(57)【要約】【課題】不良地山区間に対して良好地山区間と同程度の施工速度を確保することを可能にしたトンネル支保方法及びトンネル支保構造を提供する。【解決手段】インバート部１０よりも上方のトンネル外周部３に、吹付けコンクリート５と、鋼製支保工６と、トンネル側部の地山に打設して地山の破壊進行を抑制するための破壊抑制ロックボルト２２とを備える上部支保構造体２０を構築する。また、インバート部１０のトンネル側部側のインバートすり付け部Ｓの地山を掘削するとともに、インバートすり付け部Ｓの周辺地山を支持して破壊進行を抑制するための吹付けコンクリート２３と破壊抑制ロックボルト２４とを備えるすり付け支保構造体２１を構築する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル断面内のインバート部よりも上方の地山を掘削するとともに、前記インバート部よりも上方のトンネル外周部に、吹付けコンクリートと、鋼製支保工と、トンネル側部の地山に打設して地山の破壊進行を抑制するための破壊抑制ロックボルトとを備える上部支保構造体を構築し、
前記インバート部のトンネル側部側のインバートすり付け部の地山を掘削するとともに、前記インバートすり付け部のトンネル外周部に、前記インバートすり付け部の周辺地山を支持して破壊進行を抑制するための吹付けコンクリートと破壊抑制ロックボルトとを備えるすり付け支保構造体を構築するようにしたことを特徴とするトンネル支保方法。
【請求項２】
請求項１記載のトンネル支保方法において、
前記インバート部よりも上方の地山を掘削進行して前記上部支保構造体を構築するとともに、前記上方の地山の切羽面からトンネル掘削幅以内となるトンネル軸方向の位置に順次前記すり付け支保構造体を構築してゆくようにしたことを特徴とするトンネル支保方法。
【請求項３】
吹付けコンクリートと、鋼製支保工と、トンネル側部の地山に打設して地山の破壊進行を抑制するための破壊抑制ロックボルトとを備え、トンネル断面内のインバート部よりも上方の地山を掘削するとともに前記インバート部よりも上方のトンネル外周部に構築される上部支保構造体と、
インバートすり付け部の周辺地山を支持して破壊進行を抑制するための吹付けコンクリートと破壊抑制ロックボルトとを備え、前記インバート部のトンネル側部側のインバートすり付け部の地山を掘削するとともに前記インバートすり付け部のトンネル外周部に構築されるすり付け支保構造体とを備えて構成されていることを特徴とするトンネル支保構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地山を掘削してトンネルを構築するためのトンネル支保方法及びトンネル支保構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、山岳トンネルを構築する方法としてＮＡＴＭが多用されている。また、山岳トンネルの地山掘削工法として、トンネル断面を一度に掘削する全断面掘削工法や補助ベンチ付全断面掘削工法、トンネル断面を上半部と下半部に分割して掘削を行うロングベンチカット、ショートベンチカット、ミニベンチカットなどのベンチカット工法、トンネル断面内の側壁部に側壁導坑を先進させた後、上半部の掘削を行う側壁導坑先進工法などが、地山性状やトンネル断面形状などに応じ適宜選択して用いられている。
【０００３】
そして、例えば、地山強度比が２を下回る不良地山区間を補助ベンチ付全断面掘削工法で掘進してトンネルＴを構築する場合には、図４及び図５に示すように、はじめに、切羽前方の地山Ｇを支持して切羽面１の安定を確保するためのフォアポーリングなどの先受工２をトンネル断面の外周部３に設置（施工）する。ついで、トンネル断面の上半部４の地山Ｇを掘削するとともに、この上半部４のトンネル外周部３（アーチ部）に吹付けコンクリート５と鋼製支保工６とロックボルト７とからなる支保構造体（上部支保構造体）８を構築して、上半部４の地山Ｇを安定化させる。ついで、トンネル断面の下半部（補助ベンチ）９を掘削して上半盤Ｇ１の盤下げを行うとともに、この下半部９のトンネル外周部（側壁部）３に吹付けコンクリート５と鋼製支保工６とロックボルト７からなる支保構造体（上部支保構造体）８を構築して下半部９の地山Ｇを安定化させる。
【０００４】
このように上半部４の地山Ｇの掘削及び支保構造体８の構築、下半部９の地山Ｇの掘削及び支保構造体８の構築を例えば１ｍ進行で１１〜１２回交互に繰り返し行い、インバート部１０よりも上方の地山Ｇを安定させながらトンネル軸Ｏ１方向の１スパン（スパン長１０．５ｍ）毎に地山Ｇを掘削して、トンネルＴを構築してゆく。
【０００５】
ここで、トンネル（トンネル構造体）Ｔは、上記の支保構造体８と、アーチコンクリート１１とインバートコンクリート（インバート）１２からなる覆工構造体１３とで構成される。そして、トンネルＴの力学的安定は、支保構造体８で確保することが基本であるが、地山強度比が２を下回る不良地山Ｇに対しては、インバートコンクリート１２による断面閉合で力学的安定を確保するようにしている。このため、地山強度比が２を下回る不良地山区間を補助ベンチ付全断面掘削工法で掘進してトンネルＴを構築する場合には、支保構造体８を構築しながら上半部４及び下半部９の地山Ｇを１スパン分掘削進行した段階で、インバート部１０の地山Ｇを掘削して下半盤Ｇ２の盤下げを行い、インバートコンクリート１２を打設してトンネル断面を閉合させ、地山Ｇの安定を確保するようにしている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特許第４０９２６４７号公報
【特許文献２】特開２００７−３２１４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、不良地山区間に対し、インバートコンクリート１２による断面閉合で力学的安定を確保する場合には、トンネル構築時（地山Ｇの掘進時）に、打設したインバートコンクリート１２の硬化を確認してから上半部４及び下半部９の地山Ｇ（インバート部１０よりも上方の地山Ｇ）を掘削することになり、地山Ｇの掘削とインバート１２の構築がインバート１スパン単位の交互施工になる。これにより、表１に示すように、不良地山区間での施工速度は月進３０ｍ程度と遅く、特に当初計画よりも不良地山区間が長くなると工期が大幅に遅延するという問題があった。
【０００７】
【表１】
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【０００８】
本発明は、上記事情に鑑み、不良地山区間に対して良好地山区間と同程度の施工速度を確保することを可能にしたトンネル支保方法及びトンネル支保構造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】
【０００９】
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。
【００１０】
本発明のトンネル支保方法は、トンネル断面内のインバート部よりも上方の地山を掘削するとともに、前記インバート部よりも上方のトンネル外周部に、吹付けコンクリートと、鋼製支保工と、トンネル側部の地山に打設して地山の破壊進行を抑制するための破壊抑制ロックボルトとを備える上部支保構造体を構築し、前記インバート部のトンネル側部側のインバートすり付け部の地山を掘削するとともに、前記インバートすり付け部のトンネル外周部に、前記インバートすり付け部の周辺地山を支持して破壊進行を抑制するための吹付けコンクリートと破壊抑制ロックボルトとを備えるすり付け支保構造体を構築するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
本発明のトンネル支保構造は、吹付けコンクリートと、鋼製支保工と、トンネル側部の地山に打設して地山の破壊進行を抑制するための破壊抑制ロックボルトとを備え、トンネル断面内のインバート部よりも上方の地山を掘削するとともに前記インバート部よりも上方のトンネル外周部に構築される上部支保構造体と、インバートすり付け部の周辺地山を支持して破壊進行を抑制するための吹付けコンクリートと破壊抑制ロックボルトとを備え、前記インバート部のトンネル側部側のインバートすり付け部の地山を掘削するとともに前記インバートすり付け部のトンネル外周部に構築されるすり付け支保構造体とを備えて構成されていることを特徴とする。
【００１２】
ここで、本発明に係る「インバートすり付け部」とは、構築したトンネルの断面視でインバートコンクリートの両端部側部分を示し、インバートコンクリートの端部からトンネル周方向の２〜３ｍ程度の長さ範囲の領域を示す。
【００１３】
そして、上記のトンネル支保方法及びトンネル支保構造の発明においては、インバート部よりも上方の地山を掘削した段階で、トンネル側部に破壊抑制ロックボルトを打設して上部支保構造体を構築し、さらに、インバート部のトンネル側部側（インバートすり付け部）の地山を掘り下げ、インバートすり付け部のトンネル外周部にすり付け支保構造体を構築することによって、地山に生じる応力集中による破壊を緩和させ、確実に地山の破壊進行を抑制することが可能になる。これにより、インバートコンクリートによる断面閉合前（インバート施工までの間）の地山を確実に安定化させることが可能になる。
【００１４】
また、本発明のトンネル支保方法においては、前記インバート部よりも上方の地山を掘削進行して前記上部支保構造体を構築するとともに、前記上方の地山の切羽面からトンネル掘削幅以内となるトンネル軸方向の位置に順次前記すり付け支保構造体を構築してゆくことが望ましい。
【００１５】
この発明においては、上方の地山の切羽面からトンネル掘削幅以内となる位置に順次すり付け支保構造体を構築してゆくことによって、より確実に地山に生じる応力集中による破壊を緩和させ、地山の破壊進行を抑制することが可能になる。これにより、インバートコンクリートによる断面閉合前の地山をより確実に安定化させることが可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のトンネル支保方法及びトンネル支保構造によれば、トンネル側部に破壊抑制ロックボルトを打設して上部支保構造体を構築し、さらに、インバートすり付け部のトンネル外周部にすり付け支保構造体を構築することによって、地山に生じる応力集中による破壊を緩和させ、確実に地山の破壊進行を抑制することが可能になり、インバートコンクリートによる断面閉合前の地山を確実に安定化させることが可能になる。
【００１７】
そして、このようにインバートコンクリートによる断面閉合前の地山を確実に安定化させることが可能になることで、地山を掘削するとともに早期にインバートコンクリートでトンネル断面を閉合させる必要がなくなり、打設したインバートコンクリートの硬化を確認してから地山を掘削するインバート１スパン単位の交互施工を不要にすることが可能になる。これにより、地山強度比が２を下回る不良地山区間であっても良好地山区間と同程度の施工速度を確保することが可能になり、工期を大幅に短縮することが可能になる。よって、施工時の不良地山区間が計画時と大きく異なる場合であっても、工期が大幅に遅延するようなことがなく、計画工程を確保することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図１及び図２を参照し、本発明の一実施形態に係るトンネル支保方法及びトンネル支保構造について説明する。本実施形態は、地山強度比が２を下回る不良地山区間を補助ベンチ付全断面掘削工法で掘進してトンネルを構築する際に、地山を安定化させるためのトンネル支保方法及びトンネル支保構造に関するものである。
【００１９】
本実施形態のトンネル支保構造Ａは、図１及び図２に示すように、インバート部１０よりも上方のトンネル外周部３に設置した上部支保構造体２０と、インバートすり付け部Ｓのトンネル外周部３に設置したすり付け支保構造体２１とを備えて構成されている。
【００２０】
上部支保構造体２０は、吹付けコンクリート５と、鋼製支保工６と、トンネル側部の地山Ｇに打設して地山Ｇの破壊進行を抑制するための破壊抑制ロックボルト２２とを備えている。また、上部支保構造体２０は、図５に示した従来の支保構造体と同様に、トンネル側部に打設して周辺地山Ｇと一体化することにより、吹付けコンクリート５や鋼製支保工６とともに周辺地山Ｇを安定化させるためのロックボルト７を備えている。そして、この従来のロックボルト７とともにトンネル側部の地山Ｇに複数の破壊抑制ロックボルト２２が打設されている。このため、本実施形態の上部支保構造体２０は、従来の支保構造体と比較し、トンネル側部にロックボルト（従来のロックボルト７と破壊抑制ロックボルト２２）を密配置して構成されている。
【００２１】
ここで、各ロックボルト７、２２は、ねじり棒鋼、異形棒鋼、全ネジ棒鋼あるいは高耐力ボルトなどであり、地山Ｇに穿設したボルト孔に挿入し、このボルト孔に充填した定着材で地山Ｇに一体化させて設けられている。
【００２２】
一方、すり付け支保構造体２１は、インバートすり付け部Ｓのトンネル外周部３に設けられ、吹付けコンクリート２３と破壊抑制ロックボルト２４とを備えて構成されている。吹付けコンクリート２３は、インバートすり付け部Ｓの地山掘削面を覆うように配設され、上部支保構造体２０の吹付けコンクリート５と鋼製支保工６を合わせた厚さと略同等の厚さをもって形成されている。また、破壊抑制ロックボルト２４は、上部支保構造体２０の破壊抑制ロックボルト２２と同様に構成され、トンネル軸Ｏ１方向に直交し、インバートすり付け部Ｓの周辺地山Ｇ内に延設（打設）されている。
【００２３】
そして、トンネルＴの覆工構造体１３のインバートコンクリート（インバート）１２は、その両端部側をすり付け支保構造体２１の吹付けコンクリート２３上に配設して構築されている。また、インバートコンクリート１２は、アーチコンクリート１１の両下端部に繋がって連設されている。これにより、アーチコンクリート１１とインバートコンクリート１２からなる覆工構造体１３によってトンネル断面が閉合されている。
【００２４】
ついで、不良地山区間に対し、地山Ｇを安定化させながら補助ベンチ付全断面掘削工法で掘削してトンネルＴを構築する方法について説明するとともに、本実施形態のトンネル支保方法及びトンネル支保構造Ａの作用及び効果について説明する。
【００２５】
はじめに、不良地山区間の地山掘削に先立ち、切羽前方の地山Ｇを支持して切羽面１の安定を確保するためのフォアポーリングなどの先受工２をトンネル断面の外周部３に設置する。ついで、トンネル断面の上半部４の地山Ｇを掘削するとともに、この上半部４のトンネル外周部３（アーチ部）に、鋼製支保工６を建て込み、吹付けコンクリート５を吹付ける。また、上半側のトンネル側部にロックボルト（従来のロックボルト７と破壊抑制ロックボルト２２）を打設する。
【００２６】
ついで、トンネル断面の下半部（補助ベンチ）９を掘削して上半盤Ｇ１の盤下げを行うとともに、この下半部９のトンネル外周部（側壁部）３に、鋼製支保工６を建て込み、吹付けコンクリート５を吹付け、さらに、下半側のトンネル側部にロックボルト（従来のロックボルト７と破壊抑制ロックボルト２２）を打設する。
【００２７】
このように、インバート部１０よりも上方の地山Ｇを掘削してトンネル外周部３に上部支保構造体２０を構築してゆくことにより、インバート部１０よりも上方の地山Ｇが安定化する。
【００２８】
一方、上部支保構造体２０を構築した段階でトンネル断面が閉合されていないため、周辺地山Ｇに応力集中が生じ、周辺地山Ｇに破壊進行が生じるおそれがあるが、本実施形態の上部支保構造体２０においては、トンネル側部の地山Ｇに破壊抑制ロックボルト２２を打設し、このトンネル側部の地山Ｇにロックボルト７、２２を密配置している。このため、密配置したロックボルト７、２２（破壊抑制ロックボルト２２）によって周辺地山Ｇに生じる応力集中による破壊が緩和され、地山Ｇの破壊進行が確実に抑制される。
【００２９】
そして、本実施形態では、上部支保構造体２０を構築した段階で、インバート部１０の両端部側（トンネル側部側）のインバートすり付け部Ｓの地山Ｇを掘削する。このとき、インバートコンクリート１２の端部からトンネル周方向の２〜３ｍの長さ範囲領域の地山Ｇを掘削して、インバート部１０の両端部側部分を掘り下げる。また、これとともに、地山Ｇの掘削面に吹付けコンクリート２３を吹付け、インバートすり付け部Ｓの周辺地山Ｇに破壊抑制ロックボルト２４を打設して、インバートすり付け部Ｓのトンネル外周部３にすり付け支保構造体２１を構築する。これにより、周辺地山Ｇに生じる応力集中による破壊がすり付け支保構造体２１の吹付けコンクリート２３と破壊抑制ロックボルト２４によって緩和され、地山Ｇの破壊進行が確実に抑制されることになる。
【００３０】
このように上部支保構造体２０（上部支保構造体２０の破壊抑制ロックボルト２２）とすり付け支保構造体２１を構築することにより、インバートコンクリート１２による断面閉合前の地山Ｇが確実に安定化する。このため、インバート部１０の上方の地山Ｇを掘削するとともに早期にインバートコンクリート１２を打設してトンネル断面を閉合させる必要がなくなる。
【００３１】
そして、上半部４の地山Ｇの掘削、下半部９の地山Ｇの掘削及び上部支保構造体２０の構築を例えば１ｍ進行で１〜２回交互に繰り返し行うとともに、インバートすり付け部Ｓの地山掘削及びすり付け支保構造２１の構築を、１回当たり１〜２ｍで行ってゆくことにより、確実に不良地山区間の地山Ｇを安定化させながら掘削が行えることになる。
【００３２】
また、このとき、上半部４の切羽面１（上方の地山Ｇの切羽面１）からトンネル掘削幅ｄ以内となる位置に順次すり付け支保構造体２１を構築してゆくことにより、すなわち、上半部４の切羽面１から大きな間隔をあけずにすり付け支保構造体２１を設置してゆくことによって、より確実に地山Ｇの破壊進行が抑制される。
【００３３】
そして、上部支保構造体２０とすり付け支保構造体２１によってインバートコンクリート１２による断面閉合前の地山Ｇが安定化するため、従来のように、地山Ｇを掘削するとともに早期にインバートコンクリート１２でトンネル断面を閉合させる必要がなく、打設したインバートコンクリート１２の硬化を確認してから地山Ｇを掘削するインバート１スパン単位の交互施工が不要になる。これにより、表２に示すように、地山強度比が２を下回る不良地山区間であっても、従来の方法と比較して施工速度が約２倍の月進６２ｍとなり、良好地山区間と同程度の施工速度が確保される。
【００３４】
【表２】
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【００３５】
したがって、本実施形態のトンネル支保方法及びトンネル支保構造Ａにおいては、インバート部１０よりも上方の地山Ｇを掘削した段階で、トンネル側部に破壊抑制ロックボルト２２を打設して上部支保構造体２０を構築し、さらに、インバート部１０のトンネル側部側（インバートすり付け部Ｓ）の地山Ｇを掘り下げ、インバートすり付け部Ｓのトンネル外周部３にすり付け支保構造体２１を構築することによって、地山Ｇに生じる応力集中による破壊を緩和させ、確実に地山Ｇの破壊進行を抑制することが可能になる。これにより、インバートコンクリート１２による断面閉合前（インバート施工までの間）の地山Ｇを確実に安定化させることが可能になる。
【００３６】
また、このとき、地山Ｇの切羽面１からトンネル掘削幅ｄ以内となる位置に順次すり付け支保構造体２１を構築してゆくことによって、より確実に地山Ｇに生じる応力集中による破壊を緩和させ、地山Ｇの破壊進行を抑制することが可能になる。これにより、インバートコンクリート１２による断面閉合前の地山Ｇをより確実に安定化させることが可能になる。
【００３７】
そして、このようにインバートコンクリート１２による断面閉合前の地山Ｇを確実に安定化させることが可能になることで、地山Ｇを掘削するとともに早期にインバートコンクリート１２でトンネル断面を閉合させる必要がなくなり、打設したインバートコンクリート１２の硬化を確認してから地山Ｇを掘削するインバート１スパン単位の交互施工を不要にすることが可能になる。これにより、地山強度比が２を下回る不良地山区間であっても良好地山区間と同程度の施工速度を確保することが可能になり、工期を大幅に短縮することが可能になる。よって、施工時の不良地山区間が計画時と大きく異なる場合であっても、工期が大幅に遅延するようなことがなく、計画工程を確保することが可能になる。
【００３８】
以上、本発明に係るトンネル支保方法及びトンネル支保構造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、補助ベンチ付全断面掘削工法によって不良地山区間を掘削するものとして説明を行った。これに対し、例えば図３に示すように、曲面切羽１を形成しながら全断面掘削工法などで地山Ｇを掘削する際に、トンネル側部の地山Ｇに破壊抑制ロックボルト２２を打設してロックボルト７、２２を密配置し、インバートすり付け部Ｓの地山Ｇを掘り込むとともにすり付け支保構造体２１を構築することで、本実施形態と同様の効果を得ることが可能である。このため、本発明のトンネル支保方法は、地山Ｇの掘削工法を限定する必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態に係るトンネル支保方法を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るトンネル支保構造を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るトンネル支保方法を示す図である。
【図４】従来のトンネル支保方法を示す図である。
【図５】従来のトンネル支保構造を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１      切羽面
２      先受工
３      トンネル外周部
４      上半部（インバート部よりも上方の地山）
５      吹付けコンクリート
６      鋼製支保工
７      ロックボルト
８      従来の支保構造体
９      下半部（インバート部よりも上方の地山）
１０    インバート部
１１    アーチコンクリート
１２    インバートコンクリート（インバート）
１３    覆工構造体
２０    上部支保構造体
２１    すり付け支保構造体
２２    破壊抑制ロックボルト
２３    吹付けコンクリート
２４    破壊抑制ロックボルト
Ａ      トンネル支保構造
ｄ      掘削幅
Ｇ      地山
Ｇ１    上半盤
Ｇ２    下半盤
Ｏ１    トンネル軸
Ｓ      インバートすり付け部
Ｔ      トンネル
【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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