JP3942131B2 - トンネル掘削方法及びそのトンネルライナー - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伸張したグリッパーをトンネル内壁に押圧して支持した全断面掘削機によってトンネルを掘削し、掘削したトンネル内周に沿って環状に配設したトンネルライナーを拡幅して地山に圧着するトンネル掘削方法及びそのトンネルライナーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、全断面掘削機であるトンネルボーリングマシン（以下、ＴＢＭという）によってトンネルを掘削する場合、その掘削反力はグリッパーによって確保されている。その掘削方法は、図２０ないし図２５に示すように、
（イ） まず、グリッパー３を伸張して掘削機１を地山Ｅに対して固定する（図２１）。
（ロ） そしてカッターヘッド２を回転して、スラストジャッキ４で押して掘進する（図２０）。
（ハ） １ストローク掘進したら（図２２）、グリッパー３を縮めて（図２３）グリッパー部Ｇを前進させる（図２４）。
（ニ） グリッパー３を伸張して（図２５）、次ぎのストロークの掘削に移る。
【０００３】
上記のグリッパー反力方式による工法では、グリッパー３を地山Ｅに押し付け、グリップして反力を確保し、スラストジャッキ４で推進しているが、地山強度が充分でない場合は、支保構造をトンネルライナーとして、ジャッキ推力に変更して施工している。しかし、このようにトンネルライナーに変更するには、準備時間を要し、施工スピードの遅延のみならず、この間に地山の締め付け力が増大し、掘進が困難になる恐れがある。
【０００４】
一方、トンネルライナーを半径方向に拡幅して地山に密着させるエキスパンション方式によって施工すると、合理的、かつ経済的であるが、拡幅ジャッキでトンネルライナーを拡幅し、拡幅部を盛り替え部材等で盛り替えるといった一連の作業には、労力を必要とし、面倒である等の問題がある。
【０００５】
そして、トンネル坑内においては、特にＴＢＭマシン付近は、各種機材等の関係で作業空間が狭いところであり、トンネルライナーのエキスパンション施工の作業環境は良好なものではない。また、掘削直後の地山のゆるみが進まない状況でトンネルライナーを建て込むことが必要であるが、前記の如く掘削のごく早期にトンネルライナーのエキスパンションを完了することは難しく、切羽後方での施工となり易い。
【０００６】
また、ＴＢＭマシンとしては、シールドスキンプレートを有するシールドタイプＴＢＭと、シールドスキンプレートを有しないオープンタイプＴＢＭ、とがある。
【０００７】
シールドタイプＴＢＭは、シールドスキンプレート内からグリッパーが伸びて地山を押圧する構造であり、ＴＢＭ機長分はスキンプレートにより地山より隔離されている。これに対してオープンタイプＴＢＭは、シールドスキンプレートを有していないため、マシンは地山に対して露出した構造となっている。
【０００８】
ここで、スキンプレートを有するシールドタイプＴＢＭは、さらにスラストジャッキによる推進機構を有しており、その前胴と後胴のスキンプレートを分割する必要があり、オープンタイプＴＢＭに比較して機械が高価であり、コスト高となる。
【０００９】
ＴＢＭは一般的には地山から反力を得て推進し、マシン後方にて支保材を建て込んでいる。この様なＴＢＭの基本的な掘削プロセスにおいては、シールド工法で用いられている様なシールドスキンプレート、すなわちセグメントをシールドテール内で組み立てるためのシールドスキンプレート、を採用する必然性が乏しい。しかしながら、崩壊性の軟岩から成る地山においては、地山崩落防止用のスキンプレートは、掘削直後の地山崩落の危険を減少し、掘削作業における安全性を向上する、という利点を有している。
【００１０】
この様に、ＴＢＭとしては、構造が簡単でコストを低く抑えることが出来るオープンタイプＴＢＭが最適であるが、オープンタイプＴＢＭは、軟岩部における地山崩落等に対する安全性が不十分である、という問題を有している。また、オープンタイプＴＢＭであってもシールドタイプＴＢＭであっても、推進のための反力を地山から得ている以上、軟岩部でのグリッピングが確実に出来なければならない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した様な従来技術の各種問題点に鑑みて提案されたもので、グリッパーの反力が確実に確保でき、同時にトンネルライナーのエキスパンション施工の施工性が優れ、且つ、オープンタイプＴＢＭであってもシールドタイプＴＢＭと同等の初期地山崩落に対する安全性が確保される様なトンネルの掘削方法及びそのトンネルライナーの提供を目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、伸張したグリッパーをトンネル内壁に押圧して反力を支持した全断面掘削機によってトンネルを掘削し、掘削したトンネル内周に沿って環状にトンネルライナーを配設するトンネル掘削方法において、前記トンネルライナーは、トンネル内周に沿って弯曲しトンネル軸方向に間隔を有して配置された複数の主桁と、該主桁間に介在し且つ主桁外周面に縁部を接合したスキンプレートとが設けられ、前記スキンプレートと前記主桁外周面とは塑性変形が容易な接合部材を介して接合したトンネルライナーが使用され、該トンネルライナーは掘削したトンネル内壁に密着して建て込まれ、前記トンネルライナーにはトンネル左右方向両側にグリッパー部が設けられ、前記掘削機のグリッパーが前記トンネルライナーのグリッパー部におけるスキンプレートを介して地山を押圧して掘削機を推進させ、その際前記接合部材をグリッパーの押圧によって変形させて地山に圧着させるようになっている。
なお、本発明は、オープンタイプＴＢＭを用いた掘削作業に最適である。
【００１４】
また、本発明によれば、伸張したグリッパーをトンネル内壁に押圧して反力を支持した全断面掘削機によってトンネルを掘削し、掘削したトンネル内周に沿って環状にトンネルライナーを配設するトンネル掘削方法において、前記トンネルライナーは、トンネル内周に沿って弯曲しトンネル軸方向に間隔を有して配置された複数の主桁と、該主桁間に介在し且つ主桁外周面に縁部を接合したスキンプレートとが設けられ、そして前記トンネルライナーはヒンジ部とエキスパンション部とを有しており、該トンネルライナーは掘削したトンネル内壁に密着して建て込まれ、前記トンネルライナーにはトンネル左右方向両側にグリッパー部が設けられ、前記掘削機のグリッパーが前記トンネルライナーのグリッパー部におけるスキンプレートを介して地山を押圧して掘削機を推進するようになっている。
【００１５】
さらに本発明によれば、伸張したグリッパーをトンネル内壁に押圧して反力を支持した全断面掘削機によってトンネルを掘削し、掘削したトンネル内周に沿って環状に配設したトンネルライナーを拡幅して地山に圧着するトンネル掘削方法に使用するトンネルライナーにおいて、該トンネルライナーは、トンネル内周に沿って弯曲しトンネル軸方向に間隔を有して並設された複数の主桁と、該主桁間に設けられ且つ主桁外周面に縁部を接合したスキンプレートとを有しており、前記スキンプレートと前記主桁外周面とが変形が容易な接合部材を介して接合しており、そして該トンネルライナーは、トンネル左右方向両側に配設したグリッパーが当接するグリッパー部と、該グリッパー部に接続された一般部とを含み、前記グリッパー部のスキンプレートを介して地山を押圧して掘削機を推進させるため、前記グリッパー部のスキンプレートに前記掘削機のグリッパーが当接する様に構成されている。
【００１７】
そして本発明によれば、伸張したグリッパーをトンネル内壁に押圧して反力を支持した全断面掘削機によってトンネルを掘削し、掘削したトンネル内周に沿って環状に配設したトンネルライナーを拡幅して地山に圧着するトンネル掘削方法に使用するトンネルライナーにおいて、該トンネルライナーは、トンネル内周に沿って弯曲しトンネル軸方向に間隔を有して並設された複数の主桁と、該主桁間に設けられ且つ主桁外周面に縁部を接合したスキンプレートとを有しており、そして該トンネルライナーは、トンネル左右方向両側に配設したグリッパーが当接するグリッパー部と、該グリッパー部に接続された一般部とを含み、さらに前記グリッパー部と前記一般部とを接続するヒンジ部と、前記トンネルライナーを拡幅するためのエキスパンション部とを有しており、前記グリッパー部のスキンプレートを介して地山を押圧して掘削機を推進させるため、前記グリッパー部のスキンプレートに前記掘削機のグリッパーが当接する様に構成されている。
すなわち、本発明は所謂「エキスパンション方式」によるトンネル掘削工法に好適に応用可能である。
【００１９】
上記の様に構成された本発明によれば、全断面掘削機のグリッパーは、前記トンネルライナーの左右方向両側に設けられた部分（グリッパー部）の主桁間のスキンプレートを介して地山に押圧しており、該スキンプレートの全面に亘って地山から確実に反力が支持できる。その一方、トンネルライナーの主桁には荷重がかからず、変形などの不具合を生じることがない。そして、掘削機の直後にトンネルライナーを容易に建て込むことができる。
【００２０】
さらに上記の様に構成された本発明は、主桁外周面に縁部を接合したスキンプレートとを有しており、当該スキンプレートを介して地山を押圧しているので、トンネルライナーによってシールドされた作業空間を作り出し、掘削作業中における地山崩落等に対する安全性が非常に向上している。そして、この様な作用効果によって、地山に対するシールドスキンプレートを有していないオープンタイプＴＢＭの安全性が大きく向上するのである。
【００２１】
また前記スキンプレートは、全断面掘削機のグリッパーで地山に向って押圧されて塑性変形する。ここで本発明において、前記スキンプレートと前記主桁外周面とを、塑性変形が容易な接合部材を介して接合する様に構成すれば、グリッパーを外した後もスキンプレートはそのまま元の形態に戻ること無く保持される。その結果、スキンプレートの塑性変形によるアーチ効果（シェル効果）を作用させ、ライナー耐力が向上する。また、グリッパーの押圧により地山に押し込まれたスキンプレートは、塑性変形により地山に密着して、所謂「ハダ落ち」を防止する。さらに、地山に押し込まれたスキンプレートは、掘削されたトンネル天端部からの地山の崩落によるズリを受け止め、トンネル下方に回り込まない様にするため、トンネル天端部からのズリの量が最小限に抑えられ、地山崩落の可能性も最小限にすることが出来るのである。
【００２２】
【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において、掘削されたトンネルの内周に沿って環状に形成されたトンネルライナー１０は、その左右方向両側に、例えばθ1 ＝８５°のグリッパー部１１（グリッパーが当接する部分）が配設され、その上端部はそれぞれヒンジ１４を介して、例えばθ2 ＝９０°の第１の一般部のピース１２Ａで互いに連結され、下端部には、例えばθ3 ＝３５°の第２の一般部のピース１２Ｂがヒンジ１４を介してそれぞれ連結されている。そして、一方の第２の一般部のピース１２Ｂの一端には、第３の一般部のピース１２Ｃがヒンジ１４を介して連結されており、その第３の一般部のピース１２Ｃの他端と他方の第２の一般部のピース１２Ｂとの間は、エキスパンション部１３が形成されている。
【００２３】
図２ないし図４に示すように、グリッパー部１１には、溝型鋼で形成されトンネル内周に沿って弯曲した２本の主桁２０、２０がトンネル軸方向に間隔をおいて並設され、間隔保持材２３で連結されている。そして、グリッパー部１１の地山Ｅに接する外周面には、スキンプレート２１が設けられ、その軸方向の両縁部は主桁２０、２０の外周面に接合されている。なお、このスキンプレート２１は、スプリングバックしない、塑性変形をしやすい材料を用いるとよい。
【００２４】
図５ないし図７に示す別の実施形態では、スキンプレート２１Ａに、上記実施形態の平板に代え、キーストンプレートを用いている。キーストーンプレートは、図示のようにトンネル軸直角断面において波型に形成され、剛性が高く、平板に比べて板厚を薄くすることができ、軽量化が図れる。なお、キーストーンプレートの波型凹部にはモルタルｍを打設して使用している。
【００２５】
図８で示す本発明の別の形態に係るトンネルライナー１０−Ａは、グリッパー部と一般部とが、スキンプレート２１（図８では、スキンプレート２１を金網状の部材として表示してある）により一体化されている。
【００２６】
次に、図９及び図１０に示すさらに別の実施形態では、主桁外周面２０ａとスキンプレート２１間に塑性変形が容易な接合部材２２を介して接合しており、その接合は、図示のようにねじ止め、あるいは鋲接、その他の接続方法いずれでもよい。図１０に示すように、スキンプレート２１がグリッパーで押圧されると接合部材２２は塑性変形して地山に密接し、グリッパーを外してもそのまま保持されて、ズリの落下等が防止できる。
【００２７】
図１１及び図１２は、図９及び図１０で示した接合部材２２と同様に、塑性変形が容易な接合部材２２Ａを示している。この接合部材２２Ａは、符号２５で示す固着手段により、主桁２０及びスキンプレート２１の両者に接続している。そして接合部材２２には、塑性変形可能な部分２３が設けられている。
図１１及び図１２では図示しないグリッパーにより、スキンプレート２１が地山Ｅ中に押し込まれて密接する方向へ押圧されると、接合部材２２の部分２３はスキンプレート２１と接続しているため地山Ｅ側に引っ張られて、図１１及び図１２の状態では丸まっている部分２３は塑性変形して伸張した状態となるのである。そして、部分２３が丸まっている状態から伸張した状態に塑性変形する際に、主桁２０はその位置を変更することは無い。
【００２８】
図１３及び図１４は、図１１及び図１２で示した接合部材２２Ａの伸張する部分２３に代えて、所謂「ネコ」となった構成を有する接合部材２２Ｂを有している。図１３において、矢印Ｆ１４で示す部分を拡大して示すのが図１４である。図１４において、接合部材２２ＢはＬ字型の切片３０及び３２を有している。接合部材２７によりスキンプレート２１に接続されるＬ字型の切片３０には、複数の貫通孔を連続して形成した長孔３１が形成されている。一方、接合部材２７により主桁２０に接続されるＬ字型の切片３２には締結手段３４が一体的に設けられている。そして、長孔３１を通って締結手段３４の端部を締結部材３６と結合することにより、Ｌ字型の切片３０及び３２は一体化される。
図１３及び図１４では図示しないグリッパーにより、スキンプレート２１が地山Ｅ中に押し込まれて密接する方向へ押圧されると、Ｌ字型の切片３０もスキンプレート２１と共に地山側（図１４の矢印Ｅ側）へ押圧される。その結果、締結部材３４は、当初、長孔３１の例えば符号３１−１で示す位置を介して貫通していたとしても、グリッパーによる押圧後は、例えば符号３１−２で示す位置を介して貫通する様になり、Ｌ字型の切片３０及び３２の相対的な位置が変位する。このＬ字型の切片３０及び３２の相対的な位置変位は、図１１及び図１２で示す接合部材２２Ａの部分２３の塑性変形（伸張変形）に相当するのである。
【００２９】
図１５及び図１６に示す別の実施形態の接合部材２２Ｍは、線材を折り曲げて形成され、その両端部がそれぞれ主桁２０及びスキンプレート２１Ｍに溶接されている。
この実施形態では、線材で形成されているので、変形が容易であり、主桁２０或いはスキンプレート２１Ｍにかかる荷重及びモーメントが軽減される。
また、線材で構成された接合部材２２Ｍが変形することによって、該接合部材２２Ｍとグリッパーとが干渉するおそれがなくなり、好都合である。
【００３０】
次に、図１７ないし図１９を参照し、本発明のトンネル掘削方法について説明する。
図１７に示すように、グリッパー３を伸張して、トンネルライナー１０のスキンプレート２１を介して地山Ｅに押圧し、掘削機１の反力を支持する。次に、カッターヘッド２を回転して掘削し、スラストジャッキ４で押して推進する。そして、掘削機１の後方のＡ部に、新しいトンネルライナー１０を設置、図１に示したエキスパンション部１３を拡幅して建て込む（図１８）。１ストローク掘削したら、グリッパー３を縮めて前進し（図１９）、新しく建て込んだＡ部のトンネルライナーのスキンプレートを介してグリッパー３を地山Ｅに押圧し、以下同様に繰り返して掘削推進する。
【００３１】
以上説明したように本発明によれば、ＴＢＭ１は、トンネルライナー１０の左右方向両側のグリッパー部１１の主桁２０の間に、グリッパー３をスキンプレート２１を介して地山Ｅに押圧しており、確実に反力が支持できる一方、トンネルライナー１０の主桁２０には荷重がかからず、トンネルライナー１０の変形などの不具合を生じることがない。そして、トンネルライナー１０はＴＢＭ１の直後に容易に建て込むことができ、トンネルライナーによるシールド状態を早期に完成することができる。
【００３２】
また、スキンプレート２１は、塑性変形してグリッパー３を外した後もそのまま元にもどることなく保持され、ズリを押さえ続けることができる。すなわち、グリッパー３の押圧により地山Ｅ中へ押し込まれたスキンプレート２１は、塑性変形により地山Ｅに密着して、地山Ｅからの「ハダ落ち」を防止する。さらに、地山Ｅに押し込まれたスキンプレート２１は、トンネル天端部からの地山の崩落によるズリを受け止め、当該ズリがトンネル下方に回り込まない様にする。その結果、トンネル天端部からのズリの量が最小限に抑えられ、地山崩落の可能性も最小限となる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、以上の様に構成されているので以下の効果を奏する。
（１） スキンプレートを介してグリッパーを地山に押圧する結果、グリッパーで大きな面積を押圧することとなり、劣悪な地山に対して確実に反力を支持できる。
（２） トンネルライナーの主桁にはグリッパーによる押圧力が過大に作用することが無いので、主桁の損傷や主桁の座屈等の不具合を生じない。
（３） グリッパー押圧後も、ズリを押さえ続けることができる。
（４） トンネルライナーにグリッパーを押圧する作業は、既にトンネルライナーによる支保を形成してシールド状態となった空間で行われる作業となるので、安全性が極めて向上する。
（５） グリッパーによりスキンプレートを押圧する位置が多少変動しても主桁を損傷することが無いので、施工の自由度が増大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトンネルライナーの全体構成を示す正面図。
【図２】本発明のトンネルライナーのグリッパー部を示す正面図。
【図３】図２の側面図。
【図４】図２の断面図。
【図５】グリッパー部の別の実施形態を示す部分正面図。
【図６】図５の側面図。
【図７】図５の断面図。
【図８】トンネルライナーの他の実施形態を示す斜視図。
【図９】トンネルライナーの別の実施形態を示す断面図。
【図１０】図９の接合部がグリッパー押圧により変形した状態を示す断面図。
【図１１】トンネルライナーの更に別の実施形態を示す断面図。
【図１２】図１１の実施形態の要部を示す部分拡大斜視図。
【図１３】トンネルライナーの更にその他の実施形態を示す断面図。
【図１４】図１３の実施形態の部分拡大斜視図。
【図１５】別の実施形態の接合部によるトンネルライナーを示す斜視図。
【図１６】図１５の接合部の詳細を示す斜視図。
【図１７】グリッパーを伸張した掘削開始状態を示す説明図。
【図１８】ジャッキで推進して掘削している状態を示す説明図。
【図１９】１ストローク掘削してグリッパーを縮め前進した状態を示す説明図。
【図２０】従来のトンネル掘削方法の掘削開始状態を示す断面図。
【図２１】図２０のトンネル軸直角断面図。
【図２２】１ストローク推進しグリッパーを縮めた状態を示す断面図。
【図２３】図２２のトンネル軸直角断面図。
【図２４】グリッパーを前進させた状態を示す断面図。
【図２５】図２４からグリッパーを伸張させた状態のトンネル軸直角断面図。
【符号の説明】
１・・・ＴＢＭマシン（掘削機）
２・・・カッターヘッド
３・・・グリッパー
４・・・スラストジャッキ
１０・・・トンネルライナー
１１・・・グリッパー部
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ・・・一般部のピース
１３・・・エキスパンション部
１４・・・ヒンジ
２０・・・主桁
２１、２１Ａ、２１Ｍ・・・スキンプレート
２２、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｍ・・・接合部材
Ｅ・・・地山
【発明の属する技術分野】
本発明は、伸張したグリッパーをトンネル内壁に押圧して支持した全断面掘削機によってトンネルを掘削し、掘削したトンネル内周に沿って環状に配設したトンネルライナーを拡幅して地山に圧着するトンネル掘削方法及びそのトンネルライナーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、全断面掘削機であるトンネルボーリングマシン（以下、ＴＢＭという）によってトンネルを掘削する場合、その掘削反力はグリッパーによって確保されている。その掘削方法は、図２０ないし図２５に示すように、
（イ） まず、グリッパー３を伸張して掘削機１を地山Ｅに対して固定する（図２１）。
（ロ） そしてカッターヘッド２を回転して、スラストジャッキ４で押して掘進する（図２０）。
（ハ） １ストローク掘進したら（図２２）、グリッパー３を縮めて（図２３）グリッパー部Ｇを前進させる（図２４）。
（ニ） グリッパー３を伸張して（図２５）、次ぎのストロークの掘削に移る。
【０００３】
上記のグリッパー反力方式による工法では、グリッパー３を地山Ｅに押し付け、グリップして反力を確保し、スラストジャッキ４で推進しているが、地山強度が充分でない場合は、支保構造をトンネルライナーとして、ジャッキ推力に変更して施工している。しかし、このようにトンネルライナーに変更するには、準備時間を要し、施工スピードの遅延のみならず、この間に地山の締め付け力が増大し、掘進が困難になる恐れがある。
【０００４】
一方、トンネルライナーを半径方向に拡幅して地山に密着させるエキスパンション方式によって施工すると、合理的、かつ経済的であるが、拡幅ジャッキでトンネルライナーを拡幅し、拡幅部を盛り替え部材等で盛り替えるといった一連の作業には、労力を必要とし、面倒である等の問題がある。
【０００５】
そして、トンネル坑内においては、特にＴＢＭマシン付近は、各種機材等の関係で作業空間が狭いところであり、トンネルライナーのエキスパンション施工の作業環境は良好なものではない。また、掘削直後の地山のゆるみが進まない状況でトンネルライナーを建て込むことが必要であるが、前記の如く掘削のごく早期にトンネルライナーのエキスパンションを完了することは難しく、切羽後方での施工となり易い。
【０００６】
また、ＴＢＭマシンとしては、シールドスキンプレートを有するシールドタイプＴＢＭと、シールドスキンプレートを有しないオープンタイプＴＢＭ、とがある。
【０００７】
シールドタイプＴＢＭは、シールドスキンプレート内からグリッパーが伸びて地山を押圧する構造であり、ＴＢＭ機長分はスキンプレートにより地山より隔離されている。これに対してオープンタイプＴＢＭは、シールドスキンプレートを有していないため、マシンは地山に対して露出した構造となっている。
【０００８】
ここで、スキンプレートを有するシールドタイプＴＢＭは、さらにスラストジャッキによる推進機構を有しており、その前胴と後胴のスキンプレートを分割する必要があり、オープンタイプＴＢＭに比較して機械が高価であり、コスト高となる。
【０００９】
ＴＢＭは一般的には地山から反力を得て推進し、マシン後方にて支保材を建て込んでいる。この様なＴＢＭの基本的な掘削プロセスにおいては、シールド工法で用いられている様なシールドスキンプレート、すなわちセグメントをシールドテール内で組み立てるためのシールドスキンプレート、を採用する必然性が乏しい。しかしながら、崩壊性の軟岩から成る地山においては、地山崩落防止用のスキンプレートは、掘削直後の地山崩落の危険を減少し、掘削作業における安全性を向上する、という利点を有している。
【００１０】
この様に、ＴＢＭとしては、構造が簡単でコストを低く抑えることが出来るオープンタイプＴＢＭが最適であるが、オープンタイプＴＢＭは、軟岩部における地山崩落等に対する安全性が不十分である、という問題を有している。また、オープンタイプＴＢＭであってもシールドタイプＴＢＭであっても、推進のための反力を地山から得ている以上、軟岩部でのグリッピングが確実に出来なければならない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した様な従来技術の各種問題点に鑑みて提案されたもので、グリッパーの反力が確実に確保でき、同時にトンネルライナーのエキスパンション施工の施工性が優れ、且つ、オープンタイプＴＢＭであってもシールドタイプＴＢＭと同等の初期地山崩落に対する安全性が確保される様なトンネルの掘削方法及びそのトンネルライナーの提供を目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、伸張したグリッパーをトンネル内壁に押圧して反力を支持した全断面掘削機によってトンネルを掘削し、掘削したトンネル内周に沿って環状にトンネルライナーを配設するトンネル掘削方法において、前記トンネルライナーは、トンネル内周に沿って弯曲しトンネル軸方向に間隔を有して配置された複数の主桁と、該主桁間に介在し且つ主桁外周面に縁部を接合したスキンプレートとが設けられ、前記スキンプレートと前記主桁外周面とは塑性変形が容易な接合部材を介して接合したトンネルライナーが使用され、該トンネルライナーは掘削したトンネル内壁に密着して建て込まれ、前記トンネルライナーにはトンネル左右方向両側にグリッパー部が設けられ、前記掘削機のグリッパーが前記トンネルライナーのグリッパー部におけるスキンプレートを介して地山を押圧して掘削機を推進させ、その際前記接合部材をグリッパーの押圧によって変形させて地山に圧着させるようになっている。
なお、本発明は、オープンタイプＴＢＭを用いた掘削作業に最適である。
【００１４】
また、本発明によれば、伸張したグリッパーをトンネル内壁に押圧して反力を支持した全断面掘削機によってトンネルを掘削し、掘削したトンネル内周に沿って環状にトンネルライナーを配設するトンネル掘削方法において、前記トンネルライナーは、トンネル内周に沿って弯曲しトンネル軸方向に間隔を有して配置された複数の主桁と、該主桁間に介在し且つ主桁外周面に縁部を接合したスキンプレートとが設けられ、そして前記トンネルライナーはヒンジ部とエキスパンション部とを有しており、該トンネルライナーは掘削したトンネル内壁に密着して建て込まれ、前記トンネルライナーにはトンネル左右方向両側にグリッパー部が設けられ、前記掘削機のグリッパーが前記トンネルライナーのグリッパー部におけるスキンプレートを介して地山を押圧して掘削機を推進するようになっている。
【００１５】
さらに本発明によれば、伸張したグリッパーをトンネル内壁に押圧して反力を支持した全断面掘削機によってトンネルを掘削し、掘削したトンネル内周に沿って環状に配設したトンネルライナーを拡幅して地山に圧着するトンネル掘削方法に使用するトンネルライナーにおいて、該トンネルライナーは、トンネル内周に沿って弯曲しトンネル軸方向に間隔を有して並設された複数の主桁と、該主桁間に設けられ且つ主桁外周面に縁部を接合したスキンプレートとを有しており、前記スキンプレートと前記主桁外周面とが変形が容易な接合部材を介して接合しており、そして該トンネルライナーは、トンネル左右方向両側に配設したグリッパーが当接するグリッパー部と、該グリッパー部に接続された一般部とを含み、前記グリッパー部のスキンプレートを介して地山を押圧して掘削機を推進させるため、前記グリッパー部のスキンプレートに前記掘削機のグリッパーが当接する様に構成されている。
【００１７】
そして本発明によれば、伸張したグリッパーをトンネル内壁に押圧して反力を支持した全断面掘削機によってトンネルを掘削し、掘削したトンネル内周に沿って環状に配設したトンネルライナーを拡幅して地山に圧着するトンネル掘削方法に使用するトンネルライナーにおいて、該トンネルライナーは、トンネル内周に沿って弯曲しトンネル軸方向に間隔を有して並設された複数の主桁と、該主桁間に設けられ且つ主桁外周面に縁部を接合したスキンプレートとを有しており、そして該トンネルライナーは、トンネル左右方向両側に配設したグリッパーが当接するグリッパー部と、該グリッパー部に接続された一般部とを含み、さらに前記グリッパー部と前記一般部とを接続するヒンジ部と、前記トンネルライナーを拡幅するためのエキスパンション部とを有しており、前記グリッパー部のスキンプレートを介して地山を押圧して掘削機を推進させるため、前記グリッパー部のスキンプレートに前記掘削機のグリッパーが当接する様に構成されている。
すなわち、本発明は所謂「エキスパンション方式」によるトンネル掘削工法に好適に応用可能である。
【００１９】
上記の様に構成された本発明によれば、全断面掘削機のグリッパーは、前記トンネルライナーの左右方向両側に設けられた部分（グリッパー部）の主桁間のスキンプレートを介して地山に押圧しており、該スキンプレートの全面に亘って地山から確実に反力が支持できる。その一方、トンネルライナーの主桁には荷重がかからず、変形などの不具合を生じることがない。そして、掘削機の直後にトンネルライナーを容易に建て込むことができる。
【００２０】
さらに上記の様に構成された本発明は、主桁外周面に縁部を接合したスキンプレートとを有しており、当該スキンプレートを介して地山を押圧しているので、トンネルライナーによってシールドされた作業空間を作り出し、掘削作業中における地山崩落等に対する安全性が非常に向上している。そして、この様な作用効果によって、地山に対するシールドスキンプレートを有していないオープンタイプＴＢＭの安全性が大きく向上するのである。
【００２１】
また前記スキンプレートは、全断面掘削機のグリッパーで地山に向って押圧されて塑性変形する。ここで本発明において、前記スキンプレートと前記主桁外周面とを、塑性変形が容易な接合部材を介して接合する様に構成すれば、グリッパーを外した後もスキンプレートはそのまま元の形態に戻ること無く保持される。その結果、スキンプレートの塑性変形によるアーチ効果（シェル効果）を作用させ、ライナー耐力が向上する。また、グリッパーの押圧により地山に押し込まれたスキンプレートは、塑性変形により地山に密着して、所謂「ハダ落ち」を防止する。さらに、地山に押し込まれたスキンプレートは、掘削されたトンネル天端部からの地山の崩落によるズリを受け止め、トンネル下方に回り込まない様にするため、トンネル天端部からのズリの量が最小限に抑えられ、地山崩落の可能性も最小限にすることが出来るのである。
【００２２】
【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において、掘削されたトンネルの内周に沿って環状に形成されたトンネルライナー１０は、その左右方向両側に、例えばθ1 ＝８５°のグリッパー部１１（グリッパーが当接する部分）が配設され、その上端部はそれぞれヒンジ１４を介して、例えばθ2 ＝９０°の第１の一般部のピース１２Ａで互いに連結され、下端部には、例えばθ3 ＝３５°の第２の一般部のピース１２Ｂがヒンジ１４を介してそれぞれ連結されている。そして、一方の第２の一般部のピース１２Ｂの一端には、第３の一般部のピース１２Ｃがヒンジ１４を介して連結されており、その第３の一般部のピース１２Ｃの他端と他方の第２の一般部のピース１２Ｂとの間は、エキスパンション部１３が形成されている。
【００２３】
図２ないし図４に示すように、グリッパー部１１には、溝型鋼で形成されトンネル内周に沿って弯曲した２本の主桁２０、２０がトンネル軸方向に間隔をおいて並設され、間隔保持材２３で連結されている。そして、グリッパー部１１の地山Ｅに接する外周面には、スキンプレート２１が設けられ、その軸方向の両縁部は主桁２０、２０の外周面に接合されている。なお、このスキンプレート２１は、スプリングバックしない、塑性変形をしやすい材料を用いるとよい。
【００２４】
図５ないし図７に示す別の実施形態では、スキンプレート２１Ａに、上記実施形態の平板に代え、キーストンプレートを用いている。キーストーンプレートは、図示のようにトンネル軸直角断面において波型に形成され、剛性が高く、平板に比べて板厚を薄くすることができ、軽量化が図れる。なお、キーストーンプレートの波型凹部にはモルタルｍを打設して使用している。
【００２５】
図８で示す本発明の別の形態に係るトンネルライナー１０−Ａは、グリッパー部と一般部とが、スキンプレート２１（図８では、スキンプレート２１を金網状の部材として表示してある）により一体化されている。
【００２６】
次に、図９及び図１０に示すさらに別の実施形態では、主桁外周面２０ａとスキンプレート２１間に塑性変形が容易な接合部材２２を介して接合しており、その接合は、図示のようにねじ止め、あるいは鋲接、その他の接続方法いずれでもよい。図１０に示すように、スキンプレート２１がグリッパーで押圧されると接合部材２２は塑性変形して地山に密接し、グリッパーを外してもそのまま保持されて、ズリの落下等が防止できる。
【００２７】
図１１及び図１２は、図９及び図１０で示した接合部材２２と同様に、塑性変形が容易な接合部材２２Ａを示している。この接合部材２２Ａは、符号２５で示す固着手段により、主桁２０及びスキンプレート２１の両者に接続している。そして接合部材２２には、塑性変形可能な部分２３が設けられている。
図１１及び図１２では図示しないグリッパーにより、スキンプレート２１が地山Ｅ中に押し込まれて密接する方向へ押圧されると、接合部材２２の部分２３はスキンプレート２１と接続しているため地山Ｅ側に引っ張られて、図１１及び図１２の状態では丸まっている部分２３は塑性変形して伸張した状態となるのである。そして、部分２３が丸まっている状態から伸張した状態に塑性変形する際に、主桁２０はその位置を変更することは無い。
【００２８】
図１３及び図１４は、図１１及び図１２で示した接合部材２２Ａの伸張する部分２３に代えて、所謂「ネコ」となった構成を有する接合部材２２Ｂを有している。図１３において、矢印Ｆ１４で示す部分を拡大して示すのが図１４である。図１４において、接合部材２２ＢはＬ字型の切片３０及び３２を有している。接合部材２７によりスキンプレート２１に接続されるＬ字型の切片３０には、複数の貫通孔を連続して形成した長孔３１が形成されている。一方、接合部材２７により主桁２０に接続されるＬ字型の切片３２には締結手段３４が一体的に設けられている。そして、長孔３１を通って締結手段３４の端部を締結部材３６と結合することにより、Ｌ字型の切片３０及び３２は一体化される。
図１３及び図１４では図示しないグリッパーにより、スキンプレート２１が地山Ｅ中に押し込まれて密接する方向へ押圧されると、Ｌ字型の切片３０もスキンプレート２１と共に地山側（図１４の矢印Ｅ側）へ押圧される。その結果、締結部材３４は、当初、長孔３１の例えば符号３１−１で示す位置を介して貫通していたとしても、グリッパーによる押圧後は、例えば符号３１−２で示す位置を介して貫通する様になり、Ｌ字型の切片３０及び３２の相対的な位置が変位する。このＬ字型の切片３０及び３２の相対的な位置変位は、図１１及び図１２で示す接合部材２２Ａの部分２３の塑性変形（伸張変形）に相当するのである。
【００２９】
図１５及び図１６に示す別の実施形態の接合部材２２Ｍは、線材を折り曲げて形成され、その両端部がそれぞれ主桁２０及びスキンプレート２１Ｍに溶接されている。
この実施形態では、線材で形成されているので、変形が容易であり、主桁２０或いはスキンプレート２１Ｍにかかる荷重及びモーメントが軽減される。
また、線材で構成された接合部材２２Ｍが変形することによって、該接合部材２２Ｍとグリッパーとが干渉するおそれがなくなり、好都合である。
【００３０】
次に、図１７ないし図１９を参照し、本発明のトンネル掘削方法について説明する。
図１７に示すように、グリッパー３を伸張して、トンネルライナー１０のスキンプレート２１を介して地山Ｅに押圧し、掘削機１の反力を支持する。次に、カッターヘッド２を回転して掘削し、スラストジャッキ４で押して推進する。そして、掘削機１の後方のＡ部に、新しいトンネルライナー１０を設置、図１に示したエキスパンション部１３を拡幅して建て込む（図１８）。１ストローク掘削したら、グリッパー３を縮めて前進し（図１９）、新しく建て込んだＡ部のトンネルライナーのスキンプレートを介してグリッパー３を地山Ｅに押圧し、以下同様に繰り返して掘削推進する。
【００３１】
以上説明したように本発明によれば、ＴＢＭ１は、トンネルライナー１０の左右方向両側のグリッパー部１１の主桁２０の間に、グリッパー３をスキンプレート２１を介して地山Ｅに押圧しており、確実に反力が支持できる一方、トンネルライナー１０の主桁２０には荷重がかからず、トンネルライナー１０の変形などの不具合を生じることがない。そして、トンネルライナー１０はＴＢＭ１の直後に容易に建て込むことができ、トンネルライナーによるシールド状態を早期に完成することができる。
【００３２】
また、スキンプレート２１は、塑性変形してグリッパー３を外した後もそのまま元にもどることなく保持され、ズリを押さえ続けることができる。すなわち、グリッパー３の押圧により地山Ｅ中へ押し込まれたスキンプレート２１は、塑性変形により地山Ｅに密着して、地山Ｅからの「ハダ落ち」を防止する。さらに、地山Ｅに押し込まれたスキンプレート２１は、トンネル天端部からの地山の崩落によるズリを受け止め、当該ズリがトンネル下方に回り込まない様にする。その結果、トンネル天端部からのズリの量が最小限に抑えられ、地山崩落の可能性も最小限となる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、以上の様に構成されているので以下の効果を奏する。
（１） スキンプレートを介してグリッパーを地山に押圧する結果、グリッパーで大きな面積を押圧することとなり、劣悪な地山に対して確実に反力を支持できる。
（２） トンネルライナーの主桁にはグリッパーによる押圧力が過大に作用することが無いので、主桁の損傷や主桁の座屈等の不具合を生じない。
（３） グリッパー押圧後も、ズリを押さえ続けることができる。
（４） トンネルライナーにグリッパーを押圧する作業は、既にトンネルライナーによる支保を形成してシールド状態となった空間で行われる作業となるので、安全性が極めて向上する。
（５） グリッパーによりスキンプレートを押圧する位置が多少変動しても主桁を損傷することが無いので、施工の自由度が増大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトンネルライナーの全体構成を示す正面図。
【図２】本発明のトンネルライナーのグリッパー部を示す正面図。
【図３】図２の側面図。
【図４】図２の断面図。
【図５】グリッパー部の別の実施形態を示す部分正面図。
【図６】図５の側面図。
【図７】図５の断面図。
【図８】トンネルライナーの他の実施形態を示す斜視図。
【図９】トンネルライナーの別の実施形態を示す断面図。
【図１０】図９の接合部がグリッパー押圧により変形した状態を示す断面図。
【図１１】トンネルライナーの更に別の実施形態を示す断面図。
【図１２】図１１の実施形態の要部を示す部分拡大斜視図。
【図１３】トンネルライナーの更にその他の実施形態を示す断面図。
【図１４】図１３の実施形態の部分拡大斜視図。
【図１５】別の実施形態の接合部によるトンネルライナーを示す斜視図。
【図１６】図１５の接合部の詳細を示す斜視図。
【図１７】グリッパーを伸張した掘削開始状態を示す説明図。
【図１８】ジャッキで推進して掘削している状態を示す説明図。
【図１９】１ストローク掘削してグリッパーを縮め前進した状態を示す説明図。
【図２０】従来のトンネル掘削方法の掘削開始状態を示す断面図。
【図２１】図２０のトンネル軸直角断面図。
【図２２】１ストローク推進しグリッパーを縮めた状態を示す断面図。
【図２３】図２２のトンネル軸直角断面図。
【図２４】グリッパーを前進させた状態を示す断面図。
【図２５】図２４からグリッパーを伸張させた状態のトンネル軸直角断面図。
【符号の説明】
１・・・ＴＢＭマシン（掘削機）
２・・・カッターヘッド
３・・・グリッパー
４・・・スラストジャッキ
１０・・・トンネルライナー
１１・・・グリッパー部
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ・・・一般部のピース
１３・・・エキスパンション部
１４・・・ヒンジ
２０・・・主桁
２１、２１Ａ、２１Ｍ・・・スキンプレート
２２、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｍ・・・接合部材
Ｅ・・・地山
Claims (4)
- 伸張したグリッパーをトンネル内壁に押圧して反力を支持した全断面掘削機によってトンネルを掘削し、掘削したトンネル内周に沿って環状にトンネルライナーを配設するトンネル掘削方法において、前記トンネルライナーは、トンネル内周に沿って弯曲しトンネル軸方向に間隔を有して配置された複数の主桁と、該主桁間に介在し且つ主桁外周面に縁部を接合したスキンプレートとが設けられ、前記スキンプレートと前記主桁外周面とは塑性変形が容易な接合部材を介して接合したトンネルライナーが使用され、該トンネルライナーは掘削したトンネル内壁に密着して建て込まれ、前記トンネルライナーにはトンネル左右方向両側にグリッパー部が設けられ、前記掘削機のグリッパーが前記トンネルライナーのグリッパー部におけるスキンプレートを介して地山を押圧して掘削機を推進させ、その際前記接合部材をグリッパーの押圧によって変形させて地山に圧着させることを特徴とするトンネル掘削方法。
- 伸張したグリッパーをトンネル内壁に押圧して反力を支持した全断面掘削機によってトンネルを掘削し、掘削したトンネル内周に沿って環状にトンネルライナーを配設するトンネル掘削方法において、前記トンネルライナーは、トンネル内周に沿って弯曲しトンネル軸方向に間隔を有して配置された複数の主桁と、該主桁間に介在し且つ主桁外周面に縁部を接合したスキンプレートとが設けられ、そして前記トンネルライナーはヒンジ部とエキスパンション部とを有しており、該トンネルライナーは掘削したトンネル内壁に密着して建て込まれ、前記トンネルライナーにはトンネル左右方向両側にグリッパー部が設けられ、前記掘削機のグリッパーが前記トンネルライナーのグリッパー部におけるスキンプレートを介して地山を押圧して掘削機を推進することを特徴とするトンネル掘削方法。
- 伸張したグリッパーをトンネル内壁に押圧して反力を支持した全断面掘削機によってトンネルを掘削し、掘削したトンネル内周に沿って環状に配設したトンネルライナーを拡幅して地山に圧着するトンネル掘削方法に使用するトンネルライナーにおいて、該トンネルライナーは、トンネル内周に沿って弯曲しトンネル軸方向に間隔を有して並設された複数の主桁と、該主桁間に設けられ且つ主桁外周面に縁部を接合したスキンプレートとを有しており、前記スキンプレートと前記主桁外周面とが変形が容易な接合部材を介して接合しており、そして該トンネルライナーは、トンネル左右方向両側に配設したグリッパーが当接するグリッパー部と、該グリッパー部に接続された一般部とを含み、前記グリッパー部のスキンプレートを介して地山を押圧して掘削機を推進させるため、前記グリッパー部のスキンプレートに前記掘削機のグリッパーが当接する様に構成されていることを特徴とするトンネルライナー。
- 伸張したグリッパーをトンネル内壁に押圧して反力を支持した全断面掘削機によってトンネルを掘削し、掘削したトンネル内周に沿って環状に配設したトンネルライナーを拡幅して地山に圧着するトンネル掘削方法に使用するトンネルライナーにおいて、該トンネルライナーは、トンネル内周に沿って弯曲しトンネル軸方向に間隔を有して並設された複数の主桁と、該主桁間に設けられ且つ主桁外周面に縁部を接合したスキンプレートとを有しており、そして該トンネルライナーは、トンネル左右方向両側に配設したグリッパーが当接するグリッパー部と、該グリッパー部に接続された一般部とを含み、さらに前記グリッパー部と前記一般部とを接続するヒンジ部と、前記トンネルライナーを拡幅するためのエキスパンション部とを有しており、前記グリッパー部のスキンプレートを介して地山を押圧して掘削機を推進させるため、前記グリッパー部のスキンプレートに前記掘削機のグリッパーが当接する様に構成されていることを特徴とするトンネルライナー。
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