JP5513559B2 - トンネル掘削方法 - Google Patents

Description

本発明は、互いに交差するトンネルを掘削するトンネル掘削方法に関する。

従来より、機械前面にカッタを含むカッタヘッドと、機械後方における左右側面に設けられたグリッパとを備えた掘削機を用いて、トンネルの掘削が行われている。
この掘削機は、左右のグリッパをトンネル左右側壁に対して押し付けた状態で、カッタヘッドを回転させながら切羽に押し付けて、トンネルを掘削していく。

例えば、特許文献１には、このような掘削機を用いて、トンネルの分岐部分を掘削していく工程を含むシールドトンネルの分岐・接合部の施工方法について開示されている。

特開平３−５６００号公報（平成３年１月１１日公開）

しかしながら、上記従来のシールドトンネルの分岐・接合部の施工方法では、以下に示すような問題点を有している。
すなわち、上記公報に開示されたトンネル掘削方法では、分岐・接合区間を掘削する際に、掘削機を何度も前後に移動させながら分岐・接合区間を掘削していくため、非常に面倒であり、施工効率が低いという問題がある。

本発明の課題は、トンネルの分岐部分を効率よく掘削することが可能なトンネル掘削方法を提供することにある。

第１の発明に係るトンネル掘削方法は、側壁に対してグリッパを押し付けた状態でカッタヘッドを回転させて掘削を行う掘削機を用いてトンネルの掘削を行うトンネル掘削方法であって、第１掘削工程と、第２掘削工程と、を備えている。第１掘削工程は、互いに略平行な３本以上の第１トンネルを掘削する。第２掘削工程は、第１トンネルに交差する第２トンネルを掘削する。

ここでは、互いに略平行な３本以上の第１トンネルを掘削した後、第１トンネルに対して交差する第２トンネルを掘削していく。
これにより、互いに略平行な３本以上の第１トンネルを掘削した後、第１トンネルに対して交差する第２トンネルを掘削していくことで、ほぼ直線状の掘削のみで、第１トンネルの分岐として第２トンネルを掘削することができる。よって、従来のトンネル掘削方法と比較して、直線状の掘削部分がほとんどになるため、掘削作業の効率を向上させることができる。

第２の発明に係るトンネル掘削方法は、第１の発明に係るトンネル掘削方法であって、第２掘削工程では、第１・第２トンネルの交差部分における第１トンネル側に、第２トンネルの側壁の一部となる代替面を形成する反力受け部を備えたトンネル掘削補助装置を配置する。

ここでは、左右のグリッパをトンネル左右側壁に対して押し付けた状態で掘削を行う掘削機を用いて、既設の第１トンネルと新たに掘削する第２トンネルとの交差部分の掘削をスムーズに行うために、既設の第１トンネル側に、第２トンネルの側壁の一部となる代替面を形成する反力受け部を備えたトンネル掘削補助装置を設置する。

これにより、既設の第１トンネルと交際する部分に生じる第２トンネルとしての側壁のない場所を、反力受け部の代替面によって塞ぐことができる。このため、側壁からの反力を受けながら掘削していく従来の掘削機を用いて、第１・第２トンネルの交差部分を掘削していくことができる。

第３の発明に係るトンネル掘削方法は、第２の発明に係るトンネル掘削方法であって、第２掘削工程において第１・第２トンネルの交差部分を掘削後、トンネル掘削補助装置を、別の第１・第２トンネルの交差部分へ移動させる移動工程を、さらに備えている。

ここでは、複数の第１・第２トンネルの交差部分がある場合において、トンネル掘削補助装置を各交差部分へ移動させる。
これにより、例えば、第１・第２トンネルの交差部分が複数有る場合でも、交差部分へ効率よくトンネル掘削補助装置を移動させて、効率よく交差部分の掘削を実施することができる。

第４の発明に係るトンネル掘削方法は、第１から第３の発明のいずれか１つに係るトンネル掘削方法であって、第１掘削工程では、第１トンネルを屈曲させる部分における屈曲部分の外側の側壁の一部となる代替面を形成するコーナー反力受け部を備えたトンネル掘削補助装置を配置する。

ここでは、第１トンネルの屈曲部分を掘削する際に、屈曲する外側の位置に、掘削機の反力を受け止める反力受け部を備えたトンネル掘削補助装置を設置する。
これにより、第１トンネルの屈曲する部分を掘削していく際にも、掘削機を前進させながら掘削していくことができる。

第５の発明に係るトンネル掘削方法は、側壁に対してグリッパを押し付けた状態でカッタヘッドを回転させて掘削を行う掘削機を用いてトンネルの掘削を行うトンネル掘削方法であって、第１掘削工程と、準備工程と、移設工程と、第２掘削工程と、を備える。

第１掘削工程は、第１トンネルを掘削する。第１トンネルと交差する第２トンネルの掘削が予定される。準備工程は、第１トンネルと第２トンネルの交差予定部分における第２トンネルの側壁の一部となる代替面を準備する。移設工程は、代替面を第１トンネルの交差予定部分に移設させ、第２トンネルの側壁の一部とする。第２掘削工程は、第２トンネルを掘削する工程で、交差予定部分では代替面にグリッパを押し付けて掘削する。

これにより、代替面をトンネル内で施工する必要が無いので、１つのトンネルに対して交差するトンネルを、従来より容易に施工することができる。

第６の発明に係るトンネル掘削方法は、第５の発明に係るトンネル掘削方法であって、第１トンネルが、少なくとも３つの互いに略平行な部位を含む。
ここでは、第１トンネルと第２トンネルの交差部分が複数存在する。本発明では、代替面が移動するので、交差部分の掘削が増えるほど、従来の掘削方法に比べて、施工効率を向上させることができる。

第７の発明に係るトンネル掘削方法は、第６の発明に係るトンネル掘削方法であって、第１トンネルの略平行な部位が湾曲部により連結されており、連続するトンネルとされている。

これにより、第１トンネル掘削が掘削機の前進のみによって可能となるため、施工効率を向上させることができる。

第８の発明に係るトンネル掘削方法は、第５の発明に係るトンネル掘削方法であって、第２トンネルが、少なくとも３つの互いに略平行な部位を含む。
ここでは、第１トンネルと第２トンネルの交差部分が複数存在する。本発明では、代替面が移動するので、交差部分の掘削が増えるほど、従来の掘削方法に比べて、施工効率を向上させることができる。

第９の発明に係るトンネル掘削方法は、第８の発明に係るトンネル掘削方法であって、第２トンネルの略平行な部位が湾曲部により連結されており、連続するトンネルとされている。

これにより、第２トンネル掘削が掘削機の前進のみによって可能となり、更に、複数の交差部分の掘削において、代替面の移動が少ないので、施工効率を向上させることができる。

本発明に係るトンネル掘削方法によれば、トンネルの分岐部分、特に、交差部分を効率よく掘削することができる。

本発明の一実施形態に係るトンネル掘削補助装置を用いたトンネル掘削方法において使用される掘削機の構成を示す側面図。 図１の掘削機と本実施形態のトンネル掘削補助装置とを用いてトンネル掘削を行う状態を示す断面図。 （ａ）は、図２のトンネル掘削補助装置のトンネル内に設置された状態を示す平面図。（ｂ）は、その後端側の断面図。（ｃ）は、その側面図。（ｄ）は、その前側断面図。 （ａ），（ｂ）は、図２のトンネル掘削補助装置をトンネル内に設置した状態を示す平面図および斜視図。 （ａ）は、図２のトンネル掘削補助装置のトンネル内で移動可能な状態を示す平面図。（ｂ）は、その後端側の断面図。（ｃ）は、その側面図。（ｄ）は、その前側断面図。 （ａ），（ｂ）は、図２のトンネル掘削補助装置をトンネル内で移動可能とした状態を示す平面図および斜視図。 （ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るトンネル掘削方法によるトンネル掘削の手順を示す図。 （ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るトンネル掘削方法によるトンネル掘削の手順を示す図。 （ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るトンネル掘削方法によるトンネル掘削の手順を示す図。 （ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るトンネル掘削方法によるトンネル掘削の手順を示す図。 本発明の他の実施形態に係るトンネル掘削補助装置の内部構成を示す断面図。 （ａ），（ｂ）は、図１１のトンネル掘削補助装置の反力受け部の角度を調節する機構について説明する図。 本発明のさらに他の実施形態に係るトンネル掘削補助装置の構成を示す側面図。 本発明の他の実施形態に係るトンネル掘削方法を示す説明図。

本発明の一実施形態に係るトンネル掘削補助装置およびこれを用いたトンネル掘削方法について、図１〜図１０（ｂ）を用いて説明すれば以下の通りである。
なお、本実施形態において登場する掘削機１０（図１等）は、ＴＢＭ（トンネルボーリングマシン）のうち、いわゆるグリッパＴＢＭ、ハードロックＴＢＭと呼ばれるものである。また、本実施形態では、掘削機１０によって掘削されるトンネル（第１・第２トンネルＴ１，Ｔ２）は、図４（ｂ）に示すように、ともに断面が略円形のトンネルである。なお、本発明によるトンネルの断面形状は円形に限らず、楕円形、複円形、馬蹄形などであってもよい。

（掘削機１０の構成）
本実施形態では、図１に示す掘削機１０を用いて、第１・第２トンネルＴ１，Ｔ２（図２等参照）の掘削を行う。なお、本実施形態で説明する掘削機１０は、グリッパによって後方支持された状態でカッタヘッドを回転させて掘削を行う一般的な構成を備えた掘削機である。

掘削機１０は、岩盤等を掘削しながら前進してトンネルの掘削工事を行う装置であって、図１に示すように、カッタヘッド１１、グリッパ１２ａ、およびスラストジャッキ１３を備えている。

カッタヘッド１１は、図１に示すように、掘削機１０の先端側に配置されており、略円形のトンネルの中心軸を回転中心として回転することで、先端側表面に設けられた複数のディスクカッタ１１ａによって岩盤等を掘削する。また、カッタヘッド１１は、ディスクカッタ１１ａによって細かく砕かれた岩盤や岩石等を、表面に形成された開口部（図示せず）から内部に取り込む。

グリッパ搭載部１２は、図１に示すように、掘削機１０の後側に配置されており、掘削機１０の後胴部を構成する。グリッパ搭載部１２の幅方向両側部には、グリッパ１２ａが設けられている。グリッパ１２ａは、図２に示すように、掘削中の第２トンネルＴ２の側壁Ｔ２ａに対して押し付けられることで、掘削機１０を第２トンネルＴ２内において支持する。

スラストジャッキ１３は、図１に示すように、掘削機１０の中程に配置されており、掘削機１０の中胴部を構成する。また、スラストジャッキ１３は、カッタヘッド１１とグリッパ１２ａとの間において伸縮させることで、第２トンネルＴ２を掘削しながら掘削機１０を少しずつ前進させていく。

サポート部１４は、図１に示すように、カッタヘッド１１とスラストジャッキ１３との間に配置されており、カッタヘッド１１とともに掘削機１０の前胴部を構成する。また、サポート部１４は、第２トンネルＴ２内において掘削機１０の前胴部を支持する。

掘削機１０は、以上の構成により、グリッパ１２ａが第２トンネルＴ２の側壁Ｔ２ａに対して圧接されることで、第２トンネルＴ２内において移動しないように保持された状態で、先端側のカッタヘッド１１を回転させながら、スラストジャッキ１３を伸ばしてカッタヘッド１１を切羽に押し付けることで岩盤等を掘削し前進させる。このときに、掘削機１０では、細かく砕かれた岩石等を図示しないベルトコンベア等を用いて後方へと運搬する。このようにして、第２トンネルＴ２（図２参照）を掘り進んでいくことができる。

つまり、掘削機１０では、掘削を行うカッタヘッド１１よりも後方に配置されたグリッパ１２ａが、掘削中の第２トンネルＴ２の側壁Ｔ２ａに対して押し付けられた状態となることが、第２トンネルＴ２を掘削していくための条件となる。

（トンネル掘削補助装置２０の構成）
本実施形態に係るトンネル掘削補助装置２０は、図２に示すように、既設の第１トンネルＴ１に対して、これに交差する第２トンネルＴ２を掘削していく際に、第１・第２トンネルＴ１・Ｔ２の交差部分における第１トンネルＴ１側に設置されている。そして、トンネル掘削補助装置２０は、第１・第２トンネルＴ１，Ｔ２の交差部分において、第２トンネルＴ２を両側面から挟み込むように、第１トンネルＴ１内に２つ設置されている。

ここで、トンネル掘削補助装置２０は、第２トンネルＴ２を掘削していく際に、第１トンネルＴ１における第２トンネルＴ２との交差部分に形成される側壁Ｔ２ａのない部分に、側壁Ｔ２ａの代わりの面となる代替面を形成する。
より詳細には、トンネル掘削補助装置２０は、図２に示すように、反力受け部２１と、第１・第２分割部２２，２３と、を備えている。

（反力受け部２１）
反力受け部２１は、第１・第２トンネルＴ１，Ｔ２の交差部分に生じる第２トンネルＴ２の側壁がない部分に代替面を形成するために、既設の第１トンネルＴ１側に設けられている。そして、反力受け部２１は、図２に示すように、トンネル掘削補助装置２０の先頭に配置されており、ジャッキ２１ａ、反力受け面（代替面）２１ｂ、走行輪（走行部）２１ｃ、および被切削部２１ｄを有している。

ジャッキ２１ａは、第２トンネルＴ２の掘削時において、第１・第２トンネルＴ１，Ｔ２の交差部分に形成される第２トンネルＴ２の側壁Ｔ２ａのない部分に、側壁Ｔ２ａの代替面として反力受け面２１ｂを配置するために、第１トンネルＴ１の側壁Ｔ１ａに対して進退自在に設けられている。また、ジャッキ２１ａは、図３（ｄ）に示すように、反力受け部２１の側面に縦に２つ並んで配置されている。

つまり、ジャッキ２１ａは、トンネル掘削補助装置２０が第１・第２トンネルＴ１，Ｔ２の交差部分に設置された際には、図３（ａ）および図４（ａ）等に示すように、掘削機１０によって掘削中の第２トンネルＴ２の側壁Ｔ２ａの一部となるように、反力受け面２１ｂを所定の進出位置まで移動させる。

一方、新たな第１・第２トンネルＴ１，Ｔ２の交差部分にトンネル掘削補助装置２０を配置するために、トンネル掘削補助装置２０が第１トンネルＴ１内を移動する際には、図５（ａ）、図６（ａ）等に示すように、ジャッキ２１ａを所定の退避位置まで移動させる。

反力受け面２１ｂは、ジャッキ２１ａによって進退自在な状態で反力受け部２１に設けられており、所定の進出位置に移動した際に、掘削中の第２トンネルＴ２の側壁Ｔ２ａの一部を構成する。

走行輪２１ｃは、トンネル内において反力受け部２１（トンネル掘削補助装置２０）の走行を可能とするために、図３（ａ）に示すように、第１トンネルＴ１の底面に対して４つ設けられている。

被切削部２１ｄは、反力受け面２１ｂの表面に、所望の厚さになるようにコンクリート等を吹きつけて形成されている。被切削部２１ｄは、第２トンネルＴ２を掘削していく際に、掘削機１０によって一部が削られることで、第２トンネルＴ２の側壁Ｔ２ａとほぼ同じ形状の代替面を容易に形成することができる。
これにより、反力受け面２１ｂの形状、あるいは反力受け面２１ｂの角度を、第２トンネルＴ２の側壁Ｔ２ａの形状に正確に一致させる必要がない。

（第１分割部２２）
第１分割部２２は、トンネル掘削補助装置２０を第１トンネルＴ１内において支持するために設けられており、図２に示すように、反力受け部２１の後部に連結されている。第１分割部２２は、図３（ａ）に示すように、サポートジャッキ（支持部）２２ａ、サポートジャッキ（支持部）２２ｂ、および走行輪２２ｃを有している。なお、本実施形態では、反力受け部２１と第１分割部２２とは連結されているが、連結させずにトンネル施工時に反力受け部２１と第１分割部２２とを当接させてもよい。

サポートジャッキ２２ａは、トンネル掘削補助装置２０が設置された第１トンネルＴ１内において、第１トンネルＴ１の側壁Ｔ１ａに対して進退可能な状態で設けられている。
サポートジャッキ２２ｂは、サポートジャッキ２２ａの反対側の側面に設けられており、サポートジャッキ２２ａと同様に、第１トンネルＴ１の側壁Ｔ１ａに対して進退可能な状態で設けられている。

つまり、サポートジャッキ２２ａ，２２ｂは、図２および図３（ａ）等に示すように、第１トンネルＴ１内においてトンネル掘削補助装置２０を固定する際に、どちらか一方の側面から進出位置まで移動することで、第１分割部２２の他方の面を第１トンネルＴ１の側壁Ｔ１ａに対して押し付けることができる。これにより、第１分割部２２は、第１トンネルＴ１内において移動不能な状態で保持される。

走行輪２２ｃは、トンネル内において第１分割部２２（トンネル掘削補助装置２０）の走行を可能とするために、図３（ａ）に示すように、第１トンネルＴ１の底面に対して４つ設けられている。

（第２分割部２３）
第２分割部２３は、第１分割部２２と同様に、トンネル掘削補助装置２０を第１トンネルＴ１内において支持するために設けられており、図２に示すように、第１分割部２２の後部に連結されている。第２分割部２３は、図３（ａ）に示すように、サポートジャッキ（支持部）２２ａ、サポートジャッキ（支持部）２２ｂ、走行輪２２ｃ、および連結部２３ｄを有している。

サポートジャッキ２３ａは、トンネル掘削補助装置２０が設置された第１トンネルＴ１内において、第１トンネルＴ１の側壁Ｔ１ａに対して進退可能な状態で設けられている。また、サポートジャッキ２３ａは、図３（ｂ）に示すように、第２分割部２３の側面に縦に２つ並んで配置されている。

サポートジャッキ２３ｂは、サポートジャッキ２３ａの反対側の側面に設けられており、サポートジャッキ２３ａと同様に、第１トンネルＴ１の側壁Ｔ１ａに対して進退可能な状態で設けられている。また、サポートジャッキ２３ｂは、サポートジャッキ２３ａと同様に、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すように、第２分割部２３におけるサポートジャッキ２３ａとは反対側の側面に縦に２つ並んで配置されている。

つまり、サポートジャッキ２３ａ，２３ｂは、図２および図３（ａ）等に示すように、第１トンネルＴ１内においてトンネル掘削補助装置２０を固定する際に、どちらか一方の側面から進出位置まで移動することで、第２分割部２３の他方の面を第１トンネルＴ１の側壁Ｔ１ａに対して押し付けることができる。これにより、第２分割部２３は、第１トンネルＴ１内において移動不能な状態で保持される。

走行輪２３ｃは、トンネル内において第２分割部２３（トンネル掘削補助装置２０）の走行を可能とするために、図３（ａ）に示すように、第１トンネルＴ１の底面に対して４つ設けられている。
連結部２３ｄは、第２分割部２３における後端面に設けられており、図示しない牽引車とトンネル掘削補助装置２０とを連結させる。

＜本トンネル掘削補助装置２０の固定状態＞
本実施形態のトンネル掘削補助装置２０は、上述した通り、既設の第１トンネルＴ１に対して交差する第２トンネルＴ２を掘削していく際に、第２トンネルＴ２の側壁の代替面を設けるために、第１トンネルＴ１側に配置されている。

ここで、掘削機１０によって第２トンネルＴ２を掘削する際には、グリッパ１２ａを第２トンネルＴ２の側壁Ｔ２ａに押し付けながら掘削していくため、トンネル掘削補助装置２０によって設置される側壁Ｔ２ａの代替面には、グリッパ１２ａから大きな圧力が付与される。よって、トンネル掘削補助装置２０は、既設の第１トンネルＴ１内においてグリッパ１２ａの圧力を受け止める必要がある。

そこで、本実施形態のトンネル掘削補助装置２０では、掘削機１０のグリッパ１２ａによって圧力が付与された場合に第１トンネルＴ１内において移動してしまうことのないように、図３および図４に示すように、第１・第２分割部２２，２３の一方の側面からサポートジャッキ２２ｂ，２３ｂを突出させている。

なお、本実施形態では、このように第１・第２分割部２２，２３の幅方向の一方のサポートジャッキを伸ばすことにより、第１・第２分割部２２，２３はトンネル側壁に対し固定されるが、幅方向双方のサポートジャッキを伸ばして固定してもよい。

これにより、図４（ａ）に示すように、第１・第２分割部２２，２３は第１トンネルＴ１の側壁Ｔ１ａに対して一方の側面が押し付けられた状態となる。このため、第２トンネルＴ２を掘削中の掘削機１０のグリッパ１２ａから反力受け部２１の反力受け面２１ｂに対して圧力が付与された場合でも、トンネル掘削補助装置２０全体を第１トンネルＴ１内において移動しないように保持することができる。

＜本トンネル掘削補助装置２０の移動可能状態＞
一方、トンネル掘削補助装置２０は、例えば、第１・第２トンネルＴ１，Ｔ２の交差部分が複数ある掘削工事を行う場合等において、各交差部分に第２トンネルＴ２の側壁Ｔ２ａの代替面を設置する際には、図５および図６に示すように、第１・第２分割部２２，２３の一方の側面から突出させていたサポートジャッキ２２ｂ，２３ｂを退避位置まで移動させる。

ここで、トンネル掘削補助装置２０は、図５（ｃ）等に示すように、反力受け部２１、第１・第２分割部２２，２３の底面に走行輪２１ｃ，２２ｃ，２３ｃをそれぞれ有している。

これにより、図示しない牽引車と第２分割部２３の連結部２３ｄとを連結させることで、牽引車によってスムーズに牽引されて第１・第２トンネルＴ１，Ｔ２内を移動することができる。

なお、本実施形態では、このように底面の走行輪２１ｃ，２２ｃ，２３ｃの転がりによって装置をトンネル内で移動させているが、装置底面にそりを設け、滑りにより移動させてもよい。

さらに、新たな第１・第２トンネルＴ１，Ｔ２の交差部分まで、トンネル掘削補助装置２０をスムーズに移動させるためには、屈曲したカーブの部分等を通過させる必要がある。

そこで、本実施形態のトンネル掘削補助装置２０では、図５（ｃ）に示すように、反力受け部２１および第１・第２分割部２２，２３を互いに分割して移動することができる。また、トンネル掘削補助装置２０を、複数のブロック（反力受け部２１および第１・第２分割部２２，２３）に分割した構造を採用したことで、屈曲したカーブの部分等を通過しやすいという効果を得ることもできる。

＜本トンネル掘削補助装置２０による効果＞
（１）
本実施形態のトンネル掘削補助装置２０は、図２に示すように、側壁Ｔ２ａに対してグリッパ１２ａを押し付けた状態で掘削を行う掘削機１０を用いて既設の第１トンネルＴ１に交差する第２トンネルＴ２の掘削を行う際に、第１トンネルＴ１側に配置される。そして、トンネル掘削補助装置２０は、第２トンネルＴ２の側壁Ｔ２ａが存在しない第１・第２トンネルＴ１，Ｔ２の交差部分に代替面となる反力受け面２１ｂを含む反力受け部２１と、反力受け部２１を第１トンネルＴ１内において移動しないように保持するサポートジャッキ２２ａ，２２ｂ、サポートジャッキ２３ａ，２３ｂを含む第１・第２分割部２２，２３を備えている。

これにより、第１・第２トンネルＴ１，Ｔ２の交差部分には、第２トンネルＴ２の側壁Ｔ２ａの代替面となる反力受け面２１ｂを設置することができる。よって、互いに交差する第１・第２トンネルＴ１，Ｔ２の交差部分における掘削機１０を用いた掘削作業を、従来よりも円滑に実施することができる。この結果、互いに交際する第１・第２トンネルＴ１，Ｔ２を掘削する場合でも、トンネル掘削作業の工事に要する期間を従来よりも短縮することができる。

（２）
本実施形態のトンネル掘削補助装置２０は、トンネル掘削補助装置２０を構成する反力受け部２１および第１・第２分割部２２，２３には、全て走行輪２１ｃ，２２ｃ，２３ｃが設けられている。このため、トンネル掘削補助装置２０は、図示しない牽引車によって牽引されることで、第１・第２トンネルＴ１，Ｔ２内を自由に移動させることができる。

（３）
本実施形態のトンネル掘削補助装置２０は、上述したように、反力受け部２１および第１・第２分割部２２，２３という３つに分割された状態で構成されている。

これにより、分割構造を採用していることで、第１・第２トンネルＴ１，Ｔ２を含むトンネルのカーブの部分においても、トンネル掘削補助装置２０を通過させることができる。

また、カーブの移動を可能にしながら、装置を長くできるので、支持部のトンネル側壁に対する面圧を下げることができる。さらに、反力受け部２１と第１・第２分割部２２，２３とが分離されているので、反力受け部２１のみを変更することにより、交差角の異なるトンネル施工が可能となる。

（４）
本実施形態のトンネル掘削補助装置２０は、反力受け部２１における第２トンネルＴ２に面する部分に、所定の厚み以上になるようにコンクリート等を吹き付けて形成された被切削部２１ｄを備えている。

これにより、第２トンネルＴ２を掘削機１０によって掘削していく場合には、掘削機１０の先端のカッタヘッド１１によって被切削部２１ｄの一部が第２トンネルＴ２の側壁Ｔ２ａの形状とほぼ同等の形状になるように切削される。よって、その後、掘削機１０が前進した際に、グリッパ１２ａは第２トンネルＴ２の側壁Ｔ２ａと同様の状態で、反力受け面２１ｂにおいてグリッパ１２ａを当接させることができる。よって、第２トンネルＴ２の側壁Ｔ２ａの形状に合わせて、反力受け面２１ｂの形状を形成する、あるいは反力受け面２１ｂの角度調整を正確に行う等の配慮が不要となる。

＜トンネル掘削方法＞
本実施形態に係るトンネルの掘削方法について、図７（ａ）〜図１０（ｂ）を用いて説明すれば以下の通りである。

すなわち、本実施形態では、上述した掘削機１０およびトンネル掘削補助装置２０を用いて、以下のような手順によってトンネルの掘削を行う。
まず、図７（ａ）に示すように、ステップＳ１では、既設の２本トンネルＴ０から、互いに略平行な３本の第１トンネルＴ１を掘削していくために、第１掘削線Ｌ１が設定される。

次に、図７（ｂ）に示すように、ステップＳ２では、掘削機１０は後方にバックアップトレーラ１５を従えて、既設のトンネルＴ０と第１トンネルＴ１へと分岐していく位置まで牽引車によって掘削機１０を移動させていく。

このとき、既設のトンネルＴ０から第１トンネルＴ１へ分岐する部分には、コーナー用反力受け部３０が設置されている。これにより、第１トンネルＴ１へ分岐する屈曲部分においても、掘削機１０は、グリッパ１２ａをコーナー用反力受け部３０に当接させながら第１トンネルＴ１の掘削を進めていくことができる。

ここで、コーナー用反力受け部３０の反力受け面は、第１トンネルＴ１の側壁Ｔ１ａと同様の形状を有していることが好ましい。あるいは、上述したトンネル掘削補助装置２０の反力受け面２１ｂのように、表面に被掘削部２１ｄを設け、掘削機１０によって掘削されながらグリッパ１２ａが当接しやすい形状としてもよい。

次に、図８（ａ）に示すように、ステップＳ３では、第１掘削線Ｌ１に沿って、掘削機１０によって岩盤等を掘削しながら、掘削機１０を移動させていく。これにより、第１トンネルＴ１を所望の位置に形成することができる。この際、バックアップトレーラ１５を掘削機１０とともに移動させてもよい。

次に、図８（ｂ）に示すように、ステップＳ４では、離間した位置に形成された既設のトンネルＴ０まで掘削が完了して第１トンネルＴ１がトンネルＴ０，Ｔ０間を貫通すると、掘削機１０は、牽引車によって、図７（ｂ）に示す初期位置まで戻される。

なお、第１トンネルＴ１がトンネルＴ０まで到達した部分には、図８（ａ）に示すように、ステップＳ２と同様に、コーナー用反力受け部３０が設置されている。
次に、図９（ａ）に示すように、ステップＳ５（第１掘削工程）では、掘削された第１トンネルＴ１に略平行な新たな第１トンネルＴ１を掘削するために、再度、第１掘削線Ｌ１に沿って掘削機１０を移動させる。

次に、図９（ｂ）に示すように、ステップＳ６（第１掘削工程）では、上記ステップＳ３〜Ｓ５を繰り返して互いに略平行な第１トンネルＴ１を３本掘削した後、これら３本の第１トンネルＴ１に対して交差する複数の第２トンネルＴ２を形成するために、第２掘削線Ｌ２を設定する。第１トンネルＴ１と第２掘削線Ｌ２の交差する部位、すなわち第１トンネルＴ１と第２トンネルＴ２の交差が予定される部位を、交差予定部分とする。

次に、図１０（ａ）に示すように、ステップＳ７（第２掘削工程）では、第２掘削線Ｌ２に沿って、掘削機１０によって岩盤等を掘削しながら、掘削機１０を移動させていく。これにより、既設の第１トンネルＴ１に対して交差する第２トンネルＴ２を所望の位置に形成することができる。

このとき、図１０（ａ）に示すように、既設の第１トンネルＴ１と第２掘削線Ｌ２とが交差する部分（交差予定部分）における第１トンネルＴ１側には、予め準備された上述のトンネル掘削補助装置２０が、第１トンネルＴ１内を移動して移設され、上記交差部分を挟み込むように２つ設置される。また、第１トンネルＴ１から第２トンネルＴ２に分岐していく部分、合流する部分には、それぞれ上述したコーナー用反力受け部３０が設置される。

次に、図１０（ｂ）に示すように、ステップＳ８では、掘削機１０が第２掘削線Ｌ２に沿って前進していくことで、第１・第２トンネルＴ１，Ｔ２の交差部分を通過し、既設の第１トンネルＴ１との合流部分まで掘削することができる。

なお、トンネル掘削補助装置２０が配置された交差部分を掘削機１０が通過した後、トンネル掘削補助装置２０は、牽引車等に牽引されて、次に掘削機１０が通過する第１・第２トンネルＴ１，Ｔ２の交差部分へと移動される（移動工程）。
第１トンネルＴ１に移った掘削機は、図示しないループ状のトンネルを経由して移動され、上述の工程を繰り返して、平行な複数の第２トンネルＴ２を順次、掘削する。

＜本トンネル掘削方法による効果＞
（１）
本実施形態のトンネル掘削方法では、図７（ａ）〜図１０（ｂ）に示すように、グリッパ１２ａをトンネルの側壁に押し当てた状態で掘削を行う掘削機１０を用いて、互いに略平行な３本の第１トンネルＴ１を掘削する工程（第１掘削工程）と、第１トンネルＴ１に対して交差する第２トンネルＴ２を掘削する工程（第２掘削工程）と、を備えている。

これにより、複数のトンネルが分岐、合流する部分を含むトンネル掘削工事を行う際に、掘削機１０がほぼ直線状に移動するだけで済むため、トンネル掘削工事工期を従来よりも短縮することができる。

（２）
本実施形態のトンネル掘削方法では、既設の第１トンネルＴ１に交差する第２トンネルＴ２を掘削していく工程において、第１・第２トンネルＴ１，Ｔ２が交差する部分に、第２トンネルＴ２の側壁Ｔ２ａの代替面を形成する反力受け部２１を備えたトンネル掘削補助装置２０を配置する。

これにより、第２トンネルＴ２における第１・第２トンネルＴ１，Ｔ２の交差部分に形成される側壁Ｔ２ａのない部分に、代替面となる反力受け面２１ｂを設けることができる。よって、複数のトンネルの交差部分を含むトンネル掘削工事において、従来よりも工事の効率を向上させて、工期を短縮することができる。

（３）
本実施形態のトンネル掘削方法では、第１・第２トンネルＴ１，Ｔ２の交差部分が複数形成されるトンネルの掘削工事において、トンネル掘削補助装置２０が設置された交差部分を掘削機１０が通過すると、次に掘削機１０が通過する交差部分へトンネル掘削補助装置２０を移動させる。

これにより、第１・第２トンネルＴ１，Ｔ２の交差部分が複数ある場合でも、掘削機１０による掘削を実施することができる。よって、従来よりもトンネル掘削工事の工期を短縮することができる。

（４）
本実施形態のトンネル掘削方法では、トンネルＴ０から第１トンネルＴ１への分岐・合流部分、あるいは第１トンネルＴ１から第２トンネルＴ２への分岐・合流部分に、コーナー用反力受け部３０を設ける。
これにより、トンネルの分岐・合流部分においても、掘削機１０を用いて掘削を行うことができる。よって、従来よりもトンネル掘削工事の工期を短縮することができる。

［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

（Ａ）
上記実施形態では、トンネル掘削補助装置２０の反力受け部２１の反力受け面２１ｂに、コンクリート等からなる被切削部２１ｄを設け、掘削機１０がこの被切削部２１ｄを掘削しながら第２トンネルＴ２を掘削していく例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、図１１に示すように、掘削される第２トンネルＴ２の側壁の形状に合わせて形成された反力受け面の角度調整を行う角度調整機構１２２を搭載した反力受け部１２１を備えたトンネル掘削補助装置１２０であってもよい。

具体的には、トンネル掘削補助装置１２０は、図１１に示すように、角度調整機構１２２と、第１受け部１２３と、第２受け部１２４と、を有する反力受け部１２１を備えている。なお、反力受け部１２１の掘削側とは反対側には、上記実施形態１と同様に、第１・第２分割部２２，２３が連結されているものとする。

角度調整機構１２２は、図１１に示すように、ジャッキ１２２ａ、回動軸１２２ｂ、回動軸１２２ｃを有している。
ジャッキ１２２ａは、伸縮することで、第２トンネルＴ２の側壁Ｔ２ａの代替面となる反力受け面１２３ａ，１２４ａの角度調整を行う。

回動軸１２２ｂ，１２２ｃは、ジャッキ１２２ａの両端に設けられており、ジャッキ１２２ａが伸縮した際に、第１・第２受け部１２３，１２４を回動させることで、第２トンネルＴ２の側壁Ｔ２ａの代替面となる反力受け面１２３ａ，１２４ａの角度調整を行う。

第１受け部１２３は、反力受け面（代替面）１２３ａ、ジャッキ１２３ｂを有している。
反力受け面１２３ａは、第２トンネルＴ２の側壁Ｔ２ａの代替面の一部を構成する。

ジャッキ１２３ｂは、第２トンネルＴ２の掘削時において、第１・第２トンネルＴ１，Ｔ２の交差部分に形成される第２トンネルＴ２の側壁Ｔ２ａのない部分に、側壁Ｔ２ａの代替面として反力受け面１２３ａを配置するために、第１トンネルＴ１の側壁Ｔ１ａに対して進退自在に設けられている。

なお、トンネル掘削補助装置１２０をトンネル内において移動させる際には、ジャッキ１２３ｂが縮むことで反力受け面１２３ａを退避位置へと移動させることができる。
第２受け部１２４は、反力受け面（代替面）１２４ａ、回動軸１２４ｂを有している。

反力受け面１２４ａは、第１受け部１２３の反力受け面１２３ａとともに、第２トンネルＴ２の側壁Ｔ２ａの代替面を構成する。
回動軸１２４ｂは、角度調整機構１２２のジャッキ１２２ａが伸縮した際に、反力受け面１２４ａを回動させる回動中心となる。

本実施形態のトンネル掘削補助装置１２０では、以上の構成により、図１２（ａ）に示すように、角度調整機構１２２のジャッキ１２２ａを初期位置から縮めることで、第１・第２反力受け部１２３，１２４の反力受け面１２３ａ，１２４ａの角度を、基準面に対して退避した位置へと調整することができる。

一方、図１２（ｂ）に示すように、角度調整機構１２２のジャッキ１２２ａを初期位置から伸ばすことで、第１・第２反力受け部１２３，１２４の反力受け面１２３ａ，１２４ａの角度を、基準面に対して突出させた位置へと調整することができる。

これにより、上記実施形態のように、反力受け面１２３ａ，１２４ａの表面にコンクリート等を吹き付けた被掘削部を設けていない場合でも、第２トンネルＴ２の側壁Ｔ２ａの形状に応じた適切な角度になるように、反力受け面１２３ａ，１２４ａの角度を調整することができる。

（Ｂ）
上記実施形態では、トンネル掘削補助装置２０の第２分割部２３に連結部２３ｄを設け、連結部２３ｄと牽引車とを連結して、トンネル掘削補助装置２０のトンネル内における移動を可能とした例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、図１３に示すように、反力受け部２１にエンジン２２１を搭載して、走行輪２１ｃに回転駆動力を付与することによって自走可能なトンネル掘削補助装置２２０としてもよい。

この場合でも、トンネル掘削補助装置２２０をスムーズに移動させることができるため、複数のトンネルが交差する部分を含むトンネル掘削工事を行う際の掘削工事の工期を従来よりも短縮することができる。

なお、上記エンジン２２１を搭載する位置としては、反力受け部２１に限らず、第１・第２分割部２２，２３であってもよい。
また、走行輪を回転駆動させる駆動源としては、エンジンに限らず、バッテリ等によって駆動されるモータを駆動源としてもよい。

（Ｃ）
上記実施形態では、３本の第１トンネルＴ１に対して交差する第２トンネルＴ２を掘削していくトンネルの掘削方法を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、第２トンネルＴ２の掘削前に掘削されている既設の第１トンネルＴ１の本数は４本以上であってもよい。
この場合でも、上述したように、互いに交差する部分を含む第１・第２トンネルＴ１，Ｔ２を効率よく掘削していくことができるため、従来よりも工期を短縮することができる。

（Ｄ）
上記実施形態では、トンネル掘削補助装置２０として、反力受け部２１および第１・第２分割部２２，２３という３つに分割した構造を採用した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、単体のトンネル掘削補助装置として構成してもよい。
また、分割構造を採用する場合には、２つに分割された構造、４つ以上に分割された構造を採用してもよい。

（Ｅ）
上記実施形態では、１本の第１トンネルＴ１を掘削後は、掘削機１０はその１本の第１トンネルＴ１内を後退して後、その１本の第１トンネルＴ１に平行な第１トンネルＴ１を掘削する。また、１本の第２トンネルＴ２掘削後は、掘削機１０はそれに交差する第１トンネルＴ１に連なるループ状トンネルを移動して後、その１本の第２トンネルＴ２に平行な第２トンネルＴ２を掘削する。換言すると、第１トンネルＴ１、第２トンネルＴ２掘削時に、掘削機１０が同じ方向を向いて掘削する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、図１４に示されるように、第１トンネルＴ３に交差する第２トンネルＴ４を複数の平行な部位Ｔ４ａ，Ｔ４ｂ，Ｔ４ｃとそれらを連結する湾曲部位Ｔ４ｄ，Ｔ４ｅとから形成する。そして、掘削機１０を常に前進で連続させて第２トンエルＴ４を掘削してもよい。隣接する平行な部位（例えば、Ｔ４ａ，Ｔ４ｂ）を掘削する際、掘削機１０の進行方向は逆方向となる。第１トンネルＴ３についても、同じ構成が可能である。

この実施形態では、掘削機１０の後退や、迂回が無いので、施工効率を向上させることができる。

本発明のトンネル掘削方法は、トンネルの分岐部分、特に、交差部分を効率よく掘削することができるという効果を奏することから、分岐部分、特に、交差部分を含むトンネルの掘削方法に対して広く適用可能である。

１０ 掘削機
１１ カッタヘッド
１１ａ ディスクカッタ
１２ グリッパ搭載部
１２ａ グリッパ
１３ スラストジャッキ
１４ サポート部
１５ バックアップトレーラ
２０ トンネル掘削補助装置
２１ 反力受け部
２１ａ ジャッキ
２１ｂ 反力受け面（代替面）
２１ｃ 走行輪（走行部）
２１ｄ 被切削部
２２ 第１分割部
２２ａ サポートジャッキ（支持部）
２２ｂ サポートジャッキ（支持部）
２２ｃ 走行輪
２３ 第２分割部
２３ａ サポートジャッキ（支持部）
２３ｂ サポートジャッキ（支持部）
２３ｃ 走行輪
２３ｄ 連結部
３０ コーナー用反力受け部
１２０ トンネル掘削補助装置
１２１ 反力受け部
１２２ 角度調整機構
１２２ａ ジャッキ
１２２ｂ 回動軸
１２２ｃ 回動軸
１２３ 第１受け部
１２３ａ 反力受け面（代替面）
１２３ｂ ジャッキ
１２４ 第２受け部
１２４ａ 反力受け面（代替面）
１２４ｂ 回動軸
２２０ トンネル掘削補助装置
２２１ エンジン
Ｌ１ 第１掘削線
Ｌ２ 第２掘削線
Ｔ０ トンネル
Ｔ１，Ｔ３ 第１トンネル
Ｔ１ａ 側壁
Ｔ２，Ｔ４ 第２トンネル
Ｔ２ａ 側壁
Ｔ４ａ，Ｔ４ｂ，Ｔ４ｃ 平行な部位
Ｔ４ｄ，Ｔ４ｅ 湾曲部位

Claims (9)

1. 側壁に対してグリッパを押し付けた状態でカッタヘッドを回転させて掘削を行う掘削機を用いてトンネルの掘削を行うトンネル掘削方法であって、
   互いに略平行な３本以上の第１トンネルを掘削する第１掘削工程と、
   前記第１トンネルに交差する第２トンネルを掘削する第２掘削工程と、
   を備えているトンネル掘削方法。
2. 前記第２掘削工程では、前記第１・第２トンネルの交差部分における前記第１トンネル側に、前記第２トンネルの側壁の一部となる代替面を形成する反力受け部を備えたトンネル掘削補助装置を配置する、
   請求項１に記載のトンネル掘削方法。
3. 前記第２掘削工程において前記第１・第２トンネルの交差部分を掘削後、前記トンネル掘削補助装置を、別の前記第１・第２トンネルの交差部分へ移動させる移動工程を、さらに備えている、
   請求項２に記載のトンネル掘削方法。
4. 前記第１掘削工程では、前記第１トンネルを屈曲させる部分における屈曲部分の外側の側壁の一部となる代替面を形成するコーナー反力受け部を備えたトンネル掘削補助装置を配置する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のトンネル掘削方法。
5. 側壁に対してグリッパを押し付けた状態でカッタヘッドを回転させて掘削を行う掘削機を用いてトンネルの掘削を行うトンネル掘削方法であって、
   第１トンネルを掘削する第１掘削工程と、
   前記第１トンネルと第２トンネルの交差予定部分における前記第２トンネルの側壁の一部となる代替面を準備する準備工程と、
   前記代替面を前記第１トンネルの前記交差予定部分に移設させ、前記代替面を前記第２トンネルの側壁の一部とする移設工程と、
   前記第２トンネルを前記掘削機により掘削し、前記交差予定部分においては、前記代替面に前記グリッパを押し付けて掘削する第２掘削工程と、
   を備えているトンネル掘削方法。
6. 前記第１トンネルは、少なくとも３つの互いに略平行な部位を含む、
   請求項５に記載のトンネル掘削方法。
7. 前記略平行な部位は、湾曲部位により連結されており、前記第１トンネルが連続するトンネルとされる、
   請求項６に記載のトンネル掘削方法。
8. 前記第２トンネルは、少なくとも３つの互いに略平行な部位を含む、
   請求項５に記載のトンネル掘削方法。
9. 前記略平行な部位は、湾曲部位により連結されており、前記第２トンネルが連続するトンネルとされる、
   請求項８に記載のトンネル掘削方法。
   
   

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