JPH11294079A - トンネル掘進方法 - Google Patents
トンネル掘進方法Info
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- JPH11294079A JPH11294079A JP10097197A JP9719798A JPH11294079A JP H11294079 A JPH11294079 A JP H11294079A JP 10097197 A JP10097197 A JP 10097197A JP 9719798 A JP9719798 A JP 9719798A JP H11294079 A JPH11294079 A JP H11294079A
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- ground
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- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Abstract
て地山評価が可能となり、地山性状を高精度に且つ最新
情報により評価する。 【解決手段】全断面トンネル掘削機(TBM)によるト
ンネル掘進方法において、TBM機械データから掘削エ
ネルギー及びグリッパ係数を指標化し、この指標値に基
づいて地山評価基準を設定する方法。 【効果】地山等級の数値による判別が可能となり、地山
性状に応じた適切な支保構造と補助工法を選定でき、確
実なTBM堀進を行うことができる。地山性状に応じた
適切な支保パターンを選択することができ、また先進ボ
ーリング調査結果からの地山等級の予測精度は、TBM
機械データのフィールドバックにより地山評価基準が見
直し学習され、地山性状を高精度に且つ最新情報により
予測、評価が可能となる。
Description
削機(以下、TBM:tunnel boring machine という)
を使用するトンネル掘進方法の技術分野に属する。
ば無支保での高速掘進が可能でありその長所を十分に生
かすことができるが、固結度の低い帯水地山や断層破砕
帯などの不良地質部での掘削は苦手であり、これらに起
因するトラブルが多く発生し、TBMが数カ月止まるこ
ともたびたびある。このような地質的な要因からのTB
Mのトラブルを未然に防ぐには、切羽前方地山の地層構
造の変化や不良地質部の地山性状とその規模を事前に精
度良く知ることと、これらを正しく評価しその対策工や
補助工法の選定、TBM掘進の可否の判定などができる
TBM掘進システムが必要である。
えば特開平4−161588号公報においては、油圧式
パーカッションドリルによる削孔データ(削孔により得
られた削孔深度と各深度における累積掘削時間、削孔速
度、ピストン打撃エネルギー、給進力、トルク、送水圧
等)により破壊エネルギーを算出し、確率統計手法によ
り岩盤等級と関係づけて予測を行う方法を提案してい
る。
ーカッションドリルによる予測方法は、発破工法の場合
には有効な方法ではあるが、TBMの場合には、掘削を
中断して切羽面にパーカッションドリルを設置しなけれ
ばならないとともに、ボーリング中はTBM掘進ができ
ないので工期が大幅に延びるという問題や、ロッドが地
山にかまれロッドを地山中に捨てざるをえない場合に、
TBMのカッター破損の問題があり、TBM掘進に上記
方法を採用することは困難である。
は、特願平9−139693号において、TBM機内か
ら先進ボーリングにより切羽前方の地山調査、評価を可
能とし、地山性状を高精度に判別できるとともに、地山
性状に応じた適切な支保工と補助工法を選定でき、確実
なTBM掘進を行うことができるトンネル掘進システム
を出願している。
リアルタイム計測するTBM機械データの一部を掘削エ
ネルギーやグリッパ係数などへ指標化し、TBM後胴引
き寄せ時の坑内観察調査に先がけて予め定めた評価基準
に基づいて地山等級を予測し、これにより適時に適切な
支保パターンを施工することができるトンネル掘進方法
を提供することを目的とする。
に、本発明のトンネル掘進方法は、全断面トンネル掘削
機(TBM)によるトンネル掘進方法において、TBM
機械データから掘削エネルギー及びグリッパ係数を指標
化し、この指標値に基づいて地山評価基準を設定するこ
とを特徴とする。
を参照しつつ説明する。図1〜図10は、本発明のトン
ネル掘進方法の1実施形態を示し、図1は、本発明で使
用するTBMの模式図である。
ンプレート3、スキンプレート3の先端に回転自在に装
着されたカッターヘッド2、機内後部に設置されるスラ
ストジャッキ4及びメイングリッパ5等を備え、メイン
グリッパ5を坑壁に張り出しこれに反力を取ってスラス
トジャッキ4を伸ばしながらカッターヘッド2を回転さ
せ、1ストローク分を掘削する。スラストジャッキ4上
には、ロータリパーカッションドリル6が設置されてい
る。このロータリパーカッションドリル6は、先端ビッ
トを打撃、回転させながら削孔するノンコアボーリング
モードと、ビットを交換しドリルを打撃、回転させなが
ら先端コアを採取する部分コアボーリングモードとを備
え、また、ロータリパーカッションドリル6は上下左右
方向に揺動可能に設置され、図示点線で示すように切羽
面7に対して直角方向に削孔される切羽内ボーリング8
と、図示実線で示すようにスキンプレート3の後端から
切羽斜め前方に削孔される切羽外ボーリング9が可能に
されている。
を説明するための図である。本発明においては、先進ボ
ーリング調査とTBM機械データによりTBM掘進評価
項目を把握し、最終的に支保パターンの評価を行うもの
である。無論、従来の坑内観察調査および力学調査・試
験のデータも随時評価項目の判断材料に加える。TBM
掘進評価項目は、(1)地質変化・掘進速度の把握、(2)天
端部・肩部の安定度の把握、(3)側壁部の安定度の把
握、(4)坑内湧水の評価、(5)不良地質部の評価、(6)支
保パターンの評価からなる。
度、削孔速度、給進力、打撃エネルギー、打撃
回数、トルク、回転数、送水圧力、送水量など
のデータを取得し、これらのデータを破壊エネルギーと
して指標化し、これらのデータ及び破壊エネルギーに基
づいて評価項目(1)〜(6)を評価する。また、スライムの
色調、岩片の形、種類、大きさ、硬さの観察や、部分コ
ア採取による地質の判定、孔内湧水量の測定により、評
価項目(1)、(4)、(5)、(6)を評価する。
カッター回転速度、カッタートルク、スラスト推進
力を取得し、これらのデータを掘削エネルギーとして指
標化し、これらのデータ及び掘削エネルギーに基づいて
評価項目(1)〜(6)を評価する。
価項目(2)を評価し、左右メイングリッパ係数を計算
し評価項目(3)を評価する。
タ処理の1例を示すフロー図である。先ず、ステップS
1で、地質図書などから切羽前方の地山調査地点を特定
した後、ステップS2で調査地点までTBM掘進を行
い、ステップS3で掘進速度、カッタートルク、スラス
ト推力などのTBM機械データを取得する。ステップS
4で、TBM掘進と並行してノンコアボーリングモード
でロータリパーカッションドリル6により切羽斜め前方
にボーリング9(50〜100m程度)を行い、ステッ
プS5でボーリング削孔データを取得する。このボーリ
ング削孔データは、削孔深度、削孔速度、給進
力、打撃エネルギー、打撃回数、トルク、回転
数、送水圧力、送水量などである。次に、ステップ
S6のデータ解析・図化手段で、ボーリング削孔データ
に基づいて(1)深度変化の分析、(2)データ間の相
関分析、(3)測定データの指標化、(4)力学パラメ
ータの推定を行う。これらの内容について以下に説明す
る。
から既知の確率・統計手法を用いて例えば図4(B)に
示すガウス型モデルや図4(C)に示す非ガウス型モデ
ルに図化する。これにより、削孔深度に対する測定値の
変化を容易に認識することが可能となる。
の硬軟の様子が推定できる。 削孔速度と給進力の相関から岩質の様子が推定でき
る。 削孔速度とトルク×回転数の相関から地層の崩壊性が
推定できる。 トルク×回転数と打撃エネルギー×打撃回数の相関か
ら岩種が推定できる。 送水圧力と送水量の相関から岩種、水理地質構造が推
定できる。
孔速度(cm/min)/断面積(cm2) 掘削エネルギーEt(kgf・cm/cm2):単位体積を掘削
するに要するエネルギー Et=E1/A E1:単位cmの掘削するに要するエネルギー(kgf・cm/
cm) E1=スラスト推力(tf)×1000+[カッター回転速度
(rpm)×カッタートルク(tf・m)×1000×100]/[掘
進速度(mm/min)×0.1] A:掘削断面積(cm2) グリッパ係数Gc(kgf/cm2) 横軸にひずみεj(ストロークδj/掘削半径r)を縦
軸にグリッパ載荷応力σjをとり、グリッパ張りだし時
の応力〜ひずみ特性を数値化する。グリッパ係数の値は
次式から計算する。
εm-2) εj=δj/r j=1,測点数 (4)力学パラメータの推定 岩盤の一軸圧縮強度=k×破壊エネルギー 次に、ステップS7の地山評価手段において、前記測定
データ間の相関性などを参考にして、ボーリング削孔デ
ータの内、破壊エネルギー、削孔速度、トルク、給進力
などの深度軸に対する変化の様子などから地層構造、岩
種岩質、岩盤性状などを区分け、特定、判定し専門家が
TBM地山評価図を作成する。
で更に詳細に調べたい場合には切羽内コアボーリングを
実施するか否かが判断され、YESの場合には切羽内コ
アボーリングが行われ、ステップS10でコアボーリン
グデータが取得され、このデータに基づいてステップS
5〜S7で再度、地層構造の判定が行われる。そして、
判定された地層構造に基づいて、ステップS11で支保
工の選定及び補助工法の選定が行われる。次に、ステッ
プS12でTBM掘進可否の判定が行われ、TBM掘進
可能と判定されればステップS2に戻りTBM掘進が行
われ、TBM掘進不可能と判定されれば、ステップS1
3で不良地質部の評価が行われ、トラブルの推定、その
対策工、事前地山補強工が実施され、ステップS2に戻
りTBM掘進が行われる。
ーリングによる地山評価及びステップS11の支保工の
選定及び補助工法の選定を説明するための図である。な
お、ボーリング削孔データ評価基準値、支保構造及び補
助工法はあくまで1例を示すものでこれに限定されるも
のではない。測定した削孔速度、トルク、給進力と測定
データからの計算値の破壊エネルギーの値によって、I
〜Vの5段階の地山区分に区分され、それぞれの地山区
分に応じて適切な支保工の選定と補助工法の選定、さら
にはTBM掘進方式が選定される。なお、全周簡易ライ
ナーとは、坑壁の全周にわたってライナーピースを組み
付ける方式であり、シールドジャッキはこの全周簡易ラ
イナーに推進反力をとる方式である。また、裏込め注入
とはライナーと坑壁との間にモルタルを注入する方式で
あり、切羽注入とは、機内から切羽とその周辺地山内に
セメントミルクやウレタン材を注入する方式である。
説明するための図であり、図6(A)はTBMの断面
図、図6(B)はスキンプレートのテール部での横断面
図である。本システムは、カッターヘッド2が1ストロ
ーク分掘進すると、スキンプレート3のテール部のすぐ
後方で先受け材11Bをリング支保工12で受け、イン
バートライナ15上に設置したフロントグリッパ13を
伸長させて押圧支持し、また、タイロッド16で1つ手
前のリング支保工12に固定する。次いで、今ある先受
け材11Bの間の空いている場所でスキンプレート3と
坑壁との空間に次の先受け材11Aを差し込み、坑壁面
にはファイバー吹付モルタル20を施工する。以上のよ
うにしてスキンプレート3の後方を常に先受け材で支持
するため、肌落ち、抜け落ちを防止することができる。
す斜視図である。本システムは、隣接するリング支保工
12の間にトンネル天端の一部を支持するライナー部材
21a、21b、21cを配設し、トンネル天端を安定
化し、また、シールドジャッキの推進反力をとるもので
ある。地盤の強度により、プレート状のライナー部材2
1a、一部空間のあるライナー部材21b、金網状のラ
イナー部材21cが用意されている。
て、地山区分、支保構造、補助工法、掘進方式が変化す
る例を示し、可能な限りTBM機内から切羽前方の地山
性状を予測し、地山性状に応じた適切な支保構造と補助
工法を選択することにより、確実な掘進を行うことがで
きる。
掘削エネルギー、フロントグリッパ係数、メイングリッ
パストロークの変化を示す図である。図中、2はカッタ
ーヘッド、5はメイングリッパ、13はフロントグリッ
パである。
ける評価方法を説明するための図である。図10(A)
は、前述したTBM機械データに基づく掘削エネルギー
とグリッパ係数からの地山等級の評価基準例を示し、図
10(B)は図5で説明した先進ボーリング調査からの
地山等級の評価基準例を示している。
調査に基づいて地山等級を評価し、次いで、実際のTB
M機械データに基いて地山等級を評価し、この評価結果
により先の先進ボーリング調査に基づく地山評価基準を
見直し、このフィードバックシステムによる学習により
常に最新情報により地山評価基準を設定可能にしてい
る。
によれば、リアルタイム計測のTBM機械データの一部
を掘削エネルギーやグリッパ係数で指標化することによ
り、地山等級の数値による判別が可能となり、これによ
り、地山性状に応じた適切な支保構造と補助工法を選定
でき、確実なTBM掘進を行うことができる。また、T
BMの後胴を引き寄せる以前に地山性状を予測できるの
で、地山性状に応じた適切な支保パターンを選定するこ
とができる。さらに、先進ボーリング調査結果からの地
山等級の予測精度は、TBM機械データのフィードバッ
クにより地山評価基準が見直し学習され、地山性状を高
精度に且つ最新情報により予測、評価が可能となる。
するための図である。
を示すフロー図である。
の選定及び補助工法の選定を説明するための図である。
の図であり、図(A)はTBMの断面図、図(B)はス
キンプレートのテール部での横断面図である。
る。
保構造、補助工法、掘進方式が変化する例を示す図であ
る。
ー、フロントグリッパ係数、メイングリッパストローク
の変化を示す図である。
を説明するための図である。
Claims (2)
- 【請求項1】全断面トンネル掘削機(TBM)によるト
ンネル掘進方法において、TBM機械データから掘削エ
ネルギー及びグリッパ係数を指標化し、この指標値に基
づいて地山評価基準を設定することを特徴とするトンネ
ル掘進方法。 - 【請求項2】先進ボーリングデータから破壊エネルギー
を指標化し、この指標値に基づいて地山性状を評価し、
該評価を前記地山評価基準にフィードバックすることを
特徴とする請求項1記載のトンネル掘進方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10097197A JPH11294079A (ja) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | トンネル掘進方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10097197A JPH11294079A (ja) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | トンネル掘進方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11294079A true JPH11294079A (ja) | 1999-10-26 |
Family
ID=14185882
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10097197A Pending JPH11294079A (ja) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | トンネル掘進方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11294079A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1998
- 1998-04-09 JP JP10097197A patent/JPH11294079A/ja active Pending
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