JP2921934B2 - トンネル掘削方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、掘削すべきトンネルの周囲地山を凍結し
て、トンネルを掘削するトンネル掘削方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、含水地山内でトンネルを掘削する場合に、その
地山を固化する方法として、薬液注入方法、セメント注
入方法、或は、不凍液（ブライン）を使用して地山を凍
結する方法等が採用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記不凍液による地山の凍結方法は、熱応答性が遅
く、熱伝導率が低いため、凍土形成に要する期間が長
く、そのため凍土形成後のトンネル掘削開始までの準備
期間が長くなり、工事費も高くなった。

本発明は、前記事項に鑑みなされたものであり、トン
ネルを掘削すべき含水地山を凍結する方法において、凍
結固化を、速やかに行い、トンネルの掘削を速やかに行
えるようにすることを技術的課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、掘削すべきトンネル22の周囲部分24となる
地山に、複数本のパイロットトンネル29を掘削し、この
パイロットトンネル29から前記掘削すべきトンネル22の
周囲部分24となる地山に、ヒートパイプ１を、掘削すべ
きトンネル22の周方向となる方向に向けて挿入し、この
ヒートパイプ１の凝縮部８を、冷凍装置15によって冷却
された冷媒で冷却し、ヒートパイプ１の蒸発部10で、掘
削すべきトンネル22の周囲部分24となる地山を凍結して
トンネル22を掘削するトンネル掘削方法とした。

〔作用〕

本発明は、掘削すべきトンネル22の周囲部分24となる
地山の凍結を、冷凍装置15によって冷却されたヒートパ
イプ１で冷却しているので、地山の凍結が極低温に、し
かも速やかに行われる。

そして、パイロットトンネル29を設けたので、ヒート
パイプ１の冷却ジャケット17をパイロットトンネル29内
に設置するので、設置場所がトンネル22を掘削する装置
と競合せず、凍結及び、掘削が能率的に行える。

〔実施例〕

第１図ないし第３図は、本発明で使用する装置の一実
施例と、本発明の一実施例の説明用の図である。

この実施例のヒートパイプは、金属管で形成された密
閉容器２を備えており、この密閉容器２の内周面には毛
細管構造体３が張設してある。この密閉容器２の基部の
外周には、冷却ジャケット17が着脱可能に装着されてお
り、この冷却ジャケット17は、冷凍装置15で冷却された
冷媒が膨張弁16を経て注入されるように形成してある。
そして、この冷却ジャケット17が装着された部分のヒー
トパイプ１は、凝縮部８となる。

前記凝縮部８に続いて、ヒートパイプ１の密閉容器２
と毛細管構造体３間には、断熱材４を介挿させた断熱部
９が設けてあり、この断熱部９に続く部分が蒸発部10と
なっており、このヒートパイプ１内には、窒素，メタン
その他の作動流体が封入されている。

そして、このヒートパイプ１は、次に記載するように
作用する。すなわち、冷凍装置15で圧縮され冷却された
冷媒が、膨張弁16を経て膨張して極低温となり、冷却ジ
ャケット17内に流入する。

そうすると、この冷却ジャケット17に接するヒートパ
イプ１内の作動流体が冷却し、凝縮してヒートパイプ１
の凝縮部８の毛細管構造体３に吸収される。

そして、凝縮部８の毛細管構造体３内の作動流体は、
毛細管現象により、ヒートパイプ１内にある毛細管構造
体３内を移動し、ヒートパイプ１の蒸発部10の毛細管構
造体３内に移る。

そして、蒸発部10の毛細管構造体３内の作動流体は、
ヒートパイプ１の蒸発部10に接する地山等の熱を吸収し
て蒸発し、ヒートパイプ１内を移動し、ヒートパイプ１
の凝縮部８内に移り、冷却され、凝縮して再び凝縮部８
の毛細管構造体３に吸収される。

そして、前記ヒートパイプ１の断熱材４は、密閉容器
２の外側に装着することも可能である。

この実施例のトンネル掘削方法は、掘削されたトンネ
ル22の端部から、掘削すべきトンネル22の周囲部分24と
なる地山に、穿孔機で多数のヒートパイプ挿入孔を穿孔
し、この挿入孔にヒートパイプ１を挿入するが、地山が
軟らかい場合は、ヒートパイプ１を地山に打ち込んで挿
入する。

そして、このヒートパイプ１の凝縮部８の外周には、
冷却ジャケット17が装着してあり、この凝縮部８は、冷
凍装置15で冷却された冷媒が、膨張弁16を経て膨張して
極低温化した状態で冷却ジャケット17内に流入し、この
流入した冷媒によって冷却されるものである。

そして、前記ヒートパイプ１内の凝縮部８で冷却され
凝縮した作動流体が、毛細管現象により、蒸発部10に移
動し、蒸発部10で掘削すべきトンネル22の周囲部分24と
なる地山の熱を吸収して、その地山を凍結する。そし
て、蒸発部10で熱を吸収して蒸発した作動流体は、凝縮
部８に移動し、再び冷却され凝縮する。

前記のようにして、凍結した周囲部分24の内側を図示
してない掘削装置で掘削する。そして、掘削したトンネ
ル22の内側には、図示してないセグメント等を装着す
る。

また、前記冷凍装置15により温度の上昇した空気は、
図示してない換気装置で、トンネル22の外部に排出する
ように形成してある。

第４図，第５図はパイロットトンネル29を掘削してト
ンネル22を掘削する方法の一実施例の説明用の図であ
り、以下さきに記載した説明と同様の部分は、同一の符
号を用い説明を省略した。

この実施例は、掘削すべきトンネル22の周囲部分24と
なる地山の上部と両側部に、３本のパイロットトンネル
29を掘削して設けたものである。そして、このパイロッ
トトンネル29から掘削すべきトンネル22の周囲部分24の
地山に、多数のヒートパイプ挿入孔を、掘削すべきトン
ネル22の周方向となる方向に向けて穿孔し、この挿入孔
にヒートパイプ１を挿入したものである。

そして、このヒートパイプ１により、掘削すべきトン
ネル22の周囲部分24の地山を凍結してトンネル22を掘削
するものである。

第６図は、ヒートパイプ１を地表30より挿入して地山
を凍結し、トンネル22を掘削する方法の一実施例の説明
用の図である。

この実施例は、掘削すべきトンネル22の周囲部分24と
なる地山に、地表30よりヒートパイプ挿入孔を穿孔し、
この挿入孔にヒートパイプ１を挿入し、前記ヒートパイ
プ１のうち、周囲部分24に挿入される部分を蒸発部10と
し、蒸発部10と凝縮部８との間を断熱部９として、ヒー
トパイプ１の先端部に設けた蒸発部10で周囲部分24の地
山を凍結してトンネル22を掘削するものである。

そして、前記第６図に示す如く、掘削すべきトンネル
22が地表30から近距離にある場合は、周囲部分24の上部
を周囲部分24と同様に凍結してもよい。

〔発明の効果〕

本発明は、ヒートパイプ１よって堀削すべきトンネル
22の周囲部分24となる地山を冷却しているので、周囲部
分24の地山を極低温に凍結することができる。

そして、パイロットトンネル29を設けたのでヒートパ
イプ１の冷却ジャケット17をパイロットトンネル29内に
設置するので、設置場所がトンネル22を掘削する装置と
競合せず、凍結及び、掘削が能率的に行える。

また、極低温に冷却するので、凍土形成期間が短縮で
きる。

そして、その結果工事費が低減になる。

さらに、ヒートパイプ１は、冷凍装置15と連通されて
いない独立したものに形成されているので、冷媒投入、
或は、冷凍装置15の運転の断続運転が可能であり、凍土
放置期間内のランニングコストが低減できる。

そして、ヒートパイプ１は、運転中メンテナンスフリ
ーであり、転用が可能であり、便利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明で使用するヒートパイプを用いた凍結
装置の一実施例の一部破砕し断面した側面図、第２図
は、掘削すべきトンネルの周囲部分となる地山の凍結方
法の一実施例の説明用の側面よりみた断面図、第３図
は、第２図のIIIーIII線の断面図、第４図はパイロット
トンネルを掘削してトンネルを掘削する方法の一実施例
の説明用の側面よりみた断面図、第５図は第４図のｖー
ｖ線の断面図、第６図はヒートパイプを地表より挿入し
て地山を凍結してトンネルを掘削する方法の一実施例の
説明用の側面よりみた断面図である。 １……ヒートパイプ、８……凝縮部、10……蒸発部、15
……冷凍装置、22……トンネル、24……掘削すべきトン
ネルの周囲部分、29……パイロットトンネル、30……地
表。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 9/04 E21D 9/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】掘削すべきトンネルの周囲部分となる地山
   に複数本のパイロットトンネルを掘削し、このパイロッ
   トトンネルから前記掘削すべきトンネルの周囲部分の地
   山に、ヒートパイプを掘削すぺきトンネルの周方向とな
   る方向に向けて挿入し、このヒートパイプの凝縮部を、
   冷凍装置によって冷却された冷媒で冷却し、ヒートパイ
   プの蒸発部で、掘削すべきトンネルの周囲部分となる地
   山を凍結してトンネルを掘削するトンネル掘削方法。