トンネル補強方法
【課題】 掘削手段をトンネルの周囲に容易に設置することができ、また、トンネルの周囲の掘削と、トンネルの周囲の補強とを同時に行うことにより、施工効率を向上させることができるトンネル補強方法を提供することを課題とする。
【解決手段】 トンネル補強方法であって、鉄道用トンネルＴ１（トンネル）の周囲の地盤に作業用トンネルＴ２（作業空間）を設ける段階と、作業用トンネルＴ２の壁面から地盤内に掘進させた掘削手段１によって、鉄道用トンネルＴ１の外周に沿って曲線穴Ａを掘削するとともに、曲線穴Ａ内に注入した固化材と掘削土砂とを撹拌して、曲線穴Ａ内の掘削土砂を固化させる段階とから構成されていることを特徴とする。
【解決手段】 トンネル補強方法であって、鉄道用トンネルＴ１（トンネル）の周囲の地盤に作業用トンネルＴ２（作業空間）を設ける段階と、作業用トンネルＴ２の壁面から地盤内に掘進させた掘削手段１によって、鉄道用トンネルＴ１の外周に沿って曲線穴Ａを掘削するとともに、曲線穴Ａ内に注入した固化材と掘削土砂とを撹拌して、曲線穴Ａ内の掘削土砂を固化させる段階とから構成されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルを補強するためのトンネル補強方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド工法によって掘削されたトンネルが経年劣化したり、予定よりも大きな荷重がトンネルに作用したりした場合に、トンネルを補強する方法としては、トンネルの外周と同一な内径の中空部を有する円筒状の中空掘削機を用いたトンネル補強方法がある。このトンネル補強方法では、トンネルを囲むように中空掘削機を設置し、中空掘削機によってトンネルの周囲の地盤を掘削するとともに、掘削した領域に充填材を充填しながら、中空掘進機をトンネルの軸方向に沿って掘進させて、トンネルの周囲の地盤強度を高めている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２９５１７２号公報（段落００１８、段落００２１、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記した従来のトンネル補強方法では、中空掘削機の掘進起点となる作業空間を地中に掘削する必要があり、トンネルを囲むように中空掘削機を設置するためには、トンネルの一部区間において外周面部を全周露出させる必要がある。このように、大きな作業空間を掘削することになるため、中空掘削機の設置作業が煩雑になってしまうという問題がある。特に、鉄道用トンネルのように、トンネルの外径が大きい場合には、トンネルの下方に作業空間を掘削することが困難になる。
鉄道用トンネルを補強する場合には、地下駅から作業空間内に機材を搬入することが望ましいが、地下駅の端に広い作業空間を設けることが困難であるため、鉄道用トンネルの外周面部が露出するように地上から大きな立坑を掘削しており、鉄道用トンネルの補強作業が煩雑になっている。
【０００４】
本発明では、前記した問題を解決し、掘削手段が小型化され、掘削手段の掘進起点となる作業空間が小さくなることにより、掘削手段をトンネルの周囲に容易に設置することができ、また、トンネルの周囲の掘削と、トンネルの周囲の補強とを同時に行うことにより、施工効率を向上させることができるトンネル補強方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明は、トンネルを補強するトンネル補強方法であって、トンネルの周囲の地盤に作業空間を設ける段階と、作業空間の壁面から地盤内に掘進させた掘削手段によって、トンネルの外周に沿って曲線穴を掘削するとともに、曲線穴内に注入した固化材と掘削土砂とを撹拌して、曲線穴内の掘削土砂を固化させる段階とから構成されていることを特徴としている。
【０００６】
このように、掘削手段を作業空間の壁面から地盤内に掘進させ、掘削土砂と固化材とを撹拌しながら、トンネルの外周に沿って曲線穴を掘削して、曲線穴内の掘削土砂を固化させることにより、トンネルの周囲の地盤強度を高めており、トンネルを囲むように設置した掘進手段をトンネルの軸方向に掘進させる必要がなくなる。これにより、掘削手段を小型化することができ、掘削手段の掘進起点となる作業空間を小さくすることができるため、掘削手段をトンネルの周囲に容易に設置することができる。
また、トンネルの上方に設けた小さな作業空間から掘削手段を掘進させることができ、作業空間を設けるために、トンネルの下方を掘削する必要がなくなるため、作業空間を容易に設けることができる。
例えば、鉄道用トンネルを補強する場合には、地下駅の端からトンネルの周囲に作業空間を掘削するができ、地下駅から作業空間内に機材等を搬入することができるため、施工効率を向上させることができる。
【０００７】
また、トンネル内を利用しながら施工することができ、補強作業の時間帯が制限されないため、施工期間を短くすることができる。
さらに、トンネルの外周に沿って曲線穴を掘削しながら、トンネルの周囲の地盤強度を高めることができるため、施工効率を向上させることができる。
【０００８】
また、掘削手段は、曲線穴内の掘削土砂に固化材を注入しながら掘進しており、曲線穴内全域を均一に固化させて、トンネルの周囲の地盤強度を均一に高めることができるため、トンネルを確実に補強することができる。
【０００９】
前記したトンネル補強方法において、掘削手段は、一定の曲率で湾曲している掘削軸と、掘削軸の先端部に取り付けられている駆動装置と、駆動装置によって回転するカッタと、掘削土砂に固化材を注入する固化材注入手段とを備えており、カッタを作業空間の壁面から地盤内に挿入し、カッタを回転させて、掘削軸を地盤内に順次に挿入することにより、固化材注入手段によって注入された固化材と掘削土砂とをカッタによって撹拌しながら、掘削手段を地盤内に掘進させるように構成することができる。
【００１０】
このように、カッタを回転させる駆動装置を掘削軸の先端部に取り付けることにより、駆動装置の出力がカッタに対して効果的に伝達されるため、カッタの掘削効率を向上させることができる。
【００１１】
また、一般的な地盤掘削装置に用いられている小型なカッタ、駆動装置および固化材注入手段を利用してトンネルを補強することができるため、施工コストを低減することができる。
【００１２】
前記したトンネル補強方法において、作業空間は、トンネルの軸方向に沿って掘削された作業用トンネルによって構成することができる。
【００１３】
このように、トンネルの軸方向に沿って掘削された作業用トンネルによって作業空間を構成することにより、作業空間内で掘削手段をトンネルの軸方向に移設することができるため、トンネルの軸方向に延長されている補強区間を効率良く補強することができる。
【００１４】
前記したトンネル補強方法において、駆動装置の出力部は、掘削軸に外嵌されており、出力部が掘削軸周りに回転するように構成することができる。
【００１５】
このように、駆動装置の出力部を掘削軸周りに回転させることにより、出力部が安定して回転することになるため、カッタの掘削効率を向上させることができる。
なお、出力部が掘削軸周りに回転する外周駆動型の駆動装置としては、例えば、ラジアルピストンモータやアキシャルピストンモータ等の油圧モータを用いることができる。
【００１６】
前記したトンネル補強方法において、掘削軸は中空管であり、掘削軸内には、駆動装置を駆動させるための駆動ケーブルおよび固化材注入手段に固化材を供給するための固化材供給管が内挿されているように構成することができる。
【００１７】
このように、掘削軸内に駆動ケーブルや固化材供給管を内挿することにより、駆動ケーブルや固化材供給管を容易に配管することができるとともに、掘削時に駆動ケーブルや固化材供給管の損傷を防ぐことができる。
また、駆動ケーブルや固化材供給管の他に、掘削土砂の一部を排土するための排土管を掘削軸内に内挿してもよい。
【００１８】
前記したトンネル補強方法において、カッタは、拡径および縮径自在に構成することができる。
【００１９】
ここで、掘削手段を作業空間の壁面から地盤内に挿入するときに、壁面にセグメントが取り付けられている場合には、セグメントに形成した貫通穴から掘削手段を地盤内に挿入することになる。このとき、作業空間の強度を考慮すると、貫通穴の開口面積を狭く形成することが望ましいが、貫通穴の開口面積に伴って掘削手段のカッタも小型化する必要があり、曲線穴の径が小さくなってしまうため、固化させる掘削土砂が少なくなり、トンネルの周囲の地盤強度を十分に高めることができなくなってしまう。
【００２０】
そこで、カッタを拡径および縮径自在に構成することにより、セグメントの貫通穴を通過するときにはカッタを縮径させ、貫通穴の通過後にカッタを拡径して曲線穴を掘削することができるため、貫通穴による作業空間の強度低下を低減することができるとともに、大きな径の曲線穴を掘削して、その曲線穴内の掘削土砂を固化させることにより、トンネルの周囲の地盤強度を十分に高めることができる。
【００２１】
前記したトンネル補強方法において、地盤内に掘進させた掘削手段を作業空間内に貫入させ、作業空間内で掘削手段からカッタ、駆動装置および固化材注入手段を取り外し、曲線穴内に掘削軸を残置させるように構成することができる。
【００２２】
このように、地盤内に掘進させた掘削手段を作業空間内に貫入させることにより、作業空間内でカッタ、駆動装置および固化材注入手段を掘削軸から容易に取り外して回収することができる。
そして、カッタ、駆動装置および固化材注入手段を取り外した掘削軸は、芯材として曲線穴内に残すことにより、トンネルの周囲を補強することができる。
【００２３】
前記したトンネル補強方法において、曲線穴を掘削した後に、掘削手段を曲線穴内から作業空間内に回収し、曲線穴内には芯材を挿入するように構成することができる。
【００２４】
このように、曲線穴を掘削した後に、掘削手段を曲線穴内から作業空間内に回収し、曲線穴内には芯材を挿入することにより、掘削軸よりも太い芯材を曲線穴に挿入することができるため、トンネルの周囲を確実に補強することができる。
【００２５】
また、曲線穴の掘削後に、掘削軸からカッタや駆動装置を取り外して、掘削軸を曲線穴内に残す必要がなくなるため、地盤内に掘進させた掘削手段を作業空間内に貫入させる必要がなくなる。これにより、掘削手段を作業空間内に貫入させるための貫通穴を作業空間のセグメントに形成する必要がなくなるため、作業空間の強度低下を低減することができる。また、掘削手段をセグメントの貫通穴に向かって精度良く掘進させる必要がなくなるため、施工管理を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のトンネル補強方法によれば、掘削手段を作業空間の壁面から地盤内に掘進させ、掘削土砂と固化材とを撹拌しながら、トンネルの外周に沿って曲線穴を掘削して、曲線穴内の掘削土砂を固化させることにより、トンネルの周囲の地盤強度を高めている。これにより、掘削手段を小型化することができ、掘削手段の掘進起点となる作業空間を小さくすることができるため、掘削手段をトンネルの周囲に容易に設置することができる。
また、トンネルの上方に設けた小さな作業空間から掘削手段を掘進させることができ、作業空間を設けるために、トンネルの下方を掘削する必要がなくなるため、作業空間を容易に設置することができる。
さらに、トンネル内を利用しながら施工することができ、補強作業の時間帯が制限されないため、施工期間を短くすることができる。
また、トンネルの外周に沿って曲線穴を掘削しながら、トンネルの周囲の地盤強度を高めることができるため、施工効率を向上させることができる。
また、掘削土砂に固化材を注入しながら掘進しており、曲線穴内全域を均一に固化させて、トンネルの周囲の地盤強度を高めることができるため、トンネルを確実に補強することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、本実施形態のトンネル補強方法に用いられる掘削手段について説明した後に、その掘削手段を用いたトンネル補強方法について説明する。
なお、以下の説明において、「前後方向」とは掘削手段の掘進方向に対応している。
【００２８】
［掘削手段の構成］
図１は、本実施形態のトンネル補強方法に用いられる掘削手段を示した図で、（ａ）は側面図、（ｂ）はカッタを拡径した状態の側断面図、（ｃ）はカッタを縮径した状態の側断面図である。
掘削手段１は、図１（ａ）に示すように、一定の曲率で湾曲しているケーシング１０（特許請求の範囲における「掘削軸」）と、ケーシング１０の先端部１１に取り付けられている駆動装置２０と、駆動装置２０によって回転するカッタ３０と、掘削土砂に固化材を注入する固化材注入手段（図示せず）と、掘削土砂の一部を排土する排土手段（図示せず）とを備えている。
【００２９】
ケーシング１０は、一定の曲率で補強対象のトンネルの軸線と平行な水平軸周りに湾曲している中空管であり、トンネルの外周に沿うように湾曲しており、その基端部を継ぎ足すことにより、順次に延長することができるように構成されている。なお、ケーシング１０の先端部１１には、駆動装置２０の取付部が直線状に形成されている。
【００３０】
駆動装置２０は、図１（ｂ）に示すように、出力部２１の中央部に形成された貫通穴２２内にケーシング１０の先端部１１が内挿されることにより、出力部２１がケーシング１０に外嵌されており、この出力部２１がケーシング１０の先端部１１の軸周りに回転するように構成された外周駆動型のモータである。駆動装置２０としては、ラジアルピストンモータやアキシャルピストンモータ等の油圧モータを用いることができる。
【００３１】
また、駆動装置２０を駆動させるための駆動油を供給および排出する駆動ケーブル（図示せず）は、ケーシング１０内に内挿されており、駆動装置２０に接続された駆動ケーブルはケーシング１０内を通過して、外部の油圧ポンプ（図示せず）に接続されている。
【００３２】
カッタ３０は、図１（ｂ）に示すように、駆動装置２０の前方に配置されたカッタ本体３１が、駆動装置２０の出力部２１の回転に伴って、出力部２１と同じ軸周りに回転することにより、カッタ本体３１の前面に設けられた掘削面の各ビット３２・・・によって、地盤を掘削するように構成されている。
【００３３】
カッタ本体３１は、２枚の板状部材３３，３３から構成されており、各板状部材３３，３３は長手方向がカッタ３０の幅方向に配置されている。また、各板状部材３３，３３の内端部が出力部２１の中心軸線上で連結されており、各板状部材３３，３３は外端部が内端部よりも後方に配置されるように傾斜している。
【００３４】
さらに、各板状部材３３，３３は、連結部３４において回動自在に連結されており、図１（ｂ）の状態から連結部３４を中心として折り畳むことにより、カッタ本体３１を図１（ｃ）の状態に縮径することができる。当然に、図１（ｃ）の状態から連結部３４を中心として各板状部材３３，３３を広げることにより、カッタ本体３１を図１（ｂ）の状態に拡径することもできる。
そして、カッタ本体３１を拡径した場合には、駆動装置２０の外径よりも大きくなり、カッタ本体３１を縮径した場合には、駆動装置２０の外径と略同じ大きさとなる。
【００３５】
ここで、カッタ本体３１を拡径および縮径させる構成について説明する。
カッタ３０は、図１（ｂ）に示すように、カッタ本体３１の後方でケーシング１０の先端部１１内に内挿されているシリンダ３５を備えている。
このシリンダ３５は、伸縮ロッド３５ａが出力部２１の中心軸線上で、本体部３５ｂに対して前後方向に移動するように構成されており、シリンダ３５の伸縮ロッド３５ａの先端部は、各板状部材３３，３３の連結部３４に接続されている。
また、シリンダ３５は、本体部３５ｂの外周面と、ケーシング１０の先端部１１の内周面との間に介設されたベアリング３６によって、出力部２１と同じ軸周りに回転するように構成されている。
さらに、シリンダ３５の本体部３５ｂの外周面には、棒状部材である２本のリンク部材３７，３７の一端が回動自在に取り付けられており、各リンク部材３７，３７の他端は、各板状部材３３，３３の後面において長手方向の略中央部に回動自在に取り付けられている。
【００３６】
図１（ｂ）に示すように、カッタ本体３１を拡径させた状態で、シリンダ３５の伸縮ロッド３５ａを伸長させた場合には、連結部３４は前方に押し出されることになるが、各板状部材３３，３３の長手方向の略中央部は、各リンク部材３７，３７によって前後方向の移動が規制されており、中心軸線に向かって引き込まれるため、図１（ｃ）に示すように、各板状部材３３，３３が折り畳まれた状態となり、カッタ本体３１が縮径することになる。
また、縮径させたカッタ本体３１を拡径させる場合には、前記した縮径させる場合とは逆に、シリンダ３５の伸縮ロッド３５ａを縮退させることにより、連結部３４が後方に引き込まれるとともに、各リンク部材３７，３７によって前後方向の移動が規制された各板状部材３３，３３が外側に押し出されるため、図１（ｂ）に示すように、各板状部材３３，３３が広がった状態となり、カッタ本体３１が拡径することになる。
【００３７】
また、図１（ｂ）に示すように、駆動装置２０の出力部２１の中央部に形成された貫通穴２２の前端部には、カッタ本体３１を拡径させたときに、各リンク部材３７，３７が入り込む位置に切り欠き溝２３，２３が形成されており、この切り欠き溝２３，２３によって各リンク部材３７，３７が出力部２１に係止された状態になる。
そして、各リンク部材３７，３７を出力部２１に係止させた状態で出力部２１を回転させると、各リンク部材３７，３７が出力部２１の回転に伴って回転することになり、カッタ本体３１が出力部２１と同じ軸周りに回転することになる。
【００３８】
固化材注入手段（図示せず）は、カッタ３０によって掘削され、ケーシング１０の周囲に残置される掘削土砂に固化材を注入する装置であり、外部に設置された固化材の貯留タンク（図示せず）から供給された固化材を、ケーシング１０内に内挿された固化材供給管（図示せず）を通じて、駆動装置２０の出力部２１に形成された貫通穴２２の前端開口部から排出するように構成されている。
なお、本実施形態では、掘削土砂を固化させるための固化材としてセメントミルクを用いている。
また、固化材を排出する位置は限定されるものではなく、例えば、カッタ本体３１の掘削面から排出したり、駆動装置２０の後方でケーシング１０から排出したりしてもよい。
【００３９】
排土手段（図示せず）は、カッタ３０によって掘削された掘削土砂の一部を掘削穴から外部に排土するための装置であり、駆動装置２０の出力部２１に形成された貫通穴２２の前端開口部から取り込まれた掘削土砂を、ケーシング１０内に内挿された排土管（図示せず）を通じて、掘削穴から外部に排土するように構成されている。
【００４０】
前記した構成の掘削手段１では、カッタ３０のカッタ本体３１を地盤内に挿入し、駆動装置２０によってカッタ３０を回転させて、ケーシング１０を地盤内に順次に挿入することにより、補強対象のトンネルの外周に沿って地盤内を掘進させ、トンネルの周囲に曲線穴を掘削することができる。また、地盤内を掘進しながら、固化材注入手段によって掘削土砂に固化材を注入し、掘削土砂と固化材とをカッタ３０によって撹拌するとともに、排土手段によって掘削土砂の一部を排土することができる。
【００４１】
［トンネル補強方法］
次に、前記した掘削手段１を用いてトンネルを補強するトンネル補強方法について説明する。
図２は、本実施形態のトンネル補強方法を示した図で、（ａ）は作業用トンネルを掘削している態様の側面図、（ｂ）は鉄道用トンネルおよび作業用トンネルの正面断面図、（ｃ）は作業用トンネルの内壁面を示した図である。図３は、本実施形態のトンネル補強方法を示した図で、（ａ）は掘削手段を地盤内で掘進させている態様の正面断面図、（ｂ）は地盤内に曲線穴を掘削した後の正面断面図である。図４は、本実施形態のトンネル補強方法を示した図で、（ａ）は曲線穴を掘削した後の作業用トンネルの内壁面を示した図、（ｂ）は曲線穴を掘削した後の鉄道用トンネルおよび作業用トンネルの側面図である。
【００４２】
本実施形態では、図２（ａ）に示すように、シールド工法によって同一断面に掘削された鉄道用トンネルＴ１を部分的に補強する場合について説明する。
なお、鉄道用トンネルＴ１の壁面には、あらかじめ一次覆工としてセグメントＳ１が取り付けられている。
【００４３】
まず、図２（ａ）に示すように、地下駅Ｅの端Ｅ１から鉄道用トンネルＴ１の上方の地盤に既存のシールドマシン２を掘進させることにより、鉄道用トンネルＴ１の軸方向に沿って作業用トンネルＴ２（特許請求の範囲における「作業空間」）を掘削する。
本実施形態の作業用トンネルＴ２は、図２（ｂ）に示すように、隣り合う二本のトンネルを重複させて掘削することによって軸断面が幅広に形成されている。また、作業用トンネルＴ２の壁面には、一次覆工としてセグメントＳ２を取り付けるとともに、幅方向の中央部には、作業用トンネルＴ２の長手方向に所定間隔で複数の支柱Ｓ２ｃが設けられている。
【００４４】
なお、作業用トンネルＴ２は、図２（ａ）に示すように、鉄道用トンネルＴ１と比較して小さいことから、小型なシールドマシン２を用いて掘削することができるため、シールドマシン２を地下駅Ｅの端Ｅ１で組み立てて地盤内に掘進させることができる。
このシールドマシン２は、隣の地下駅（図示せず）まで鉄道用トンネルＴ１の軸方向に沿って掘進させ、隣の地下駅の端で解体して回収する。
【００４５】
また、図２（ｂ）および（ｃ）に示すように、作業用トンネルＴ２のセグメントＳ２の下面部には、作業用トンネルＴ２の横幅方向に所定間隔を離して入口穴Ｓ２ａおよび出口穴Ｓ２ｂを貫通させる。
図２（ｂ）において右側の入口穴Ｓ２ａは、掘削手段１を挿入するための貫通穴であり、 左側の出口穴Ｓ２ｂは、地盤内に掘進させた掘削手段１を作業用トンネルＴ２内に貫入させるための貫通穴であるため、入口穴Ｓ２ａと出口穴Ｓ２ｂとの間隔は、ケーシング１０を地盤内に配置したときの両端部の間隔に対応させて設定する（図３（ｂ）参照）。
また、入口穴Ｓ２ａおよび出口穴Ｓ２ｂは、鉄道用トンネルＴ１の軸方向に延長されている補強区間に対応させて、作業用トンネルＴ２の軸方向に所定間隔で並設する。
なお、入口穴Ｓ２ａおよび出口穴Ｓ２ｂからの土砂や地下水の流入を防ぐため、各入口穴Ｓ２ａ・・・および各出口穴Ｓ２ｂ・・・に蓋体Ｆを嵌め込んで塞いでいる。
【００４６】
続いて、図３（ａ）に示すように、掘削手段１を作業用トンネルＴ２内に設置する。このとき、掘削手段１の機材は、地下駅Ｅ（図２（ａ）参照）から作業用トンネルＴ２内に搬入することができるため、作業用トンネルＴ２内に掘削手段１を容易に設置することができる。
なお、作業用トンネルＴ２内には、掘削手段１を支持するための支持架台や、ケーシング１０を軸方向に移動可能に支持するガイド部材を設けることができる。
【００４７】
さらに、蓋体Ｆを取り外した入口穴Ｓ２ａにカッタ３０を通過させて、カッタ３０を地盤内に挿入する。このように、セグメントＳ２を貫通している入口穴Ｓ２ａを通過させることにより、掘削手段１を作業用トンネルＴ２内から容易に掘進させることができる。
【００４８】
また、カッタ３０を入口穴Ｓ２ａに通過させるときには、図１（ｃ）に示すように、カッタ本体３１を縮径させた状態で通過させる。
このように、入口穴Ｓ２ａは、縮径させたカッタ本体３１が通過可能な大きさに形成されていればよく、入口穴Ｓ２ａの開口面積を狭くすることができるため、作業用トンネルＴ２の強度低下を低減することができる。
【００４９】
カッタ３０を入口穴Ｓ２ａに通過させ、図３（ａ）に示すように、カッタ本体３１を拡径させた後に、駆動装置２０を起動してカッタ３０を回転させて、ケーシング１０を地盤内に順次に挿入することにより、掘削手段１を地盤内に掘進させる。
また、掘削手段１を掘進させながら、固化材注入手段（図示せず）から掘削土砂に固化材を注入し、掘削土砂と固化材とをカッタ３０によって撹拌するとともに、排土手段（図示せず）によって掘削土砂の一部を排土する。
【００５０】
なお、ケーシング１０は、作業用トンネルＴ２内に設けられた油圧ジャッキ４によって押し出されることにより、地盤内に挿入されることになる。
また、入口穴Ｓ２ａには、パッカーＰを嵌め込むことにより、入口穴Ｓ２ａとケーシング１０との隙間からの土砂や地下水の流入を防ぐことができる。
【００５１】
本実施形態の掘削手段１では、図１（ａ）に示すように、カッタ３０を回転させる駆動装置２０がケーシング１０の先端部１１に取り付けられており、駆動装置２０の出力がカッタ３０に対して効果的に伝達される。さらに、駆動装置２０の出力部２１は、ケーシング１０の先端部１１に外嵌されており、出力部２１がケーシング１０の軸周りに安定して回転することになる。このように、本実施形態の掘削手段１では、カッタ３０の掘削効率を向上させることができる。
また、駆動ケーブル、固化材供給管および排土管の配管類（図示せず）は、ケーシング１０内に内挿されているため、掘削時に配管類の損傷を防ぐことができる。
さらに、カッタ本体３１の外径よりもケーシング１０の外径が小さくなっており、掘削土砂の大部分はケーシング１０の周囲に残置させることができるため、排土手段による排土量が非常に少なくなっている。
【００５２】
そして、図３（ａ）に示すように、地盤内に掘進させた掘削手段１によって、ケーシング１０の外径よりも大きい内径の曲線穴Ａを、鉄道用トンネルＴ１の外周に沿って掘削する。この曲線穴Ａ内の掘削土砂には固化材が注入されており、カッタ３０によって撹拌されているため、所定時間が経過した後に、曲線穴Ａ内の掘削土砂が固化し、ケーシング１０の周囲が地盤改良されることにより、地盤強度が高まることになる。
なお、本実施形態では、鉄道用トンネルＴ１のセグメントＳ１の外周面部と、曲線穴Ａの内周面部とが接するように掘削手段１を掘進させているが、セグメントＳ１の外周面部と、曲線穴Ａの内周面部とが離れていてもよい。
【００５３】
このように、鉄道用トンネルＴ１の外周に沿って曲線穴Ａを掘削しながら、鉄道用トンネルＴ１の周囲の地盤強度を高めることができるため、施工効率が向上している。
また、掘削手段１は、掘削土砂に固化材を注入し、掘削土砂と固化材とを撹拌しながら掘進しているため、曲線穴Ａ内全域の掘削土砂を均一に固化させることができる。
さらに、カッタ３０は、入口穴Ｓ２ａを通過後にカッタ本体３１を拡径させることにより、大きな径の曲線穴Ａを掘削することができ、固化させる掘削土砂の量も増えるため、鉄道用トンネルＴ１の周囲の地盤強度を十分に高めることができる。
【００５４】
続いて、図３（ｂ）に示すように、地盤内に掘進させた掘削手段１を、作業用トンネルＴ２のセグメントＳ２に形成した出口穴Ｓ２ｂから作業用トンネルＴ２内に貫入させる。そして、作業用トンネルＴ２内でカッタ３０および駆動装置２０をケーシング１０から取り外して回収するとともに、駆動ケーブル、固化材供給管および排土管の配管類（図示せず）をケーシング１０の基端部側から引き抜いて回収する。このとき、カッタ３０および駆動装置２０を作業用トンネルＴ２内で取り外すことができるため、取り外し作業を容易に行うことができる。
【００５５】
このように、ケーシング１０からカッタ３０、駆動装置２０および配管類を回収し、地盤内にケーシング１０を残すことにより、ケーシング１０を曲線穴Ａの芯材として利用することができ、鉄道用トンネルＴ１の周囲を補強することができる。
【００５６】
なお、カッタ３０を出口穴Ｓ２ｂに通過させるときには、カッタ本体３１を縮径させた状態で通過させる（図１（ｂ）参照）。すなわち、入口穴Ｓ２ａと同様に、出口穴Ｓ２ｂもカッタ本体３１を縮径させた状態のカッタ３０が通過可能な大きさに形成されていればよく、出口穴Ｓ２ｂの開口面積を狭くすることができるため、作業用トンネルＴ２の強度低下を低減することができる。
また、出口穴Ｓ２ｂには、入口穴Ｓ２ａと同様に、パッカーＰを嵌め込むことにより、出口穴Ｓ２ｂとケーシング１０との隙間からの土砂や地下水の流入を防ぐことができる。
【００５７】
そして、前記した曲線穴Ａの掘削と同様にして、図４（ａ）に示すように、各入口穴Ｓ２ａおよび各出口穴Ｓ２ｂ（図３（ｂ）参照）を利用して、曲線穴Ａを順次に掘削し、図４（ｂ）に示すように、鉄道用トンネルＴ１の周囲の地盤強度を高める。
このとき、掘削手段１の掘進起点となる作業用トンネルＴ２は、鉄道用トンネルＴ１の軸方向に沿って掘削されているため、掘削手段１を鉄道用トンネルＴ１の軸方向に容易に移設して、鉄道用トンネルＴ１の補強区間を軸方向に延長させることができる。
なお、順次に掘削する曲線穴Ａは、隣り合う曲線穴Ａが重複するように掘削することにより、鉄道用トンネルＴ１を囲む壁状の地盤改良体が形成されることになる。
本実施形態のトンネル補強方法では、曲線穴Ａ内全域の掘削土砂を均一に固化させて、鉄道用トンネルＴ１の周囲の地盤強度を高めているため、鉄道用トンネルＴ１を確実に補強することができる。
【００５８】
前記した構成のトンネル補強方法では、掘削手段１が小型化されており、掘削手段１の掘進起点となる作業用トンネルＴ２を小さくすることができるため、掘削手段１を鉄道用トンネルＴ１の周囲に容易に設置することができる。
また、鉄道用トンネルＴ１の上方に設けた小さな作業用トンネルＴ２から掘削手段１を掘進させることができ、掘削手段１の掘進起点となる空間を設けるために、鉄道用トンネルＴ１の下方を掘削する必要がなくなるため、掘削手段１の掘進起点となる空間を容易に設置することができる。
また、鉄道用トンネルＴ１内を利用しながら施工することができ、補強作業の時間帯が制限されないため、施工期間を短くすることができる。
さらに、一般的な地盤掘削装置に用いられている小型なカッタ３０、駆動装置２０、固化材注入手段および排土手段を利用して鉄道用トンネルＴ１を補強することができるため、施工コストを低減することができる。
【００５９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。図５は、他の実施形態におけるトンネル補強方法を示した図で、（ａ）はＨ形鋼の芯材を曲線穴に挿入した状態の正面断面図、（ｂ）はＨ形鋼の芯材を曲線穴に挿入した状態の作業用トンネルの内壁面を示した図である。図６は、他の実施形態におけるトンネル補強方法を示した図で、（ａ）は三本のトンネルを重複させて形成した作業用トンネルの正面断面図、（ｂ）は複数の作業用トンネルを掘削した構成の正面断面図である。
【００６０】
例えば、本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、掘削手段１（図３（ａ）参照）のケーシング１０を曲線穴Ａの芯材として利用しているが、図５に示すように、作業用トンネルＴ２から地盤内に掘進させた掘削手段１を作業用トンネルＴ２内に貫入させることなく、曲線穴Ａを鉄道用トンネルＴ１の周囲に掘削した後に、掘削手段１全体を入口穴Ｓ２ａから引き抜いて回収し、曲線穴Ａ内にはＨ形鋼の芯材Ｈを挿入するように構成してもよい。
【００６１】
この構成では、ケーシング１０（図３（ｂ）参照）よりも太い芯材を曲線穴Ａに挿入することができるため、鉄道用トンネルＴ１を確実に補強することができる。
また、作業用トンネルＴ２のセグメントＳ２に出口穴を形成する必要がなくなるため、作業用トンネルＴ２の強度低下を低減することができるとともに、掘削手段１（図１（ａ）参照）を出口穴に向けて精度良く掘進させる必要がなくなるため、施工管理を容易に行うことができる。
【００６２】
また、本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、横幅方向に隣り合う二本のトンネルを重複させて、作業用トンネルＴ２を形成しているが、図６（ａ）に示すように、横幅方向に隣り合う三本のトンネルを重複させて、作業用トンネルＴ２´を形成してもよい。 この構成では、作業用トンネルＴ２´内の横幅が広くなるため、掘削手段１（図３（ａ）参照）の設置、掘進作業が容易となる。
【００６３】
なお、作業用トンネルＴ２は、複数のトンネルを重複させて形成することなく、一本のトンネルによって形成してもよいが、前記したように、作業用トンネルＴ２を幅広に形成することにより、掘削手段１を鉄道用トンネルＴ１の外周面部に近づけて掘進させることができ、鉄道用トンネルＴ１を効果的に補強することができる。
また、作業用トンネルＴ２は、地下水圧が低くなる鉄道用トンネルＴ１の上方に掘削することが望ましい。
【００６４】
さらに、図６（ｂ）に示すように、鉄道用トンネルＴ１の上方に掘削した作業用トンネルＴ２の他に、鉄道用トンネルＴ１の下方に別の作業用トンネルＴ２″を掘削してもよい。この構成では、上方の作業用トンネルＴ２から下方の作業用トンネルＴ２″に向けて、鉄道用トンネルＴ１の半周に渡って曲線穴Ａを掘削した後に、上方の作業用トンネルＴ２から下方の作業用トンネルＴ２″に向けて、残りの半周の曲線穴Ａを掘削することにより、曲線穴Ａ内の掘削土砂の固化が進行しない間に掘削作業を完了することができる。また、掘進距離が短くなるため、掘削手段１（図３（ａ）参照）を少ない力で掘進させることができる。
【００６５】
また、本実施形態では、図４（ａ）に示すように、並設された入口穴Ｓ２ａから順次に曲線穴Ａを掘削しているが、複数の掘削手段１（図３（ａ）参照）を作業用トンネルＴ２の軸方向に並設し、同時に複数の曲線穴Ａを掘削するように構成してもよい。この構成では、掘削手段１を作業用トンネルＴ２内で移設する必要がなくなるため、施工効率を向上させることができる。
【００６６】
また、本実施形態では、図３（ａ）に示すように、鉄道用トンネルＴ１の軸線に対して垂直となるように掘削手段１を掘進させているが、鉄道用トンネルＴ１の軸線に対して斜めとなるように掘進させてもよい。この構成では、掘削手段１を鉄道用トンネルＴ１の外周に沿って螺旋状に掘進させることができるため、鉄道用トンネルＴ１の軸方向に延長された区間を効率良く補強することができる。
【００６７】
また、本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、作業用トンネルＴ２のセグメントＳ２に入口穴Ｓ２ａおよび出口穴Ｓ２ｂを貫通させているが、セグメントＳ２において入口穴Ｓ２ａおよび出口穴Ｓ２ｂに対応する部位を、掘削手段１のカッタ３０（図３（ａ）参照）によって掘削可能な材質や厚みで形成し、掘削手段１によって入口穴Ｓ２ａおよび出口穴Ｓ２ｂに対応する部位を削孔するように構成してもよい。この構成では、あらかじめセグメントＳ２に貫通穴を形成する必要がなくなるため、作業用トンネルＴ２の強度低下を防ぐことができる。
【００６８】
また、本実施形態では、図２（ａ）に示すように、作業用トンネルＴ２を地下駅Ｅの端Ｅ１から掘削させているが、地下駅Ｅの端Ｅ１から掘削することができない場合には、鉄道用トンネルＴ１に向けて地上から立坑を掘削し、この立坑から作業用トンネルＴ２を掘削してもよい。このように、立坑を掘削する場合であっても、鉄道用トンネルＴ１の外周面部を露出させる必要がなく、小さな立坑を掘削すればよいため、掘削作業が煩雑になることがない。
【００６９】
また、掘削手段は、鉄道用トンネルＴ１の周囲に曲線穴Ａを掘削するとともに、曲線穴Ａ内を地盤改良することができるものであれば、前記実施形態の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本実施形態のトンネル補強方法に用いられる掘削手段を示した図で、（ａ）は側面図、（ｂ）はカッタを拡径した状態の側断面図、（ｃ）はカッタを縮径した状態の側断面図である。
【図２】本実施形態のトンネル補強方法を示した図で、（ａ）は作業用トンネルを掘削している態様の側面図、（ｂ）は鉄道用トンネルおよび作業用トンネルの正面断面図、（ｃ）は作業用トンネルの内壁面を示した図である。
【図３】本実施形態のトンネル補強方法を示した図で、（ａ）は掘削手段を地盤内で掘進させている態様の正面断面図、（ｂ）は地盤内に曲線穴を掘削した後の正面断面図である。
【図４】本実施形態のトンネル補強方法を示した図で、（ａ）は曲線穴を掘削した後の作業用トンネルの内壁面を示した図、（ｂ）は曲線穴を掘削した後の鉄道用トンネルおよび作業用トンネルの側面図である。
【図５】他の実施形態におけるトンネル補強方法を示した図で、（ａ）はＨ形鋼の芯材を曲線穴に挿入した状態の正面断面図、（ｂ）はＨ形鋼の芯材を曲線穴に挿入した状態の作業用トンネルの内壁面を示した図である。
【図６】他の実施形態におけるトンネル補強方法を示した図で、（ａ）は三本のトンネルを重複させて形成した作業用トンネルの正面断面図、（ｂ）は複数の作業用トンネルを掘削した構成の正面断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 掘削手段
１０ ケーシング
２０ 駆動装置
２１ 出力部
３０ カッタ
Ａ 曲線穴
Ｔ トンネル
Ｔ１ 鉄道用トンネル
Ｔ２ 作業用トンネル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルを補強するためのトンネル補強方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド工法によって掘削されたトンネルが経年劣化したり、予定よりも大きな荷重がトンネルに作用したりした場合に、トンネルを補強する方法としては、トンネルの外周と同一な内径の中空部を有する円筒状の中空掘削機を用いたトンネル補強方法がある。このトンネル補強方法では、トンネルを囲むように中空掘削機を設置し、中空掘削機によってトンネルの周囲の地盤を掘削するとともに、掘削した領域に充填材を充填しながら、中空掘進機をトンネルの軸方向に沿って掘進させて、トンネルの周囲の地盤強度を高めている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２９５１７２号公報（段落００１８、段落００２１、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記した従来のトンネル補強方法では、中空掘削機の掘進起点となる作業空間を地中に掘削する必要があり、トンネルを囲むように中空掘削機を設置するためには、トンネルの一部区間において外周面部を全周露出させる必要がある。このように、大きな作業空間を掘削することになるため、中空掘削機の設置作業が煩雑になってしまうという問題がある。特に、鉄道用トンネルのように、トンネルの外径が大きい場合には、トンネルの下方に作業空間を掘削することが困難になる。
鉄道用トンネルを補強する場合には、地下駅から作業空間内に機材を搬入することが望ましいが、地下駅の端に広い作業空間を設けることが困難であるため、鉄道用トンネルの外周面部が露出するように地上から大きな立坑を掘削しており、鉄道用トンネルの補強作業が煩雑になっている。
【０００４】
本発明では、前記した問題を解決し、掘削手段が小型化され、掘削手段の掘進起点となる作業空間が小さくなることにより、掘削手段をトンネルの周囲に容易に設置することができ、また、トンネルの周囲の掘削と、トンネルの周囲の補強とを同時に行うことにより、施工効率を向上させることができるトンネル補強方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明は、トンネルを補強するトンネル補強方法であって、トンネルの周囲の地盤に作業空間を設ける段階と、作業空間の壁面から地盤内に掘進させた掘削手段によって、トンネルの外周に沿って曲線穴を掘削するとともに、曲線穴内に注入した固化材と掘削土砂とを撹拌して、曲線穴内の掘削土砂を固化させる段階とから構成されていることを特徴としている。
【０００６】
このように、掘削手段を作業空間の壁面から地盤内に掘進させ、掘削土砂と固化材とを撹拌しながら、トンネルの外周に沿って曲線穴を掘削して、曲線穴内の掘削土砂を固化させることにより、トンネルの周囲の地盤強度を高めており、トンネルを囲むように設置した掘進手段をトンネルの軸方向に掘進させる必要がなくなる。これにより、掘削手段を小型化することができ、掘削手段の掘進起点となる作業空間を小さくすることができるため、掘削手段をトンネルの周囲に容易に設置することができる。
また、トンネルの上方に設けた小さな作業空間から掘削手段を掘進させることができ、作業空間を設けるために、トンネルの下方を掘削する必要がなくなるため、作業空間を容易に設けることができる。
例えば、鉄道用トンネルを補強する場合には、地下駅の端からトンネルの周囲に作業空間を掘削するができ、地下駅から作業空間内に機材等を搬入することができるため、施工効率を向上させることができる。
【０００７】
また、トンネル内を利用しながら施工することができ、補強作業の時間帯が制限されないため、施工期間を短くすることができる。
さらに、トンネルの外周に沿って曲線穴を掘削しながら、トンネルの周囲の地盤強度を高めることができるため、施工効率を向上させることができる。
【０００８】
また、掘削手段は、曲線穴内の掘削土砂に固化材を注入しながら掘進しており、曲線穴内全域を均一に固化させて、トンネルの周囲の地盤強度を均一に高めることができるため、トンネルを確実に補強することができる。
【０００９】
前記したトンネル補強方法において、掘削手段は、一定の曲率で湾曲している掘削軸と、掘削軸の先端部に取り付けられている駆動装置と、駆動装置によって回転するカッタと、掘削土砂に固化材を注入する固化材注入手段とを備えており、カッタを作業空間の壁面から地盤内に挿入し、カッタを回転させて、掘削軸を地盤内に順次に挿入することにより、固化材注入手段によって注入された固化材と掘削土砂とをカッタによって撹拌しながら、掘削手段を地盤内に掘進させるように構成することができる。
【００１０】
このように、カッタを回転させる駆動装置を掘削軸の先端部に取り付けることにより、駆動装置の出力がカッタに対して効果的に伝達されるため、カッタの掘削効率を向上させることができる。
【００１１】
また、一般的な地盤掘削装置に用いられている小型なカッタ、駆動装置および固化材注入手段を利用してトンネルを補強することができるため、施工コストを低減することができる。
【００１２】
前記したトンネル補強方法において、作業空間は、トンネルの軸方向に沿って掘削された作業用トンネルによって構成することができる。
【００１３】
このように、トンネルの軸方向に沿って掘削された作業用トンネルによって作業空間を構成することにより、作業空間内で掘削手段をトンネルの軸方向に移設することができるため、トンネルの軸方向に延長されている補強区間を効率良く補強することができる。
【００１４】
前記したトンネル補強方法において、駆動装置の出力部は、掘削軸に外嵌されており、出力部が掘削軸周りに回転するように構成することができる。
【００１５】
このように、駆動装置の出力部を掘削軸周りに回転させることにより、出力部が安定して回転することになるため、カッタの掘削効率を向上させることができる。
なお、出力部が掘削軸周りに回転する外周駆動型の駆動装置としては、例えば、ラジアルピストンモータやアキシャルピストンモータ等の油圧モータを用いることができる。
【００１６】
前記したトンネル補強方法において、掘削軸は中空管であり、掘削軸内には、駆動装置を駆動させるための駆動ケーブルおよび固化材注入手段に固化材を供給するための固化材供給管が内挿されているように構成することができる。
【００１７】
このように、掘削軸内に駆動ケーブルや固化材供給管を内挿することにより、駆動ケーブルや固化材供給管を容易に配管することができるとともに、掘削時に駆動ケーブルや固化材供給管の損傷を防ぐことができる。
また、駆動ケーブルや固化材供給管の他に、掘削土砂の一部を排土するための排土管を掘削軸内に内挿してもよい。
【００１８】
前記したトンネル補強方法において、カッタは、拡径および縮径自在に構成することができる。
【００１９】
ここで、掘削手段を作業空間の壁面から地盤内に挿入するときに、壁面にセグメントが取り付けられている場合には、セグメントに形成した貫通穴から掘削手段を地盤内に挿入することになる。このとき、作業空間の強度を考慮すると、貫通穴の開口面積を狭く形成することが望ましいが、貫通穴の開口面積に伴って掘削手段のカッタも小型化する必要があり、曲線穴の径が小さくなってしまうため、固化させる掘削土砂が少なくなり、トンネルの周囲の地盤強度を十分に高めることができなくなってしまう。
【００２０】
そこで、カッタを拡径および縮径自在に構成することにより、セグメントの貫通穴を通過するときにはカッタを縮径させ、貫通穴の通過後にカッタを拡径して曲線穴を掘削することができるため、貫通穴による作業空間の強度低下を低減することができるとともに、大きな径の曲線穴を掘削して、その曲線穴内の掘削土砂を固化させることにより、トンネルの周囲の地盤強度を十分に高めることができる。
【００２１】
前記したトンネル補強方法において、地盤内に掘進させた掘削手段を作業空間内に貫入させ、作業空間内で掘削手段からカッタ、駆動装置および固化材注入手段を取り外し、曲線穴内に掘削軸を残置させるように構成することができる。
【００２２】
このように、地盤内に掘進させた掘削手段を作業空間内に貫入させることにより、作業空間内でカッタ、駆動装置および固化材注入手段を掘削軸から容易に取り外して回収することができる。
そして、カッタ、駆動装置および固化材注入手段を取り外した掘削軸は、芯材として曲線穴内に残すことにより、トンネルの周囲を補強することができる。
【００２３】
前記したトンネル補強方法において、曲線穴を掘削した後に、掘削手段を曲線穴内から作業空間内に回収し、曲線穴内には芯材を挿入するように構成することができる。
【００２４】
このように、曲線穴を掘削した後に、掘削手段を曲線穴内から作業空間内に回収し、曲線穴内には芯材を挿入することにより、掘削軸よりも太い芯材を曲線穴に挿入することができるため、トンネルの周囲を確実に補強することができる。
【００２５】
また、曲線穴の掘削後に、掘削軸からカッタや駆動装置を取り外して、掘削軸を曲線穴内に残す必要がなくなるため、地盤内に掘進させた掘削手段を作業空間内に貫入させる必要がなくなる。これにより、掘削手段を作業空間内に貫入させるための貫通穴を作業空間のセグメントに形成する必要がなくなるため、作業空間の強度低下を低減することができる。また、掘削手段をセグメントの貫通穴に向かって精度良く掘進させる必要がなくなるため、施工管理を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のトンネル補強方法によれば、掘削手段を作業空間の壁面から地盤内に掘進させ、掘削土砂と固化材とを撹拌しながら、トンネルの外周に沿って曲線穴を掘削して、曲線穴内の掘削土砂を固化させることにより、トンネルの周囲の地盤強度を高めている。これにより、掘削手段を小型化することができ、掘削手段の掘進起点となる作業空間を小さくすることができるため、掘削手段をトンネルの周囲に容易に設置することができる。
また、トンネルの上方に設けた小さな作業空間から掘削手段を掘進させることができ、作業空間を設けるために、トンネルの下方を掘削する必要がなくなるため、作業空間を容易に設置することができる。
さらに、トンネル内を利用しながら施工することができ、補強作業の時間帯が制限されないため、施工期間を短くすることができる。
また、トンネルの外周に沿って曲線穴を掘削しながら、トンネルの周囲の地盤強度を高めることができるため、施工効率を向上させることができる。
また、掘削土砂に固化材を注入しながら掘進しており、曲線穴内全域を均一に固化させて、トンネルの周囲の地盤強度を高めることができるため、トンネルを確実に補強することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、本実施形態のトンネル補強方法に用いられる掘削手段について説明した後に、その掘削手段を用いたトンネル補強方法について説明する。
なお、以下の説明において、「前後方向」とは掘削手段の掘進方向に対応している。
【００２８】
［掘削手段の構成］
図１は、本実施形態のトンネル補強方法に用いられる掘削手段を示した図で、（ａ）は側面図、（ｂ）はカッタを拡径した状態の側断面図、（ｃ）はカッタを縮径した状態の側断面図である。
掘削手段１は、図１（ａ）に示すように、一定の曲率で湾曲しているケーシング１０（特許請求の範囲における「掘削軸」）と、ケーシング１０の先端部１１に取り付けられている駆動装置２０と、駆動装置２０によって回転するカッタ３０と、掘削土砂に固化材を注入する固化材注入手段（図示せず）と、掘削土砂の一部を排土する排土手段（図示せず）とを備えている。
【００２９】
ケーシング１０は、一定の曲率で補強対象のトンネルの軸線と平行な水平軸周りに湾曲している中空管であり、トンネルの外周に沿うように湾曲しており、その基端部を継ぎ足すことにより、順次に延長することができるように構成されている。なお、ケーシング１０の先端部１１には、駆動装置２０の取付部が直線状に形成されている。
【００３０】
駆動装置２０は、図１（ｂ）に示すように、出力部２１の中央部に形成された貫通穴２２内にケーシング１０の先端部１１が内挿されることにより、出力部２１がケーシング１０に外嵌されており、この出力部２１がケーシング１０の先端部１１の軸周りに回転するように構成された外周駆動型のモータである。駆動装置２０としては、ラジアルピストンモータやアキシャルピストンモータ等の油圧モータを用いることができる。
【００３１】
また、駆動装置２０を駆動させるための駆動油を供給および排出する駆動ケーブル（図示せず）は、ケーシング１０内に内挿されており、駆動装置２０に接続された駆動ケーブルはケーシング１０内を通過して、外部の油圧ポンプ（図示せず）に接続されている。
【００３２】
カッタ３０は、図１（ｂ）に示すように、駆動装置２０の前方に配置されたカッタ本体３１が、駆動装置２０の出力部２１の回転に伴って、出力部２１と同じ軸周りに回転することにより、カッタ本体３１の前面に設けられた掘削面の各ビット３２・・・によって、地盤を掘削するように構成されている。
【００３３】
カッタ本体３１は、２枚の板状部材３３，３３から構成されており、各板状部材３３，３３は長手方向がカッタ３０の幅方向に配置されている。また、各板状部材３３，３３の内端部が出力部２１の中心軸線上で連結されており、各板状部材３３，３３は外端部が内端部よりも後方に配置されるように傾斜している。
【００３４】
さらに、各板状部材３３，３３は、連結部３４において回動自在に連結されており、図１（ｂ）の状態から連結部３４を中心として折り畳むことにより、カッタ本体３１を図１（ｃ）の状態に縮径することができる。当然に、図１（ｃ）の状態から連結部３４を中心として各板状部材３３，３３を広げることにより、カッタ本体３１を図１（ｂ）の状態に拡径することもできる。
そして、カッタ本体３１を拡径した場合には、駆動装置２０の外径よりも大きくなり、カッタ本体３１を縮径した場合には、駆動装置２０の外径と略同じ大きさとなる。
【００３５】
ここで、カッタ本体３１を拡径および縮径させる構成について説明する。
カッタ３０は、図１（ｂ）に示すように、カッタ本体３１の後方でケーシング１０の先端部１１内に内挿されているシリンダ３５を備えている。
このシリンダ３５は、伸縮ロッド３５ａが出力部２１の中心軸線上で、本体部３５ｂに対して前後方向に移動するように構成されており、シリンダ３５の伸縮ロッド３５ａの先端部は、各板状部材３３，３３の連結部３４に接続されている。
また、シリンダ３５は、本体部３５ｂの外周面と、ケーシング１０の先端部１１の内周面との間に介設されたベアリング３６によって、出力部２１と同じ軸周りに回転するように構成されている。
さらに、シリンダ３５の本体部３５ｂの外周面には、棒状部材である２本のリンク部材３７，３７の一端が回動自在に取り付けられており、各リンク部材３７，３７の他端は、各板状部材３３，３３の後面において長手方向の略中央部に回動自在に取り付けられている。
【００３６】
図１（ｂ）に示すように、カッタ本体３１を拡径させた状態で、シリンダ３５の伸縮ロッド３５ａを伸長させた場合には、連結部３４は前方に押し出されることになるが、各板状部材３３，３３の長手方向の略中央部は、各リンク部材３７，３７によって前後方向の移動が規制されており、中心軸線に向かって引き込まれるため、図１（ｃ）に示すように、各板状部材３３，３３が折り畳まれた状態となり、カッタ本体３１が縮径することになる。
また、縮径させたカッタ本体３１を拡径させる場合には、前記した縮径させる場合とは逆に、シリンダ３５の伸縮ロッド３５ａを縮退させることにより、連結部３４が後方に引き込まれるとともに、各リンク部材３７，３７によって前後方向の移動が規制された各板状部材３３，３３が外側に押し出されるため、図１（ｂ）に示すように、各板状部材３３，３３が広がった状態となり、カッタ本体３１が拡径することになる。
【００３７】
また、図１（ｂ）に示すように、駆動装置２０の出力部２１の中央部に形成された貫通穴２２の前端部には、カッタ本体３１を拡径させたときに、各リンク部材３７，３７が入り込む位置に切り欠き溝２３，２３が形成されており、この切り欠き溝２３，２３によって各リンク部材３７，３７が出力部２１に係止された状態になる。
そして、各リンク部材３７，３７を出力部２１に係止させた状態で出力部２１を回転させると、各リンク部材３７，３７が出力部２１の回転に伴って回転することになり、カッタ本体３１が出力部２１と同じ軸周りに回転することになる。
【００３８】
固化材注入手段（図示せず）は、カッタ３０によって掘削され、ケーシング１０の周囲に残置される掘削土砂に固化材を注入する装置であり、外部に設置された固化材の貯留タンク（図示せず）から供給された固化材を、ケーシング１０内に内挿された固化材供給管（図示せず）を通じて、駆動装置２０の出力部２１に形成された貫通穴２２の前端開口部から排出するように構成されている。
なお、本実施形態では、掘削土砂を固化させるための固化材としてセメントミルクを用いている。
また、固化材を排出する位置は限定されるものではなく、例えば、カッタ本体３１の掘削面から排出したり、駆動装置２０の後方でケーシング１０から排出したりしてもよい。
【００３９】
排土手段（図示せず）は、カッタ３０によって掘削された掘削土砂の一部を掘削穴から外部に排土するための装置であり、駆動装置２０の出力部２１に形成された貫通穴２２の前端開口部から取り込まれた掘削土砂を、ケーシング１０内に内挿された排土管（図示せず）を通じて、掘削穴から外部に排土するように構成されている。
【００４０】
前記した構成の掘削手段１では、カッタ３０のカッタ本体３１を地盤内に挿入し、駆動装置２０によってカッタ３０を回転させて、ケーシング１０を地盤内に順次に挿入することにより、補強対象のトンネルの外周に沿って地盤内を掘進させ、トンネルの周囲に曲線穴を掘削することができる。また、地盤内を掘進しながら、固化材注入手段によって掘削土砂に固化材を注入し、掘削土砂と固化材とをカッタ３０によって撹拌するとともに、排土手段によって掘削土砂の一部を排土することができる。
【００４１】
［トンネル補強方法］
次に、前記した掘削手段１を用いてトンネルを補強するトンネル補強方法について説明する。
図２は、本実施形態のトンネル補強方法を示した図で、（ａ）は作業用トンネルを掘削している態様の側面図、（ｂ）は鉄道用トンネルおよび作業用トンネルの正面断面図、（ｃ）は作業用トンネルの内壁面を示した図である。図３は、本実施形態のトンネル補強方法を示した図で、（ａ）は掘削手段を地盤内で掘進させている態様の正面断面図、（ｂ）は地盤内に曲線穴を掘削した後の正面断面図である。図４は、本実施形態のトンネル補強方法を示した図で、（ａ）は曲線穴を掘削した後の作業用トンネルの内壁面を示した図、（ｂ）は曲線穴を掘削した後の鉄道用トンネルおよび作業用トンネルの側面図である。
【００４２】
本実施形態では、図２（ａ）に示すように、シールド工法によって同一断面に掘削された鉄道用トンネルＴ１を部分的に補強する場合について説明する。
なお、鉄道用トンネルＴ１の壁面には、あらかじめ一次覆工としてセグメントＳ１が取り付けられている。
【００４３】
まず、図２（ａ）に示すように、地下駅Ｅの端Ｅ１から鉄道用トンネルＴ１の上方の地盤に既存のシールドマシン２を掘進させることにより、鉄道用トンネルＴ１の軸方向に沿って作業用トンネルＴ２（特許請求の範囲における「作業空間」）を掘削する。
本実施形態の作業用トンネルＴ２は、図２（ｂ）に示すように、隣り合う二本のトンネルを重複させて掘削することによって軸断面が幅広に形成されている。また、作業用トンネルＴ２の壁面には、一次覆工としてセグメントＳ２を取り付けるとともに、幅方向の中央部には、作業用トンネルＴ２の長手方向に所定間隔で複数の支柱Ｓ２ｃが設けられている。
【００４４】
なお、作業用トンネルＴ２は、図２（ａ）に示すように、鉄道用トンネルＴ１と比較して小さいことから、小型なシールドマシン２を用いて掘削することができるため、シールドマシン２を地下駅Ｅの端Ｅ１で組み立てて地盤内に掘進させることができる。
このシールドマシン２は、隣の地下駅（図示せず）まで鉄道用トンネルＴ１の軸方向に沿って掘進させ、隣の地下駅の端で解体して回収する。
【００４５】
また、図２（ｂ）および（ｃ）に示すように、作業用トンネルＴ２のセグメントＳ２の下面部には、作業用トンネルＴ２の横幅方向に所定間隔を離して入口穴Ｓ２ａおよび出口穴Ｓ２ｂを貫通させる。
図２（ｂ）において右側の入口穴Ｓ２ａは、掘削手段１を挿入するための貫通穴であり、 左側の出口穴Ｓ２ｂは、地盤内に掘進させた掘削手段１を作業用トンネルＴ２内に貫入させるための貫通穴であるため、入口穴Ｓ２ａと出口穴Ｓ２ｂとの間隔は、ケーシング１０を地盤内に配置したときの両端部の間隔に対応させて設定する（図３（ｂ）参照）。
また、入口穴Ｓ２ａおよび出口穴Ｓ２ｂは、鉄道用トンネルＴ１の軸方向に延長されている補強区間に対応させて、作業用トンネルＴ２の軸方向に所定間隔で並設する。
なお、入口穴Ｓ２ａおよび出口穴Ｓ２ｂからの土砂や地下水の流入を防ぐため、各入口穴Ｓ２ａ・・・および各出口穴Ｓ２ｂ・・・に蓋体Ｆを嵌め込んで塞いでいる。
【００４６】
続いて、図３（ａ）に示すように、掘削手段１を作業用トンネルＴ２内に設置する。このとき、掘削手段１の機材は、地下駅Ｅ（図２（ａ）参照）から作業用トンネルＴ２内に搬入することができるため、作業用トンネルＴ２内に掘削手段１を容易に設置することができる。
なお、作業用トンネルＴ２内には、掘削手段１を支持するための支持架台や、ケーシング１０を軸方向に移動可能に支持するガイド部材を設けることができる。
【００４７】
さらに、蓋体Ｆを取り外した入口穴Ｓ２ａにカッタ３０を通過させて、カッタ３０を地盤内に挿入する。このように、セグメントＳ２を貫通している入口穴Ｓ２ａを通過させることにより、掘削手段１を作業用トンネルＴ２内から容易に掘進させることができる。
【００４８】
また、カッタ３０を入口穴Ｓ２ａに通過させるときには、図１（ｃ）に示すように、カッタ本体３１を縮径させた状態で通過させる。
このように、入口穴Ｓ２ａは、縮径させたカッタ本体３１が通過可能な大きさに形成されていればよく、入口穴Ｓ２ａの開口面積を狭くすることができるため、作業用トンネルＴ２の強度低下を低減することができる。
【００４９】
カッタ３０を入口穴Ｓ２ａに通過させ、図３（ａ）に示すように、カッタ本体３１を拡径させた後に、駆動装置２０を起動してカッタ３０を回転させて、ケーシング１０を地盤内に順次に挿入することにより、掘削手段１を地盤内に掘進させる。
また、掘削手段１を掘進させながら、固化材注入手段（図示せず）から掘削土砂に固化材を注入し、掘削土砂と固化材とをカッタ３０によって撹拌するとともに、排土手段（図示せず）によって掘削土砂の一部を排土する。
【００５０】
なお、ケーシング１０は、作業用トンネルＴ２内に設けられた油圧ジャッキ４によって押し出されることにより、地盤内に挿入されることになる。
また、入口穴Ｓ２ａには、パッカーＰを嵌め込むことにより、入口穴Ｓ２ａとケーシング１０との隙間からの土砂や地下水の流入を防ぐことができる。
【００５１】
本実施形態の掘削手段１では、図１（ａ）に示すように、カッタ３０を回転させる駆動装置２０がケーシング１０の先端部１１に取り付けられており、駆動装置２０の出力がカッタ３０に対して効果的に伝達される。さらに、駆動装置２０の出力部２１は、ケーシング１０の先端部１１に外嵌されており、出力部２１がケーシング１０の軸周りに安定して回転することになる。このように、本実施形態の掘削手段１では、カッタ３０の掘削効率を向上させることができる。
また、駆動ケーブル、固化材供給管および排土管の配管類（図示せず）は、ケーシング１０内に内挿されているため、掘削時に配管類の損傷を防ぐことができる。
さらに、カッタ本体３１の外径よりもケーシング１０の外径が小さくなっており、掘削土砂の大部分はケーシング１０の周囲に残置させることができるため、排土手段による排土量が非常に少なくなっている。
【００５２】
そして、図３（ａ）に示すように、地盤内に掘進させた掘削手段１によって、ケーシング１０の外径よりも大きい内径の曲線穴Ａを、鉄道用トンネルＴ１の外周に沿って掘削する。この曲線穴Ａ内の掘削土砂には固化材が注入されており、カッタ３０によって撹拌されているため、所定時間が経過した後に、曲線穴Ａ内の掘削土砂が固化し、ケーシング１０の周囲が地盤改良されることにより、地盤強度が高まることになる。
なお、本実施形態では、鉄道用トンネルＴ１のセグメントＳ１の外周面部と、曲線穴Ａの内周面部とが接するように掘削手段１を掘進させているが、セグメントＳ１の外周面部と、曲線穴Ａの内周面部とが離れていてもよい。
【００５３】
このように、鉄道用トンネルＴ１の外周に沿って曲線穴Ａを掘削しながら、鉄道用トンネルＴ１の周囲の地盤強度を高めることができるため、施工効率が向上している。
また、掘削手段１は、掘削土砂に固化材を注入し、掘削土砂と固化材とを撹拌しながら掘進しているため、曲線穴Ａ内全域の掘削土砂を均一に固化させることができる。
さらに、カッタ３０は、入口穴Ｓ２ａを通過後にカッタ本体３１を拡径させることにより、大きな径の曲線穴Ａを掘削することができ、固化させる掘削土砂の量も増えるため、鉄道用トンネルＴ１の周囲の地盤強度を十分に高めることができる。
【００５４】
続いて、図３（ｂ）に示すように、地盤内に掘進させた掘削手段１を、作業用トンネルＴ２のセグメントＳ２に形成した出口穴Ｓ２ｂから作業用トンネルＴ２内に貫入させる。そして、作業用トンネルＴ２内でカッタ３０および駆動装置２０をケーシング１０から取り外して回収するとともに、駆動ケーブル、固化材供給管および排土管の配管類（図示せず）をケーシング１０の基端部側から引き抜いて回収する。このとき、カッタ３０および駆動装置２０を作業用トンネルＴ２内で取り外すことができるため、取り外し作業を容易に行うことができる。
【００５５】
このように、ケーシング１０からカッタ３０、駆動装置２０および配管類を回収し、地盤内にケーシング１０を残すことにより、ケーシング１０を曲線穴Ａの芯材として利用することができ、鉄道用トンネルＴ１の周囲を補強することができる。
【００５６】
なお、カッタ３０を出口穴Ｓ２ｂに通過させるときには、カッタ本体３１を縮径させた状態で通過させる（図１（ｂ）参照）。すなわち、入口穴Ｓ２ａと同様に、出口穴Ｓ２ｂもカッタ本体３１を縮径させた状態のカッタ３０が通過可能な大きさに形成されていればよく、出口穴Ｓ２ｂの開口面積を狭くすることができるため、作業用トンネルＴ２の強度低下を低減することができる。
また、出口穴Ｓ２ｂには、入口穴Ｓ２ａと同様に、パッカーＰを嵌め込むことにより、出口穴Ｓ２ｂとケーシング１０との隙間からの土砂や地下水の流入を防ぐことができる。
【００５７】
そして、前記した曲線穴Ａの掘削と同様にして、図４（ａ）に示すように、各入口穴Ｓ２ａおよび各出口穴Ｓ２ｂ（図３（ｂ）参照）を利用して、曲線穴Ａを順次に掘削し、図４（ｂ）に示すように、鉄道用トンネルＴ１の周囲の地盤強度を高める。
このとき、掘削手段１の掘進起点となる作業用トンネルＴ２は、鉄道用トンネルＴ１の軸方向に沿って掘削されているため、掘削手段１を鉄道用トンネルＴ１の軸方向に容易に移設して、鉄道用トンネルＴ１の補強区間を軸方向に延長させることができる。
なお、順次に掘削する曲線穴Ａは、隣り合う曲線穴Ａが重複するように掘削することにより、鉄道用トンネルＴ１を囲む壁状の地盤改良体が形成されることになる。
本実施形態のトンネル補強方法では、曲線穴Ａ内全域の掘削土砂を均一に固化させて、鉄道用トンネルＴ１の周囲の地盤強度を高めているため、鉄道用トンネルＴ１を確実に補強することができる。
【００５８】
前記した構成のトンネル補強方法では、掘削手段１が小型化されており、掘削手段１の掘進起点となる作業用トンネルＴ２を小さくすることができるため、掘削手段１を鉄道用トンネルＴ１の周囲に容易に設置することができる。
また、鉄道用トンネルＴ１の上方に設けた小さな作業用トンネルＴ２から掘削手段１を掘進させることができ、掘削手段１の掘進起点となる空間を設けるために、鉄道用トンネルＴ１の下方を掘削する必要がなくなるため、掘削手段１の掘進起点となる空間を容易に設置することができる。
また、鉄道用トンネルＴ１内を利用しながら施工することができ、補強作業の時間帯が制限されないため、施工期間を短くすることができる。
さらに、一般的な地盤掘削装置に用いられている小型なカッタ３０、駆動装置２０、固化材注入手段および排土手段を利用して鉄道用トンネルＴ１を補強することができるため、施工コストを低減することができる。
【００５９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。図５は、他の実施形態におけるトンネル補強方法を示した図で、（ａ）はＨ形鋼の芯材を曲線穴に挿入した状態の正面断面図、（ｂ）はＨ形鋼の芯材を曲線穴に挿入した状態の作業用トンネルの内壁面を示した図である。図６は、他の実施形態におけるトンネル補強方法を示した図で、（ａ）は三本のトンネルを重複させて形成した作業用トンネルの正面断面図、（ｂ）は複数の作業用トンネルを掘削した構成の正面断面図である。
【００６０】
例えば、本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、掘削手段１（図３（ａ）参照）のケーシング１０を曲線穴Ａの芯材として利用しているが、図５に示すように、作業用トンネルＴ２から地盤内に掘進させた掘削手段１を作業用トンネルＴ２内に貫入させることなく、曲線穴Ａを鉄道用トンネルＴ１の周囲に掘削した後に、掘削手段１全体を入口穴Ｓ２ａから引き抜いて回収し、曲線穴Ａ内にはＨ形鋼の芯材Ｈを挿入するように構成してもよい。
【００６１】
この構成では、ケーシング１０（図３（ｂ）参照）よりも太い芯材を曲線穴Ａに挿入することができるため、鉄道用トンネルＴ１を確実に補強することができる。
また、作業用トンネルＴ２のセグメントＳ２に出口穴を形成する必要がなくなるため、作業用トンネルＴ２の強度低下を低減することができるとともに、掘削手段１（図１（ａ）参照）を出口穴に向けて精度良く掘進させる必要がなくなるため、施工管理を容易に行うことができる。
【００６２】
また、本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、横幅方向に隣り合う二本のトンネルを重複させて、作業用トンネルＴ２を形成しているが、図６（ａ）に示すように、横幅方向に隣り合う三本のトンネルを重複させて、作業用トンネルＴ２´を形成してもよい。 この構成では、作業用トンネルＴ２´内の横幅が広くなるため、掘削手段１（図３（ａ）参照）の設置、掘進作業が容易となる。
【００６３】
なお、作業用トンネルＴ２は、複数のトンネルを重複させて形成することなく、一本のトンネルによって形成してもよいが、前記したように、作業用トンネルＴ２を幅広に形成することにより、掘削手段１を鉄道用トンネルＴ１の外周面部に近づけて掘進させることができ、鉄道用トンネルＴ１を効果的に補強することができる。
また、作業用トンネルＴ２は、地下水圧が低くなる鉄道用トンネルＴ１の上方に掘削することが望ましい。
【００６４】
さらに、図６（ｂ）に示すように、鉄道用トンネルＴ１の上方に掘削した作業用トンネルＴ２の他に、鉄道用トンネルＴ１の下方に別の作業用トンネルＴ２″を掘削してもよい。この構成では、上方の作業用トンネルＴ２から下方の作業用トンネルＴ２″に向けて、鉄道用トンネルＴ１の半周に渡って曲線穴Ａを掘削した後に、上方の作業用トンネルＴ２から下方の作業用トンネルＴ２″に向けて、残りの半周の曲線穴Ａを掘削することにより、曲線穴Ａ内の掘削土砂の固化が進行しない間に掘削作業を完了することができる。また、掘進距離が短くなるため、掘削手段１（図３（ａ）参照）を少ない力で掘進させることができる。
【００６５】
また、本実施形態では、図４（ａ）に示すように、並設された入口穴Ｓ２ａから順次に曲線穴Ａを掘削しているが、複数の掘削手段１（図３（ａ）参照）を作業用トンネルＴ２の軸方向に並設し、同時に複数の曲線穴Ａを掘削するように構成してもよい。この構成では、掘削手段１を作業用トンネルＴ２内で移設する必要がなくなるため、施工効率を向上させることができる。
【００６６】
また、本実施形態では、図３（ａ）に示すように、鉄道用トンネルＴ１の軸線に対して垂直となるように掘削手段１を掘進させているが、鉄道用トンネルＴ１の軸線に対して斜めとなるように掘進させてもよい。この構成では、掘削手段１を鉄道用トンネルＴ１の外周に沿って螺旋状に掘進させることができるため、鉄道用トンネルＴ１の軸方向に延長された区間を効率良く補強することができる。
【００６７】
また、本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、作業用トンネルＴ２のセグメントＳ２に入口穴Ｓ２ａおよび出口穴Ｓ２ｂを貫通させているが、セグメントＳ２において入口穴Ｓ２ａおよび出口穴Ｓ２ｂに対応する部位を、掘削手段１のカッタ３０（図３（ａ）参照）によって掘削可能な材質や厚みで形成し、掘削手段１によって入口穴Ｓ２ａおよび出口穴Ｓ２ｂに対応する部位を削孔するように構成してもよい。この構成では、あらかじめセグメントＳ２に貫通穴を形成する必要がなくなるため、作業用トンネルＴ２の強度低下を防ぐことができる。
【００６８】
また、本実施形態では、図２（ａ）に示すように、作業用トンネルＴ２を地下駅Ｅの端Ｅ１から掘削させているが、地下駅Ｅの端Ｅ１から掘削することができない場合には、鉄道用トンネルＴ１に向けて地上から立坑を掘削し、この立坑から作業用トンネルＴ２を掘削してもよい。このように、立坑を掘削する場合であっても、鉄道用トンネルＴ１の外周面部を露出させる必要がなく、小さな立坑を掘削すればよいため、掘削作業が煩雑になることがない。
【００６９】
また、掘削手段は、鉄道用トンネルＴ１の周囲に曲線穴Ａを掘削するとともに、曲線穴Ａ内を地盤改良することができるものであれば、前記実施形態の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本実施形態のトンネル補強方法に用いられる掘削手段を示した図で、（ａ）は側面図、（ｂ）はカッタを拡径した状態の側断面図、（ｃ）はカッタを縮径した状態の側断面図である。
【図２】本実施形態のトンネル補強方法を示した図で、（ａ）は作業用トンネルを掘削している態様の側面図、（ｂ）は鉄道用トンネルおよび作業用トンネルの正面断面図、（ｃ）は作業用トンネルの内壁面を示した図である。
【図３】本実施形態のトンネル補強方法を示した図で、（ａ）は掘削手段を地盤内で掘進させている態様の正面断面図、（ｂ）は地盤内に曲線穴を掘削した後の正面断面図である。
【図４】本実施形態のトンネル補強方法を示した図で、（ａ）は曲線穴を掘削した後の作業用トンネルの内壁面を示した図、（ｂ）は曲線穴を掘削した後の鉄道用トンネルおよび作業用トンネルの側面図である。
【図５】他の実施形態におけるトンネル補強方法を示した図で、（ａ）はＨ形鋼の芯材を曲線穴に挿入した状態の正面断面図、（ｂ）はＨ形鋼の芯材を曲線穴に挿入した状態の作業用トンネルの内壁面を示した図である。
【図６】他の実施形態におけるトンネル補強方法を示した図で、（ａ）は三本のトンネルを重複させて形成した作業用トンネルの正面断面図、（ｂ）は複数の作業用トンネルを掘削した構成の正面断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 掘削手段
１０ ケーシング
２０ 駆動装置
２１ 出力部
３０ カッタ
Ａ 曲線穴
Ｔ トンネル
Ｔ１ 鉄道用トンネル
Ｔ２ 作業用トンネル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルを補強するトンネル補強方法であって、
前記トンネルの周囲の地盤に作業空間を設ける段階と、
前記作業空間の壁面から地盤内に掘進させた掘削手段によって、前記トンネルの外周に沿って曲線穴を掘削するとともに、前記曲線穴内に注入した固化材と掘削土砂とを撹拌して、前記曲線穴内の掘削土砂を固化させる段階と、から構成されていることを特徴とするトンネル補強方法。
【請求項２】
前記掘削手段は、
一定の曲率で湾曲している掘削軸と、
前記掘削軸の先端部に取り付けられている駆動装置と、
前記駆動装置によって回転するカッタと、
掘削土砂に固化材を注入する固化材注入手段と、を備えており、
前記カッタを前記作業空間の壁面から地盤内に挿入し、前記カッタを回転させて、前記掘削軸を地盤内に順次に挿入することにより、前記固化材注入手段によって注入された前記固化材と掘削土砂とを前記カッタによって撹拌しながら、前記掘削手段を地盤内に掘進させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル補強方法。
【請求項３】
前記作業空間は、前記トンネルの軸方向に沿って掘削された作業用トンネルであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトンネル補強方法。
【請求項４】
前記駆動装置の出力部は、前記掘削軸に外嵌されており、前記出力部が前記掘削軸周りに回転するように構成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のトンネル補強方法。
【請求項５】
前記掘削軸は中空管であり、
前記掘削軸内には、前記駆動装置を駆動させるための駆動ケーブルおよび前記固化材注入手段に固化材を供給するための固化材供給管が内挿されていることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載のトンネル補強方法。
【請求項６】
前記カッタは、拡径および縮径自在であることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一項に記載のトンネル補強方法。
【請求項７】
地盤内に掘進させた前記掘削手段を前記作業空間内に貫入させ、前記作業空間内で前記掘削手段から前記カッタ、前記駆動装置および前記固化材注入手段を取り外し、前記曲線穴内に前記掘削軸を残置させることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか一項に記載のトンネル補強方法。
【請求項８】
前記曲線穴を掘削した後に、前記掘削手段を前記曲線穴内から前記作業空間内に回収し、前記曲線穴内には芯材を挿入することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のトンネル補強方法。
【請求項１】
トンネルを補強するトンネル補強方法であって、
前記トンネルの周囲の地盤に作業空間を設ける段階と、
前記作業空間の壁面から地盤内に掘進させた掘削手段によって、前記トンネルの外周に沿って曲線穴を掘削するとともに、前記曲線穴内に注入した固化材と掘削土砂とを撹拌して、前記曲線穴内の掘削土砂を固化させる段階と、から構成されていることを特徴とするトンネル補強方法。
【請求項２】
前記掘削手段は、
一定の曲率で湾曲している掘削軸と、
前記掘削軸の先端部に取り付けられている駆動装置と、
前記駆動装置によって回転するカッタと、
掘削土砂に固化材を注入する固化材注入手段と、を備えており、
前記カッタを前記作業空間の壁面から地盤内に挿入し、前記カッタを回転させて、前記掘削軸を地盤内に順次に挿入することにより、前記固化材注入手段によって注入された前記固化材と掘削土砂とを前記カッタによって撹拌しながら、前記掘削手段を地盤内に掘進させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル補強方法。
【請求項３】
前記作業空間は、前記トンネルの軸方向に沿って掘削された作業用トンネルであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトンネル補強方法。
【請求項４】
前記駆動装置の出力部は、前記掘削軸に外嵌されており、前記出力部が前記掘削軸周りに回転するように構成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のトンネル補強方法。
【請求項５】
前記掘削軸は中空管であり、
前記掘削軸内には、前記駆動装置を駆動させるための駆動ケーブルおよび前記固化材注入手段に固化材を供給するための固化材供給管が内挿されていることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載のトンネル補強方法。
【請求項６】
前記カッタは、拡径および縮径自在であることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一項に記載のトンネル補強方法。
【請求項７】
地盤内に掘進させた前記掘削手段を前記作業空間内に貫入させ、前記作業空間内で前記掘削手段から前記カッタ、前記駆動装置および前記固化材注入手段を取り外し、前記曲線穴内に前記掘削軸を残置させることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか一項に記載のトンネル補強方法。
【請求項８】
前記曲線穴を掘削した後に、前記掘削手段を前記曲線穴内から前記作業空間内に回収し、前記曲線穴内には芯材を挿入することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のトンネル補強方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−９６０１（Ｐ２００７−９６０１Ａ）
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１９３９６１（Ｐ２００５−１９３９６１）
【出願日】平成１７年７月１日（２００５．７．１）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月１日（２００５．７．１）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【Ｆターム（参考）】
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