JPH06100080B2 - 大断面トンネルの施工方法及び地盤固化柱造成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、大断面トンネルの施工方法、特に、道路の非
常駐車帯を設ける箇所や、道路の分岐・合流部等の楕円
断面を有する大断面トンネル、又は道路をラッパ状に拡
幅する等により断面形状が変化する大断面トンネルの施
工方法、及び該工法に用いる地盤固化柱造成装置に関す
る。

＜従来の技術＞ 既存のシールド機によって大断面トンネルを構築する場
合、その径の大きさに限界があり、また、例えば非常駐
車帯を設ける箇所や道路の分岐・合流部等その断面が楕
円形状の場合やラッパ状に変化するときは、施工が困難
であるとともに、その施工区間が短く、大型施工機械を
用いる場合施工単価が高くなりコスト面で不利益を伴
う。

これに代わる技術として、第６図に示すパイプルーフ工
法が上げられる。この工法は、トンネル60の外周軸方向
にパイプルーフ61を打ち込んでトンネル外郭部を形成
し、次いで外郭部の内側の土砂を掘削し、トンネル60を
構築するものである。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、上記パイプルーフ工法では、大断面トン
ネルの施工区間の前後にパイプルーフ掘進のための発進
到達用の大規模な空間を構築することが必要となるの
で、その工事が大規模かつコスト高になる。また、パイ
プルーフ61はトンネルの軸方向に設けられるので、その
延長が長くなるにつれて、地盤からより大きな荷重を受
けるようになる。したがって、そのため荷重に耐えうる
ようパイプルーフ61の断面を大きくする等その構造を強
固にする必要があり、その施工が不経済かつ煩雑にな
る。さらに、隣接するパイプルーフ61を密に連結するた
めに管理に手間がかかるとともに、個々のパイプルーフ
61の断面が一定なので、トンネル断面が変化する場合
は、その変化に追随することができないという問題があ
る。

そこで、本発明は、上記問題点を解消すべくなされたも
ので、その目的は、通常規模の立坑の構築により容易か
つ低コストで施工可能であり、しかも大断面トンネルの
施工延長が長くなっても荷重に耐える十分な強度を有す
るトンネル外郭部を経済的に構築することができる大断
面トンネルの施工方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、トンネル断面の変化に追随してト
ンネル全体を覆う外郭部を容易に構築することができ
る、大断面トンネルの施工方法を提供することにある。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明は、上記目的に鑑みてなされたものであり、その
要旨は、予定するトンネルに沿ってその両側に先進作業
坑を並設する工程と、該並設した作業坑のうちいずれか
一方を発信基地として他方の作業坑に向けて、複数の曲
線状鋼製部材を、予定するトンネルの上方又は下方を経
て所定の間隔で推進設置する工程と、設置した曲線状鋼
製部材に沿って、いずれか一方の作業坑から他方の作業
坑に向い地盤改良材注入管を掘進到達させる工程と、到
達した地盤改良材注入管を前記曲線状鋼製部材に沿って
後退させつつその先端部から地盤改良材を側方に噴射し
てこれを地盤の土粒子と混合し、前記曲線状鋼製受材を
芯材すなわち補強材とした所定の有効径を有する複数の
地盤固化柱を造成することによって、トンネルの上方及
び下方においてこれの全体を覆うトンネル外郭部を形成
する工程と、トンネル外郭部の内側の土砂掘削する工程
とからなる大断面トンネルの施工方法にある。

ここで、前記トンネルの両側に並設する先進作業坑は、
例えば、予定するトンネルの両横腹部に立坑を設け、こ
れを発進到達基地として推進工法やシールド工法等によ
り設置する。この場合、作業坑の大きさは、曲線状鋼製
部材の設置工や地盤改良材柱入管による地盤固化柱の造
成工の施工性を考慮して、例えば3m程度とすることが望
ましい。また、前記曲線状鋼製部材、例えば曲線鋼管の
設置工は、曲線施工が可能な既知の小口径鋼管推進工法
等により行なうことができる。曲線状鋼製部材の大きさ
は、その施工性や地盤固化柱の補強材としての強度を考
慮して、例えばその径を100mm〜150mmとすることが望ま
しい。

さらに、地盤改良材注入管の掘進及び地盤固化柱の造成
は、中央に貫通するガイド部材すなわち前記曲線状鋼製
部材に沿って前進後退する回転摺動部と、該回転摺動部
の前記発進立坑に連設し、かつ前記曲線状鋼製部材を内
包してこれとともに二重管を形成するサヤ管とからなる
地盤固化柱造成装置であって、前記回転摺動部は、地山
を切削するためその前面に取付けた切削手段と、回転摺
動部を前記曲線状鋼製部材を軸に回転させる回転駆動手
段と、掘進時に高圧流体を噴射するための高圧流体噴射
手段と、地盤固化柱造成時に地盤改良材を噴射するため
の地盤改良材噴射手段とを備え、一方前記サヤ管は、前
記回転摺動部へ油圧、空圧、電力等の動力を供給するた
めの動力供給設備と、前記高圧流体噴射手段へ高圧水等
の高圧流体を供給するための高圧流体供給用配管と、前
記地盤改良材噴射手段へセメントミルク等のグラウトを
供給するための地盤改良供給用配管とを備えてなる地盤
固化柱造成装置を用いて行なうことができる。また前記
回転摺動部及びサヤ管の大きさは、前記曲線状鋼製部材
の大きさ及び前記各種配管等を設けるスペースを考慮し
て、その径を例えば150mm〜200mmとすることが望まし
い。

＜作用＞ 本発明では、まず、予定するトンネルの両横腹部に設け
た立坑を発進用の基地として、例えば3m程度の径を有す
る作業坑としての２本の先進トンネルを、シールド工法
や推進工法等によりトンネルの両側に沿って構築する。
次に、前記２本の先進トンネルのうちのいずれか一方か
ら他方に向けてトンネル軸方向と略直角に複数の曲線状
鋼製部材、例えば曲線鋼管を所定間隔をおいて設置し、
これをガイド部材とする。さらにこのガイド部材に沿っ
て地盤固化柱造成装置を、いずれか一方の先進トンネル
から他方の先進トンネルに到達させ、次いでこの地盤固
化柱造成装置を後退させつつ地盤改良材を側方に回転噴
射し、周囲の地盤の土粒子と混合攪拌して地盤固化柱を
造成する。ここで前記曲線鋼管は、地盤固化柱の補強材
としてこれに埋設される。このようにして設けられる地
盤固化柱は、トンネル軸方向と直角に造成されるため施
工延長が短く、かつ曲率や方向の変化によって容易にト
ンネル断面の変化に追随することができる。

また、本発明の大断面トンネルの施工方法に用いる地盤
固化柱造成装置は、その掘進時において、先端の回転摺
動部を回転してその前面に設けた切削手段によって地山
を切削し、かつ発進基地としての先進トンネルからの前
記サヤ管を介した推進力によって前進する。この際に、
回転摺動部の先端から噴射される高圧流体としての高圧
水は、前記切削を補助するとともに、切削土砂を流動化
してこれをガイド部材とサヤ管との間の間隙を通して排
出する。また、地盤固化柱造成時において地盤固化柱造
成装置は、サヤ管を介してガイド部材に沿って引き戻さ
れ、これと並行して前記回転摺動部を回転しつつ地盤改
良材を噴射してこれを地盤の土粒子と混合攪拌し、所定
の有効径を有する地盤固化柱を造成する。

＜実施例＞ 次に、本発明の実施例を、添付図面を基に詳細に説明す
る。

第１図では、本発明の大断面トンネルの施工方法が、上
下に配した往復車線を有する道路の本線トンネル11と分
岐トンネル12との合流部10を構築するために用いられて
いる。すなわち、本発明の大断面トンネルの施工方法に
より造成した多数の地盤固化柱13によってトンネル外周
を覆う外郭部14を形成し、次いで、この外郭部14の内側
の土砂を掘削除去し、所定の構造物を構築する。前記地
盤固化柱13によりトンネルの上下を覆う外郭部14は、第
２図に示すように、地盤固化柱造成のための作業坑とし
ての先進作業用トンネル15と地盤固化柱13とによって構
成され、例えば幅15m〜30m、高さ10m〜20mの大きさに形
成されている。ここで、地盤固化柱13はトンネル軸方向
と略直角に造成されるためその施工延長が短く、また各
々の地盤固化柱13は、芯材すなわち補強材として、例え
ば径が約100mm〜150mmの曲線状鋼製部材としての曲線鋼
管16をその内部を有し、さらにその形状が外側に凸とな
る曲線であるため、土圧等の外部からの荷重に対して十
分な強度を有する。また、曲線鋼管16の曲率や方向を変
えることにより容易にトンネル断面の変化に追随するこ
とができる。

次に、本発明の大断面トンネルの施工方法におけるトン
ネル外郭部14の構築方法について説明する。トンネル外
郭部14の構築に先立ち、第１図に示すように、合流部10
の始点付近における本線トンネル11の両横腹部に、先進
作業用トンネル15を掘進するための発進立坑17を構築
し、さらにトンネル軸方向に沿いつつ合流部10を挾んで
その両側に、3m程度の径を有する先進作業用トンネル15
を構築する。これらの発進立坑17や先進作業用トンネル
15は、通常のシールド工法や推進工法に準じて構築す
る。

引き続いて、第３図（イ）〜（ハ）に示す順序に従って
地盤固化柱13を造成する。すなわち、まず第３図（イ）
に示すように、曲線鋼管16を一方の先進作業用トンネル
15aから推進し、他方の先進作業用トンネル15bに到達さ
せる。次に、曲線鋼管16をガイド部材として、前記一方
の先進作業用トンネル15aから地盤固化柱造成装置20を
推進させ、第３図（ロ）に示すように、他方の先進作業
用トンネル15bに到達させる。さらに、第３図（ハ）に
示すように、他方の先進作業用トンネル15bに到達した
地盤固化柱造成装置20を前記一方の先進作業用トンネル
15aに向かって引き戻すとともに、地盤固化柱造成装置2
0の先端部からこれらの側方に向かってセメントミルク
等のグラウト40を地盤改良材として回転噴射し、これと
地盤固化柱造成装置20の周囲の地盤の土粒子とを混合攪
拌して、所定の有効径を有する地盤固化柱13を造成す
る。

このような地盤固化柱13は、所定間隔をおいて設置した
多数の曲線鋼管16に沿って、トンネル軸方向に連続して
隙間なく密に造成され、トンネルを覆う外郭部14を構成
する。

本発明に用いる、地盤固化柱造成装置20は、第４図及び
第５図に示すように、回転摺動部21とこれに連設するサ
ヤ管22とによって構成される。回転摺動部21は、外郭26
と、その前面に設けた切削手段としての掘削ビット23
と、中央開口部24と、外郭26内において中央開口部24外
周に設けた油圧モーター25と、外郭26前面の４箇所に開
口する高圧水噴射装置27と、外郭26外周面４箇所に開口
する地盤改良材噴射装置28とを備えている。中央開口部
24には前記ガイド管としての曲線鋼管16がその中央に貫
通し、地盤固化柱造成装置20はこれに沿って移動すると
ともに、回転摺動部21は油圧モーター25の駆動によりこ
れを軸にして回転する。サヤ管22は回転摺動部21と略同
径、例えば150mm〜200mmの径を有するとともに、掘進方
向に対し回転摺動部21の後方に連設し、前記先進作業用
トンネル15aにおいて逐次継ぎ足される。またサヤ管22
は、曲線鋼管16を内包して二重管を形成するとともに、
これとの間に、油圧モーター25の駆動用油を供給又は排
出する動力供給設備としての油圧ホース29と、高圧水噴
射装置27に高圧水を給送する高圧流体供給用配管として
の高圧送水ホース30と、地盤改良材噴射装置28にグラウ
トを圧送する地盤改良材供給用配管としてのグラウトホ
ース31とを備える。

上記構成を有する地盤固化柱造成装置20は、掘進時及び
地盤固化柱造成時において次のように作用する。すなわ
ち掘進時では、回転摺動部21を回転させ、前面の土砂を
切削するとともにサヤ管22を介して前記先進作業用トン
ネル15aから伝わる推進力により前進する。この際に、
高圧水噴射装置27から噴射する高圧水は、掘削ビット23
による掘削を補助し、また切削土砂を流動化して、前記
中央開口部24及び曲線鋼管16とサヤ管22との間の間隙を
経てこれらの切削土砂を排出する。一方地盤固化柱造成
時では、サヤ管22を介して回転摺動部21を引き戻しつつ
地盤改良材噴射装置28からグラウトを高圧噴射し、この
噴射力によって周囲の地盤を切削すると同時に土粒子と
グラウトとを混合攪拌して所定の有効径を有する地盤固
化柱を造成する。この際に、発生するスライムは前記切
削土砂と同様に、前記中央開口部24及び曲線鋼管11とサ
ヤ管22との間の間隙を経て排出される。

＜発明の効果＞ 本発明の大断面トンネルの施工方法では、予定するトン
ネルの両側に沿って設けた先進トンネルを作業坑とし
て、トンネルの軸方向と略直角に曲線状の地盤固化柱を
複数造成し、これによってトンネル外郭部を形成するの
で、大規模な作業空間を要することなく容易かつ低コス
トで大断面トンネルを構築できるとともに、トンネルの
延長が長くなっても、荷重に耐える十分な強度を有する
トンネル外郭部を経済的に構築することができる。

また、曲線状の地盤固化柱の曲率や方向を変えることに
よりトンネル外郭部を容易にトンネル断面の変化に追随
させることができる。

さらに、本発明に用いる地盤固化柱造成装置は、曲線状
鋼製部材をガイド部材として移動する回転摺動部とこれ
に連設するサヤ管とによって構成されているので、曲線
状の地盤固化柱を容易に造成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の大断面トンネルの施工方法の概略を示
す説明図、第２図は第１図の線II−IIに沿った断面図、
第３図（イ）〜（ハ）は本発明の地盤固化柱の造成方法
を示す説明図、第４図は本発明に用いる地盤固化柱造成
装置の構成を示す破断断面図、第５図は第４図の線Ｖ−
Ｖに沿った断面図、第６図は従来の大断面トンネルの施
工方法を示す断面図である。 10……合流部、13……地盤固化柱、14……外郭部、15,1
5a,15b……先進作業用トンネル、16……曲線鋼管、17…
…発進立坑、20……地盤固化柱造成装置、21……回転摺
動部、22……サヤ管、23……掘削ビット、25……油圧モ
ーター、27……高圧水噴射装置、28……地盤改良材噴射
装置、29……油圧ホース、30……高圧送水ホース、31…
…グラウトホース、40……グラウト。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】予定するトンネルの両側に沿って先進作業
   坑を並設する工程と、発進基地としてのいずれか一方の
   前記作業坑から他方の作業坑に到達する複数の曲線状鋼
   製部材を所定の間隔で設置する工程と、該曲線状鋼製部
   材に沿っていずれか一方の作業坑から他方の作業坑に地
   盤改良材注入管を到達させる工程と、該到達した地盤改
   良材注入管を前記曲線状鋼製部材に沿って後退させると
   ともにその先端部から地盤改良材を噴射してこれを地山
   土砂と混合することにより、前記曲線状鋼製部材を芯材
   とした所定の有効径を有する地盤固化柱を造成し、これ
   によってトンネル外郭部を形成する工程と、その後、外
   郭部の内側の土砂を掘削する工程とからなる大断面トン
   ネルの施工方法。
2. 【請求項２】中央を貫通するガイド部材に沿って前進後
   退する回転摺動部と、前記ガイド部材を内包して前記回
   転摺動部に連設するサヤ管とからなり、前記回転摺動部
   には、地山を切削する切削手段と、前記ガイド部材を軸
   にこれを回転させる回転駆動手段と、掘進時に高圧流体
   を掘進先方に噴射するための高圧流体噴射手段と、地盤
   固化柱造成時に地盤改良材を前記ガイド部材の周囲に噴
   射するための地盤改良材噴射手段とを備え、前記サヤ管
   には、前記回転摺動部への動力供給設備と、前記高圧流
   体噴射手段への高圧流体供給用配管と、前記地盤改良材
   噴射手段への地盤改良材供給用配管とを備えた大断面ト
   ンネルの覆工方法に用いる地盤固化柱造成装置。