JPH06336894A

JPH06336894A - 大径トンネル建造方法

Info

Publication number: JPH06336894A
Application number: JP13129793A
Authority: JP
Inventors: Lunardi Pietro; ピエトロ・ルナルディ; Wataru Nakanishi; 渉中西
Original assignee: ROCKSOIL SpA; NIT Inc
Current assignee: ROCKSOIL SpA; NIT Inc
Priority date: 1993-03-31
Filing date: 1993-05-07
Publication date: 1994-12-06

Abstract

(57)【要約】【目的】振動に曝され易く、且つ湧水の多い軟弱地盤
において高速度、低動力消費にて大径トンネルを建造で
きる方法を提供する。【構成】複数の隣接するチューブ１を地中に打ち込む
と同時に掘り出された土砂を除去する工程と、打ち込ま
れたチューブ１の上部の地中にアスファルト乳剤と高吸
水性物質溶液を注入する工程と、チューブ１の軸と交差
しチューブ１を互いに結合して区画式アーチを構成する
コンクリート荷重支持アーチ１９を成型する工程とを含
む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、湧水が多く且つ振動に
曝され易い軟弱地盤において大径のトンネルを建造する
ために好適な方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】トンネルは次のようなタイプに分けられ
る。すなわち、道路の連絡のためのトンネル（道路トン
ネル、鉄道トンネル、地下鉄トンネル）、水の連絡のた
めのトンネル（送水路トンネル、下水トンネル、その
他）、及び採掘坑トンネルである。

【０００３】これらのトンネルはさらにそれらの断面の
大きさに依って、小、中、大、特大に分けられ、また、
最もよく用いられるトンネルの断面形状は、一般のトン
ネルでは円形、多中心形状であり、人工的トンネルや採
掘坑トンネルでは長方形状である。

【０００４】掘削は、普通はトンネル軌道の一端あるい
は両端から開始され、非常に長いトンネルでは、トンネ
ル軌道の中間点に形成された掘削縦坑あるいは穴から開
始される。掘削の先端では掘削と同時に掘削された土砂
の除去及び続いて一時的なあるいは恒久的な裏打ちある
いはコーティングの建造が行われる。

【０００５】従来、いわゆる交互サンプル法と呼ばれる
いくつかの掘削方法が開発されている。この方法の一つ
のいわゆるベルギー法は、トンネル頂部から掘削開始穴
を開け、その穴をトンネル丸天井を覆うために次第に拡
大する。そして、トンネル積柱を成型するためにトンネ
ル本体の中心部分が掘削される。

【０００６】これとは反対にドイツ法では、両積柱を成
型するために最初に側面トンネルが掘削され、その後続
いて、コーティングあるいは裏打ち作業の最後に、頂部
安定坑、丸天井及び岩盤中心部分が建造される。

【０００７】また別の掘削工法であるいわゆるイタリア
法は、積柱及び逆向きアーチを成型するために最初にト
ンネル本体から掘削する工程と、積柱及び丸天井の残さ
れた部分を成型するために既に掘削されたトンネルを拡
大する工程を含んでいる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの従来
の方法は、それぞれ特定のタイプの岩盤のために開発さ
れたものであるという欠点がある。すなわち、ベルギー
法は少し割れた岩盤のためのものであり、ドイツ法は弱
い機械的特性を有する岩盤のためものであり、イタリア
法は非常に弱い機械的特性を有する岩盤のためのもので
ある。

【０００９】これらの方法の他の欠点は、最近の最も進
んだ掘削手段や機械を使うことができないことであり、
防護ネットや補強コンクリートと一緒にさらに補強リブ
や固定手段を必要とすることである。

【００１０】さらに、大径トンネルの掘削に場合には、
対象地盤は噴射や凝固手段によって予備的に強固にして
おく必要がある。この場合、単にセメントミルク等の従
来の硬化剤を使用するときには、形成された硬化層の可
撓性、防水性、耐腐食性等を期待することができない。
そのため、振動に曝される地盤では振動によってひび割
れを生じ、そこから侵入した雨水や地下水と振動との協
働によって硬化層が崩壊してしまう危険もあった。

【００１１】従って、本発明の主たる目的は、弱い機械
的特性を有し且つ地下水、雨水等の湧水の多い軟弱な地
盤を通って、道路連絡トンネル、水路や下水トンネル、
横坑道を造ることのできる大径トンネル建造方法を提供
することにより、上述した欠点を解決することである。

【００１２】本発明の他の目的は、トンネル内壁面に可
撓性、防水性、耐腐食性に優れるアスファルトの層を形
成することで、軟弱地盤においても振動や湧水に強いト
ンネルを大径トンネル建造方法を提供することである。

【００１３】また、本発明の他の目的は、非常に高速
度、低動力消費にてトンネル掘削ができる方法を提供す
ることである。

【００１４】本発明の他の目的は、上述した従来の三つ
の方法のように、高価な防護装置を設けることなく、単
一作業ではなく交互サンプル裏打ちあるいはコーティン
グを行うことのできるトンネル建造方法を提供すること
である。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ための本発明にかかる大径トンネル建造方法は、複数の
隣接するチューブを地中に打ち込むと同時に掘り出され
た土砂を除去する工程と、前記チューブの上部の地中に
アスファルト乳剤と高吸水性物質溶液を注入する工程
と、前記チューブの軸と交差し該チューブを互いに結合
して区画式アーチを構成するコンクリート荷重支持アー
チを成型する工程とを含むことを特徴とする。

【００１６】

【作用】アスファルト乳剤と高吸水性物質溶液が混合さ
れると、高吸水性物質によってアスファルト乳剤中の水
分が吸水、保水され、ゲル化増粘が開始され、その後前
記チューブの上方に可撓性、防水性、耐腐食性を有する
アスファルトの層が形成される。

【００１７】また、打ち込まれた前記チューブと適宜な
間隔で成型されたコンクリート荷重支持アーチとで格子
状の防護構造がつくられ、湧水の多い且つ振動に曝され
易い軟弱地盤においても大径のトンネルを建造すること
を可能とする。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面によって詳細に
説明する。

【００１９】ここで、図１は本発明の方法によるチュー
ブが装着されたトンネルの垂直断面図、図２は建造され
るトンネルの垂直断面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿っ
て切ったトンネルの長手方向断面図、図４は本発明方法
によってトンネルを建造するための第一の作業工程を示
す概略断面図、図５、６、７、８、９、１０、１１、１
２はそれぞれ本発明方法によってトンネルを建造するた
めの第二、三、四、五、六、七、八、九の作業工程を示
す概略断面図である。

【００２０】添付図面に示すように、本発明による大径
トンネル建造方法は、隣接した関係で配列されたチュー
ブ１を地中に打ち込み、同時に掘り出された土砂を除去
する工程を含んでいる。ここで、チューブ１は、例え
ば、遠心分離成形され且つ補強されたコンクリート、天
然あるいは合成繊維、あるいは鋼等からなるものであ
る。

【００２１】打ち込みは、トンネル２の上部周辺３に沿
ってその軸に関して平行に行われる。

【００２２】チューブ１は、トンネル２を横切るように
形成された縦坑４から打ち込まれる。縦坑４内には、流
体作動ユニット６によって作動される押圧装置５が設け
られていて、それは例えば前進運動を案内するためにそ
のストロークがレーザー装置７によって制御される複数
の一連のジャッキを有している。

【００２３】さらに詳しくは、チューブ１は好ましく
は、図１に示すように、道路枠１０を支持する二重Ｔ形
ビーム９に沿って移動できるホイスト８によって前述の
装置上に配置される。

【００２４】トンネル２内では、掘削工具１１（例え
ば、尖端ボーリングタイプあるいは全断面ミリングカッ
ター）が連続型の前進をしながら、偏向や作業者の危険
を最小にしながら、相当な高速度で作動する。

【００２５】掘り出された土砂の除去は、掘削工具１１
と輸送手段１２との間にホッパー１３及びコンベア１４
を介在させることによって行われる連続型の積み込みに
よってなされる。

【００２６】積み込みステーション１５はトンネル内に
配置され、そこから１またはそれ以上の通路１６が延び
ている。

【００２７】本発明による方法は、添付図面に示されて
いる複数の工程によって要約して説明することができ
る。

【００２８】先ず、チューブ１を打ち込む前に、図４に
示すように、建造されるトンネル２の積柱１８の位置に
トンネル２の軸と平行となるように二つの経路１７が掘
られる。

【００２９】第二の工程では、図５に示すように、上述
したように、トンネル２のアーチ屋根（頂部）２０に沿
ってチューブ１を完全に地中に打ち込んだ後、経路１７
の穴は低くされ、積柱１８が成型される。

【００３０】続く第三及び第四工程の間、図６及び図７
に示すように、荷重支持アーチ１９（補強コンクリート
リブ）の部分の掘削と、チューブ１自身を互いに結合す
るために荷重支持アーチ１９自身とチューブ１の成型が
行われる。

【００３１】続く第五及び第六工程の間、図８及び図９
に示すように、アーチ屋根２０及びその側部２１の掘削
と、荷重支持アーチ１９間の肩部２２の成型が行われ
る。

【００３２】続いて、第七、第八及び第九工程の間、図
１０、図１１及び図１２に示すように、トンネル２のト
ンネルの中央部分２３すなわち本体２３と逆向きアーチ
２４の掘削が行われ、縦方向管状要素と可変間隔の軸交
差横方向アーチの平坦なあるいは空間的に広がりのある
格子からなるトンネル防護構造を規定するために最後に
逆向きアーチ２４自身の成型が行われる。

【００３３】ここで、本発明においては、チューブ１が
地中に打ち込まれた後、上記の工程の間に、チューブ１
の上部の地中にアスファルト乳剤と高吸水性物質溶液を
注入する工程が設けられている。図１３及び図１４はそ
れぞれこの溶液注入工程の説明図である。

【００３４】このアスファルト乳剤と高吸水性物質溶液
の注入は、例えばチューブ１が地中に打ち込まれたすぐ
後に行われる。図１３に示すように、ここではチューブ
１の下方の土砂が除去されていないので、チューブ１に
穿設した噴射透孔２６を介してアスファルト乳剤と高吸
水性物質溶液をチューブ１の上部の地中に注入する。

【００３５】すなわち、チューブ１の周面の所定の位置
に予め噴射透孔２６を穿設しておき、その噴射透孔２６
が上を向くようにしてチューブ１の打ち込みを行う。そ
して、先端がＬ字状に屈曲した噴射ノズル（図示せず）
をチューブ１内に挿入し、その先端を噴射透孔２６内に
臨ませて所定溶液の地中への噴射を行い、チューブ１の
上部の地中に注入層２７を形成する。

【００３６】また、この注入作業は、地盤の性質によっ
ては、チューブ１の先端を予め閉塞しておき、チューブ
１の後端からアスファルト乳剤と高吸水性物質溶液を超
高圧で注入することによっても行うことができる。この
場合も、チューブ１内に注入された溶液はチューブ１内
の圧力により噴射透孔２６からチューブ１の上部の地中
に噴射され、注入層２７を形成する。

【００３７】さらに、このアスファルト乳剤と高吸水性
物質溶液の注入は、例えばチューブ１の下方の土砂が除
去された後、上記各工程の間の適当な時に行われる。こ
の場合は図１４に示すように、隣接するチューブ１の間
の隙間からアスファルト乳剤と高吸水性物質溶液を噴射
注入することができる。

【００３８】尚、注入はこれらの図示例の方法に限られ
るものではなく、例えばチューブ１に貫通孔を設けてお
き、その貫通孔を通して噴射注入するようにしてもよ
い。

【００３９】このように、アスファルト乳剤と高吸水性
物質溶液が注入されると、地中で両者が混合され、高吸
水性物質によってアスファルト乳剤中の水分が吸水、保
水され、ゲル化増粘が開始され、その後チューブ１の上
方に可撓性、防水性、耐腐食性を有するアスファルトの
層が形成される。

【００４０】図１５はこのアスファルト乳剤と高吸水性
物質溶液の注入に好適に用いられる噴射ノズルの断面図
である。上述のように、アスファルト乳剤と高吸水性物
質溶液は混合されると直ちに水和反応を開始するので、
硬化時間を考慮すると両者は注入後に混合されるのが望
ましい。そこで、図１５に示すように、中心部に位置す
る核ノズル２８とそれを取り囲む周囲ノズル２９とから
なる重合構造の噴射ノズル３０を用い、核ノズル２８及
び周囲ノズル２９をそれぞれの供給源（図示せず）に接
続し、互いに隔離された状態で核ノズル２８から高吸水
性物質溶液を、周囲ノズル２９からアスファルト乳剤を
噴射するようにする。

【００４１】このようにノズル先端まで両者が分離され
ていることで、硬化時間の制約を緩和することができ
る。さらに、核ノズル２８はノズル径の調整が容易であ
るので、重合ノズルの核ノズル２８から高吸水性物質溶
液を噴射することにより、噴流中で高吸水性物質溶液を
効果的に拡散させることができ、高吸水性物質溶液の特
性を十分に活用することができる。

【００４２】尚、上述の噴射ノズルは二重構造である
が、これに周囲ノズル２９をさらに取り囲む外周ノズル
を設けて三重構造とし、外周ノズルから同時に圧縮エア
ーを噴射するようにすれば、アスファルト乳剤と高吸水
性物質溶液の噴流が圧縮エアーに抱合されて噴流の噴射
圧力が防護され、穿孔力を維持しつつ噴流の到達距離を
伸長することが可能である。

【００４３】さらに、前記アスファルト乳剤にセメント
ミルクを混合して一緒に注入することで、可撓性のある
強靱な硬化層をチューブ１の上部に形成することも可能
である。アスファルト乳剤には水、セメント、塩分と混
合されると分解されるものがあるが、そのような特殊な
性質のものを避けてアスファルトとセメントミルクを混
合すれば、注入可能な溶液状況として硬化時間２４時間
程度を確保することができる。

【００４４】アスファルト乳剤とセメントミルク、そし
て高吸水性物質溶液の混合割合は、１キログラム中、ア
スファルト乳剤６９０から７６０グラム、セメントミル
ク１９０から２８０グラム、高吸水性物質溶液１５から
３０グラム程度が適当であり、例えば計量供給装置によ
って供給される。

【００４５】ここで、アスファルト乳剤としては、Ｐ−
９０、Ｐ−１７０などノニオン系、カチオン系、アニオ
ン系が使用できる。また、ウォーターフロント開発や、
海底開発におけるトンネル掘削等では、特殊な、天然も
しくは合成のゴムラテックス乳剤を用いることにより、
強力な防水性を得ることができる。

【００４６】また、高吸水性物質としては高吸水性ポリ
マーが好適に用いられる。その他、デンプン系、セルロ
ース系、アクリル系、ポリエーテル系など、それぞれの
特性を備えたものが使用でき、各種セメントの自硬性、
水和性の度合いに応じて組み合わせて特性を活かし特色
のある硬化層を造成することができる。また、硬化剤と
しての成分調整として必要に応じ珪酸ソーダ、ベントナ
イト、鉱物性石粉、などを添加する。さらに、目的に応
じて圧縮強度と可撓性を調整するためには、アスファル
ト乳剤とセメントミルクの割合を増減する。

【００４７】上記溶液の注入は、チューブ１の上部の場
所に限られず適宜の場所にて施工でき、例えばトンネル
坑内出水に対する止水箇所にも好適に用いられる。すな
わち、上述の重合構造の噴射ノズル３０を使用し、その
核ノズル２８から高吸水性物質溶液、周囲ノズル２９か
らアスファルト乳剤とセメントミルクの混合溶液を超高
圧噴射すれば、噴流内で高吸水性物質溶液と混合溶液と
が混合され、さらに周辺土壌と攪拌されて混合溶液中の
水分、土壌の土粒子間の地下水分が高吸水性物質によっ
て吸水、保水され、ゲル化増粘が開始し瞬結効果を得る
ことができる。

【００４８】また、場合によっては、図５に示すよう
に、成型時に排水用のパイプ２５をトンネル内部と地山
とを連通させるように埋設し、地山中の雨水、地下水等
を排出できるようにしておく。

【００４９】上述の開示から、本発明が所期の効果を完
全に達成することは明きらかである。

【００５０】特に、本発明方法によれば、軟弱な地山に
おいて連続的かつ高速に掘削された土砂を除去しながら
大径（１５から５０ｍ）トンネルを建造することが可能
である。

【００５１】

【発明の効果】以上、実施例を挙げて説明したように本
発明によれば、複数の隣接するチューブを地中に打ち込
むと同時に掘り出された土砂を除去する工程と、前記チ
ューブの上部の地中にアスファルト乳剤と高吸水性物質
溶液を注入する工程と、前記チューブの軸と交差し該チ
ューブを互いに結合して区画式アーチを構成するコンク
リート荷重支持アーチを成型する工程とを有するので、
防護領域が非常に狭い軟弱地盤においても強固な大径の
トンネルを建造することができる。また、トンネル建造
のために地山を連続的に破壊、除去でき、続く一時的な
あるいは恒久的な裏打ちの作業効率良く行うことができ
る。

【００５２】さらに、アスファルト乳剤と高吸水性物質
溶液の注入により、チューブの上方に可撓性、防水性、
耐腐食性を有するアスファルトの層が形成されるので、
軟弱地盤においても腐食、振動や湧水に強い大径トンネ
ルを建造することができる。

【００５３】さらに、本発明方法は、操作、コスト、掘
削時間において優れ、また、土壌技術や地形学上で今ま
で不適とされた状況においても上部の地盤沈下を最小限
に抑え大径の行き止まりトンネルを建造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法によるチューブが装置されたトン
ネルの垂直断面図である。

【図２】建造されるトンネルの垂直断面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線に沿って切ったトンネルの長手
方向断面図である。

【図４】本発明方法によってトンネルを建造するための
第一の作業工程を示す概略断面図である。

【図５】本発明方法によってトンネルを建造するための
第二の作業工程を示す概略断面図である。

【図６】本発明方法によってトンネルを建造するための
第三の作業工程を示す概略断面図である。

【図７】本発明方法によってトンネルを建造するための
第四の作業工程を示す概略断面図である。

【図８】本発明方法によってトンネルを建造するための
第五の作業工程を示す概略断面図である。

【図９】本発明方法によってトンネルを建造するための
第六の作業工程を示す概略断面図である。

【図１０】本発明方法によってトンネルを建造するため
の第七の作業工程を示す概略断面図である。

【図１１】本発明方法によってトンネルを建造するため
の第八の作業工程を示す概略断面図である。

【図１２】本発明方法によってトンネルを建造するため
の第九の作業工程を示す概略断面図である。

【図１３】本発明方法のアスファルト乳剤と高吸水性物
質溶液の注入工程の説明図である。

【図１４】本発明方法の他の実施例にかかるアスファル
ト乳剤と高吸水性物質溶液の注入工程の説明図である。

【図１５】本発明方法のアスファルト乳剤と高吸水性物
質溶液の注入に好適に用いられる噴射ノズルの断面図で
ある。

【符号の説明】

１チューブ２トンネル４縦坑５押圧装置６流体作動ユニット７レーザー装置１１掘削工具１６通路１７経路１８積柱１９荷重支持アーチ２０アーチ屋根２１側部２２肩部２３トンネル本体２４逆向きアーチ２５排水パイプ２６噴射透孔２７注入層２８核ノズル２９周囲ノズル３０噴射ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の隣接するチューブを地中に打ち込
むと同時に掘り出された土砂を除去する工程と、前記チ
ューブの上部の地中にアスファルト乳剤と高吸水性物質
溶液を注入する工程と、前記チューブの軸と交差し該チ
ューブを互いに結合して区画式アーチを構成するコンク
リート荷重支持アーチを成型する工程とを含むことを特
徴とする大径トンネル建造方法。
【請求項２】前記チューブの上面部に噴射透孔が穿設
されており、前記アスファルト乳剤と高吸水性物質溶液
の注入は前記噴射透孔を通して行われることを特徴とす
る請求項１に記載の大径トンネル建造方法。
【請求項３】前記アスファルト乳剤と高吸水性物質溶
液の注入は、隣接する前記チューブの間の隙間を通して
行われることを特徴とする請求項１に記載の大径トンネ
ル建造方法。
【請求項４】前記アスファルト乳剤と高吸水性物質溶
液の注入は、核ノズルとそれを取り囲む周囲ノズルとを
有する重合構造の噴射ノズルを用い、前記核ノズルから
前記高吸水性物質溶液を、前記周囲ノズルから前記アス
ファルト乳剤を噴射することで行うことを特徴とする請
求項１に記載の大径トンネル建造方法。
【請求項５】前記アスファルト乳剤にセメントミルク
が混合されることを特徴とする請求項１に記載の大径ト
ンネル建造方法。
【請求項６】前記高吸水性物質は高吸水性ポリマーで
ある請求項１に記載の大径トンネル建造方法。
【請求項７】前記チューブは、遠心分離成形された補
強コンクリートからなり、建造されるトンネルの上部周
辺に沿ってその軸と平行に打ち込まれるものである請求
項１に記載の大径トンネル建造方法。
【請求項８】前記チューブはトンネルを横切るように
形成された縦坑から打ち込まれ、前記縦坑内には流体作
動ユニットによって操作されそのストロークがレーザー
装置によって制御される押圧装置が配置されている請求
項１に記載の大径トンネル建造方法。
【請求項９】前記チューブを地中に打ち込む前に、建
造される丸天井の積柱の位置に前記トンネルの軸に平行
に二つの経路を掘削する工程を含む請求項１に記載の大
径トンネルの建造方法。
【請求項１０】前記トンネルの頂部にチューブが打ち
込まれた後、前記経路の穴は低くされ、そこに積柱が成
型される請求項１０に記載の大径トンネルの建造方法。
【請求項１１】荷重支持アーチの掘削と、前記チュー
ブを互いに結合するために前記アーチと前記チューブを
成型する工程をさらに含む請求項１に記載の大径トンネ
ルの建造方法。
【請求項１２】前記トンネルのアーチ屋根及びその側
部を掘削し、前記荷重支持アーチ間の肩部を成型する工
程をさらに含む請求項１に記載の大径トンネルの建造方
法。
【請求項１３】前記工程の後、トンネル本体と逆向き
トンネルアーチを掘削し、前記トンネルの防護構造を提
供するため前記逆向きアーチを成型する工程を含み、前
記防護構造は縦方向管状部材と横方向アーチの平坦なあ
るいは空間的に広がりのある格子を含む請求項１に記載
の大径トンネル建造方法。