JPH01304295A - トンネル構築方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、地山のゆるみを防止しながら大断面のトン
ネルの掘削および覆工を行うトンネル構築方法に関する
。

〈従来の技術〉 従来の１〜ンネル構築方法として、シールド工法やパイ
プルーフ工法などがあり、また、トンネル構築の補助工
法として高圧ジエン１−グラウ１〜工法、フォアパイリ
ング工法などが知られている。このうち、シールド工法
は、トンネルの全断面を一度に掘削しながら、後方をセ
グメントまたは場所打ちコンクリートで覆工していくも
のである。また、高圧ジェノトグラウｌ−工法は比較的
小径の複数の穴をポーリング作業や６００−１０００ｋ
ｇ／ｃｄノ高圧ジェット水の射出により形成し、この孔
（例えば径が４０〜６０ｎｗｎ）中にグラウトを注入し
てトンネル周辺例えば６００〜８００ｒｒｔＩｌの径の
地盤強度を増強し、防護を行うものである。

ところで、超電導電力貯蔵や空気貯蔵を行なうためには
、地下地盤に直径１０〜２０ｍにも及ぶトンネルが必要
となり、このトンネル内には電力貯蔵用の超電導コイル
が設置される。このため、上記トンネル形成のため、地
盤の掘削が必要となるが、上記従来のトンネル掘削にて
行われたシールド工法では、そのトンネルが大断面であ
る場合に、補助工法なくしては、切羽を安定させること
が難しく、トンネル周辺の地山を緩めやすく、また、掘
削残土が大量に出るため残土排出上が作業に占める比重
が大きくなって、掘削土、覆工の各作業の支障となり、
施工能率が落ちるという問題点があった。また、地圧に
よってシール１〜機が拘束されるために、大きな推進力
を要し、場合によってはトンネルが大きく変形するなど
の問題点もあった。

一方、上記高圧ジェットプラウ１−工法などのトンネル
構築の際の補助工法は、小断面のトンネル掘削には適す
るが、大断面のトンネル掘削には施工技術および安全性
、経済性の点で不向きであるという問題点があった。

これに対して、ある程度大断面のトンネルが形成可能な
パイプルーフ工法も提案されている。これは第９図およ
び第１０図に示すように、掘削１〜ンネル１内の切羽付
近に走行可能なパイプ打込機２を入れるとともに、この
パイプ打込機２によって、地山４内にパイプ３を掘進方
向に向って末広かりどなるように削孔・圧入し、この後
、各パイプ３内のアースオーガ５を駆動させながらパイ
プ３から掘進方向に伸長させて、このアースオーガ５に
より順次掘削を行うものである。また、このような掘削
によって作られたトンネル１の内面には上記各パイプ３
を覆うようにしてコンクリ−１−覆工６が施される。つ
まり、かかるパイプルーフ工法ではＩ〜ンネル１−の大
断面形状に合わせて所定数のパイプ３を所定形状に配設
することにより、大断面のトンネルを形成することがで
きる。なお、第１０図において、７は掘削径覆工を行う
部分である。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、かかるパイプループ工法にあっては、パ
イプ３の長さが作業上制約を受けるので、数１０ｍの間
隔て本杭トンネルの掘削と防護工を交互に繰り返さなけ
ればならず、手間がかかり過ぎるほか、パイプ３を水平
方向に精度よく設置できないので、余掘りが多くなるこ
と、また、トンネル周囲全体を一応に施工することが困
難であることがら地山が緩み易くなるとともに、防護工
は仮設のため別途覆工を要して、工費、工程が増大する
という問題点があった。

この発明はかかる従・来の問題点に着［１してなされた
ものであり、地山を緩めずに、安全にしかも簡単な作業
にてトンネルを効率的に構築することができるトンネル
構築方法を得ることを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 この発明にかかるトンネル構築方法は、地山をカッタに
より掘削して形成した環状の覆工部空間に、場所打ちの
覆工材を打設していき、この覆工材の打設に遅れて切羽
の掘削を実施するようにするものである。この場合、補
助カッタにより環状覆工空間の内側に作業坑を形成する
こともできる。

また、地山の掘削によるすりを利用し、これとセメント
等の固化材を添加して覆工部空間に打設することもでき
る。

〈作用〉 この発明における地山の掘削は、環状のカッタにより中
間を残して１ヘンネルが掘進され、これによって作った
環状の覆工部空間に場所打ちの覆工材を打設し、その後
、かかる覆工を行った環状部空間の内部にある残土を掘
削、搬出して、大断面のトンネルを構築していく。

〈発明の実施例〉 以下に、この発明の実施例を図について説明する。第１
図はこの発明で使用するシールドタイプの掘削機を示す
概略縦断面図、第２図は同じく掘削機による環状と補助
のカッタを示す正面図である。同図において、１１はト
ンネルの掘削が行われる地山、１２はこの地山１１に対
し、水平方向の環状の覆工部空間１３を、地山を掘進し
ながら形成する環状のカッタで、第２図に示すように、
このカッタ］２はリング状に配置した複数のカッタ部材
１２ａからなる。さらに、このカッタ部材１２ａはカッ
タピッ１へと土砂取込口とを備えたものからなり、各カ
ッタピッ１〜の１つ１つがリング状部の切羽を掻き出す
ように動作して、上記掘削を行う。１４−．１５は環状
のカッタコ２の内外周に連設されたシール１〜における
環状のスキンプレー１〜で、このうち１５は後述の場所
打ちコンクリ−）−（覆工材）の型枠としても用いられ
る。なお、スキンブレート１４−．１５はフリクション
をカッ１〜するために全体としてテーパ状をなしている
。

１６はカッタ１２に隣接して設けられた作業坑掘削に用
いるブームカッタなどの補助カッタであり、これがカッ
タ１２の内側上部に図示のように設けられるほか、内側
下部またはこれら２つの部分に設けられる場合がある。

１７はズリ収容部で、これが覆工部空間１３を作るカッ
タ１２の近傍に設けられ、これにスクリューコンベアを
含む排土装置１８か連設されている。この排土装置１８
は、ズリ収容部１７内から排出されるズリとともにポン
プにより送出される硬化材を混練して、プレスリング１
９に設けた覆工材押出し口２０を通して、掘削機後部の
覆工部空間１３内に圧入するように作用する。ここで、
２１は上記のポンプ、２２はこのポンプ２１によって送
出する硬化材を収容した硬化材タンク、２３は硬化相を
送出するのに用いるパイプである。このパイプ２３は補
助カッタ１６によって掘削した作業坑２４内にガイドさ
れて、上記排土装置１８に連結されている。２５は補助
カッタ１６の後方に連設された作業坑用シールドである
。２６は覆工材を圧縮する上記プレスリング１９に支持
させて、掘削機を前進させるジヤツキである。なお、こ
のジヤツキ２６と排土装置］８とは、これら複数のプレ
スリング１９に対して交互に円形状に並設されている。

２７は覆工部空間１３内に圧入充てんされた覆工材であ
る。

次に、上記掘削機によるトンネル構築方法について、第
３図を参照しながら説明する。まず、掘削機のカッタ１
２および補助カッタ１６を切羽に当てて、環状に掘削し
ていき、掘削によって生じたズリを作業坑２４を通して
外部へ排出するとともに、そのズリの一部をズリ収容部
１７に取り込んで、排土装置１８に送り込む。一方、こ
の排土装置１８しこは、硬化材タンク２２からポンプ２
１によって硬化材が送り込まれ、この硬化材と上記ズリ
とがスクリューコンベアにより混練され、ここで覆工材
を作る。そして、この覆工材はスクリューコンベアの押
出し圧力しこより覆工材押出し口２０からプレスリング
１９の外側、すなわち環状の覆工部空間１３内に押出さ
れる。このプレスリンク１９は、上記のようにジヤツキ
２６を支持して覆工部空間１３内の覆工材を加圧するた
め、この覆工材は圧密されて硬化が促進される。こうし
て、再び、上記掘削機による掘削を行い、ジヤツキによ
る推進を実施した後再び覆工材の覆工を行う。すなわち
、第３図（ａ）は、掘削機による掘削および推進を行っ
て覆工材のプレスリング］−９の外側に覆工材を充てん
した後の状態を示し、このとき、次の推進に備えてジヤ
ツキ２６が最も収縮した状態に維持される。そして、こ
の状態において、硬化した覆工により囲まれた部分の地
山を、後方から順次掘削していく。つまり芯抜きを行う
。

第３図（ｂ）は再び掘削を行うとともしこ、ジヤツキ２
６を伸長して掘削機の掘進を行う状態を示す。

この推進によってスキンプレート１４．１５も同時に前
進する。第３図（ｃ）は上記推進後、シャツキ２６を再
び収縮させるとともにプレスリング１９も前進させ、覆
工材押出し口２０から覆工材を圧入して、新しい覆工３
０を直前に施工した覆工３１の地なりに連設していく状
態を示す。なお、第３図（ｂ）、第３図（ｃ）に示す掘
削終了および覆工材圧入の再施工中にも、上記芯部の残
土４０を掘削して排出する。

第４図乃至第８図はこの発明のトンネル構築方法を実施
するための他のシールド掘削機を示す。

このシールド掘削機は、泥水掘削を行うものであり、同
図において、３０は一端が図示しないポンプにつながれ
た送泥管であり、この送泥管３０の他端は、第５図に示
すカッタ］２のカッタピッ１へ１２ａのうち最上のもの
の後方で泥水を吐出するようになっている（第４図）。

なお、１２ｂはカッタ］２の土砂取込口である。３１は
−・端が図示しないポンプやタンクにつながれた排泥管
であり、この排泥管３１の他端は、リンク状のカッタ１
２の下部後方で二箇所に臨むように設けられている（第
６図）。３２はコンクリート打設管で、これの一端が、
スキンプレート１５の他端付近に設けたコンクリート打
設口に連設するように設けら九でいる。これらの各送泥
管３０、排泥管３］およびコンクリート打設管３２は、
作業坑用シールド２５にて囲まれた作業坑２４内を通し
て設置されている。なお、３３はスキンプレー１〜１４
．．１５間を前後２室に隔成して前室に泥水を溜めるよ
うにするバルクヘッド、３４は型枠である。この他、第
１図に示したものと同一の構成部分には同一符号を付し
て、その重複する説明を省略する。

この実施例におけるシールド掘削機においても、カッタ
１２はリング状をなし、トンネル断面の覆工部にあたる
部分とサービス用の作業坑２４部分とを、カッタ１２と
ブームカッタなどの補助カッタ１６によりそれぞれ掘削
し、内側の土砂は掘削しない、そして、この掘削は切羽
付近に送泥管３０を通じて泥水を満たし泥水掘削を行う
。また、掘削された土砂は泥水とともに排泥管３１を通
じてポンプなどによりシールド掘削機の外側に流体輸送
して、排出するが、一部は先の実施例のようにしてコン
クリートの骨材として利用することもできる。

一方、コンクリートはコンクリート打設管３２を通して
スキンプレート１５のコンクリート打設口からスキンプ
レート１５の外側（外周側）へ送り込まれ、プレスリン
グ１９の後方のスキンプレート１４．１５間に打設され
る。この場合においても、１スパン（型枠長）の掘削が
完了したら、第７図にも示すような推進用のジヤツキ２
６を縮め、プレスリング１９を切羽側に引き寄せながら
、覆工コンクリートを打設する。ここでは、地山が外枠
となり、作業坑の型枠３４は第８図に示すように掘削機
のテール部で組み立てられる。

このように、この発明では覆工部空間１３をまず掘削に
よって形成し、この覆工部空間１３への覆工材の充てん
固化後に芯抜きを行い、かかる作業を繰り返し実行する
ことによって大断面のトンネルを形成することができる
のである。

なお、上記実施例では、ズリの搬出、排出および覆工材
搬入などを行う作業坑２４は、第２図に示すように、上
部に設けるほか、上下部２個所に設けてもよく、これら
作業坑は、掘削したズリの排出を安全かつ円滑に実施で
きる。また、かかる作業坑２４は覆工部空間１３の内側
または外側の１個所または複数個所に設けることもでき
、必要に応じてその形や大きさを異ならしめてもよい。

そしてかかる作業坑２４はトンネルの掘削作業を効率化
し、作業の安全性に寄与するものとなる。

また、上記の１〜ンネル構築方法では、馬蹄形、卵形、
長円形などあらゆる形状の大断面トンネルも構築可能で
ある。

さらに、上記実施例では掘進に推進形のジヤツキ２６を
用いたが、このジヤツキをプレスジヤツキとして、推力
（つまり反力）を周辺の覆工内面に固定したクリッパか
ら得るようにしてもよい。

〈発明の効果〉 以上説明してきたように、この発明によれば、大断面の
トンネル掘削の際における地山応力の解放を極力小さく
するために、掘削断面を環状掘削と芯抜き掘削の２工程
に分割して掘削するようにしたので、芯部の掘削よりも
覆工を数ｍ以上も先行させることができ、覆工内側の掘
削を安全かつ効率的に実施でき、地山のゆるみを極力少
なくすることが可能となる従来のパイプルーフ工法にお
けるごとき仮設のための防護工が不要となり、工費を安
く、しかも工程を簡略化、短縮化できるという効果が得
られる。また、掘削したズリを覆工材として利用するこ
とにより、作業坑における残土、ズリの排出処理を２０
％〜３０％も低減できるなどの効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にがかるＩ・ンネル構築方法を実施す
るための掘削機を示す縦断面図、第２図は掘削機のカッ
タを示す正面図、第３図はこの発明のトンネル構築方法
の施工順序を示す施工要領図、第４図は掘削機の他の実
施例を示す断面図、第５図は同じく正面図、第６図は第
４図のＡ−Ａ線断面図、第７図は同じ＜Ｂ−Ｂ線断面図
、第８図はＣ−Ｃ線断面図、第９図は従来のパイプルー
フ工法を示す説明図、第１０図はパイプルーフ工法によ
るトンネルの施工断面図である。 １１・・地盤、１２・・カッタ、１３・・覆コー部空間
、１６・・補助カッタ、１８・・排土装置ａ、２２・・
硬化材タンク、２４・・作業坑、２６・・ジヤツキ、２
７・・覆工。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）環状をなすカッタにより地山を掘削して環状の覆工
   部空間を形成し、この覆工部空間に場所打ちの覆工材を
   打設していき、この覆工材の打設に遅れて切羽の掘削を
   実施するトンネル構築方法。 ２）環状をなすカッタの内側に補助カッタにより環状の
   覆工部空間の内側に作業坑を形成する請求項１記載のト
   ンネル構築方法。 ３）地山の掘削によるずりに固化材を添加して覆工部空
   間に打設する請求項１又は２記載のトンネル構築方法。