(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの切羽から、未掘削部分の計画断面の外周部に、掘削装置を備えた複数の推進管を圧入し、前記推進管の内部より前記推進管の周囲に薬液を注入するトンネルの構築方法であって、
前記推進管は、側面に複数の注入孔を具備した推進管を複数継ぎ足したものであり、
前記薬液の注入は、前記注入孔より、前記推進管の周囲に向けて薬液の一次注入を行い、一次薬液注入範囲を形成する工程と、前記注入孔より前記薬液の一次注入範囲の外側に向けて削孔を行い、前記薬液の一次注入範囲の周辺に薬液の二次注入を行い、二次薬液注入範囲を形成する工程とからなり、
前記一次薬液注入範囲と、前記二次薬液注入範囲で防護屋根を構築し、天井の落下を防止することを特徴とするトンネルの構築方法。
【請求項２】
前記一次薬液の注入は、前記推進管の圧入後、隣接する推進管を圧入する前に行う請求項１記載のトンネルの構築方法。
【請求項３】
前記薬液の注入は、前記推進管の手前から先端部へ向けて順次行う請求項１記載のトンネルの構築方法。
【請求項４】
前記注入孔に、盲キャップが取り付けられた請求項１記載のトンネルの構築方法。
【請求項５】
前記推進管の内部で、作業員が作業できる請求項１記載のトンネルの構築方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトンネルの構築方法およびトンネルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、トンネルを掘削する場合、掘削された空間の周辺地盤は、その瞬間からゆるみが始まり、時間とともに、地山内部に拡大していく。周辺地盤は、ゆるみの進行に伴なって、間隙、含水分の増大により、強度低下を招き、土圧を増大させ、時間的にこれが一層拡大し、土砂の流出、背面、上部層に空洞化を促し、破壊が進めば、地表沈下、陥没、地滑り等の重大な影響を与える。
【０００３】
このため、掘削面の防護、ゆるみ拡大を防止し、地盤の安定を図るために、補助工法による対応策が講じられてきた。
補助工法には、切羽前方の天井部分に、鋼管を一定間隔または、連続的に挿入設置し、鋼管による防護屋根を構築するパイプルーフ工法等がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パイプルーフ工法では、薬液を注入しようとしても、切羽側から、または、地上からしか注入できないので、薬液注入範囲が限られている。
また、地山中に挿入される鋼管の長さは、あまり長くすることができない。
【０００５】
本発明はこのような問題を鑑みてなされたものでその目的とするところは、トンネルを掘削する場合、切羽からかなりの距離まで、天井部等の崩落を防止でき、また、広い範囲に薬液注入等が行えるトンネルの構築方法およびトンネルを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために本発明は、トンネルの切羽から、未掘削部分の計画断面の外周部に、掘削装置を備えた複数の推進管を圧入し、前記推進管の内部より前記推進管の周囲に薬液を注入するトンネルの構築方法であって、前記推進管は、側面に複数の注入孔を具備した推進管を複数継ぎ足したものであり、前記薬液の注入は、前記注入孔より、前記推進管の周囲に向けて薬液の一次注入を行い、一次薬液注入範囲を形成する工程と、前記注入孔より前記薬液の一次注入範囲の外側に向けて削孔を行い、前記薬液の一次注入範囲の周辺に薬液の二次注入を行い、二次薬液注入範囲を形成する工程とからなり、前記一次薬液注入範囲と、前記二次薬液注入範囲で防護屋根を構築し、天井の落下を防止することを特徴とするトンネルの構築方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、トンネルの全体図、図２は、図１のＡ−Ａ断面図、図３は、トンネルの概略斜視図である。
図１から図３に示すように、地山１０１内に、計画トンネル１０３を掘削する場合において、地山１０１が、シラス等の軟弱地盤であり切羽での崩落や出水が懸念される地盤であるときには、地山１０１の安定のために補助工法が必要となる。
【０００９】
本実施の形態においては、計画トンネル１０３の掘削に先行して、計画トンネル１０３の計画断面の外周部に位置する地山１０１に、発信基地１より、推進管３がアーチ状に並ぶように、推進管３を圧入し、更に、圧入後の推進管３の内部より、薬液を地山１０１に注入することにより、薬液注入範囲４５、４７を設け、計画トンネル１０３の防護屋根を構築する。
この防護屋根により、計画トンネル１０３掘削時の地山１０１の緩み、崩落等を防止する。
推進管３の圧入方法、および薬液の注入方法については、詳しく後述する。
【００１０】
発信基地１は、計画トンネル１０３の手前の上半部１０７に設けられる。推進管３の圧入および、薬液の注入完了後、上半部１０７の計画トンネル１０３を掘削し、次に、上半部１０７から下半部１０９の外側に薬液注入範囲５１を設け、下半部１０９の計画トンネル１０３を掘削する。１０５は、ＳＬ（スプリングライン）を示す。
【００１１】
次に、推進管３の圧入方法を説明する。図４は、発進基地１の断面図であり、図５は、図４のＢ−Ｂ断面図である。
図４、図５に示すように、発信基地１は、計画トンネル１０３の切羽１０２部分に吹付けコンクリート１１３を設け、計画トンネル１０３の天井部分に推進反力受けコンクリート１１１を設けて構築される。発進基地１の床部、切羽１０２前面には、ステージ２３が設けられる。
【００１２】
ステージ２３上には、推進管３を地山１０１へ圧入するための可動発進架台２１が設けられる。  可動発進架台２１には、推進管３を載置し、作業員１１が作業することが可能な作業台１９が設けられ、作業台１９の上部には、推進反力受けコンクリート１１１と接して支圧板１５、推進管３圧入のためのジャッキ１３、押輪１７が設けられる。可動発進架台２１は、ステージ２３上を水平方向に移動可能であり、また、作業台１９の高さは、ジャッキ２７により調節可能である。ジャッキ２９は、圧入する推進管３の位置、高さにより、可動発進架台２１の位置と高さを調節した後、可動発進架台２１を固定する役割をする。
【００１３】
先端の推進管３には、地山１０１の掘削装置であるセミシールド機５が設けられる。長さの短い推進管３が継ぎ足されつつ、１本の推進管３として、地山１０１に圧入される。推進管３は坑口リング２５により切羽１０２に対して位置決めされる。また、推進管３は、先端にセミシールド機５を設けることにより、管径を大きくすることができ、推進管３の内部に、作業員１１が入って作業することが可能である。セミシールド機５の先端に、カッタ７が設けられる。
【００１４】
圧入する推進管３の位置、高さにより、可動発進架台２１の位置と高さを調節し、ジャッキ２９により可動発進架台２１を固定する。押輪１７を介して、ジャッキ１３により、推進管３を継ぎ足しつつ切羽１０２に圧入する。
同時に、推進管３の先端では、セミシールド機５により地山１０１を掘削する。
【００１５】
尚、セミシールド機５は、到達地点への推進完了後、カッタ７を収納して、セミシールド機５本体を推進管３の内部を引き戻して、回収することができるため、到達回収坑を必要とせず、セミシールド機５の再利用が可能である。
推進管３の圧入を繰り返すことにより、計画トンネル１０３の天井部外側の地山１０１内に推進管３によるアーチ状の防護屋根を構築する。
【００１６】
このように、セミシールド機５を用いることにより、地山１０１が、無水層、滞水層に拘わらず、推進管３の蛇行、変形を最小限に抑え、推進長さも１００メートル以上とすることができる。
更に、推進管３によるアーチ状の防護屋根を構築することにより、推進管の剛性により、計画トンネル１０３の掘削時の地山１０１の変形を抑制することができる。
【００１７】
また、推進管３の圧入時に、水ではなく高濃度の泥水を用いるため、地山１０１の強度が低下しても水と一緒に地山１０１が流出する恐れがなく、推進管３と地山１０１との隙間は、高濃度泥水で満たされており、速やかに裏込め注入３９を行うことで、掘削に伴なう地山１０１の緩みを押さえることができる。
更に、推進管３の切羽を、加圧した高濃度泥水で押さえることから、推進時における切羽の崩落が生じにくい。
【００１８】
次に、薬液の注入方法について説明する。図６は、推進管３の斜視図であり、推進管３は、複数の推進管３が継ぎ足されて、１本の推進管３となる。
図６に示すように、推進管３同士は、計画トンネル１０３の周囲に短い間隔で配置されている。推進管３の側面には、注入孔３１が設けられている。注入孔３１は、薬液注入範囲の不連続ヶ所が発生しないように、ピッチが決められ、更に、千鳥配置に設けられる。
薬液注入は、推進管３と推進管３との隙間からの地山１０１の崩落防止および、地山１０１の止水、遮水等の目的で行う。
【００１９】
図７から図１０は、薬液注入方法の説明図である。
図７に示すように、推進管３の周囲は、圧入時に裏込注入３９がなされており、注入孔３１には、盲キャップ３７が設けられる。
次に、図８に示すように、推進管３の施工後、隣接する推進管３の推進施工前に、薬液の１次注入を行う。注入孔３１に注入ホース４１を接続したバルブ３３を取り付ける。注入孔３１より地山１０１の１次薬液注入範囲４５に薬液を浸透注入する。１次薬液注入範囲４５は、隣接する推進管３の推進施工の支障とならない範囲とする。薬液１次注入後、他の注入孔３１からの注入材の逸脱防止のため注入孔３１に盲キャップ３７を取付ける。
【００２０】
次に、図９に示すように、隣接推進管３の推進施工終了後に計画トンネル１０３の掘進時における止水および、推進管３同士隙間からの崩落防止のため、薬液の２次注入を行う。バルブ３３にドリル型削孔機４９を取り付け、２次薬液注入範囲４７まで削孔４９を設け、スライムを除去する。この時、スライムの硬さ、長さ等の変化により、１次薬液注入範囲４５の注入効果を確認する。
【００２１】
次に、図１０に示すように、バルブ３３からドリル型削孔機４９を取り外し、注入ホース４１をバルブ３３へ取り付け、２次薬液注入範囲４７へ、薬液の浸透注入を行う。薬液は、ゲル化した１次薬液注入範囲４５部分の削孔４９を経て、２次薬液注入範囲４７に浸透する。２次薬液注入の計画範囲に到達するまで、図９と図１０の作業を繰り返す。注入完了後、注入孔３１に盲キャップ３７を取付ける。
尚、薬液の１次注入の際にも、２次注入と同様、ドリル型削孔機４９を用いて、削孔し薬液を注入してもよい。その場合は、推進管３の裏込注入３９の効果確認と緩み域の確認を行うことができる。
【００２２】
以上の薬液注入工程を、各注入孔３１で繰り返し、順次推進管３の手前から先端部へ薬液注入範囲を広げていく。
この薬液注入工程は、推進管３の内部へ、作業員１１が入ることが可能であるため、人力により、薬液注入効果を確認しながら行うことができる。
【００２３】
図１１は、推進管３の周囲の薬液注入範囲を示す図であり、図１２は、計画トンネル１０３全体の薬液注入範囲を示す図である。
図１１に示すように、各々の推進管３においても、薬液注入を行い、推進管３と推進管３との隙間を１次薬液注入範囲４５により埋めることができる。このため、推進管３と推進管３との隙間からの地山１０１の崩落を防止できる。
【００２４】
図１２に示すように、計画トンネル１０３全体では、アーチ状の推進管３の周囲に、１次薬液注入範囲４５と２次薬液注入範囲４７を構成し、計画トンネル１０３の防護屋根を構築する。
また、図１２では、下半部１０９の外側の地山１０１は、上半部１０７の防護屋根の外側から回り込んでくる地下水を止水するため、下半部１０９の掘削前に、上半部１０７内から、二重管復相注入５１を施工する。
【００２５】
以上のように、推進管３内部を作業員が移動できるので、通常の切羽または地上からの薬液注入に比べて、薬液注入を行いたい箇所の近傍から施工することができ、薬液注入の確実性が著しく向上し、また、注入効果の確認が容易である。また、推進管３同士の隙間のように目的の箇所が非常に狭くても、確実に施工でき、注入不良箇所には、再注入が可能である。
さらに、推進管３が１００ｍ程度と長いので、切羽からかなり離れた所まで、薬液注入を行うことができる。
【００２６】
さらに、低圧での注入が可能であり、構造物への影響が少ない。また、短い注入管で薬液注入が可能となり、水を使用するボーリングではなく、ドリルのような簡易で水を使用しない機械で注入管の設置が可能となるため、水による地山１０１の強度低下の恐れがない。
尚、薬液注入に代えて、推進管３の周囲を凍結させるようにしてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明によれば、トンネルを掘削する場合、切羽からかなりの距離まで、天井部等の崩落を防止でき、また、広い範囲に薬液注入等が行えるトンネルの構築方法およびトンネルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トンネルの全体図
【図２】図１のＡ−Ａ断面図
【図３】トンネルの概略斜視図
【図４】発進基地の断面図
【図５】図４のＢ−Ｂ断面図
【図６】推進管３の斜視図
【図７】薬液注入方法の説明図
【図８】薬液注入方法の説明図
【図９】薬液注入方法の説明図
【図１０】薬液注入方法の説明図
【図１１】推進管３の周囲の薬液注入範囲を示す図
【図１２】計画トンネル１０３全体の薬液注入範囲を示す図
【符号の説明】
１…発進基地
３…推進管
５…セミシールド機
１１…作業員
１３、２７、２９…ジャッキ
２１…可動発進架台
３１…注入孔
４５…１次薬液注入範囲
４７…２次薬液注入範囲
１０１…地山
１０３…計画トンネル
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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