JPH0490000A - 大断面トンネルの施工方法及び地盤固化柱造成装置 - 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、大断面トンネルの施工方法、特に、道路の非
常駐車帯を設ける箇所や、道路の分岐・合流部等の楕円
断面を有する大断面トンネル、又は道路をラッパ状に拡
幅する等により断面形状が変化する大断面トンネルの施
工方法、及び該工法に用いる地盤固化柱造成装置に関す
る。

〈従来の技術〉 既存のシールド機によって大断面のトンネルを構築する
場合、その径の大きさに限界があり、また、例えば非常
駐車帯を設ける箇所や道路の分岐・合流部等その断面が
楕円形状の場合やラッパ状に変化するときは、施工が困
難であるとともに、その施工区間が短く、大型施工機械
を用いる場合施工単価が高くなりコスト面で不利益を伴
う。

これに代わる技術として、第６図に示すパイプルーフ工
法が上げられる。この工法は、トンネル６０の外周軸方
向にパイプルーフ６１を打ち込んでトンネル外郭部を形
成し、次いで外郭部の内側の土砂を掘削し、トンネル６
０を構築するものである。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記パイプルーフ工法では、大断面トン
ネルの施工区間の前後にパイプルーフ掘進のための発進
到達用の大規模な空間を構築することが必要となるので
、その工事が大規模かつコスト高になる。また、パイプ
ルー７６１はトンネルの軸方向に設けられるので、その
延長が長くなるにつれて、地盤からより大きな荷重を受
けるようになる。したがって、そのため荷重に耐えうる
ようパイプルーフ６１の断面を大きくする等その構造を
強固にする必要があり、その施工が不経済かつ煩雑にな
る。さらに、Ｉｇ接するパイプルーフ６１を密に連結す
るための管理に手間がかかるとともに、個々のパイプル
ーフ６１の断面が一定なので、トンネル断面が変化する
場合は、その変化に追随することができないという問題
がある。

そこで、本発明は、上記問題点を解消すべくなされたも
ので、その目的は、通常規模の立坑の構築により容易か
つ低コストで施工可能であり、しかも大断面トンネルの
施工延長が長くなっても荷重に耐える十分な強度を有す
るトンネル外郭部を経済的に構築することができる大断
面トンネルの施工方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、トンネル断面の変化に追随してト
ンネル全体を覆う外郭部を容易に構築することができる
。大断面トンネルの施工方法を提供することにある。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、上記目的に鑑みてなされたものであり、その
要旨は、予定するトンネルに沿ってその両側に先進作業
坑を並設する工程と、該並設した作業坑のうちいずれか
一方を発進基地として他方の作業坑に向けて、複数の曲
線状鋼製部材を、予定するトンネルの上方又は下方を経
て所定の間隔で推進設置する工程と、設置した曲線状鋼
製部材に沿って、いずれか一方の作業坑から他方の作業
坑に向い地盤改良材注入管を掘進到達させる工程と、到
達した地盤改良材注入管を前記曲線”状鋼製部材に沿っ
て後退させつつその先端部から地盤改良材を側方に噴射
してこれを地盤の土粒子と混合し、前記曲線状鋼製部材
を芯材すなわち補強材とした所定の有効径を有する複数
の地盤固化柱を造成することによって、トンネルの上方
及び下方においてこれの全体を覆うトンネル外郭部を形
成する工程と、トンネル外郭部の内側の土砂を掘削する
工程とからなる大断面トンネルの施工方法にある。

ここで、前記トンネルの両側に並設する先進作業坑は、
例えば、予定するトンネルの両横腹部に立坑を設け、こ
れを発進到達基地として推進工法やシールド工法等によ
り設置する。この場合１作業坑の大きさは、曲線状鋼製
部材の設置工や地盤改良材注入管による地盤固化柱の造
成工の施工性を考慮して、例えば３ｍ程度とすることが
望ましい。また、前記曲線状鋼製部材、例えば曲線鋼管
の設置工は、曲線施工が可能な既知の小口径鋼管推進工
法等により行なうことができる。曲線状鋼製部材の大き
さは、その施工性や地盤固化柱の補強材としての強度を
考慮して、例えばその径を１００園〜１５０閣とするこ
とが望ましい。

さらに、地盤改良材注入管の掘進及び地盤固化柱の造成
は、中央に貫通するガイド部材すなわち前記曲線状＃１
ＩＩＩ！部材に沿って前進後退する回転摺動部と、該回
転摺動部の前記発進立坑側に連設し、かつ前記曲線状鋼
製部−材を内包してこれとともに二重管を形成するサヤ
管とからなる地盤固化柱造成装置であって、前記回転摺
動部は、地山を切削するためその前面に取付けた切削手
段と、回転摺動部を前記曲線状鋼製部材を軸に回転させ
る回転能動手段と、掘進時に高圧流体を噴射するための
高圧流体噴射手段と、地盤固化柱造成時に地盤改良材を
噴射するための地盤改良材噴射手段とを備え、一方前記
サヤ管は、前記回転摺動部へ油圧、空圧、電力等の動力
を供給するための動力供給設備と、前記高圧流体噴射手
段へ高圧水等の高圧流体を供給するための高圧流体供給
用配管と、前記地盤改良材噴射手段へセメントミルク等
のグラウトを供給するための地盤改良材供給用配管とを
備えてなる地盤固化柱造成装置を用いて行なうことがで
きる。また前記回転摺動部及びサヤ管の大きさは、前記
曲線状鋼製部材の大きさ及び前記各種配管等を設けるス
ペースを考慮して、その径を例えば１５０閣〜２００ｍ
とすることが望ましい。

〈作用〉 本発明では、まず、予定するトンネルの両横腹部に設け
た立坑を発進用の基地として、例えば３ｍ程度の径を有
する作業坑としての２本の先進トンネルを、シールド工
法や推進工法等によりトンネルの両側に沿って構築する
。次に、前記２本の先進トンネルのうちのいずれか一方
から他方に向けてトンネル軸方向と略直角に複数の曲線
状鋼製部材、例えば曲線鋼管を所定間隔をおいて設置し
、これをガイド部材とする。さらにこのガイド部材に沿
って地盤固化柱造成装置を、いずれか一方の先進トンネ
ルから他方の先進トンネルに到達させ、次いでこの地盤
固化柱造成装置を後退させつつ地盤改良材を側方に回転
噴射し、周囲の地盤の土粒子と混合撹拌して地盤固化柱
を造成する。ここで前記曲線鋼管は、地盤固化柱の補強
材としこれに埋設される。このようにして設けられる地
盤固化柱は、トンネル軸方向と直角に造成されるため施
工延長が短く、かつ曲率や方向の変化によって容易にト
ンネル断面の変化に追随することができる。

また、本発明の大断面トンネルの施工方法に用いる地盤
固化柱造成装置は、その掘進時において、先端の回転摺
動部を回転してその前面に設けた切削手段によって地山
を切削し、かつ発進基地としての先進トンネルからの前
記サヤ管を介した推進力によって前進する。この際に、
回転摺動部の先端から噴射される高圧流体としての高圧
水は、前記切削を補助するとともに、切削土砂を流動化
してこれをガイド部材とサヤ管との間の間隙を通して排
出する。また、地盤固化柱造成時において地盤固化柱造
成装置は、サヤ管を介してガイド部材に沿って引き戻さ
れ、これと並行して前記回転摺動部を回転しつつ地盤改
良材を噴射してこれを地盤の土粒子と混合撹拌し、所定
の有効径を有する地盤固化柱を造成する。

〈実施例〉 次に、本発明の実施例を、添付図面を基に詳細に説明す
る。

第１図では１本発明の大断面トンネルの施工方法が、上
下に配した往復車線を有する道路の本線トンネル１１と
分岐トンネル１２との合流部１゜を構築するために用い
られている。すなわち１本発明の大断面トンネルの施工
方法により造成した多数の地盤固化柱１３によってトン
ネル外周を覆う外郭部１４を形成し、次いで、この外郭
部１４の内側の土砂を掘削除去し、所定の構造物を構築
する。前記地盤固化柱１３によりトンネルの上下を覆う
外郭部１４は、第２図に示すように、地盤固化柱造成の
ための作業坑としての先進作業用トンネル１５と地盤固
化柱１３とによって構成され、例えば幅１５ｍ〜３０ｍ
、高さ１０ｍ〜２０ｍの大きさに形成されている。ここ
で、地盤固化柱１３はトンネル軸方向と略直角に造成さ
れるためその施工延長が短く、また各々の地盤固化柱１
３は、芯材すなわち補強材として１例えば径が約１００
閣〜１５０■の曲線状鋼製部材としての曲線鋼管１６を
その内部に有し、さらにその形状が外側に凸となる曲線
であるため、土庄等の外部からの荷重に対して十分な強
度を有する。また、曲線鋼管１６の曲率や方向を変える
ことにより容易にトンネル断面の変化に追随することが
できる。

次に、本発明の大断面トンネルの施工方法におけるトン
ネル外郭部１４の構築方法について説明する。トンネル
外郭部１４の構築に先立ち、第１図に示すように、合流
部１０の始点付近における本線トンネル１１の両横腹部
に、先進作業用トンネル１５を掘進するための発進立坑
１７を構築し、さらにトンネル軸方向に沿いつつ合流部
１０を挾んでそ、の両側に、３ｍ程度の径を有する先進
作業用トンネル１５を構築する。これらの発進立坑１７
や先進作業用トンネル１５は、通常のシールド工法や推
進工法に準じて構築する。

引き続いて、第３図（イ）〜（）Ｘ）に示す順序に従っ
て地盤固化柱１３を造成する。すなわち、まず第３図（
イ）に示すように１曲線鋼管１６を一方の先進作業用ト
ンネル１５ａから推進し、他方の先進作業用トンネル１
５ｂに到達させる。次に、曲線鋼管１６をガイド部材と
して、前記一方の先進作業用トンネル１５ａから地盤固
化柱造成装！！２０を推進させ、第３図（ロ）に示すよ
うに、他方の先進作業用トンネル１５ｂに到達させる。

さらに、第３図（ハ）に示すように、他方の先進作業用
トンネル１５ｂに到達した地盤固化柱造成装置２０を前
記一方の先進作業用トンネル１５ａに向かって引き戻す
とともに、地盤固化柱造成装置２０の先端部からこれの
側方に向かってセメントミルク等のグラウト４０を地盤
改良材として回転噴射し、これと地盤固化柱造成装置２
０の周囲の地盤の土粒子とを混合撹拌して、所定の有効
径を有する地盤固化柱１３を造成する。

このような地盤固化柱１３は、所定間隔をおいて設置し
た多数の曲線鋼管１６に沿って、トンネル軸方向に連続
して隙間なく密に造成され、トンネルを覆う外郭部１４
を構成する。

本発明に用いる、地盤固化柱造成装置！２０は。

第４図及び第５図に示すように、回転摺動部２１とこれ
に連設するサヤ管２２とによって構成される。回転摺動
部２１は、外郭２６と、その前面に設けた切削手段とし
ての掘削ビット２３と、中央開口部２４と、外郭２６内
において中央開口部２４外周に設けた油圧モーター２５
と、外郭２６前面の４箇所に開口する高圧水噴射装置ｉ
２７と、外郭２６外周面の４箇所に開口する地盤改良材
噴射装置２８とを備えている。中央開口部２４には前記
ガイド管としての曲線鋼管１６がその中央に貫通し、地
盤固化柱造成装！！２０はこれに沿って移動するととも
に、回転摺動部２１は油圧モーター２５の駆動によりこ
れを軸にして回転する。サヤ管２２は回転摺動部２１と
略同径、例えば１５０■〜２００−の径を有するととも
に、掘進方向に対し回転摺動部２１の後方に連設し、前
記先進作業用トンネル１５ａにおいて逐次継ぎ足される
。またサヤ管２２は、曲線鋼管１６を内包して二重管を
形成するとともに、これとの間に、油圧モーター２５の
駆動用油を供給又は排出する動力供給設備としての油圧
ホース２９と、高圧水噴射装置２７に高圧水を給送する
高圧流体供給用配管としての高圧送水ホース３０と、地
盤改良材噴射装［２８にグラウトを圧送する地盤改良材
供給用配管としてのグラウトホース３１とを備える。

上記構成を有する地盤固化柱造成装置！２０は、掘進時
及び地盤固化柱造成時において次のように作用する。す
なわち掘進時では、回転摺動部２１を回転させ、前面の
土砂を切削するとともにサヤ管２２を介して前記先進作
業用トンネル１５ａから伝わる推進力により前進する。

この際に、高圧水噴射装！２７から噴射する高圧水は、
掘削ビット２３による切削を補助し、また切削土砂を流
動化して、前記中央開口部２４及び曲線鋼管１６とサヤ
管２２との間の間隙を経てこれらの切削土砂を排出する
。一方地盤固化柱造成時では、サヤ管２２を介して回転
摺動部２１を引き戻しつつ地盤改良材噴射装置２８から
グラウトを高圧噴射し、この噴射力によって周囲の地盤
を切削すると同時に土粒子とグラウトとを混合撹拌して
所定の有効径を有する地盤固化柱を造成する。この際に
、発生するスライムは前記切削土砂と同様に、前記中央
開口部２４及び曲線鋼管１６とサヤ管２２との間の間隙
を経て排出される。

〈発明の効果〉 本発明の大断面トンネルの施工方法では、予定するトン
ネルの両側に沿って設けた先進トンネルを作業坑として
、トンネルの軸方向と略直角に曲線状の地盤固化柱を複
数造成し、これによってトンネル外郭部を形成するので
、大規模な作業空間を要することなく容易かつ低コスト
で大断面トンネルを構築できるとともに、トンネルの延
長が長くなっても、荷重に耐える十分な強度を有するト
ンネル外郭部を経済的に構築することができる。

また、曲線状の地盤固化柱の曲率や方向を変えることに
よりトンネル外郭部を容易にトンネル断面の変化に追随
させることができる。

さらに、本発明に用いる地盤固化柱造成装置は、曲線状
鋼製部材をガイド部材として移動する回転摺動部とこれ
に連設するサヤ管とによって構成されているので、曲線
状の地盤固化柱を容易に造成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の大断面トンネルの施工方法の概略を示
す説明図、第２図は第１図の線■−■に沿った断面図、
第３図（イ）〜（ハ）は本発明の地盤固化柱の造成方法
を示す説明図、第４図は本発明に用いる地盤固化柱造成
装置の構成を示す破断断面図、第５図は第４図の線■−
■に沿った断面図、第６図は従来の大断面トンネルの施
工方法を示す断面図である。 １０・・合流部、１３・・地盤固化柱、１４・・外郭部
、１５，１５ａ、１５ｂ・・先進作業用トンネル、１６
・・曲線鋼管、１７・・発進立坑、２０・・地盤固化柱
造成装置、２１・・回転摺動部、２２・・サヤ管、２３
・・掘削ビット、２５・・油圧モーター、２７・・高圧
水噴射装置、２８・・地盤改良材噴射装置、２９・・油
圧ホース、３０・・高圧送水ホース、３１・・グラウト
ホース、４０・・グラウト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）予定するトンネルの両側に沿って先進作業坑を並設
   する工程と、発進基地としてのいずれか一方の前記作業
   坑から他方の作業坑に到達する複数の曲線状鋼製部材を
   所定の間隔で設置する工程と、該曲線状鋼製部材に沿っ
   ていずれか一方の作業坑から他方の作業坑に地盤改良材
   注入管を到達させる工程と、該到達した地盤改良材注入
   管を前記曲線状鋼製部材に沿って後退させるとともにそ
   の先端部から地盤改良材を噴射してこれを地山土砂と混
   合することにより、前記曲線状鋼製部材を芯材とした所
   定の有効径を有する地盤固化柱を造成し、これによって
   トンネル外部部を形成する工程と、その後、外郭部の内
   側の土砂を掘削する工程とからなる大断面トンネルの施
   工方法。 ２）中央を貫通するガイド部材に沿って前進後退する回
   転摺動部と、前記ガイド部材を内包して前記回転摺動部
   に連設するサヤ管とからなり、前記回転摺動部には、地
   山を切削する切削手段と、前記ガイド部材を軸にこれを
   回転させる回転駆動手段と、掘進時に高圧流体を掘進先
   方に噴射するための高圧流体噴射手段と、地盤固化柱造
   成時に地盤改良材を前記ガイド部材の周囲に噴射するた
   めの地盤改良材噴射手段とを備え、前記サヤ管には、前
   記回転摺動部への動力供給設備と、前記高圧流体噴射手
   段への高圧流体供給用配管と、前記地盤改良材噴射手段
   への地盤改良材供給用配管とを備えた大断面トンネルの
   覆工方法に用いる地盤固化柱造成装置。