トンネル掘削工法及びトンネルライナ
【課題】トンネルライナの組み立ての作業効率を向上させると共に、支保構造体としての力学的安定性を確保するようにした。
【解決手段】メイングリッパ１３を備えたＴＢＭ１０によって掘削されたトンネル地山壁面１に設置されるトンネルライナ２０は、底部ライナピース２０Ａと、メイングリッパ１３によって押し付けられ、充填口２４を形成した側部ライナピース２０Ｂ（２０Ｃ）と、アーチ部ライナピース２０Ｄ（２０Ｅ）と、底部ライナピース２０Ａと一方の側部ライナピース２０Ｂとの間に挿入配置されてなる拡張ブロックＭとを備えている。側部ライナピース２０Ｂ（２０Ｃ）の充填口２４から、トンネルライナ２０とトンネル地山壁面１との間の背面空隙Ｓに、急硬性充填材２を充填するようにした。
【解決手段】メイングリッパ１３を備えたＴＢＭ１０によって掘削されたトンネル地山壁面１に設置されるトンネルライナ２０は、底部ライナピース２０Ａと、メイングリッパ１３によって押し付けられ、充填口２４を形成した側部ライナピース２０Ｂ（２０Ｃ）と、アーチ部ライナピース２０Ｄ（２０Ｅ）と、底部ライナピース２０Ａと一方の側部ライナピース２０Ｂとの間に挿入配置されてなる拡張ブロックＭとを備えている。側部ライナピース２０Ｂ（２０Ｃ）の充填口２４から、トンネルライナ２０とトンネル地山壁面１との間の背面空隙Ｓに、急硬性充填材２を充填するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルボーリングマシーン工法などに使用されるトンネル掘削工法及びトンネルライナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネルボーリングマシーン工法では、掘削した切羽が開放された状態で掘進するオープンタイプのトンネルボーリングマシーン（以下、「ＴＢＭ」と略称する）が使用されている。このＴＢＭを使用した掘削では、良好な地山であれば、無支保での高速掘進が可能であり、その長所を十分に生かせるが、肌落ちや小崩落が生じやすい亀裂地山及び断層破砕帯の不良地質部などでは、吹付けコンクリート、リング支保工や全周セグメントなどにより地山を支保しながらの掘進となり、進行が極端に遅くなるといった欠点もあった。
しかも、このＴＢＭにおける支保の設置位置は、ＴＢＭのルーフサポート（天端部の胴体スキンプレート）などが通過した後のトンネル地山壁面となり、切羽を掘削してから時間が経って支保されることになる。そのため、不安定な地質部では岩石が抜け落ち、ルーフサポート上部にこれが載った状態でのＴＢＭ掘進となり、抜け落ち箇所をＴＢＭ後部が通過した時点で岩石が坑内に落下することになり、支保設置及び崩落箇所での地山の手当等に多くの作業時間を要し、ＴＢＭの掘進速度が遅くなるという問題があった。
そこで、このような問題に対応するために、トンネル内周の周方向に沿った形状の鋼製リング支保工と、鋼製リング支保工同士のリング間の隙間を塞ぐように鋼製のスキンプレートとから構成されるトンネルライナを支保として使用する方法がある（例えば特許文献１参照）。
このトンネルライナの組み立て手順は、ＴＢＭのルーフサポートの内側でトンネルライナを仮の状態で組み立てておき、このトンネルライナが掘進によりルーフサポートから外れたときに、トンネルライナの可伸部を伸長させることで周方向に拡げてトンネルライナを拡径し、その後に可伸部を溶接などで固定し、所定の外径をなすリング状の支保構造体とする手順になっている。
【０００３】
そして、このようなトンネルライナでは、掘進に伴うルーフサポートが通過したとき、トンネルライナの背面側にトンネル地山壁面との隙間が形成される。この隙間は、掘削面で剥落した岩塊、岩片、土砂などが堆積するため、多孔質状で不均一な空隙構造（背面空隙）となっている。
また、オープンタイプのＴＢＭでは、トンネルライナの組み立て位置から掘削径の直径長さ程度後方の位置でメイングリッパをトンネルライナのスキンプレートに押し付けて推進反力をとることになる。メイングリッパの押付力はトンネルライナを介してその背面のトンネル地山壁面に伝達されるため、上述したトンネルライナの背面に形成される背面空隙に、モルタルやセメントミルクなどの注入材を例えば天端部に設けた注入口より背面空隙全体にわたって圧力注入している。
【特許文献１】特開平１１−００２０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のトンネルライナでは以下のような問題があった。
従来のトンネルライナの背面空隙に圧力注入する方法では、モルタルやセメントミルクなどの注入材を多孔質状で不均一な背面空隙に隙間無く浸透させることが難しく、充填されない箇所が生じ、所定の充填強度が確保できないといった欠点があった。そのため、メイングリッパで押し付ける位置のトンネルライナの背面において、メイングリッパの押付力に耐え得るだけの強度が確保されない場合に、メイングリッパによって押圧されたトンネルライナに過大な変形が発生するといった問題があった。
そして、トンネルライナが変形すると、組み立て時における拡径寸法もライナリング毎に異なることになり、そのリング間を接続するボルト締結作業が現場合わせとなったり、拡張ブロックの寸法を調整する作業が発生することになり、トンネルライナの組み立てに手間がかかるうえ、支保構造体としての力学的安定性が低下するといった問題があった。そのため、トンネルライナの変形によりトンネル内空断面が確保できなくなるといった場合には、支保の再設置を施す必要があった。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、トンネルライナの変形を防止して真円度を維持することで、トンネルライナの組み立ての作業効率を向上させると共に、支保構造体としての力学的安定性を確保するようにしたトンネル掘削工法及びトンネルライナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係るトンネル掘削工法では、トンネル推進反力をとるためのメイングリッパとルーフサポートとを備えたトンネルボーリングマシーンによって掘削されるトンネル施工において、トンネルライナを用いたトンネル掘削工法であって、トンネルボーリングマシーンの掘進に伴ってルーフサポートの内側でトンネルライナをリング状に組み立て、ルーフサポートの後方の第一位置で、ライナピースに形成された充填口から、トンネルライナとトンネル地山壁面との間の背面空隙に充填材を充填し、第一位置の後方の第二位置で、メイングリッパによってライナピースと充填材を介してトンネル地山壁面を押し付けてトンネル推進反力をとるようにしたことを特徴としている。
また、本発明に係るトンネルライナでは、上述のトンネル掘削工法に用いるトンネルライナであって、トンネル底盤部に配置される底部ライナピースと、トンネル両側部に配置され、充填材を充填する充填口を形成したスキンプレートを有する側部ライナピースと、側部ライナピースより上方のトンネルアーチ部に配置され、スキンプレートを有するアーチ部ライナピースと、底部ライナピースと一方の側部ライナピースとの間に挿入配置されてなる拡張ブロックとを備えていることを特徴としている。
本発明では、側部ライナピースに形成した充填口を使用することで、トンネルボーリングマシーンのメイングリッパの押し付ける位置（第二位置）をなす側部ライナピースの背面空隙に充填材を直接充填することができることから、浸透性が高まり、隙間なく確実に充填することができる。そのため、メイングリッパを使用するときの側部ライナピースの背面を、メイングリッパの押圧力に耐え得る充填強度とすることができる。これにより、メイングリッパによる押し付けによってトンネルライナが変形することがなく、トンネルライナの真円度を維持することができる。
【０００７】
また、本発明に係るトンネルライナでは、底部ライナピースは、トンネル地山壁面側をなす周面に開口部を有していることが好ましい。
本発明では、底部ライナピースの開口部より、底部ライナピースと側部ライナピースとの接続部付近に吹付け材などを吹き付けることで、トンネルライナとトンネル地山壁面との間を塞ぐことができ、充填材がトンネル底盤部に流出することを防止でき、側部ライナピースの背面のみに充填材を充填することができる。
【０００８】
また、本発明に係るトンネルライナでは、充填口は、側部ライナピースのスキンプレートの一部を切り込み、切り込みした切片がスキンプレートの内周側に折り込まれて形成されていることが好ましい。
本発明では、トンネル内空側に開いた状態で折り込まれている充填口の切片を、メイングリッパの押し付けによってトンネル地山壁面側に押し込み、充填口の開口を塞ぐことができる。
【０００９】
また、本発明に係るトンネルライナでは、アーチ部ライナピースのスキンプレートには、注入口が設けられていることが好ましい。
本発明では、トンネル側部への充填材が所定の圧縮強度に達したのちの適当なときに、注入口から注入材をトンネルライナの背面空隙に向けて注入することができる。
【００１０】
また、本発明に係るトンネルライナでは、トンネルライナを下方から支持する支持部材が設けられていることが好ましい。
本発明では、トンネルライナのリングの中心位置を掘削断面の中心位置に一致させることで、トンネル断面とトンネルライナとの相対位置を一定に保持することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のトンネル掘削工法及びトンネルライナによれば、側部ライナピースに形成した充填口を使用することで、トンネルボーリングマシーンのメイングリッパの押し付ける位置をなす側部ライナピースの背面空隙に直接充填することができることから、浸透性が高まり、充填材を隙間なく確実に充填することができる。そのため、メイングリッパで押し付けるときには所定の充填強度を確保できることから、メイングリッパの押圧力によるトンネルライナの変形を防止でき、トンネルライナの真円度を維持することができる。
さらに、拡張ブロックを挿入設置するための拡張時の拡張寸法がライナリング毎に一定となり、拡張ブロックの寸法を調整したり、リング間を接続するトンネルライナのボルト穴の位置を現場合わせするようなことがなくなり、トンネルライナの組み立てにかかる手間を低減させることができる。
また、トンネルライナの変形がなく、トンネル内空断面を確保できることから、支保構造体としての力学的安定性を向上させることができ、支保を再設置するといった工期、工費が増大する施工を行う必要がなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態によるトンネル掘削工法及びトンネルライナについて、図１乃至図６に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態によるトンネルライナを用いたトンネル掘削状態を示す概要図、図２はトンネルライナを組み立てた状態を示す正面図、図３はライナピースの平面図であって、（ａ）は底部ライナピースの図、（ｂ）は側部ライナピースの図、（ｃ）はアーチ部ライナピースの図、図４は図３（ｂ）に示す側部ライナピースのＡ−Ａ線断面図、図５はトンネルライナの拡張時における拡張ブロックの取付け状態を示す図、図６はトンネルライナの背面空隙への充填施工状態を示す側面図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施の形態によるトンネル掘削工法及びトンネルライナは、トンネルボーリングマシーン（以下、略して「ＴＢＭ」という）を使用して掘削するトンネル工事に適用されるものである。
本トンネル掘削は、ＴＢＭ１０によって掘削した後方のトンネル地山壁面１に、トンネル掘削方向に連続してトンネルライナ２０、２０、…を設置し、その後、適当な時点で必要に応じて吹付けコンクリートの施工および／または覆工コンクリートの打設を行い、覆工体を構築するものである。そして、設置したトンネルライナ２０の背面とトンネル地山壁面１との間の隙間（これを「背面空隙Ｓ」とする）には、急硬性充填材２が充填される。なお、背面空隙Ｓには、トンネル地山壁面１の肌落ちや崩落による土砂や岩石などが不均一な状態（多孔質状の空隙が形成された状態）で堆積されることになる。
ここで、トンネル進行方向を「前方」とし、その反対側を「後方」として以下説明する。
【００１４】
先ず、本ＴＢＭ工法に用いられるＴＢＭ１０の概略構成について説明する。
図１に示すように、ＴＢＭ１０は、カッタヘッド１１と、カッタヘッド１１の後方に位置していて天端部から側部のトンネル地山壁面１に沿うようにしてトンネル周方向に円弧状をなすルーフサポート１２とサイドサポート１２’と、ジャッキ（図示省略）によりトンネル断面視で略水平方向に張り出すことでトンネル地山壁面１の側部に押し付けて固定されるメイングリッパ１３と、固定されたメイングリッパ１３に推進反力をとってカッタヘッド１１を推進させるスラストジャッキ１４等を備えたオープンタイプのものである。
このＴＢＭ１０は、ルーフサポート１２およびサイドサポート１２’から所定の後方位置（例えば、切羽から５、６リング目のトンネルライナ２０となる第５リングＲ５及び第６リングＲ６）でメイングリッパ１３をトンネル地山壁面１（正確には、後述するトンネルライナ２０のスキンプレート２３）に押し付け、このメイングリッパ１３に反力を取ってスラストジャッキ１４を伸長させながら、カッタヘッド１１を回転させ、スラストジャッキ１４のストローク長さ分（トンネルライナ２０の１リングの幅寸法に相当）を掘進する。そして、ルーフサポート１２の内空側において、後述するトンネルライナ２０が組み立てられる。
【００１５】
次に、図２に示すように、トンネル支保工として用いられるトンネルライナ２０は、組立状態でトンネル周方向に沿ってリング状に構築され、周方向に複数に分割（本実施の形態では６分割）されている。即ちトンネルライナ２０は、トンネル底盤部１ａに配置される底部ライナピース２０Ａと、メイングリッパ１３の押し付け位置に相当するトンネル両側部に配置される側部ライナピース２０Ｂ、２０Ｃと、トンネルアーチ部に配置されるアーチ部ライナピース２０Ｄ、２０Ｅと、アーチ部ライナピース２０Ｄ、２０Ｅの間に挟まれたトンネル天端部に配置される天端部ライナピース２０Ｆとから構成されている。
そして、底部ライナピース２０Ａと一方の側部ライナピース２０Ｂとの間（この位置を「拡張部Ｔ」とする）には、拡張ブロックＭが設けられている。
【００１６】
図３（ａ）に示すように、底部ライナピース２０Ａは、四隅を覆うチャンネル形鋼などの支保鋼材から形成された円弧板状枠体２１からなる。具体的に円弧板状枠体２１は、トンネル周面に沿って延在する弧状に成形された２条の支保鋼材２１ａ、２１ａと、これら支保鋼材２１ａ、２１ａの端部及び中間部を相互に連結する水平繋ぎ材２１ｂ、２１ｂ、…とからなり、その円弧板状枠体２１に囲まれるようにして開口部２２、２２、…が形成されている。
【００１７】
また、図３（ｂ）に示すように、側部ライナピース２０Ｂ、２０Ｃは、底部ライナピース２０Ａと同様の円弧板状枠体２１が形成され、この円弧板状枠体２１の外周面側に円弧状に湾曲した鉄板などからなるスキンプレート２３が設けられている。
なお、図３（ｂ）に示すライナピース２０Ｂ（２０Ｃ）の左側が、リング状に組み立てたときの上側の位置となる。
【００１８】
そして、側部ライナピース２０Ｂ、２０Ｃの円弧板状枠体２１には、スキンプレート２３の所定位置に充填口２４（上部充填口２４Ａ，下部充填口２４Ｂ）が設けられている。図４に示すように、この充填口２４は、円弧板状枠体２１の短辺方向に長い長方形状に開口２４ｂが形成されたものであり、スキンプレート２３の一部を切り込み、その切り込んだ切片（以下、蓋部２４ａとする）がスキンプレート２３の内周側に開いた状態で所定の曲げ角θをもって折り込まれて形成されている。
ここで、この上部充填口２４Ａ及び下部充填口２４Ｂが形成される位置は、側部ライナピース２０Ｂ，２０Ｃが組み立てられた状態において、ＴＢＭ１０のメイングリッパ１３が当接する範囲とされる（図２参照）。そして、図４に示すように、メイングリッパ１３をトンネルライナ２０のスキンプレート２３の内面に押し付けた押付力によって、蓋部２４ａがスキンプレート２３と面一となるように移動して開口２４ｂを塞ぐように構成されている。
【００１９】
そして、図３（ｃ）に示すように、アーチ部ライナピース２０Ｄ、２０Ｅ及び天端部ライナピース２０Ｆは、側部ライナピース２０Ｂ（２０Ｃ）と同様に円弧板状枠体２１とスキンプレート２３とが設けられている。そして、アーチ部ライナピース２０Ｄ、２０Ｅの円弧板状枠体２１には、スキンプレート２３の所定位置に注入口２５が設けられている。
なお、天端部ライナピース２０Ｆは、アーチ部ライナピース２０Ｄ（２０Ｅ）と比べて周方向の長さ寸法が短くなっている。
【００２０】
そして、これらのライナピース２０Ａ、２０Ｂ、…は、周方向に隣接するピース間と、トンネル軸方向に隣接するリング間との連結はボルトによって連結され、図２ではピース間のボルト３０、２９ａ、２９ｂが図示されている。なお、このピース間のボルト連結において、ライナピース間でトンネル軸方向に多少のズレが生じても連結できるように、ライナピースに設けるボルト孔をトンネル軸方向に長孔となるように形成しておくのがよい。
【００２１】
また、図５に示すように、拡張ブロックＭは、所定の円弧長をなす鋼材（例えば、Ｈ形鋼）から形成されている。そして、拡張部Ｔにおいて、油圧ジャッキ３１（拡張手段）を使用してトンネルライナ２０を周方向に拡げ、そのときに形成される隙間に拡張ブロックＭが挿入配置される。そして、拡張ブロックＭは、ピース間及びリング間に隣接するライナピースとボルト２９ａ、２９ｂによって連結されている。
【００２２】
また、図２に示すように、トンネルライナ２０の設置状態で、底部ライナピース２０Ａとトンネル底盤部１ａとの間には、底部ライナピース２０Ａの円弧板状枠体２１を下方から支持する真円保持部材２６（支持部材）が設けられている。この真円保持部材２６は、トンネルライナ２０がリング状に組み立てられたときの中心位置を、掘削断面の中心位置に一致させることで、トンネル断面とトンネルライナ２０との相対位置を一定に保持させる。
【００２３】
次に、図１に示す背面空隙Ｓに充填される急硬性充填材２（充填材）として、例えば連続練混ぜ式ミキサ（図示省略）を使用して水・モルタル比（モルタル量に対する水量）を３５〜４０％として混練りし、練り混ぜして数分後にゲル状化させ、およそ３０分後に硬化開始させ、３〜４時間後の圧縮強度を２Ｎ／ｍｍ２以上に発現することができる急硬可塑性プレミックスモルタル（例えば、電気化学工業株式会社製、デンカライナーパック）が使用される。そして、この材料を充填して硬化したときの自立傾斜角度α（図６参照）は、４５〜６０度程度となる。
さらに、この急硬可塑性プレミックスモルタルでは、練り混ぜてからゲル状化するまでの略１〜２分の間は流動性を有する性状をなすことから、充填口２４から充填したときに多孔質状の背面空隙Ｓに隙間無く浸透させて充填することができる。
【００２４】
また、図１に示す背面空隙Ｓの上部に注入される注入材３としては、セメントミルクが使用される。そして、注入ポンプ（図示省略）などを使用して上述したアーチ部ライナピース２０Ｄ、２０Ｅの注入口２５（図３（ｃ）参照）より圧力注入される。
【００２５】
次に、トンネルライナ２０の組み立て手順について図面に基づいて説明する。
先ず、図１に示すように、ＴＢＭ１０によって、カッタヘッド１１を回転させ、１リングが掘進され、ＴＢＭ１０のルーフサポート１２の内側でトンネルライナ２０（第１リングＲ１）が組み立てられる。
【００２６】
その詳細なトンネルライナ２０の組み立て手順は、図２に示すように、底部ライナピース２０Ａを、真円保持部材２６を介した状態でトンネル底盤部１ａに配置する。この真円保持部材２６の設置位置は、底部ライナピース２０Ａの円弧板状枠体２１（図３（ａ）参照）を下方より支持する位置とされ、トンネル断面視で左右に略対称位置となるように配置させることが好ましい。そして、１リング手前に組み立てられたトンネルライナ２０（図１に示す第２リングＲ２）とのリング間をボルト締めしておく。
次いで、ＴＢＭ１０に備えられている図示しないエレクタ等を用い、拡張ブロックＭを除く側部ライナピース２０Ｂ、２０Ｃ、アーチ部ライナピース２０Ｄ、２０Ｅ、天端部ライナピース２０Ｆの順でボルトによる仮締め連結し、リング状となるように組み立てておく。
【００２７】
次に、底部ライナピース２０Ａ及び一方の側部ライナピース２０Ｂの間の拡張部Ｔを跨ぐようにして図５に示す油圧ジャッキ３１を取り付け、この油圧ジャッキ３１を伸長させてトンネルライナ２０を所定のリング径となるように拡径する。そして、その拡径により拡張部Ｔに形成された空間に、拡張ブロックＭを挿入配置させてボルト２９ａ、２９ｂで固定する。
次いで、拡張に使用した油圧ジャッキ３１を縮減して取り除くと共に、リング間で隣接するトンネルライナ２０同士をボルトによって連結すると共にピース間のボルトを本締めしてトンネルライナ２０の設置が完了する。
【００２８】
そして、図１に示すように、ＴＢＭ１０のメイングリッパ１３を両側部ライナピース２０Ｂ、２０Ｃのスキンプレート２３に当接させてトンネル地山壁面１に反力をとり、スラストジャッキ１４を伸長させてＴＢＭ１０を１リング分掘進させる。その後、前記と同様にしてルーフサポート１２の内側で次のトンネルライナ２０を組み立てる。
このような手順を繰り返すことによって、ＴＢＭ１０の後方においてトンネル地山壁面１をほとんど露出させることなく、トンネル掘削方向に連続するトンネルライナ２０、２０、…を設置することができる。そのため、トンネル地山壁面１の崩落や土砂の坑内への流入が防止されることになる。
【００２９】
次に、背面空隙Ｓへの急硬性充填材２の充填方法について図面に基づいて説明する。
図６に示すように、先ず、ＴＢＭ１０によって１リング分を掘進したときにルーフサポート１２から外れた第２リングＲ２において、底部ライナピース２０Ａと両側部ライナピース２０Ｂ、２０Ｃとの接続部付近で、底部ライナピース２０Ａの開口部２２（図３（ａ）参照）から後施工で急硬性充填材２を流し込んだ時に、トンネルライナ２０とトンネル地山壁面１との間から急硬性充填材２を漏出させないため、トンネルライナ２０とトンネル地山壁面１との間を塞ぐようにして吹付け材４を吹き付けておく。
また、このとき、同時に真円保持部材２６の周囲にも吹付け材４を吹き付けることで、真円保持部材２６（図２参照）と底部ライナピース２０Ａとを固定させるようにしてもよい。
【００３０】
さらに、切羽から３リング目の第３リングＲ３において、両側部ライナピース２０Ｂ、２０Ｃの下部充填口２４Ｂから急硬性充填材２を背面空隙Ｓに流し込み、その下部充填口２４Ｂ付近の高さまで充填を行う。
さらに、第４リングＲ４及び第５リングＲ５において、両側部ライナピース２０Ｂ、２０Ｃの上部充填口２４Ａから、急硬性充填材２を流し込み、上部充填口２４Ａ付近の高さまで充填する。
なお、上述した急硬性充填材２を充填する位置をなす第３リングＲ３〜第５リングＲ５は、本発明の第一位置に相当する。
そして、底部ライナピース２０Ａと両側部ライナピース２０Ｂ、２０Ｃとの接続部付近に吹付け材４が施工されているため、急硬性充填材２がトンネル底盤部１ａに流出することがなく、側部ライナピース２０Ｂ（２０Ｃ）の背面のみに急硬性充填材２を充填することができる。
【００３１】
このように、側部ライナピース２０Ｂ（２０Ｃ）に形成した充填口２４を使用することで、側部ライナピース２０Ｂ（２０Ｃ）の背面空隙Ｓに直接充填することができることから、浸透性が高まり、急硬性充填材２を隙間なく確実に充填することができる。そのため、メイングリッパ１３を使用するときの側部ライナピース２０Ｂ（２０Ｃ）の背面を、メイングリッパの押圧力に耐え得る充填強度とすることができる。
これにより、第６リングＲ６（本発明の第二位置に相当）でメイングリッパ１３を側方に向けて張り出し、両側部ライナピース２０Ｂ、２０Ｃに押し付けることで、トンネルライナ２０を変形させることなくトンネル推進反力がとれるようになる。
なお、図４に示すように、トンネル内空側に開いていた充填口２４の蓋部２４ａは、メイングリッパ１３の押し付けによってトンネル地山壁面１側に押し込まれ、充填口２４の開口２４ｂが塞がれることになる。
【００３２】
そして、トンネル側部への急硬性充填材２が所定の圧縮強度に達したのちの適当なときに、アーチ部ライナピース２０Ｄ，２０Ｅの注入口２５から注入材３を背面空隙Ｓに向けて注入する。このときの背面空隙Ｓへの注入時期は任意とされる。つまり、地山が脆弱な場合であってもオープンタイプのＴＢＭ１０によって掘削できる程度の自立性があることから、トンネルアーチ部にトンネルライナ２０があれば、多少の時間が経っても差し支えなく、例えばトンネルが貫通した後に注入材３を注入するようにしてもかまわない。
【００３３】
上述のように本実施の形態によるトンネル掘削工法及びトンネルライナでは、側部ライナピース２０Ｂ（２０Ｃ）に形成した充填口２４を使用することで、ＴＢＭ１０のメイングリッパ１３の押し付け位置をなす側部ライナピース２０Ｂ（２０Ｃ）の背面空隙Ｓに直接充填することができることから、浸透性が高まり、急硬性充填材を隙間なく確実に充填することができる。そのため、メイングリッパ１３で押し付けるときには所定の充填強度を確保できることから、メイングリッパ１３の押圧力によるトンネルライナ２０の変形を防止でき、トンネルライナ２０の真円度を維持することができる。
さらに、拡張ブロックＭを挿入設置するための拡張時の拡張寸法がライナリング毎に一定となり、拡張ブロックＭの寸法を調整したり、リング間を接続するトンネルライナ２０のボルト穴の位置を現場合わせするようなことがなくなり、トンネルライナ２０の組み立てにかかる手間を低減させることができる。
また、トンネルライナ２０の変形がなく、トンネル内空断面を確保できることから、支保構造体としての力学的安定性を向上させることができ、支保を再設置するといった工期、工費が増大する施工を行う必要がなくなる。
【００３４】
以上、本発明によるトンネル掘削工法及びトンネルライナの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態では、急硬性充填材２の充填位置を第２リングＲ２〜第５リングＲ５（第一位置）とし、第６リングＲ６をメイングリッパ１３による押し付け位置（第二位置）としているが、これに限定されることはない。例えば、トンネル断面の大きさに応じてＴＢＭ１０の仕様、構造も異なり、即ちメイングリッパが取り付けられる切羽からの距離が変わることから、使用されるＴＢＭのメイングリッパの位置に応じて急硬性充填材２の充填位置を設定することが好ましい。
また、本実施の形態では水・モルタル比の配合を３５〜４０％とされる急硬可塑性プレミックスモルタルの急硬性充填材２としているが、必ずしもこのような急硬性充填材２であることに限定されることはなく、充填材の材料、配合などは現場の条件に好適とされるように適宜設定して使用すればよい。
さらに、本実施の形態では側部ライナピース２０Ｂ（２０Ｃ）に上部充填口２４Ａと下部充填口２４Ｂの上下二段に設けているが、これに限定されることはない。即ち、充填口２４の開口寸法、数量、形成位置は任意に設定することができる。そして、充填口２４の形状についても、蓋部２４ａがトンネル内空側に折り曲げられた形状とされているが、これに限定されることはない。要は、充填口２４から土砂や岩片などがトンネルライナ２０の内側に流入することがなく、且つ効率よくトンネル側部の背面空隙Ｓに急硬性充填材を充填できればよいのである。
さらにまた、本実施の形態では急硬性充填材２を充填する前に、底部ライナピース２０Ａと側部ライナピース２０Ｂ（２０Ｃ）との接続部付近に吹付け材４を施工しているが、この吹付け施工は任意であり、例えばトンネル底盤部１ａ（底部ライナピース２０Ａの背面）に土砂が堆積しているような場合には吹付けを行わなくてもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態によるトンネルライナを用いたトンネル掘削状態を示す概要図である。
【図２】トンネルライナを組み立てた状態を示す正面図である。
【図３】ライナピースの平面図であって、（ａ）は底部ライナピースの図、（ｂ）は側部ライナピースの図、（ｃ）はアーチ部ライナピースの図である。
【図４】図３（ｂ）に示す側部ライナピースのＡ−Ａ線断面図である。
【図５】トンネルライナの拡張時における拡張ブロックの取付け状態を示す図である。
【図６】トンネルライナの背面空隙への充填施工状態を示す側面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１ トンネル地山壁面
２ 急硬性充填材（充填材）
３ 注入材
４ 吹付け材
１０ ＴＢＭ（トンネルボーリングマシーン）
１３ メイングリッパ
２０ トンネルライナ
２０Ａ 底部ライナピース
２０Ｂ，２０Ｃ 側部ライナピース
２０Ｄ，２０Ｅ アーチ部ライナピース
２４ 充填口
２５ 注入口
２６ 真円保持部材（支持部材）
Ｍ 拡張ブロック
Ｓ 背面空隙
Ｔ 拡張部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルボーリングマシーン工法などに使用されるトンネル掘削工法及びトンネルライナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネルボーリングマシーン工法では、掘削した切羽が開放された状態で掘進するオープンタイプのトンネルボーリングマシーン（以下、「ＴＢＭ」と略称する）が使用されている。このＴＢＭを使用した掘削では、良好な地山であれば、無支保での高速掘進が可能であり、その長所を十分に生かせるが、肌落ちや小崩落が生じやすい亀裂地山及び断層破砕帯の不良地質部などでは、吹付けコンクリート、リング支保工や全周セグメントなどにより地山を支保しながらの掘進となり、進行が極端に遅くなるといった欠点もあった。
しかも、このＴＢＭにおける支保の設置位置は、ＴＢＭのルーフサポート（天端部の胴体スキンプレート）などが通過した後のトンネル地山壁面となり、切羽を掘削してから時間が経って支保されることになる。そのため、不安定な地質部では岩石が抜け落ち、ルーフサポート上部にこれが載った状態でのＴＢＭ掘進となり、抜け落ち箇所をＴＢＭ後部が通過した時点で岩石が坑内に落下することになり、支保設置及び崩落箇所での地山の手当等に多くの作業時間を要し、ＴＢＭの掘進速度が遅くなるという問題があった。
そこで、このような問題に対応するために、トンネル内周の周方向に沿った形状の鋼製リング支保工と、鋼製リング支保工同士のリング間の隙間を塞ぐように鋼製のスキンプレートとから構成されるトンネルライナを支保として使用する方法がある（例えば特許文献１参照）。
このトンネルライナの組み立て手順は、ＴＢＭのルーフサポートの内側でトンネルライナを仮の状態で組み立てておき、このトンネルライナが掘進によりルーフサポートから外れたときに、トンネルライナの可伸部を伸長させることで周方向に拡げてトンネルライナを拡径し、その後に可伸部を溶接などで固定し、所定の外径をなすリング状の支保構造体とする手順になっている。
【０００３】
そして、このようなトンネルライナでは、掘進に伴うルーフサポートが通過したとき、トンネルライナの背面側にトンネル地山壁面との隙間が形成される。この隙間は、掘削面で剥落した岩塊、岩片、土砂などが堆積するため、多孔質状で不均一な空隙構造（背面空隙）となっている。
また、オープンタイプのＴＢＭでは、トンネルライナの組み立て位置から掘削径の直径長さ程度後方の位置でメイングリッパをトンネルライナのスキンプレートに押し付けて推進反力をとることになる。メイングリッパの押付力はトンネルライナを介してその背面のトンネル地山壁面に伝達されるため、上述したトンネルライナの背面に形成される背面空隙に、モルタルやセメントミルクなどの注入材を例えば天端部に設けた注入口より背面空隙全体にわたって圧力注入している。
【特許文献１】特開平１１−００２０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のトンネルライナでは以下のような問題があった。
従来のトンネルライナの背面空隙に圧力注入する方法では、モルタルやセメントミルクなどの注入材を多孔質状で不均一な背面空隙に隙間無く浸透させることが難しく、充填されない箇所が生じ、所定の充填強度が確保できないといった欠点があった。そのため、メイングリッパで押し付ける位置のトンネルライナの背面において、メイングリッパの押付力に耐え得るだけの強度が確保されない場合に、メイングリッパによって押圧されたトンネルライナに過大な変形が発生するといった問題があった。
そして、トンネルライナが変形すると、組み立て時における拡径寸法もライナリング毎に異なることになり、そのリング間を接続するボルト締結作業が現場合わせとなったり、拡張ブロックの寸法を調整する作業が発生することになり、トンネルライナの組み立てに手間がかかるうえ、支保構造体としての力学的安定性が低下するといった問題があった。そのため、トンネルライナの変形によりトンネル内空断面が確保できなくなるといった場合には、支保の再設置を施す必要があった。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、トンネルライナの変形を防止して真円度を維持することで、トンネルライナの組み立ての作業効率を向上させると共に、支保構造体としての力学的安定性を確保するようにしたトンネル掘削工法及びトンネルライナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係るトンネル掘削工法では、トンネル推進反力をとるためのメイングリッパとルーフサポートとを備えたトンネルボーリングマシーンによって掘削されるトンネル施工において、トンネルライナを用いたトンネル掘削工法であって、トンネルボーリングマシーンの掘進に伴ってルーフサポートの内側でトンネルライナをリング状に組み立て、ルーフサポートの後方の第一位置で、ライナピースに形成された充填口から、トンネルライナとトンネル地山壁面との間の背面空隙に充填材を充填し、第一位置の後方の第二位置で、メイングリッパによってライナピースと充填材を介してトンネル地山壁面を押し付けてトンネル推進反力をとるようにしたことを特徴としている。
また、本発明に係るトンネルライナでは、上述のトンネル掘削工法に用いるトンネルライナであって、トンネル底盤部に配置される底部ライナピースと、トンネル両側部に配置され、充填材を充填する充填口を形成したスキンプレートを有する側部ライナピースと、側部ライナピースより上方のトンネルアーチ部に配置され、スキンプレートを有するアーチ部ライナピースと、底部ライナピースと一方の側部ライナピースとの間に挿入配置されてなる拡張ブロックとを備えていることを特徴としている。
本発明では、側部ライナピースに形成した充填口を使用することで、トンネルボーリングマシーンのメイングリッパの押し付ける位置（第二位置）をなす側部ライナピースの背面空隙に充填材を直接充填することができることから、浸透性が高まり、隙間なく確実に充填することができる。そのため、メイングリッパを使用するときの側部ライナピースの背面を、メイングリッパの押圧力に耐え得る充填強度とすることができる。これにより、メイングリッパによる押し付けによってトンネルライナが変形することがなく、トンネルライナの真円度を維持することができる。
【０００７】
また、本発明に係るトンネルライナでは、底部ライナピースは、トンネル地山壁面側をなす周面に開口部を有していることが好ましい。
本発明では、底部ライナピースの開口部より、底部ライナピースと側部ライナピースとの接続部付近に吹付け材などを吹き付けることで、トンネルライナとトンネル地山壁面との間を塞ぐことができ、充填材がトンネル底盤部に流出することを防止でき、側部ライナピースの背面のみに充填材を充填することができる。
【０００８】
また、本発明に係るトンネルライナでは、充填口は、側部ライナピースのスキンプレートの一部を切り込み、切り込みした切片がスキンプレートの内周側に折り込まれて形成されていることが好ましい。
本発明では、トンネル内空側に開いた状態で折り込まれている充填口の切片を、メイングリッパの押し付けによってトンネル地山壁面側に押し込み、充填口の開口を塞ぐことができる。
【０００９】
また、本発明に係るトンネルライナでは、アーチ部ライナピースのスキンプレートには、注入口が設けられていることが好ましい。
本発明では、トンネル側部への充填材が所定の圧縮強度に達したのちの適当なときに、注入口から注入材をトンネルライナの背面空隙に向けて注入することができる。
【００１０】
また、本発明に係るトンネルライナでは、トンネルライナを下方から支持する支持部材が設けられていることが好ましい。
本発明では、トンネルライナのリングの中心位置を掘削断面の中心位置に一致させることで、トンネル断面とトンネルライナとの相対位置を一定に保持することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のトンネル掘削工法及びトンネルライナによれば、側部ライナピースに形成した充填口を使用することで、トンネルボーリングマシーンのメイングリッパの押し付ける位置をなす側部ライナピースの背面空隙に直接充填することができることから、浸透性が高まり、充填材を隙間なく確実に充填することができる。そのため、メイングリッパで押し付けるときには所定の充填強度を確保できることから、メイングリッパの押圧力によるトンネルライナの変形を防止でき、トンネルライナの真円度を維持することができる。
さらに、拡張ブロックを挿入設置するための拡張時の拡張寸法がライナリング毎に一定となり、拡張ブロックの寸法を調整したり、リング間を接続するトンネルライナのボルト穴の位置を現場合わせするようなことがなくなり、トンネルライナの組み立てにかかる手間を低減させることができる。
また、トンネルライナの変形がなく、トンネル内空断面を確保できることから、支保構造体としての力学的安定性を向上させることができ、支保を再設置するといった工期、工費が増大する施工を行う必要がなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態によるトンネル掘削工法及びトンネルライナについて、図１乃至図６に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態によるトンネルライナを用いたトンネル掘削状態を示す概要図、図２はトンネルライナを組み立てた状態を示す正面図、図３はライナピースの平面図であって、（ａ）は底部ライナピースの図、（ｂ）は側部ライナピースの図、（ｃ）はアーチ部ライナピースの図、図４は図３（ｂ）に示す側部ライナピースのＡ−Ａ線断面図、図５はトンネルライナの拡張時における拡張ブロックの取付け状態を示す図、図６はトンネルライナの背面空隙への充填施工状態を示す側面図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施の形態によるトンネル掘削工法及びトンネルライナは、トンネルボーリングマシーン（以下、略して「ＴＢＭ」という）を使用して掘削するトンネル工事に適用されるものである。
本トンネル掘削は、ＴＢＭ１０によって掘削した後方のトンネル地山壁面１に、トンネル掘削方向に連続してトンネルライナ２０、２０、…を設置し、その後、適当な時点で必要に応じて吹付けコンクリートの施工および／または覆工コンクリートの打設を行い、覆工体を構築するものである。そして、設置したトンネルライナ２０の背面とトンネル地山壁面１との間の隙間（これを「背面空隙Ｓ」とする）には、急硬性充填材２が充填される。なお、背面空隙Ｓには、トンネル地山壁面１の肌落ちや崩落による土砂や岩石などが不均一な状態（多孔質状の空隙が形成された状態）で堆積されることになる。
ここで、トンネル進行方向を「前方」とし、その反対側を「後方」として以下説明する。
【００１４】
先ず、本ＴＢＭ工法に用いられるＴＢＭ１０の概略構成について説明する。
図１に示すように、ＴＢＭ１０は、カッタヘッド１１と、カッタヘッド１１の後方に位置していて天端部から側部のトンネル地山壁面１に沿うようにしてトンネル周方向に円弧状をなすルーフサポート１２とサイドサポート１２’と、ジャッキ（図示省略）によりトンネル断面視で略水平方向に張り出すことでトンネル地山壁面１の側部に押し付けて固定されるメイングリッパ１３と、固定されたメイングリッパ１３に推進反力をとってカッタヘッド１１を推進させるスラストジャッキ１４等を備えたオープンタイプのものである。
このＴＢＭ１０は、ルーフサポート１２およびサイドサポート１２’から所定の後方位置（例えば、切羽から５、６リング目のトンネルライナ２０となる第５リングＲ５及び第６リングＲ６）でメイングリッパ１３をトンネル地山壁面１（正確には、後述するトンネルライナ２０のスキンプレート２３）に押し付け、このメイングリッパ１３に反力を取ってスラストジャッキ１４を伸長させながら、カッタヘッド１１を回転させ、スラストジャッキ１４のストローク長さ分（トンネルライナ２０の１リングの幅寸法に相当）を掘進する。そして、ルーフサポート１２の内空側において、後述するトンネルライナ２０が組み立てられる。
【００１５】
次に、図２に示すように、トンネル支保工として用いられるトンネルライナ２０は、組立状態でトンネル周方向に沿ってリング状に構築され、周方向に複数に分割（本実施の形態では６分割）されている。即ちトンネルライナ２０は、トンネル底盤部１ａに配置される底部ライナピース２０Ａと、メイングリッパ１３の押し付け位置に相当するトンネル両側部に配置される側部ライナピース２０Ｂ、２０Ｃと、トンネルアーチ部に配置されるアーチ部ライナピース２０Ｄ、２０Ｅと、アーチ部ライナピース２０Ｄ、２０Ｅの間に挟まれたトンネル天端部に配置される天端部ライナピース２０Ｆとから構成されている。
そして、底部ライナピース２０Ａと一方の側部ライナピース２０Ｂとの間（この位置を「拡張部Ｔ」とする）には、拡張ブロックＭが設けられている。
【００１６】
図３（ａ）に示すように、底部ライナピース２０Ａは、四隅を覆うチャンネル形鋼などの支保鋼材から形成された円弧板状枠体２１からなる。具体的に円弧板状枠体２１は、トンネル周面に沿って延在する弧状に成形された２条の支保鋼材２１ａ、２１ａと、これら支保鋼材２１ａ、２１ａの端部及び中間部を相互に連結する水平繋ぎ材２１ｂ、２１ｂ、…とからなり、その円弧板状枠体２１に囲まれるようにして開口部２２、２２、…が形成されている。
【００１７】
また、図３（ｂ）に示すように、側部ライナピース２０Ｂ、２０Ｃは、底部ライナピース２０Ａと同様の円弧板状枠体２１が形成され、この円弧板状枠体２１の外周面側に円弧状に湾曲した鉄板などからなるスキンプレート２３が設けられている。
なお、図３（ｂ）に示すライナピース２０Ｂ（２０Ｃ）の左側が、リング状に組み立てたときの上側の位置となる。
【００１８】
そして、側部ライナピース２０Ｂ、２０Ｃの円弧板状枠体２１には、スキンプレート２３の所定位置に充填口２４（上部充填口２４Ａ，下部充填口２４Ｂ）が設けられている。図４に示すように、この充填口２４は、円弧板状枠体２１の短辺方向に長い長方形状に開口２４ｂが形成されたものであり、スキンプレート２３の一部を切り込み、その切り込んだ切片（以下、蓋部２４ａとする）がスキンプレート２３の内周側に開いた状態で所定の曲げ角θをもって折り込まれて形成されている。
ここで、この上部充填口２４Ａ及び下部充填口２４Ｂが形成される位置は、側部ライナピース２０Ｂ，２０Ｃが組み立てられた状態において、ＴＢＭ１０のメイングリッパ１３が当接する範囲とされる（図２参照）。そして、図４に示すように、メイングリッパ１３をトンネルライナ２０のスキンプレート２３の内面に押し付けた押付力によって、蓋部２４ａがスキンプレート２３と面一となるように移動して開口２４ｂを塞ぐように構成されている。
【００１９】
そして、図３（ｃ）に示すように、アーチ部ライナピース２０Ｄ、２０Ｅ及び天端部ライナピース２０Ｆは、側部ライナピース２０Ｂ（２０Ｃ）と同様に円弧板状枠体２１とスキンプレート２３とが設けられている。そして、アーチ部ライナピース２０Ｄ、２０Ｅの円弧板状枠体２１には、スキンプレート２３の所定位置に注入口２５が設けられている。
なお、天端部ライナピース２０Ｆは、アーチ部ライナピース２０Ｄ（２０Ｅ）と比べて周方向の長さ寸法が短くなっている。
【００２０】
そして、これらのライナピース２０Ａ、２０Ｂ、…は、周方向に隣接するピース間と、トンネル軸方向に隣接するリング間との連結はボルトによって連結され、図２ではピース間のボルト３０、２９ａ、２９ｂが図示されている。なお、このピース間のボルト連結において、ライナピース間でトンネル軸方向に多少のズレが生じても連結できるように、ライナピースに設けるボルト孔をトンネル軸方向に長孔となるように形成しておくのがよい。
【００２１】
また、図５に示すように、拡張ブロックＭは、所定の円弧長をなす鋼材（例えば、Ｈ形鋼）から形成されている。そして、拡張部Ｔにおいて、油圧ジャッキ３１（拡張手段）を使用してトンネルライナ２０を周方向に拡げ、そのときに形成される隙間に拡張ブロックＭが挿入配置される。そして、拡張ブロックＭは、ピース間及びリング間に隣接するライナピースとボルト２９ａ、２９ｂによって連結されている。
【００２２】
また、図２に示すように、トンネルライナ２０の設置状態で、底部ライナピース２０Ａとトンネル底盤部１ａとの間には、底部ライナピース２０Ａの円弧板状枠体２１を下方から支持する真円保持部材２６（支持部材）が設けられている。この真円保持部材２６は、トンネルライナ２０がリング状に組み立てられたときの中心位置を、掘削断面の中心位置に一致させることで、トンネル断面とトンネルライナ２０との相対位置を一定に保持させる。
【００２３】
次に、図１に示す背面空隙Ｓに充填される急硬性充填材２（充填材）として、例えば連続練混ぜ式ミキサ（図示省略）を使用して水・モルタル比（モルタル量に対する水量）を３５〜４０％として混練りし、練り混ぜして数分後にゲル状化させ、およそ３０分後に硬化開始させ、３〜４時間後の圧縮強度を２Ｎ／ｍｍ２以上に発現することができる急硬可塑性プレミックスモルタル（例えば、電気化学工業株式会社製、デンカライナーパック）が使用される。そして、この材料を充填して硬化したときの自立傾斜角度α（図６参照）は、４５〜６０度程度となる。
さらに、この急硬可塑性プレミックスモルタルでは、練り混ぜてからゲル状化するまでの略１〜２分の間は流動性を有する性状をなすことから、充填口２４から充填したときに多孔質状の背面空隙Ｓに隙間無く浸透させて充填することができる。
【００２４】
また、図１に示す背面空隙Ｓの上部に注入される注入材３としては、セメントミルクが使用される。そして、注入ポンプ（図示省略）などを使用して上述したアーチ部ライナピース２０Ｄ、２０Ｅの注入口２５（図３（ｃ）参照）より圧力注入される。
【００２５】
次に、トンネルライナ２０の組み立て手順について図面に基づいて説明する。
先ず、図１に示すように、ＴＢＭ１０によって、カッタヘッド１１を回転させ、１リングが掘進され、ＴＢＭ１０のルーフサポート１２の内側でトンネルライナ２０（第１リングＲ１）が組み立てられる。
【００２６】
その詳細なトンネルライナ２０の組み立て手順は、図２に示すように、底部ライナピース２０Ａを、真円保持部材２６を介した状態でトンネル底盤部１ａに配置する。この真円保持部材２６の設置位置は、底部ライナピース２０Ａの円弧板状枠体２１（図３（ａ）参照）を下方より支持する位置とされ、トンネル断面視で左右に略対称位置となるように配置させることが好ましい。そして、１リング手前に組み立てられたトンネルライナ２０（図１に示す第２リングＲ２）とのリング間をボルト締めしておく。
次いで、ＴＢＭ１０に備えられている図示しないエレクタ等を用い、拡張ブロックＭを除く側部ライナピース２０Ｂ、２０Ｃ、アーチ部ライナピース２０Ｄ、２０Ｅ、天端部ライナピース２０Ｆの順でボルトによる仮締め連結し、リング状となるように組み立てておく。
【００２７】
次に、底部ライナピース２０Ａ及び一方の側部ライナピース２０Ｂの間の拡張部Ｔを跨ぐようにして図５に示す油圧ジャッキ３１を取り付け、この油圧ジャッキ３１を伸長させてトンネルライナ２０を所定のリング径となるように拡径する。そして、その拡径により拡張部Ｔに形成された空間に、拡張ブロックＭを挿入配置させてボルト２９ａ、２９ｂで固定する。
次いで、拡張に使用した油圧ジャッキ３１を縮減して取り除くと共に、リング間で隣接するトンネルライナ２０同士をボルトによって連結すると共にピース間のボルトを本締めしてトンネルライナ２０の設置が完了する。
【００２８】
そして、図１に示すように、ＴＢＭ１０のメイングリッパ１３を両側部ライナピース２０Ｂ、２０Ｃのスキンプレート２３に当接させてトンネル地山壁面１に反力をとり、スラストジャッキ１４を伸長させてＴＢＭ１０を１リング分掘進させる。その後、前記と同様にしてルーフサポート１２の内側で次のトンネルライナ２０を組み立てる。
このような手順を繰り返すことによって、ＴＢＭ１０の後方においてトンネル地山壁面１をほとんど露出させることなく、トンネル掘削方向に連続するトンネルライナ２０、２０、…を設置することができる。そのため、トンネル地山壁面１の崩落や土砂の坑内への流入が防止されることになる。
【００２９】
次に、背面空隙Ｓへの急硬性充填材２の充填方法について図面に基づいて説明する。
図６に示すように、先ず、ＴＢＭ１０によって１リング分を掘進したときにルーフサポート１２から外れた第２リングＲ２において、底部ライナピース２０Ａと両側部ライナピース２０Ｂ、２０Ｃとの接続部付近で、底部ライナピース２０Ａの開口部２２（図３（ａ）参照）から後施工で急硬性充填材２を流し込んだ時に、トンネルライナ２０とトンネル地山壁面１との間から急硬性充填材２を漏出させないため、トンネルライナ２０とトンネル地山壁面１との間を塞ぐようにして吹付け材４を吹き付けておく。
また、このとき、同時に真円保持部材２６の周囲にも吹付け材４を吹き付けることで、真円保持部材２６（図２参照）と底部ライナピース２０Ａとを固定させるようにしてもよい。
【００３０】
さらに、切羽から３リング目の第３リングＲ３において、両側部ライナピース２０Ｂ、２０Ｃの下部充填口２４Ｂから急硬性充填材２を背面空隙Ｓに流し込み、その下部充填口２４Ｂ付近の高さまで充填を行う。
さらに、第４リングＲ４及び第５リングＲ５において、両側部ライナピース２０Ｂ、２０Ｃの上部充填口２４Ａから、急硬性充填材２を流し込み、上部充填口２４Ａ付近の高さまで充填する。
なお、上述した急硬性充填材２を充填する位置をなす第３リングＲ３〜第５リングＲ５は、本発明の第一位置に相当する。
そして、底部ライナピース２０Ａと両側部ライナピース２０Ｂ、２０Ｃとの接続部付近に吹付け材４が施工されているため、急硬性充填材２がトンネル底盤部１ａに流出することがなく、側部ライナピース２０Ｂ（２０Ｃ）の背面のみに急硬性充填材２を充填することができる。
【００３１】
このように、側部ライナピース２０Ｂ（２０Ｃ）に形成した充填口２４を使用することで、側部ライナピース２０Ｂ（２０Ｃ）の背面空隙Ｓに直接充填することができることから、浸透性が高まり、急硬性充填材２を隙間なく確実に充填することができる。そのため、メイングリッパ１３を使用するときの側部ライナピース２０Ｂ（２０Ｃ）の背面を、メイングリッパの押圧力に耐え得る充填強度とすることができる。
これにより、第６リングＲ６（本発明の第二位置に相当）でメイングリッパ１３を側方に向けて張り出し、両側部ライナピース２０Ｂ、２０Ｃに押し付けることで、トンネルライナ２０を変形させることなくトンネル推進反力がとれるようになる。
なお、図４に示すように、トンネル内空側に開いていた充填口２４の蓋部２４ａは、メイングリッパ１３の押し付けによってトンネル地山壁面１側に押し込まれ、充填口２４の開口２４ｂが塞がれることになる。
【００３２】
そして、トンネル側部への急硬性充填材２が所定の圧縮強度に達したのちの適当なときに、アーチ部ライナピース２０Ｄ，２０Ｅの注入口２５から注入材３を背面空隙Ｓに向けて注入する。このときの背面空隙Ｓへの注入時期は任意とされる。つまり、地山が脆弱な場合であってもオープンタイプのＴＢＭ１０によって掘削できる程度の自立性があることから、トンネルアーチ部にトンネルライナ２０があれば、多少の時間が経っても差し支えなく、例えばトンネルが貫通した後に注入材３を注入するようにしてもかまわない。
【００３３】
上述のように本実施の形態によるトンネル掘削工法及びトンネルライナでは、側部ライナピース２０Ｂ（２０Ｃ）に形成した充填口２４を使用することで、ＴＢＭ１０のメイングリッパ１３の押し付け位置をなす側部ライナピース２０Ｂ（２０Ｃ）の背面空隙Ｓに直接充填することができることから、浸透性が高まり、急硬性充填材を隙間なく確実に充填することができる。そのため、メイングリッパ１３で押し付けるときには所定の充填強度を確保できることから、メイングリッパ１３の押圧力によるトンネルライナ２０の変形を防止でき、トンネルライナ２０の真円度を維持することができる。
さらに、拡張ブロックＭを挿入設置するための拡張時の拡張寸法がライナリング毎に一定となり、拡張ブロックＭの寸法を調整したり、リング間を接続するトンネルライナ２０のボルト穴の位置を現場合わせするようなことがなくなり、トンネルライナ２０の組み立てにかかる手間を低減させることができる。
また、トンネルライナ２０の変形がなく、トンネル内空断面を確保できることから、支保構造体としての力学的安定性を向上させることができ、支保を再設置するといった工期、工費が増大する施工を行う必要がなくなる。
【００３４】
以上、本発明によるトンネル掘削工法及びトンネルライナの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態では、急硬性充填材２の充填位置を第２リングＲ２〜第５リングＲ５（第一位置）とし、第６リングＲ６をメイングリッパ１３による押し付け位置（第二位置）としているが、これに限定されることはない。例えば、トンネル断面の大きさに応じてＴＢＭ１０の仕様、構造も異なり、即ちメイングリッパが取り付けられる切羽からの距離が変わることから、使用されるＴＢＭのメイングリッパの位置に応じて急硬性充填材２の充填位置を設定することが好ましい。
また、本実施の形態では水・モルタル比の配合を３５〜４０％とされる急硬可塑性プレミックスモルタルの急硬性充填材２としているが、必ずしもこのような急硬性充填材２であることに限定されることはなく、充填材の材料、配合などは現場の条件に好適とされるように適宜設定して使用すればよい。
さらに、本実施の形態では側部ライナピース２０Ｂ（２０Ｃ）に上部充填口２４Ａと下部充填口２４Ｂの上下二段に設けているが、これに限定されることはない。即ち、充填口２４の開口寸法、数量、形成位置は任意に設定することができる。そして、充填口２４の形状についても、蓋部２４ａがトンネル内空側に折り曲げられた形状とされているが、これに限定されることはない。要は、充填口２４から土砂や岩片などがトンネルライナ２０の内側に流入することがなく、且つ効率よくトンネル側部の背面空隙Ｓに急硬性充填材を充填できればよいのである。
さらにまた、本実施の形態では急硬性充填材２を充填する前に、底部ライナピース２０Ａと側部ライナピース２０Ｂ（２０Ｃ）との接続部付近に吹付け材４を施工しているが、この吹付け施工は任意であり、例えばトンネル底盤部１ａ（底部ライナピース２０Ａの背面）に土砂が堆積しているような場合には吹付けを行わなくてもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態によるトンネルライナを用いたトンネル掘削状態を示す概要図である。
【図２】トンネルライナを組み立てた状態を示す正面図である。
【図３】ライナピースの平面図であって、（ａ）は底部ライナピースの図、（ｂ）は側部ライナピースの図、（ｃ）はアーチ部ライナピースの図である。
【図４】図３（ｂ）に示す側部ライナピースのＡ−Ａ線断面図である。
【図５】トンネルライナの拡張時における拡張ブロックの取付け状態を示す図である。
【図６】トンネルライナの背面空隙への充填施工状態を示す側面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１ トンネル地山壁面
２ 急硬性充填材（充填材）
３ 注入材
４ 吹付け材
１０ ＴＢＭ（トンネルボーリングマシーン）
１３ メイングリッパ
２０ トンネルライナ
２０Ａ 底部ライナピース
２０Ｂ，２０Ｃ 側部ライナピース
２０Ｄ，２０Ｅ アーチ部ライナピース
２４ 充填口
２５ 注入口
２６ 真円保持部材（支持部材）
Ｍ 拡張ブロック
Ｓ 背面空隙
Ｔ 拡張部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル推進反力をとるためのメイングリッパとルーフサポートとを備えたトンネルボーリングマシーンによって掘削されるトンネル施工において、トンネルライナを用いたトンネル掘削工法であって、
前記トンネルボーリングマシーンの掘進に伴って前記ルーフサポートの内側で前記トンネルライナをリング状に組み立て、
前記ルーフサポートの後方の第一位置で、前記ライナピースに形成された充填口から、前記トンネルライナとトンネル地山壁面との間の背面空隙に充填材を充填し、
前記第一位置の後方の第二位置で、前記メイングリッパによって前記ライナピースと前記充填材を介して前記トンネル地山壁面を押し付けてトンネル推進反力をとるようにしたことを特徴とするトンネル掘削工法。
【請求項２】
請求項１のトンネル掘削工法に用いるトンネルライナであって、
トンネル底盤部に配置される底部ライナピースと、
トンネル両側部に配置され、充填材を充填する充填口を形成したスキンプレートを有する側部ライナピースと、
前記側部ライナピースより上方のトンネルアーチ部に配置され、スキンプレートを有するアーチ部ライナピースと、
前記底部ライナピースと一方の前記側部ライナピースとの間に挿入配置されてなる拡張ブロックと、
を備えていることを特徴とするトンネルライナ。
【請求項３】
前記底部ライナピースは、前記トンネル地山壁面側をなす周面に開口部を有していることを特徴とする請求項２に記載のトンネルライナ。
【請求項４】
前記充填口は、前記側部ライナピースのスキンプレートの一部を切り込み、該切り込みした切片が前記スキンプレートの内周側に折り込まれて形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のトンネルライナ。
【請求項５】
前記アーチ部ライナピースのスキンプレートには、注入口が設けられていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のトンネルライナ。
【請求項６】
前記トンネルライナを下方から支持する支持部材が設けられていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載のトンネルライナ。
【請求項１】
トンネル推進反力をとるためのメイングリッパとルーフサポートとを備えたトンネルボーリングマシーンによって掘削されるトンネル施工において、トンネルライナを用いたトンネル掘削工法であって、
前記トンネルボーリングマシーンの掘進に伴って前記ルーフサポートの内側で前記トンネルライナをリング状に組み立て、
前記ルーフサポートの後方の第一位置で、前記ライナピースに形成された充填口から、前記トンネルライナとトンネル地山壁面との間の背面空隙に充填材を充填し、
前記第一位置の後方の第二位置で、前記メイングリッパによって前記ライナピースと前記充填材を介して前記トンネル地山壁面を押し付けてトンネル推進反力をとるようにしたことを特徴とするトンネル掘削工法。
【請求項２】
請求項１のトンネル掘削工法に用いるトンネルライナであって、
トンネル底盤部に配置される底部ライナピースと、
トンネル両側部に配置され、充填材を充填する充填口を形成したスキンプレートを有する側部ライナピースと、
前記側部ライナピースより上方のトンネルアーチ部に配置され、スキンプレートを有するアーチ部ライナピースと、
前記底部ライナピースと一方の前記側部ライナピースとの間に挿入配置されてなる拡張ブロックと、
を備えていることを特徴とするトンネルライナ。
【請求項３】
前記底部ライナピースは、前記トンネル地山壁面側をなす周面に開口部を有していることを特徴とする請求項２に記載のトンネルライナ。
【請求項４】
前記充填口は、前記側部ライナピースのスキンプレートの一部を切り込み、該切り込みした切片が前記スキンプレートの内周側に折り込まれて形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のトンネルライナ。
【請求項５】
前記アーチ部ライナピースのスキンプレートには、注入口が設けられていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のトンネルライナ。
【請求項６】
前記トンネルライナを下方から支持する支持部材が設けられていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載のトンネルライナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２０７２（Ｐ２００８−２０７２Ａ）
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１６９９００（Ｐ２００６−１６９９００）
【出願日】平成１８年６月２０日（２００６．６．２０）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２０日（２００６．６．２０）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]