JP3244202B2 - 大口径トンネルの構築方法 - Google Patents

大口径トンネルの構築方法

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  • Lining And Supports For Tunnels (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、軟弱な地盤に大口径の
トンネルを構築するための方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】軟弱地盤におけるトンネルの掘削は、地
山の崩壊を防ぎ、安全に掘削することが必要なため、1
台のシールド掘削機によりトンネルの全断面を掘削し、
これの後方にセグメントを組立ててトンネルを構築する
方法が用いられている。
【0003】そして上記シールド掘削機による掘削は、
掘削しようとする径と略同一の回転カッタを回転して掘
削するもの、あるいは特開平1−190897号公報に
記載されているように、掘削しようとするトンネルの断
面形状の周囲に対向する位置に、複数の小口径推進機を
配設し、まずトンネルの断面形状の周囲に沿って掘削
し、その後中央部の地山を振動にて崩落させて大口径の
トンネルを掘削するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記いずれの掘削方法
も、トンネル径にほぼ等しい外径のシールド掘進機が必
要となる。しかし、加工、精度、分解、運搬など生産上
の理由により、トンネル掘進機の制作は掘削径が大きく
なる程困難となり、従って、製作費も高騰する。同様に
トンネル掘進機が通過したあとの壁面に構築するセグメ
ントも製作が困難になると共に、コストも増大する。ま
たセグメントの組立作業も困難となる。
【0005】このように、全断面シールド工法ではトン
ネル径が大きくなる程困難、かつコスト高となり、また
ある程度以上大きい径のトンネルに対してはこの工法自
体が現実的に成り立たなくなる。
【0006】また道路用や鉄道用等大部分の用途のトン
ネルでは矩形や馬蹄形など円形以外の断面が必要とされ
る場合が多いが、通常の全断面シールド工法では、トン
ネルの断面形状が円形に限られるため、必要とされる断
面に外接する円形のトンネルを掘らねばならず、従って
不必要な部分まで掘削することとなり、極めて不経済で
ある。複円断面のシールド掘進機も開発されているが、
これとても任意の断面形状のトンネルが構築できるわけ
ではない。さらに全面シールド工法では地下鉄の駅部や
道路の合流・分岐部といった断面形状や大きさが異なる
部分においては、別の工法を用いて拡幅作業を行なわな
ければならない。
【0007】本発明は上記のことに鑑みなされたもの
で、比較的小型の機械を用いて軟弱地盤中に大口径トン
ネル等の大規模地下空間を構築でき、しかもこれを地上
構築物への影響を最小限にして行なうことができ、また
断面形状及び大きさを掘削の途中で任意に変更できて地
下鉄の駅部や道路の合流・分岐部等においても、別の工
法を用いて拡幅作業を行なうことなく施工できるように
した大口径トンネルの構築方法を提供することを目的と
するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る大口径トンネルの構築方法は、構築し
ようとする大口径トンネル1の周囲に、この大口径トン
ネル1の掘削内面を螺旋状に囲繞する先行トンネル2を
設け、ついで、螺旋状の先行トンネル2を押管掘進の発
進基地にして、小口径トンネル4を押管式掘進工法によ
り、大口径トンネル4の略軸線方向に向けて再び螺旋状
の先行トンネル2に到達するまで掘進し、この小口径ト
ンネル4を大口径トンネル1の掘削内面を囲繞するよう
に相互を隣接させて多数設け、螺旋状の先行トンネル2
と小口径トンネル4にて構築される外殻部の内側を掘削
するようにした。
【0009】そして上記先行トンネル2は螺旋状に複数
設ける。
【0010】さらに構築しようとする大口径トンネル1
の掘削内面の外側に、この大口径トンネル1の軸線に沿
わせて先行トンネル16を掘削すると共に、上記大口径
トンネル1の軸線方向の複数個所に上記先行トンネル1
6を横切るリング状トンネル17を設け、ついで軸線方
向に隣接する各リング状トンネル17,17を連通する
多数の小口径トンネル4,4,…を、大口径トンネル1
の掘削内面を囲繞する方向に、相互に、かつ先行トンネ
ル16に隣接して掘削して、この先行トンネル16と小
口径トンネル4にて上記大口径トンネル1の外殻部を形
成し、その後これの内側部を掘削する。
【0011】
【作 用】先行トンネルと小口径トンネル4とは構築
しようとする大口径トンネル1の掘削内径の外側に、数
珠つなぎ状に構成されて、これが上記大口径トンネル1
の掘削内径の外殻となるから、これの内側を適宜の掘削
機で安全に掘削できる。
【0012】
【実 施 例】本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。図1は断面形状が一様な円形の大口径トンネル1を
構築する様子を示すもので、最終的に構築しようとする
大口径トンネル1の掘削内径に外接させて、例えば2本
螺旋状の先行トンネル2,2を図1、図2に示すよう
に大口径トンネル1の軸線方向に沿ってトンネル掘進機
3にて掘削する。このとき、上記2本の螺旋状の各先行
トンネル2,2は互いにこの螺旋のピッチの1/2だけ
ずれた位置を掘削するようにする。
【0013】ついで、大口径トンネル1の掘削内径に外
接する円周上に多数の小口径トンネル4,4,…を、
端を上記先行トンネル2,2に連通して形成する。上記
先行トンネル2,2の内壁は通常のトンネルのようにセ
グメント5にて補強されており、また小口径トンネル4
の内周は埋設管6にて補強されている。
【0014】上記のようにして、図3に示すように大口
径トンネル1の掘削内径に外接する円周上に、螺旋状の
先行トンネル2,2と小口径トンネル4が数珠つなぎ状
に形成され、これらのトンネル2,2,4により大口径
トンネル1の外殻部が形成されたことになり、その後、
図1に示すように、適当な掘削機7にてその内側を掘削
する。このとき、上記外殻部の先端まで掘削すると、そ
の切羽がくずれてくるので、掘削が進むに従って順次外
殻部の構築を先行させていく。
【0015】上記小口径トンネル4は、一定のスパンP
だけ掘削するごとに、螺旋状に掘削 する先行トンネル
2,2につきあたる。本実施の場合には、各小口径トン
ネル4の掘削距離、すなわちスパンPは、螺旋状の先行
トンネル2,2のピッチの1/2となる。
【0016】図4は先行トンネル2,2と小口径トンネ
の掘削施工の概念を示すもので、トンネル掘進機3
を発進立坑8より発進させる。また小口径トンネル4を
掘削する掘進機もこの発進立坑8より発進するが、先行
トンネル2の1スパンPごとに、この先行トンネル2内
に連通し、この先行トンネル2より発進する。
【0017】上記小口径トンネル4は押管式掘進機を用
いる。図4に示すように、この押管式掘進機、発進立
坑8内からの発進は、図5、図6に示すように、発進立
坑8内に組んだ支枠9に押管装置10の推進台11を固
着し、この推進台11の推進ジャッキ12にて掘進機1
3を埋設管6を介して押進して掘削するようになってい
る。一方途中の螺旋状の先行トンネル2内では図7、図
8に示すように、押管装置10の推進台11aを先行ト
ンネル2内に固定して掘削を行なう。14は調整用ジャ
ッキ、15はシューである。
【0018】上記実施例において、掘削しようとする大
口径トンネル1が一様な円形断面形状であれば、このと
きの螺旋状に掘削する先行トンネル2の曲率半径を一定
にすることができ、先行トンネル2を掘削するトンネル
掘進機3の方向制御が容易となる。
【0019】図9は螺旋状の先行トンネル2が1本の場
合の実施例である。一般的に小口径トンネル4の掘削に
用いられる推進工法では、掘削距離が長くなると管周辺
の摩擦抵抗が増大するため長距離の施工は困難である
が、この例のように先行トンネル2の数が少ない場合に
は、先行トンネル2のピッチ小さくすることによっ
て、各小口径トンネル4の掘削距離(スパンP)が大き
くなるすぎるのを防ぐことができる。
【0020】図10は先行トンネル2が4本の場合の実
施例である。先行トンネル2の数が多くなると、先行
ンネル2のピッチを大きくすることができ、従って先行
トンネル2の曲率半径を大きくできる。このため先行
ンネル2の掘削が容易となる。またトンネル1本あたり
の掘削距離も短くなるため、4本の先行トンネルを同
時に掘削すれば工期を短縮できる。
【0021】図11は断面形状がほぼ矩形状の大口径ト
ンネルを本発明の方法で構築している実施例である。本
発明の方法によれば、断面の外周がなめらかな曲線で構
成されているような断面形状であれば、任意の断面形状
のトンネルを構築することができる。
【0022】図12は断面の大きさが途中で変化するト
ンネルを本発明の方法で構築している実施例である。断
面形状及び大きさの変化がなめらかであれば、本発明の
方法で任意の断面変化に対応することが可能である。例
えば地下鉄用のトンネルでは駅部と駅間とでトンネルの
断面形状、大きさとも大きく変化するが、本発明の方法
を適用すれば同一の機械及び工法で連続して施工が可能
である。
【0023】図13は本発明の第2の実施例を示すもの
で、この実施例では、最終的に構築しようとする大口径
トンネル1の掘削内面に外接する位置に、例えば2本の
先行トンネル16,16を大口径トンネル1の軸線に沿
ってこれと平行に掘削する。
【0024】ついで、大口径トンネル1の軸線方向の所
定の間隔位置に、上記先行トンネル16,16を横切る
リング状トンネル17を掘削する。その後、この軸線方
向に隣接するリング状トンネル17,17を結ぶように
して大口径トンネル1の掘削内面を囲繞する方向に多数
の小口径トンネル4,4,…を、相互に、かつ先行トン
ネル16,16に隣接させて形成する。小口径トンネル
4,4の掘削距離は、ほぼ、隣り合うリング状トンネル
17,17間の距離に相当する。
【0025】さらに他の実施例として、上記第2の実施
例における先行トンネル16のかわりに、各リング状ト
ンネル17の位置に、地上から、リング状トンネル17
の一部に連通する立坑をそれぞれ設け、この各立坑から
リング状トンネル17を大口径トンネル1の掘削内面の
外側を囲繞する方向に掘削するようにしてもよい。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、比較的小型の掘削機を
用いて軟弱地盤中に大口径トンネル等の大規模地下空間
を構築することができる。そして特に請求項1及び請求
項2に係る発明にあっては、地下に大規模な空間を構築
する前に、予め周壁を先行トンネルと小口径トンネル
て補強した数珠つなぎ状なる外殻部が構築されるた
め、軟弱地であっても地上構造物への影響を最小限にす
ることができる。さらに、本発明によれば、断面形状が
円形に限定されず、比較的自由にできるため、トンネル
の利用目的にあった断面形状にすることができる。そし
てさらに、掘削断面の形状及び大きさを掘削の途中で任
意に変更することができるため、地下鉄の駅部や道路の
合流・分岐部等においても別の工法を用いて拡幅作業を
行なうことなく、本発明の方法のみで施工が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】断面が一様な円形の大口径トンネルの構築の様
子を示す概略的な説明図である。
【図2】2本の螺旋状の先行螺旋トンネルを掘削してい
る状態を示す説明図である。
【図3】図1のA−A線に沿う断面図である。
【図4】掘削施工の概念図である。
【図5】押管式掘進機の発進立坑内からの発進の様子を
示す側面図である。
【図6】押管式掘進機の発進立坑内からの発進の様子を
示す平面図である。
【図7】押管式掘進機の先行トンネル内からの発進の様
子を示す側面図である。
【図8】押管式掘進機の先行トンネル内からの発進の様
子を示す平面図である。
【図9】先行螺旋状のトンネルが1本の場合を示す説明
図である。
【図10】先行螺旋状のトンネルが4本の場合を示す説
明図である。
【図11】ほぼ矩形状の大口径トンネルを構築している
実施例を示す説明図である。
【図12】断面の大きさが途中で変化する大口径トンネ
ルを構築している実施例を示す説明図である。
【図13】本発明の第2の実施例を示す説明図である。
【符号の説明】
1…大口径トンネル、2…先行トンネル、3…トンネル
掘進機、4…小口径トンネル、5…セグメント、6…埋
設管、7…掘削機、8…発進立坑、9…支枠、10…押
管装置、11,11a…推進台,12…推進ジャッキ、
13…掘進機、14…調整用ジャッキ、15…シュー、
16…先行トンネル、17…リング状トンネル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 都竹 昭彦 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松 製作所 研究所内 (72)発明者 三谷 典夫 大阪府枚方市上野3−1−1 株式会社 小松製作所 大阪工場内 (56)参考文献 特開 平3−96600(JP,A) 特開 平4−330121(JP,A) 特開 昭62−225689(JP,A) 特開 平3−17399(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E21D 9/00 E21D 9/04 E21D 13/00 - 13/02

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 構築しようとする大口径トンネル1の周
    囲に、この大口径トンネル1の掘削内面を螺旋状に囲繞
    する先行トンネル2を設け、 ついで、螺旋状の先行トンネル2を押管掘進の発進基地
    にして、小口径トンネル4を押管式掘進工法により、大
    口径トンネル4の略軸線方向に向けて再び螺旋状の先行
    トンネル2に到達するまで掘進し、この小口径トンネル
    4を大口径トンネル1の掘削内面を囲繞するように相互
    を隣接させて多数設け、 螺旋状の先行トンネル2と小口径トンネル4にて構築さ
    れる外殻部 の内側を掘削するようにしたことを特徴とす
    る大口径トンネルの構築方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の大口径トンネル2の構築
    方法において、先行トンネル2は螺旋状に複数設けた
    とを特徴とする大口径トンネルの構築方法。
  3. 【請求項3】 構築しようとする大口径トンネル1の掘
    削内面の外側に、この大口径トンネル1の軸線に沿わせ
    て先行トンネル16を掘削すると共に、上記大口径トン
    ネル1の軸線方向の複数個所に上記先行トンネル16を
    横切るリング状トンネル17を設け、ついで軸線方向に
    隣接する各リング状トンネル17,17を連通する多数
    の小口径トンネル4,4,…を、大口径トンネル1の掘
    削内面を囲繞する方向に、相互に、かつ先行トンネル1
    6に隣接して掘削して、この先行トンネル16と小口径
    トンネル4にて上記大口径トンネル1の外殻部を形成
    し、その後これの内側部を掘削するようにしたことを特
    徴とする大口径トンネルの構築方法。
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