JP6571485B2 - トンネル掘削方法、及び、トンネル掘削装置 - Google Patents

Description

本発明は、地盤にトンネルを掘削するためのトンネル掘削方法及びトンネル掘削装置に関する。

従来より、トンネルボーリングマシーン（ＴＢＭ）を用いたＴＢＭ工法では、ＴＢＭにより地盤を掘削するとともに、その後方で地盤を支持するための支保工を構築していく。このような支保工として、安定した施工速度を確保するために、鉄筋コンクリート製ライナー（ＲＣライナー）が広く用いられている。ＲＣライナーによる支保工は、円弧断面状に形成された複数のＲＣライナーをＴＢＭにより掘削されたトンネル内壁に沿って円環状に周方向に連結することにより構築され、円環状に連結されたＲＣライナーとトンネル内壁との間に裏込めモルタルを充填することにより、地盤と一体化される。そして、ＴＢＭは、グリッパによる推進反力を十分に確保できない空間では、地盤と一体化されたＲＣライナーによる支保工に反力をとり推進することができる。

特開平１１−２０９５号公報

しかしながら、このようなＲＣライナーによる支保工を採用する場合には、トンネル内壁とＲＣライナーとの間の空間の容積が非常に大きく、裏込めモルタルが大量に必要となり、コスト高の原因となってしまう。裏込めモルタルの量を減らすため、ＲＣライナーとトンネル内壁との間に玉石、砕石を投入することも行われているが、この玉石、砕石を投入する工程が追加されることにより、トンネルの掘削速度が低下してしまう。

本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、ライナー方式の支保工を用いた場合であっても、トンネル掘削速度を低下させることなく、コストを削減することができるトンネル掘削方法を提供することである。

本発明のトンネル掘削方法は、装置本体と、装置本体の先端に設けられ、装置本体に対して回転可能なカッタヘッドと、装置本体の後端部を取り囲み、装置本体の後方に延びる筒状部材と、を備えたトンネル掘削装置を用いたトンネル掘削方法であって、カッタヘッドを装置本体に対して回転し、地盤を掘削する第１の掘削ステップと、トンネル掘削装置を前進させる装置前進ステップと、すでに構築されているライナー支保工の前端部と連続するように、筒状部材内においてライナーを環状に組み立てるライナー組立ステップと、を備えることを特徴とする。

従来は、装置本体内の空間でライナーの組立を行っていたため、装置本体の内径よりも小さい外径のライナー支保工しか構築することができなかった。これに対して、上記構成の本発明によれば、掘削装置の後端部を取り囲み、装置本体の後方に延びる筒状部材内においてライナーを環状に組み立てるため、装置本体の外径と等しいような外径を有するライナー支保工を構築することができる。これにより、環状に組み立てたライナーとカッタヘッドにより掘削された地盤の壁面との間の空間の容積を小さくすることができ、この空間に充填する充填剤の量を削減することができる。このように、ライナーとトンネル内壁との間に玉石等を投入することなく、充填剤の量を減らすことができるため、トンネル掘削速度を低下させることなく、コストを削減することができる。

本発明において、好ましくは、カッタヘッドは円環状であり、第１の掘削ステップでは、環状に地盤を掘削し、さらに、地盤の環状に掘削された内側の部分を、装置本体内で掘削する第２の掘削ステップを備える。

上記構成の本発明によれば、円環状のカッタヘッドで先行して地盤を円環状に掘削し、これと並行して環状に掘削された内側の部分を装置本体内で掘削するため、地盤の掘削速度を向上することができる。

本発明において、好ましくは、さらに、カッタヘッドにより掘削された地盤の壁面と、環状に組み立てたライナーとの間の円環状断面空間に充填剤を注入する裏込め注入ステップを備え、裏込め注入ステップは、円環状断面空間の所定の高さ以下の部分に充填剤を注入する第１の注入工程と、円環状断面空間の所定の高さよりも上方の部分に充填剤を注入する第２の注入工程と、を含む。

環状に組み立てたライナーとカッタヘッドにより掘削された地盤の壁面との間の下部には、地盤を掘削して生じた掘削土が入り込んでおり、この入り込んだ掘削土は上方をトンネル掘削装置が通過しているため、締め固められている。このため、第１の注入工程で少量の充填剤を注入するのみで、ライナーを地盤と一体化させることができる。

本発明において、好ましくは、トンネル掘削装置は、装置後方の下部に後方に向けて伸長可能なジャッキを有する。
上述の通り、組み立てられたライナーの下部は第１の注入工程で先行して地盤と一体化されている。このため、上記構成の本発明によれば、ライナーの下部にジャッキにより反力をとることができるため、より強い力でカッタヘッドを地盤に押さえつけた状態で地盤を掘削することができる。

本発明のトンネル掘削装置は、地盤を掘削するためのトンネル掘削装置であって、装置本体と、装置本体の先端に設けられ、装置本体に対して回転することにより地盤を掘削するカッタヘッドと、を備え、装置本体の後端部を取り囲み、装置本体の後方に延び、内部でライナーを環状に組み立てる組立作業が行われる筒状部材が取り付けられている、ことを特徴とする。
本発明において好ましくは、カッタヘッドは円環状であり、環状に地盤を掘削する。

本発明によれば、ライナー方式の支保工を用いた場合であっても、トンネル掘削速度を低下させることなく、コストを削減することができる。

本発明の一実施形態によるトンネル掘削装置を示す斜視図である。 本発明の一実施形態によるトンネル掘削装置を示す長手方向鉛直断面図である。 図５におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 本発明の一実施形態によるトンネル掘削装置を示す正面図である。 図２におけるＶ−Ｖ断面図である。 図２におけるＶＩ−ＶＩ断面図である。 図２におけるＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。 掘削装置の推進方法及びライナーの組立作業を説明するための図である。 裏込め注入作業を実施する方法を説明するための図である。

以下、本発明のトンネル掘削システム及びトンネル掘削方法の一実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１乃至図７は、本発明の一実施形態によるトンネル掘削装置を示し、図１は斜視図、図２は長手方向鉛直断面図、図３は図５におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図、図４は正面図、図５は図２におけるＶ−Ｖ断面図、図６は図２におけるＶＩ−ＶＩ断面図、図７は図２におけるＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。

図１及び図２に示すように、掘削装置１０は、円筒状の殻体１２と、殻体１２の掘削進行方向（以下、前方という）の先端に設けられた掘削機構１４と、地盤を掘削して発生した掘削土を搬出するための掘削土搬出機構１６と、掘削機構１４を推進させるための推進機構１８とを備える。

殻体１２は、前方から順次接続された回転部殻体２０と、第１の固定部殻体２２と、第２の固定部殻体２４と、第３の固定部殻体２６とにより構成される。

回転部殻体２０は、先端面を形成する円環状の先端面部２０Ａと、先端面部２０Ａの外周縁から後方に延びる円筒状の外筒体２０Ｂと、先端面部２０Ａの内周縁から後方に延びる円筒状の内筒体２０Ｃと、を有する。

また、第１の固定部殻体２２と、第２の固定部殻体２４と、第３の固定部殻体２６とは、それぞれ、回転部殻体２０の外筒体２０Ｂと略同径に形成された円筒状の外筒体２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂと、外筒体２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂ内に配置され、第１の固定部殻体２２の内筒体２０Ｃよりも大径に形成された円筒状の内筒体２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃと、内筒体２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃと外筒体２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂを結ぶように設けられた複数の支持部材（図示せず）とにより構成される。これら殻体２０、２２、２４、２６はそれぞれ鋼材からなる。なお、回転部殻体２０の内筒体２０Ｃの後端は、第１の固定部殻体２２の内筒体２２Ｃの前端との間に隙間２０Ｄが形成されるように、第１の固定部殻体２２の内筒体２２Ｃの前端よりも前方において終端している。

回転部殻体２０、第１の固定部殻体２２、第２の固定部殻体２４、及び第３の固定部殻体２６を構成する内筒体２０Ｃ、２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃ、及び外筒体２０Ｂ、２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂは、後に詳述するカッタ部３０の回転軸と同心同軸に配置されており、これにより、内筒体２０Ｃ、２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃと外筒体２０Ｂ、２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂとの間に環状空間が形成される。支持部材は、棒状又は板状の鋼材からなり、外筒体２０Ｂ、２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂに作用する土圧を支持可能な本数、内筒体２０Ｃ、２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃの中心軸を中心として放射状に、周方向及び軸方向に適宜な間隔をあけて、これら内筒体２０Ｃ、２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃと外筒体２０Ｂ、２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂを結ぶように設けられている。そして、内筒体２０Ｃ、２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃと、外筒体２０Ｂ、２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂとの間の環状空間内に推進機構１８が収容されている。

回転部殻体２０は第１の固定部殻体２２に対して回転可能に接続されている。なお、回転部殻体２０と第１の固定部殻体２２との間に、ベアリング等を介在させることにより滑りを向上することができる。

また、第２の固定部殻体２４の内筒体２４Ｃ及び外筒体２４Ｂの前端部は、第１の固定部殻体２２の内筒体２２Ｃと外筒体２２Ｂの後端部の間の空間内に収容されている。かかる構成により、第２の固定部殻体２４は第１の固定部殻体２２に対して軸方向に摺動可能に接続されている。

これと同様に、第３の固定部殻体２６の内筒体２６Ｃ及び外筒体２６Ｂの前端部は、第２の固定部殻体２４の内筒体２６Ｃと外筒体２６Ｂの後端部の間に収容されている。かかる構成により、第３の固定部殻体２６は第２の固定部殻体２４に対して軸方向に摺動可能に接続されている。なお、第１の固定部殻体２２と第２の固定部殻体２４の接続部、及び、第２の固定部殻体２４と第３の固定部殻体２６の接続部に、軸方向の摺動を案内するガイド部材を設けてもよい。

第３の固定部殻体２６の後端部には後方に延びるように筒状の筒状部材１１０が設けられている。筒状部材１１０は、例えば厚さ２０ｍｍ以上（本実施形態では２２ｍｍ）の鉄板からなる。筒状部材１１０は、第３の固定部殻体２６の後端部の外周を取り囲んだ状態で第３の固定部殻体２６に固定されている。後述するように、筒状部材１１０の内側ではライナーを環状に組み立てる組立作業が行われる。なお、筒状部材１１０には軸方向に延びるスリットが形成されていてもよい。また、筒状部材１１０を円弧断面形状の複数の部材で構成し、複数の円弧断面形状の部材の間には隙間を設けてもよい。

図１及び図２に示すように、掘削機構１４は、回転部殻体２０の先端面部２０Ａに形成された複数の削孔ビットを含むカッタ部３０と、第１の固定部殻体２２内に配置された減速機３２及びモータ３４と、を備える。

図１及び図４に示すように、回転部殻体２０の先端面部２０Ａには、周方向に間隔をあけて複数の開口３６が形成されており、外部と回転部殻体２０内の空間２０Ｅとがこの開口３６を通して連通している。

図４に示すように、カッタ部３０は、回転部殻体２０の先端面部２０Ａに周方向に間隔をあけて設けられた複数のローラービット３８と、先端面部２０Ａに形成された開口３６の縁に設けられた削孔ビット４０と、を備える。
また、図２に示すように、回転部殻体２０の後端部には、リング３３を介してピンラック３５が取り付けられている。

図２に示すように、第１の固定部殻体２２内に配置されたモータ３４には減速機３２が接続されており、この減速機３２にはピニオン３７が取り付けられている。そして、減速機３２に取り付けられたピニオン３７が、回転部殻体２０に取り付けられたピンラック３５と噛み合っている。これにより、モータ３４が回転すると、この回転力が減速機３２を介してトルクが増幅されて回転部殻体２０に伝達され、回転部殻体２０が中心軸を中心として第１〜第３の固定部殻体２２、２４、２６に対して回転する。

各ローラービット３８は、半径方向に異なる位置に配置されている。これにより、回転部殻体２０が周方向に回転した際に、各ローラービット３８が通過する軌跡が、半径方向に略等間隔な同心円となり、径によらず均質な掘削を行うことができる。

また、削孔ビット４０は、先端が鋭利なビットからなり、回転部殻体２０が回転することにより、ローラービット３８により切削された切削面を平坦に整えるように掘削する。

図７に示すように、掘削土搬出機構１６は、回転部殻体２０内の空間２０Ｅを周方向に複数の室２０Ｆに分割するように回転部殻体２０の内部の空間２０Ｅに設けられた複数の板材４２と、第１の固定部殻体２２の内筒体２２Ｃの前端部に固定され、回転部殻体２０の内筒体２０Ｃの後端に向かって延出するように取り付けられた閉鎖プレート４４と、地盤に向かって水を噴射するように、その噴出口が回転部殻体２０の先端面部２０Ａの表面に設けられたジェットノズル（図示せず）と、を備えている。

各板材４２は、先端がそれぞれ、回転部殻体２０の先端面部２０Ａの削孔ビット４０が取り付けられた箇所の裏面に接続されている。なお、本実施形態では、板材４２は先端面部２０Ａに対して垂直に設けてられているが、これに限らず、後方に向かって回転部殻体２０の周方向に傾斜するように設けられてもよい。このように、回転部殻体２０内に板材４２を設けることにより、回転部殻体２０の剛性を向上することができる。

閉鎖プレート４４は、回転部殻体２０の内筒体２０Ｃの後端と、第１の固定部殻体２２の内筒体２２Ｃの前端との間の隙間２０Ｄを、周方向に最下部から所定の高さまでの部分（本実施形態では、最下部から周方向両側にそれぞれ約１２０°の部分）を閉鎖するように設けられている。

図２〜図４に示すように、推進機構１８は、前方の軸方向ジャッキ５２と、後方の軸方向ジャッキ５０と、前方の径方向ジャッキ５４と、後方の径方向ジャッキ５６と、補助用の推進ジャッキ５７とにより構成される。

前方の軸方向ジャッキ５２は、第１の固定部殻体２２から第２の固定部殻体２４にわたって、内筒体２２Ｃ、２４Ｃと外筒体２２Ｂ、２４Ｂとの間に収容されており、先端が第１の固定部殻体２２の支持部材に固定され、後端が第２の固定部殻体２４の支持部材に固定されている。

後方の軸方向ジャッキ５０は、第２の固定部殻体２４から第３の固定部殻体２６にわたって、内筒体２４Ｃ、２６Ｃと外筒体２４Ｂ、２６Ｂとの間に収容されており、先端が第２の固定部殻体２４の支持部材に固定され、後端が第３の固定部殻体２６の支持部材に固定されている。

これら、前方の軸方向ジャッキ５２、及び、後方の軸方向ジャッキ５０は、他の部材と干渉しないように、周方向に適宜な間隔をあけて複数設置されている。

前方の径方向ジャッキ５４は、第１の固定部殻体２２内に収容されている。第１の固定部殻体２２の外筒体２２Ｂは、前方の径方向ジャッキ５４に対応した位置に開口が形成されており、前方の径方向ジャッキ５４はこの開口から掘削装置１０の径方向外方に向かって突出するように伸縮可能である。

後方の径方向ジャッキ５６は、第３の固定部殻体２６内に収容されている。第３の固定部殻体２６の外筒体２６Ｂは、後方の径方向ジャッキ５６に対応した位置に開口が形成されており、後方の径方向ジャッキ５６はこの開口から掘削装置１０の径方向外方に向かって突出するように伸縮可能である。

推進ジャッキ５７は、掘削装置１０の後端部下方に前後方向に延びるように配置されており、掘削装置１０の後方に向かって伸縮可能である。
なお、これら前方の軸方向ジャッキ５２、後方の軸方向ジャッキ５０、前方の径方向ジャッキ５４、後方の径方向ジャッキ５６、及び、推進ジャッキ５７は、制御装置（図示せず）に接続されており、制御装置により油圧が供給される。

また、図２及び図３に示すように、掘削装置１０は、掘削土搬出機構１６として、掘削土受板１００と、岩破砕機１０６と、コンベア８１と、を備える。
掘削装置１０の内側空間の後部には、架台７０が水平に保持されている。

掘削土受板１００は、回転部殻体２０の内側から後方に向かって水平に延びる板材である。掘削土受板１００は、回転部殻体２０の内筒体２０Ｃの内面の下端と等しい高さに設けられており、回転部殻体２０及び第１の固定部殻体２２の内筒体２０Ｃ、２２Ｃとの間に隙間が生じないような幅を有している。なお、掘削土受板１００は、架台７０よりも低い高さ位置に設けられている。

コンベア８１は、その先端が岩破砕機１０６の下方に位置し、後方に向かって延びている。なお、第１の固定部殻体２２、第２の固定部殻体２４、及び第３の固定部殻体２６の内筒体２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃの下方は所定の幅にわたって切りかかれており、この切りかかれた部分にコンベア８１は配置されている。コンベア８１は後方に向かって延び、掘削装置１０の後部では斜め上方に向かって傾斜している。

岩破砕機１０６は、スクリュー形状の破砕ビットを有する２軸形式の破砕機である。このような破砕機としては、例えば、ＭＭＤ社製のサイザー等を用いることができる。破砕機１０６は前部上端が掘削土受板１００の後端に接続され、後端が架台７０の下方に位置するように、コンベア８１の直上に配置されている。

以下、本実施形態のトンネル掘削装置によりトンネルを構築する方法を説明する。
本実施形態では、先行して、掘削装置１０により円環断面状に地盤７２を掘削する第１の掘削ステップと、掘削装置１０を前進させる装置前進ステップとを繰り返すことにより地盤を円環状に掘削する。そして、これと並行して掘削装置１０により掘削された内側の残された中心部の地盤７２を掘削装置１０内でブレーカ６２によって掘削する第２の掘削ステップを行うことにより円形断面のトンネルを構築する。
また、これと並行して掘削装置１０の後部において、すでに構築されているライナー支保工の前端部と連続するように、ライナーを円環状に組み立ててライナー支保工を構築するライナー組立ステップと、円環状に組み立てたライナーと掘削装置により掘削された地盤の壁面との間にモルタルを注入してライナー支保工を地盤と一体化する裏込め注入ステップを行う。

以下、掘削装置１０により円環断面状に地盤を掘削する方法を説明する。
まず、推進機構１８により、掘削装置１０を推進させる方法について説明する。なお、この推進作業は、回転部殻体２０を固定部殻体２２、２４、２６に対して回転させるとともに、掘削土搬出機構１６により掘削土を排出させながら行う。

図８は、掘削装置１０の推進方法及びライナーの組立作業を説明するための図である。なお、同図では、説明のため、後方の軸方向ジャッキ５０と、後方の径方向ジャッキ５６と、推進ジャッキ５７とを同一平面内に示している。掘削装置１０を推進させるためには、まず、後方の径方向ジャッキ５６を径方向外方に向けて伸長させて周囲の地盤を押圧する（図８の（Ａ））。そして、後方の径方向ジャッキ５６により周囲の地盤に反力をとった状態で、後方の軸方向ジャッキ５０を伸長させる（図８の（Ｂ））。この際、推進ジャッキ５７を伸長させて、すでに構築したライナー支保工１２０に反力をとることが望ましい。これにより、第３の固定部殻体２６に対して、回転部殻体２０、第１の固定部殻体２２、及び第２の固定部殻体２４が前方に押し出される。この際、回転部殻体２０が回転することにより、ローラービット３８及び削孔ビット４０により地盤が円環状に掘削される。

なお、この際、前方の軸方向ジャッキ５２のそれぞれを異なる長さ伸長させることにより、掘削装置１０の掘削進行方向を調整することができる。すなわち、例えば、装置上方に位置する前方の軸方向ジャッキ５２の伸長長さに比べて、装置下方に位置する前方の軸方向ジャッキ５２の伸長長さを長くすることにより、回転部殻体２０及び第１の固定部殻体２２を、第２の固定部殻体２４に対して斜め上方に向けることができる。

次に、前方の径方向ジャッキ５４を径方向外方に向けて伸長させて周囲の地盤を押圧するとともに、後方の径方向ジャッキ５６を収縮させる。そして、前方の径方向ジャッキ５４により周囲の地盤に反力をとった状態で、後方の軸方向ジャッキ５０を収縮させる（図８の（Ｃ））。これにより、第１の固定部殻体２２及び第２の固定部殻体２４に対して、第３の固定部殻体２６が引き寄せられる。上記の工程を繰り返すことにより、掘削装置１０を前進させることができる。

上記の推進作業とともに、回転部殻体２０を回転させて地盤を掘削し、掘削することで生じた掘削土を装置後方へと送る。
すなわち、推進機構１８により回転部殻体２０のカッタ部３０を地盤に押し付けた状態で、掘削機構１４のモータ３４を回転させる。モータ３４の回転力は減速機３２に伝達されてトルクが増幅され、ピニオン３７及びピンラック３５を介して回転部殻体２０を回転させる。回転部殻体２０が回転すると、まず、地盤がカッタ部３０のローラービット３８により断面鋸形状に掘削され、さらに、削孔ビット４０により表面の凹凸が削りとられる。これにより円環状に地盤を掘削することができる。

カッタ部３０により地盤を掘削することで生じた掘削土は、ジェットノズルから噴射される水と攪拌されて、流動性が向上される。そして、掘削土は、回転部殻体２０の先端面部２０Ａに形成された開口３６から回転部殻体２０内の室２０Ｆに収容される。そして、室２０Ｆ内に収容された掘削土は、隙間２０Ｄから掘削装置１０の内側空間（すなわち、内筒体２２Ｃの内側）へ排出される。

この際、閉鎖プレート４４により、回転部殻体２０の内筒体２０Ｃの後端と、第１の固定部殻体２２の内筒体２２Ｃの前端との間の隙間２０Ｄを、周方向に最下部から所定の高さまでの部分が閉鎖されているため、所定の高さまで回転した室２０Ｆ内の掘削土が内筒体の内側空間へ排出される。これにより、装置内側に運ばれた掘削土が、下方にたまってしまい、回転部殻体２０の内筒体２０Ｃの後端と、第１の固定部殻体２２の内筒体２２Ｃの前端との間の隙間２０Ｄを閉塞することを防止できる。

また、上記の掘削装置１０により地盤を円環状に掘削する作業と並行して、掘削装置１０により円環状に掘削された部分の内側の地盤７２をブレーカ６２により掘削する。

次に、このように地盤を掘削することにより生じた掘削土を掘削装置１０の後方のズリ出し区域まで搬送する方法を説明する。
上述の通り、カッタ部３０により円環状に地盤が掘削されると、掘削により生じた岩石等を含む掘削土は、回転部殻体２０内に収容され、隙間２０Ｄの閉鎖プレートにより閉鎖されていない部分から落下して、掘削装置１０の内側空間へ排出される。そして、回転部殻体２０から排出された掘削土は掘削土受板１００上に堆積する。

また、カッタ部３０により円環状に地盤が掘削されて残った円柱状の地盤７２は、ブレーカ６２により破砕される。ブレーカ６２により地盤を破砕することにより生じた掘削土は、カッタ部３０により掘削された掘削土とともに破砕機１０６へと送られ、細かく破砕される。破砕機１０６により破砕された掘削土は、コンベア８１上に落下し、コンベア８１によりズリだし区域９まで運ばれ、ダンプカー等によりトンネル外へ排出される。

また、上記の掘削装置１０による掘削工程と並行して、掘削装置１０の後方においてライナー支保工の構築作業が行われる。ライナー支保工の構築作業はライナーを環状に組み立てる組立作業と、環状に組み立てたライナーの外周にモルタルを充填する裏込め注入作業とを含む。

まず、ライナーを環状に組み立てる組立作業について説明する。
ライナーの組立作業は、図８（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明した通りに掘削装置１０を前進させる作業と並行して筒状部材１１０内において行う。まず、図８（Ｃ）を参照して説明した通り、前方の径方向ジャッキ５４を径方向外方に向けて伸長させて周囲の地盤を押圧した状態で、後方の軸方向ジャッキ５０を収縮させる。このように後方の軸方向ジャッキ５０を収縮させた状態において、筒状部材１１０の後端はすでに構築されたライナー支保工１２０の外周に位置している。

次に、図８（Ｃ）に示すように、推進ジャッキ５７を収縮させる。これにより、推進ジャッキ５７の後端と、すでに構築されたライナー支保工１２０との間に隙間が生じる。次に、図８（Ｄ）に示すように、筒状部材１１０の内部においてライナー１２０Ａを筒状部材１１０の内面に沿って円環状になるように周方向に連結する。ライナー１２０Ａは、例えば、円弧状に形成された鉄筋コンクリート製のＲＣライナーからなる。ＲＣライナーは工場等で製造してもよいが、現場で製造することが望ましい。また、ライナー１２０Ａには裏込め注入作業においてモルタルを充填するための注入孔１２０Ｂ（図９）が表裏面の間で貫通している。また、ライナー１２０Ａを円環状に連結するとともに、すでに構築されたライナー支保工１２０の先端部に連結する。なお、ライナー１２０Ａの連結方法としては従来周知の方法を用いることができ、例えば、連結用の金物等を用いればよい。

次に、このようにして構築されたライナー支保工１２０の外周にモルタルを充填する裏込め注入作業について説明する。裏込め注入作業は、掘削装置１０が前進し、ライナー支保工１２０と掘削装置１０により掘削された地盤１２２の壁面との間に筒状部材１１０が介在していない領域において実施する。

図９は、裏込め注入作業を実施する方法を説明するための図である。図９（Ａ）に示すように、まず、掘削装置１０の後方の所定の区間（図９（Ａ）における区間Ａ）において、ライナー支保工１２０と周囲の地盤１２２との間の円環状断面の空間のうち所定の高さ以下も下方の領域にモルタルを充填する第１の注入工程を行う。この第１の注入工程においてモルタルを充填する領域は例えば、図９（Ｂ）に示すようなトンネルの鉛直断面において、下方の１２０°の範囲（鉛直下方から左右に６０°の範囲）とするとよい。図９（Ｂ）に示すように、先行してモルタルを充填する際には、下方の１２０°の範囲に位置するライナー１２０Ａのうちの最も高いライナー１２０Ａの注入孔１２０Ｂ（図９（Ａ）、（Ｂ）に矢印ａで示す注入孔１２０Ｂ）からモルタル１３０を注入するとよい。この際、図９（Ｃ）に示すように、ライナー支保工１２０と周囲の地盤１２２との間の円環状断面の空間の下部には、掘削装置１０により地盤を掘削して生じた掘削土１３２が入り込んでいる。さらに、この掘削土１３２は上方を掘削装置１０が通過しているため、締め固められている。このように、ライナー支保工１２０と周囲の地盤１２２との間の円環状断面の空間の下部に掘削土１３２が入り込んでいるため、少量のモルタルでライナー支保工１２０の下部を周囲の地盤１２２と一体化することができる。

次に、先行してモルタルを充填する区間の後方の所定の区間（図９（Ｂ）における区間Ｂ）において、ライナー支保工１２０と周囲の地盤１２２との間の円環状断面の空間のうち所定の高さよりも上方の領域にモルタルを充填する第２の注入工程を行う。この第２の注入工程においてモルタルを充填する際には、環状に連結されたライナー１２０Ａのうち、最上部のライナー１２０Ａの注入孔１２０Ｂ（図９（Ａ）、（Ｂ）に矢印ｂで示す注入孔１２０Ｂ）からモルタル１３０を注入するとよい。このように、第１の注入工程及び第２の注入工程を行うことにより、ライナー支保工１２０の外周に裏込めモルタルが充填され、地盤を強固に支持することが可能になる。

本実施形態によれば、以下の作用効果が奏される。
本実施形態では、掘削装置１０の後端部を取り囲み、装置本体の後方に延びる筒状部材１１０内においてライナー１２０Ａを環状に組み立てるため、外径が装置本体の外径と等しいようなライナー支保工１２０を組み立てることができる。これにより、環状に組み立てたライナー１２０Ａとカッタ部３０により掘削された地盤の壁面との間の隙間の間隔を小さくすることができ、この隙間に充填する充填剤の量を削減することができる。そして、このようにライナー１２０Ａとトンネル内壁との間に玉石等を投入することなく、充填剤の量を減らすことができるため、施工速度を低下させることなく、コストを削減することができる

また、本実施形態によれば、円環状のカッタ部３０で先行して地盤を円環状に掘削し、これと並行して環状に掘削された内側の部分を装置本体内で掘削するため、地盤の掘削速度を向上することができる。

また、本実施形態によれば、カッタ部３０により掘削された地盤の壁面と、環状に組み立てたライナー１２０Ａとの間の円環状断面空間にモルタルを注入する裏込め注入ステップにおいて、円環状断面空間の所定の高さ以下の部分に充填剤を注入する第１の注入工程と、円環状断面空間の所定の高さよりも上方の部分に充填剤を注入する第２の注入工程とを行っている。環状に組み立てたライナー１２０Ａとカッタ部３０により掘削された地盤の壁面との間の下部には、地盤を掘削して生じた掘削土１３２が入り込んでおり、この入り込んだ掘削土１３２は上方をトンネル掘削装置１０が通過しているため、締め固められている。このため、第１の注入工程で少量の充填剤を注入するのみで、ライナー支保工１２０の下部を地盤と一体化させることができる。

また、本実施形態によれば、トンネル掘削装置１０は、装置後方の下部に後方に向けて伸長可能な推進ジャッキ５７を有する。上述の通り、ライナー１２０Ａの下部は第１の注入工程で先行して地盤と一体化されている。このため、本実施形態によれば、ライナー１２０Ａの下部に推進ジャッキ５７により反力をとることができるため、より強い力でカッタ部３０を地盤に押さえつけた状態で地盤を掘削することができる。

なお、本実施形態では、円環状のカッタ部３０により地盤を円環状に掘削する場合について説明したが、これに限らず、カッタ部３０を円形とし、円形状に地盤を掘削してもよい。

１０ 掘削装置
１２ 殻体
１４ 掘削機構
１６ 掘削土搬出機構
１８ 推進機構
２０ 回転部殻体
２０Ａ 先端面部
２０Ｂ 外筒体
２０Ｃ 内筒体
２０Ｄ 隙間
２０Ｅ 空間
２０Ｆ 室
２２ 第１の固定部殻体
２２Ｂ 外筒体
２２Ｃ 内筒体
２４ 第２の固定部殻体
２４Ｂ 外筒体
２４Ｃ 内筒体
２６ 第３の固定部殻体
２６Ｂ 外筒体
２６Ｃ 内筒体
３０ カッタ部
３２ 減速機
３３ リング
３４ モータ
３５ ピンラック
３６ 開口
３７ ピニオン
３８ ローラービット
４０ 削孔ビット
４２ 板材
４４ 閉鎖プレート
５０ 後方の軸方向ジャッキ
５２ 前方の軸方向ジャッキ
５４ 前方の径方向ジャッキ
５６ 後方の径方向ジャッキ
５７ 推進ジャッキ
６２ ブレーカ
７０ 架台
７２ 地盤
８１ コンベア
１００ 掘削土受板
１０６ 岩破砕機
１１０ 筒状部材
１２０ ライナー支保工
１２０Ａ ライナー
１２０Ｂ 注入孔
１２２ 地盤
１３０ 掘削土

Claims (2)

1. 装置本体と、前記装置本体の先端に設けられ、前記装置本体に対して回転可能なカッタヘッドと、前記装置本体の後端部を取り囲み、前記装置本体の後方に延びる筒状部材と、を備えたトンネル掘削装置を用いたトンネル掘削方法であって、
   前記カッタヘッドを前記装置本体に対して回転し、地盤を掘削する第１の掘削ステップと、
   前記トンネル掘削装置を前進させる装置前進ステップと、
   すでに構築されているライナー支保工の前端部と連続するように、前記筒状部材内においてライナーを環状に組み立てるライナー組立ステップと、
   前記カッタヘッドにより掘削された地盤の壁面と、環状に組み立てた前記ライナーとの間の円環状断面空間に充填剤を注入する裏込め注入ステップと、を備え、
   前記裏込め注入ステップは、前記円環状断面空間の所定の高さ以下の部分に前記充填剤を注入する第１の注入工程と、前記円環状断面空間の所定の高さよりも上方の部分に前記充填剤を注入する第２の注入工程と、を含み、
   前記トンネル掘削装置は、後端部下方に前後方向に延びるように配置され後方に向かって伸縮可能な推進ジャッキを有し、
   前記装置前進ステップでは、前記第１の注入工程により地盤と一体化されたライナーの下部に反力をとって、前記トンネル掘削装置を前進させる、ことを特徴とするトンネル掘削方法。
2. 前記カッタヘッドは円環状であり、
   前記第１の掘削ステップでは、環状に地盤を掘削し、
   さらに、地盤の前記環状に掘削された内側の部分を、前記装置本体内で掘削する第２の掘削ステップを備える、
   請求項１記載のトンネル掘削方法。

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