(57)【要約】【課題】発破工法を使用せず、ほとんど騒音、振動などのない割岩工法によるトンネル掘削方法を提供する。【解決手段】本発明に係るトンネル掘削方法は、切羽面の中心部分に中心孔及びこれに近接して周囲を取囲む補助孔からなる密集孔群と、前記中心孔と中心を共通にする異なる半径の複数の割岩円を設け、それらの割岩円のほぼ周上にあって前記密集孔群の周囲に点在する割岩孔群とを穿孔し、前記割岩孔群のうち一の円周上に点在する複数の割岩孔を一組として、その一組ごとに同時に割岩してなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切羽面の中心部分に中心孔及びこれに近接して周囲を取囲む補助孔からなる密集孔群と、前記中心孔と中心を共通にする異なる半径の複数の割岩円を設け、それらの割岩円のほぼ周上にあって前記密集孔群の周囲に点在する割岩孔群とを穿孔し、
前記割岩孔群のうち一の円周上に点在する複数の割岩孔を一組として、その一組ごとに同時に割岩してなるトンネル掘削方法。
【請求項２】
割岩は、拡張力が中心孔の方向を向くように負荷して行われることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削方法。
【請求項３】
最も内側の割岩円上の割岩孔は、密集孔群の周囲に等間隔に設けてこれを一組とし、密集孔群とともに割岩されることを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネル掘削方法。
【請求項４】
割岩孔は、次第に中心孔に近づくように傾斜して穿孔されている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】
密集孔群の穴長さは、掘進距離の4〜10倍であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のトンネル掘削方法。
【請求項６】
請求項１〜５に記載のトンネル掘削方法の割岩作業において使用され、個々に持ち運び可能な複数の油圧くさびに油圧を供することができる油圧くさびシステムであって、油圧ユニット、コントローラ、油路分岐ブロック及び複数の油圧くさびを有してなる油圧くさびシステム。
【請求項７】
掘削面の中心部分に中心孔及びこれに近接して周囲を取囲む補助孔からなる密集孔群と、前記中心孔と中心を共通にする異なる半径の複数の割岩円を設け、それらの割岩円のほぼ周上にあって前記密集孔群の周囲に点在する割岩孔群とを穿孔し、
前記割岩孔群のうち一の円周上に点在する複数の割岩孔を一組として、その一組ごとに同時に割岩してなる立坑又は深礎杭用穴の掘削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無発破でトンネルを掘削するトンネル掘削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル、坑道等の地中構造物を構築する切羽が岩盤である場合が多々あり、その岩盤を破砕し、トンネル等を掘削する種々の掘削方法が提案されている。かかる掘削方法においては、発破による方法が提案されており、発破に起因する騒音、振動あるいは周囲への損傷を如何に抑制するかが重要な問題になっている。
【０００３】
例えば、特許文献１に、まず前記地中構造物を構築するための予定掘削断面の中心部に、構築すべき前記地中構造物の延在する方向に沿って一定長の芯抜孔を穿孔手段によって穿孔する穿孔工程を行った後、該芯抜孔の周囲に該芯抜孔と略同心状となる位置に形成した複数の発破孔に爆薬を装填し、これを発破させて前記芯抜孔を拡げる発破工程を、前記断面の内周側から外周側に向けて繰り返すことによって、前記芯抜孔を予定掘削断面まで順次拡げていった後、ここに地中構造物を構築する地中構造物の掘削工法が提案されている。この掘削工法は、最初に自由面となる芯抜孔をボーリングマシン等の穿孔機械によって穿孔し、この芯抜孔を自由面としてその周囲を順次発破していく工法なので、従来の芯抜孔を発破によって形成する方法に比較して振動を大幅に低減することができるとされる。
【０００４】
特許文献２に、発破対象領域を複数の分割エリアに分割する分割工程と、前記分割エリア毎に雷管を起爆して段発発破を行う発破工程と、を含み、前記発破工程では、第１分割エリアにおける第１段発発破を行い、前記第１段発発破に続いて前記第１段発発破とは起爆時間が重複しないように第２分割エリアにおける第２段発発破を行い、前記第１段発発破における最後の起爆タイミングと前記第２段発発破における最初の起爆タイミングとの間隔を前記第１段発発破の起爆時間の長さよりも長く設定する発破工法が提案されている。この発破工法は、効果的に騒音を低減することができるとされる。
【０００５】
特許文献３に、切羽に対して複数の発破孔を削孔して前記発破孔内に爆薬を装填する準備工程と、前記爆薬を起爆させて掘進する掘削工程と、を備えるトンネル掘削工法であって、前記掘削工程の前に、トンネルの計画断面の外周に沿って切り溝を切削する切溝工程を備えているトンネル掘削工法が提案されている。このトンネル掘削工法は、発破によるトンネルの素掘り面への衝撃や振動を抑制することができるとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平8-35389号公報
【特許文献２】特開2017-32162号公報
【特許文献２】特開2015-25239号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、トンネル等の地中構造物の構築は、必ずしも人里離れていない区域に求められることが増えており、騒音や振動を抑制することができる工法が求められている。このため、特許文献１〜３に記載するような発破による方法は好ましくない。特許文献２に示す段発発破による発破工法は、効果的に騒音を低減することができるとされるが、必ずしも人里離れていない区域での作業方法としては好ましくない。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題点及び近年の社会的要請に鑑み、岩盤からなる切羽に設けることができるトンネル掘削方法であって、発破工法を使用せずほとんど振動や騒音がなく、必ずしも人里離れていない区域でも作業することができるトンネル掘削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】
【０００９】
本発明に係るトンネル掘削方法は、切羽面の中心部分に中心孔及びこれに近接して周囲を取囲む補助孔からなる密集孔群と、前記中心孔と中心を共通にする異なる半径の複数の割岩円を設け、それらの割岩円のほぼ周上にあって前記密集孔群の周囲に点在する割岩孔群とを穿孔し、前記割岩孔群のうち一の円周上に点在する複数の割岩孔を一組として、その一組ごとに同時に割岩してなる。
【００１０】
上記発明において、割岩は、拡張力が中心孔の方向を向くように負荷して行われるのがよい。
【００１１】
また、最も内側の割岩円上の割岩孔は、密集孔群の周囲に等間隔に設けてこれを一組とし、密集孔群とともに割岩されるようにするのがよい。この場合に、割岩孔は、次第に中心孔に近づくように傾斜して穿孔されているのがよい。
【００１２】
また、密集孔群の穴長さは、掘進距離の4〜10倍とすることができる。
【００１３】
上記トンネル掘削方法の割岩作業においては、個々に持ち運び可能な複数の油圧くさびに油圧を供することができる油圧くさびシステムであって、油圧ユニット、コントローラ、油路分岐ブロック及び複数の油圧くさびを有してなる油圧くさびシステムを好適に使用することができる。
【００１４】
本発明に係る立坑又は深礎杭用穴の掘削方法は、掘削面の中心部分に中心孔及びこれに近接して周囲を取囲む補助孔からなる密集孔群と、前記中心孔と中心を共通にする異なる半径の複数の割岩円を設け、それらの割岩円のほぼ周上にあって前記密集孔群の周囲に点在する割岩孔群とを穿孔し、前記割岩孔群のうち一の円周上に点在する複数の割岩孔を一組として、その一組ごとに同時に割岩してなる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、従来の発破工法と比較すると掘進速度は劣るがほとんど振動や騒音がない状態で、岩盤からなる切羽にトンネルを掘削することができる。また、本発明によれば、必ずしも人里離れていない区域に安全にトンネルを掘削することができる。また、本発明は、トンネルの掘削と同様に、岩盤からなる掘削部が地下深部へほぼ鉛直に入っていく立坑又は深礎杭用穴の掘削に好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による切羽面におけるトンネル掘削パターンを示す図面である。
【図２】図１のCL断面の模式図で、本発明に係る割岩方法を説明する説明図である。
【図３】油圧くさびシステムの油圧回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態について図面を基に説明する。本発明は、例えば、図１に示すトンネル掘削パターンにより切羽面の岩盤を穿孔及び割岩して掘進し、トンネルの形成を行うトンネル掘削方法に係る発明である。すなわち、切羽面の中心部分に中心孔11、これに近接して周囲を取囲む補助孔13からなる密集孔群10を穿孔する。そして、中心孔11とその中心を共通にする異なる半径の複数の割岩円を設け、それらの割岩円のほぼ周上にあって密集孔群10の周囲に点在する割岩孔群100を穿孔する。本例の割岩孔群100は、密集孔群10に最も近い割岩円の周上に設けられる第１組割岩孔20（201〜208）、さらに外側の割岩円の周上に設けられる第２組割岩孔30（301〜313）・・から形成されている。本発明に係る方法は、かかる密集孔群10及び割岩孔群100を穿孔し、この割岩孔群100のうち一の割岩円の円周上に点在する複数の割岩孔を一組として、その一組ごとに同時に割岩を行う方法である。なお、図１に示す例は、直径が約10mの大きさのトンネルを想定している。トンネルの大きさに応じて、必要な組数の割岩孔（第３組割岩孔・・第Ｎ組割岩孔）が設けられる。
【００１８】
密集孔群10は、中心孔11とこれを取り囲む複数の補助孔13を穿孔して形成する。中心孔11と補助孔13は同等の外形及び長さを有する。孔径は100φ〜140φ（mm）、孔長さは10ｍ前後とし、例えば、ボーリングマシンにより穿孔する。孔径は、方向がぶれずに高作業効率が確保できるサイズにする。孔長さは出来るだけ長い方が好ましいが、掘進速度を考慮して、作業効率がよい長さにする。例えば、月曜日から金曜日まで割岩作業を行い、土曜日及び日曜日に密集孔群10の穿孔を行うサイクルの場合は、効率的にトンネルの掘削を行うことができる。このとき、掘進速度は2m/１日とされ、孔長さは10ｍとされる。
【００１９】
密集孔群10の外接円は、450φ〜550φ（mm）とし、かかる外接円の内部に中心孔11及び補助孔13が所定の間隔を持って配設されるように、補助孔13の数が決められる。本例の場合は、６本の補助孔13が設けられている。
【００２０】
割岩孔群100は、例えば、孔径40φ〜50φ（mm）、孔長さ1.5m〜2.5mの同等形状の割岩孔から形成する。割岩孔の穿孔は、例えば、ジャンボドリルにより行う。第１組割岩孔20は、図２に示すように、割岩孔が密集孔群10の周囲に等間隔に設けられ、かつ、次第に中心孔11に近づくように傾斜するように穿孔するのがよい。傾斜角度は、例えば、中心孔11の中心線に対して5度〜15度とする。
【００２１】
本発明において、岩盤の掘削は割岩により行う。この割岩による掘削は、発破工法に比較すればほとんど振動や騒音のない状態で行うことができる。割岩は、上述のように、同一の割岩円の周上に設けた複数の割岩孔を一組として、その一組ごとに同時に割岩する。例えば、隣接する４つの割岩孔を一組として割岩し、また、隣接する８つの割岩孔を一組として割岩する。割岩は、図２に示すように、油圧くさびのウエッジ部分を各割岩孔に挿入し、拡張力が中心孔の方向を向くように負荷して行う。これにより、協働した拡張力が作用し、割岩円に沿って亀裂が生じやすくなる。本発明においては、協働した拡張力を作用させるので、従来の一の割岩孔毎に割岩を行う工法に比較して、割岩孔の孔径を小さくすることができ、また、割岩孔群100を形成する割岩孔の総数を少なくすることができる。例えば、図１に示す例において、従来の割岩工法の場合は、割岩孔は、孔径102φ（mm）、総数180本が設けられる。これに対し本発明においては、割岩孔は、孔径46φ（mm）、総数180本以下とすることができる。なお、上記油圧くさびは、割岩孔に挿入されたウエッジ部分が油圧により拡張するようになっている。
【００２２】
先ず、最初の割岩は、第１組割岩孔20（201〜208）を一組として割岩するのが好ましい。これにより、密集孔群10と第１組割岩孔20を一度に割岩することができ、切羽面の中心部分に大きな空洞部分（自由面）を形成することができる。本例の油圧くさびは、その性能上一度に掘進できる距離が0.5m〜1mであるから、穿孔した割岩孔の長さまで割岩するのに２ステップかかる。
【００２３】
次に、第２組割岩孔30の割岩を行う。本例の場合、第２組割岩孔30は割岩孔301〜313の13本の割岩孔からなり、連続する割岩孔の4本又は8本を一組とし、0.5m〜1mの掘進距離を２又は３ステップで割岩する。このため、穿孔した割岩孔の長さまで割岩するのに４又は６ステップかかる。なお、一度に割岩する割岩孔を4本又は8本とするのは、油圧くさびシステムとして、割岩力を協働して作用させるのに適度な規模のものを使用することができるからである。
【００２４】
以降、第３組割岩孔・・・第Ｎ組割岩孔と割岩し、図１に示すトンネル掘削パターン全面の割岩を行う。割岩後は、ズリの搬出、支保工の設置、コンクリートの吹き付け及びロックボルトの打設を、通常の方法で行う。そして、上記作業を繰り返して所要の長さの掘削を行い、トンネル掘削を施工する。
【００２５】
上記の割岩は、複数の油圧くさびをそれぞれ所要の割岩孔にセットし、各油圧くさびが同時に作動するような油圧くさびシステムを使用するのがよい。図３に、このような油圧くさびシステムの例を示す。本油圧くさびシステム60は、油圧ユニット61、コントローラ62、油路分岐ブロック63及び複数の油圧くさび65を有してなる。図３の例は、複数の油圧くさび65は４本の油圧くさび50からなる場合の例であるが、複数の油圧くさび65は上述のように油圧くさび50を４本又は８本を組みにするのがよい。
【００２６】
以上、本発明に係るトンネル掘削方法について説明した。本発明は、上述のトンネルと同様に地中に掘った通路、すなわち切羽が岩盤からなる坑道の掘削方法に好適に適用することができる。坑道は、通路がほぼ水平に入っていく横坑、斜めに入っていく斜坑についても、上記トンネル掘削方法をそのまま適用することができる。また、地下深部へほぼ鉛直に入っていく立坑又は深礎杭用穴についても、上記トンネル掘削方法を適用することができる。なお、立坑又は深礎杭用穴の掘削方法において、掘削面の割岩は上記トンネル掘削方法と同様に行うことができるが、ズリの搬出や支保工の設置等においては、立坑又は深礎杭用穴の掘削に最適な方法が採用される。なお、深礎杭とは建物重量を地中の支持層に伝達する役目を担う杭であり、この深礎杭を施工するために深礎杭用穴が掘削される。
【符号の説明】
【００２７】
10    密集孔群
11    中心孔
13    補助孔
20    第１組割岩孔
201〜208    割岩孔
30    第２組割岩孔
301〜313    割岩孔
50    油圧くさび
60    油圧くさびシステム
61    油圧ユニット
62    コントローラ
63    油路分岐ブロック
65    複数の油圧くさび
100    割岩孔群
【図１】
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【図２】
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【図３】
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