(57)【要約】【課題】湧水性地山に大断面のトンネルを効率的に構築する。【解決手段】それ自体で止水可能な密閉型のトンネル掘進機を掘進させつつセグメント１０３による覆工を行ってパイロット坑１０１を貫通させる。パイロット坑の内側からその外側の湧水性地山に対して止水改良を行い、本設トンネル１００の掘削予定断面よりも外側の湧水性地山を止水性地山１０４に改良する。パイロット坑のセグメントを解体撤去しながら、改良した止水性地山とパイロット坑との間の環状の地山を開放型の全断面トンネル掘進機１０６により掘削しつつ覆工を行って本設トンネル１００を構築する。解体セグメントは前方へ搬送して到達側の坑口から搬出する。本設トンネルを掘削するための全断面トンネル掘進機に、パイロット坑のセグメントを解体するための解体手段を搭載しておく。【選択図】      図３
2004339711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
湧水性地山にトンネルを構築するためのトンネル掘削工法であって、
まず、それ自体で止水可能な密閉型のトンネル掘進機を掘進させつつセグメントによる覆工を行うことにより、施工するべき本設トンネルよりも小断面のパイロット坑を本設トンネルの断面のほぼ中央位置において貫通させ、
次いで、パイロット坑の内側からその外側の湧水性地山に対して止水改良を行うことにより、本設トンネルの掘削予定断面よりも外側の湧水性地山を止水性地山に改良し、
しかる後に、パイロット坑のセグメントを解体撤去しながら、改良した止水性地山とパイロット坑との間の環状の地山を開放型の全断面トンネル掘進機により掘削しつつ覆工を行って本設トンネルを構築することを特徴とするトンネル掘削工法。
【請求項２】
パイロット坑から解体したセグメントをパイロット坑内を前方へ搬送して到達側の坑口から搬出することを特徴とする請求項１記載のトンネル掘削工法。
【請求項３】
本設トンネルを掘削するための全断面トンネル掘進機に、パイロット坑のセグメントを解体するための解体手段を搭載しておき、その解体手段によりセグメントを解体しつつ本設トンネルを掘削することを特徴とする請求項１または２記載のトンネル掘削工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は湧水性地山に対してトンネルを構築するためのトンネル掘削工法、特に大断面トンネルを短期間で構築することを可能とするトンネル掘削工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、湧水性地山に対するトンネルの掘削に際しては、トンネル掘進機としてそれ自体で止水性を確保し得る密閉型の全断面トンネル掘進機、すなわち密閉型のシールド掘進機や密閉型のトンネルボーリングマシン（ＴＢＭ）が採用されることが一般的である。
【０００３】
しかし、特に大断面のトンネルを掘削するに際しては、上記のような密閉型の全断面トンネル掘進機自体により止水性を確保しつつ掘削することは必ずしも効率的な掘削が望めない場合があるので、たとえば特許文献１に示されるように地山に対して予め止水改良することも提案されている。
【０００４】
これは、大断面の本設トンネルを掘削するに先立って、まず小断面のパイロット坑を先行掘削し、そのパイロット坑から周囲地山に対して止水改良を行い、しかる後にパイロット坑を拡径（リーミング）する形態でその周囲を掘削して本設トンネルを掘削するというものである。これによれば、小断面のパイロット坑の掘削に際しては密閉型のトンネル掘進機により効率的な施工が可能であるし、大断面の本設トンネルの掘削に際しては既に地山の止水性が確保されているのでその掘削も効率的に行うことが可能であり、したがって大断面トンネルを単に密閉型の全断面トンネル掘進機で掘削する場合に比較して総合的には効率的な掘削が可能であって工期短縮を図ることができるとされている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２０１８９０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１には上記の工法が概念的に記載されているに過ぎず、特にパイロット坑や本設トンネルをどのようにして掘削するかといった点には具体的な記載がなく、これを真に有効な工法として確立するためにはパイロット坑の掘削や止水改良、本設トンネルの掘削を効率的に実施するための具体的で有効適切な手法の開発が必要がとされていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記事情に鑑み、請求項１の発明は、湧水性地山にトンネルを構築するためのトンネル掘削工法であって、まず、それ自体で止水可能な密閉型のトンネル掘進機を掘進させつつセグメントによる覆工を行うことにより、施工するべき本設トンネルよりも小断面のパイロット坑を本設トンネルの断面のほぼ中央位置において貫通させ、次いで、パイロット坑の内側からその外側の湧水性地山に対して止水改良を行うことにより、本設トンネルの掘削予定断面よりも外側の湧水性地山を止水性地山に改良し、しかる後に、パイロット坑のセグメントを解体撤去しながら、改良した止水性地山とパイロット坑との間の環状の地山を開放型の全断面トンネル掘進機により掘削しつつ覆工を行って本設トンネルを構築することを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明のトンネル掘削工法において、パイロット坑から解体したセグメントをパイロット坑内を前方へ搬送して到達側の坑口から搬出することを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明のトンネル掘削工法において、本設トンネルを掘削するための全断面トンネル掘進機に、パイロット坑のセグメントを解体するための解体手段を搭載しておき、その解体手段によりセグメントを解体しつつ本設トンネルを掘削することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１〜図３を参照して本発明のトンネル掘削工法の最も好適な一実施形態を説明する。
【００１１】
「パイロット坑の掘削工程」
湧水性地山に対して大断面のトンネル１００を構築するに際し、まず、図１に示すようにパイロット坑１０１を先行掘削する。パイロット坑１０１は、最終的に構築するべき本設トンネル１００に比較して充分に小径で良く、たとえば本設トンネル１００の直径が１３ｍ程度の場合にはパイロット坑１０１の直径は５ｍ程度で良い。また、パイロット坑１０１の掘削位置は本設トンネル１００の断面のほぼ中央位置とする。
【００１２】
パイロット坑１０１の掘削は、それ自体で止水可能な密閉型のトンネル掘進機１０２、たとえば密閉型のＴＢＭ、あるいは密閉型のシールド掘進機を掘進させることで行うが、いずれにしてもその掘進と同時に孔壁に対してセグメント１０３による覆工を行ってパイロット坑１０１全体の止水性を確保する。勿論、その施工に際しては、通常のトンネル掘削の場合と同様に、セグメント１０３をはじめとする各資機材を発進側の坑口より切羽に搬送し、ズリは発進側の坑口に向けて後方へ搬出する。
【００１３】
「止水改良工程」
パイロット坑１０１を貫通させた後、図２に示すようにその内側から周囲の地山に対して止水材を注入することにより、本設トンネル１００の掘削予定断面よりも外側の地山（クロスハッチングを施した領域）を止水性地山１０４に改良してその止水性を確保する。その作業は、適宜の止水改良装置１０５を発進側の坑口からパイロット坑１０１内に進入させ、パイロット坑１０１の軸方向に所定長さずつ改良を行っては漸次前進させていけば良い。なお、止水改良に要する資機材の搬送は発進側または到達側の坑口のいずれかもしくはその双方から行えば良いが、当初は発進側の坑口から行い、次に述べるように本設トンネル１００の掘削を開始した後は前方（到達側）の坑口から行うと良い。
【００１４】
「本設トンネルの掘削工程」
発進側の坑口から一定距離だけ止水改良が完了したら、それを追いかけるようにして本設トンネル１００の掘削に着手する。すなわち、図３に示すように、環状のカッタを備えた開放型の全断面トンネル掘進機１０６を発進側の坑口から発進させ、パイロット坑１０１のセグメント１０３を解体撤去しながら、既に止水改良されている止水性地山１０４とパイロット坑１０１との間の環状の地山をその全断面トンネル掘進機１０６により掘削することでパイロット坑１０１を拡径（リーミング）する形態で本設トンネル１００を掘削し、その全断面トンネル掘進機１０６を掘進させつつ後方にセグメント１０７による覆工を行って本設トンネル１００を構築していく。
【００１５】
この際、本設トンネル１００に覆工するセグメント１０７は通常どうり発進側の坑口から切羽に向けて搬送し、ズリは切羽から発進側の坑口に向けて搬送すれば良い。また、パイロット坑１０１におけるセグメント１０３の解体撤去は、パイロット坑１０１内の解体予定位置に適宜の解体装置（図示略。セグメントを組み立てるためのエレクタと同様のもので良い）を配置して行い、解体したセグメント１０３をパイロット坑１０１内に設けた適宜の搬送装置により前方に搬送して到達側の坑口から搬出すれば良い。
【００１６】
上記の工法によれば、小径のパイロット坑１０１の先行掘削は通常の密閉型のトンネル掘進機１０２により自ずと止水性を確保しながら効率的に実施することができる。また、パイロット坑１０１を貫通させた後にその内側から周囲地山に止水改良を行うことから、その止水改良工事には充分な資機材を投入することが可能であり、したがってその止水改良も効率的に行うことができる。そして、上記の止水改良を行いつつその後方から本設トンネル１００の掘削を並行して行うとともに、本設トンネル１００の掘削に際してはその周囲地山が既に止水性地山１０４に改良されていて自ずと止水性が確保されているから、上述のように本設トンネル１００の掘削は開放型の全断面トンネル掘進機１０６によることで充分であり、したがって従来のように密閉型の全断面トンネル掘進機による場合に比較して格段に効率的な掘削が可能である。以上のことから、本工法によれば湧水性地山に対する大断面トンネルを効率的に構築でき、充分な工期短縮を図ることができる。
【００１７】
以上、本発明の最も好適な一実施形態を説明したが、以下に若干の補足説明と他の実施形態について列挙する。
【００１８】
パイロット坑１０１は本設トンネル１００よりも充分に小さくて良いが、パイロット坑１０１の直径は、それ自体の掘削効率や本設トンネル１００の掘削効率はもとより、パイロット坑１０１の内部において行う止水改良や、セグメント１０３の解体およびその搬送を効率的に行い得るように適正に設定すれば良い。
【００１９】
上記実施形態のようにパイロット坑１０１を貫通させてから止水改良に着手するのではなく、パイロット坑１０１を掘削しながらそれを追いかけるように止水改良を行うことも考えられなくはないが、その場合はパイロット坑１０１の直径が充分に大きくないとセグメント１０３等の資機材やズリの搬送と止水改良工事とが錯綜してしまうので現実的ではない。なお、特に急速施工が必要な場合には、パイロット坑１０１を両側から同時に掘削して中央部で接合することで早期に貫通させることも考えられる。いずれにしても、パイロット坑１０１が貫通した時点では、発進側の坑口のみならず到達側の坑口からも止水改良を行うことが可能であるし、パイロット坑１０１の掘削により得られた地質データはその後の止水改良や本設トンネル１００の掘削に反映させれば良い。
【００２０】
上記実施形態では、パイロット坑１０１内からの止水改良を発進側の坑口から止水改良装置１０５を漸次前進させつつ一定長さずつ行い、それを追いかけるようにして本設トンネル１００の掘進を行うようにしたが、止水改良をパイロット坑１０１の全長にわたって完了させてから本設トンネル１００の掘削に着手することでも良く、その場合には止水改良を本設トンネル１００の掘削と関わりなく最も効率的に行うことができる。
【００２１】
上記実施形態では、本設トンネル１００の掘削に際してのパイロット坑１０１からのセグメント１０３の解体を、パイロット坑１０１内に設置した解体装置により行い、解体したセグメント１０３を前方（到達側）に搬出するようにしたが、本設トンネル１００を掘削するための全断面トンネル掘進機１０６にセグメント１０３の解体装置を搭載しておくことも考えられる。また、解体したセグメント１０３を前方に搬出するのではなく、本設用の全断面トンネル掘進機１０６が備えているセグメント１０７の搬送装置等を利用し、あるいは本設用の全断面トンネル掘進機１０６にセグメント１０３を搬送するための搬送装置を備えておいて、解体したセグメント１０３を発進側の坑口に搬出することも考えられ、その場合は前方で実施している止水改良のための資機材の搬送と解体したセグメント１０３の搬送との輻輳を回避することができる。
【００２２】
上記実施形態では、本設トンネル１００の覆工はセグメント１０７によるものとしたので、施工性に最も優れ、かつ予め行った止水改良が充分ではないような場合にも確実に止水性を確保でき、全断面トンネル掘進機１０６の推進反力を通常のシールド掘進機と同様にセグメント１０７から取ることができるが、本設トンネル１００の覆工は必ずしもセグメント１０７によることはなく、簡易ライナーやコンクリート吹き付けあるいは各種の支保工を用いての覆工でも良く、その場合は通常のトンネルボーリングマシンと同様にグリッパを介して孔壁から反力を取って推進させれば良い。
【００２３】
次に、本発明のトンネル掘削工法に適用して好適なトンネル掘進機について、図４〜図９を参照しつつ説明する。
【００２４】
図４には、トンネル掘進機１の縦断面図が示され、図５にはそのトンネル掘進機１の正面図が、図６には図４のＡ−Ａ断面図（ａ）およびそのＤ−Ｄ断面図（ｂ）が、図７には図４のＢ−Ｂ断面図（ａ）およびＣ−Ｃ断面図（ｂ）がそれぞれ示されている。
【００２５】
このトンネル掘進機１は、前部にカッタヘッド２を有する掘進機本体３を備えている。この掘進機本体３は、前記カッタヘッド２を支持するメインベアリング４と、このカッタヘッド２を回転駆動する複数個の減速電動機５と、それらメインベアリング４、減速電動機５等を収めるカッタヘッドサポート本体６ａにより構成されるカッタヘッドサポート６を備えており、このカッタヘッドサポート本体６ａが掘進機本体３のメインフレームを構成している。また、前記カッタヘッドサポート６は、中央部に既設セグメント７（図１〜図３においてセグメント１０３として示したもの）の入る孔のあいたドーナツ形状とされている。ここで、前記既設セグメント７はトンネル掘進機１による大断面トンネルの掘削に先立って、岩盤シールド掘進機によって掘削された小口径のパイロットトンネルの内壁面に構築されたものである。
【００２６】
前記カッタヘッド２は、前記カッタヘッドサポート６と同様、中央部に孔のあいたドーナツ形状とされ、この孔の中に既設セグメント７が入ることによりその既設セグメント７の外周部の地山を拡径掘削できるようにされている。このカッタヘッド２の面板２ａには多数個のディスクカッタ８が装着され、このディスクカッタ８を切羽に押し付けながらカッタヘッド２を回転させることで、各ディスクカッタ８の自転により岩盤を掘削できるようにされている。ここで、カッタヘッド２の面板２ａは、その外周端部および内周端部双方ともにドーム形状となっており、特に内周端部においてはそのようにドーム形状にすることによって、既設セグメント７の外周面に近接した位置まで両端支持されたディスクカッタ８が配置できるようにされている。また、この内周端部においては、外周端部と同様にディスクカッタ８を傾斜配置することによる負荷を軽減させるため、フェイス部よりもそのディスクカッタ８の配置ピッチが密になるようにされている。
【００２７】
図５、図６に示されるように、前記カッタヘッド２には、面板２ａの外周部に複数個（本実施形態では１２個）の開口部２ｃが互いに等間隔に設けられ、この開口部２ｃに臨むようにバケット部のガイド板（スクレーパ）９が配置されている。このガイド板９は、カッタヘッド２の回転方向に対して傾斜するように配置され（図６（ｂ）参照）、これによって切羽で掘削されたずりが図６（ｂ）で矢印Ｐにて示されるように後方へ排出し易くなるようにされている。なお、図５および図６（ａ）において符号２ｄにて示されるのは、カッタヘッド２の面板２ａの裏面側に放射状に設けられる補強リブである。ここで、図６の（ａ）においては簡略化ため、面板２ａに装着されるディスクカッタは省略している。
【００２８】
また、前記カッタヘッド２の後方には隔壁２ｂが配されており、この隔壁２ｂの下部にはずり排出用の切欠部２ｅ（図４および図７（ａ）参照）が形成されている。こうして、カッタヘッド２の回転時にガイド板９により掬い込まれたずりは、面板２ａと隔壁２ｂとにより隔成されたチャンバー内にスムーズに取り込まれ、隔壁２ｂの下部の切欠部２ｅから後方のスペースに排出される。なお、この切欠部２ｅから排出されたずりは、隔壁２ｂの直後に配されるギャザリング装置１０によって集積され、ベルトコンベア１１上に投入されて後方へ搬送される。
【００２９】
前記ベルトコンベア１１の後方位置には、ずり処理とセグメント搬出とを兼ねる重機（油圧ショペル）１２が配されている。また、この重機１２の後方には、トンネル掘進機１を駆動するための電気機器および油圧機器を搭載したタイヤ式の後続台車１３が、前記掘進機本体３と牽引ワイヤ１４にて接続されて牽引されるとともに、この後続台車１３の側方にずり搬送用ダンプカー１５が配さるように構成されている。なお、これら後続台車１３およびずり搬送用ダンプカー１５は掘削ずりを埋め戻して固められた地盤１６上を走行する。こうすることで、後続台車１３のためのレール敷設の必要なくその後続台車等を走行させることができる。
【００３０】
図７（ａ）に示されるように、前記カッタヘッドサポート本体６ａの外周部には、グリッパ装置を構成する７基のサイドサポート兼グリッパ（以下、単に「グリッパ」という。）１７が装着されている。このグリッパ装置は、掘進機本体３を拡径掘削した坑壁に対し保持してその坑壁に反力を取って推進力を得る機能に加えて、掘進機本体３の方向制御機能も有している。ここで、前記グリッパ装置は、上部と両側部とに配される計３基のグリッパ１７よりなる第１グリッパ群１８と、両側斜め上部と両側斜め下部とに配される計４基のグリッパ１７よりなる第２グリッパ群１９とによって構成されている。
【００３１】
各グリッパ１７は、坑壁に押し付けられる湾曲板状のシュー２０と、一端部が前記カッタヘッドサポート本体６ａに枢着されるとともに他端部が前記シュー２０に枢着される互いに平行配置の４本の第１サポートジャッキ２１と、この第１サポートジャッキ２１に交差するように配され、一端部が前記カッタヘッドサポート本体６ａに枢着されるとともに他端部が前記シュー２０に枢着される正面視でハ字状配置の２本の第２サポートジャッキ（スラストジャッキ）２２とを備えて構成されている。前記第１サポートジャッキ２１は、シリンダ側の端部が前記カッタヘッドサポート本体６ａの前部の左右それぞれと、後部の左右それぞれに枢着されるとともに、ロッド側の端部がそのシリンダ側の端部に対して後方に位置するように配置されて前記シュー２０の後部に枢着されている。これに対して、前記第２サポートジャッキ２２は、正面視で前記第１サポートジャッキ２１の外側に位置してシリンダ側の端部が前記カッタヘッドサポート本体６ａの後部の左右それぞれに枢着されるとともに、ロッド側の端部がそのシリンダ側の端部に対して前方に位置するように配置されて前記シュー２０の前部に枢着されている。
【００３２】
このように構成されているグリッパ装置においては、第１グリッパ群１８の各第１サポートジャッキ２１を伸張させてシュー２０を坑壁に押し付けるとともに、第２グリッパ群１９の各第１サポートジャッキ２１を伸張させてシュー２０を坑壁に押し付けて、カッタヘッドサポート本体６ａを坑壁に対して保持する。
【００３３】
この状態において、第１グリッパ群１８の第２サポートジャッキ２２と、第２グリッパ群１９の第２サポートジャッキ２２とを一斉に収縮させると、カッタヘッドサポート本体６ａが前方へ移動して推進力が発生し、このカッタヘッドサポート本体６ａの前方に装着されたカッタヘッド２により既設セグメント７外周部の切羽の掘削が行われる。なお、第２サポートジャッキ２２の収縮時に第１サポートジャッキ２１は、シュー２０による坑壁への押し付け力を保持したままそれら第２サポートジャッキ２２の収縮に合わせて伸張するように制御される。
【００３４】
次いで、第２サポートジャッキ２２が最大ストローク位置まで収縮されると、まず、第２グリッパ群１９の第１サポートジャッキ２１を収縮させてシュー２０を坑壁から離し、この状態でその第２グリッパ群１９の第２サポートジャッキ２２を伸張させてシュー２０を前方へ移動させる。続いて、この第２グリッパ群１９の第１サポートジャッキ２１を再び伸張させてシュー２０を坑壁に押し付けてカッタヘッドサポート本体６ａを坑壁に対して保持する。
【００３５】
次いで、今度は、第１グリッパ群１８の第１サポートジャッキ２１を収縮させてシュー２０を坑壁から離し、この状態でその第１グリッパ群１８の第２サポートジャッキ２２を伸張させてシュー２０を前方へ移動させる。続いて、この第１グリッパ群１８の第１サポートジャッキ２１を再び伸張させてシュー２０を坑壁に押し付けて盛り替えが終了する。このようにして順次掘削作業が進められている。
【００３６】
前記カッタヘッドサポート本体６ａには、前記グリッパ装置のほか、セグメント解体装置２３、作業デッキ２４、セグメント搬出装置２５、支保装置２６などが取り付けられている。以下、これについて説明する。
【００３７】
前記セグメント解体装置（セグメント解体用エレクタ）２３は、前記カッタヘッドサポート本体６ａの内周部に旋回自在に支持される旋回リング２３ａと、この旋回リング２３ａを回動駆動する油圧モータ２３ｂと、前記旋回リング２３ａに固定されたガイドブロック２３ｃと、このガイドブロック２３ｃに径方向に移動自在に支持されたガイドロッド２３ｄと、このガイドロッド２３ｄに連結されて先端部に把持部材を有するエレクタ本体２３ｅと、このエレクタ本体２３ｅを径方向に移動させる油圧シリンダ等を備えて構成されている。このセグメント解体装置２３は、掘進機本体３の掘進に伴い、カッタヘッド２の中央部の孔を通して掘進機本体３の機内に入り込んだ既設セグメント７を順次解体して作業デッキ２４上に載置する。
【００３８】
作業デッキ２４は、前記セグメント解体装置２３により既設セグメント７の解体作業を行うために設置されるものであって、掘進機本体３の略中央部に位置するように配置されている。また、この作業デッキ２４の前部にはスライド式デッキ部２４ａが設けられ、必要に応じて前記旋回リング２３ａ内を通して前方へ張り出し可能とされている。
【００３９】
前記セグメント搬出装置２５は、前記セグメント解体装置２３により解体されたセグメント７を搬出するためのものであって、前記旋回リング２３ａ内を通して前方へ延設される走行レール２５ａと、この走行レール２５ａに沿って走行されるホイスト２５ｂとにより構成され、このホイスト２５ｂにセグメント７を吊り下げてそのセグメント７を旋回リング２３ａ内を通過させて後方へ搬出する。
【００４０】
前記支保装置２６は、拡径掘削後のトンネル坑壁の支保を行う装置であって、前記カッタヘッドサポート本体６ａの外周部に装備されている。この支保装置２６は、旋回式吹付けマニピュレータによって坑壁に吹付材を吹付けるように構成されている。なお、この支保装置としては支保鋼材を組み立てる支保工エレクタなどを用いることもできる。
【００４１】
このトンネル掘進機１は、地山が岩盤で、かつ何らかの理由で止水の必要のある地質において大断面トンネルを掘削する際に用いられる。掘削作業の手順は以下のとおりである。
【００４２】
（１）まず、岩盤シールド掘進機によってセグメント７を巻き立てつつ、小口径のパイロット坑を掘削する。このパイロット坑の掘削により事前にトンネル全線に亘り地質を把持することができる。
（２）掘削されたパイロット坑の内部からその周囲に薬液注入を行って止水および山留めを行う。
（３）次に、前記パイロット坑の既設セグメント７の外周部に沿ってカッタヘッド２を回転させて掘進機本体３を推進させることによりパイロット坑を拡径掘削する。この際、グリッパ装置（第１のグリッパ群１８および第２のグリッパ群１９）により坑壁に推進反力を取りつつ掘進を行うとともに、掘進機本体３の掘進に伴ってセグメント解体装置２３によって既設セグメント７を解体し、このセグメント７をセグメント搬出装置２５および重機１２等によってトンネル後方へ搬出する。また、掘進時に機内側に取り込まれたずりは、カッタヘッド２の背面板２ｂに形成された切欠部２ｃから後方のスペースに排出する。次いで、この排出されたずりを、背面板２ｂの直後に配されるギャザリング装置１０によって集積し、ベルトコンベア１１、更にはずり搬送用ダンプカー１５にて後方へ搬送する。
（４）拡径掘削により形成された坑壁を、旋回式吹付けマニピュレータにて構成される支保装置２６によって固める。なお、必要に応じて支保工エレクタなどを用いて坑壁の支保を行っても良い。
【００４３】
このトンネル掘進機１によれば、パイロット坑の既設セグメント７の外周部に沿って拡径掘削を行いつつ、解体されたセグメント７および掘削ずりをいずれもトンネル掘進機１の後方へ搬出することができるので、パイロット坑の切羽側での作業が不要であるだけでなく、作業基地を掘進機本体の後方側の一箇所にのみ設ければ良いので、基地確保上に置いても利点がある。また、グリッパ装置として、通常の岩盤用トンネル掘削機（ＴＢＭ）におけるフロントサイドサポートとメイングリッパの両方の機能を持ったサイドサポート兼グリッパを用いているので、構造を簡素化することができて安価にすることができるという効果がある。勿論、大断面トンネルの掘削に先立ってパイロット坑が掘削されるので、大断面岩盤掘削におけるリスクを低減し、安全で確実な施工が行えるという利点もある。
【００４４】
図８には、他のトンネル掘進機１Ａの縦断面図が示されている。
【００４５】
本例のトンネル掘進機１Ａにおいては、セグメント解体装置２３Ａを掘進機本体３Ａと別体に設けた点以外は、先のトンネル掘進機１と基本的に異なるところがない。したがって、両者に共通する部分には図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとする。
【００４６】
本例のトンネル掘進機１Ａにおいて、セグメント解体装置２３Ａは、既設セグメント７に囲まれたパイロット坑内に前方の基地側から敷設されたレール２７に沿って走行するエレクタ台車２８と、このエレクタ台車２８の端面に装着されて旋回台２３ｆに支持されて旋回自在なガイドブロック２３ｃと、このガイドブロック２３ｃに径方向に移動自在に支持されたガイドロッド２３ｄと、このガイドロッド２３ｄに連結されて先端部に把持部材を有するエレクタ本体２３ｅと、このエレクタ本体２３ｅを径方向に移動させる油圧シリンダ等を備えて形成されている。
【００４７】
本例では、掘進機本体３Ａの掘進に先立ってセグメント解体装置２３Ａによって既設セグメント７が順次解体され、掘進機本体３Ａの掘進方向と同方向に向けてそのセグメント解体装置２３Ａがレール２７に沿って走行して行く。なお、解体後のセグメント７は前方側に設置された基地に向けて搬出される。
【００４８】
本例では作業基地を掘進機本体３Ａの前方側と後方側の二箇所に設ける必要があるが、それ以外の点については、先のトンネル掘進機１による場合と同様の作用・効果を奏するものである。
【００４９】
図９には、さらに他のトンネル掘進機１Ｂの縦断面図が示されている。なお、ここでも先の例とと共通する部分には図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとする。
【００５０】
本例のトンネル掘進機１Ｂにおいては、掘進機本体３Ｂの前部にノーズグリッパ装置３０が装着されている。このノーズグリッパ装置３０は、基端部が掘進機本体３Ｂに支持され、円周方向にラチス状に配置されたノーズグリッパスライドジャッキ３１と、このノーズグリッパスライドジャッキ３１により揺動可能に設けられるノーズグリッパフレーム３２と、このノーズグリッパフレーム３２の前部に装着されるセグメント解体装置２３Ｂと、前記ノーズグリッパフレーム３２の外周部に装備される複数個の首振り自在なノーズグリッパ３３とを備えて構成されている。
【００５１】
本例においては、掘進機本体３Ｂの掘進に先立って、ノーズグリッパフレーム３２に装着されたセグメント解体装置２３Ｂによって既設セグメント７が順次解体されていく。なお、掘進機本体３Ｂの掘進は次の手順にしたがって行われる。
（１）ノーズグリッパ３３をパイロット坑の坑壁に押し付けてノーズグリッパフレーム３２を坑壁に固定する。
（２）掘進機本体３Ｂのグリッパ装置を拡径掘削した坑壁に押し付けることにより坑壁から推進反力を取る。
（３）カッタヘッド２を回転させる。
（４）前記グリッパ装置およびノーズグリッパスライドジャッキ３１を操作させつつ、カッタヘッド２を切羽に押し付けて掘進を行う。そして、１ストローク分の掘進が終了したら、グリッパ装置１７を盛り替える。この盛り替え終了後、ノーズグリッパ３３についても盛り替える。
このような手順を繰り返すことによって、セグメント７を解体しつつ掘進されていく。
【００５２】
本例によれば、パイロット坑内にノーズグリッパ３３を張ることができるので、前記各実施形態のものに比べて方向制御性および盛り替え時の安定性が向上するという利点がある。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１の発明は、湧水性地山にトンネルを構築するに際し、まずパイロット坑を本設トンネルの断面のほぼ中央位置において貫通させ、次いで、パイロット坑の内側からその外側の湧水性地山に対して止水改良を行い、しかる後に、パイロット坑のセグメントを解体撤去しながら開放型の全断面トンネル掘進機により本設トンネルを構築するので、湧水性地山に対して大断面のトンネルを効率的に構築することができ、充分に工期短縮を図ることができる。
【００５４】
請求項２の発明は、パイロット坑から解体したセグメントを前方へ搬送して到達側の坑口から搬出するので、本設トンネルの掘削とセグメントの解体・搬出とが輻輳することがなく、効率的な施工が可能である。
【００５５】
請求項３の発明は、本設トンネルを掘削するための全断面トンネル掘進機に、パイロット坑のセグメントを解体するための解体手段を搭載しておくので、パイロット坑のセグメントを効率的に解体しつつ本設トンネルの掘削を効率的に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるトンネル掘削工法を示すもので、パイロット坑の掘削工程を示す図である。
【図２】同、止水改良工程を示す図である。
【図３】同、本設トンネル掘削工程を示す図である。
【図４】本発明方法に適用して好適なトンネル掘進機の縦断面図である。
【図５】同、正面図である。
【図６】同、図４のＡ−Ａ断面図（ａ）およびそのＤ−Ｄ断面図（ｂ）である。
【図７】同、図４のＢ−Ｂ断面図（ａ）および図４のＣ−Ｃ断面図（ｂ）である。
【図８】同、他のトンネル掘進機の縦断面図である。
【図９】同、さらに他のトンネル掘進機の縦断面図である。
【符号の説明】
１００  本設トンネル
１０１  パイロット坑
１０２  トンネル掘進機
１０３  セグメント
１０４  止水性地山
１０５  止水改良装置
１０６  全断面トンネル掘進機
１０７  セグメント
１，１Ａ，１Ｂ  トンネル掘進機
２  カッタヘッド
２ａ  面板
２ｃ  開口部
３，３Ａ，３Ｂ  掘進機本体
６  カッタヘッドサポート
７  既設セグメント
９  ガイド板（傾斜ガイド板）
１７  ガイドサポート兼グリッパ
２１  第１サポートジャッキ
２２  第２サポートジャッキ（スラストジャッキ）
２３，２３Ａ  セグメント解体装置
２５  セグメント搬出装置
２６  支保装置
３０  ノーズグリッパ装置（第２のグリッパ装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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