JP2940907B2 - トンネルの支保方法及び支保材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機械式掘削機を用
いて掘削したトンネルの内周形状に沿う様に湾曲形成さ
れ、複数に分割された支保材は天端部を除いて連結され
ており、連結されない天端部の支保材間の空間を拡幅ジ
ャッキで拡幅して支保材を地山に密着させるトンネルの
支保方法及び支保構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、機械式掘削機を用いるトンネルの
掘削工法としては、トンネル・ボーリング・マシンによ
る工法（以下、「ＴＢＭ工法」という）と、シールド工
法とが良く知られている。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、テール部のないノンシールドタイプ、さらにシ
ールドタイプとノンシールドタイプとの中間的なものと
して、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、テール部内でトンネル
ライナー（セグメント）を組立て、ジャッキ推力及びグ
リッパー推力を併用しながら推進する。しかし、リング
閉塞されたトンネルライナーを使用するため、テールボ
イドが必ず発生する。そのためセグメントの支保は、所
謂「裏注」によって当該セグメントと地山とを密着・安
定することにより行われる。

【０００５】図９で示す様に、掘削機Ｍ後方のテール部
Ｔ内でトンネルライナーＳ１を組立て、テール部Ｔ外
（の地山内）でトンネルライナーＳ２に対してエキスパ
ンション方式による地山密着方式（裏注を実施しない）
を実施することは可能である。しかし、テール部Ｔ内と
テール部Ｔ外とでは、トンネルライナーＳ１、Ｓ２の許
容最大外径Ｄ１、Ｄ２が異なってしまうため、トンネル
ライナーＳ１の各単片間の端面形状を、ヒンジ的構造と
している場合が多い。（端面が回動できることで、テー
ル部内の領域に対応した比較的小さな内径から、テール
部外の領域に比較的大きな内径に拡幅することが容易と
なる。） 上記の従来技術においては、次の様な問題がある。

【０００６】（イ） ＴＢＭ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
塞状態でテール部内で組立てられるため、組立作業にお
ける安全性が極めて高くなる。しかし、トンネルライナ
ーと地山との間には、図１０において符号「ｘ」で示す
様なテールボイドが発生し、裏注によりテールボイドｘ
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。

【０００７】（ロ） ＴＢＭ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構造の
支保であり、高価であり、しかも、裏注の実施は、工程
が増え、不合理な上、不経済である。

【０００８】（ハ） ＴＢＭの掘削に際しては、一般
に、十分な外周方向の余掘りｙを実施する。したがって
テールボイドも余掘りｙの分だけ増加するため、図１０
に示すように、裏注Ｂの実施は、その使用量が膨大な量
になる。それのみならず、余掘りｙの領域から裏注され
た材料が漏洩して、裏注用の材料が矢印Ｌ（図１０）で
示すように切羽前面に回り込む。そして、切羽前面に回
り込んだ裏注は掘削時の大きな問題となり、且つ、地山
に吸収されて浪費されることとなる。

【０００９】（ニ） 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が、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。従って、テー
ル部内で組立てを行うシールドタイプ程の安全性が得ら
れる保障が無い。エキスパンション方式を採用した場合
であっても、テール部内でトンネルライナーをリング状
に組んでおくことは可能である。しかし、トンネルライ
ナーの単片間端部或いは連結部をヒンジ状等の構造にす
る必要があり、テール部内で安定した状態を維持するこ
とが容易ではない。

【００１０】（ホ） トンネルライナーの各単片間の端
部をヒンジ的構造とした場合には、その形状が凹凸とな
る。コンクリート製トンネルライナーであれば、その様
な凹凸形状の加工にも比較的対応し易いが、スチール製
ライナーの場合には凹凸形状の端部或いは接続部の加工
が難しく、加工コストが大きくなる。

【００１１】（ヘ） また、ヒンジ的構造は、リング状
態における組立て精度がわるく、しかも、分割された支
保材としての軸力伝達（トンネルの円周方向に平行な方
向の圧縮荷重を確実に負荷する強度を有すること）が確
実ではないという危険性がある。そしてリングの変形量
を制御しにくく、地山からの土圧如何によっては、変形
量が大きくなる可能性が高い。しかも、地山荷重が偏圧
状態で作用した場合の剪断抵抗力が小さいという欠点が
ある。

【００１２】（ト） シールドタイプ（のテール部）
は、エキスパンション方式に不向きであり、ノンシール
ドタイプが最適である。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亘って健全地山であるこ
とが必要であり、地山条件が様々変化する日本の山岳に
は、適用範囲が限定される。よって、テール部を全周シ
ールドするシールドタイプのＴＢＭを採用することが多
い。

【００１３】（チ） しかし、テール部でトンネルライ
ナーを組立てる方法は、上記（ロ）、（ハ）の様な問題
点を有しているにも拘らず、裏注の実施によるものがほ
とんどである。

【００１４】出願人は、特願平８−８００００号におい
て、地山の条件の変化に対応して適宜選択して施工でき
る枠体で形成した支保材を提案している。この技術は非
常に有効ではあるが、テール部外で組立ててエキスパン
ション方式により地山に密着させる、或いは裏注を行う
従来技術を対象とするもので、テール部内で安全に組立
て、裏注を行わずに地山に密着させるには、更なる改善
が望まれている。

【００１５】特願平８−８００００号の技術によれば、
図１１に示すように、コ字状断面でトンネルの内周形状
に沿って湾曲させ、周方向に分割された２本の主桁１、
１の、両端部を継手板２、２で、中央部を補強板３で連
結された枠体で形成され、その湾曲外周面にラス網が張
られた支保材（単片）１０を、互いに連結してトンネル
ライナーを構成している。なお、符号２ａは支保材１０
同志を連結するためのボルト孔、符号３ａは運搬のため
の吊手孔を示す。

【００１６】しかし、テール部外の掘削断面とテール部
内空間の内径差が大きい場合には、前記支保材１０を組
立てると、図１２で示す様に各支保材１０の端面に隙間
ｄが生じ、安定した状態で組立てることができない。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
に鑑みて提案され、テール部全面がシールドされている
ＴＢＭ工法において、ヒンジ構造を用いることなく、テ
ール部内では安定したリング状に支保材が組立てられ、
テール部外では、エキスパンション方式の地山密着によ
り支保材を建込むことが出来て、従来実施されていた裏
注を省略してもトンネルライナーの軸力伝達を確実にせ
しめ、組立て精度を確保することが出来る様なトンネル
の支保方法及び支保構造の提供を目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、機械式
掘削機を用いて掘削したトンネル断面の内周形状に沿う
ように湾曲形成され、複数に分割された支保材を天端部
を残して連結し、その連結されない天井部分を拡幅ジャ
ッキで拡幅して支保材組立体を地山に密着させるトンネ
ルの支保方法において、前記支保材の各単片の隣接する
単片との端面を地山密着時に支保材組立体が所定形状に
なって各支保材の円周方向端面が密着する形状に形成
し、テール部内にて前記支保材をリング状の支保材組立
体に仮組立てし、テール部外に搬出して所定位置に設置
し、隣接する単片の端面どうしを締結して密着せしめ、
前記天端部を拡幅ジャッキで拡幅して前記支保材組立体
を地山に密着させ、前記天端部に盛り替え材を挿入もし
くは、場所打ちコンクリートで充填して支保工を形成す
ることを特徴としている。

【００１９】本発明のトンネルの支保方法において、前
記テール部内で支保材をリング状の支保材組立体に仮組
立てする際に、各対向する連結面間の半径方向外方寄り
にスペーサを挿入してその連結面間にくさび状の空隙を
生じさせて安定したリング状に組付け、テール部外に搬
出して所定位置に設置して隣接する単片の連結面を密着
せしめる際に、前記スペーサを順次底部から除去して連
結面間を密着させ、支保材組立体を天端部に間隔を有す
る所定形状として拡幅するのが好ましい。

【００２０】或いは、前記支保材の各対向する連結面の
一方の連結面の半径方向外方寄りに突起を設け、対向す
る他方の連結面の前記突起の対向位置に透孔を設けて塞
孔部材で塞ぐ。塞孔部材としては透孔に突起が入り込ま
ないように孔を覆う板、孔埋めボルトやゴムパッキンな
どがある。前記テール部内で支保材をリング状の支保材
組立体に仮組立てする際に、各連結面の前記突起と塞孔
部材を当接させて連結面間にくさび状の空隙を生じさせ
て安定したリング状に組付け、テール部外に搬出して所
定位置に設置して隣接する単片の連結面を密着せしめる
際に、前記塞孔部材を順次底部から除去し又は変形させ
て連結面間を密着させ、支保材組立体を天端部に間隔を
有する所定形状として拡幅するのが好ましい。

【００２１】さらに、前記支保材の各対向する連結面の
一方の連結面の半径方向外方寄りにねじ孔を設けてセッ
トボルトをねじ込み、前記テール部内で支保材をリング
状の支保材組立体に仮組立てする際に、各連結面の前記
セットボルトを対向する連結面に当接させて連結面間に
くさび状の空隙を生じさせて安定したリング状に組付
け、テール部外に搬出して所定位置に設置して隣接する
単片の連結面を密着せしめる際に、前記セットボルトを
順次底部からゆるめて連結面を密着させ、支保材組立体
を天端部に間隔を有する所定形状として拡幅するのが好
ましい。

【００２２】また本発明によれば、トンネル断面の内周
形状に沿うように湾曲形成され複数に分割された支保材
を円周方向に連結して組立ててなる支保材組立体であっ
て、隣接する支保材単片の端面どうしが締結されて密着
しており、天端部に間隙を残した切欠円の形状をなして
いる。

【００２３】さらに前記支保材組立体を構成する支保材
は、円周方向端面の少なくとも一方に突起を設け、隣接
する支保材の端面の対向位置に透孔を設けてなることを
特徴としている。

【００２４】また別の支保材では、円周方向端面の少な
くとも一方にセットボルトが埋め込まれていることを特
徴としている。

【００２５】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支保材組立体は、前記スペーサ
部材を用いることにより、その連結面間にくさび状の空
隙を有して安定したリング状に、安全かつ確実に組立て
られ（仮組立てされ）、仮組立てされた状態でテール部
外の所定位置に搬出される。その位置で、前記スペーサ
部材を除去或いは変形することにより、隣接する単片の
連結面を密着せしめると、支保材組立体は、仮組立てさ
れた状態の外径に比較して大きくなり、天端部に間隙を
残した切欠円の形状になって、略トンネルの内周に接す
る様になる。

【００２６】その結果、裏注を実施することなく、天端
部を拡幅ジャッキで拡幅することのみで、支保材組立体
は地山に密着する。支保材組立体が地山に密着した後、
天端部の拡幅ジャッキを盛り替え材により盛り替えれ
ば、支保工が完成する。

【００２７】

【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及び図２には、テール部内外の
直径差が示されている。掘削機械Ｍの外径Ｄ0 が例えば
１２６００ｍｍで、マシンスキンプレートｗが８０ｍｍ
であると、テール部Ｔ内は直径Ｄ１が１２４４０ｍｍで
あり、余掘ｙが５０ｍｍであるとテール部Ｔ外の地山Ｅ
の直径Ｄ２は１２７００ｍｍとなる。

【００２８】このテール部Ｔ外の地山Ｅの直径Ｄ２に密
着するトンネルライナーＳ２は、エキスパンション角θ
_E を１２°とすると天端部Ｕのエキスパンション量Ｌ_E
は１２８７．６ｍｍで、１０分割とすると図３に示すも
のとなる。このトンネルライナーＳ２を、その厚さｔを
３８０ｍｍとし、余裕を６３ｍｍ設けて、前記テール部
Ｔ内の直径Ｄ１内で組立てた場合には、図４に示すよう
に連結面に外周部で８ｍｍのくさび状の隙間ｄが生じ
る。

【００２９】本発明のトンネルの支保方法によれば、前
記図１１に示した支保材１０を、各支保材１０の連結面
Ｃ間が密着した状態では、設置する地山Ｅの掘削径Ｄ２
に合致する形状となる様に（図３参照）、寸法形状に製
作する。

【００３０】支保工に際しては、先ず図４で示す様に、
テール部Ｔ内で、リング状の支保材組立体Ｓ１として仮
組立てを行なう。組立てにはエレクタ等の組立て装置を
用い、支保材を下から順次端部間を締結し積み上げてい
く。支保材組立体Ｓ１の形状を安定に保つために、支保
材組立体に内接し、支保材を保持する円筒形状のジグを
用いるとよい。この際、図５で示す様に、連結面Ｃ、Ｃ
間にくさび状の隙間ｄが形成される様にするため、半径
方向外方寄りにスペーサ５を挿入して締結する。こうし
て所定形状に正確に組立てたリング状の支保材組立体Ｓ
１を、テール部Ｔ外の所定位置まで搬出し、前記支保材
１０、１０間の締結を一旦ゆるめ、スペーサ５を除去
し、再度、支保材１０、１０の連結面Ｃ、Ｃを密着させ
て締結する。この作業を底部から順次天端部Ｕまで行う
と、天端部Ｕにはエキスパンション部が発生する。これ
を拡幅ジャッキ（図示なし）で拡幅し、支保材組立体Ｓ
２を地山に密着させる。そして、盛り替え金具（図示な
し）を挿入して支保工は完成する。なお、盛り替え金具
を使用せず、場所打ちコンクリートとしてもよい。

【００３１】次に、図６に第３の発明が示されている。
支保材１０、１０の連結面において、相接する一方の連
結面Ｃ１の半径方向外方寄りに、突起６が設けられ、他
方の連結面Ｃ２の前記突起６との対向位置には透孔７が
明けられ、例えば、平板、孔埋めボルトやゴムパッキン
などの塞孔部材８で塞がれている。テール部Ｔ内では、
突起６と塞孔部材８とは当接され、隙間ｔを設けてリン
グ状に組立てられる。そして、テール部Ｔ外の所定位置
にて、底部から順次塞孔部材８が取除かれて連結面Ｃ
１、Ｃ２は密着され、天端部Ｕが拡幅される。

【００３２】図７には第４の発明が示されている。支保
材１０、１０の連結面において、相接する一方の連結面
Ｃ３の半径方向外方寄りに、ねじ孔１２が開けられ、セ
ットボルト１３がねじ込まれている。この時、対向する
連結面には受け凹１１を設けてもよい。受け凹１１を設
けた場合には、テール部Ｔ内でリングを組み立てたと
き、支保材間の位置決めの精度が高まりまたリングの安
定性が高まるので好ましい。

【００３３】テール部Ｔ内では、セットボルト１３の先
端と対向する連結面とは当接され、隙間ｔを設けてリン
グ状に組立てられ、そして、テール部Ｔ外の所定位置に
て、底部から順次セットボルト１３は緩められて連結面
Ｃ３、Ｃ４は密着され、天端部Ｕが拡幅される。

【００３４】なお、くさび状の空隙は、各連結面Ｃ、Ｃ
間に設けず、まとめて設けてもよい。この場合、空隙を
生ずる１か所あたりの隙間量が大きくなるだけである。

【００３５】また、外周面のラス網４は、図８に示すよ
うに、テール部Ｔ内における連結面間の隙間ｔ以上に片
側から延ばして設け、テール部内からテール部外に搬出
する際に連結面Ｃ、Ｃ間に肌落ち石などの侵入が防止さ
れている。

【００３６】このように、テール部Ｔ内において、支保
材１０がその連結面Ｃ、Ｃ間にくさび状の空隙を有して
安定したリング状に支保材組立体Ｓ１に組立てられ、そ
の作業は、安全かつ確実に行われる。そして、支保材組
立体Ｓ１は、直径差のあるテール部Ｔ外の所定位置に搬
出され、支保材１０の連結面Ｃ、Ｃ間を密着させて、地
山Ｅの内周に沿った支保材組立体Ｓ２とされる。そし
て、天端部Ｕは拡幅ジャッキで拡幅されて盛り替え材で
盛り替えられ、支保材組立体Ｓ２は地山Ｅに密着され、
裏注の実施は不要である。

【００３７】

【発明の効果】本発明の作用効果を以下に列挙する。 （１） テール部内にて支保材組立体（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ことができ、裏注を省略することが
できる。 （２） テール部内で支保材組立体を組立てるため、作
業の安全性が極めて高くなり、良好な作業環境を達成す
ることができる。 （３） 支保材の連結面をヒンジ的構造とすることな
く、フラット面にすることができ、リング状の支保材の
組立て精度が向上する。また、連結面の軸力伝達が確実
に行われ、換言すれば、リング状の支保材に作用する圧
縮荷重を十分に負荷することが出来る。 （４） テール部内で支保材組立体は安定した状態に組
立てられ、テール外の所定配設位置に搬出する際の作業
性が良好である。 （５） 支保材の連結面間の外周部をラス網で覆えば、
テール部内において、或いは、テール部内からテール部
外に搬出される際に、連結面間の空隙に肌落ち石等が侵
入することが防止される。 （６） エキスパンション部を場所打ちコンクリートで
充填した場合、地山や掘削条件によるエキスパンション
量の変化にフレキシブルに対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】テール部内外の直径差を示す説明図。

【図２】図１の長手方向断面図。

【図３】テール部外での支保材組立体を示す正面図。

【図４】テール部内での支保材組立体を示す正面図。

【図５】第２の発明の支保材連結面を示す部分図。

【図６】第３の発明の支保材連結面を示す部分図。

【図７】第４の発明の支保材連結面を示す部部分図。

【図８】支保材連結面のラス網を示す図面。

【図９】従来のテール部内外でのトンネルライナーの組
立ての説明図。

【図１０】大きなボイド量による裏注タイプの問題点の
説明図。

【図１１】支保材を示す斜視図。

【図１２】テール部内で組立てた場合の支保材間に生じ
る隙間の説明図。

【符号の説明】

１・・・支保材の主桁 ２・・・支保材の継手板 ３・・・支保材の補強板 ４・・・ラス網 ５・・・スペーサ ６・・・突起 ７・・・透孔 ８・・・塞孔部材 １０・・・支保材（単片） １１・・・受け凹 １２・・・ねじ孔 １３・・・セットボルト Ｅ・・・地山 Ｍ・・・掘削機械 Ｔ・・・テール部 Ｃ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４・・・連結面 Ｓ１・・・トンネルライナー（テール部内） Ｓ２・・・トンネルライナー（テール部外）

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 - 11/26

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機械式掘削機を用いて掘削したトンネル
   断面の内周形状に沿うように湾曲形成され、複数に分割
   された支保材を天端部を残して連結し、その連結されな
   い天井部分を拡幅ジャッキで拡幅して支保材組立体を地
   山に密着させるトンネルの支保方法において、前記支保
   材の各単片の隣接する単片との端面を地山密着時に支保
   材組立体が所定形状になって各支保材の円周方向端面が
   密着する形状に形成し、テール部内にて前記支保材をリ
   ング状の支保材組立体に仮組立てし、テール部外に搬出
   して所定位置に設置し、隣接する単片の端面どうしを締
   結して密着せしめ、前記天端部を拡幅ジャッキで拡幅し
   て前記支保材組立体を地山に密着させ、前記天端部に盛
   り替え材を挿入もしくは、場所打ちコンクリートで充填
   して支保工を形成することを特徴とするトンネルの支保
   方法。
2. 【請求項２】 前記支保材の円周方向端面にスペーサを
   挿入してその端面間にくさび状の空隙を生じさせて安定
   したリング状に組付け、テール部外に搬出して所定位置
   に設置して隣接する単片の端面を密着せしめる際に、前
   記スペーサを順次底部から除去して端面間を密着させ、
   支保材組立体を天端部に間隔を有する所定形状として拡
   幅する請求項１に記載のトンネルの支保方法。
3. 【請求項３】 前記支保材の円周方向端面の少なくとも
   一方に突起を設け、隣接する支保材の端面の対向位置に
   透孔を設けて塞孔部材で塞ぎ、前記テール部内で支保材
   をリング状の支保材組立体に仮組立てする際に、各端面
   の前記突起と塞孔部材を当接させて端面間にくさび状の
   空隙を生じさせて安定したリング状に組付け、テール部
   外に搬出して所定位置に設置して隣接する単片の端面を
   密着せしめる際に、前記塞孔部材を順次底部から除去し
   て端面間を密着させ、支保材組立体を天端部に間隔を有
   する所定形状として拡幅する請求項１に記載のトンネル
   の支保方法。
4. 【請求項４】 前記支保材の円周方向端面の少なくとも
   一方にねじ孔を設けてセットボルトをねじ込み、前記テ
   ール部内で支保材をリング状の支保材組立体に仮組立て
   する際に、各端面の前記セットボルトを対向する端面に
   当接させて端面間にくさび状の空隙を生じさせて安定し
   たリング状に組付け、テール部外に搬出して所定位置に
   設置して隣接する単片の端面を密着せしめる際に、前記
   セットボルトを順次底部からゆるめて端面を密着させ、
   支保材組立体を天端部に間隙を有する所定形状として拡
   幅する請求項１に記載のトンネルの支保方法。
5. 【請求項５】 トンネル断面の内周形状に沿うように湾
   曲形成され複数に分割された支保材を円周方向に連結し
   て組立ててなる支保材組立体であって、隣接する支保材
   単片の端面どうしが締結されて密着しており、天端部に
   間隙を残した切欠円の形状をなすことを特徴とするトン
   ネルの支保材組立体。
6. 【請求項６】 前記天端部の間隙の寸法が、前記支保材
   組立体の該間隙を詰めて組み立てたときに掘削機のテー
   ル部内に収納できる円周体になるように選択されること
   を特徴とする請求項５に記載の支保材組立体。
7. 【請求項７】 請求項５、６のいずれかに記載の支保材
   組立体で用いられる支保材であって、円周方向端面の少
   なくとも一方に突起を設け、隣接する支保材の端面の対
   向位置に透孔をもうけてなることを特徴とするトンネル
   の支保材。
8. 【請求項８】 請求項５、６のいずれかに記載の支保材
   組立体で用いられる支保材であって、円周方向端面の少
   なくとも一方にセットボルトが埋め込まれていることを
   特徴とするトンネルの支保材。