JP4374535B2 - トンネル築造方法 - Google Patents

Description

本発明はトンネルの築造方法、特にトンネルボーリングマシン等の全断面トンネル掘削機による効率的な施工が可能なトンネル築造方法に関する。

周知のように、トンネルボーリングマシン（ＴＢＭ）等の全断面トンネル掘削機によってトンネルを築造する場合、掘削壁面に対する覆工は現場にてコンクリートを打設することで行うことが一般的である。その一例としてたとえば特許文献１には、まずアーチ部に対してコンクリートを打設してアーチ部の覆工壁を先行施工し、次いで、インバート部に対してコンクリートを打設してインバート部の覆工を行うという工法が開示されている。

また、この種のトンネル築造方法における掘削土の搬送手法として、たとえば特許文献２には延伸ベルトコンベアを用いるものが提案されている。
特開２００１−１７３３８６号公報 特開平１０−２８０８８３号公報

しかし、特許文献１に示されているようにインバート部にコンクリートを打設して覆工を行うことでは、工期が長くかかるばかりでなく複雑かつ特殊な型枠装置を必要とするので、必ずしも効率な施工が行えるものではない。なお、この種のトンネル築造方法においてもシールド工法と同様にセグメントを用いる場合があり、トンネル全周にわたってセグメントを組み立てることで覆工を行うようにすれば施工性を改善できるのであるが、その場合には施工コストの著しい増大が不可避であるので広く一般に採用できるものではない。

また、掘削土の搬送を延伸ベルトコンベアにより行う場合には、たとえばトラック搬送による場合に比較すれば効率的ではあるが、従来においては特許文献２に示されているように掘削機と延伸ベルトコンベアとの間に移動式ベルトコンベアを設置して、掘削機からの掘削土を移動式ベルトコンベアを介して延伸ベルトコンベアまで搬送するようにしており、したがって移動式ベルトコンベアを掘進に伴って盛り替えたり逐次退避させる必要があるので、必ずしも効率的な掘削土搬送を行えるものではない。

上記事情に鑑み、本発明は施工コストの増大を回避しつつ特にインバート部の覆工を効率的に行うことが可能であり、しかも延伸ベルトコンベアによる掘削土のより効率的な搬送を可能とする合理的なトンネル築造方法を提供することを目的としている。

本発明は、全断面トンネル掘削機を掘進させつつその後方において覆工装置群を掘進に追従させて前進させていくことにより掘削壁面を覆工するトンネルの築造方法において、延伸ベルトコンベアの先端部のテールプーリーを搭載した掘削土投入台車を全断面トンネル掘削機の背後に配置して、掘削土を掘削土投入台車に投入して延伸ベルトコンベアによって坑口まで連続搬送するとともに、掘進に追従させて掘削土投入台車を前進させていくことにより延伸ベルトコンベアを延伸していき、その掘削土投入台車の後方に前記覆工装置群を配置してそれら覆工装置群を掘削土投入台車とともに掘進に追従させて前進させていくことにより、インバート部に対してインバートセグメントを設置するとともに、その後方においてアーチ部に対する覆工壁としてのアーチコンクリートをインバートセグメントに連続するように打設形成していくことを基本とするものである。

そして、本発明においては、覆工装置群として、インバート部にインバートセグメントを設置するエレクターと、アーチ部の掘削壁面にシート材を貼付するシート貼り台車と、貼付したシート上に鉄筋を配筋する配筋台車と、アーチ部に型枠を対向配置する移動式型枠装置とを採用し、前記エレクターによって前記掘削土砂投入台車の後方にインバートセグメントを施工するとともに、それら覆工装置群を施工済みのインバートセグメント上にその順で配列して同期させて前進させていくことを特徴とする。

本発明においては、インバートセグメント上に路盤を施工し、覆工装置群を路盤上に配列して前進させるようにすると良い。

本発明においては、全断面トンネル掘削機と掘削土投入台車との間に、掘削土の連続積み込み機と定量フィーダーとを配置して、全断面トンネル掘削機により掘削された掘削土をそれら連続積み込み機と定量フィーダーにより一定量ずつ連続的に掘削土投入台車に投入するとともに、それら連続積み込み機と定量フィーダーを掘進に追従させて掘削土投入台車とともに前進させていくと良い。

本発明においては、全断面トンネル掘削機による掘削に先立ってその中心位置に小径のパイロットトンネルを先行掘削し、パイロットトンネルの内側からの作業により、全断面トンネル掘削機により掘削するべき掘削断面よりも外側の地山に対する止水改良を行い、しかる後に、全断面トンネル掘削機を掘進させてパイロットトンネルの周囲地山を環状に掘削してパイロットトンネルを拡径すると良い。

本発明によれば、インバート部をセグメントにより早期に覆工できるばかりでなく、それを作業路床としてアーチ部の覆工に早期に着手して効率的な覆工作業を行うことができ、全体として覆工作業の施工効率を大きく向上させることができ、未覆工区間を短縮することができる。そして、トンネル全周の１／３程度のインバート部のみをセグメント覆工するに留めるので、シールド工法のように全周にわたってセグメントを設置する場合に比較すればコスト増を充分に抑制することができる。したがって本発明は、セグメント覆工による優れた施工性と、場所打ちコンクリートによる覆工の経済性という双方の利点を併せ持つものであり、特に大断面長大トンネルの施工に適用して好適である。

また、覆工装置群としては、インバートセグメントを設置するエレクター以外は在来のアーチコンクリートの施工手段をそのまま採用可能であるし、在来の作業手順により効率的な覆工作業を実施することができる。

また、インバートセグメント上に路盤を施工して覆工装置群をその路盤上に配列して前進させることにより、路盤の早期施工が可能であるし、覆工作業のための安定な作業路床を早期に確保することが可能であり、より効率的である。

また、掘削土の搬送を延伸ベルトコンベアで行うことにより効率的な掘削土搬送が可能であることはもとより、掘削土を連続積み込み機と定量フィーダーによって一定量ずつ掘削土投入台車に投入することにより、それらを掘進に追従して単に前進させていくことのみで、面倒な盛り替え作業等を必要とすることなく延伸ベルトコンベアを自ずと延伸させることができる。また、延伸ベルトコンベアを採用するために特殊な全断面トンネル掘削機を採用したり、そのための格別な構成を全断面トンネル掘削機に付加するような必要もない。

さらに、本設のトンネルの掘削に先立ってパイロットトンネルを先行掘削してその周囲に予め止水改良を行うことにより、全断面トンネル掘削機自体には高度の止水性能が要求されず、したがって湧水性地山に対して大断面トンネルを築造する場合にも開放型のトンネルボーリングマシン等の比較的簡便な構造の全断面トンネル掘削機の採用が可能となる。

本発明のトンネル築造方法の一実施形態を図１〜図３を参照して説明する。本実施形態のトンネル築造方法は、湧水性地山に対して大断面のトンネル１を築造するに際して、まず、そのトンネル１を築造するべき位置の中心部に小径のパイロットトンネル２を先行掘削し、そのパイロットトンネル２にはセグメント３による覆工を行う。そして、パイロットトンネル２の内側からの作業によってトンネル１の掘削予定断面よりも外側の地山を止水改良し、しかる後に、全断面トンネル掘削機４によりセグメント３を解体撤去しながらパイロットトンネル２を拡径（リーミング）する形態でその周囲を掘削して本設のトンネル１を築造する。

その際には、図１に示すように、パイロットトンネル２内に門形の搬送台車５を走行可能に設置し、それによりパイロットトンネル２の前方坑口から全断面トンネル掘削機４に対して資材を搬送する。また、搬送台車５の内側においてセグメント搬送台車６を走行可能とし、パイロットトンネル２から解体したセグメント３等の資材を前方に向けて搬送する。

本実施形態において本設のトンネル１を掘削するための全断面トンネル掘削機４は、ノーズグリッパー７をパイロットトンネル２の内面に押圧せしめることでそこから反力をとって掘進する構成のトンネルボーリングマシン（ＴＢＭ）であって、最前部に設けられているエレクター１５によりパイロットトンネル２内のセグメント３を解体しつつ、環状のカッター８によりパイロットトンネル２を拡径するようにその周囲を環状に掘削して掘進するとともに、これに搭載されているロックボルト打設機９およびコンクリート吹き付け機１０によって掘削後に直ちにトンネル内面に対してコンクリートを吹き付けるとともにロックボルトを打設して一次覆工を形成するものである。

また、本実施形態のトンネル築造方法では、掘削土の搬送を延伸ベルトコンベア１１により行う。すなわち、図２に示すように全断面トンネル掘削機４の後方には連続積み込み機１２、定量フィーダー１３、掘削土投入台車１４をその順で配置し、それらを全断面トンネル掘削機４の掘進に追従させて同期させて前進させていきつつ掘削土の搬送を行う。連続積み込み機１２は全断面トンネル掘削機４から排出された掘削ズリを定量フィーダー１３に送り込むものであり、定量フィーダー１３はその掘削土を一定量ずつ掘削土投入台車１４に投入するものである。

掘削土投入台車１４には延伸ベルトコンベア１１の先端部のプーリーが搭載されていて、投入された掘削土はそのまま延伸ベルトコンベア１１によって坑口まで連続搬送されるようになっている。その延伸ベルトコンベア１１は、図３に示すように架台１６ないしブラケット１７により支持してトンネル１内の一方の側部に設置しておき、掘削土投入台車１４の前進に伴ってベルトストレージ（図示せず）から余長ベルトが自ずと引き出されていって延伸ベルトコンベア１１が自ずと前方に延伸されるようにしておく。

その後方では、覆工装置群２０により覆工を行うが、本実施形態ではセグメントによる覆工と場所打ちの覆工壁による覆工を併用して行うこととし、図３に示すように、インバート部に対する覆工はインバートセグメント２１により行い、アーチ部に対する覆工は現場においてインバートセグメント２１に連続するようにアーチコンクリート２２を形成することでそれを覆工壁とする。

本実施形態では、覆工装置群２０としてエレクター２３、シート貼り台車２４、配筋台車２５、移動式型枠装置２６を採用し、エレクター２３によってインバートセグメント２３を施工していくとともに、施工済みのインバートセグメント２３上にそれら覆工装置群２０（エレクター２３も含む）を切羽側からその順で配置して、上記の連続積み込み機１２、定量フィーダー１３、掘削土投入台車１４と同様に、全断面トンネル掘削機４の掘進に追従させて同期させて前進させていきつつ覆工を行うものである。

エレクター２３はアーム２３ａによりインバートセグメント２１を把持してインバート部に並べて設置していくものである。また、シート貼り台車２４はアーチ部の掘削壁面に対してシート材を貼付するものであり、配筋台車２５は貼付したシート上に鉄筋を配筋するものであり、移動式型枠装置２６はアーチ部に型枠を対向配置するもの（いわゆるセントル）であり、これらシート貼り台車２４、配筋台車２５、移動式型枠装置２６によって覆工壁としての鉄筋コンクリート造のアーチコンクリート２２を効率的にかつ連続的に施工できるものとなっている。

なお、覆工装置群２０の配置位置は既にエレクター２３によってインバートセグメント２１が設置済みであるが、そのインバートセグメント２１上にはそれを設置した時点で直ちに路盤２７を形成し、その路盤２７上に覆工装置群２０を配置する。路盤２７は本設として設ければ良いが、あるいは仮設として設けることでも良い。路盤材料やその施工手法は適宜で良いが、たとえば鋼製架台やＰＣａ部材をエレクター２３を用いてインバートセグメント２１上に設置することで路盤２７を形成すれば施工性が良い。勿論、インバートセグメント２１上にコンクリートを打設したり、あるいは掘削土を路盤材としてインバートセグメント上に撒き出することで路盤２７を形成することも可能である。いずれにしても、必要であれば路盤施工用の適宜の装置をエレクター２３に並設するかあるいはエレクター２３とシート貼り装置２４との間に配置すれば良い。

本実施形態のトンネル築造方法によれば、インバート部のみをインバートセグメント２１により覆工し、アーチ部に対してはコンクリートの場所打ちによる覆工壁としてのアーチコンクリート２２を形成することで覆工を行うので、インバート部を早期に覆工できるばかりでなく、それを作業路床としてアーチ部の覆工に早期に着手して効率的な覆工作業を行うことができ、全体として覆工作業の施工効率を大きく向上させることができ、未覆工区間を短縮することができる。勿論、インバート部はトンネル全周の１／３程度に過ぎないから、シールド工法のように全周にわたってセグメントを設置する場合に比較すればコスト増を充分に抑制することができる。したがって本実施形態のトンネル築造方法は、セグメント覆工による優れた施工性と、場所打ちコンクリートによる覆工の経済性という双方の利点を併せ持つものであり、特に大断面かつ長大なトンネルの施工に適用して好適である。

また、覆工装置群２０としては、インバートセグメント２１を設置するためのエレクター２３以外は在来のアーチコンクリート２２の施工手段であるシート貼り台車２４、配筋台車２５、移動式型枠装置２６をそのまま採用可能であるし、その施工も在来どうり効率的に行うことができる。

また、インバートセグメント２１を設置した後にその上部に仮設あるいは本設の路盤２７を施工して、覆工装置群２０をその路盤２７上に配列して前進させるようにすれば、路盤２７の早期施工が可能であるし、覆工作業のため安定な作業路床を早期に確保することが可能であり、より効率的である。

また、掘削土の搬送を延伸ベルトコンベア１１で行うことにより効率的な掘削土搬送が可能であることはもとより、掘削土を連続積み込み機１２と定量フィーダー１３によって一定量ずつ掘削土投入台車１４に投入するようにしたので、それらを掘進に追従して単に前進させていくことのみで、格別の盛り替え作業等を必要とすることなく延伸ベルトコンベア１１を何ら面倒なく自ずと延伸させることができる。勿論、全断面トンネル掘削機４と延伸ベルトコンベア１１との直接的な取り合いは考慮する必要がないから、延伸ベルトコンベア１１を採用するがために全断面トンネル掘削機４に格別な構成を付加するような必要はなく、特に本実施形態のようなリーミング方式のトンネルボーリングマシンにも支障なく適用することが可能である。

さらに、本設のトンネル１の掘削に先立ってパイロットトンネル２を先行掘削してその周囲に予め止水改良を行うので、全断面トンネル掘削機４自体には高度の止水性能が要求されず、したがってその全断面トンネル掘削機４としては開放型のトンネルボーリングマシンのような比較的簡便な構造のものを採用可能である。

以上で本発明の一実施形態を説明したが、上記実施形態は好適な一例に過ぎず、本発明は上記実施形態に限定されることなく、工程の細部や使用する装置類の構成その他については、掘削するべきトンネルの規模や形態、地山状況その他の諸条件に応じて適宜の設計的変更を行えば良いことは言うまでもない。

本発明の実施形態であるトンネル築造方法を示すもので、最前部での工程を示す図である。 同、その後方での工程を示す図である。 同、図２における各部の断面図である。

符号の説明

１ トンネル
２ パイロットトンネル
３ セグメント
４ 全断面トンネル掘削機
５ 搬送台車
６ セグメント搬送台車
７ ノーズグリッパー
８ カッター
９ ロックボルト打設機
１０ コンクリート吹き付け機
１１ 延伸ベルトコンベア
１２ 連続積み込み機
１３ 定量フィーダー
１４ 掘削土投入台車
１５ エレクター
１６ 架台
１７ ブラケット
２０ 覆工装置群
２１ インバートセグメント
２２ アーチコンクリート（覆工壁）
２３ エレクター
２３ａ アーム
２４ シート貼り台車
２５ 配筋台車
２６ 移動式型枠装置
２７ 路盤

Claims (4)

1. 全断面トンネル掘削機を掘進させつつその後方において覆工装置群を掘進に追従させて前進させていくことにより掘削壁面を覆工するトンネルの築造方法において、
   延伸ベルトコンベアの先端部のテールプーリーを搭載した掘削土投入台車を全断面トンネル掘削機の背後に配置して、掘削土を掘削土投入台車に投入して延伸ベルトコンベアによって坑口まで連続搬送するとともに、掘進に追従させて掘削土投入台車を前進させていくことにより延伸ベルトコンベアを延伸していき、
   その掘削土投入台車の後方に前記覆工装置群を配置してそれら覆工装置群を掘削土投入台車とともに掘進に追従させて前進させていくことにより、インバート部に対してインバートセグメントを設置するとともに、その後方においてアーチ部に対する覆工壁としてのアーチコンクリートをインバートセグメントに連続するように打設形成し、
   前記覆工装置群として、インバート部にインバートセグメントを設置するエレクターと、アーチ部の掘削壁面にシート材を貼付するシート貼り台車と、貼付したシート上に鉄筋を配筋する配筋台車と、アーチ部に型枠を対向配置する移動式型枠装置とを採用し、前記エレクターによって前記掘削土砂投入台車の後方にインバートセグメントを施工するとともに、それら覆工装置群を施工済みのインバートセグメント上にその順で配列して同期させて前進させていくことを特徴とするトンネル築造方法。
2. 請求項１記載のトンネル築造方法において、
   インバートセグメント上に路盤を施工し、覆工装置群を路盤上に配列して前進させることを特徴とするトンネル築造方法。
3. 請求項１または２記載のトンネル築造方法において、
   全断面トンネル掘削機と掘削土投入台車との間に、掘削土の連続積み込み機と定量フィーダーとを配置して、全断面トンネル掘削機により掘削された掘削土をそれら連続積み込み機と定量フィーダーにより一定量ずつ連続的に掘削土投入台車に投入するとともに、それら連続積み込み機と定量フィーダーを掘進に追従させて掘削土投入台車とともに前進させていくことを特徴とするトンネル築造方法。
4. 請求項１，２または３記載のトンネル築造方法において、
   全断面トンネル掘削機による掘削に先立ってその中心位置に小径のパイロットトンネルを先行掘削し、
   パイロットトンネルの内側からの作業により、全断面トンネル掘削機により掘削するべき掘削断面よりも外側の地山に対する止水改良を行い、
   しかる後に、全断面トンネル掘削機を掘進させてパイロットトンネルの周囲地山を環状に掘削してパイロットトンネルを拡径することを特徴とするトンネル築造方法。

Images