トンネルの施工装置及び施工方法
【課題】切羽の直後方にて、床版等の構造体を構築する。
【解決手段】トンネルの施工装置１は、シールド機２と、門型の第１及び第２の後続台車４，６と、第１及び第２のクレーン７，８と、を備える。第１及び第２の後続台車４，６は、第１のクレーン７を用いて構築された床版１５上を走行する。床版１５は、プレキャスト部材によりトンネル幅方向に３分割されている。第２のクレーン８は、資材運搬用トラック９の積荷を第１の後続台車４内の床版１５上に荷降ろしする。第１のクレーン７は、第１の後続台車４内の床版１５上に荷降ろしされたプレキャスト部材をシールド機２の直後方で組立てて、床版１５を構築する。第１のクレーン７の電気ホイストが第１の後続台車４とシールド機２との間にある場合に、電気ホイストのトンネル幅方向移動用の横行レールは、第１の後続台車４の内側面よりトンネル幅方向外方に張り出し可能である。
【解決手段】トンネルの施工装置１は、シールド機２と、門型の第１及び第２の後続台車４，６と、第１及び第２のクレーン７，８と、を備える。第１及び第２の後続台車４，６は、第１のクレーン７を用いて構築された床版１５上を走行する。床版１５は、プレキャスト部材によりトンネル幅方向に３分割されている。第２のクレーン８は、資材運搬用トラック９の積荷を第１の後続台車４内の床版１５上に荷降ろしする。第１のクレーン７は、第１の後続台車４内の床版１５上に荷降ろしされたプレキャスト部材をシールド機２の直後方で組立てて、床版１５を構築する。第１のクレーン７の電気ホイストが第１の後続台車４とシールド機２との間にある場合に、電気ホイストのトンネル幅方向移動用の横行レールは、第１の後続台車４の内側面よりトンネル幅方向外方に張り出し可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルの施工装置及び施工方法に関し、詳しくは、シールドトンネル内に床版等の構造体を構築する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路やライフライン用として掘進されたシールドトンネルは、一般にトンネルの中央付近下側に構築された床版を境に、車道として利用される上部空間と、排水、電気等の保全施設や避難施設等として利用される下部空間と、に区画されており、この下部空間は、更に必要に応じて、中壁によって、複数の空間に区画されている。
また、上述の床版や中壁等の各部分は、現場施工の省力化・工期の短縮化等を図るべく、プレキャスト部材によって構築されるようになってきている。
【０００３】
プレキャスト部材を用いた床版の構築手法としては、例えば、特許文献１に記載の手法がある。特許文献１には、シールド機の掘進に追従して前進する後続台車の後方にクレーンを配置し、このクレーンを用いてプレキャスト部材を組立てて床版を構築する手法が記載されている。
また、特許文献２には、シールド機と後続台車との間にクレーンを配置し、このクレーンを用いて、プレキャストインバートを、トンネル覆工体の下部に設置することが記載されている。なお、この種のクレーンは、主に覆工セグメント、枕木、レール等の荷役用として、従来から多用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４３１８０４２号公報
【特許文献２】特開２００４−１８３２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の手法では、後続台車の後方にてプレキャスト部材を組立てて床版を構築するので、施工済みの床版上を走行する資材運搬用の台車等は後続台車の後方までしか進入できない。従って、資材を後続台車の後方から切羽付近へ運搬するには、そのための装置が別途必要となる。
また、特に特許文献２に記載のクレーンは、その吊り上げ中心がトンネルの中央付近に制限されているので、トンネルの両側部における資材の荷役には不向きであった。
【０００６】
本発明は、このような実状に鑑み、切羽の直後方にて、床版等の構造体を構築することにより、切羽付近への資材運搬の効率化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このため、本発明に係るトンネルの施工装置は、トンネルを掘削するシールド機と、シールド機の後方にて構築された床版上に配置され、かつ、シールド機に連結される第１の後続台車と、シールド機と第１の後続台車との間に配置されて両者により支持され、かつ、トンネル内の構造体の構築に用いられる第１のクレーンと、を含んで構成される。第１のクレーンは、構造体を構成する構造部材を吊り上げ可能な吊上装置と、吊上装置をトンネル軸方向に第１の後続台車内から第１の後続台車前方まで移動させるトンネル軸方向移動装置と、吊上装置をトンネル幅方向に移動させるトンネル幅方向移動装置と、を備える。トンネル幅方向移動装置は、トンネル幅方向に延び、かつ、吊上装置が走行する横行レールを備える。そして、横行レールは、トンネル幅方向に伸縮する。
【０００８】
また、本発明に係るトンネルの施工方法は、上記施工装置を用い、構造部材を吊り上げた吊上装置をシールド機と第１の後続台車との間に移動させ、横行レールをトンネル幅方向に拡張させ、吊上装置を構造部材の設置位置の直上に移動させ、構造部材を吊り下げて上記設置位置に移動させて、構造体を構築する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第１のクレーンのトンネル幅方向移動装置は、トンネル幅方向に伸縮する横行レールを備える。これにより、第１のクレーンでは、例えば、切羽の直後方における施工状態に応じて、吊上装置のトンネル幅方向の移動可能範囲を変更することができるので、切羽の直後方にて効率良く構造部材を組立てて構造体を構築することができる。従って、特許文献１に記載のように後続台車の後方にて構造体を構築する場合に比べて、資材運搬用の台車等がシールド機に近づくことができ、これにより、資材運搬用の台車等から切羽付近への資材運搬（いわゆる、２次運搬）を短縮することができるので、切羽付近への資材運搬を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態におけるトンネルの施工装置の概略側面図
【図２】同実施形態におけるトンネルの施工装置の概略平面図
【図３】図１のＡ−Ａ断面図
【図４】図１のＢ−Ｂ断面図
【図５】図１のＣ−Ｃ断面図
【図６】同実施形態における第１のクレーンの概略構成図
【図７】同実施形態における床版施工時の第１のクレーンの作動状態を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は、本発明の一実施形態におけるトンネルの施工装置の概略構成を示す側面図及び平面図である。また、図３〜図５は、それぞれ、図１におけるＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、及びＣ−Ｃ断面を示す図である。
図１及び図２に示すように、トンネルの施工装置１は、トンネルを掘削するシールド機２と、シールド機２の後方に牽引ビーム３を介して連結される第１の後続台車４と、第１の後続台車４の後方に牽引ビーム５を介して連結される第２の後続台車６と、シールド機２及び第１の後続台車４により支持される第１のクレーン７と、第１の後続台車４及び第２の後続台車６により支持される第２のクレーン８と、を備える。
【００１２】
シールド機２は、その後部に、エレクター１１と、エレクター１１にセグメント１２を供給するセグメント供給装置１３と、を備える。
シールド機２は、セグメント供給装置１３から供給されたセグメント１２をエレクター１１により組立てて円筒状の覆工体１４を構築しつつ、掘進する。
シールド機２の後端上面に設けられたブラケット２ａには、図示しないヒンジ機構を介して、牽引ビーム３の一端が取り付けられている。また、牽引ビーム３は、その他端が、図示しないヒンジ機構を介して、第１の後続台車４の先頭上部に取り付けられている。これらの構成により、牽引ビーム３は、シールド機２に対して左右方向で揺動することができ、更に、第１の後続台車４は、牽引ビーム３に対して左右方向で揺動することができる。
【００１３】
第１の後続台車４は、覆工体１４の下部に構築された床版１５の上面を走行するものであり、牽引ビーム３を介してシールド機２により牽引されつつ、シールド機２の掘進に追従して、床版１５の上面を前進する。
床版１５は、図３に示すように、上下に分割され、かつ、覆工体１４の中央下部に配置されるボックスカルバート部材１５ａ，１５ｂと、ボックスカルバート部材１５ａと覆工体１４との間に配置される板状の床版部材１５ｃ，１５ｄと、により構成される。ここで、ボックスカルバート部材１５ａ，１５ｂ、及び、床版部材１５ｃ，１５ｄは、それぞれ、プレキャスト部材であり、本発明における「構造部材」に対応する。
【００１４】
ボックスカルバート部材１５ａは、下面開口のコの字断面を有する一方、ボックスカルバート部材１５ｂは、上面開口のコの字断面を有する。そして、ボックスカルバート部材１５ｂの上面にボックスカルバート部材１５ａが載置されることにより、矩形断面のボックスカルバートが形成される。
床版部材１５ｃ，１５ｄは、各々の一端が図示しないブラケットを介してボックスカルバート部材１５ａに取り付けられる一方、他端が図示しないブラケットを介して覆工体１４の内周面に取り付けられている。
【００１５】
床版１５は、第１のクレーン７を用いて、覆工体１４の下部に構築されるが、この詳細については、後述のトンネルの施工方法（図７参照）にて説明する。
第１の後続台車４は、図４に示すように、アーチ状の上部フレーム４１と、この上部フレーム４１を支持する左右１対の支持フレーム４２と、により構成される門型台車である。また、第１の後続台車４は、その先頭部、中間部、及び後尾部における左右の支持フレーム４２の下端に、それぞれ、床版１５の上面に接触する左右２対の走行車輪４３を備える。更に、第１の後続台車４は、その先頭部、中間部、及び後尾部における左右の支持フレーム４２の中央部から各別にトンネル幅方向外方に突出する脚部４２ａを備え、これらの脚部４２ａに、それぞれ、覆工体１４の内周面に接触する走行車輪４４を備えている。なお、上部フレーム４１の後尾部には、その左右のアーチ傾斜部にそれぞれ、上部フレーム４１より内方に突出するブラケット４５が設けられており、このブラケット４５には、後述する第１のクレーン７用の走行レール７１が取り付けられている。
【００１６】
第１の後続台車４には、シールド機２用の電力供給装置（例えば、トランスや配電盤）、油圧供給装置（例えば、タンクやポンプ）、及び、水供給装置等の各種装置（図示せず）が搭載されている。
図１及び図２に戻り、第１の後続台車４の後尾上端部には、図示しないヒンジ機構を介して、牽引ビーム５の一端が取り付けられている。また、牽引ビーム５は、その他端が、図示しないヒンジ機構を介して、第２の後続台車６の先頭上端部に取り付けられている。これらの構成により、牽引ビーム５は、第１の後続台車４に対して左右方向で揺動することができ、更に、第２の後続台車６は、牽引ビーム５に対して左右方向で揺動することができる。
【００１７】
第２の後続台車６は、牽引ビーム５を介して第１の後続台車４により牽引されつつ、床版１５の上面を前進する。
第２の後続台車６は、図５に示すように、アーチ状の上部フレーム６１と、この上部フレーム６１を支持する左右１対の支持フレーム６２と、により構成される門型台車である。また、第２の後続台車６は、その先頭部、中間部、及び後尾部における左右の支持フレーム６２の下端に、それぞれ、床版１５の上面に接触する左右２対の走行車輪６３を備える。更に、第２の後続台車６は、その先頭部、中間部、及び後尾部における左右の支持フレーム６２の中央部から各別にトンネル幅方向外方に突出する脚部６２ａを備え、これらの脚部６２ａに、それぞれ、覆工体１４の内周面に接触する走行車輪６４を備えている。なお、第２の後続台車６は、第１の後続台車４と同様に、シールド機２用の電力供給装置や油圧供給装置等を搭載することが可能である。
【００１８】
次に、第１の後続台車４及び第２の後続台車６により支持される第２のクレーン８について、図１、図２、図４、及び図５に基づいて説明する。
第２のクレーン８は、トンネル軸方向に延び、かつ、第１の後続台車４の上部フレーム４１及び第２の後続台車６の上部フレーム６１に取り付けられる左右１対の走行レール８１と、走行レール８１を走行する左右１対の走行装置８２と、トンネル幅方向に延び、かつ、両端部に走行装置８２がそれぞれ取り付けられる横行レール８３と、横行レール８３を走行する電気ホイスト８４と、を含んで構成される。
【００１９】
走行レール８１は、第１の後続台車４の先頭上部から第２の後続台車６の後尾上部まで延びている。また、走行レール８１の両端には、それぞれ、レール間隔保持用のビーム８５が取り付けられている。そして、第１の後続台車４の先頭上部側のビーム８５が、図示しないヒンジ機構を介して、第１の後続台車４の上部フレーム４１に取り付けられている。また、第２の後続台車６の後尾上部側のビーム８５が、図示しないヒンジ機構を介して、第２の後続台車６の上部フレーム６１に取り付けられている。このように、走行レール８１が、ビーム８５及び図示しないヒンジ機構を介して、第１の後続台車４の上部フレーム４１及び第２の後続台車６の上部フレーム６１に取り付けられることにより、トンネル曲線部の施工時に、第２の後続台車６が第１の後続台車４に対して左右方向に揺動しても、その揺動をヒンジ機構にて吸収しつつ、走行レール８１の間隔を保持することができる。
【００２０】
第２のクレーン８は、以上の構成を有することにより、その吊荷を、第１の後続台車４と第２の後続台車６との間で運搬することができる。
次に、シールド機２及び第１の後続台車４により支持される第１のクレーン７について、図１〜図４及び図６に基づいて説明する。なお、図６は、第１のクレーン７の概略構成を示す。
【００２１】
第１のクレーン７は、シールド機２及び第１の後続台車４により支持される左右１対の走行レール７１と、走行レール７１を走行する左右１対の走行装置７２と、トンネル幅方向に延び、かつ、両端部に走行装置７２がそれぞれ取り付けられる固定レール７３と、固定レール７３に対してその外面を長手方向に摺動可能な可動レール７４と、可動レール７４を走行する電気ホイスト７５と、を含んで構成される。
【００２２】
走行レール７１は、図１に示すように、シールド機２の後端中央部から第１の後続台車４の先頭上部までは緩やかに上昇傾斜しつつ延び、更に、第１の後続台車４の先頭上部から後尾上部までは水平に延びている。また、走行レール７１は、上述の牽引ビーム３及び走行レール８１の下方に配置されている。また、走行レール７１は、図２に示すように、走行レール８１に比べて、レール間隔が大きい。更に、走行レール７１の両端には、上述の走行レール８１と同様に、それぞれ、レール間隔保持用のビーム７６が取り付けられている。そして、シールド機２の後端中央部側のビーム７６が、図示しないヒンジ機構を介して、シールド機２の後端中央部のブラケット２ｂに取り付けられている。また、第１の後続台車４の後尾上部側のビーム７６が、図示しないヒンジ機構を介して、第１の後続台車４の上部フレーム４１のブラケット４５に取り付けられている。このように、走行レール７１が、ビーム７６及び図示しないヒンジ機構を介して、シールド機２の後端中央部（ブラケット２ｂ）及び第１の後続台車４の上部フレーム４１（ブラケット４５）に取り付けられることにより、トンネル曲線部の施工時に、第１の後続台車４がシールド機２に対して左右方向に揺動しても、その揺動をヒンジ機構にて吸収しつつ、走行レール７１の間隔を保持することができる。
【００２３】
走行装置７２は、図６に示すように、走行レール７１を走行する牽引装置７２ａと、牽引装置７２ａにより牽引され、かつ、固定レール７３を吊支する吊支装置７２ｂと、を備える。
牽引装置７２ａは、Ｉ形鋼で形成された走行レール７１の底部上面に接触する複数の車輪７２ｃと、複数の車輪７２ｃの駆動用の電気モータ７２ｄと、を備える。そして、牽引装置７２ａは、走行レール７１に懸垂されつつ、複数の車輪７２ｃが、電気モータ７２ｄにより回転駆動されて、走行レール７１を走行する。なお、走行レール７１には、その下面に沿うように、図示しないローラチェーンが張られている。そして、牽引装置７２ａは、このローラチェーンに噛合するスプロケット７２ｅを備え、このスプロケット７２ｅが電気モータ７２ｄによって回転駆動されることにより、牽引装置７２ａは、走行レール７１の傾斜区間（シールド機２の後端中央部と第１の後続台車４の先頭上部との間）を滑ることなく走行することができる。
【００２４】
吊支装置７２ｂは、リンク機構７２ｆを介して、牽引装置７２ａに連結されている。これにより、走行装置７２は、その走行に応じて走行レール７１の傾斜勾配が変化する区間を走行する場合に、走行レール７１の傾斜勾配の変化をリンク機構７２ｆで吸収することができるので、走行装置７２は、その区間をスムーズに走行することができる。
吊支装置７２ｂは、ヒンジ機構７２ｇを介して、固定レール７３を吊支している。
【００２５】
固定レール７３は、２本のＩ形鋼が並列配置されて構成されている。また、固定レール７３は、その長手方向寸法が、第１の後続台車４の支持フレーム４２間の間隔よりも小さい。
可動レール７４は、固定レール７３と同一の長手方向寸法を有し、かつ、固定レール７３を挟むように並列配置される２本のＩ形鋼により構成されており、固定レール７３の底部上面に接触する複数の車輪７４ａを介して、固定レール７３に懸垂されている。また、可動レール７４には、複数の車輪７４ａの駆動用の電気モータ７４ｂが設置されている。これにより、複数の車輪７４ａが電気モータ７４ｂによって回転駆動されるので、可動レール７４は、固定レール７３に対してトンネル幅方向に摺動することができる。なお、本実施形態では、電気モータ７４ｂの回転駆動力を用いて（いわゆるトロリー形式で）可動レール７４を固定レール７３に対して摺動させているが、可動レール７４の摺動手法はこれに限らず、この他に、例えば、固定レール７３に油圧シリンダを設置し、その伸縮ロッドの端部を可動レール７４に取り付けた上で、このロッドの伸縮運動により、可動レール７４を固定レール７３に対して摺動させてもよい。
【００２６】
可動レール７４には、電気ホイスト７５が懸垂されており、これにより、電気ホイスト７５は、可動レール７４に沿って、トンネル幅方向に移動することができる。
なお、電気ホイスト７５により、本発明における「第１のクレーンの吊上装置」の機能が実現される。また、固定レール７３、可動レール７４、複数の車輪７４ａ、及び、電気モータ７４ｂ、及び電気ホイスト７５により、本発明における「トンネル幅方向移動装置」の機能が実現される。また、固定レール７３及び可動レール７４により、本発明における「トンネル幅方向に伸縮する横行レール」の機能が実現される。また、走行レール７１及び走行装置７２により、本発明における「トンネル軸方向移動装置」の機能が実現される。
【００２７】
また、本実施形態では、第１の後続台車４は、１台の門型台車により構成されているが、第１の後続台車４が第１のクレーン７及び第２のクレーン８を支持する架台として機能するのであれば、第１の後続台車４は、複数台の門型台車により構成されてもよい。
また、本実施形態では、第２の後続台車６は、１台の門型台車により構成されているが、第２の後続台車６が第２のクレーン８を支持する架台として機能するのであれば、第２の後続台車６は、複数台の門型台車により構成されてもよい。
【００２８】
次に、トンネルの施工装置１を用いたトンネルの施工方法について、図１〜図７を用いて説明する。なお、図７は、床版１５の施工時の第１のクレーン７の作動状態を示す。
図１に示すように、セグメント１２、ボックスカルバート部材１５ａ，１５ｂ、床版部材１５ｃ，１５ｄ等の資材を積載したトラック９が、坑口よりトンネル内に進入し、施工済みの床版１５の上面を走行して、第２の後続台車６内にて停車する。
【００２９】
第２のクレーン８は、第２の後続台車６内にて停車中のトラック９より、積荷を第１の後続台車４内及び第２の後続台車６内の床版１５上に荷降ろしする。また、第２の後続台車６内の床版１５上に資材があり、かつ、第１の後続台車４内の床版１５上に資材載置用のスペースがある場合には、第２のクレーン８は、第２の後続台車６内の床版１５上にある資材を、第１の後続台車４内の床版１５上に運搬する。なお、本実施形態では、第１の後続台車４内の床版１５上に資材を載置しているが、第１の後続台車４内における資材の載置場所はこれに限らず、例えば、第１の後続台車４がその下部に資材用の荷台を備える場合には、その荷台上に、資材を載置することができる。
【００３０】
第１のクレーン７は、第１の後続台車４内の床版１５上にあるセグメント１２を、セグメント供給装置１３に運搬する。そして、セグメント供給装置１３にて搬送されたセグメント１２が、エレクター１１によって組立てられることにより、覆工体１４が構築される。なお、第１のクレーン７の電気ホイスト７５が第１の後続台車４内を移動する際には、可動レール７４が第１の後続台車４の支持フレーム４２に接触することを防止するために、可動レール７４の両端部を、固定レール７３の両端部と一致させる（つまり、可動レール７４を固定レール７３に対してトンネル幅方向に摺動させない）。換言すれば、第１のクレーン７の電気ホイスト７５が第１の後続台車４内にある場合には、固定レール７３及び可動レール７４は、第１の後続台車４の内側面（枠内面）よりトンネル幅方向内方に位置している。
【００３１】
また、第１のクレーン７は、第１の後続台車４内の床版１５上にあるボックスカルバート部材１５ａ，１５ｂ、床版部材１５ｃ，１５ｄを、施工済み床版１５の切羽側端に隣接する覆工体１４の下部に組立てることにより、床版１５を構築する。
床版１５を構築する際には、まず、第１工程として、図７（ａ）に示すように、第１のクレーン７により、覆工体１４の中央下部に、ボックスカルバート部材１５ａ，１５ｂを組立てて、ボックスカルバートを構築する。この工程では、第１のクレーン７は、トンネルの中央付近にてボックスカルバート部材１５ａ，１５ｂを吊り下ろすので、可動レール７４を固定レール７３に対してトンネル幅方向に摺動させる必要はない。
【００３２】
次に、第２工程として、図７（ｂ）に示すように、第１のクレーン７により、ボックスカルバート部材１５ａの左上部と覆工体１４の内周面との間に、床版部材１５ｃを設置する。この工程では、第１のクレーン７は、トンネルの中央より左側に離れた位置にて床版部材１５ｃを吊り下げる必要があるので、可動レール７４を固定レール７３に対してトンネル左側に摺動させる。この際に、可動レール７４を、第１の後続台車４の内側面よりトンネル幅方向外方に張り出させることが可能である。これにより、電気ホイスト７５のトンネル幅方向の移動可能範囲が、トンネル左側にて、可動レール７４の摺動距離ｔ１分、拡張される。
【００３３】
次に、第３工程として、図７（ｃ）に示すように、第１のクレーン７により、ボックスカルバート部材１５ａの右上部と覆工体１４の内周面との間に、床版部材１５ｄを設置する。この工程では、第１のクレーン７は、トンネルの中央より右側に離れた位置にて床版部材１５ｄを吊り下げる必要があるので、可動レール７４を固定レール７３に対してトンネル右側に摺動させる。この際に、可動レール７４を、第１の後続台車４の内側面よりトンネル幅方向外方に張り出させることが可能である。これにより、電気ホイスト７５のトンネル幅方向の移動可能範囲が、トンネル右側にて、可動レール７４の摺動距離ｔ２分、拡張される。
【００３４】
なお、上述の第２工程又は第３工程の完了後には、可動レール７４の両端部が固定レール７３の両端部と一致するように、可動レール７４を固定レール７３に対してトンネル幅方向に摺動させてから（つまり、第１のクレーン７の横行レールを縮小させてから）、第１のクレーン７の電気ホイスト７５を、第１の後続台車４内にて移動させる。
以上のトンネルの施工方法では、第１の後続台車４及び第２の後続台車６が、施工済みの床版１５上を走行しつつ、第１のクレーン７を用いて床版１５を構築しているが、発進立坑からのシールド機２の発進時には、第１の後続台車４及び第２の後続台車６を載置するための仮設の床版をシールド機２の後方に予め構築し、この仮設の床版上に第１の後続台車４及び第２の後続台車６を配置してトンネルの施工装置１をセッティングし、この後、上述のトンネルの施工方法と同様にして、床版１５を構築する。
【００３５】
本実施形態によれば、トンネルの施工装置１は、トンネルを掘削するシールド機２と、シールド機２の後方にて構築された床版１５上に配置され、かつ、シールド機２に連結される第１の後続台車４と、シールド機２と第１の後続台車４との間に配置されて両者により支持され、かつ、トンネル内の床版１５の構築に用いられる第１のクレーン７と、を含んで構成される。また、第１のクレーン７は、床版１５を構成する構造部材（ボックスカルバート部材１５ａ，１５ｂ、及び、床版部材１５ｃ，１５ｄ）を吊り上げ可能な電気ホイスト７５と、電気ホイスト７５をトンネル軸方向に第１の後続台車４内から第１の後続台車４前方まで移動させるトンネル軸方向移動装置（走行レール７１及び走行装置７２）と、電気ホイスト７５をトンネル幅方向に移動させるトンネル幅方向移動装置（固定レール７３、可動レール７４、複数の車輪７４ａ、電気モータ７４ｂ、及び電気ホイスト７５）と、を備える。また、このトンネル幅方向移動装置は、トンネル幅方向に延び、かつ、電気ホイスト７５が走行する横行レール（固定レール７３及び可動レール７４）を備える。そして、この横行レールは、トンネル幅方向に伸縮する。これにより、第１のクレーン７では、シールド機２の直後方にて、床版１５の構築工程に応じて、電気ホイスト７５のトンネル幅方向の移動可能範囲を拡張・縮小させることができるので、トンネルの中央付近での構造部材設置作業のみならず、トンネルの左右両サイドでの構造部材設置作業を効率良く行うことができる。従って、第１の後続台車４等の後続台車の後方における床版１５の構築作業が削減されて各種作業が簡素化されるので、後続台車の後方から切羽付近への資材輸送（例えば、セグメント１２の輸送）を効率的に行うことができる。
【００３６】
また、本実施形態によれば、第１の後続台車４は、門型台車であり、電気ホイスト７５が第１の後続台車４内にある場合には、第１のクレーン７の横行レール（固定レール７３及び可動レール７４）は、第１の後続台車４の内側面よりトンネル幅方向内方に位置する一方、電気ホイスト７５が第１の後続台車４とシールド機２との間にある場合には、第１のクレーン７の横行レール（固定レール７３及び可動レール７４）は、第１の後続台車４の内側面よりトンネル幅方向外方に張り出す。これにより、シールド機２の直後方における電気ホイスト７５のトンネル幅方向の移動可能範囲を、第１の後続台車４の支持フレーム４２間の間隔よりも大きくすることができるので、第１の後続台車４の車幅等に制限されることなく、シールド機２の直後方にて、トンネルの左右両サイドでの構造部材設置作業を行うことができる。
【００３７】
また、本実施形態によれば、トンネルの施工装置１は、第１の後続台車４の後方の床版１５上に配置され、かつ、第１の後続台車４に連結される第２の後続台車６と、第１の後続台車４及び第２の後続台車６に支持され、かつ、両者間にて構造部材を運搬する第２のクレーン８と、を更に含んで構成される。また、第１のクレーン７の電気ホイスト７５は、第１の後続台車４内にて、第２のクレーン８の下方を移動する。換言すれば、第１の後続台車４内にて、第２のクレーン８と第１のクレーン７とが、オーバーラップしている。これにより、資材運搬用トラック９からの荷降ろし作業と、セグメント供給装置１３へのセグメント１２の運搬作業及び床版１５の構築作業とを、各別のクレーンで行うことができるので、これらの作業を１台のクレーンで行う場合に比べて、クレーンの走行距離及び走行時間を短縮することができる。従って、この短縮時間分を、床版１５等の施工に費やすことができるので、シールド掘進のサイクルに遅れることなく、効率的に、床版１５等の施工を行うことができる。なお、本実施形態では、第１の後続台車４内にて、第１のクレーン７の電気ホイスト７５が、第２のクレーン８の下方を移動する構成としたが、第１の後続台車４内にて、第１のクレーン７の電気ホイスト７５が、第２のクレーン８の上方を移動する構成とすることも可能である。この場合においても、第１の後続台車４内にて、第１のクレーン７と第２のクレーン８とが、オーバーラップするので、上述のように、資材運搬用トラック９からの荷降ろし作業と、セグメント供給装置１３へのセグメント１２の運搬作業及び床版１５の構築作業とを、各別のクレーンで行うことができる。
【００３８】
また、本実施形態によれば、トンネルの施工装置１は、第１の後続台車４に支持され、かつ、第１の後続台車４内にて構造部材を運搬する第２のクレーン８を更に含んで構成される。また、第１のクレーン７の電気ホイスト７５は、第１の後続台車４内にて、第２のクレーン８の下方を移動する。これにより、第１の後続台車４内にて、第２のクレーン８と第１のクレーン７とが、オーバーラップしているので、第１の後続台車４内にて、第２のクレーン８を用いて、資材運搬用トラック９からの荷降ろし作業を行いつつ、第１のクレーン４を用いて、セグメント供給装置１３へのセグメント１２の運搬作業及び床版１５の構築作業を行うことができる。
【００３９】
また、本実施形態によれば、シールド機２と第１の後続台車４との間にてトンネル幅方向に３分割された床版（ボックスカルバート，床版部材１５ｃ，１５ｄ）を組立てて、床版１５を構築する。これにより、特許文献１記載のように後続台車の後方にて床版を構築する場合に比べて、資材運搬用トラック９がシールド機２に近づくことができるので、トラック９から切羽付近への資材運搬（いわゆる、２次運搬）を短縮することができる。
【００４０】
また、本実施形態によれば、第１のクレーン７の横行レールは、トンネル幅方向に延び、かつ、走行装置７２に支持される固定レール７３と、この固定レール７３に対してその外面を長手方向に摺動可能な可動レール７４と、を備えることにより、比較的簡易な構成で横行レールを伸縮させることができる。
また、本実施形態によれば、構造部材を吊り上げた第１のクレーン７の電気ホイスト７５を、シールド機２と第１の後続台車４との間に移動させ、可動レール７４を固定レール７３に対してトンネル幅方向に摺動させることにより、第１のクレーン７の横行レール（固定レール７３及び可動レール７４）をトンネル幅方向に拡張させ、この後に、電気ホイスト７５を構造部材の設置位置の直上に移動させ、そして、電気ホイスト７５により、構造部材を吊り下げて上記設置位置に移動させて、床版１５を構築する。これにより、クレーンを大型化させることなく、電気ホイスト７５のトンネル幅方向の移動可能範囲を拡張させることができるので、施工コストを抑制しつつ、トンネルの左右両サイドでの構造部材設置作業を効率良く行うことができる。
【００４１】
なお、本実施形態では、第２のクレーン８が、第１の後続台車４及び第２の後続台車６に支持されているが、第１の後続台車４内にて、第２のクレーン８と第１のクレーン７とが、オーバーラップするように構成されるのであれば、第２のクレーン８の支持形態はこれに限らず、例えば、第２のクレーン８が、第１の後続台車４のみにより支持されていてもよい。
【００４２】
また、本実施形態では、トンネル幅方向に３分割された床版（ボックスカルバート，床版部材１５ｃ，１５ｄ）を組立てて、床版１５を構築しているが、床版の分割形態はこれに限らず、例えば、覆工体１４の下部にて複数のプレキャスト支持部材をトンネル幅方向に並べて立設し、これらのプレキャスト支持部材に支持されるように、複数の板状のプレキャスト部材をトンネル幅方向に並べて配置する分割形態であってもよい。
【００４３】
また、本実施形態では、第１のクレーン７を用いて構築するトンネル内の構造体の一例として、床版１５を挙げて説明したが、第１のクレーン７を用いて構築できる構造体はこれに限らず、例えば、第１のクレーン７を用いて、トンネル施工用の仮設レールを、床版１５の上面に敷設することが可能である。この場合には、仮設レールが本発明における「構造体」に対応する一方、仮設レールを構成するレール部材や枕木等が本発明における「構造部材」に対応する。なお、この仮設レールが、床版１５上における第１の後続台車４及び第２の後続台車６の走行に用いられる場合には、第１の後続台車４の走行車輪４３及び第２の後続台車６の走行車輪６３は、それぞれ、仮設レール上を転動可能なように構成される。そして、この場合には、第１のクレーン７は、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示した第１のクレーン７の作動状態にて、電気ホイスト７５用の横行レールを拡張させつつ、仮設レールの敷設作業を行う。
【符号の説明】
【００４４】
１ トンネルの施工装置
２ シールド機
３ 牽引ビーム
４ 第１の後続台車
５ 牽引ビーム
６ 第２の後続台車
７ 第１のクレーン
８ 第２のクレーン
９ トラック
１１ エレクター
１２ セグメント
１３ セグメント供給装置
１４ 覆工体
１５ 床版
１５ａ，１５ｂ ボックスカルバート部材
１５ｃ，１５ｄ 床版部材
４１ 上部フレーム
４２ 支持フレーム
４３，４４ 走行車輪
６１ 上部フレーム
６２ 支持フレーム
６３，６４ 走行車輪
７１ 走行レール
７２ 走行装置
７３ 固定レール（横行レール）
７４ 可動レール（横行レール）
７５ 電気ホイスト
８１ 走行レール
８２ 走行装置
８３ 横行レール
８４ 電気ホイスト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルの施工装置及び施工方法に関し、詳しくは、シールドトンネル内に床版等の構造体を構築する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路やライフライン用として掘進されたシールドトンネルは、一般にトンネルの中央付近下側に構築された床版を境に、車道として利用される上部空間と、排水、電気等の保全施設や避難施設等として利用される下部空間と、に区画されており、この下部空間は、更に必要に応じて、中壁によって、複数の空間に区画されている。
また、上述の床版や中壁等の各部分は、現場施工の省力化・工期の短縮化等を図るべく、プレキャスト部材によって構築されるようになってきている。
【０００３】
プレキャスト部材を用いた床版の構築手法としては、例えば、特許文献１に記載の手法がある。特許文献１には、シールド機の掘進に追従して前進する後続台車の後方にクレーンを配置し、このクレーンを用いてプレキャスト部材を組立てて床版を構築する手法が記載されている。
また、特許文献２には、シールド機と後続台車との間にクレーンを配置し、このクレーンを用いて、プレキャストインバートを、トンネル覆工体の下部に設置することが記載されている。なお、この種のクレーンは、主に覆工セグメント、枕木、レール等の荷役用として、従来から多用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４３１８０４２号公報
【特許文献２】特開２００４−１８３２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の手法では、後続台車の後方にてプレキャスト部材を組立てて床版を構築するので、施工済みの床版上を走行する資材運搬用の台車等は後続台車の後方までしか進入できない。従って、資材を後続台車の後方から切羽付近へ運搬するには、そのための装置が別途必要となる。
また、特に特許文献２に記載のクレーンは、その吊り上げ中心がトンネルの中央付近に制限されているので、トンネルの両側部における資材の荷役には不向きであった。
【０００６】
本発明は、このような実状に鑑み、切羽の直後方にて、床版等の構造体を構築することにより、切羽付近への資材運搬の効率化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このため、本発明に係るトンネルの施工装置は、トンネルを掘削するシールド機と、シールド機の後方にて構築された床版上に配置され、かつ、シールド機に連結される第１の後続台車と、シールド機と第１の後続台車との間に配置されて両者により支持され、かつ、トンネル内の構造体の構築に用いられる第１のクレーンと、を含んで構成される。第１のクレーンは、構造体を構成する構造部材を吊り上げ可能な吊上装置と、吊上装置をトンネル軸方向に第１の後続台車内から第１の後続台車前方まで移動させるトンネル軸方向移動装置と、吊上装置をトンネル幅方向に移動させるトンネル幅方向移動装置と、を備える。トンネル幅方向移動装置は、トンネル幅方向に延び、かつ、吊上装置が走行する横行レールを備える。そして、横行レールは、トンネル幅方向に伸縮する。
【０００８】
また、本発明に係るトンネルの施工方法は、上記施工装置を用い、構造部材を吊り上げた吊上装置をシールド機と第１の後続台車との間に移動させ、横行レールをトンネル幅方向に拡張させ、吊上装置を構造部材の設置位置の直上に移動させ、構造部材を吊り下げて上記設置位置に移動させて、構造体を構築する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第１のクレーンのトンネル幅方向移動装置は、トンネル幅方向に伸縮する横行レールを備える。これにより、第１のクレーンでは、例えば、切羽の直後方における施工状態に応じて、吊上装置のトンネル幅方向の移動可能範囲を変更することができるので、切羽の直後方にて効率良く構造部材を組立てて構造体を構築することができる。従って、特許文献１に記載のように後続台車の後方にて構造体を構築する場合に比べて、資材運搬用の台車等がシールド機に近づくことができ、これにより、資材運搬用の台車等から切羽付近への資材運搬（いわゆる、２次運搬）を短縮することができるので、切羽付近への資材運搬を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態におけるトンネルの施工装置の概略側面図
【図２】同実施形態におけるトンネルの施工装置の概略平面図
【図３】図１のＡ−Ａ断面図
【図４】図１のＢ−Ｂ断面図
【図５】図１のＣ−Ｃ断面図
【図６】同実施形態における第１のクレーンの概略構成図
【図７】同実施形態における床版施工時の第１のクレーンの作動状態を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は、本発明の一実施形態におけるトンネルの施工装置の概略構成を示す側面図及び平面図である。また、図３〜図５は、それぞれ、図１におけるＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、及びＣ−Ｃ断面を示す図である。
図１及び図２に示すように、トンネルの施工装置１は、トンネルを掘削するシールド機２と、シールド機２の後方に牽引ビーム３を介して連結される第１の後続台車４と、第１の後続台車４の後方に牽引ビーム５を介して連結される第２の後続台車６と、シールド機２及び第１の後続台車４により支持される第１のクレーン７と、第１の後続台車４及び第２の後続台車６により支持される第２のクレーン８と、を備える。
【００１２】
シールド機２は、その後部に、エレクター１１と、エレクター１１にセグメント１２を供給するセグメント供給装置１３と、を備える。
シールド機２は、セグメント供給装置１３から供給されたセグメント１２をエレクター１１により組立てて円筒状の覆工体１４を構築しつつ、掘進する。
シールド機２の後端上面に設けられたブラケット２ａには、図示しないヒンジ機構を介して、牽引ビーム３の一端が取り付けられている。また、牽引ビーム３は、その他端が、図示しないヒンジ機構を介して、第１の後続台車４の先頭上部に取り付けられている。これらの構成により、牽引ビーム３は、シールド機２に対して左右方向で揺動することができ、更に、第１の後続台車４は、牽引ビーム３に対して左右方向で揺動することができる。
【００１３】
第１の後続台車４は、覆工体１４の下部に構築された床版１５の上面を走行するものであり、牽引ビーム３を介してシールド機２により牽引されつつ、シールド機２の掘進に追従して、床版１５の上面を前進する。
床版１５は、図３に示すように、上下に分割され、かつ、覆工体１４の中央下部に配置されるボックスカルバート部材１５ａ，１５ｂと、ボックスカルバート部材１５ａと覆工体１４との間に配置される板状の床版部材１５ｃ，１５ｄと、により構成される。ここで、ボックスカルバート部材１５ａ，１５ｂ、及び、床版部材１５ｃ，１５ｄは、それぞれ、プレキャスト部材であり、本発明における「構造部材」に対応する。
【００１４】
ボックスカルバート部材１５ａは、下面開口のコの字断面を有する一方、ボックスカルバート部材１５ｂは、上面開口のコの字断面を有する。そして、ボックスカルバート部材１５ｂの上面にボックスカルバート部材１５ａが載置されることにより、矩形断面のボックスカルバートが形成される。
床版部材１５ｃ，１５ｄは、各々の一端が図示しないブラケットを介してボックスカルバート部材１５ａに取り付けられる一方、他端が図示しないブラケットを介して覆工体１４の内周面に取り付けられている。
【００１５】
床版１５は、第１のクレーン７を用いて、覆工体１４の下部に構築されるが、この詳細については、後述のトンネルの施工方法（図７参照）にて説明する。
第１の後続台車４は、図４に示すように、アーチ状の上部フレーム４１と、この上部フレーム４１を支持する左右１対の支持フレーム４２と、により構成される門型台車である。また、第１の後続台車４は、その先頭部、中間部、及び後尾部における左右の支持フレーム４２の下端に、それぞれ、床版１５の上面に接触する左右２対の走行車輪４３を備える。更に、第１の後続台車４は、その先頭部、中間部、及び後尾部における左右の支持フレーム４２の中央部から各別にトンネル幅方向外方に突出する脚部４２ａを備え、これらの脚部４２ａに、それぞれ、覆工体１４の内周面に接触する走行車輪４４を備えている。なお、上部フレーム４１の後尾部には、その左右のアーチ傾斜部にそれぞれ、上部フレーム４１より内方に突出するブラケット４５が設けられており、このブラケット４５には、後述する第１のクレーン７用の走行レール７１が取り付けられている。
【００１６】
第１の後続台車４には、シールド機２用の電力供給装置（例えば、トランスや配電盤）、油圧供給装置（例えば、タンクやポンプ）、及び、水供給装置等の各種装置（図示せず）が搭載されている。
図１及び図２に戻り、第１の後続台車４の後尾上端部には、図示しないヒンジ機構を介して、牽引ビーム５の一端が取り付けられている。また、牽引ビーム５は、その他端が、図示しないヒンジ機構を介して、第２の後続台車６の先頭上端部に取り付けられている。これらの構成により、牽引ビーム５は、第１の後続台車４に対して左右方向で揺動することができ、更に、第２の後続台車６は、牽引ビーム５に対して左右方向で揺動することができる。
【００１７】
第２の後続台車６は、牽引ビーム５を介して第１の後続台車４により牽引されつつ、床版１５の上面を前進する。
第２の後続台車６は、図５に示すように、アーチ状の上部フレーム６１と、この上部フレーム６１を支持する左右１対の支持フレーム６２と、により構成される門型台車である。また、第２の後続台車６は、その先頭部、中間部、及び後尾部における左右の支持フレーム６２の下端に、それぞれ、床版１５の上面に接触する左右２対の走行車輪６３を備える。更に、第２の後続台車６は、その先頭部、中間部、及び後尾部における左右の支持フレーム６２の中央部から各別にトンネル幅方向外方に突出する脚部６２ａを備え、これらの脚部６２ａに、それぞれ、覆工体１４の内周面に接触する走行車輪６４を備えている。なお、第２の後続台車６は、第１の後続台車４と同様に、シールド機２用の電力供給装置や油圧供給装置等を搭載することが可能である。
【００１８】
次に、第１の後続台車４及び第２の後続台車６により支持される第２のクレーン８について、図１、図２、図４、及び図５に基づいて説明する。
第２のクレーン８は、トンネル軸方向に延び、かつ、第１の後続台車４の上部フレーム４１及び第２の後続台車６の上部フレーム６１に取り付けられる左右１対の走行レール８１と、走行レール８１を走行する左右１対の走行装置８２と、トンネル幅方向に延び、かつ、両端部に走行装置８２がそれぞれ取り付けられる横行レール８３と、横行レール８３を走行する電気ホイスト８４と、を含んで構成される。
【００１９】
走行レール８１は、第１の後続台車４の先頭上部から第２の後続台車６の後尾上部まで延びている。また、走行レール８１の両端には、それぞれ、レール間隔保持用のビーム８５が取り付けられている。そして、第１の後続台車４の先頭上部側のビーム８５が、図示しないヒンジ機構を介して、第１の後続台車４の上部フレーム４１に取り付けられている。また、第２の後続台車６の後尾上部側のビーム８５が、図示しないヒンジ機構を介して、第２の後続台車６の上部フレーム６１に取り付けられている。このように、走行レール８１が、ビーム８５及び図示しないヒンジ機構を介して、第１の後続台車４の上部フレーム４１及び第２の後続台車６の上部フレーム６１に取り付けられることにより、トンネル曲線部の施工時に、第２の後続台車６が第１の後続台車４に対して左右方向に揺動しても、その揺動をヒンジ機構にて吸収しつつ、走行レール８１の間隔を保持することができる。
【００２０】
第２のクレーン８は、以上の構成を有することにより、その吊荷を、第１の後続台車４と第２の後続台車６との間で運搬することができる。
次に、シールド機２及び第１の後続台車４により支持される第１のクレーン７について、図１〜図４及び図６に基づいて説明する。なお、図６は、第１のクレーン７の概略構成を示す。
【００２１】
第１のクレーン７は、シールド機２及び第１の後続台車４により支持される左右１対の走行レール７１と、走行レール７１を走行する左右１対の走行装置７２と、トンネル幅方向に延び、かつ、両端部に走行装置７２がそれぞれ取り付けられる固定レール７３と、固定レール７３に対してその外面を長手方向に摺動可能な可動レール７４と、可動レール７４を走行する電気ホイスト７５と、を含んで構成される。
【００２２】
走行レール７１は、図１に示すように、シールド機２の後端中央部から第１の後続台車４の先頭上部までは緩やかに上昇傾斜しつつ延び、更に、第１の後続台車４の先頭上部から後尾上部までは水平に延びている。また、走行レール７１は、上述の牽引ビーム３及び走行レール８１の下方に配置されている。また、走行レール７１は、図２に示すように、走行レール８１に比べて、レール間隔が大きい。更に、走行レール７１の両端には、上述の走行レール８１と同様に、それぞれ、レール間隔保持用のビーム７６が取り付けられている。そして、シールド機２の後端中央部側のビーム７６が、図示しないヒンジ機構を介して、シールド機２の後端中央部のブラケット２ｂに取り付けられている。また、第１の後続台車４の後尾上部側のビーム７６が、図示しないヒンジ機構を介して、第１の後続台車４の上部フレーム４１のブラケット４５に取り付けられている。このように、走行レール７１が、ビーム７６及び図示しないヒンジ機構を介して、シールド機２の後端中央部（ブラケット２ｂ）及び第１の後続台車４の上部フレーム４１（ブラケット４５）に取り付けられることにより、トンネル曲線部の施工時に、第１の後続台車４がシールド機２に対して左右方向に揺動しても、その揺動をヒンジ機構にて吸収しつつ、走行レール７１の間隔を保持することができる。
【００２３】
走行装置７２は、図６に示すように、走行レール７１を走行する牽引装置７２ａと、牽引装置７２ａにより牽引され、かつ、固定レール７３を吊支する吊支装置７２ｂと、を備える。
牽引装置７２ａは、Ｉ形鋼で形成された走行レール７１の底部上面に接触する複数の車輪７２ｃと、複数の車輪７２ｃの駆動用の電気モータ７２ｄと、を備える。そして、牽引装置７２ａは、走行レール７１に懸垂されつつ、複数の車輪７２ｃが、電気モータ７２ｄにより回転駆動されて、走行レール７１を走行する。なお、走行レール７１には、その下面に沿うように、図示しないローラチェーンが張られている。そして、牽引装置７２ａは、このローラチェーンに噛合するスプロケット７２ｅを備え、このスプロケット７２ｅが電気モータ７２ｄによって回転駆動されることにより、牽引装置７２ａは、走行レール７１の傾斜区間（シールド機２の後端中央部と第１の後続台車４の先頭上部との間）を滑ることなく走行することができる。
【００２４】
吊支装置７２ｂは、リンク機構７２ｆを介して、牽引装置７２ａに連結されている。これにより、走行装置７２は、その走行に応じて走行レール７１の傾斜勾配が変化する区間を走行する場合に、走行レール７１の傾斜勾配の変化をリンク機構７２ｆで吸収することができるので、走行装置７２は、その区間をスムーズに走行することができる。
吊支装置７２ｂは、ヒンジ機構７２ｇを介して、固定レール７３を吊支している。
【００２５】
固定レール７３は、２本のＩ形鋼が並列配置されて構成されている。また、固定レール７３は、その長手方向寸法が、第１の後続台車４の支持フレーム４２間の間隔よりも小さい。
可動レール７４は、固定レール７３と同一の長手方向寸法を有し、かつ、固定レール７３を挟むように並列配置される２本のＩ形鋼により構成されており、固定レール７３の底部上面に接触する複数の車輪７４ａを介して、固定レール７３に懸垂されている。また、可動レール７４には、複数の車輪７４ａの駆動用の電気モータ７４ｂが設置されている。これにより、複数の車輪７４ａが電気モータ７４ｂによって回転駆動されるので、可動レール７４は、固定レール７３に対してトンネル幅方向に摺動することができる。なお、本実施形態では、電気モータ７４ｂの回転駆動力を用いて（いわゆるトロリー形式で）可動レール７４を固定レール７３に対して摺動させているが、可動レール７４の摺動手法はこれに限らず、この他に、例えば、固定レール７３に油圧シリンダを設置し、その伸縮ロッドの端部を可動レール７４に取り付けた上で、このロッドの伸縮運動により、可動レール７４を固定レール７３に対して摺動させてもよい。
【００２６】
可動レール７４には、電気ホイスト７５が懸垂されており、これにより、電気ホイスト７５は、可動レール７４に沿って、トンネル幅方向に移動することができる。
なお、電気ホイスト７５により、本発明における「第１のクレーンの吊上装置」の機能が実現される。また、固定レール７３、可動レール７４、複数の車輪７４ａ、及び、電気モータ７４ｂ、及び電気ホイスト７５により、本発明における「トンネル幅方向移動装置」の機能が実現される。また、固定レール７３及び可動レール７４により、本発明における「トンネル幅方向に伸縮する横行レール」の機能が実現される。また、走行レール７１及び走行装置７２により、本発明における「トンネル軸方向移動装置」の機能が実現される。
【００２７】
また、本実施形態では、第１の後続台車４は、１台の門型台車により構成されているが、第１の後続台車４が第１のクレーン７及び第２のクレーン８を支持する架台として機能するのであれば、第１の後続台車４は、複数台の門型台車により構成されてもよい。
また、本実施形態では、第２の後続台車６は、１台の門型台車により構成されているが、第２の後続台車６が第２のクレーン８を支持する架台として機能するのであれば、第２の後続台車６は、複数台の門型台車により構成されてもよい。
【００２８】
次に、トンネルの施工装置１を用いたトンネルの施工方法について、図１〜図７を用いて説明する。なお、図７は、床版１５の施工時の第１のクレーン７の作動状態を示す。
図１に示すように、セグメント１２、ボックスカルバート部材１５ａ，１５ｂ、床版部材１５ｃ，１５ｄ等の資材を積載したトラック９が、坑口よりトンネル内に進入し、施工済みの床版１５の上面を走行して、第２の後続台車６内にて停車する。
【００２９】
第２のクレーン８は、第２の後続台車６内にて停車中のトラック９より、積荷を第１の後続台車４内及び第２の後続台車６内の床版１５上に荷降ろしする。また、第２の後続台車６内の床版１５上に資材があり、かつ、第１の後続台車４内の床版１５上に資材載置用のスペースがある場合には、第２のクレーン８は、第２の後続台車６内の床版１５上にある資材を、第１の後続台車４内の床版１５上に運搬する。なお、本実施形態では、第１の後続台車４内の床版１５上に資材を載置しているが、第１の後続台車４内における資材の載置場所はこれに限らず、例えば、第１の後続台車４がその下部に資材用の荷台を備える場合には、その荷台上に、資材を載置することができる。
【００３０】
第１のクレーン７は、第１の後続台車４内の床版１５上にあるセグメント１２を、セグメント供給装置１３に運搬する。そして、セグメント供給装置１３にて搬送されたセグメント１２が、エレクター１１によって組立てられることにより、覆工体１４が構築される。なお、第１のクレーン７の電気ホイスト７５が第１の後続台車４内を移動する際には、可動レール７４が第１の後続台車４の支持フレーム４２に接触することを防止するために、可動レール７４の両端部を、固定レール７３の両端部と一致させる（つまり、可動レール７４を固定レール７３に対してトンネル幅方向に摺動させない）。換言すれば、第１のクレーン７の電気ホイスト７５が第１の後続台車４内にある場合には、固定レール７３及び可動レール７４は、第１の後続台車４の内側面（枠内面）よりトンネル幅方向内方に位置している。
【００３１】
また、第１のクレーン７は、第１の後続台車４内の床版１５上にあるボックスカルバート部材１５ａ，１５ｂ、床版部材１５ｃ，１５ｄを、施工済み床版１５の切羽側端に隣接する覆工体１４の下部に組立てることにより、床版１５を構築する。
床版１５を構築する際には、まず、第１工程として、図７（ａ）に示すように、第１のクレーン７により、覆工体１４の中央下部に、ボックスカルバート部材１５ａ，１５ｂを組立てて、ボックスカルバートを構築する。この工程では、第１のクレーン７は、トンネルの中央付近にてボックスカルバート部材１５ａ，１５ｂを吊り下ろすので、可動レール７４を固定レール７３に対してトンネル幅方向に摺動させる必要はない。
【００３２】
次に、第２工程として、図７（ｂ）に示すように、第１のクレーン７により、ボックスカルバート部材１５ａの左上部と覆工体１４の内周面との間に、床版部材１５ｃを設置する。この工程では、第１のクレーン７は、トンネルの中央より左側に離れた位置にて床版部材１５ｃを吊り下げる必要があるので、可動レール７４を固定レール７３に対してトンネル左側に摺動させる。この際に、可動レール７４を、第１の後続台車４の内側面よりトンネル幅方向外方に張り出させることが可能である。これにより、電気ホイスト７５のトンネル幅方向の移動可能範囲が、トンネル左側にて、可動レール７４の摺動距離ｔ１分、拡張される。
【００３３】
次に、第３工程として、図７（ｃ）に示すように、第１のクレーン７により、ボックスカルバート部材１５ａの右上部と覆工体１４の内周面との間に、床版部材１５ｄを設置する。この工程では、第１のクレーン７は、トンネルの中央より右側に離れた位置にて床版部材１５ｄを吊り下げる必要があるので、可動レール７４を固定レール７３に対してトンネル右側に摺動させる。この際に、可動レール７４を、第１の後続台車４の内側面よりトンネル幅方向外方に張り出させることが可能である。これにより、電気ホイスト７５のトンネル幅方向の移動可能範囲が、トンネル右側にて、可動レール７４の摺動距離ｔ２分、拡張される。
【００３４】
なお、上述の第２工程又は第３工程の完了後には、可動レール７４の両端部が固定レール７３の両端部と一致するように、可動レール７４を固定レール７３に対してトンネル幅方向に摺動させてから（つまり、第１のクレーン７の横行レールを縮小させてから）、第１のクレーン７の電気ホイスト７５を、第１の後続台車４内にて移動させる。
以上のトンネルの施工方法では、第１の後続台車４及び第２の後続台車６が、施工済みの床版１５上を走行しつつ、第１のクレーン７を用いて床版１５を構築しているが、発進立坑からのシールド機２の発進時には、第１の後続台車４及び第２の後続台車６を載置するための仮設の床版をシールド機２の後方に予め構築し、この仮設の床版上に第１の後続台車４及び第２の後続台車６を配置してトンネルの施工装置１をセッティングし、この後、上述のトンネルの施工方法と同様にして、床版１５を構築する。
【００３５】
本実施形態によれば、トンネルの施工装置１は、トンネルを掘削するシールド機２と、シールド機２の後方にて構築された床版１５上に配置され、かつ、シールド機２に連結される第１の後続台車４と、シールド機２と第１の後続台車４との間に配置されて両者により支持され、かつ、トンネル内の床版１５の構築に用いられる第１のクレーン７と、を含んで構成される。また、第１のクレーン７は、床版１５を構成する構造部材（ボックスカルバート部材１５ａ，１５ｂ、及び、床版部材１５ｃ，１５ｄ）を吊り上げ可能な電気ホイスト７５と、電気ホイスト７５をトンネル軸方向に第１の後続台車４内から第１の後続台車４前方まで移動させるトンネル軸方向移動装置（走行レール７１及び走行装置７２）と、電気ホイスト７５をトンネル幅方向に移動させるトンネル幅方向移動装置（固定レール７３、可動レール７４、複数の車輪７４ａ、電気モータ７４ｂ、及び電気ホイスト７５）と、を備える。また、このトンネル幅方向移動装置は、トンネル幅方向に延び、かつ、電気ホイスト７５が走行する横行レール（固定レール７３及び可動レール７４）を備える。そして、この横行レールは、トンネル幅方向に伸縮する。これにより、第１のクレーン７では、シールド機２の直後方にて、床版１５の構築工程に応じて、電気ホイスト７５のトンネル幅方向の移動可能範囲を拡張・縮小させることができるので、トンネルの中央付近での構造部材設置作業のみならず、トンネルの左右両サイドでの構造部材設置作業を効率良く行うことができる。従って、第１の後続台車４等の後続台車の後方における床版１５の構築作業が削減されて各種作業が簡素化されるので、後続台車の後方から切羽付近への資材輸送（例えば、セグメント１２の輸送）を効率的に行うことができる。
【００３６】
また、本実施形態によれば、第１の後続台車４は、門型台車であり、電気ホイスト７５が第１の後続台車４内にある場合には、第１のクレーン７の横行レール（固定レール７３及び可動レール７４）は、第１の後続台車４の内側面よりトンネル幅方向内方に位置する一方、電気ホイスト７５が第１の後続台車４とシールド機２との間にある場合には、第１のクレーン７の横行レール（固定レール７３及び可動レール７４）は、第１の後続台車４の内側面よりトンネル幅方向外方に張り出す。これにより、シールド機２の直後方における電気ホイスト７５のトンネル幅方向の移動可能範囲を、第１の後続台車４の支持フレーム４２間の間隔よりも大きくすることができるので、第１の後続台車４の車幅等に制限されることなく、シールド機２の直後方にて、トンネルの左右両サイドでの構造部材設置作業を行うことができる。
【００３７】
また、本実施形態によれば、トンネルの施工装置１は、第１の後続台車４の後方の床版１５上に配置され、かつ、第１の後続台車４に連結される第２の後続台車６と、第１の後続台車４及び第２の後続台車６に支持され、かつ、両者間にて構造部材を運搬する第２のクレーン８と、を更に含んで構成される。また、第１のクレーン７の電気ホイスト７５は、第１の後続台車４内にて、第２のクレーン８の下方を移動する。換言すれば、第１の後続台車４内にて、第２のクレーン８と第１のクレーン７とが、オーバーラップしている。これにより、資材運搬用トラック９からの荷降ろし作業と、セグメント供給装置１３へのセグメント１２の運搬作業及び床版１５の構築作業とを、各別のクレーンで行うことができるので、これらの作業を１台のクレーンで行う場合に比べて、クレーンの走行距離及び走行時間を短縮することができる。従って、この短縮時間分を、床版１５等の施工に費やすことができるので、シールド掘進のサイクルに遅れることなく、効率的に、床版１５等の施工を行うことができる。なお、本実施形態では、第１の後続台車４内にて、第１のクレーン７の電気ホイスト７５が、第２のクレーン８の下方を移動する構成としたが、第１の後続台車４内にて、第１のクレーン７の電気ホイスト７５が、第２のクレーン８の上方を移動する構成とすることも可能である。この場合においても、第１の後続台車４内にて、第１のクレーン７と第２のクレーン８とが、オーバーラップするので、上述のように、資材運搬用トラック９からの荷降ろし作業と、セグメント供給装置１３へのセグメント１２の運搬作業及び床版１５の構築作業とを、各別のクレーンで行うことができる。
【００３８】
また、本実施形態によれば、トンネルの施工装置１は、第１の後続台車４に支持され、かつ、第１の後続台車４内にて構造部材を運搬する第２のクレーン８を更に含んで構成される。また、第１のクレーン７の電気ホイスト７５は、第１の後続台車４内にて、第２のクレーン８の下方を移動する。これにより、第１の後続台車４内にて、第２のクレーン８と第１のクレーン７とが、オーバーラップしているので、第１の後続台車４内にて、第２のクレーン８を用いて、資材運搬用トラック９からの荷降ろし作業を行いつつ、第１のクレーン４を用いて、セグメント供給装置１３へのセグメント１２の運搬作業及び床版１５の構築作業を行うことができる。
【００３９】
また、本実施形態によれば、シールド機２と第１の後続台車４との間にてトンネル幅方向に３分割された床版（ボックスカルバート，床版部材１５ｃ，１５ｄ）を組立てて、床版１５を構築する。これにより、特許文献１記載のように後続台車の後方にて床版を構築する場合に比べて、資材運搬用トラック９がシールド機２に近づくことができるので、トラック９から切羽付近への資材運搬（いわゆる、２次運搬）を短縮することができる。
【００４０】
また、本実施形態によれば、第１のクレーン７の横行レールは、トンネル幅方向に延び、かつ、走行装置７２に支持される固定レール７３と、この固定レール７３に対してその外面を長手方向に摺動可能な可動レール７４と、を備えることにより、比較的簡易な構成で横行レールを伸縮させることができる。
また、本実施形態によれば、構造部材を吊り上げた第１のクレーン７の電気ホイスト７５を、シールド機２と第１の後続台車４との間に移動させ、可動レール７４を固定レール７３に対してトンネル幅方向に摺動させることにより、第１のクレーン７の横行レール（固定レール７３及び可動レール７４）をトンネル幅方向に拡張させ、この後に、電気ホイスト７５を構造部材の設置位置の直上に移動させ、そして、電気ホイスト７５により、構造部材を吊り下げて上記設置位置に移動させて、床版１５を構築する。これにより、クレーンを大型化させることなく、電気ホイスト７５のトンネル幅方向の移動可能範囲を拡張させることができるので、施工コストを抑制しつつ、トンネルの左右両サイドでの構造部材設置作業を効率良く行うことができる。
【００４１】
なお、本実施形態では、第２のクレーン８が、第１の後続台車４及び第２の後続台車６に支持されているが、第１の後続台車４内にて、第２のクレーン８と第１のクレーン７とが、オーバーラップするように構成されるのであれば、第２のクレーン８の支持形態はこれに限らず、例えば、第２のクレーン８が、第１の後続台車４のみにより支持されていてもよい。
【００４２】
また、本実施形態では、トンネル幅方向に３分割された床版（ボックスカルバート，床版部材１５ｃ，１５ｄ）を組立てて、床版１５を構築しているが、床版の分割形態はこれに限らず、例えば、覆工体１４の下部にて複数のプレキャスト支持部材をトンネル幅方向に並べて立設し、これらのプレキャスト支持部材に支持されるように、複数の板状のプレキャスト部材をトンネル幅方向に並べて配置する分割形態であってもよい。
【００４３】
また、本実施形態では、第１のクレーン７を用いて構築するトンネル内の構造体の一例として、床版１５を挙げて説明したが、第１のクレーン７を用いて構築できる構造体はこれに限らず、例えば、第１のクレーン７を用いて、トンネル施工用の仮設レールを、床版１５の上面に敷設することが可能である。この場合には、仮設レールが本発明における「構造体」に対応する一方、仮設レールを構成するレール部材や枕木等が本発明における「構造部材」に対応する。なお、この仮設レールが、床版１５上における第１の後続台車４及び第２の後続台車６の走行に用いられる場合には、第１の後続台車４の走行車輪４３及び第２の後続台車６の走行車輪６３は、それぞれ、仮設レール上を転動可能なように構成される。そして、この場合には、第１のクレーン７は、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示した第１のクレーン７の作動状態にて、電気ホイスト７５用の横行レールを拡張させつつ、仮設レールの敷設作業を行う。
【符号の説明】
【００４４】
１ トンネルの施工装置
２ シールド機
３ 牽引ビーム
４ 第１の後続台車
５ 牽引ビーム
６ 第２の後続台車
７ 第１のクレーン
８ 第２のクレーン
９ トラック
１１ エレクター
１２ セグメント
１３ セグメント供給装置
１４ 覆工体
１５ 床版
１５ａ，１５ｂ ボックスカルバート部材
１５ｃ，１５ｄ 床版部材
４１ 上部フレーム
４２ 支持フレーム
４３，４４ 走行車輪
６１ 上部フレーム
６２ 支持フレーム
６３，６４ 走行車輪
７１ 走行レール
７２ 走行装置
７３ 固定レール（横行レール）
７４ 可動レール（横行レール）
７５ 電気ホイスト
８１ 走行レール
８２ 走行装置
８３ 横行レール
８４ 電気ホイスト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルを掘削するシールド機と、
該シールド機の後方にて構築された床版上に配置され、かつ、前記シールド機に連結される第１の後続台車と、
前記シールド機と前記第１の後続台車との間に配置されて両者により支持され、かつ、前記トンネル内の構造体の構築に用いられる第１のクレーンと、
を含んで構成され、
前記第１のクレーンは、前記構造体を構成する構造部材を吊り上げ可能な吊上装置と、該吊上装置をトンネル軸方向に前記第１の後続台車内から前記第１の後続台車前方まで移動させるトンネル軸方向移動装置と、前記吊上装置をトンネル幅方向に移動させるトンネル幅方向移動装置と、を備え、
該トンネル幅方向移動装置は、トンネル幅方向に延び、かつ、前記吊上装置が走行する横行レールを備え、
該横行レールは、トンネル幅方向に伸縮することを特徴とするトンネルの施工装置。
【請求項２】
前記第１の後続台車は、門型台車であり、
前記吊上装置が前記門型台車内にある場合には、前記横行レールは、前記門型台車の内側面よりトンネル幅方向内方に位置する一方、
前記吊上装置が前記門型台車と前記シールド機との間にある場合には、前記横行レールは、前記門型台車の内側面よりトンネル幅方向外方に張り出すことを特徴とする請求項１に記載のトンネルの施工装置。
【請求項３】
前記第１の後続台車の後方の床版上に配置され、かつ、前記第１の後続台車に連結される第２の後続台車と、前記第１及び第２の後続台車に支持され、かつ、両者間にて前記構造部材を運搬する第２のクレーンと、を更に含んで構成され、
前記吊上装置は、前記第１の後続台車内にて、前記第２のクレーンの上方又は下方を移動することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトンネルの施工装置。
【請求項４】
前記第１の後続台車に支持され、かつ、前記第１の後続台車内にて前記構造部材を運搬する第２のクレーンを更に含んで構成され、
前記吊上装置は、前記第１の後続台車内にて、前記第２のクレーンの上方又は下方を移動することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトンネルの施工装置。
【請求項５】
前記構造体は、トンネル幅方向に少なくとも２つに分割される床版であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のトンネルの施工装置。
【請求項６】
前記横行レールは、トンネル幅方向に延び、かつ、前記トンネル軸方向移動装置に支持される固定レールと、該固定レールに対してその外面を長手方向に摺動可能な可動レールと、を備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のトンネルの施工装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載のトンネルの施工装置を用い、
前記構造部材を吊り上げた前記吊上装置を前記シールド機と前記第１の後続台車との間に移動させ、
前記横行レールをトンネル幅方向に拡張させ、
前記吊上装置を前記構造部材の設置位置の直上に移動させ、
前記構造部材を吊り下げて前記設置位置に移動させて、前記構造体を構築する、
トンネルの施工方法。
【請求項１】
トンネルを掘削するシールド機と、
該シールド機の後方にて構築された床版上に配置され、かつ、前記シールド機に連結される第１の後続台車と、
前記シールド機と前記第１の後続台車との間に配置されて両者により支持され、かつ、前記トンネル内の構造体の構築に用いられる第１のクレーンと、
を含んで構成され、
前記第１のクレーンは、前記構造体を構成する構造部材を吊り上げ可能な吊上装置と、該吊上装置をトンネル軸方向に前記第１の後続台車内から前記第１の後続台車前方まで移動させるトンネル軸方向移動装置と、前記吊上装置をトンネル幅方向に移動させるトンネル幅方向移動装置と、を備え、
該トンネル幅方向移動装置は、トンネル幅方向に延び、かつ、前記吊上装置が走行する横行レールを備え、
該横行レールは、トンネル幅方向に伸縮することを特徴とするトンネルの施工装置。
【請求項２】
前記第１の後続台車は、門型台車であり、
前記吊上装置が前記門型台車内にある場合には、前記横行レールは、前記門型台車の内側面よりトンネル幅方向内方に位置する一方、
前記吊上装置が前記門型台車と前記シールド機との間にある場合には、前記横行レールは、前記門型台車の内側面よりトンネル幅方向外方に張り出すことを特徴とする請求項１に記載のトンネルの施工装置。
【請求項３】
前記第１の後続台車の後方の床版上に配置され、かつ、前記第１の後続台車に連結される第２の後続台車と、前記第１及び第２の後続台車に支持され、かつ、両者間にて前記構造部材を運搬する第２のクレーンと、を更に含んで構成され、
前記吊上装置は、前記第１の後続台車内にて、前記第２のクレーンの上方又は下方を移動することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトンネルの施工装置。
【請求項４】
前記第１の後続台車に支持され、かつ、前記第１の後続台車内にて前記構造部材を運搬する第２のクレーンを更に含んで構成され、
前記吊上装置は、前記第１の後続台車内にて、前記第２のクレーンの上方又は下方を移動することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトンネルの施工装置。
【請求項５】
前記構造体は、トンネル幅方向に少なくとも２つに分割される床版であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のトンネルの施工装置。
【請求項６】
前記横行レールは、トンネル幅方向に延び、かつ、前記トンネル軸方向移動装置に支持される固定レールと、該固定レールに対してその外面を長手方向に摺動可能な可動レールと、を備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のトンネルの施工装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載のトンネルの施工装置を用い、
前記構造部材を吊り上げた前記吊上装置を前記シールド機と前記第１の後続台車との間に移動させ、
前記横行レールをトンネル幅方向に拡張させ、
前記吊上装置を前記構造部材の設置位置の直上に移動させ、
前記構造部材を吊り下げて前記設置位置に移動させて、前記構造体を構築する、
トンネルの施工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−４６８７７（Ｐ２０１２−４６８７７Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８７０８０（Ｐ２０１０−１８７０８０）
【出願日】平成２２年８月２４日（２０１０．８．２４）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２４日（２０１０．８．２４）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
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