JP2604622B2 - トンネル構築方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、地山のゆるみを防止しながら大断面のト
ンネルの掘削および履工を行うトンネル構築方法に関す
る。

＜従来の技術＞ 従来のトンネル構築方法として、シールド工法やパイ
プルーフ工法などがあり、また、トンネル構築の補助工
法として高圧ジエットグラウト工法、フォアパイリング
工法などが知られている。このうち、シールド工法は、
トンネルの全断面を一度に掘削しながら、後方をセグメ
ントまたは場所打ちコンクリートで覆工していくもので
ある。また、高圧ジェットグラウト工法は比較的小径の
複数の穴をボーリング作業や600〜1000kg/cm²の高圧ジ
ェット水の射出により形成し、この孔（例えば径が40〜
60mm）中にグラウトを注入してトンネル周辺例えば600
〜800mmの径の地盤強度を増強し、防護を行うものであ
る。

ところで、超電導電力貯蔵や空気貯蔵を行なうために
は、地下地盤に直径10〜20mにも及ぶトンネルが必要と
なり、このトンネル内には電力貯蔵用の超電導コイルが
設置される。このため、上記トンネル形成のため、地盤
の掘削が必要となるが、上記従来のトンネル掘削にて行
われたシールド工法では、そのトンネルが大断面である
場合に、補助工法なくしては、切羽を安定させることが
難しく、トンネル周辺の地山を緩めやすく、また、掘削
残土が大量に出るため残土排出工が作業に占める比重が
大きくなって、掘削土、覆工の各作業の支障となり、施
工能率が落ちるという問題点があった。また、地圧によ
ってシールド機が拘束されるために、大きな推進力を要
し、場合によってはトンネルが大きく変形するなどの問
題点もあった。

一方、上記高圧ジェットグラウト工法などのトンネル
構築の際の補助工法は、小断面のトンネル掘削には適す
るが、大断面のトンネル掘削には施工技術および安全
性、経済性の点で不向きであるという問題点があった。

これに対して、ある程度大断面のトンネルが形成可能
なパイプルーフ工法も提案されている。これは第９図お
よび第10図に示すように、掘削トンネル１内の切羽付近
に走行可能なパイプ打込機２を入れるとともに、このパ
イプ打込機２によって、地山４内にパイプ３を掘進方向
に向って末広がりとなるように削孔・圧入し、この後、
各パイプ３内のアースオーガ５を駆動させながらパイプ
３から掘進方向に伸長させて、このアースオーガ５によ
り順次掘削を行うものである。また、このような掘削に
よって作られたトンネル１の内面には上記各パイプ３を
覆うようにしてコンクリート覆工６が施される。つま
り、かかるパイプルーフ工法ではトンネル１の大断面形
状に合わせて所定数のパイプ３を所定形状に配設するこ
とにより、大断面のトンネルを形成することができる。
なお、第10図において、７は掘削後覆工を行う部分であ
る。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、かかるパイプループ工法にあっては、
パイプ３の長さが作業上制約を受けるので、数10mの間
隔で本坑トンネルの掘削と防護工を交互に繰り返さなけ
ればならず、手間がかかり過ぎるほか、パイプ３を水平
方向に精度よく設置できないので、余掘りが多くなるこ
と、また、トンネル周囲全体を一応に施工することが困
難であることから地山が緩み易くなるとともに、防護工
は仮設のため別途覆工を要して、工費、工程が増大する
という問題点があった。

この発明はかかる従来の問題点に着目してなされたも
のであり、地山を緩めずに、安全にしかも簡単な作業に
てトンネルを効率的に構築することができるトンネル構
築方法を得ることを目的とする。

＜課題を解決するための手段＞ この発明にかかるトンネル構築方法は、環状をなすカ
ッタにより地山を環状に掘削する工程と、この工程によ
って形成した環状の覆工部空間に場所打ちの覆工材を打
設する工程とを繰り返すと共に前記環状をなすカッタの
内側の補助カッタにより前記覆工部空間の内側に前記覆
工材等の資機材の搬入を行う作業坑を形成していき、硬
化した覆工材によって囲まれた残土を別途掘削するもの
である。また、地山の掘削によるずりを利用し、これと
セメント等の固化材を添加して覆工部空間に打設するこ
ともできる。

＜作用＞ この発明における地山の掘削は、環状のカッタにより
中間を残してトンネルが掘進され、これによって作った
環状の覆工部空間に場所打ちの覆工材を打設し、その
後、かかる覆工を行った環状部空間の内部にある残土を
掘削、搬出して、大断面のトンネルを構築していく。

＜発明の実施例＞ 以下に、この発明の実施例を図について説明する。第
１図はこの発明で使用するシールドタイプの掘削機を示
す概略縦断面図、第２図は同じく掘削機による環状と補
助のカッタを示す正面図である。同図において、11はト
ンネルの掘削が行われる地山、12はこの地山11に対し、
水平方向の環状の覆工部空間13を、地山を掘進しながら
形成する環状のカッタで、第２図に示すように、このカ
ッタ12はリング状に配置した複数のカッタ部材12aから
なる。さらに、このカッタ部材12aはカッタビットと土
砂取込口とを備えたものからなり、各カッタビットの１
つ１つがリング状部の切羽を掻き出すように動作して、
上記掘削を行う。14,15は環状のカッタ12の内外周に連
設されたシールドにおける環状のスキンプレートで、こ
のうち15は後述の場所打ちコンクリート（覆工材）の型
枠としても用いられる。なお、スキンプレート14,15は
フリクションをカットするために全体としてテーパ状を
なしている。16はカッタ12に隣接して設けられた作業坑
掘削に用いるブームカッタなどの補助カッタであり、こ
れがカッタ12の内側上部に図示のように設けられるほ
か、内側下部またはこれら２つの部分に設けられる場合
がある。17はズリ収容部で、これが覆工部空間13を作る
カッタ12の近傍に設けられ、これにスクリューコンベア
を含む排土装置18が連設されている。この排土装置18
は、ズリ収容部17内から排出されるズリとともにポンプ
により送出される硬化材を混練して、プレスリング19に
設けた覆工材押出し口20を通して、掘削機後部の覆工部
空間13内に圧入するように作用する。ここで、21は上記
のポンプ、22はこのポンプ21によって送出する硬化材を
収容した硬化材タンク、23は硬化材を送出するのに用い
るパイプである。このパイプ23は補助カッタ16によって
掘削した作業坑24内にガイドされて、上記排土装置18に
連結されている。25は補助カッタ16の後方に連設された
作業坑用シールドである。26は覆工材を圧縮する上記プ
レスリング19に支持させて、掘削機を前進させるジャッ
キである。なお、このジャッキ26と排土装置18とは、こ
れら複数のプレスリング19に対して交互に円形状に並設
されている。27は覆工部空間13内に圧入充てんされた覆
工材である。

次に、上記掘削機によるトンネル構築方法について、
第３図を参照しながら説明する。まず、掘削機のカッタ
12および補助カッタ16を切羽に当てて、環状に掘削して
いき、掘削によって生じたズリを作業坑24を通じて外部
へ排出するとともに、そのズリの一部をズリ収容部17に
取り込んで、排土装置18に送り込む。一方、この排土装
置18には、硬化材タンク22からポンプ21によって硬化材
が送り込まれ、この硬化材と上記ズリとがスクリューコ
ンベアにより混練され、ここで覆工材を作る。そして、
この覆工材はスクリューコンベアの押出し圧力により覆
工材押出し口20からプレスリング19の外側、すなわち環
状の覆工部空間13内に押出される。このプレスリング19
は、上記のようにジャッキ26を支持して覆工部空間13内
の覆工材を加圧するため、この覆工材は圧密されて硬化
が促進される。こうして、再び、上記掘削機による掘削
を行い、ジャッキによる推進を実施した後再び覆工材の
覆工を行う。すなわち、第３図（ａ）は、掘削機による
掘削および推進を行って覆工材のプレスリング19の外側
に覆工材を充てんした後の状態を示し、このとき、次の
推進に備えてジャッキ26が最も収縮した状態に維持され
る。そして、この状態において、硬化した覆工により囲
まれた部分の地山を、後方から順次掘削していく。つま
り芯抜きを行う。第３図（ｂ）は再び掘削を行うととも
に、ジャッキ26を伸長して掘削機の掘進を行う状態を示
す。この推進によってスキンプレート14,15も同時に前
進する。第３図（ｃ）は上記推進後、ジャツキ26を再び
収縮させるとともにプレスリング19も前進させ、覆工材
押出し口20から覆工材を圧入して、新しい覆工28を直前
に施工した覆工29の地なりに連設していく状態を示す。
なお、第３図（ｂ）、第３図（ｃ）に示す掘削終了およ
び覆工材圧入の再施工中にも、上記芯部の残土40を掘削
して排出する。

第４図乃至第８図はこの発明のトンネル構築方法を実
施するための他のシールド掘削機を示す。このシールド
掘削機は、泥水掘削を行うものであり、同図において、
30は一端が図示しないポンプにつながれた送泥管であ
り、この送泥管30の他端は、第５図に示すカッタ12のカ
ッタビット12aのうち最上のものの後方で泥水を吐出す
るようになっている（第４図）。なお、12bはカッタ12
の土砂取込口である。31は一端が図示しないポンプやタ
ンクにつながれた排泥管であり、この排泥管31の他端
は、リング状のカッタ12の下部後方で二箇所に臨むよう
に設けられている（第６図）。32はコンクリート打設管
で、これの一端が、スキンプレート15の他端付近に設け
たコンクリート打設口に連設するように設けられてい
る。これらの各送泥管30、排泥管31およびコンクリート
打設管32は、作業坑用シールド25にて囲まれた作業坑24
内を通して設置されている。なお、33はスキンプレート
14,15間を前後２室に隔成して前室に泥水を溜めるよう
にするバルクヘッド、34は型枠である。この他、第１図
に示したものと同一の構成部分には同一符号を付して、
その重複する説明を省略する。

この実施例におけるシールド掘削機においても、カッ
タ12はリング状をなし、トンネル断面の覆工部にあたる
部分とサービス用の作業坑24部分とを、カッタ12とブー
ムカッタなどの補助カッタ16によりそれぞれ掘削し、内
側の土砂は掘削しない。そして、この掘削は切羽付近に
送泥管30を通じて泥水を満たし泥水掘削を行う。また、
掘削された土砂は泥水とともに排泥管31を通じてポンプ
などによりシールド掘削機の外側に流体輸送して、排出
するが、一部は先の実施例のようにしてコンクリートの
骨材として利用することもできる。

一方、コンクリートはコンクリート打設管32を通して
スキンプレート15のコンクリート打設口からスキンプレ
ート15の外側（外周側）へ送り込まれ、プレスリング19
の後方のスキンプレート14,15間に打設される。この場
合においても、１スパン（型枠長）の掘削が完了した
ら、第７図にも示すような推進用のジャッキ26を縮め、
プレスリング19を切羽側に引き寄せながら、覆工コンク
リートを打設する。ここでは、地山が外枠となり、作業
坑の型枠34は第８図に示すように掘削機のテール部で組
み立てられる。

このように、この発明では覆工部空間13をまず掘削に
よって形成し、この覆工部空間13への覆工材の充てん固
化後に芯抜きを行い、かかる作業を繰り返し実行するこ
とによって大断面のトンネルを形成することができるの
である。

なお、上記実施例では、ズリの搬出、排出および覆工
材搬入などを行う作業坑24は、第２図に示すように、上
部に設けるほか、上下部２個所に設けてもよく、これら
作業坑は、掘削したズリの排出を安全かつ円滑に実施で
きる。また、かかる作業坑24は覆工部空間13の内側また
は外側の１個所または複数個所に設けることもでき、必
要に応じてその形や大きさを異ならしめてもよい。そし
てかかる作業坑24はトンネルの掘削作業を効率化し、作
業の安全性に寄与するものとなる。

また、上記のトンネル構築方法では、馬蹄形、卵形、
長円形などあらゆる形状の大断面トンネルも構築可能で
ある。

さらに、上記実施例では掘進に推進形のジャッキ26を
用いたが、このジャッキをプレスジャッキとして、推力
（つまり反力）を周辺の覆工内面に固定したグリッパか
ら得るようにしてもよい。

＜発明の効果＞ 以上説明してきたように、この発明によれば、大断面
のトンネル掘削の際における地山応力の解放を極力小さ
くするために、掘削断面を環状掘削と芯抜き掘削の２工
程に分割して掘削するようにしたので、芯部の掘削より
も覆工を数ｍ以上も先行させることができ、覆工内側の
掘削を安全かつ効率的に実施でき、地山のゆるみを極力
少なくすることが可能となる。また、従来のパイプルー
フ工法におけるごとき仮設のための防護工が不要とな
り、工費を安く、しかも工程を簡略化、短縮化できると
いう効果が得られる。さらに、掘削したズリを覆工材と
して利用することにより、作業坑における残土、ズリの
排出処理を20％〜30％も低減できるなどの効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかるトンネル構築方法を実施する
ための掘削機を示す縦断面図、第２図は掘削機のカッタ
を示す正面図、第３図はこの発明のトンネル構築方法の
施工順序を示す施工要領図、第４図は掘削機の他の実施
例を示す断面図、第５図は同じく正面図、第６図は第４
図のＡ−Ａ線断面図、第７図は同じくＢ−Ｂ線断面図、
第８図はＣ−Ｃ線断面図、第９図は従来のパイプルーフ
工法を示す説明図、第10図はパイプルーフ工法によるト
ンネルの施工断面図である。 11……地盤、12……カッタ、13……覆工部空間、16……
補助カッタ、18……排土装置、22……硬化材タンク、24
……作業坑、26……ジャッキ、27……覆工。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】環状をなすカッタにより地山を環状に掘削
   する工程と、この工程によって形成した環状の覆工部空
   間に場所打ちの覆工材を打設する工程とを繰り返すと共
   に前記環状をなすカッタの内側の補助カッタにより前記
   覆工部空間の内側に前記覆工材等の資機材の搬入を行う
   作業坑を形成していき、硬化した覆工材によって囲まれ
   た残土を別途掘削するトンネル構築方法。
2. 【請求項２】地山の掘削によるずりに固化材を添加して
   覆工部空間に打設する請求項１記載のトンネル構築方
   法。