JPH06257379A - トンネル等の掘削工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 トンネル等の掘削工法に関し、トンネル等の
掘削に先立ち、作業性に優れ、然も、確実な耐圧を有す
る覆工体を構築できるトンネル等の掘削工法を提供す
る。 【構成】 先端部周壁に側方噴射ノズルを設けた二重削
孔管３５と、二重削孔管内に挿入した補強用鋼管５７の
先端に穿孔ビット４３をかみ合わせ、これらを坑部開削
進行方向に向け開削対象地盤周縁部に挿入して鋼管内に
注入した水Ｗを穿孔ビットの先端から流出させて所定位
置まで削孔を行った後、二重削孔管の内管と外管の間に
圧送した高圧の硬化材を噴射ノズル４１から噴出させて
地盤を掘削し乍ら二重削孔管を回転しつつ穿孔ビットか
ら外して後退させることにより、坑部開口周縁に沿って
円柱状硬化層を二重削孔管挿入軌跡周辺に隣接造成して
覆工体を構築する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トンネルや地下坑道等
の掘削工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、トンネルや地下坑道等の掘削工事
に於て、トンネル等の掘削に先立ち、切羽前方にトンネ
ル断面に沿ってコンクリート等でアーチ状の覆工体を予
め構築することにより、切羽の安定性を図る掘削工法が
特公平４−４２５２０号公報又は特開平３−２０８９８
６号公報等に開示されている。

【０００３】特公平４−４２５２０号公報に開示された
掘削工法は、図７及び図８に示すように、先端側に側方
噴射ノズル１を設けた注入管３を坑部開削進行方向に向
けて開削対象地盤Ａの周縁部Ｂに挿入し、そして、所定
位置まで削孔したところで、注入管３に硬化材を圧送し
てこれを噴射ノズル１から高圧噴流として噴射させ乍ら
注入管３を回転させて後退することにより、図９に示す
ように、注入管挿入軌跡周辺土壌と硬化材の混合による
円柱状硬化層５を坑部開口周縁に沿って順次隣接造成し
てアーチ状の覆工体６を構築し、そして、斯様に構築し
た覆工体６の内側の開削対象地盤Ａを覆工体６の長さ以
下の範囲で開削掘進して支保覆工を行う工程を繰り返し
乍ら、トンネルを順次掘削していくものである。

【０００４】而して、図中、７は上述した掘削工法に用
いる削孔装置で、当該削孔装置７は注入管３とこれを回
転駆動する回転駆動機構９を備えており、注入管３は先
端部に穿孔ビット１１と側方噴射ノズル１を備え、又、
後端部はスイベル１３を介して硬化材や潤滑水の供給部
に連結されている。そして、注入管３は、ユニバーサル
ジョイント１５を支軸としてこれを前後左右に傾斜作動
する位置操作機構１７上に横向き支持されており、この
位置操作機構１７は昇降回動するベースロッド１９上に
設備されて、キャタピラによって自走する自走基台２１
に積載されている。

【０００５】そして、このように構成された削孔装置７
を対象地盤の前に走行して、ベースロッド１９によって
高さ方向を定め、更に位置操作機構１７によって仰向角
度と左右傾斜による対象地盤壁面との位置を確定した上
で、注入管３に先ず潤滑水を低圧で圧送し乍ら回転し、
図８の如き開削対象地盤Ａの周縁部Ｂに挿入して上記工
程を行うものである。

【０００６】一方、特開平３−２０８９８６号公報に開
示された掘削工法は、図１０に示すように、先端に穿孔
ビット２３を装着したロッド２５を管２７内に挿入し
て、その先端の穿孔ビット２３を管２７から突出させて
これらをロータリユニットで同軸上に保持した後、ロッ
ド２５と管２７を同時に地盤２９に挿入し乍ら、硬化材
をロッド先端の側方噴射ノズル３１から高圧噴出して、
ロッド挿入軌跡周辺土壌と硬化材の混合による円柱状硬
化層３３を坑部開口周縁に設け、次いで、ロッド２５を
管２７から引き出して、図１１に示すように管２７を円
柱状硬化層３３の芯材としたものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】而して、斯様に管２７
を円柱状硬化層３３の芯材とすることによって、図７に
示す円柱状硬化層５に比し円柱状硬化層３３の強度が向
上して地盤に対する耐圧は高まるが、管２７とロッド２
５をロータリユニットで保持した場合、ロッド２５は長
尺であるため、その先端側（穿孔ビット２３側）が自重
で撓んで、管２７の内周に接触してしまう虞があった。
そして、斯様にロッド２５が管２７の内周に接触してし
まうと、互いに反対方向に回転するロッド２５，管２７
の回転に支障を来し、又、ロッド２５と管２７の間から
土壌の排出がスムーズに行えなくなる虞があった。

【０００８】一方、ロッド２５と管２７との接触を防止
するために管２７内にスペーサを介在させると、スペー
サが土壌の排出を妨げてしまう虞があった。又、図１１
に示すように、管２７は後端側が地盤２９に支持されて
いるものの、削孔時の回転による衝撃によって、管２７
の外周と地盤２９との間には隙間が生じているため、ロ
ッド２５を管２７から引き抜いてしまうと、管２７が水
準線に対して所定の傾斜した角度で保持できずに管２７
が矢印方向へずれてしまう虞があり、斯様に管２７がず
れると、円柱状硬化層３３の設定強度（耐圧）を確保す
ることができなくなる虞もあった。

【０００９】本発明は斯かる実情に鑑み案出されたもの
で、従来と同様、トンネル等の掘削に先立ち、切羽前方
にトンネル断面に沿って円柱状硬化層を造成してアーチ
状の覆工体を構築するに当たり、作業性に優れ、然も、
確実な耐圧を有する覆工体を構築できるトンネル等の掘
削工法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成するた
め、本発明に係るトンネル等の掘削工法は、先端部周壁
に側方噴射ノズルを設けた外管と内管からなる二重削孔
管と、当該二重削孔管の内管内に挿入した補強用鋼管の
先端に穿孔ビットをかみ合わせ、これらを坑部開削進行
方向に向け開削対象地盤周縁部に挿入して、鋼管内に注
入した水を穿孔ビットの先端から流出させて所定位置ま
で削孔を行った後、二重削孔管の内管と外管の間に圧送
した高圧の硬化材を上記噴射ノズルから噴出させて地盤
を掘削し乍ら、二重削孔管を回転しつつ穿孔ビットから
外して後退させることにより、坑部開口周縁に沿って円
柱状硬化層を二重削孔管挿入軌跡周辺に順次隣接造成し
て覆工体をアーチ状に構築し、開削対象地盤を覆工体の
長さ以下の範囲で掘進していくものである。

【００１１】そして、請求項２に係るトンネル等の掘削
工法は、補強用鋼管の周壁に排泥孔を設け、硬化材によ
る地盤の掘削時に、土壌と硬化材の混合排泥を当該排泥
孔を通して外部に排出するものである。

【００１２】

【作用】請求項１に係るトンネル等の掘削工法によれ
ば、二重削孔管と補強用鋼管の先端に穿孔ビットをかみ
合わせ、水を穿孔ビットの先端から流出させて所定位置
まで削孔を行った後、二重削孔管の内管と外管の間に圧
送した高圧の硬化材を噴射ノズルから噴出させて地盤を
掘削し乍ら、二重削孔管を回転しつつ穿孔ビットから外
して後退させることにより、坑部開口周縁に沿って円柱
状硬化層が二重削孔管挿入軌跡周辺に造成される。

【００１３】そして、斯かる円柱状硬化層を二重削孔管
挿入軌跡周辺に順次隣接造成して覆工体をアーチ状に構
築することによって、切羽が安定する。そして、請求項
２に係る掘削工法によれば、硬化材による地盤の掘削時
に、土壌と硬化材の混合排泥が排泥孔を通して外部に積
極的に排出されることとなる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。図１は本発明工法の第一実施例に用いる削孔
装置の概略断面図を示し、図中、３５は内管３７と外管
３９からなる二重削孔管で、外管３９の先端側周壁には
セメントミルクを高圧で噴出する側方噴射ノズル４１が
設けられており、当該二重削孔管３５は、図７に示す削
孔装置７に於ける位置操作機構１７やベースロッド１９
と同様な装置によって、自走基台に積載されている。

【００１５】そして、上記二重削孔管３５の先端には穿
孔ビット４３がかみ合わせて装着されており、図示しな
い回転駆動機構による二重削孔管３５の回転で、穿孔ビ
ット４３が地盤４５を削孔するようになっている。尚、
４７は穿孔ビット４３に設けた送水孔である。

【００１６】又、二重削孔管３５の後端側には、スイベ
ル４９，５１を介してセメントミルク供給ホース５３と
給水ホース５５が接続されており、図２に示すようにセ
メントミルク供給ホース５３から圧送された高圧のセメ
ントミルクＳは、内管３７と外管３９の間を通って側方
噴射ノズル４１から削孔方向に対し直角に噴出するよう
になっている。

【００１７】５７は二重削孔管３５の内管３７内に挿入
された補強用の鋼管で、その先端は上記穿孔ビット４３
に螺着して二重削孔管３５の内管３７及び外管３９と同
一軸上に配置されており、回転駆動機構によって二重削
孔管３５が回転すると、これに連動して鋼管５７は同一
方向へ回転するようになっている。又、図１に示すよう
に、鋼管５７の後端は内管３７内で自由端となってお
り、給水ホース５５から二重削孔管３５内に水Ｗが供給
されると、水Ｗは鋼管５７内を通って上記送水孔４７か
ら削孔方向に噴出するようになっている。

【００１８】而して、本発明工法の一実施例は、上記構
成からなる削孔装置によって実施される。先ず、従来と
同様、上記削孔装置を搭載した自走基台を対象地盤の前
に走行してベースロッドで二重削孔管３５の高さ方向を
定め、併せて位置操作機構で二重削孔管３５の仰向角度
と左右傾斜による対象地盤壁面との位置を確定する。

【００１９】そして、回転駆動機構で二重削孔管３５を
回転し乍ら開削対象地盤の周縁部に挿入し、同時に給水
ホース５５から供給した水Ｗを穿孔ビット４３の送水孔
４７から削孔方向に噴出させて、地盤４５の削孔を行
う。

【００２０】そして、図１に示すように所定位置まで地
盤４５の削孔を終えた後、水Ｗの供給を停止し、次に、
図２に示すようにセメントミルク供給ホース５３からセ
メントミルクＳを内管３７と外管３９の間に圧送して、
高圧のセメントミルクＳを側方噴射ノズル４１から噴出
させると同時に、二重削孔管３５を回転し乍ら後退させ
る。

【００２１】而して、斯様に二重削孔管３５を回転し乍
ら後退させることで、図２に示すように二重削孔管３５
が穿孔ビット４３から外れ、そして、側方噴射ノズル４
１から噴出する高圧のセメントミルクＳで地盤４５が順
次掘削されて、図３の如く鋼管５７を芯材とする円柱状
硬化層５９が坑部開口周縁に沿って二重削孔管挿入軌跡
周辺に造成される。尚、セメントミルクＳで掘削された
排泥は、二重削孔管３５の外管３９と地盤４５の間から
外部に排出されることとなる。

【００２２】そして、斯かる工程を順次繰り返して円柱
状硬化層５９を隣接造成することにより、図９の覆工体
６と同様な覆工体が坑部開口周縁に沿ってアーチ状に構
築されて切羽の安定性が確保されるので、従来と同様、
その内側の開削対象地盤を構築した覆工体の長さ以下の
範囲で開削掘進してトンネルの掘削が行われることとな
る。

【００２３】このように、本発明工法の一実施例によっ
ても、芯材を有する円柱状硬化層５９を順次隣接造成し
てアーチ状の覆工体を坑部開口周縁に沿って構築するこ
とができるが、本実施例によれば、図３に示すように地
盤４５に打ち込んだ穿孔ビット４３によって、補強用芯
材としての鋼管５７が水準線に対し所定の位置に確実に
保持されるので、図１１に示す従来例に比し所定の耐圧
を持つ円柱状硬化層５９を確実に製造することができる
効果を有する。

【００２４】然も、上述したように高圧のセメントミル
クＳを側方噴射ノズル４１から噴出させて地盤を掘削す
る際に生じた排泥は、二重削孔管３５の外管３９と地盤
４５の間から外部に速やかに排出されるので、従来に比
し排泥処理がスムーズであるし、又、削孔時に二重削孔
管３５と鋼管５７は同一方向に回転するので、仮に鋼管
５７の後端側が自重で内管３７の内周に接しても削孔作
業に何ら支障を来すことがなく、その結果、本実施例に
よれば、従来に比し削孔作業及び覆工体の構築作業がス
ムーズに行える利点を有する。

【００２５】図４は本発明工法の第二実施例に用いる削
孔装置を示し、本実施例は、補強用芯材としての上記鋼
管５７に代えて、周壁に複数の排泥孔６１を設けた鋼管
５７Ａを用いて、セメントミルクＳと土壌の混合排泥
Ｓ′を各排泥孔６１を介して速やかに外部に排出するこ
とを特徴とする。

【００２６】即ち、地盤によっては、側方噴射ノズル４
１からの高圧のセメントミルクＳの噴出によって、地盤
内に大きな圧力が発生し地表等に悪影響を与える虞があ
る。そこで、本実施例では、図４に示すように、周壁に
複数の排泥孔６１を設けた鋼管５７Ａを用いて、セメン
トミルクＳの噴出によって掘削される土壌とセメントミ
ルクＳの混合排泥Ｓ′を、排泥孔６１を通して二重削孔
管３５から積極的に外部に排出するようにしたもので、
図中、６３は二重削孔管３５の後端側に装着したスイベ
ルで、当該スイベル６３には、二重削孔管３５による削
孔時に水Ｗを供給すると共に、セメントミルクＳによる
地盤４５の掘削時に混合排泥Ｓ′を外部に排出する給排
ホース６５が接続されている。尚、その他の構成は上記
第一実施例と同様であるので、同一のものには同一符号
を付してそれらの説明は省略する。

【００２７】而して、本実施例に於ても、鋼管５７Ａを
覆う円柱状硬化層５９の造成方法は上記第一実施例と同
様で、先ず、回転駆動機構で二重削孔管３５を回転し乍
ら開削対象地盤の周縁部に挿入し、同時に給排ホース６
５から供給した水Ｗを穿孔ビット４３の送水孔４７から
削孔方向に噴出させて地盤４５の削孔を行う。

【００２８】そして、図４に示すように所定位置まで地
盤４５の削孔を終えた後、水Ｗの供給を停止し、次に、
図５に示すようにセメントミルク供給ホース５３からセ
メントミルクＳを内管３７と外管３９の間に圧送して、
高圧のセメントミルクＳを側方噴射ノズル４１から噴出
させると同時に、二重削孔管３５を回転し乍ら後退させ
る。

【００２９】而して、斯様に二重削孔管３５を回転し乍
ら後退させることで、図５に示すように二重削孔管３５
が穿孔ビット４３から外れ、そして、側方噴射ノズル４
１から噴出する高圧のセメントミルクＳで地盤４５が順
次掘削されて、土壌とセメントミルクＳの混合排泥Ｓ′
が、排泥孔６１を通して二重削孔管３５から給排ホース
６５を介して積極的に外部に排出され乍ら、図６の如く
鋼管５７Ａを芯材とする円柱状硬化層５９が坑部開口周
縁に沿って二重削孔管挿入軌跡周辺に造成されることと
なる。

【００３０】このように、本実施例によっても、芯材と
しての鋼管５７Ａを有する円柱状硬化層５９を順次隣接
造成してアーチ状の覆工体を坑部開口周縁に沿って構築
することができ、そして、地盤４５に打ち込んだ穿孔ビ
ット４３によって、補強用芯材としての鋼管５７Ａが水
準線に対し所定の位置に確実に保持されるので、図１１
に示す従来例に比し所定の耐圧を持つ円柱状硬化層５９
を確実に製造することができる効果を有する。

【００３１】然も、上述したように高圧のセメントミル
クＳを側方噴射ノズル４１から噴出させて地盤を掘削す
る際に生じた土壌は、セメントミルクＳと混合した混合
排泥Ｓ′となって、排泥孔６１を通して二重削孔管３
５，給排ホース６５から積極的に外部に排出されるの
で、地盤内に大きな圧力が発生するのを防止して地表等
に悪影響を与えることなく覆工体をスムーズに構築でき
る利点を有する。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように、各請求項に記載の発
明によれば、トンネル等の掘削に先立ち、切羽前方にト
ンネル断面に沿って円柱状硬化層をコンクリートで設け
て覆工体を構築するに当たり、従来に比し作業性に優
れ、然も、十分な耐圧を有する円柱状硬化層を造成でき
ることができる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明工法の第一実施例に用いる削孔装置の断
面図である。

【図２】セメントミルクによる地盤の掘削状態を示す説
明図である。

【図３】造成された円柱状硬化層の断面図である。

【図４】本発明工法の第二実施例に用いる削孔装置の断
面図である。

【図５】セメントミルクによる地盤の掘削状態を示す説
明図である。

【図６】造成された円柱状硬化層の断面図である。

【図７】トンネルの掘削工事に用いる従来の削孔装置の
側面図である。

【図８】トンネルの横断面図である。

【図９】施工状況を示すトンネルの横断面図である。

【図１０】従来の円柱状硬化層の造成方法を示す説明図
である。

【図１１】従来の円柱状硬化層の断面図である。

【符号の説明】

３５ 二重削孔管 ３７ 内管 ３９ 外管 ４１ 側方噴射ノズル ４３ 穿孔ビット ４９，５１，６３ スイベル ５３ セメントミルク供給ホース ５５ 給水ホース ５７，５７Ａ 鋼管 ５９ 円柱状硬化層 ６１ 排泥孔 ６５ 給排ホース

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端部周壁に側方噴射ノズルを設けた外
   管と内管からなる二重削孔管と、当該二重削孔管の内管
   内に挿入した補強用鋼管の先端に穿孔ビットをかみ合わ
   せ、これらを坑部開削進行方向に向け開削対象地盤周縁
   部に挿入して、鋼管内に注入した水を穿孔ビットの先端
   から流出させて所定位置まで削孔を行った後、二重削孔
   管の内管と外管の間に圧送した高圧の硬化材を上記噴射
   ノズルから噴出させて地盤を掘削し乍ら、二重削孔管を
   回転しつつ穿孔ビットから外して後退させることによ
   り、坑部開口周縁に沿って円柱状硬化層を二重削孔管挿
   入軌跡周辺に順次隣接造成して覆工体をアーチ状に構築
   し、開削対象地盤を覆工体の長さ以下の範囲で掘進して
   いくことを特徴とするトンネル等の掘削工法。
2. 【請求項２】 補強用鋼管の周壁に排泥孔を設け、硬化
   材による地盤の掘削時に、土壌と硬化材の混合排泥を当
   該排泥孔を通して外部に排出することを特徴とする請求
   項１記載のトンネル等の掘削工法。