JPH03180697A - トラス式支保工およびトラス式支保工を用いたトンネル掘削工法 - 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」 本発明は、トラス式支保工およびトラス式支保工を用い
たトンネル掘削工法に関するものである。

「従来の技術」 従来の支保工は、通常型鋼（Ｈ型鋼、■型鋼、Ｕ型鋼な
ど）が使用され、これら型鋼をトンネル掘削断面形状に
沿って湾曲せしめて構成してあり、この支保工は複数ピ
ースに分断されたものを用意し、掘進中のトンネル内で
組み立てられ、覆工が完了するまでの間、土圧などの荷
重を支えるようになしている。

そして、トンネルの切羽は、斜坑などの特別な例外を除
いては、鉛直または掘進方向に垂直に形成されることが
多い、したがって支保工の建て込み方向も鉛直または垂
直方向になるのが通常である。

一方、トンネル周辺地山が相対的にソフトになり、切羽
の自立性が得られ難くなる場合、理論的には傾斜角度を
持たせて斜め切羽を形成すれば自立性が得られ易くなる
。しかし、従来の型鋼を使用した支保工では、トンネル
空洞形状への追従性、長さ変化の調整が困難なため、斜
め切羽の形成は一般的に実施されることは少なく、この
斜め切羽に代える手段としてリングカット工法や、核残
し工法と称する工法が一般に実施されている。

上記リングカット工法および核残し工法は、切羽の中央
底部（大背、中背と呼称される箇所）を残して、空洞周
辺部のみを鉛直または垂直に先進して掘削する方法であ
り、切羽の一部を残すことで切羽を斜めに傾斜せしめる
のと同一の効果を得、さらに、先進した空洞部（以下、
リングカット部と称する）内で支保工を鉛直または垂直
に建て込むことができるようになしている。

「発明が解決しようとする問題点ｊ しかし、上記リングカット工法および核残し工法にも、
実際には以下のごとき問題点が存在している。

ａ、　残留部分（核）があるため、吹き付はコンクリー
トやロックボルトの施工に支障をきたす。特に、部分的
な残留部分で切羽全体の平均的傾斜効果を得ようとする
ため、切羽先端と部分的残留部の末端部の距離は、切羽
全体を傾斜せしめるより大きくなる。

ｂ、　　リングカット部の掘削効率が悪く、掘削コスト
が上昇する。特に、機械掘削の場合、機種によっては掘
削不能になるので、限られた範囲での機種選定となるか
、または補助機械の増設が必要となる。

Ｃ８リングカット部はきわめて狭隘なため、支保作業の
効率が悪く、かつ危険な要素もある。

ｄ、　部分的な残留部分で、全体としては平均的な傾斜
効果が得られているが、リングカット部の切羽は鉛直ま
たは垂直であるため、局所的な切羽倒壊の危険性があり
、事実、その実例は皆無ではない。

「目的ｊ そこで、本発明は上記に鑑みなされたもので、傾斜する
切羽面に沿わせて傾斜状に建て込むことが容易・確実な
ように、トンネル空洞形状に追従性を有し、しかも、長
さ調節も容易なトラス式支保工を提供することを目的と
したもので、更には、この新規なトラス式支保工を使用
して効率的な支保工が施行できるトンネル掘削工法を提
供することを目的としたものである。

「問題点を解決するための手段」 上記の目的に沿い、先述特許請求の範囲を要旨とする本
発明の構成は前述問題点を解決するために、トンネル掘
削断面形状に沿って湾曲せしめた２本以上の梁主材を相
互に所定の間隔を有して並置し、この各梁主材を螺旋条
のラチス材でトラス状に連結してなる技術的手段を講じ
たもので有る。

また、本発明の別の構成は、上記トラス式支保工を筋材
として使用してコンクリート覆工することを特徴とした
技術的手段を講じたもので有る。

さらにまた、本発明の別の構成は、上記トラス式支保を
使用して、傾斜する切羽面に沿わせて傾斜状に建て込み
ながら掘進するようになしたことを特徴とする技術的手
段を講じたもので有る。

さらにまた、本発明の別の構成は、上記トラス式支保を
使用して、螺進掘削切羽面に沿わせて順次螺旋に継ぎ足
して建て込みながら掘進することを特徴とした技術的手
段を講じたもので有る。

「作用ｊ それ故、本発明トラス式支保工は梁主材と螺旋条のラチ
ス材とで構成されているため、この梁主材およびのラチ
ス材の太さと材質、およびラチス材の螺旋スパンを適宜
に設定することで所望の積載能力と剛性とを得ることが
できる。

そして、螺条トラス構造は、捻り方向の剛性に富み、本
発明トラス式支保工は必ずしも単一平面に建て込むこと
なく、多少の捻りを加えた状態に建て込むことでトンネ
ル空洞形状への追従性が飛躍的に向上する作用を呈する
。

さらに具体的には、本発明トラス式支保工はその梁主材
が円形、準円形（馬蹄形、卵形、幌形）などに湾曲され
たものを用意するが、通常は、トンネル内への搬入を考
慮して複数ピースに分割したものが用意される。そして
、この各ピースは掘削したトンネル空洞部内で、該空洞
部内面に沿って建て込まれ、複数ピースを組み立てると
、その外周形状はトンネル空洞部の断面形状に一致する
ように設定しである。すなわち、断面形状が円形のトン
ネルを掘削する場合は円形リングを複数に分割した形状
に、断面形状が準円形のトンネルを掘削する場合は馬蹄
形などの夫々の形状を複数分割した形状に構成する。但
し、この形状はトンネル空洞の垂直断面に限定されるも
のではなく、斜め断面形状を複数個に分断したもの、例
えば断面円形のトンネルの場合は楕円リングを複数個に
分断したものでも良い。さらには、この各ピースの形状
は空洞内面に沿って螺進するスパイラル線を所定長さ宛
に分断した形状となしてもよい。

したがって、本発明トラス式支保工を建て込むと、トン
ネル空洞部内面にその外周が接して土圧などの荷重を支
えるが、実際のトンネル空洞部の断面形状が常に設計と
一致するとは限らず、この支保工とトンネル空洞部の断
面形状とにはある程度の誤差が生ずる。この誤差を補正
するには、従来の型鋼を使用した支保工では、各ピース
の連結部に調整用ピースを介在せしめたり、各ピースの
端部を切断してエンドプレートを付は替えたりしている
が、本発明のトラス式支保工では、所望の剛性が得られ
るため、この剛性を利用して建て込んだトラス式支保工
を変形させトンネル空洞断面形状に適合させる。

そして、このトンネル空洞断面形状に適合した後は、必
要に応じてトラス式支保工を固定するが、この固定はト
ラス式支保工が馬蹄形の場合はその両基端部を基礎部に
固定したり、また前段の既設支保工にタイロッドなどで
連結固定したり、さら１こは、図示しないロックボルト
などに連結固定すれば土圧などの荷重を支承することも
できる。

また、本発明トラス式支保工は、梁主材とラチスで構成
されるため、梁主材で囲まれた空間部内にもコンクリー
トを注入でき、コンクリート内にこのトラス式支保工を
埋入すれば鉄筋として利用できる作用を呈するものであ
る。

「実施例」 次に、本発明の実施例を添附図面に従って説明すれば以
下の通りである。

図中、１が梁主材で、この梁主材１はトンネル掘削断面
形状に沿って湾曲せしめた２本以上の梁主材を相互に所
定の間隔を有して並置しである。

この梁主材ｌは通常丸鉄棒（断面形状は特に丸には限定
されない）をトンネル空洞断面形状に沿って湾曲せしめ
て構成され、三本以上を並置する場合は一直線上に並置
するのでは無く、湾曲半径を外側のものを大きく、内側
のものは小さくして第２図および第３図に最も明らかに
示すごとく同−心の円周上に並置される。なお、この梁
主材１は図示例では第２図および第３図に最も明らかに
示すごとく、同一円周上に等配的に並置されるが、各個
相互の距離は必ずしも同一でなくてもよい。

そして、この梁主材１はトンネル空洞断面形全周にわた
る長さ、すなわちトンネル空洞断面が円形の場合はリン
グ状に、馬蹄形の場合は馬蹄形に夫々形成してもよいが
、トンネル内への搬入の便宜上、全体の支保工ＡＯを複
数に分割した長さのピースＡｌ、Ａ２．Ａ３・・・とな
してあり、この各ピースＡｌ、Ａ２．Ａ３・・・は夫々
トンネル空洞断面形状の各部位にその湾曲を適合せしめ
である。

そして、上記各梁主材１，１．１・・・を螺旋条のラチ
ス材２でトラス状に連結してなる。このラチス材２は第
２図例では各梁主材１．ｌ、ｌ・・・に内接する円形螺
旋状となしているが、熱論、各梁主材１，１．１・・・
に外接する円形螺旋となしてもよく、さらには、第３図
に示すごとく三角螺旋などの異形螺旋を使用してもよい
。そして、このラチス材２も鉄材が使用され各梁主材ｌ
との連結部は溶接などの適宜手段で固着される。　また
、上記のごとく全体を複数のピースＡｌ、Ａ２．Ａ３・
・・に分断した場合は、この各ピースを相互に連結する
エンドプレート４が両端に配設される。このエンドプレ
ート４は第９図に最も明らかに示すごとく、円盤等の適
宜形状をした板状体が使用され、その−面に各梁主材１
の端部または必要に応じてはラチス材２の端部が溶接な
どによって連結固定されてなる。そして、図示実施例で
は、このエンドプレート４には、締結用の螺子挿通孔５
，５．５・・・が設けられ（第９図参照）、接合した二
枚のエンドプレート４゜４をこの螺子挿通孔５，５．５
・・・を挿通ずる連結固定螺子（図示せず）で螺締連結
するようになしているが、螺締によらず二枚のエンドプ
レート４，４を溶接止めしても熱論差し支えない。

そして、上記構成の本発明トラス式支保工は、トンネル
空洞内面に沿って建て込まれるが、その建て込み方法は
以下のものが可能となる。

■、垂直建て込み 最も基本的な建て込み方法で、トンネル中心軸と直交す
る面上にこのトラス式支保工ＡＯが位置するように建て
込む。

この垂直性て込みを第４図例に基づいてさらに説明する
と、支保工ＡＯはトンネルＴの中心軸と直交する面上に
位置しており、図示例ではこのトンネルＴの空洞断面形
状は馬蹄形であるので、支保工ＡＯも馬蹄形となしてい
る。そして、この種馬蹄形の支保工ＡＯはその下端両側
を横桟で連結してもよいが、図示例では下端のエンドプ
レート４を夫々基礎部に固定している。なお、空洞断面
形状が円形の場合は支保工ＡＯも円形（以下リング状と
いう、）となせばよいことは熱論である。

また、以下の建て込み方法にも共通するが、建て込んだ
支保工ＡＯを固定するには、タイロッド６で既に建て込
んだ支保工ＡＯと連結（図ではこのタイロッドは一箇所
で一本しか示していないが、通常は複数箇所で連結固定
する。）したり、その他ロックボルト（図示せず）等に
固定したりする従来公知な方法が利用できる。

２、斜設建て込み この斜切建て込みは、トンネル中心軸に対して所定の角
度で交わる面上に支保工を建て込むもので、この傾斜す
る面が切羽を正面に見て、左右方向に向かって傾斜する
場合（左右斜設建て込みという。）と、上下方向に向か
って傾斜する場合（上下斜設建て込みという。）とがあ
る。

２−１．左右斜設建て込み この建て込み方法は、予め支保工の径 をトンネル空洞の内径よりも多少大きく設定しておき、
余堀を大きくせざるを得ない部位などで、予めトンネル
空洞の内径が正確に把握しずらい場合に使用される。す
なわち、第５図に示すごとく、トンネルＴの中心軸と左
右方向にある傾斜角度で交わる面上に支保工ＡＯを建て
込むさいに、その傾斜角度を適宜変更することで任意の
トンネル空洞内形に支保工ＡＯの大きさを合致させんと
したものである。

従来の型鋼による支保工では、上記の 傾斜角度の変更よるトンネル断面形状の変化に支保工の
形状を追従させることができないため、すなわち、トン
ネルの空洞の斜断面形状はその斜断角度によって全体形
状および局所的部分の曲率が変化するのに対し、型鋼は
容易に形状を変化させることはできないので、この工法
は採用されないでいるが、本発明支保工を使用すれば、
図示例の断面円形のトンネルＴに、該トンネルＴの内径
より径の大きい円形の支保工ＡＯを楕円形に変化させて
使用することも可能となるものである。

２−２．土下斜設建て込み この建て込み方法は、支保工の建て込 み位置がトンネル中心軸に対して上下方向に傾斜するも
ので、傾め切羽でトンネルを掘削する際に最も好適に使
用され る。

３゜ 前述もした通り、切羽の周辺地山がソ フトな場合に傾斜角度を持たせて斜め切羽を形成すれば
自立性が得られ易く、第６図に示すごとく、斜め切羽７
でトンネルＴの掘削が行われることが多い、この場合、
斜め切羽７の最先端に支保工 ＡＯを建て込むとしたら、図示のごとく支保工ＡＯも傾
め切羽７に沿って上下に斜設するのが最も効率的である
。

この場合従来の型鋼による支保工で は、左右斜設建て込みと同様、その傾斜角度の変更によ
るトンネル空洞断面形状の変化に支保工の形状を追従さ
せることができないため、この工法は採用されないでい
る。

螺状建て込み この螺状建て込みには、−リング分ごとに別個に順次建
て込む場合（捻り建て込みという。）と、順次連結して
建て込む場合（螺旋建て込みという。）とがある。

３−１．捻り建て込み 本発明支保工は捻り方向に変形し易い性質を利用したも
ので、第７図に示すごとく、支保工ＡＯを単一平面に位
置させず、捻りを加えて建て込んだもので、この捻り量
を変更することでトンネルＴの空洞断面形状に支保工Ａ
Ｏの形状を追従させるものである。なお、図示例は、ト
ンネルＴの空洞断面形状が馬蹄形で、支保工ＡＯの左右
下端の−を前後方向に移動させて捻りを与えているもの
である。

３−２．螺旋建て込み この建て込み法は、上記捻り建て込みを発展させたもの
で、第８図に示すごとく、支保工Ａｌ、Ａ２．Ａ３・・
・を順次螺旋状に連結して建て込むもので、後に説明す
る螺旋掘削に好適に使用される。

４、その他の建て込み 上記以外の支保工ＡＯの建て込み方法としては、傾斜と
捻りを混合した建て込み法も可能となる。

そして、本発明支保工ＡＯを上記のごとく建て込むこと
で以下のごときトンネル掘削工法が提案できる。

すなわち、一つのトンネル掘削工法は、トンネル掘削断
面形状に沿って湾曲せしめた２本以上の梁主材を相互に
所定の間隔を有して並べ、この各梁主材を螺旋状のラチ
ス材でトラス状に連結してなるトラス式支保工で、掘削
中のトンネルの支保を行ない、上記トラス式支保工を筋
材として使用してコンクリート覆工することを特徴とす
るものである。このコンクリート覆工は第３図に符合３
で示すごと〈従来公知な方法で行なわれるもので、コン
クリート吹き付け、あるいは図示しない型枠を使用して
コンクリートを打設して行うことが可能である。

次に、もう一つのトンネル掘削工法は、トンネル掘削断
面形状に沿って湾曲せしめた２本以上の梁主材を相互に
所定の間隔を有して並べ、この各梁主材を螺旋状のラチ
ス材でトラス状に連結してなるトラス式支保工を、傾斜
する切羽面に沿わせて傾斜状に建て込みながら掘進する
ようになしたことを特徴とするものである。

前述もした通り、傾斜め切羽では該傾斜め切羽に沿って
支保工を傾斜して建て込むのが最も望ましいことは明確
なことである。しかし、この斜め切羽の傾斜角度が変化
すると従来の型鋼の支保工ではその形状をトンネル空洞
の形状に追従させることが不可能であったが、本発明支
保工を使用するとこの形状の追従が可能となる。すなわ
ち、多少切羽の傾斜角度乃至支保工の傾斜角度が変化し
ても、本発明支保工はその剛性からして形状をトンネル
空洞形状に一致できることになる。

そして、この斜め切羽７の角度が変化すると形状の追従
性の他に、支保工ＡＯの長さ調整の問題が生ずる。すな
わち、第６図の断面馬蹄形トンネルＴにおいて、支保工
ＡＯの建て込み傾斜角度を変化させると支保工ＡＯの両
下端がトンネル床面Ｆと一致しなくなる場合が生ずる。

この場合、支（呆工ＡＯを切断したり継足して対処する
ことになるが、従来の型鋼では途中を切断することが容
易ではないのに対し、本発明支保工では第９図に示すご
とく、梁主材１（およびラチス材２も）が線状物である
ため、これらの途中を切断することも連結溶接すること
も容易であり、エンドプレート４より多少上方部位で梁
主材１を切断し、長さを短くする場合は該梁主材１をさ
らに所望寸法切り落とし、長さを長くする場合は所望の
長さの図示しない梁材を介装して溶接すればよいもので
ある。また、馬蹄形の支保工ＡＯを斜設性て込みする場
合で、このエンドプレート４を支保工ＡＯに対しである
角度で取付は直す場合は、上記各梁主材１の連結位置を
ずらせばよいことになる。

さらに、本発明の支保工を使用したさらに別のトンネル
掘削工法は、トンネル掘削断面形状に沿って湾曲せしめ
た２本以上の梁主材を相互に所定の間隔を有して並べ、
この各梁主材を螺旋状のラチス材でトラス状に連結して
なるトラス式支保工を、螺進掘削切羽面に沿わせて順次
螺旋に継ぎ足して建て込みながら掘進することを特徴と
したものである。

ここで、螺旋掘削とは切羽全面を同時に掘削するのでは
なく、切羽７を所定の扇面部分に区切ってこの扇面掘削
を順次螺旋状に進めていくもので、現在では一部の立坑
の人力掘り、あるいは半機械掘りに実績があるが、将来
的には水平坑や斜坑にも、さらには機械掘りにも応用が
期待される。そこで、このような螺旋掘削を行うにさい
し１本発明支保工ＡＯは捻れ方向に大きく変形できる性
質を有°するため、第８図に示すごとく円弧状のピース
Ａｌ、Ａ２．Ａ３・・・　（予め、捻りを有するように
形成してもよい）を用意し、これを螺旋掘削に際して順
次連結して建て込んでいけばよい。

「発明の効果ｊ 本発明は上記のごときで、本発明支保工は、トンネル掘
削断面形状に沿って湾曲せしめた２本以上の梁主材を相
互に所定の間隔を有して並置し、この各梁主材を螺旋条
のラチス材でトラス状に連結してなるので、所定の荷重
能力と、剛性とが得られ、トンネル空洞断面形状に追従
性を有したトラス式支保を提供することができるもので
ある。

また、特に、螺旋条のラチス材は捻り方向への形状変化
性に富み、積載能力と形状追従性というある一面では矛
盾する要求に、捻り方向への形状変化性は建て込み後に
タイロッド等で固定するなどして対処できるトラス式支
保を提供することができるものである。

また、本発明支保工法は、上記トラス式支保工を使用し
たため、トンネル空洞形状に合理的に形状を追従せしめ
、必要な箇所に必要な支保を行うというＮＡＴＭ工法の
追及する支保作業理念を発展させ、掘削場所に即座・容
易に支保工を建て込むことを可能となした切削工法を提
供することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明トラス式支保工の一実施例を示す正面図
、第２図はＡ−Ａ線断面図、第３図は別の実施例におけ
る支保工の断面図、第４図は本発明支保工を使用した掘
削工法での掘削中のトンネル縦断面図、第５図は別の掘
削工法における掘削中のトンネルの横断面図、第６図乃
至第８図は夫々さらに別の掘削工法での掘削中のトンネ
ル縦断面図、第９図は支保工の端部拡大斜視図である。 １〜梁主材　　　２〜ラチス材　　　３〜コンクリート
覆工　　　４〜工ンドプレート５〜螺子挿通孔　　　６
〜タイロツド　　　７〜切羽　　７゛〜傾斜切羽　　　
ＡＩ、Ａ２゜Ａ３〜ピース　　　ＡＯ〜支保工　　　Ｔ
〜トンネル　　　〜床面

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）トンネル掘削断面形状に沿って湾曲せしめた２本
   以上の梁主材を相互に所定の間隔を有して並置し、この
   各梁主材を螺旋条のラチス材でトラス状に連結してなる
   トラス式支保工。
2. （２）トンネル掘削断面形状に沿って湾曲せしめた２本
   以上の梁主材を相互に所定の間隔を有して並べ、この各
   梁主材を螺旋状のラチス材でトラス状に連結してなるト
   ラス式支保工で、掘削中のトンネルの支保を行ない、 上記トラス式支保工を筋材として使用してコンクリート
   覆工することを特徴としたトンネル掘削工法。
3. （３）トンネル掘削断面形状に沿って湾曲せしめた２本
   以上の梁主材を相互に所定の間隔を有して並べ、この各
   梁主材を螺旋状のラチス材でトラス状に連結してなるト
   ラス式支保工を、傾斜する切羽面に沿わせて傾斜状に建
   て込みながら掘進するようになしたことを特徴とするト
   ンネル掘削工法。
4. （４）トンネル掘削断面形状に沿って湾曲せしめた２本
   以上の梁主材を相互に所定の間隔を有して並べ、この各
   梁主材を螺旋状のラチス材でトラス状に連結してなるト
   ラス式支保工を、螺進掘削切羽面に沿わせて順次螺旋に
   継ぎ足して建て込みながら掘進することを特徴としたト
   ンネル掘削工法。