JP2509072B2 - トンネルの施工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、掘削すべきトンネルの
周囲を予め補強した後にトンネルを掘削するトンネルの
施工方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のようにトンネルの施工において
は、掘削時に、掘削されるトンネル先端部のまだ覆工さ
れていない部分で、切羽（掘削中のトンネルの最先端部
の掘削面）や天端が崩落する可能性があるので、掘削時
に上記天端等の崩落を防止するために様々な施工方法が
用いられている。このような施工方法の一つとして近年
プレライニング工法が行なわれている。

【０００３】従来、プレライニング工法においては、図
５に示すように、例えば、掘削すべきトンネルの外面に
沿って地山ｅに溝ａを形成する掘削機１を用いて切羽２
ａのトンネル２の上側の外面に当たる部分に幅の狭い溝
ａを形成し、該溝ａにモルタルや薬液等を注入して、ラ
イニングＬを形成するものであった。すなわち、トンネ
ル２を掘削する前に、一次覆工を行なってしまうもので
あった。

【０００４】なお、上記掘削機１は、レール３上を走行
する走行車４上に、先端がトンネル２の内面に沿って回
動するアーム５が設けられ、該アーム５の先端部に溝ａ
を掘削するカッタ６が設けられたものである。そして、
上記ライニングＬは、地山ｅの掘削すべきトンネル部分
を覆うように形成されており、上記ライニングＬ内を掘
削していくことにより、掘削時にトンネル２の天端部等
が崩落することがなく、安全にトンネル２を掘削するこ
とができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記プレラ
イニング工法においては、掘削された溝がしばらくする
と崩落してしまう可能性があり、溝が崩落してしまう前
にモルタル等を注入する必要がある。従って、溝を掘削
しながらモルタルを速やかに注入する必要があるが、必
ずしもカッターによる溝の掘削速度とモルタルの注入速
度とが噛み合うとは限らず、上記溝に均一かつ完全にモ
ルタルを充填することが困難であった。また、プレライ
ニング工法においては、溝に注入されたモルタルが硬化
することによりライニングの強度が発現することになる
ので、溝にモルタルを注入した後に、モルタルが硬化す
るまで、ライニング内を掘削することができず、トンネ
ル構築の工期を長引かせる要因となっていた。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、上記プレライニング工法において、形成された
ライニングが安定した強度を得ることができるととも
に、モルタルの完全な硬化を待たずにトンネルの掘削工
程を行なうことができるトンネルの施工方法を提供する
ことを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された本
発明のトンネルの施工方法は、掘削すべきトンネルの少
なくとも上面側の周囲に、掘削すべきトンネル外面に沿
って補強溝を形成するとともに、該補強溝に既に形成さ
れた補強部材を挿入して掘削すべきトンネルの周囲を補
強する補強工程と、次いで、該補強工程により補強され
た部分の内側にトンネルを掘削する掘削工程とを具備し
てなり、上記補強部材は、上記トンネルの外面に沿って
形成される補強溝内に複数挿入できるように、予め、上
記補強溝をトンネルの掘削方向に沿って複数に分割した
形状に対応して成形しておき、上記補強工程において、
上記補強溝を掘削するとともに、順次補強部材を補強溝
に挿入し、かつ、先に挿入された補強部材に後から挿入
する補強部材を組み付けていくことを上記課題の解決手
段とした。そして、請求項２に記載された本発明のトン
ネルの施工方法によれば、上記補強部材の両側縁には、
それぞれ上記補強溝内に隣接して挿入される補強部材同
士を接合するための接合部が設けられていることが好ま
しい。

【０００８】また、請求項３に記載された本発明のトン
ネルの施工方法によれば、上記補強部材の両側縁に形成
された接合部は、一方の側縁に該側縁に沿って設けられ
た突条と、他方の側縁に沿って設けられるとともに上記
突条と嵌合する形状の嵌合溝とからなり、上記トンネル
外面に沿って設けられた補強溝内に隣接して配置される
補強部材間において、先に補強溝に挿入された一方の補
強部材の側縁に沿って、他方の補強部材を上記補強溝に
挿入することにより、上記突条と嵌合溝を嵌合させて補
強部材同士を接合することが好ましい。さらに、請求項
４に記載された本発明のトンネルの施工方法によれば、
上記補強部材には、上記補強溝内において隣接して配置
される補強部材間で連通する間隙が設けられ、上記補強
溝に補強部材を挿入した後に、上記補強部材の間隙にモ
ルタル等の補強剤を充填し、上記補強部材を一体に連結
することが好ましい。

【０００９】

【作用】上記請求項１記載の構成によれば、補強溝を掘
削するとともに、順次補強部材を補強溝に挿入し、か
つ、先に挿入された補強部材に後から挿入する補強部材
を組み付けていくことにより、地山のトンネルを掘削す
べき部分の周囲を補強しているが、補強溝への補強部材
の挿入は、狭い溝へのモルタルの注入に比較して、補強
溝の掘削速度に合わせて行なうことが容易であり、か
つ、補強溝内に多少の土砂が崩落しても、補強部材を押
し込むことにより、崩落した土砂を溝の先端側に押し込
んで溝の空間を確保することができる。従って、補強溝
にモルタルを注入する構成とした場合に、容易に補強溝
にモルタルを均一に注入することができ、安定した強度
で掘削すべきトンネルの周囲を補強することができる。

【００１０】また、上記補強部材と該補強部材の組み付
け方法とを充分な強度が発現できるものとすれば、補強
溝にモルタルを注入しなくても、補強部材によりトンネ
ル上の地山を支持することができる。また、モルタルを
注入する構成とした場合には、モルタルの完全な硬化を
待つことなく、トンネルの掘削を開始することができ、
トンネルを構築するための工期を短縮することができ
る。また、請求項２記載の発明によれば、予め補強部材
に接合部が設けられていることにより、補強溝内におい
て、補強部材同士を容易に組み付けることができる。ま
た、請求項３記載の発明によれば、補強溝に補強部材を
挿入する際に、既に挿入された補強部材の側縁に沿っ
て、後から挿入する補強部材を挿入することで、補強部
材同士が接合されることになり、幅の狭い補強溝内にお
いて容易に補強部材同士を接合することができる。

【００１１】さらに、請求項４記載の発明によれば、上
述のように、補強部材により補強溝の空間を確保した後
に、モルタル等の補強剤を注入することになるので、補
強溝に均一にモルタルを挿入することができ、均一な強
度のライニングを構築することができる。さらに、上述
したように上記補強部材と補強部材の組み付け方法とを
充分な強度が発現できるものとすれば、モルタルの硬化
を待つことなく、トンネルの掘削を開始することができ
るので、トンネルの構築において、工期の短縮を図るこ
とができる。

【００１２】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１はこの実施例のトンネルの施工方法を説明
するための図面であり、図２はこの実施例のトンネルの
施工方法において、プレライニングに用いられる補強部
材１０を示すものである。この実施例のトンネルの施工
方法は、トンネル先端部において、掘削すべきトンネル
の外周面（トンネルの下面を除く）を覆うように溝ａを
掘削するとともに、溝ａの掘削された部分に補強部材１
０…を順次挿入し、溝ａの掘削及び補強部材１０の挿入
が終了した後に、補強部材１０の挿入された溝ａにモル
タルを注入して、補強部材１０とモルタルからなるプレ
ライニングを形成し、その後にプレライニング内を掘削
してトンネルを構築するものである。

【００１３】また、プレライニング内をその先端部まで
掘削した後に、再びトンネルの先端部においてプレライ
ニングを構築することを繰り返すことにより、トンネル
を掘削していくものである。なお、溝ａの掘削方法は、
この実施例において上記従来例と同様のものであり、そ
の説明を簡略化する。この実施例における溝ａの掘削方
法は、上記従来例の図５に示すように、トンネル２の先
端部において、切羽２ａから掘削すべきトンネルの周囲
を覆うように、地山ｅに略半円形状の溝ａを掘削するも
のである。

【００１４】そして、溝ａの掘削に際しては、図１に示
すように、まず、掘削すべきトンネルの外面の上側の略
半円形状の部分の一方の端部（トンネルの壁面とトンネ
ルの底面とが接合する部分）にカッタ６を地山ｅを掘削
することにより挿入し、このカッタ６を図１の矢印ｄに
示すように上記一方の端部から掘削すべきトンネルの外
面に沿って他方の端部に向かって移動させることにより
溝ａを掘削する。従って、溝ａは、上記一方の端部側か
ら形成されていくことになるが、溝ａの形成された部分
には、カッタ６による溝ａの掘削速度に対応して補強部
材を挿入していく。従って、溝ａ内の崩落が始まる前、
すなわち、溝ａが形成された直後に補強部材１０が順次
挿入されることになる。

【００１５】ここで、図２を用いて上記補強部材１０に
ついて説明する。補強部材１０は、上記略半円形状の溝
ａをトンネルの掘削方向に平行かつトンネルの中心方向
に向かった分割面により多数に分割した形状とされてい
る。すなわち、補強部材１０は、その上下面が僅かに円
弧状に湾曲した矩形状の板体であり、図示しない鉄筋が
埋設されたプレキャストコンクリート性の板体とされて
いる。また、補強部材１０の一方の側面には、側面の長
さ方向に沿って突条１１が形成され、補強部材１０の他
方の側面には、上記突条１１と嵌合する形状の嵌合溝１
２が、側面の長さ方向に沿って形成されている。

【００１６】また、上記突条１１及び嵌合溝１２は、そ
の長さ方向が補強部材１０を補強溝ａに挿入した際に、
トンネルの掘削方向と平行になるようになっている。従
って、補強溝ａ内に隣接して配置される二つの補強部材
１０、１０においては、先に補強溝ａ内に挿入された補
強部材１０の側面に後から挿入される補強部材１０の側
面を沿わせるように、補強部材１０を補強溝に挿入する
ことで、一方の補強部材１０の側面の突条１１と他方の
補強部材１０の側面の嵌合溝１２が嵌合することにな
り、補強部材１０…を順次互いの側面を当接させた状態
で補強溝ａに挿入することにより、補強部材１０…同士
が順次接合されるようになっている。

【００１７】また、補強部材１０の内部には、図２に示
すように、空洞１３が形成されるとともに、補強部材１
０の両側面には、上記空洞１３と連通する複数の貫通孔
１４…が形成されている。また、上記貫通孔１４…の位
置は、補強部材１０の左右両側面で同じ位置にされてお
り、補強溝ａ内部において互いに接合された状態の補強
部材１０…の空洞１３…は、上記貫通孔１４…を介して
全てが連通するようになっている。このような補強部材
１０…を、互いに接合されるように補強溝ａ内に挿入し
た後に、補強部材１０の空洞１３内にモルタルを注入す
る。補強部材１０の空洞１３内に注入されたモルタル
は、上記補強部材１３の貫通孔１４…から流出して順次
隣接する補強部材１０…の空洞１３…内に充填され、補
強溝ａ内に挿入された全ての補強部材１０…の空洞１３
…及び貫通孔１４…に充填される。

【００１８】従って、補強溝ａ内に挿入された全ての補
強部材１０…がモルタルにより一体に接合されることに
なるとともに、各補強部材１０…の空洞１３…に充填さ
れたモルタルも貫通孔１４…介して一体のものとして硬
化する。そして、これら補強部材１０…とモルタル１３
…とからプレライニングが形成される。なお、モルタル
を注入する際には、補強部材１０の空洞１３に注入管
（図示略）を挿入することにより行なうことができ、補
強部材１０により注入管を挿入する空間が確保されてい
るので、補強溝ａの崩落等により注入管が潰されてしま
うことがなく、確実にモルタルを注入することができ
る。

【００１９】次に、上記補強部材１０…とモルタルとに
より形成されたプレライニング内を掘削することにより
トンネルを構築する。この際に、プレライニングは、補
強溝ａ内に補強部材１０…を挿入するとともに、隣接す
る補強部材１０…同士を接合した段階で、掘削時にトン
ネル天端部を支持するのに必要な強度を有するものとす
ることができるので、上記モルタルが完全に硬化する前
にプレライニング内の掘削を開始することができる。す
なわち、モルタルが流動性を失う程度に硬化した段階
で、プレライニング内の掘削を開始することができる。

【００２０】なお、プレライニング内の掘削方法は、特
に限定されるものではなく、例えば、全断面掘削機（図
示略）や自由断面掘削機（図示略）等を用いた機械掘削
を用いることができる。そして、上述のように形成され
たプレライニング内の掘削が終了した段階で、再び上述
のように補強溝ａを掘削してプレライニングの形成を行
なう。そして、プレライニングの形成とプレライニング
内の掘削を繰り返し行なうことにより、トンネルの掘削
を進行していく。

【００２１】以上のようなトンネルの施工方法によれ
ば、掘削すべきトンネルの周囲を覆うように補強溝ａを
形成するとともに、補強溝ａの掘削された部分に順次補
強部材１０…を挿入していくことにより、補強溝ａ内の
崩落を防止し、補強溝ａ内にモルタルを充填する空間を
確保することができるので、補強溝ａの掘削速度と補強
溝ａへのモルタルの注入速度とのタイミングを合わせる
必要がなく、補強溝ａに容易かつ均一に所定量のモルタ
ルを注入することができるので、均一で充分な強度を有
するプレライニングを容易に形成することができる。

【００２２】また、補強部材１０には、その両側面にそ
れぞれ側面の長さ方向及びトンネルの掘削方向に沿った
突条１１と嵌合溝１２が形成されているので、単に、ト
ンネルの掘削方向に沿うとともに既に補強溝ａに挿入さ
れた補強部材１０に隣接して、補強部材１０を補強溝ａ
に挿入することにより、補強部材１０、１０同士を容易
に接合することができる。さらに、補強溝ａ内に挿入さ
れるとともに互いに接合された補強部材１０…は、それ
自体に、掘削すべきトンネル上の地山ｅを支持するのに
必要な強度を持たせることが可能であり、補強溝ａの補
強部材１０内に注入されるモルタルが完全に硬化する前
に、プレライニング内の掘削作業を安全に行なうことが
でき、トンネルの構築において工期の短縮を図ることが
できる。

【００２３】なお、上記実施例において、補強部材１０
は突条１１、補強溝１２、空洞１３、貫通孔１４を有す
る矩形状のプレキャストコンクリート製の板体とされた
が、本発明の補強部材はこれに限定されるものではな
い。例えば、図３に示すように予め鉄筋１５…を組んだ
架構状のものを補強部材１６としても良い。また、図４
に示すように、高い強度を有する合成樹脂の棒体１７…
と接合部材１８とを架構状に組んだものを補強部材１９
としても良い。

【００２４】なお、図３及び図４に示すような架構状の
補強部材１６、１９は、補強溝ａ内に挿入した後に、互
いの側縁に延出する鉄筋１５…もしくは合成樹脂製の棒
体１７を絡み合わせるようにして、補強部材１６、１９
同士を組み付けることができる。また、架構状の補強部
材１６、１９により、上記実施例の補強部材１０と同様
にモルタルを注入する間隙を補強溝ａ内に確保すること
ができる。

【００２５】また、補強溝ａ内で互いに組み付けられた
補強部材１６、１９によりある程度の強度を確保するこ
とができるが、モルタルがある程度硬化する前に、プレ
ライニング内を掘削するとモルタルが補強部材１６、１
９から剥離してしまう可能性があるので、モルタルがあ
る程度硬化するのを待ってからトンネルの掘削作業を行
なう必要がある。しかし、従来のプレライニング工法の
ように、モルタルが完全に硬化して大きな強度を発現す
るまで掘削を待つ必要がなく、従来のプレライニング工
法に比較して、トンネル構築の工期を短縮することがで
きる。

【００２６】また、本発明において補強部材は、必ずし
も、上述のようにモルタルを注入する間隙（空洞）を有
するものである必要がなく、空洞を有さないプレキャス
トコンクリート製の板体や鋼板等を補強部材として用い
て良い。なお、上記間隙を有さない補強部材の場合に
は、上記実施例の補強部材１０のように、容易かつ確実
に補強部材同士を接合する接合部を有することが好まし
い。

【００２７】また、上記実施例の補強部材１０の接合部
となる突状１１及び嵌合溝１２は、その断面が係止部を
持たない形状となっていたが、本発明がこれに限定され
るものではなく、例えば、断面形状がＴ字状やＬ字状の
突状及び嵌合溝を設ける構成としても良い。また、補強
溝ａ内に注入される補強剤は、モルタルに限られるもの
ではなく、例えば、セメント、コンクリート、薬液等の
硬化物を用いることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、上記請求
項１記載のトンネルの施工方法によれば、補強溝を掘削
するとともに、順次補強部材を補強溝に挿入し、かつ、
先に挿入された補強部材に後から挿入する補強部材を組
み付けていくことで、地山のトンネルを掘削すべき部分
の周囲を補強しているが、補強溝への補強部材の挿入
は、狭い溝へのモルタルの注入に比較して、補強溝の掘
削速度に合わせて行なうことが容易であり、かつ、補強
溝内に多少の土砂が崩落しても、補強部材を押し込むこ
とにより、崩落した土砂を溝の先端側に押し込んで溝の
空間を確保して、補強部材を補強溝内に挿入することが
できる。したがって、従来のプレライニング工法におい
て、モルタルを均一に補強溝内に注入することが難しく
均一なプレライニングを形成することが困難であったの
に対して、本願発明においては、補強溝内に補強部材を
挿入することで、確実かつ均一にトンネルの周囲を補強
することができる。また、補強部材をモルタルを注入す
る間隙を有するものとすれば、上述のように補強溝に補
強部材を挿入することにより、掘削された補強溝の崩落
を防止して、補強部材によってモルタルを注入すべき空
間（補強溝の間隙）を確保した後に、モルタルを上記空
間に注入することができるので、容易かつ確実に補強溝
にモルタルを均一に注入することができる。この場合に
は、さらに、均一な強度で掘削すべきトンネルの周囲を
補強することができる。また、上記補強部材を充分な強
度を有するものとし、かつ、該補強部材同士の組み付け
方法を充分な強度が発現できるものとすれば、補強溝に
モルタルを注入しなくても、補強部材により掘削すべき
トンネルの周囲の地山を支持することができる。また、
上述のように補強部材にモルタルを注入可能な間隙を有
するものとし、補強溝に補強部材を挿入した後にモルタ
ルを注入する構成とした場合には、モルタルの完全な硬
化、すなわち、モルタルの強度の発現を待つことなく、
トンネルの掘削を開始することができる。 したがって、
プレライニング工法を用いてトンネルを構築する際の工
期を短縮することができる。すなわち、従来のプレライ
ニング工法において、補強溝にモルタルを注入した後
に、モルタルが硬化して充分な強度が発現するまで、補
強溝に囲まれた地山を掘削することが困難であったのに
対して、本願発明によれば、補強溝に補強部材を挿入し
おえた段階、もしくは、補強溝に補強部材を挿入し、さ
らに補強部材の間隙にモルタルを注入し、モルタルが流
動しない程度に硬化した段階で、補強溝に囲まれた部分
を掘削することができるので、トンネルの施工期間の短
縮を図ることができる。

【００２９】また、請求項２記載のトンネルの施工方法
によれば、予め補強部材に接合部が設けられていること
により、補強溝内において、補強部材同士を容易に組み
付けることができる。また、請求項３記載のトンネルの
施工方法によれば、補強溝に補強部材を挿入する際に、
既に挿入された補強部材の側縁に沿って、後から挿入す
る補強部材を挿入することで、補強部材同士が接合され
ることになり、幅の狭い補強溝内において容易に補強部
材同士を接合することができる。

【００３０】さらに、請求項４記載のトンネルの施工方
法によれば、上述のように、補強部材により補強溝の空
間を確保した後に、モルタル等の補強剤を注入すること
になるので、補強溝に均一にモルタルを注入することが
でき、均一な強度のライニングを構築することができ
る。従って、トンネルの掘削作業の安全性を向上するこ
とができる。さらに、上述したように上記補強部材及び
補強部材の組み付け方法を充分な強度が発現できるもの
とすれば、モルタルの硬化を待つことなく、トンネルの
掘削を開始することができるので、トンネルの構築にお
いて、工期の短縮を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のトンネルの施工方法の一実施例を説明
するためのトンネル先端部の切羽面を示す断面図であ
る。

【図２】上記実施例のトンネルの施工方法で用いられる
補強部材を示す斜視図である。

【図３】上記実施例の補強部材とは異なる補強部材を示
す斜視図である。

【図４】上記実施例の補強部材とは異なる補強部材を示
す斜視図である。

【図５】従来のトンネルの施工方法を説明するためのト
ンネル先端部の断面図である。

【符号の説明】

ａ 補強溝 １０ 補強部材 １１ 突条 １２ 嵌合溝 １３ 空洞（間隙） １４ 貫通孔（間隙） １６ 補強部材 １９ 補強部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂野 正明 大阪府大阪市中央区高麗橋４丁目１番１ 号 東洋建設株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−257297（ＪＰ，Ａ) 実公 昭41−19894（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削すべきトンネルの少なくとも上面側
   の周囲に、掘削すべきトンネル外面に沿って補強溝を形
   成するとともに、該補強溝に既に形成された補強部材を
   挿入して掘削すべきトンネルの周囲を補強する補強工程
   と、次いで、該補強工程により補強された部分の内側に
   トンネルを掘削する掘削工程とを具備してなり、 上記補強部材は、上記トンネルの外面に沿って形成され
   る補強溝内に複数挿入できるように、予め、上記補強溝
   をトンネルの掘削方向に沿って複数に分割した形状に対
   応して成形しておき、上記補強工程において、上記補強
   溝を掘削するとともに、順次補強部材を補強溝に挿入
   し、かつ、先に挿入された補強部材に後から挿入する補
   強部材を組み付けていくことを特徴とするトンネルの施
   工方法。
2. 【請求項２】上記補強部材の両側縁には、それぞれ上記
   補強溝内に隣接して挿入される補強部材同士を接合する
   ための接合部が設けられていることを特徴とする請求項
   １記載のトンネルの施工方法。
3. 【請求項３】上記補強部材の両側縁に形成された接合部
   は、一方の側縁に該側縁に沿って設けられた突条と、他
   方の側縁に沿って設けられるとともに上記突条と嵌合す
   る形状の嵌合溝とからなり、上記トンネル外面に沿って
   設けられた補強溝内に隣接して配置される補強部材間に
   おいて、先に補強溝に挿入された一方の補強部材の側縁
   に沿って、他方の補強部材を上記補強溝に挿入すること
   により、上記突条と嵌合溝を嵌合させて補強部材同士を
   接合することを特徴とする請求項２記載のトンネルの施
   工方法。
4. 【請求項４】上記補強部材には、上記補強溝内において
   隣接して配置される補強部材間で連通する間隙が設けら
   れ、上記補強溝に補強部材を挿入した後に、上記補強部
   材の間隙にモルタル等の補強剤を充填し、上記補強部材
   を一体に連結することを特徴とする請求項１ないし３の
   いずれかに記載のトンネルの施工方法。