JP3748152B2

JP3748152B2 - トンネル掘下工法

Info

Publication number: JP3748152B2
Application number: JP21050197A
Authority: JP
Inventors: 幸雄垣内; 友男三村; 成郎北原; 誠後藤
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 1997-08-05
Filing date: 1997-08-05
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2017-08-05
Also published as: JPH1150778A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はトンネル（以下、「既設のトンネル」をのぞいて、「施工中のトンネル」を、意味する。）掘下工法に関するものであり、特に、トンネルの上半部分を掘下げて下半部分を構築するため、又は、既設のトンネルを掘下げて下方に拡幅するためのトンネル下工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の此種掘下工法は、バックホウとブレーカで掘削予定場所全体を単純に掘下げるというものであった。そして、これにより露出した地山壁面に吹付コンクリートを施工し、且つ、ロックボルトを打設して一次覆工を完了する。場合によっては、更にこの一次覆工壁面に沿って型枠を組み、二次覆工コンクリートを打設している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
掘削予定場所全体をただ掘下げるだけでは安全面で問題があり効率も悪い。
そこで、此種トンネル掘下工法の安全性や効率を向上させるために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は該課題を解決することを目的とする。
【０００４】
【請求項１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために提案されたものであり、トンネルの上半部分を掘下げて下半部分を構築するためのトンネル掘下工法であって、トンネル上半部分にトレンチャーを導入し、該トレンチャーにて左右２列の溝を掘削するとともに、該溝内にコンクリートを打設することにより、トンネルの下半部分の左右側壁を形成し、然る後に、この左右側壁間を掘削してトンネルの下半部分を構築するトンネル掘下工法において、
上記トレンチャーは一軸圧縮強度が５００ｋｇｆ／ｃｍ²以上の硬岩を掘削可能なものを用い、該トレンチャーで左右２列の溝を掘削した後、左右側壁に接した岩塊をブレーカにて掘削する場合、該溝にコンクリート打設前に該溝のトンネル内側壁面に鉄板を立てかけ設置してコンクリートを打設して左右の側壁を形成し、岩塊掘削後、前記鉄板を撤去するトンネル掘下工法を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１乃至図１６に従って詳述する。図１に於いて１１Ａはトンネル上半部分であり、該トンネル上半部分１１Ａ内にトレンチャー１２を導入して、該トレンチャー１２のアタッチメント１３にてトンネル上半部分１１Ａの左側部寄り底面に溝１４Ｌを掘削する。
【０００６】
図２に示す如く、アタッチメント１３はトレンチャー１２の前部に俯仰自在に延設されており、基端部（トレンチャー１２本体側）のドライブユニット１５と先端部のアイドラホイール１６との間にチェーン１７が巻回され、該チェーン１７の外周にカッター（図示せず）が装着されている。そして、ドライブユニット１５を駆動してチェーン１７を縦回転させながら、アタッチメント１３を下回させることにより所定の幅の溝１４Ｌが所定の深さまで掘削される。同時にトレンチャー１２を後退させることにより、溝１４Ｌはトンネル上半部分１１Ａの坑道に沿った１本の連続する溝となる。
【０００７】
このトレンチャー１２は一軸圧縮強度５００kgf ／cm²以上の硬岩でも掘削する能力を有している。また、バックホウやブレーカのようにアタッチメントが高く持ち上げられることがないので、天井までの空間に余裕の無いトンネルでも使用することができる。更に、掘削された土砂は自動的に該トレンチャー１２の後部に設けたコンベア１８上に掻き上げられ、該コンベア１８にてトレンチャー１２の後方に配車したダンプトラック１９まで搬送されて、該ダンプトラック１９に積み込まれる。そして、該ダンプトラック１９にて坑外へ搬出される。従って、バックホウ等のようにアタッチメントを旋回させて積み込むものではないので、トンネルが狭くても作業性が悪化することはない。また、施工している側の反対側については車両の通行が可能で、トンネル全体を閉鎖する必要はない。
【０００８】
このようにトレンチャー１２によって連続的に形成されていく溝１４Ｌを追尾するように、該溝１４Ｌ内に鉄筋（図示せず）を設置し、且つ、生コン車２０にてコンクリートＣを充填打設することにより、トンネル下半部分の左側壁２１Ｌを形成する。即ち、溝１４Ｌを直接型枠として利用することにより左側壁２１Ｌを形成する。トレンチャーで掘削した溝の断面は略一様な凹字形になるので、土圧等で形が崩れたりする前に素早くコンクリートを流し込むこととすれば、略均一断面の地中壁（即ち、左側壁２１Ｌ）を形成することができるのである。従って、別途型枠を構築する必要がないので、工期を短縮できるとともに施工コストも削減できる。また、鉄筋等の設置作業も簡単に行うことができる。
【０００９】
尚、打設済の左側壁２１Ｌの先端鉛直端面ｖからトレンチャー１２のアタッチメント１３方向へ所定距離離れた位置に隔壁２２を設置して、この先端鉛直端面ｖと隔壁２２とで区切られた部分にコンクリートＣを打設することにより、坑道方向所定長さ毎に左側壁２１Ｌを延長していく。こうして左側壁２１Ｌはトンネル上半部分１１Ａの坑道に沿った地中連続壁となる。
【００１０】
次いで、図３に示す如く、トレンチャー１２をトンネル上半部分１１Ａの右側部へ寄せて、前記溝１４Ｌと平行に溝１４Ｒを掘削する。そして、前述した場合と同様に、該溝１４Ｒ内に鉄筋を設置してコンクリートを打設することにより、図４に示す如く、前記左側壁２１Ｌと平行な地中連続壁たる右側壁２１Ｒが形成される。
【００１１】
このようにトンネル下半部分の内部空間の掘下げに先立ち、その左右側壁２１Ｌ，２１Ｒを先行して構築する。そして、この左右側壁２１Ｌ，２１Ｒ間の地山を掘下げてトンネル下半部分の内部空間を形成することとなるが、その際、該左右側壁２１Ｌ，２１Ｒが背部の地山の山留壁として機能する。従って、掘下げ作業の安全性が可及的に向上する。
【００１２】
図５に示す如く、このトンネル下半部分の内部空間掘下げにあたっても、トレンチャー１２を用いることにすると良い。即ち、該トレンチャー１２にて左右側壁２１Ｌ，２１Ｒ間に複数条の坑道に沿った溝２３，２３…を略等間隔置きに掘削して、左右側壁２１Ｌ，２１Ｒ間の地山を複数列の岩塊ｇ，ｇ…に分割する。そして、この岩塊ｇ，ｇ…毎にバックホウやブレーカにて掘削を行う。各岩塊ｇは幅細になっており、しかも隣りの岩塊ｇとは隔絶されていて掘削抵抗が働き得ないので極めて容易且つ迅速に掘削することができる。
【００１３】
尚、左右側壁２１Ｌ，２１Ｒに接した岩塊ｇ₀をブレーカ等で掘削する場合、左右側壁２１Ｌ，２１Ｒまでも破砕してしまうおそれがある。そこで、図６に示す如く、前記溝１４Ｌ，１４Ｒの掘削後コンクリートＣの打設前に、該溝１４Ｌ，１４Ｒのトンネル内側壁面に鉄板２４を立てかけて設置しておくと良い（同図（ａ））。そして、該溝１４Ｌ，１４Ｒ内にコンクリートＣを打設して左右側壁２１Ｌ，２１Ｒを構築する（同図（ｂ））。これにより、前記岩塊ｇ₀は直接的には鉄板２４に接することとなり、該岩塊ｇ₀を掘削する際の衝撃から左右側壁２１Ｌ，２１Ｒを保護することができる（同図（ｃ））。更に、岩塊ｇ₀の掘削後は鉄板２４を撤去することとなるが、それによって露出した左右側壁２１Ｌ，２１Ｒのトンネル内側壁面は可及的に平滑化されることとなる（同図（ｄ））。（尚、鉄板２４にかえてベニア板等を用いても良い。）
また、図７に示す如く、左右側壁２１Ｌ，２１Ｒを補強してその倒壊を防ぐために、ロックボルトRVを打設する。該ロックボルトRVは、左右側壁２１Ｌ，２１Ｒのトンネル内側壁面上方部分から該左右側壁２１Ｌ，２１Ｒの躯体を貫通して、背部の地山内へ斜めに打設される。このロックボルト打設はトンネル下半部分の内部空間掘下げに先立って事前に行うことができる。左右側壁２１Ｌ，２１Ｒの上面トンネル内側端縁付近の表土を僅かに掘削するだけで、ロックボルトRVの打設発進スペースｓを確保できるからである。
【００１４】
そして、前記岩塊ｇ，ｇ…を掘削して、図８に示す如くトンネル下半部分１１Ｂの内部空間２５を形成する。また、該内部空間２５上を塞ぐように左右側壁２１Ｌ，２１Ｒの上端間に床版２６を載架して、トンネル上半部分１１Ａ内での諸種作業や車両の通行等ができるようにする。この床版２６は左右側壁２１Ｌ，２１Ｒを補強する突張材としても機能する。（突張材としての機能だけが必要な場合はＨ形鋼等で代用しても良い。）
そして、図９に示す如く、前記内部空間２５内に所定の構造物２７を構築するとともに、その上方にトンネル上半部分１１Ａとトンネル下半部分１１Ｂとを仕切る本設床版２８を敷設して、トンネル１１を完成させる。
【００１５】
尚、図１０に示すトンネル１１′の如く、トンネル下半部分１１Ｂ′を片側に寄せて構築する場合もある。その場合でもトレンチャー１２にて溝１４Ｌ′，１４Ｒ′を掘削して左右側壁２１Ｌ′，２１Ｒ′を構築し、ロックボルトRVの打設後、左右側壁２１Ｌ′，２１Ｒ′間を掘下げて内部空間２５′を形成する工程は、前述したトンネル１１の場合と全く同様である。
【００１６】
図１１乃至図１６は既設のトンネル３１を掘下げて下方に拡幅する様子を順追って示したものであり、この場合も前記トンネル上半部分１１Ａを掘下げてトンネル下半部分１１Ｂを構築する手法をそのまま適用することができる。（特に、インバートコンクリート３２が打設されているときに有効である。）
即ち、図１１に示す如く、トレンチャー１２にてトンネル３１の左側部寄り底面に溝３３Ｌを掘削する。前述した如く、トレンチャー１２は一軸圧縮強度５００kgf ／cm²以上の硬岩でも掘削することができるのに対し、トンネル３１の覆工３１ａやコンクリート３２の一軸圧縮強度は３００kgf ／cm²程度であるので、これらのコンクリートが掘削の障害となることはない。
【００１７】
そして、図１２に示す如く、溝３３Ｌを型枠として左側壁３４Ｌを構築するとともに、前記トレンチャー１２にてトンネル３１の右側部寄り底面に溝３３Ｒを掘削し、該溝３３Ｒを型枠として図１３に示す如く右側壁３４Ｒを構築する。
【００１８】
然る後に、図１４に示す如く、前記トレンチャー１２にて左右側壁３４Ｌ，３４Ｒ間に複数条の溝３５，３５…を掘削する。また、図１５に示す如く、ロックボルトRVにて左右側壁３４Ｌ，３４Ｒを補強するとともに、該左右側壁３４Ｌ，３４Ｒ間の覆工３１ａ、インバートコンクリート３２及び地山を掘削撤去して、該左右側壁３４Ｌ，３４Ｒ間に拡幅部分３１_EXの内部空間３６を設け、且つ、該内部空間３６上を塞ぐように左右側壁３４Ｌ，３４Ｒ上端間に床版３７を載架する。
【００１９】
そして、図１６に示す如く、内部空間３６内に所定の構造物３８を構築するとともに、その上方にトンネル３１の既設部分と拡幅部分３１_EXとを仕切る本設床版３９を敷設することにより、拡幅作業が完了する。
【００２０】
斯くして、このトンネル３１の拡幅作業に於いても、掘下げに先立って左右側壁３４Ｌ，３４Ｒを構築するので、作業効率が向上するとともに安全性も可及的に高まる。
【００２１】
尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は掘下げに先立ち、トレンチャーで掘削した溝を型枠として左右側壁を構築するものであるので、作業効率が向上して工期の短縮及びコスト削減に寄与する。そして、堀下げの際は左右側壁にて背部の地山が山留めされることとなり、安全性が可及的に高まる。
特に、上記トレンチャーは一軸圧縮強度が５００ｋｇｆ／ｃｍ²以上の硬岩を掘削可能なものを用い、該トレンチャーで左右２列の溝を掘削した後、左右側壁に接した岩塊をブレーカにて掘削する場合、該溝にコンクリート打設前に該溝のトンネル内側壁面に鉄板を立てかけ設置してコンクリートを打設して左右の側壁を形成し、岩塊掘削後、前記鉄板を撤去するので、岩塊は直接的に鉄板に接することとなり、該岩塊を掘削する際の衝撃から左右の側壁を保護することができ、更に、岩塊の掘削後上記鉄板を撤去するから、露出した左右の側壁のトンネル内側壁面は可及的に平滑化されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トンネル上半部分の底面に左側壁用溝を掘削する様子を示す正面断面図。
【図２】図１に於ける側面断面図。
【図３】トンネル上半部分の底面に右側壁用溝を掘削する様子を示す正面断面図。
【図４】トンネル下半部分の左右側壁を構築した状態を示す正面断面図。
【図５】図４の左右側壁間に複数条の溝を掘削する様子を示す正面断面図。
【図６】（ａ）左右側壁用溝のトンネル内側壁面に鉄板を設置した状態を示す要部断面図。
（ｂ）（ａ）の溝にコンクリートを打設して左右側壁を構築した状態を示す要部断面図。
（ｃ）（ｂ）の左右側壁間の地山を掘削する状態を示す要部断面図。
（ｄ）（ｃ）の地山掘削後、鉄板を撤去する状態を示す要部断面図。
【図７】図４の左右側壁をロックボルトで補強した状態を示す正面断面図。
【図８】トンネル下半部分の内部空間を構築した状態を示す正面断面図。
【図９】トンネル上半部分とトンネル下半部分とから成る完成したトンネルの正面断面図。
【図１０】トンネル下半部分をトンネル上半部分の片側に寄せて構築した、トンネル上半部分とトンネル下半部分とから成るトンネルの正面断面図。
【図１１】既設のトンネルの底面に左側壁用溝を掘削する様子を示す正面断面図。
【図１２】既設のトンネルの底面に右側壁用溝を掘削する様子を示す正面断面図。
【図１３】トンネル拡幅部分の左右側壁を構築した状態を示す正面断面図。
【図１４】図１３の左右側壁間に複数条の溝を掘削する様子を示す正面断面図。
【図１５】図１３の左右側壁をロックボルトで補強した状態を示す正面断面図。
【図１６】拡幅されたトンネルの正面断面図。
【符号の説明】
１１上半部分と下半部分とから成るトンネル
１１Ａトンネル上半部分
１１Ｂトンネル下半部分
１２トレンチャー
１４Ｌ，１４Ｒ，１４Ｌ′，１４Ｒ′，３３Ｌ，３３Ｒ溝
２１Ｌ，２１Ｌ′，３４Ｌ左側壁
２１Ｒ，２１Ｒ′，３４Ｒ右側壁
２５トンネル下半部分の内部空間
３１既設のトンネル
３１_EX 既設のトンネルの拡幅部分
３６既設のトンネルの拡幅部分の内部空間

Claims

トンネルの上半部分を掘下げて下半部分を構築するためのトンネル掘下工法であって、トンネル上半部分にトレンチャーを導入し、該トレンチャーにて左右２列の溝を掘削するとともに、該溝内にコンクリートを打設することにより、トンネルの下半部分の左右側壁を形成し、然る後に、この左右側壁間を掘削してトンネルの下半部分を構築するトンネル掘下工法において、
上記トレンチャーは一軸圧縮強度が５００ｋｇｆ／ｃｍ²以上の硬岩を掘削可能なものを用い、該トレンチャーで左右２列の溝を掘削した後、左右側壁に接した岩塊をブレーカにて掘削する場合、該溝にコンクリート打設前に該溝のトンネル内側壁面に鉄板を立てかけ設置してコンクリートを打設して左右の側壁を形成し、岩塊掘削後、前記鉄板を撤去することを特徴とするトンネル掘下工法。