(57)【要約】【課題】例えばトンネル掘削時に切羽前方地山を補強するいわゆる先受け工や鏡部補強工などの地山補強工法およびそれに用いる下孔形成用ビットに係り、固結材のリークを防止して地山を簡単・確実に補強できるようにする。【解決手段】補強管１を打設するための削孔径と略同等の径を有する第１穿孔部ｈ１と、その第１穿孔部ｈ１よりも大径で、それと同心状の第２穿孔部ｈ２とを有する段付き下孔ｈを地山に形成した後、上記第１穿孔部ｈ１を延長するようにして該第１穿孔部と略同径の削孔Ｈを施すと同時に該削孔Ｈ内に補強管１を打設し、その補強管１の後端部外周と上記第２穿孔部ｈ２の内面との間にシール手段２０を介在させた後、上記補強管１を介して該補強管１内およびその周囲の地山内に固結材を充填して地山を補強することを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
補強管を打設するための削孔径と略同等の径を有する第１穿孔部と、その第１穿孔部よりも大径で、それと同心状の第２穿孔部とを有する段付き下孔を地山に形成した後、上記第１穿孔部を延長するようにして該第１穿孔部と略同径の削孔を施すと同時に該削孔内に補強管を打設し、その補強管の後端部外周と上記第２穿孔部の内面との間にシール手段を介在させた後、上記補強管を介して該補強管内およびその周囲の地山内に固結材を充填して地山を補強することを特徴とする地山補強工法。
【請求項２】
上記シール手段として、水と反応して膨らむ水膨張性粉体を中空筒状の袋体内に収容してなるパッカーを用いたことを特徴とする請求項１に記載の地山補強工法。
【請求項３】
上記パッカーを前記補強管よりも大径のガイド筒体外周面に嵌めた状態で、前記補強管の下孔側の端部と前記第２穿孔部の内面との間に挿入したのち上記ガイド筒体を引き抜き除去するよにした請求項２に記載の地山補強工法。
【請求項４】
前記伸縮性袋体が、通水性材料からなる請求項２または３に記載の地山補強工法。
【請求項５】
前記請求項１に記載の段付き下孔を形成するための下孔形成用ビットであって、前記第１穿孔部を形成するための第１ビット部と、前記第２穿孔部を形成するための第２ビット部とを連続的かつ同心状に一体に設けたことを特徴とする下孔形成用ビット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばトンネル掘削時に切羽前方地山を補強するいわゆる先受け工や鏡部補強工などの地山補強工法、特に地山内に二重管削孔方式等により打設した補強管を介して該補強管内およびその周囲の地山内に固結材を充填して地山を補強する地山補強工法およびそれに用いる下孔形成用ビットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば図８および図９に示すようなトンネルＴの掘削時に切羽ｆの前方地山Ｇを補強する先受け工Ａや鏡部補強工Ｂなどの地山補強工法において、いわゆる二重管削孔方式等により削孔と同時に該削孔内に周面に多数の貫通小穴を有する補強管を打設し、その補強管を介してその周囲の地山内に固結材ｇを充填して地山を補強するものは知られている（下記特許文献１参照）。
【０００３】
図１０は上記のような地山補強工法において補強管を打設するまでの具体的なプロセスの一例を示すもので、先ず、同図（ａ）のように補強管を打設すべき切羽ｆの所定位置から前方地山Ｇに向かって補強管よりも大径の下孔ｈを深さ約３００ｍｍ程度穿孔する。次いで、その下孔ｈから二重管削孔方式等により削孔Ｈを施すと同時に該削孔内に補強管を打設するもので、図の場合は同図（ｂ）のように周面に多数の貫通小穴１ａを有する補強管１の先端にケーシングシュー２等を介して削孔ビット３を回転可能に設けると共に、上記補強管１内に挿入した削孔ロッド４の先端部をビットアダプタ５を介して上記削孔ビット３に係合させた状態で、上記削孔ロッド４とともに削孔ビット３を回転させる。
【０００４】
それによって、上記地山Ｇ内に削孔Ｈを施すと同時に該削孔Ｈ内に補強管１を打設して行くもので、その際、上記削孔ロッド４と補強管１とは、通常それぞれ所定の長さに形成したものをカプラ等で順次継ぎ足していく。そして所定深さまで削孔し、かつ該削孔Ｈ内に所定長さの補強管１を引き込んで打設したところで、上記削孔ロッド４およびビットアダプタ５は引き抜き回収し、補強管１と削孔ビット３は削孔Ｈ内に残留させる。
【０００５】
次いで、上記補強管１内の空間を利用して該補強管内およびその周面の地山内に固結材を注入して充填するもので、その注入方式としては、例えば図１１（ａ）に示すようなステップ注入方式と、同図（ｂ）に示すような同時注入方式等がある。即ち、図１１（ａ）は補強管１内をパッカー６等により複数個に室に仕切って、その各室に注入ホース７等を介して固結材を順にステップ注入するもので、特に図の場合は上記パッカー６にパッカー注入ホース９から薬液を注入することによって、上記パッカー６の長手方向両端を膨らませて補強管１の内面に密着させると共に、上記パッカー６の真ん中から薬液を補強管１の外側にもある程度吐出させて補強管１内外に仕切りを形成した後、上記注入ホース７から固結材を注入することによって、上記パッカー６によって仕切られた複数個の室ごとに補強管１内およびその周囲の地山内に固結材を注入充填する構成である。図中、１０は排気ホースである。
【０００６】
また図１１（ｂ）は補強管１内に長さの異なる複数本の注入ホース１１ａ〜１１ｃを設け、その各注入ホース１１ａ〜１１ｃから上記補強管１内に同時に固結材を注入して該補強管内およびその周囲の地山内に固結材を充填するようにしたもので、特に図の場合は各注入ホース１１ａ〜１１ｃの出口側の端部にスタティックミキサ１２を設けると共に、補強管１内のほぼ全長にわたって設けた多孔インサート管１３を介して補強管１内にウレタン系の固結材を注入する構成である。
【０００７】
ところで、上記のような地山補強工法において固結材の注入時に問題となるのは、補強管１の口元側、すなわち削孔Ｈの開口側のシールが不完全であると、固結材が切羽側へ流出（リーク）してしまうことである。そこで、上記図１１（ａ）および（ｂ）においては補強管１の端部は、同図（ａ）においてはキャップ１４で、同図（ｂ）においては管内コーキング材１５でそれぞれ閉塞し、削孔Ｈの開口側端部のシール手段としては同図（ａ）および（ｂ）のいずれも下孔ｈと補強管１との間に口元コーキング材１６を充填して閉塞している。
【０００８】
また下記特許文献２においては、上記の問題を解消するために、補強管の口元部位の所定長分を多孔管で構成しておき、先ず、そこから固結材を積極的に漏出させることによって口元部位の周囲の地山内に隔壁となるバルクヘッドを形成し、その後、孔奥側の注入を行うようにした工法が提案されている。
【０００９】
しかし、上記いずれの場合にも、補強管をトンネル切羽周縁部や鏡面から前方または斜め前方に打設する場合には、前記図８および図１２（ａ）に示すようにドリルジャンボＪのガイドセルＪ１に補強管１を支持させて、水平方向あるいは斜め上方に向けて削孔Ｈを施すと同時に該削孔内への補強管１の打設を行うことになる。そのため、どうしても図１２（ｂ）および（ｃ）のように下孔の下端位置に補強管の下端位置が合うような方向で下孔の芯と補強管の芯とがずれて削孔および補強管の打設がなされてしまう。
【００１０】
例えば前記図８および図１２（ａ）のような先受け工Ａにおいて、斜め方向に削孔して補強管を打設する場合には、建て込み済の支保工ｓをガイドにして、削孔の位置決めをするが、それでも、上記のような補強管１は、その径が１００ｍｍ前後で長さ３ｍ程度のものをスリーブ状のカプラ１７等で何本か接続して延長していくため、つまり、径に対してかなり長尺の管の先端で芯合わせをするため、どうしても、補強管がその自重によって下孔の下部内周面側にずれ落ちた状態で打設されてしまう。
【００１１】
その結果、図１２（ｂ）および（ｃ）に示すように補強管が下孔の下側に片寄ってしまい補強管の周りにコーキング材等のシール材を詰めることが困難もしくは不可能となる。一方、補強管の上側は、下孔との間が広く開くので、シール材が詰め易いが、多量に詰めなければならない。そのため、シール作業が煩雑かつ面倒で、しかも必ずしも充分にシールできなので、例えば特許文献１においては補強管と削孔との間に流入した固結材がリークするおそれがあり、特許文献２においてはバルクヘット形成用の固結材がリークするおそれがある。
【００１２】
【特許文献１】特開２０００−３４８８２号公報
【特許文献２】特開２００１−３２９７７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上記の問題点に鑑みて提案されたもので、地山内に二重管削孔方式等によって打設した補強管を介して該補強管内およびその周囲の地山内に固結材を充填して地山を補強する際に、上記固結材のリークを防止して地山を簡単・確実に補強することのできる地山補強工法およびそれに適する下孔形成用ビット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】
【００１４】
上記の目的を達成するために本発明による地山補強工法およびそれに用いる下孔形成用ビットは、以下の構成としたものである。すなわち、本発明による地山補強工法は、補強管を打設するための削孔径と略同等の径を有する第１穿孔部と、その第１穿孔部よりも大径で、それと同心状の第２穿孔部とを有する段付き下孔を地山に形成した後、上記第１穿孔部を延長するようにして該第１穿孔部と略同径の削孔を施すと同時に該削孔内に補強管を打設し、その補強管の後端部外周と上記第２穿孔部の内面との間にシール手段を介在させた後、上記補強管を介して該補強管内およびその周囲の地山内に固結材を充填して地山を補強することを特徴とする。また本発明による下孔形成用ビットは、上記のような地山補強工法に用いる下孔形成用ビットであって、上記第１穿孔部を形成するための第１ビット部と、上記第２穿孔部を形成するための第２ビット部とを連続的かつ同心状に一体に設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
上記のように下孔形成時に、通常の下孔（第２穿孔部）に連続させて、打設する補強管の径に対応した第１穿孔部を形成しておく、その際、下孔形成用ビットとして前記のような、段付きビットを使用すると、段付き下孔を１回の工程で効率よく形成することができる。また上記のようにして形成した第１穿孔部に補強管を挿し込む形で、二重管削孔および補強管の打設作業を行うことにより、下孔の芯と補強管の芯を合わせた形で正確に打設することができる。又それによって、下孔の第２穿孔部におけるシール手段を介在すべき領域を補強管の周囲に正確に環状に形成することができる。その結果、口元部位における補強管周囲のシール作業を簡単かつ確実なものにすることができ、シール作業に手間どらない。またそれによって、固結材の口元部位から切羽側へのリークを確実に阻止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明による地山補強工法を、図に示す実施形態に基づいて具体的に説明する。図１および図２は本発明による地山補強工法の一実施形態を示すプロセス説明図であり、先ず、図１（ａ）に示すように補強すべき地山Ｇに下孔形成用ビットｂで下孔ｈを形成する。その下孔形成用ビットｂには、図示例においては図１（ａ）および図３に示すように第１穿孔部ｈ１を形成する第１ビット部ｂ１と、その第１穿孔部ｈ１よりも大径でそれと同心状の第２穿孔部ｈ２を形成する第２ビット部ｂ２とが設けられている。
【００１７】
上記第１穿孔部ｈ１およびそれを形成する第１ビット部ｂ１の径ｄ１は、後述する補強管１の径Ｄと略同等もしくはそれよりもやや大径に形成され、その補強管１を打設するための削孔Ｈの径と略同等に形成されている。図中、ｂ３は上記第１ビット部ｂ１に先行してそれよりも小径のガイド孔ｈ３を穿孔するためのガイドビット、ｂ０は上記ビットｂの取付基部であり、その取付基部ｂ０に図１（ａ）に示すような穿孔用ロッド１８等を継手１８ａ等で連結し、上記穿孔用ロッド１８を所定の速度で回転させることによって第１穿孔部ｈ１と第２穿孔部ｈ２とを有する下孔ｈを形成するものである。
【００１８】
上記のようにして同心状の第１穿孔部ｈ１と第２穿孔部ｈ２とを有する下孔ｈを形成した後は、図１（ｂ）に示すように上記第１穿孔部ｈ１を延長するようにして削孔ビット３等により同図（ｃ）のように第１穿孔部ｈ１と略同径の削孔Ｈを施すもので、それによって上記削孔Ｈを上記第１穿孔部ｈ１および第２穿孔部ｈ２と同心状に精度よく形成することができる。
【００１９】
なお上記削孔ビット３は、本実施形態においては前記従来例と同様に補強管１の先端部にケーシングシュー２を介して回転自由に設けられ、補強管１内に挿入した削孔ロッド４によりビットアダプタ５を介して回転させる構成である。その削孔ビット３による必要に応じて打撃を伴う回転動作で削孔Ｈを施すと同時に、上記削孔ロッド４の削孔内への挿入動作で上記ビットアダプタ５と削孔ビット３およびケーシングシュー２を介して上記補強管１が削孔内に引き込まれる形で打設されていく。
【００２０】
また上記補強管１としては例えば図４に示すように周面に所定のピッチで多数の貫通小穴１ａが形成された外径（直径）約１００ｍｍ程度の鋼管または高強度塩化ビニール管もしくはＦＲＰ管などが用いられる。また上記補強管１と削孔ロッド４は、それぞれ必要に応じて順次継ぎ足しながら削孔Ｈ内に挿入して行くもので、その場合の継ぎ足し方法は適宜であるが、例えば図４に示すように筒状のカプラ１７等を介して継ぎ足す、あるいは接続すべき端部に雌雄のねじ部を形成して互いにねじ込み嵌合させたり、接着剤や溶接を併用することもできる。
【００２１】
上記のようにして所定の深さの削孔Ｈを施すと同時に該削孔Ｈ内に所定長さの補強管１を順次図１（ｄ）のように打設したところで、上記削孔ロッド４を逆転する等してビットアダプタ５と削孔ビット３との係合を解除した後、上記削孔ロッド４とともにビットアダプタ５を補強管１内から引き抜き回収し、削孔ビット３と補強管１とは上記削孔Ｈ内に残留させる。なお上記補強管１内から引き抜き回収した削孔ロッド４とビットアダプタ５は繰り返し使用することができる。
【００２２】
なお、上記削孔ビット３等の構成は、上記に限らず適宜変更可能であり、例えば補強管１の先端にリングビット等の使い捨てビットを装着し、削孔ロッド４の先端に上記使い捨てビットに係合するセンタービット等の回収ビットを装着した構成でもよく、あるいは削孔時には補強管１の外径と同等もしくはそれよりも僅かに大きく拡開可能な、いわゆる拡開ビットを削孔ロッドの先端部に装着して削孔時には補強管先端から前方に突出させて削孔しながら補強管を打設し、補強管を打設した後は上記拡開ビットを縮径して引き抜き回収するようにしたものでもよい。
【００２３】
また図示例は削孔ロッド４の削孔Ｈ内への挿入動作に連動して補強管を削孔内に引き込む形で打設するようにしたが、例えば削孔ロッド４の挿入動作とは独立に若しくはそれと同時に補強管の後端部を削孔内に押し込む又は叩き込むようにして前記削孔Ｈ内に打設してもよい。
【００２４】
次に、前記図１（ｄ）のように削孔Ｈ内に所定長さの補強管１を打設したところで、該削孔Ｈの口元部（開口部）を適宜のシール手段２０でシールするもので、そのシール手段２０として本実施形態においては図２（ａ）に示すようなドーナツ状のパッカー２１を用いるようにしたものである。そのパッカー２１は、図の場合は図５〜図７に示すように中空筒状の伸縮性袋体２１ａ内に、水と反応して膨らむ水膨張性粉体２２を収容した構成であり、その水膨張性粉体２２として本実施形態においてはポリアクリル酸ナトリウム等の吸水性ポリマー２２ａにセメント２２ｂ等の水硬化性の固結材を混合したものが用いられている。図中、２３は上記パッカー２１内に水を注入するための注水パイプである。
【００２５】
上記パッカー２１は図２（ｂ）に示すように前記第２穿孔部ｈ２と補強管１との間に挿入するもので、その際、例えば図２（ａ）および図５に示すように補強管１よりも僅かに大径のガイド筒体２４の外周面に、上記パッカー２１を嵌めた状態で、図２（ｂ）のように補強管１の端部外周に挿入したのち、同図（ｃ）のように上記ガイド筒体２４を引き抜き除去すれば補強管１の外周面に上記パッカー２１を容易に装着することができる。又この場合、パッカー２１の袋体２１ａを伸縮性を有する材料で形成すると共に、水膨張性粉体を収容した状態における内径を補強管１の外径よりも小さく形成しておけば、上記パッカー２１をガイド筒体２４や補強管１の外周面に嵌めたとき、上記伸縮性袋体２１ａの収縮で上記ガイド筒体２４や補強管１の外周面に密着保持させることができる。
【００２６】
上記のようにして第２穿孔部ｈ２と補強管１との間の補強管外周面にパッカー２１を装着した後は、図２（ｄ）のように注水パイプ２３からパッカー２１内に水を注入して水膨張性粉体２２を膨張させればよく、図示例においては上記パッカー２１内に注入された水は、図７に示す水膨張性粉体２２の吸水性ポリマー２２ａに吸収されて該ポリマー２２ａ等が同図（ａ）の状態から同図（ｂ）のように膨張する。それによって図２（ｄ）のように筒状のパッカー２１の内外両面が補強管１の後端部外周面と第２穿孔部ｈ２の内面とに密着して補強管１と下孔ｈとの隙間が閉塞される。その後、実施形態においては上記吸水性ポリマー２２ａで吸収された水は、パッカー２１内のセメント２２ｂに徐々に吸収されて該セメントの水和反応で次第に硬化し、上記パッカー２１が膨張して硬化した状態に保持される。
【００２７】
以後は前記従来例と同様に補強管１の口元側の端部を前記図１１（ａ）のようなキャップ１４や同図（ｂ）のような管内コーキング材１５等で閉塞すると共に、同図（ａ）のようなステップ注入方式や、同図（ｂ）のような同時注入方式等によって上記補強管１内およびその周囲の地山内に固結材を注入充填して補強すればよい。
【００２８】
上記のように本発明においては、第１穿孔部ｈ１とそれよりも大径でそれと同心状の第２穿孔部ｈ２とを有する下孔ｈを形成した後、上記第１穿孔部ｈ１を延長するようにして削孔Ｈを施すと同時に該削孔Ｈ内に補強管１を打設したことによって、該補強管１の後端部外周面と第２穿孔部ｈ２との間には、シール手段を介在すべき領域が正確に環状に形成されるので、ここにシール手段２０を簡単・確実に介在させることができる。
【００２９】
特に、シール手段２０として上記実施形態のような水膨張性粉体２２を収容したドーナツ状のパッカー２１を介在させる場合には、補強管１と第２穿孔部ｈ２との間隔に偏りやバラツキがなく正確に環状に形成されるので、装填が容易であり、簡単・確実にシールすることができる。また上記水膨張性粉体２２として前記実施形態のように吸水性ポリマー２２ａとセメント２２ｂとを用いると、吸水性ポリマー２２ａの吸水時の膨張作用と、その後のセメント２２ｂの水和反応による硬化作用で安定かつより一層確実にシールすることができるものである。
【００３０】
なお、上記パッカー２１の伸縮性袋体２１ａを通水性材料で構成すれば、地山内から浸透してきた湧水等で上記パッカー内の吸水性ポリマー２２ａ等の水膨張性粉体２２を膨張させながら一次的に湧水を止め、その後セメント２２ｂの硬化によって補強管口元部位を確実にシールすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上のように本発明による地山補強工法およびそれに用いる下孔形成用ビットは上記の構成であるから、例えばトンネル掘削時に切羽前方地山を補強するいわゆる先受け工や鏡部補強工などに良好に適用できると共に、上記以外にも地盤の補強やその他の地山補強工法にも有効に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明による地山補強工法の一実施形態を示す補強管打設工程までのプロセス説明図。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は上記実施形態における口元シール工程のプロセス説明図。
【図３】下孔形成用ビットの一例を示す説明図。
【図４】補強管およびその接続用カプラの一例を示す説明図。
【図５】シール部材としてのパッカーの一例を示す縦断面図。
【図６】（ａ）および（ｂ）は上記パッカーの膨張前および膨張後の斜視図。
【図７】（ａ）および（ｂ）は水膨張性粉体の膨張前および膨張後の模式図。
【図８】従来の地山補強工法の一例を示す縦断面図。
【図９】上記従来の地山補強工法の横断面図。
【図１０】（ａ）〜（ｂ）は従来の地山補強工法における補強管打設工程までのプロセス説明図。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は従来の地山補強工法における固結材注入工程の説明図。
【図１２】（ａ）は従来の地山補強工法における削孔状態の説明図、（ｂ）はその一部の拡大図、（ｃ）はその正面図。
【符号の説明】
【００３３】
Ａ  先受け工
Ｂ  鏡部補強工
Ｇ  地山
Ｈ  削孔
ｆ  切羽
ｇ  固結材
ｈ  下孔  
１  補強管
２  ケーシングシュー
３  削孔ビット
４  削孔ロッド
５  ビットアダプタ
２０  シール手段
２１  パッカー
２１ａ  伸縮性袋体
２２  水膨張性粉体
２２ａ  吸水性ポリマー
２２ｂ  セメント
２３  注水パイプ
２４  ガイド筒体
【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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