JP2002242597A - トンネル支保工及びトンネル支保工法 - Google Patents

トンネル支保工及びトンネル支保工法

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JP2002242597A
JP2002242597A JP2001044484A JP2001044484A JP2002242597A JP 2002242597 A JP2002242597 A JP 2002242597A JP 2001044484 A JP2001044484 A JP 2001044484A JP 2001044484 A JP2001044484 A JP 2001044484A JP 2002242597 A JP2002242597 A JP 2002242597A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】特にシールドタイプのTBMを用いてトンネル
を掘削するにあたり、崩落性の高い地山において、安全
に支保工の設置作業を行うことができるトンネル支保工
及びトンネル支保工法を提供する。 【解決手段】シールド本体のテールフード10内で、上
部の支保工部分2が所定角度範囲に亘って、両側部及び
下部を含む他の支保工部分よりも曲率半径が小さくなっ
ている支保工1を組み立て、支保工組立後、その上部支
保工部分2と既設支保工1-1 の上部支保工部分2との間
に矢板21を設置して閉塞し、その後、テールフード1
0を前進させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、トンネル支保工
及びトンネル支保工法に関し、さらに詳細には、シール
ドタイプのトンネルボーリングマシン(以下、TBMと
いう)を用いたTBM工法において適用される支保工及
び支保工法に関する。
【0002】
【従来の技術】TBM工法は、本来、硬い岩盤を対象と
して開発されたものであり、複雑な地質の日本の地山条
件の下では適さないとされてきた。しかしながら、TB
Mをシールドタイプとし、その他各種の改良を加えるこ
とにより、近年は軟弱な岩盤にも対応できる技術が急速
に確立されつつある。
【0003】TBM工法は、上記のように日本の地山条
件に対応できるように各種改良が加えられたが、日本の
地山特有の破砕帯に対する対策は依然として最大の技術
的な課題である。この破砕帯での地山崩落の形態は、カ
ッターヘッドによる掘削時点でずるずると崩れる場合
と、カッターヘッドの通過後に時間の経過とともに崩落
する場合とがある。
【0004】いずれの場合も、崩落土によるTBMに対
する締め付けを避けるためには、多くの対応メニュー
と、機敏な判断力が要求される。具体的には、前者の場
合は空洞ができるのはやむなしとして、TBMを制御で
きる限界まで掘削を継続するか、あるいはTBMが締め
付けを受ける前に掘削を止めて地盤改良等の補助工法を
検討するかの二者択一とならざるを得ない。
【0005】後者の場合はカッターヘッドが通過した時
点では自立していた地山が、掘削による応力の開放や地
下水の供給などで時間の経過とともに崩落する場合で、
崩落した土砂はTBMの鋼殻(シールド本体)の上に載
って支えられている状態になる。この場合はTBMの推
進に伴って鋼殻が抜ける箇所で崩落土砂(岩塊)が落下
し、支保工の施工作業は極めて危険な状態になる。
【0006】このことを図8に示す従来工法を参照して
説明する。図8は、トンネル軸方向の断面図である。図
において鎖線Aは設計掘削線であり、TBMは崩落区間
に入って土砂(岩塊)51の崩落が生じている。この場
合、従来は次のような施工順序で支保工法を実施してい
た。
【0007】(1) テールフード50の後方において鋼製
支保工 52-1を建て込む。 (2) 崩落岩塊51を人力により鎖線Bで示す人力掘削線
まで掘削処理する。 (3) 崩落岩塊の掘削に併せて木矢板 53-1を順次打ち込
む。 (4) 楔54により矢板 53-1を崩落岩塊51群に押し付
ける。このとき、矢板53-1は片持ち状態になる。 (5) TBM後胴すなわちテールフード50を支保工間の
間隔( 0.5m )だけ前進させる。 (6) 新たな支保工 52-2を建て込み、木矢板 53-2を打ち
込む。以下、この手順を繰り返す。
【0008】このように、従来の施工法では、崩落性の
高い不良地山での施工の際にTBMの機体上に崩落した
土砂は、支保工組立時にテールフードから多量に落下せ
ざるを得ない。落下した土砂の片付け作業には多大の労
力と時間を要するばかりか、土砂が落下する際は作業員
の危険性が増し、さらにはベルトコンベア等のTBMの
後続機械設備が破損する事例も多く、作業効率と安全性
が大きく低下する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目
的を達成するものである。この発明の目的は、特にシー
ルドタイプのTBMを用いてトンネルを掘削するにあた
り、崩落性の高い地山において安全に支保工の設置作業
を行うことができるトンネル支保工及びトンネル支保工
法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明は上記課題を達
成するために、次のような手段を採用している。すなわ
ち、この発明は、上部支保工部分が所定角度範囲に亘っ
て、両側部及び下部を含む他の支保工部分よりも曲率半
径が小さくなっていることを特徴とするトンネル支保工
にある。前記上部支保工部分は前記他の支保工部分の内
周側に入り込んで、両端が前記他の支保工部分の両端に
継手を介して接合される。
【0011】また、この発明はトンネル支保工法にあっ
て、シールド本体のテールフード内で、上部の支保工部
分が所定角度範囲に亘って、両側部及び下部を含む他の
支保工部分よりも曲率半径が小さくなっている支保工を
組み立て、支保工組立後、その上部支保工部分と既設支
保工の上部支保工部分との間に矢板を設置して閉塞し、
その後、テールフードを前進させることを特徴とする。
【0012】前記支保工はH形鋼からなり、トンネル軸
方向に隣接する前記矢板どうしを前記支保工の外周フラ
ンジ上で接続する。あるいは、前記矢板の両端部をトン
ネル軸方向に隣接する支保工の各内外周フランジ間に挿
入配置し、前記矢板と内周フランジとの間に楔を打ち込
んで矢板を支保工に締結するようにしてもよい。
【0013】この発明によれば、上部支保工部分が他の
支保工部分よりも曲率半径が小さくなっている支保工を
用いるので、支保工をテールフード内で組み立てること
ができて、崩落性の高い地山において土砂をトンネル坑
内に落下させることなく安全に支保工の設置作業を行う
ことができる。そして、他の支保工部分の曲率半径は小
さくすることがないので、設計掘削線にほぼ一致させる
ことができ、崩落性地山での施工誤差を最小限に抑える
ことができる。
【0014】矢板としては、木矢板や鉄矢木等種々のも
のを使用することができる。したがって、この発明でい
う「矢板」とは、これら木矢板及び鉄矢木はもちろん、
トンネル軸方向に隣接する支保工間を閉塞する部材一般
を含む概念である。
【0015】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図面を参
照しながら以下に説明する。図1は、この発明による支
保工を示す正面図である。図2は図1の鎖線Cで囲む部
分の拡大図、図3は図2のD−D線断面図、図4は図3
のE−E線断面図である。
【0016】支保工1は上部支保工部分2と、両側部支
保工部分3,3及び下部支保工部分4を含む他の支保工
部分5とからなっている。この支保工1がH形鋼で作ら
れている点は従来と同様である。この発明によれば、所
定の角度範囲(この実施形態では 125度)に亘って配置
される上部支保工部分2は、他の支保工部分5よりも曲
率半径が小さく、他の支保工部分5の内周側に入り込ん
でいる(以下、この発明による支保工1を異形支保工と
称することもある)。具体的には、上部支保工部分2
は、その外周の曲率半径が鎖線で示すTBMのテールフ
ード10の内周の曲率半径よりも小さくなっていて、こ
の結果、後述するようにテールフード10内で異形支保
工1の組立てができるようになっている。また、他の支
保工部分5の外周は設計掘削線Aとほぼ一致している。
【0017】上部支保工部分2と他の支保工部分5すな
わち両側部支保工部分3,3とは、図2,図3及び図4
に示すように、大きさが異なる2つの継手板6,7を介
して接合される。一方の継手板6はH形鋼のフランジ間
の寸法にほぼ等しい幅寸法(支保工の径方向の長さ寸
法)を有し、上部支保工部分2の両端面に固着されてい
る。他方の継手板7はH形鋼のフランジ間の寸法のほぼ
2倍に等しい幅寸法を有し、両側部の支保工部分3の端
面に固着されている。
【0018】これらの継手板6,7にはボルト挿入孔9
が形成され、また他方の継手板7には内周側にリブ8が
設けられている。上部支保工部分2と両側部支保工部分
3とは、上部支保工部分2を内周側にずらして両継手板
6,7を突き合わせ、ボルト挿入孔9に挿入されるボル
ト(図示せず)により緊締される。継手板7はリブ8で
補強されているので、上部支保工部分2に加わる応力は
側部支保工部分3に完全に伝達され、従来の円形支保工
と同様に機能する。
【0019】側部支保工部分3と下部支保工部分4と
は、図5に示すようにして接合される。この接合方法は
従来と同様である。すなわち、これら支保工部分3,4
の端面には継手板11がそれぞれ固着され、継手板11
を突き合わせてボルト挿入孔12に挿入されるボルトに
より両支保工部分3,4が接合される。
【0020】次に、上記異形支保工1を使用する本発明
工法について説明する。図6はトンネル軸方向の断面図
であり、TBMのテールフード10を引き抜き(後胴の
前進)を終了した状態である。テールフード10は有効
作業空間長L1 (例えば1200mm 程度)を有し、そのう
ち後端側の部分が支保工組立空間長L2 (例えば450mm
程度)である。支保工の施工は次のようにして行われ
る。
【0021】(1) テールフード10内で異形支保工1を
組み立てる。組立の結果、上部支保工部分2の外周フラ
ンジ20aとテールフード10の内周との間には設計空
間厚C(例えば50mm 程度)が形成される。 (2) 支保工組立後、設計空間厚Cを利用して、切羽側よ
りテールフード10と組み立てた支保工1との間に鉄矢
木21を挿入する。そして、この鉄矢木21を既設異形
支保工1-1 における上部支保工部分2の外周フランジ2
0a上で突き合わせ接続する。なお、いうまでもなく鉄
矢木21は上部支保工部分2の外周全体に亘って設置す
る。また、接続方式は、重ね方式としてもよい。 (3) 次に、後胴を前進させ、テールフード10を引き抜
く。テールフード10の引抜きにより空隙(9cm 程度)
が生ずるため、鉄矢木21と外周フランジ20aとの間
に楔22を打ち込み、鉄矢木21を崩落土砂(岩塊)2
3側に押し付ける。以下、この手順を繰り返す。テール
フード10の引抜き時に、鉄矢木21が抜け落ちるのを
防止するために、必要に応じて鉄矢木21を上部支保工
部分2の外周フランジ20aに点付け溶接して固定する
ようにしてもよい。
【0022】図7は別の実施形態を示すトンネル軸方向
断面図である。この実施形態もテールフード10内で異
形支保工1を組み立てる点は、上記実施の形態と同様で
あるが、組み立てた支保工1及び既設支保工1-1 におけ
るそれぞれの上部支保工部分2の内外周フランジ20
a,20b間に木矢板24の両端部を挿入する点で、上
記実施の形態と異なっている。木矢板24の挿入後、内
周フランジ20bとの間に楔22を挿入して締め付け
る。その後、テールフード10を引き抜く。
【0023】なお、両実施の形態とも天端湧水がある場
合は、防水シートを外周フランジ20aに取り付ける。
また、支保工1の組み立て及びテールフード10の引抜
きを行うごとにトンネル側壁部にファイバーモルタルを
吹き付け、支保工と地山とを密着させる。上記各実施の
形態で示した異形支保工を使用する工法は、崩落性地山
での施工であり、通常の地山の場合は通常の円形支保工
を用い、組み立てもテールフードの外部で行われる。
【0024】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、シー
ルドタイプのTBMを用いてトンネルを掘削するにあた
り、上部支保工部分が他の支保工部分よりも曲率半径が
小さくなっている支保工を用いるので、支保工をテール
フード内で組み立てることができて、崩落性の高い地山
において安全に支保工の設置作業を行うことができる。
そして、他の支保工部分の曲率半径は小さくすることが
ないので、設計掘削線にほぼ一致させることができ、崩
落性地山での施工誤差を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による支保工の実施形態を示す正面図
である。
【図2】上部支保工部分と側部支保工部分とを接合態様
を示し、図1の鎖線Cで囲む部分の拡大図である。
【図3】図2のD−D線断面図である。
【図4】図3のE−E線断面図である。
【図5】側部支保工部分と下部支保工部分とを接合する
継手を示す図である。
【図6】この発明によるトンネル支保工法の実施の形態
を示すトンネル軸方向断面図である。
【図7】トンネル支保工法の別の実施の形態を示すトン
ネル軸方向断面図である。
【図8】従来の支保工法を示すトンネル軸方向断面図で
ある。
【符号の説明】
1:支保工(異形支保工) 2:上部支保工部分 3:側部支保工部分 4:下部支保工部分 5:他の支保工部分 6:継手板 7:継手板 8:リブ 10:テールフード 20a:外周フランジ 20b:内周フランジ 21:鉄矢木 22:楔 23:崩落土砂(岩塊) 24:木矢板

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】上部支保工部分が所定角度範囲に亘って、
    両側部及び下部を含む他の支保工部分よりも曲率半径が
    小さくなっていることを特徴とするトンネル支保工。
  2. 【請求項2】前記上部支保工部分は前記他の支保工部分
    の内周側に入り込んで、両端が前記他の支保工部分の両
    端に継手を介してそれぞれ接合されることを特徴とする
    請求項1記載のトンネル支保工。
  3. 【請求項3】シールド本体のテールフード内で、上部の
    支保工部分が所定角度範囲に亘って、両側部及び下部を
    含む他の支保工部分よりも曲率半径が小さくなっている
    支保工を組み立て、 支保工組立後、その上部支保工部分と既設支保工の上部
    支保工部分との間に矢板を設置して閉塞し、 その後、テールフードを前進させることを特徴とするト
    ンネル支保工法。
  4. 【請求項4】前記支保工はH形鋼からなり、トンネル軸
    方向に隣接する前記矢板どうしを前記支保工の外周フラ
    ンジ上で接続することを特徴とする請求項3記載のトン
    ネル支保工法。
  5. 【請求項5】前記支保工はH形鋼からなり、前記矢板の
    両端部をトンネル軸方向に隣接する支保工の各内外周フ
    ランジ間に挿入配置し、前記矢板と内周フランジとの間
    に楔を打ち込んで矢板を支保工に締結することを特徴と
    する請求項3記載のトンネル支保工法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008180014A (ja) * 2007-01-25 2008-08-07 Tsuchiyagumi:Kk トンネルの構築方法
WO2021179508A1 (zh) * 2020-03-11 2021-09-16 山东科技大学 一种利用接顶式盾板支架处理隧道塌方的方法
WO2021179507A1 (zh) * 2020-03-11 2021-09-16 山东科技大学 一种利用亭式支架处理隧道塌方的方法

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WO2021179507A1 (zh) * 2020-03-11 2021-09-16 山东科技大学 一种利用亭式支架处理隧道塌方的方法

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