(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル上半断面を支保するウイングリブ付き鋼製支保工の脚部下の地山位置に、前記トンネル上半断面掘削に先立ち推進掘削機によって受梁パイプをトンネル縦断方向と平行方向に埋設し、トンネル上半断面掘削時に建て込んだ前記ウイングリブ付き鋼製支保工の脚部を前記受梁パイプに載置するようにしたことを特徴とするトンネルの脚部補強方法。
【請求項２】
前記受梁パイプは、鋼管であることを特徴とする請求項１記載のトンネルの脚部補強方法。
【請求項３】
前記受梁パイプは、プレキャストコンクリート管であることを特徴とする請求項１に記載のトンネルの脚部補強方法。
【請求項４】
前記受梁パイプは、管内が鉄筋コンクリートで補剛されたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のトンネルの脚部補強方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明はトンネルの脚部補強方法に係り、特に山岳トンネルの上半断面掘削時の支保工の沈下、変形防止のための補助工法としての鋼製支保工の脚部補強工法に関する。
【従来の技術】
【０００３】
従来、土砂地山、軟弱粘土などの比較的軟弱な地山におけるトンネル掘削において、上半断面掘削では掘削に伴うゆるみ荷重や偏土圧がかかり、支保工の沈下や変位を生じることがある。このような支保工の沈下や変位を防止するために、上半断面盤に吹付けコンクリート等による仮インバートを施工したり、支保工脚部に根固めコンクリートを施工したり、トンネル断面の外側で直近位置で接地面積を大きくとれるウイングリブ付き鋼製支保を採用したり、あるいは下半断面トンネル外の下半レッグパイル施工などが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような支保工の変位対策にあっては、上述した各対策とも上半断面の掘削後に施工される。このため、支保工建て込み直後の変形に迅速に対応できない。また、これらの対策工では、掘削直後に個々の支保工建て込み作業に対して付加作業が伴うため、掘削から吹付けコンクリート施工までの工程に多大の時間を要し、その間に変位が拡大するという問題もある。また、ウイングリブ付き鋼製支保工やレッグパイルにおいては、個々の支保工を支持するため、下半部分の地質状態によっては地盤支持力不足が生じる場合もある。そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、トンネル掘削工程において、付加的な補強対策を必要とせず、かつ変位を掘削直後から確実に防止できるようにしたトンネルの脚部補強方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、トンネル上半断面を支保するウイングリブ付き鋼製支保工の脚部下の地山位置に、前記トンネル上半断面掘削に先立ち推進掘削機によって受梁パイプをトンネル縦断方向と平行方向に埋設し、トンネル上半断面掘削時に建て込んだ前記ウイングリブ付き鋼製支保工の脚部を前記受梁パイプに載置するようにしたことを特徴とする。
【０００６】
前記受梁パイプは、鋼管あるいはプレキャストコンクリート管とすることが好ましい。
【０００７】
このとき前記受梁パイプは、管内が鉄筋コンクリートで補剛することが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のトンネルの脚部補強方法の一実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
図１，図２は、本発明のトンネルの脚部補強方法を用い、一例として土砂トンネルを掘削して所定の覆工作業を行った一連のトンネル構築工程を示した施工説明図である。図３各図は、そのうちトンネルの脚部補強方法の手順及びその脚部補強構造の構成が解るように示した概略断面図である。図４は、脚部補強構造の構成が解るように示した概略斜視図である。
【０００９】
脚部補強構造を備えたトンネルの構築作業について説明する。まず、図１（ａ），図３（ａ），（ｂ）に示したように、トンネル１上半断面１Ａの掘削に先立ち、トンネル上半断面１Ａに建て込まれるウイングリブ付き鋼製支保工１５の脚部１６下端に受梁パイプ１０を構築する。この受梁パイプ１０は、トンネル１のスプリングライン（S.L.）の断面外側地山２において、ウイングリブ付き鋼製支保工１５の支持面となるウイングプレート１８下に位置するように設けられる。また、本実施の形態ではトンネル１の縦断方向の全線にわたってあらかじめ埋設されている（図３（ｂ）参照）。
【００１０】
この受梁パイプ１０の設置について図１（ａ）を参照して説明する。同図に示したように、掘削予定の地山２の一方から推進工法によって受梁パイプ１０を埋設していく。受梁パイプ１０は、公知の方向制御機能を有する推進掘削機３の後方において、連続して圧入された複数本の単位鋼管４を連結した地中管状体で、各単位鋼管４同士の接続は溶接によって行われている。推進掘削機３は、トンネル坑口１ａ近傍に設けられた発進ピット５内で建て込まれた単位鋼管４を介して反力壁６に反力をとって先端の切削機構（図示せず）によって掘削機３前方の土砂を切り崩すように掘進し、後方に連結された鋼管４，４…内を通じて外部に排土しながら地山内を前進する。切削機構は、たとえばカッタビット回転方式、オーガースクリュー方式等を地山に応じて採用することができる。受梁パイプ１０を構成する単位鋼管４の直径は、上半支保工アーチに作用する荷重にもよるが、通常はφ３００〜５００mm程度の鋼管が使用されている。鋼管としては一般構造用炭素鋼鋼管（STK）の他、配管用炭素鋼鋼管（SGP）、鋳鉄管等、種々の材質の管を使用できる。管継手は延長方向の剛性を保持するために剛接を原則とし、通常の電気抵抗溶接、鍛接、アーク溶接の他、ネジ式各構造の係止部を有する接続方式を用いることができる。また、受梁パイプ１０の材料としては鋼管の他、プレキャストコンクリート管を使用することも可能である。この場合には、管接手を剛接合できるようなカラーを管端に備えるようにする。後述するように、所定の配筋を行い、内部コンクリート等を充填して曲げ剛性、曲げ引張強度の増強を図ることが好ましい。
なお、推進工法のための推進掘削機３は、トンネル坑内１ａに設けられた制御部Ｃからの指令により運転される。推進方式としては、発進ピット５内に設置された圧入ジャッキによる管体を地山内に圧入する方式、オーガースクリューの回転動作により先端部の掘進排土を行いながら、先端管以後の管を送り出す方式等、公知の推進方式から地山状態、受梁パイプ１０の管径、延長等を勘案して設定することが好ましい。
【００１１】
また、推進掘削機３には公知の方向制御機構（図示せず）が組み込まれており、坑口側において掘進状態の制御を行え、トンネル上半断面の掘削に先立ち、トンネル掘削予定地山２の全長にわたり、常時高い精度で推進管（受梁パイプ１０）の埋設を行える（図１（ｂ）参照）。
【００１２】
次に、トンネルの上半断面の掘削を行う（図２（ａ），図３（ｂ）参照）。本実施の形態では、上半断面の支保工には、ウイングリブ付き鋼製支保工１５が用いられている。このウイングリブ付き鋼製支保工１５は脚部１６がトンネル上半下部から地山２側に張り出し、この張り出した脚部１６を支持する支持柱１７の下面とにわたってウイングプレート１８が取り付けられており、このウイングプレート１８を介して大きな接地面積を確保することができる（図５（ａ）参照）。このウイングリブ付き鋼製支保工１５は、図４に模式的に示したように、トンネル縦断方向にあらかじめ設置されている２本の受梁パイプ１０上に脚部１６が載置されるため、支保工建て込み直後から確実に地山荷重を負担できる。また、受梁パイプ１０がトンネルの縦断方向に所定の剛性を有しているため、切羽近傍の大きな作用土圧が支保工に作用した場合にも受梁パイプ１０が地盤上の弾性梁としての挙動を示し、１基当たりにかかる作用荷重が受梁パイプ１０の前後方向に分散されることになる。このようにして、この受梁パイプ１０を用いた脚部補強方法によって、トンネル上半断面掘削時に発生する地山変形等に早期に対応でき、その変位量も最小限に抑えることができる。
【００１３】
上半断面掘削に続いて下半１Ｂ、インバート１Ｃの掘削及び吹付けコンクリート施工を行う。この場合、脚部補強構造により上半断面１Ａにおける沈下を最小限に抑えることができたため、下半１Ｂ、インバート１Ｃの掘削においてもその沈下の増加をわずかに抑えることができる。図２（ｂ），図３（ｃ）は２次覆工８の完了した状態を示している。
【００１４】
図５各図は、受梁パイプ１０と受梁パイプ１０上に載置されるウイングリブ付き鋼製支保工の脚部を示した部分拡大図である。同図（ａ）に示したように、あらかじめ所定位置に埋設された受梁パイプ１０の上部に、脚部１６を載置するようにしてウイングリブ付き鋼製支保工１５が建て込まれている。このとき、支保工下面のウイングプレート１８と受梁パイプ１０との間には、パイプの外径に合った底面を有するキャンバーや急結モルタルが充填されたパック材等の介装材１９が配置されている。この介装材１９によってウイングプレート１８のレベル、角度の調整をしながら、ウイングリブ付き鋼製支保工１５を受梁パイプ１０上に載置すればよい。これにより支保工建て込み作業の迅速化が図れる。ウイングリブ付き鋼製支保工１５が載置された直後から、介装材１９を介してウイングリブ付き鋼製支保工１５脚部から伝達される軸方向力を確実に受梁パイプ１０側に負担させることができる。
【００１５】
受梁パイプ１０は、切羽奥方の地山２の先行沈下の影響を受けてわずかに沈下傾向を示す場合もあるが、切羽後方において吹付けコンクリートにより被覆され、地山と一体化しているため、切羽近傍で地山内から露出した場合にもほとんど沈下することはない。しかし、地山２全体が特に軟弱な地盤である場合には、図５（ｂ）に示したように、所定の地盤改良２Ｂをトンネル下半１Ｂ側から行うことで、ウイングリブ付き鋼製支保工１５を支持する受梁パイプ１０の沈下を確実に防止できる。
【００１６】
図６は、パイプ１０内に円筒形鉄筋かご２１の配筋を行って内部コンクリート２２を充填した状態を示した受梁パイプ１０の断面図である。この場合、外側の受梁パイプ１０として前述の鋼管、プレキャストコンクリート管のいずれを使用することもできる。
【００１７】
以上の説明では、たとえば図２（ｂ）に示したように、トンネル１が土被りの浅い地山２を貫通する土砂トンネルであるような場合を想定して受梁パイプ１０をトンネル全長にわたり施工する場合を示したが、比較的安定した岩盤トンネルにおいて、部分的に岩質・地山等級がＣ〜Ｄクラスの箇所が続く場合や破砕帯が部分的に現れたりした場合に、これらの補強を要する区域の手前のトンネル側壁側に推進掘削機の発進ピットを構築し、対象区域のみに受梁パイプ１０を施工することもできる。この他、坑口等の地盤が不安定な箇所や、都市トンネルにおいて沈下による近接した地中埋設物等の沈下影響を最小限に抑える必要がある場合にも有効に適用することができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、比較的軟弱な地山に施工されるトンネルの上半断面のトンネル支保に作用する地山荷重を、縦断方向に連続した受梁パイプで支持することで、連続梁による支持力向上や支保工の接地面積の拡大等により脚部沈下を確実に防止することができるという効果を奏する。さらに、トンネルの掘削前に上半断面脚部を補強できるので、切羽付近でウイングリブ付き鋼製支保工を建込んだ直後から確実に地山荷重を受梁パイプで負担でき、変位を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるトンネルの脚部補強方法の一実施の形態を示した施工順序縦断面図（その１）。
【図２】本発明によるトンネルの脚部補強方法の一実施の形態を示した施工順序縦断面図（その２）。
【図３】本発明によるトンネルの脚部補強方法の一実施の形態を示した施工順序横断面図。
【図４】受梁パイプ及びパイプ上に連続して建て込まれたウイングリブ付き鋼製支保工の配列状態を模式的に示した斜視図。
【図５】受梁パイプによるウイングリブ付き鋼製支保工の脚部支持状態を示した部分拡大図。
【図６】受梁パイプ内の補強状態の例を示した受梁パイプ断面図。
【符号の説明】
１  トンネル
１Ａ  上半断面
２  地山
３  推進掘削機
４  単位鋼管
１０  受梁パイプ
１５  ウイングリブ付き鋼製支保工
１６  脚部
２１  鉄筋かご
２２  内部コンクリート
【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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