(57)【要約】【課題】トンネル工事において、切羽の地山を固結し、且つ地山に鋼製のロッドを残さないようにする。【解決手段】地山に打ち込まれる鋼製の穿孔及び固結材注入ロッド１であって、複数の噴射孔５が貫設された鋼製の先端部４が、パイプ状の鋼製ロッド本体部２の一端部に分離可能に接続されたものである。この穿孔及び固結材注入ロッド１を固結したい地山へ、トンネル掘削方向と略同一方向に打ち込み、前記先端部４のみを地山に残したまま、前記ロッド本体部２を地山から引き抜き、固結材を先端部４へと注入し、前記噴射孔５から吐出させることによって前記先端部４周辺の地山を固結する。【選択図】図１
2006029002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地山に打ち込まれる鋼製の穿孔及び固結材注入ロッドであって、
固結材噴射孔が形成され、ロッド本体部に対し分離可能に接続した先端部を備えることを特徴とする穿孔及び固結材注入ロッド。
【請求項２】
前記先端部には、地山への打ち込み状態での引き抜き力の作用で外部に突出して地山に食い込むことにより当該先端部の引き抜きを阻止するくさび部材が組み込まれていることを特徴とする請求項１に記載の穿孔及び固結材注入ロッド。
【請求項３】
前記ロッド本体部と先端部との間には、回転動作により外れる接続機構が備えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の穿孔及び固結材注入ロッド。
【請求項４】
前記ロッド本体及び打撃用キャップ内には、前記先端部内に延びる固結材注入チューブが通されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の穿孔及び固結材注入ロッド。
【請求項５】
前記固結材注入チューブは前記先端部内に固定されていることを特徴とする請求項４に記載の穿孔及び固結材注入ロッド。
【請求項６】
前記ロッド本体部と前記固結材注入チューブの間隙に、前記固結材注入チューブを内包するチューブ保護材を備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の穿孔及び固結材注入ロッド。
【請求項７】
前記ロッド本体部の後端部に打撃用キャップが備えられ、
この打撃用キャップと前記ロッド本体部との間に、回転動作により外れる接続機構が備えられていることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の穿孔及び固結材注入ロッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル工事において、切羽の地山を固結させる穿孔及び固結材注入ロッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年におけるトンネル工事には、トンネルの全断面を掘削することができるＴＢＭ（トンネルボーリングマシン）が用いられる。このＴＢＭによって、トンネルの掘削速度を大幅に向上させながら、しかも、掘削する地山を緩めることがなく、トンネル周辺へ及ぼす影響が小さい施工が可能となっている。
【０００３】
前記ＴＢＭによるトンネル掘削中に、ＴＢＭカッタヘッドの前方の地山が崩落すると、マサ化した土砂やズリが上記カッタヘッド前面に堆積する。その場合、一般的にはカッタヘッドが回転可能であればそのまま掘削を続行できるが、スクレーパへのズリの噛み込みやカッタヘッド前面への崩落土砂押し圧等により、カッタヘッドに過トルクがかかる場合は、カッタヘッド前面の堆積土砂を固結させる必要がある。その場合、ＴＢＭを一度後進させカッタヘッドを回転可能とした後、掘削を再開することになる。
【０００４】
堆積土砂の固結方法には、幾つかの方法が考えられる。例えば、鋼製ロッドの外周部に複数の噴射孔が貫設された自穿孔ボルトを堆積土砂に打ち込み、そのまま薬液を注入する方法がある。また、ＦＲＰや樹脂ボルトによる自穿孔及び薬液注入の方法がある（例えば、特許文献１参照）。ＦＲＰや樹脂ボルトは、薬液注入後に地山に残存したままであっても、ＴＢＭのカッタビット及びベルトコンベアを損傷しない。また、先端が略円錐状に加工され、且つ固結材を吐出するための複数の噴射孔が貫設されたガス管等の金属管による方法もある。
【０００５】
図４は、金属管として例えば、ＳＧＰ管（配管用炭素鋼鋼管）１４を示したものであり、先端を略円錐状に加工され、先端部分の外周に複数の噴射孔１５が貫設されている。これらを、トンネル孔内において使用したものを図３に示す。図３は、地山崩落の際に、ＳＧＰ管１４を堆積土砂２１に打ち込んだ後のＴＢＭ１６による掘削状況を示したものであり、この場合、複数のＳＧＰ管１４が、トンネル掘削方向と略同一方向に、堆積土砂２１中へと打ち込まれる。これらのＳＧＰ管１４は中空であり、穿孔後に着脱可能な薬液注入アダプタがＳＧＰ管１４後端部に嵌着され、薬液が注入される。薬液はＳＧＰ管１４内を通り、ＳＧＰ管１４の先端部に貫設された複数の噴射孔１５から吐出され、これらの噴射孔１５周辺の地山を固結させる。その後、ＳＧＰ管１４は地山に埋設されたまま、ＴＢＭ１６によるトンネル掘削が再開される。
【特許文献１】特開２００３−３３６４７９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、自穿孔ボルトによる方法だと、鋼製ロッドが堆積土砂中に残るため、掘削中にカッタヘッドを損傷し、場合によっては鋼製ロッドを回収する必要があった。また、ＦＲＰや樹脂ボルトによる方法だと、堆積した岩ズリ中にボルトを貫入する際に困難が伴うという問題があった。また、金属管による方法だと、曲がった状態の金属管によりカッタヘッドのスクレーパへの噛み込みが発生する問題や、万一金属管をチャンバー内に取り込めたとしても、排出用ベルトコンベア上にて、ベルトが損傷を受ける可能性があった。
【０００７】
本発明の課題は、トンネル工事において、切羽の地山を固結し、且つ地山に鋼製のロッドを残さないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、例えば図１（ａ）に示すように、地山に打ち込まれる鋼製の穿孔及び固結材注入ロッド１であって、
固結材噴射孔５が形成され、ロッド本体部２に対し分離可能に接続した先端部４を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、ロッド本体部と先端部が分離可能であるため、穿孔及び固結材注入ロッドを地山に打ち込んだ後、先端部のみを地山中に残したまま、ロッド本体部を地山から引き抜くことができる。これにより、地山中に鋼製のロッド本体部は残らないことになり、ロッド本体部を引き抜いた後のトンネル掘削が容易になる。
また、先端部を地山中に残しておくことで、先端部に固結材を注入することができる。
また、ロッド本体部は回収後に再使用可能となり、コストが低減される。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、例えば図１及び２に示すように、請求項１に記載の穿孔及び固結剤注入ロッド１において、前記先端部４には、地山への打ち込み状態での引き抜き力の作用で外部に突出して地山に食い込むことにより当該先端部４の引き抜きを阻止するくさび部材９が組み込まれていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、穿孔及び固結材注入ロッドを地山に打ち込んだ後、くさび部材が地山に食い込むことにより、地山に打ち込んだ状態で先端部のみを残したまま、ロッド本体部を引き抜くことができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、例えば図１及び２に示すように、請求項１又は２に記載の穿孔及び固結剤注入ロッド１において、前記ロッド本体部２と先端部４との間には、回転動作により外れる接続機構１２が備えられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、ロッド本体部と先端部との間には、回転動作で外れる接続機構を備えているため、穿孔及び固結材注入ロッドを地山に打ち込んだ後、ロッド本体部を先端部から外し、地山に先端部のみを残したまま、ロッド本体部を引き抜くことができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、例えば図１及び２に示すように、請求項１から３のいずれか一項に記載の穿孔及び固結剤注入ロッド１において、前記ロッド本体部２及び打撃用キャップ３内には、前記先端部４内に延びる固結材注入チューブ６が通されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、穿孔及び固結材注入ロッドを地山に打ち込み、ロッド本体部を引き抜いた後に固結材を注入する際に、ロッド本体部及び打撃用キャップ内を通る固結材注入チューブによって、固結材を先端部へと送り込むことができる。
また、ロッド本体部を引き抜いた後に、固結材注入チューブ外周に間隙が残存するような性質を有する地山であれば、その間隙への固結材の充填性が高まり、地山をより強固に固結させることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、例えば図１及び２に示すように、請求項４に記載の穿孔及び固結剤注入ロッド１において、前記固結材注入チューブ６は前記先端部４内に固定されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、穿孔及び固結材注入ロッドを打ち込み、前記先端部からロッド本体部を引き抜く際、固結材注入チューブは先端部に固定されているため、ロッド本体部を引き抜いた後に、先端部に固結剤を注入することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、例えば図１及び２に示すように、請求項４又は５に記載の穿孔及び固結材注入ロッド１において、前記ロッド本体部２と前記固結材注入チューブ６の間隙に、前記固結材注入チューブ６を内包するチューブ保護材７を備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、穿孔及び固結材注入ロッドを打ち込み、ロッド本体部を引き抜いた後に、固結材注入チューブ外周の間隙が押し潰されるような性質を有する地山であっても、チューブ保護材によって固結剤注入チューブの変形を防ぐことができる。これにより、固結剤注入チューブを介して固結材を先端部へと確実に送り込むことができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、例えば図１及び２に示すように、請求項４から６のいずれか一項に記載の穿孔及び固結剤注入ロッド１において、前記ロッド本体部２の後端部に打撃用キャップ３が備えられ、
この打撃用キャップ３と前記ロッド本体部２との間に、回転動作により外れる接続機構１１が備えられていることを特徴とする。
【００２１】
請求項７に記載の発明によれば、ロッド本体部と打撃用キャップが回転動作により外れるように接続されているため、これらを分解することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、トンネル工事において、切羽の地山を固結する際、ロッド本体部と先端部を分離可能に接続することで、鋼製のロッドが地山に残ることを解消することができる。これにより、ロッド本体部を引き抜いた後のトンネル掘削において、トンネル掘削機械に損傷を与えることなくトンネル掘削を続けることが可能となる。
また、ロッド本体部を地山から引き抜いても、先端部を地山中に埋設しておくことで、先端部に固結材を注入することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図１及び２を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
図１に示すように、本発明の穿孔及び固結材注入ロッド１は、地山を固結させるためのものであり、パイプ状の鋼製ロッド本体部２の一端部に、鋼製の打撃用キャップ３と、前記ロッド本体部２の他端部に、複数の噴射孔５が貫設された鋼製の先端部４とを備えてなる。前記打撃用キャップ３及び前記先端部４は、共にロッド本体部２とは回転動作で分離可能な接続機構１１，１２により接続されており、取り外しが可能である。
【００２４】
図２（ｂ）に示すように、前記ロッド本体部２内には、軸方向に固結材注入チューブ６が挿通されており、これを内包するように塩化ビニルからなるチューブ保護材７が備えられている。前記固結材注入チューブ６は、打撃用キャップ３内から先端部４内へと通されており、当該先端部４内で固定されている。
【００２５】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、前記先端部４は、先端部分が略円錐状に加工され、当該先端部４内には、固結材注入チューブ６を固定し、且つ軸方向に穿孔及び固結材注入ロッド１の内部空間を隔てるゴムパッキン８が備えられている。これにより、前記先端部４は前記固結材注入チューブ６及び噴射孔５以外は密閉されている。
【００２６】
なお、前記先端部４の軸方向長さは、固結剤注入後に掘削に使用するトンネル掘削機械で取り込み可能な径に合わせて成形される。
【００２７】
図２に示すように、前記先端部４の外周には、上述した噴射孔５の他、地山からの引き抜きを阻止するくさび部材９が備えられている。このくさび部材９は、先端部４に対しピン１３を中心に径方向外側に一定の鋭角まで回動可能とされたものであり、先端部４の径方向に対向して少なくとも一対設けられている。また、このくさび部材９は、穿孔及び固結剤注入ロッド１を地山に打ち込む際には先端部４に格納されているが、穿孔及び固結剤注入ロッド１を地山から引き抜こうとすると、引き抜きの力の作用で径方向外側に回動し、地山に食い込む仕組みになっている。
【００２８】
なお、くさび部材９として上述したものを挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、穿孔及び固結材注入ロッド１を地山から引き抜くことで地山に食い込み、先端部４が地山から引き抜かれるのを阻止するようなものであれば、接続位置、形状及び数量は適宜変更可能である。
【００２９】
次に、上述のように構成される穿孔及び固結材注入ロッド１の使用方法について説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、固結させたい地山へ、トンネル掘削方向と略同一方向に、削孔機又は石頭ハンマー等で穿孔及び固結材注入ロッド１を打ち込む。その後、前記穿孔及び固結材注入ロッド１を地山から引き抜こうとすると、先端部４の外周に格納されていたくさび部材９が引き抜きの力の作用でピン１３を中心に径方向外側に回動し、地山に食い込む。
【００３０】
次に、図２（ｂ）に示すように、ロッド本体部２から打撃用キャップ３を回転動作により分離した後、地山から抜き取る。また、同様に、先端部４からロッド本体部２を回転動作により分離した後、地山から抜き取る。ここで、先端部４はくさび部材９の存在により、地山に残されたままであり、また、先端部４内のゴムパッキン８によって固定された固結材注入チューブ６も、地山中に残されたままである。また、地山から抜き取られたロッド本体部２及び打撃用キャップ３は再使用することが可能である。
【００３１】
ロッド本体部２の抜き取りによって形成された間隙がそのまま残るか又は押し潰されるかは、その地山の性質に左右される。地山がこの間隙を押し潰すような性質を有する場合、チューブ保護材９によって固結剤注入チューブ６の変形を防ぐことができる。これにより、固結剤注入チューブ６を介して固結材を先端部４へと確実に送り込むことができる。
なお、このチューブ保護材７は、固結剤注入チューブ６の変形を防ぎ、且つトンネル掘削機械のカッタで容易に破壊することができる材質（例えば、塩化ビニル）からなる。
【００３２】
続いて、図２（ｃ）に示すように、固結材注入チューブ６の後端部に固結材注入用アダプタ１０を嵌着し、この固結材注入用アダプタ１０より固結剤注入チューブ６を介して先端部４に固結材を送り込む。先端部４は前記固結材注入チューブ６及び噴射孔５以外は密閉を保っているため、固結材は前記先端部４の前記噴射孔５から吐出される。この際、上述した間隙が残存するような性質を有する地山であれば、この間隙への固結材の充填性が高まり、地山をより強固に固結させることができる。
【００３３】
なお、ここで使用する固結材及び固結方法は、地山の性質に応じて適宜選択することが可能であり、それによってロッド本体部２内に挿通された固結剤注入チューブ６の本数又は材質を変更したり、また固結材を噴射孔５から地山へと噴出又は浸透させることも可能である。
【００３４】
固結材注入後は、固結材注入用アダプタ１０を外した後、トンネル掘削を再開する。その際、地山には鋼製のロッド本体部２が残っていないため、トンネル掘削機械に損傷を与えることなくトンネル掘削を続けることが可能となる。
【００３５】
なお、以上の実施形態においては、固定材注入チューブ６をゴムパッキン８で固定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ゴムではなくアクリル又はプラスティック等の材質により成形されていても良い。
また、その他具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る穿孔及び固結材注入ロッドを示すもので、（ａ）が側面図、（ｂ）が軸方向断面図である。
【図２】本発明に係る穿孔及び固結材注入ロッドにおける穿孔及び固結剤注入手順を示すもので、（ａ）がくさび部材を打ち込んだ時の軸方向断面図、（ｂ）が打撃用キャップ及びロッド本体部を外した時の軸方向断面図、（ｃ）が固結材を注入している時の軸方向断面図である。
【図３】地山崩落の際に、ＳＧＰ管を堆積土砂に打ち込んだ後のＴＢＭによる掘削状況である。
【図４】従来のＳＧＰ管の側面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  穿孔及び固結材注入ロッド
２  ロッド本体部
３  打撃用キャップ
４  先端部
５  噴射孔
６  固結材注入チューブ
７  チューブ保護材
８  ゴムパッキン
９  くさび部材
１０  固結材注入用アダプタ
１１，１２  回転動作で分離可能な接続機構
１３  ピン
１４  ＳＧＰ管
１５  噴射孔
１６  ＴＢＭ
１７  カッタヘッド
１８  カッタビット
１９  ベルトコンベヤ
２０  グリッパ
２１  堆積土砂
【図１】
2006029002.tif 000003
【図２】
2006029002.tif 000004
【図３】
2006029002.tif 000005
【図４】
2006029002.tif 000006