(57)【要約】【課題】  自立が困難な地山におけるトンネル掘削において、トンネルの施工に支障をきたすことなく、地山の崩壊を抑止することが可能な、トンネル空隙用充填材とこれを利用したトンネル掘削方法。【解決手段】  シールド機３０により地山Ｇを掘進しながらシールド機３０の内部において組立てられたセグメント１０を地山Ｇに配設してトンネルＴを構築するシールド工法において、トンネル掘進に伴いシールド機３０の周囲と地山Ｇの掘削面Ｋ２との間に形成される空隙Ｋ３に、アクリル系材料からなるトンネル空隙用充填材１２の充填を行う。【選択図】      図１
2006118214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル掘削機の周囲と地山との間に形成される空隙に充填されるトンネル空隙用充填材であって、
前記トンネル空隙用充填材がアクリル酸の一価または二価の金属塩水溶液と、アルミニウム水溶性塩の水溶液と、重亜硫酸塩水溶液と、を混合してなることを特徴とするトンネル空隙用充填材。
【請求項２】
前記金属塩水溶液が１に対して、前記アルミニウム水溶性塩の水溶液が０．９以上１．５以下、前記重亜硫酸塩水溶液が０．９以上１．５以下の割合で混合されていることを特徴とする、請求項１に記載のトンネル空隙用充填材。
【請求項３】
トンネル掘削機により地山を掘削する掘削工程と、
前記掘削工程に伴い前記トンネル掘削機と前記地山の間に形成される空隙にアクリル系材料からなるトンネル空隙用充填材を充填する充填工程と、を含むことを特徴とするトンネル掘削方法。
【請求項４】
前記充填工程が、アクリル酸の一価または二価の金属塩水溶液と、アルミニウム水溶性塩の水溶液と、重亜硫酸塩水溶液と、を混合して前記トンネル空隙用充填材を構成する工程を含むことを特徴とする、請求項３に記載のトンネル掘削方法。
【請求項５】
前記金属塩水溶液が１に対して、前記アルミニウム水溶性塩の水溶液が０．９以上１．５以下、前記重亜硫酸塩水溶液が０．９以上１．５以下の割合で混合することにより前記トンネル空隙用充填材を構成することを特徴とする、請求項４に記載のトンネル掘削方法。
【請求項６】
前記充填工程が、前記アクリル酸の一価または二価の金属塩水溶液と、前記アルミニウム水溶塩の水溶液と、前記重亜硫酸塩水溶液とを、３本の管路によりそれぞれ個別に送液する工程と、
送液された前記アクリル酸の一価または二価の金属塩水溶液と、前記アルミニウム水溶塩の水溶液と、前記重亜硫酸塩水溶液とを、混合して空隙に充填する工程とを含むことを特徴とする、請求項４又は請求項５に記載のトンネルの掘削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルの掘削機と地山との間に形成された空隙に充填されるトンネル空隙用充填材と、これを利用したトンネル掘削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド機やトンネルボーリングマシン（以下「ＴＢＭ」という場合がある）等のトンネル掘削機は、基本的には、地山を掘削するカッターヘッドと、カッターヘッドの後方に配置されてトンネル掘削機の動力やジャッキ等を保護するシールド部とから構成されている。
【０００３】
このような、トンネル掘削機は、通常カッターヘッドによる掘削径（掘削形状）よりも、シールド部の外径（外形）が小さく形成されている。そして、このカッターヘッドの掘削径とシールド部の外径との差（以下「余掘り部」という場合がある）により曲線線形や、地山の変形、膨張性地山等に対応している。
【０００４】
ところが、未固結地山や亀裂の多い岩盤などの自立が困難な地山におけるトンネル施工では、余掘り部を有していることにより地山が崩落して、施工に支障をきたすことがあった。特に、このような自立が困難な地山において、何らかの原因により掘削作業を中断するような場合には、崩落した土砂が堆積、圧密、締め固められてトンネル掘削機を拘束して、掘削を再開することができない場合があった。
【０００５】
このため、このような自立が困難な地山においてトンネル掘削機によりトンネルを掘削する場合には、例えば地山にセメントミルク、水ガラス、発泡ウレタン等の注入材を注入することにより、地山を自立させて、崩落することを防止する場合があった。
また、特許文献１には、ＴＢＭによるトンネル掘削において、シールド部上半分の余掘り部を覆うように形成された偏平長方形の板状に形成されたバッグを配設して、当該バッグを、空気や水などの流体注入により膨らませることで地山を支保する方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−４０９９４号公報（［００１２］−［００２４］、図２−図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、前者の注入材による方法は、注入材を含んだ地山のトンネル掘削機との付着力が高まることにより、掘削機の外周面に付着して、掘進の妨げとなる場合があるという問題点を有していた。また、トンネル掘削機のチャンバ内において注入材を含んだ土砂が土砂取込口に付着して土砂搬出ができなくなることで、掘進が困難となる場合があるという問題点を有していた。
また、後者は、施工中の地山の崩壊を防止して、掘削機を保護することが可能であるものの、何らかの原因により掘削作業を中断する場合には、掘削機前面の切羽の崩落を防止することはできないため、切羽に関しては注入材により地山を自立させる必要があった。このため、掘削再開時には、注入材を含有した地山を掘進するため、注入材を含んだ土砂が掘削機のチャンバ内に付着して、施工に支障をきたす場合があるという問題点も有していた。
【０００７】
本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、自立が困難な地山におけるトンネル掘削において、トンネルの施工に支障をきたすことなく、地山の崩壊を抑止することが可能な、トンネル空隙用充填材とこれを利用したトンネル掘削方法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、トンネル掘削機の周囲と地山との間に形成される空隙に充填されるトンネル空隙用充填材であって、前記トンネル空隙用充填材がアクリル酸の一価または二価の金属塩水溶液と、アルミニウム水溶性塩の水溶液と、重亜硫酸塩水溶液とを混合してなることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のトンネル空隙用充填材であって、前記金属塩水溶液が１に対して、前記アルミニウム水溶性塩の水溶液が０．９以上１．５以下、前記重亜硫酸塩水溶液が０．９以上１．５以下の割合で混合されていることを特徴としている。
【００１０】
かかるトンネル空隙用充填材を、トンネル掘削機と地山の間に形成された空隙（余掘り部）に充填すれば、トンネル空隙用充填材が、空隙において所定の強度を有して硬化するため、未固結地山におけるトンネルの掘削においても、地山の崩壊を抑止することが可能となる。また、前記の配合により構成されたトンネル空隙用充填材は、鉄との付着力が弱いため、トンネル掘削機の外周面に付着することがなく、トンネル掘削機の推力の妨げとなることがない。また、何らかの原因によりトンネル掘削を中断する場合に、切羽面とトンネル掘削機との間の空隙にトンネル空隙用充填材を充填すれば、切羽の崩壊を抑止するとともに、掘削を再開した際に、トンネル空隙用充填材を含んだ土砂が、チャンバ内において付着することがなく、施工の妨げとなることがない。
【００１１】
ここで、本発明に係るアクリル酸の一価または二価の金属塩水溶液としては、アクリル酸のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、ナトリウム塩又はマグネシウム塩等が挙げられる。また、アルミニウム水溶性塩の水溶液としては、アクリル酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、ミョウバン、ナトリウムミョウバン、酢酸アルミニウム、乳酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、ポリ硫酸塩化アルミニウム等が挙げられる。さらに、重亜硫酸塩水溶液としては、アルカリ金属塩、重亜硫酸ナトリウム塩又は重亜硫酸カリウム塩等が挙げられる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、トンネル掘削機により地山を掘削する掘削工程と、前記掘削工程に伴い前記トンネル掘削機と前記地山の間に形成される空隙にアクリル系材料からなるトンネル空隙用充填材を充填する充填工程と、を含むことを特徴とするトンネル掘削方法である。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のトンネル掘削方法であって、前記充填工程が、アクリル酸の一価または二価の金属塩水溶液と、アルミニウム水溶性塩の水溶液と、重亜硫酸塩水溶液と、を混合して前記トンネル空隙用充填材を構成する工程を含むことを特徴としている。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のトンネル掘削方法であって、前記金属塩水溶液が１に対して、前記アルミニウム水溶性塩の水溶液が０．９以上１．５以下、前記重亜硫酸塩水溶液が０．９以上１．５以下の割合で混合することにより前記トンネル空隙用充填材を構成することを特徴としている。
【００１５】
かかるトンネル掘削方法は、シールド機やトンネルボーリングマシン等のトンネル掘削機と地山の間に形成された空隙に、トンネル掘削機のシールド部に開けた孔、開口部、背面等から、本発明に係るトンネル空隙用充填材を充填することにより、トンネル掘削機の掘進が妨げられることなく、地山の崩壊を抑止しながらトンネルの掘進が可能となるため、安定したトンネル施工が可能となる。つまり、前記の配合で構成されたアクリル系材料からなるトンネル空隙用充填材は、鉄との付着力が弱く、所定の強度を発現するため、トンネル掘進機に付着することなく硬化して、地山の崩壊を抑止することを可能としている。
【００１６】
また、トンネル空隙用充填材を、そのまま裏込め材として使用することで、セグメント組立て後にセグメントの背面に充填する裏込め材の量を削減することが可能となり、経済的にも優れている。
また、トンネル空隙用充填材は、鉄との付着力が弱いため、施工を中断する場合には、切羽面とトンネル掘削機のカッターヘッドとの間の空隙に充填することにより、所定の強度に硬化したトンネル空隙用充填材が切羽の崩壊を抑止して、掘進再開後はトンネル空隙用充填材がトンネル掘削機の内部において付着することなく土砂と共に搬出されるため、施工に支障をきたすことがなく、好適である。
【００１７】
さらに、請求項６に記載の発明は、請求項４又は請求項５に記載のトンネルの掘削方法であって、前記充填工程が、前記アクリル酸の一価または二価の金属塩水溶液と、前記アルミニウム水溶塩の水溶液と、前記重亜硫酸塩水溶液とを、３本の管路によりそれぞれ個別に送液する工程と、送液された前記アクリル酸の一価または二価の金属塩水溶液と、前記アルミニウム水溶塩の水溶液と、前記重亜硫酸塩水溶液とを、混合して空隙に充填する工程とを含むことを特徴としている。
【００１８】
かかるトンネル掘削方法は、混合後早期に硬化するトンネル空隙用充填材を、空隙への充填直前に混合することにより、トンネル延長が長いトンネル施工においても、トンネル空隙用充填材の配管途中に硬化が進行することにより、管路がふさがれて、施工に支障をきたすことがない。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のトンネル空隙用充填材とこれを利用したトンネル掘削方法により、自立が困難な地山におけるトンネル掘削において、トンネルの施工に支障をきたすことなく、地山の崩壊を抑止することが可能なため、安定したトンネル施工が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
【００２１】
＜第１の実施の形態＞
以下、第１の実施の形態（以下、単に「第１実施形態」という場合がある）について説明する。
図１は、第１実施形態に係るトンネル空隙用充填材のトンネル掘削機であるシールド機と地山との空隙への充填状況を示す断面図である。また、図２は、第１実施形態の滑材兼裏込め材の注入装置を示す概略図である。
【００２２】
第１実施形態では、図１に示すように、シールド機３０により地山Ｇを掘進しながらシールド機３０の内部において組立てられたセグメント１０を地山Ｇに配設してトンネルＴを構築するシールド工法において、トンネル掘進に伴いシールド機３０の周囲と地山Ｇの掘削面Ｋ２との間に形成される空隙Ｋ３に、アクリル系材料からなるトンネル空隙用充填材１２の充填を行う。なお、第１実施形態では、トンネル掘削機としてシールド機３０を使用するものとしたが、例えばＴＢＭ（トンネルボーリングマシン）を使用してもよく、本発明に適用するトンネル掘削機はシールド機に限定されるものではない。また、第１実施形態では、セグメント１０を使用するものとしたが、例えばライナーを使用してもよく、トンネルの支保構造は現場の状況に応じて適宜選定するものとする。
【００２３】
なお、空隙Ｋ３に充填されるトンネル空隙用充填材１２は、アクリル酸の一価または二価の金属塩水溶液と、アルミニウム水溶性塩の水溶液と、重亜硫酸塩水溶液との混合体である。
ここで、アクリル酸の一価または二価の金属塩水溶液とアルミニウム水溶性塩の水溶液と重亜硫酸塩水溶液の配合は、体積比で１：０．９〜１．５：０．９〜１．５の割合で混合されている。
【００２４】
ここで、アクリル酸の一価または二価の金属塩水溶液としては、アクリル酸のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、ナトリウム塩又はマグネシウム塩等を使用する。また、アルミニウム水溶性塩の水溶液としては、アクリル酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、ミョウバン、ナトリウムミョウバン、酢酸アルミニウム、乳酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、ポリ硫酸塩化アルミニウム等を使用する。さらに、重亜硫酸塩水溶液としては、アルカリ金属塩、重亜硫酸ナトリウム塩又は重亜硫酸カリウム塩等を使用する。
なお、上記アルミニウム水溶性塩の水溶液中のアルミニウム水溶塩（固形分）の濃度は、１０〜７０重量％の範囲内とし、より好ましくは３０〜５０重量％の範囲内とする。また、上記重亜硫酸塩水溶液中の重亜硫酸塩（固形分）の濃度は、０．５〜１０重量％の範囲内とし、より好ましくは１〜５％の範囲内とする。
【００２５】
シールド機３０は、図１に示すように、主に地山Ｇの掘削を行うカッターヘッド３１とカッターヘッド３１の後方に位置されていてシールド機３０の内部の各種設備を防護するシールド部３２とから構成されている。第１実施形態に係るシールド機３０は、円形断面に形成されており、シールド部３２の外径は、カッターヘッド３１の外径よりも若干小さく形成されている。なお、シールド機３０の形状は、円形断面に限定されるものではなく、例えば、断面が矩形状や楕円形状等、また、円形断面を複数連設した二連型断面や三連型断面等のものを使用してもよい。
【００２６】
シールド部３２の内部において、カッターヘッド３１の背面には、カッターヘッド３１により掘削された土砂が一時堆積されるチャンバ３３が形成されており、チャンバ３３内の土砂は、図示しない土砂搬送手段により、トンネルＴの外部へ搬送される。また、シールド部３２の内部には、シールドジャッキ３５が配設されており、シールド部３２の内部で組立てられて地山Ｇ内に配設されたセグメント１０を土台としたシールドジャッキ３５の推力により、シールド機３０が前進する。
また、シールド部３２の上部には、トンネル空隙用充填材１２を空隙Ｋ３に充填するための注入孔３４が貫通されている。なお、注入孔３４の形状、数、配置等は限定されるものではなく、空隙Ｋ３への充填を確実に行うことが可能に適宜形成されている。
【００２７】
第１実施形態に係るセグメント１０は、所定数に分割された各部材が、シールド機３０の内部で組立てられることにより、シールド部３２の外径よりも若干小さい外径を有した円形断面に形成されている。なお、セグメント１０の構成、材料、形状等は、上記のものに限定されるものではなく、現場の状況やトンネルＴの完成断面などを考慮して、適宜設定するものとする。なお、図１における符号３５は、シールド機３０の内部への土砂等の流入を防止するためのテールシールである。
【００２８】
注入孔３４には、ミキシング部２２を介してトンネル空隙用充填材１２を送液する注入管（管路）２１が取り付けられている。
注入管２１は、図２に示すように、アクリル酸の一価または二価の金属塩水溶液を送液する第一注入管２１ａと、アルミニウム水溶性塩の水溶液を送液する第二注入管２１ｂと、重亜硫酸塩水溶液を送液する第三注入管２１ｃの３本から構成されている。そして、各注入管２１は、注入機２３を介して、それぞれアクリル酸の一価または二価の金属塩水溶液が貯留された第一タンク２４ａと、アルミニウム水溶性塩の水溶液が貯留された第二タンク２４ｂと、重亜硫酸塩水溶液が貯留された第三タンク２４ｃに接続されている。
【００２９】
トンネルＴの構築は、図１に示すように、シールド機３０の内部において所定の形状に形成されたセグメント１０を随時地山Ｇに連設しながら、シールド機３０のカッターヘッド３１により地山Ｇを掘削しつつシールドジャッキ３５の推力により掘進することで行われる（掘削工程）。
この際、シールド機３０のカッターヘッド３１により形成される掘削面Ｋ２は、シールド部３２の外形よりも大きく形成されているため、カッターヘッド３１の後方には掘削面Ｋ２とシールド部３２の間に空隙Ｋ３が形成される。
【００３０】
このため、地山Ｇの崩壊の抑止を目的として、シールド部３２に形成された注入孔３４から、トンネル空隙用充填材１２の空隙Ｋ３への充填を随時行う（充填工程）。さらに、セグメント１０は、シールド機３０の内部で形成されて、シールド部３２の外径よりも若干小さい外径を有しているため、トンネル空隙用充填材１２とセグメント１０との間には隙間が形成される。このため、シールド機３０の掘進と共に、随時セグメント１０の背面に裏込め材１１による裏込め注入を行う。ここで、第１実施形態では、裏込め材１１として、セグメント１０と一体に固化するセメント系充填材を使用するものとする。なお、裏込め材１１の材質には、例えば、トンネル空隙用充填材１２を使用してもよく、所定の強度を発現することにより地山Ｇの崩落を抑止するとともに止水性に優れていればセメント系充填材に限定されるものではない。
【００３１】
そして、シールド機３０が、図示しない到達位置に到達したら、シールド機３０を到達位置から搬出することにより、裏込め材１１及びトンネル空隙用充填材１２によりトンネル覆工（セグメント１０）の背面が裏込めされたトンネルＴの構築が完了する。
【００３２】
なお、トンネル空隙用充填材１２は、地上あるいは坑内の適当な場所からシールド機３０の内部にまで延設された３本の注入管２１により、アクリル酸の一価または二価の金属塩水溶液と、アルミニウム水溶性塩の水溶液と、重亜硫酸塩水溶液とがそれぞれ個別に送液されて、空隙Ｋ３への充填直前にミキシング部２２により混合されている（図２参照）。以下、「アクリル酸の一価または二価の金属塩水溶液とアルミニウム水溶性塩の水溶液と重亜硫酸塩水溶液」を区別しないときは単に「水溶液」と称する場合がある。
【００３３】
トンネル空隙用充填材１２は、図２に示すように、トンネル空隙用充填材１２を構成する各水溶液が、それぞれ地上あるいは坑内の適当な場所に配設された注入プラントに装備される第一タンク２４ａと、第二タンク２４ｂと、第三タンク２４ｃに個別に保管されている。そして、３種類の各水溶液は、注入機２３により、所定の流量に調整されたうえで、それぞれ第一注入管２１ａ、第二注入管２１ｂ、第三注入管２１ｃを介して、シールド機３０の内部まで送液される。
【００３４】
図１に示すように、シールド機３０の内部まで送液された各水溶液は、注入孔３４に固定されたミキシング部２２により混合されてから注入孔３４から空隙Ｋ３へ排出される。注入孔３４はシールド機３０の上面に配置されており、トンネル空隙用充填材１２は空隙Ｋ３に上向きに注入されるため、シールド機３０の下部にその周面を通って流下して、シールド機３０の周囲全体に充填される。シールド機３０には、注入孔３４とは別に、上方に図示しない確認孔が形成されており、この確認孔を利用して、トンネル空隙用充填材１２の充填状況を確認する。なお、トンネル空隙用充填材１２の充填状況の確認は、前記の方法に限定されるものではなく、ハンマーなどによりシールド機３０の内面を叩く打音調査により行うなど、適宜適切な方法を選定して行えばよい。また、注入孔３４は、シールド機（トンネル掘削機）３０の大きさに応じて適宜増加するものとする。
【００３５】
また、何らかの原因により、掘進作業を中断する場合には、切羽面Ｋ１とカッターヘッド３１との間の空隙Ｋ４にもトンネル空隙用充填材１２を充填することで、切羽面Ｋ１の崩壊を抑止する。
【００３６】
以上、第１実施形態に係るトンネル空隙用充填材及びこれを利用したトンネルの掘削方法によれば、次に示すような効果を得ることが可能となる。
【００３７】
つまり、第１実施形態では、トンネル空隙用充填材１２として、アクリル酸の一価または二価の金属塩水溶液と、アルミニウム水溶性塩の水溶液と、重亜硫酸塩水溶液とからなるアクリル系混合体を使用しているため、鉄との付着力が弱い性質を有しており、掘削面Ｋ２とシールド機３０との空隙Ｋ３に充填されて固化しても、シールド機３０に付着するなどしてトンネルの掘進を妨げることがない。そのため、地山Ｇの崩落が抑止された安全で施工性に優れたトンネル工事が可能となる。また、何らかの原因により掘進作業が中断される場合でも、トンネル空隙用充填材１２を切羽面Ｋ１とカッターヘッド３１との空隙Ｋ４に充填することで、切羽面Ｋ１の崩壊を抑止することが可能となる。また、工事再開後も、トンネル空隙用充填材１２は所定の強度の硬化されているため掘削が可能なうえ、トンネル空隙用充填材１２を含んだ土砂が、チャンバ３３内において、付着することがないため、施工をスムーズに行うことが可能となる。なお、掘進作業が中断する場合において、空隙Ｋ４へのトンネル空隙用充填材１２の充填とともに、チャンバ３３内にトンネル空隙用充填材１２を充填する場合もある。
【００３８】
また、トンネル空隙用充填材１２は、各水溶液の混合後、早期に所定の強度に硬化するため、地山Ｇの崩落を抑止する機能も有しており、そのまま裏込め材として使用することができる。そのため、セグメント１０の背面に充填する裏込め材１１は、トンネル空隙用１２とセグメント１０との隙間のみに充填すればよく、従来の掘削面Ｋ２とセグメント１０との隙間に裏込め注入を行う方法に比べて、大幅にその量を縮減することが可能となった。
【００３９】
また、トンネル空隙用充填材１２は早期に硬化するように調節することができるため、砂層や礫混じり土層など、比較的間隙が大きい地盤における施工でも、地中に浸透する充填材（トンネル空隙用充填材１２）の量が少なく、充填材の量を必要最小限に抑えつつ、確実に空隙Ｋ３を充填することが可能となり、経済的である。また、必要とされるトンネル空隙用充填材１２及び裏込め材１１の量を最小限に抑えることが可能となるため、その保管に必要なストックヤードの面積を縮小することができ、都市部など、用地的に制限がある施工箇所においても好適に適用可能である。
【００４０】
また、各水溶液の品質管理は、それぞれ個別のタンク２４ａ，２４ｂ，２４ｃに保管するのみなため、容易である。また、空隙Ｋ３への注入後の品質はバラツキが少ないため、信頼性が高い。
また、本発明のトンネル空隙用充填材１２は、低粘度なため、空隙Ｋ３への注入後、空隙Ｋ３全体に流下して確実に充填されるため、高品質なトンネル施工が可能となる。
【００４１】
また、本発明のトンネル空隙用充填材１２は、各水溶液の配合により、硬化時間及び硬化後の強度を調節できるため、適用可能な地質が限定されない。
【００４２】
＜第２の実施の形態＞
以下、第２の実施の形態（以下、単に「第２実施形態」という場合がある）について説明する。
図３は、第２実施形態に係るトンネル空隙用充填材のトンネル掘削機であるトンネルボーリングマシン（以下「ＴＢＭ」という場合がある）と地山との空隙への充填状況を示す断面図である。
【００４３】
第２実施形態では、図３に示すように、ＴＢＭ４０により地山（岩盤）Ｇを掘進しながらＴＢＭ４０の後方において組立てられた鋼製支保工１３と地山Ｇに吹き付けられた吹付コンクリート１４によりトンネルＴを構築するＴＢＭ工法において、トンネル掘進に伴いＴＢＭ４０の周囲と地山Ｇの掘削面Ｋ２との間に形成される空隙Ｋ３に、アクリル系材料からなるトンネル空隙用充填材１２の充填を行う。なお、第２実施形態では、トンネル掘削機としてオープン型のＴＢＭ４０を使用するものとしたが、例えば岩盤シールドやフルシールド型のＴＢＭ等を適用してもよく、メイングリッパーとシールド部とを装備するトンネル掘削機であれば限定されるものではない。また、第２実施形態では、鋼製支保工１３と吹付コンクリート１４により、地山を支保する構成としたが、例えばライナーやセグメント等を使用してもよく、地山の支保構造は限定されるものではない。ここで、支保工としてライナーやセグメントを使用する場合は、ライナー又はセグメントの背面に裏込め材を充填するものとする。
【００４４】
第２実施形態に係るトンネル空隙用充填材１２の各水溶液は、第１実施形態で使用したものと同様のものを使用するものとし、詳細な説明は省略する。
【００４５】
ＴＢＭ４０は、図３に示すように、主に地山Ｇの掘削を行う複数のローラカッタ４１ａが配設されたカッターヘッド４１と、カッターヘッド４１の後方に位置されていてＴＢＭ４０の内部の各種設備を防護するシールド部４２と、メインビーム４７により支持されてシールド部４２の後方において側方に張り出して岩盤（地山Ｇ）から掘削反力をとるメイングリッパー４６とから構成されている。第２実施形態に係るＴＢＭ４０は、円形断面に形成されており、シールド部４２の外径は、カッターヘッド４１により形成される掘削面Ｋ２の内径よりも若干小さく形成されている。なお、ＴＢＭ４０の形状は、円形断面に限定されるものではなく、例えば、断面が矩形状や楕円形状等、また、円形断面を複数連設した二連型断面や三連型断面等のものを使用してもよい。
【００４６】
シールド部４２の内部におけるカッターヘッド４１の背面には、カッターヘッド４１により掘削された土砂が一時堆積されるチャンバ４３が形成されており、チャンバ４３内の土砂は、図示しない土砂搬送手段により、トンネルＴの外部へ搬送される。また、ＴＢＭ４０は、メイングリッパー４６により周囲の岩盤（掘削面Ｋ２）に掘削反力をとって、切羽面Ｋ１の掘削を行う。
また、シールド部４２に上部には、トンネル空隙用充填材１２を空隙Ｋ３に充填するための注入孔４４が貫通されている。なお、注入孔４４の形状、数、配置等は限定されるものではなく、空隙Ｋ３への充填を確実に行うことが可能に適宜形成されている。なお、図３における符号４５は、ＴＢＭ４０の掘進の方向修正等を行う補助グリッパーである。
【００４７】
鋼製支保工１３は、予めトンネル断面形状に合せて形成された型鋼を地山の掘削面Ｋ２沿って配置することにより構成されている。そして、吹付コンクリート１４は、鋼製支保工１３が配置された掘削面Ｋ２に所定の厚みで吹き付けられている。
ここで、トンネル空隙用充填材１２の注入装置２０は、第１実施形態で示したものと同様なため、詳細な説明は省略する。なお、第２実施形態では、注入装置２０を、図示しない起点側坑口近傍の作業ヤード内における所定の位置または坑内設置可能な注入プラントとして坑内に配置するものとする。
【００４８】
第２実施形態に係るトンネルＴの構築は、図３に示すように、ＴＢＭ４０の後方において鋼製支保工１３の組立てと吹付コンクリート１４の地山Ｇへの吹き付けを随時行いながら、メイングリッパー４６により掘削反力をとりつつカッターヘッド４１により地山Ｇを掘削することにより行われる（掘削工程）。
この際、ＴＢＭ４０のカッターヘッド４１により形成される掘削面Ｋ２は、シールド部４２の外形よりも大きく形成されているため、カッターヘッド４１の後方には空隙Ｋ３が形成される。
【００４９】
このため、地山Ｇの崩壊の抑止を目的として、シールド部４２に形成された注入孔４４から、トンネル空隙用充填材１２の空隙Ｋ３への充填を随時行う（充填工程）。
そして、ＴＢＭ４０の後方では、随時、分割されて坑内に搬入された鋼製支保工１３を掘削面Ｋ２の横断面に沿って配置されるように組立てた後、吹付コンクリート１４が吹き付けられる。
【００５０】
ＴＢＭ４０による掘進が完了することにより、鋼製支保工１３と吹付けコンクリート１４とトンネル空隙用充填材１２からなるトンネル支保工あるいは覆工を有したトンネルＴの構築が完了する。
【００５１】
なお、トンネル空隙用充填材１２の空隙Ｋ３への充填方法は、第１実施形態で示した方法と同様なため、詳細な説明は省略する。
【００５２】
また、何らかの原因により、掘進作業を中断する場合には、切羽面Ｋ１とカッターヘッド４１との間の空隙Ｋ４にもトンネル空隙用充填材１２を充填することで、切羽面Ｋ１の崩壊を抑止する。
【００５３】
以上、第２実施形態に係るトンネル空隙用充填材及びこれを利用したトンネルの掘削方法によれば、亀裂の多い岩盤など、崩壊性の岩盤におけるトンネル工事においても、地山Ｇの崩落を抑えつつ、安全にＴＢＭ工法によるトンネル施工を行うことが可能となる。
【００５４】
つまり、第２実施形態では、トンネル空隙用充填材１２として、アクリル酸の一価または二価の金属塩水溶液と、アルミニウム水溶性塩の水溶液と、重亜硫酸塩水溶液とからなるアクリル系混合体を使用しているため、鉄との付着力が弱い性質を有しており、掘削面Ｋ２とＴＢＭ４０との空隙Ｋ３に充填されて固化しても、ＴＢＭ４０に付着してトンネルＴの掘進を妨げることがない。そのため、地山Ｇの崩落を抑止して安全で施工性に優れたトンネル工事が可能となる。また、何らかの原因により掘進作業を中断する場合でも、トンネル空隙用充填材１２を切羽面Ｋ１とカッターヘッド４１との間の空隙Ｋ４に充填することで、切羽面Ｋ１の崩壊を抑止することが可能となる。また、工事再開後も、トンネル空隙用充填材１２を含んだ土砂が、チャンバ４３内において、付着することがないため、施工をスムーズに行うことが可能となる。なお、掘進作業が中断する場合において、空隙Ｋ４へのトンネル空隙用充填材１２の充填とともに、チャンバ４３内にトンネル空隙用充填材１２を充填する場合もある。
【００５５】
なお、この他の第２実施形態に係るトンネル空隙用充填材及びこれを利用したトンネルの掘削方法による作用効果は、第１実施形態で示したものと同様なため、詳細な説明は省略する。
【００５６】
以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、前記第１実施形態では、シールド機と掘削面との間に形成された空隙に充填されるトンネル空隙用充填材と、セグメントの背面に充填される裏込め材とに、それぞれ個別の材料を使用するものとしたが、これに限定されるものではなく、セグメントの裏込め材として、本発明のトンネル空隙用充填材を使用してもよい。
【００５７】
また、前記各実施形態では、掘削機に形成された注入孔にミキシング部を固定して、空隙への注入直前に水溶液を混合する構成としたが、各水溶液の混合するタイミングは限定されるものではなく、例えば、トンネルの延長が短く、裏込め材が注入管内において送液途中で硬化することがなければ、予め混合されたものを送液して空隙に充填する構成としてもよい。
また、３種類の水溶液を一度に混合するのではなく、２種類の水溶液を混合した後、もう１種類の水溶液を添加して混合する構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１の実施の形態に係るトンネル空隙用充填材のシールド機と地山との空隙への充填状況を示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係るトンネル空隙用充填材の注入装置を示す概略図である。
【図３】第２の実施の形態に係るトンネル空隙用充填材のトンネルボーリングマシンと地山との空隙への充填状況を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０    セグメント
１１    裏込め材
１２    トンネル空隙用充填材
１３    鋼製支保工
１４    吹付コンクリート
２０    注入装置
２１    注入管
２２    ミキシング部
３０    シールド機
４０    ＴＢＭ（トンネルボーリングマシン）
Ｇ      地山
Ｋ１    切羽面
Ｋ２    掘削面
Ｋ３，Ｋ４  空隙
【図１】
2006118214.tif 000003
【図２】
2006118214.tif 000004
【図３】
2006118214.tif 000005