(57)【要約】【課題】施工余裕を小さくして、サポートの後方に順次露出する地山の長期安定確保を可能にしたトンネルの施工方法を提供する。【解決手段】サポート６は、カッターヘッド側の前端部側よりも後端部６ｃの所定の幅範囲Ｂ１の板厚Ｈ２を薄く形成して支保工組立部６ｄを備えている。そして、地山Ｇを掘削するとともに、地山Ｇの掘削面Ｇ１を覆うように配設されたサポート６の支保工組立部６ｄの内側で支保工３を組み立てる。サポート６を前進させ、サポート６の後方に順次露出する地山Ｇを支持するように支保工３を設置するとともに、露出した地山Ｇの掘削面Ｇ１に吹付け材８を吹き付けて、トンネル支保構造体９を構築する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッターヘッドと、該カッターヘッドの後方に配設された円弧板状のサポートとを備える全断面トンネル掘削機を用いてトンネルを施工する方法であって、
前記サポートは、前記カッターヘッド側の前端部側よりも後端部の所定の幅範囲の板厚が薄く形成され、該後端部の板厚を薄く形成した部分が支保工組立部とされており、
前記カッターヘッドを回転させて地山を掘削するとともに、地山の掘削面を覆うように配設された前記サポートの前記支保工組立部の内側で支保工を組み立て、
前記カッターヘッドと前記サポートを前進させ、前記サポートの後方に順次露出する地山を支持するように前記支保工を設置するとともに前記露出した地山の掘削面に吹付け材を吹き付けて、前記支保工と前記吹付け材を備えてなるトンネル支保構造体を構築するようにしたことを特徴とするトンネルの施工方法。
【請求項２】
請求項１記載のトンネルの施工方法において、
前記サポートには内面から背面に貫通する注入ボルト孔が形成されており、
該注入ボルト孔を介して前記サポートの内側から前記サポートで掘削面が覆われた背面地山に注入ボルトを打設し、該注入ボルトによって前記背面地山を固結改良するようにしたことを特徴とするトンネルの施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カッターヘッドと、カッターヘッドの後方に配設された円弧板状のサポートとを備える全断面トンネル掘削機を用いてトンネルを施工する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、中口径オープン型ＴＢＭ（Tunnel Boring Machine：全断面トンネル掘削機）で長大水路トンネルなどのトンネルを施工する場合、支保の施工は、切羽から約５ｍ程度後方の掘削外力の再配分が概ね完了した状態で行われる。このため、地質不良区間では、図３及び図４に示すように、地山Ｇの掘削面Ｇ１周辺の岩塊や岩盤ブロックがカッターヘッド１の後方に配設された円弧板状のサポート２（ルーフサポート２ａ、サイドサポート２ｂ）上に剥離、剥落し、これら岩塊や岩盤ブロックをサポート２で支持した状態でＴＢＭが前進する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
そして、カッターヘッド１とともにサポート２が前進し、サポート２で支持していた未固結土砂状の岩塊や岩盤ブロックがＴＢＭで掘削形成した掘削面Ｇ１としてサポート２の後方に現れはじめると（サポート２の後方に順次露出すると）、これら岩塊や岩盤ブロックが抜け落ち、崩落する。このため、サポート２の後方に、図３から図５に示すように鋼リング支保工（支保工）３と送り矢板（ラギング）４を設置したり、図６に示すようにサポート２の内側で組み立てた簡易ライナ５を設置し、サポート２から岩塊や岩盤ブロックを受替えることによって掘削面Ｇ１を保持して、トンネルＴの形状とトンネルＴの力学的安定を確保するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２９４０８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図５に示すように鋼リング支保工３と送り矢板４、図６に示すように簡易ライナ５を設置する標準的な方法では、トンネルＴの必要内空断面（必要内空径）を確保するために、それぞれ例えば６０ｍｍ、１００ｍｍの大きな施工余裕が必要になる。このため、この施工余裕の分ＴＢＭによる掘削径は大きくなり、工事費が高くなるという問題があった。
【０００５】
また、鋼リング支保工３と送り矢板４による支保方法では、崩落岩塊や岩片を送り矢板４によって背面地山Ｇに保持するので、長期安定確保のための覆工などの後施工が必要になる。さらに、簡易ライナ５による支保方法においても、送り矢板４による方法と同様、背面地山Ｇの長期自立確保のためのセメント系グラウチングが後施工で必要になる。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、施工余裕を小さくして、サポートの後方に順次露出する地山の長期安定確保を可能にしたトンネルの施工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【０００８】
本発明のトンネルの施工方法は、カッターヘッドと、該カッターヘッドの後方に配設された円弧板状のサポートとを備える全断面トンネル掘削機を用いてトンネルを施工する方法であって、前記サポートは、前記カッターヘッド側の前端部側よりも後端部の所定の幅範囲の板厚が薄く形成され、該後端部の板厚を薄く形成した部分が支保工組立部とされており、前記カッターヘッドを回転させて地山を掘削するとともに、地山の掘削面を覆うように配設された前記サポートの前記支保工組立部の内側で支保工を組み立て、前記カッターヘッドと前記サポートを前進させ、前記サポートの後方に順次露出する地山を支持するように前記支保工を設置するとともに前記露出した地山の掘削面に吹付け材を吹き付けて、前記支保工と前記吹付け材を備えてなるトンネル支保構造体を構築するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
この発明においては、サポートの後端部に、板厚を薄く形成した支保工組立部が設けられているため、この支保工組立部の内側で鋼リング支保工などの支保工を組み立てることにより、大きさがほぼ掘削径と同等の支保工（掘削径よりも僅かに小さな支保工）を組み立てることが可能になる。そして、カッターヘッドとともにサポートを前進させて、サポートの後方に順次露出する地山を支持するように支保工を設置し、さらに順次露出する地山に吹付けモルタルなどの吹付け材を吹付けて、トンネル支保構造体を構築することが可能になる。
【００１０】
また、本発明のトンネルの施工方法において、前記サポートには内面から背面に貫通する注入ボルト孔が形成されており、該注入ボルト孔を介して前記サポートの内側から前記サポートで掘削面が覆われた背面地山に注入ボルトを打設し、該注入ボルトによって前記背面地山を固結改良することが望ましい。
【００１１】
この発明においては、サポートの内側から注入ボルト孔を介して背面地山に注入ボルトを打設するとともに、注入改良材を注入することによって背面地山を固結改良することができる。そして、このように固結改良することで、サポートの後方に順次露出する地山を支持するように支保工を設置し、吹付け材を施工するまでの間の掘削面の自立安定を確保することが可能になる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のトンネルの施工方法によれば、サポートの後端部の支保工組立部の内側で鋼リング支保工などの支保工を組み立て、サポートの後方に順次露出する地山を支持するように支保工を設置し、さらに順次露出する地山に吹付けモルタルなどの吹付け材を吹付けて、トンネル支保構造体を構築することが可能になる。これにより、地質不良区間を施工する際に、サポートに支持されている岩塊や岩盤ブロックを順次支保工と吹付け材で保持することが可能になり、地山の力学的安定を確保することが可能になる。
【００１３】
そして、このように、支保工と吹付け材で構成したトンネル支保構造体でトンネルの力学的安定を確保することにより、従来の鋼リング支保工と送り矢板、簡易ライナを設置する標準的な方法と比較して施工余裕を小さくすることが可能になる。よって、必要内空径を確保しつつＴＢＭによる掘削径を小さくすることができ、工事費の低減を図ることが可能になる。
【００１４】
また、支保工と吹付け材でトンネル支保構造体を構築してトンネルの力学的安定を確保することにより、長期安定確保のための覆工やセメント系グランチングなどの後施工を不要にすることも可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図１から図４を参照し、本発明の一実施形態に係るトンネルの施工方法について説明する。本実施形態は、全断面トンネル掘削機を用いて長大水路トンネルなどのトンネルを施工する方法に関するものである。
【００１６】
本実施形態のトンネルＴの施工方法で用いる全断面トンネル掘削機は、図３及び図４に示したものと同様、カッターヘッド１と、このカッターヘッド１の後方に配設された円弧板状のサポート６（ルーフサポート６ａとサイドサポート６ｂ）を備えるオープン型ＴＢＭである。
【００１７】
一方、サポート６は、図１に示すように、カッターヘッド１側の前端部側の板厚Ｈ１よりも後端部６ｃの所定の幅範囲Ｂ１の板厚Ｈ２が薄く形成されており、この後端部６ｃの板厚Ｈ２を薄く形成した部分が支保工組立部６ｄとされている。また、本実施形態のサポート６は、前端部側の板厚Ｈ１が４０ｍｍ、支保工組立部６ｄの板厚Ｈ２が１０ｍｍとされている。さらに、支保工組立部６ｄは、鋼リング支保工（支保工）３の幅Ｂ２よりも僅かに大きな幅（所定の幅Ｂ１）で形成されており、例えば１５０ｍｍとされている。また、このサポート６には、内面６ｅから背面６ｆに貫通する注入ボルト孔７が形成されている。
【００１８】
そして、本実施形態のトンネルＴの施工方法で地質不良区間を施工する際には、カッターヘッド１を軸線Ｏ１回りに回転させて地山Ｇを掘削するとともに、地山Ｇの掘削面Ｇ１を覆うように配設されたサポート６の支保工組立部６ｄの内側で鋼リング支保工３を組み立てる。このとき、支保工組立部６ｄがサポート６の前端部側よりも薄肉で形成されているため、大きさがトンネルＴの掘削径と略同等の鋼リング支保工３（掘削径よりも例えば２０ｍｍ程度小さな外径の鋼リング支保工３）が組み立てられる。
【００１９】
そして、サポート６の内側で組み立てた鋼リング支保工３は、カッターヘッド１とサポート６を前進させるとともに、サポート６の内側から外側のトンネルＴの所定位置に設置される。このとき、鋼リング支保工３は、カッターヘッド１とともにサポート６が前進して、このサポート６の後方に順次露出する地山Ｇを支持するように設置される。
【００２０】
また、順次の鋼リング支保工３がサポート６の支保工組立部６ｄの内側で組み立てられ、サポート６の前進とともに鋼リング支保工３がトンネルＴの所定位置に設置されてゆく。これにより、複数の鋼リング支保工３がトンネル軸方向Ｏ２に所定の間隔をあけて設置されてゆく。
【００２１】
また、サポート６の内側で組み立てた鋼リング支保工３を設置するとともに、サポート６の後方に露出した地山Ｇの掘削面Ｇ１に吹付けモルタル（吹付け材）８を吹付けてゆく。これにより、鋼リング支保工３と吹付けモルタル８からなるトンネル支保構造体９が構築されてゆく。また、このとき、ＴＢＭで施工するトンネルＴの力学的安定は、周辺地山Ｇの自立安定を基本とするため、薄肉の吹付けモルタル８で十分に確保される。
【００２２】
このように鋼リング支保工３と吹付けモルタル８からなるトンネル支保構造体９が、サポート６の後方に順次露出する地山Ｇを支持するように構築されてゆくため、地質不良区間を施工する際にサポート６に支持されている岩塊や岩盤ブロック（剥落岩塊や岩片）が確実にトンネル支保構造体９で保持されて、地山Ｇの力学的安定が確保される。
【００２３】
一方、本実施形態のトンネルＴの施工方法においては、鋼リング支保工３をサポート６の内側で組み立てるとともに、注入ボルト孔７を介してサポート６の内側からこのサポート６で掘削面Ｇ１が覆われた背面地山Ｇに注入ボルト１０を打設する。そして、この注入ボルト１０によって背面地山Ｇにセメント系注入材などの注入改良材を注入し、背面地山Ｇを予め固結改良（固結改良体１１を形成）しておく。これにより、未固結土砂状の岩塊や岩盤ブロックが背面地山Ｇに確実に一体化され、サポート６の後方に順次露出する地山Ｇを支持するように鋼リング支保工３を設置して吹付けモルタル８を施工するまでの間の掘削面Ｇ１の自立安定が確保される。
【００２４】
なお、崩落の規模が大きく、固結改良による自立安定確保が困難な場合には、例えば１掘進長を０．５ｍあるいは０．２５ｍに短くし、鋼リング支保工３によって地山Ｇを安定化させればよい。
【００２５】
そして、上記のように、サポート６の後端部６ｃの板厚Ｈ２を薄くした支保工組立部６ｄの内側で鋼リング支保工３を組み立てるようにし、サポート６の後方に順次露出する地山Ｇを支持するように鋼リング支保工３を設置し、さらに順次露出する地山Ｇに吹付けモルタル８を吹付けてトンネル支保構造体９を構築してゆくことによって、図２に示すように、従来の鋼リング支保工３と送り矢板４、簡易ライナ５を設置する標準的な方法と比較して施工余裕が抑えられる。本実施形態のようにサポート６の支保工組立部６ｄの板厚Ｈ２を１０ｍｍにすることで、施工余裕が２０ｍｍに抑えられる。
【００２６】
したがって、本実施形態のトンネルＴの施工方法においては、サポート６の後端部６ｃに、板厚Ｈ２を薄く形成した支保工組立部６ｄが設けられているため、この支保工組立部６ｄの内側で鋼リング支保工（支保工）３を組み立てることにより、大きさがほぼ掘削径と同等の鋼リング支保工３（掘削径よりも僅かに小さな鋼リング支保工３）を組み立てることが可能になる。そして、カッターヘッド１とともにサポート６を前進させて、サポート３の後方に順次露出する地山Ｇを支持するように鋼リング支保工３を設置し、さらに順次露出する地山Ｇに吹付けモルタル８を吹付けて、トンネル支保構造体９を構築することが可能になる。これにより、地質不良区間を施工する際に、サポート６に支持されている岩塊や岩盤ブロックを順次鋼リング支保工３と吹付けモルタル８で保持することが可能になり、地山Ｇの力学的安定を確保することが可能になる。
【００２７】
また、このように、鋼リング支保工３と吹付けモルタル８で構成したトンネル支保構造体９でトンネルＴの力学的安定を確保することにより、従来の鋼リング支保工３と送り矢板４、簡易ライナ５を設置する標準的な方法と比較して施工余裕を小さくすることが可能になる。よって、必要内空径を確保しつつＴＢＭによる掘削径を小さくすることができ、工事費の低減を図ることが可能になる。
【００２８】
また、鋼リング支保工３と吹付けモルタル８でトンネル支保構造体９を構築してトンネルの力学的安定を確保することにより、長期安定確保のための覆工やセメント系グランチングなどの後施工を不要にすることも可能になる。
【００２９】
さらに、本実施形態のトンネルＴの施工方法のように、サポート６の内側から注入ボルト孔７を介して背面地山Ｇに注入ボルト１０を打設し、この注入ボルト１０によって注入改良材を注入することによって背面地山Ｇを固結改良することができる。これにより、未固結土砂状の岩塊や岩盤ブロックが背面地山Ｇに確実に一体化され、サポート６の後方に順次露出する地山Ｇを支持するように鋼リング支保工３を設置して吹付けモルタル８を施工するまでの間の掘削面Ｇ１の自立安定を確保することが可能になる。
【００３０】
以上、本発明に係るトンネルの施工方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係るトンネルの施工方法によってトンネル支保構造体を構築した状態を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るトンネルの施工方法によってトンネル支保構造体を構築した場合の施工余裕を示す図である。
【図３】従来の鋼リング支保工と送り矢板を設置した状態を示す図である。
【図４】図３のＸ１−Ｘ１線矢視図である。
【図５】従来の鋼リング支保工と送り矢板を設置する場合の施工余裕を示す図である。
【図６】従来の簡易ライナを設置する場合の施工余裕を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１      カッターヘッド
２      従来のサポート
２ａ    ルーフサポート
２ｂ    サイドサポート
３      鋼リング支保工（支保工）
４      送り矢板（ラギング）
５      簡易ライナ
６      サポート
６ａ    ルーフサポート
６ｂ    サイドサポート
６ｃ    後端部
６ｄ    支保工組立部
６ｅ    内面
６ｆ    背面
７      注入ボルト孔
８      吹付けモルタル（吹付け材）
９      トンネル支保構造体
１０    注入ボルト
１１    固結改良体
Ｂ１    支保工組立部の幅（所定の幅範囲）
Ｂ２    鋼リング支保工の幅
Ｇ      地山
Ｇ１    掘削面
Ｈ１    サポートの前端部側の板厚
Ｈ２    支保工組立部の板厚
Ｏ１    カッターヘッドの軸線
Ｏ２    トンネル軸
【図１】
2010116675.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010116675.tif 000005
【図４】
2010116675.tif 000006
【図５】
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【図６】
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