(57)【要約】【課題】対象地盤が非常に脆弱な場合でも、確実にロックボルトを打設することが可能となる地盤補強方法を提供する。【解決手段】トンネル周囲の対象地盤の変形を抑制するためにロックボルトを打設する地盤補強方法である。  そして、ロックボルトを打設する方向に向けて注入孔１の削孔を行う工程と、注入孔に硬化後に削孔可能な充填材１１を注入する工程と、充填材が注入された領域内にロックボルト用の挿入孔２を削孔する工程と、挿入孔にロックボルト３を挿入して定着させる工程とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル周囲の対象地盤の変形を抑制するためにロックボルトを打設する地盤補強方法であって、
ロックボルトを打設する方向に向けて注入孔の削孔を行う工程と、
前記注入孔に硬化後に削孔可能な充填材を注入する工程と、
前記充填材が注入された領域内又はそれに隣接した位置にロックボルト用の挿入孔を削孔する工程と、
前記挿入孔にロックボルトを挿入して定着させる工程とを備えたことを特徴とする地盤補強方法。
【請求項２】
前記挿入孔は、前記注入孔を拡幅掘削して設けられることを特徴とする請求項１に記載の地盤補強方法。
【請求項３】
前記挿入孔は、前記注入孔の下方に略平行に設けられることを特徴とする請求項１に記載の地盤補強方法。
【請求項４】
前記注入孔及び挿入孔は、トンネルの床版から下方の地盤に向けて削孔されることを特徴とする請求項１又は２に記載の地盤補強方法。
【請求項５】
前記充填材は、ウレタン樹脂であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の地盤補強方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル周囲の対象地盤の変形を抑制するためにロックボルトを打設する地盤補強方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
操業中の鉄道トンネルにおいて、地山の強度低下などが原因で路盤部が隆起したり、覆工片が剥落したりして、鉄道の走行に支障をきたすような変状が生じる場合がある（特許文献１参照）。
【０００３】
このような地山の強度低下に対しては、変状を起す対象地盤に多くのロックボルトを打設するロックボルト補強工法が採用されることがある。特許文献１に開示されたロックボルト打設機を使用すれば、電車が通過しない深夜などの短時間の間に、効率的に多数のロックボルトを打設していくことができる。
【０００４】
地盤にロックボルトを打設する地盤補強工法は、山岳トンネルの掘削施工時においても、地質不良地山が存在する区間を安全に掘削していくために、一般的に行われている（特許文献２参照）。
【０００５】
また、特許文献３に開示されているように、先行掘削させるパイロットトンネルの周壁面からロックボルトを挿入するための孔を削孔し、その孔から最初に薬液注入を行い、同じ孔にロックボルトを挿入することで、パイロットトンネルの外周地山を補強する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２４０５１７号公報
【特許文献２】特開２００２−１８０７７８号公報
【特許文献３】特開平９−４３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら補強対象となる地山が非常に脆くなっている場合に、いきなりロックボルトの挿入が可能となるような削孔を行うと、孔壁が自立できずに崩壊して、ロックボルトが挿入できなくなる場合がある。さらには、削孔に使用された削孔ビットやロッドの回収もできなくなる場合がある。
【０００８】
そこで、本発明は、対象地盤が非常に脆弱な場合でも、確実にロックボルトを打設することが可能となる地盤補強方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の地盤補強方法は、トンネル周囲の対象地盤の変形を抑制するためにロックボルトを打設する地盤補強方法であって、ロックボルトを打設する方向に向けて注入孔の削孔を行う工程と、前記注入孔に硬化後に削孔可能な充填材を注入する工程と、前記充填材が注入された領域内又はそれに隣接した位置にロックボルト用の挿入孔を削孔する工程と、前記挿入孔にロックボルトを挿入して定着させる工程とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記挿入孔は、前記注入孔を拡幅掘削して設けることができる。また、前記挿入孔は、前記注入孔の下方に略平行に設けることもできる。さらに、前記注入孔及び挿入孔は、トンネルの床版から下方の地盤に向けて削孔されてもよい。
そして、前記充填材は、ウレタン樹脂であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
このように構成された本発明の地盤補強方法は、ロックボルトを打設する方向に向けて注入孔を削孔し、その注入孔に硬化後に削孔可能な充填材を注入しておく。そして、充填材が注入された領域内又はそれに隣接した位置にロックボルト用の挿入孔を削孔する。
【００１２】
このため、対象地盤が非常に脆弱な場合でも、充填材を注入するための注入孔であれば、削孔を行うことができる。そして、充填材が硬化することで改良された対象地盤であれば、ロックボルト用の挿入孔を削孔することが可能となり、確実にロックボルトを打設することができるようになる。
【００１３】
ここで、ロックボルト用の挿入孔を予め削孔された注入孔を拡幅掘削して設けるのであれば、効率的に削孔作業を進めることができる。また、挿入孔を注入孔の下方に略平行に設ける場合は、充填材が注入されて改良された領域が屋根のようになって、孔壁を崩壊させることなく挿入孔の削孔を行うことができるようになる。
【００１４】
また、このような地盤補強方法は、トンネルの横方向や上方向だけでなく、トンネルの床版から下方の地盤に向けて設ける場合にも適用することができる。さらに、充填材には、硬化後の削孔が容易となるウレタン樹脂を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施の形態の地盤補強方法の工程を示した説明図である。
【図２】複数のロックボルトを打設する場合の構成を説明する断面図である。
【図３】実施例１の地盤補強方法の工程を示した説明図である。
【図４】実施例２の地盤補強方法の工程を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の地盤補強方法の工程を示した説明図である。この図では、トンネルＴの構成を、右側の半断面だけ図示している。
【００１７】
このトンネルＴは、横断面がアーチ状の覆工部Ｔ２と、覆工部Ｔ２の脚部間を繋ぐ床版Ｔ１とによって内空が保護されている。覆工部Ｔ２は、無筋コンクリートなどによって構築され、床版Ｔ１は鉄筋コンクリートなどによって構築される。
【００１８】
このトンネルＴの周囲の地盤Ｇが、すべて健全な地山であれば、覆工部Ｔ２や床版Ｔ１に過剰な応力が発生せず、健全な状態を保つことができる。しかしながら延長が長いトンネルＴにおいては、すべて良好な地山を通過できることは少なく、軟弱な地山を通過する箇所もある。
【００１９】
例えば、トンネルＴの周囲の地盤Ｇに劣化領域Ｇ１などの弱層があると、地山自体のアーチ効果などが弱くなって、トンネルＴの内空を変形させるような力が作用することがある。
【００２０】
そのような外力の作用によって、例えば覆工部Ｔ２にひび割れが生じたり、床版Ｔ１にひび割れが生じたりする。また、覆工部Ｔ２が膨らんでトンネルＴ内空の建築限界を侵したり、床版Ｔ１が持ち上がって隆起したりすることもある。
【００２１】
そこで劣化領域Ｇ１を、変形を抑制する対策工が必要となる対象地盤とし、ロックボルト３を打設して変形を抑制する。図１では、２点鎖線のトンネルＴ側を劣化領域Ｇ１とし、外側を健全な状態の地盤Ｇとする。
【００２２】
ロックボルト３は、鋼棒などによって形成される棒状の引張補強材である。ロックボルト３は、地盤に穿孔された孔に挿入され、周囲に充填されるセメント系や樹脂系などの固化材３２を介して地山に固定される。
【００２３】
ロックボルト３の頭部には、例えばネジ溝が設けられ、ナットなどを支圧板に対して締め付ける定着部３１を設けることで、覆工部Ｔ２の表面や床版Ｔ１の上面に定着させる。
【００２４】
次に、本実施の形態の地盤補強方法の工程を順に説明する。
まず、図１（ａ）に示すように、覆工部Ｔ２の側壁に対して、例えば横方向に注入孔１を削孔する。この注入孔１は、後の工程で削孔される挿入孔２と同一方向となる。すなわち、注入孔１と挿入孔２とは、同心となる。
【００２５】
注入孔１は、直径が比較的小さくて済むため、地山が軟弱でも孔壁の崩壊が起き難い。また、削孔後に孔壁が剥がれたり、孔崩れが起きたりして孔壁が自立しなくても、その後の注入作業には影響を及ぼさない。
【００２６】
注入孔１は、例えば3m−6m程度の長さに削孔される。劣化領域Ｇ１の地山が非常に脆弱で、小さな直径でも削孔が難しい場合は、二重管によって孔壁を保護しながらの削孔とすることができる。この二重管は、充填材１１を注入する前までには、引き抜かれる。
【００２７】
続いて、図１（ｂ）に示すように、注入孔１を利用して充填材１１を注入する。充填材１１には、ウレタン樹脂、超微粒子セメント、水ガラスなど、硬化後にも容易に削孔可能な材料が使用される。
【００２８】
ウレタン樹脂には、例えば２液が混合すると数分で硬化する発泡性のポリウレタンなどが使用できる。発泡性ポリウレタンは、充填後、膨張するが、削孔ビットで容易に切削することができる。
【００２９】
注入は、注入孔１の孔口を注入ホースが挿し込まれたパッカー１２で塞いで、加圧ポンプなどで加圧された状態の充填材１１を注入ホースによって送り込むことで行われる。
【００３０】
注入ホースから吐出されて注入孔１に流れ込んだ充填材１１は、硬化するまでの液体状のときに注入孔１内及びその周辺の劣化領域Ｇ１の地山に浸透して広がっていく。この充填材１１が注入された範囲が注入領域となる。
【００３１】
注入された充填材１１が硬化すると、地山の物性が改善され、掘削しても孔壁崩壊などが起き難くなるという地山改良効果が得られる。そこで、図１（ｃ）に示すように、注入孔１を拡幅掘削するように挿入孔２を削孔する。
【００３２】
挿入孔２は、ロックボルト３を挿入して定着させるための孔で、それに必要な直径及び長さに削孔される。ここでは、注入孔１よりも大きな直径で、かつ長い削孔長の挿入孔２が削孔される。
【００３３】
この挿入孔２は、注入孔１と同心で削孔されるため、劣化領域Ｇ１であっても硬化した充填材１１によって孔壁崩壊が起き難い状態となっている。また、健全な地盤Ｇの範囲では、充填材１１が浸透していなくても、孔壁を崩壊させることなく削孔を続けることができる。
【００３４】
このようにして孔壁が自立した状態で形成された挿入孔２に、ロックボルト３を挿入する。挿入孔２とロックボルト３との間の隙間には、固化材３２が充填される。そして、ロックボルト３の頭部は、覆工部Ｔ２の壁面において定着部３１で固定される。
【００３５】
以上が、１本のロックボルト３を打設する工程となる。図２に示すように、複数のロックボルト３，・・・を打設する場合は、上述した工程が繰り返されることになる。
【００３６】
図２では、劣化領域Ｇ１の広がりに応じて、覆工部Ｔ２の壁面から斜め上方に向けて挿入孔２Ａが削孔されるとともに、横方向に向けて２段の挿入孔２Ｂ，２Ｃが削孔され、それぞれの挿入孔２Ａ−２Ｃにロックボルト３が打設される。
【００３７】
次に、本実施の形態の地盤補強方法の作用について説明する。
このように構成された本実施の形態の地盤補強方法は、ロックボルト３を打設する方向に向けて最初に注入孔１を削孔し、その注入孔１に硬化後に削孔可能な充填材１１を注入しておく。そして、充填材１１の注入によって地山が改良された領域に、ロックボルト用の挿入孔２を削孔する。
【００３８】
このため、補強の対象となる劣化領域Ｇ１が非常に脆弱な場合でも、充填材１１を注入するための比較的に直径の小さな注入孔１であれば、削孔を行うことができる。
【００３９】
そして、充填材１１が硬化することで改良されて安定した劣化領域Ｇ１であれば、ロックボルト用の挿入孔２を削孔することが可能となり、確実にロックボルト３を打設することができる。
【００４０】
また、打設されたロックボルト３の周囲の劣化領域Ｇ１は、注入された充填材１１によって改良されているため、固化材３２を介して充分な定着力でロックボルト３を地山と一体化させることができる。
【００４１】
そして、ロックボルト用の挿入孔２が予め削孔された注入孔１を拡幅掘削する同心の削孔であれば、削孔ビットに作用する負荷が低減され、効率的に削孔作業を進めることができる。
【００４２】
また、充填材１１の注入により水が浸透し難い状態が形成されていれば、挿入孔２の削孔時に使用される削孔水が劣化領域Ｇ１に浸透しにくく、地山を傷めることを抑えることができる。
【実施例１】
【００４３】
以下、前記実施の形態とは別の形態の地盤補強方法について、図３を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語又は同一符号を用いて説明する。
【００４４】
本実施例１の地盤補強方法では、注入孔１をロックボルト用の挿入孔４とは重ならない位置に設ける。例えば、図３（ｃ）に示すように、注入孔１より下方の地山に、注入孔１と略平行となるように挿入孔４を削孔する。
【００４５】
次に、本実施例１の地盤補強方法の工程及び作用を説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、覆工部Ｔ２の側壁に対して、例えば横方向に注入孔１を削孔する。
【００４６】
注入孔１は、例えば3m−6m程度の長さに削孔される。続いて、図３（ｂ）に示すように、注入孔１を利用して充填材１１を注入する。充填材１１には、ウレタン樹脂など、硬化後にも容易に削孔可能な材料が使用される。
【００４７】
この充填材１１が注入された範囲が注入領域となる。注入領域の充填材１１が硬化すると、地山の物性が改善され、強度が高くなる。そして、そのような補強された領域に隣接する下方の地盤であれば、天井崩落が起き難くなり挿入孔４を安定して削孔することができる。
【００４８】
挿入孔４は、ロックボルト３を挿入して定着させるために必要な直径及び長さに削孔される。そして、孔壁が自立した状態で形成された挿入孔４に、ロックボルト３を挿入する。挿入孔４とロックボルト３との間の隙間には、固化材３２が充填されて地山に一体化される。
【００４９】
このように構成された本実施例１の地盤補強方法は、ロックボルト用の挿入孔４を充填材１１が注入された注入領域に隣接する注入孔１の下方に、略平行に設ける。このため、劣化領域Ｇ１が改良された充填材１１の注入領域が屋根のようになって、孔壁を崩壊させることなく挿入孔４の削孔を行うことができる。
なお、実施例１のこの他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるため説明を省略する。
【実施例２】
【００５０】
以下、前記実施の形態及び実施例１とは別の形態の地盤補強方法について、図４を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態又は実施例１で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語又は同一符号を用いて説明する。
【００５１】
トンネルＴの周囲の地盤Ｇに弱層があると、地山自体のアーチ効果などが弱くなって、トンネルＴの内空を変形させるような力が作用することがある。そのような外力の作用によって、床版Ｔ１にひび割れが生じたり、床版Ｔ１が持ち上がって隆起したりすることもある。
【００５２】
トンネルＴが鉄道トンネルの場合、床版Ｔ１の隆起によって段差が生じると、列車動揺を引き起こす原因となる。例えば、トンネルＴの延長方向（線路方向）で局所的に地山の劣化領域Ｇ２があった場合、10m−20m程度の隆起区間だけで床版Ｔ１の隆起に伴う軌道変位が発生することがある。
【００５３】
このような局所的な隆起は列車動揺につながるため、劣化領域Ｇ２を対象地盤として、床版Ｔ１から下向きにロックボルト７，・・・を打設して変形を抑制する対策工を施す。
【００５４】
次に、本実施例２の地盤補強方法の工程及び作用を説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、床版Ｔ１の上面から、例えば真下に向けて注入孔５を削孔する。この注入孔５は、後の工程で削孔される挿入孔６と同一方向となる。すなわち、注入孔５と挿入孔６は、同心となる。
【００５５】
注入孔５は、トンネルＴの幅方向に間隔を置いて複数、削孔される。注入孔５の削孔時に崩壊が起きても、その後の注入作業には影響を及ぼさない。また、注入孔５が下向きの鉛直方向に延びていれば、崩れた孔壁は健全な地盤Ｇの領域にある注入孔５の孔底に溜まるだけなので、劣化領域Ｇ２の改良に影響を与えることはない。
【００５６】
続いて、図４（ｂ）に示すように、注入孔５の孔口を注入ホースが挿し込まれたパッカー５２で塞いで、加圧ポンプなどで加圧された状態の充填材５１を注入孔５に注入する。
【００５７】
注入ホースから吐出されて注入孔５に流れ込んだ充填材５１は、硬化するまでの液体状のときに注入孔５内及びその周辺の劣化領域Ｇ２の地山に浸透して広がっていく。この充填材５１が注入された範囲が注入領域となる。
【００５８】
注入された充填材５１が硬化すると、地山の物性が改善され、掘削しても孔壁崩壊などが起き難くい地山改良領域となる。そこで、図４（ｃ）に示すように、注入孔５を拡幅掘削するように挿入孔６を削孔する。
【００５９】
挿入孔６は、ロックボルト７を挿入して定着させるための孔で、それに必要な直径及び長さに削孔される。ここでは、注入孔５よりも大きな直径で、かつ長い削孔長の挿入孔６が削孔される。
【００６０】
この挿入孔６は、注入孔５と同心で削孔されるため、劣化領域Ｇ２であっても硬化した充填材５１によって孔壁崩壊が起き難い状態となっている。また、健全な地盤Ｇの範囲では、充填材５１が浸透していなくても、孔壁を崩壊させることなく削孔を続けることができる。
【００６１】
このようにして孔壁が自立した状態で形成された挿入孔６に、ロックボルト７を挿入する。挿入孔６とロックボルト７との間の隙間には、固化材７２が充填される。そして、ロックボルト７の頭部は、床版Ｔ１の上面において定着部７１で固定される。
【００６２】
このように構成された本実施例２の地盤補強方法は、トンネルＴの床版Ｔ１から下方の劣化領域Ｇ２のある地山に適用される。ロックボルト７による補強対策であれば、各工程を連続して行わなくてもよく、小規模な機材で施工できるため、列車間合いなどの短い時間でも実施が可能になる。
なお、実施例２のこの他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるため説明を省略する。
【００６３】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態及び実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態及び実施例１，２に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【００６４】
例えば、前記実施の形態及び実施例１，２では、覆工部Ｔ２の側壁部分と床版Ｔ１の変形を抑えるための地盤補強方法について説明したが、これに限定されるものではなく、覆工部Ｔ２の天井部分のはらみ出しを抑えるために、ロックボルを上向きに地山に埋設させる天端の変形抑制などにも適用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
Ｔ              トンネル
１              注入孔
１１            充填材
２，２Ａ−２Ｃ  挿入孔
３              ロックボルト
４              挿入孔
５              注入孔
５１            充填材
６              挿入孔
７              ロックボルト
Ｇ              地盤
Ｇ１            劣化領域（対象地盤）
Ｇ２            劣化領域（対象地盤）
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】
2018145709.tif 000006