トンネル工法うんちく
普段車でなにげに通過しているトンネル
歴史的価値のあるトンネル
廃止され、崩落に怯えながら探索するトンネル
様々な場面で活躍するトンネルであるが
このページではそんなトンネル達がどの様にして作られているのか
簡単ではあるが独断と偏見だけで説明するページである。
・ 矢板工法(在来工法) ・
主に山岳トンネルの工事に利用される施工法で
古くから使われている工法である。
長所としては、発破用の穿孔機以外の特殊な機械を必要とせず
汎用土木機械で施工出来る。
その気になれば人力と木材とセメントだけで施工出来る。
短所としては、機械化出来ない行程が多く
人力に頼る場面もある為に施工期間が長くなる
また、土圧に対してトンネル覆工の巻立のみで地下空間を支える為
必要以上に覆工巻厚が厚くなる。
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まず、ボーリングなどの地質調査を経て
岩盤の掘削に入る。
掘削方法は、削岩機による人力での掘削
ダイナマイトを使った発破による掘削
TBM(トンネルボーリングマシン)や坑道掘削機などによる
機械での掘削等がある。
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掘削が終わった坑道は、岩盤が非常に不安定な為
丸太や鋼材を使った支保工により崩落せぬように支える。
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次に支保工が終わった坑道は、支保工と岩盤の間に
「矢板」と呼ばれる木板又は鉄板を挿入し、支保間の岩盤を固定する。
地質により矢板を使わない場合や、矢板を当てがってから
支保工をする場合もある
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矢板による下地が完成したら
ビニールシートなどで防水加工し
「セントル」と呼ばれる移動式の型を設置し
セントルと岩盤の間にコンクリートを流し込む
最終的にこのコンクリートがトンネル内側の覆工となり
トンネル構造物を形成する
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工事途中で破棄された矢板工法のトンネル
矢板と支保工の様子がよく判る
この後セントルをあてがい、矢板と支保ごとコンクリで固めると
トンネルとしての構造が完成する
(宮城・福島県道107号 七里沢隧道)
(引用:山さ行がねが 道路レポート)
・ NATM工法(新オーストリアトンネル工法) ・
1960年代にオーストリアで提唱され
日本には1980年頃より普及し始めたトンネル工法
New Austrian Tunnelling Methodの頭文字を取り、NATM(ナトム)と呼ばれる
長所としては、行程の殆どを機械で処理出来るので
少人数で施工出来る。
ロックボルトによる岩盤そのものの固定により
覆工時の巻圧を薄く出来る。
各種工法との併用により、殆どの地質に対応出来る高い汎用性を持つ。
短所としては、在来方法と違い、コンクリート吹付機や
ロックボルトを打ち込む穿孔機、コンクリートバッチャープラント等
設備が大がかりになる。
複雑な地質に対しては綿密な調査が必要になり
その都度ロックボルトの本数変更や一次覆工の厚さ
更には支保工の設置や、在来工法への変更が必要になる。
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まず、在来工法と同要領にて掘削を開始する
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掘削後、直ちに凝固剤入りのコンクリートを吹付機により吹き付け
落盤しないよう岩盤を固定する、これを一次覆工という
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一次覆工が終わったら、穿孔機で穴を開け
ロックボルトを打ち込む
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ロックボルトの打ち込みが終了したならば
防水加工し、セントルを使用した二次覆工をする。
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二次覆工を実施しなかったNATM工法トンネル
基本的に一次覆工とロックボルトのみでも
トンネル構造は完成するので
一般に共用されない工事用・作業用等のトンネルでは
二次覆工をしない場合も多い。
(秋田自動車道 工事・保守用トンネル)
なお、NATMの詳しい話については、こちらを参照してください。
・ シールド工法 ・
シールド工法は船食い虫をヒントに開発されたと言われる工法で
1818年に考案され、日本では1917年に使用された。
長所としては、掘削からセグメント組み立てまで
シールドマシン内部で行われるため支保等の必要が無く
掘削して即座に崩れるような軟弱な地盤に対しても
トンネルを施工する事が出来る。
また、発破の必要性が無い為、工事現場直上の地面に対し
工事の影響が少ない。
短所としては、発進基地となる縦坑の掘削等の準備工事が必要である
また、高価なシールドマシン等の専用機材が必要である
シールドマシンは施工するトンネル専用に設計される為、他の工事に転用出来ず
工事終了とともに現場で解体処分される等である
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まず、シールドマシンの発進基地となる縦坑を掘削し
縦坑底部シールドマシンのパーツを搬入、組み立てを行う
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完成したシールドマシンの内部で、セグメントと呼ばれる
鋼鉄又はセメント製のブロックを組み立てる。
このセグメントは組み上がるとトンネルと同径の環状になり
最終的にこれがトンネル構造物となる
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セグメントが完成したらマシン内部の前進用油圧ジャッキで
縦坑側面にセグメントを押し当てる
同時にマシン前部にあるカッタービットを回転させ
セグメントを押し当てた事による推進力で
掘削を開始する。
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掘削が終了したら、前進用ジャッキを縮め
次のセグメントの組み立てに入る
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このように、セグメントの組み立てと掘削前進を交互に行う事で
トンネルの施工を進める。
通常はそのままでもトンネルとして使用できるが
道路トンネルなどは必要に応じて覆工をする場合もある
・ 開掘工法(オープンカット工法) ・
作成中
・ 沈埋トンネル工法 ・
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