JPH0464698A - 掘削空間の構築方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （ａ）６産業上の利用分野 本発明は、大断面トンネル、地下鉄駅部、地下大空間な
どを構築する際に適用するに好適な掘削空間の構築方法
に関する。

（ｂ）、従来の技術 従来、地山強・度の低いトンネルの掘削は、トンネル上
端部付近の掘削を先行して当該部分の覆工を構築し、順
次トンネル下方に向けて掘削を行なってゆく方法が用い
られている。

（Ｃ）５発明が解決すべき問題点 しかし、こうした方法では、トンネル上端部の掘削が先
行することから、作業スペースが必然的に限られたもの
となり、掘削機械の導入が困難であり１人力による掘削
に頼らざるを得ない不都合が有る。また、トンネルが大
断面化すると天端部地山の崩壊を防止するために細かく
加背割する必要が有り、上記した不都合がより増大する
。

本発明は、前述の欠点を解消すべく、大断面のトンネル
などの掘削空間を効率良く掘削することの出来る地下空
間の構築方法を提供することを目的とするものである。

（ｄ）０問題点を解決するための手段 即ち、本発明は、掘削すべき地下空間（１）に沿ってサ
イロットトンネル（３，５）を先行して掘削し、該サイ
ロットトンネル間に前記トンネル断面等の地下空間断面
に対応した形状のフレーム（１０）を有するリング掘削
機（７）を地下空間の掘削方向に移動自在に設け、該フ
レームに地山掘削手段（２１）を該フレームに沿って地
下空間の断面方向に移動駆動自在に設け、該地山掘削手
段により前記サイロットトンネル間の地山（２）をアー
チ状に掘削しつつ地下空間の掘削方向に進行して該リン
グ掘削機（７）の後方に、前記フレーム、掘削の結果前
記フレーム内部に生じる核部（２ｂ）と構築済みのプレ
ライニングシェル（２３）の妻部（２３ｂ）との間に円
弧状のコンクリート打設空間（２６）を構築し、該コン
クリート打設空間（２６）内にコンクリートを打設して
所定長さ（Ｌｌ）のプレライニングシェル（２３）を構
築し、更に、該構築されたプレライニングシェル（２３
）内部の地山核部を掘削して地下空間を構築するように
して構成される。

なお、括弧内の番号などは、図面における対応する要素
を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の
記載に限定拘束されるものではない。以下のｒ　（ｅ）
、作用」の欄についても同様である。

（ｅ）０作用 上記した構成により、本発明は、プレライニングシェル
（２３）が地山（２）を支保した状態で、リング掘削機
（７）内の地山核部（２ｂ）が掘削されるように作用す
る。

（ｆ）、実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明が適用されるトンネル掘削現場の一例を
示す断面図、 第２図は第１図の掘削機部分の■矢視図、第３図はリン
グ掘削機の一例を示す断面図、第４図は本発明によるト
ンネル施工法の一例を示す断面図である。

トンネル１の掘削現場は、第２図及び第４図に示すよう
に、地山２に先行してトンネル掘削方向である矢印Ａ方
向に穿設されたサイロットトンネル３．５を有しており
、サイロットトンネル３．５は、第２図に示すように、
掘削されるべきトンネル１の断面方向両側に設けられて
いる。サイロットトンネル３．５は、第２図に示すよう
に、図中下部にコンクリートによる側壁６が打設構築さ
れており、サイロットトンネル３．５間にはアーチ状に
形成されたリング掘削機７が設けられている。リング掘
削機７は、掘削すべきトンネル断面に沿って形成された
フレーム１０を有しており。

フレーム１０はサイロットトンネル３．５内を矢印Ａ、
Ｂ方向に移動駆動自在に設けられた台車１１．１１を有
し、台車１１には、第２図に示すように、掘削土砂を搬
呂するズリシュートｌｌａが設けられている。またフレ
ーム１０上には、第１図及び第３図に示すように、ボト
ムメツセル１２及びフロントメツセル１３が、円弧状の
間隔Ｗ１なる掘削機移動空間１５を形成する形で平行に
設けられており、各メツセル１２．１３はトンネル断面
に沿った形で円弧状に設けられている。各メツセル１２
．１３は長方形の板状に形成された複数のメツセルプレ
ート１６．１７がトンネル掘削方向である矢印Ａ、Ｂ方
向に移動自在に設けられており、メツセルプレート１６
とフレーム１０間には、第３図に示すように、駆動シリ
ンダ１９が。

メツセルプレート１６を矢印Ａ、Ｂ方向に移動駆動し得
るように設けられている。各メツセルプレート１６には
グリッパ１４が核部方向である、矢印１．Ｊ方向に突出
能動自在に設けられており。

また、メソセルプレート１７とフレーム１０間には、第
３図に示すように、脈動シリンダ２０が、メツセルプレ
ート１７を矢印Ａ、Ｂ方向に移動駆動し得るように設け
られている。

また、フレーム１０の、掘削機移動空間１５内の上下部
分にはには、第３図に示すように、ガイドレール１０ａ
、１０Ｃがトンネル断面に泊った形で互いに平行に敷設
されており、図中下部のガイドレール１０ａにはトンネ
ル断面に沿った形でラック１０ｂが穿設形成されている
。ガイドレール１０ａ、１０ｃにはリング走行掘削機２
１が、走行掘削機２１のフレーム２１ｂ下部に設けられ
た走行歯車２１ａ、２１ａを介してガイドレール１０ａ
、１０ｃに沿って、第２図矢印Ｃ，Ｄ方向に走行自在に
設けられており、フレーム２１ｂの第２回両側には２個
の伸縮ジヤツキ２１ｃがラム２１ｆを第３図矢印Ｅ、Ｆ
方向に突出能動自在にした形で設けられている。また、
各ラム２１ｆの先端の、第３図上下両側にはカッタ２１
ｄ、２１ｄが回転能動自在に装着されており、更に各伸
縮ジヤツキ２１ｃとフレーム２１ｂの間には揺動ジヤツ
キ２１ｇがラム２１ｈを矢印Ｇ、Ｈ方向に突出能動自在
にした形で設けられている。

また、フレーム１０の、第１図及び第３図左方には、ス
キンプレート２２がトンネル断面形状に沿って略半円形
に形成された形で設けられており、スキンプレート２２
の後端、即ち第３図左端は構築済みのプレライニングシ
ェル２３の切羽鋸の外周と当接している。更に、フレー
ム１０にはフレーム１ｏを第３図左右方向に仕切る形で
隔壁１０ｄが設けられており、隔壁１０ｄにはコンクリ
ート打設管１０ｅが、トンネル断面に沿って配置され、
該打設管１０ｅにはトンネル断面方向。

即ち第２図矢印Ｃ，Ｄ方向に所定の間隔でコンクリート
注入管１０ｆが、図中左方に注入孔１０ｇを開口させた
形で設けられている。

トンネル１の掘削現場は、以上のような構成を有するの
で、トンネル１の掘削に際しては、まず、サイロットト
ンネル３．５を先行させる形で。

第４図に示すように、掘削し、これからトンネル１を掘
削する地山２の地質を事前に確認しつつ、サイロットト
ンネル３．５内に側壁６を構築する。

側壁６の構築に際しては、後のリング掘削機７による掘
削に際してズリ出しを容易に行なうことが出来るように
、トンネル１の内偏に対応する部分をズリ出しスペース
６ａとして残しておく。

こうして、サイロットトンネル３．５が先行して構築さ
れたところで、リング掘削機７を、第１図に示すように
、前回の掘削サイクルにおいてコンクリートが注入され
てプレライニングシェル２３の所定長さＬｌの構築が完
了した状態から、リング走行掘削機２１を、サイロット
トンネル３又は５に接続するフレーム１０の最下部のメ
ツセルプレート１７に対応する位置に位置決めして、そ
の状態でカッタ２１ｃｌを回転駆動しつつ、伸縮ジヤツ
キ２１ｃのラム２１ｆを矢印Ｅ、Ｆ方向に適宜突出駆動
させると共に、揺動ジヤツキ２１ｇのラム２１ｈを矢印
Ｇ、Ｈ方向に適宜突呂旺動させて伸縮ジヤツキ２１ｃを
カッタ２１ｄ、２１ｄと共にピン２１ｉを中心に図中上
下方向に揺動させ、第３図右方の地山２をメツセルプレ
ート１７の幅Ｗ２に互り掘削する。この時掘削により生
じたズリはフレーム１０内の掘削機移動空間１５を介し
て自重により台車１１のズリシュートｌｌａを通ってサ
イロットトンネル３又は５内のズリ出しスペース６ａ内
に排出されるので、掘削に伴うズリ出しは当該ズリ出し
スペース６ａ内に排出されたズリをトンネル外に排出す
るだけで完了する。

こうして、カッタ２１ｄを伸縮ジヤツキ２１Ｃ及び揺動
ジヤツキ２１ｇを介して切羽２ａに対して適宜移動させ
、更に、フレーム２１ｂをガイドレールＩＱａ、１０ｃ
を介して走行歯車２１ａ及び該歯車２１ａ噛合したラッ
ク１０ｂにより第２図矢印Ｃ，Ｄ方向に移動駆動させる
ことにより、第２図最下方のメツセルプレート１７に対
向する地山が、トンネル断面方向に１１１ｉＴＷ２、ト
ンネル掘削方向（矢印入方向）に長さＬ２に亙り掘削さ
れる。この状態で、フロントメツセル１３の第２図最下
方のメツセルプレート１７を駆動シリンダ２０を突出駆
動させることにより矢印入方向に突出させ、掘削された
地山の変形及び崩壊を防止する。

なお、メツセルプレート１７の矢印入方向の突出動作は
、カッタ２１ｄによる長さＬ２の掘削が完了するのを待
つこと無く、カッタ２１ｄによる矢印入方向の掘削が適
宜進行した時点で、随時矢印Ａ方向に突出させ、地山２
の変形及び崩壊を最小限に防止するようにすることも当
然可能である。

こうして、リング掘削機７の最下方のメツセルプレート
１７に対応す、る部分の地山２がトンネル掘削方向に長
さＬ２に亙り掘削されたところで、リング走行掘削機２
１を第２図矢印り方向に移動駆動させて、リンク走行掘
削機２１を、先程掘削が完了して矢印Ａ方向に突出駆動
されたフロントメツセル１３のメツセルプレート１７に
隣接したメツセルプレート１７と対向する位置に位置決
めして、先程と同様に当該メツセルプレート１７部分の
地山２を幅Ｗ２、長さＬ２に亙り掘削する。

この際掘削に際して生じるズリは掘削機移動空間１５及
び掘削の完了してメツセルプレート１７がＡ方向に突出
された地山の掘削部位を介してズリシュートｌｌａから
サイロットトンネル３．５内のズリ比しスペース６ａ内
に円滑に排呂される。

こうして、リング掘削機７のメツセルプレート１７に対
応する部分の地山２がトンネル掘削方向に長さＬ２に亙
り掘削されたところで、先程と同様に、フロントメツセ
ル１３の掘削が完了した部分のメツセルプレート１７を
駆動シリンダ２０を突出駆動させることにより矢印入方
向に突出させ、掘削された地山の変形及び崩壊を防止す
る。次に、リング走行掘削＃！ｉ２１を第２図矢印り方
向に更に、移動駆動させて、リング走行掘削４ｆｉ２１
を、先程掘削が完了して矢印入方向に突出駆動されたフ
ロントメツセル１３のメツセルプレート１７に隣接した
メツセルプレート１７と対向する位置に位置決めして、
先程と同様に当該メツセルプレート１７部分の地山２を
幅Ｗ２．長さＬ２に亙り掘削する。こうして、地山２の
下方のサイロットトンネル３．５部分からフレーム１０
に沿って、トンネル１の断面上方に向けてリング走行掘
削機２１を、メツセルプレート１７の幅Ｗ２に相当する
距離だけ間歇的に移動させて、当該メツセルプレート１
７部分の地山２を長さＬ２だけトンネル方向に掘削し、
当該掘削が完了したところで当該部分のメツセルプレー
ト１７を矢印入方向に突出させてゆくと、リング掘削走
行機２１がフレーム１０の天端部に到達して当該部分の
掘削が完了した時点で。

地山２は、フレーム１０に沿ってトンネル掘削方向であ
る矢印入方向に距離Ｌ２だけ円弧状に掘削された状態と
なる。

こうして、地山２が、フレーム１０に沿ってトンネル掘
削方向である矢印入方向に距！Ｌ２だけ円弧状に掘削さ
れたところで、ボトムメツセル１２の各メツセルプレー
ト１６を能動シリンダ１９を駆動させることにより矢印
入方向に突出させ、掘削の完了した円弧状の地山２をフ
ロントメツセル１３及びボトムメツセル１２の各メツセ
ルプレート１７．１６により被覆し、地山の変形及び崩
壊を防止する。また、ボトムメツセル１２の各メツセル
プレート１６をへ方向に突出させたところで、各メツセ
ルプレート１６に設けられているグリッパ１４をリング
掘削機７に囲まれたいまだ掘削されていない核部２ｂ方
向、即ち第３図矢印Ｊ方向に突出させ、各メツセルプレ
ート１６を核部２ｂに対して固定するに の状態で、駆動シリンダ１９．２０を後退させると、各
メツセルプレート１６．１７と地山２間に作用する摩擦
により、またボトムメツセル１２の各メツセルプレート
１６が核部２ｂに対して固定されているので、フレーム
１０全体が矢印Ａ方向に長さＬ２だけ前進することにな
り、フレーム１０の隔壁１０ｄと直前に打設構築された
プレライニングシェル２３の妻部２３ａとの間に距離Ｌ
２に等しいコンクリート打設空間２６が形成される。

この状態では、メツセルプレート１６．１７はフレーム
１０に対して後退状態となるので、すング走行掘削機２
１を前述の場合と同様に、第２図最下方のフロントメツ
セル１３のメツセルプレート１７と対向する位置にまで
移動させ、再度距離Ｌ２で幅Ｗ２毎にカッタ２１ｄによ
り対向する切羽２ａを掘削し、円弧状に地山２を掘削す
る。

こうして、再度距離Ｌ２だけ円弧状に地山が掘削された
ところで、フレーム１０を前回と同様に矢印六方向に距
離Ｌ２だけ移動させ、コンクリート打設空間２６の妻部
２３ａと隔壁１０ｄ間の距離Ｌ２を拡大させる。コンク
リート打設空間２６の距ｌＬ２が所定の距離に達するま
で、前記したリング走行掘削機２１による円弧状の地山
の掘削及びフレーム１０の矢印六方向の移動を繰り返す
が、コンクリート打設空間２６の距離Ｌ２が所定の距離
になると、フレーム１０の隔壁１０ｄ、地山核部２ｂ、
プレライニングシェル２３の妻部２３ａ及びフレーム１
０のスキンプレート２２によりリング掘削機７の後部、
即ち坑口側に矢印Ａ、Ｂ方向の長さがＬｌ、矢印工、Ｊ
方向の幅がＷｌなるコンクリート打設空間２６が形成さ
れる。

そこで、コンクリート供給管１０ｅを介してコンクリー
ト打設空間２６内にコンクリートを注入孔Ｌｏｇを介し
て打設し、第１図に示すように。

長さＬｌなるプレライニングシェル２３を地山２中にア
ーチ状に構築する。なお、コンクリート打設空間２６内
に打設されたコンクリートがある程度凝固した状態で、
再度リング走行掘削機２１による前述の掘削動作を開始
する。

こうして、フレーム１０が矢印六方向に所定距離Ｌ１だ
け進行する毎に、プレライニングシェル２３を打設構築
してゆくと、地山２内には、第４図に示すように、トン
ネル１に先行する形でプレライニングシェル２３がアー
チ状に形成され、当該プレライニングシェル２３に囲ま
れた核部２ｂはプレライニングシェル２３上部の地山２
の土圧がプレライニングシェル２３により支持される形
となる。この状態で、重機を用いてプレライニングシェ
ル２３で囲まれた核部２ｂを掘削してトンネル１を構築
するが、当該核部２ｂは予め構築されたプレライニング
シェル２３が支保工として作用するので、掘削作業を重
機を用いて大掛かりに行なったとしても、地山２の変形
及び崩壊は未然に防止される。なお、核部２ｂの掘削と
平行してサイロットトンネル３．５側ではリンク掘削機
７によるプレライニングシェル２３の構築が並行して行
なわれるので、核部２ｂの掘削とプレライニングシェル
２３の構築動作を同時並行的に行なうことが出来、作業
効率の高い施工が可能となる。

なお、核部２ｂの掘削が完了したところで、トンネル１
内に露出したプレライニングシェル２３の支保工として
の強度に問題がある場合などには、第１及び第４図に示
すように、Ｈ鋼等の鋼材による鋼製支保２７を適宜設置
する。

更に、上述の実施例は、本発明をトンネルの掘削に適用
した場合について述べたが、本発明はトンネルの掘削に
限らず、地山中に大断面の空間を掘削する必要の有る全
ての場合に適用が可能であり、地下鉄の駅部の構築、地
下空間の構築など各種の場合に施工が可能である。

（ｇ）０発明の詳細 な説明したように本発明によれば、掘削すべきトンネル
１等の地下空間に沿ってサイロットトンネル３．７を先
行して掘削し、該サイロットトンネル間に前記トンネル
断面等の地下空間断面に対応した形状のフレーム１０を
有するリング掘削機７を地下空間の掘削方向である矢印
Ａ、Ｂ方向に移動自在に設け、該フレームにリング走行
掘削機２１などの地山掘削手段を該フレームに沿って地
下空間の断面方向である矢印Ｃ，Ｄ方向に移動駆動自在
に設け、該地山掘削手段により前記サイロットトンネル
間の地山２をアーチ状に掘削しつつ地下空間の掘削方向
に進行して該リング掘削機７の後方に、前記フレーム、
掘削の結果前記フレーム内部に生じる核部２ｂと構築済
みのプレライニングシェル２３の妻部２３ｂとの間に円
弧状のコンクリート打設空間２６を構築し、該コンクリ
ート打設空間２６内にコンクリートを打設して所定長さ
Ｌｌのプレライニングシェル２３を構築し、更に、該構
築されたプレライニングシェル２３内部の地山核部を掘
削して地下空間を構築するようにして構成したので、核
部の掘削の時点では地山はプレライニングシェル２３に
より支持されているので、重機による掘削を大規模に行
なっても落盤などの危険性がなく、大断面のトンネル等
を効率よく掘削することが出来る。また、プレライニン
グシェル２３の構築作業はサイロットトンネル３．５側
で、地山核部の掘削作業は切羽側で行なわれるので、従
来、交互に行なわれてきた、切羽の掘削作業と支保工の
構築作業を、同時平行的に行なうことが可能となり、掘
削空間の構築を効率よく行なうことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用されるトンネル掘削現場の一例を
示す断面図、 第２図は第１図の掘削機部分の■矢視図、第３図はリン
グ掘削機の一例を示す断面図、第４図は本発明によるト
ンネル施工法の一例を示す断面図である。 １・・・・・・地下空間（トンネル） ２・・・・・・地山 ２ａ・・・・・核部 ３．５・・・・・・サイロットトンネル７・・・・リン
グ掘削機 １０・・・・・フレーム ２１・・・・・・地山掘削手段（リング走行掘削機）２
３・・・・・・プレライニングシェル２３ａ・・・・・
・妻部 ２６・・・・・・コンクリート打設空間出願人　　　　
　三井建設株式会社 代理人　　弁理士　　相１）　伸二 第１図 Ｂ←Ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 掘削すべき地下空間に沿ってサイロットトンネルを先行
   して掘削し、 該サイロットトンネル間に前記地下空間断面に対応した
   形状のフレームを有するリング掘削機を地下空間の掘削
   方向に移動自在に設け、 該フレームに地山掘削手段を該フレームに沿って地下空
   間の断面方向に移動駆動自在に設け、該地山掘削手段に
   より前記サイロットトンネル間の地山をアーチ状に掘削
   しつつ地下空間の掘削方向に進行して該リング掘削機の
   後方に、前記フレーム、掘削の結果前記フレーム内部に
   生じる核部と構築済みのプレライニングシェルの妻部と
   の間に円弧状のコンクリート打設空間を構築し、該コン
   クリート打設空間内にコンクリートを打設して所定長さ
   のプレライニングシェルを構築し、 更に、該構築されたプレライニングシェル内部の地山核
   部を掘削して地下空間を構築するようにして構成した掘
   削空間の構築方法。