JP2578609B2 - トンネル掘削方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、トンネル掘削工法であるNATM工法（New
Austrian Tunnelling Method）において採用して有効な
掘削方法およびその実施に用いて有効な装置に関するも
のである。

「従来の技術」 周知のように、NATM工法は掘削後直ちに吹付けコンク
リートを施工することにより、掘削面を緩ませてしまう
ことなくトンネルを掘削する工法である。

しかしながら従来のNATM工法では、切羽を解放した瞬
間に地山全変位の30〜50％が進行してしまうことが近年
の計測結果から明らかになり、したがって、掘削後直ち
に吹付けコンクリートを施工したとして地山の緩みを必
ずしも充分に防止できないことがあることがわかってき
た。

このため、切羽を解放する以前に一次覆工としてのラ
イニングを施工する、換言すれば、ライニングを先行し
て施工した後にその内側に掘削する、というプレライニ
ングが検討されており、現在までのところ、たとえば第
８図に示すような方法が提案されている。

これは、切羽の掘削に先立ち、まず、チェーン式スリ
ットカッタａによって坑の内側から一定の仰角をもって
地山を斜めに掘削し、そのスリットカッタａをトンネル
断面のアーチ状に合わせた形状のガントリーフレームｂ
に沿って横方向に移動させることにより、掘削するべき
坑の内周面の位置に所定深さ（たとえば2.5m程度）のス
リットｃを形成するとともに、スリットｃを形成すると
同時にそのスリットｃ内に吹付機ｄからコンクリートを
注入することで一次覆工としてのライニングｅを形成す
るものである。そして、その後にライニングｅの内側を
掘削し、続いて上記と同様のライニングｅを先に形成さ
れたライニングｅと一部を重ね合わせた状態で形成する
ことにより、掘進を行うものである。

上記の方法によれば、切羽が解放される以前にライニ
ングｅが施工されるので、地山の緩みを最小限にとどめ
ることができる。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら上記の方法では、各ライニングｅが不連
続となるので止水性の点で難があるし、また、ライニン
グｅ同士を重ね合わせる分、コンクリート量が増大して
しまうという欠点があり、必ずしも合理的な方法とはい
えないものであった。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、プレ
ライニングをより合理的に実施することのできる掘削方
法、およびその実施に用いて有効な装置を提供すること
を目的としている。

「問題点を解決するための手段」 第１の発明のトンネル掘削方法は、切羽の掘削に先立
ってその切羽の周囲にスクリューカッターによって所定
深さのライニング溝を形成するとともに、そのライニン
グ溝を形成すると同時にそのライニング溝内にコンクリ
ートを注入してライニングを形成し、その後、前記ライ
ニングの内側を掘削するようにしたトンネル掘削方法で
あって、前記ライニング溝内にコンクリートを注入して
ライニングを形成するに際してライニング溝内の一部に
コンクリート未注入部を残して凹部を形成しておき、そ
のライニングの内側を掘削した後に、前記凹部内に前記
スクリューカッターを位置させて前進させ、次いでその
スクリューカッターをトンネルの内周面に沿って横方向
に移動させつつコンクリートを注入することによって、
既に形成されているライニングの前方にそのライニング
に連続させて新たなライニングを形成することを特徴と
している。

また、第２の発明のトンネル掘削装置は、切羽を掘削
するための第１の掘削機と、切羽の周囲にライニング溝
を形成するための第２の掘削機と、前記第２の掘削機に
よって形成されたライニング溝内にコンクリートを注入
することによってライニングを形成するためのコンクリ
ート注入手段とを具備してなり、前記第２の掘削機は、
トンネルの径方向に伸縮自在とされているとともに、ト
ンネルのほぼ中心位置を旋回中心として旋回可能、か
つ、トンネルの長さ方向に移動可能に支持されたアーム
と、そのアームの先端に回転自在に支持されてトンネル
の長さ方向に沿って前方に延び、その先端と周面にビッ
トが形成されているスクリューカッターとを有してなる
ことを特徴としている。

「実施例」 以下、この発明の実施例を第１図ないし第７図を参照
して説明する。

まず、第１図および第２図を参照してこの発明に係わ
る掘削装置の実施例を説明する。第１図、第２図はこの
実施例の装置の概略構成を示すもので、図中符号１はト
ンネルの長さ方向に自走可能な走行台車、２はその前部
に搭載された掘削機本体であって、その掘削機本体２は
切羽を掘削するためのフライスカッター３（第１の掘削
機）と、ライニングＬを施工するための第２の掘削機か
ら構成されており、その第２の掘削機は、スクリューカ
ッター４とアーム６から構成されている。

フライスカッター３は掘削機本体２の最前部に位置し
ていて、トンネルＴのほぼ中心位置において旋回可能に
かつトンネルＴの長さ方向に移動（前進および後退）可
能に支持されているアーム５に取り付けられているとと
もに、そのアーム５の長さ方向に移動自在とされてい
る。そして、アーム５を旋回させつつ第１図中に二点鎖
線で示すように前方に押し出すことにより、そのフライ
スカッター３によって切羽を掘削できるようにされてい
る。

一方、スクリューカッター４は、上記のアーム５の後
部側に設けられたアーム６の先端部に取り付けられてい
る。そのアーム６は、上記のアーム５と同様の旋回可能
かつトンネルＴの長さ方向に移動可能に支持されている
とともに、トンネルＴの径方向に伸縮できるようにされ
ている。そして、そのアーム６の先端部に、上記スクリ
ューカッター４の基端部が回転自在に支持されてトンネ
ル軸線に平行な状態で前方に延びており、このスクリュ
ーカッター４の基端部と駆動用モータ（本体は図示せ
ず）の回転軸７との間には幅広のワイドチェーン８が巻
回されていて、そのモータを駆動することによってスク
リューカッター４は回転（自転）できるようにされてい
る。

上記のスクリューカッター４は、その先端と周面にビ
ットを有していて、その長さ寸法は一工程で形成するラ
イニングの幅（トンネルの長さ方向の寸法）と同等とさ
れ、かつ、その径は形成するべきライニングの厚みと同
等とされている。また、上記のワイドチェーン８は、そ
の外表面および側縁にビットを有していて、モータの駆
動力をスクリューカッター４に伝達すると同時にこのワ
イドチェーン８自体も地山を掘削できるようにされてい
る。

また、上記アーム６の先端部には、ワイドチェーン８
の側方に位置して第２図に示すように移動型枠９が取り
付けられている。この移動型枠９は、アーム６が旋回し
たときにスクリューカッター４、ワイドチェーン８とと
もに移動することにより、図示しないコンクリート注入
手段から注入口10を通してその内側に注入されたコンク
リートを支持してライニングを形成するものである。

なお、第１図、第２図において符号11は走行用車輪、
12はアウトリガー、13,14はそれぞれアーム5,6を旋回さ
せるための駆動用モータ、15は制御盤である。また、符
号L₁は既に形成されているライニング、L₂はこの装置に
よりライニングL₁の前方に施工されつつあるライニング
である。

以上でこの実施例の装置の構成を説明したが、次にそ
の使用方法を第３図ないし第７図を参照して説明する。

第３図は既に切羽までの掘削が完了した状態を示して
おり、第４図ないし第７図は第３図の状態から上記の装
置によってさらに掘進を行う手順を工程順に示すもので
ある。なお、第３図の状態においてはトンネルＴ内周面
にライニングL₁が形成されているが、トンネルＴ側部の
所定位置にはライニングL₁が施工されずに残されること
によって溝状の凹部20が形成されている。その凹部20の
幅（トンネル周方向の寸法）はスクリューカッター４の
径より大きくされているとともに、その長さ（トンネル
の長さ方向の寸法）はスクリューカッター４の長さより
やや長くされていて、その凹部20内にスクリューカッタ
ー４が配置できるようにされている。

第３図の状態から掘削を行うには、まず、アーム６を
旋回させるとともに伸張させて、凹部20内にスクリュー
カッター４を配置する。そして、アーム６を徐々に前進
させることにより、スクリューカッター４の先端によっ
て第４図に示すように地山を穿孔していき、スクリュー
カッター４およびワイドチェーン８を地山中に埋没させ
る。この際、ワイドチェーン８の後部側の側縁の位置
を、既に形成されているライニングL₁の先端面の位置に
合致させる。

続いて、アーム６を旋回させてスクリューカッター４
を第５図（ロ）に示すように反時計回りに移動させてい
くことにより、スクリューカッター４の周面によって地
山を横方向に掘削していってライニング溝21を形成して
いくとともに、そのライニング溝21の内側にワイドチェ
ーン８により環状のリングカット部22を形成していく。
そして、それと同時に、形成されたライニング溝21の内
部および移動型枠９の内側にコンクリートを注入し、こ
れにより、既に形成されているライニングL₁に連続させ
て新たなライニングL₂を形成していく。ここで用いるコ
ンクリートとしては、短時間で硬化して強度が確保し得
る早強セメントを用いる。

なお、ワイドチェーン８がリングカット部22を形成す
る際には、そのワイドチェーン８の側縁によって既に形
成されているライニングL₁の先端面に対する目荒らしが
施されるから、既に形成されているライニングL₁と注入
されたコンクリートとは充分に一体化し、ライニング
L₁，L₂同士の連続性が確保される。

上記のようにしスクリューカッター４をトンネル内周
面に沿って一周させることにより、第６図に示すように
全周にわたって新たなライニングL₂が形成されるが、上
記第３図に示した凹部20に連続する位置にはコンクリー
トを注入せずに、上記の凹部20と同様の凹部23を形成し
ておく。

そして、その後に、上記で形成されたライニングL₂の
内側をフライスカッター３により掘削するとともに、凹
部20内にコンクリートを打設してこれを埋める。

以上により、新たに形成された凹部23は坑内に露出し
て第３図と同様の状態となるので、以降、以上の手順を
繰り返して掘進を続ける。

以上で説明したように、上記の装置を用いて上記の手
順によって掘進することにより、切羽を解放する以前に
ライニングL₂が形成され、しかも、ライニング溝21が形
成されると同時にその内部にコンクリートが注入されて
速やかにライニングL₂が形成されるので、地山が緩むこ
とが殆どない。

そして、上記のように前工程においてライニングL₁の
一部に溝状の凹部20を設けてき、その凹部20内にスクリ
ューカッター４を位置させて前進させた後、スクリュー
カッター４を横方向に移動させてライニング溝21を形成
するようにしたことから、既に形成されているライニン
グL₁の前方にそのライニングL₁に連続させて新たなライ
ニングL₂を形成することができる。したがって、第８図
に示したように、ライニングｅをトンネル軸線に対して
傾斜状態で設ける従来の方法のように、ライニング相互
間に隙間があいたり、ライニング同士を重ね合わせる必
要がなく、このため、止水性に優れ、かつ合理的なプレ
ライニングが実現できる。

なお、上記実施例においては、ライニングL₂を形成し
た後にその内側を掘削するようにしたが、切羽の中心部
分についてはライニングL₂の形成と同時に、あるいはそ
れに先立って掘削しても良い。第１図、第２図はライニ
ングL₂の形成と同時にフライスカッター３によって切羽
中心部分の掘削を行っている状態を示している。

「発明の効果」 以上で詳細に説明したように、この発明の掘削方法に
よれば、ライニング溝内にコンクリートを注入してライ
ニングを形成するに際してライニング溝内の一部に凹部
を形成しておき、その凹部内にスクリューカッターを位
置させて前進させた後、そのスクリューカッターをトン
ネルの内周面に沿って横方向に移動させてライニング溝
を形成すると同時にコンクリートを注入してライニング
を形成するようにしたので、既に形成されているライニ
ングの前方にそのライニングに連続させて新たなライニ
ングを形成することが可能であり、したがって、止水性
に優れた合理的なプレライニングを実現できるという効
果を奏する。

また、この発明の掘削装置によれば、ライニングを形
成するための第２の掘削機を備え、その第２の掘削機
は、先端および周面にビットを有するスクリューカッタ
ーを伸縮自在、旋回可能かつトンネルの長さ方向に移動
可能なアームの先端に取り付けた構成であるので、アー
ムを旋回させることによってスクリューカッターの周面
でライニング溝を形成でき、また、そのライニング溝内
にコンクリート注入手段によってコンクリートを注入す
ることで直ちにライニングを形成することができるとい
う効果を奏し、したがって上記方法の実施に用いて有効
である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図はこの発明の実施例を示す図であ
る。第１図および第２図はこの実施例の装置の概略構成
を示す図であって、第１図は側面図、第２図は第１図の
II−II線視図である。第３図〜第７図はこの実施例の施
工方法を工程順に示すもので、それぞれ（イ）は側面
図、（ロ）は（イ）中に付した矢印の方向から見た正面
図である。 第８図は従来のプレライニング方法を説明するための側
面図である。 Ｔ……トンネル、Ｌ（L₁，L₂）……ライニング、３……
フライスカッター（第１の掘削機）、４……スクリュー
カッター（第２の掘削機）、６……アーム、８……ワイ
ドチェーン、９……移動型枠、10……コンクリート注入
口、20,23……凹部、21……ライニング溝。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】切羽の掘削に先立ってその切羽の周囲にス
   クリューカッターによって所定深さのライニング溝を形
   成するとともに、そのライニング溝を形成すると同時に
   そのライニング溝内にコンクリートを注入してライニン
   グを形成し、その後、前記ライニングの内側を掘削する
   ようにしたトンネル掘削方法であって、前記ライニング
   溝内にコンクリートを注入してライニングを形成するに
   際してライニング溝内の一部にコンクリート未注入部を
   残して凹部を形成しておき、そのライニングの内側を掘
   削した後に、前記凹部内に前記スクリューカッターを位
   置させて前進させ、次いでそのスクリューカッターをト
   ンネルの内周面に沿って横方向に移動させつつコンクリ
   ートを注入することによって、既に形成されているライ
   ニングの前方にそのライニングに連続させて新たなライ
   ニングを形成することを特徴とするトンネル掘削方法。
2. 【請求項２】切羽を掘削するための第１の掘削機と、切
   羽の周囲にライニング溝を形成するための第２の掘削機
   と、前記第２の掘削機によって形成されたライニング溝
   内にコンクリートを注入することによってライニングを
   形成するためのコンクリート注入手段とを具備してお
   り、前記第２の掘削機は、トンネルの径方向に伸縮自在
   とされているとともに、トンネルのほぼ中心位置を旋回
   中心として旋回可能、かつ、トンネルの長さ方向に移動
   可能に支持されたアームと、そのアームの先端に回転自
   在に支持されてトンネルの長さ方向に沿って前方に延
   び、その先端と周面にビットが形成されているスクリュ
   ーカッターとを有してなることを特徴とするトンネル掘
   削装置。