JP2000320289A - トンネル工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 無発破で行うため低振動・低騒音で、大型機
械を使用する場合に比べて低コスト、かつ、大型機械を
使用しない工法としてはスピーディーなトンネル工法を
提供する。 【解決手段】 岩盤にトンネル１１０を形成するトンネ
ル工法である。形成すべきトンネル１１０の外周に沿っ
て、岩盤に対して複数のボーリング孔５０，５１，５
２，５３を連続的に形成することにより、岩盤に円筒状
のくり抜き部５５を形成する。そして、くり抜き部５５
の内側の岩塊１００を岩盤から取り除くことによりトン
ネル１１０を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル工法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】硬質岩盤においての従来のトンネル工法
としては、岩盤を発破して岩盤にトンネルを形成する発
破工法、岩盤セミシールド機により岩盤を掘進する岩盤
セミシールド工法、ロードヘッダ機により岩盤を掘進す
るロードヘッダ工法、油圧割岩機により岩盤を小距離ず
つ割岩しながら掘り進む油圧割岩機工法、たがねやブレ
ーカを用いて岩盤を切削して掘り進む人力はつり工法、
などがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の技術のうち、発破工法では、市街地、住宅地では
発破振動・騒音が制限され、実際的には使用できないと
いった問題があった。岩盤セミシールド工法では、仮設
備にヤードや日数が必要であるといった問題や、マシン
回収が必要であるといった問題、トンネル延長が短い場
合には不経済であるといった問題があった。ロードヘッ
ダ工法では、小口径では機械が入らないといった問題
や、小型機械では硬岩掘削が不可能であるといった問題
があった。油圧割岩機併用人力掘削では、施工日数が必
要、特に円形小断面や硬岩では施工性が低下するといっ
た問題があった。人力はつり工法では、岩盤が堅硬で掘
削できない場合があるといった問題があった。

【０００４】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
するためのトンネル工法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決すべく
請求項１記載の発明は、岩盤にトンネルを形成するトン
ネル工法において、形成すべきトンネルの外周に沿っ
て、前記岩盤に対して複数のボーリング孔を連続的に形
成することにより、前記岩盤に筒状のくり抜き部を形成
した後、前記くり抜き部の内側の岩塊を前記岩盤から取
り除くことによりトンネルを形成することを特徴として
いる。

【０００６】請求項１記載の発明によれば、岩盤に対し
て複数のボーリング孔を連続的に形成して、これらボー
リング孔の内側の岩塊を岩盤から取り除くことによりト
ンネルを形成するので、振動・騒音がほとんどないた
め、施工に伴う振動・騒音が制限されるような周辺環境
（例えば、住宅地や幹線道路等）においても施工が可能
となる。また、例えば、夜間施工も可能となる。さら
に、岩塊を取り除いて施工し、この岩塊を別の場所で破
砕するので、現地での破砕がほとんど不要になり、施工
日時を短縮できる。また、ボーリング孔を形成するため
の穿孔装置は小機械で足りるので、小口径のトンネル掘
削が可能。さらに、形成するボーリング孔の配置を調節
することによりトンネルの形状も自由に選択可能であ
る。また、このトンネル工法では、トンネル延長が短い
場合に岩盤セミシールド工法や、ロードヘッダ工法、Ｔ
ＢＭ、大口径ボーリング機等の特殊機械を用いた工法に
比べて非常に低コストで施工できる。加えて、人力はつ
り工法などに比べて非常にスピーディーな施工が可能と
なる。

【０００７】くり抜き部を形成した後、くり抜き部の内
側の岩塊を岩盤から取り除くためには、くり抜き部の最
奥部において、岩塊と岩盤とを分断した後、例えば、レ
バーブロックなどの牽引手段により岩塊の全体を引き出
すことが挙げられる。岩塊と岩盤とを分断するために
は、加振手段を用いて岩塊を加振する方法が挙げられ
る。またここで、岩塊を小距離ずつ引き出して、この引
出した分だけの岩塊を岩塊の残りの部分から分割し、こ
の分割された岩塊を搬出することにより、狭い作業スペ
ースでの施工が可能となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る実施の形態
例を図１から図２３に基づいて説明する。図１は本発明
に係るトンネル工法を説明するためにボーリング孔を形
成した岩盤から岩塊を引き出す状態を示す側断面図、図
２および図３は穿孔装置を示す図であり、このうち図２
は側面図、図３は底面図である。図４および図５は穿孔
装置の設置架台を示す正面図であり、このうち図４は設
置架台のみを、図５は設置架台に穿孔装置を設置した状
態を示す図である。図６は穿孔装置を設置した状態を示
す平面図である。図７はボーリング孔の配置を説明する
ための正面図である。図８は鋼管挿入部に鋼管を挿入し
た状態を示す正面図であり、このうち（Ａ）は全体図、
（Ｂ）は要部拡大図である。図９は鋼管挿入部に鋼管を
挿入した状態を示す側断面図である。図１０は鋼管ずれ
止め部材を設けた状態を示す正面図であり、このうち
（Ａ）は全体図、（Ｂ）は要部拡大図である。図１１は
バースターヘッドを示す斜視図、図１２は岩塊の縁切り
を説明するための正面図、図１３は岩塊の縁切りを説明
するための側断面図、図１４は岩塊に岩塊の引出用治具
を設けた状態を示す正面図、図１５は岩塊を引き出すた
めのレバーブロックを設けた状態を示す側断面図、図１
６は割岩装置による岩塊の割岩を説明するための正断面
図、図１７は割岩装置を示す側面図、図１８は引き出し
た岩塊を割岩した状態を示す側断面図、図１９は分割し
た岩塊を搬出する状態を示す側面図、図２０はトンネル
に一次覆工を設けた状態を示す水平断面図、図２１は図
２０のＥ−Ｅ断面図、図２２はトンネルに二次覆工を設
けた状態を示す水平断面図、図２３は図２２のＦ−Ｆ断
面図である。

【０００９】本発明に係るトンネル工法は、形成すべき
トンネルの外周に沿って、複数のボーリング孔を連続的
に形成することにより、岩盤に円筒状のくり抜き部を形
成し、このくり抜き部の内側の岩塊を岩盤から取り除く
ことによりトンネルを形成することを主な特徴としてい
る。

【００１０】先ず、図２および図３に示されるのは、岩
盤にボーリング孔を形成するための穿孔装置３０であ
る。この穿孔装置３０の本体３１の駆動部３２の先端は
雄ねじ部３２ａとなっており、この雄ねじ部３２ａには
ケーシングパイプ（図示省略）が取付可能となってい
る。本体３１は架台部３３のガイド３４に外挿されてお
り、駆動部３２を回転駆動させながらケーシングパイプ
を岩盤に挿入していくにつれて、ガイド３４に案内され
て本体３１が架台部３３の基端部側へと（矢印Ｂ方向へ
と）移動可能となっている。また、架台部３３には、穿
孔装置３０を後述する設置架台４０に取付けるための取
付孔３５が形成されている。

【００１１】図４に示されるのは、穿孔装置３０を岩盤
に設置するための設置架台４０である。この設置架台４
０は、例えば、厚さ２０ｍｍ程度の円盤状の鋼板に、形
成するボーリング孔の列と同心円状に穿孔装置取付孔４
１，…を形成したものである。これら穿孔装置取付孔４
１，…は、ねじ切り加工されており、図５に示されるよ
うに、穿孔装置３０の架台部３３を、その取付孔３５に
よりボルト固定できるようになっている。また、設置架
台４０には、該設置架台４０を岩盤にボルト固定するた
めの取付孔４２，…、４３が形成されている。

【００１２】このような設置架台４０を、図６に示され
るように岩盤に設置した状態で、設置架台４０に対して
穿孔装置３０を取付け、ボーリング孔の施工準備をす
る。

【００１３】ボーリング孔は、図７に示されるように
（図７に示されるのは、各ボーリング孔の形成予定箇所
である）、形成すべきトンネルの外周に沿って連続的に
形成する。換言すれば、各々のボーリング孔を互いに少
しずつ重ねてこれらボーリング孔の連なりにより、岩盤
に対して円形のくり抜き部を形成する。このくり抜き部
の内側部分が内周コア（岩塊）１００である。ボーリン
グ孔を形成する過程においては、岩盤の崩壊を防ぎ設置
架台４０を固定している内周コア１００の沈下移動を防
ぐために、後述する鋼管を挿入する鋼管挿入部（ボー
リング孔５０，５０；内周コア１００の下部両側）→
一般部（ボーリング孔５１，…；、、以外の部
分）→下部（ボーリング孔５２，…）→上部（ボー
リング孔５３，…）の順序で行うことが望ましい。

【００１４】従って、先ず、鋼管挿入部に対応する設置
架台４０の穿孔装置取付孔４１に穿孔装置３０を取付
け、鋼管挿入部のボーリング孔５０，５０を形成する。
そして、図８の（Ａ）、（Ｂ）（（Ａ）のＣ部拡大図）
に示されるように、ボーリング孔５０，５０に、それぞ
れ鋼管６０，６０を挿入する。これら鋼管６０，６０
は、後に内周コア１００を引き出すときの軌道となり、
内周コア１００を引き出す際の摩擦抵抗を低減させて内
周コア１００を容易に引き出すことができるようにする
ためのものである。これら鋼管６０，６０は、例えば、
図９に示されるように、複数の鋼管６０ａ，…を直列に
順次挿入したものであっても良い。このように、複数の
鋼管６０ａを挿入することにより、万が一ボーリング孔
５０，５０の芯の通りがが僅かにずれていた場合にも、
１本の長い鋼管を挿入する場合に比べて容易に鋼管６
０，６０を挿入することができる。また、鋼管６０，６
０をボーリング孔５０，５０に挿入しやすくするととも
に、内周コア１００の引出時の摩擦抵抗をより低減する
ために、鋼管６０，６０にはグリースを塗布しておくこ
とが望ましい。

【００１５】このように、鋼管挿入部のボーリング孔５
０，５０に鋼管６０，６０を設置したら、次ぎに、一般
部のボーリング孔５１，…を形成する。そして、下部の
ボーリング孔５２，…を形成した後、最後に上部のボー
リング孔５３，…を形成する。これにより、トンネルの
外周に沿ってボーリング孔５０，５０、５１，…、５
２、５３，…が連続的に形成され、図１０の（Ａ）、
（Ｂ）（（Ａ）のＤ部拡大図）に示されるように内周コ
ア１００（岩塊）の周囲にくり抜き部５５が形成される
とともに、内周コア１００が鋼管６０，６０により支持
された状態となる。

【００１６】さらに、内周コア１００を引き出す際に、
内周コア１００との摩擦により内周コア１００と一緒に
鋼管６０，６０までもが引き出されてしまうのを防止す
るために、鋼管６０，６０を内周コア１００の下側の岩
盤に対して固定するための鋼管ずれ止部材６５，６５を
設置する（図１０等参照）。この鋼管ずれ止部材６５，
６５は、例えばボルト孔６５ａ，…が形成されたＬ型ア
ングルである。この鋼管ずれ防止部材６５，６５を、ボ
ルト孔６５ａ，…を用いて内周コア１００の下側の岩盤
にボルト固定する。そして、これら鋼管ずれ防止部材６
５，６５の上面と、鋼管６０，６０の下部とを溶接す
る。

【００１７】図１１に示されるのはバースターヘッド２
０である。このバースターヘッド２０は、その本体２０
ａから駆動部２１，…が反復して出入りすることによ
り、コンクリート構造物などに破砕力を与えるための装
置である。このバースターヘッド２０の本体２０ａを、
図１３に示されるように、内周コア１００の下側に挿入
してバースターヘッド２０を駆動させることにより、内
周コア１００に上下振動を加えて内周コア１００の最奥
部を縁切りする（岩盤と分断する）。これにより、内周
コア１００は、完全に岩盤と別体となる。

【００１８】さらに、図１４に示されるように、内周コ
ア１００を牽引して引き出す際にワイヤー７１を内周コ
ア１００に取付けるための引出用治具７０，７０を、内
周コア１００の手前面１００ａに設ける。この引出用治
具７０，７０は、例えば鋼板であり、ケミカルアンカー
７０ａ，７０ａにより手前面１００ａに取付けられたも
のである。他方、図１５に示されるように、内周コア１
００の引き出しの際の反力受けとなる引出用治具７２
を、内周コア１００の手前面１００ａと対向する岩盤に
設置する。

【００１９】また、図１５等に示されるように、内周コ
ア１００の下側の岩盤の手前側にバタ角７５を設置し、
さらにバタ角７５の上部に、例えばＨ型鋼等の軌道７
６，７６を設置する。この軌道７６，７６は、内周コア
１００を岩盤から引き出したときの軌道となるものであ
る。この軌道７６，７６の長さは、引き出した内周コア
１００を分割した後述するコアブロック１０１の大きさ
や、作業スペースの広さ等に応じて適宜調節する。ここ
で、軌道７６，７６の上面にもグリースを塗布しておく
ことが望ましい。

【００２０】そして、図１５等に示されるように、ワイ
ヤー７１と引出用治具７２とをレバーブロック７３等の
牽引手段７３により連結して、レバーブロック７３によ
り牽引して図１の矢印Ａ方向に内周コア１００を引き出
す。そして、所定距離（例えば１〜２ｍ）だけ内周コア
１００を引き出したら、図１６および図１９に示される
ように、内周コア１００の手前面１００ａから例えば１
ｍ程度の位置の内周コア１００の側面に、割岩手段を挿
入するための挿入孔１００ｂ，１００ｂを削岩機穿孔に
より形成する。挿入孔１００ｂ，１００ｂを形成した
ら、挿入孔１００ｂ，１００ｂに油圧セリ矢１０（図１
７参照）等の割岩手段を挿入して、この油圧セリ矢１０
を駆動させて内周コア１００を、コアブロック１０１と
残りの部分とに割岩する。このコアブロック１０１の大
きさは、後述する揚重装置の能力に合わせて適宜変更す
ることとする。

【００２１】ここで、油圧セリ矢１０とは、図１７に示
されるように、本体１１と、テーパー状の尖角１２と、
尖角１２の周囲に配置された移動部１３とからなる挿入
部１４を備えた装置である。尖角１２は、油圧駆動によ
り、図１７の実線の状態から仮想線の状態まで突出する
ようになっており、この尖角１２の動作に伴い、移動部
１３も実線の状態から仮想線の状態まで移動するように
なっている。従って、挿入部１４を内周コア１００の挿
入孔１００ｂ，１００ｂに挿入した状態で尖角１２を突
出動作させると、移動部１３が広がって内周コア１００
を割岩できる。このように、油圧セリ矢１０を用いて内
周コア１００の分割を行うので、狭い立坑スペースや、
揚重装置の揚重能力にあった施工が可能である。

【００２２】このように、内周コア１００からコアブロ
ック１０１を分割したら、図１９に示されるようにコア
ブロック１０１を揚重装置（図示省略）により吊り上げ
て立坑の外部に搬出する。ここで、玉掛け用ワイヤー７
７は油圧セリ矢１０による分割前に予め取り付けておき
仮吊りしておくことが望ましい。

【００２３】その後は、内周コア１００の残りの部分
の新たな手前側の端面への引出用治具７０，７０の取付
作業、レバーブロック７５による内周コア１００の残
りの部分の引き出し作業、油圧セリ矢１０によるコア
ブロックの分割、コアブロックの搬出作業、をそれぞ
れ繰り返し、最終的にはくり抜き部５５の内部から内周
コア１００の全体を撤去し、内周コア１００の全体を立
坑から搬出する。

【００２４】ここで、仮に、バースターヘッド２０によ
り内周コア１００の最奥部を縁切りする際に、内周コア
１００が途中縁切れした場合は、一旦、この途中で縁切
れした部分までの内周コア１００を取り除いた後、途中
まで形成されたトンネル内に入って再度バースターヘッ
ド２０を残りの内周コア１００の下側に設置して、再度
縁切りを行ってから残りの内周コア１００を引き出すと
よい。

【００２５】このようにして、内周コア１００を全て岩
盤から撤去することにより岩盤にトンネル１１０が形成
される。そして、トンネル１１０を形成したら、図２
０、図２１に示されるようにトンネル１１０の内径より
も外径が若干小さい鋼管８０等の一次覆工管をトンネル
１１０内に挿入して設置し、この鋼管８０と岩盤との空
間にモルタルなどの充填材８１を注入・固化させてトン
ネルの一次覆工８２を施工する。さらに、図２２，図２
３に示されるように、一次覆工８２の内径よりも外径が
若干小さいＦＲＰ管８３等の二次覆工管を一次覆工８２
内に挿入して設置し、このＦＲＰ管８３と一次覆工８２
との空間にモルタル等の充填材８４を注入・固化させて
トンネルの二次覆工８５を施工する。

【００２６】以上のような、本発明に係る実施の形態例
によれば、岩盤に対して複数のボーリング孔５０，５
１，５２，５３を連続的に形成してくり抜き部５５を形
成し、このくり抜き部５５の内側の内周コア１００を岩
盤から取り除くことによりトンネルを形成するので、無
発破で行うことができ、振動・騒音がほとんどない。よ
って、施工に伴う振動・騒音が制限されるような周辺環
境（例えば、住宅地や幹線道路等）においても施工が可
能となる。また、例えば、夜間施工も可能となる。さら
に、内周コア１００を取り除き、別の場所で破砕するの
で、現地での破砕がほとんど不要となり、施工日時を短
縮できる。また、ボーリング孔５０，５１，５２，５３
を形成するための穿孔装置３０は小機械で足りるので、
小口径のトンネル掘削が可能である。さらに、形成する
ボーリング孔５０，５１，５２，５３を調節することに
より形状も自由に選択可能である。また、このトンネル
工法では、トンネル延長が短い場合、岩盤セミシールド
工法や、ロードヘッダ工法、ＴＢＭ、大口径ボーリング
機等の特殊機械を用いた場合に比べて非常に低コストで
施工できる。

【００２７】なお、上記の実施の形態例では、バースタ
ーヘッド２０などの内周コア１００を加振させる加振手
段により内周コア１００の最奥部を縁切りする構成とし
たが、ボーリング孔が完全に岩盤を貫通するような場合
には、加振手段により内周コア１００を加振して内周コ
ア１００の先端部を縁切りする工程は不要である。ま
た、ボーリング孔５０，５１，５２，５３の穿孔を１サ
イクルだけ行うような、極めて短いトンネルの施工を行
う例を示したが、場合によっては、ボーリング孔の穿孔
と内周コアの撤去とを複数回繰り返すようなトンネルの
施工を行うこととしても良い。

【００２８】

【発明の効果】請求項１記載の発明に係るトンネル工法
によれば、岩盤に対して複数のボーリング孔を連続的に
形成して、これらボーリング孔の内側の岩塊を岩盤から
取り除くことによりトンネルを形成するので、振動・騒
音がほとんどないため、施工に伴う振動・騒音が制限さ
れるような周辺環境（例えば、住宅地や幹線道路等）に
おいても施工が可能となる。また、例えば、夜間施工も
可能となる。さらに、岩塊を取り除いて施工し、この岩
塊を別の場所で破砕するので、現地での破砕がほとんど
不要になり、施工日時を短縮できる。また、ボーリング
孔を形成するための穿孔装置は小機械で足りるので、小
口径のトンネル掘削が可能。さらに、形成するボーリン
グ孔を調節することにより形状も自由に選択可能であ
る。また、このトンネル工法では、トンネル延長が短い
場合に岩盤セミシールド工法や、ロードヘッダ工法、Ｔ
ＢＭ、大口径ボーリング機等の特殊機械を用いた工法に
比べて非常に低コストで施工できる。加えて、人力はつ
り工法などに比べて非常にスピーディーな施工が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るトンネル工法を説明するためにボ
ーリング孔を形成した岩盤から岩塊を引き出す状態を示
す側断面図である。

【図２】穿孔装置を示す側面図である。

【図３】穿孔装置を示す底面図である。

【図４】穿孔装置の設置架台を示す正面図である。

【図５】穿孔装置を設置した状態の穿孔装置の設置架台
を示す正面図である。

【図６】穿孔装置を設置した状態を示す平面図である。

【図７】ボーリング孔の配置を説明するための正面図で
ある。

【図８】鋼管挿入部に鋼管を挿入した状態を示す正面図
であり、このうち（Ａ）は全体図、（Ｂ）は要部拡大図
である。

【図９】鋼管挿入部に鋼管を挿入した状態を示す側断面
図である。

【図１０】鋼管ずれ止め部材を設けた状態を示す正面図
であり、このうち（Ａ）は全体図、（Ｂ）は要部拡大図
である。

【図１１】バースターヘッドを示す斜視図である。

【図１２】岩塊の縁切りを説明するための正面図であ
る。

【図１３】岩塊の縁切りを説明するための側断面図であ
る。

【図１４】岩塊に岩塊の引出用治具を設けた状態を示す
正面図である。

【図１５】岩塊を引き出すためのレバーブロックを設け
た状態を示す側断面図である。

【図１６】割岩装置の挿入孔を岩塊に設けた状態を示す
正断面図である。

【図１７】割岩装置を示す側面図である。

【図１８】引き出した岩塊を割岩した状態を示す側断面
図である。

【図１９】分割した岩塊を搬出する状態を示す側面図で
ある。

【図２０】トンネルに一次覆工を設けた状態を示す水平
断面図である。

【図２１】図２０のＥ−Ｅ断面図である。

【図２２】トンネルに二次覆工を設けた状態を示す水平
断面図である。

【図２３】図２２のＦ−Ｆ断面図である。

【符号の説明】

５０，５１，５２，５３ ボーリング孔 ５５ くり抜き部 １００ 内周コア（岩塊） １１０ トンネル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】岩盤にトンネルを形成するトンネル工法に
   おいて、 形成すべきトンネルの外周に沿って、前記岩盤に対して
   複数のボーリング孔を連続的に形成することにより、前
   記岩盤に筒状のくり抜き部を形成した後、前記くり抜き
   部の内側の岩塊を前記岩盤から取り除くことによりトン
   ネルを形成することを特徴とするトンネル工法。