JP2002021467A - トンネル掘削方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】上半と下半との一括併行作業を可能としたトン
ネル掘削工法において、吹付け作業をズリ出し作業と併
行して行えるようにし掘削サイクルタイムの短縮化を図
る。 【解決手段】トンネル掘削断面を上半部Ｘと下半部とに
分割し、かつ前記下半部において、略トンネル中心を境
にその一方側を前記上半部との一括施工を可能とし得る
ベンチ長さの下半片側ミニベンチ部Ｚとするとともに、
前記下半部の他方側をトンネル施工機械を設置可能とし
得るベンチ長さの下半片側ショートベンチ部Ｙとし、前
記上半Ｘ切羽および下半片側ミニベンチ部Ｚの大背切羽
を切り崩した後、下半盤５上を走行するズリ出し機によ
ってズリ出しを行うとともに、これに併行して前記下半
片側ショートベンチ部Ｙの上半盤４に設置した吹付け機
７により吹付けを行うようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、上半と下半との一
括併行作業を可能とするとともに、ズリ出し作業と吹付
け作業、およびロックボルト作業と吹付け作業などの併
行作業を可能としたトンネル掘削方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より山岳トンネルでは、設計断面を
一気に掘削する全断面掘削方法、設計断面を上部半断面
と下部半断面とに２分割して掘削を行うロングベンチカ
ット、ショートベンチカット、ミニベンチカットなどの
ベンチカット工法など（以下、まとめて従来工法とい
う。）が存在し、地山性状やトンネル断面形状などに応
じて適宜、好適な掘削工法が選択されている。

【０００３】上記従来工法の内、特に上半と下半一括の
併行作業により掘削を行うミニベンチ工法（フリーベン
チ工法またはマイクロベンチ工法とも呼ばれる。）は、
飛躍的にサイクルタイムの短縮が望めるため、現在では
最も多用されている工法となっている。このミニベンチ
工法は、具体的には図１５の掘削フロー図に示されるよ
うに、上半ベンチ長を３〜５．５ｍと極端に短くした上
で、上半および下半のそれぞれにおいてロックボルト削
孔・打設および装薬孔削孔・装薬を併行して行った後、
上半および下半の切羽を一気に切り崩し、その後ズリ出
しおよび吹付け（場合によっては鋼アーチ支保の建込み
を併せて行う。）を同時に行うサイクル工程によって順
次掘削を行うようにしたものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特に、
ズリ出し工程から吹付け工程に至る作業工程では、使用
する施工機械が工種毎に異なることと、施工機械の輻輳
などの問題より、ズリ出し作業と、吹付け作業を同時併
行的に行うことは困難とされ、サイクル工程時間の短縮
化、ひいてはトンネル掘削を効率化出来ない要因となっ
ていた。

【０００５】一方、崩壊性地山等の不良地山の場合に
は、発破掘削後の早期に、吹付けおよびロックボルト打
設による支保（場合によって鋼アーチ支保を併せて行
う。）の構築が望まれるところ、ズリ積込み機械やダン
プトラックによって作業スペースが占有されるため、ズ
リ出しが終了するまでは切羽への立ち入りが出来ないな
どの問題があった。

【０００６】他方、大断面トンネルなどでは、ドリルジ
ャンボを切羽の前に並列させながらロックボルト削孔・
打設と切羽削孔・装薬とが同時併行的に行われている
が、施工機械の設置間隔が狭い場合には、機械相互の輻
輳によりブーム等の接触事故や作業員の巻き込まれ事故
等が発生することが懸念されていた。

【０００７】そこで本発明の主たる課題は、上半と下半
との一括併行作業を可能としたトンネル掘削工法であっ
て、切羽切り崩し後のズリ出し作業と吹付け作業、ロッ
クボルト作業と吹付け作業などの併行作業を可能とし、
掘削サイクルタイムの短縮化を図ること、および発破直
後の早期に支保構築作業に取りかかり出来るようにする
ことで不良地山への対応を迅速に行えるようにするこ
と、さらには施工機械同士の干渉を解消し機械相互の接
触事故や作業員の人身事故を無くし安全に掘削が行える
ようにすること等にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明は、トンネル掘削断面を上半部と下半部とに分
割し、かつ前記下半部において、略トンネル中心を境に
その一方側を前記上半部との一括施工を可能とし得るベ
ンチ長さの下半片側ミニベンチ部とするとともに、前記
下半部の他方側をトンネル施工機械を設置可能とし得る
ベンチ長さの下半片側ショートベンチ部とし、前記上半
切羽および下半片側ミニベンチ部の大背切羽を切り崩し
た後、下半盤上を走行するズリ出し機によってズリ出し
を行うとともに、これに併行して前記下半片側ショート
ベンチ部の上半盤に設置した吹付け機により吹付けを行
うことを特徴とするものである。

【０００９】また、ロックボルト工程を伴う場合には、
前記下半片側ショートベンチ部の上半盤では、前記吹付
けに続いてドリルジャンボを位置させ、上半部のロック
ボルト削孔・打設および装薬孔の削孔を行い、一方前記
下半盤では、ズリ出しに続いて吹付け機を位置させ、下
半片側部の吹付け、ロックボルト削孔・打設および装薬
孔の削孔を行うようにするのが望ましい。他方、本掘削
方法において前記下半片側ショートベンチ部の手前で
は、機械掘削または発破掘削、吹付けおよびロックボル
ト削孔・打設の工程を繰り返すとともに、上半盤への施
工機械の乗り入れまたは入れ替えに合わせて一時的に斜
路を形成するのが望ましい。

【００１０】上記上半切羽および下半片側ミニベンチ部
の大背切羽の掘削は、発破掘削の他、機械掘削でも可能
であるが、本トンネル掘削工法の場合には発破掘削を採
用した方が工法的メリットが大きい。すなわち、機械掘
削の場合にはトンネルボーリングマシンのような全断面
掘削機は除外され、ブームヘッダー、カッターヘッドな
どと呼ばれる自由断面掘削機が対象となるが、これら自
由断面掘削機は掘削と同時に機械背面のズリ出しコンベ
アからズリが順次排出され、ダンプトラックによる輸送
が可能であるところ、掘削中は上半盤に行き来するダン
プトラックの斜路を確保しなければならないとともに、
後工程で使用する吹付け機やドリルジャンボの入れ替え
時に斜路を確保しなければならない。そのため、上半お
よび下半片側ミニベンチ部の掘削サイクルに合わせて下
半片側ショートベンチ部の掘削サイクルを組むに当た
り、前記ダンプトラックの往来や施工機械の乗り入れ時
に斜路を確保しながら、前記上半および下半片側ミニベ
ンチ部の掘削サイクルを阻害しない掘削サイクルを組む
ことが困難となる。

【００１１】本発明においては、トンネル掘削断面を上
半部と下半部とに分割するとともに、前記下半部におい
て、略トンネル中心を境にその一方側を前記上半部との
一括施工を可能とし得るベンチ長さの下半片側ミニベン
チ部とし、一方前記下半部の他方側をトンネル施工機械
を設置可能とし得るベンチ長さの下半片側ショートベン
チ部とする。そして、切羽および下半大背を切り崩した
ならば、上半盤上のズリを下半盤に落し込み、上半盤上
に吹付け機を乗り入れて吹付け作業を行うとともに、下
半盤ではズリ出し機によってズリ出し作業を行うように
する。すなわち、本掘削方法では、切羽手前部分に略ト
ンネル中心線を境に一方側に上半盤部を形成するととも
に、他方側に下半盤部を形成して機械の設置基面の高さ
を異ならせ、ズリ出し機と吹付け機相互の干渉を無くす
ことにより、ズリ出しと吹付けとの併行作業を可能とし
ている。

【００１２】その結果、従来はズリ出しを待ってからし
か出来なかった吹付け作業が前記ズリ出しと併行してで
きるようになるため、掘削のサイクルタイムを短縮でき
掘削効率が向上する。

【００１３】また従来は、発破掘削後にズリ出し作業が
終了しないと、吹付けやロックボルトなどの支保構築作
業が出来なかったが、発破直後に早期に支保を構築する
ことが可能となり、不良地山、崩壊性地山等であっても
地山の緩みを迅速に抑えながら効率的に施工出来るよう
になる。

【００１４】さらに、従来の大断面トンネルにおけるミ
ニベンチ工法などでは、効率化のために本坑内に２台の
ドリルジャンボを並列配置してロックボルト削孔・打設
と切羽削孔・装薬とを併行して行ったり、２台の吹付け
機を並列配置して吹付け作業を行っているが、これら施
工機械の設置間隔が狭い場合などは、機械相互の干渉や
作業員の巻き込まれ事故などが懸念されていた。しか
し、本発明では並列配置される２台の施工機械の設置基
面が異なるため、施工機械同士の干渉が無くなり、安全
かつ効率的に作業出来るようになる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳述する。図１は本発明に係るト
ンネル掘削方法の掘削フロー図であり、図２はトンネル
横断面図、図３はその平面図である。

【００１６】図２および図３に示されるように、本トン
ネル掘削方法では、トンネル掘削断面１を上半部Ｘと、
下半部Ｙ、Ｚとに分割するとともに、前記下半部Ｙ、Ｚ
において、略トンネル中心線Ｌを境に一方側下半部Ｚを
前記上半部Ｘとの一括施工を可能とし得るベンチ長さ
（以下、下半片側ミニベンチ部Ｚという。）とするとと
もに、他方側の前記下半部Ｙをトンネル施工機械を設置
可能とし得るベンチ長さ（以下、下半片側ショートベン
チ部Ｙという。）としてトンネル掘削を進めるものであ
る。前記下半片側ミニベンチ部Ｚのベンチ長は、概ね３
〜５．５ｍ程度とし、一方の下半片側ショートベンチ部
Ｙのベンチ長は、概ね１０〜３０ｍ程度とされる。前記
下半片側ショートベンチ部Ｙの手前側には、吹付け機ま
たはドリルジャンボの乗り入れまたは入れ替えに合わせ
て一時的に斜路が形成される。

【００１７】一方、トンネル掘削面には、掘削に伴って
壁面に吹き付けられたモルタルまたはコンクリート等の
吹付材２と、トンネル半径方向に向けて挿入打設された
ロックボルト３，３…とによって支保が構築される。な
お、場合によっては鋼アーチ部材が併用されることもあ
るが、以下の説明では支保工設置は吹付け工程に含める
ものとし、支保工設置についての個別的な説明を行わな
い。

【００１８】本トンネル掘削方法は、図１５に示され
る、発破後にズリ出し→吹付けの順で行っていた従来の
掘削サイクル工程を、図１の施工フロー図に示されるよ
うに、発破後のズリ出し作業と吹付け作業、および吹付
け作業およびロックボルト作業とを併行して行えるよう
にするものである。

【００１９】以下、本トンネル掘削方法について、図１
に示される掘削フローの順番に従って詳述すると、 〔第１ステップ〕図４は、前記下半片側ショートベンチ
部Ｙの上半盤４にドリルジャンボ６Ａが位置するととも
に、前記下半片側ミニベンチ部Ｚの下半盤にドリルジャ
ンボ６Ｂが位置し、かつ前記下半片側ショートベンチ部
Ｙの手前には吹付け機７が位置している状態を示すもの
で、前記上半盤４に位置するドリルジャンボ６Ａは、作
業効率性から少なくとも複数基、図示例では２基の削孔
ブーム９Ｌ、９Ｒを備えるとともに、チャージングゲー
ジ１０を備え、チャージングゲージ１０に乗り込んだ作
業員が、上半部Ｘに対して発破孔のマーキングを行い、
装薬孔の削孔を行う。この上半部Ｘに対する装薬孔の削
孔は、工程的に先行している上半盤４のドリルジャンボ
６Ａにより削孔ブーム９Ｌ、９Ｒの届く範囲のすべてに
ついて行うようにし、削孔ブーム９Ｌ、９Ｒの届かない
部分の削孔は下半盤５に位置するドリルジャンボ６Ｂに
よって行うようにする。

【００２０】一方、後述のズリ出し作業のために工程的
に遅れを伴う下半盤５のドリルジャンボ６Ｂは、同様に
２基の削孔ブーム９Ｌ、９Ｒを備えるとともに、チャー
ジングゲージ１０を備え、チャージングゲージ１０に乗
り込んだ作業員のマーキングに従って片側壁部および片
側アーチ部に対するロックボルト削孔を行うとともに、
ロックボルト打設を行う。このロックボルト作業が完了
したならば、ドリルジャンボ６Ｂは続いて、前記上半盤
４に位置するドリルジャンボ６Ａによって削孔できない
部分の装薬孔の削孔を行った後、数ｍ後退させた状態と
し、下半大背に対する装薬孔の削孔を行う。すべての装
薬孔の削孔が完了したならば、上半部Ｘの装薬孔にダイ
ナマイトを装填するとともに、下半大背の装薬孔にダイ
ナマイトを装填する。

【００２１】一方、下半片側ショートベンチ部Ｙの手前
に設置している吹付け機７は、図示しないクローラ式大
型ブレーカなどの掘削機により段状に切り崩された斜路
壁部に対して、コンクリートミキサ車８から供給される
吹付材を吹付けし、これに引き続いて図６に示されるよ
うに、前記下半片側ショートベンチ部Ｙの手前にドリル
ジャンボ６Ｃを位置させ、吹付け完了後の壁面部に対し
ロックボルト削孔を行うとともに、ロックボルト打設を
行う。

【００２２】〔第２ステップ〕ここまでの作業が完了し
たならば、図７に示されるように、図示しないクローラ
式大型ブレーカなどの掘削機により下半片側ショートベ
ンチ部Ｙの斜路を形成するように掘削したならば、ホイ
ールローダ１１およびダンプトラック１２によりズリの
積み出しを行い斜路を完成させる。斜路の完成を待っ
て、図８に示されるように、ドリルジャンボ６Ａ、６Ｂ
を後方側に待避させるようにする。

【００２３】〔第３ステップ〕発破準備がすべて完了し
たならば、上半部Ｘおよび下半部の大背に装填したダイ
ナマイトを爆発させて一気に切羽を崩して新たな上半切
羽と下半大背切羽とを形成する。発破後は先ず、図９に
示されるように、上半盤４に昇ったホイールローダ１１
により上半盤４のズリをすべて下半盤５に落し込み、上
半盤４に吹付け機７が乗り入れできるようにする。

【００２４】次いで図１０に示されるように、上半盤４
に吹付け機７およびコンクリートミキサ車８が乗り入れ
し、ブームの届く範囲で上半部Ｘの新たに露出したトン
ネル壁面に対して吹付けを行うとともに、これに併行し
て下半盤５ではホイールローダ１１およびダンプトラッ
ク１２によりズリの積み出しを行う。図１１はその平面
図を示している。

【００２５】〔第４ステップ〕その後、上半盤４に位置
する前記吹付け機７による吹付け作業が完了したなら
ば、吹付け機７およびコンクリートミキサ車８を上半盤
４から降ろし、次に図１２に示されるように、ドリルジ
ャンボ６Ａを上半盤４に乗り入れし、上半部Ｘのロック
ボルト削孔とともに、ロックボルト打設を行う。このロ
ックボルト作業は、工程的に先行しているため、下半片
側ミニベンチ部Ｚの範囲も含め、削孔ブーム９Ｌ、９Ｒ
の届く範囲はすべて行うようにする。

【００２６】一方、上半盤４に対しドリルジャンボ６Ａ
の乗り入れを終えたならばその後に、図１２に示される
ように、下半片側ショートベンチ部Ｙの斜路部をクロー
ラ式大型ブレーカ１３により段状に掘削する。掘削ズリ
は、図１３に示されるように、ホイールローダ１１およ
びダンプトラック１２により坑外へ積み出しを行う。ま
た、同図に示されるように、下半盤５でのズリ出しが完
了したならば、吹付け機７およびコンクリートミキサ車
８を下半盤５に位置させて、片側壁部および片側アーチ
部の吹付けを行うようにする。なお、本例で前記下半片
側ショートベンチ部Ｙの掘削は機械掘削による例とした
が、もちろん発破掘削とすることでもよい。

【００２７】その後、上半部Ｘに設置されたドリルジャ
ンボ６Ａが、ロックボルト削孔・打設を終えたならば、
そのまま装薬孔の削孔に移行し、一方下半盤５に設置さ
れた吹付け機７による吹付け作業が完了したならば、吹
付け機７に代えてドリルジャンボ６Ｂを下半盤５に位置
させてロックボルト削孔・打設を行うようにする。この
状態が図４に示される説明の最初の状態である。

【００２８】以上の工程にて１サイクルの掘削工程を完
了し、以後はこの掘削サイクルを繰り返し、順次トンネ
ルを延長する。

【００２９】ところで、上記例では、上半部Ｘおよび下
半片側ミニベンチ部Ｚのロックボルト削孔・打設作業と
装薬孔削孔作業とを順に行うようにしているが、これら
は同時併行的に行うようにしてもよい。また、図１に示
される掘削フロー図では、図６に示される状態時に合計
３台のドリルジャンボ６Ａ〜６Ｃを使用することになる
が、下半片側ショートベンチ部Ｙの掘削サイクルを変則
的とすることで計２台のドリルジャンボ６Ａ、６Ｂにて
掘削を行うことも可能である。図１４はその掘削フロー
を示した図で、下半片側ショートベンチ部Ｙの掘削サイ
クルを組むに当たり、上半Ｘおよび下半片側ミニベンチ
部Ｚにおいて装薬孔の削孔を行っている間は、吹付けを
行うように掘削サイクルを組む。

【００３０】すなわち、図１４の掘削フローにて、最初
にクローラ式大型ブレーカ１３を用いて斜路部の段状掘
削およびズリ出しを行い、側壁部を露出させたならば、
これに続いて吹付けを行う。その後、上半盤４からドリ
ルジャンボ６Ａを待避させるために、前記吹付け部を覆
うように盛土を行い一時的に斜路を形成する。その後、
発破を行い、上半盤４に吹付け機７を乗り入れて吹付け
作業を行うとともに、下半盤５においてズリ出し作業を
併行して行い、前記上半盤４での吹付けが終了したなら
ば、ロックボルト作業のために上半盤にドリルジャンボ
６Ａを乗り入れする。その後に、斜路形成のために盛土
した土砂を取り除きズリ出しを行い、吹付け部を露出さ
せたならば、ロックボルト作業を行うようにする。な
お、以上は所定の掘削断面条件での試算に基づく掘削フ
ローであり、掘削断面径によって装薬孔の削孔を終えた
ドリルジャンボ６Ａ、６Ｂの一方を下半片側ショートベ
ンチ部Ｙの手前に移動させ、ロックボルト作業を行うよ
うにしても最小時間で掘削サイクルを組むことが可能な
場合もある。

【００３１】

【発明の効果】以上詳説のとおり本発明によれば、上半
と下半との一括併行作業を可能としたトンネル掘削工法
において、切羽切り崩し後のズリ出し作業と吹付け作
業、ロックボルト作業と吹付け作業などを併行して行え
るようになるため掘削サイクルタイムの短縮化が図れる
ようになる。また、発破直後の早期に支保構築作業に取
りかり出来るようになるため不良地山への対応が迅速に
行えるようになる。さらには、施工機械同士の干渉を解
消し機械相互の接触事故や作業員の人身事故を無くし安
全に掘削が行えるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るトンネル掘削方法の掘削フロー図
である。

【図２】本トンネル掘削方法のトンネル横断面図であ
る。

【図３】本トンネル掘削方法の平面図である。

【図４】トンネル掘削手順（その１）を示す縦断面図で
ある。

【図５】その平面図である。

【図６】トンネル掘削手順（その２）を示す平面図であ
る。

【図７】トンネル掘削手順（その３）を示す平面図であ
る。

【図８】トンネル掘削手順（その４）を示す平面図であ
る。

【図９】トンネル掘削手順（その５）を示す平面図であ
る。

【図１０】トンネル掘削手順（その６）を示す縦断面図
である。

【図１１】トンネル掘削手順（その７）を示す平面図で
ある。

【図１２】トンネル掘削手順（その８）を示す平面図で
ある。

【図１３】トンネル掘削手順（その９）を示す平面図で
ある。

【図１４】下半片側ショートベンチ部Ｙの他の掘削サイ
クルを示す掘削フロー図である。

【図１５】従来のトンネル掘削の掘削フロー図である。

【符号の説明】

１…トンネル掘削断面、２…吹付材、３…ロックボル
ト、４…上半盤、５…下半盤、６Ａ〜６Ｃ…ドリルジャ
ンボ、７…吹付け機、８…コンクリートミキサ車、１１
…ホイールローダ、１２…ダンプトラック、１３…クロ
ーラ式大型ブレーカ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トンネル掘削断面を上半部と下半部とに分
   割し、かつ前記下半部において、略トンネル中心を境に
   その一方側を前記上半部との一括施工を可能とし得るベ
   ンチ長さの下半片側ミニベンチ部とするとともに、前記
   下半部の他方側をトンネル施工機械を設置可能とし得る
   ベンチ長さの下半片側ショートベンチ部とし、 前記上半切羽および下半片側ミニベンチ部の大背切羽を
   切り崩した後、下半盤上を走行するズリ出し機によって
   ズリ出しを行うとともに、これに併行して前記下半片側
   ショートベンチ部の上半盤に設置した吹付け機により吹
   付けを行うことを特徴とするトンネル掘削方法。
2. 【請求項２】前記下半片側ショートベンチ部の上半盤で
   は、前記吹付けに続いてドリルジャンボを位置させ、上
   半部のロックボルト削孔・打設および装薬孔の削孔を行
   い、一方前記下半盤では、ズリ出しに続いて吹付け機を
   位置させ、下半片側部の吹付け、ロックボルト削孔・打
   設および装薬孔の削孔を行うようにする請求項１記載の
   トンネル掘削方法。
3. 【請求項３】前記下半片側ショートベンチ部の手前で
   は、機械掘削または発破掘削、吹付けおよびロックボル
   ト削孔・打設の工程を繰り返すとともに、上半盤への施
   工機械の乗り入れまたは入れ替えに合わせて一時的に斜
   路を形成するようにする請求項１、２いずれかに記載の
   トンネル掘削方法。
4. 【請求項４】前記上半切羽および下半片側ミニベンチ部
   の大背切羽の掘削は、発破掘削により行う請求項１〜３
   いずれかに記載のトンネル掘削方法。