JP2836739B2

JP2836739B2 - トンネルの掘削方法及びトンネルライナー

Info

Publication number: JP2836739B2
Application number: JP8198826A
Authority: JP
Inventors: 村宗男吉; 治茂仁鍜; 山要青; 木裕明鈴; 野貴宇
Original assignee: Kajima Corp; Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Kajima Corp; Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 1996-07-29
Filing date: 1996-07-29
Publication date: 1998-12-14
Anticipated expiration: 2016-07-29
Also published as: JPH1037687A

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・ボーリ
ング・マシン工法によってトンネルライナーをエキスパ
ンション方式により拡幅ジャッキで地山に密着させて掘
削するトンネル掘削方法及びそれに用いるトンネルライ
ナーに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、機械式掘削機を用いるトンネルの
掘削方法としては、掘削を行なうトンネル・ボーリング
・マシン（機械式掘削機）による工法（トンネル・ボー
リング・マシン工法：以下「ＴＢＭ工法」という）、お
よびシールド工法が知られている。このＴＢＭ工法とシ
ールド工法とは、一般に地山条件で選択されている。

【０００３】ＴＢＭ工法においては、テール部の状態に
より、全面をスキンプレートでシールドするシールドタ
イプと、テールのないノンシールドタイプと、シールド
タイプとノンシールドタイプとの中間的なものであり、
一定部分をテールフードでシールドするテールフードタ
イプ、とに分類できる。

【０００４】シールドタイプは、掘削機の後方のテール
部内でトンネルライナー（セグメント）を組立て、ジャ
ッキ推力とグリッパー推力を併用しながら推進する。こ
こで、トンネルライナーをテール部で組み立てる際に、
テール部内径はトンネル内径に比べてかなり小さく、従
って、そこで組み立てられたトンネルライナーの内径も
トンネル内径に比べてかなり小さい。そのため、トンネ
ルライナーとトンネル内側表面との間の隙間（テールボ
イド）が必ず発生してしまう。この場合、トンネルライ
ナーの支保は、裏注により地山と密着・安定させること
によって行われる。

【０００５】一方、図１０で示す様に、テール部Ｔ内で
トンネルライナーＳ１を組立て、テール部Ｔ外でエキス
パンション方式によりトンネルライナーＳ１を拡幅し、
裏注を行う事無く地山密着方式を実施することも可能で
ある。ここで、テール部Ｔ内とテール部Ｔ外とで外径Ｄ
１、Ｄ１が異なってしまう事に対処するべく、トンネル
ライナーのピース間の継ぎ手形状を、ヒンジ的構造とす
る場合が存在する。この場合、ヒンジ継ぎ手面が回転出
来るので、テール内の内径が小さい領域からテール外の
内径が大きい領域に移動した際に、トンネルライナーの
外径を拡径して容易に対応する事が出来る。

【０００６】ノンシールドタイプのＴＢＭ工法において
は、地山がむき出しの状態において、吹付けコンクリー
トによる支保や、鋼製支保工等の支保スタイルを採用す
ることが多い。また、トンネルライナーを用いたエキス
パンション方式による拡幅ジャッキで地山に密着させる
方式も採用されている。

【０００７】テールフードタイプは、上記の裏注方式、
エキスパンション方式のどちらも基本的に採用可能であ
る。

【０００８】上記の従来技術においては、以下のような
問題がある。ＴＢＭ（機械式掘削機：以下同じ）におい
て、テール部をシールドタイプとしたものは、トンネル
ライナーをリング閉塞状態でテール内で組立てられるた
め、組立作業は、安全である。しかし、トンネルライナ
ーと地山との間にはテールボイドが発生し、裏注により
テールボイドを充填する必要がある。そして裏注もシー
ルドする必要があるため、トンネルライナーは、コンク
リートセグメントかスキンプレートを持ったスチールセ
グメント（簡易セグメントも含む）となる。ここで、Ｔ
ＢＭの掘削地山は基本的に自立性地山であり、セグメン
トタイプの支保は過剰な構造の支保となる。そして、セ
グメントタイプの支保は高価であり、しかも、裏注を実
施することにより、工程が増えてしまう。すなわち、必
要以上な（過剰な）構造の支保を採用することになり、
不合理な上、不経済である。

【０００９】またＴＢＭの掘削は、図１１に示すよう
に、一般に十分な外周方向の余掘りを実施する。その結
果、裏注Ｂの実施は、テールボイド（ｘ）＝余掘（ｙ）＋マシンスキンプレー
ト厚さ（ｔ）＋組立て余裕（ａ）を充填する必要があり、その使用量が膨大な量になる。
それに加えて、図１１中の矢印で示す様に、余掘り部を
通じて裏注が切羽前面に回り込み、掘削時の大きな問題
となる。

【００１０】一方、エキスパンション方式により地山に
密着させる支保タイプは、裏注を省略できることに大き
なメリットがある。しかし、トンネルライナーの組立て
は、原則としてテール部外の地山部分であるので、組立
て作業時の安全性という点ではシールドタイプのものに
劣る。テール部内でリング状にトンネルライナーを組み
立てておくことも可能であるが、トンネルライナーのピ
ース間端部をヒンジ的構造等にするため、テール部内で
安定した状態で組んでおくことは容易ではない。上記の
理由でシールドタイプは、エキスパンション方式に不向
きである。ノンシールドタイプがエキスパンション方式
には最適である。しかし、ノンシールドタイプは、地山
条件がトンネル全線にわたって健全地山であることが必
要であり、地山条件が様々に変化する日本の山岳には、
適用範囲が限定される。

【００１１】トンネルライナーを組立てる場所は、テー
ル外の地山部でエキスパンションを行なう場合でも、作
業の安全性を考慮すれば、地山から隔離されたテール部
内が理想的である。しかし、テール部外で切羽より十分
離れた後方で地山のゆるみが徐々に進行する場合等を考
慮すると、テール部内でトンネルライナーを組立て、地
山部へ押し出した後、早期にエキスパンションを実施す
べきである。すなわち、掘削からできるだけ早期に連続
的な支保の建込みができる方法が望まれているのであ
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した従来
技術の問題点や要請等に鑑みて提案されたもので、テー
ル部内において容易で且つ確実にトンネルライナーを組
立てることができ、テール部外では容易にエキスパンシ
ョン方式による地山への密着・支保ができるトンネル掘
削方法及びトンネルライナーの提供を目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のトンネルの掘削
方法は、トンネル・ボーリング・マシン工法によってト
ンネルライナーをエキスパンション方式により拡幅ジャ
ッキで地山に密着させて掘削するトンネル掘削方法にお
いて、テールフードタイプの機械式掘削機を使用し、テ
ールフードが覆う範囲はトンネルの上部半断面以下の領
域であり、トンネルの中心部から見て９時方向と３時方
向の２か所にエキスパンション部を構成したトンネルラ
イナーを準備し、そのトンネルライナーをテール部内で
隙間のない閉塞状態に組立て、組立てたトンネルライナ
ーをテール部外の所定位置に搬出設置し、トンネルライ
ナー内周側に設置された拡幅用ジャッキにより前記エキ
スパンション部を拡幅して地山に密着させることを特徴
としている。

【００１４】本発明のトンネルの掘削方法の実施に際し
て、前記トンネルライナーのエキスパンション部より下
部を場所打ちコンクリートとするのが好ましい。

【００１５】本発明のトンネルの掘削方法において、前
記エキスパンション部に盛り替え金具を使用しても良
く、或いは、前記エキスパンション部を場所打ちコンク
リートで盛り替えても良い。

【００１６】また、本発明のトンネルライナーは、トン
ネル・ボーリング・マシン工法によりトンネルライナー
をエキスパンション方式によって拡幅ジャッキで地山に
密着させて掘削する際に用いられるトンネルライナーで
あって、前記トンネルライナーがトンネル内壁面と同一
の曲率半径を有する、単一または複数のセグメントから
なる上下２つのトンネルライナーで構成され、機械式掘
削機のテールフードの内部でトンネルの中心部から見て
９時方向と３時方向の２カ所で上下のトンネルライナー
が接するように組み立てる際に、テールフードとトンネ
ルライナーが干渉することなく組立て出来るように円周
方向の長さが半円周より短い円弧状であって、ライナー
の９時方向と３時方向の円弧内側にジャッキの支持構造
を有する様に構成されている。

【００１７】上述した様な構成を具備する本発明によれ
ば、テール部内において、トンネルライナーの９時、３
時以下の下半部（エキスパンション部の下方に位置する
トンネルライナー）は、地山に密着する隙間のない形状
で形成される。一方、テールフードが上部半断面以下で
あり、また、エキスパンション部の上方に位置するトン
ネルライナー（上半部のトンネルライナー）はテールフ
ード内の組み立てに際して干渉しない様に構成されてい
る。そして、下半部のトンネルライナーの端部と上半部
のトンネルライナーの端部とは、テールフード内で組み
立てられる際には相互に隙間無く密着する様に構成され
ているので、下半部のトンネルライナーと上半部のトン
ネルライナーとにより、（テールフードと干渉する事無
く）リング状のトンネルライナー（組立体）に組み上が
る。

【００１８】そして、この上半部及び下半部をリング状
に組立てたトンネルライナーをテール部外の所定位置に
搬出し、トンネルライナーの内側でトンネル中心から見
て９時、３時方向の位置に設置された拡幅用ジャッキに
より、上半部を押上げて地山に密着させる。その結果、
上半部のライナー及び下半部のライナーは共に地山に密
着し、支保工を形成するのである。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。図１には、テール部内でのトンネル
ライナー１の組立て形態が、４分割して示されている。

【００２０】テール部内に設けられたテールフードＨは
上部半断面の全面を覆うことなく、後記するトンネルラ
イナー１の上半部１ｂと干渉しない範囲を覆っている。
一方、トンネルライナー１の下半部を構成するピース
（セグメント）１ａ、１ａは、トンネルの中心Ｘ１を中
心としてそれぞれ外周半径が掘削半径Ｒ₀で角度θ_Aの
円弧形状である。また、上半部を構成するピース１ｂ、
１ｂは、位置Ｘ２を中心としてそれぞれ外周半径が掘削
半径Ｒ₀で角度θ_Bの円弧形状である。

【００２１】これらの両中心Ｘ１、Ｘ２は上下方向に距
離Ｌ_Eだけ隔てられており、この距離は後記する拡幅の
ためのジャッキでの押上量に相当する。なお、符号θ_E
はエキスパンション角である。

【００２２】トンネルライナー１の（中心Ｘ１から見
て）３時及び９時の方向の上下半部のピース１ａ、１ｂ
間の端部は、エキスパンション部分Ａである。そして、
エキスパンション部分Ａの端面形状は、例えば図３、
４、５で示す様な傾斜面或いは水平面が選択できる。す
なわち、図３は、上半部１ｂの中心Ｘ２の法線Ｔ１で分
割され、図４は、下半部１ａの中心Ｘ１の法線Ｔ２で分
割され、そして、図５は、水平方向の直線Ｔ３で分割さ
れている。

【００２３】次に、図２にはテール部外での拡幅状態が
示されている。トンネルライナー１のエキスパンション
部分Ａの内側には拡幅用ジャッキ３が設置され、拡幅量
Ｌ_Eに相当する距離だけ拡幅用ジャッキ３を伸長すれ
ば、拡幅量Ｌ_Eに相当する距離だけトンネルライナー上
半分１ｂ、１ｂが押し上げられる。そして、下半部のピ
ース１ａ、１ａのみならず、上半部のピース１ｂ、１ｂ
も地山Ｅに密着される。すなわち、本発明のトンネル掘
削方法によれば、図１０で示す掘削機械Ｍのテール部Ｔ
のテールフードＨの下方において、図１で示す様なトン
ネルライナー１の下半部１ａ、１ａが組立てられ、その
上方に上半部１ｂ、１ｂが組立てられる。そして、図８
に示すように、その組立体Ｓ１はジャッキＪによりテー
ル部Ｔ外に押し出されてる。組立体Ｓ１が所定位置に設
置された後、図２で示す様に拡幅ジャッキ３にてトンネ
ルライナー上半部１ｂ、１ｂが押し上げられて地山に密
着して、支保工が完成する。

【００２４】ここで明確には図示されていないが、エキ
スパンション部Ａより下方のトンネルライナー下半部１
ａ、１ａは、場所打ちコンクリートとして施工しても良
い。図６には、エキスパンション部Ａを、例えば、角パ
イプ等の盛り替え金具４で盛り替えした例が示されてい
る。一方、図７で示すように、エキスパンション部を場
所打ちコンクリート５にて盛り替えてもよい。この場合
は、コンクリート５が所定強度になるまでは、図７の右
側に示すように拡幅ジャッキ３で保持し、そしてコンク
リート５が所定強度になれば、図７の左側に示すよう
に、ジャッキ３を転用する。

【００２５】なお、早期にジャッキ３を転用する目的か
ら、コンクリート５には、早期に強度発現する超速硬性
コンクリートや超早強性コンクリートの使用が望まし
い。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、以下のような効果が得
られる。（１）テール部内にてトンネルライナーを組立て、テ
ール部外でエキスパンション方式により地山に密着させ
る掘削方式の問題点であるテール部内外での外径差分
を、エキスパンション部の２か所のみで吸収できる。そ
して、トンネルライナーの継ぎ手面をヒンジ的構造とす
る事なく、フラット面とすることができてリング組立て
精度が向上すると共に、継ぎ手面の軸力伝達が確実にな
る。（２）エキスパンション方式であるので裏注を省略で
きる。（３）テールフードの下方でトンネルライナーを組立
てるため、作業環境が安全確実である。（４）テール部内では、トンネルライナーは安定な閉
塞状態であるので、シールドジャッキ等でテール部外に
搬出するときの作業性がよい。（５）テール部外に押出されたトンネルライナーはリ
ング状に閉塞した状態であるため、肌落ち石等がトンネ
ルライナー内へ侵入することが防止できる。（６）エキスパンション部を３時方向と９時方向との
２か所とすることで、１か所あたりのエキスパンション
量を１か所の場合の半分に小さくでき、拡幅ジャッキ
は、水平レベルに設置できて拡幅ジャッキ設置の作業
性、及び転落事故の危険性がなく、安全性が向上する。（７）エキスパンション部より下部はノンシールドタ
イプであるので、この部分はすでに密着状態で形成さ
れ、作業性がよい。

【００２７】（８）エキスパンション部より下部に、
トンネルライナーを用いず、場所打ちコンクリートを採
用してもよい。この場所打ちコンクリートの打設には、
流し込み方法や、ＥＣＬ（ＥｘｔｒｕｄｅｄＣｏｎｃ
ｒｅｔｅＬｉｎｉｎｇ；直打ちコンクリートライニン
グ）工法が可能である。

【００２８】（９）エキスパンション部を場所打ちコ
ンクリートとした場合には、各リングごとに微妙に変化
するエキスパンション量に対して、複数の盛り替え金具
を用意する必要が無いので、フレキシブルに対応する事
ができる。なお、拡幅ジャッキの転用を早期に実施する
ため、所定強度が早期に発現する超速硬コンクリートや
超早強コンクリートを使用するとよい。（１０）ジャッキ推力でＴＢＭが推進する場合、エキ
スパンション部より下部は、ジャッキ偏心量がないため
（図８参照）トンネルライナーの推力伝達面積は、従来
（図９）に比べ、十分確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のテール部内でのトンネルライナー組立
て状態を示す説明図。

【図２】図１のトンネルライナーをテール部外で拡幅し
た状態を示す説明図。

【図３】エキスパンション部のピース間端部の形状を示
す説明図。

【図４】図３の別の例を示す説明図。

【図５】図３のさらに別の例を示す説明図。

【図６】エキスパンション部に盛り替え金具を使用した
例を示す説明図。

【図７】エキスパンション部に盛り替えコンクリートを
使用した例を示す説明図。

【図８】本発明（テールフードタイプ）によってジャッ
キ推力を行なう場合の偏心の説明図。

【図９】従来（シールドタイプ）によるジャッキ推力を
行なう場合の偏心の説明図。

【図１０】テール部内外の直径差の説明図。

【図１１】大きなボイド量による問題点の説明図。

【符号の説明】

１・・・トンネルライナー１ａ・・・トンネルライナー下半部構成ピース１ｂ・・・トンネルライナー上半部構成ピース３・・・拡幅ジャッキ４・・・盛り替え金具５・・・盛り替えコンクリートＡ・・・エキスパンション部Ｅ・・・地山Ｈ・・・テールフード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者青山要東京都千代田区神田錦町１−８住友大阪セメント株式会社東京支店内 (72)発明者鈴木裕明東京都千代田区神田美土代町１番地住友大阪セメント株式会社内 (72)発明者宇野貴東京都千代田区神田錦町１−８住友大阪セメント株式会社東京支店内 (56)参考文献特開平10−18786（ＪＰ，Ａ) 特公昭49−39780（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 11/04 E21D 11/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】トンネル・ボーリング・マシン工法によ
ってトンネルライナーをエキスパンション方式により拡
幅ジャッキで地山に密着させて掘削するトンネル掘削方
法において、テールフードタイプの機械式掘削機を使用
し、テールフードが覆う範囲はトンネルの上部半断面以
下の領域であり、トンネルの中心部から見て９時方向と
３時方向の２か所にエキスパンション部を構成したトン
ネルライナーを準備し、そのトンネルライナーをテール
部内で隙間のない閉塞状態に組立て、組立てたトンネル
ライナーをテール部外の所定位置に搬出設置し、トンネ
ルライナー内周側に設置された拡幅用ジャッキにより前
記エキスパンション部を拡幅して地山に密着させること
を特徴とするトンネルの掘削方法。
【請求項２】前記トンネルライナーのエキスパンショ
ン部より下部を場所打ちコンクリートとした請求項１の
トンネルの掘削方法。
【請求項３】前記エキスパンション部に盛り替え金具
を使用した請求項１または２のいずれかのトンネルの掘
削方法。
【請求項４】前記エキスパンション部を場所打ちコン
クリートで盛り替えた請求項１または２のいずれかのト
ンネルの掘削方法。
【請求項５】トンネル・ボーリング・マシン工法によ
りトンネルライナーをエキスパンション方式によって拡
幅ジャッキで地山に密着させて掘削する際に用いられる
トンネルライナーであって、前記トンネルライナーがト
ンネル内壁面と同一の曲率半径を有する、単一または複
数のセグメントからなる上下２つのトンネルライナーで
構成され、機械式掘削機のテールフードの内部でトンネ
ルの中心部から見て９時方向と３時方向の２カ所で上下
のトンネルライナーが接するように組み立てる際に、テ
ールフードとトンネルライナーが干渉することなく組立
て出来るように円周方向の長さが半円周より短い円弧状
であって、ライナーの９時方向と３時方向の円弧内側に
ジャッキの支持構造を有することを特徴とするトンネル
ライナー。