JP3160363B2

JP3160363B2 - トンネル掘削工法

Info

Publication number: JP3160363B2
Application number: JP12722192A
Authority: JP
Inventors: 春輔桜井; 康夫石井; 義高亀甲谷; 敏雄高崎; 浩一塚本; 茂西岳; 嘉保橘
Original assignee: Kajima Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kajima Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1992-05-20
Filing date: 1992-05-20
Publication date: 2001-04-25
Anticipated expiration: 2016-04-25
Also published as: JPH05321572A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工期の短縮が達成でき
るトンネル掘削工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネル掘削工法の代表的なものとし
て、従来、全断面掘削工法、上部半断面先進工法などが
知られている。全断面掘削工法は、各サイクルごとにト
ンネルの全断面を一度に掘削する工法である。また、上
部半断面先進工法は、トンネルの上部半断面を先に掘削
し、その後に下部半断面（ベンチ部）を掘削する工法で
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、全断面掘削工
法では、ずり出しが終るまで、地山の安定が保てること
が必要である。つまり、全断面を一度に開放するので、
地山からの荷重に耐え得ることが必要である。また、崩
壊が起こる場合は、崩壊領域が大きくなるという問題が
ある。さらに、ずり出しが終ってからトンネルの底面
（インバート）にコンクリートを打設し、その上に掘削
機を前進させるためのレールを敷設するのであるが、コ
ンクリートが養生するまで待たなければならないという
時間的問題もある。

【０００４】上部半断面先進工法では、トンネル断面を
一度に開放するのではないので、全断面掘削工法ほどト
ンネルの変形を配慮する必要はないが、掘進速度は全断
面掘削工法に比べると劣る。また、トンネル底面に打設
したコンクリートの養生のための待ち時間が生じてしま
うのは全断面掘削工法の場合と同じである。

【０００５】その他の工法では、やはり掘削スピードの
点で難点がある。なお、別の工法として、シールド掘進
機を用いたシールド工法があるが、装置が大形化し、工
費も嵩むという別の問題が生じる。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、なるべく簡易な工法で掘削速度を向上させることを
目的とする。

【０００７】上述の目的を達成する本発明に係るトンネ
ル掘削工法は、デッキ内の掘削及びずり出しを兼ねた複
数のスクリュを回転駆動し、このデッキを地山に貫入し
て分割し、分割された地山ごとに掘削することを特徴と
する。

【０００８】

【作用】上記方法では、複数のスクリュを回転駆動して
地山にデッキを貫入して掘削及びずり出しを行うことに
より、地山は安定する。安定状態の分割された地山ごと
に掘削するので、地山の崩落を招くことはなく、作業の
遅滞は回避される。また、デッキを水平に貫入して地山
を上下に二分割し、下側の地山を先に掘削すれば、トン
ネル底面へのコンクリートの打設、養生と並行して上側
の地山の掘削が行え、掘削作業の効率化が図れる。

【０００９】

【実施例】次に、本発明に係るトンネル掘削工法の実施
に使用される装置の一例を説明する。図１にはフードを
破砕した内部の斜視状態を示してあり、図３には装置の
側面に沿う断面を示してあり、図４には装置の正面を示
してある。

【００１０】１は走行フレーム（機械本体）で、左右の
レール２上に乗る車輪３ａを備えた左右の脚部３と、そ
の上面に設けられた床部４とからなっている。走行フレ
ーム１の後部には走行用ジャッキ５がその一端部で結合
されている。走行用ジャッキ５の他端には前記レール２
を把持するためのクランプ装置６が備えられている。し
たがって、レール２を反力受けとして走行用ジャッキ５
が伸長されることにより、走行フレーム１はレール２上
を前進される。なお、レール２は、掘削されたトンネル
底面に打設されたコンクリート上に固定される。

【００１１】走行フレーム１の床部４内には、水平方向
に並べて三つのデッキ７が前進及び後退可能に組み付け
られている。各デッキ７には、床部４側に取付けられた
デッキ貫入用シリンダ８のピストンロッド９が結合され
ており、デッキ貫入用シリンダ８の作動によりデッキ７
は前進あるいは後退され、床部４より突き出され、ある
いは床部４内に納められる。各デッキ７内には、掘削及
びずり出しを兼ねたスクリュ１０が複数組み付けられて
いる。スクリュ１０は、デッキ７の後部に設けた駆動源
１１により回転駆動される。したがって、スクリュ１０
を回転駆動させながら、デッキ貫入用シリンダ８によっ
てデッキ７を前進させることにより、デッキ７を前方の
地山に貫入することができる。

【００１２】一方、前記走行フレーム１の床部４上の両
側部にはレール１２が敷設されており、これらレール上
に、半円筒状（ドーム状）のフード（シェル）１３が車
輪を介して乗っている。フード１３には、床部４上に設
けられたフード移動用ジャッキが連結されており、この
ジャッキの作動により、フード１３は、底部４上を前進
動される。

【００１３】フード１３は切羽から後方の上半部コンク
リート打設部までの上半部を連続的に保護するが、地山
によっては後述する天部保護モルタルパイル６２の造成
によって安定する場合がある。この場合はフード１３の
装備の必要はない。図３はフードなしの状態図を示し
た。この場合も後方上半部コンクリート打設部までの間
は抗壁の真円状態を保持する必要があるため真円保持装
置６３を装備する。真円保持装置６３はレール１２上を
車輪により前後進可能とし、かつ真円保持ジャッキ（図
示せず）によって上方に拡張し真円保持する。真円保持
装置６３を前進する時は真円保持ジャッキを縮め地山と
の接触を切って前進させる。真円保持装置６３は切羽〜
後方コンクリート打設部までの距離に応じて数台装備す
る。

【００１４】このフード１３の前部の内周面にはパイプ
ガイド１４が設けられている。パイプガイド１４には、
多数のガイド孔１５が先端側を外側にして斜めに形成さ
れており、各ガイド孔１５にはそれぞれ保護パイル形成
用のパイプ１６が挿入されている。パイプ１６には、フ
ード１３側に支持された油圧シリンダ１７のピストンロ
ッド１８が連結されており、油圧シリンダ１７の作動に
より、パイプ１６はパイプガイド１４を案内として、フ
ード１３先端より斜め前方に突出されるようになってい
る。

【００１５】パイプ１６内には、掘削及びずり出しを兼
ねたスクリュ１９が組み込まれている。スクリュ１９
は、パイプ１６の後部に設けられた駆動源２０により回
転駆動される。スクリュ１９の軸２１はパイプ状となっ
ており、内部を通して軸先端よりモルタルあるいは地山
固化補強材（以下モルタル等という）を注出できるよう
にしてある。

【００１６】走行フレーム１の床部４上において前記レ
ール１２の内側にはさらに一対のレール２２が敷設され
ており、これらのレール２２上には自走型の山留装置２
３が搭載されている。山留装置２３は、略台形の枠体
（本体）２４と、枠体２４に対し入れ子状（テレスコピ
ック状）に出入し得る山留部材２５と、山留部材２５を
枠体２４に対し出入駆動させる駆動源３５と、枠体２４
をレール２２上で移動し、かつレール２２に対し固定す
るジャッキ等からなっている。

【００１７】フード１３の後部には、上半部コンクリー
ト覆工装置２６が装備されている。この覆工装置２６
は、フード１３後部内周に沿って設けられたレール２７
に沿って移動される循環ベルト２８と、循環ベルト２８
とトンネル内壁との間にコンクリートを注入するコンク
リート打ち込み装置２９、コンクリートのフード１３内
への浸入を防止するための妻枠装置３０等からなってい
る。また、支持フレーム１の脚部３の前部外側には、下
部側壁部覆工装置３１が設けられている。この装置３１
は、内型枠３２と、内型枠３２を前進させる駆動機構３
６と内型枠３２とトンネル内壁との間にコンクリートを
注入するコンクリート打ち込み装置等からなっている。

【００１８】走行フレーム１の床部４の下側には、地山
を掘削するための掘削機４１及び岩や土を搬出するため
のコンベア４２等が搬入され、また、床部４上にも同様
に掘削機４３、コンベア４４が設けられる。

【００１９】なお、当該装置には、トンネル断面形状を
所定の断面形状に仕上げるためのセントルあるいはスチ
ールフォームと呼ばれるコンクリート覆工装置が続く。
当然トンネルによってはこれら覆工装置が構成されない
こともある。

【００２０】次に、上記装置によるトンネル掘削の手
順、つまり本発明方法の一実施例について説明する。先
ず、デッキ貫入用シリンダ８を作動し、図５に示すよう
に、デッキ７を突き出させて前方の地山６１に貫入して
行く。このとき、デッキ７内部のスクリュ１０は回転駆
動され、地山６１の掘削に寄与すると共に、切羽土砂を
後方へ排出する。

【００２１】次に、図６に示すように、掘削機４１によ
り、デッキ７の下側の地山６１を掘削する。地山６１は
デッキ７により安定が図られているので、下側を先に掘
ったとしても地山６１の崩壊を招くことはない。また、
掘削によるくずれ落ちをアーチ作用により防止するた
め、掘削はドーム状あるいは直状、斜状に行う。一方、
デッキ７の下側の掘削と並行して、地山天井部にパイプ
１６を貫入させる。つまり、油圧シリンダ１７を作動さ
せて、パイプガイド１４を案内としてパイプ１６をフー
ド１３の前端より突出させ、地山６１に斜めに貫入させ
て行くのである。パイプ１６内のスクリュ１９は駆動回
転され、パイプ１６の地山６１への貫入に寄与すると共
に、切羽土砂を後方へ排出する。パイプ１６が所定量地
山６１に貫入したら、油圧シリンダ１７を送作動させて
パイプ１６を引き抜くと共に、スクリュ軸２１の先端よ
り、パイプ１６の引き抜きにより空洞となった部分にモ
ルタル等を打ち込んで行く。パイプ１６が引き抜かれる
と、地山天井部には多数のパイル６２がドーム状に配列
されて打ち込まれた状態となる。つまり、地山天井部に
は、モルタル等のパイル６２による保護壁が造成される
のである。

【００２２】モルタル等のパイル６２による保護壁の構
築作業が終了したら、図７に示すようにデッキ７上側の
地山６１を掘削機４３により掘削する。地山天井部はモ
ルタル等のパイル６２により補強されているので、地山
６１の崩壊を招くことはない。掘削はドーム状あるいは
直状、斜状に行う。一方、デッキ７の下側においては、
デッキ７上側の掘削と並行して、掘られたトンネルの底
面にコンクリートを打設する。また、下部側壁部覆工装
置３１により、底面の両側部に重ねて下部側壁部のコン
クリートの打設を行う。図中、５１がトンネル底部に打
設されたコンクリート、５２が下部側壁に打設されたコ
ンクリートを示す。デッキ７の上側の地山６１の掘削の
進行に伴い、コンクリート５１、５２の養生も進行す
る。当然側壁の状況によってはコンクリート打設に代っ
て吹付コンクリートを行うこともある。

【００２３】コンクリート５１が養生したら、図８に示
すように、コンクリート５１上にレール２を延設し、固
定する。一方、デッキ７上側の地山６１に対しては、山
留装置２３を前進させ、かつ、山留部材２５を突出させ
て地山６１に押し当て、機械的に山留めを行う。なお、
地山６１が自立性の高いものであれば、山留めは行わな
くてもよい。この後、クランプ装置６でレール２をクラ
ンプし、走行用ジャッキ５を伸長作動させ、レール２上
で走行フレーム１を前進させる。このとき、デッキ貫入
用シリンダ８は、デッキ７を収納する方向に同期して作
動され、走行フレーム１の前進の妨げとなることは防止
される。

【００２４】フード１３も前進移動されるのであるが、
天井面にはモルタル等のパイル６２が突き出ているの
で、フード１３の前進に先立ち、あるいはデッキ７上側
の地山６１の掘削の際に、掘削機４３により併せて削り
取る。したがって、フード移動用ジャッキの作動による
フード１３の前進の際には、モルタル等のパイル６２が
邪魔となることはない。しかも、図９に示すように天井
部にはモルタル等のパイル６２が残っているので、補強
は図られている。

【００２５】フード１３の前進によりフード１３の後方
上部には、掘削された天井部が露出する。この天井部に
コンクリートの覆工を行うため、覆工装置２６の循環ベ
ルト２８がレール２７に沿って移動されると共に、コン
クリート打ち込み装置２９により循環ベルト２８と壁面
との間にコンクリート（図中、５３で示す）が打ち込ま
れる。これにより、前述の下部側壁部につなげてコンク
リートが打ち込まれたことになり、掘削されたトンネル
断面の全周の閉合が完了する。

【００２６】以上の作業を１サイクルとしてトンネルの
掘削は進められる。なお、コンクリートにより閉合され
たトンネルの内面は後続するセントル等により寸法、形
状が仕上げられる。

【００２７】上記実施例は、デッキ７により地山６１を
上下に分割してそれぞれを掘削するようにしたものであ
るが、図１０に示すように、さらに縦方向に分割しても
よい。このような分割は、大断面のトンネルに対して有
効である。分割の仕方は、このようにトンネルの大きさ
や地山の性質、作業性等を考慮して決められる。

【００２８】本発明の係るトンネル掘削工法によれば、
デッキ内の掘削及びずり出しを兼ねた複数のスクリュを
回転駆動し、このデッキを地山に貫入して分割して掘削
するので、地山にゆるみを生じさせずに掘削することが
でき、比較的自立性の乏しい地山においても崩落などを
招くことなく、効率の良いトンネル掘削が行える。ま
た、デッキ内の掘削及びずり出しを兼ねた複数のスクリ
ュを回転駆動し、このデッキを略水平に地山に差し込ん
で、デッキ下側を先に掘削するようにすれば、トンネル
底部のコンクリート打ち込みを早く行うことができるこ
とから、トンネルの変形の防止が図れると共に、レール
を敷設することにより装置を無駄な時間なく進めること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に用いる装置の一例の斜視図であ
る。

【図２】図１に示した装置の側面（フード有）に沿う断
面図である。

【図３】図１に示した装置の側面（フード無）に沿う断
面図である。

【図４】図１に示した装置の正面図である。

【図５】掘削作業の一工程を示す斜視図である。

【図６】掘削作業の図４に続く工程を示す斜視図であ
る。

【図７】掘削作業の図５に続く工程を示す斜視図であ
る。

【図８】掘削作業の図６に続く工程を示す斜視図であ
る。

【図９】掘削進行途中の概略側断面図である。

【図１０】デッキ貫入態様の他の例を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１走行フレーム４床部５走行用ジャッキ７デッキ８デッキ貫入用シリンダ１０スクリュ１３フード１４パイプガイド１６パイプ１９スクリュ２３山留装置２５山留部材２６上半部コンクリート覆工装置３１下部側壁部覆工装置４１、４３掘削機５１、５２打設されたコンクリート６１地山６２モルタル等のパイル

フロントページの続き (72)発明者高崎敏雄大阪府大阪市西区阿波座一丁目３番15号鹿島建設株式会社大阪支店内 (72)発明者塚本浩一京都府京都市北区紫竹上長目町21−４ (72)発明者西岳茂兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者橘嘉保兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内 (56)参考文献特開昭61−38091（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/00 E21D 9/04 E21D 9/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】デッキ内の掘削及びずり出しを兼ねた複
数のスクリュを回転駆動し、このデッキを地山に貫入し
て分割し、分割された地山ごとに掘削することを特徴と
するトンネル掘削工法。
【請求項２】デッキ内の掘削及びずり出しを兼ねた複
数のスクリュを回転駆動し、このデッキを略水平に地山
に貫入して上下に分割する一方、地山の上部にパイルを
打設して天部保護壁を造成し、前記デッキの下側の地山
及び上側の地山をそれぞれ掘削することを特徴とするト
ンネル掘削工法。