掘進機および多連円弧トンネルの施工方法
【課題】曲線パイプルーフを施工するに際し、比較的簡素な構成で掘進機の軌道修正を精度よく実行できる掘進機と、該掘進機を使用してなる多連円弧トンネルの施工方法を提供する。
【解決手段】掘進機１は、パイプルーフ用の曲線鋼管Ｐの前方に配設され、その先端にカッタフェイス１２を備える筒状の鋼殻体１１と、該鋼管Ｐ内に配設される、流体供給用の管路１４と切削土を回収する管路１５とを少なくとも備え、鋼殻体１１の外周面における周方向の少なくとも３以上の箇所には、流体の供給量に応じてその大きさが変化する膨張体２Ａ,２Ｂ,２Ｃが設けられ、それぞれの膨張体の大きさを変化させることで膨張体の地盤に対する押圧力が調整されて掘進機１の掘進方向が制御される。
【解決手段】掘進機１は、パイプルーフ用の曲線鋼管Ｐの前方に配設され、その先端にカッタフェイス１２を備える筒状の鋼殻体１１と、該鋼管Ｐ内に配設される、流体供給用の管路１４と切削土を回収する管路１５とを少なくとも備え、鋼殻体１１の外周面における周方向の少なくとも３以上の箇所には、流体の供給量に応じてその大きさが変化する膨張体２Ａ,２Ｂ,２Ｃが設けられ、それぞれの膨張体の大きさを変化させることで膨張体の地盤に対する押圧力が調整されて掘進機１の掘進方向が制御される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも３連以上の多連円弧トンネルを曲線パイプルーフを使用しながら施工するに際し、曲線パイプルーフを形成する鋼管（曲線鋼管）を地盤内に推進させる際に使用される掘進機と、この掘進機を使用して施工される多連円弧トンネルの施工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地下道路トンネルのランプ部をはじめとして地中にてトンネルを接合することによって断面が多連円弧状のトンネルを施工する方法として、従来は大規模な開削工法が適用されてきたが、用地確保、地上交通への影響、工期の長期化とそれに伴う工費の増大、さらには大深度トンネルへの対応などから、より安全かつ経済的なトンネル接合方法が切望されており、建設各社が検討／開発を進めている。
【０００３】
上記する多連円弧トンネルの施工方法の実施例として、例えば、間隔を置いて併設した２つのトンネルを先行施工し、双方のトンネル間を円弧状のパイプルーフ（いわゆる曲線パイプルーフ）で繋ぐとともにパイプルーフ間を鉛直方向の支保工にて支持し、上方のパイプルーフ直下を掘削しながらトンネル同士を繋ぐ接合体を構築し、双方のトンネル同士を連通させ、トンネル内に本設構造体を施工する技術がある。
【０００４】
上記曲線パイプルーフ用の鋼管を地盤内に推進するに際し、一般には鋼管の先端開口部から回転ビットを具備する小口径の掘進機を挿通させ、この回転ビットに連通するノズルを介して高圧水を地盤内に噴射しながら地盤を穿孔して鋼管を地盤内に挿入（推進）させていく方法や泥水の循環によって鋼管を地盤内に挿入していく方法などが適用される。
【０００５】
この小口径掘進機をより具体的に説明すると、鋼管内に掘進機が内在した姿勢で地盤を切削するいわゆる内在型の掘進機と、鋼管先端から掘進機を構成する鋼殻全体が突出した姿勢で地盤を切削するいわゆる外在型の掘進機とに分けることができる。また、いずれの型式による場合でも、その排土方式としてはバキューム吸引方式と泥水循環方式を適用することができる。
【０００６】
内在型掘進機のメリットは、その構造が比較的シンプルでその製作コストが比較的安価なことと、掘進機が他方のトンネル側に到達した後にパイプルーフ用鋼管の内部を介して該掘進機を発進側のトンネルで回収できることである。一方、内在型掘進機のデメリットとしては、曲線パイプルーフの有する湾曲線形に沿って掘進していくことが困難なことである。このため、上記する曲線パイプルーフの推進施工にこの内在型掘進機を採用した場合には、鋼管推進開始時の推進方向や角度を精度よく設定することが要求され、さらには、推進途中で推進方向の修正が余儀なくされた場合に対応することはできない。
【０００７】
それに対して外在型掘進機の場合には、公知の中折れ機構を具備する掘進機とすることで曲線パイプルーフの線形に沿って地盤内掘進が可能となり、推進途中の軌道修正も容易に実行できる。しかし、パイプルーフ用鋼管の内部を介して発進側トンネルに該掘進機を回収することはできず、さらには中折れ機構を具備することで掘進機の製作コストが極めて高価となる。
【０００８】
ところで、上記する中折れ機構以外の構成にてその推進方向を軌道修正可能な掘進機にかかる従来技術として例えば特許文献１，２を挙げることができる。特許文献１に開示の掘進機は、円筒状の外筒先端からテーパヘッドを突出させ、このテーパヘッドをヒンジ部を中心に折り曲げることによって方向修正し、その方向修正側に地盤の受働土圧を受けないように地盤を切削する掘進機である。一方、特許文献２に開示の掘進機は、鋼管先端部に掘削手段をばね機構を介して傾斜可能に支持し、径方向に伸縮する姿勢制御用シリンダの回転および伸縮によって掘削手段の傾斜角度および傾斜方向を制御し、軌道修正時には逆転駆動して姿勢制御用シリンダを所定方向に向けて回転させ、姿勢制御用シリンダを伸長して掘削手段を所定方向に傾斜させる掘進機である。
【０００９】
【特許文献１】特開平３−２０２５９１号公報
【特許文献２】特開２００１−９０４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記する特許文献１に開示の掘進機では、テーパヘッドが地盤から受働土圧を受けないように地盤切削をおこなう制御が極めて困難であり、曲線パイプルーフの線形に沿ってかかる制御を実行しながら掘進機を推進させる場合には施工効率の低下が否めない。一方、特許文献２に開示の掘進機では、掘進機の軌道修正に際して姿勢制御用シリンダを回転および伸縮させる機構であることから掘進機の構成が複雑となり、さらに、この構成では排土方式として泥水循環方式を適用することはできない。
【００１１】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、曲線パイプルーフを施工するに際し、比較的簡素な構成で掘進機の軌道修正を精度よく実行できる掘進機と、該掘進機を使用してなる多連円弧トンネルの施工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成すべく、本発明による掘進機は、地盤内に曲線パイプルーフ用の鋼管を推進させる際に使用される掘進機であって、前記掘進機は、パイプルーフ用の鋼管の前方に配設され、その先端にカッタフェイスを備える筒状の鋼殻体と、該鋼管内部に配設される管路であって、前記カッタフェイス前方に流体を供給する管路と該カッタフェイス前方から切削土を回収する管路と、を少なくとも具備しており、前記鋼殻体の外周面における周方向の少なくとも３以上の箇所には、流体の供給量に応じてその大きさが変化する膨張体が設けられており、それぞれの膨張体の大きさを変化させることで膨張体の地盤に対する押圧力が調整され、掘進機の掘進方向が制御されるようになっていることを特徴とするものである。
【００１３】
曲線パイプルーフは、例えば３連円弧トンネルの施工に際し、先行して併設する２つのトンネルを施工し、双方のトンネルの周側同士を曲線パイプルーフで繋いで支保工を構築し、その内部にトンネル同士を接続する本設接合体を構築する施工方法において、この曲線パイプルーフ用の曲線鋼管を地盤内に推進する際に使用できる。ここで、曲線パイプルーフは、１つの曲率からなる円弧のみならず、２以上の曲率円弧が連続した円弧をも含んでいる。また、この３連円弧トンネル（多連円弧トンネル）は、トンネルの分合流部の拡幅部（本線トンネルとランプトンネルとが接続する区間）や、地下鉄路線と駅舎との接続部、各種地下施設を収容するための広範な地下空間等がその用途である。
【００１４】
本発明の掘進機は、パイプルーフ用の鋼管先端から突出した筒状の鋼殻体と、鋼管内に配設された管路を少なくとも具備している。掘進機の排土方式が泥水加圧方式の場合には、この管路は泥水を供給または回収するための排泥路および送泥管となる。鋼殻体の外径は鋼管の外径以下の大きさに設定されており、その前方先端にはカッタビットを具備するカッタフェイス（面盤型やスポーク型など）が設けられており、このカッタフェイスの外径は上記鋼管よりも小径に設定されている。
【００１５】
掘進機が到達トンネルに到達すると、該到達トンネル側で回収され、トンネル掘進用立坑等を介して発進トンネル側へ搬送する方法のほか、掘進機が到達トンネル側で回収された後に、次のパイプルーフ用鋼管を施工する際には、この到達トンネルを発進トンネルとして該発進トンネルから他方のトンネル側へ掘進機を掘進させることもできる。
【００１６】
掘進機を構成する鋼殻体の外周面には、その周方向の少なくとも３以上の箇所に、流体の供給量に応じてその大きさが変化する膨張体が設けられている。この膨張体は例えばゴムチューブをはじめとする膨張自在な適宜の素材から成形することができる。
【００１７】
鋼殻体外周の周方向の例えば３箇所（１２０度ピッチ）に上記膨張体を設けておき、掘進機の軌道修正等の際にはそれぞれの膨張体の膨張量（大きさ）を調整することで、各膨張体が地盤に与える押圧力を適宜変化させることができ、その結果として掘進機の掘進方向を調整することが可能となる。この膨張体の膨張量（大きさ）の調整は、流体（エア、水、油等）を膨張体内に供給することで実行される。なお、膨張体の膨張量とそれに応じた反力を予め設定しておき、各膨張体の反力値および掘進機の掘進速度の組み合わせに応じて掘進方向を予め求めておき、制御機構内のデータテーブルにそれらを入力しておくことで、簡易な操作で掘進機の掘進方向の調整が可能となる。
【００１８】
本発明の掘進機によれば、鋼殻体外周の周方向の３以上の箇所に膨張体を配設し、その膨張量を変化させるだけの極めて簡素な構成にて掘進機の掘進方向を高精度に調整することができるため、安価な製作コストで高性能な掘進機を得ることが可能となる。
【００１９】
また、本発明による掘進機の好ましい実施の形態において、前記膨張体が地盤と接触する側面に保護プレートが配設されており、該保護プレートが弾性材を介して鋼殻体の外周側に接続されていることを特徴とするものである。
【００２０】
この保護プレートは、折り曲げ自在な鋼板のほか、板バネなどから成形することもできる。この保護プレートをバネ等の弾性材を介して鋼殻体に接続し、膨張体をこの保護プレートで包囲しておくことで、膨張体の膨張作用を阻害することなく、地盤と摺接することで膨張体が摩耗劣化するのを防止することができる。
【００２１】
また、本発明による掘進機の好ましい実施の形態において、前記膨張体は前記鋼殻体の外周面に設けられた凹溝内に収容されており、非膨張時には該外周面から外側に張り出さない姿勢で収容され、かつ、膨張時には該外周面から外側に張り出すようになっていることを特徴とするものである。
【００２２】
膨張体が膨張していない場合には膨張体（および保護プレート）が鋼殻体の外周面から地盤側へ突出しない構成とすることで、膨張体が非膨張状態で掘進機が掘進する際に、該掘進機と地盤との間で過度のフリクションが生じるといった問題は生じ得ない。
【００２３】
また、本発明による掘進機の他の実施の形態において、前記カッタフェイスにはその外周側から径方向外側に拡幅ビットが伸張自在に設けられており、拡幅ビットがカッタフェイス内に収容された姿勢において前記鋼殻体の最大外径が前記鋼管の内径よりも小さくなることを特徴とするものである。
【００２４】
本発明の実施の形態は、カッタフェイスの外周側からその径方向外側に拡幅ビットが伸張自在となっており、拡幅ビットが伸張した姿勢においてその回転軌跡の外径が鋼管のそれよりも大径となるように設定されており、カッタフェイス内に収容された姿勢においては鋼殻体の最大外径が鋼管の内径よりも小さくなるように設定されたものである。
【００２５】
この掘進機によれば、カッタフェイスを含む鋼殻体全体が鋼管内部を通過することができるため、掘進機をパイプルーフ用鋼管内部を介して到達トンネル側から発進トンネル側へ回収可能となる。したがって、施工効率を大幅に高めることができ、工期の大幅な短縮に繋がる。
【００２６】
また、本発明による掘進機の好ましい実施の形態において、前記掘進機は、発進場所および到達場所の位置情報データと、それらを結ぶ推進軌跡データと、を格納する格納手段と、自身の現在位置情報を衛星通信で取得する位置情報取得手段と、位置情報取得手段で取得された現在位置情報データが前記推進軌跡から外れた際に、推進方向を軌道修正するために、複数の前記膨張体の大きさを変化させるべく流体供給量を調整する調整手段と、をさらに具備することを特徴とするものである。
【００２７】
本発明の掘進機は、該掘進機の掘進方向の決定およびその軌道修正を自動制御できる掘進機である。
【００２８】
その構成の実施形態として、発進場所および到達場所の位置情報データと、それらを結ぶ推進軌跡データとを格納する格納手段を具備しており、自身が掘進するに際して必要な情報が予めインプットされている。この発進場所および到達場所に関する位置情報データは、例えば発進側トンネルにおける鋼管発進部位に関する測量結果と、鋼管到達側トンネルにて鋼管が受け取られるべき部位に関する測量結果とがデータ入力される。双方の３次元座標データと鋼管の曲率に基づいて推進軌跡データが決定される。
【００２９】
また、自身の現在位置情報を衛星通信で取得する位置情報取得手段は、公知のナビゲーションシステムを使用することができる。ここで、このナビゲーションシステムに上記推進軌跡データが取り込まれる。これらの情報が管理室内のコンピュータに随時送信され、コンピュータ画面上で管理者が確認できるシステムを構築しておくのが好ましい。
【００３０】
掘進機の現在位置が随時取得され、推進軌跡との一致／不一致がその都度確認され、軌道修正を要する場合には、各手段を制御するＣＰＵに修正が必要である旨の情報が送信される。具体的には、推進軌跡からどの方位にずれているかを位置情報取得手段内で判定し、この判定結果に基づいて、例えば３つの膨張体のそれぞれに供給されるべき流体量が確定し、その指令信号が調整手段に送信され、掘進機内の流体収容タンクから各膨張体へ所定量の流体が供給される。
【００３１】
なお、上記自動制御をおこなわずに、掘進機にナビゲーションシステムを搭載しておき、掘進機の現在位置と推進軌跡とを管理塔内のコンピュータにて管理者がチェックし、必要な場合には、管理塔から掘進機の各膨張体の膨張量の調整指令を発進するシステムであってもよい。
【００３２】
さらに、本発明による多連円弧トンネルの施工方法は、２以上の併設するトンネルを構築する第１の工程と、一方のトンネルの外周側から請求項１〜４のいずれかに記載の掘進機を掘進させて曲線パイプルーフ用の鋼管を地盤内に推進させ、他方のトンネルにて鋼管を受け取ることでトンネル同士を鋼管で繋ぎ、これをトンネルの軸方向に亘って繰り返すことで所定区間に曲線パイプルーフを構築する第２の工程と、曲線パイプルーフと双方のトンネルで包囲された領域の地盤を掘削するとともに曲線パイプルーフの内側にトンネル同士を繋ぐ接合体を構築する第３の工程と、を少なくとも具備することを特徴とするものである。
【００３３】
まず、併設する被接続トンネルをシールド工法もしくは推進工法にて並行して施工し、もしくは順次施工する。このトンネルは鋼製セグメントや鋼製函体などから構成されており、たとえば鋼製セグメントには予めパイプルーフ挿通用の挿通孔を設けておくこともできる。
【００３４】
地下水以深にてトンネルが施工される場合には、パイプルーフ施工に先行して地盤改良にて止水層が造成され、その後に一方のトンネル内から曲線パイプルーフ用の鋼管（曲線鋼管）が地盤内に挿入され、他方のトンネルにおける対応箇所にてこの鋼管が受け取られる。この状態で一つの鋼管が双方の鋼殻に溶接やボルト接合等されることによって固定され、パイプルーフとトンネル鋼殻との接続が図られる。このパイプルーフ用の鋼管は拡幅施工区間に亘って所定ピッチごとに、もしくは隙間なくトンネル間に掛け渡されて土圧（土水圧）を支保する。なお、上記するように、鋼殻体の外径が鋼管よりも小径の場合には、カッタフェイスを含む鋼殻体が鋼管内部を通ることが可能となるため、掘進機をパイプルーフ用鋼管内部を介して到達トンネル側から発進トンネル側で回収することができる。
【００３５】
パイプルーフとトンネルで包囲された領域の地盤をバックホーや人力にて掘削し、上方パイプルーフの下方にトンネル同士を繋ぐ円弧状の接合体を構築する。この接合体は、例えば、円弧方向に延びる引張材（鉄筋、ＰＣ鋼材等）およびトンネル軸方向に延びる引張材と、コンクリートとからなるＲＣ構造体からなる。
【００３６】
接合体が構築されたら、パイプルーフの支持する土圧を接合体に盛り替え、双方のトンネルにおいて不要な鋼殻を解体撤去してトンネル内部に本設構造体を構築する。
【００３７】
本発明の施工方法によれば、上記する掘進機を使用して曲線パイプルーフを構築することで施工効率を格段に高めることができる。掘進機がパイプルーフ用鋼管を介して回収可能な場合にはその効果がより一層高くなる。
【発明の効果】
【００３８】
以上の説明から理解できるように、本発明の掘進機とそれを使用した多連円弧トンネルの施工方法によれば、簡素な構成の掘進機にて効率的に曲線パイプルーフを施工することができるため、工期の大幅な短縮とそれに伴う工費の削減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の掘進機を鋼管とともに示した縦断図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。図３ａは膨張体が収縮している状態で凹溝内に収容されている状態を示した断面図であり、図３ｂはその平面図である。図４ａは膨張体が膨張している状態を示した断面図であり、図４ｂはその平面図である。図５は掘進機の姿勢制御機構を説明したブロック図である。図６〜８は順に３連円弧トンネルの施工方法を説明した断面図である。なお、図示する多連円弧トンネルは３連であるが、施工されるトンネルが４連以上の円弧トンネルであってもよいことは勿論のことである。
【００４０】
本発明の掘進機の概要を図１〜５に基づいて詳細に説明する。掘進機１は、地盤内に曲線パイプルーフを推進施工する際に使用され、特に、多連円弧トンネルを構成するトンネル同士を繋ぐ曲線パイプルーフ用の鋼管を地盤内に推進するに好適である。
【００４１】
この掘進機１の構成を鋼管Ｐとの関連で説明すると、鋼管Ｐの先端開口から突出するカッタフェイス１２（カッタビット１２ａ）を備えた筒状の鋼殻体１１と、このカッタフェイス１２の前面に泥水を提供する送泥管１４および切削地盤を泥水とともに排出する排泥管１５と、から大略構成されており、この送泥管１４および排泥管１５は鋼管Ｐ内に収容され、鋼殻体１１と鋼管Ｐの端部がボルト等で固定された姿勢で地盤内を推進するようになっている。
【００４２】
カッタフェイス１２の外周側からはその径方向に伸縮自在な拡幅ビット１３が複数設けられており、本実施例では図２に示すように３基の拡幅ビット１３，１３，１３が１２０度ピッチに配設され、図中のＸ方向（径方向）に伸張するようになっている。この拡幅ビット１３の伸縮操作は、図１に示す引き抜きロッド１６を油圧にて押し引きすることで実行される。
【００４３】
図１，２では、カッタフェイス１２の外径寸法が鋼管Ｐの内径よりも小さく設定されており、鋼殻体１１と鋼管Ｐ双方の外径が同程度に設定されている実施例が示されているが、鋼殻体１１の外径寸法を鋼管Ｐの内径寸法よりも小さく設定しておくことで、掘進機１が到達側トンネルに到達した後にこの鋼管Ｐ内を通して掘進機１を発進側トンネルで回収することもできる。
【００４４】
鋼殻体１１の外周面でカッタフェイス１２の後方部位には図１に示すように複数の膨張体２，…が設けられており、本実施例では、図２に示すようにその周方向に１２０度ピッチで３基の膨張体２Ａ，２Ｂ、２Ｃが設けられている。各膨張体２Ａ，２Ｂ、２Ｃには、不図示の流体収容タンクからエアや水、油などが提供されて所定の大きさに膨張するようになっている（図２のＹ１，Ｙ２、Ｙ３方向）。各膨張体２Ａ，２Ｂ、２Ｃの膨張作用により、地盤には膨張量に応じた押圧力Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３が作用し、各押圧力を調整することで掘進機１の掘進方向が制御できるようになっている。この制御機構の詳細は後述する。
【００４５】
図３，４は、膨張体２の収縮時および膨張時における態様を示している。まず、図３ａに示すように、膨張体２は鋼殻体１１の外周側に形成された凹溝１１ａ内に収容されており、図３ｂに示すように、その外側には３つの板バネ（保護プレート）３１，３１，３１が配設され、各板バネ３１はその両端にバネ３２，３２を介して鋼殻体１１に接続されている。図３ａからも明らかなように、膨張体２の収縮時にはこの膨張体２および板バネ３１が鋼殻体１１の凹溝以外の外周側から外側（地盤Ｇ側）に突出しないようになっている。
【００４６】
この膨張体２には図４ａに示すように流路が繋がっており、これが不図示の流体収容タンクに連通していて、所定量の流体Ｆが該膨張体２に提供されることで膨張し、地盤Ｇに所定の押圧力Ｑを作用させることができる。
【００４７】
図５は、掘進機１の掘進時における姿勢制御機構の概要を示したブロック図である。この掘進機１は自動で姿勢制御できるように構成されており、相応の制御機構を具備している。
【００４８】
姿勢制御機構５０は、発進場所および到達場所の位置情報データと、それらを結ぶ推進軌跡データとを格納する格納部５２と、公知のナビゲーションシステムなどからなり、自身の現在位置情報を衛星通信で取得するとともに推進すべき軌跡から掘進機１がどの方位にずれているかを判定する位置情報取得部５３と、判定結果に基づいて膨張体２Ａ,２Ｂ,２Ｃのそれぞれに供給されるべき流体量に関する指令信号を受けて掘進機１内の流体収容タンクＰＡ，ＰＢ，ＰＣから各膨張体２Ａ,２Ｂ,２Ｃへ所定量の流体を提供するための調整部５４と、から構成されている。これらの各機構はシステム内の中央演算処理部：ＣＰＵ５５にて実行制御される。
【００４９】
格納部５２へのデータｉｎｐｕｔ６１は、発進側トンネルにおける鋼管発進部位に関する測量結果と、鋼管到達側トンネルにて鋼管が受け取られるべき部位に関する測量結果と、双方の３次元座標データと鋼管の曲率に基づく推進軌跡データとが少なくとも入力され、Ｉ／Ｆ回路５１ａを介して格納部５２にデータ入力される。
【００５０】
また、掘進機１はその掘進時において衛星通信にて自身の現在位置情報を衛星情報６２として取得し、その取得情報をＩ／Ｆ回路５１ｂを介して位置情報取得部５３にデータ送信する。
【００５１】
この位置情報取得部５３では、推進軌跡データが３次元座標内に合成され、さらに現在位置情報が随時この３次元座標内に取り込まれるようになっており、この全体情報はＩ／Ｆ回路５１ｃを介して無線通信にて管理室内のコンピュータ６３に送信されるようになっている。
【００５２】
上記する姿勢制御機構にて掘進機１の推進方向が随時チェックされ、必要に応じて軌道修正されるため、曲線鋼管を高い精度で到達側トンネルの所定部位に推進させることができる。しかも、位置情報取得部は公知のナビゲーションシステムを使用することができ、制御機構の製作に要するコストは高価なものとはならない。
【００５３】
次に、図６〜８に基づいて上記する掘進機１を使用してなる３連円弧トンネルの施工方法を概説する。
【００５４】
図６は、不図示の２台のシールド機が並行して、または１台のシールド機が順次掘進しながら鋼製セグメントＳ，…からなるセグメントトンネル１００，２００が所定間隔を置いて地盤Ｇ内に施工された状況を示している。パイプルーフの施工に先んじて、地盤改良施工が実施されて止水層３００，３００’が造成される。さらに、パイプルーフ設置部位近傍にパイプルーフとこれに接続するトンネル部位を支持するための鉛直支保工１０１，２０１が設置され、さらには、別途の斜材にて支持されている。この鉛直支保工１０１,２０１には、Ｈ型鋼材、Ｉ型鋼材、鋼管（角鋼管）、プレキャストＲＣ柱等を使用することができる。
【００５５】
次いで、トンネル１００，２００の長手方向に所定間隔をおいて、パイプルーフ用の湾曲した曲線鋼管Ｐが掘進機１に誘導されながら推進施工される。なお、図６中、発進部位Ａと到達部位Ｂを結ぶラインＴは推進軌跡ラインであり、Ｚ方向に掘進機１が推進している状況を示している。
【００５６】
双方のトンネル１００，２００における対応する鋼製セグメントＳ，Ｓの所定位置には鋼管挿通用の不図示の挿通孔がそれぞれ設けられていて、一方のトンネルの挿通孔を介して地盤Ｇ内に挿入（押し出）されるとともに他方のトンネルの挿通孔を介して地盤Ｇ内から受け取られることで双方のトンネル間に曲線パイプルーフが仮設される。図６では、移動台座上に載置された押し出し用マシンＭにてトンネル２００側からトンネル１００側に向って曲線鋼管Ｐを押し出している状況を示している。なお、下方に設置される曲線鋼管も同様の施工方法にて双方のトンネル間に仮設される。なお、上記するように、鋼殻体１１の外径が鋼管Ｐよりも小径の場合には、カッタフェイス１２を含む鋼殻体１１が鋼管Ｐ内部を通ることが可能となるため、掘進機１をパイプルーフ用鋼管内部を介してトンネル１００側からトンネル２００側で回収することができる。
【００５７】
図７は上下の曲線パイプルーフ４００，４００’が施工された状況を示している。
次いで図８に示すように、ＲＣ造の接合体５００，５００’が施工される。具体的には、円弧方向およびトンネル軸方向に延びる不図示の引張材（鉄筋、ＰＣ鋼材等）を配設し、コンクリートを一方または双方のトンネル内から打設することによって施工される。なお、接合体５００，５００’を構成する円弧方向に延びる引張材の端部はトンネルの鋼殻Ｓにナット固定ないしは溶接固定等されることで接続される。次いで、トンネル１００，２００を連通するに不要な鋼殻Ｓ，…を撤去して双方のトンネル同士を連通させ、本設構造体を構築することで図示する地下道の分合流部１０００が施工される。なお、地下道の分合流部以外にも、多連円弧状の大断面トンネルからなるライフライン施設や地下ショッピングセンターなどを施工することもできる。
【００５８】
本発明による掘進機１を使用して曲線パイプルーフを施工することにより、多連円弧トンネルの施工効率を大幅に高めることができる。この掘進機１はその製作コストが高価なものではなく、しかも推進精度も極めて高いことから曲線パイプルーフ施工の施工精度を高めることもできる。
【００５９】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の掘進機を鋼管とともに示した縦断図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。
【図３】（ａ）は膨張体が収縮している状態で凹溝内に収容されている状態を示した断面図であり、（ｂ）はその平面図である。
【図４】膨張体が膨張している状態を示した断面図であり、（ｂ）はその平面図である。
【図５】掘進機の姿勢制御機構を説明したブロック図である。
【図６】３連円弧トンネルの施工方法を説明した断面図である。
【図７】図６に続き、３連円弧トンネルの施工方法を説明した断面図である。
【図８】図７に続き、３連円弧トンネルの施工方法を説明した断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…掘進機、１１…鋼殻体、１２…カッタフェイス、１３…拡幅ビット、１４…送泥管、１５…排泥管、１６…引き抜きロッド、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…膨張体、３１…板バネ（保護プレート），３２…バネ、５０…姿勢制御機構、１００，２００…トンネル、１０１，２０１…鉛直支保工、３００，３００’…止水層、４００，４００’…接合体、１０００…分合流部、Ｓ…セグメント（鋼殻）、Ｇ…地盤、Ｐ…鋼管（曲線鋼管）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも３連以上の多連円弧トンネルを曲線パイプルーフを使用しながら施工するに際し、曲線パイプルーフを形成する鋼管（曲線鋼管）を地盤内に推進させる際に使用される掘進機と、この掘進機を使用して施工される多連円弧トンネルの施工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地下道路トンネルのランプ部をはじめとして地中にてトンネルを接合することによって断面が多連円弧状のトンネルを施工する方法として、従来は大規模な開削工法が適用されてきたが、用地確保、地上交通への影響、工期の長期化とそれに伴う工費の増大、さらには大深度トンネルへの対応などから、より安全かつ経済的なトンネル接合方法が切望されており、建設各社が検討／開発を進めている。
【０００３】
上記する多連円弧トンネルの施工方法の実施例として、例えば、間隔を置いて併設した２つのトンネルを先行施工し、双方のトンネル間を円弧状のパイプルーフ（いわゆる曲線パイプルーフ）で繋ぐとともにパイプルーフ間を鉛直方向の支保工にて支持し、上方のパイプルーフ直下を掘削しながらトンネル同士を繋ぐ接合体を構築し、双方のトンネル同士を連通させ、トンネル内に本設構造体を施工する技術がある。
【０００４】
上記曲線パイプルーフ用の鋼管を地盤内に推進するに際し、一般には鋼管の先端開口部から回転ビットを具備する小口径の掘進機を挿通させ、この回転ビットに連通するノズルを介して高圧水を地盤内に噴射しながら地盤を穿孔して鋼管を地盤内に挿入（推進）させていく方法や泥水の循環によって鋼管を地盤内に挿入していく方法などが適用される。
【０００５】
この小口径掘進機をより具体的に説明すると、鋼管内に掘進機が内在した姿勢で地盤を切削するいわゆる内在型の掘進機と、鋼管先端から掘進機を構成する鋼殻全体が突出した姿勢で地盤を切削するいわゆる外在型の掘進機とに分けることができる。また、いずれの型式による場合でも、その排土方式としてはバキューム吸引方式と泥水循環方式を適用することができる。
【０００６】
内在型掘進機のメリットは、その構造が比較的シンプルでその製作コストが比較的安価なことと、掘進機が他方のトンネル側に到達した後にパイプルーフ用鋼管の内部を介して該掘進機を発進側のトンネルで回収できることである。一方、内在型掘進機のデメリットとしては、曲線パイプルーフの有する湾曲線形に沿って掘進していくことが困難なことである。このため、上記する曲線パイプルーフの推進施工にこの内在型掘進機を採用した場合には、鋼管推進開始時の推進方向や角度を精度よく設定することが要求され、さらには、推進途中で推進方向の修正が余儀なくされた場合に対応することはできない。
【０００７】
それに対して外在型掘進機の場合には、公知の中折れ機構を具備する掘進機とすることで曲線パイプルーフの線形に沿って地盤内掘進が可能となり、推進途中の軌道修正も容易に実行できる。しかし、パイプルーフ用鋼管の内部を介して発進側トンネルに該掘進機を回収することはできず、さらには中折れ機構を具備することで掘進機の製作コストが極めて高価となる。
【０００８】
ところで、上記する中折れ機構以外の構成にてその推進方向を軌道修正可能な掘進機にかかる従来技術として例えば特許文献１，２を挙げることができる。特許文献１に開示の掘進機は、円筒状の外筒先端からテーパヘッドを突出させ、このテーパヘッドをヒンジ部を中心に折り曲げることによって方向修正し、その方向修正側に地盤の受働土圧を受けないように地盤を切削する掘進機である。一方、特許文献２に開示の掘進機は、鋼管先端部に掘削手段をばね機構を介して傾斜可能に支持し、径方向に伸縮する姿勢制御用シリンダの回転および伸縮によって掘削手段の傾斜角度および傾斜方向を制御し、軌道修正時には逆転駆動して姿勢制御用シリンダを所定方向に向けて回転させ、姿勢制御用シリンダを伸長して掘削手段を所定方向に傾斜させる掘進機である。
【０００９】
【特許文献１】特開平３−２０２５９１号公報
【特許文献２】特開２００１−９０４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記する特許文献１に開示の掘進機では、テーパヘッドが地盤から受働土圧を受けないように地盤切削をおこなう制御が極めて困難であり、曲線パイプルーフの線形に沿ってかかる制御を実行しながら掘進機を推進させる場合には施工効率の低下が否めない。一方、特許文献２に開示の掘進機では、掘進機の軌道修正に際して姿勢制御用シリンダを回転および伸縮させる機構であることから掘進機の構成が複雑となり、さらに、この構成では排土方式として泥水循環方式を適用することはできない。
【００１１】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、曲線パイプルーフを施工するに際し、比較的簡素な構成で掘進機の軌道修正を精度よく実行できる掘進機と、該掘進機を使用してなる多連円弧トンネルの施工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成すべく、本発明による掘進機は、地盤内に曲線パイプルーフ用の鋼管を推進させる際に使用される掘進機であって、前記掘進機は、パイプルーフ用の鋼管の前方に配設され、その先端にカッタフェイスを備える筒状の鋼殻体と、該鋼管内部に配設される管路であって、前記カッタフェイス前方に流体を供給する管路と該カッタフェイス前方から切削土を回収する管路と、を少なくとも具備しており、前記鋼殻体の外周面における周方向の少なくとも３以上の箇所には、流体の供給量に応じてその大きさが変化する膨張体が設けられており、それぞれの膨張体の大きさを変化させることで膨張体の地盤に対する押圧力が調整され、掘進機の掘進方向が制御されるようになっていることを特徴とするものである。
【００１３】
曲線パイプルーフは、例えば３連円弧トンネルの施工に際し、先行して併設する２つのトンネルを施工し、双方のトンネルの周側同士を曲線パイプルーフで繋いで支保工を構築し、その内部にトンネル同士を接続する本設接合体を構築する施工方法において、この曲線パイプルーフ用の曲線鋼管を地盤内に推進する際に使用できる。ここで、曲線パイプルーフは、１つの曲率からなる円弧のみならず、２以上の曲率円弧が連続した円弧をも含んでいる。また、この３連円弧トンネル（多連円弧トンネル）は、トンネルの分合流部の拡幅部（本線トンネルとランプトンネルとが接続する区間）や、地下鉄路線と駅舎との接続部、各種地下施設を収容するための広範な地下空間等がその用途である。
【００１４】
本発明の掘進機は、パイプルーフ用の鋼管先端から突出した筒状の鋼殻体と、鋼管内に配設された管路を少なくとも具備している。掘進機の排土方式が泥水加圧方式の場合には、この管路は泥水を供給または回収するための排泥路および送泥管となる。鋼殻体の外径は鋼管の外径以下の大きさに設定されており、その前方先端にはカッタビットを具備するカッタフェイス（面盤型やスポーク型など）が設けられており、このカッタフェイスの外径は上記鋼管よりも小径に設定されている。
【００１５】
掘進機が到達トンネルに到達すると、該到達トンネル側で回収され、トンネル掘進用立坑等を介して発進トンネル側へ搬送する方法のほか、掘進機が到達トンネル側で回収された後に、次のパイプルーフ用鋼管を施工する際には、この到達トンネルを発進トンネルとして該発進トンネルから他方のトンネル側へ掘進機を掘進させることもできる。
【００１６】
掘進機を構成する鋼殻体の外周面には、その周方向の少なくとも３以上の箇所に、流体の供給量に応じてその大きさが変化する膨張体が設けられている。この膨張体は例えばゴムチューブをはじめとする膨張自在な適宜の素材から成形することができる。
【００１７】
鋼殻体外周の周方向の例えば３箇所（１２０度ピッチ）に上記膨張体を設けておき、掘進機の軌道修正等の際にはそれぞれの膨張体の膨張量（大きさ）を調整することで、各膨張体が地盤に与える押圧力を適宜変化させることができ、その結果として掘進機の掘進方向を調整することが可能となる。この膨張体の膨張量（大きさ）の調整は、流体（エア、水、油等）を膨張体内に供給することで実行される。なお、膨張体の膨張量とそれに応じた反力を予め設定しておき、各膨張体の反力値および掘進機の掘進速度の組み合わせに応じて掘進方向を予め求めておき、制御機構内のデータテーブルにそれらを入力しておくことで、簡易な操作で掘進機の掘進方向の調整が可能となる。
【００１８】
本発明の掘進機によれば、鋼殻体外周の周方向の３以上の箇所に膨張体を配設し、その膨張量を変化させるだけの極めて簡素な構成にて掘進機の掘進方向を高精度に調整することができるため、安価な製作コストで高性能な掘進機を得ることが可能となる。
【００１９】
また、本発明による掘進機の好ましい実施の形態において、前記膨張体が地盤と接触する側面に保護プレートが配設されており、該保護プレートが弾性材を介して鋼殻体の外周側に接続されていることを特徴とするものである。
【００２０】
この保護プレートは、折り曲げ自在な鋼板のほか、板バネなどから成形することもできる。この保護プレートをバネ等の弾性材を介して鋼殻体に接続し、膨張体をこの保護プレートで包囲しておくことで、膨張体の膨張作用を阻害することなく、地盤と摺接することで膨張体が摩耗劣化するのを防止することができる。
【００２１】
また、本発明による掘進機の好ましい実施の形態において、前記膨張体は前記鋼殻体の外周面に設けられた凹溝内に収容されており、非膨張時には該外周面から外側に張り出さない姿勢で収容され、かつ、膨張時には該外周面から外側に張り出すようになっていることを特徴とするものである。
【００２２】
膨張体が膨張していない場合には膨張体（および保護プレート）が鋼殻体の外周面から地盤側へ突出しない構成とすることで、膨張体が非膨張状態で掘進機が掘進する際に、該掘進機と地盤との間で過度のフリクションが生じるといった問題は生じ得ない。
【００２３】
また、本発明による掘進機の他の実施の形態において、前記カッタフェイスにはその外周側から径方向外側に拡幅ビットが伸張自在に設けられており、拡幅ビットがカッタフェイス内に収容された姿勢において前記鋼殻体の最大外径が前記鋼管の内径よりも小さくなることを特徴とするものである。
【００２４】
本発明の実施の形態は、カッタフェイスの外周側からその径方向外側に拡幅ビットが伸張自在となっており、拡幅ビットが伸張した姿勢においてその回転軌跡の外径が鋼管のそれよりも大径となるように設定されており、カッタフェイス内に収容された姿勢においては鋼殻体の最大外径が鋼管の内径よりも小さくなるように設定されたものである。
【００２５】
この掘進機によれば、カッタフェイスを含む鋼殻体全体が鋼管内部を通過することができるため、掘進機をパイプルーフ用鋼管内部を介して到達トンネル側から発進トンネル側へ回収可能となる。したがって、施工効率を大幅に高めることができ、工期の大幅な短縮に繋がる。
【００２６】
また、本発明による掘進機の好ましい実施の形態において、前記掘進機は、発進場所および到達場所の位置情報データと、それらを結ぶ推進軌跡データと、を格納する格納手段と、自身の現在位置情報を衛星通信で取得する位置情報取得手段と、位置情報取得手段で取得された現在位置情報データが前記推進軌跡から外れた際に、推進方向を軌道修正するために、複数の前記膨張体の大きさを変化させるべく流体供給量を調整する調整手段と、をさらに具備することを特徴とするものである。
【００２７】
本発明の掘進機は、該掘進機の掘進方向の決定およびその軌道修正を自動制御できる掘進機である。
【００２８】
その構成の実施形態として、発進場所および到達場所の位置情報データと、それらを結ぶ推進軌跡データとを格納する格納手段を具備しており、自身が掘進するに際して必要な情報が予めインプットされている。この発進場所および到達場所に関する位置情報データは、例えば発進側トンネルにおける鋼管発進部位に関する測量結果と、鋼管到達側トンネルにて鋼管が受け取られるべき部位に関する測量結果とがデータ入力される。双方の３次元座標データと鋼管の曲率に基づいて推進軌跡データが決定される。
【００２９】
また、自身の現在位置情報を衛星通信で取得する位置情報取得手段は、公知のナビゲーションシステムを使用することができる。ここで、このナビゲーションシステムに上記推進軌跡データが取り込まれる。これらの情報が管理室内のコンピュータに随時送信され、コンピュータ画面上で管理者が確認できるシステムを構築しておくのが好ましい。
【００３０】
掘進機の現在位置が随時取得され、推進軌跡との一致／不一致がその都度確認され、軌道修正を要する場合には、各手段を制御するＣＰＵに修正が必要である旨の情報が送信される。具体的には、推進軌跡からどの方位にずれているかを位置情報取得手段内で判定し、この判定結果に基づいて、例えば３つの膨張体のそれぞれに供給されるべき流体量が確定し、その指令信号が調整手段に送信され、掘進機内の流体収容タンクから各膨張体へ所定量の流体が供給される。
【００３１】
なお、上記自動制御をおこなわずに、掘進機にナビゲーションシステムを搭載しておき、掘進機の現在位置と推進軌跡とを管理塔内のコンピュータにて管理者がチェックし、必要な場合には、管理塔から掘進機の各膨張体の膨張量の調整指令を発進するシステムであってもよい。
【００３２】
さらに、本発明による多連円弧トンネルの施工方法は、２以上の併設するトンネルを構築する第１の工程と、一方のトンネルの外周側から請求項１〜４のいずれかに記載の掘進機を掘進させて曲線パイプルーフ用の鋼管を地盤内に推進させ、他方のトンネルにて鋼管を受け取ることでトンネル同士を鋼管で繋ぎ、これをトンネルの軸方向に亘って繰り返すことで所定区間に曲線パイプルーフを構築する第２の工程と、曲線パイプルーフと双方のトンネルで包囲された領域の地盤を掘削するとともに曲線パイプルーフの内側にトンネル同士を繋ぐ接合体を構築する第３の工程と、を少なくとも具備することを特徴とするものである。
【００３３】
まず、併設する被接続トンネルをシールド工法もしくは推進工法にて並行して施工し、もしくは順次施工する。このトンネルは鋼製セグメントや鋼製函体などから構成されており、たとえば鋼製セグメントには予めパイプルーフ挿通用の挿通孔を設けておくこともできる。
【００３４】
地下水以深にてトンネルが施工される場合には、パイプルーフ施工に先行して地盤改良にて止水層が造成され、その後に一方のトンネル内から曲線パイプルーフ用の鋼管（曲線鋼管）が地盤内に挿入され、他方のトンネルにおける対応箇所にてこの鋼管が受け取られる。この状態で一つの鋼管が双方の鋼殻に溶接やボルト接合等されることによって固定され、パイプルーフとトンネル鋼殻との接続が図られる。このパイプルーフ用の鋼管は拡幅施工区間に亘って所定ピッチごとに、もしくは隙間なくトンネル間に掛け渡されて土圧（土水圧）を支保する。なお、上記するように、鋼殻体の外径が鋼管よりも小径の場合には、カッタフェイスを含む鋼殻体が鋼管内部を通ることが可能となるため、掘進機をパイプルーフ用鋼管内部を介して到達トンネル側から発進トンネル側で回収することができる。
【００３５】
パイプルーフとトンネルで包囲された領域の地盤をバックホーや人力にて掘削し、上方パイプルーフの下方にトンネル同士を繋ぐ円弧状の接合体を構築する。この接合体は、例えば、円弧方向に延びる引張材（鉄筋、ＰＣ鋼材等）およびトンネル軸方向に延びる引張材と、コンクリートとからなるＲＣ構造体からなる。
【００３６】
接合体が構築されたら、パイプルーフの支持する土圧を接合体に盛り替え、双方のトンネルにおいて不要な鋼殻を解体撤去してトンネル内部に本設構造体を構築する。
【００３７】
本発明の施工方法によれば、上記する掘進機を使用して曲線パイプルーフを構築することで施工効率を格段に高めることができる。掘進機がパイプルーフ用鋼管を介して回収可能な場合にはその効果がより一層高くなる。
【発明の効果】
【００３８】
以上の説明から理解できるように、本発明の掘進機とそれを使用した多連円弧トンネルの施工方法によれば、簡素な構成の掘進機にて効率的に曲線パイプルーフを施工することができるため、工期の大幅な短縮とそれに伴う工費の削減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の掘進機を鋼管とともに示した縦断図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。図３ａは膨張体が収縮している状態で凹溝内に収容されている状態を示した断面図であり、図３ｂはその平面図である。図４ａは膨張体が膨張している状態を示した断面図であり、図４ｂはその平面図である。図５は掘進機の姿勢制御機構を説明したブロック図である。図６〜８は順に３連円弧トンネルの施工方法を説明した断面図である。なお、図示する多連円弧トンネルは３連であるが、施工されるトンネルが４連以上の円弧トンネルであってもよいことは勿論のことである。
【００４０】
本発明の掘進機の概要を図１〜５に基づいて詳細に説明する。掘進機１は、地盤内に曲線パイプルーフを推進施工する際に使用され、特に、多連円弧トンネルを構成するトンネル同士を繋ぐ曲線パイプルーフ用の鋼管を地盤内に推進するに好適である。
【００４１】
この掘進機１の構成を鋼管Ｐとの関連で説明すると、鋼管Ｐの先端開口から突出するカッタフェイス１２（カッタビット１２ａ）を備えた筒状の鋼殻体１１と、このカッタフェイス１２の前面に泥水を提供する送泥管１４および切削地盤を泥水とともに排出する排泥管１５と、から大略構成されており、この送泥管１４および排泥管１５は鋼管Ｐ内に収容され、鋼殻体１１と鋼管Ｐの端部がボルト等で固定された姿勢で地盤内を推進するようになっている。
【００４２】
カッタフェイス１２の外周側からはその径方向に伸縮自在な拡幅ビット１３が複数設けられており、本実施例では図２に示すように３基の拡幅ビット１３，１３，１３が１２０度ピッチに配設され、図中のＸ方向（径方向）に伸張するようになっている。この拡幅ビット１３の伸縮操作は、図１に示す引き抜きロッド１６を油圧にて押し引きすることで実行される。
【００４３】
図１，２では、カッタフェイス１２の外径寸法が鋼管Ｐの内径よりも小さく設定されており、鋼殻体１１と鋼管Ｐ双方の外径が同程度に設定されている実施例が示されているが、鋼殻体１１の外径寸法を鋼管Ｐの内径寸法よりも小さく設定しておくことで、掘進機１が到達側トンネルに到達した後にこの鋼管Ｐ内を通して掘進機１を発進側トンネルで回収することもできる。
【００４４】
鋼殻体１１の外周面でカッタフェイス１２の後方部位には図１に示すように複数の膨張体２，…が設けられており、本実施例では、図２に示すようにその周方向に１２０度ピッチで３基の膨張体２Ａ，２Ｂ、２Ｃが設けられている。各膨張体２Ａ，２Ｂ、２Ｃには、不図示の流体収容タンクからエアや水、油などが提供されて所定の大きさに膨張するようになっている（図２のＹ１，Ｙ２、Ｙ３方向）。各膨張体２Ａ，２Ｂ、２Ｃの膨張作用により、地盤には膨張量に応じた押圧力Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３が作用し、各押圧力を調整することで掘進機１の掘進方向が制御できるようになっている。この制御機構の詳細は後述する。
【００４５】
図３，４は、膨張体２の収縮時および膨張時における態様を示している。まず、図３ａに示すように、膨張体２は鋼殻体１１の外周側に形成された凹溝１１ａ内に収容されており、図３ｂに示すように、その外側には３つの板バネ（保護プレート）３１，３１，３１が配設され、各板バネ３１はその両端にバネ３２，３２を介して鋼殻体１１に接続されている。図３ａからも明らかなように、膨張体２の収縮時にはこの膨張体２および板バネ３１が鋼殻体１１の凹溝以外の外周側から外側（地盤Ｇ側）に突出しないようになっている。
【００４６】
この膨張体２には図４ａに示すように流路が繋がっており、これが不図示の流体収容タンクに連通していて、所定量の流体Ｆが該膨張体２に提供されることで膨張し、地盤Ｇに所定の押圧力Ｑを作用させることができる。
【００４７】
図５は、掘進機１の掘進時における姿勢制御機構の概要を示したブロック図である。この掘進機１は自動で姿勢制御できるように構成されており、相応の制御機構を具備している。
【００４８】
姿勢制御機構５０は、発進場所および到達場所の位置情報データと、それらを結ぶ推進軌跡データとを格納する格納部５２と、公知のナビゲーションシステムなどからなり、自身の現在位置情報を衛星通信で取得するとともに推進すべき軌跡から掘進機１がどの方位にずれているかを判定する位置情報取得部５３と、判定結果に基づいて膨張体２Ａ,２Ｂ,２Ｃのそれぞれに供給されるべき流体量に関する指令信号を受けて掘進機１内の流体収容タンクＰＡ，ＰＢ，ＰＣから各膨張体２Ａ,２Ｂ,２Ｃへ所定量の流体を提供するための調整部５４と、から構成されている。これらの各機構はシステム内の中央演算処理部：ＣＰＵ５５にて実行制御される。
【００４９】
格納部５２へのデータｉｎｐｕｔ６１は、発進側トンネルにおける鋼管発進部位に関する測量結果と、鋼管到達側トンネルにて鋼管が受け取られるべき部位に関する測量結果と、双方の３次元座標データと鋼管の曲率に基づく推進軌跡データとが少なくとも入力され、Ｉ／Ｆ回路５１ａを介して格納部５２にデータ入力される。
【００５０】
また、掘進機１はその掘進時において衛星通信にて自身の現在位置情報を衛星情報６２として取得し、その取得情報をＩ／Ｆ回路５１ｂを介して位置情報取得部５３にデータ送信する。
【００５１】
この位置情報取得部５３では、推進軌跡データが３次元座標内に合成され、さらに現在位置情報が随時この３次元座標内に取り込まれるようになっており、この全体情報はＩ／Ｆ回路５１ｃを介して無線通信にて管理室内のコンピュータ６３に送信されるようになっている。
【００５２】
上記する姿勢制御機構にて掘進機１の推進方向が随時チェックされ、必要に応じて軌道修正されるため、曲線鋼管を高い精度で到達側トンネルの所定部位に推進させることができる。しかも、位置情報取得部は公知のナビゲーションシステムを使用することができ、制御機構の製作に要するコストは高価なものとはならない。
【００５３】
次に、図６〜８に基づいて上記する掘進機１を使用してなる３連円弧トンネルの施工方法を概説する。
【００５４】
図６は、不図示の２台のシールド機が並行して、または１台のシールド機が順次掘進しながら鋼製セグメントＳ，…からなるセグメントトンネル１００，２００が所定間隔を置いて地盤Ｇ内に施工された状況を示している。パイプルーフの施工に先んじて、地盤改良施工が実施されて止水層３００，３００’が造成される。さらに、パイプルーフ設置部位近傍にパイプルーフとこれに接続するトンネル部位を支持するための鉛直支保工１０１，２０１が設置され、さらには、別途の斜材にて支持されている。この鉛直支保工１０１,２０１には、Ｈ型鋼材、Ｉ型鋼材、鋼管（角鋼管）、プレキャストＲＣ柱等を使用することができる。
【００５５】
次いで、トンネル１００，２００の長手方向に所定間隔をおいて、パイプルーフ用の湾曲した曲線鋼管Ｐが掘進機１に誘導されながら推進施工される。なお、図６中、発進部位Ａと到達部位Ｂを結ぶラインＴは推進軌跡ラインであり、Ｚ方向に掘進機１が推進している状況を示している。
【００５６】
双方のトンネル１００，２００における対応する鋼製セグメントＳ，Ｓの所定位置には鋼管挿通用の不図示の挿通孔がそれぞれ設けられていて、一方のトンネルの挿通孔を介して地盤Ｇ内に挿入（押し出）されるとともに他方のトンネルの挿通孔を介して地盤Ｇ内から受け取られることで双方のトンネル間に曲線パイプルーフが仮設される。図６では、移動台座上に載置された押し出し用マシンＭにてトンネル２００側からトンネル１００側に向って曲線鋼管Ｐを押し出している状況を示している。なお、下方に設置される曲線鋼管も同様の施工方法にて双方のトンネル間に仮設される。なお、上記するように、鋼殻体１１の外径が鋼管Ｐよりも小径の場合には、カッタフェイス１２を含む鋼殻体１１が鋼管Ｐ内部を通ることが可能となるため、掘進機１をパイプルーフ用鋼管内部を介してトンネル１００側からトンネル２００側で回収することができる。
【００５７】
図７は上下の曲線パイプルーフ４００，４００’が施工された状況を示している。
次いで図８に示すように、ＲＣ造の接合体５００，５００’が施工される。具体的には、円弧方向およびトンネル軸方向に延びる不図示の引張材（鉄筋、ＰＣ鋼材等）を配設し、コンクリートを一方または双方のトンネル内から打設することによって施工される。なお、接合体５００，５００’を構成する円弧方向に延びる引張材の端部はトンネルの鋼殻Ｓにナット固定ないしは溶接固定等されることで接続される。次いで、トンネル１００，２００を連通するに不要な鋼殻Ｓ，…を撤去して双方のトンネル同士を連通させ、本設構造体を構築することで図示する地下道の分合流部１０００が施工される。なお、地下道の分合流部以外にも、多連円弧状の大断面トンネルからなるライフライン施設や地下ショッピングセンターなどを施工することもできる。
【００５８】
本発明による掘進機１を使用して曲線パイプルーフを施工することにより、多連円弧トンネルの施工効率を大幅に高めることができる。この掘進機１はその製作コストが高価なものではなく、しかも推進精度も極めて高いことから曲線パイプルーフ施工の施工精度を高めることもできる。
【００５９】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の掘進機を鋼管とともに示した縦断図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。
【図３】（ａ）は膨張体が収縮している状態で凹溝内に収容されている状態を示した断面図であり、（ｂ）はその平面図である。
【図４】膨張体が膨張している状態を示した断面図であり、（ｂ）はその平面図である。
【図５】掘進機の姿勢制御機構を説明したブロック図である。
【図６】３連円弧トンネルの施工方法を説明した断面図である。
【図７】図６に続き、３連円弧トンネルの施工方法を説明した断面図である。
【図８】図７に続き、３連円弧トンネルの施工方法を説明した断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…掘進機、１１…鋼殻体、１２…カッタフェイス、１３…拡幅ビット、１４…送泥管、１５…排泥管、１６…引き抜きロッド、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…膨張体、３１…板バネ（保護プレート），３２…バネ、５０…姿勢制御機構、１００，２００…トンネル、１０１，２０１…鉛直支保工、３００，３００’…止水層、４００，４００’…接合体、１０００…分合流部、Ｓ…セグメント（鋼殻）、Ｇ…地盤、Ｐ…鋼管（曲線鋼管）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤内に曲線パイプルーフ用の鋼管を推進させる際に使用される掘進機であって、
前記掘進機は、パイプルーフ用の鋼管の前方に配設され、その先端にカッタフェイスを備える筒状の鋼殻体と、該鋼管内部に配設される管路であって、前記カッタフェイス前方に流体を供給する管路と該カッタフェイス前方から切削土を回収する管路と、を少なくとも具備しており、
前記鋼殻体の外周面における周方向の少なくとも３以上の箇所には、流体の供給量に応じてその大きさが変化する膨張体が設けられており、それぞれの膨張体の大きさを変化させることで膨張体の地盤に対する押圧力が調整され、掘進機の掘進方向が制御されるようになっていることを特徴とする掘進機。
【請求項２】
前記膨張体が地盤と接触する側面には保護プレートが配設されており、該保護プレートが弾性材を介して鋼殻体の外周側に接続されている、請求項１に記載の掘進機。
【請求項３】
前記膨張体は前記鋼殻体の外周面に設けられた凹溝内に収容されており、非膨張時には該外周面から外側に張り出さない姿勢で収容され、かつ、膨張時には該外周面から外側に張り出すようになっている請求項１または２に記載の掘進機。
【請求項４】
前記カッタフェイスにはその外周側から径方向外側に拡幅ビットが伸張自在に設けられており、拡幅ビットがカッタフェイス内に収容された姿勢において前記鋼殻体の最大外径が前記鋼管の内径よりも小さくなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の掘進機。
【請求項５】
前記掘進機は、発進場所および到達場所の位置情報データと、それらを結ぶ推進軌跡データと、を格納する格納手段と、
自身の現在位置情報を衛星通信で取得する位置情報取得手段と、
位置情報取得手段で取得された現在位置情報データが前記推進軌跡から外れた際に、推進方向を軌道修正するために、複数の前記膨張体の大きさを変化させるべく流体供給量を調整する調整手段と、をさらに具備することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の掘進機。
【請求項６】
２以上の併設するトンネルを構築する第１の工程と、
一方のトンネルの外周側から請求項１〜５のいずれかに記載の掘進機を掘進させて曲線パイプルーフ用の鋼管を地盤内に推進させ、他方のトンネルにて鋼管を受け取ることでトンネル同士を鋼管で繋ぎ、これをトンネルの軸方向に亘って繰り返すことで所定区間に曲線パイプルーフを構築する第２の工程と、
曲線パイプルーフと双方のトンネルで包囲された領域の地盤を掘削するとともに曲線パイプルーフの内側にトンネル同士を繋ぐ接合体を構築する第３の工程と、を少なくとも具備する、多連円弧トンネルの施工方法。
【請求項１】
地盤内に曲線パイプルーフ用の鋼管を推進させる際に使用される掘進機であって、
前記掘進機は、パイプルーフ用の鋼管の前方に配設され、その先端にカッタフェイスを備える筒状の鋼殻体と、該鋼管内部に配設される管路であって、前記カッタフェイス前方に流体を供給する管路と該カッタフェイス前方から切削土を回収する管路と、を少なくとも具備しており、
前記鋼殻体の外周面における周方向の少なくとも３以上の箇所には、流体の供給量に応じてその大きさが変化する膨張体が設けられており、それぞれの膨張体の大きさを変化させることで膨張体の地盤に対する押圧力が調整され、掘進機の掘進方向が制御されるようになっていることを特徴とする掘進機。
【請求項２】
前記膨張体が地盤と接触する側面には保護プレートが配設されており、該保護プレートが弾性材を介して鋼殻体の外周側に接続されている、請求項１に記載の掘進機。
【請求項３】
前記膨張体は前記鋼殻体の外周面に設けられた凹溝内に収容されており、非膨張時には該外周面から外側に張り出さない姿勢で収容され、かつ、膨張時には該外周面から外側に張り出すようになっている請求項１または２に記載の掘進機。
【請求項４】
前記カッタフェイスにはその外周側から径方向外側に拡幅ビットが伸張自在に設けられており、拡幅ビットがカッタフェイス内に収容された姿勢において前記鋼殻体の最大外径が前記鋼管の内径よりも小さくなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の掘進機。
【請求項５】
前記掘進機は、発進場所および到達場所の位置情報データと、それらを結ぶ推進軌跡データと、を格納する格納手段と、
自身の現在位置情報を衛星通信で取得する位置情報取得手段と、
位置情報取得手段で取得された現在位置情報データが前記推進軌跡から外れた際に、推進方向を軌道修正するために、複数の前記膨張体の大きさを変化させるべく流体供給量を調整する調整手段と、をさらに具備することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の掘進機。
【請求項６】
２以上の併設するトンネルを構築する第１の工程と、
一方のトンネルの外周側から請求項１〜５のいずれかに記載の掘進機を掘進させて曲線パイプルーフ用の鋼管を地盤内に推進させ、他方のトンネルにて鋼管を受け取ることでトンネル同士を鋼管で繋ぎ、これをトンネルの軸方向に亘って繰り返すことで所定区間に曲線パイプルーフを構築する第２の工程と、
曲線パイプルーフと双方のトンネルで包囲された領域の地盤を掘削するとともに曲線パイプルーフの内側にトンネル同士を繋ぐ接合体を構築する第３の工程と、を少なくとも具備する、多連円弧トンネルの施工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−１４４５０７（Ｐ２００８−１４４５０７Ａ）
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３４４０１（Ｐ２００６−３３４４０１）
【出願日】平成１８年１２月１２日（２００６．１２．１２）
【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２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１２日（２００６．１２．１２）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]