JPH06257377A - トンネル施工方法及びトンネル施工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トンネル施工の工期を短縮化できるトンネル
施工方法を提供する。 【構成】 地中にトンネル１９を施工するに際し、トン
ネル１９の延在方向に沿って移動可能な台車３をトンネ
ル１９内に配設し、トンネル１９の切羽１９０５に臨む
台車３の前端側で、発破用火薬を設置するための孔を切
羽１９０５に形成し、次いで、台車２３後退させて前記
孔に設置した発破用火薬により切羽１９０５を発破し、
切羽１９０５の発破後に台車３を前進させ、台車３の前
端側で、発破により生じたズリの収集と、トンネル１９
０５の周面への一次吹付け用のコンクリートの吹付けと
を並行して同時に行うと共に、台車３の後端側で、一次
吹付けが終わったトンネル１９の周面への支保工の建込
みと、支保工が建込まれたトンネル１９の周面への二次
吹付け用のコンクリートの吹付け及びロックボルトの打
設とを、台車３の前端側で行われる作業と並行して同時
に行うようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トンネル施工方法及び
トンネル施工装置に関するものであり、より詳細には、
比較的硬い地盤にトンネルを施工する際に好適なトンネ
ル施工方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】山岳トンネルの一般的な工法としてＮＡ
ＴＭ（ナトム、New Austrian Tunnel-ing Method）工法
がある。このＮＡＴＭ工法とは、削岩や発破による掘
削、切羽から後方へのズリ搬出、一次吹付け用コンクリ
ートの吹付け（必要に応じて）、支保工の建込み、二次
吹付け用コンクリートの吹付け、及びロックボルトの打
設を１サイクルとし、この１サイクルの作業を繰り返す
ことによりトンネルを施工するものである。

【０００３】上述の掘削又は発破、ズリ搬出、一次吹付
け用コンクリートの吹付け、支保工の建込み、二次吹付
け用コンクリートの吹付け、及びロックボルトの打設に
は、それぞれに適した個別の機器類が用いられ、このた
め従来は、掘削又は発破の完了後にズリを搬出し、ズリ
の搬出完了後に一次吹付け用コンクリートの吹付けや支
保工の建込みを行い、その後二次吹付け用コンクリート
の吹付けを行って、二次吹付け用コンクリートの吹付け
の完了後にロックボルトの打設を行っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来
は、前段階の作業が完了してから次の作業を順に行って
いたため、前記各作業の所要時間を単純に累計した時間
が１サイクルの作業当たりの所要時間となり、トンネル
施工が長期化せざるを得ない問題があった。本発明は上
述の問題に鑑みてなされたものであり、ＮＡＴＭ工法に
よるトンネル施工の工期を短縮化することができるトン
ネル施工方法及びトンネル施工装置を提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する請求
項１記載の本発明はトンネル施工方法に関するもので、
地中にトンネルを施工するに際し、前記トンネルの延在
方向に沿って移動可能な台車を該トンネル内に配設し、
前記トンネルの切羽に臨む前記台車の前端側で、発破用
火薬を設置するための孔を前記切羽に形成し、次いで、
前記台車を後退させて前記孔に設置した発破用火薬によ
り前記切羽を発破し、前記切羽の発破後に前記台車を前
進させ、前記台車の前端側で、前記発破により生じたズ
リの収集と、前記トンネルの周面への一次吹付け用コン
クリートの吹付けとを並行して同時に行うと共に、前記
台車の後端側で、一次吹付け後の前記トンネルの周面へ
の支保工の建込みと、支保工の建込みが終わった前記ト
ンネルの周面への二次吹付け用コンクリートの吹付け及
びロックボルトの打設とを、前記台車の前端側で行うよ
うにしたことを特徴とする。

【０００６】また、請求項２記載の本発明は、地中にト
ンネルを施工する際に使用されるトンネル施工装置に関
するものであって、前記トンネル内に配設され、該トン
ネルの延在方向に沿って移動可能な台車と、前記台車の
前端側に配設され、前記トンネルの切羽に発破用火薬を
設置するための孔を形成する穿孔手段と、前記台車の前
端側に配設され、前記発破用火薬による前記切羽の発破
で生じたズリを収集するズリ収集手段と、前記台車の前
端側に配設され、前記トンネルの周面に向けて一次吹付
け用コンクリートを噴出する第１吹付け手段と、前記台
車の後端側に配設され、前記トンネルの周面に向けて二
次吹付け用コンクリートを噴出する第２吹付け手段と、
前記台車の後端側に配設され、前記トンネルの周面にロ
ックボルト打設用の孔を形成するロックボルト打設用穿
孔手段とを備えることを特徴とする。さらに、請求項３
記載の本発明は、前記台車の前端側に配設され前記トン
ネルの切羽を掘削する掘削手段をさらに備えるものとし
た。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の一実施例によるトンネル施工装置
の概略構成を示す平面図、図２は同側面図、図３は同正
面図、図４は同背面図である。図１及び図２中全体符号
１で示す本実施例のトンネル施工装置は、比較的硬い地
盤にトンネルを施工する際に好適なもので、台車３と、
バックホー７と、吹付け機１３，１５と、ドリルジャン
ボ１７，１８とで構成される。

【０００８】前記台車３は図２及び図３に示すように、
上下２段の基台３０１，３０２と、上基台３０１及び下
基台３０２の両側縁でトンネル１９の延在方向に間隔を
置いた複数箇所から下方に延出する支柱３０３とを備え
ており、これら上下基台３０１，３０２と支柱３０３と
で所謂ガントリー型（門型）に形成されている。図２に
示すように、各支柱３０３の下端には車輪３０５が設け
られており、この車輪３０５は、トンネル１９の下面１
９０１に敷設されたガイドレール１９０３と係合してい
る。従って、台車３は、ガイドレール１９０３に案内さ
れてトンネル１９内をその延在方向に沿い移動可能とさ
れている。

【０００９】また、図２及び図３に示すように前記各車
輪３０５は、各支柱３０３内に収容された油圧ジャッキ
３０７を介して各支柱３０３の下端に連結されており、
従って、台車３は、油圧ジャッキ３０７の作動によりそ
の車高を昇降可能とされている。さらに、図３に示すよ
うに、前記支柱３０３のうち最も切羽１９０５に近い一
対の支柱３０３には、内側に向けて保持台３０９がそれ
ぞれ延設されている。そして、図１に示すように上基台
３０１の上面３１１の両側部には、トンネル１９の延在
方向に沿って移動可能な作業デッキ３１３が配設されて
いる。

【００１０】ドリルジャンボ１７は、発破用火薬を設置
するための孔を切羽１９０５に形成したり、ロックボル
ト（図示せず）を打設するための孔を必要に応じてトン
ネル１９の周面箇所に形成するもので、図１乃至図４に
示すように、上基台３０１の上面３１１で両作業デッキ
３１３の内側の箇所に２台配設されていると共に、下基
台３０２の上面３１５に４台配設されている。図１及び
図２に示すように、各ドリルジャンボ１７の前端にはア
ーム１７０３が上下方向へ傾動可能に連結され、アーム
１７０３の先端にはドリル１７０５が設けられている。
従って、本体１７０１をトンネル１９の延在方向に沿っ
て移動させつつアーム１７０３を動かしドリル１７０５
をトンネル１９の切羽１９０５に当て付けることで、発
破用火薬を設置するための孔が切羽１９０５に形成さ
れ、同様に、ドリル１７０５をトンネル１９の周面に当
て付けることで、ロックボルト打設用の孔がトンネル１
９の周面に形成される。

【００１１】ドリルジャンボ１８は、ドリルジャンボ１
７と同様に、発破用火薬を設置するための孔を切羽１９
０５に形成したり、ロックボルト（図示せず）を打設す
るための孔をトンネル１９の周面箇所に形成するもの
で、台車３とは独立して構成されている。ドリルジャン
ボ１８は図１及び図２に示すように、トンネル１９の延
在方向に沿って移動可能な本体１８０１と、本体１８０
１の前端に上下方向へ傾動可能に連結されたアーム１８
０３と、アーム１８０３の先端に設けられたドリル１８
０５とで構成されている。

【００１２】従って、ドリルジャンボ１７，１８を台車
３の前端側に位置させ、アーム１７０３，１８０３を動
かしつつドリル１７０５，１８０５の位置を変えること
で、トンネル１９の切羽１９０５の複数箇所に、発破用
火薬を設置するための孔が形成される。また、ドリルジ
ャンボ１８を台車３の後端側に位置させ、アーム１８０
３を動かしつつドリル１８０５の位置を変えることで、
後述する吹付け機１５による二次吹付け用のコンクリー
トの吹付けが終わったトンネル１９部分の周面箇所に、
ロックボルト打設用の孔が形成される。そして、ドリル
ジャンボ１７，１８によりトンネル１９の切羽１９０５
に形成された発破用火薬を設置するための孔には、任意
の手段により発破用火薬が設置され、同様に、トンネル
１９の周面箇所に形成されたロックボルト打設用の孔に
は、任意の手段によりロックボルトが打設される。尚、
本実施例では、穿孔手段及びロックボルト打設用穿孔手
段がドリルジャンボ１７，１８で構成されている。

【００１３】バックホー７（ズリ収集手段に相当）は、
発破用火薬による発破で生じたズリを収集して台車３の
下方にかき集めるもので、２台設けられる。各バックホ
ー７は図３に示すように台車３の各保持台３０９に載置
されており、同図中に示す各保持台３０９上で水平方向
へ旋回可能な旋回台７０１を備えている。この旋回台７
０１には図１及び図２に示すアーム７０３が、上下方向
へ揺動可能に支持されていて、切羽１９０５に向けて延
出されており、アーム７０３の先端には図１及び図２に
示すようにバケット７０５が設けられている。従って、
旋回台７０１を適宜旋回させると共にアーム７０３を適
宜揺動させることで、切羽１９０５の下方に溜ったズリ
が台車３の下方にかき集められる。

【００１４】２台のバックホー７により台車３の下方に
かき集められたズリは、図２及び図３に示すズリかき寄
せ機９により台車３の下方の中央にかき集められる。こ
のズリかき寄せ機９は、基台３０１に臨むトンネル１９
の下面１９０１に、トンネル１９の延在方向に沿って移
動可能に設けられ、ズリのかき集め時には、切羽１９０
５に臨む台車３の前端側の箇所に移動、配設される。ま
た、ズリかき寄せ機９で台車３の下方の中央にかき集め
られたズリは、図２中に想像線で示すズリ積み機１１に
より、トンネル施工装置１の後方の図示しない中継コン
ベアに移送される。このズリ積み機１１は、基台３０１
に臨むトンネル１９の下面１９０１に、トンネル１９の
延在方向に沿って移動可能に設けられ、ズリの移送時に
は、ズリかき寄せ機９より後方の台車３の後端側の箇所
に移動、配設される。これらズリかき寄せ機９及びズリ
積み機１１は、台車３とは独立してトンネル１９の延在
方向に沿って移動しつつ上述の作業を行う。

【００１５】吹付け機１３（第１吹付け手段に相当）
は、発破用火薬による発破で新たに形成されたトンネル
１９部分の周面箇所に向けて、一次吹付け用のコンクリ
ートを噴出するもので、図１に示すように基台３０１の
上面３１１に配設された２台のドリルジャンボ１７の間
に設けられている。図１に示すように、基台３０１の上
面３１１上の前記箇所に載置された吹付け機１３の本体
１３０１は、トンネル１９の延在方向に沿って移動可能
とされており、この本体１３０１の前端には、図１及び
図２に示す多関節アーム１３０３が連結されており、多
関節アーム１３０３の先端には図１及び図２に示すよう
に吹付けノズル１３０５が設けられている。従って、多
関節アーム１３０３を動かしつつ吹付けノズル１３０５
の位置を変えることで、自由断面掘削機５の掘削により
新たに形成されたトンネル１９部分の周面箇所に一次吹
付け用のコンクリートが吹付けられる。尚、吹付け機１
３により一次吹付け用のコンクリートが吹付けられた後
には、台車３の後端側において、エレクタ（図示せず）
等の任意の手段を用いて支保工（図示せず）の建込みが
行われる。

【００１６】吹付け機１５（第２吹付け手段に相当）
は、支保工の建込みが終わったトンネル１９部分の周面
箇所に向けて、二次吹付け用のコンクリートを噴出する
もので、図１及び図２に示すように台車３の後端上部に
設けられている。台車３の後端上部に設けられた吹付け
機１５の本体１５０１には多関節アーム１５０３が連結
されており、多関節アーム１５０３の先端には吹付けノ
ズル１５０５が連結されている。従って、多関節アーム
１５０３を動かしつつ吹付けノズル１５０５の位置を変
えることで、支保工の建込みが終わったトンネル１９部
分の吹付け箇所に二次覆工用のコンクリートが吹付けら
れる。

【００１７】次に、上記構成による本実施例のトンネル
施工装置１を用いてトンネル１９の施工を行う場合につ
いて説明する。本実施例のトンネル施工装置１では、ト
ンネル１９を施工するに当たり、台車３の前端側の各機
器や、台車３の前端側に位置させたドリルジャンボ１８
を用いて、発破用火薬を設置するための孔を切羽１９０
５に形成する作業から、該切羽１９０５側のトンネル１
９部分の周面箇所に対して一次吹付け用のコンクリート
を吹付ける作業までを行う。また、本実施例のトンネル
施工装置１では、台車３の後端側の各機器や、台車３の
後端側に位置させたドリルジャンボ１８等を用いて、台
車３の後端側が臨む、一次吹付け用のコンクリートの吹
付けが終わったトンネル１９部分の周面箇所に対する、
支保工２１の建込み、二次吹付け用のコンクリートの吹
付け、及びロックボルト打設用の孔の形成やロックボル
トの打設を行う。

【００１８】次に、本実施例のトンネル施工装置１を用
いての、トンネル施工の作業手順の一例について説明す
る。まず、第１段階として、台車３の前端を切羽１９０
５に臨ませると共に、ドリルジャンボ１７，１８を台車
３の前端側に移動させて、発破用火薬を設置するための
孔をドリルジャンボ１７，１８により切羽１９０５に形
成し、その形成された孔に発破用火薬を設置する。次
に、第２段階として、台車３を切羽１９０５からある程
度離れた位置まで後退させ、その後に切羽１９０５の発
破を行う。

【００１９】発破の終了後には第３段階として、台車３
を前進させてその前端を切羽１９０５に臨ませ、発破で
生じたズリを２台のバックホー７により台車３の下方に
かき集めて、そのズリをズリかき寄せ機９により台車３
の下方の中央にかき集め、さらに、かき集められたズリ
をズリ積み機１１によりトンネル施工装置１の後方の図
示しない中継コンベアに移送する。このズリの収集、移
送と同時に、吹付け機１３によりトンネル１９の周面に
一次吹付け用のコンクリートを吹付ける。

【００２０】このとき、台車３の後端側では、吹付け機
１３による一次吹付け用のコンクリートの意付けが終わ
ったトンネル１９部分の周面箇所へ、前記不図示のエレ
クタ等の任意の手段を用いて支保工２１が建込まれ、且
つ、支保工２１の建込みが終わったトンネル１９部分の
周面箇所への、吹付け機１５による二次吹付け用のコン
クリートの吹付けと、台車３の後端側に移動させたドリ
ルジャンボ１８によるロックボルト打設用の孔の形成と
が行われ、さらに、その孔へのロックボルトの打設が行
われる。

【００２１】続く第４段階としては、第１段階と同様
に、再び台車３の前端側に移動させたドリルジャンボ１
７，１８による切羽１９０５への発破用火薬を設置する
ための孔の形成と、その孔への発破用火薬の設置とが行
われ、以後、上述の第２段階以降が繰り返して行われ
る。

【００２２】このように、本実施例のトンネル施工装置
１では、発破用火薬を設置するための孔を切羽１９０５
に形成する作業から、二次吹付け用のコンクリートの吹
付けが終わったトンネル１９部分の周面箇所へロックボ
ルト打設用の孔を形成しロックボルトを打設する作業ま
でを行うことができ、特に、切羽１９０５の発破後の作
業を台車３の前端側と後端側とで並行して同時に行うこ
とができ、トンネル１９の施工に当たり、１つの作業を
終えた後に次の作業を行っていた従来に比べて工期を大
幅に短縮化することができる。

【００２３】尚、本実施例では、支保工２１の建込みを
台車３の後端側にて行う場合について説明したが、台車
３の前端側にて支保工２１の建込みを行ってもよい。こ
の場合には、作業手順が上述したものとは若干変わり、
第３段階におけるトンネル１９の周面への一次吹付け用
のコンクリートの吹付けに続いて、台車３の前端側に
て、前記不図示のエレクタ等の任意の手段を用いて支保
工２１の建込みが行われる。

【００２４】また、本実施例では、比較的硬い地盤にト
ンネルを施工する際に好適なトンネル施工装置について
説明したが、軟らかい地盤にも硬い地盤にも共通して使
用できるトンネル施工装置とすることも可能である。図
５至図９は、軟らかい地盤にも硬い地盤にも共通して使
用できる、本発明の他の実施例によるトンネル施工装置
の概略構成を示す平面図及び側面図である。図５乃至図
９に示す本実施例のトンネル施工装置１００では、図７
乃至図９に示すように、台車３の下基台３０２の中央部
分をトンネル１９の延在方向に沿って切除し、これに伴
って、下基台３０２の上面３１５に配設された４台のド
リルジャンボ１７のうち中央よりの２台を省略してい
る。

【００２５】また、本実施例のトンネル施工装置１００
では、トンネル１９の下面１９０１と上基台３０１との
間の空間に、軟らかい地盤の切羽１９０５を掘削する際
に用いる図７の自由断面掘削機５や、図１及び図２に示
すバックホー７の代わりとなる図８の、バックホー２９
が先端に設けられたズリかき寄せ機９を、図１や図２に
示すズリ積み機１１及びドリルジャンボ１８と同様に、
トンネル１９の延在方向に沿って移動可能に配設してい
る。

【００２６】このような構成による本実施例のトンネル
施工装置１００では、地盤が軟らかいときには、自由断
面掘削機５を台車３の前端側に移動させ、この自由断面
掘削機５で切羽１９０５の掘削を行う。一方、地盤が硬
いときには、自由断面掘削機５に代えてドリルジャンボ
１８を台車３の前端側に移動させ、このドリルジャンボ
１８と、上基台３０１や下基台３０２上のドリルジャン
ボ１７とを用いて、切羽１９０５に発破用火薬を設置す
るための孔を形成し、発破により切羽１９０５の掘削を
行う。このとき、自由断面掘削機５による掘削で生じた
ズリは、自由断面掘削機５に付設されたバックホー２８
で、台車３の下方にかき集められ、また、発破により生
じたズリは、ドリルジャンボ１８に代えて台車３の前端
側に移動させたズリかき寄せ機９のバックホー２９によ
り、台車３の下方にかき集められる。

【００２７】尚、本実施例のトンネル施工装置１００で
は、穿孔手段及びロックボルト打設用穿孔手段がドリル
ジャンボ１７，１８で構成されていると共に、掘削手段
が自由断面掘削機５で構成されており、ズリ収集手段が
バックホー２８，２９で構成されている。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、地
中にトンネルを施工するに際し、前記トンネルの延在方
向に沿って移動可能な台車を該トンネル内に配設し、前
記トンネルの切羽に臨む前記台車の前端側で、発破用火
薬を設置するための孔を前記切羽に形成し、次いで、前
記台車を後退させて前記孔に設置した発破用火薬により
前記切羽を発破し、前記切羽の発破後に前記台車を前進
させ、前記台車の前端側で、前記発破により生じたズリ
の収集と、前記トンネルの周面への一次吹付け用コンク
リートの吹付けとを並行して同時に行うと共に、前記台
車の後端側で、一次吹付け後の前記トンネルの周面への
支保工の建込みと、支保工の建込みが終わった前記トン
ネルの周面への二次吹付け用コンクリートの吹付け及び
ロックボルトの打設とを、前記台車の前端側で行うよう
にしたので、ＮＡＴＭ工法によりトンネルを施工するに
当たり、１つの作業を終えた後に次の作業を行っていた
従来に比べて工期を短縮化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるトンネル施工装置の概
略構成を示す平面図である。

【図２】図１に示すトンネル施工装置の側面図である。

【図３】図１に示すトンネル施工装置の正面図である。

【図４】図１に示すトンネル施工装置の背面図である。

【図５】本発明の他の実施例によるトンネル施工装置の
概略構成を示す平面図である。

【図６】図５に示すトンネル施工装置の側面図である。

【図７】自由断面掘削機を前端側に移動させた状態での
図５に示すトンネル施工装置の正面図である。

【図８】ズリかき寄せ機を前端側に移動させた状態での
図５に示すトンネル施工装置の正面図である。

【図９】ドリルジャンボを前端側に移動させた状態での
図５に示すトンネル施工装置の正面図である。

【符号の説明】

１，１００ トンネル施工装置 ３ 台車 ５ 自由断面掘削機（掘削手段） ７，２８，２９ バックホー（ズリ収集手段） １３ 吹付け機（第１吹付け手段） １５ 吹付け機（第２吹付け手段） １７，１８ ドリルジャンボ（穿孔手段、ロックボルト
打設用穿孔手段） １９ トンネル １９０５ 切羽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小貫 真孝 東京都渋谷区千駄ヶ谷四丁目６番15号 株 式会社フジタ内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地中にトンネルを施工するに際し、 前記トンネルの延在方向に沿って移動可能な台車を該ト
   ンネル内に配設し、 前記トンネルの切羽に臨む前記台車の前端側で、発破用
   火薬を設置するための孔を前記切羽に形成し、 次いで、前記台車を後退させて前記孔に設置した発破用
   火薬により前記切羽を発破し、 前記切羽の発破後に前記台車を前進させ、前記台車の前
   端側で、前記発破により生じたズリの収集と、前記トン
   ネルの周面への一次吹付け用コンクリートの吹付けとを
   並行して同時に行うと共に、前記台車の後端側で、一次
   吹付け後の前記トンネルの周面への支保工の建込みと、
   支保工の建込みが終わった前記トンネルの周面への二次
   吹付け用コンクリートの吹付け及びロックボルトの打設
   とを、前記台車の前端側で行われる前記作業と並行して
   同時に行うようにした、 ことを特徴とするトンネル施工方法。
2. 【請求項２】 地中にトンネルを施工する際に使用され
   るトンネル施工装置であって、 前記トンネル内に配設され、該トンネルの延在方向に沿
   って移動可能な台車と前記台車の前端側に配設され、前
   記トンネルの切羽に発破用火薬を設置するための孔を形
   成する穿孔手段と、 前記台車の前端側に配設され、前記発破用火薬による前
   記切羽の発破で生じたズリを収集するズリ収集手段と、 前記台車の前端側に配設され、前記トンネルの周面に向
   けて一次吹付け用コンクリートを噴出する第１吹付け手
   段と、 前記台車の後端側に配設され、前記トンネルの周面に向
   けて二次吹付け用コンクリートを噴出する第２吹付け手
   段と、 前記台車の後端側に配設され、前記トンネルの周面にロ
   ックボルト打設用の孔を形成するロックボルト打設用穿
   孔手段と、 を備えることを特徴とするトンネル施工装置。
3. 【請求項３】 前記台車の前端側に配設され前記トンネ
   ルの切羽を掘削する掘削手段をさらに備える請求項２記
   載のトンネル施工装置。