(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本坑の設計断面内に本坑の切羽掘削に先行して先進導坑を形成した後、前記先進導坑内に吹付け機を設置しておき、
本坑の発破後に、本坑内でのズリ出し作業に併行して、先進導坑内に位置する前記吹付け機を先進導坑の坑口に位置させ、発破によって新たに露出した本坑のトンネル壁面に対して吹付け作業を行うことを特徴とする先進導坑を利用したトンネル掘削方法。
【請求項２】
本坑の設計断面内に本坑の切羽掘削に先行して先進導坑を形成した後、前記先進導坑内に削孔ブームを備えるドリルジャンボを設置しておき、
本坑の発破後に、本坑内に位置する吹付け機によって吹付けを行った後、本坑内でのズリ出し作業に併行して、先進導坑内に位置する前記ドリルジャンボを先進導坑の坑口に位置させ、本坑のトンネル壁面に対してロックボルト削孔・打設作業を行うことを特徴とする先進導坑を利用したトンネル掘削方法。
【請求項３】
前記先進導坑内に設置される吹付け機またはドリルジャンボの操作は遠隔操作とする請求項１、２いずれかに記載の先進導坑を利用したトンネル掘削方法。
【請求項４】
前記先進導坑は本坑設計断面内の略中央上部側位置に形成する請求項１〜３いずれかに記載の先進導坑を利用したトンネル掘削方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、本坑断面内に切羽に先行して掘削された先進導坑を利用することで、本坑掘削の効率化を図るとともに、施工機械類の輻輳を解消したトンネル掘削方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、山岳トンネルの掘削工法には、設計断面を一気に掘削する全断面掘削方法、補助ベンチ付全断面工法、設計断面の上部半断面と下部半断面に２分割して掘削行うロングベンチカット、ショートベンチカット、ミニベンチカットなどのベンチカット工法、設計断面内の側壁部に側壁導坑を先進させた後、上部半断面の掘削を行う側壁導坑先進工法など（以下、まとめて従来工法という。）があり、地山性状やトンネル断面形状などに応じて適宜、好適な掘削工法が選択されている。
【０００３】
一方、大量の湧水を伴うトンネルなどでは、支保部材となる吹付けコンクリートとロックボルトの施工が困難または高品位の施工が確保できなくなるため、水抜きボーリングやパイロット導坑などが本坑掘削に先行して掘削されることがある。前記パイロット導坑は、水抜きや地質調査を兼ねて、トンネル本坑の設計断面内外に本坑掘削に先行して形成される小断面の坑道であり、前記側壁導坑はパイロット導坑を兼ねて採用されることがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来工法では、基本的にその掘削手順は、切羽削孔、装薬、発破、ズリ出し、吹付け（場合によっては鋼アーチ支保の建込みを併せて行う。）、ロックボルト削孔・打設の手順に従って順次掘削が行われている。これらの各工程は、使用する施工機械が工種毎に異なることと、大断面を除く多くのトンネル断面では施工機械の並列が困難であること等の理由により、併行作業とすることは困難で、サイクル工程時間の短縮化、ひいてはトンネル掘削を効率化出来ない要因となっていた。
【０００５】
また、大断面トンネルなどでは、ドリルジャンボを切羽の前に並列させながらロックボルト削孔・打設と切羽削孔・装薬とが同時併行的に行われているが、施工機械の設置間隔が狭い場合には、機械相互の輻輳によりブーム等の接触事故や作業員の巻き込まれ事故等が発生することが懸念されていた。
【０００６】
さらに、崩壊性地山等の不良地山の場合には、発破掘削後の早期に、吹付けおよびロックボルト打設による支保（場合によって鋼アーチ支保を併せて行う。）の構築が望まれるところ、ズリ積込み機械やダンプトラックによって作業スペースが占有されるため、ズリ出しが終了するまでは切羽への立ち入りが出来ないなどの問題があった。
【０００７】
そこで本発明の主たる課題は、本坑掘削に先行して本坑設計断面内に先進導坑が形成されるトンネル掘削工法において、吹付け作業またはロックボルト作業をズリ出し作業と併行して行えるようにし掘削サイクルタイムの短縮化を図ること、および発破直後の早期に支保構築作業に取りかかり出来るようにすることで不良地山への対応を迅速に行えるようにすること、さらには施工機械同士の輻輳を解消して機械相互の接触事故や作業員の人身事故を無くし安全に掘削が行えるようにすること等にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本第１発明は、本坑の設計断面内に本坑の切羽掘削に先行して先進導坑を形成した後、前記先進導坑内に吹付け機を設置しておき、
本坑の発破後に、本坑内でのズリ出し作業に併行して、先進導坑内に位置する前記吹付け機を先進導坑の坑口に位置させ、発破によって新たに露出した本坑のトンネル壁面に対して吹付け作業を行うことを特徴とするものである。
【０００９】
また、その第２発明は、本坑の設計断面内に本坑の切羽掘削に先行して先進導坑を形成した後、前記先進導坑内に削孔ブームを備えるドリルジャンボを設置しておき、
本坑の発破後に、本坑内に位置する吹付け機によって吹付けを行った後、本坑内でのズリ出し作業に併行して、先進導坑内に位置する前記ドリルジャンボを先進導坑の坑口に位置させ、本坑のトンネル壁面に対してロックボルト削孔・打設作業を行うことを特徴とするものである。
前記先進導坑内に設置される吹付け機またはドリルジャンボの操作は、作業員の立ち入りが困難であることから、遠隔操作とするのが望ましい。
【００１０】
これらの場合において、前記先進導坑は本坑設計断面内の略中央上部側位置に形成するのが望ましく、かつ施工効率の点からトンネルボーリングマシンにより構築するのが望ましい。なお、本坑の掘削は発破掘削でも機械掘削であってもよい。但し、機械掘削はトンネルボーリングマシンのような全断面掘削機は除外され、ブームヘッダー、カッターヘッドなどと呼ばれる自由断面掘削機が対象となる。この機械掘削では掘削と同時に機械背面のズリ出しコンベアからズリが順次排出されるが、特に大断面トンネルでは切羽を掘削領域と、吹付けまたはロックボルト作業領域とに分割し機械同士の干渉を防止した上で、掘削と同時に行われるズリ出し作業に併行して前記吹付け作業またはロックボルト削孔・打設を併行して行うことで掘削作業の効率化が図れるようになる。
【００１１】
本発明においては、従来全く利用されていなかった先進導坑を利用して本坑のトンネル壁面への吹付け作業やロックボルト打設作業を行う。すなわち、水抜き坑および地質調査等の目的で本坑の掘削に先行して掘削された先進導坑内に、吹付け機またはドリルジャンボなどの支保用施工機械を設置しておき、発破掘削後のズリ出し時に、このズリ出し作業に併行して前記支保用施工機械によって吹付けまたはロックボルトによる支保構築を行うようにする。その結果、従来はズリ出しを待ってからしか出来なかった吹付け作業またはロックボルト削孔・打設作業が前記ズリ出しと併行してできるようになるため、掘削のサイクルタイムを短縮でき掘削効率が向上する。
【００１２】
また従来は、発破掘削後にズリ出し作業が終了しないと、吹付けやロックボルトなどの支保構築作業が出来なかったが、発破直後に早期に支保を構築することが可能となり、不良地山、崩壊性地山等であっても地山の緩みを迅速に抑えながら効率的に施工出来るようになる。
【００１３】
さらに、従来は大断面トンネルにおけるミニベンチカット工法などでは、効率化のために本坑内に２台のドリルジャンボを並列配置してロックボルト削孔・打設と切羽削孔・装薬とを併行して行ったり、２台の吹付け機を並列配置して吹付け作業を行っているが、これら施工機械の設置間隔が狭い場合などは、機械相互の干渉や作業員の巻き込まれ事故などが懸念されていた。しかし、本発明では吹付け機やロックボルトの削孔・打設のためのドリルジャンボが先進導坑内に位置しているため、施工機械同士の輻輳がなくなり安全かつ効率的に作業出来るようになる。もちろん、トンネル空間が大きく、たとえば２台の施工機械を設置しても接触事故や安全を確保しながら施工を行えるような場合であっても、先進導坑内に設置した吹付け機やドリルジャンボによって吹付けまたは削孔作業を補助することで効率的に作業が行えるようになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、吹付け作業をズリ出しと併行して行う第１形態例と、ロックボルト削孔・打設作業をズリ出しと併行して行う第２形態例とに分けて詳述する。
〔第１形態例〕
図１は本発明に係るトンネル掘削方法の施工フロー図であり、図２はトンネル横断面図である。
【００１５】
図２に示されるように、本トンネル掘削方法が対象とするトンネルは、本坑１の設計断面内にパイロット導坑等の先進導坑Ｐが本坑掘削に先行して形成されたトンネルである。前記先進導坑Ｐは、水抜きおよび地質調査などを目的として、本坑１に先行して掘削された小断面トンネルで、掘削位置は後述する吹付け機７が位置した状態で、吹付け面がブーム作業範囲内となるように、好ましくは上半Ｘの略中央位置、トンネル断面から見れば中央上部位置に形成され、その掘削方法は在来の発破工法による方法以外に効率化のためにトンネルボーリングマシン等によって形成することができる。先進導坑Ｐの底版部には、前記吹付け機７が走行できるように土砂１１等により整地されている。
【００１６】
一方、本坑１には掘削に伴って壁面に吹き付けられたモルタルまたはコンクリート等の吹付材２と、トンネル半径方向に向けて挿入打設されたロックボルト３，３…とによって支保が構築される。なお、場合によっては鋼アーチ部材が併用される。
【００１７】
本例では、大断面トンネル、具体的には１００ｍ２以上、特には１４０ｍ２以上の施工例を示しているため、掘削方法は、設計断面を上半Ｘと、下半大背Ｙと、下半土平Ｚ、Ｚとに分割し、前記上半Ｘおよび下半大背Ｙを、２台のドリルジャンボにより施工し、下半土平Ｚ、Ｚを他のドリルジャンボにより施工する（図示せず）。この掘削方法の利点は、上半Ｘと下半大背Ｙとを発破しズリ出しする際に、両側部に下半土平Ｚ、Ｚを残しているので不安定な地盤に対しても崩壊などを起こさせることなく安全にトンネル掘削を行うことができる点にある。もちろん、大断面であっても地山が良好な場合等には下半土平Ｚ，Ｚを作らずに掘削を行う場合もある。なお、本掘削工法は、上記ミニベンチカット工法以外に、全断面掘削工法、ロングベンチカット工法やショートベンチカット工法などに対しても適用が可能である。
【００１８】
以下、本トンネル掘削方法について、掘削手順に従いながら詳述する。なお、以降の説明においては、前記下半土平Ｚ、Ｚの掘削要領については通常の掘削手順に従うため説明は省略する。
【００１９】
本トンネル掘削方法は、図１３に示される装薬孔削孔→装薬→発破→ズリ出し→吹付け→ロックボルト削孔・打設の順で行っていた従来の掘削サイクル工程を、図１の施工フロー図に示されるように、前記先進導坑Ｐ内に設置した吹付け機７によって、発破後のズリ出し作業と吹付け作業との併行作業を可能とするものである。
【００２０】
先ず、図３に示されるように、切羽の下方側に存在するトンネル方向の長さが約３〜４ｍのミニベンチ（下半大背Ｙ）の手前に、ドリルジャンボ４を２台位置させた状態とする。前記ドリルジャンボ４としては、作業効率性から少なくとも２基以上の削孔ブーム５Ｌ，５Ｒを備えるとともに、少なくとも２台のチャージングゲージ６Ｌ，６Ｒを備えるドリルジャンボを用いるのが望ましい。
【００２１】
チャージングゲージ６Ｌ、６Ｒに乗り込んだ作業員が、上半Ｘに対して発破孔のマーキングを行うとともに、上半トンネル壁面に対してロックボルト孔のマーキングを行った後、上半Ｘの切羽から前方方向に向けて装薬孔の削孔を行うとともに、ロックボルト孔の削孔を行う。
【００２２】
次いで、図４に示されるように、ドリルジャンボ４を数ｍ後退させた状態とし、チャージングゲージ６Ｌ、６Ｒを使用しながら上半トンネル壁面に対してロックボルト３，３…を打設するとともに、併行して下半大背Ｙに対して装薬孔の削孔を行う。その後、上半Ｘの発破孔に対してダイナマイトを装薬するとともに、下半大背Ｙに対してダイナマイトを装薬する。
【００２３】
発破準備が完了したならば、上半Ｘおよび下半大背Ｙに装填したダイナマイトを爆発させて切羽を崩して新たな上半切羽と下半大背切羽とを形成する。発破後は、図５に示されるように、本坑内に位置するホイールローダ８およびダンプトラック９とにより土砂のズリ出しを行うとともに、先進導坑Ｐ内に設置した吹付け機７を先進導坑Ｐ坑口部に位置させ、ノズルを上半に向けながら旋回させてモルタルまたはコンクリート等の吹付材２を新たに露出したトンネル壁面に吹付ける。また、必要に応じて鋼アーチ部材の建込みを併せて行う。前記吹付け機７のノズル操作は、作業員の立ち入りが困難であることから遠隔操作とするのが望ましく、かつ先進導坑Ｐ内から吹付材を供給するのは困難であることから、下半土平Ｚ、Ｚ部の吹付けを行うポンプ付吹付け機２０から吹付材を供給するか、別途本坑内に設置した吹付材ポンプ（図示せず）により供給するようにする。
以上の工程にて１サイクルの掘削工程を完了する。以後は、この掘削サイクルを繰り返し、順次トンネルを延長する。
【００２４】
〔第２形態例〕
次いで、発破後のズリ出しと、上半トンネル壁面に対するロックボルト削孔・打設作業とを併行して行う第２形態例について図７〜図１２を参照しながら詳述する。
【００２５】
図７の施工フロー図に示されるように、ドリルジャンボ４は、上半Ｘ切羽および下半大背Ｙ切羽に対する装薬孔の削孔のみを行い、発破後は本坑内に位置する吹付け機１２によって吹付けを行った後、ズリ出しと、上半トンネル壁面に対するロックボルト削孔・打設作業とを併行して行うものである。
【００２６】
先ず、図８に示されるように、切羽の下方側に存在するトンネル方向の長さが約３〜４ｍのミニベンチ（下半大背Ｙ）の手前に、ドリルジャンボ４を好ましくは１〜２台位置させた状態とする。チャージングゲージ６Ｌ、６Ｒに乗り込んだ作業員が、上半Ｘに対して発破孔のマーキングを行った後、上半Ｘの切羽から前方方向に向けて装薬孔の削孔を行う。
【００２７】
次いで、図９に示されるように、ドリルジャンボ４を数ｍ後退させた状態とし、下半大背Ｙに対して装薬孔の削孔を行う。その後、上半Ｘの発破孔に対してダイナマイトを装薬するとともに、下半大背Ｙに対してダイナマイトを装薬する。
【００２８】
発破準備が完了したならば、上半Ｘおよび下半大背Ｙに装填したダイナマイトを爆発させて切羽を崩して新たな上半切羽と下半大背切羽とを形成する。発破後は、直ぐにズリ出しは行わずに、図１０に示されるように、本坑内に位置する吹付け機１２によって新たに露出した上半トンネル壁面に対してモルタルまたはコンクリート等の吹付材を吹付ける。また、必要に応じて鋼アーチ部材の建込みを併せて行う。その後、吹付け作業を完了したならば、図１１に示されるように、本坑内に位置するホイールローダ８およびダンプトラック９とにより土砂のズリ出しを行うとともに、先進導坑Ｐ内に設置したロックボルト用ドリルジャンボ１０を先進導坑Ｐ坑口部に位置させ、ブームを旋回させながらロックボルト孔の削孔を行い、引き続きチャージングケージに乗り込んだ作業員によってロックボルトの打設作業を行う。前記ロックボルト用ドリルジャンボ１０は、同図に示されるように、好ましくは２基の削孔ブーム１３Ｌ、１３Ｒを備え、上右半と上左半とをそれぞれ分担しながら削孔を行うようにするのが望ましく、かつロックボルト打設のために好ましくは２〜３台のチャージングゲージ１４を備えるものが望ましい。なお、前記ロックボルト用ドリルジャンボ１０のブーム操作は、前記吹付け機７の場合と同様、作業員の立ち入りが困難であることから、遠隔操作とするのが望ましい。
【００２９】
上記ロックボルトの設置作業を完了したならば、１サイクルの掘削工程を完了し、以後はこの掘削サイクルを繰り返し、順次トンネルを延長する。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳説のとおり本発明によれば、本坑掘削に先行して本坑設計断面内に先進導坑が形成されるトンネル掘削工法において、吹付け作業またはロックボルト作業をズリ出し作業と併行して行えるようになるため掘削サイクルタイムの短縮化が図れるようになる。また、発破直後の早期に支保構築作業に取りかかり出来るようになるため不良地山への対応が迅速に行えるようになる。さらには、施工機械同士の輻輳が解消され、機械相互の接触事故や作業員の人身事故が無くなり安全に掘削が行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本第１形態例に係るトンネル掘削方法の施工フロー図である。
【図２】  トンネル横断面図である。
【図３】  トンネル掘削手順（その１）を示す縦断面図である。
【図４】  トンネル掘削手順（その２）を示す縦断面図である。
【図５】  トンネル掘削手順（その３）を示す、(A)は縦断面図、(B)は平面図である。
【図６】  図５のVI−VI線矢視図である。
【図７】  本第２形態例に係るトンネル掘削方法の施工フロー図である。
【図８】  トンネル掘削手順（その１）を示す縦断面図である。
【図９】  トンネル掘削手順（その２）を示す縦断面図である。
【図１０】  トンネル掘削手順（その３）を示す縦断面図である。
【図１１】  トンネル掘削手順（その４）を示す、(A)は縦断面図、(B)は平面図である。
【図１２】  図１１のXII−XII線矢視図である。
【図１３】  従来のトンネル掘削の施工フロー図である。
【符号の説明】
１…本坑、２…吹付材、３…ロックボルト、４…ドリルジャンボ、７…吹付け機、８…ホイールローダ、９…ダンプトラック、１０…ロックボルト用ドリルジャンボ、Ｐ…先進導坑
【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】
0004281983.tif 000009
【図９】
0004281983.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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