説明

トンネル構築方法

【課題】発破掘削が採用できず、且つ自由断面掘削機による掘削が困難な地山を好適に掘削してトンネルを構築することが可能なトンネル構築方法を提供する。
【解決手段】トンネル本坑1を構築する地山Gに、トンネル本坑1の軸線O1方向に延びる先進導坑2をトンネル本坑1の断面内に位置するように先行掘削し、先進導坑2の周方向に所定の間隔をあけて放射状に、且つトンネル本坑1の軸線O1方向に所定の間隔T2をあけて、先進導坑2からトンネル本坑1の外周1a(トンネル本坑掘削の周壁面S)に向かう方向に延びる複数の放射孔4を穿設するとともに、先進導坑2が開口する切羽面6からトンネル本坑1の軸線O1方向に延びる複数の砕岩孔5を穿設し、放射孔4と砕岩孔5を穿設した地山Gを切羽面6から砕岩機7で掘削してゆく。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発破を用いることなく地山を掘削してトンネルを構築するトンネル構築方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、山岳トンネルを構築する際には、爆薬を用いる発破掘削や、自由断面掘削機(ロードヘッダを備えた切削機)を用いる機械掘削によって地山を掘削することが多い。しかしながら、発破掘削は、大きな振動や騒音が発生するため、振動や騒音に対して制約を受ける施工環境では採用できない。また、自由断面掘削機による機械掘削においても、例えば地山等級がB〜Cの硬岩地山である場合には、掘削が困難になるという問題があった。
【0003】
そして、このように、発破掘削が採用できず、且つ自由断面掘削機による掘削が困難な地山の掘削には、割岩工法が採用されている。この割岩工法においては、ドリルジャンボなどの穿孔機を用いて地山に複数の割岩孔を穿設し、例えば割岩孔内にビッカーを差し込むとともに拡径させ、地山に亀裂を発生させる(一次破砕)。これにより、掘削対象の地山の強度を低下させることができ、発破を用いることなくブレーカーや自由断面掘削機などの砕岩機で地山を掘削(二次破砕)することが可能になる(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2006−97409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、上記の割岩工法を用いて地山を掘削する(トンネル本坑を構築する)場合には、ビッカーなどで掘削対象の地山に亀裂を発生させる一次破砕と、亀裂によって強度を低下させた地山を掘削する二次破砕の二工程に分けた破砕作業を要するため、例えばトンネルを1日当たり1.0〜1.4m程度しか掘削することができず、工期の長期化ひいては工費の増大を招くという問題があった。
【0005】
本発明は、上記事情に鑑み、発破掘削が採用できず、且つ自由断面掘削機による掘削が困難な地山を好適に掘削してトンネルを構築することが可能なトンネル構築方法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】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【0007】
本発明のトンネル構築方法は、トンネル本坑を構築する地山に、前記トンネル本坑の軸線方向に延びる先進導坑を前記トンネル本坑の断面内に位置するように先行掘削し、該先進導坑の周方向に所定の間隔をあけて放射状に、且つ前記トンネル本坑の軸線方向に所定の間隔をあけて、前記先進導坑から前記トンネル本坑掘削の周壁面に向かう方向に延びる複数の放射孔を穿設するとともに、前記先進導坑が開口する切羽面から前記トンネル本坑の軸線方向に延びる複数の砕岩孔を穿設し、前記放射孔と前記砕岩孔を穿設した前記地山を前記切羽面から砕岩機で掘削してゆくことを特徴とする。
【0008】
この発明においては、先行掘削した先進導坑内からトンネル本坑掘削の周壁面に向けて延びる複数の放射孔と、切羽面からトンネル本坑の軸線方向に延びる複数の砕岩孔を穿設することによって、従来の地山に亀裂を生じさせる割岩作業を要することなく、掘削対象の地山の強度を低下させることができ、油圧ブレーカーなどの砕岩機で確実に地山を掘削することが可能になる。
【0009】
また、本発明のトンネル構築方法においては、前記放射孔を、前記先進導坑から前記トンネル本坑掘削の周壁面に向かうに従い漸次前記トンネル本坑の軸線方向前方あるいは後方に向かうように斜設することが望ましい。
【0010】
この発明においては、例えば地山等級がB〜Cの安定性の高い地山の場合には、先進導坑からトンネル本坑掘削の周壁面に向かうに従い漸次トンネル本坑の掘削方向側(トンネル本坑の軸線方向前方)に向かうように放射孔を穿設する。また、例えば地山等級がDの割れやすく安定性の低い地山の場合には、先進導坑からトンネル本坑掘削の周壁面に向かうに従い漸次切羽面側(トンネル本坑の軸線方向後方)に向かうように放射孔を穿設する。そして、砕岩機で掘削する際に、放射孔の斜設方向に沿って切羽面を形成できるため、地山の安定性に応じて(地山等級に応じて)、切羽面を確実に自立し崩落することのない角度で容易に形成でき、掘削時の安全性を確保することが可能になるとともに、掘削効率を高めることが可能になる。
【発明の効果】
【0011】
本発明のトンネル構築方法によれば、放射孔と砕岩孔を地山に穿設することによって、従来のビッカーなどで地山に亀裂を生じさせる割岩作業を不要にでき、発破掘削が採用できず、且つ自由断面掘削機による掘削が困難な地山を、確実に砕岩機で掘削することが可能になる。これにより、工期短縮及び工費削減を図ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、図1から図4を参照し、本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法について説明する。本実施形態は、発破掘削が採用できず、且つ自由断面掘削機による掘削が困難な地山を効率的に掘削してトンネルを構築することが可能なトンネル構築方法に関するものである。なお、本実施形態では、地山等級がCの地山にトンネルを構築するものとして説明を行う。
【0013】
本実施形態のトンネル構築方法においては、はじめに、図1、図3及び図4に示すように、図示せぬ先進導坑掘削機を用いて、トンネル本坑(トンネル)1を構築する地山Gに、トンネル本坑1の軸線O1方向に延びる先進導坑2を先行掘削する。このとき、先進導坑2は、トンネル本坑1よりも小径で、且つドリルジャンボなどの穿孔機3が内部で作業できる程度の大きさで形成され、トンネル本坑1の断面内に位置するように形成される。また、本実施形態では、一つの先進導坑2を、トンネル本坑1の断面内の幅方向中央、且つ高さ方向下方側に形成している。
【0014】
ここで、先進導坑掘削機には、周辺環境への掘削影響が小さく、平均掘削進行が例えば400m/月以上の高速施工が可能なトンネルボーリングマシン(TBM)を適用することが好ましい。また、先進導坑2の施工時に、地山Gの岩盤性状の把握や地山等級の判定を行い、これらの情報と先進導坑2の掘削に要する掘削エネルギーとから、後述の放射孔4や砕岩孔5の配置が計画される。
【0015】
ついで、先進導坑2を施工が完了した段階で、図1に示すように、先進導坑2内にドリルジャンボなどの穿孔機3を設置し、この穿孔機3を用いて先進導坑2の壁面2aからトンネル本坑1の外周1a(踏前1bを含む:トンネル本坑掘削の周壁面S)に向かう方向に延びる放射孔4の穿孔を開始する。そして、図3に示すように、先進導坑2の周方向に所定の間隔T1をあけて放射状に複数の放射孔4を穿設し、且つ、図1に示すように、トンネル本坑1の軸線O1方向に所定の間隔T2をあけて複数の放射孔4を穿設してゆく。
【0016】
なお、本実施形態において、放射孔4は、51〜102mm程度の孔径で形成される。また、先進導坑2の周方向に隣り合う放射孔4の間隔T1(トンネル本坑掘削の周壁面Sにおける間隔)は、0.3〜0.6m程度、トンネル本坑1の軸線O1方向に隣り合う放射孔4の間隔T2は、0.25〜0.5m程度とされ、これらの間隔(放射孔の配置)T1、T2は、地山等級、岩種などに応じて適宜決められる。そして、このように複数の放射孔4を穿設する際には、例えば、1ブーム仕様のドリルジャンボ(穿孔機3)を2セット以上用い、図3に示すトンネル本坑1の中心線O2を挟んで左右に区分した放射孔4を左右片側ずつ同時施工することが、効率的な施工を行う上で好ましい。
【0017】
さらに、本実施形態においては、図1に示すように、地山等級がCの安定性の高い地山Gであることに基づいて、各放射孔4を、先進導坑2からトンネル本坑1の外周1a(トンネル本坑掘削の周壁面S)に向かうに従い漸次トンネル本坑1の掘削方向M側(トンネル本坑1の軸線O1方向前方)に向かうように周壁面Sの直近まで穿設し、例えば、トンネル本坑1の軸線O1に沿う断面視(図1)で、トンネル本坑1の軸線O1に直交する鉛直面と放射孔4の交角(穿孔角度θ1)が、日本道路公団の基準による地山等級CIで10度程度、地山等級CIIで5度程度となるように斜設する。
【0018】
一方、先進導坑2から放射孔4を穿設するとともに、図1及び図4に示すように、ドリルジャンボなどの穿孔機3を用い、先進導坑2が開口する切羽面(鏡面)6からトンネル本坑1の軸線O1方向(トンネル本坑1の掘削方向M)に延びる砕岩孔5を穿設する。このとき、砕岩孔5は、予め設定した1掘進長Lよりも例えば10cm程度長く穿孔する。また、砕岩孔5は、切羽面6に所定の間隔をあけて分散配置するように(蜂の巣状に)穿設され、切羽面6の外周(トンネル本坑1の外周1a)においては、内側に穿設される砕岩孔5よりも密に配置される。
【0019】
なお、本実施形態において、砕岩孔5は、51〜125mm程度の孔径で形成されるが、放射孔4との関係では砕岩孔5の方が穿孔長が短くなると考えられるので、砕岩孔5の孔径は放射孔4の孔径よりも大きい。また、複数の砕岩孔5は、切羽面6の内側で6.25〜2.78孔/m程度となるように配置され、外周1aにおいては、この外周1aに沿って隣り合う砕岩孔5の間隔が0.2〜0.3m程度となるように配置される。さらに、1掘進長Lは、地山等級CIで2.0m程度、地山等級CIIで1.5m程度に設定される。
【0020】
そして、放射孔4及び砕岩孔5の配置は、前述のように、先進導坑2の施工時に、地山Gの岩盤性状の把握や地山等級の判定を行い、これらの情報と先進導坑2の掘削に要する掘削エネルギーとから計画されているが、放射孔4や砕岩孔5の穿設時に得られる地山Gの岩盤性状などの情報を基に、配置計画の照査を行い、必要に応じて修正を行う。
【0021】
上記のように放射孔4及び1掘進長分Lの砕岩孔5を穿設した段階で、図2に示すように、例えば4tonクラスの大型ブレーカーなどの砕岩機7を用いて、掘削対象の1掘進長分Lの地山Gを切羽面6から砕岩掘削してゆく。具体的に、本実施形態においては、トンネル本坑1の軸線O1方向の放射孔4の間隔T2(0.25〜0.5m)分を砕岩掘削単位として掘削し、先進導坑2の周辺から放射状に自由面を拡大するように掘削してゆく。このように砕岩掘削をトンネル本坑1の軸線O1方向の放射孔4の間隔T2毎(砕岩掘削単位毎)に繰り返して行って1掘進長分Lの地山Gを掘削する。そして、本実施形態では、1掘進長分Lの地山Gを掘削する際、複数の放射孔4と複数の砕岩孔5が穿設されて掘削対象の地山Gの強度が低下しているため、砕岩機7による地山Gの掘削が困難になることがなく、確実に且つ比較的容易に地山Gの掘削が行われる。また、このとき、本実施形態では、切羽面6の外周1aに配置した砕岩孔5が密に配置されているため、トンネル本坑1を所定断面で精度よく掘削形成できる。
【0022】
一方、本実施形態においては、先進導坑2からトンネル本坑1の外周1aに向かうに従い漸次トンネル本坑1の掘削方向M側に向かうように(穿孔角度θ1となるように)、放射孔4が斜設されているため、砕岩掘削単位毎に地山Gを掘削する際に、切羽面6が、放射孔4の斜設方向に沿って形成される。そして、このように切羽面6を形成しながら地山Gを掘削する場合には、地山Gが先進導坑2側よりも外周1a側が切り込まれるため、切羽面6が崩落しやすい側に傾斜することになる。すなわち、本実施形態においては、地山Gの安定性が高いため、放射孔4を先進導坑2からトンネル本坑1の外周1aに向かうに従い漸次トンネル本坑1の掘削方向M側に向かうように斜設しても、切羽面6が崩落することがなく、掘削時の安全性を確保しつつ効率よく掘削が行われることになる。
【0023】
そして、放射孔4の穿設、砕岩孔5の穿設、砕岩機7による砕岩掘削を繰り返し連続的に行い、順次ズリを搬出することで、トンネル本坑1の掘削作業が完了する。また、掘削作業に併行してトンネル本坑1の掘削面1c(周壁面S)にコンクリートの吹き付け(吹付けコンクリート工)、ロックボルトの打設(ロックボルト工)を順次施して、トンネル本坑1が構築される。
【0024】
ここで、掘削断面積が約80m、総延長2000mのトンネル(トンネル本坑1)を構築する場合、ビッカーを用いて地山Gに亀裂を発生させる従来の割岩工法では、63月の工期を要するのに対し、本実施形態のトンネル構築方法を適用した場合には、約33月の工期でトンネル1が構築される。よって、本実施形態のトンネル構築方法によれば、工期が短縮し、ひいては工費の削減が図られることになる。
【0025】
したがって、本実施形態のトンネル構築方法においては、先行掘削した先進導坑2内からトンネル本坑1の外周1aに向けて延びる複数の放射孔4と、切羽面6からトンネル本坑1の軸線O1方向に延びる複数の砕岩孔5を穿設することによって、従来のように亀裂を生じさせることなく、掘削対象の地山Gの強度を低下させることができ、砕岩機7で確実に地山Gを掘削することが可能になる。
【0026】
また、砕岩機7で掘削する際に、放射孔4の斜設方向に沿って切羽面6を形成できるため、地山等級がCの安定性の高い地山Gに対し、先進導坑2からトンネル本坑1の外周1aに向かうに従い漸次トンネル本坑1の掘削方向M側(トンネルの軸線O1方向前方)に向かうように放射孔4を穿設することによって、掘削効率を高めることが可能になる。
【0027】
よって、本実施形態のトンネル構築方法によれば、発破掘削が採用できず、且つ自由断面掘削機による掘削が困難な地山Gを、放射孔4と砕岩孔5を穿設することによって砕岩機7で掘削できるようになり、従来のビッカーなどで地山に亀裂を生じさせる割岩作業を必要としないため、工期短縮及び工費削減を図ることが可能になる。
【0028】
以上、本発明に係るトンネル構築方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施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、本実施形態では、地山等級がCの安定性の高い地山Gにトンネル(トンネル本坑1)を構築するものとし、これに基づいて、放射孔4を、先進導坑2からトンネル本坑1の外周1a(トンネル本坑掘削の周壁面S)に向かうに従い漸次トンネル本坑1の掘削方向M側に向かうように斜設するものとしたが、放射孔4は、トンネル本坑1の軸線O1に直交するように穿設してもよい。
【0029】
また、例えば、地山等級がDの割れやすく安定性の低い地山Gの場合には、本実施形態とは逆に、先進導坑2からトンネル本坑1の外周1aに向かうに従い漸次切羽面6側(トンネルの軸線O1方向後方)に向かうように(図1に示す穿孔角度θ2となるように)、放射孔4を穿設することが好ましい。そして、この場合には、砕岩掘削単位毎に地山Gを掘削する際に、切羽面6が、放射孔4の斜設方向に沿って形成され、崩落しにくい側に傾斜することになる。よって、本発明においては、砕岩機7で掘削する際に、放射孔4の斜設方向に沿って切羽面6を形成できるため、地山Gの安定性に応じて(地山等級に応じて)放射孔4の穿孔角度θ1、θ2を適宜変えることで、切羽面6を確実に自立し崩落することのない角度で容易に形成でき、掘削時の安全性を確保することが可能になるとともに、掘削効率を高めることが可能になる。
【0030】
また、本実施形態では、一つの先進導坑2を先行掘削し、この一つの先進導坑2の周方向に所定の間隔T1をあけて放射状に、且つトンネル本坑1の軸線O1方向に所定の間隔T2をあけて、放射孔4を穿設するものとしたが、例えば図5に示すように、複数の先進導坑2を先行掘削し、これらの先進導坑2のそれぞれに対し、周方向に所定の間隔をあけて放射状に、且つトンネル本坑1の軸線O1方向に所定の間隔をあけて放射孔4を穿設するようにしてもよい。ちなみに、この場合、例えば図6に示すように砕岩孔5が配置される。そして、図5及び図6に示すように、2つの先進導坑2を先行掘削して、掘削断面積が約80m、総延長2000mのトンネル(トンネル本坑1)を構築する場合には、本実施形態のトンネル構築方法で要する工期(約33月)を、さらに約7%短縮することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法において、放射孔及び砕岩孔を穿設している状態を示す図である。
【図2】本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法において、砕岩機で地山を掘削している状態を示す図である。
【図3】図1のX1−X1線矢視図である。
【図4】図1のX2−X2線矢視図である。
【図5】2つの先進導坑からトンネル本坑の外周に向けて延びる放射孔の配置例を示す図である。
【図6】2つの先進導坑が開口する切羽面からトンネル本坑の軸線方向に延びる砕岩孔の配置例を示す図である。
【符号の説明】
【0032】
1 トンネル本坑(トンネル)
1a 外周
2 先進導坑
3 穿孔機
4 放射孔
5 砕岩孔
6 切羽面(鏡面)
7 砕岩機
G 地山
L 1掘進長
M 掘削方向
O1 軸線
O2 中心線
S 周壁面(外周)
T1 放射孔の間隔
T2 放射孔の間隔
θ1 穿孔角度
θ2 穿孔角度

【特許請求の範囲】
【請求項1】
トンネル本坑を構築する地山に、前記トンネル本坑の軸線方向に延びる先進導坑を前記トンネル本坑の断面内に位置するように先行掘削し、
該先進導坑の周方向に所定の間隔をあけて放射状に、且つ前記トンネル本坑の軸線方向に所定の間隔をあけて、前記先進導坑から前記トンネル本坑掘削の周壁面に向かう方向に延びる複数の放射孔を穿設するとともに、前記先進導坑が開口する切羽面から前記トンネル本坑の軸線方向に延びる複数の砕岩孔を穿設し、
前記放射孔と前記砕岩孔を穿設した前記地山を前記切羽面から砕岩機で掘削してゆくことを特徴とするトンネル構築方法。
【請求項2】
請求項1記載のトンネル構築方法において、
前記放射孔を、前記先進導坑から前記トンネル本坑掘削の周壁面に向かうに従い漸次前記トンネル本坑の軸線方向前方あるいは後方に向かうように斜設することを特徴とするトンネル構築方法。

【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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【公開番号】特開2009−13603(P2009−13603A)
【公開日】平成21年1月22日(2009.1.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−173830(P2007−173830)
【出願日】平成19年7月2日(2007.7.2)
【出願人】(000002299)清水建設株式会社 (2,433)