JP4045479B2 - シールドトンネル工法 - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシールドトンネル工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールドトンネル工法においてたとえばトンネル曲線部でシールド機を急旋回させる際には、旋回のためのクリアランスを確保するために、拡径カッタを用いてシールド機の断面よりも大断面の掘削すなわち余掘りを行う必要がある。そのような余掘りを行う場合、シールド機自身では余掘り部における地山の保持ができないため、余掘り部において地山の崩落が懸念される場合には、その対策として、予め余掘り部を地盤改良しておいて地山強度を増強させておく、余掘り部に対して急結裏込め材を速やかに充填する、余掘り部に設置するセグメントとして袋付きの特殊なセグメントを用いて袋を膨張させることで地山を保持する、といった工法が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、地盤改良による地山増強策では余掘り部の周囲の広範囲にわたって地盤改良を行う必要があり、多大なコストと工期を必要とする。また、急結裏込め材による場合には、旋回が完了しないうちに裏込め材が不用意に固結してしまって旋回に支障をきたす場合があるので、固結のタイミングを確実に制御する必要がある。さらに、袋付きの特殊なセグメントを用いることはシールド機側部の余掘り部の地山保持ができず、また大きなコスト増となるし施工も煩雑となる。
【０００４】
以上のことは、旋回部に対して旋回クリアランスを確保するために余掘りを行う場合のみならず、掘進途中で断面を漸次拡大あるいは縮小させるために余掘りを行う際においても同様であり、シールド機自身では地山を安定に保持することのできない余掘り部に対する地山保持を有効に行い得る手段の開発が必要とされていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記事情に鑑み、請求項１の発明は、シールド機の旋回部あるいはトンネル断面変更部において通常断面よりも大断面の余掘りを行うに際し、流動性を有しかつ地山への非浸透性を有するゲル状の充填材を余掘り部に充填して地山を保持しつつ余掘り部を掘進し、シールド機が余掘り部を通過した後に裏込め材を充填することにより充填材を回収し、充填された裏込め材を硬化させることを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１の発明のシールドトンネル工法において、トンネル断面変更部においてトンネル断面の拡幅を伴う場合、余掘り部を掘進し、断面拡幅時には拡幅量に応じて充填材を回収し、シールド機が余掘り部を通過した後に裏込め材を充填することより充填材を回収し、充填された裏込め材を硬化させることを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１の発明のシールドトンネル工法において、トンネル断面変更部においてトンネル断面の拡幅と縮小を伴う場合、余掘り部を掘進し、断面拡幅時には拡幅量に応じて充填材を回収し、断面縮小時には縮小量に応じて充填材を充填し、シールド機が余掘り部を通過した後に裏込め材を充填することより充填材を回収し、充填された裏込め材を硬化させることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１〜図３に本発明の一実施形態を示す。本実施形態はトンネル曲線部でシールド機１を急旋回させるに際して、旋回部の周囲に対して断面を拡大する余掘りを行い、そのような余掘り部Ａを設けることで旋回クリアランスを確保する場合に適用したものである。
【００１１】
図１は旋回部に達する以前の直線部の掘進を行っている状況を示し、この段階では通常どうりシールド機１により掘進を行い、その後方においてセグメント２を組み立て、その外側に裏込め材３を充填し硬化させていく。
【００１２】
シールド機１が旋回部に達したら、図２に示すように拡径カッタ４を延ばして余掘りを行うが、その際にはシールド機１の内部からゲル状の充填材５を注入口６を通してポンプ（図示せず）によって余掘り部Ａに加圧注入して余掘り部Ａ全体に充填する。充填材５の詳細については後述するが、これは流動性を有するとともに地山への非浸透性を有する（つまり地山へ浸透していかない）特性を有するゲル状のものであって、これを余掘り部Ａに充填することで地山が保持されてその崩落が防止されるものである。また、この充填材５は流動性を維持するものであるので、シールド機の旋回に支障を来すことはないし、後段において容易に回収することができるものである。
【００１３】
上記のように余掘り部Ａに充填した充填材５により余掘り部Ａの地山を安定に保持しつつシールド機１を旋回させ、旋回部を通過したら、図３に示すように通常の直線部の掘進に戻る。そして、組み立てられたセグメント２の内側から余掘り部Ａの前後の位置に注入口７および排出口８を設け、注入口７から余掘り部Ａに対して裏込め材３を加圧注入しつつ、余掘り部Ａ内に充填されていた充填材５を排出口８からセグメント２内に押し出して回収する。そのようにして余掘り部Ａの地山を保持しつつ余掘り部Ａ内を充填材５から裏込め材３に置換すれば、所定時間経過後には直線部と同様に裏込め材３が自ずと硬化する。
【００１４】
上記のシールドトンネル工法によれば、ゲル状の充填材５を余掘り部Ａに充填することで地山を安定に支持して崩落を防止できることはもとより、その充填材５は流動性を維持するものであるから、ポンプによる長距離圧送および余掘り部Ａへの加圧注入を容易に行うことができるし、余掘り部Ａに裏込め材３を加圧注入することで自ずとそこから押し出されてくるので容易に回収することも可能である。勿論、本シールドトンネル工法は、充填材５が従来の急結裏込め材を用いる場合のように不用意に固結してしまうようなことはないからシールド機１の旋回に支障を来すこともなく、従来の地盤改良による工法や、特殊な袋付きのセグメントを用いる場合に比べて施工の簡略化を実現でき、工期短縮と工費削減を図ることができる。
【００１５】
ところで、本実施形態のシールドトンネル工法において採用する充填材５は、流動性を有するとともに少なくとも回収されるまでは流動性を維持するものであること、および地山に対する非浸透性を有するものであることが必要であり、そのような特性を有する充填材として次のものを採用している。
【００１６】
すなわち、本実施形態の充填材５は、水とベントナイトおよびポリアクリルアミド系高分子凝集材のみをゲル状を呈するように配合したものであり、それらの配合比はそれぞれ７７．１〜８５．０重量％、１４．７〜２１．９重量％、０．１〜１．４重量％の範囲内に設定することが好ましく、特に水７９．６９重量％、ベントナイト２０．０５重量％、ポリアクリルアミド系高分子凝集材０．２６重量％とすることが最適な配合比の一例として挙げられる。これらを配合するための操作は適宜で良いが、たとえば水とベントナイトとを高速ミキサーにて１０分間程度攪拌した後、それにポリアクリルアミド系高分子凝集材を添加してさらに低速ミキサーにて２０分間程度攪拌すれば良い。また、ミキサーの形状によっては、１つのミキサーで回転速度を変えることにより、本実施形態の充填材５を１０分程度で配合することができる。
【００１７】
上記配合の充填材５は比重が１．１３程度であるが、その表面に直径５０ｍｍの球体を静置してその沈降（沈み込み）の程度を確認する球体沈降試験によれば、球体の比重が２．４の場合には全体の１／３程度しか沈降せず、球体の比重が３．６の場合でも１／２程度沈降するに留まり、この結果から比重２．７程度である土粒子に対する十分な保持性能を有するものであることが確認できた。
【００１８】
しかも、上記配合の充填材５は、地山に対する十分な保持性能と非浸透性を有し、流動性が長期にわたって安定に維持されるという基本的な特性に加え、加圧による圧縮率が小さい、水に対する分離抵抗性が高い、空洞部への充填性が良い、ポンプによる長距離圧送によっても性状変化が生じない、十分に安価であるといった特性を有し、上記シールドトンネル工法において採用するものとして最適である。
【００１９】
以上で本発明をシールド機の旋回部に適用した場合の一実施形態を説明したが、本発明は旋回部に対して余掘りを行う場合のみならず、掘進途中で断面を拡大あるいは縮小するに際しても同様に適用できるものであり、その実施形態を図４および図５に示す。
【００２０】
図４は断面を拡大する場合の実施形態であり、（ａ）に示すようにシールド機１の先端部が拡幅部に達したら、（ｂ）に示すように拡径カッタ４を延ばし、かつ充填材５を充填して地山保持しつつ掘進を行う。（ｃ）に示すようにシールド機１の後端部が拡幅部に達したら拡幅胴部１０を広げるが、その際には余剰の充填材５を回収する。（ｄ）に示すように充填材５を充填して地山を保持しつつ掘進を続け、所定長の掘進を行ったら掘進を停止し、裏込め材３を充填して充填材５を回収し、裏込め材３を硬化させる。以降は（ｅ）に示すように、充填材５を充填しつつ一定長の掘進を行っては、裏込め材３を充填して充填材５を回収していけば良い。
【００２１】
図５は断面を拡幅した後、再び縮小する場合の実施形態であり、（ｄ）に示す拡幅部の掘進工程までは図４と同様である。この場合も、充填材５を充填しつつ断面拡大部の掘進を行い、シールド機１の先端部が縮小部に達した時点で（ｅ）に示すように拡径カッタ４を格納し、続いて（ｆ）に示すように拡幅胴部１０も格納して通常の掘進に戻り、その際には充填材５を追加充填する。そして、シールド機１の後端部が断面縮小部に達したら、（ｇ）に示すように裏込め材３を充填して充填材５を回収し、裏込め材３を硬化させる。なお、断面拡大部の距離が長い場合には、図３の場合と同様に一定長の掘進ごとに裏込め材３を充填しては充填材５を回収すれば良い。
【００２２】
なお、上記の充填材は、流動性を有し、地山への非浸透性を有するものであるので、上記実施形態のようなシールドトンネル工法に適用して最適であるが、シールドトンネル工法や地山への適用に限らず他の用途にも適用できることはいうまでもない。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１の発明のシールドトンネル工法は、流動性および地山への非浸透性を有するゲル状の充填材を余掘り部に充填して地山を保持しつつ余掘り部を掘進し、シールド機が余掘り部を通過した後に、裏込め材を充填して充填材を回収し、裏込め材を硬化させるので、余掘り部の地山を安定に保持しつつそこでの掘進を支障なく行うことが可能であり、従来の地盤改良による工法や急結裏込め材を用いる工法、特殊な袋付きのセグメントを用いる工法に比べて施工の簡略化を実現でき、工期短縮と工費削減を図ることができる。また、請求項２の発明によれば、トンネル断面の拡幅部における掘削を充填材により地山を安定に保持しつつ行うことができる。請求項３の発明によれば、トンネル断面の拡幅部および縮小部における掘削をいずれも充填材により地山を安定に保持しつつ行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態を示す概要図であって、通常の直線部の掘削を行っている状況を示す図である。
【図２】 同、余掘り部を充填材により保持しつつ余掘りを行っている状況を示す図である。
【図３】 同、余掘り部の充填材を裏込め材に置換している状況を示す図である。
【図４】 本発明の他の実施形態を示す図である。
【図５】 本発明のさらに他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
Ａ 余掘り部
１ シールド機
２ セグメント
３ 裏込め材
４ 拡径カッタ
５ 充填材
６ 注入口
７ 注入口
８ 排出口
１０ 拡幅胴部
【発明の属する技術分野】
本発明はシールドトンネル工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールドトンネル工法においてたとえばトンネル曲線部でシールド機を急旋回させる際には、旋回のためのクリアランスを確保するために、拡径カッタを用いてシールド機の断面よりも大断面の掘削すなわち余掘りを行う必要がある。そのような余掘りを行う場合、シールド機自身では余掘り部における地山の保持ができないため、余掘り部において地山の崩落が懸念される場合には、その対策として、予め余掘り部を地盤改良しておいて地山強度を増強させておく、余掘り部に対して急結裏込め材を速やかに充填する、余掘り部に設置するセグメントとして袋付きの特殊なセグメントを用いて袋を膨張させることで地山を保持する、といった工法が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、地盤改良による地山増強策では余掘り部の周囲の広範囲にわたって地盤改良を行う必要があり、多大なコストと工期を必要とする。また、急結裏込め材による場合には、旋回が完了しないうちに裏込め材が不用意に固結してしまって旋回に支障をきたす場合があるので、固結のタイミングを確実に制御する必要がある。さらに、袋付きの特殊なセグメントを用いることはシールド機側部の余掘り部の地山保持ができず、また大きなコスト増となるし施工も煩雑となる。
【０００４】
以上のことは、旋回部に対して旋回クリアランスを確保するために余掘りを行う場合のみならず、掘進途中で断面を漸次拡大あるいは縮小させるために余掘りを行う際においても同様であり、シールド機自身では地山を安定に保持することのできない余掘り部に対する地山保持を有効に行い得る手段の開発が必要とされていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記事情に鑑み、請求項１の発明は、シールド機の旋回部あるいはトンネル断面変更部において通常断面よりも大断面の余掘りを行うに際し、流動性を有しかつ地山への非浸透性を有するゲル状の充填材を余掘り部に充填して地山を保持しつつ余掘り部を掘進し、シールド機が余掘り部を通過した後に裏込め材を充填することにより充填材を回収し、充填された裏込め材を硬化させることを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１の発明のシールドトンネル工法において、トンネル断面変更部においてトンネル断面の拡幅を伴う場合、余掘り部を掘進し、断面拡幅時には拡幅量に応じて充填材を回収し、シールド機が余掘り部を通過した後に裏込め材を充填することより充填材を回収し、充填された裏込め材を硬化させることを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１の発明のシールドトンネル工法において、トンネル断面変更部においてトンネル断面の拡幅と縮小を伴う場合、余掘り部を掘進し、断面拡幅時には拡幅量に応じて充填材を回収し、断面縮小時には縮小量に応じて充填材を充填し、シールド機が余掘り部を通過した後に裏込め材を充填することより充填材を回収し、充填された裏込め材を硬化させることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１〜図３に本発明の一実施形態を示す。本実施形態はトンネル曲線部でシールド機１を急旋回させるに際して、旋回部の周囲に対して断面を拡大する余掘りを行い、そのような余掘り部Ａを設けることで旋回クリアランスを確保する場合に適用したものである。
【００１１】
図１は旋回部に達する以前の直線部の掘進を行っている状況を示し、この段階では通常どうりシールド機１により掘進を行い、その後方においてセグメント２を組み立て、その外側に裏込め材３を充填し硬化させていく。
【００１２】
シールド機１が旋回部に達したら、図２に示すように拡径カッタ４を延ばして余掘りを行うが、その際にはシールド機１の内部からゲル状の充填材５を注入口６を通してポンプ（図示せず）によって余掘り部Ａに加圧注入して余掘り部Ａ全体に充填する。充填材５の詳細については後述するが、これは流動性を有するとともに地山への非浸透性を有する（つまり地山へ浸透していかない）特性を有するゲル状のものであって、これを余掘り部Ａに充填することで地山が保持されてその崩落が防止されるものである。また、この充填材５は流動性を維持するものであるので、シールド機の旋回に支障を来すことはないし、後段において容易に回収することができるものである。
【００１３】
上記のように余掘り部Ａに充填した充填材５により余掘り部Ａの地山を安定に保持しつつシールド機１を旋回させ、旋回部を通過したら、図３に示すように通常の直線部の掘進に戻る。そして、組み立てられたセグメント２の内側から余掘り部Ａの前後の位置に注入口７および排出口８を設け、注入口７から余掘り部Ａに対して裏込め材３を加圧注入しつつ、余掘り部Ａ内に充填されていた充填材５を排出口８からセグメント２内に押し出して回収する。そのようにして余掘り部Ａの地山を保持しつつ余掘り部Ａ内を充填材５から裏込め材３に置換すれば、所定時間経過後には直線部と同様に裏込め材３が自ずと硬化する。
【００１４】
上記のシールドトンネル工法によれば、ゲル状の充填材５を余掘り部Ａに充填することで地山を安定に支持して崩落を防止できることはもとより、その充填材５は流動性を維持するものであるから、ポンプによる長距離圧送および余掘り部Ａへの加圧注入を容易に行うことができるし、余掘り部Ａに裏込め材３を加圧注入することで自ずとそこから押し出されてくるので容易に回収することも可能である。勿論、本シールドトンネル工法は、充填材５が従来の急結裏込め材を用いる場合のように不用意に固結してしまうようなことはないからシールド機１の旋回に支障を来すこともなく、従来の地盤改良による工法や、特殊な袋付きのセグメントを用いる場合に比べて施工の簡略化を実現でき、工期短縮と工費削減を図ることができる。
【００１５】
ところで、本実施形態のシールドトンネル工法において採用する充填材５は、流動性を有するとともに少なくとも回収されるまでは流動性を維持するものであること、および地山に対する非浸透性を有するものであることが必要であり、そのような特性を有する充填材として次のものを採用している。
【００１６】
すなわち、本実施形態の充填材５は、水とベントナイトおよびポリアクリルアミド系高分子凝集材のみをゲル状を呈するように配合したものであり、それらの配合比はそれぞれ７７．１〜８５．０重量％、１４．７〜２１．９重量％、０．１〜１．４重量％の範囲内に設定することが好ましく、特に水７９．６９重量％、ベントナイト２０．０５重量％、ポリアクリルアミド系高分子凝集材０．２６重量％とすることが最適な配合比の一例として挙げられる。これらを配合するための操作は適宜で良いが、たとえば水とベントナイトとを高速ミキサーにて１０分間程度攪拌した後、それにポリアクリルアミド系高分子凝集材を添加してさらに低速ミキサーにて２０分間程度攪拌すれば良い。また、ミキサーの形状によっては、１つのミキサーで回転速度を変えることにより、本実施形態の充填材５を１０分程度で配合することができる。
【００１７】
上記配合の充填材５は比重が１．１３程度であるが、その表面に直径５０ｍｍの球体を静置してその沈降（沈み込み）の程度を確認する球体沈降試験によれば、球体の比重が２．４の場合には全体の１／３程度しか沈降せず、球体の比重が３．６の場合でも１／２程度沈降するに留まり、この結果から比重２．７程度である土粒子に対する十分な保持性能を有するものであることが確認できた。
【００１８】
しかも、上記配合の充填材５は、地山に対する十分な保持性能と非浸透性を有し、流動性が長期にわたって安定に維持されるという基本的な特性に加え、加圧による圧縮率が小さい、水に対する分離抵抗性が高い、空洞部への充填性が良い、ポンプによる長距離圧送によっても性状変化が生じない、十分に安価であるといった特性を有し、上記シールドトンネル工法において採用するものとして最適である。
【００１９】
以上で本発明をシールド機の旋回部に適用した場合の一実施形態を説明したが、本発明は旋回部に対して余掘りを行う場合のみならず、掘進途中で断面を拡大あるいは縮小するに際しても同様に適用できるものであり、その実施形態を図４および図５に示す。
【００２０】
図４は断面を拡大する場合の実施形態であり、（ａ）に示すようにシールド機１の先端部が拡幅部に達したら、（ｂ）に示すように拡径カッタ４を延ばし、かつ充填材５を充填して地山保持しつつ掘進を行う。（ｃ）に示すようにシールド機１の後端部が拡幅部に達したら拡幅胴部１０を広げるが、その際には余剰の充填材５を回収する。（ｄ）に示すように充填材５を充填して地山を保持しつつ掘進を続け、所定長の掘進を行ったら掘進を停止し、裏込め材３を充填して充填材５を回収し、裏込め材３を硬化させる。以降は（ｅ）に示すように、充填材５を充填しつつ一定長の掘進を行っては、裏込め材３を充填して充填材５を回収していけば良い。
【００２１】
図５は断面を拡幅した後、再び縮小する場合の実施形態であり、（ｄ）に示す拡幅部の掘進工程までは図４と同様である。この場合も、充填材５を充填しつつ断面拡大部の掘進を行い、シールド機１の先端部が縮小部に達した時点で（ｅ）に示すように拡径カッタ４を格納し、続いて（ｆ）に示すように拡幅胴部１０も格納して通常の掘進に戻り、その際には充填材５を追加充填する。そして、シールド機１の後端部が断面縮小部に達したら、（ｇ）に示すように裏込め材３を充填して充填材５を回収し、裏込め材３を硬化させる。なお、断面拡大部の距離が長い場合には、図３の場合と同様に一定長の掘進ごとに裏込め材３を充填しては充填材５を回収すれば良い。
【００２２】
なお、上記の充填材は、流動性を有し、地山への非浸透性を有するものであるので、上記実施形態のようなシールドトンネル工法に適用して最適であるが、シールドトンネル工法や地山への適用に限らず他の用途にも適用できることはいうまでもない。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１の発明のシールドトンネル工法は、流動性および地山への非浸透性を有するゲル状の充填材を余掘り部に充填して地山を保持しつつ余掘り部を掘進し、シールド機が余掘り部を通過した後に、裏込め材を充填して充填材を回収し、裏込め材を硬化させるので、余掘り部の地山を安定に保持しつつそこでの掘進を支障なく行うことが可能であり、従来の地盤改良による工法や急結裏込め材を用いる工法、特殊な袋付きのセグメントを用いる工法に比べて施工の簡略化を実現でき、工期短縮と工費削減を図ることができる。また、請求項２の発明によれば、トンネル断面の拡幅部における掘削を充填材により地山を安定に保持しつつ行うことができる。請求項３の発明によれば、トンネル断面の拡幅部および縮小部における掘削をいずれも充填材により地山を安定に保持しつつ行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態を示す概要図であって、通常の直線部の掘削を行っている状況を示す図である。
【図２】 同、余掘り部を充填材により保持しつつ余掘りを行っている状況を示す図である。
【図３】 同、余掘り部の充填材を裏込め材に置換している状況を示す図である。
【図４】 本発明の他の実施形態を示す図である。
【図５】 本発明のさらに他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
Ａ 余掘り部
１ シールド機
２ セグメント
３ 裏込め材
４ 拡径カッタ
５ 充填材
６ 注入口
７ 注入口
８ 排出口
１０ 拡幅胴部
Claims (3)
- シールド機の旋回部あるいはトンネル断面変更部において通常断面よりも大断面の余掘りを行うに際し、流動性を有しかつ地山への非浸透性を有するゲル状の充填材を余掘り部に充填して地山を保持しつつ余掘り部を掘進し、シールド機が余掘り部を通過した後に裏込め材を充填することにより充填材を回収し、充填された裏込め材を硬化させることを特徴とするシールドトンネル工法。
- 請求項１記載のシールドトンネル工法において、トンネル断面変更部においてトンネル断面の拡幅を伴う場合、余掘り部を掘進し、断面拡幅時には拡幅量に応じて充填材を回収し、シールド機が余掘り部を通過した後に裏込め材を充填することより充填材を回収し、充填された裏込め材を硬化させることを特徴とするシールドトンネル工法。
- 請求項１記載のシールドトンネル工法において、トンネル断面変更部においてトンネル断面の拡幅と縮小を伴う場合、余掘り部を掘進し、断面拡幅時には拡幅量に応じて充填材を回収し、断面縮小時には縮小量に応じて充填材を充填し、シールド機が余掘り部を通過した後に裏込め材を充填することより充填材を回収し、充填された裏込め材を硬化させることを特徴とするシールドトンネル工法。
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| JP2001342511A JP4045479B2 (ja) | 2001-11-07 | 2001-11-07 | シールドトンネル工法 |
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|---|---|---|---|
| JP2001342511A JP4045479B2 (ja) | 2001-11-07 | 2001-11-07 | シールドトンネル工法 |
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| JP2003138877A JP2003138877A (ja) | 2003-05-14 |
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| JP4752017B2 (ja) * | 2007-06-29 | 2011-08-17 | 清水建設株式会社 | 撤去シールド及びこれを用いたトンネル撤去方法 |
| CN110792452B (zh) * | 2019-11-15 | 2021-08-06 | 伍永伶 | 一种适用于风积沙地层的隧道组合支护结构 |
| CN111764924B (zh) * | 2020-06-29 | 2022-02-22 | 中铁隆工程集团有限公司 | 一种下穿斜交的既有隧道开挖支护的施工方法 |
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2001
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