(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル掘削機により斜め下方に向かってトンネルを掘削する際に、トンネル計画線上の地盤内に存在する湧水帯の被圧水を排水する方法であって、トンネル掘削機が斜め下方に向かって一定長掘進する毎に、その後方に掘削されたトンネル掘削壁面に凹所を設けてこの凹所からトンネル計画線に沿ってトンネル掘削機によるトンネル掘削に先行して一定長の水抜き孔を順次穿設し、水抜き孔が湧水帯に突き当たった際に、この水抜き孔の内底部に投入した排水ポンプ又はこの水抜き孔の上記凹所側に設置した排水ポンプの稼働によって排水ホースを通じて水抜き孔内に集水された湧水帯の被圧水を揚水する一方、トンネル掘削機がこの水抜き孔の先端に達するまでにトンネル掘削機の後方近傍部における掘削壁面に新たな凹所を設けてこの凹所からトンネル計画線上に沿って穿設された水抜き孔側に上記排水ポンプを移設して稼働させることを特徴とするトンネル計画線上の地盤中の被圧水排水方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトンネル掘削機によって水力発電所の水圧管路用斜坑等のトンネルを上方から斜め下方に向かって掘削する際に、トンネル掘削機の掘進の妨げとなるトンネル掘削計画線上の地盤中に存在する湧水帯の水（以下、被圧水という）を排水する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、山岳地盤に例えば水力発電所の水圧管路を形成するためのトンネル（斜坑）を掘削するには、ＴＢＭ（トンネルボーリングマシン）と称されているトンネル掘削機を使用して地山の下方に設けている水平坑から斜め上方に向かってトンネルを掘進していくことが行われている。この際、トンネル掘削機が掘進中に地盤中に存在する湧水帯の被圧水に突き当たると、被圧水がトンネル掘削機内に流入してそれ以上の掘進ができなくなるばかりでなく、作業員に危険を及ぼすことになる。
【０００３】
そのため、トンネル掘削機によるトンネルの掘進を開始する前に、トンネル計画線上の上方地盤から上記水平坑に向かって小径側路を穿設し、この小径側路を通じて被圧水を水平坑側に排出したのち、該小側路に沿って水平坑内からトンネル掘削機を発進させることにより斜め上方に向かってトンネルを掘削している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、トンネル計画線上の上端側地盤からこの計画線に沿って水平坑に達するまでの長い小径側路を穿設する作業は極めて困難を伴うばかりでなく、小径側路がトンネル計画線に接近したりトンネル計画線から大きく外れたりして正確に穿設することができないという問題点がある。
【０００５】
また、上記トンネル掘削機によるトンネルの掘削は、水平坑内から斜め上方に向かって掘削していくものであるから、このトンネル掘削機の発進基地となる上記水平坑を設けておく必要があり、そのための多大な労力と費用を要するという問題点がある。
【０００６】
本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたもので、トンネル掘削機によって山岳地盤等の上方から斜め下方に向かってトンネルを掘削すると共に、その掘進中において、トンネル計画線上の地盤中に存在する湧水帯の被圧水を確実且つ円滑に排除することを目的とする被圧水排水方法を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によるトンネル計画線上の地盤中の被圧水排水方法は、請求項１に記載したように、トンネル掘削機により斜め下方に向かってトンネルを掘削する際に、トンネル計画線上の地盤内に存在する湧水帯の被圧水を排水する方法であって、トンネル掘削機が斜め下方に向かって一定長掘進する毎に、その後方に掘削されたトンネル掘削壁面に凹所を設けてこの凹所からトンネル計画線に沿ってトンネル掘削機によるトンネル掘削に先行して一定長の水抜き孔を順次穿設し、水抜き孔が湧水帯に突き当たった際に、この水抜き孔の内底部に投入した排水ポンプ又はこの水抜き孔の上記凹所側に設置した排水ポンプの稼働によって排水ホースを通じて水抜き孔内に集水された湧水帯の被圧水を揚水する一方、トンネル掘削機がこの水抜き孔の先端に達するまでにトンネル掘削機の後方近傍部における掘削壁面に新たな凹所を設けてこの凹所からトンネル計画線上に沿って穿設された水抜き孔側に上記排水ポンプを移設して稼働させることを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】
山岳地盤等の岩盤地山の上方部側からトンネル掘削機を斜め下方に向けて発進させてトンネルを掘進する一方、このトンネル掘削機によるトンネル計画線に沿って先端が常にトンネル切羽よりも先行する位置、即ち、下方の地盤に達しているように水抜き孔を穿設する。そして、この水抜き孔がトンネル計画線上の地盤中に存在する湧水帯に突き当たって連通した場合には、トンネル掘削機がこの湧水帯に達する前に水抜き孔を通じて湧水帯の被圧水をトンネル内に揚水し、坑外に排水する。
【０００９】
従って、トンネル計画線上の地盤中に湧水帯が存在していても、トンネルがその位置まで掘進した時には湧水帯の被圧水が上記水抜き孔を通じて排除されているため、そのまま、掘進を続行していくことができる。上記水抜き孔は、一本の長尺な孔である場合にはその穿設が困難で且つ正確に行えないために、トンネル掘削機の一定長、掘進する毎に掘削されたトンネル壁面に凹所を順次設け、この凹所からの側方部から一定深さに達するまでに穿設する。
【００１０】
このように、一定長の水抜き孔をトンネル掘削壁面に設けた凹所からトンネル計画線に沿って穿設しておくと、トンネル掘削機が掘進するに従ってトンネル切羽がこの水抜き孔の下端（底部）に近づく一方、該水抜き孔の穿設開始端である上記凹所はトンネル掘削機から相対的に後退することになり、そのため、水抜き孔の下端近傍部にまでトンネル掘削機が掘進した時に、上記トンネル側方部からこのトンネルの掘進長に略等しい距離を存したトンネル掘削機後方の掘削壁面に新たな凹所を設け、この凹所から新たな水抜き孔を所定深さまで穿設するものである。
【００１１】
また、先にトンネル計画線に沿って穿設した水抜き孔が湧水帯に突き当たって連通した場合には、この水抜き孔を通じて排水ポンプの稼働により湧水帯の被圧水を揚水しながら、トンネル掘削機がこの水抜き孔の先端に達するまでにトンネル掘削壁面に上述したように次の水抜き孔を穿設し、この新たな水抜き孔が湧水帯に通じた場合には上記既設の水抜き孔側の排水ポンプをこの新たな水抜き孔に移設して稼働させ、被圧水をトンネル内に揚水して排除する。
【００１２】
こうして、トンネル掘削機の掘進に先行するようにトンネル計画線に沿って一定深さの水抜き孔を穿設し、トンネル計画線上の地盤中に湧水帯が存在した場合には、トンネル掘削機が該湧水帯に達する前に、この水抜き孔内に浸入する湧水帯の被圧水を排水ポンプによって排水ホースを通じてトンネル内に揚水し、被圧水を排除した地盤をトンネル掘削機により掘削しながら斜め下方に向かってトンネルを掘進していく。
【００１３】
なお、上記水抜き孔を通じての湧水帯の被圧水の排水にもかかわらず、湧水帯には被圧水が残存している場合には、トンネル掘削機がその湧水帯に達した時にトンネル切羽から機内に被圧水が浸入するので、トンネル掘削機の適所に排水ポンプを設置しておき、この排水ポンプによって被圧水を後方側に排水する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、図１はトンネル掘削機１によって、山岳地盤等の岩盤地山を上方から斜め下方に向かってトンネル（斜坑）Ｔを掘削している状態を示すもので、トンネル掘削機１は、公知のように、スキンプレート1aの開口前端部に岩盤を掘削する回転カッタ板1bを配設していると共に、この回転カッタ板1bの後面と上記スキンプレート1a内に張設している隔壁1cとの間の空間部を掘削土砂取込室1dに形成し、この掘削土砂取込室1d内に取り込まれた土砂をベルトコンベア等の適宜な搬出手段によって坑外に排出するように構成している。
【００１５】
また、トンネル掘削機１の掘進手段としては公知のように、上記スキンプレート1aを互いにジャッキにより伸縮自在に連結した前胴部と後胴部とに分割してそれぞれの胴部にジャッキの伸長によってトンネルＴの掘削壁面に圧着するフロントグリッパとリアグリッパとを配設し、リアグリッパを掘削壁面に圧着させて後胴部を固定した状態で前胴部を後胴部に対して前進させる構造となっている。
【００１６】
このトンネル掘削機１によって山岳地盤上から斜め下方にトンネルを掘削する際に、その掘削に先行して小径の水抜き孔２をトンネル計画線Taに沿って地表からボーリングにより一定の深さまで穿設し、この水抜き孔２の穿設作業と並行してトンネル掘削機１を斜め下方に掘進させる。そして、トンネル掘削機１が掘進してそのカッタ板1bにより掘削されるトンネル切羽ｔが上記一定長の水抜き孔２の底部近傍部にまで達すると、トンネル掘削機１の後方近傍部におけるトンネル掘削壁面に凹所３を掘削形成し、この凹所３から上記水抜き孔２と平行する一定長（一定深さ）の水抜き孔２を新たに穿設する。
【００１７】
さらに、トンネル掘削機１が掘進して上記凹所３から穿設している一定長の水抜き孔２の底部近傍部にまで達すると図２に示すように、トンネル掘削機１の上方近傍部（後方近傍部）におけるトンネル掘削壁面に新たな凹所３を設け、この凹所３から先に穿設した上記水抜き孔２（以下、既設の水抜き孔とする）と同一長さの新たな水抜き孔2'（以下、新設の水抜き孔とする）を穿設する。なお、これらの既設水抜き孔２と新設水抜き孔2'とはトンネル周方向にずらした位置、即ち、互いに平行する位置に設けられる。
【００１８】
一定長の水抜き孔２の穿設作業は上記図２に示すように、上記凹所３に穿孔機20を設置し、この穿設機の回転打撃駆動部に先端に穿孔ビット22を装着している定尺のボーリングロッド21を連結したのち、回転打撃駆動部により該ボーリングロッド21の上端を叩打しながら回転させてトンネル計画線Taに並行する孔を穿設し、次いで、このボーリングロッド21に穿孔ビット22を備えていない定尺のボーリングロッド21を継ぎ足して上記同様に回転打撃駆動部の作動によりさらに深くまで孔を穿設し、この作業を複数本のボーリングロッド21を順次継ぎ足しながら行うことによって穿設される。
【００１９】
上記のように、トンネル掘削機１が斜め下方に向かって一定長掘進する毎に、その後方に掘削されたトンネル掘削壁面に凹所３を設けてこの凹所３からトンネル計画線Taに沿って一定長の水抜き孔２を穿設していく。なお、この水抜き孔２の穿設は、トンネル掘削機１を停止させることなく行われる。即ち、トンネル掘削機１によるトンネルの掘進と並行して水抜き孔２をその先端が常にトンネル切羽ｔよりも先行するようにして穿設するものである。
【００２０】
そして、一定長の水抜き孔２を穿設した時に、該水抜き孔２がトンネル計画線Ta上の地盤中に存在する湧水帯Ａに突き当たると、排水ポンプ４を該水抜き孔２の内底部に投入して稼働させることにより、排水ポンプ４に接続している排水ホース５を通じて地上に設置している被圧水貯留タンク６まで湧水帯Ａの被圧水を揚水し、湧水帯Ａ内の被圧水を排水する。
【００２１】
被圧水を地上にまで排水する手段としては、上記水抜き孔２の上端凹所３に堰板７を立設して凹所内に中継タンク部８を形成し、この中継タンク部８に上記排水ホース５の上端開口部を臨ませて上記排水ポンプ４の稼働によりこの排水ホース５を通じて中継タンク部８に被圧水を一旦、貯留すると共にこの中継タンク部８内に中継ポンフ９を設置してこの中継ホンプ９から既設水抜き孔２内に敷設した配管10を通じて揚水して上記地上に設置した貯留タンク６に排水するように構成している。
【００２２】
この場合、トンネル掘削機１の一定長の掘進に従って、上述したようにトンネル掘削壁面にトンネル長さ方向に所定間隔毎に凹所３、３・・・を形成しながらそれぞれの凹所３に水抜き孔２を形成するものであるから、隣接する既設水抜き孔２、２間を連通孔（図示せず）によって連通させて全ての既設水抜き孔２内に連通孔を介して配管10を連続的に配設する。なお、別な排水手段としては、中継タンク部８を設けることなく、トンネルＴ内に地上の貯留タンク６と新設水抜き孔2'内の排水ホース５とを連結、連通させた配管を敷設し、この配管の中間部に中継ポンプを設けて貯留タンク６に排水するように構成してもよい。また、排水ポンプ４は新設水抜き孔2'の内底面に設置することなく、新設水抜き孔2'の凹所３側に設置してもよい。
【００２３】
また、トンネルを掘進するトンネル掘削機１はそのトンネル切羽ｔの位置を適宜な検出器によって検出されると共に上記新設水抜き孔2'の孔底の位置も適宜な検出器によって検出され、これらの位置検出によってトンネル掘削機１が新設水抜き孔2'の孔底に接近していることを検知し、この検知によって新たな水抜き孔の穿設を開始するものである。
【００２４】
一方、上記新設水抜き孔2'を通じての湧水帯Ａ内の被圧水の排水にもかかわらず、湧水帯Ａに被圧水が残存している場合や地中に水が存在している場合にはこれらの被圧水等（以下、被圧水とする）が切羽ｔを通じてトンネル掘削機１内に浸入する。そのため、トンネル掘削機１の土砂取込室1d内にも排水ポンプ11が設置されてあり、この排水ポンプ11から排水ホース12を通じて上記新設水抜き孔2'の凹所３に設けている中継タンク部８内にトンネル掘削機１内の被圧水を排出し、新設水抜き孔2'を通じて排水された被圧水と共に上記中継ポンプ９により配管10を通じて貯留タンク６に排水するように構成している。なお、切羽ｔ側に被圧水等がない場合には、排水ポンプ11の稼働を停止した状態にして掘進する。
【００２５】
また、トンネル掘削機１内に被圧水が許容範囲以上に浸入した場合にはトンネル掘削機１の掘進を停止し、上記排水ポンプ11を稼働して被圧水を排水し、許容範囲以内になった時にトンネル掘削機１による掘進を開始する。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明のトンネル計画線上の地盤中の被圧水排水方法は、請求項１に記載したように、トンネル掘削機により斜め下方に向かってトンネルを掘削する際に、トンネル計画線上の地盤内に存在する湧水帯の被圧水を排水する方法であって、トンネル掘削機によるトンネル掘削に先行して水抜き孔をトンネル計画線に沿って穿設し、該水抜き孔内に集水された湧水帯の被圧水を排水ポンプによって地上側に排水するので、トンネル掘削機が湧水帯の被圧水に達する前に水抜き孔を通じて該湧水帯の被圧水を排除することができ、従って、トンネル掘削機が被圧水による影響を殆ど受けることなく、トンネルを掘進することができる。
【００２７】
さらに、トンネル掘削機は、山岳地盤等の地盤を上方から斜め下方に向かって掘進しながらトンネルを掘削していくものであるから、従来のように大規模な発進基地を必要とすることなくトンネル掘削機の自重を利用して斜坑を円滑且つ容易に掘削することができる。
【００２８】
また、上記請求項１に記載の被圧水排水方法において、トンネル掘削機に掘進に従って一定長さの水抜き孔をトンネル掘削壁面に設けた凹所から順次穿設するものであるから、水抜き孔をトンネル計画線に沿って正確に穿設することができ、その上、この水抜き孔の穿設と並行してトンネル掘削機を掘進させることができるから、トンネルの掘削作業が能率よく行えて工期の短縮を図ることができる。
【００２９】
さらに、既設の水抜き孔の下端近傍位置にまでトンネル掘削機が掘進した時に排水ポンプを稼働を維持して上記水抜き孔を通じて被圧水を揚水する一方、トンネル掘削機の後方近傍部における掘削壁面に新たな凹所を設けてこの凹所からトンネル計画線に沿って新たな水抜き孔を穿設し、この水抜き孔の穿設後、上記排水ポンプをこの新たな水抜き孔側に移設して稼働させるものであるから、一定長の水抜き孔を凹所から容易にしかも正確の方向に穿設することができるばかりでなく、トンネル掘削機を連続的に掘進させながら既設の水抜き孔を通じて被圧水を排水することができる。
【００３０】
この場合、上記凹所を排水の中継タンク部として利用することができ、従って、大容量のポンプを使用することなく比較的小型のポンプによってこの中継タンク部からトンネル内等を通じて坑外まで排水することができる。また、既設の水抜き孔を通じての排水後にこの既設の水抜き孔側のポンプを新たな水抜き孔側に排水ポンプを移設して稼働させるものであるから、余分なポンプを不必要にして小規模な排水手段によって被圧水の排水処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  排水を行っている状態の簡略縦断側面図。
【図２】  水抜き孔の穿設方法を説明するための簡略縦断側面図。
【符号の説明】
１  トンネル掘削機
２  水抜き孔
３  凹所
４  排水ポンプ
６  貯留タンク
８  中継タンク部
９  中継ポンプ
Ａ  湧水帯
Ｔ  トンネル
Ta  トンネル計画線
ｔ  トンネル切羽
【図１】
0004428888.tif 000002
【図２】
0004428888.tif 000003