し、この拡幅坑用セグメント３０を押圧ジャッキによって押圧する。なお実際には、図１０（ｂ）に示すように、拡幅坑用セグメント３０のうち拡幅部分の内側には、スペーサ３０ａが一体に取付・固定されて、拡幅坑用セグメントの一部をなしている。このスペーサ３０ａを押圧ジャッキ８で押圧することで、シールド掘削機１は反力を得て掘進できるようになっている。この他の図においては、スペーサ３０ａの図示は省略する。
【００３７】
押圧ジャッキが、掘進方向最前部に覆工された拡幅坑用セグメント３０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、図１１に示すように、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、その後方の拡幅坑は順次拡幅坑用セグメント３０によって覆工されていき、拡幅トンネルが築造されていく。
なお、スペーサ３０ａは、シールド掘削機１の掘進に伴って、後方側のものから順次拡幅坑用セグメント３０より取り外していく。この取り外しは、シールド掘削機１が所定距離だけ離間し、当該スペーサ３０ａによって反力を取る必要がなくなったときに行う。
【００３８】
所定の距離だけ拡幅トンネルを築造したら、次に「拡幅トンネル縮小工程」として、拡幅トンネルを縮小して拡幅坑の掘進を終了するとともに、拡幅坑端部用セグメント、境界部材及び標準坑用セグメントを覆工して、拡幅トンネルの築造を終了して標準トンネルの築造に戻す。
拡幅坑の掘進を終了する際には、図１２に示すように、オーバーカッタ装置２ｂをカッタヘッド２ａに没入させ、拡幅坑内の掘削土砂の取り込みが終了した時点で土砂取り込み装置４もシールド本体３内に没入させる。すなわち、ここからはまた標準坑の掘進に戻る。
【００３９】
そして、拡幅坑の端部をなすセグメントとして、拡幅坑端部用セグメント３１を覆工する。この拡幅坑端部用セグメント３１は、図１２に示すように、止水部材３３を備えている点が、拡幅坑用セグメント３０と異なっている。
この止水部材３３は、拡幅坑端部用セグメント３１のセグメント本体３２の周囲にわたって設けられており、複数の拡径パッキン１３ａと、複数のボルト１３ｂとから構成されている。これら拡径パッキン１３ａとボルト１３ｂとは、図３において示したものと同一の部材である。すなわち、止水部材３３は、標準坑端部用セグメント１１に備えられた止水部材１３を、拡幅坑用セグメントに適用させたものであり、図３に示したものに限らず、標準坑端部用セグメント１１の止水部材１３と同様に、種々の構成を採用し得る。
【００４０】
拡幅坑端部用セグメント３１の前部に、拡幅坑用セグメント３０ａを覆工する。この拡幅坑用セグメント３０ａは、拡幅坑用セグメント３０と同一の部材であるが、テールパッキン７，７，７を用いて土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保するため、及びシールド掘削機１を掘進させるために、一時的に覆工されるものであって、拡幅トンネルを構成するためのものではない。そのため、拡幅トンネルを構成するための拡幅坑用セグメント３０とは異なる符号を付している。
この拡幅坑用セグメント３０ａを押圧してシールド掘削機１を掘進させ、スキンプレート５及び拡幅部材６の後端部側が止水部材３３の位置まで達したところで、シールド掘削機１を一旦停止させる。このとき、拡幅坑用セグメント３０ａと、スキンプレート５及び拡幅部材６との間は、テールパッキン７，７，７とによって止水されている。
【００４１】
こうしておいて、拡幅坑端部用セグメント３１の各々のボルト１３ｂを回転させて拡径パッキン１３ａを押圧し、拡径パッキン１３ａをセグメント本体３２から外周側に張り出させて、拡径パッキン１３ａの後端部側がスキンプレート５及び拡幅部材６に当接・押圧される状態まで拡径させる。こうして、スキンプレート５及び拡幅部材６内への水あるいは土砂の侵入は防止される。これで、土砂侵入防止機能あるいは止水性は確保できるので、図１３に示すように、拡幅坑用セグメント３０ａを解体撤去する。
またこのとき、テールパッキン７，７，７のうち、最後部のテールパッキン７を一時的に取り外しておくこともある。これは、後述する境界部材４０を取り付ける際に、その厚みによる影響を避けるようにするためである。
【００４２】
次に、拡幅トンネルの前端側、すなわち拡幅坑端部用セグメント３１の前端側に、境界部材４０を取り付ける。この境界部材４０は、拡幅トンネルと標準トンネルとの境界をなすとともに、スキンプレート５あるいは拡幅部材６と拡幅坑用セグメントとの間をふさぎ、セグメント同士を接続して、水や土砂の侵入を防止するものである。セグメントとは別の材料、すなわちコンクリート以外の例えば鋼や鋼等の金属により構成されている。
境界部材４０は、図１５（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、拡幅坑端部用セグメント３１の前側側部に取付固定される、セグメント側仕切板（第１の仕切板）４１及び上下仕切板（第１の仕切板）４３，４３と、これらセグメント側仕切板４１及び上下仕切板４３，４３の双方と摺動可能に設けられる、本体側仕切板（第２の仕切板）４２，４２と、から構成されるものである。
【００４３】
先ず、図１４に示すように、拡幅坑端部用セグメント３１の前端側に、セグメント側仕切板４１を取り付ける。これらセグメント側仕切板４１は、本体側仕切板４２，４２と摺動する部分に設けられ、摺動部分における土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保するとともに、拡幅トンネルにおける拡幅部分の他方の端部を形成するためのものである。
【００４４】
そして、セグメント側仕切板４１の前側に、本体側仕切板４２，４２を、各々のセグメント側仕切板４１，４１と密接配置となるように取り付ける。これら本体側仕切板４２，４２は、セグメント側仕切板４１と拡幅部材６との間の土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保しながら、拡幅部材６と一体的にスキンプレート５内に没入するものである。すなわち、本体側仕切板４２と、側部プレート６ａ、上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃとは、密接配置された状態となっている。
【００４５】
また、セグメント側仕切板４１の前端側の、上部プレート６ｂよりも上側と下部プレート６ｃよりも下側との各々に、上下仕切板４３，４３を取付固定する。これら上下仕切板４３，４３は、後述する標準坑用セグメント１０が覆工された際に、拡幅坑端部用セグメント３１と標準坑用セグメント１０との間に間隙が生じるのを防止し、土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保するためのものである。そのため、これら上下仕切板４３，４３の前後方向の厚みは、本体側仕切板４２，４２の厚みと略同一となっており、各々上部プレート６ｂあるいは下部プレート６ｃと密接配置されるようになっている。
このように、境界部材４０、すなわちセグメント側仕切板４１、本体側仕切板４２及び上下仕切板４３によって、拡幅トンネル端部側の土砂侵入防止機能あるいは止水性は確保されることとなる。
【００４６】
次に図１５に示すように、シールド掘削機１を若干量だけ掘進させて、拡幅部材６，６の後端部側を、拡幅坑端部用セグメント３１の位置から、本体側仕切板４２，４２の位置まで移動させる。こうすることで、拡幅部材６，６は、本体側仕切板４２，４２とともに、スキンプレート５に没入可能となる。このとき、本体側仕切板４２，４２によって、拡幅坑と、スキンプレート５及び拡幅部材６，６との間は止水等されている。
【００４７】
そして、図１６に示すように、拡幅部材６，６と本体側仕切板４２，４２とを一体的にスキンプレート５内に没入させる。このとき、本体側仕切板４２，４２は、セグメント側仕切板４１及び上下仕切板４３，４３の双方に対して密着しながら摺動し、また拡幅部材６，６は、上下仕切板４３，４３に対して密着しながら摺動する。そのため、これら摺動部分における土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保できる。
側部プレート６ａがスキンプレート５と略面一となるまで没入させたら、この位置で、側部プレート６ａとスキンプレート５とを連結・固定するとともに、本体側仕切板４２、４２をセグメント側部仕切板４１及び上下仕切板４３，４３と連結・固定する。
【００４８】
次に、図１７に示すように、側部プレート６ａ，６ａから、上部プレート６ｂ、下部プレート６ｃ及び前部プレート６ｄを各々取り外して、拡幅部材６，６を解体撤去する。このとき、上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃのうち、本体側仕切板４２と密着している部分のみを残置させて、土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保できるようにしておく。
なお、境界部材４０を構成するセグメント側仕切板４１、本体側仕切板４２，上下仕切板４３を、境界部材２０における各仕切板と同様の構成とし得ることは、勿論である。
【００４９】
ここで、最後部のテールパッキン７が取り外されていれば、もとの位置に再び取り付けて、テールパッキン７，７，７を３段の状態に戻しておく。
【００５０】
ここから、「第２の標準トンネル築造工程」として、標準坑を掘進するとともに、境界部材４０に連なるように標準坑用セグメント１０を覆工していき、再び標準坑内に標準トンネルを築造していく。
ここからは、スキンプレート５の後部側に取り付けられたテールパッキン７，７，７によって、土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保しながら、再び標準トンネルが築造されていく。
【００５１】
本実施形態に係るトンネル築造方法及びこれに用いるシールド掘削機においては、標準トンネル拡幅工程で、標準坑端部用セグメント１１の前端側に境界部材２０を設けて、標準トンネルと拡幅トンネルとの境界をなすとともに、スキンプレート５あるいは拡幅部材６と標準坑用セグメントとの間をふさぎ、セグメント同士を接続して、水や土砂の侵入を防止するようにしている。また、拡幅トンネル縮小工程で、拡幅坑端部用セグメント３１の前端側に境界部材４０を設けて、拡幅トンネルと標準トンネルとの境界をなすとともに、スキンプレート５あるいは拡幅部材６と拡幅坑用セグメントとの間をふさぎ、セグメント同士を接続して、水や土砂の侵入を防止するようにしている。
そのため、トンネルの拡幅時あるいは縮小時における、シールド掘削機１あるいはセグメントの内部への水や土砂の侵入を、効果的に防止することができ、水圧あるいは土圧が高くなる環境下、例えば大深度下においても十分な土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保できる。そのため、地上側へと排出しなければならない水あるいは土砂の量を非常に少なくすることができ、トンネルの拡幅あるいは縮小を容易に行うことができ、工期の短縮及び工費の節減を図ることができる。
【００５２】
また、境界部材２０を、セグメント側に固定されるセグメント側仕切板２１及び上下仕切板２３と、これらに対して摺動する拡大部仕切板２２と、から構成するようにしている。更に、境界部材４０を、セグメント側に固定されるセグメント側仕切板４１及び上下仕切板４３と、これらに対して摺動する本体側仕切板４２と、から構成するようにしている。
このように、板状体同士を摺動させるので、摺動部分の面積を大きくでき、簡易な構成でより確実に土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保することができる。なお、これらの部材を、セグメントとは別材料、例えば鉄や鋼等の金属で構成するようにすれば、摺動時の耐摩擦性を向上させて、信頼性、耐久性を更に高いものとできる。
更に、従来必要であった特殊形状の専用セグメントを不要とでき、セグメントを構成する部材の種類を減らすことができ、トンネル築造作業をより容易とできるとともに、部材の品質管理等を容易とできる。
【００５３】
なお、本実施形態はあくまでも一つの例示であって、本発明の趣旨を逸脱しない限り、本実施形態に限定されずに如何なる形態を採用し得ることは、言うまでもない。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るトンネル築造方法及びこれに用いるシールド掘削機によれば、土圧あるいは水圧が高くなる環境下でも十分な土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保し、標準トンネル及び拡幅トンネルの築造を容易として、工期の短縮及び工費の節減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るトンネル築造方法の一実施形態を示す図であって、（ａ）は第１の標準トンネル築造工程を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面矢視図である。
【図２】 同じく、（ａ）は標準トンネル拡幅工程を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面矢視図である。
【図３】 本発明に係るトンネル築造方法の一実施形態において用いる、標準坑端部用セグメントを示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
【図４】 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、標準トンネル拡幅工程を示す部分断面図である。
【図５】 同じく、（ａ）は標準トンネル拡幅工程を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面矢視図である。
【図６】 同じく、（ａ）は標準トンネル拡幅工程を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面矢視図である。
【図７】 同じく、（ａ）は標準トンネル拡幅工程を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面矢視図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面矢視図である。
【図８】 同じく、（ａ）は標準トンネル拡幅工程を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面矢視図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面矢視図である。
【図９】 同じく、（ａ）は拡幅トンネル築造工程を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面矢視図である。
【図１０】 同じく、（ａ）は拡幅トンネル築造工程を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面矢視図である。
【図１１】 同じく、（ａ）は拡幅トンネル築造工程を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面矢視図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面矢視図である。
【図１２】 同じく、拡幅トンネル縮小工程を示す部分断面図である。
【図１３】 同じく、拡幅トンネル縮小工程を示す部分断面図である。
【図１４】 同じく、拡幅トンネル縮小工程を示す部分断面図である。
【図１５】 同じく、（ａ）は拡幅トンネル縮小工程を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面矢視図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面矢視図である。
【図１６】 同じく、拡幅トンネル縮小工程を示す部分断面図である。
【図１７】 同じく、（ａ）は第２の標準トンネル築造工程を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面矢視図である。
【符号の説明】
１ シールド掘削機
２ カッタ
２ａ カッタヘッド
２ｂ オーバーカッタ装置
３ シールド本体
４ カッタヘッドサポート
５ スキンプレート
６ 拡幅部材
６ａ 側部プレート
６ｂ 上部プレート
６ｃ 下部プレート
６ｄ 前部プレート
７ テールパッキン
１０，１０ａ 標準坑用セグメント（セグメント、覆工材）
１１ 標準坑端部用セグメント（セグメント、覆工材）
１３ 止水部材
２０ 境界部材
２１ セグメント側仕切板（第１の仕切板）
２２ 拡幅部仕切板（第２の仕切板）
２３ 上下仕切板（第１の仕切板）
３０，３０ａ 拡幅坑用セグメント（セグメント、覆工材）
３１ 拡幅坑端部用セグメント（セグメント、覆工材）
３３ 止水部材
４０ 境界部材
４１ セグメント側仕切板（第１の仕切板）
４２ 本体側仕切板（第２の仕切板）
４３ 上下仕切板（第１の仕切板）
【発明の属する技術分野】
本発明は、標準坑と拡幅坑の双方を掘進可能なシールド掘削機を用いて、標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造する、トンネルの築造方法及びこれに用いるシールド掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なシールド工法においては、シールド掘削機に設けられた押圧ジャッキ等の推進装置を用いて、後方に順次覆工されたセグメント（覆工材）を押圧し、その反力をシールド掘削機の推力として、掘進しながらシールドトンネルを築造していく。こうしたシールドトンネルは、とりわけ都市部における道路や鉄道等のトンネル築造において重要性が増してきており、ますます長距離掘進、大深度化が求められている。
シールドトンネルでは、その途中で部分的に拡幅されたトンネルが必要となることが多い。例えば地下鉄等の鉄道トンネルの場合は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、といった事情等によるものである。
従来、トンネル内に拡幅部を築造する方法としては、開削工法、所定断面をなす標準坑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・覆工する工法、あるいは拡幅坑専用のシールド掘削機を用いる工法、等が実施されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
開削工法においては、地上用地を長期間占有するなど、周辺環境に与える影響が大きく、工事が非常に大規模となってしまう。また、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進・覆工する工法においては、一旦覆工したセグメントを取り外すために無駄が多いとともに、土水圧に対する地盤改良を必要とする。更に、拡幅坑専用のシールド掘削機を用いる工法においては、シールド掘削機の分解、搬送及び組立といった作業を伴わなければならない。このように従来の方法では、多大な労力、工費を要するとともに、工期の長期化を招く結果となっていた。
【０００４】
こうしたことから、最近では、シールド掘削機に拡幅・縮小可能なコピーカッタを設けるとともに、シールド掘削機のスキンプレートの側部を拡幅することで標準坑及び拡幅坑を同時に掘進・覆工する工法が試みられている。この工法では、スキンプレートの側部を拡幅・縮小させて、その内側に、標準坑用のセグメント及び拡幅坑用のセグメントを覆工していき、標準トンネル及び拡幅トンネルを築造していく。この場合、標準トンネルと拡幅トンネルとの境目における止水方法については、課題が残っていた。すなわち、スキンプレートの側部を拡大・縮小させるとほぼ同時に、境目を構成する特殊形状の専用セグメントを覆工させるのであるが、こうした複雑な作業を行う際に、摺動部分の隙間から、シールド掘削機あるいはセグメントの内部に水や土砂が侵入してくることがあった。特に、水圧や土圧が高くなる環境下、例えば大深度下においては、侵入してくる水や土砂は多量となる。その結果、こうした多量の水や土砂を頻繁に地上側へと排出しなければならず、こうした作業に多大な労力や時間を要することとなっていた。特に大深度下では、地上までの距離が長くなることで、非常に困難な作業が伴うこととなり、結果的に工期の長期化あるいは工費の高騰化を招いていた。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、土圧あるいは水圧が高くなる環境下でも十分な土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保し、標準トンネル及び拡幅トンネルの築造を容易として、工期の短縮及び工費の節減を図る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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、シールド本体の前部に支持され、所定断面積の標準坑と拡幅坑とを掘進するカッタと、前記シールド本体の外側部にある筒状のスキンプレートと、該スキンプレートの少なくとも一部を構成し前記拡幅坑の拡幅方向に出没可能とされた拡幅部材と、を備えたシールド掘削機を用いて、前記標準坑及び前記拡幅坑を掘進するとともに、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材の内側に、標準坑用と拡幅坑用の覆工材を順次施工していき、標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造するトンネル築造方法であって、前記拡幅トンネルの築造を開始する際に、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材と前記標準坑用覆工材との間をふさぎ、且つ前記各々の覆工材同士を接続する境界部材を設け、前記境界部材は、前記標準坑用覆工材の先端側に設ける第１の仕切板と、該第１の仕切板の掘進方向前側に該第１の仕切板に対して摺動可能に設け、前記拡幅部材に接して拡幅方向に向けて突出する第２の仕切板と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、シールド本体の前部に支持され、所定断面積の標準坑と拡幅坑とを掘進するカッタと、前記シールド本体の外側部にある筒状のスキンプレートと、該スキンプレートの少なくとも一部を構成し前記拡幅坑の拡幅方向に出没可能とされた拡幅部材と、を備えたシールド掘削機を用いて、前記標準坑及び前記拡幅坑を掘進するとともに、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材の内側に、標準坑用と拡幅坑用の覆工材を順次施工していき、標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造するトンネル築造方法であって、前記拡幅トンネルの築造を開始する際に、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材と前記標準坑用覆工材との間をふさぎ、且つ前記各々の覆工材同士を接続する境界部材を設け、前記拡幅トンネルの築造を開始する直前に設けられる標準坑用覆工材の外周には、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材に当接する止水部材が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、シールド本体の前部に支持され所定断面積の標準坑と拡幅坑とを掘進するカッタと、前記シールド本体の外側部にある筒状のスキンプレートと、該スキンプレートの少なくとも一部を構成し前記拡幅坑の拡幅方向に出没可能とされた拡幅部材と、を備えたシールド掘削機を用いて、前記標準坑及び前記拡幅坑を掘進するとともに、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材の内側に、標準坑用と拡幅坑用の覆工材を順次施工していき、標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造するトンネル築造方法であって、前記拡幅トンネルの築造を終了する際に、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材と前記拡幅坑用覆工材との間をふさぎ、且つ前記各々の覆工材同士を接続する境界部材を設け、前記境界部材は、前記拡幅坑用覆工材の先端側に設ける第１の仕切板と、該第１の仕切板の掘進方向前側に該第１の仕切板に対して摺動可能に設け、前記拡幅部材に接して拡幅方向に向けて突出する第２の仕切板と、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、シールド本体の前部に支持され所定断面積の標準坑と拡幅坑とを掘進するカッタと、前記シールド本体の外側部にある筒状のスキンプレートと、該スキンプレートの少なくとも一部を構成し前記拡幅坑の拡幅方向に出没可能とされた拡幅部材と、を備えたシールド掘削機を用いて、前記標準坑及び前記拡幅坑を掘進するとともに、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材の内側に、標準坑用と拡幅坑用の覆工材を順次施工していき、標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造するトンネル築造方法であって、前記拡幅トンネルの築造を終了する際に、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材と前記拡幅坑用覆工材との間をふさぎ、且つ前記各々の覆工材同士を接続する境界部材を設け、前記拡幅トンネルの築造を終了する直前に設けられる拡幅坑用覆工材の外周には、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材に当接する止水部材が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、標準坑用と拡幅坑用の覆工材を順次施工していき、標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造するときに用いられるシールド掘削機であって、シールド本体の前部に支持され、所定断面積の標準坑と拡幅坑とを掘進するカッタと、前記シールド本体の外側部にある筒状のスキンプレートと、該スキンプレートの少なくとも一部を構成し前記拡幅坑の拡幅方向に出没可能とされた拡幅部材と、を備えるとともに、前記拡幅部材を突出させる際には、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材と標準坑用覆工材との間をふさぎ、かつ前記各々の覆工材同士を接続する境界部材が備えられ、前記境界部材は、前記標準坑用覆工材の先端側に設ける第１の仕切板と、該第１の仕切板の掘進方向前側に該第１の仕切板に対して摺動可能に設け、前記拡幅部材に接して拡幅方向に向けて突出する第２の仕切板と、を備えていることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、標準坑用と拡幅坑用の覆工材を順次施工していき、標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造するときに用いられるシールド掘削機であって、シールド本体の前部に支持され、所定断面積の標準坑と拡幅坑とを掘進するカッタと、前記シールド本体の外側部にある筒状のスキンプレートと、該スキンプレートの少なくとも一部を構成し前記拡幅坑の拡幅方向に出没可能とされた拡幅部材と、を備えるとともに、前記拡幅部材を没入させる際には、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材と拡幅坑用覆工材との間をふさぎ、かつ前記各々の覆工材同士を接続する境界部材が備えられ、前記境界部材は、前記拡幅坑用覆工材の先端側に設ける第１の仕切板と、該第１の仕切板の掘進方向前側に該第１の仕切板に対して摺動可能に設け、前記拡幅部材に接して拡幅方向に向けて突出する第２の仕切板と、を備えていることを特徴とする。
【００１４】
このように、境界部材を用いて、スキンプレートあるいは拡幅部材と覆工材との間をふさぎ、且つ各々の覆工材同士を接続するようにしているので、トンネルの拡幅時あるいは縮小時における、シールド掘削機あるいは覆工材の内部への水や土砂の侵入を効果的に抑制することができる。そのため、水圧や土圧の高い環境下においても、トンネルの拡幅あるいは縮小を容易に行うことができる。
【００１５】
【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１７を用いて説明する。
まず、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及び図２に示すように、シールド本体３の前部に支持され、所定断面積の標準坑と拡幅坑とを掘進するカッタ２と、シールド本体３の外側部にある筒状のスキンプレート５と、スキンプレート５に備えられた拡幅部材６と、を備えている。
【００１６】
カッタ２は、略円盤形状をなしカッタヘッドサポート４に回転可能に軸支されるカッタヘッド２ａと、カッタヘッド２ａから出没可能とされたオーバーカッタ装置２ｂと、からなる。
カッタヘッド２ａは、略円盤形状をなし、シールド本体３の掘進方向の前部に回転可能に設けられている。このカッタヘッド２ａは、先端部に設けられたカッタビット（図示省略）が回転することによって、標準坑を掘進するようになっている。カッタヘッド２ａの前面には、標準坑の掘削土砂をシールド本体３内に取り込むための孔（図示省略）が設けられている。
なおここでは、「標準坑」とは、カッタヘッド２ａのみで掘進される、カッタヘッド２ａの外径と略同一の断面積を有する坑を言っているが、例えば扁平断面や矩形断面においては、標準坑をオーバーカッタ装置を用いて掘進する場合もある。すなわち、断面形状にかかわらず、拡幅部材を張り出さない坑が「標準坑」である。
【００１７】
カッタヘッド２ａ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、オーバーカッタ装置２ｂが内蔵されている。このオーバーカッタ装置２ｂは棒状をなしており、標準坑のみを掘進する際にはカッタヘッド２ａ内に没入している。そして拡幅坑を掘削する際にはカッタヘッド２ａから突出し、突出方向の軸線回りに回転して、その外周面に設けられたカッタビット（図示省略）によって拡幅坑を掘進できるようになっている。
なおここでは、「拡幅坑」とは、カッタヘッド２ａ及びオーバーカッタ装置２ｂの双方を用いて掘進された部分の坑、つまり拡幅部材を張り出す坑を言う。その他、拡幅坑の拡幅部分の掘削についても、カッタヘッドのオーバーカッタ装置に限らず、カッタヘッド以外に設けた掘削装置等で拡幅部分を掘削してもよいことは勿論である。
また以下において、シールド掘削機１の掘進方向を「前」、その逆側を「後」と称することとする。
【００１８】
スキンプレート５は、シールド本体３と外形及び断面積が略同一となっており、このスキンプレート５の内側には、セグメント（覆工材）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、標準坑端部用セグメント、拡幅坑用セグメント及び拡幅坑端部用セグメントを指すものとする。また、標準坑端部用セグメントは標準坑用セグメントの一種であり、拡幅坑端部用セグメントは拡幅坑用セグメントの一種である。
シールド本体３後方のスキンプレート５の内側には、押圧ジャッキ（図示省略）が周方向に複数備えられている。この押圧ジャッキは、掘進軸線方向に伸縮することで、スキンプレート５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。
【００１９】
また、スキンプレート５の内側の後部側には、テールパッキン７，７，７が取り付けられており、標準坑と標準坑用セグメント１０との間に存在する水あるいは土砂がスキンプレート５内に侵入することを防止するように、すなわち土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保できるようになっている。ここでは、テールパッキン７を３段設けるようにしているが、シールド掘削機１にかかる土圧あるいは水圧の程度によっては、２段としても差し支えなく、適宜段数を変更すればよい。
【００２０】
拡幅部材６は、図７（ｃ）あるいは図８（ｂ）に示すように、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と、側部プレート６ａの前側縁部に連なるように設けられる前部プレート（第４の拡幅プレート）６ｄと、から構成されるものである。
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５と略面一となってスキンプレート５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５の外方に突出してスキンプレート５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５から突出する側部プレート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て、側部プレート６ａの上側縁部及び下側縁部とスキンプレート５とを連結するものである。これら上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃは、各々側部プレート６ａよりも後端部側が若干短くなっている。また、前部プレート６ｄは、拡幅坑を掘進する際に、スキンプレート５から突出する側部プレート６ａの前側縁部に連なるように設けられて、側部プレート６ａの前側縁部とスキンプレート５とを連結するものである。
なお、これら上部プレート６ｂ、下部プレート６ｃあるいは前部プレート６ｄ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から取り外されており、拡幅坑を掘進する際に組み立てられるようになっている。
【００２１】
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。
このトンネル築造方法は、第１の標準トンネル築造工程と、標準トンネル拡幅工程と、拡幅トンネル築造工程と、拡幅トンネル縮小工程と、第２の標準トンネル築造工程と、からなる。
【００２２】
まず、「第１の標準トンネル築造工程」として、図１に示すように、標準坑を掘進するとともに、スキンプレート５の内側に標準坑用セグメント１０を覆工して、標準坑内に標準トンネルを築造していく。
標準坑を掘進する際には、スキンプレート５、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き、その内側に、順次標準坑用セグメント１０を組み立てて覆工していく。
最前部に覆工された標準坑用セグメント１０を、押圧ジャッキによって順次押圧していくことで、その反力によってシールド掘削機１は掘進方向に押圧されて、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。
【００２３】
このとき、スキンプレート５の後部側には、テールパッキン７，７，７が取り付けられており、標準坑用セグメント１０と摺動するようになっているので、これらテールパッキン７，７，７によって、スキンプレート５の内側と標準坑との間を止水等しながら、標準トンネルが築造されていく。
【００２４】
次に「標準トンネル拡幅工程」として、標準トンネルを拡幅するように拡幅坑の掘進を開始するとともに、標準坑端部用セグメント、境界部材及び拡幅坑用セグメントを覆工して、拡幅トンネルの築造を開始する。
拡幅坑の掘進を開始する際には、図２（ａ）に示すように、オーバーカッタ装置２ｂをカッタヘッド２ａから突出させ、標準坑を掘進しながら、標準坑の左右両側に拡幅坑を掘進していく。このとき、拡幅坑の掘進に併せて、掘削土砂を取り込んでいく（図示省略）。
【００２５】
そして、標準坑の端部をなすセグメントとして、標準坑端部用セグメント１１を覆工する。この標準坑端部用セグメント１１は、図３に示すように、止水部材１３を備えている点が、標準坑用セグメント１０と異なっている。
この止水部材１３は、標準坑端部用セグメント１１のセグメント本体１２の周囲にわたって設けられており、複数の拡径パッキン１３ａと、拡径パッキン１３ａを押圧する押圧部材としての複数のボルト１３ｂと、から構成されている。
【００２６】
拡径パッキン１３ａは、各々の前方側を、回動可能なようにセグメント本体１２の外周側に取り付けられている略平板状の部材であり、後方側が、セグメント本体１２に対して接近・離間可能となって、セグメント本体１２の外周側を拡径できるようになっている。また、ボルト１３ｂは、拡径パッキン１３ａと同数設けられており、セグメント本体１２の内周側から外周側までを貫通するねじ孔に螺合されて、その先端部で拡径パッキン１３ａを押圧できるようになっている。標準坑端部用セグメント１１の覆工時には、各々のボルト１３ｂをセグメント本体１２内側に後退させて、拡径パッキン１１ａをセグメント本体１２に収納しておき、セグメント本体１２の外周面と拡径パッキン１３ａの外面とが略面一となるようにしておく。
なお、押圧部材としては、ボルトに限定されるものではなく、例えば、流体を充填することによって膨らむチューブ状のものでもよい。また、止水部材１３自体をチューブ状のものにして、流体を充填するようにしてもよい。
【００２７】
標準坑端部用セグメント１１の前部に、標準坑用セグメント１０ａを覆工する。この標準坑用セグメント１０ａは、標準坑用セグメント１０と同一の部材であるが、テールパッキン７，７，７を用いて土砂侵入防止機能あるいは止水性を行うため、及びシールド掘削機１を掘進させるために、一時的に覆工されるものであって、標準トンネルを構成するためのものではない。そのため、標準トンネルを構成するための標準坑用セグメント１０とは異なる符号を付している。
この標準坑用セグメント１０ａを押圧してシールド掘削機１を掘進させ、スキンプレート５の後端部側が止水部材１３の位置まで達したところで、シールド掘削機１を一旦停止させる。このとき、標準坑用セグメント１０ａとスキンプレート５との間は、テールパッキン７，７，７とによって土砂侵入防止機能あるいは止水性が確保されている。
【００２８】
こうしておいて、標準坑端部用セグメント１１の各々のボルト１３ｂを回転させて拡径パッキン１３ａを押圧し、拡径パッキン１３ａをセグメント本体１２から外周側に張り出させて、拡径パッキン１３ａの後端部側がスキンプレート５に当接・押圧される状態まで拡径させる。こうして、スキンプレート５内への水あるいは土砂の侵入は防止される。これで、スキンプレート５への土砂侵入防止機能あるいは止水性は確保できるので、図４に示すように、標準坑用セグメント１０ａを解体撤去する。
【００２９】
次に、標準トンネルの前端側、すなわち標準坑端部用セグメント１１の前端側に、境界部材２０を取り付ける。この境界部材２０は、標準トンネルと拡幅トンネルとの境界をなすとともに、スキンプレート５あるいは拡幅部材６と標準坑用セグメントとの間をふさぎ、セグメント同士を接続して、水や土砂の侵入を防止するものである。セグメントとは別の材料、すなわちコンクリート以外の例えば鋼や鋼等の金属により構成されている。
境界部材２０は、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、標準坑端部用セグメント１１の前側側部に取付固定される、セグメント側仕切板（第１の仕切板）２１，２１及び上下仕切板（第１の仕切板）２３，２３と、これらセグメント側仕切板２１，２１及び上下仕切板２３，２３の双方と摺動可能に設けられる、拡幅部仕切板（第２の仕切板）２２，２２と、から構成されるものである。
なお、拡幅部仕切板２２は、土圧がかかる部分となるため、それに耐え得るような剛性を持たせる必要がある。
また、上下仕切板２３は、拡幅部仕切板が摺動可能となっていれば、拡幅部仕切板に取り付けてもよいし、セグメント側仕切板と厚さを同じとしてセグメント側仕切板と一体にしてもよい。この一体としたときには、拡幅部仕切板と略同厚の上下仕切板を別途に設けることとなる。
【００３０】
先ず、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、標準坑端部用セグメント１１の前端側に、セグメント側仕切板２１，２１を取り付ける。これらセグメント側仕切板２１，２１は、拡幅部仕切板２２，２２と摺動する部分に設けられ、摺動部分における土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保するためのものである。
【００３１】
そして、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、セグメント側仕切板２１，２１の前側に、拡幅部仕切板２２，２２を、各々のセグメント側仕切板２１，２１と密接配置となるように取り付ける。これら拡幅部仕切板２２，２２は、標準坑端部用セグメント１１と拡幅部材６との間の土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保しながら、拡幅部材６と一体的に拡幅坑に向けて突出するとともに、拡幅トンネルにおける拡幅部分の一方の端部を形成するためのものである。
【００３２】
次に、図６（ａ）、図６（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、側部プレート６ａ，６ａの内側に、上部プレート６ｂ、下部プレート６ｃ及び前部プレート６ｄを各々取り付け固定して、拡幅部材６，６を組み立てる。このとき、側部プレート６ａ、上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃと、拡幅部仕切板２２とは、これらの間の止水等が確保できるように密接配置させるか、連結させておく。
またこのとき、図示省略するが、上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃには、テールパッキン７，７，７に対応する位置に、同様のテールパッキン７，７，７を取り付けておき、拡幅トンネル築造時の止水等を確保できるようにしておく。
なお、このテールパッキン７，７，７の取り付けは、拡幅部材６の拡幅後に行ってもよい。
【００３３】
次に、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、標準坑端部用セグメント１１の前端側の、上部プレート６ｂよりも上側と下部プレート６ｃよりも下側との各々に、上下仕切板２３，２３を取付固定する。これら上下仕切板２３，２３は、後述する拡幅坑用セグメント２０が覆工された際に、標準坑端部用セグメント１１と拡幅坑用セグメント２０との間に間隙が生じるのを防止し、土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保するためのものである。そのため、この上下仕切板２３，２３の前後方向の厚みは、セグメント側仕切板２１と拡幅部仕切板２２とを合わせた厚みと、ほぼ同一となっており、各々上部プレート６ｂあるいは下部プレート６ｃと密接配置されるようになっている。
このように、境界部材２０、すなわちセグメント側仕切板２１、拡幅部仕切板２２及び上下仕切板２３によって、標準トンネル端部側の土砂侵入防止機能あるいは止水性は確保されることとなる。
【００３４】
そして、図８に示すように、拡幅部材６，６と拡幅部仕切板２２，２２とを一体的に突出させる。このとき、拡幅部仕切板２２，２２は、セグメント側仕切板２１，２１及び上下仕切板２３，２３の双方に対して密着しながら摺動し、また拡幅部材６，６は、上下仕切板２３，２３に対して密着しながら摺動する。そのため、これら摺動部分における土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保できる。図８に示す所定位置まで突出させたら、この位置で、拡幅部材６とスキンプレート５とを連結・固定するとともに、拡幅部仕切板２２をセグメント側部仕切板２１及び上下仕切板２３，２３と連結・固定する。
【００３５】
次に、「拡幅トンネル築造工程」として、拡幅坑を掘進しながら、スキンプレート５及び拡幅部材６の内側に、拡幅坑用セグメントを覆工していき、拡幅トンネルを築造していく。
先ず、図９に示すような拡幅坑用セグメント３０を、拡径部仕切板２２，２２に連なるように覆工する。こうすることで、拡幅坑用セグメント３０と、スキンプレート５及び拡幅部材６との間は、テールパッキン７，７，７によって土砂侵入防止機能あるいは止水性が確保されることとなる。
なお、側部プレート６ａ、上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃと、拡幅部仕切板２２とが連結されている場合は、拡幅坑用セグメント３０の覆工前に、予め切り離しておく。
【００３６】
この状態で、図１０に示すように、拡幅坑用セグメント３０を更に覆工し、この拡幅坑用セグメント３０を押圧ジャッキによって押圧する。なお実際には、図１０（ｂ）に示すように、拡幅坑用セグメント３０のうち拡幅部分の内側には、スペーサ３０ａが一体に取付・固定されて、拡幅坑用セグメントの一部をなしている。このスペーサ３０ａを押圧ジャッキ８で押圧することで、シールド掘削機１は反力を得て掘進できるようになっている。この他の図においては、スペーサ３０ａの図示は省略する。
【００３７】
押圧ジャッキが、掘進方向最前部に覆工された拡幅坑用セグメント３０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、図１１に示すように、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、その後方の拡幅坑は順次拡幅坑用セグメント３０によって覆工されていき、拡幅トンネルが築造されていく。
なお、スペーサ３０ａは、シールド掘削機１の掘進に伴って、後方側のものから順次拡幅坑用セグメント３０より取り外していく。この取り外しは、シールド掘削機１が所定距離だけ離間し、当該スペーサ３０ａによって反力を取る必要がなくなったときに行う。
【００３８】
所定の距離だけ拡幅トンネルを築造したら、次に「拡幅トンネル縮小工程」として、拡幅トンネルを縮小して拡幅坑の掘進を終了するとともに、拡幅坑端部用セグメント、境界部材及び標準坑用セグメントを覆工して、拡幅トンネルの築造を終了して標準トンネルの築造に戻す。
拡幅坑の掘進を終了する際には、図１２に示すように、オーバーカッタ装置２ｂをカッタヘッド２ａに没入させ、拡幅坑内の掘削土砂の取り込みが終了した時点で土砂取り込み装置４もシールド本体３内に没入させる。すなわち、ここからはまた標準坑の掘進に戻る。
【００３９】
そして、拡幅坑の端部をなすセグメントとして、拡幅坑端部用セグメント３１を覆工する。この拡幅坑端部用セグメント３１は、図１２に示すように、止水部材３３を備えている点が、拡幅坑用セグメント３０と異なっている。
この止水部材３３は、拡幅坑端部用セグメント３１のセグメント本体３２の周囲にわたって設けられており、複数の拡径パッキン１３ａと、複数のボルト１３ｂとから構成されている。これら拡径パッキン１３ａとボルト１３ｂとは、図３において示したものと同一の部材である。すなわち、止水部材３３は、標準坑端部用セグメント１１に備えられた止水部材１３を、拡幅坑用セグメントに適用させたものであり、図３に示したものに限らず、標準坑端部用セグメント１１の止水部材１３と同様に、種々の構成を採用し得る。
【００４０】
拡幅坑端部用セグメント３１の前部に、拡幅坑用セグメント３０ａを覆工する。この拡幅坑用セグメント３０ａは、拡幅坑用セグメント３０と同一の部材であるが、テールパッキン７，７，７を用いて土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保するため、及びシールド掘削機１を掘進させるために、一時的に覆工されるものであって、拡幅トンネルを構成するためのものではない。そのため、拡幅トンネルを構成するための拡幅坑用セグメント３０とは異なる符号を付している。
この拡幅坑用セグメント３０ａを押圧してシールド掘削機１を掘進させ、スキンプレート５及び拡幅部材６の後端部側が止水部材３３の位置まで達したところで、シールド掘削機１を一旦停止させる。このとき、拡幅坑用セグメント３０ａと、スキンプレート５及び拡幅部材６との間は、テールパッキン７，７，７とによって止水されている。
【００４１】
こうしておいて、拡幅坑端部用セグメント３１の各々のボルト１３ｂを回転させて拡径パッキン１３ａを押圧し、拡径パッキン１３ａをセグメント本体３２から外周側に張り出させて、拡径パッキン１３ａの後端部側がスキンプレート５及び拡幅部材６に当接・押圧される状態まで拡径させる。こうして、スキンプレート５及び拡幅部材６内への水あるいは土砂の侵入は防止される。これで、土砂侵入防止機能あるいは止水性は確保できるので、図１３に示すように、拡幅坑用セグメント３０ａを解体撤去する。
またこのとき、テールパッキン７，７，７のうち、最後部のテールパッキン７を一時的に取り外しておくこともある。これは、後述する境界部材４０を取り付ける際に、その厚みによる影響を避けるようにするためである。
【００４２】
次に、拡幅トンネルの前端側、すなわち拡幅坑端部用セグメント３１の前端側に、境界部材４０を取り付ける。この境界部材４０は、拡幅トンネルと標準トンネルとの境界をなすとともに、スキンプレート５あるいは拡幅部材６と拡幅坑用セグメントとの間をふさぎ、セグメント同士を接続して、水や土砂の侵入を防止するものである。セグメントとは別の材料、すなわちコンクリート以外の例えば鋼や鋼等の金属により構成されている。
境界部材４０は、図１５（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、拡幅坑端部用セグメント３１の前側側部に取付固定される、セグメント側仕切板（第１の仕切板）４１及び上下仕切板（第１の仕切板）４３，４３と、これらセグメント側仕切板４１及び上下仕切板４３，４３の双方と摺動可能に設けられる、本体側仕切板（第２の仕切板）４２，４２と、から構成されるものである。
【００４３】
先ず、図１４に示すように、拡幅坑端部用セグメント３１の前端側に、セグメント側仕切板４１を取り付ける。これらセグメント側仕切板４１は、本体側仕切板４２，４２と摺動する部分に設けられ、摺動部分における土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保するとともに、拡幅トンネルにおける拡幅部分の他方の端部を形成するためのものである。
【００４４】
そして、セグメント側仕切板４１の前側に、本体側仕切板４２，４２を、各々のセグメント側仕切板４１，４１と密接配置となるように取り付ける。これら本体側仕切板４２，４２は、セグメント側仕切板４１と拡幅部材６との間の土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保しながら、拡幅部材６と一体的にスキンプレート５内に没入するものである。すなわち、本体側仕切板４２と、側部プレート６ａ、上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃとは、密接配置された状態となっている。
【００４５】
また、セグメント側仕切板４１の前端側の、上部プレート６ｂよりも上側と下部プレート６ｃよりも下側との各々に、上下仕切板４３，４３を取付固定する。これら上下仕切板４３，４３は、後述する標準坑用セグメント１０が覆工された際に、拡幅坑端部用セグメント３１と標準坑用セグメント１０との間に間隙が生じるのを防止し、土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保するためのものである。そのため、これら上下仕切板４３，４３の前後方向の厚みは、本体側仕切板４２，４２の厚みと略同一となっており、各々上部プレート６ｂあるいは下部プレート６ｃと密接配置されるようになっている。
このように、境界部材４０、すなわちセグメント側仕切板４１、本体側仕切板４２及び上下仕切板４３によって、拡幅トンネル端部側の土砂侵入防止機能あるいは止水性は確保されることとなる。
【００４６】
次に図１５に示すように、シールド掘削機１を若干量だけ掘進させて、拡幅部材６，６の後端部側を、拡幅坑端部用セグメント３１の位置から、本体側仕切板４２，４２の位置まで移動させる。こうすることで、拡幅部材６，６は、本体側仕切板４２，４２とともに、スキンプレート５に没入可能となる。このとき、本体側仕切板４２，４２によって、拡幅坑と、スキンプレート５及び拡幅部材６，６との間は止水等されている。
【００４７】
そして、図１６に示すように、拡幅部材６，６と本体側仕切板４２，４２とを一体的にスキンプレート５内に没入させる。このとき、本体側仕切板４２，４２は、セグメント側仕切板４１及び上下仕切板４３，４３の双方に対して密着しながら摺動し、また拡幅部材６，６は、上下仕切板４３，４３に対して密着しながら摺動する。そのため、これら摺動部分における土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保できる。
側部プレート６ａがスキンプレート５と略面一となるまで没入させたら、この位置で、側部プレート６ａとスキンプレート５とを連結・固定するとともに、本体側仕切板４２、４２をセグメント側部仕切板４１及び上下仕切板４３，４３と連結・固定する。
【００４８】
次に、図１７に示すように、側部プレート６ａ，６ａから、上部プレート６ｂ、下部プレート６ｃ及び前部プレート６ｄを各々取り外して、拡幅部材６，６を解体撤去する。このとき、上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃのうち、本体側仕切板４２と密着している部分のみを残置させて、土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保できるようにしておく。
なお、境界部材４０を構成するセグメント側仕切板４１、本体側仕切板４２，上下仕切板４３を、境界部材２０における各仕切板と同様の構成とし得ることは、勿論である。
【００４９】
ここで、最後部のテールパッキン７が取り外されていれば、もとの位置に再び取り付けて、テールパッキン７，７，７を３段の状態に戻しておく。
【００５０】
ここから、「第２の標準トンネル築造工程」として、標準坑を掘進するとともに、境界部材４０に連なるように標準坑用セグメント１０を覆工していき、再び標準坑内に標準トンネルを築造していく。
ここからは、スキンプレート５の後部側に取り付けられたテールパッキン７，７，７によって、土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保しながら、再び標準トンネルが築造されていく。
【００５１】
本実施形態に係るトンネル築造方法及びこれに用いるシールド掘削機においては、標準トンネル拡幅工程で、標準坑端部用セグメント１１の前端側に境界部材２０を設けて、標準トンネルと拡幅トンネルとの境界をなすとともに、スキンプレート５あるいは拡幅部材６と標準坑用セグメントとの間をふさぎ、セグメント同士を接続して、水や土砂の侵入を防止するようにしている。また、拡幅トンネル縮小工程で、拡幅坑端部用セグメント３１の前端側に境界部材４０を設けて、拡幅トンネルと標準トンネルとの境界をなすとともに、スキンプレート５あるいは拡幅部材６と拡幅坑用セグメントとの間をふさぎ、セグメント同士を接続して、水や土砂の侵入を防止するようにしている。
そのため、トンネルの拡幅時あるいは縮小時における、シールド掘削機１あるいはセグメントの内部への水や土砂の侵入を、効果的に防止することができ、水圧あるいは土圧が高くなる環境下、例えば大深度下においても十分な土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保できる。そのため、地上側へと排出しなければならない水あるいは土砂の量を非常に少なくすることができ、トンネルの拡幅あるいは縮小を容易に行うことができ、工期の短縮及び工費の節減を図ることができる。
【００５２】
また、境界部材２０を、セグメント側に固定されるセグメント側仕切板２１及び上下仕切板２３と、これらに対して摺動する拡大部仕切板２２と、から構成するようにしている。更に、境界部材４０を、セグメント側に固定されるセグメント側仕切板４１及び上下仕切板４３と、これらに対して摺動する本体側仕切板４２と、から構成するようにしている。
このように、板状体同士を摺動させるので、摺動部分の面積を大きくでき、簡易な構成でより確実に土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保することができる。なお、これらの部材を、セグメントとは別材料、例えば鉄や鋼等の金属で構成するようにすれば、摺動時の耐摩擦性を向上させて、信頼性、耐久性を更に高いものとできる。
更に、従来必要であった特殊形状の専用セグメントを不要とでき、セグメントを構成する部材の種類を減らすことができ、トンネル築造作業をより容易とできるとともに、部材の品質管理等を容易とできる。
【００５３】
なお、本実施形態はあくまでも一つの例示であって、本発明の趣旨を逸脱しない限り、本実施形態に限定されずに如何なる形態を採用し得ることは、言うまでもない。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るトンネル築造方法及びこれに用いるシールド掘削機によれば、土圧あるいは水圧が高くなる環境下でも十分な土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保し、標準トンネル及び拡幅トンネルの築造を容易として、工期の短縮及び工費の節減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るトンネル築造方法の一実施形態を示す図であって、（ａ）は第１の標準トンネル築造工程を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面矢視図である。
【図２】 同じく、（ａ）は標準トンネル拡幅工程を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面矢視図である。
【図３】 本発明に係るトンネル築造方法の一実施形態において用いる、標準坑端部用セグメントを示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
【図４】 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、標準トンネル拡幅工程を示す部分断面図である。
【図５】 同じく、（ａ）は標準トンネル拡幅工程を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面矢視図である。
【図６】 同じく、（ａ）は標準トンネル拡幅工程を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面矢視図である。
【図７】 同じく、（ａ）は標準トンネル拡幅工程を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面矢視図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面矢視図である。
【図８】 同じく、（ａ）は標準トンネル拡幅工程を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面矢視図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面矢視図である。
【図９】 同じく、（ａ）は拡幅トンネル築造工程を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面矢視図である。
【図１０】 同じく、（ａ）は拡幅トンネル築造工程を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面矢視図である。
【図１１】 同じく、（ａ）は拡幅トンネル築造工程を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面矢視図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面矢視図である。
【図１２】 同じく、拡幅トンネル縮小工程を示す部分断面図である。
【図１３】 同じく、拡幅トンネル縮小工程を示す部分断面図である。
【図１４】 同じく、拡幅トンネル縮小工程を示す部分断面図である。
【図１５】 同じく、（ａ）は拡幅トンネル縮小工程を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面矢視図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面矢視図である。
【図１６】 同じく、拡幅トンネル縮小工程を示す部分断面図である。
【図１７】 同じく、（ａ）は第２の標準トンネル築造工程を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面矢視図である。
【符号の説明】
１ シールド掘削機
２ カッタ
２ａ カッタヘッド
２ｂ オーバーカッタ装置
３ シールド本体
４ カッタヘッドサポート
５ スキンプレート
６ 拡幅部材
６ａ 側部プレート
６ｂ 上部プレート
６ｃ 下部プレート
６ｄ 前部プレート
７ テールパッキン
１０，１０ａ 標準坑用セグメント（セグメント、覆工材）
１１ 標準坑端部用セグメント（セグメント、覆工材）
１３ 止水部材
２０ 境界部材
２１ セグメント側仕切板（第１の仕切板）
２２ 拡幅部仕切板（第２の仕切板）
２３ 上下仕切板（第１の仕切板）
３０，３０ａ 拡幅坑用セグメント（セグメント、覆工材）
３１ 拡幅坑端部用セグメント（セグメント、覆工材）
３３ 止水部材
４０ 境界部材
４１ セグメント側仕切板（第１の仕切板）
４２ 本体側仕切板（第２の仕切板）
４３ 上下仕切板（第１の仕切板）
Claims (6)
- シールド本体の前部に支持され、所定断面積の標準坑と拡幅坑とを掘進するカッタと、前記シールド本体の外側部にある筒状のスキンプレートと、該スキンプレートの少なくとも一部を構成し前記拡幅坑の拡幅方向に出没可能とされた拡幅部材と、を備えたシールド掘削機を用いて、前記標準坑及び前記拡幅坑を掘進するとともに、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材の内側に、標準坑用と拡幅坑用の覆工材を順次施工していき、標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造するトンネル築造方法であって、
前記拡幅トンネルの築造を開始する際に、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材と前記標準坑用覆工材との間をふさぎ、且つ前記各々の覆工材同士を接続する境界部材を設け、
前記境界部材は、
前記標準坑用覆工材の先端側に設ける第１の仕切板と、
該第１の仕切板の掘進方向前側に該第１の仕切板に対して摺動可能に設け、前記拡幅部材に接して拡幅方向に向けて突出する第２の仕切板と、
を備えていることを特徴とするトンネル築造方法。 - シールド本体の前部に支持され、所定断面積の標準坑と拡幅坑とを掘進するカッタと、前記シールド本体の外側部にある筒状のスキンプレートと、該スキンプレートの少なくとも一部を構成し前記拡幅坑の拡幅方向に出没可能とされた拡幅部材と、を備えたシールド掘削機を用いて、前記標準坑及び前記拡幅坑を掘進するとともに、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材の内側に、標準坑用と拡幅坑用の覆工材を順次施工していき、標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造するトンネル築造方法であって、
前記拡幅トンネルの築造を開始する際に、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材と前記標準坑用覆工材との間をふさぎ、且つ前記各々の覆工材同士を接続する境界部材を設け、
前記拡幅トンネルの築造を開始する直前に設けられる標準坑用覆工材の外周には、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材に当接する止水部材が設けられていることを特徴とするトンネル築造方法。 - シールド本体の前部に支持され所定断面積の標準坑と拡幅坑とを掘進するカッタと、前記シールド本体の外側部にある筒状のスキンプレートと、該スキンプレートの少なくとも一部を構成し前記拡幅坑の拡幅方向に出没可能とされた拡幅部材と、を備えたシールド掘削機を用いて、前記標準坑及び前記拡幅坑を掘進するとともに、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材の内側に、標準坑用と拡幅坑用の覆工材を順次施工していき、標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造するトンネル築造方法であって、
前記拡幅トンネルの築造を終了する際に、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材と前記拡幅坑用覆工材との間をふさぎ、且つ前記各々の覆工材同士を接続する境界部材を設け、
前記境界部材は、
前記拡幅坑用覆工材の先端側に設ける第１の仕切板と、
該第１の仕切板の掘進方向前側に該第１の仕切板に対して摺動可能に設け、前記拡幅部材に接して拡幅方向に向けて突出する第２の仕切板と、
を備えていることを特徴とするトンネル築造方法。 - シールド本体の前部に支持され所定断面積の標準坑と拡幅坑とを掘進するカッタと、前記シールド本体の外側部にある筒状のスキンプレートと、該スキンプレートの少なくとも一部を構成し前記拡幅坑の拡幅方向に出没可能とされた拡幅部材と、を備えたシールド掘削機を用いて、前記標準坑及び前記拡幅坑を掘進するとともに、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材の内側に、標準坑用と拡幅坑用の覆工材を順次施工していき、標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造するトンネル築造方法であって、
前記拡幅トンネルの築造を終了する際に、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材と前記拡幅坑用覆工材との間をふさぎ、且つ前記各々の覆工材同士を接続する境界部材を設け、
前記拡幅トンネルの築造を終了する直前に設けられる拡幅坑用覆工材の外周には、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材に当接する止水部材が設けられていることを特徴とするトンネル築造方法。 - 標準坑用と拡幅坑用の覆工材を順次施工していき、標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造するときに用いられるシールド掘削機であって、
シールド本体の前部に支持され、所定断面積の標準坑と拡幅坑とを掘進するカッタと、
前記シールド本体の外側部にある筒状のスキンプレートと、
該スキンプレートの少なくとも一部を構成し前記拡幅坑の拡幅方向に出没可能とされた拡幅部材と、
を備えるとともに、
前記拡幅部材を突出させる際には、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材と標準坑用覆工材との間をふさぎ、かつ前記各々の覆工材同士を接続する境界部材が備えられ、
前記境界部材は、
前記標準坑用覆工材の先端側に設ける第１の仕切板と、
該第１の仕切板の掘進方向前側に該第１の仕切板に対して摺動可能に設け、前記拡幅部材に接して拡幅方向に向けて突出する第２の仕切板と、
を備えていることを特徴とするシールド掘削機。 - 標準坑用と拡幅坑用の覆工材を順次施工していき、標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造するときに用いられるシールド掘削機であって、
シールド本体の前部に支持され、所定断面積の標準坑と拡幅坑とを掘進するカッタと、
前記シールド本体の外側部にある筒状のスキンプレートと、
該スキンプレートの少なくとも一部を構成し前記拡幅坑の拡幅方向に出没可能とされた拡幅部材と、
を備えるとともに、前記拡幅部材を没入させる際には、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材と拡幅坑用覆工材との間をふさぎ、かつ前記各々の覆工材同士を接続する境界部材が備えられ、
前記境界部材は、
前記拡幅坑用覆工材の先端側に設ける第１の仕切板と、
該第１の仕切板の掘進方向前側に該第１の仕切板に対して摺動可能に設け、前記拡幅部材に接して拡幅方向に向けて突出する第２の仕切板と、
を備えていることを特徴とするシールド掘削機。
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