JPH1181856A - トンネル掘削壁面の緩み状態検知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル掘削壁面の岩盤緩み状態を機内側か
ら定量的に検知して緩み状態に対応した形態の支保を能
率的に施工し得るようにする。 【解決手段】 掘削機本体１に油圧ジャッキ11によって
上下動するルーフ２を装着してあり、このルーフ２を油
圧ジャッキ11の伸長によりトンネル掘削壁面ｔの上周部
に圧接させたのち、上記油圧ジャッキ11を収縮させるこ
とによりトンネル掘削壁面ｔからのルーフ２の圧接力を
解き、この時のルーフ２にかかる緩み地盤の荷重を検出
してその荷重値の大小に応じた支保形態を該トンネル掘
削壁面部分に施工する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル掘削機に
よって岩盤中にトンネルを掘削する際に、トンネル掘削
壁面の性状、即ち、緩み状態を検知する方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】トンネル掘進機によって岩盤を掘削しな
がらトンネルを形成していく場合、掘削されたトンネル
壁面が肌落ちしたり、崩落したりすることがあり、この
ため、従来からトンネル掘削機の後方においてトンネル
掘削壁面の緩み状態を検知し、その緩み状態に応じた形
態の支保を施工している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ト
ンネル掘削壁面の緩み状態の検知は、トンネル掘削機の
後方に露出しているトンネル掘削壁面に対して行うもの
であるから、支保工部材の組立や覆工部材の張設時に岩
盤が崩落する虞れがあって施工作業に極めて危険を伴う
という問題点がある。さらに、トンネル掘削壁面の緩み
状態の検知方法としては目視により行っているために、
多大な経験を必要とするばかりでなく正確な判断が困難
となり、従って、安全性を確保するには必要以上の強度
の支保工を施工しなければならず、工費が高くつくと共
に作業能率が低下するという問題点があった。

【０００４】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところはトンネル掘削壁面の
緩み状態をトンネル掘削機側において精度よく検知して
トンネル掘削機後方のトンネル掘削壁面に従来よりも安
全に且つ能率良く緩み状態に応じた形態の支保の施工を
可能にし得るトンネル掘削壁面の緩み状態検知方法を提
供するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のトンネル掘削壁面の緩み状態検知方法は、請
求項１に記載したように、トンネル掘削壁面の少なくと
も上周部にルーフを設けてトンネルの掘削中に上記ルー
フにかかる荷重を測定し、この測定した荷重の大小から
トンネル掘削壁面の緩み状態を検知することを特徴とす
るものである。

【０００６】上記請求項１に係る発明において、請求項
２に係る発明は、上記ルーフをトンネル掘削機の上部に
対して油圧ジャッキにより上下方向に進退自在に支持
し、この油圧ジャッキを伸長させて上記ルーフをトンネ
ル掘削壁面に圧接させた後、上記油圧ジャッキを収縮さ
せてトンネル掘削壁面からのルーフを圧接を解き、この
圧接力を解いた時の油圧ジャッキの作動油圧を測定して
該油圧値の大小からトンネル掘削壁面の緩み状態を検知
することを特徴とするものである。

【０００７】

【作用及び効果】トンネル掘削機に設けているルーフを
トンネル掘削壁面に圧接し、露出している岩盤を支持さ
せる。この場合、トンネル掘削壁面の上周部から岩盤の
緩みによる肌落ちや崩落が生じ易いので、上記ルーフに
よって少なくともトンネル掘削壁面の上周部を支持させ
るように構成しておけばよい。ルーフによってトンネル
掘削壁面を支持させると、緩みが生じていない安定岩盤
の場合にはルーフをトンネル掘削壁面に圧接させた状態
から僅かに下動させれば、ルーフに対するトンネル掘削
壁面側からの荷重が解かれるが、緩みが生じている崩壊
性岩盤の場合にはルーフをトンネル掘削壁面に圧接させ
た状態から僅かに下動させても岩盤の緩みによってルー
フに緩みの大小に応じた荷重がかかる。この荷重を測定
することによってトンネル掘削壁面の岩盤の緩み状態を
定量的に簡単且つ精度よく検知することができると共に
早期検知が可能となってその緩み状態の岩盤に対する対
処が正確且つ能率良く行える。

【０００８】さらに、トンネル掘削壁面の岩盤の緩み状
態の検知は、上記のようにトンネル掘削機を被覆してい
るルーフによって行うので、トンネル掘削壁面の露出岩
盤を直接判断する従来方法に比べて安全に検知すること
ができると共に、ルーフによって支持したトンネル掘削
壁面部分の岩盤に緩みが生じているかどうか、即ち、肌
落ちや崩落が生じる虞れがあるかどうかを検知するもの
であるから、予め、そのトンネル掘削壁面部分の緩み状
態に対応した支保手段を選定しておくことができ、従っ
て、トンネル掘削機の掘進によって該トンネル掘削壁面
部分がトンネル掘削機の後方の支保組み立て位置に達し
た時にそのトンネル掘削壁面部分に上記選定した支保を
施工することが可能となって、必要以上の強度の支保工
を施工することなくトンネル掘削壁面の緩み状態に対応
した最適な構造の支持工を能率よく施工することができ
るもである。

【０００９】また、トンネル掘削壁面の緩み状態の検知
手段として請求項２に係る発明は、上記ルーフを油圧ジ
ャッキによってトンネル掘削機の上部に支持させてお
き、この油圧ジャッキを伸長させて該ルーフをトンネル
掘削壁面に圧接させた後、上記油圧ジャッキを収縮させ
てトンネル掘削壁面からのルーフを圧接を解き、この時
の油圧ジャッキの作動油圧を測定して該油圧値の大小か
らトンネル掘削壁面の緩み状態を検知するように構成し
ているので、トンネル掘削壁面の緩み状態を定量的に且
つ無段階に検出することができ、緩みが小さい場合には
支保手段として吹付けコンクリートによる覆工を採用し
たり、緩みが大きい場合には鋼製リングによる支保工の
組み立てや該支保工間のピッチの縮小、或いは、セグメ
ントの施工やロックボルトの併用等、適切な支保の形態
を採用し得るものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を実施例を図
面について説明すると、図１はトンネル掘削壁面ｔの上
周部を支持するルーフ２を備えたトンネル掘削機Ａを示
すもので、このトンネル掘削機Ａは、トンネル径よりも
小径に形成され且つ前面にトンネルを掘削するためのカ
ッタ板３を回転自在に支持している掘削機本体１と、こ
の掘削機本体１と一体で且つ掘削機本体１の背面から後
方に向かってトンネル長さ方向に水平状に延設している
一定長さのビーム体４と、掘削機本体１の下面から下方
に突設してジャッキ5aにより伸縮させられるフロントサ
ポート５と、上記ビーム体４の後端部下面から下方に突
設してジャッキ6aにより上下伸縮自在なリアサポート６
と、ビーム体４の下面に沿って摺動自在に装着されたリ
アグリッパ７と、掘削機本体１とリアグリッパ７間を連
結した推進ジャッキ８とからなる。

【００１１】リアグリッパ７はビーム体４の後部側に配
設されてあり、周知のようにビーム体４に対して相対的
に摺動自在なビーム受け９の下面両側に設けられてい
る。そして、両リアグリッパ７、７と掘削機本体１の背
面両側部間を上記推進ジャッキ８、８によってそれぞれ
連結している。なお、掘削機本体１内にはカッタ板３の
回転駆動機構（図示せず）が設けられている。

【００１２】上記ルーフ２は、トンネル掘削壁面ｔの上
周部内壁の周方向の湾曲面に沿う断面円弧状に形成され
てあり、その円弧状に湾曲した幅はトンネル掘削壁面ｔ
の少なくとも上周部を支持し得る幅に形成されている。
このルーフ２はトンネル掘削機Ａの上記ビーム体４の前
部上面にリンク10と油圧ジャッキ11を介して支持されて
いる。

【００１３】この支持構造は図２に示すように、ルーフ
２の長さ方向の中央部付近の下面に前後に小間隔を存し
て上記リンク10と油圧ジャッキ11の上端を前後方向に回
動自在に枢着12、13していると共にこれらのリンク10と
油圧ジャッキ11をその枢着部12、13から下端に向かって
互いに離間する方向に側面ハ字状に拡げて傾斜させ、リ
ンク10の下端をビーム体４の上面前端部に回動自在に枢
着14すると共にこのリンク10と反対方向に傾斜した上記
油圧ジャッキ11のロッド下端（先端）をリンク10の下端
枢着部14から後方に所定間隔を存したビーム体４の上面
に前後方向に回動自在に枢着15してなるものである。

【００１４】上記油圧ジャッキ11は図２に示すように、
トンネル掘削機Ａ内の適所に設置している圧油供給装置
16に接続した圧油配管17を通じて圧油を供給されるもの
であり、この圧油配管17中に油圧計18を配設して上記ル
ーフ２と共にトンネル掘削壁面ｔの岩盤の緩み状態検知
手段を構成している。

【００１５】このように構成した岩盤の緩み状態検知手
段を備えているトンネル掘削機ＡによってトンネルＴを
掘削すると共にトンネル掘削壁面ｔの緩み状態を検出
し、さらに、トンネル掘削壁面ｔにその岩盤の緩み状
態、即ち、性状に応じた構造の支保を形成する方法につ
いて述べると、トンネルＴの掘削時には推進ジャッキ８
を収縮させてビーム受け９をビーム体４に沿って該ビー
ム体４の前側に引き寄せた状態で左右のリアグリッパ
７、７を伸長させることによりトンネル掘削壁面ｔに圧
着させる一方、リアサポート６をトンネル掘削壁面ｔの
底面から上方に離間させる。さらに、ルーフ２をトンネ
ル掘削壁面ｔの上周部壁面に圧接させることなく近接又
は摺接した状態にして機内に岩盤片が落下するのを防止
した状態にしておく。

【００１６】この状態にしてカッタ板３を回転させなが
ら推進ジャッキ８、８を伸長させると、フロントサポー
ト５がトンネル掘削壁面ｔの底面に沿って摺動しながら
掘削機本体１が前進してカッタ板２により切羽岩盤が掘
削される。一定長のトンネルＴが掘削されると、掘削機
本体１による掘進を停止したのち、圧油供給装置16から
圧油配管17を通じて油圧ジャッキ11に圧油を供給し、そ
の作動油圧によって油圧ジャッキ11のロッドを伸長させ
ると共にリンク10を起立方向に回動させることによりル
ーフ２を上動させてトンネル掘削壁面ｔに圧接させる。

【００１７】そして、供給した圧油量が一定量に達した
ら圧油の供給を停止し、この時の作動油圧を油圧計18に
より検出する。検出された油圧値はトンネル掘削壁面ｔ
の岩質によって異なる。即ち、岩質が安定している程、
油圧値は大きく、緩んでいる程小さい。このようにトン
ネル掘削壁面ｔにルーフ２を一定量の圧油でもって圧接
させたときの油圧値の大小により岩盤の緩みの程度を検
知する。

【００１７】この状態から油圧ジャッキ11に供給した作
動圧油を徐々に圧油供給装置16に戻して油圧ジャッキ11
のロッドを収縮させることによりトンネル掘削壁面ｔに
対するルーフ２の圧接力を解くと、図２、図３に示すよ
うにトンネル掘削壁面ｔの岩盤B1が安定した岩盤である
場合にはルーフ２にはトンネル掘削壁面ｔ側からの荷重
がかからずにそのルーフ２の自重に相当する作動油圧が
油圧計18に表示されることになり、ルーフ２が押接した
トンネル掘削壁面ｔが安定地盤であると判断することが
できる。

【００１８】一方、図４に示すように、ルーフ２が圧接
したトンネル掘削壁面ｔの岩盤B2が緩んでいると、その
圧接状態から油圧ジャッキ11に対する作動圧油を徐々に
圧油供給装置16に戻すことによって油圧ジャッキ11のロ
ッドを収縮させ、図５に示すようにトンネル掘削壁面ｔ
に対するルーフ２の圧接を解いても、ルーフ２上には緩
んでいる岩盤B2の緩み荷重が作用しているためにルーフ
２の自重とその緩み荷重との和に相当する作動油圧が油
圧計18に表示されることになる。

【００１９】この時、ルーフ２の自重が一定であるか
ら、油圧計18に表示された数値からルーフ２の自重に相
当する数値を減じた値が緩み荷重の大きさを示してい
る。この緩み荷重値の大小は、トンネル掘削壁面ｔが肌
落ちし易い緩み状態や崩落し易い緩み状態等のように緩
み度の大小に比例し、予め、実績によって岩盤の緩み度
に対応した荷重値を算定しておくことにより、現場にお
けるトンネル掘削壁面ｔの岩盤の緩み状態の大小を知る
ものである。さらに、ルーフ２をトンネルの周方向或い
は長さ方向に複数分割された構成とし、分割された各々
のルーフに油圧ジャッキを取付けておけば、岩盤の緩み
状態をより正確に把握することができる。

【００２０】一方、トンネル掘削機Ａの掘進に従ってト
ンネル掘削機Ａのルーフ２の後端から露出するトンネル
掘削壁面ｔには該トンネル掘削壁面ｔからの岩盤の肌落
ちや崩落を防止するための支保が施工される。この支保
の形態（パターン）としては全く支保を必ずしも必要と
しない安定岩盤からトンネル掘削壁面ｔの岩盤の緩み状
態の大小に応じて施工される各種の支保形態がある。こ
のような支保形態として、トンネル掘削壁面ｔの岩盤の
緩み状態が小さい場合から大きくなるに従ってトンネル
掘削壁面ｔに対して一般的に次のような支保が採用され
る。

【００２１】即ち、．吹き付けコンクリートによる覆
工、．この吹き付けコンクリートによる覆工と鋼製リ
ング支保とによる支保工との組み合わせ、．の支保
形態において鋼製リング支保間のピッチを狭くする、
．及びの支保形態にトンネル掘削壁面ｔに対して
打設するロックボルトとの併用、．の支保形態にお
いてロックボルトの打設間隔を狭くする、．鋼製ライ
ナー（鋼製セグメント）の組み立てによる支保、．
にロックボルトの打設を併用する、という施工形態を採
用する。

【００２３】トンネル掘削壁面ｔの岩盤の緩み状態の検
知は、支保の施工場所よりも前方に配設しているルーフ
２によって上述したように行うので、検出されたトンネ
ル掘削壁面部分がトンネル掘削機Ａの掘進に従ってルー
フ２の後方に露出する間にそのトンネル掘削壁面部分の
岩盤の緩み度に応じた適切な上記支保形態を選定するこ
とができ、該トンネル掘削壁面部分がルーフ２の後端か
ら後方に露出した時にその岩盤部分の緩み度に応じた支
保形態を迅速に施工することができる。また、特に緩み
荷重が大きい場合が検知されると、ルーフ２内にて鋼製
ライナーを組み立てゝ掘削壁面の露出なしに支保を施工
する。

【００２２】トンネル掘削壁面ｔにルーフ２を圧接させ
てその岩盤の緩み状態を検出する際には、トンネル掘削
機Ａを停止させてリアサポート６を伸長させることによ
りその下端面をトンネル掘削壁面ｔの底面に圧着させ、
フロントサポート５と共に掘削機本体１とビーム体４を
支持している。そして、そのトンネル掘削機Ａの停止場
所におけるトンネル掘削壁面ｔの岩盤の緩み状態を検知
したのち、次の一定長のトンネルを掘削する場合には、
リアグリッパ７によるトンネル掘削壁面ｔに対する圧着
を解いた後、推進ジャッキ８を収縮させてビーム受け９
を前進させ、しかるのち、上述したようにリアグリック
７をトンネル掘削壁面ｔに圧着させると共にリアサポー
ト７をトンネル掘削壁面ｔから上方に離間させ、この状
態でカッタ板３を回転させながら推進ジャッキ８を伸長
させてトンネルＴを掘進するものである。

【００２３】トンネル掘削壁面ｔの岩盤緩み状態の検知
は、一定長のトンネル掘削毎に行われ、図１に示すよう
に、岩盤の緩み度の大小に対応して鋼製ライナー（鋼製
セグメント）19の組み立てによる支保と掘削壁面ｔに対
するロックボルト20の打設による鋼製ライナー19の固着
との併用支保形態や鋼製リング支保工21の建て込み、吹
き付けコンクリート22等による覆工を施すものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】岩盤緩み状態検知用ルーフを備えたトンネル掘
削機によってトンネルを掘削している状態の簡略縦断側
面図、

【図２】安定した掘削壁面の岩盤にルーフを圧接させた
状態を示す簡略側面図、

【図３】掘削壁面からルーフの圧接力を解いた状態の簡
略側面図、

【図４】崩壊性岩盤を有する掘削壁面にルーフを圧接さ
せた状態を示す簡略側面図、

【図５】掘削壁面からルーフの圧接力を解いた状態の簡
略側面図。

【符号の説明】

Ａ トンネル掘削機 １ 掘削機本体 ２ ルーフ 11 油圧ジャッキ 16 圧油供給装置 17 圧油配管 18 油圧計 ｔ トンネル掘削壁面 B1、B2 岩盤

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル掘削壁面の少なくとも上周部に
   ルーフを設けてトンネルの掘削中に上記ルーフにかかる
   荷重を測定し、この測定した荷重の大小からトンネル掘
   削壁面の緩み状態を検知することを特徴とするトンネル
   掘削壁面の緩み状態検知方法。
2. 【請求項２】 上記ルーフはトンネル掘削機の上部に対
   して油圧ジャッキにより上下方向に進退自在に支持され
   てあり、この油圧ジャッキを伸長させて上記ルーフをト
   ンネル掘削壁面に圧接させた後、上記油圧ジャッキを収
   縮させてトンネル掘削壁面からのルーフの圧接を解き、
   この時の油圧ジャッキの作動油圧を測定して該油圧値の
   大小からトンネル掘削壁面の緩み状態を検知することを
   特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削壁面の緩み状
   態検知方法。