JPH0762430B2 - トンネル掘削方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はトンネル掘削方法および装置に関する。

［従来の技術］ 従来のトンネル掘削方法はトンネルの全断面に穴あけす
る「シールドミル」の使用を伴なう。最終的なトンネル
支持構造は、このミルの後方に作られる。

［発明が解決しようとする課題］ この方法は掘削すべきトンネルと正確に同じ寸法のシー
ルドを持つことが必要であり、異なった寸法のトンネル
には使用できないという限界がある。

また、相当な切開力が要求される。

更に、軟弱地盤では、掘削ツールの重量に起因する下方
向のスラスト成分が惹起され、これは制御困難であると
いう欠点もある。

本発明の目的は従来法の欠点を解消するトンネル掘削方
法を提供することである。

本発明の別の目的はこの方法を実施する装置を提供する
ことである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の目的は特許請求の範囲第１項の方法および特許
請求の範囲第３項の装置によって達成される。

［実施例］ 本発明の特徴および利点は、下記の好ましい、しかし制
限的でない本発明実施態様の説明によって明かとなるで
あろう。この実施態様は添付図面の非制限的実施例によ
って図示されている。

第１−５図には、本発明を実施するのに使用する、軌道
付き自己推進装置が符号１によって示されている。第３
図に示すように、装置１は進行ユニット２を有する。進
行ユニット２は、２本のジャッキ３が正面および背面に
取り付けられ、同軸Ａの回りで回転可能なように回転す
る車輪４上に支持されている。ジャッキ３は相互に平行
であり、その幹部は連接的にそれぞれの頂上において枠
組み５を支持する。枠組み５は掘削（穴開け）ツール６
を摺動可能に支持している。該ツール６は枠組み５によ
って突出的に支持され、駆動ユニット７によって作動さ
れる。

掘削ツール６（第４図参照）は平行チェーン8,9を有
し、外側に突出する２列の掘削歯10のそれぞれを支えて
いる。

チェーン8,9は、一側面にある一対の駆動プーリ11と、
他側面にある一対の従車12の間を伸びる。２つの駆動プ
ーリ11は共軸であるが、２つの従車12は軸に対して傾け
られているので、チェーンは従車に向かって末広がり方
向にある。かくして第４図に、より明瞭に示すように、
ツール６の掘削前面（従車側）ではほぼＺ側の形状を有
する。第３図では、はっきりさせるため、掘削ツール６
は実際のもの（第５図参照）に対して90度回転させた位
置で示している。

トンネル掘削のための予備的根固め（preliminary cons
olidation）方法は以下の通りである。

装置１は当初はトンネルと共軸に配置される。そのため
掘削ツールの回転軸Ａはトンネルの長手方向軸と一致す
る。掘削ツール６は掘削されるアーチ背面（extrados）
において整列される。そしてツール６は枠組み５に沿っ
て駆動ユニット７により前進し、チェーンは土壌を貫通
し穴13を形成する。掘削ツールの方向は、従車12が好ま
しくはトンネル軸に対し少し上向き方向（即ち、末広が
りの方向）に向けられている。２つのチェーン8,9は反
対方向に回転運動をする。そのことにより、予め決めら
れた方向が維持でき、掘削された土壌が外に排出され
る。穴13はほぼ長方形の断面を有するが、チェーンがず
らして配置されているので、長方形の対向する小さな側
面上に相互に片寄った突起部が形成されて、Ｚ型を形成
する。

穴13が完成すると、ツール６はこの穴から取り出され、
予め決められた角度に亘って回転した後、掘削すべき新
地点に配置される。

同時に、掘削済みの穴は、スプリッツベトン（spritzbe
ton）法に従い、コンクリート注入により充填される。
その結果、穴13と相補的なブーソア（voussoirs）14が
形成される。掘削地点は減圧現象を避けるため、土壌の
特性を考慮に入れて選定される。したがって、例えば第
５図に示すように、一定間隔を開けて穴13を掘削するこ
とができ、これにより注入されたコンクリートの固化を
助けることができる。

上記工程はブーソア14が一緒になって形成された天井ア
ーチ全体が形成されるまで繰り返される。その後、装置
１は適当な掘削装置が入れるように取り除かれる。この
掘削装置により、天井アーチ内、即ちトンネルの天井ア
ーチ腹面（intrados）内の土壌が除去される。この掘削
は井戸やざんごうを掘るのに使用される従来の手段によ
り達成されうる。掘削の深さ（距離）は天井アーチ背壁
から予め決められた距離に伸び、後続の天井アーチと一
部重複することを許容する。

いったん天井アーチ15が完成すると、新掘削地点から出
発する後続天井アーチ15′（第1,2b図）が同じ要領で作
られる。

図示のように、かくして得られた天井アーチは截頭体
（frustum）のような形であり、進行方向に向かって広
がる。このようにして、天井アーチが屋根タイルのよう
に重複するライニングを提供することが可能となる。天
井アーチの半円形断面を掘削中、掘削ツールはジャッキ
３に対して半径方向に固定されている。しかし、関節Ｂ
は掘削ツールをジャッキに対して一定方向に向ける。特
に、第５図に示すように、ライニングが縦方向れんが積
み構造であるときにそうである。掘削ツールの方向づけ
は例えば、枠組み５とジャッキ３の間に作用する、別の
ジャッキ16によって行なわれる。

上記方法は、第６図および第11−13図に示されている、
自己支持的ライニングを形成するときに適用可能であ
る。第６図から推定されるように、トンネルは台の形の
天井アーチ17を有する。これは第1,2a,2b図に示される
開放アーチと異なり、チューブのように閉じられてい
る。アーチ17は円形の断面を有することができるし、第
12,13図に示すように、複数中心形状でもよい。

この実施態様方法を実施する装置は、軌道19aを介して
地面上に載置された進行ユニット18を有する。軌道は縦
方向に伸びるジャッキ19によりユニット18に接続されて
いる。

２つのジャッキ20が進行ユニット18の反対側にそれぞれ
配置され、回転サポート20aによって水平軸Ａの回りで
回転可能である。

ジャッキ20は枠組み21を旋回可能に支持し、この枠組み
21の上に掘削ツール22が摺動可能に取り付けられてい
る。掘削ツールおよび移動手段は前述実施例のものと同
一である。

この進行ユニットは前部および後部それぞれの端部に、
ジャッキ20に対して固定的に、複数の伸縮（telescopin
g）アーム23、24を有する。これらのアームは半径方向
に配置され、装置が既に穴開けされたトンネルの断面壁
に固定される。

トンネルは上記したように掘削されるが、掘削ツールが
前部アーム23の前で操作されるとき、このアーム23はツ
ールの進行の妨げとならないように短縮すべきである。
いずれにしても、装置は残った方のアームによりしっか
りと固定される。しかし、伸縮アームによりもたらされ
る固定により、掘削ツール上でより大きな軸方向スラス
トが得られる。したがって、格段に大きい寸法のブーソ
アを収容する、より深い穴を提供するとともに、装置の
振動がなくなるので、その穴をより精密に提供すること
ができる。

この装置は、進行ユニット前面の可動アーム26に取り付
けた適当な掘削ツール25を備えることができる。この可
動アーム26のおかげで装置を後に移動させずに、アーチ
内の土壌を除去できる。このタイプの掘削ツールは除去
すべき土壌の種類に応じて選択される。

例えば、土壌は、装置の下部に配置された回転ディスク
およびコンベアベルトにより掘削区域から除去すること
ができる（第13図参照）。

ジャッキ19と伸縮アーム23,24の伸縮性のおかげで、大
きなトンネルの場合、第12図に示すように、進行ユニッ
トの下をヤード車両（yard vehicle）27が通過するよう
なレベルに進行ユニットを設置することができる。

本発明の別の実施例では、掘削ツールは２対のチェーン
（第７図参照）を有するようにしてもよく、掘削歯10の
かわりに、適当な「タガネ」28（第８−10図）を有して
もよい。タガネは軸の回りで回転し、チェーンの摺動方
向に対して傾いていてもよい。この場合、掘削ツールは
単一チェーン（第８図）を有するものでもよく、二重チ
ェーン（第９図）のものでもよい。

［発明の効果］ 本発明によれば次のような効果が得られる。

（１）従来の装置に比べ、建設および操作上の高い効率
が得られる。

（２）トンネルが掘削される前に、最終的な自己支持的
ライニング構造が得られる。

（３）掘削ツールの初期掘削位置が変更できるので、同
じ装置を様々な大きさのトンネル掘削に利用できる。

（４）装置の回転中心点を変更できるので、多中心曲線
の回転中心点に相当する様々な回転中心点を使用して支
持構造が形成できる。

（５）自己支持ライニングだけを得る最初の掘削工程は
低スラストで、切開力が少なく、したがって、より深い
部分では相当な厚さが得られる。

（６）採用されている掘削ツールは互換性があり、どの
ような種類の土壌、岩石でも容易に穴開けできるので、
どのような条件下でも、土壌の性質に係わりなく、優れ
た機械的特性を持ち、どのような厚さでも、前進部分が
どのような長さであっても均一な支持構造が得られる。

（７）最終的な自己支持的ライニングが即座にできるの
で、非常に高価な予備根固めを採用する必要がなくな
る。予備根固めは一時的なものに過ぎないし、土壌の均
一性又は均一性の欠如によって有効性が左右され、作業
進行時間を条件付ける。

（８）極度に軟弱な地盤では、従来法に見られるような
予備的な根固めを行なって、非常に浸透性のある、汚染
成分に基づく根固め用混合物を使用することによって引
き起こされる環境問題を本発明の方法では除去すること
ができる。

（９）後で行なうトンネル自体の掘削作業は完全に安全
な条件下に行なうことができる。なぜなら、実際上、作
業はトンネルの既に穴開けされた輪郭の中を「空にす
る」に過ぎず、非常に早い進行時間で行なうことができ
るからである。

（10）後で行なう土壌の排出作業は従来法に基づいて行
なうことができる。

（11）トンネル自体の掘削が終われば、トンネルは実質
的に完成である。ただし、後でトンネル側部を装飾した
り、防音プレハブライニングを施したり、ブーソア壁を
平均化する「スプリッツベトン（spritzbeton）」の薄
層で「砂吹き（sanding）」すれば別である。

（12）壁面を加工しないでも、個々の部分を構成する様
々な截頭体の重なりは騒音を防止し、周回する車両の通
行に起因する「ピストン」効果を防止すると共に、それ
自体建築学的なモチーフとなる。

なお、特許請求の範囲各項の技術的な特徴には符号を付
しているが、これは特許請求の範囲を読みやすくする目
的だけのものであり、本願発明の範囲を実施例の対応要
素に限定する意図のものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図はトンネル断面のライニング概略図である。 第2a図はライニングの横断面立面図である。 第2b図は３個のアーチ型天井の概略縦断面図である。 第３図はトンネル掘削に使用する装置の概略図である。 第４図はチェーン装備した掘削ツールの概略横断面図で
ある。 第５図は掘削装置が中にあるトンネルの横断面立面図で
あり、掘削ツールのさまざまな稼働位置を示している。 第６図は最終支持構造の２部分の概略図である。 第７図は別実施例にかかるチェーン装備した掘削ツール
の概略横断面図である。 第8,9図は回転掘削要素を備えた２個の掘削ツールの概
略図である。 第10図は第8,9図の掘削ツールの部分正面図である。 第11図は自己支持的ライニングを備えた装置の図面であ
る。 第12図は、第11図のXII−XII線の断面図である。 第13図は第12図のものと似ているが、より小さなトンネ
ルの断面図である。 １……装置、2,18……前進ユニット 5,21……枠組み 6,22……掘削ツール 8,9……チェーン 11……駆動プーリ、12……従車 13……穴、14……ブーソア 15……アーチ天井

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下記工程を有するトンネル掘削方法。 （ａ）チェーン型の掘削ツール（６）を有する装置
   （１）を掘削すべきトンネルの長手方向に一致させる。 （ｂ）掘削ツール（６）をトンネルのアーチ背面点に設
   定する。 （ｃ）掘削ツール（６）をトンネル軸に対して末広がり
   に傾けて、ほぼ長方形の穴（13）を形成するように、所
   定深さまで軸方向に進行させる。 （ｄ）掘削ツール（６）を穴（13）から取り出す。 （ｅ）この穴（13）にコンクリートを注入しブーソア
   （14）を形成する。 （ｆ）隣接するブーソア（14）によって、天井（15）が
   形成されるまで（ｂ）−（ｅ）の工程を繰り返す。 （ｇ）かくして形成された天井の軸方向長さよりも短い
   距離だけ天井内部の土壌を掘削する。 （ｈ）ブーソア（14）の軸方向長さにほぼ等しい距離だ
   け装置（１）を前進させる。 （ｉ）（ａ）−（ｈ）の工程を繰り返し、各天井は末端
   部分（15）が広く、連続する天井部分（15′）の狭い始
   端と重なるように、連続する天井からなるライニングを
   形成する。
2. 【請求項２】前記穴（13）はほぼ長方形であるが、対向
   する長手方向の側面が突起部となっていて、Ｚ型に段違
   いとなっており、穴の形成順番は土壌の性質によって選
   択されることを特徴とする請求項第１項記載の方法。
3. 【請求項３】掘削装置であって、進行ユニット（2,18）
   と、前記進行ユニット上で枠組み（5,21）を回転可能に
   支持する支持手段（3,20）とを有し、前記支持手段は一
   対のジャッキ（3,20）を有して、掘削すべきトンネルの
   長手方向軸Ａに対して枠組みを回転および放射運動させ
   ることができ、さらに前記枠組みに取り付けられ、か
   つ、トンネルの軸Ａに対して長手方向に末広がりに摺動
   可能で断面ほぼ長方形の穴（13）を形成する掘削ツール
   （6,22）と、前記ツールを前記枠組みに沿って操作する
   手段（７）を有する掘削装置。
4. 【請求項４】前記ジャッキ（3,20）が前記進行ユニット
   の前部および後部に設けられており、トンネルの長手方
   向軸Ａの回りで回転可能に支持され、且つ、掘削ツール
   （6,22）を摺動させるべく枠組み（5,21）を旋回させる
   ことが可能であり、さらに、前記ジャッキに対して前記
   枠組みを方向づけする手段（16,20a）を設けたことを特
   徴とする請求項第３項記載の装置。
5. 【請求項５】前記掘削ツール（6,22）は、掘削要素（1
   0,28）を備えており、共軸の駆動プーリ（11）と、軸方
   向に対して傾けられていてチェーンの長方形部分が末広
   がりとなっているような従車（12）との間に装着された
   少なくとも一対のチェーン（8,9）を有することを特徴
   とする請求項第３項記載の装置。
6. 【請求項６】前記掘削要素は、掘削歯（10）またはチェ
   ーン（8,9）の進行方向に対して傾いている平面を有す
   る回転タガネ（28）を有することを特徴とする請求項第
   ５項記載の装置。
7. 【請求項７】前記前進ユニット（18）は、形成済みのラ
   イニング壁に接触するべく、少なくとも一端に複数の、
   半径方向に配置された伸縮自在なアーム（23,24）を有
   することを特徴とする請求項第３項記載の装置。
8. 【請求項８】前記前進ユニット（18）は、掘削された土
   壌を除去する手段（27）の通行を許容する、垂直方向に
   伸びたジャッキ（19）により、地面上に載置されている
   ことを特徴とする請求項第３項記載の装置。
9. 【請求項９】前記前進ユニット（18）は、完成した天井
   内の土壌を掘削する手段（25）を前部に備えていること
   を特徴とする請求項第３項記載の装置。