JPH0828187A - 岩盤トンネル掘削工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直径２０〜３０ｍ程度の大断面のトンネルを
安全かつ効率よく掘削形成できる岩盤トンネル掘削工法
を提供することにある。 【構成】 トンネル掘進機によって中央先進導坑１を掘
削した後、アーチ状に１０基以上のカッターヘッド２３
を有するアーチ掘進機２０を用いて、トンネル断面の外
周部２を掘削し、得られたアーチ外周空間部２内の外側
層としてアーチコンクリート３を打設し、その際内側層
として残留アーチ外周空間部２ａを残し、この残留アー
チ外周空間部２ａを自由面としてアーチコンクリート３
内の残りの断面を爆破により掘削する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、岩盤トンネル掘削工
法、特に大断面の岩盤トンネルを掘削するのに適した岩
盤トンネル掘削工法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】道路や鉄道等の構造物を地中に設けるべ
く地盤を掘削してトンネルを形成するためのトンネル工
法は、地盤の地質や地下水の状況、トンネル断面の形状
や延長、その他の施工条件等に鑑みて種々の施工方法が
選定される。そして、特に軟岩から硬岩に至る岩盤の掘
削工法として、従来より、一般に、爆破によるいわゆる
発破工法や、切羽面に削孔を形成しこれにクサビ状の割
岩機を挿入して割岩する工法や、或いはトンネル掘進
機、ブレーカー等の各種の岩盤掘削機械を用いた機械掘
削工法が知られている。

【０００３】また、かかる岩盤に対するトンネルの掘削
工事は、特に例えば数１０ｍ程度以上の大断面のトンネ
ルを掘削形成する場合には、その掘削断面を一度に掘削
することが困難であるため、断面を所定の形状に分割す
るとともに、かかる大断面の掘削作業を効率よく行うこ
とができるように、上部半断面先進掘削工法、導坑先進
掘削工法等、決められた順序に従って各分割した断面を
順次掘削する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、爆破による掘
削においては、掘削計画の進行に遅延を出さないよう効
率よく、少ない薬量で経済的に、かつ余掘り、地山の緩
みを極力抑制することが重要である。従って、爆破を効
果的に行なうため、できるだけ自由面を多くし、同一薬
量で破砕量を上げる必要がある。この点に関し、従来の
爆破掘削工法は、トンネルの切羽で芯抜き発破を行ない
順次切拡げる方法を採用するものの、自由面を多く取る
ことが困難であり、大断面、例えば直径２０〜３０ｍの
トンネルを効率よく掘削形成することができなかった。

【０００５】また、上記クサビ状の割岩機を用いる工法
においても、自由面を利用して割岩作業の効率を向上さ
せることができるため、かかる自由面をより多く且つ有
効に確保することが課題となっている。

【０００６】さらに、従来の岩盤掘削機械を用いた機械
掘削工法との組み合わせにおいても、大断面のトンネル
を効率よく掘削形成することが困難であり、大断面トン
ネルに係る新しい掘削技術の開発が望まれている。

【０００７】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、大断面のトンネルを安全かつ効率よく掘削形成する
ことができる岩盤トンネル掘削工法を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の岩盤トンネル掘削工法の第１の形態は、岩
盤内にトンネルを形成するための岩盤トンネルの掘削工
法であって、アーチ状トンネル断面の外周部をアーチ掘
進機により掘削してアーチ外周空間部を形成する工程
と、その後に該アーチ外周空間部を自由面としてアーチ
外周空間部で囲まれたトンネル内の地山を掘削する工程
とを含むものである（請求項１）。

【０００９】本発明の第２の形態は、岩盤内にトンネル
を形成するための岩盤トンネルの掘削工法であって、ア
ーチ状トンネル断面のほぼ中央にトンネル掘進機により
導坑を掘削する工程と、これに前後してアーチ状トンネ
ル断面の外周部をアーチ掘進機により掘削してアーチ外
周空間部を形成する工程と、その後に該アーチ外周空間
部を自由面としてアーチ外周空間部で囲まれたトンネル
内の地山を掘削する工程とを含むものである。（請求項
２） 本発明の第３の形態は、岩盤内にトンネルを形成するた
めの岩盤トンネルの掘削工法であって、アーチ状トンネ
ル断面の外周部をアーチ掘進機により掘削してアーチ外
周空間部を形成する工程と、そのアーチ外周空間部内を
外側層と内側層とに分け、外側層にアーチコンクリート
を打設して外殻を形成し且つ内側層に残留アーチ外周空
間部を残す工程と、その後に上記残留アーチ外周空間部
を自由面として残留アーチ外周空間部で囲まれたトンネ
ル内の地山を掘削する工程とを含むものである（請求項
３）。

【００１０】本発明の第４の形態は、岩盤内にトンネル
を形成するための岩盤トンネルの掘削工法であって、ア
ーチ状トンネル断面のほぼ中央にトンネル掘進機により
導坑を掘削する工程と、これに前後してアーチ状トンネ
ル断面の外周部をアーチ掘進機により掘削してアーチ外
周空間部を形成する工程と、そのアーチ外周空間部内を
外側層と内側層とに分け、外側層にアーチコンクリート
を打設して外殻を形成し且つ内側層に残留アーチ外周空
間部を残す工程と、その後に上記導坑及び残留アーチ外
周空間部を自由面として上記導坑及び残留アーチ外周空
間部で囲まれたトンネル内の地山を掘削する工程とを含
むものである（請求項４）。

【００１１】

【作用】本発明の第１の形態では、トンネルの地山の掘
削に先立ち、そのアーチ状トンネル断面の外周部をアー
チ掘進機により掘削しておくため、掘削の際の自由面が
予め多量に確保される。即ち、逃げとなる自由面が増大
するので、例えば、発破工法或いは割岩機によるトンネ
ル内部の掘削が容易となる。従って、大断面の岩盤トン
ネルの掘削に適する。

【００１２】本発明の第２の形態では、アーチ状トンネ
ル断面の外周部をアーチ掘進機により掘削する工程に前
後して、アーチ状トンネル断面のほぼ中央にトンネル掘
進機により導坑を掘削するため、掘削の際の自由面がよ
り多量に確保される。

【００１３】本発明の第３の形態では、アーチ掘進機に
より掘削されたアーチ外周空間部を外側層と内側層とに
分け、外側層にアーチコンクリートを打設して外殻を形
成し且つ内側層に残留アーチ外周空間部を残している。
従って、残留アーチ外周空間部が、掘削を容易にする自
由面として寄与する一方、掘削の際には上記外側層が先
受けアーチコンクリートとして存在することになるの
で、大断面トンネルを安全且つ急速に掘削することがで
きる。また、このアーチコンクリートは覆工を兼ねるこ
ともできるため、全体工期を短縮することもできる。

【００１４】本発明の第４の形態は、アーチ掘進機によ
り上述のアーチ外周空間部を形成する工程に前後して、
アーチ状トンネル断面のほぼ中央にトンネル掘進機によ
り導坑を掘削する。従って、掘削は、この導坑及び残留
アーチ外周空間部で囲まれた地山の掘削となり、上記導
坑及び残留アーチ外周空間部の両者が自由面として機能
するため、アーチ外周空間部のみの場合に比べ自由面が
増し、より掘削が容易となる。また、この先進導坑は、
地山情報を得ると共に、不良地質に遭遇した場合に前も
って補助工法を行なう場所として活用できる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。

【００１６】図１および図２は、例えば硬岩ないし中硬
岩の岩盤に対し、直径２０〜３０ｍ程度の略半円状の大
断面トンネル１０を掘削形成する場合を例示したもので
ある。

【００１７】このトンネル施工手順は、まず形成すべき
トンネル１０の中央付近に公知のトンネルボーリングマ
シーン（ＴＢＭ）と称するトンネル掘進機（図示せず）
によって、直径３．５ｍ〜５．０ｍ程度の中央先進導坑
１を掘削する（施工手順）。

【００１８】中央先進導坑１を形成したならば、次い
で、図３および図４に示すアーチ掘進機２０を用いて、
トンネルのアーチ外周空間部２を掘削する（施工手順
）。このアーチ掘進機２０は、詳しくは後述するが、
外側鋼殻２１と内側鋼殻２２から成るアーチ状の二重鋼
殻２１，２２を持ち、その二重鋼殻２１，２２で囲まれ
た空間の前面に、例えば直径３ｍ程度のカッターヘッド
２３を、必要個数に応じて、例えば、１０基以上アーチ
に沿って配設した構成の掘削部２４を有し、反力を半径
方向外側の地山から取りつつ、尺取り状に掘進する構成
となっている。

【００１９】上記掘削の進行に伴ない、アーチ掘進機２
０の直後で、場所打ちによる覆工コンクリート、つまり
アーチコンクリート３を打設する（施工手順）。この
アーチコンクリート３の厚みは、例えば１．５ｍであ
り、これはアーチ外周空間部２の高さ約３ｍの半分であ
るから、アーチ外周空間部２にはアーチコンクリート３
の内側にまだ約１．５ｍの高さで残留アーチ外周空間部
２ａが残ることになる。

【００２０】上記アーチコンクリート３の完了後、残り
の断面を、全断面またはベンチカット工法により掘削す
る（施工手順）。図２には、ベンチカット工法におけ
る上部切羽面４および下部切羽面５の例が示してあり、
この順序で掘削することになる。

【００２１】ここで、かかる大断面の掘削作業を発破工
法或いはクサビ状の割岩機を用いて行なうが、その中心
と外側とに予め先に中央先進導坑１と残留アーチ外周空
間部２ａが形成されているので、これらが掘削の際の自
由面として寄与し、極めて容易かつ効率よく掘削するこ
とができる。

【００２２】また、先進導坑１は、地山情報を得ると共
に、不良地質に遭遇した場合に前もって補助工法を行な
う場所として活用できる。更に、先受けアーチコンクリ
ート３は大断面トンネルを安全且つ急速に掘削すること
を可能とし、覆工を兼ねることもできるため、全体工期
を短縮できる。

【００２３】次に、図５および図６を参照しながら、上
記アーチ外周空間部２およびアーチコンクリート３を形
成する具体的施工方法について説明する。

【００２４】まず、トンネルのアーチ外周空間部２を掘
削するアーチ掘進機２０の構成について説明するに、こ
のアーチ掘進機２０は、図４から判るように、外側鋼殻
２１と内側鋼殻２２から成るアーチ状の二重鋼殻２１，
２２を持ち、その二重鋼殻２１，２２で囲まれた空間の
前面に、例えば直径３ｍ程度のカッターヘッド２３を必
要個数に応じて、本実施例では、１０基以上アーチに沿
って配設して構成した掘削部２４を有する。そして、こ
の掘削部２４は、前胴２５、中胴２６及び後胴２７の３
部分に分れており、前胴２５及び後胴２７は一体的に中
胴２６に対して出入り可能となっている。また、前胴２
５及び後胴２７には、その周面より半径方向外側へ突出
して反力を半径方向外側の地山から得るグリッパー２
８，２９（図６参照）及びその駆動のための油圧ジャッ
キが装備されており、前胴２５のグリッパー２８と後胴
２７のグリッパー２９とを交互に突没作用させて反力を
半径方向外側の地山から取りつつ、尺取り状に掘進する
構成となっている。なお、後胴２７には、後方に連続さ
せて伸縮可能なスキンプレート部３０が設けてあり、覆
工コンクリート３の打設を容易にしている。即ち、伸縮
可能なスキンプレート部３０は、後胴２７から連続する
前部スキンプレート３１と、これに同軸的に相対移動可
能に嵌入された後部スキンプレート３２とから成り、後
部スキンプレート３２の後端には内向フランジの形でつ
ま型枠３３が設けられている。

【００２５】さて図５および図６は、かかる構成のアー
チ掘進機２０を用いることを前提とした具体的施工方法
を示しており、図５の工程（ａ）〜（ｆ）は図６の工程
（ａ）〜（ｆ）と対応している。

【００２６】(1) 図５及び図６の工程（ａ） 説明の便宜上、ここでは、最初の状態として、既に覆工
型枠６との間にアーチコンクリート３が打設され、その
コンクリート覆工部におけるコンクリートの養生が完了
している状態を示している。掘削部２４は、後胴２７が
前胴２５側に最も引き寄せられた位置にあり、このため
伸縮可能なスキンプレート部３０は最も伸びた状態、即
ち、後部スキンプレート３２から前部スキンプレート３
１が最も引き出された状態にある。

【００２７】(2) 図５及び図６の工程（ｂ） 掘削部２４は、後胴２７のグリッパ２９を後胴２７の半
径方向外側に押し出し、地山側より反力を得て、前胴２
５が掘進する。

【００２８】コンクリート覆工部については、図７〜図
９に示す型枠組立装置により、後側の覆工型枠６を脱枠
し、その覆工型枠６を前側に移動させる。この実施例で
は、後部スキンプレート３２の領域下に覆工型枠６を移
動させ、この移動させた覆工型枠６と後部スキンプレー
ト３２のつま型枠３３とで、所要の覆工型枠空間を形成
させる。

【００２９】図７〜図９に示す型枠組立装置は、トンネ
ル内に敷設されたレール４１上を移動可能な２台の自走
式架台４２，４３と、両自走式架台間を往復移動して覆
工型枠６を受け渡しできるようにレール４１上に置かれ
た型枠搬送台車４４とを有する。両自走式架台４２，４
３は共にエレクター４５を具備しており、このエレクタ
ー４５を用いて切羽側の自走式架台４２は型枠組み立て
を、また坑口側の自走式架台４３は型枠解体を行なう。

【００３０】図８に示すように、レール４１はトンネル
内の両サイドに敷設され、各自走式架台４２，４３はこ
のレール４１，４１上にまたがってアーチ形状に立脚載
置されている。そして、各自走式架台４２，４３にはそ
のアーチ形状と同心的にアーチ形状のガイド４６が設け
られ、これに沿って移動可能にエレクター４５が案内支
持されている。エレクター４５は半径方向に伸縮自在な
ジャッキ４７を具備している。そして、坑口側の自走式
架台４３におけるエレクター４５で解体された型枠６
は、図９の如く型枠搬送台車４４によって切羽側に運ば
れて自走式架台４２に引き渡され、自走式架台４２のエ
レクター４５により再び組み立てられる。

【００３１】(3) 図５及び図６の工程（ｃ） 前胴２５のグリッパ２８を前胴２５の半径方向外側に押
し出し、地山側より反力を得て、後胴２７を引き寄せ
る。またスキンプレート部３０の後部スキンプレート３
２を引き寄せ、コンクリート覆工部においてつま型枠３
３と覆工型枠６とで形成される上記所要の型枠空間にコ
ンクリート３を打設する。

【００３２】(4) 図５及び図６の工程（ｄ） 掘削部２４については、後胴２７のグリッパ２９を外側
に押し出し、地山側より反力を得て、掘進する。スキン
プレート部３０については、後部スキンプレート３２の
引き寄せが完了し、コンクリート覆工部については覆工
コンクリート３の打設が完了する。

【００３３】(5) 図５及び図６の工程（ｅ） 掘削部２４については、前胴２５のグリッパ２８を前胴
２５の半径方向外側に押し出し、地山側より反力を得
て、後胴２７を引き寄せる。従って、スキンプレート部
３０の前部スキンプレート３１も一緒に引き寄せられ、
後部スキンプレート３２はもとの位置に取り残される。
従って、この後部スキンプレート３２のつま型枠３３と
覆工型枠６との間の型枠空間が維持され、コンクリート
覆工部における覆工コンクリート３の養生がなされる。

【００３４】(6) 図５及び図６の工程（ｆ） 掘削部２４については、後胴２７のグリッパ２９を外側
に押し出し、地山側より反力を得て、掘進する。コンク
リート覆工部においては覆工コンクリート３の養生が続
行される。

【００３５】(7) 図５の工程（ｇ） 掘削部２４における上記の（ｅ）と（ｆ）の尺取り操作
を繰り返して掘進して行くと、スキンプレート部３０が
最も延びた状態となって、上記（ａ）の状態に戻る。

【００３６】かくして、アーチ外周空間部２が掘進さ
れ、そのアーチ外周空間部２内の外側層にはアーチコン
クリート３が形成され、また内側層には空間部２ａが残
される。これは、トンネル１０内の地山７を掘削する前
に、トンネルのアーチに沿って地山側にアーチコンクリ
ート３を打設し、その際、アーチコンクリート３の内側
に自由面を確保しておくものであり、その先受けアーチ
コンクリート３の存在は大断面トンネルを安全且つ急速
に掘削することを可能とし、また自由面の増大は掘削の
効率を高める。

【００３７】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果が得られる。

【００３８】（１）請求項１の発明によれば、トンネル
断面の外周部をアーチ掘進機により掘削し、その後に内
側のトンネル本坑を発破或いは割岩機により掘削してい
るので、掘削する際の逃げとなる自由面が予め確保され
ることとなり、発破或いは割岩機によるトンネル内部の
掘削が容易となる。従って、大断面の岩盤トンネルの掘
削に適する。

【００３９】（２）請求項２の発明によれば、アーチ状
トンネル断面の外周部をアーチ掘進機により掘削する工
程に前後して、アーチ状トンネル断面のほぼ中央にトン
ネル掘進機により導坑を掘削するため、掘削の際の自由
面がより多量に確保される。

【００４０】（３）請求項３の発明によれば、アーチ掘
進機により掘削されたアーチ外周空間部を外側層と内側
層とに分け、外側層にアーチコンクリートを打設して外
殻を形成し且つ内側層に残留アーチ外周空間部を残して
いるので、残留アーチ外周空間部が掘削を容易にする自
由面として寄与する一方、掘削の際には上記外側層が先
受けアーチコンクリートとして存在することになるの
で、大断面トンネルを安全且つ急速に掘削することがで
きる。また、このアーチコンクリートは覆工を兼ねるこ
ともできるため、内装を不要とし全体工期を短縮するこ
ともできる。

【００４１】（４）請求項４の発明によれば、アーチ掘
進機により上述のアーチ外周空間部を形成する一方、ア
ーチ状トンネル断面の中央にトンネル掘進機により導坑
を掘削し、この導坑によって残留アーチ外周空間部共に
自由面を確保しているため、アーチ外周空間部のみの場
合に比べ自由面が増し、より掘削が容易となる。また、
この先進導坑は、地山情報を得ると共に、不良地質に遭
遇した場合に前もって補助工法を行なう場所として活用
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の岩盤トンネル掘削工法によるトンネル
断面を示す図である。

【図２】図１のトンネルの延長方向に沿った断面を示す
図である。

【図３】本発明で用いるアーチ掘進機を示す正面略図で
ある。

【図４】本発明の岩盤トンネル掘削工法でアーチ外周空
間部及びアーチコンクリートを形成する状態を示す図で
ある。

【図５】本発明の岩盤トンネル掘削工法でアーチ外周空
間部及びアーチコンクリートを形成する施工順序を示す
図である。

【図６】同じく本発明の岩盤トンネル掘削工法でアーチ
外周空間部及びアーチコンクリートを形成する施工順序
を示す図である。

【図７】覆工型枠組立装置の配置を示す図である。

【図８】覆工型枠組立装置の自走式架台とエレクターを
示す図である。

【図９】覆工型枠組立装置の型枠搬送台車を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 中央先進導坑 ２ アーチ外周空間部 ２ａ アーチ外周空間部 ３ アーチコンクリート ４，５ 切羽面 ６ 覆工型枠 ７ トンネル内の地山 １０ トンネル ２０ アーチ掘進機 ２１ 外側鋼殻 ２２ 内側鋼殻 ２３ カッターヘッド ２４ 掘削部 ２５ 前胴 ２６ 中胴 ２７ 後胴 ２８，２９ グリッパー ３０ スキンプレート部 ３１ 前部スキンプレート ３２ 後部スキンプレート ３３ つま型枠 ４１ レール ４２，４３ 自走式架台 ４４ 型枠搬送台車 ４５ エレクター ４６ ガイド ４７ ジャッキ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 岩盤内にトンネルを形成するための岩盤
   トンネルの掘削工法であって、アーチ状トンネル断面の
   外周部をアーチ掘進機により掘削してアーチ外周空間部
   を形成する工程と、その後に該アーチ外周空間部を自由
   面としてアーチ外周空間部で囲まれたトンネル内の地山
   を掘削する工程とを含むことを特徴とする岩盤トンネル
   掘削工法。
2. 【請求項２】 岩盤内にトンネルを形成するための岩盤
   トンネルの掘削工法であって、アーチ状トンネル断面の
   ほぼ中央にトンネル掘進機により導坑を掘削する工程
   と、これに前後してアーチ状トンネル断面の外周部をア
   ーチ掘進機により掘削してアーチ外周空間部を形成する
   工程と、その後に該アーチ外周空間部を自由面としてア
   ーチ外周空間部で囲まれたトンネル内の地山を掘削する
   工程とを含むことを特徴とする岩盤トンネル掘削工法。
3. 【請求項３】 岩盤内にトンネルを形成するための岩盤
   トンネルの掘削工法であって、アーチ状トンネル断面の
   外周部をアーチ掘進機により掘削してアーチ外周空間部
   を形成する工程と、そのアーチ外周空間部内を外側層と
   内側層とに分け、外側層にアーチコンクリートを打設し
   て外殻を形成し且つ内側層に残留アーチ外周空間部を残
   す工程と、その後に上記残留アーチ外周空間部を自由面
   として残留アーチ外周空間部で囲まれたトンネル内の地
   山を掘削する工程とを含むことを特徴とする岩盤トンネ
   ル掘削工法。
4. 【請求項４】 岩盤内にトンネルを形成するための岩盤
   トンネルの掘削工法であって、アーチ状トンネル断面の
   ほぼ中央にトンネル掘進機により導坑を掘削する工程
   と、これに前後してアーチ状トンネル断面の外周部をア
   ーチ掘進機により掘削してアーチ外周空間部を形成する
   工程と、そのアーチ外周空間部内を外側層と内側層とに
   分け、外側層にアーチコンクリートを打設して外殻を形
   成し且つ内側層に残留アーチ外周空間部を残す工程と、
   その後に上記導坑及び残留アーチ外周空間部を自由面と
   して上記導坑及び残留アーチ外周空間部で囲まれたトン
   ネル内の地山を掘削する工程とを含むことを特徴とする
   岩盤トンネル掘削工法。