JPH07107359B2 - 地下空洞施工法及びトンネル掘削機 - Google Patents

地下空洞施工法及びトンネル掘削機

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JPH07107359B2
JPH07107359B2 JP63145621A JP14562188A JPH07107359B2 JP H07107359 B2 JPH07107359 B2 JP H07107359B2 JP 63145621 A JP63145621 A JP 63145621A JP 14562188 A JP14562188 A JP 14562188A JP H07107359 B2 JPH07107359 B2 JP H07107359B2
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tunnel
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underground
tunnels
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、地下空洞の形成法で、特に大深度、大規模の
地下空洞の施工法及び、この地下空洞施工法の一部の工
程に用いて好適なトンネル掘削機に関するものである。
〔従来の技術〕 上記大深度、大規模の地下空洞は、その深さは約100m、
内法寸法が約100mと極めて大きな地下空洞であり、地下
発電所、地下資源貯蔵所等に利用されており、一般に硬
岩盤の所に設けられるのが通常である。
ところが、近年地下空間の高度利用化の進展に伴い、都
市部の軟弱地層でもこのような大深度、大規模な空洞を
施工しようとする要望が強い。
従来、このような軟弱地層の場合には、第13図に示すよ
うに、土留め壁ａを必要空間を囲むようにして垂直に構
成し、その内側を掘削するいわゆる連続壁工法（開削工
法）によるか、あるいは第14図に示すように、大口径の
トンネルｂを掘削しながら、その内面に順次グラウトと
共にロックボルトｃを打ち込み、さらにコンクリート壁
ｄを吹き付け形成する。いわゆるNATM工法が用いられて
いる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来の施工法のうち、前者にあっては大深度の場合
土留め壁ａを厚くしなければならないため、土留め壁の
形成コストが大きくなるという問題があり、また後者
は、近年山岳トンネル用に開発された施工法であるが、
この場合、大規模になると補強すべき岩盤層の厚さが大
きくなり、しかも内部を掘削しながら補強するので、作
業の段取り変更の時間のロス、掘削時の安全確保等に不
安があった。
本発明は上記のことにかんがみてなされたもので、軟弱
地、軟岩層での大深度、大規模な地下空洞を安全、かつ
経済的に施工できるようにした地下空洞施工法を提供す
ることを目的とするものであり、また上記地下空洞施工
法に用いて好適なトンネル掘削機を提供することを目的
とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するためには、本発明に係る地下空洞施
工法は、地中に空洞を形成する地下空洞施工法におい
て、形成されるべき地下空洞予定部を囲繞する部分に、
互いに間隔をあけて多数のトンネルを掘削すると共に、
この各トンネルの周壁内に、トンネルの内面から穿孔し
た孔内にグラウト材やロックボルト等の補強材を打ち込
んでなる補強域を多数作成して、多数のトンネルと、こ
の各トンネルの周囲の補強材にて補強された地盤とで連
続した地盤強化域をあらかじめ作成し、その後、この地
盤強化域の内側を掘削して地下空洞を形成するようにし
ている。そしてその後に、地下空洞の内面に外壁を設け
る。
また上記地盤強化域を作るためのトンネル掘削機を、屈
折可能にしたリング状の本体の先端側に、回転すること
により土砂を掘削取込むようにしたカッタドラムを取付
け、また後部に、推進ジャッキを備えたトンネル掘削機
において、上記リング状の本体と推進ジャッキとの間
に、リング状の本体と同心状に回転可能にした旋回フレ
ームと、この旋回フレームに上記リング状の本体の軸心
と直角方向に移動可能にして搭載すると共に、穿孔ロッ
ドをリング状の本体に設けた孔より突出するようにした
穿孔装置と、この穿孔装置の穿孔ロッドを旋回フレーム
の環状部にて密封支持するシール装置と、穿孔されたこ
の孔内にグラスファイバ、ロックボルト、グラウト等の
補強部材を充填する補強材充填装置を有する地盤強化域
施工部を設けた構成となっている。
〔作用〕
地下空洞の掘削前に、これの予定位置周辺が、多数のト
ンネルと、この各トンネルの周囲の補強域にて補強され
た地盤とで作成される地盤強化域により強化されている
ので、掘削中に崩落する心配がない。
また上記地盤強化域を作成するためのトンネル掘削機
は、カッタドラムの回転及び推進ジャッキによりトンネ
ルを形成され、このトンネルの内面に、地盤強化域施工
部にて補強材を充填した補強域が多数作成される。この
補強域を作成する際の穿孔ロッドは、掘削機本体内に対
してシール装置にてシールされる。
〔実施例〕
本発明方法の実施例を第１図から第12図に基づいて説明
する。
第１図から第３図は球状の空洞を形成するための実施例
を示すものであり、以下各図別に示した各ステップを説
明する。
第１ステップ 空洞予定部１の周辺に地盤強化域２を設定する。そして
この地盤強化域２の上部まで地上から立坑３を施工し、
その下端部に後述するトンネル掘削機４を発進させるた
めの発進作業部５を設ける。
第２ステップ 発進作業部５へトンネル掘削機４を入れてこの発進作業
部５から発進させ、上記強化域２を、空洞予定部１の囲
りをぐるぐる螺線状に回るようにしてトンネル６を堀り
進む。そしてこれと同時に、トンネル掘削機４に設けた
地盤強化施工部７にて上記トンネル６の内面から放射方
向及びランダム方向にグラスファイバとグラウトを順次
打ち込み多数本の補強腕８を作る。このとき、螺線状の
トンネル６のピッチは上記補強腕８による強化範囲が互
いにラップする間隔にとる。なおこの螺線状のトンネル
６は１条に限るものではなく、複数のトンネル掘削機４
を用いて複数条のトンネル６を設けてもよい。
上記作用により空洞予定部１を囲繞する強化部Ａが構成
される。
第３ステップ 次に上記ステップにて構成された強化部Ａの内側に掘削
機を入れてこの部分を掘削する。そしてその内面をライ
ニング９等で覆土して空洞Ｂを完成する。このときの掘
削機の出し入れ、排土等は立坑３より行なう。
第４図、第５図は本発明方法の第２の実施例を示す。
この実施例では、地表により掘った立坑10の下端より、
放射方向に複数本の水平トンネル11を設け、この各トン
ネル11の先端部を円形トンネル12でつなぎ、さらに各水
平トンネル11の先端部及び円形トンネル12より下方へ垂
直トンネル13を掘る。そしてこの各トンネル11,12,13に
上記第１の実施例と同様に放射方向及びランダム方向に
グラスファイバとグラウトとからなる補強腕８を打ち込
んで強化部Ａ′を形成する。
その後上記強化部Ａ′の内側を掘削して空洞Ｂ′を形成
する。
第６図は本発明方法の第３の実施例を示す。
この実施例では、地表面より多数の垂直トンネル14を設
け、この各垂直トンネル14の所定長さにわたって、及び
２個所に、グラスファイバとグラウトからなる補強腕８
により空洞予定部17を囲繞する強化部Ａ″を設け、その
後、この空洞予定部17を掘削して空洞Ｂ″を作る。
第７図は強化域における強化部形状の実施例を示すもの
で、強化域A,〜Ａ″の形成に際してこれの強化腕８を空
洞Ｂ〜Ｂ″の外側に向けてのみ設けた例である。
上記各空洞B,〜Ｂ″の形状としては第８図（ａ），
（ｂ），（ｃ）に示すように球形、カマボコ形、矩形等
がある。
また上記各実施例では強化部A,〜Ａ″をグラスファイバ
とグラウトにて構成した例を示したが、そのほかに、ロ
ックボルトの挿入、薬注、凍結などの他の補強手段を用
いてもよい。
次に本発明方法に用いて好適なトンネル掘削機４の実施
例を第９図から第12図に基づいて説明する。
図中20は円筒状に形成された第１リング、21は第２リン
グ、22は第３リングで、第１、第２のリング20,21の後
部は前部より小径になっていて、第１リング20の後側小
径部に第２リング21の前側大径部が、また、第２リング
21の後側小径部に第３リング22の前側大径部がそれぞれ
シール部材23a,23bを介して遊嵌されており、第１リン
グ20と第２リング21とはステアリングジャッキ24にて、
また第２リング21と第３リング22は推進ジャッキ25にて
同心状に連結されている。上記各ジャッキ24,25はそれ
ぞれ円周方向に複数個配設されている。第３リング22の
後端部にはライニング材モールド用の後方を開放した環
状の型枠26が形成してあり、この型枠26にライニング材
注入管27が接続されている。
28は第１リング20の前側に位置するカッタドラムであ
り、このカッタドラム28の支軸29は第１リング20に設け
た支軸壁30に減速機31a、回転モータ31bと共に支持され
ており、回転モータ31にて支軸29を介して回転するよう
になっている。カッタドラム28の前面にはディスクカッ
タ28a、土砂取込口（図示せず）があり、これの回転に
より、前方の土砂が掘削されて土砂取込口より第１リン
グ20の支持壁30とカッタドラム28の内側に構成されたチ
ャンバ32内に取込まれるようになっている。そしてこの
チャンバ32には送泥管33と排泥管34が臨ませてあり、さ
らに回転モータ35に連結したアジテータ36が設けてあ
る。
上記第２リング21の部分が上記地下空洞施工法の説明で
示したトンネル掘削機４に設けた地盤強化施工部７であ
り、以下にその構成を詳述する。
第２リング21の内側に旋回フレーム37が第２リング21と
同心状に回転自在に支持されている。この旋回フレーム
37は第２リング21の内面に軸受38,38にて回転自在に支
持される環状フレーム39と、この環状フレーム39の内側
に固着した桁フレーム40とからなり、この桁フレーム40
の一側部に、回転打撃穿孔機41が第２リング21の軸心と
直角方向に移動可能に搭載され、かつその機体フィード
スクリュウ42が螺合されている。43はフィードモータで
ある。上記回転打撃穿孔機41の穿孔軸と対向する部分の
環状フレーム39には穿孔ロッド44が貫通する孔45が設け
てあり、かつその内面にシール部材46が取付けてある。
桁フレーム40には接続用の穿孔ロッド44を収納するロッ
ド受け47が設けてある。また桁フレーム40にはグラスフ
ァイバリール48と、グラスファイバ送り装置49と、グラ
ウト材用タンク50と、グラウト注入装置51とが設けてあ
り、グラスファイバ送り装置49とグラウト注入装置51の
それぞれの先端部は環状フレーム39に設けた補強材供給
部52に接続されている。この補強材供給部52は第２リン
グ21の内面に対するシール部材と、グラスファイバ53を
切断する切断部材（いずれも図示せず）が設けられてい
る。またこの補強材供給部52と上記穿孔ロッド44が貫通
する孔45とは第２リング21の軸心方向の同一装置の平面
内に設けられている。
上記第２リング21には上記回転フレーム37の穿孔ロッド
貫通用の孔45と補強材供給部52が位置する平面に相当す
る円周方向の複数個所に孔54が設けてある。
回転フレーム37の環状フレーム39にはリング歯車55が設
けてあり、これに旋回モータ56に連結した駆動歯車57が
嵌合されている。
上記のように構成されたトンネル掘削機４の作用を以下
に説明する。
推進ジャッキ25にて前方へ押しながらカッタドラム28を
回転することによりトンネル掘削機４がトンネル６を掘
削しながら推進される。このときの土砂はチャンバ32に
取込まれ、排泥管34にて後方へ排出される。また掘削さ
れたトンネル６の内面には第３リング22の後端部に設け
た環状の型枠26と、この部分に注入されるライニング材
にてライニングされる。そしてこのライニング材は短い
時間でかたまるものであり、上記トンネル掘削機４はこ
のライニング部を足がかりにして推進される。
トンネル掘削機４の操向はステアリングジャッキ24にて
第１リング20と第２リング21との掘削角度を変えること
によりなされる。
次に上記トンネル掘削機４によりトンネル掘削中にこれ
の周囲を補強材にて補強する作用を説明する。
まずトンネル掘削機４の推進ジャッキ25による推進を停
止する（このときテスアリングジャッキ24及びカッタド
ラム28は作動していてもかまわない）。一方回転打撃穿
孔機41の駆動軸にジョイント58にて、先端にピット59を
固着した穿孔ロッド44を連結する。ついで旋回フレーム
37を旋回モータ56にて旋回してビット59を第２リング21
の孔54に対向させ、この状態で回転打撃穿孔機41を駆動
しならがらフィードスクリュウ42にて前進させる。これ
によりトンネル内面に孔60が穿孔される。この孔60の深
さは上記穿孔ロッド44をジョイント58にて順次複数縦な
ぐことにより必要に応じた深さにとられる。
このようにして順次旋回フレーム37を旋回して第２リン
グ21のまわりのトンネル壁に孔60を多数個穿孔する。
ついで上記のようにして穿孔された各孔60に順次補強材
供給部52を対向させ、この補強材供給部52よりグラスフ
ァイバ53を孔60内に挿入すると共にグラウト材を注入す
る。上記グラスファイバ53はグラスファイバリール48か
らグラスファイバ送り装置49にて送り込まれ、またグラ
ウト材はグラウト注入装置51にて注入される。
上記のようにして地盤強化施工部７の一部を構成する第
２リング21の周囲のトンネル６には略放射状にグラスフ
ァイバ53と、グラウトからなる多数本の補強腕８が構成
される。そして上記作動をトンネル掘削機４の所定距離
の掘進ごとに行なうことにより、トンネル６の全長にわ
たって所定の間隔ごとに上記略放射状の補強腕８が構成
され、この補強腕８による補強範囲が強化域A,〜Ａ″と
なる。
なお上記実施例では補強材としてグラスファイバ53を用
いた例を示したが、これをロックボルトにしてもよい。
この場合、ロックボルトの挿入は上記穿孔手段と略同一
のフィールド機構により孔60内に挿入する。
〔発明の効果〕
本発明によれば、形成されるべき地下空洞予定部を囲繞
する部分に地盤強化域をあらかじめ作成し、その後、こ
の地盤強化域の内側を掘削して地下空洞を形成するよう
にしたことにより、軟弱他、軟岩層での大深度、大規模
な地上空洞を安全、かつ経済的に施工できる。この経済
的な理由は、上記地盤強化域により地圧を支えることが
できるので、地下空洞外壁としての内側壁の厚さを減じ
ることができることになる。そして上記地盤強化域は、
互いに間隔をあけて多数のトンネルを掘削すると共に、
この各トンネルの周壁内に、トンネルの内面から穿孔し
た孔内にグラウト材やロックボルト等の補強材を打ち込
んでなる補強域を多数作成して、多数のトンネルと、こ
の各トンネルの周囲の補強材にて補強された地盤とで構
成されることにより、この地盤強化域は、トンネル間の
間隔及び補強材の長さ等を適当にとることにより、少な
いトンネル数でもって地盤強化域を作ることができ、こ
の部分の全てをコンクリート壁にて構築するようにした
ものに比較してこの地盤強化域を経済的に作ることがで
きる。
また上記地下空洞を掘削するために、この地下空洞の予
定位置のまわりに強化域を作る際に、本発明に係るトン
ネル掘削機４を用いることにより、トンネルと同時に強
化域を構成する多数の補強材を作って行くことができ、
上記強化域を能率よく施工することができる。
そして上記補強材を作るための地盤強化域施工部が、リ
ング状の本体と同心状に回転可能にした旋回フレーム
と、この旋回フレームに上記リング状の本体の軸心と直
角方向に移動可能にして搭載すると共に、穿孔ロッドを
リング状の本体に設けた孔より突出するようにした穿孔
装置と、この穿孔装置の穿孔ロッドを旋回フレームの環
状部にて密封支持するシール装置と、穿孔されたこの孔
内にグラスファイバ、ロックボルト、グラウト等の補強
部材を充填する補強材充填装置にて構成されていること
により、これの穿孔装置は旋回フレームを介してトンネ
ル掘削機４のリング状の本体に対して強固に支持され
る。そしてこの穿孔装置にてトンネル壁内に穿孔するた
めの穿孔ロッドはシール装置にてシールされることによ
り、穿孔時の穿孔くず等がトンネル掘削機内に浸入する
ことがなく、トンネル掘削機内のクリーン度を保つこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
第１図から第８図は本発明方法の各実施例を示すもの
で、第１図、第２図、第３図はその第１の実施例のステ
ップを示す説明図、第４図、第５図は第２の実施例を示
すもので、第４図は断面図、第５図は平面図、第６図は
第３の実施例を示す断面図、第７図は強化域の他の実施
例を示す断面図、第８図（ａ），（ｂ），（ｃ）は空洞
の形状の例を示す説明図、第９図から第12図はトンネル
掘削機の実施例を示すもので、第９図は全体側面図、第
10図は断面図、第11図は要部の一部破断正面図、第12図
は要部の断面図であり、さらに第13図、第14図は従来の
空洞掘削方法を示す説明図である。 １は空洞予定部、２は地盤強化域、３は立坑、４はトン
ネル掘削機、６はトンネル、７は地盤強化域施工部、８
は補強腕、20,21,22はリング、28はカッタドラム、24は
ステアリングジャッキ、25は推進ジャッキ、37は回転フ
レーム、41は回転打撃穿孔機、44は穿孔ロッド、50はグ
ラウト材タンク、53はグラスファイバ、60は孔。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】地中に空洞を形成する地下空洞施工法にお
    いて、形成されるべき地下空洞予定部を囲繞する部分
    に、互いに間隔をあけて多数のトンネルを掘削すると共
    に、この各トンネルの周壁内に、トンネルの内面から穿
    孔した孔内にグラウト材やロックボルト等の補強材を打
    ち込んでなる補強域を多数作成して、多数のトンネル
    と、この各トンネルの周囲を補強材にて補強された地盤
    とで地盤強化域をあらかじめ作成し、その後、この地盤
    強化域の内側を掘削して地下空洞を形成するようにした
    ことを特徴とする地下空洞施工法。
  2. 【請求項２】屈折可能にしたリング状の本体の先端側
    に、回転することにより土砂を掘削取込むようにしたカ
    ッタドラムを取付け、また後部に、推進ジャッキを備え
    たトンネル掘削機において、上記リング状の本体内に、
    リング状の本体と同心状に回転可能にした旋回フレーム
    と、この旋回フレームに上記リング状の本体の軸心と直
    角方向に移動可能にして搭載すると共に、穿孔ロッドを
    リング状の本体に設けた孔より突出するようにした穿孔
    装置と、この穿孔装置の穿孔ロッドを旋回フレームの環
    状部にて密封支持するシール装置と、穿孔された孔内に
    グラスファイバ、ロックボルト、グラウト等の補強部材
    を充填する補強材充填装置を有する地盤強化域施工部を
    設けたことを特徴とするトンネル掘削機。
JP63145621A 1988-06-15 1988-06-15 地下空洞施工法及びトンネル掘削機 Expired - Lifetime JPH07107359B2 (ja)

Priority Applications (5)

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JP63145621A JPH07107359B2 (ja) 1988-06-15 1988-06-15 地下空洞施工法及びトンネル掘削機
DE68922389T DE68922389T2 (de) 1988-06-15 1989-06-15 Verfahren zum bauen unterirdischer räume sowie tunnelbohrmaschine.
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