WO2025070085A1

WO2025070085A1 - トンネル掘削方法

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Publication number: WO2025070085A1
Application number: PCT/JP2024/032652
Authority: WO
Inventors: 泰人藤田; 一成川合; 紳一寺田; 寛大和田
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2023-09-27
Filing date: 2024-09-12
Publication date: 2025-04-03
Anticipated expiration: 2026-03-27
Also published as: JP2025055745A

Abstract

掘削機を用いて、外周トンネルと、外周トンネルの内側に設けられるドリフトトンネルと、外周トンネルの内側においてドリフトトンネルに交差するように設けられるクロスカットトンネルと、を含む格子状トンネルを形成するトンネル掘削方法は、掘削機で掘削対象を第１方向及び第１方向に交差する第２方向に掘削して、外周トンネルの一部を形成することと、形成された外周トンネルの一部からなる既存トンネルに到達するように掘削対象を掘削して、ドリフトトンネル及びクロスカットトンネルの少なくとも一方を形成することと、を含む。

Description

トンネル掘削方法

　本開示は、トンネル掘削方法に関する。

　坑内採掘法として、特許文献１に開示されているようなブロックケービング法が知られている。

国際公開第２０１５／１５１５８３号

　ブロックケービング法に基づいて鉱石を採掘する場合、掘削機を用いて岩盤に格子状トンネルが形成される。掘削機は、格子状トンネルの一部が形成されるように、岩盤を掘削しながら前進する。掘削機は、形成した直後のトンネルに沿って後退した後、格子状トンネルの別の一部が形成されるように、再び岩盤を掘削しながら前進する。掘削機は、前進と後退とを繰り返しながら、格子状トンネルを形成する。格子状トンネルを形成するときの作業の手順が不適切であると、トンネル掘削の作業性が低下する可能性がある。

　本開示は、トンネル掘削の作業性の低下を抑制することを目的とする。

　本開示に従えば、掘削機を用いて、外周トンネルと、外周トンネルの内側に設けられるドリフトトンネルと、外周トンネルの内側においてドリフトトンネルに交差するように設けられるクロスカットトンネルと、を含む格子状トンネルを形成するトンネル掘削方法であって、掘削機で掘削対象を第１方向及び第１方向に交差する第２方向に掘削して、外周トンネルの一部を形成することと、形成された外周トンネルの一部からなる既存トンネルに到達するように掘削対象を掘削して、ドリフトトンネル及びクロスカットトンネルの少なくとも一方を形成することと、を含む、トンネル掘削方法が提供される。

　本開示によれば、トンネル掘削の作業性の低下が抑制される。

図１は、実施形態に係る掘削機を模式的に示す上面図である。図２は、実施形態に係るカッタヘッドを模式的に示す斜視図である。図３は、実施形態に係る補強されたトンネルを模式的に示す図である。図４は、実施形態に係る格子状トンネルを模式的に示す図である。図５は、実施形態に係る作業手順生成装置を示すブロック図である。図６は、実施形態に係る格子状トンネルを形成するときの作業の手順を説明するための図である。図７は、実施形態に係る格子状トンネルを形成するときの作業の手順を説明するための図である。図８は、実施形態に係る第１部分に第２クロスカットが繋がった状態を模式的に示す斜視図である。図９は、実施形態に係る第１部分に第２クロスカットが繋がった状態を模式的に示す図である。図１０は、実施形態に係る格子状トンネルを形成するときの作業の手順を説明するための図である。図１１は、新規トンネルが既存トンネルと繋がらない状態を模式的に示す図である。図１２は、実施形態に係る格子状トンネルを形成するときの作業の手順を説明するための図である。

　以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示は実施形態に限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

［掘削機］
　図１は、実施形態に係る掘削機１を模式的に示す上面図である。掘削機１は、トンネルボーリングマシン（ＴＢＭ：Tunnel　Boring　Machine）である。掘削機１は、トンネルを形成するために、掘削対象を掘削する。実施形態において、掘削機１は、地下にトンネルを形成するために、掘削対象として岩盤を掘削する。掘削機１は、岩盤を掘削しながら前進することにより、地下にトンネルを形成することができる。

　図１に示すように、掘削機１は、前胴部２と、後胴部３と、スラストジャッキ４と、トレーラ部５とを備える。前胴部２は、前ボディ６と、カッタヘッド７と、前グリッパ８とを有する。後胴部３は、後ボディ１３と、後グリッパ１４とを有する。トレーラ部５は、メインビーム１５と、後続台車１６とを有する。

　図２は、実施形態に係るカッタヘッド７を模式的に示す斜視図である。カッタヘッド７は、掘削機１の前端部に配置される。カッタヘッド７は、前ボディ６に回転可能に支持される。カッタヘッド７は、前胴部２の中心軸ＣＸを中心に回転する。中心軸ＣＸは、前胴部２の前後方向に延びる。中心軸ＣＸは、カッタヘッド７の中心を通る。

　カッタヘッド７は、カッタボディ９と、カッタボディ９に支持されるディスクカッタ１０と、カッタボディ９の周縁部に配置されるアウタプレート１１と、カッタボディ９の周縁部に配置されるスクレーパ１２とを有する。

　カッタボディ９は、実質的に円盤状である。カッタボディ９は、前ボディ６に回転可能に支持される。前ボディ６に、カッタボディ９に接続される不図示の回転モータが配置される。カッタボディ９は、回転モータが発生する回転力により、中心軸ＣＸを中心に回転する。

　ディスクカッタ１０は、岩盤を掘削する。ディスクカッタ１０は、カッタボディ９に支持される。ディスクカッタ１０は、カッタボディ９に複数設けられる。カッタボディ９が回転軸ＣＸを中心に回転することにより、複数のディスクカッタ１０によって岩盤が掘削される。

　アウタプレート１１は、ディスクカッタ１０によって粉砕された岩盤の粉砕物がカッタヘッド７の周縁部からカッタヘッド７の後方に移送されることを抑制する。アウタプレート１１は、円環状である。アウタプレート１１は、カッタボディ９の周縁部に固定される。中心軸ＣＸの径方向において、アウタプレート１１は、カッタボディ９の外端部よりも外側に突出する。アウタプレート１１は、カッタボディ９に着脱可能である。

　スクレーパ１２は、ディスクカッタ１０によって粉砕された岩盤の粉砕物を取り上げる。スクレーパ１２は、カッタボディ９の周縁部に間隔をあけて複数配置される。スクレーパ１２は、カッタボディ９の周縁部に固定される。中心軸ＣＸの径方向において、スクレーパ１２は、カッタボディ９の外端部よりも外側に突出する。スクレーパ１２は、カッタボディ９に着脱可能である。ディスクカッタ１０によって粉砕された岩盤の粉砕物は、カッタボディ９の下方の地面に堆積する。カッタボディ９が回転することにより、スクレーパ１２は、地面に堆積している粉砕物を取り上げる。カッタボディ９の後方にベルトコンベア１８が配置される。スクレーパ１２により拾い上げられた粉砕物は、ベルトコンベア１８に供給される。ベルトコンベア１８は、粉砕物を掘削機１の後方に搬送する。

　前グリッパ８は、前ボディ６に移動可能に支持される。前グリッパ８は、前ボディ６の周囲に複数配置される。前グリッパ８は、中心軸ＣＸの周囲に複数配置される。前ボディ６に、前グリッパ８に接続される不図示の油圧シリンダが配置される。前グリッパ８は、前ボディ６に配置されている油圧シリンダが発生する駆動力により、中心軸ＣＸの径方向に移動する。

　スラストジャッキ４は、前胴部２と後胴部３との間に配置される。前胴部２の前ボディ６と後胴部３の後ボディ１３とは、スラストジャッキ４を介して連結される。スラストジャッキ４は、油圧シリンダである。スラストジャッキ４は、複数設けられる。スラストジャッキ４は、前後方向において前胴部２と後胴部３との相対位置が変化するように作動する。スラストジャッキ４が伸びることにより、後胴部３に対して前胴部２が前方に移動する。複数のスラストジャッキ４の伸び量が相互に異なるようにスラストジャッキ４が作動することにより、後胴部３に対する前胴部２の向きが変化する。

　後グリッパ１４は、後ボディ１３に移動可能に支持される。後グリッパ１４は、後ボディ１３の周囲に複数配置される。後グリッパ１４は、中心軸ＣＸの周囲に複数配置される。後ボディ１３に、後グリッパ１４に接続される不図示の油圧シリンダが配置される。後グリッパ１４は、後ボディ１３に配置されている油圧シリンダが発生する駆動力により、中心軸ＣＸの径方向に移動する。

　メインビーム１５の少なくとも一部は、後胴部３の後方に配置される。後続台車１６は、メインビーム１５の後部に連結される。後続台車１６は、メインビーム１５の後部に連結される。トレーラ部５及び後続台車１６は、前胴部２に牽引される。メインビーム１５の前部は、前胴部２の前ボディ６に連結される。後ボディ１３に貫通孔が設けられる。メインビーム１５の少なくとも一部は、後ボディ１３の貫通孔に配置される。メインビーム１５の前部は、後ボディ１３を介して前ボディ６に連結される。作業者は、メインビーム１５の作業スペース１５Ａに搭乗して、作業を実施することができる。後続台車１６に、エンジン、油圧機器、発電機、コンクリート吹付機材、水タンク、及びコントローラのような機器が搭載される。

　トンネルにレール１７が敷設される。掘削機１が前進して掘削対象を掘削する場合、後続台車１６は、レール１７に沿って前進する。掘削機１が後進する場合、前胴部２、後胴部と、スラストジャッキ４、及びトレーラ部５を含む掘削機１は、レール１７に沿って後進する。後続台車１６は、レール１７を走行可能な車輪を有する。後続台車１６は、レール１７に沿って移動する。なお、掘削機１は、レールに沿って移動しなくてもよい。掘削機１にタイヤが装着されてもよい。掘削機１は、タイヤの回転により移動してもよい。ベルトコンベア１８は、後続台車１６に支持される。ベルトコンベア１８の前部は、前胴部２に配置される。ベルトコンベア１８の後部は、後続台車１６の後部に配置される。スクレーパ１２によりベルトコンベア１８の前部に落とされた粉砕物は、ベルトコンベア１８の後部まで搬送される。ベルトコンベア１８は、掘削機１の後方に配置された運搬車両５０に粉砕物を供給する。運搬車両５０の荷台に粉砕物が積み込まれた後、運搬車両５０は、所定の排土位置まで粉砕物を運搬する。

　岩盤を掘削する場合、後グリッパ１４が径方向外側に移動して、形成中のトンネルの内壁に押し付けられる。後グリッパ１４がトンネルの内壁に押し付けられることにより、後胴部３がトンネルの内壁に固定される。後胴部３がトンネルの内壁に固定されるように後グリッパ１４が径方向外側に移動した後、前グリッパ８は、トンネルの内壁から離れるように径方向内側に移動する。後胴部３がトンネルの内壁に固定されている状態で、カッタヘッド７が回転しながらスラストジャッキ４が伸びることにより、岩盤が掘削される。カッタヘッド７は、前進しながら岩盤を掘削する。

　スラストジャッキ４が伸びきった後、前グリッパ８が径方向外側に移動して、形成中のトンネルの内壁に押し付けられる。前グリッパ８がトンネルの内壁に押し付けられることにより、前胴部２がトンネルの内壁に固定される。前胴部２がトンネルの内壁に固定されるように前グリッパ８が径方向外側に移動した後、後グリッパ１４は、トンネルの内壁から離れるように径方向内側に移動する。前胴部２がトンネルの内壁に固定されている状態で、スラストジャッキ４が縮むことにより、前胴部２とメインビーム１５及び後続台車１６を含むトレーラ部５とが前方に移動する。

　後胴部３及びトレーラ部５が前方に移動した後、後胴部３がトンネルの内壁に固定されるように後グリッパ１４が径方向外側に移動し、前グリッパ８がトンネルの内壁から離れるように径方向内側に移動する。後胴部３がトンネルの内壁に固定されている状態で、カッタヘッド７が回転しながらスラストジャッキ４が伸びることにより、岩盤が掘削される。カッタヘッド７は、前進しながら岩盤を掘削する。上述の動作が繰り返されることにより、岩盤が少しずつ掘削され、トンネルの形成が進行する。

　メインビーム１５に搭乗している作業者は、掘削機１により形成された直後のトンネルの補強作業を実施する。補強作業は、ドリルを用いてトンネルの内壁に孔をあける作業と、トンネルの内壁面に金網を敷設した後に孔にコンクリートを注入する作業と、コンクリートが注入された後に孔にロックボルトを挿入する作業と、金属プレートで孔を塞ぐ作業と、噴射ノズルを用いてトンネルの内壁面に液体コンクリートを吹き付ける作業とを含む。トンネルの内壁面に敷設された金網は、ロックボルトの頭部により内壁面に固定される。液体コンクリートは、金網を介してトンネルの内壁面に吹き付けられる。液体コンクリートが固化されて固体コンクリートに変化することにより、トンネルが補強される。

　図３は、実施形態に係る補強されたトンネルを模式的に示す図である。図３において、点線で示すラインＴａは、掘削機１により形成された直後の補強前トンネルの内壁を示す。補強前トンネルの内径は、カッタヘッド７の外径と実質的に等しい。実線で示すラインＴｂは、補強作業が実施された補強後トンネルの内壁を示す。補強後トンネルの内壁は、固体コンクリートにより形成された補強層３１を含む。補強層３１が形成されることにより、補強後トンネルの内径は、補強前トンネルの内径よりも小さくなる。

　補強後トンネルが形成された後、掘削機１は、補強後トンネルに沿って後退する。補強後トンネルの内径は、カッタヘッド７の外径よりも小さい可能性が高い。カッタヘッド７の少なくとも一部が補強後トンネルの内壁に引っ掛かってしまい、掘削機１が補強後トンネルに沿って後退することが困難となる可能性がある。

　そのため、掘削機１を補強後トンネルに沿って後退させる前に、掘削機１の前端部が調整される。掘削機１の前端部の調整は、カッタヘッド７の外径を小さくする処理を含む。カッタヘッド７の外径を小さくする処理は、カッタヘッド７から部品を外す処理を含む。実施形態において、カッタヘッド７から部品を外す処理は、カッタボディ９から、カッタボディ９の周縁部に配置されているディスクカッタ１０、アウタプレート１１、及びスクレーパ１２のような部品を外す処理を含む。また、カッタヘッド７の外径を小さくする処理は、カッタヘッド７の部品を径方向内側に移動する処理を含む。カッタヘッド７の部品を径方向内側に移動する処理は、カッタボディ９の周縁部に配置されている部品を径方向内側に収納したり寝かせたりする処理を含む。以下の説明において、カッタボディ９の周縁部に配置されているディスクカッタ１０、アウタプレート１１、及びスクレーパ１２のような、カッタヘッド７の外径を小さくするために動かされる部品を適宜、周縁部品、と称する。

　中心軸ＣＸの径方向において、周縁部品は、カッタボディ９の外端部よりも外側に突出する。周縁部品は、カッタボディ９に着脱可能である。周縁部品は、カッタボディ９と相対移動可能である。カッタボディ９から周縁部品が外されたり移動されたりすることにより、カッタヘッド７の外径が小さくなる。カッタヘッド７の外径が小さくなることにより、カッタヘッド７は、補強後トンネルを通過することができる。カッタヘッド７の外径が小さくなることにより、掘削機１は、補強後トンネルに沿って後退することができる。

［格子状トンネル］
　図４は、実施形態に係る格子状トンネル１００を模式的に示す図である。実施形態においては、ブロックケービング法に基づいて鉱石が採掘される。図４に示すように、ブロックケービング法に基づいて鉱石を採掘する場合、掘削機１を用いて地下に格子状トンネル１００が形成される。格子状トンネル１００が形成された後、格子状トンネル１００のドローポイントの天井壁がアンダーカットされて発破される。ドローポイントの天井壁がアンダーカットされて発破されることにより、鉱石が自然崩落し、鉱石が採掘される。

　格子状トンネル１００は、矩形状の外周トンネル２００と、外周トンネル２００の内側に設けられるドリフトトンネル３００と、外周トンネル２００の内側においてドリフトトンネル３００に交差するように設けられるクロスカットトンネル４００とを含む。

　外周トンネル２００は、第１方向に延びる第１部分２０１と、第１方向に交差する第２方向に延びる第２部分２０２と、第１方向に延びる第３部分２０３と、第２方向に延びる第４部分２０４とを含む。一例として、第１方向は、南北方向である。第２方向は、東西方向である。第１部分２０１及び第３部分２０３のそれぞれは、南北方向に延びる。第１部分２０１は、第３部分２０３よりも東側に設けられる。第２部分２０２及び第４部分２０４のそれぞれは、東西方向に延びる。第２部分２０２は、第４部分２０４よりも北側に設けられる。

　第１部分２０１の北端部と第２部分２０２の東端部とが接続される。第２部分２０２の西端部と第３部分２０３の北端部とが接続される。第３部分２０３の南端部と第４部分２０４の西端部とが接続される。第４部分２０４の東端部と第１部分２０１の南端部とが接続される。

　ドリフトトンネル３００は、南北方向に延びる。ドリフトトンネル３００は、複数設けられる。複数のドリフトトンネル３００は、実質的に相互に平行に設けられる。実施形態において、ドリフトトンネル３００は、４本設けられる。ドリフトトンネル３００は、第１ドリフト３０１と、第２ドリフト３０２と、第３ドリフト３０３と、第４ドリフト３０４とを含む。東西方向において、複数のドリフトトンネル３００は、第１部分２０１と第３部分２０３との間に配置される。東から西に向かって、第１ドリフト３０１、第２ドリフト３０２、第３ドリフト３０３、及び第４ドリフト３０４の順に配置される。

　第１ドリフト３０１、第２ドリフト３０２、第３ドリフト３０３、及び第４ドリフト３０４のそれぞれの南端部は、第４部分２０４に接続される。第１ドリフト３０１、第２ドリフト３０２、第３ドリフト３０３、及び第４ドリフト３０４のそれぞれの北端部は、第２部分２０２に接続される。

　クロスカットトンネル４００は、実質的に東西方向に延びる。実施形態において、クロスカットトンネル４００は、東方に向かって北方に傾斜する。クロスカットトンネル４００は、複数設けられる。複数のクロスカットトンネル４００は、実質的に相互に平行に設けられる。実施形態において、クロスカットトンネル４００は、１２本設けられる。クロスカットトンネル４００は、第１クロスカット４０１と、第２クロスカット４０２と、第３クロスカット４０３と、第４クロスカット４０４と、第５クロスカット４０５と、第６クロスカット４０６と、第７クロスカット４０７と、第８クロスカット４０８と、第９クロスカット４０９と、第１０クロスカット４１０と、第１１クロスカット４１１と、第１２クロスカット４１２とを含む。南北方向において、複数のクロスカットトンネル４００は、第２部分２０２と第４部分２０４との間に配置される。南から北に向かって、第１クロスカット４０１、第２クロスカット４０２、第３クロスカット４０３、第４クロスカット４０４、第５クロスカット４０５、第６クロスカット４０６、第７クロスカット４０７、第８クロスカット４０８、第９クロスカット４０９、第１０クロスカット４１０、第１１クロスカット４１１、及び第１２クロスカット４１２の順に配置される。

　第１クロスカット４０１の西端部は、第１ドリフト３０１に接続される。第２クロスカット４０２の西端部は、第２ドリフト３０２に接続される。第３クロスカット４０３の西端部は、第３ドリフト３０３に接続される。第４クロスカット４０４の西端部は、第４ドリフト３０４に接続される。第１クロスカット４０１、第２クロスカット４０２、第３クロスカット４０３、及び第４クロスカット４０４のそれぞれの東端部は、第１部分２０１に接続される。

　第５クロスカット４０５、第６クロスカット４０６、第７クロスカット４０７、及び第８クロスカット４０８のそれぞれの西端部は、第３部分２０３に接続される。第５クロスカット４０５、第６クロスカット４０６、第７クロスカット４０７、及び第８クロスカット４０８のそれぞれの東端部は、第１部分２０１に接続される。

　第９クロスカット４０９、第１０クロスカット４１０、第１１クロスカット４１１、及び第１２クロスカット４１２のそれぞれの西端部は、第３部分２０３に接続される。第９クロスカット４０９の東端部は、第１ドリフト３０１に接続される。第１０クロスカット４１０の東端部は、第２ドリフト３０２に接続される。第１１クロスカット４１１の東端部は、第３ドリフト３０３に接続される。第１２クロスカット４１２の東端部は、第４ドリフト３０４に接続される。

　鉱物を採掘する採掘エリア５００は、外周トンネル２００の内側に規定される。採掘エリア５００と外周トンネル２００とは、重ならない。採掘エリア５００とドリフトトンネル３００の少なくとも一部とは、重なる。採掘エリア５００とクロスカットトンネル４００の少なくとも一部とは、重なる。

［作業手順生成装置］
　図５は、実施形態に係る作業手順生成装置２０を示すブロック図である。作業手順生成装置２０は、格子状トンネル１００を形成するときの作業の手順を生成する。格子状トンネル１００を形成するときの作業の手順が不適切であると、トンネル掘削の作業性が低下する可能性がある。作業手順生成装置２０は、トンネル掘削の作業性の低下が抑制されるように、格子状トンネル１００を形成するときの作業の手順を生成する。

　作業手順生成装置２０は、コンピュータシステム１０００を含む。作業手順生成装置２０は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）のようなプロセッサ１００１と、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）のような不揮発性メモリ及びＲＡＭ（Random　Access　Memory）のような揮発性メモリを含むメインメモリ１００２と、ストレージ１００３と、入出力回路を含むインターフェース１００４とを有する。作業手順生成装置２０の機能は、コンピュータプログラムとしてストレージ１００３に記憶されている。プロセッサ１００１は、コンピュータプログラムをストレージ１００３から読み出してメインメモリ１００２に展開し、コンピュータプログラムに従って格子状トンネル１００を形成するときの作業の手順を生成する。なお、コンピュータプログラムは、ネットワークを介してコンピュータシステム１０００に配信されてもよい。

［トンネル掘削方法］
　次に、実施形態に係るトンネル掘削方法について説明する。図６及び図７のそれぞれは、実施形態に係る格子状トンネル１００を形成するときの作業の手順を説明するための図である。

　実施形態において、作業手順生成装置２０は、外周トンネル２００の一部が形成された後、形成された外周トンネル２００の一部にドリフトトンネル３００及びクロスカットトンネル４００の少なくとも一方が接続されるように、格子状トンネル１００を形成するときの作業の手順を生成する。作業手順生成装置２０は、既に形成されたトンネルである既存トンネルの中間部に、新規に形成されるトンネルである新規トンネルの端部が接続されるように、作業の手順を生成する。すなわち、作業手順生成装置２０は、新規トンネルが既存トンネルの側方から既存トンネルに接続されるように作業の手順を生成する。掘削機１は、作業手順生成装置２０により生成された作業の手順に基づいて、岩盤を掘削する。

　図６に示すように、掘削機１は、掘削対象である岩盤を第１方向及び第１方向に交差する第２方向に掘削して、外周トンネル２００の一部を形成する。図６の矢印Ｓ１で示すように、掘削機１は、外周トンネル２００の第１部分２０１及び第２部分２０２が形成されるように、岩盤を掘削する。掘削機１は、岩盤を掘削しながら北方に前進して第１部分２０１を形成した後、第１部分２０１の北端部で進路を西方に変え、岩盤を掘削しながら西方に前進して第２部分２０２を形成する。

　外周トンネル２００の第１部分２０１及び第２部分２０２が形成された後、掘削機１は、第２部分２０２及び第１部分２０１に沿って後退して、第１部分２０１の南端部まで戻る。第１部分２０１の南端部まで戻った掘削機１は、ドリフトトンネル３００及びクロスカットトンネル４００を形成するための掘削を開始する。

　図７に示すように、掘削機１は、既に形成された外周トンネル２００の一部からなる既存トンネルに到達するように岩盤を掘削して、ドリフトトンネル３００及びクロスカットトンネル４００の少なくとも一方を形成する。図７に示す例において、既存トンネルは、外周トンネル２００の第１部分２０１及び第２部分２０２である。掘削機１は、既存トンネルである第１部分２０１及び第２部分２０２に到達するように岩盤を掘削する。

　実施形態において、図７の矢印Ｓ２で示すように、掘削機１は、第２部分２０２に接続される第１ドリフト３０１と、第１部分２０１に接続される第２クロスカット４０２とが形成されるように、岩盤を掘削する。掘削機１は、第１部分２０１の南端部から岩盤を掘削しながら西方に前進して第４部分２０４の一部を形成した後、進路を北方に変え、岩盤を掘削しながら北方に前進して第１ドリフト３０１を形成する。第１ドリフト３０１の北端部は、第２部分２０２に繋がる。

　第１ドリフト３０１が形成された後、掘削機１は、第１ドリフト３０１に沿って後退して、第１ドリフト３０１の南端部の近傍まで戻る。第１ドリフト３０１の南端部の近傍まで戻った掘削機１は、進路を東方（北東方）に変え、岩盤を掘削しながら東方（北東方）に前進して第２クロスカット４０２を形成する。第２クロスカット４０２の東端部は、第１部分２０１に繋がる。

　図８は、実施形態に係る第１部分２０１に第２クロスカット４０２が繋がった状態を模式的に示す斜視図である。図７の矢印Ｓ２で示したように、掘削機１は、既存トンネルである第１部分２０１に到達するように、岩盤を掘削して、第２クロスカット４０２を形成する。第２クロスカット４０２は、第１部分２０１の後に形成される新規トンネルである。第２クロスカット４０２は、第１部分２０１の側方から第１部分２０１に接続される。新規トンネルである第２クロスカット４０２の東端部が既存トンネルである第１部分２０１に接続された後、掘削機１が停止される。図８に示すように、作業者は、既存トンネルである第１部分２０１から掘削機１の前端部に接近することができる。運搬車両７０は、第１部分２０１から第２クロスカット４０２に進入することができる。掘削機１が後退するために所定の作業が実施される。運搬車両７０は、例えば掘削機１が後退するための作業に必要な作業者又は作業工具を運搬する。第１部分２０１に電気ケーブル６１が配置され、電気ケーブル６１に照明装置６０が接続される。掘削機１の前端部は、第１部分２０１に配置されている照明装置６０により照明される。

　作業者は、第１部分２０１から掘削機１の前端部に接近して、掘削機１の前端部を調整することができる。掘削機１の前端部の調整は、掘削機１の前端部のメンテナンスを含む。掘削機１の前端部の調整は、掘削機１の前端部に部品を取り付ける処理を含む。掘削機１の前端部の調整は、掘削機１の前端部から部品を外す処理を含む。掘削機１の前端部の調整は、掘削機１の前端部に配置されているカッタヘッド７の外径を小さくする処理を含む。カッタヘッド７の外径を小さくする処理は、カッタヘッド７から部品を外す処理及びカッタヘッド７の部品を径方向内側に移動する処理の一方又は両方を含む。照明装置６０により、掘削機１の前端部並びに掘削機１の前端部の周辺の第１部分２０１及び第２クロスカット４０２が照明されることにより、掘削機１の前端部を調整する作業の作業性が向上する。また、袋小路で作業するよりも作業スペースが大きくなっているため、作業性が向上する。

　なお、掘削機１の前端部の調整において、作業者は、第１部分２０１から掘削機１の前端部に接近して掘削機１の前端部を調整するとともに、掘削機１の前端部よりも後方から掘削機１の前端部に接近して掘削機１の前端部を調整してもよい。すなわち、作業者は、掘削機１の前端部よりも前方及び後方の両方から掘削機１の前端部を調整してもよい。

　図９は、実施形態に係る第１部分２０１に第２クロスカット４０２が繋がった状態を模式的に示す図である。掘削機１により形成された直後の新規トンネルである第２クロスカット４０２に補強作業が実施される。図９に示すように、第２クロスカット４０２の内壁に補強層３１が形成される。

　第１部分２０１に繋がるように第２クロスカット４０２が形成された後、掘削機１は、第２クロスカット４０２に沿って後退する。補強層３１により、第２クロスカット４０２の内径が小さくなっている。掘削機１を第２クロスカット４０２に沿って後退させる前に、カッタヘッド７の外径を小さくする処理が実施される。上述のように、カッタヘッド７の外径を小さくする処理は、カッタヘッド７から部品を外す処理及びカッタヘッド７の部品を径方向内側に移動する処理の一方又は両方を含む。カッタヘッド７から部品を外す処理は、カッタボディ９から周縁部品を外す処理を含む。カッタヘッド７の部品を径方向内側に移動する処理は、周縁部品を径方向内側に収納したり寝かせたりする処理を含む。新規トンネルである第２クロスカット４０２の前端部が既存トンネルである第１部分２０１に接続された後、掘削機を１が停止される。掘削機１が停止された状態で、第１部分２０１側からカッタヘッド７の外径を小さくする処理が実施される。すなわち、掘削機１が停止された状態で、カッタヘッド７の前方側からカッタヘッド７の外径を小さくする処理が実施される。第２クロスカット４０２の前端部が既存トンネルである第１部分２０１に接続されるので、作業者は、第１部分２０１からカッタヘッド７に接近して、カッタヘッド７の外径を小さくする処理を円滑に実施することができる。

　カッタボディ９から周縁部品が外されたり径方向内側に移動されたりすることにより、カッタヘッド７の外径が小さくなる。カッタヘッド７の外径が小さくなることにより、カッタヘッド７は、補強層３１が形成された第２クロスカット４０２を通過することができる。カッタヘッド７の外径が小さくなることにより、掘削機１は、新規トンネルである第２クロスカット４０２に沿って後退することができる。

　また、掘削機１が後退した後、作業者は、第１部分２０１から第２クロスカット４０２に接近して、第２クロスカット４０２の前端部を含む所定範囲の第２クロスカット４０２の内壁に補強層３２を形成することができる。

　実施形態において、新規トンネルである第１ドリフト３０１の北端部は、既存トンネルである第２部分２０２に繋がる。そのため、第１ドリフト３０１を形成した掘削機１が第１ドリフト３０１を後退する場合、作業者は、第２部分２０２から掘削機１の前端部に接近して、掘削機１の前端部を調整したり、第１ドリフト３０１の内壁の北端部に補強層３２を形成したりすることができる。

　掘削機１は、既存トンネルである第１部分２０１及び第２部分２０２に到達するように岩盤を掘削して、ドリフトトンネル３００及びクロスカットトンネル４００を順次形成する。図７を参照して説明したように、掘削機１は、矢印Ｓ２に沿って岩盤を掘削しながら前進することにより、第１ドリフト３０１及び第２クロスカット４０２を形成することができる。第１ドリフト３０１及び第２クロスカット４０２が形成された後、掘削機１は、第１ドリフト３０１の南端部まで後退する。

　図１０は、実施形態に係る格子状トンネルを形成するときの手順を説明するための図である。第１ドリフト３０１の南端部まで後退した後、掘削機１は、岩盤を掘削しながら図１０の矢印Ｓ３に沿って前進する。掘削機１が岩盤を掘削しながら矢印Ｓ３に沿って前進することにより、第２ドリフト３０２及び第３クロスカット４０３が形成される。掘削機１は、例えば第２ドリフト３０２を形成した後、第２ドリフト３０２の南端部の近傍まで後退し、第３クロスカット４０３が形成されるように、岩盤を掘削しながら東方（北東方）に前進する。第２ドリフト３０２の北端部は、第２部分２０２に繋がる。第３クロスカット４０３の東端部は、第１部分２０１に繋がる。第２ドリフト３０２及び第３クロスカット４０３が形成された後、掘削機１は、第２ドリフト３０２の南端部まで後退する。

　第２ドリフト３０２の北端部が第２部分２０２に繋がるので、掘削機１が第２ドリフト３０２に沿って後退する場合、作業者は、第２部分２０２から掘削機１の前端部に接近することができる。第３クロスカット４０３の東端部が第１部分２０１に繋がるので、掘削機１が第３クロスカット４０３に沿って後退する場合、作業者は、第１部分２０１から掘削機１の前端部に接近することができる。

　第２ドリフト３０２の南端部まで後退した後、掘削機１は、岩盤を掘削しながら図１０の矢印Ｓ４に沿って前進する。掘削機１が岩盤を掘削しながら矢印Ｓ４に沿って前進することにより、第３ドリフト３０３及び第４クロスカット４０４が形成される。掘削機１は、例えば第３ドリフト３０３を形成した後、第３ドリフト３０３の南端部の近傍まで後退し、第４クロスカット４０４が形成されるように、岩盤を掘削しながら東方（北東方）に前進する。第３ドリフト３０３の北端部は、既存トンネルである第２部分２０２に繋がる。第４クロスカット４０４の東端部は、既存トンネルである第１部分２０１に繋がる。第３ドリフト３０３及び第４クロスカット４０４が形成された後、掘削機１は、第３ドリフト３０３の南端部まで後退する。

　第３ドリフト３０３の南端部まで後退した後、掘削機１は、岩盤を掘削しながら図１０の矢印Ｓ５に沿って前進する。掘削機１が岩盤を掘削しながら矢印Ｓ５に沿って前進することにより、第４ドリフト３０４、第５クロスカット４０５、第７クロスカット４０７、第９クロスカット４０９、及び第１１クロスカット４１１が形成される。掘削機１は、例えば第４ドリフト３０４を形成した後、第４ドリフト３０４の南端部の近傍まで後退し、例えば第５クロスカット４０５が形成されるように、岩盤を掘削しながら東方（北東方）に前進する。掘削機１は、第５クロスカット４０５が形成された後、第７クロスカット４０７、第９クロスカット４０９、及び第１１クロスカット４１１が順次形成されるように、前進と後退とを繰り返す。第４ドリフト３０４の北端部は、既存トンネルである第２部分２０２に繋がる。第５クロスカット４０５及び第７クロスカット４０７のそれぞれの東端部は、既存トンネルである第１部分２０１に繋がる。第９クロスカット４０９の東端部は、既存トンネルである第１ドリフト３０１に繋がり、第１１クロスカット４１１の東端部は、既存トンネルである第３ドリフト３０３に繋がる。第４ドリフト３０４、第５クロスカット４０５、第７クロスカット４０７、第９クロスカット４０９、及び第１１クロスカット４１１が形成された後、掘削機１は、第４ドリフト３０４の南端部まで後退する。

　第４ドリフト３０４の南端部まで後退した後、掘削機１は、岩盤を掘削しながら図１０の矢印Ｓ６に沿って前進する。掘削機１が岩盤を掘削しながら矢印Ｓ６に沿って前進することにより、第３部分２０３、第６クロスカット４０６、第８クロスカット４０８、第１０クロスカット４１０、及び第１２クロスカット４１２が形成される。掘削機１は、例えば第３部分２０３を形成した後、第３部分２０３の南端部の近傍まで後退し、例えば第６クロスカット４０６が形成されるように、岩盤を掘削しながら東方（北東方）に前進する。掘削機１は、第６クロスカット４０６が形成された後、第８クロスカット４０８、第１０クロスカット４１０、及び第１２クロスカット４１２が順次形成されるように、前進と後退とを繰り返す。第３部分２０３の北端部は、第２部分２０２に繋がる。第６クロスカット４０６及び第８クロスカット４０８のそれぞれの東端部は、既存トンネルである第１部分２０１に繋がる。第１０クロスカット４１０の東端部は、既存トンネルである第２ドリフト３０２に繋がる。第１２クロスカット４１２の東端部は、既存トンネルである第４ドリフト３０４に繋がる。第３部分２０３、第６クロスカット４０６、第８クロスカット４０８、第１０クロスカット４１０、及び第１２クロスカット４１２が形成された後、掘削機１は、第３部分２０３の南端部まで後退する。

　第３部分２０３の南端部まで後退した後、掘削機１は、点線で示す未掘削部分Ｓｍを順次掘削する。未掘削部分Ｓｍが掘削されることにより、格子状トンネル１００が形成される。格子状トンネル１００が形成された後、掘削機１は、図８の矢印Ｓ７に沿って前進して、格子状トンネル１００から退避する。

［効果］
　以上説明したように、実施形態によれば、既存トンネルとして外周トンネル２００の第１部分２０１及び第２部分２０２が形成された後、ドリフトトンネル３００及びクロスカットトンネル４００の少なくとも一部を形成するために、既存トンネルに繋がるように掘削機１が岩盤を掘削する。新規トンネルが既存トンネルに繋がるように掘削機１による掘削の作業の手順が定められるので、格子状トンネル１００を形成するときの作業性の低下が抑制される。上述のように、新規トンネルが形成された後、掘削機１を後退させる前に、掘削機１の前端部を調整する処理が実施される。実施形態においては、作業者は、第１部分２０１からカッタヘッド７に接近して、掘削機１の前端部を調整する処理を円滑に実施することができるので、掘削機１の前端部を調整する作業の作業性が向上する。新規トンネルの前端部が既存トンネルと繋がる箇所が多くなるように掘削機１による掘削の作業の手順が定められるので、格子状トンネル１００を形成するときの作業性が抑制される。また、実施形態によれば、袋小路で作業するよりも作業スペースが大きくなっているため、作業性が向上する。

　図１１は、新規トンネル（補強前トンネル）が既存トンネルと繋がらない状態を模式的に示す図である。上述のように、新規トンネルが形成された後、掘削機１を後退させるために、カッタボディ９から周縁部品を外す処理が実施される。図１１に示すように、新規トンネル（補強前トンネル）が既存トンネルと繋がらない場合、すなわち、新規トンネルの前端部が行き止まり（袋小路）になっている場合、カッタボディ９から周縁部品を外す処理が困難となる。すなわち、新規トンネルの前端部が行き止まりになっている場合、カッタヘッド７の前面及び周囲に岩盤が存在するため、作業者は、掘削機１の前端部に接近したり、掘削機１の前端部を調整したりすることが困難である。新規トンネルの前端部が行き止まりになっている場合、作業者は、カッタヘッド７の後方から周縁部品を外す作業を実施したり、カッタヘッド７の後方からカッタヘッド７の前方へ移動した後に周縁部品を外す作業を実施したりする必要がある。カッタヘッド７の後方から周縁部品を外す場合、作業スペースが不十分であるため、作業性が低下する。図１１に示すように、カッタヘッド７の後方からカッタヘッド７の前方へ移動した後に周縁部品を外す場合、袋小路であり照明が不十分であるため、作業性が低下する。また、新規トンネルの前端部の崩落を防止するための作業を要するため、作業性が低下する。また、補強作業は、メインビーム１５に搭乗している作業者により実施される。そのため、作業者は、メインビーム１５よりも前方の新規トンネル（補強前トンネル）の内壁の補強作業を実施することが困難である。格子状トンネル１００の形成において、新規トンネルの前端部が行き止まり（袋小路）になる箇所が多い場合、格子状トンネル１００を形成するときの作業性が低下する。

　実施形態においては、既存トンネルに新規トンネルが繋がるように、掘削機１による掘削の作業の手順が定められる。すなわち、格子状トンネル１００を形成する場合、新規トンネルの前端部が既存トンネルと繋がる箇所が多くなり、新規トンネルが行き止まり（袋小路）になる箇所が少なくなるように、掘削機１による掘削の作業の手順が定められている。新規トンネルの前端部が既存トンネルと繋がる箇所が多くなることにより、格子状トンネル１００を形成するときのトンネル掘削の作業性の低下が抑制される。実施形態によれば、図８及び図９を参照して説明したように、作業者は、既存トンネルから掘削機１の前端部に接近したり、掘削機１の前端部を調整したりすることができる。掘削機１の前端部は、既存トンネルから調整される。

［別の実施形態］
　図１２は、別の実施形態に係る格子状トンネルを形成するときの手順を説明するための図である。図１２に示すように、掘削機１は、矢印Ｓ１で示すように掘削しながら前進して格子状トンネル１００の一部を形成し、次いで矢印Ｓ２で示すように掘削しながら前進して格子状トンネル１００の一部を形成し、次いで矢印Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６で示すように掘削しながら前進して格子状トンネル１００の一部を順次形成してもよい。図１２に示す例においても、新規トンネルの前端部が行き止まり（袋小路）になる箇所が少ないので、格子状トンネル１００を形成するときの作業性の低下が抑制される。作業者は、作業者は、既存トンネルから新規トンネルに存在する掘削機１の前端部に接近して、掘削機１の前端部を調整することができる。

　上述の実施形態において、既存トンネルから新規トンネルに存在する掘削機１の前端部に作業者が接近して、掘削機１の前端部を調整することとした。上述の実施形態において、既存トンネルから新規トンネルに存在する掘削機１の前端部に調整用ロボットが接近して、掘削機１の前端部を調整してもよい。

　上述の実施形態において、外周トンネル２００が矩形状であることとした。外周トンネル２００は、矩形状でなくてもよい。外周トンネル２００に５つ以上のコーナーが存在してもよい。外周トンネル２００は、例えば楕円形状でもよい。

　１…掘削機、２…前胴部、３…後胴部、４…スラストジャッキ、５…トレーラ部、６…前ボディ、７…カッタヘッド、８…前グリッパ、９…カッタボディ、１０…ディスクカッタ、１１…アウタプレート、１２…スクレーパ、１３…後ボディ、１４…後グリッパ、１５…メインビーム、１５Ａ…作業スペース、１６…後続台車、１７…レール、１８…ベルトコンベア、２０…作業手順生成装置、３１…補強層、３２…補強層、５０…運搬車両、６０…照明装置、６１…電気ケーブル、７０…運搬車両、１００…格子状トンネル、２００…外周トンネル、２０１…第１部分、２０２…第２部分、２０３…第３部分、２０４…第４部分、３００…ドリフトトンネル、３０１…第１ドリフト、３０２…第２ドリフト、３０３…第３ドリフト、３０４…第４ドリフト、４００…クロスカットトンネル、４０１…第１クロスカット、４０２…第２クロスカット、４０３…第３クロスカット、４０４…第４クロスカット、４０５…第５クロスカット、４０６…第６クロスカット、４０７…第７クロスカット、４０８…第８クロスカット、４０９…第９クロスカット、４１０…第１０クロスカット、４１１…第１１クロスカット、４１２…第１２クロスカット、５００…採掘エリア、１０００…コンピュータシステム、１００１…プロセッサ、１００２…メインメモリ、１００３…ストレージ、１００４…インターフェース、Ｓ１…矢印、Ｓ２…矢印、Ｓ３…矢印、Ｓ４…矢印、Ｓ５…矢印、Ｓ６…矢印、Ｓ７…矢印、Ｓｍ…未掘削部分、Ｔａ…ライン、Ｔｂ…ライン。

Claims

　掘削機を用いて、外周トンネルと、前記外周トンネルの内側に設けられるドリフトトンネルと、前記外周トンネルの内側において前記ドリフトトンネルに交差するように設けられるクロスカットトンネルと、を含む格子状トンネルを形成するトンネル掘削方法であって、
　前記掘削機で掘削対象を第１方向及び前記第１方向に交差する第２方向に掘削して、前記外周トンネルの一部を形成することと、
　前記形成された前記外周トンネルの一部からなる既存トンネルに到達するように前記掘削対象を掘削して、前記ドリフトトンネル及び前記クロスカットトンネルの少なくとも一方を形成することと、を含む、
　トンネル掘削方法。
　前記形成された前記ドリフトトンネル及び前記クロスカットトンネルの少なくとも一方からなる新規トンネルの端部が前記既存トンネルに接続された後、前記掘削機を停止することと、
　前記既存トンネルから前記掘削機の前端部が調整された後、前記新規トンネルに沿って前記掘削機を後退させることと、を含む、
　請求項１に記載のトンネル掘削方法。
　前記掘削機は、前記掘削機の前端部に配置されるカッタヘッドを有し、
　前記掘削機の前端部の調整は、前記カッタヘッドの外径を小さくする処理を含む、
　請求項２に記載のトンネル掘削方法。
　前記掘削機の前端部の調整は、前記カッタヘッドから部品を外す処理を含む、
　請求項３に記載のトンネル掘削方法。
　掘削機を用いて格子状トンネルを形成するトンネル掘削方法であって、
　第１トンネルが形成されるように、掘削機を用いて掘削対象を掘削することと、
　前記第１トンネルが形成された後、前記第１トンネルに接続される第２トンネルが形成されるように、前記掘削対象を掘削することと、
　前記第２トンネルの端部が前記第１トンネルに接続された後、前記掘削機を停止することと、
　前記掘削機が停止した後、前記第１トンネルから前記掘削機の前端部に接近して前記掘削機の前端部を調整することと、
　前記掘削機の前端部が調整された後、前記第２トンネルに沿って前記掘削機を後退させることと、を含む、
　トンネル掘削方法。
　前記掘削機は、前記掘削機の前端部に配置されるカッタヘッドを有し、
　前記掘削機の前端部の調整は、前記カッタヘッドの外径を小さくする処理を含む、
　請求項５に記載のトンネル掘削方法。
　前記掘削機の前端部の調整は、前記カッタヘッドから部品を外す処理を含む、
　請求項６に記載のトンネル掘削方法。
　前記第２トンネルに沿って前記掘削機を後退させた後、前記第２トンネルの前端部を含む所定範囲の前記第２トンネルの内壁に補強層を形成することを含む、
　請求項５に記載のトンネル掘削方法。
　前記掘削機の前端部の調整において、前記掘削機の前端部が前記第１トンネルに配置されている照明装置により照明される、
　請求項５に記載のトンネル掘削方法。
　前記掘削機の前端部の調整において、前記第１トンネルから前記掘削機の前端部に接近して前記掘削機の前端部を調整するとともに、前記掘削機の前端部よりも後方から前記掘削機の前端部に接近して前記掘削機の前端部を調整する、
　請求項５に記載のトンネル掘削方法。
　前記第２トンネルは、前記第１トンネルの側方から前記第１トンネルに接続される、
　請求項５に記載のトンネル掘削方法。