(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル軸方向に所定の間隔で支保工を配置するトンネル構造であって、
トンネル掘削機によって切削、穿孔又は破壊が可能な材料からなる支保工を使用し、
支保工と支保工の間は連結材で連結して構成したことを特徴とする、
トンネル構造。
【請求項２】
先行して構築するトンネルの構造を請求項１記載のトンネル構造とし、
前記トンネル構造に配置されたトンネル掘削機によって切削、穿孔又は破壊が可能な材料からなる支保工を切削または破壊しながら新規のトンネルを掘削することを特徴とする、
トンネルの構築方法。
【請求項３】
トンネル軸方向に所定の間隔で支保工を配置するトンネルの構築方法において、
トンネル掘削機によって切削、穿孔又は破壊が可能な材料からなる支保工を配置し、
配置した前記支保工の一部を切削または穿孔して、掘削進行方向の地山に向けて受材を形成することを特徴とする、
トンネルの構築方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、支保工を使用したトンネル構造及びトンネルの構築方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トンネルを構築する場合において、掘削したトンネル内部にトンネル軸方向に所定の間隔をおいて支保工を配置して、掘削後に地山ｄから作用する土圧の支持または地山ｄの緩みを防止している。
従来から、支保工としては、Ｈ型鋼材などをアーチ状に加工した鋼製の支保工が用いられている。
鋼製の支保工は分割して使用でき、軽量であるため、トンネル内での取り扱いや設置が容易となり、施工性に優れている。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】
前記した従来のトンネル構造及びトンネルの構築方法にあっては、次のような問題点がある。
＜イ＞鋼製支保工は掘削機によって切削や破壊をおこなうことが困難である。このため、トンネルを拡幅する場合または先進導坑に続いて本坑となるトンネルを掘削する場合には、鋼製支保工を撤去する必要がある。この撤去作業は、手間がかかる上に、地山の支持材を取り除く作業であるため危険を伴う。
＜ロ＞上記したような鋼製支保工の撤去作業を省略するために、鋼製支保工を設置しない場合もある。この場合は、地山の安定が図れないこともあり危険である。
＜ハ＞トンネルの掘削面を上方から支える先受け工法が、トンネル掘削のための補助工法として採用される場合がある（図６参照）。先受け工法に使用する削岩機では鋼製支保工ａを切削または穿孔できない。このため、先受け工法で設置する受材ｂの角度や位置は、鋼製支保工を避けるように設定しなければならない。この結果、効果的かつ経済的な受材の設置を行うことができない場合がある。
＜ニ＞鋼製支保工と同様の耐力を有する支保工を通常の鉄筋コンクリートで製作すると、非常に重い支保工となる。このため、トンネル内での取り扱いや設置が困難となり、施工性が悪い。また、大きな支保工を使用することは掘削量の増加に直結するため、不経済である。
＜ホ＞鋼製支保工は一般に高価である。
【０００４】
【本発明の目的】
本発明は上記したような従来の問題を解決するためになされたもので、拡幅、リニューアル、交差部の掘削などのために先行トンネルをトンネル掘削機で再掘削することが簡易かつ効率的に行えるトンネル構造及びトンネルの構築方法を提供することを目的とする。
また、拡幅などの再掘削が安全に行えるトンネル構造及びトンネルの構築方法を提供することを目的とする
また、効果的かつ経済的に先受け工法を実施できるトンネル構造及びトンネルの構築方法を提供することを目的とする。
本発明はこれらの目的の少なくとも一つを達成するためになされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明のトンネルの構造は、トンネル軸方向に所定の間隔で支保工を配置するトンネル構造であって、トンネル掘削機によって切削、穿孔又は破壊が可能な材料からなる支保工を使用し、支保工と支保工の間は連結材で連結して構成したことを特徴とするものである。
また、本発明のトンネルの構築方法は、先行して構築するトンネルの構造を上記のトンネル構造とし、前記トンネル構造に配置されたトンネル掘削機によって切削、穿孔又は破壊が可能な材料からなる支保工を切削または破壊しながら新規のトンネルを掘削することを特徴とする方法である。
更に、本発明のトンネルの構築方法は、トンネル軸方向に所定の間隔で支保工を配置するトンネルの構築方法において、トンネル掘削機によって切削、穿孔又は破壊が可能な材料からなる支保工を配置し、配置した前記支保工の一部を切削または穿孔して、掘削進行方向の地山に向けて受材を形成することを特徴とする方法である。なお、繊維補強コンクリートなどのトンネル掘削機によって切削、穿孔又は破壊が可能な材料からなる支保工を、作用荷重に対して有利な断面係数となる断面形状や吹付けコンクリートと一体化しやすい断面形状などにすることも可能である。
【０００６】
【本発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【０００７】
＜イ＞支保工
支保工１は、トンネルを掘削した直後にトンネル内部に設置する支持材で、地山６から作用する土圧の支持または地山６の緩みを防止するなどの役割を果たす。支保工１は、トンネル軸方向に所定の間隔をおいて設置する。間隔は地山の状態に応じて変更する。
本発明で使用する支保工１は、トンネル掘削機によって切削、穿孔又は破壊が可能な材料で製造する。例えば繊維補強コンクリート、ガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、炭素繊維強化プラスチックなどの材料が好適である。
例えば断面が略Ｉ型断面になるように支保工１を製造する。図４に図３のＡ−Ａ断面の断面図を示す。
また、支保工１は、必要に応じて任意の大きさの支保部材１２に分割する。図３に支保部材１２を組み合わせて支保工１とした時の正面図を示す。
ここで支保部材１２は、支保工として組み立てるためにあらかじめ所定の大きさに製造された部材をいう。
【０００８】
＜ロ＞繊維補強コンクリート
繊維補強コンクリートは、金属又は合成樹脂の繊維をコンクリートに混入することによって、引張強度、曲げ強度、靭性などの性能を改善したコンクリートをいう。
繊維補強コンクリートを使用すれば、コンクリートで略Ｉ型断面の支保工を製造することも可能である。Ｉ型断面は支保工の曲げ耐力を低下させずに、支保工の重量を軽量化できる理想的な断面形状である。Ｉ型断面は、鋼材では従来からよく使用されているが、コンクリート製のものはなかった。
繊維補強コンクリートの材料としては、例えば、セメントと珪石の粉末、シリカフューム、珪砂、高性能減水剤に水を単位水量（出来上がりコンクリート容積１ｍ3当たり）として１８０ｋｇ程度（水／セメントの比率が２２％程度）を加えた高強度コンクリート・マトリックスに、高強度鋼繊維を容積で２％程度混入して得られる圧縮強度２００〜２２０ＭＰａ、曲げ強度４０〜４５ＭＰａ、付着強度１０〜９０ＭＰａ、透気係数２．５×１０-18ｍ2、吸水率０．０５ｋｇ／ｍ3、塩分拡散係数０.０２×１０-12ｍ2／ｓｅｃ、弾性係数５５ＧＰａの特性を持つ繊維補強・超高強度コンクリートが使用できる。
【０００９】
＜ハ＞先行トンネル
先行トンネル２１とは、新設トンネル２２を掘削するに先立って、先進導坑として掘削するトンネルをいう。
また、供用後のトンネルを再掘削して拡幅する場合の拡幅前のトンネルも、ここでいう先行トンネルに含まれる。
【００１０】
＜ニ＞受材
受材４は、トンネル上方に屋根のように配置して、トンネルの掘削面を上方から支えるものをいう。
受材４は、削岩機などで掘削した孔に、ロックボルト、鉄筋、鋼管、単管パイプなどの支保材を配置して構築する。または、これらの支保材とセメントミルク、発泡ウレタンなどの固結材を組み合わせて構築する。
【００１１】
＜ホ＞継手部
継手部１１は、支保部材１２間を接合した部分をいう。
例えば、支保部材１２の端面にエンドプレートを埋め込んでおき、ボルトで接合する。エンドプレートを埋め込む代わりに支保部材端部付近に箱抜きを設け、長ボルトで接合する方法もある。
また、支保部材１２の端面にピンが挿入できる孔を設け、ピンを挿入することにより接合する。片側端面にあらかじめピンを埋め込んでおき、もう一方の端面に孔を設けて接合する方法もある。
更に、支保部材１２の端面をほぞ形状に成型あるいは加工し、組み合わせることによって接合する。ほぞの形状は使用環境にあわせて角錐形にすることもある。これら成型あるいは加工する部分を支保部材とは異なる材料であらかじめ製作し、支保部材の端部に埋め込んでおくこともできる。状況に応じて接着剤や通しボルト、ピンなどを併用して接合してもよい。
その他にも、支保部材１２の端面の一方を凹部、他方を凸部に成型あるいは加工し、両者を嵌め合わせて接合してもよい。凹部及び凸部は、支保部材１２とは異なる材料であらかじめ製作し、支保部材１２に埋め込んでおくこともある。状況に応じて接着剤や通しボルト、ピンなどを併用してもよい。
なお、支保部材１２を外側から覆う筒状の副部材を用いることにより接合することもできる。状況に応じて接着剤や通しボルト、ピンなどを併用することもできる。
【００１２】
＜ヘ＞支保工間の連結
トンネル軸方向に所定の間隔をおいて設置した支保工１は、必要に応じて支保工間を連結する。
例えば、支保工１にあらかじめ連結孔５２を設けておき、連結材５１をさし込むことによって連結する。
図５に支保工間の連結の実施例の説明図を示す。
連結孔５２には、連結材５１を固定するために、プラスチックや金属でできた固定具をあらかじめ埋め込むこともできる。また、状況に応じて接着剤を併用することもある。
なお、支保工１の一部分をほぞ形状に成型あるいは加工し、これと形状を一致させた連結材を組み合わせることによって接合してもよい。この場合も状況に応じて接着剤や通しボルト、ピンなどを併用する。
【００１３】
以下図面を参照しながら本発明のトンネル構造を使用したトンネルの構築方法について説明する。
【００１４】
＜イ＞先進導坑の拡幅によるトンネルの構築方法
先進導坑として先行するトンネルを掘削して、その後に先行トンネル２１を一部に含む新設トンネル２２を掘削する場合がある。
この場合、先行トンネル２１の支保工１としてトンネル掘削機によって切削、穿孔又は破壊が可能な材料からなる支保工１を使用する。
新設トンネルの掘削に使用するトンネル掘削機３によって、地山６とともに前記支保工１も切削または破壊する。このため、あらかじめ先行トンネル２１の支保工１を撤去する必要がない。
仮に、鋼製支保工を設置したままトンネル掘削機３によって掘削したならば、鋼製支保工が従来のトンネル掘削機３に絡み付いて掘削できなくなる。しかし、トンネル掘削機によって切削、穿孔又は破壊が可能な材料からなる支保工１はトンネル掘削機３によって切削または破壊が可能であるため、このような問題が生じない。
ここで、トンネル掘削機３としては、トンネルボーリングマシン、ブーム式掘削機などが使用できる。
なお、トンネル掘削機によって切削、穿孔又は破壊が可能な材料からなる支保工１は鋼製支保工とは異なり、爆破によっても破壊できる。
そこで、爆破工法によって新設トンネル２２の掘削を行う場合は、未掘削部の地山６または支保工１に爆薬を装てんし、支保工１を地山６と共に破壊してトンネルの掘削をおこなう。
【００１５】
＜ロ＞供用後のトンネルの拡幅によるトンネルの構築方法
供用を開始した後に、交通量の増加などの理由によってトンネルを再掘削して拡幅する場合がある。
拡幅掘削は、トンネル掘削機３または爆破掘削などで行う。
このとき、拡幅する前の先行トンネルに設置したトンネル掘削機によって切削、穿孔又は破壊が可能な材料からなる支保工１は、地山６とともに切削または破壊して拡幅トンネルの掘削をおこなう。
【００１６】
＜ハ＞先受け工法を適用したトンネルの構築方法
図２に先受け工法を適用したトンネルの縦断面図を示す。
トンネル掘削機によって切削、穿孔又は破壊が可能な材料からなる支保工１の一部を、削岩機で切削または穿孔して受材４を構築する。
この場合、支保工１に制限されずに受材４を任意の角度及び位置に設置できる。例えば、受材４を水平に近い角度で打設することによって、効果的かつ経済的な受材４の構築を行うことができる。
【００１７】
【本発明の効果】
本発明のトンネル構造及びトンネルの構築方法は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜イ＞トンネル掘削機によって切削、穿孔又は破壊が可能な材料により支保工を製作する。このため、支保工を設置した後にトンネルを拡幅する場合でも、支保工を撤去する必要がない。この結果、撤去作業が不要となり拡幅が簡易かつ効率的に行える。
＜ロ＞支保工を撤去せずにトンネルの拡幅が行える。このため、危険な撤去作業や、支保工撤去後の地山の崩壊による危険を避けることができる。
＜ハ＞削岩機などで支保工を切削または穿孔できる。このため、先受け工法を適用する場合に、支保工に制限されずに受材を任意の角度及び位置に設置できる。従って、最も効果的かつ経済的に受材を形成できる。
＜ニ＞繊維補強コンクリートなどのトンネル掘削機によって切削、穿孔又は破壊が可能な材料で支保工を製作するため、容易に任意の断面形状とすることができる。例えば、略Ｉ型断面とすることができる。このため、支保工の自重を大幅に軽量化できる。この結果、従来鋼材を使用していたトンネルの支保工にコンクリート材料が使用でき、材料費を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトンネル構造及びトンネルの構築方法の実施例の説明図
【図２】本発明のトンネル構造に先受け工法を適用した場合の縦断図
【図３】支保工の正面図
【図４】図３のＡ−Ａ断面の断面図
【図５】支保工間を連結する場合の実施例の斜視図
【図６】従来の鋼製支保工を使用したトンネル構造に先受け工法を適用した場合の縦断図
【符号の説明】
１・・・支保工
２１・・先行トンネル
２２・・新設トンネル
４・・・受材
６・・・地山
【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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