JP3963241B2 - Tunnel excavation method and tunnel liner - 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で掘削反力を支持する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と、該掘削方法で好適に使用される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5〜図10で示す様に、
(イ) まず、グリッパー3を左右方向に伸張して掘削機1を地山Eに対して固定する(図6)。
(ロ) そしてカッターヘッド2を回転し、スラストジャッキ4で推進して掘削する(図5)。
(ハ) 1ストローク掘進したら(図7)、グリッパー3を収縮して(図8)グリッパー保持部Gを前進させる(図9)。
(ニ) 再びグリッパー3を伸張して(図10)、次ぎのストロークの掘削に移る。
【0003】
上記方式による工法では、グリッパー3を地山Eに押し付け、グリップすることによって、掘削機1が掘削、進行する際に発生する反力(掘削反力)を支持或いは確保し、スラストジャッキ4で推進している。ここで、地山強度が充分でない場合は、前記掘削反力が確保出来ないので、前記掘削反力をジャッキ及びトンネルライナーによって支持する方式に変更して施工している。
【0004】
しかし、この様に掘削反力をジャッキ及びトンネルライナーで支持する方式に変更するためには、相当の準備時間を要し、施工スピードが遅延するという問題が存在する。それのみならず、当該準備時間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。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたもので、TBMによるトンネル掘削において、地山の状態が悪く、従来のグリッパーでは充分に反力が得られない場合でも、掘削反力をジャッキ及びトンネルライナーで支持する方式に変更すること無く、掘削反力を支持或いは確保することが出来るトンネルの掘削方法と、それに用いられるトンネルライナーの提供を目的としている。
【0006】
【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で掘削反力を支持する掘削機(例えば全断面掘削機)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湾曲しトンネル軸方向に間隔を有して配置した複数の主桁を有し、該主桁間には掘削反力を確保し掘削機を推進するのに十分な補強部材で補強されており、該トンネルライナーを掘削したトンネル内壁に密着して建て込み、前記掘削機のグリッパーをトンネルライナーの主桁間に伸張してグリッパーを掘進方向後側の緩衝材を介して、トンネルライナーの主桁側面に当接し、緩衝材を介してグリッパーに当接した主桁により掘削反力を確保して掘削機を推進するようになっている。
【0007】
又本発明のトンネルライナーは、上記トンネル掘削方法(請求項1の掘削方法)で用いられるトンネルライナーにおいて、トンネル内周に沿って湾曲しトンネル軸方向に間隔を有して配置した複数の主桁を備え、該主桁間には掘削反力を確保し掘削機を推進するのに十分な充填部材が充填されて補強されており、前記掘削機のグリッパーに対向するトンネルライナーの主桁側面には緩衝材が介装されており、以て前記グリッパーが前記主桁間で伸張すると緩衝材を介してトンネルライナーの主桁側面に当接して掘削反力を確保し掘削機を推進する様に構成されている。
そして、この様な本発明のトンネル掘削方法で用いられる本発明のトンネルライナーは、トンネル内周に沿って湾曲しトンネル軸方向に間隔を有して配置した複数の主桁を備え、該主桁間には掘削反力を確保し掘削機を推進するのに十分な補強部材で補強されており、前記掘削機のグリッパーに対向するトンネルライナーの主桁側面には緩衝材が介装されており、以て前記グリッパーが前記主桁間で伸張すると緩衝材を介してトンネルライナーの主桁側面に当接して掘削反力を確保し掘削機を推進する様に構成されている。
【0008】
上述した様な構成を具備する本発明によれば、地山が良好な場合には、グリッパーで地山に押圧することで掘進の反力が確保できる。一方、地山が悪くグリッパー押圧による反力が不足する場合には、トンネルライナーの主桁間にグリッパーを伸張して直接、或いは緩衝材(掘進方向後側の緩衝材)を介して、最先端の主桁側面に当接して、当該主桁により掘削反力を支持するのである。
【0009】
さらに、トンネルライナーの主桁間は充填部材(例えば、主桁間に充填されたコンクリート)が充填され、或いは補強部材が介装されて補強されており、後方に隣接するトンネルライナーの主桁にも掘削反力を伝達する。以下、後方のトンネルライナーに次々反力を伝達すれば、必要な反力が確保できるのである。
【0010】
本発明に実施に際して、グリッパーで主桁を直接或いは緩衝部材を介して押圧する前段階として、当該グリッパーで地山に押圧する際に、地山を直接押圧せずに、トンネルライナーを押圧する様に構成しても良い。この際に、主桁の外周面に縁部を接合し主桁間に介装したスキンプレートを設け、前記グリッパーは該スキンプレートを押圧することにより、地山から掘削反力を得る様に構成することが好ましい。
この様に構成すれば、掘削機(例えば全断面掘削機)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。
さらに、スキンプレートを介して地山を押圧するならば、当該スキンプレートを有する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すので、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する。換言すれば、シールドタイプ以外のTBMの安全性(劣悪な地山に起因する不都合、例えば地山崩落等、に対する安全性)が大きく向上するのである。
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。そして、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。
【0011】
また、トンネルライナーを掘削したトンネル内壁に密着して建て込む際には、所謂「エクスパンション方式」によるのが好ましい。但し、ライナーと掘削されたトンネル内壁との間に裏込用の材料を注入する方式を用いても良い。
【0012】
ここで前記補強部材は、H鋼等の金属製補強部材であっても良いし、コンクリート等を充填したものであっても良い。
補強部材としてコンクリートを充填したものを採用した場合には、コンクリートを充填或いは打設したセグメントは撤去後には産業廃棄物となるので、処理コストが高くなる。これに対して、補強部材として金属製の補強部材を採用したセグメントは、撤去後は産業廃棄物とはならない。そのため、撤去後の処理に関するコストを大幅に低減する事が出来る。
また、金属製の補強部材を採用する場合は、セグメントにコンクリートを吹付ける必要が無いため、粉塵等が発生せず、そのため作業環境(坑内環境)を悪化させる恐れが無い。
さらに金属製の補強部材を採用した場合には、コンクリートを打設する場合に比較して、ジャッキ反力を得る際に(コンクリートの)養生時間を待機する必要が無いので、作業期間を短縮する事が出来る。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、主として図1、図2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が配置され、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。
【0014】
図2にはトンネルライナー10の横断面が示されており、符号11Aは、掘削機のグリッパー3のある位置に配設されたトンネルライナー10のグリッパー部を示し、符号11はその掘進方向後方に隣接するトンネルライナーのグリッパー部である。
【0015】
これらのグリッパー部11、11Aでは、溝型鋼で形成されトンネル内周に沿って湾曲した2本の主桁20、20が、トンネル軸方向に間隔をおき、その溝型断面の開口側を対向して並設され、図示しない間隔保持材で連結されている。そして、前方のグリッパー部11Aには、その両主桁20、20間にグリッパー3が伸張され、そのグリッパー3の後側は緩衝材25を介して後方の主桁20に当接されている。なお、緩衝材25は、主桁20の溝内に嵌まる角型鋼管が適し、グリッパー3と緩衝材25との間にはライナープレートを介装しても良い。
【0016】
また、後方に隣接するグリッパー部11には、その両主桁20、20間にスキンプレート21が、その縁部を両主桁20、20の外周面に接合されて介装されており、そのスキンプレート21は、トンネル内側から押圧されて地山Eに圧着されている。そして、その両主桁20、20間には、前記「充填部材」として、コンクリート26が打設充填されている。
【0017】
なお、前記スキンプレート21は、平鋼板または断面が波型に折り曲げられたキーストーンプレートのいずれでも良く、また、両主桁20、20間には縦リブ等の補強材を介装しても良い。
【0018】
上記のようなトンネルライナー10の構造によって、地山が良好な場合には、グリッパー3をスキンプレート21を介して地山に押圧することで掘進の反力が確保できる。そして、地山が悪くグリッパー3の押圧による反力が不足する場合には、主桁20、20間に伸張されたグリッパー3から緩衝材25を介して主桁20に反力が伝えられ、さらに後方に隣接するトンネルライナー10の主桁20に伝えられ、そのトンネルライナー10の主桁20、20間にはコンクリート26が充填されているので、以下後方のトンネルライナー10に反力が伝達されて必要な反力が確保できる。
【0019】
図3に示す別の実施形態では、グリッパー部11Mは、主桁20、20の外周部間にスキンプレート21Mが介装され、その主桁20とスキンプレート21Mとは、図4に示すように、線材を折り曲げて形成された複数個の接合部材22の両端部が溶接されて接合されている。そして、主桁20、20間には複数の補強部材30が介装されている。
【0020】
掘進時には、グリッパー3でスキンプレート21M部を押圧すると、接合部22が変形して主桁20からスキンプレート21Mが離れて地山を押圧し、掘進反力が確保できる。そして、主桁20、20間は補強部材30を介して反力が伝達される。
【0021】
この実施形態では、前記実施形態のコンクリート打設のものと比べ、仮設セグメントの場合に、撤去後にコンクリートが産業廃棄物となる様なことがなく、また、コンクリート吹き付けの際の粉塵等による坑内環境の悪化がない。さらに、ジャッキ反力をかけるのにコンクリート養生期間を待つ必要がなく、工期を短縮できるというメリットがある。
【0022】
以上、本発明の実施形態をエキスパンション方式のトンネルライナーで説明したが、エキスパンション方式以外のトンネルライナーに適用しても良い。また、地山が良好な場合、グリッパー3はトンネルライナー10(より正確にはスキンプレート21)を押圧しているが、直接地山を押圧することも可能である。
【0023】
【発明の効果】
本発明は、以下に列挙する様な作用効果を奏する。
(1) 地山が良好な場合には、グリッパーをスキンプレートを介して地山に押圧することで掘進の反力が確保できる。
(2) 地山が悪くグリッパー押圧による反力が不足する場合には、トンネルライナー主桁間にグリッパーを伸張して緩衝材を介して主桁に反力を伝え、さらに後方に隣接するトンネルライナーの主桁に伝え、そのトンネルライナーでは充填部材(例えば主桁間に充填されたコンクリート)、あるいは補強部材を介し、以下後方のトンネルライナーに次々反力を伝達し、必要な反力を確保することが出来る。
(3) 複数のグリッパーを有するTBMに対しても、隣接するトンネルライナーの主桁間にそれぞれにグリッパーを伸張当接することで、適用することができる。
(4) 緩衝材を介して主桁に当接するので、構造部材に与える損傷を可能な限り少なく出来る。
【0024】
(5) 補強部材としてH鋼等の金属製補強部材を採用すれば、セグメント撤去後に産業廃棄物とはならないので、撤去後の処理に関するコストを大幅に低減する事が出来る。
(6) 金属製の補強部材を採用すれば、セグメントにコンクリートを吹付ける必要が無いため、粉塵等が発生せず、作業環境を悪化しない。
(7) 金属製の補強部材を採用した場合には、ジャッキ反力を得る際にコンクリート養生時間だけ待機する必要が無く、作業時間を短縮出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で使用するトンネルライナーの一実施形態を示す全体構成図。
【図2】図1のトンネルライナーの横断面図。
【図3】トンネルライナーの別の実施形態を示す斜視図。
【図4】図3の主桁とスキンプレートとの接合部の詳細を示す斜視図。
【図5】従来のトンネル掘削方法の掘削開始状態を示すトンネル断面図。
【図6】図5のトンネル軸直角断面図。
【図7】1ストローク掘進しグリッパーを縮めた状態を示す断面図。
【図8】図7のトンネル軸直角断面図。
【図9】グリッパーを前進させた状態を示す断面図。
【図10】図9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(掘削機)
3・・・グリッパー
10・・・トンネルライナー
11、11A・・・トンネルライナーのグリッパー部
20・・・主桁
21・・・スキンプレート
25・・・緩衝材
26・・・コンクリート[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides a tunnel excavation method in which a tunnel is excavated by a full-section excavator that supports an excavation reaction force with an extended gripper, and a tunnel liner is arranged in an annular shape along the inner circumference of the excavated tunnel, and the excavation method is preferable. It relates to the tunnel liner used.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when a tunnel is excavated by a tunnel boring machine (hereinafter referred to as TBM) which is a full-section excavator, the excavation reaction force is secured by a gripper. The excavation method is as shown in FIGS.
(A) First, the excavator 1 is fixed to the natural ground E by extending the
(B) Then, the
(C) When one stroke is dug (FIG. 7), the
(D) The
[0003]
In the above method, the
[0004]
However, in order to change the excavation reaction force to the method of supporting the excavation reaction force with the jack and the tunnel liner, there is a problem that a considerable preparation time is required and the construction speed is delayed. Not only that, but also the natural ground tightening force increases during the preparation time, which may make it difficult to dig.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been proposed in view of the above-mentioned problems of the prior art, and in tunnel excavation by TBM, even if the ground state is bad and the conventional gripper cannot sufficiently obtain a reaction force, the excavation reaction force It is an object of the present invention to provide a tunnel excavation method and a tunnel liner used for the tunnel excavation method that can support or ensure excavation reaction force without changing to a system in which the jack is supported by a jack and a tunnel liner.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a tunnel excavation method in which a tunnel is excavated by an excavator (for example, full-section excavator) that supports an excavation reaction force with an extended gripper, and a tunnel liner is annularly arranged along the inner circumference of the excavated tunnel. The tunnel liner has a plurality of main girders that are curved along the inner periphery of the tunnel and are arranged at intervals in the tunnel axis direction, and excavation reaction force is secured between the main girders to propel the excavator. The tunnel liner is installed in close contact with the tunnel inner wall where the tunnel liner is excavated, and the gripper of the excavator is extended between the main girders of the tunnel liner to extend the gripper on the rear side in the excavation direction. The excavator is propelled by securing the excavation reaction force by the main girder which is in contact with the side surface of the main girder of the tunnel liner through the buffer material and is in contact with the gripper through the buffer material.
[0007]
The tunnel liner of the present invention is a tunnel liner used in the above tunnel excavation method (excavation method of claim 1), and is a plurality of main girders that are curved along the inner circumference of the tunnel and arranged at intervals in the tunnel axis direction. The main girder is filled and reinforced with sufficient filling members to secure a reaction force for excavation and propel the excavator between the main girders, and on the side of the main girder of the tunnel liner facing the gripper of the excavator Is equipped with cushioning material, so that when the gripper extends between the main girders, it will contact the main girder side surface of the tunnel liner via the cushioning material to ensure excavation reaction force and propel the excavator It is configured.
The tunnel liner of the present invention used in such a tunnel excavation method of the present invention includes a plurality of main girders that are curved along the inner periphery of the tunnel and arranged at intervals in the tunnel axis direction. In between, it is reinforced with a reinforcing member sufficient to secure the excavation reaction force and propel the excavator, and a buffer material is interposed on the side of the main girder of the tunnel liner facing the gripper of the excavator Thus, when the gripper extends between the main girders, the excavator is propelled by abutting against the side face of the main girder of the tunnel liner via a cushioning material to ensure excavation reaction force.
[0008]
According to the present invention having the configuration as described above, when the natural ground is good, the reaction force of the excavation can be ensured by pressing the natural ground with the gripper. On the other hand, if the natural ground is bad and the reaction force due to gripper pressing is insufficient, the gripper is stretched between the main beams of the tunnel liner, directly or via a cushioning material (the cushioning material on the rear side in the digging direction) The main girder is in contact with the main girder and supports the excavation reaction force by the main girder.
[0009]
Further, the space between the main girders of the tunnel liner is filled with a filling member (for example, concrete filled between the main girders) or is reinforced by interposing a reinforcing member. Even transmit the reaction force of excavation. Hereinafter, if the reaction force is transmitted to the rear tunnel liner one after another, the necessary reaction force can be secured.
[0010]
In carrying out the present invention, as a step before pressing the main girder directly or through the buffer member with the gripper, when pressing against the ground with the gripper, the tunnel liner is pressed without directly pressing the ground. You may comprise. At this time, a skin plate having an edge joined to the outer peripheral surface of the main girder and interposed between the main girders is provided, and the gripper is configured to obtain a digging reaction force from the natural ground by pressing the skin plate. It is preferable to do.
If comprised in this way, the gripper of an excavator (for example, full-section excavator) will press on a natural ground via the skin plate between the main girder of the part (gripper part) provided in the left-right direction both sides of the said tunnel liner. Thus, the reaction force can be reliably supported from the natural ground over the entire surface of the skin plate. On the other hand, no load is applied to the main girder of the tunnel liner, and there is no problem such as deformation.
Furthermore, if the ground is pressed through the skin plate, a working space shielded by the tunnel liner having the skin plate is created, so that the safety against the collapse of the ground during excavation work is greatly improved. In other words, the safety of TBMs other than the shield type (safety against inconveniences caused by poor grounds, such as collapse of grounds) is greatly improved.
Further, the skin plate is plastically deformed by being pressed toward the natural ground by a gripper of a full-section excavator. If the skin plate and the outer peripheral surface of the main girder are configured to be joined via a joining member that is easily plastically deformed, the skin plate is maintained without returning to its original form even after the gripper is removed. Is done. As a result, an arch effect (shell effect) due to plastic deformation of the skin plate is applied, and the liner yield strength is improved. Further, the skin plate pushed into the natural ground by the pressing of the gripper is in close contact with the natural ground due to plastic deformation to prevent so-called “slipping”. In addition, the skin plate pushed into the ground receives the slippage caused by the collapse of the ground from the excavated tunnel top, and prevents the slip from the tunnel top to prevent it from going under the tunnel. It can be kept to a minimum, and the possibility of rockfall is minimized.
[0011]
Further, when the tunnel liner is built in close contact with the tunnel inner wall excavated, it is preferable to use a so-called “expansion method”. However, a method of injecting a back-up material between the liner and the excavated tunnel inner wall may be used.
[0012]
Here, the reinforcing member may be a metallic reinforcing member such as H steel, or may be filled with concrete or the like.
When a concrete-filled concrete member is used as the reinforcing member, the concrete-filled or placed segment becomes an industrial waste after removal, which increases the processing cost. On the other hand, a segment that employs a metal reinforcing member as a reinforcing member does not become industrial waste after removal. Therefore, the cost regarding the process after removal can be significantly reduced.
In addition, when a metal reinforcing member is employed, there is no need to spray concrete onto the segment, so dust or the like is not generated, and therefore there is no possibility of deteriorating the working environment (mine environment).
Furthermore, when a metal reinforcing member is used, it is not necessary to wait for the curing time (of the concrete) to obtain the jack reaction force compared with the case of placing concrete, so the work period is shortened. I can do it.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described mainly with reference to FIGS.
In FIG. 1, a
[0014]
FIG. 2 shows a cross section of the
[0015]
In these
[0016]
In addition, a
[0017]
The
[0018]
Due to the structure of the
[0019]
In another embodiment shown in FIG. 3, the
[0020]
At the time of excavation, when the
[0021]
In this embodiment, in the case of a temporary segment, concrete does not become industrial waste after removal in the case of a temporary segment, and the underground environment due to dust or the like during concrete spraying There is no deterioration. Furthermore, there is an advantage that the construction period can be shortened without waiting for the concrete curing period to apply the jack reaction force.
[0022]
As described above, the embodiment of the present invention has been described using the expansion type tunnel liner, but may be applied to tunnel liners other than the expansion type. When the natural ground is good, the
[0023]
【The invention's effect】
The present invention has the following effects.
(1) When the natural ground is good, the reaction force of the excavation can be secured by pressing the gripper against the natural ground via the skin plate.
(2) When the natural ground is bad and the reaction force due to gripper pressing is insufficient, the gripper is extended between the tunnel liner main girders and the reaction force is transmitted to the main girders via the cushioning material, and the tunnel liner adjacent to the rear In the tunnel liner, the reaction force is transmitted to the rear tunnel liner one after another through the filling member (for example, concrete filled between the main girders) or the reinforcing member, and the necessary reaction force is secured. I can do it.
(3) The present invention can also be applied to a TBM having a plurality of grippers by extending and abutting the grippers between the main beams of adjacent tunnel liners.
(4) Since the main girder is contacted via the cushioning material, damage to the structural member can be reduced as much as possible.
[0024]
(5) If a reinforcing member made of metal such as H steel is used as the reinforcing member, it does not become an industrial waste after the segment is removed, so that the cost related to the treatment after the removal can be greatly reduced.
(6) If a metal reinforcing member is adopted, there is no need to spray concrete onto the segment, so dust and the like are not generated and the working environment is not deteriorated.
(7) When a metal reinforcing member is employed, it is not necessary to wait for the concrete curing time when the jack reaction force is obtained, and the working time can be shortened.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of a tunnel liner used in the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the tunnel liner of FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing another embodiment of a tunnel liner.
4 is a perspective view showing details of a joint portion between the main beam and the skin plate of FIG. 3;
FIG. 5 is a cross-sectional view of a tunnel showing a state where excavation is started in a conventional tunnel excavation method.
6 is a cross-sectional view perpendicular to the tunnel axis of FIG. 5;
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which the gripper is shrunk by one stroke.
8 is a cross-sectional view perpendicular to the tunnel axis in FIG. 7;
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state where the gripper is advanced.
10 is a cross-sectional view perpendicular to the tunnel axis with the gripper extended from FIG. 9. FIG.
[Explanation of symbols]
1 ... TBM (Excavator)
3 ...
Claims (3)
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