(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繋ぎ材にて前後が他の鋼製支保工に連結される一の鋼製支保工と、
当該鋼製支保工の外側曲面に中央部分が接合され、当該鋼製支保工の前後に係る地山を支える帯板と、
当該帯板と地山との間の空隙部分に充填される充填材とからなることを特徴とする、
トンネルの支保構造。
【請求項２】
前記帯板は、前後に隣接した対向する端辺に係る部分同士が互いに重合していることを特徴とする、
請求項１に記載のトンネルの支保構造。
【請求項３】
鋼製支保工の外側曲面に当該鋼製支保工の前後に係る地山を支える帯板を接合する帯板接合工程と、
トンネルボーリングマシンの内部で当該帯板が接合された鋼製支保工を既設鋼製支保工に繋ぎ材にて連結して立設する連結立設工程と、
この連結立設工程の後に、少なくとも当該帯板の一部がトンネルボーリングマシンの内部にある範囲内で当該トンネルボーリングマシンを前進させるマシン前進工程と、
このマシン前進工程の後に、当該帯板と地山との間の空隙部分に充填材を充填する充填工程とを有することを特徴とする、
トンネルの支保構造の組立方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木技術を用いたトンネルの構築において、トンネルボーリングマシン（以下、ＴＢＭという）により掘削したトンネルの地山を支え、安定に保つトンネルの支保構造及びその組立方法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のトンネルの支保構造として、例えば、リブ＆ラグ的支保と呼ばれるものを挙げることができ、これは、図６（図６（ａ）：概略Ｃ−Ｃ断面図、図６（ｂ）：概略側断面図）に示すように、繋ぎ材１０１にて相互に連結される鋼製支保工１０２と、隣接する鋼製支保工１０２同士の間であってその外側面に架設され、かつ、キャンバー（図示外）にて背面が地山に押圧される木矢板１０３とを一体に構成してなるものである。
【０００３】
このリブ＆ラグ的支保には、木矢板１０３の背面が地山から受けた力が直ちに鋼製支保工１０２に伝達されることから、構造部材たる木矢板１０３及び鋼製支保工１０２の双方の特性が生かされ、これにより、充分な支保能力が発揮されることに加え、比較的安価に実施できる、などの利点がある。
【０００４】
ところが、このリブ＆ラグ的支保には、背面を地山に押圧して木矢板１０３を鋼製支保工１０２に固止する必要があることから、ＴＢＭ１０４の後端部が通過後、当該支保構造を構築して支保機能を有効に発揮するまでの間、地山崩落等が発生した場合、何らの対策も講ずることができない、という欠点がある。
【０００５】
また、他のトンネルの支保構造として、例えばＮＡＴＭ的支保と呼ばれるものを挙げることができ、これは、図７（図７（ａ）：概略Ｄ−Ｄ断面図、図７（ｂ）：概略側断面図）に示すように、繋ぎ材１１１にて相互に連結される鋼製支保工１１２と、隣接する鋼製支保工１１２の間の地山部分に所定の厚さ寸法で吹き付られる吹付コンクリート１１３と、隣接する鋼製支保工の間の中間部分から外側方向に打設されるロックボルト１１４とを一体に構成してなるものである。
【０００６】
このＮＡＴＭ的支保には、支保部材として吹付コンクリート１１３を採用するので、地山に対する密着性がきわめて高く、また、ロックボルト１１４が地山と一体となってその効果を発揮するので、地山の挙動に応じた支保機能の発揮ができ、更に、ロックボルト１１４及び吹付コンクリート１１３が地山から受けた力が直ちに鋼製支保工１１２に伝達されるので、支保部材たるロックボルト１１４、吹付コンクリート１１３、及び鋼製支保工１１２の夫々の特性が生かされ、これにより、充分な支保能力が発揮される、という利点がある。
【０００７】
ところが、このＮＡＴＭ的支保にも、前記リブ＆ラグ的支保と同様、地山に対して吹付コンクリート１１３を吹き付ける必要があることから、ＴＢＭ１１５の後端部が通過後、当該支保構造を構築して支保機能を有効に発揮するまでの間、地山崩落等が発生した場合、何らの対策も講ずることができない、という欠点があり、また、吹き付け施工後、吹付コンクリート１１３の強度が発現するまで相当の時間を要することから、迅速な施工も困難である。
【０００８】
そこで、上記欠点を解消する技術的手段として、通常、シールド工法によるトンネルの支保構造として採用されているライナー（セグメント）による支保と呼ばれるものがあるが、これは、例えば図８（図８（ａ）：概略Ｅ−Ｅ断面図、図８（ｂ）：概略側断面図）に示すように、ライナー（セグメント）と呼ばれる円弧形をした鋼製又は鉄筋コンクリート製のブロック片のいくつかを集めて組み立て、これにより、円筒形の支保部材１２１を形成すると共に、当該支保部材１２１と地山との間の空隙部分に充填材１２２を充填して地山を支えるというものである。
【０００９】
従って、このライナー（セグメント）による支保によれば、ＴＢＭ１２３の後端部分の通過に先行してＴＢＭ１２３の内部で地山を受ける支保部材１２１を組み立てるので、ＴＢＭ１２３の後端部分の通過と同時に地山を受けることができ、それゆえ、地山崩落等が発生するおそれをなくすことができる。
【００１０】
しかしながら、このライナー（セグメント）による支保は、支保部材たるライナー（セグメント）がそもそもかなり高価であるという欠点があることに加え、トンネルの上部等、部分的な支保を施せば足りる場合でも、必ずトンネルの周囲の全体に亘って一様に組み立てる必要があるゆえ、過大な支保になり易く、また、地山の変化に柔軟に対応できない、という欠点もある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、ＴＢＭの後端部分の通過後において地山崩落等が発生するおそれがなく、また、地山に応じて部分的な支保を施すことができ、それゆえ、安全かつ経済的に施工し得るトンネルの支保構造及びその組立方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明に係るトンネルの支保構造は、繋ぎ材にて前後が他の鋼製支保工に連結される一の鋼製支保工と、当該鋼製支保工の外側曲面に中央部分が接合され、かつ、当該鋼製支保工の前後に係る地山を支える帯板と、当該帯板と地山との間の空隙部分に充填される充填材とからなることを特徴とするものである。
【００１３】
このような技術的手段において、前記帯板としては、中央部分が一の鋼製支保工（主桁）のみによって支持される場合において当該鋼製支保工の前後に係る地山を支えるのに充分な剛性を有するものであれば、その材質、形状等は適宜選定して差し支えなく、例えば、キーストンプレート、デッキプレート、鉄板を鋼製支保工の外側曲面に沿って加工したものなどを用いることができるが、前後に隣接した対向する端辺同士の隙間からの充填材の漏れを防止する観点からすれば、前後に隣接した対向する端辺に係る部分同士が互いに重合していることが好ましい。
【００１４】
一方、本発明に係るトンネルの支保構造の組立方法は、鋼製支保工の外側曲面に当該鋼製支保工の前後に係る地山を支える帯板を接合する帯板接合工程と、トンネルボーリングマシンの内部で当該帯板が接合された鋼製支保工を既設鋼製支保工に繋ぎ材にて連結して立設する連結立設工程と、この連結立設工程の後に、少なくとも当該帯板の一部がトンネルボーリングマシンの内部にある範囲内で当該トンネルボーリングマシンを前進させるマシン前進工程と、このマシン前進工程の後に、当該帯板と地山との間の空隙部分に充填材を充填する充填工程とを有することを特徴とするものである。
【００１５】
この場合において、帯板接合工程と連結立設工程との前後関係は現場の状況に応じて適宜選定して差し支えなく、あらかじめ工場で帯板が接合された鋼製支保工を既設鋼製支保工に繋ぎ材にて連結して立設してもよいし、鋼製支保工を既設鋼製支保工に繋ぎ材にて連結して立設してから、帯板を接合してもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は本発明のトンネルの支保構造の一実施の形態を示す概略側断面図である。
【００１７】
同図において、符号１は図示矢印Ａ方向に前進しながら地山を掘削する円筒形のＴＢＭであって、先端に回転カッター（図示外）を備える前部円筒体１ａと、トンネルの両側部を押圧して推進反力を得るグリッパー１ｂを備える後部円筒体１ｃとの前後に分割された構成になっていると共に、この前部円筒体１ａと後部円筒体１ｃとが重合部分１ｄによって伸縮自在に接続されている。
【００１８】
また、符号２はトンネルの上半部分に配設すべき上半分割片２ｃとトンネルの下半部分に配設すべき下半分割片２ｄとに分割構成されると共に、繋ぎ材２ａにて相互に連結されることにより立設される鋼製支保工であって、後部円筒体１ｃの後部に位置する鋼製支保工２は台木２ｂの上に載置されており、一方、後部円筒体１ｃの内部に位置する鋼製支保工２は繋ぎ材２ａにて連結され、宙に浮いた状態になっている。
【００１９】
更に、符号３は鋼製支保工２の前後に係る地山を支える帯板たるキーストンプレートであって、前後に隣接した対向する端辺に係る部分３ａ同士が互いに重合している。尚、帯板としては、鋼製支保工２の前後に係る地山を支えるのに充分な剛性を有するものであれば、キーストンプレート３に限られるものでなく、デッキプレート、鉄板を鋼製支保工２の外側曲面に沿って加工したものなどでもよい。
【００２０】
更にまた、符号４は当該帯板と地山との間の空隙部分に充填される充填材たる豆砂利を示している。
【００２１】
即ち、本実施の形態に係るトンネルの支保構造は、図１及び図２（Ｂ−Ｂ断面図）に示すように、繋ぎ材２ａにて前後が他の鋼製支保工２に連結され、かつ、台木２ｂの上に載置される一の鋼製支保工２と、当該鋼製支保工２の外側曲面に中央部分が溶接部分１２でもって溶接接合され（図３）、かつ、当該鋼製支保工２の前後に係る地山を支えるキーストンプレート３と、当該キーストンプレート３と地山との間の空隙部分に充填される豆砂利４とからなるものである。
【００２２】
また、本実施の形態において、キーストンプレート３及び豆砂利４による支保構造は、トンネルの上部に位置する施工範囲Ｘにしか適用されておらず、トンネルの側部及び下部には適用されていないのだが、これは、以下の理由によるものである。
【００２３】
即ち、本実施の形態に係る地山は、ＴＢＭ１による掘進に適している岩盤であって比較的安定していることから、トンネルの側部及び下部について鋼製支保工２のみによる支保構造を構築すれば足りるが、反面、亀裂性を有するために地山崩落等が発生するおそれがあり、また、初期的な地山の弛みを防止する必要もあることから、トンネルの上部について鋼製支保工２による支保構造のみならず、キーストンプレート３及び豆砂利４による支保構造をも併せて構築することとし、トンネル内にて作業を行う作業者の安全を確保したのである。
【００２４】
更に、本実施の形態において、前記キーストンプレート３の前後に隣接した対向する端辺に係る部分３ａには、図３に示すように、前後に隣接した対向する端辺同士の隙間からの豆砂利４の漏れを防止するフラットバー１１があらかじめ溶接されており、前部キーストンプレート３ｂには前部フラットバー１１ａが、後部キーストンプレート３ｃには後部フラットバー１１ｂが、それぞれ溶接されており、当該端辺に係る部分３ａ同士が互いに重合している。
【００２５】
尚、端辺に係る部分３ａ同士が互いに重合する構成であって、前後に隣接した対向する端辺同士の隙間からの豆砂利４の漏れを防止できれば、フラットバー１１の如く別個の部材を取り付けなくてもよく、例えば、キーストンプレート３の端辺に係る部分３ａを折り曲げるなどして互いに重合させるようにしてもよい。
【００２６】
次に、本実施の形態に係るトンネルの支保構造の組立プロセスについて図４及び図５を用いて説明する。但し、後部円筒体１ｃの内部では、新たな鋼製支保工２がまだ連結されていないものとして説明を開始する（図４の最上図の状態）。
【００２７】
（ａ）帯板接合工程
先ず、あらかじめ工場において鋼製支保工２の上半分割片２ｃ（図１、図２）の外側曲面に、当該鋼製支保工２の前後に係る地山を支えるキーストンプレート３を、適宜箇所を溶接することによって接合する。このとき、キーストンプレート３が波付けされた形状を有している（図２）ことから、適当に曲げて分割片２ｃの外側曲面に容易に沿わせて溶接加工をすることができる。
【００２８】
（ｂ）連結立設工程（図４（ｂ）参照）
次に、作業者が、後部円筒体１ｃの内部において、エレクター（図示外）を用いて、キーストンプレート３が接合された当該上半分割片２ｃ、及びキーストンプレート３が接合されていない下半分割片２ｄ（図１、図２）を組み立てると共に、これを所定の高さ及び位置に持ち上げた状態としながら、当該新たに組み立てた鋼製支保工２を既設の鋼製支保工２に繋ぎ材２ａをボルト止めすることによって連結すると、当該鋼製支保工２は、後部円筒体１ｃの内部で宙に浮いた状態となって立設される。
【００２９】
このとき、当該上半分割片２ｃと下半分割片２ｄとを組み立てることによって、キーストンプレート３の端辺に係る部分３ａに溶接されたフラットバー１１ａが互いに重合するようになっている。
【００３０】
（ｃ）マシン前進工程（図５（ｃ）参照）
次に、少なくとも当該キーストンプレート３の一部がトンネルボーリングマシンの内部に残る範囲内であって、当該鋼製支保工２が後部円筒体１ｃの内部から外部に位置するようになるまで、掘削を行いＴＢＭ１を前進させ、直ちに、後部円筒体１ｃの外部に位置することとなった当該鋼製支保工２の下端部と地山との間に台木２ｂを介設して沈下を防止する。
【００３１】
このとき、キーストンプレート３が、後部円筒体１ｃの内壁と当該キーストンプレート３との間に少なくとも余裕幅２１を有するように接合されていることから、キーストンプレート３が接合された当該鋼製支保工２がＴＢＭ１の前進に支障をきたすことはない。
【００３２】
（ｄ）充填工程（図５（ｄ）参照）
そして、後部円筒体１ｃの後端部が所定の位置まで前進した時点において掘削を停止させ、その後、直ちに当該キーストンプレート３と地山との間の空隙部分に豆砂利４を圧送して充填すると、この豆砂利４を介して当該鋼製支保工２の前後に係る地山をキーストンプレート３によって受けることになり、地山崩落等の発生や初期的な地山の弛みなどが、未然に防止される。尚、このとき、最前部分には豆砂利４を充填しないようにして当該部分から豆砂利４が漏れないようにする。
【００３３】
従って、本実施の形態に係るトンネルの支保構造の組立プロセスによれば、ＴＢＭ１の後部円筒体１ｃの内部において、キーストンプレート３が接合された鋼製支保工２の上半分割片２ｃと、キーストンプレート３が接合されていない鋼製支保工２の下半分割片２ｄとを組み立てて新たな鋼製支保工２を形成し、更に当該鋼製支保工２を既設の鋼製支保工２に連結して立設すると共に、ＴＢＭ１を前進させると直ちに当該キーストンプレート３と地山との間に豆砂利４を充填するので、ＴＢＭ１の後端部分の通過後において地山崩落等が発生するおそれがなく、作業者の安全を確保することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るトンネルの支保構造によれば、繋ぎ材にて前後が他の鋼製支保工に連結される一の鋼製支保工と、当該鋼製支保工の外側曲面に中央部分が接合され、かつ、当該鋼製支保工の前後に係る地山を支える帯板と、当該帯板と地山との間の空隙部分に充填される充填材とからなることとしたので、ＴＢＭの後端部分の通過後において地山崩落等が発生するおそれがなく、また、地山に応じて部分的な支保を施すことができ、それゆえ、安全かつ経済的な組立方法の実現が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトンネルの支保構造の一実施の形態を示す概略側断面図である。
【図２】本発明のトンネルの支保構造の一実施の形態を示す概略横断面図である。
【図３】本発明のトンネルの支保構造の一実施の形態における帯板の重合部分を示す概略側断面図である。
【図４】本発明のトンネルの支保構造の一実施の形態の組立プロセスを示す説明図である。
【図５】本発明のトンネルの支保構造の一実施の形態の組立プロセスを示す説明図である。
【図６】従来のトンネルの支保構造の一実施の形態を示す概略Ｃ−Ｃ断面図及び概略側断面図である。
【図７】従来のトンネルの支保構造の一実施の形態を示す概略Ｄ−Ｄ断面図及び概略側断面図である。
【図８】従来のトンネルの支保構造の一実施の形態を示す概略Ｅ−Ｅ断面図及び概略側断面図である。
【符号の説明】
１…ＴＢＭ（トンネルボーリングマシン）
１ａ…前部円筒体
１ｂ…グリッパー
１ｃ…後部円筒体
１ｄ…重合部分
２…鋼製支保工
２ａ…繋ぎ材
２ｂ…台木
２ｃ…上半分割片
２ｄ…下半分割片
３…キーストンプレート
３ａ…端辺に係る部分
３ｂ…前部キーストンプレート
３ｃ…後部キーストンプレート
４…豆砂利
１１…フラットバー
１１ａ…前部フラットバー
１１ｂ…後部フラットバー
１２…溶接部分
２１…余裕幅
Ａ…矢印
Ｘ…施工範囲
【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】
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