(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル切羽部を上下二段に区分する上部半断面先進掘削工法であって、複数の穿孔機と注入装置等を搭載したトンネルワークステーションを用い、上段の掘削に先立って切羽前方で且つトンネル断面外周部に相当する領域を、前記穿孔機で穿孔し、地盤改良材を前記注入装置で注入することにより地盤改良すると共に下段部では第２の掘削機で下段部を掘削し、その後上段部で第１の掘削機で掘削すると共に下段部では一次覆工を施工し、前記工程を順次繰り返してトンネルを構築することを特徴とするトンネル施工方法。
【請求項２】
前記工程の１サイクルの中で、前記トンネルワークステーションの下方空間部に配したインバート打設装置でインバートを形成することを特徴とする請求項１に記載のトンネル施工方法。
【請求項３】
前記第１の掘削機は、自走により進退しトンネルワークステーションに対して出入可能であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトンネル施工方法。
【請求項４】
前記トンネルワークステーションにはその長さ方向に沿って移動可能なベルトコンベアを設け、このベルトコンベアにより、前記第１及び第２の掘削機で掘削したずりを後方に搬送して運搬車両に積載することを特徴とする請求項１から請求項３いずれか１項に記載のトンネル施工方法。
【請求項５】
前記トンネルワークステーションには前記第１の掘削機による掘削ずりを後方に運搬する補助ベルトコンベアが前記ベルトコンベアの前方に設けられ、前記補助ベルトコンベアの後端が前記ベルトコンベアの前端に近接し、補助ベルトコンベアの掘削ずりをベルトコンベアに移載できることを特徴とする請求項４に記載のトンネル施工方法。
【請求項６】
前記ベルトコンベアは、前部材と後部材とから一体に構成され、前部材は後部材から前方に向かって下向き傾斜可能に取り付けられていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のトンネル施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルワークステーションを用いるトンネル施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネル施工方法としては、従来例えば自由断面掘削機等の掘削機で切羽部を掘削し、砕けた岩石や土砂等（掘削ずり）を除去してから同じ手順を繰り返して掘進する施工方法がある。又、シールド工法と称される、先端のカッティングヘッドを切羽部に押し当てて回転させながら掘進する施工方法がある。
【０００３】
ところで、近年環境保全並びにトンネル近傍にダム等の貯水池が存在する場合、トンネル掘削時、完成後にトンネル内への湧水を極限まで制限されるトンネルが計画されている。このようなトンネルを前記自由断面掘削機等により掘削する場合は、掘削に先立って切羽部の数十ｍ（２０〜５０ｍ位）前方部分を、トンネル抗内よりボーリングマシンで穿孔し、その穿孔に注入機により止水のための注入材を注入することにより掘削すべきトンネル断面外周部の地盤改良を行い、掘削時の地盤崩壊を防止して安全を確保すると共に、トンネル内への湧水を防止するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この場合前工程としてトンネル抗内からボーリングマシンによる穿孔作業と注入機による注入作業とを必要とし、この前工程が終了した後に自由断面掘削機等の掘削機で掘削するため、掘削の手待ちの状態が発生して掘進作業の進みが遅くなり、工期が長引く原因になっている。又、掘削後の掘削ずりを搬出する作業は、複数のベルトコンベアを連結状態に組み合わせて搬送すると共に、トンネル内に敷設したレール上を走行する台車に積み込んで行うため非常に煩雑で手間が掛かる。更に、これらベルトコンベアや台車走行用のレールが敷設されていると、トンネル内の底面部に形成するインバートのコンクリート打設工事が早期に着手できない問題がある。
一方、シールド工法による場合には、上記のような前工程を必要としないので能率良くトンネル掘削することが可能であるが、シールド機械が高価であって施工コストが著しく高騰する問題がある。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたもので、シールド機械を用いることなく、効率良く掘進して工期の短縮が図れると共に、切羽部で生じる掘削ずりの搬出を容易に行え、インバートのコンクリート打設も早期に行えるようにしたトンネル施工方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、トンネル切羽部を上下二段に区分する上部半断面先進掘削工法であって、複数の穿孔機と注入装置等を搭載したトンネルワークステーションを用い、上段の掘削に先立って切羽前方で且つトンネル断面外周部に相当する領域を、前記穿孔機で穿孔し、地盤改良材を前記注入装置で注入することにより地盤改良すると共に下段部では第２の掘削機で下段部を掘削し、その後上段部で第１の掘削機で掘削すると共に下段部では一次覆工を施工し、前記工程を順次繰り返してトンネルを構築することを特徴とする。上部半断面先進掘削工法でトンネルワークステーションを用いて、上段の掘削に先行してトンネル断面外周部を地盤改良している間に下段の掘削を行い、上段の掘削をしている時には下段の覆工を行うので、工程の手待ちがなく効率良く施工を行うことができ、工期短縮が図れる。
【０００７】
又、請求項２の発明は、前記工程の１サイクルの中で、前記トンネルワークステーションの下方空間部に配したインバート打設装置でインバートを形成することを特徴とする。トンネルワークステーションの下方空間部に配したインバート打設装置でインバートを形成するので、ベルトコンベアや台車走行用のレールに関係なく施工を行うことができ、更に工期短縮が図れる。
【０００８】
更に、請求項３の発明は、前記第１の掘削機は、自走により進退しトンネルワークステーションに対して出入可能であることを特徴とする。第１の掘削機が自走により進退しトンネルワークステーションに対して出入可能となっているため、穿孔・注入作業と掘削の切替がスムーズに行えることにより、工期短縮が図れる。
【０００９】
又、請求項４の発明は、前記トンネルワークステーションにはその長さ方向に沿って移動可能なベルトコンベアを設け、このベルトコンベアにより、前記第１及び第２の掘削機で掘削したずりを後方に搬送して運搬車両に積載することを特徴とする。トンネルワークステーションに長さ方向に沿って移動可能なベルトコンベアを配したので、トンネルワークステーション後方への掘削ずりの搬送が容易である。
【００１０】
更に、請求項５の発明は、前記トンネルワークステーションには前記第１の掘削機による掘削ずりを後方に運搬する補助ベルトコンベアが前記ベルトコンベアの前方に設けられ、前記補助ベルトコンベアの後端が前記ベルトコンベアの前端に近接し、補助ベルトコンベアの掘削ずりをベルトコンベアに移載できることを特徴とする。ベルトコンベアに関連して補助ベルトコンベアを設けたので、上段の掘削ずりの搬送が容易になり、上段の掘削を行っている時でも下段の掘削以外の作業が行える。
【００１１】
そして、請求項６の発明は、前記ベルトコンベアは、前部材と後部材とから一体に構成され、前部材は後部材から前方に向かって下向き傾斜可能に取り付けられていることを特徴とする。ベルトコンベアの前部材を傾斜可能とすることにより、下段の掘削ずりの搬送も行え、且つ掘削時以外の一次覆工等での作業の支障とならない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るトンネル施工方法の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は、トンネル切羽部を上下二段に区分する上部半断面先進掘削工法であって、複数の穿孔機と注入装置等を搭載したトンネルワークステーション１を用いてトンネル２を掘削する場合であり、その上段の掘削に先立って穿孔作業を行う状態を示す図である。
【００１３】
トンネルワークステーション１は、正面から見て略門型に形成された第１の架台３と、この第１の架台３の後部に連結して同じく略門型に形成された第２の架台４とから組み立てられている。第１の架台３は、図３のように所定の間隔（約６ｍ）をあけて対設された下部材３ａと、その上に立設された複数の支柱３ｂと、支柱３ｂ間に取り付けられた斜材３ｃと、支柱３ｂにより支持固定された平板状の上部材３ｄとから一体に構成され、全長は約３５〜４０ｍとなっている。下部材３ａの前端部近傍の下部には無端履帯５が対設されてトンネル２の上段２ａ面を走行できるようにしてある。
【００１４】
第２の架台４は、所定の間隔（約５ｍ）をあけて対設された下部材４ａと、その上に立設された複数の支柱４ｂと、これらの支柱４ｂにより支持固定された平板上の上部材４ｃとから一体に構成され、全長は約１５〜２０ｍとなっている。第２の架台４の前端部は、第１の架台３の後端部に連結固定され、下部材４ａの前端部近傍の下部と後端部近傍の下部にはそれぞれ車輪６が取り付けられ、トンネル２内に敷設したレール７上を走行できるようにしてある。これにより、トンネルワークステーション１は、前記無端履帯５と車輪６とを介して全体が安定良く支持されると共に、前後方向に移動可能となっている。
【００１５】
又、第１の架台３には、穿孔作業に必要な複数の穿孔機８（図示の例では４台）が搭載されており、そのうちの２台は図３のように前記下部材３ａを側方に延長形成した延長部上にそれぞれ配設され、且つ延長部上に敷設したガイドレール９上を前後方向に移動できるように構成されている。他の２台は前記上部材３ｄ上にそれぞれ配設され、且つ上部材３ｄ上に敷設したガイドレール９上を前後方向に移動できるように構成されている。
【００１６】
各穿孔機８の後部には注入装置１０（図１）がそれぞれ搭載され、穿孔機８で切羽部前方で且つトンネル断面外周部に相当する領域を穿孔した後に、注入装置１０から穿孔内に注入材（止水目的の地盤改良材或は固化材）を注入して地盤改良できるようにしてある。
【００１７】
又、図３のように第１の架台３の上部材３ｄ上には、コンクリート吹付機１１が２つの穿孔機８の間に挟まれるようにして中央部に配設され、作業用ケージ１２が２つの穿孔機８の外側にそれぞれ位置するようにして両側部に配設され、これらのコンクリート吹付機１１、作業用ケージ１２もガイドレールを介して前後方向に移動可能に構成されている。
【００１８】
更に、第１の架台３の前方部内には、図１及び図３に示すように自由断面掘削機である第１の掘削機１３が待機しており、この第１の掘削機１３は自由に掘削方向が変えられるブーム型であって、無端履帯１３ａにより自走可能に形成され、掘削作業時には図２のように前進して第１の架台３より前方に現れ、穿孔作業時には後退して第１の架台３の空間内に格納する。つまり、第１の掘削機１３は自走により進退し、トンネルワークステーション１に対して出入可能となっている。
【００１９】
この第１の掘削機１３の後端部には補助ベルトコンベア１４が昇降機構１５を介して取り付けられている。補助ベルトコンベア１４は、上段の掘削作業時には図２のようにベルトコンベア１６に近接し、上段の穿孔作業時には図１のように昇降機構１５により上昇させてベルトコンベア１６とは離れるようになっている。
【００２０】
ベルトコンベア１６は、前部材１６ａと後部材１６ｂとから一体に構成され、前部材１６ａは前記補助ベルトコンベア１４と近接可能に形成されると共に、図１のように後部材１６ｂから前方に向かって下向き傾斜可能に取り付けられている。
【００２１】
このベルトコンベア１６は、前後方向に移動可能に形成されており、即ち図１及び図５のように前記第２の架台４における上部材４ｃの下面側に一対の支持レール１７が固定され、この支持レール１７に対して前記後部材１６ｂが摺動自在に支持されている。支持レール１７の前方部は上部材４ｃに固定されていないため、第１の架台３における前記下部材３ａとの間にステー（図略）等を介して固定する。
【００２２】
ベルトコンベア１６の前部材１６ａは、図１のように前方寄りの両側を電動チェーンブロック１８で支持し、その電動チェーンブロック１８は第１の架台３の下部材３ａに対してそれぞれ摺動可能に取り付けると好ましい。電動チェーンブロック１８により前部材１６ａをほぼ水平状態に安定良く保持すると共に、前部材１６ａを前方に向かって下向き傾斜させる時にも安定良く保持することができる。
【００２３】
第２の掘削機１９は所要の大きさのブレーカーやバックホーであり、トンネル２の下段２ｂの切羽部を掘削する。掘削ずりは前記下向き傾斜させたベルトコンベア１６の前部材１６ａに載せ、ベルトコンベア１６によって後方に搬送し、搬出用トラック等の運搬車両Ｄに積載する。
【００２４】
２０はインバート打設装置であり、第２の掘削機１９で掘削した後にトンネル下面にインバートを形成する。このインバート打設装置２０は、自走可能に形成されてインバート型枠２０ａを所定の箇所に据え付けると共に、このインバート型枠２０ａ内にコンクリートを打設してインバートを連結状態に順次形成できるようにしてある。
【００２５】
前記第２の架台４の後端部には、急結剤供給装置２１とコンクリート吹付機２２とが搭載されている。これらはトンネル２の内面に形成された覆工の隙間を塞いで外部からの湧水を防ぐために使用される。
【００２６】
トンネルワークステーション１での作業員の往来と安全を確保するために、図４及び図５のように第１の架台３の下部材３ａ及び第２の架台４の下部材４ａに通路２３、２４をそれぞれ取り付け、これらの通路２３、２４の外側には柵２３ａ、２４ａをそれぞれ設けて転落を防止するようにしてある。又、通路２３と通路２４とを連絡するための階段２５を設け、第１の架台３の中間部には通路２３と上部材３ｄの上面とを連絡するための階段２６を設け、更に、第１の架台３における上部材３ｄの前方部及び第２の架台４における上部材４ｃの周囲にも柵３ｅ、４ｄをそれぞれ設けて作業員の安全対策を施してある。
【００２７】
このように構成されたトンネルワークステーション１で、トンネル２を掘削施工する方法について説明する。この方法は図１、図２に示すように上部半断面先進掘削工法であり、トンネル２の切羽部はその上半部を上段２ａに、下半部を下段２ｂにそれぞれ区分し、上段２ａの切羽部は第１の掘削機１３により、下段２ｂの切羽部は第２の掘削機１９によりそれぞれ掘削を行う。
【００２８】
先行するトンネル２の上段２ａにおいては、第１の掘削機１３でトンネル２の掘進方向に一定長掘削した後、その掘削ずりの排除を行い、その後方の上段の掘削壁面に支保工の建て込みからコンクリート吹き付けまでの一次覆工を順次或は並行して行い、後行する下段２ｂにおいても下半部とインバート部の掘削、上半部と同様の一次覆工、インバートの施工を順次或は並行して行う。このように掘削作業から一次覆工、インバート作業までを繰り返し行うことでトンネル２を掘削して行く。
【００２９】
第１の掘削機１３で上段２ａの切羽部を掘削する前に、図１のように穿孔作業を行う。前記トンネルワークステーション１に搭載された複数の穿孔機８をそれぞれ前進させ、切羽前方で且つトンネル断面外周部に相当する領域を穿孔した後に、注入装置１０から各穿孔内に注入材を注入し、地盤を改良する。この地盤改良の範囲を図６に示す。この図では、トンネル周囲を地盤改良するものであるが、必要に応じトンネル掘削部領域まで地盤改良してもよいし、全周でなくても良い。この時に空いている穿孔機８を利用して切羽周辺の掘削壁面にロックボルト（図略）を打設していてもよい。穿孔作業時には前記第１の掘削機１３は第１の架台３の空間内に格納して待機させておく。
【００３０】
一方、上段２ａの穿孔作業時に並行して下段２ｂでは、第２の掘削機１９により切羽部の一定長の掘削と、インバート掘削とが行われる。これらの掘削により生じた掘削ずりは、ベルトコンベア１６の下向き傾斜させた前部材１６ａに載せられると共に、後部材１６ｂを経て後方に搬送され、ベルトコンベア１６の端部に位置付けられた搬出用トラック等の運搬車両Ｄに積み込まれる。
【００３１】
前記注入材による地盤改良が完了した時点で、各穿孔機８を後退させて元の位置に復帰させ、図２のように第１の掘削機１３を前進させて第１の架台３の前方に位置させ、切羽部の一定長の掘削を行う。この時、ベルトコンベア１６は前部材１６ａを前記電動チェーンブロック１８で吊り上げて後部材１６ｂとほぼ水平で直線状態となるようにし、且つ前記支持レール１７に沿って前進移動させ、前部材１６ａを掘削機１３の後部に取り付けられた補助ベルトコンベア１４に近接させる。これにより、掘削ずりは補助ベルトコンベア１４及びベルトコンベア１６を介して後方に搬送されると共に、ベルトコンベア１６の端部に位置付けた運搬車両Ｄに積み込まれる。
【００３２】
掘削ずりの排出後に第１の掘削機１３を自走によりバックさせ、第１の架台３上で後方に待機させていた作業用ケージ１２を前進させてトンネルワークステーション１の前端から掘削壁面に臨ませる。そして、露出した掘削壁面に穿孔機８でロックボルト（図略）を打設する。その後、一次覆工のために分割された支保工や金網を適宜の手段で搬送し、作業用ケージ１２上で作業員が掘削壁面に対する支保工の建て込みと既設支保工との間に金網張り作業を行う。この後、第１の架台３上に待機させていたコンクリート吹付機１１を支保工建て込み部まで前進させてコンクリートの吹き付けを行って上半部の一次覆工作業を完了する。
【００３３】
一方、下段２ｂにおいても上半部と同様に下半部の一次覆工作業が行われ、これと並行して前記インバート掘削部にインバート型枠２０ａをセットし、インバート打設装置２０によりコンクリートを打設してインバートを形成する。
【００３４】
尚、インバートの形成は、トンネルワークステーション１の下方空間部を利用してインバート打設装置２０で行うので、上段の穿孔・注入、上下段の切羽の掘削から一次覆工までの１サイクル分の作業の中で行えばよい。又、本実施の形態では、下段の掘削時には上段は穿孔・注入作業を行っているが、上段の掘削以外のロックボルトや一次覆工作業を行っていてもよい。
【００３５】
トンネル２内の壁面覆工及びインバートが構築された後、トンネル２の底面部における前記レール７の前方に新規レールを接続して継ぎ足す。この新規レールの敷設後に、トンネルワークステーション１全体を一定長前進させる。第１の架台３下の無端履帯５が上段２ａ面を移動し、同時に第２の架台４下の車輪６がレール７上を走行することにより、トンネルワークステーション１を円滑に前進移動させることができる。このトンネルワークステーション１の前進移動に伴って、第１の掘削機１３、第２の掘削機１９、インバート打設装置２０もそれぞれ所定距離だけ前進移動させる。
【００３６】
又、トンネルワークステーション１の前進移動の際に、既設の覆工内壁面においてわずかな隙間等がある場合には、前記急結材供給装置２１又は／及びコンクリート吹付機２２により即座に補修することが可能である。従って、外部からの湧水を防ぐことができる。そして、上記のようなサイクルを繰り返し行うことによりトンネル２を掘進するのである。尚、本実施の形態では第１の掘削機１３を自由断面掘削機としたが、これに限定されるものではない。又、第２の掘削機１９についても同様である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、トンネル切羽部を上下二段に区分する上部半断面先進掘削工法であって、複数の穿孔機と注入装置を搭載したトンネルワークステーションを用い、上段の掘削に先立って切羽前方で且つトンネル断面外周部に相当する領域を、前記穿孔機で穿孔し、地盤改良材を前記注入装置で注入することにより地盤改良すると共に下段部では第２の掘削機で下段部を掘削し、その後上段部で第１の掘削機で掘削すると共に下段部では一次覆工を施工し、前記工程を順次繰り返してトンネルを構築するので、上部半断面先進掘削工法でトンネルワークステーションを用いて、上段の掘削に先行してトンネル断面外周部を地盤改良している間に下段の掘削を行い、上段の掘削をしている時には下段の覆工を行うため、工程の手待ちがなく効率良く施工することができ、工期短縮が図れる効果を奏する。
【００３８】
又、請求項２の発明によれば、前記工程の１サイクルの中で、前記トンネルワークステーションの下方空間部に配したインバート打設装置でインバートを形成する施工方法であり、トンネルワークステーションの下方空間部に配したインバート打設装置でインバートを形成するため、ベルトコンベアや台車走行用のレールに関係なく施工を行うことができ、更に工期短縮が図れる。
【００３９】
更に、請求項３の発明によれば、前記第１の掘削機は、自走により進退しトンネルワークステーションに対して出入可能なため、即ち第１の掘削機が自走により進退しトンネルワークステーションに対して出入可能となっているため、穿孔・注入作業と掘削の切替がスムーズに行え、工期短縮が図れる。
【００４０】
又、請求項４の発明によれば、前記トンネルワークステーションにはその長さ方向に沿って移動可能なベルトコンベアを設け、このベルトコンベアにより、前記第１及び第２の掘削機で掘削したずりを後方に搬送して運搬車両に積載する施工方法であり、トンネルワークステーションに長さ方向に沿って移動可能なベルトコンベアを配したので、トンネルワークステーション後方への掘削ずりの搬送が容易となる。
【００４１】
更に、請求項５の発明によれば、前記トンネルワークステーションには前記第１の掘削機による掘削ずりを後方に運搬する補助ベルトコンベアが前記ベルトコンベアの前方に設けられ、前記補助ベルトコンベアの後端が前記ベルトコンベアの前端に近接し、補助ベルトコンベアの掘削ずりをベルトコンベアに移載できるので、ベルトコンベアに関連して設けた補助ベルトにより、上段の掘削ずりの搬送が容易となり、上段の掘削を行っている時でも下段の掘削以外の作業が行える。
【００４２】
そして、請求項６の発明は、前記ベルトコンベアは、前部材と後部材とから一体に構成され、前部材は後部材から前方に向かって下向き傾斜可能に取り付けられているので、ベルトコンベアの前部材を傾斜可能とすることにより、下段の掘削ずりの搬送も行え、且つ掘削時以外の一次覆工等の作業の支障とならない利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトンネル施工方法の実施形態を示すもので、上段の掘削に先立って行われる穿孔作業時での概略側面図である。
【図２】本発明に係るトンネル施工方法の実施形態を示すもので、穿孔作業に伴う地盤改良後に行われる上段の掘削作業時での概略側面図である。
【図３】図１におけるＡ−Ａ線概略断面図である。
【図４】図１におけるＢ−Ｂ線概略断面図である。
【図５】図１におけるＣ−Ｃ線概略断面図である。
【図６】上段の掘削に先立って切羽前方のトンネル断面外周部を地盤改良する例を示すもので、（ａ）は地盤改良領域の側面図、（ｂ）は地盤改良領域の正面図である。
【符号の説明】
１…トンネルワークステーション
２…トンネル
２ａ…上段
２ｂ…下段
３…第１の架台
４…第２の架台
５…無端履帯
６…車輪
７…レール
８…穿孔機
９…ガイドレール
１０…注入装置
１１…コンクリート吹付機
１２…作業用ケージ
１３…第１の掘削機
１４…補助ベルトコンベア
１５…昇降機構
１６…ベルトコンベア
１６ａ…前部材
１６ｂ…後部材
１７…支持レール
１８…電動チェーンブロック
１９…第２の掘削機
２０…インバート打設装置
２１…急結剤供給装置
２２…コンクリート吹付機
２３、２４…通路
２５、２６…階段
【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】
0003831900.tif 000007