(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伸張したグリッパーで掘削反力を支持する掘削機によってトンネルを掘削し、掘削したトンネル内周に沿って環状にトンネルライナーを配設するトンネル掘削方法において、前記トンネルライナーはトンネル内周に沿って湾曲しトンネル軸方向に間隔を有して配置した複数の主桁を有し、該主桁間には掘削反力を確保し掘削機を推進するのに十分な補強部材で補強されており、該トンネルライナーを掘削したトンネル内壁に密着して建て込み、前記掘削機のグリッパーをトンネルライナーの主桁間に伸張してグリッパーを掘進方向後側の緩衝材を介して、トンネルライナーの主桁側面に当接し、緩衝材を介してグリッパーに当接した主桁により掘削反力を確保して掘削機を推進することを特徴とするトンネル掘削方法。
【請求項２】
請求項１のトンネル掘削方法で用いられるトンネルライナーにおいて、トンネル内周に沿って湾曲しトンネル軸方向に間隔を有して配置した複数の主桁を備え、該主桁間には掘削反力を確保し掘削機を推進するのに十分な充填部材が充填されて補強されており、前記掘削機のグリッパーに対向するトンネルライナーの主桁側面には緩衝材が介装されており、以て前記グリッパーが前記主桁間で伸張すると緩衝材を介してトンネルライナーの主桁側面に当接して掘削反力を確保し掘削機を推進する様に構成されていることを特徴とするトンネルライナー。
【請求項３】
請求項１のトンネル掘削方法で用いられるトンネルライナーにおいて、トンネル内周に沿って湾曲しトンネル軸方向に間隔を有して配置した複数の主桁を備え、該主桁間には掘削反力を確保し掘削機を推進するのに十分な補強部材が介装されて補強されており、前記掘削機のグリッパーに対向するトンネルライナーの主桁側面には緩衝材が介装されており、以て前記グリッパーが前記主桁間で伸張すると緩衝材を介してトンネルライナーの主桁側面に当接して掘削反力を確保し掘削機を推進する様に構成されていることを特徴とするトンネルライナー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伸張したグリッパーで掘削反力を支持する全断面掘削機によってトンネルを掘削し、掘削したトンネル内周に沿って環状にトンネルライナーを配設するトンネル掘削方法と、該掘削方法で好適に使用されるトンネルライナーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、全断面掘削機であるトンネルボーリングマシン（以下、ＴＢＭという）によってトンネルを掘削する場合、その掘削反力はグリッパーによって確保されている。その掘削方法は、図５〜図１０で示す様に、
（イ）  まず、グリッパー３を左右方向に伸張して掘削機１を地山Ｅに対して固定する（図６）。
（ロ）  そしてカッターヘッド２を回転し、スラストジャッキ４で推進して掘削する（図５）。
（ハ）  １ストローク掘進したら（図７）、グリッパー３を収縮して（図８）グリッパー保持部Ｇを前進させる（図９）。
（ニ）  再びグリッパー３を伸張して（図１０）、次ぎのストロークの掘削に移る。
【０００３】
上記方式による工法では、グリッパー３を地山Ｅに押し付け、グリップすることによって、掘削機１が掘削、進行する際に発生する反力（掘削反力）を支持或いは確保し、スラストジャッキ４で推進している。ここで、地山強度が充分でない場合は、前記掘削反力が確保出来ないので、前記掘削反力をジャッキ及びトンネルライナーによって支持する方式に変更して施工している。
【０００４】
しかし、この様に掘削反力をジャッキ及びトンネルライナーで支持する方式に変更するためには、相当の準備時間を要し、施工スピードが遅延するという問題が存在する。それのみならず、当該準備時間の間に地山の締め付け力が増大し、掘進が困難になる恐れがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたもので、ＴＢＭによるトンネル掘削において、地山の状態が悪く、従来のグリッパーでは充分に反力が得られない場合でも、掘削反力をジャッキ及びトンネルライナーで支持する方式に変更すること無く、掘削反力を支持或いは確保することが出来るトンネルの掘削方法と、それに用いられるトンネルライナーの提供を目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、伸張したグリッパーで掘削反力を支持する掘削機（例えば全断面掘削機）によってトンネルを掘削し、掘削したトンネル内周に沿って環状にトンネルライナーを配設するトンネル掘削方法において、前記トンネルライナーはトンネル内周に沿って湾曲しトンネル軸方向に間隔を有して配置した複数の主桁を有し、該主桁間には掘削反力を確保し掘削機を推進するのに十分な補強部材で補強されており、該トンネルライナーを掘削したトンネル内壁に密着して建て込み、前記掘削機のグリッパーをトンネルライナーの主桁間に伸張してグリッパーを掘進方向後側の緩衝材を介して、トンネルライナーの主桁側面に当接し、緩衝材を介してグリッパーに当接した主桁により掘削反力を確保して掘削機を推進するようになっている。
【０００７】
又本発明のトンネルライナーは、上記トンネル掘削方法（請求項１の掘削方法）で用いられるトンネルライナーにおいて、トンネル内周に沿って湾曲しトンネル軸方向に間隔を有して配置した複数の主桁を備え、該主桁間には掘削反力を確保し掘削機を推進するのに十分な充填部材が充填されて補強されており、前記掘削機のグリッパーに対向するトンネルライナーの主桁側面には緩衝材が介装されており、以て前記グリッパーが前記主桁間で伸張すると緩衝材を介してトンネルライナーの主桁側面に当接して掘削反力を確保し掘削機を推進する様に構成されている。
そして、この様な本発明のトンネル掘削方法で用いられる本発明のトンネルライナーは、トンネル内周に沿って湾曲しトンネル軸方向に間隔を有して配置した複数の主桁を備え、該主桁間には掘削反力を確保し掘削機を推進するのに十分な補強部材で補強されており、前記掘削機のグリッパーに対向するトンネルライナーの主桁側面には緩衝材が介装されており、以て前記グリッパーが前記主桁間で伸張すると緩衝材を介してトンネルライナーの主桁側面に当接して掘削反力を確保し掘削機を推進する様に構成されている。
【０００８】
上述した様な構成を具備する本発明によれば、地山が良好な場合には、グリッパーで地山に押圧することで掘進の反力が確保できる。一方、地山が悪くグリッパー押圧による反力が不足する場合には、トンネルライナーの主桁間にグリッパーを伸張して直接、或いは緩衝材（掘進方向後側の緩衝材）を介して、最先端の主桁側面に当接して、当該主桁により掘削反力を支持するのである。
【０００９】
さらに、トンネルライナーの主桁間は充填部材（例えば、主桁間に充填されたコンクリート）が充填され、或いは補強部材が介装されて補強されており、後方に隣接するトンネルライナーの主桁にも掘削反力を伝達する。以下、後方のトンネルライナーに次々反力を伝達すれば、必要な反力が確保できるのである。
【００１０】
本発明に実施に際して、グリッパーで主桁を直接或いは緩衝部材を介して押圧する前段階として、当該グリッパーで地山に押圧する際に、地山を直接押圧せずに、トンネルライナーを押圧する様に構成しても良い。この際に、主桁の外周面に縁部を接合し主桁間に介装したスキンプレートを設け、前記グリッパーは該スキンプレートを押圧することにより、地山から掘削反力を得る様に構成することが好ましい。
この様に構成すれば、掘削機（例えば全断面掘削機）のグリッパーは、前記トンネルライナーの左右方向両側に設けられた部分（グリッパー部）の主桁間のスキンプレートを介して地山に押圧しており、該スキンプレートの全面に亘って地山から確実に反力が支持できる。その一方、トンネルライナーの主桁には荷重がかからず、変形などの不具合を生じることがない。
さらに、スキンプレートを介して地山を押圧するならば、当該スキンプレートを有するトンネルライナーによってシールドされた作業空間を作り出すので、掘削作業中における地山崩落等に対する安全性が非常に向上する。換言すれば、シールドタイプ以外のＴＢＭの安全性（劣悪な地山に起因する不都合、例えば地山崩落等、に対する安全性）が大きく向上するのである。
また前記スキンプレートは、全断面掘削機のグリッパーで地山に向って押圧されて塑性変形する。そして、前記スキンプレートと前記主桁外周面とを、塑性変形が容易な接合部材を介して接合する様に構成すれば、グリッパーを外した後もスキンプレートはそのまま元の形態に戻ること無く保持される。その結果、スキンプレートの塑性変形によるアーチ効果（シェル効果）を作用させ、ライナー耐力が向上する。また、グリッパーの押圧により地山に押し込まれたスキンプレートは、塑性変形により地山に密着して、所謂「ハダ落ち」を防止する。さらに、地山に押し込まれたスキンプレートは、掘削されたトンネル天端部からの地山の崩落によるズリを受け止め、トンネル下方に回り込まない様にするため、トンネル天端部からのズリの量が最小限に抑えられ、地山崩落の可能性も最小限にすることが出来るのである。
【００１１】
また、トンネルライナーを掘削したトンネル内壁に密着して建て込む際には、所謂「エクスパンション方式」によるのが好ましい。但し、ライナーと掘削されたトンネル内壁との間に裏込用の材料を注入する方式を用いても良い。
【００１２】
ここで前記補強部材は、Ｈ鋼等の金属製補強部材であっても良いし、コンクリート等を充填したものであっても良い。
補強部材としてコンクリートを充填したものを採用した場合には、コンクリートを充填或いは打設したセグメントは撤去後には産業廃棄物となるので、処理コストが高くなる。これに対して、補強部材として金属製の補強部材を採用したセグメントは、撤去後は産業廃棄物とはならない。そのため、撤去後の処理に関するコストを大幅に低減する事が出来る。
また、金属製の補強部材を採用する場合は、セグメントにコンクリートを吹付ける必要が無いため、粉塵等が発生せず、そのため作業環境（坑内環境）を悪化させる恐れが無い。
さらに金属製の補強部材を採用した場合には、コンクリートを打設する場合に比較して、ジャッキ反力を得る際に（コンクリートの）養生時間を待機する必要が無いので、作業期間を短縮する事が出来る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、主として図１、図２を参照して、本発明の実施形態を説明する。
図１において、掘削されたトンネルの内周に沿って環状に形成されたトンネルライナー１０は、その左右方向両側に、例えばθ1 ＝８５°のグリッパー部１１が配置され、その上端部はそれぞれヒンジ１４を介して、例えばθ2 ＝９０°の第１の一般部のピース１２Ａで互いに連結され、下端部には例えばθ3 ＝３５°の第２の一般部のピース１２Ｂがヒンジ１４を介してそれぞれ連結されている。そして、一方の第２の一般部のピース１２Ｂの一端には、第３の一般部のピース１２Ｃがヒンジ１４を介して連結されており、その第３の一般部のピース１２Ｃの他端と他方の第２の一般部のピース１２Ｂとの間は、エキスパンション部１３が形成されている。
【００１４】
図２にはトンネルライナー１０の横断面が示されており、符号１１Ａは、掘削機のグリッパー３のある位置に配設されたトンネルライナー１０のグリッパー部を示し、符号１１はその掘進方向後方に隣接するトンネルライナーのグリッパー部である。
【００１５】
これらのグリッパー部１１、１１Ａでは、溝型鋼で形成されトンネル内周に沿って湾曲した２本の主桁２０、２０が、トンネル軸方向に間隔をおき、その溝型断面の開口側を対向して並設され、図示しない間隔保持材で連結されている。そして、前方のグリッパー部１１Ａには、その両主桁２０、２０間にグリッパー３が伸張され、そのグリッパー３の後側は緩衝材２５を介して後方の主桁２０に当接されている。なお、緩衝材２５は、主桁２０の溝内に嵌まる角型鋼管が適し、グリッパー３と緩衝材２５との間にはライナープレートを介装しても良い。
【００１６】
また、後方に隣接するグリッパー部１１には、その両主桁２０、２０間にスキンプレート２１が、その縁部を両主桁２０、２０の外周面に接合されて介装されており、そのスキンプレート２１は、トンネル内側から押圧されて地山Ｅに圧着されている。そして、その両主桁２０、２０間には、前記「充填部材」として、コンクリート２６が打設充填されている。
【００１７】
なお、前記スキンプレート２１は、平鋼板または断面が波型に折り曲げられたキーストーンプレートのいずれでも良く、また、両主桁２０、２０間には縦リブ等の補強材を介装しても良い。
【００１８】
上記のようなトンネルライナー１０の構造によって、地山が良好な場合には、グリッパー３をスキンプレート２１を介して地山に押圧することで掘進の反力が確保できる。そして、地山が悪くグリッパー３の押圧による反力が不足する場合には、主桁２０、２０間に伸張されたグリッパー３から緩衝材２５を介して主桁２０に反力が伝えられ、さらに後方に隣接するトンネルライナー１０の主桁２０に伝えられ、そのトンネルライナー１０の主桁２０、２０間にはコンクリート２６が充填されているので、以下後方のトンネルライナー１０に反力が伝達されて必要な反力が確保できる。
【００１９】
図３に示す別の実施形態では、グリッパー部１１Ｍは、主桁２０、２０の外周部間にスキンプレート２１Ｍが介装され、その主桁２０とスキンプレート２１Ｍとは、図４に示すように、線材を折り曲げて形成された複数個の接合部材２２の両端部が溶接されて接合されている。そして、主桁２０、２０間には複数の補強部材３０が介装されている。
【００２０】
掘進時には、グリッパー３でスキンプレート２１Ｍ部を押圧すると、接合部２２が変形して主桁２０からスキンプレート２１Ｍが離れて地山を押圧し、掘進反力が確保できる。そして、主桁２０、２０間は補強部材３０を介して反力が伝達される。
【００２１】
この実施形態では、前記実施形態のコンクリート打設のものと比べ、仮設セグメントの場合に、撤去後にコンクリートが産業廃棄物となる様なことがなく、また、コンクリート吹き付けの際の粉塵等による坑内環境の悪化がない。さらに、ジャッキ反力をかけるのにコンクリート養生期間を待つ必要がなく、工期を短縮できるというメリットがある。
【００２２】
以上、本発明の実施形態をエキスパンション方式のトンネルライナーで説明したが、エキスパンション方式以外のトンネルライナーに適用しても良い。また、地山が良好な場合、グリッパー３はトンネルライナー１０（より正確にはスキンプレート２１）を押圧しているが、直接地山を押圧することも可能である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、以下に列挙する様な作用効果を奏する。
（１）  地山が良好な場合には、グリッパーをスキンプレートを介して地山に押圧することで掘進の反力が確保できる。
（２）  地山が悪くグリッパー押圧による反力が不足する場合には、トンネルライナー主桁間にグリッパーを伸張して緩衝材を介して主桁に反力を伝え、さらに後方に隣接するトンネルライナーの主桁に伝え、そのトンネルライナーでは充填部材（例えば主桁間に充填されたコンクリート）、あるいは補強部材を介し、以下後方のトンネルライナーに次々反力を伝達し、必要な反力を確保することが出来る。
（３）  複数のグリッパーを有するＴＢＭに対しても、隣接するトンネルライナーの主桁間にそれぞれにグリッパーを伸張当接することで、適用することができる。
（４）  緩衝材を介して主桁に当接するので、構造部材に与える損傷を可能な限り少なく出来る。
【００２４】
（５）  補強部材としてＨ鋼等の金属製補強部材を採用すれば、セグメント撤去後に産業廃棄物とはならないので、撤去後の処理に関するコストを大幅に低減する事が出来る。
（６）  金属製の補強部材を採用すれば、セグメントにコンクリートを吹付ける必要が無いため、粉塵等が発生せず、作業環境を悪化しない。
（７）  金属製の補強部材を採用した場合には、ジャッキ反力を得る際にコンクリート養生時間だけ待機する必要が無く、作業時間を短縮出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用するトンネルライナーの一実施形態を示す全体構成図。
【図２】図１のトンネルライナーの横断面図。
【図３】トンネルライナーの別の実施形態を示す斜視図。
【図４】図３の主桁とスキンプレートとの接合部の詳細を示す斜視図。
【図５】従来のトンネル掘削方法の掘削開始状態を示すトンネル断面図。
【図６】図５のトンネル軸直角断面図。
【図７】１ストローク掘進しグリッパーを縮めた状態を示す断面図。
【図８】図７のトンネル軸直角断面図。
【図９】グリッパーを前進させた状態を示す断面図。
【図１０】図９からグリッパーを伸張させた状態のトンネル軸直角断面図。
【符号の説明】
１・・・ＴＢＭ（掘削機）
３・・・グリッパー
１０・・・トンネルライナー
１１、１１Ａ・・・トンネルライナーのグリッパー部
２０・・・主桁
２１・・・スキンプレート
２５・・・緩衝材
２６・・・コンクリート
【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】
0003963241.tif 000009
【図９】
0003963241.tif 000010
【図１０】
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