JPH11210380A - 岩盤用トンネル掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル掘進機に搭載するボーリングマシン
を用いての薬液注入部を切羽予定個所に接近させて無理
なく最小限の薬液注入操作で安定した掘削地盤の改良を
行えるようにする。 【解決手段】 トンネル掘進機１における本体２の内部
から後方に伸びるメインビーム３の後部位置に、薬液注
入機能を備えるボーリング機１０が搭載設置され、この
ボーリング機１０のドリル１２が前記トンネル掘進機１
の本体２の内側からカッターヘッド６の外周部よりやや
外側に向かう角度で軸線を設定され、前記本体２前部の
ルーフサポート５部には前記ボーリング機１０のドリル
１２が貫通できるドリルガイド７ａを備えた挿通孔７
が、その本体２上半部を覆う範囲で所要配分にて複数個
所に設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、岩盤用トンネル掘
進機に係るものであって、詳しくは掘削する地山が健岩
部中に自立性の低い弱層部が混在するような地層を掘削
する際に、切羽の直上部地山を薬液注入で固化できるボ
ーリング手段を付設して、地盤改良しつつ掘進できるよ
うに構成された岩盤用トンネル掘進機に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、硬岩層の地山を掘削するにはオー
プン型のＴＢＭ（トンネル掘進機）を用いて行われてい
るが、掘削される地山の地層が硬岩層の一部に自立性の
低い崩落性地層が混在するような場合、その崩落性地層
を掘進させるには切羽における地山の崩落を阻止する対
策が必要となる。

【０００３】このような自立性の低い崩落性地層が混在
する地層を掘削するには、本来シールド型のトンネル掘
進機を用いればあまり問題はないが、硬岩層の一部に自
立性の低い崩落性地層の混在が推測できない場合は前述
のようにオープン型のＴＢＭを用いて掘削されることが
多い。このような場合、通常の掘削を続けると切羽での
地山の崩落が発生して作業を困難にすることになる。そ
こで、崩落性地層に遭遇した場合、その対策として崩落
する恐れのある個所に薬液を注入して固化させた後に掘
削するような手法が考えられる。

【０００４】前述の地山に薬液注入して固化する手段に
ついては、例えば特開平４−１８５８９４号公報によっ
て知られるようなシールドトンネル掘削工事におけるト
ンネルの接合部でシールド掘進機の内部から地山に対し
て圧縮空気注入管と高圧水管および薬液注入管の三重管
ロッドで、高圧水の噴射と圧縮空気の噴射によって地山
にロッドを挿入し、そのロッド先端部のノズルから地盤
硬化材を地盤中に注入して地盤を改良するものが開示さ
れている。また、特開平３−１６１６９５号公報には、
前記同様にシールドトンネル掘進機によるトンネル掘削
工事における両側から掘り進んだトンネルの接合部にお
ける地盤改良によって掘削を安全に遂行するために、シ
ールド掘進機の内部から地山に対してボーリングロッド
を用い多数本の薬液注入操作を掘削部の全周にわたり放
射状に行わせ、地盤の安定ゾーンを作って掘削部の接合
が安全にできるようにする接合工法とその機能を備えた
シールド掘進機について開示されている。

【０００５】このような先行技術に鑑みて、前述のよう
なオープン型のＴＢＭを用いて自立性の低い崩落性地層
が混在すると推測される地層を掘削するに際し、崩落性
地層に遭遇した場合、その崩落する恐れのある個所に薬
液を注入して固化させて掘進する手段として、図６
（ａ）（ｂ）で例示するような方法が試みられた。この
方式では、オープン型のＴＢＭ１０１の機体内後部にお
けるグリッパ装置１０４にボーリングマシン１１０を搭
載して、ルーフサポート１０５やサイドサポートシュー
にドリル（ボーリングロッド）１１２が干渉しないよう
にそれらを交わしてカッターヘッド１０６の上方から地
山Ａに向かってボーリングロッドを進入させて削孔し、
予め組み込まれたそのボーリングロッド内から先端部に
設けられる噴射ノズルによって地山Ａの切羽予定部分上
部に地盤硬化材を注入する操作を複数本放射状に行わ
せ、地山Ａの改良を行って掘進するのである。なお、前
記ボーリングマシン１１０は、トンネル掘進機１０１の
軸心を基準にして所要回転角の範囲で移動させて図６
（ｂ）で示されるように扇形状に削孔して薬液の注入を
行わせ、薬液浸透部Ｄを形成することができるようにさ
れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記オ
ープン型のＴＢＭの機体内部に薬液注入機能を備えるボ
ーリングマシン１１０を付設して、切羽部の上方地山Ａ
に地盤硬化材を注入して崩落性地層の強化改良を行う試
みは、前記図示からも了解できるように、ボーリングロ
ッド（ドリル）１１２をルーフサポート１０５やサイド
サポートシューに干渉しないようにすることからトンネ
ル掘進機１０１の本体１０２のかなり後方にボーリング
マシン１１０を装着しなければならず、しかも掘削予定
個所からかなり離れた地山Ａに対する薬液注入になるの
で薬液の注入拡散範囲が切羽位置に届かない結果とな
る。また、地盤強化ができるとしても薬液注入するため
の削孔数を多くして掘進部の上方強化範囲を過大にしな
ければならず作業性が低下するのみならず薬液注入の量
が過大になって多くの工費が必要となるなどの問題があ
る。

【０００７】また、前記特開平４−１８５８９４号公
報、あるいは特開平３−１６１６９５公報によって開示
されている方式では、前述の先行技術に比べてさらに薬
液注入の範囲が広範囲にわたることになって、その目的
とするようなトンネル接合部という限られたゾーンでの
地盤強化策としては有効であっても、掘進途中における
切羽の地山改良策としては採用できないものである。

【０００８】本発明は、このような問題点を解消するた
めになされたもので、トンネル掘進機に搭載するボーリ
ングマシンを用いての薬液注入部を切羽予定個所に接近
させて無理なく最小限の薬液注入操作で安定した掘削地
盤の改良を行えるようにされた岩盤用トンネル掘進機を
提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用・効果】前述さ
れた目的を達成するために、本発明による岩盤用トンネ
ル掘進機は、トンネル掘進機における本体内部から後方
に伸びるメインビームの後部位置に、薬液注入機能を備
えるボーリング機が搭載設置され、このボーリング機の
ドリルが前記トンネル掘進機の本体の内側からカッター
ヘッドの外周部よりやや外側に向かう角度で軸線を設定
され、前記本体前部のサポート部には前記ボーリング機
のドリルが貫通できるガイドを備えた挿通孔が、その本
体上半部を覆う範囲で所要配分にて複数個所に設けられ
ていることを特徴とするものである。

【００１０】このように構成される本発明の岩盤用トン
ネル掘進機によれば、掘進切羽が崩落性地層に遭遇した
場合、ボーリング機のドリル軸線を予め設定されたボー
リング位置に合わせて駆動してドリルを前進させれば、
そのドリルが本体前部のサポート部に設けられたガイド
に案内されて挿通孔から地山に押し込まれ、ちょうど切
羽の上部に対してドリルを掘進させることができる。こ
の際、地山を掘進するドリルは、本体前部のサポート部
に設けられた挿通孔を通じて地山に進入して削孔できる
ので、カッターヘッドの外周部に近い位置（掘削径によ
り近づけた部分）を削孔できることになり、所要深さに
削孔した後薬液を注入することにより切羽の直上部で地
山を強化させることが可能となる。したがって、補強の
ために薬液注入の地山掘削本数を少なくすることが可能
になるとともに、薬液注入による地盤改良効果も有効に
なって作業効率を著しく向上させることができるという
効果を奏するのである。

【００１１】また、本発明では、前記ボーリング機の旋
回装置はその旋回軸心をトンネル掘進機の軸心とほぼ合
致させて円周方向に旋回するように設けられ、前記サポ
ート部に設けられるガイドを備えた挿通孔が同心円状に
所要の配分で設けられるのがよい。こうすれば、ボーリ
ング機による薬液注入孔を切羽上部個所の地山に対して
掘削範囲を覆う範囲のみに薬液注入して地山の強化作業
を迅速に、かつ効率よく実施することができるという効
果を奏する。

【００１２】また、前記ボーリング機のドリルのガイド
部は、半径方向に伸縮自在なサポート部に設けられるの
がよい。こうすることにより、掘進する地山の状況に応
じてドリルの打ち込み角度を変更して薬液注入範囲を最
適な範囲に行えるという効果を奏するのである。

【００１３】また、前記ボーリング機の設置個所として
はトンネル掘進機のグリッパ装置のキャリア後部支持部
材を介して搭載することも可能であり、こうすれば、掘
進しながら地盤強化のための薬液注入操作を並行して行
うことができる。また、薬液注入に際しては、ボーリン
グ機のドリル先端部に薬液拡散型のノズルを組み込むと
ともに、瞬結性の薬液と緩結性の薬液とが任意に切り替
えられるように給液部で操作できる機構を付帯させて地
山の状況に対応できるようにすれば、地盤硬化剤の選択
で改良範囲を拡大させて薬液の注入本数を少なくするこ
とも可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明による岩盤用トンネ
ル掘進機の具体的な実施例の形態につき、図面を参照し
つつ説明する。

【００１５】図１に本発明にかかる岩盤用トンネル掘進
機の概要を示す縦断面図が、図２に図１におけるII−II
視とIV−IV視を半分ずつ併記された拡大断面図が、図３
に図１のIII−III視拡大断面図が、そして図４に図１の
V−V 視拡大断面図が、それぞれ表されている。

【００１６】これら各図によって示されるように、本実
施例の岩盤用トンネル掘進機１は、その本体２の構造が
公知のオープン型トンネル掘進機と同様で、メインビー
ム３に支持されるグリッパ装置４の設置位置の後部に軸
心を掘進機の軸心とほぼ合致させて周方向に旋回する旋
回装置１４を介してボーリング機１０が搭載支持されて
いる。このボーリング機１０におけるビーム１１上に搭
載される周知構造のドリル（ロッド）１２は、その軸線
がトンネル掘進機１の本体２上半部を覆うルーフサポー
ト５の内側からカッターヘッド６の外周部よりやや外側
に向かう角度で設置されている。なお、前記ドリル（ロ
ッド）１２は所要長さに周知の継手（図示せず）によっ
て順次接続できるもので、その内部に二液混合によって
凝結する薬液が別個に供給できる二重管構造にされてい
る。また、そのドリル１２の先端部には薬液噴射ノズル
（図示省略）が付設され、ドリル駆動機１２ａの後端部
には図示省略するが坑内に設けられた薬液供給装置から
の給液配管が接続される。

【００１７】トンネル掘進機の本体２におけるルーフサ
ポート５には、前記ドリル１２が内周部から外周部を貫
通して地山側に突き出すことができるドリルガイド７ａ
を備えた挿通孔７が所定の角度で、上半部におけるほぼ
１２０°の範囲にて適宜間隔を置いて複数個所（具体例
では５個所、但しこの数並びに配置範囲には限定されな
い）に設けられている。前記挿通孔７はルーフサポート
５の内側から外側へ所定の角度で次第に開口するように
形成され、そのルーフサポート５の内側を樋状のカバー
７ｂによって覆うようになされている。

【００１８】また、ドリルガイド７ａは、前記挿通孔７
の内端部に前記ドリル１２のロッドを軸線方向に摺動自
在で、かつ回転支持できる構造のものが取り付けられて
いる。そのドリルガイド７ａ（挿通孔７）を備えるルー
フサポート５は、本体フレーム９に繋がる支持リンク
８，８と拡張用の油圧シリンダ８ａによって径方向に伸
縮自在にされている。

【００１９】このように構成されたトンネル掘進機１
は、掘進操作を続けて前進するうちに、自立性の低い崩
落性地層の存在が察知される（例えば先進ボーリングに
よって探査する）と、カッターヘッド６による掘削を一
旦停止して（あるいは停止することなく）ボーリング機
１０を作動させ、ビーム１１に沿ってドリル駆動機１２
ａを前進させ、ドリル１２の先端部をルーフサポート５
に設けられたドリルガイド７ａを通じて挿通孔７から地
山Ａに突入させる。この状態では、図５（ａ）にて例示
されるように、前記挿通孔７から地山Ａに向かって突入
されるドリル１２は、カッターヘッド６の外周部より径
方向にやや離れた個所で地山Ａ側に削孔Ｃして前進する
ことになる。ドリル１２の掘削前進に応じて周知手段に
よってロッドを接続して所要長（所要深さ）削孔Ｃされ
たならば、そのロッド後端に予め接続されている給液配
管を通じて薬液供給装置から薬液をロッド内に供給し、
ドリル先端部の噴射ノズルから削孔Ｃ部の周囲に向かっ
て混合された薬液を注入して地山Ａ内に浸透拡散させ、
その薬液浸透部Ｄで地盤を硬化させて強化する。この
際、注入される薬液については、予測される地山Ａの軟
弱程度に応じて予め硬化速度を設定された配合となる二
液を供給して混合注入される。

【００２０】このようにして、１個所の薬液注入が終わ
れば、ドリル１２を後退させて地山Ａから抜き出し、隣
接する他のドリルガイド７ａ位置に旋回装置１４によっ
てボーリング機１０を回動させてドリル１２の位置合わ
せを行い、再び前記要領でボーリング機１０を駆動して
地山Ａにドリル１２を突入させ、所要深さ削孔Ｃさせて
薬液の注入を行わせる。以後、この操作をルーフサポー
ト５部に設けてあるドリルガイド７ａの設置数に応じて
繰り返し行う。こうすると、図５（ａ）（ｂ）で例示さ
れるように、トンネル掘進機１の切羽Ｂの上部に相当す
る地山部分に掘進するトンネル掘削機１と同心円状に薬
液注入によって強化層が形成されることになり、カッタ
ーヘッド６による掘削に対して崩落するのが防止され、
そのまま掘進できることになる。

【００２１】この際、前記のようにして一層だけの地盤
硬化処理を行っただけで崩落防止の効果が得られない場
合には、トンネル掘進機１を少し前進させてから前記要
領で再び薬液注入操作を行い２段に地盤硬化処理を施す
ことによって、より安定した地盤の強化を図ることがで
きる。このようにしてトンネル掘進機１を運転すれば、
自立性の低い崩落性地層に遭遇してもそのまま掘進する
ことができ、無理なく掘進作業を続けることが可能にな
る。

【００２２】以上のように、本実施例によれば、ボーリ
ング機１０による薬液注入による強化層の形成が、その
ボーリング機１０の旋回中心を掘進機の軸心にほぼ合致
させてあることにより、掘進に際して最小限必要なゾー
ンを地盤強化するだけで安定させることができるので、
過剰な薬液注入とそれに伴う地山のボーリング作業を少
なくして効率よく実施できることになり、薬液注入の費
用を低減するとともに、その作業に要する時間の短縮と
相俟って掘進速度が向上し、トンネル工事の促進と工費
の低減に役立つ効果が得られることになる。

【００２３】以上の説明においては、ボーリング機１０
の設置位置をメインビーム３の後端部で、グリッパ装置
４から離れた位置に旋回装置１４を介して配置されてい
るものであったが、このボーリング機１０の配置につい
ては、グリッパ装置４のキャリア４′にブラケット（図
示せず）を介して搭載するようにしてもよい。こうする
と、掘進しながら薬液注入のためにボーリング機１０を
運転することが容易になる。すなわち、グリッパ装置４
が移動するときにキャリア４′とともに移動して本体２
の前進にそのまま対応できることになり、作業性を向上
させる。

【００２４】また、本発明の趣旨に則すれば、前述のよ
うなオープン型のトンネル掘進機のみならず、シールド
型のトンネル掘進機におけるシールドのスキンプレート
部分に前述のドリルガイドを備える挿通孔を設けるよう
にすることができる。このようにすれば、シールド形式
の掘進機であっても崩落性の地層を掘進する際の地山の
安定化が図られて作業性を向上させるのに有効である。

【００２５】本実施例のドリルガイド７ａは本発明のガ
イドに、ルーフサポートは本体前部のサポート部に、そ
れぞれ対応する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明にかかる岩盤用トンネル掘進機
の概要を示す縦断面図である。

【図２】図２は、図１におけるII−II視とIV−IV視と半
分ずつ併記された拡大断面図である。

【図３】図３は、図１のIII−III視拡大断面図である。

【図４】図４は、図１のV−V 視拡大断面図である。

【図５】図５は、本実施例の作動態様を表わす図であっ
て、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は薬液注入部を表
わす掘進部の横断面図ある。

【図６】図６は、従来技術における掘進部の地盤改良の
概要図であって、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は薬
液注入部を表わす掘進部の横断面図ある。

【符号の説明】

１ トンネル掘進機 ２ 掘進機の本体 ３ メインビーム ４ グリッパ装置 ４′ キャリア ５ ルーフサポート ６ カッターヘッド ７ 挿通孔 ７ａ ドリルガイド １０ ボーリング機 １１ ボーリング機のビーム １２ ドリル（ロッド） １４ 旋回装置 Ａ 地山 Ｂ 切羽 Ｃ 削孔 Ｄ 地山の薬液浸透部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水原 憲三 大阪府大阪市阿倍野区松崎町２丁目２番２ 号 株式会社奥村組内 (72)発明者 中山 隆義 大阪府大阪市阿倍野区松崎町２丁目２番２ 号 株式会社奥村組内 (72)発明者 梶原 操 大阪府枚方市上野３丁目１−１ 株式会社 小松製作所大阪工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル掘進機における本体内部から後
   方に伸びるメインビームの後部位置に、薬液注入機能を
   備えるボーリング機が搭載設置され、このボーリング機
   のドリルが前記トンネル掘進機の本体の内側からカッタ
   ーヘッドの外周部よりやや外側に向かう角度で軸線を設
   定され、前記本体前部のサポート部には前記ボーリング
   機のドリルが貫通できるガイドを備えた挿通孔が、その
   本体上半部を覆う範囲で所要配分にて複数個所に設けら
   れていることを特徴とする岩盤用トンネル掘進機。
2. 【請求項２】 前記ボーリング機の旋回装置は、その旋
   回軸心をトンネル掘進機の軸心とほぼ合致させて円周方
   向に旋回するように設けられ、前記サポート部に設けら
   れるガイドを備えた挿通孔が同心円状に所要の配分で設
   けられていることを特徴とする請求項１に記載の岩盤用
   トンネル掘進機。
3. 【請求項３】 前記ボーリング機のドリルのガイド部
   は、半径方向に伸縮自在なサポート部に設けられる請求
   項１または２に記載の岩盤用トンネル掘進機。