JPH0579291A

JPH0579291A - トンネル裏込方法

Info

Publication number: JPH0579291A
Application number: JP3163808A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Usui; 龍男臼井; Masataka Uozumi; 雅孝魚住; Sakae Nakai; 栄中井
Original assignee: Mitsui Construction Co Ltd
Current assignee: Mitsui Construction Co Ltd
Priority date: 1991-06-07
Filing date: 1991-06-07
Publication date: 1993-03-30

Abstract

(57)【要約】【目的】セグメント１６を建て込むことにより覆工され
る山岳トンネルにおいて、セグメント１６のクラック発
生を回避する。【構成】掘削地山２０と建て込まれたセグメント１６と
の間に形成される裏込め層２１に、スチロール、ウレタ
ン等の合成樹脂材を発泡させてなる一次裏込材２６を充
填することにより、地山２０の初期変形をある程度許容
しつつセグメント１６を弾性的に支持させる。そして
後、地山２０が安定したなら、一次裏込材２６の発泡間
隙中に浸入させる形でセメントミルク２２１を高圧注入
することにより定着体２２を形成して、セグメント１６
を安定地山に強固に定着させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、山岳トンネルに覆工さ
れるセグメントにクラックが生じる危険性がない、トン
ネル裏込方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、覆工部材と掘削地山との間には、
モルタル等の経時硬化性材料が裏込されていた。ところ
で最近、山岳トンネル等のように岩盤の地山において、
周長方向に長円形に一体成型されたリング状セグメント
を、覆工部材として掘削坑道中に建て込んでいくような
トンネル構築方法が提案されつつある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、山岳トンネ
ルにおいては地山が岩盤であるが故に、断面馬蹄形状に
掘削されるので、該馬蹄形状の掘削断面に前記リング状
セグメントを建て込むと、該セグメントと掘削地山との
間には、比較的大きな間隙が形成される。従って、該大
きな間隙部分にモルタルのような経時硬化性材料を裏込
すると、硬化した裏込材は非常に剛な構造体になり、そ
して、覆工部材であるセグメントは、裏込材の硬化後直
ちに、地山に対して剛に支持されることになる。する
と、このように剛な構造体である裏込材は掘削されるこ
とにより緩んだ地山の初期変形を吸収することが出来な
いので、掘削初期の地山が変形して局部的に押し出して
きた場合にはセグメントの一部分に応力集中が生じるこ
とになる。そして、このようにセグメントの一部分に応
力が集中すると、セグメントにクラックが発生して、地
山を支持する役目を果たさなくなる恐れがあり、延いて
は、トンネル構造の脆弱化更には崩壊が懸念されるの
で、大変危険である。本発明は、上記事情に鑑み、掘削
地山の初期変形をある程度許容しつつ地山を支持するこ
とが出来るようにして、セグメントにクラックが発生す
る危険性を回避した、信頼性の高いトンネル裏込方法を
提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、掘進方向先端
部分に配置される掘進作業手段（１）を介して地山（２
０）を掘削することによりトンネル掘削空間（２５０）
を形成し、前記トンネル掘削空間（２５０）に、該トン
ネル掘削空間（２５０）の断面積に対して小断面積をな
すセグメント（１６）を、前記掘進作業手段（１）に後
続する形で建て込み、前記トンネル掘削空間（２５０）
に建て込まれたセグメント（１６）と地山（２０）との
間に、裏込され得る裏込材収容空間（２１）を形成して
おき、前記裏込材収容空間（２１）に、弾性部材体から
なるセグメント支持手段（２６）を、該セグメント支持
手段（２６）内に空隙部分を形成する形で配設し、前記
地山（２０）が安定した後、前記裏込材収容空間（２
１）に裏込材（２２１）を、前記セグメント支持手段
（２６）の空隙部分に浸入し得る流動状態下で充填する
ようにして、構成される。なお、（）内の番号等は、
図面における対応する要素を示す、便宜的なものであ
り、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるも
のではない。以下の

【作用】の欄についても同様である。

【０００５】

【作用】上記した構成により、本発明は、裏込材収容空
間（２１）が形成されてまず、セグメント支持手段（２
６）がセグメント（１６）を弾性的に支持し、地山（２
０）が安定して後、セグメント支持手段（２６）がセグ
メント（１６）を剛に支持するように作用する。

【０００６】

【実施例】図１は、本発明に使用されるトンネル掘進装
置の一例を示す外観斜視図、図２は、トンネル掘削作業
の一例を示す施工側面図、図３は、トンネル掘削作業の
一例を示す施工上面図図４は、本発明により構築されるトンネルの一例を示す
断面図である。

【０００７】掘進中のトンネル２５には、図２に示すよ
うに、トンネル掘進装置１が、カッタヘッド９を介して
地山２０が掘削されることにより形成されたトンネル掘
削空間２５１の掘進方向先端側（矢印Ａ方向側）に、切
削刃９ａを切羽２０ａに対向させる形で配置されてお
り、トンネル掘進装置１の掘進方向後方（矢印Ｂ方向
側）には、長円環状のセグメント１６が、矢印Ａ、Ｂ方
向に隙間なく並ぶ形で複数接続されることによりトンネ
ル構造体２５１が形成されている。トンネル構造体２５
１の先端部分、即ち既に建て込み済のセグメント１６の
矢印Ａ方向端部は、トンネル掘進装置１の内部に、後方
即ち図中右方から入り込む形で配置されており、掘削装
置１の切羽２０ａ部から所定の距離Ｌ６に推定される範
囲には、岩盤が切り開かれることにより内部応力が崩壊
した状態の不安定地山２０ｂが存在している。

【０００８】トンネル掘進装置１は、図１乃至図３に示
すように、胴型状に形成された外殻２を有しており、外
殻２は掘進方向、即ち矢印Ａ、Ｂ方向に近接遠退自在に
接続された前胴２Ａ及び後胴２Ｂにより構成されてい
る。即ち、後胴２Ｂの先端部分には中継胴２Ｃが、前胴
２Ａ後端部分に入り込む形で形成されており、前胴２Ａ
と中継胴２Ｃとは、互いの内周に沿う形で複数設けられ
た外殻ジャッキ２Ｄにより接続されている。そして、外
殻ジャッキ２Ｄを押出し駆動することにより前胴２Ａと
後胴２Ｂは、互いに接し合っている状態から外殻ジャッ
キ２ＤのピッチＬ３分だけ矢印Ａ、Ｂ方向に離れること
が出来る状態になっている。前胴２Ａは、矢印Ａ方向か
ら矢印Ｂ方向に連続的に伸延しているインバート２５ｂ
に向かって開口する形で無底状に形成されており、後胴
２Ｂには、図２に示すように、下側に底部２Ｂ₁が、イ
ンバート２５ｂとの間を遮蔽される形で形成されてい
る。前胴２Ａ及び後胴２Ｂの左右内側面には外殻レッグ
３が、矢印Ａ、Ｂ方向に複数並んで該前胴２Ａ及び後胴
２Ｂの下端部分から下方に突出する形で昇降自在に設け
られており、従って、後胴２Ｂに設けられた外殻レッグ
３は底部２Ｂ₁を貫通している。そして、各外殻レッグ
３はインバート２５ｂに支持されており、また各外殻レ
ッグ３には油圧ジャッキ３１が、前胴２Ａ及び後胴２Ｂ
を上下、即ち矢印Ｃ、Ｄ方向に移動自在に支持する形
で、設けられている。前胴２Ａ及び後胴２Ｂの外側に
は、地山２０との間に、仮空隙２１’が、岩盤の地山２
０がカッタヘッド９により掘削されることにより余掘り
が発生する形で生じており、仮空隙２１’にはスチロー
ル、ウレタン等の合成樹脂材を発泡させることにより弾
性部材体となった一次裏込材２６が充填されている。

【０００９】前胴２Ａの前端部分には、切羽２０ａのア
ーチ部分を仮支保するための先受矢板５が、該前胴２Ａ
の内周に沿った形で、且つ矢印Ａ、Ｂ方向に油圧ジャッ
キ等により突出後退自在に複数枚設けられており、前胴
２Ａの内側のインバート２５ｂ上には掘削機６が設置さ
れている。掘削機６は機体６ａを有しており、機体６ａ
の後部には掘削機６を操作駆動する為の油圧ユニット６
１、制御盤６２等が内蔵されている。また、機体６ａに
は、該機体６ａを推進駆動させるための公知のスライド
シュー機構７が設けられており、スライドシュー機構７
は、機体６ａを支持し得るスキー板状の一対のスライド
シュー７Ａ、７Ｂをスライドジャッキ７Ｃ、トグルジャ
ッキ１３等を介して順次間欠的に矢印Ａ方向に押出し引
き寄せ駆動することにより、掘削機６が歩行式に自走す
るように構成されている。機体６ａの前端にはカッタヘ
ッド９が、矢印Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ方向に揺動駆動自在及び
矢印Ａ、Ｂ方向に進退駆動自在で且つ旋回駆動自在な形
で設けられており、カッタヘッド９の先端には、地山２
０等の岩盤を破砕掘削し得る切削刃９ａが、円錐台状に
形成された形で設けられている。カッタヘッド軸部９ｂ
の外周にはスクリューブレード９ｃが、ずり、即ち切削
刃９ａにより破砕された切羽２０ａの岩を、矢印Ｂ方向
である後方へ搬送する形で設けられており、スクリュー
ブレード９ｃの後方にはずり回収用のギャザリング１０
が、カッタヘッド軸部９ｂの基部に装着される形で設け
られている。ギャザリング１０に回収されたずりは、機
体６ａの側方に設けられたコンベヤ１１を介して、さら
に後方へ搬送されて、適当なるずり搬送手段によりトン
ネル２５の抗外へ運び出される。機体６ａの上部には矢
印Ａ、Ｂ方向に並ぶ２体のキャノピージャッキ１２、１
２が、シリンダ１２ａ部分が連立する形で装着されてお
り、各キャノピージャッキ１２の上部には、前記前胴２
Ａの天蓋部分内周面に沿う形で蒲鉾片状に形成されたキ
ャノピー１２ｂが、シリンダ１２ａを介して矢印Ｃ、Ｄ
方向である上下方向に移動駆動自在な形で、設けられて
いる。また、機体６ａの矢印Ｅ、Ｆ方向両側部には、サ
イドジャッキ１５、１５が、機体６ａを前胴２Ａの内側
面に支持させる形で前後に一対ずつ装着されており、即
ち機体６ａと前胴２Ａとは、キャノピージャッキ１２、
１２及びサイドジャッキ１５、１５を介して、坑道内周
方向に対して接合分離自在な形に構成されている。後胴
２Ｂの側壁部内側には、セグメント１６を該後胴２Ｂの
後方、即ち矢印Ｂ方向に連続的に接合する形で覆工建込
みするためのエレクタ１７が、図３中上方に支持部１７
ａが固定される形で、設けられている。エレクタ１７に
はセグメント１６を保持反転するためのブーム１９が、
ブームジャッキ１９１を介して矢印Ｇ、Ｈ方向に揺動駆
動自在で、且つ矢印Ａ、Ｂ方向に進退自在な形で設けら
れている。また、後胴２Ｂ内には接合されるセグメント
１６、１６を心出しするためのセグメント心出し機構２
９が、底部２Ｂ₁に固定される形で設けられている。

【００１０】そして、後胴２Ｂの後方には、図４に示す
ように、前記トンネル構造体２５１が、掘削機６により
断面馬蹄形状をなすように掘削されたトンネル掘削空間
２５０の中心部分に、該後胴２Ｂ内で建て込まれた長円
環状のセグメント１６が配置される形で、形成されてい
る。トンネル構造体２５１内には、新たに建て込まれる
セグメント１６を横長状に倒した状態で搭載して前記後
胴２Ｂ内のエレクタ１７位置まで搬送するための搬送台
車３０が、矢印Ａ、Ｂ方向に行き来することが出来るよ
うになっており、また、トンネル構造体２５１には裏込
め層２１が、セグメント１６の周方向外側と地山２０と
の間に配置される形で、形成されている。裏込め層
２１の掘進方向先頭部分（矢印Ａ方向側部分）には、一
次裏込材２６が、仮空隙２１’に充填された一次裏込材
２６の後方（矢印Ｂ方向側）に連続する形で、充填され
ており、一次裏込材２６が充填されている裏込め層２１
の後方（矢印Ｂ方向側）には、さらに、一次裏込材２６
を構成するスチロール、ウレタン等が発泡することによ
り生じた気泡間隙中にセメントミルク２２１が浸入して
硬化することにより形成された定着体２２が配設されて
いる。定着体２２には、セグメント１６の外周を巻き厚
Ｗ１をもって包囲する形で定着体構造部分２２ａが形成
されていると共に、図４中下方左右に示す、設計上構造
部材とみなすことの出来ない定着体構造部外２２ｂ、２
２ｂが、定着体構造部分２２ａと共に図４中紙面と直交
する方向（図２中矢印Ａ、Ｂ方向）に連続的に伸延する
形で、形成されている。一方の定着体構造部外２２ｂ
（図４中左側）中には、塩ビ製パイプ等による大径ダク
ト３２、３２が敷設されており、また他方の定着体構造
部外２２ｂ（図４中右側）中には、大径ダクト３２、３
２と同様の部材であり乍ら若干小径なる小径ダクト３
３、３３、３３が、継手管を介して掘進方向（図２中矢
印Ａ、Ｂ方向）に延長され得る形で、敷設されている。
各大径ダクト３２及び小径ダクト３３の矢印Ａ方向端部
は外殻２内において開口しており、また矢印Ｂ方向端部
はトンネル２５抗外まで延長されて、開口するか若しく
は適当なる装置設備に適宜選択的に接続されている。即
ち、各大径ダクト３２は外殻２内から、トンネル内に設
けられた排気、排水用のジェットファン、排水ポンプ設
備等へ適宜接続されており、各小径ダクト３３は、トン
ネル内に設けられた給気、給水用のエアコンプレッサ、
給水ポンプ設備等から外殻２内へ適宜接続されている。
また、小径ダクト３３には、適宜選択的に駆動ケーブル
が収容されて、駆動ケーブルは、例えば、供給元がトン
ネル２５の矢印Ｂ方に延長された部分においてゼネレー
タ等の装置設備に接続されて、送給側が掘削機６、外殻
ジャッキ２Ｄ、エレクタ１７等に接続されている。

【００１１】掘進中のトンネル２５は以上のような構成
を有するので、トンネル２５を構築する際には、トンネ
ル掘進装置１を用いて、断面形状が馬蹄形を呈するよう
に切羽２０ａの岩盤を破砕する形で、トンネル掘削空間
２５０を形成することにより、矢印Ａ方向に掘進してい
く。トンネル掘削空間２５０を形成するにはまず、先受
矢板５を矢印Ａ方向に突出させて、切羽２０ａ部分の岩
が崩落し得ないように支持する。そして、外殻２を外殻
レッグ３を介して、油圧ジャッキ３１を加圧駆動するこ
とによりインバート２５ｂに反力を求める形で、矢印Ｃ
方向に押し上げる。すると、外殻２は、一次裏込材２６
を介してアーチ２５ａ部分に押しつけられる形で、地山
２０を支持する状態になる。こうして、外殻２で地山２
０を支持したところで、キャノピージャッキ１２を加圧
負荷してラム１２ｃを上方、即ち矢印Ｃ方向に押し出す
ことにより前胴２Ａの天蓋部分にキャノピー１２ｂを押
しつけ、また、サイドジャッキ１５、１５を加圧負荷し
てラム１５ｃ、１５ｃを側方、即ち矢印Ｅ、Ｆ方向に押
しだすことにより、機体６ａを前胴２Ａに、一体化させ
る。こうして、機材６ａを前胴２Ａに支持させた状態
で、カッタヘッド９を、矢印Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ方向に揺動
させつつ回転駆動することにより、切削刃９ａを介して
地山２０を切り開く形で、掘削機６の掘削ストロークＬ
１だけ該切削刃９ａを矢印Ａ方向に進出させる。する
と、切羽２０ａが掘削ストロークＬ１だけ矢印Ａ方向に
前進する形で、トンネル掘削空間２５０が形成される。
また、トンネル掘削空間２５１を形成する際には、切羽
２０ａを掘削すると同時に乃至先建てように、仮空隙２
１’に一次裏込材２６を、圧送パイプ２７を介してアー
チ２５ａ部分から、スチロール、ウレタン等の合成樹脂
となり得る液状材を適宜注入して、さらに圧送パイプ２
７口元等で触媒等をミキシング添加することにより発泡
させて、経時硬化後に弾性部材となる形で、充填してお
く。すると、前記覆工済みのトンネル２５と切羽２０ａ
間の未覆工部分の不安定地山２０ｂが、一次裏込材２６
により肌落ち防止される形で、地山２０の安定確保がな
される。また、切羽２０ａの掘削時に地山２０が湧水
性、押出し性、破砕性岩等の不良地山である場合には、
アーチ２５ａ部分から掘削断面内方へ向かって押し出し
てくる形で、地山２０が崩壊しようとする。そこで、油
圧ジャッキ３１に更に付加的に加圧することにより外殻
レッグ３が脚を伸ばした状態にすると、外殻２は一次裏
込材２６を介して、アーチ２５ａに向かって更に押し上
げられることにより、地山２０の押出しに対する抗力を
更に付加的に発揮することが出来る。こうして、地山２
０が崩壊することなく、安定的な掘削が行なわれ得る。

【００１２】そして、掘削機６の掘削ストロークＬ１だ
け、カッタヘッド９が矢印Ａ方向に進行することによ
り、切羽２０ａがＬ１だけ掘進方向に前進したなら、こ
こで、スライドシュー機構７を介して掘削機６を前進さ
せる。この際まず、油圧ジャッキ３１を圧力開放して外
殻レッグ３を縮める。すると外殻レッグ３はインバート
２５ｂから浮き上がり、そして、前胴２Ａが、天蓋部分
がキャノピー１２ｂ、１２ｂに載戴される形で、機体６
ａにより支持された状態になる。こうしておいてサイド
ジャッキ１５、１５を圧力開放し、そして、キャノピー
ジャッキ１２、１２を圧力開放すると、キャノピー１２
ｂ、１２ｂと共に前胴２Ａが、該前胴２Ａの天蓋部分が
一次裏込材２６と別離する形で、下方、即ち矢印Ｄ方向
に降下する。こうして機体６ａに前胴２Ａが載戴支持さ
れたところで、スライドシュー機構７を適宜駆動して、
機体６ａを移動ストロークＬ２だけ矢印Ａ方向に前進さ
せる。すると、スライドシュー７Ａ、７Ｂはスキー板状
に形成されており、そして、地山２０は岩質であること
から、前胴２Ａを載戴支持した状態の機体６ａは、イン
バート２５ｂに反力を求める形で、前胴２Ａと共に容易
に掘進方向に前進することが出来る。また、アーチ２５
ａ部分の仮空隙２１’に配置された一次裏込材２６はキ
ャノピー１２ｂ、１２ｂの降下と共に、既に前胴２Ａの
天蓋部分と縁切りされて分離した状態になっているの
で、前胴２Ａは掘削機６ａの前進を妨げることなく容易
に該仮空隙２１’を滑り抜けることが出来る。こうし
て、前胴２Ａを掘削機６ａに支持させた形で移動ストロ
ークＬ２分前進させて後、再び切羽２０ａを掘削する際
には、まず、キャノピージャッキ１２、１２を駆動する
ことにより前胴２Ａを上方に押し上げてから、油圧ジャ
ッキ３１を加圧して外殻レッグ３を下方に押し出すと、
外殻２が地山２０を支持する状態になる。そうしておい
て、再びキャノピージャッキ１２、１２及びサイドジャ
ッキ１５、１５を加圧駆動することにより、掘削機６ａ
を前胴２Ａに支持させた状態にして、そしてカッタヘッ
ド９の駆動を再開することにより、切羽２０ａを掘削し
て行く。ところで一方、前胴２Ａ及び機体６ａの前進時
には、後胴２Ｂは前進せずに取り残されて、中継胴２Ｃ
が前胴２Ａの後端から抜け出す形で、前胴２Ａから遠退
した状態になっている。そこで後胴２Ｂは、切羽２ａが
前進して、新たに切り開かれた部分の地山２０が適宜安
定したところで、後胴２Ｂの外殻レッグ３を縮めて後胴
２Ｂと一次裏込材２６を縁切りし、その状態で、外殻ジ
ャッキ２Ｄを駆動することにより、該外殻ジャッキ２Ｄ
の駆動ストロークＬ３分前胴２Ａに引き寄せる形で、後
胴２Ｂを矢印Ａ方向に移動させるようにする。

【００１３】こうして後胴２Ｂを掘進方向に外殻ジャッ
キ２Ｄの駆動ストロークＬ３だけ進行させると、覆工建
て込み済のセグメント１６のうち最先端、即ち矢印Ａ方
向端部に位置していたセグメント１６と後胴２Ｂの後
部、即ち矢印Ｂ方向端部分には、後胴２Ｂの前進Ｌ３分
だけ空隙が生じる。そこで、後胴２Ｂの前進と共に乃至
先立つように、長円環状のセグメント１６を、トンネル
２５の坑外より横長状に倒した状態で図４に示すように
セグメント搬送台車３０に搭載搬送してくる形で、後胴
２Ｂ内に持ち込む。そして、該横長状に倒した状態のセ
グメント１６をエレクタ１７の側方に配置して、ブーム
ジャッキ１９１を駆動することにより、図２に示すよう
に、ブーム１９にセグメント１６を支持させた形で縦長
状に起こすと共に９０°反転させて、セグメント１６の
軸心ＣＴをトンネルの構築方向である矢印Ａ、Ｂ方向に
一致させる。そして次に、ブーム１９を矢印Ｂ方向に押
し出すことにより、該縦長状に起こされたセグメント１
６を後胴２Ｂ内の後部、即ち矢印Ｂ方向端部近傍に、既
に建て込み済のセグメント１６に締結ボルト等を介して
接続する形で、配置する。この際、セグメント１６は既
に長円環状に形成されているので、トンネル周長方向に
分割された形のセグメントピースを環状に組み立てる必
要がなく、単に新たに設置すべきセグメント１６と既に
建て込み済のセグメント１６をセグメント心出し機構２
９を介して芯出しして、各セグメント１６、１６の端面
を整合させるだけで、容易に接合作業を行うことが出来
る。

【００１４】ところで前述したように外殻２を掘進方
向、即ち矢印Ａ方向に前進させつつセグメント１６を順
次建て込んで行くに連れ、外殻２とセグメント１６間に
は、新たなる裏込め層２１が、仮空隙２１’に連続して
矢印Ａ方向に順次伸延する形で、形成されていく。そこ
で、セグメント１６を建て込むと同時に乃至先立って、
まず、前記外殻レッグ３を、油圧ジャッキ３１を駆動さ
せることにより脚を伸ばして、トンネル掘削空間２５０
の断面形状を、外殻２により地山２０を支える形で、安
定させる。こうしておいて、定着体構造部外２２ｂに配
設されている大径ダクト３２及び小径ダクト３３を、継
手管を介して既に敷設済みの大径ダクト３２及び小径ダ
クト３３に接続する形で、前記掘削ストロークＬ１及び
外殻ジャッキ２Ｄの駆動ストロークＬ３の長さ分だけ延
長させ、また、小径ダクト３３の何れかに収容された駆
動ケーブルも、牽引又は接続等の手段により矢印Ａ方向
に延長させておく。ところでここで、定着体構造部外２
２ｂは、セグメント１６の外周を巻き厚Ｗ１をもって包
囲する形で補強している構造部材としての定着体構造部
分２２ａから設計上除外されており、トンネル構造体２
５１の構成部材として考慮されていないので、大径ダク
ト３２及び小径ダクト３３を配設することにより定着体
構造部外２２ｂが断面欠損しても、トンネル構造体２５
１は何等影響を被ることはないばかりか、定着体構造部
外２２ｂを有効活用することが出来る。また、定着体構
造部外２２ｂに後に述べる裏込め動作により注入された
セメントミルク２２１が固結することにより、定着体構
造部外２２ｂの荷重負荷能力が増大するので、大径ダク
ト３２、小径ダクト３３として、廉価な薄肉塩ビ製パイ
プを敷設しても、該大径ダクト３２及び小径ダクト３３
が、過大な荷重を負荷されて破壊される懸念はない。ま
た同様に、大径ダクト３２、小径ダクト３３がＰＣコン
クリートパイプであっても、ひび割れが生じる懸念がな
い。こうして、前述したように定着体構造部外２２ｂに
敷設した大径ダクト３２及び小径ダクト３３を矢印Ａ方
向に延長させて、適宜外殻２内に開口させ、また、小径
ダクト３３に選択的に収容された駆動ケーブルを延長し
て、外殻ジャッキ２Ｄ、掘削機６、エレクタ１７等に適
宜接続する。すると、トンネル掘進装置１に必要とされ
る給排水、給排気、電源供給は一切大径ダクト３２及び
小径ダクト３３を介して行なわれ得るので、セグメント
１６内に、作業用のダクトや駆動ケーブル等を別途敷設
する必要がない。従って、セグメント１６内においては
セグメント１６を搬送する為の搬送台車３０が通過し得
るスペースを確保してもなお且つ、十分なる作業空間が
残されることになる。また、前記定着体構造部外２５ｂ
の図４中左方に示す一方側に敷設した大径ダクト３２、
３２は、トンネル構造体２５１を構築した後、即ち掘進
作業終了後に、地山２０、セグメント１６内等と適宜選
択的に連通させる。そして、地山２０に連通させたダク
ト３２は地山２０の水抜孔として、また、セグメント１
６内と連通させたダクト３２は抗内排水用ダクトとして
使用する。こうすることにより、大径ダクト３２、３２
を掘進中の作業用仮設ダクトとして使用するばかりでな
く、トンネル構造体２５１の一部として恒久的に使用す
ることが出来るので、定着体構造部外２２ｂ部分を更に
一層有効活用することが可能となる。

【００１５】ところで、いま、切羽２０ａから距離Ｌ６
に推定される範囲の地山２０は掘削機６を介して掘削さ
れることにより岩盤が緩んだ状態で、不安定地山２０ｂ
が形成されており、そして、不安定地山２０ｂは掘削断
面内周方向に向かって、局所不定形に押し出してくるこ
とにより、逐次形状を変化させている。そして、前述し
たように、大径ダクト３２及び小径ダクト３３が延長敷
設された新たなる裏込め層２１は、セグメント１６と不
安定地山２０ｂとの間に位置していることににより、逐
次形状を変化させていることになる。そこで、新たなる
裏込め層２１に、仮空隙２１’部分で充填された一次裏
込材２６に追加充填する形で、スチロール、ウレタン等
の合成樹脂となり得る液状材を注入し、触媒等を介して
発泡させる。すると、裏込め層２１に注入されて発泡硬
化した一次裏込材２６は弾性部材となって、外殻２及び
セグメント１６を弾性的に支持することが出来る。即
ち、一次裏込材２６は、前述したように仮空隙２１’部
分において不安定地山２０ｂの肌落ちを防止する役目を
果たすと共に、裏込め層２１部分において、不安定地山
２０ｂの変形をある程度許容することが出来るので、前
記不安定地山２０ｂが局所不定形に押し出してくること
により掘削断面内周方向に作用する地山２０の集中的な
応力を該一次裏込材２６内部に分散させて、セグメント
１６を弾性的に支持することが出来る。従って、掘削さ
れることにより緩んだ地山２０の初期変形は一次裏込材
２６に吸収されることになり、こうして、地山２０が安
定するまでの間、不安定地山２０ｂが一次裏込材２６に
より一時的に支保される形で、トンネル掘削空間２５０
が内方へ押潰されるのが防止される。そしていま、地山
２０は岩盤であることから本来自立しており、トンネル
掘削空間２５０が形成された後に、掘削されることによ
り掻き乱された内部応力が再配置される形で、何れ安定
する。そこで、切羽２０ａが前進して、即ち岩盤が切り
開かれて後時間が経過することにより、地山２０が安定
したなら、図４に示すセグメント１６のグラウド注入口
１６ａを介して裏込め層２１への裏込作業を行なう。即
ち、裏込作業は、トンネル掘進装置１を用いて切羽２０
ａを掘進する作業と並行して、不安定地山２０ｂの矢印
Ｂ方向側に後続する形の安定地山２０ｃ部分において行
なう。いま、裏込め層２１には既に一次裏込材２６が充
填されているので、そこで、裏込め層２１に、一次裏込
材２６に追加する形でグラウトポンプ２３を介してセメ
ントミルク２２１を高圧充填することにより２次裏込め
する。すると、一次裏込材２６中にはスチロール、ウレ
タン等の合成樹脂が発泡することにより発泡間隙が形成
されているので、該発泡間隙中にセメントミルク２２１
が高流動性をもって浸入することにより定着体２２が形
成されて、そして、該定着体２２により裏込め層２１が
均一且つ密実に充填される。すると、セグメント１６は
定着体２２により、安定地山２０ｃに対して剛に支持さ
れることが出来る。従って、トンネル掘削空間２５０に
建て込まれるセグメント１６は、地山２０が不安定であ
る時期には一次裏込材２６により弾性的に支持されて、
地山２０が安定してから後は、定着体２２に剛に支持さ
れた形で、地山２０に堅固に定着されるので、セグメン
ト１６の長円環形状に撓みが生じたり、クラックが発生
したりするような過大な荷重を局所的に被ることがな
い。

【００１６】こうして、カッタヘッド９により切羽２０
ａを掘削前進させつつ、前胴２Ａ及び後胴２Ｂを順次前
進させて、同時に一次裏込材２６及び定着体２２の注入
充填作業とセグメント１６の建て込み作業を、適宜工程
下で順次繰返し進めていくことにより、トンネル掘削空
間２５１に建て込まれたセグメント１６が定着体２２を
介して地山２０に定着される形で、トンネル構造体２５
１が構築されていく。従って、トンネル２５は、掘進作
業と並行して建て込まれて地山２０に定着されたセグメ
ント１６により、覆工完了される。従って、トンネル２
５を構築するに必要な施工時間が短くて済むのは勿論の
こと、外殻２により常に切羽２０ａ部分の地山２０の安
定が確保された状態下で掘進作業が行われ、そして、掘
進と同時に一次裏込作業が速やかに行われることによ
り、切り開かれる地山２０の内部応力を掻き乱すことが
少ない。しかも掘削されることにより初期変形を起こし
得る不安定地山２０ｂは、一次裏込材２６により弾性的
に支保されるこのため、トンネル掘進装置１を介しての
掘進作業が円滑に行なわれ得ると共に、セグメント１６
はトンネル掘進作業の全般を通して地山２０から過大な
荷重を局所的に被ることがないので、セグメント１６に
クラックが発生する懸念がないのは勿論のこと、隣接す
るセグメント１６、１６の接合部分にも地山２０から荷
重集中することがないことにより、セグメント１６、１
６が良好な接合状態を呈することが可能となる。従っ
て、こうして構築されるトンネル構造体２５１は、施工
中の安全確保がなされるだけではなく、構築後にも、安
定的な構造状態を呈することが可能となる。

【００１７】なお、上述した実施例においては一次裏込
材２６をスチロール、ウレタン等の合成樹脂材を触媒等
と共に注入して発泡させて、経時硬化後に弾性部材とな
るように構成した例を述べたが、一次裏込材２６は地山
２０の初期変形をある程度許容しつつセグメント１６を
弾性的に支持することが出来ればこれに限定されるもの
ではなく、例えば一次裏込材２６と同様の合成樹脂材で
ありながら配設に先立って予め発泡成型してある部材
を、適宜仮空隙２１’及び裏込め層２１に装填するよう
にしても構わない。また、同様に一次裏込材２１を砂、
スチロールビーズ等の非固結性粒子状材を増粘剤と共に
吹き込み充填することにより、それぞれの粒子を結着さ
せて弾性性状を呈するようにしても構わず、更には一次
裏込材２１をゴム、スチール等、又その他複合材による
素材を弾性性状を呈するように適宜加工したものやエア
−モルタル等の経時硬化して尚且つ弾性を備える部材で
代用しても良い。また、一次裏込材２１の間隙中に充填
されるセメントミルク２２１は、充填時に一次裏込材２
１の間隙中に浸入し得る流動状態を呈しているものであ
れば他の材料であっても構わず、例えば、モルタルに高
流動化性状を付加する添加材を混和して用いても何等差
し支えなく、また、セメント質以外の例えば樹脂材であ
っても構わない。また、本発明が適用されるトンネル２
５を掘進するための装置はトンネル掘進装置１に限定さ
れるものではなく、トンネル掘進装置１への電力、エア
ー、水等の供給回収手段は、本実施例に限定されずとも
任意に変更されて何等差し支えるものではない。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
掘進方向先端部分に配置されるトンネル掘進装置１等の
掘進作業手段を介して地山２０を掘削することによりト
ンネル掘削空間２５０を形成し、前記トンネル掘削空間
２５０に、該トンネル掘削空間２５０の断面積に対して
小断面積をなすセグメント１６を、前記掘進作業手段に
後続する形で建て込み、前記トンネル掘削空間２５０に
建て込まれたセグメント１６と地山２０との間に、裏込
され得る裏込め層２１等の裏込材収容空間を形成してお
き、前記裏込材収容空間に、弾性部材体からなる一次裏
込材２６等のセグメント支持手段を、該セグメント支持
手段内に空隙部分を形成する形で配設し、前記地山２０
が安定した後、前記裏込材収容空間にセメントミルク２
２１等の裏込材を、前記セグメント支持手段の空隙部分
に浸入し得る流動状態下で充填するようにして構成した
ので、裏込材収容空間が形成されてまず、セグメント支
持手段がセグメント１６を弾性的に支持し、地山２０が
安定して後、セグメント支持手段がセグメント１６を剛
に支持するように作用する。従って、地山２０が掘削さ
れることにより緩んで初期変形を起こしている間は、セ
グメント１６が地山２０に対して弾性的に支持されてお
り、地山２０の変形はセグメント支持手段によりある程
度許容されている。そして、地山２０が変形することに
より局所的に発生する掘削断面内方への応力はセグメン
ト支持手段により吸収される形になるので、セグメント
１６が地山２０の集中的な応力を被ることがなく、従っ
て、セグメント１６にクラックが発生するような懸念が
ない。そして、セグメント支持手段は、地山２０が安定
して後、該セグメント支持手段内の空隙部分が裏込材に
より充填されることによりセグメント１６を剛に支持す
る形になるので、セグメント１６は地山２０が安定して
初めてセグメント支持手段を介して堅固に地山２０に定
着されることになる。従って、セグメント１６は、建て
込み、定着される迄の全般に亙る間セグメント支持手段
により安定的に支持された侭、応力再配置が進行して初
期変形が納まり、即ち自立状態が復活した安定地山に堅
固に定着されることになるので、こうして構築されたト
ンネル２５は非常に信頼性が高い、頑強な構造状態を呈
することになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用されるトンネル掘進装置の一例を
示す外観斜視図である。

【図２】トンネル掘進作業の一例を示す施工側面図であ
る。

【図３】トンネル掘進作業の一例を示す施工上面図であ
る。

【図４】本発明により構築されるトンネルの一例を示す
断面図である。

【符号の説明】

１……トンネル掘進装置（掘進作業手段）１６……セグメント２０……地山２１……裏込め層（裏込材収容空間）２５０……トンネル掘削空間２２１……セメントミルク（裏込材）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】掘進方向先端部分に配置される掘進作業手
段を介して地山を掘削することによりトンネル掘削空間
を形成し、前記トンネル掘削空間に、該トンネル掘削空間の断面積
に対して小断面積をなすセグメントを、前記掘進作業手
段に後続する形で建て込み、前記トンネル掘削空間に建て込まれたセグメントと地山
との間に、裏込され得る裏込材収容空間を形成してお
き、前記裏込材収容空間に、弾性部材体からなるセグメント
支持手段を、該セグメント支持手段内に空隙部分を形成
する形で配設し、前記地山が安定した後、前記裏込材収容空間に裏込材を、前記セグメント支持手
段の空隙部分に浸入し得る流動状態下で充填するように
して構成した、トンネル裏込方法。