(57)【要約】【課題】安価に高い地山補強効果を得ることができる先受け鋼管を得る。【解決手段】トンネル掘削に先行して、トンネル切羽外周の地山内に先受け鋼管６を打設した後、注入材を鋼管内を通して地山に浸透固化させ、トンネル周辺地山を補強改良する長尺先受け工法に用いる先受け鋼管である。先受け鋼管６は、不連続格子模様の溝を刻んだロールを通す熱間圧延により、表面に、規則的に配列されて不連続格子模様をなす多数の突条態様の突起部を形成した縞鋼板を素材として電縫管製造設備で製造された鋼管である。先受け鋼管６の外面の突起部が地山に対する摩擦力を大にし、地山補強効果が向上する。縞鋼板で製造した電縫管なので、安いコストで突起部を有する鋼管（縞鋼板製鋼管）が得られる。また、突起部の存在で注入材が先受け鋼管の外面に行き渡り易く注入材と先受け鋼管の外面との付着強度が大きくなる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル掘削に先行して、トンネル切羽外周の地山内に、複数の注入材流出孔をあけた鋼管をトンネル軸方向やや外方に向けて打設した後、注入材を鋼管内を通して地山に浸透固化させ、トンネル周辺地山を補強改良する長尺先受け工法に用いる先受け鋼管であって、
不連続格子模様の溝を刻んだロールを通す熱間圧延により、表面に、規則的に配列されて不連続格子模様をなす多数の突条態様の突起部を形成した縞鋼板を素材として電縫管製造設備により製造されたことを特徴とする長尺先受け工法用の先受け鋼管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、トンネル掘削に先行して、トンネル切羽外周の地山への鋼管打設と注入材注入とで、トンネル周辺地山を補強改良する長尺先受け工法に用いる長尺先受け工法用の先受け鋼管に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル掘削に先行して、トンネル切羽外周の地山内に、鋼管をトンネル軸方向やや外方に向けて打設した後、注入材を鋼管内に通じて地山に浸透固化させ、トンネル周辺地山を補強改良する長尺先受け工法は、ＡＧＦ工法とも呼ばれ、主として地質条件の悪い地盤でトンネルを掘削する際に採用されている（特許文献２、３、４、その他多数）。
【０００３】
この長尺先受け工法では、打設された先受け鋼管の剛性と、地山に注入された注入材による地質改善とで、トンネル周辺地山が補強され、切羽天端の崩落防止及び地山の緩み防止が図られる。
従来の長尺先受け工法では先受け鋼管として通常、汎用鋼管すなわち表面に酸化皮膜の残る熱延鋼板からなるいわゆる黒皮鋼管が用いられている。
【０００４】
一方、特許文献１に記載された長尺先受け工法では、黒皮付き鋼管からなる先受け鋼管は、地山に打設後に先受け鋼管に設けた貫通孔を介してセメント系又は樹脂系の注入材を地山に浸透固化させても、固化した注入材と先受け鋼管の外面との付着強度が小さいため、トンネル掘削中に振動等により地山が鋼管と鋼管の間から抜け落ち易い問題点があった（段落番号[０００７]）、ということから、ショットブラストにより鋼管表面の酸化皮膜を除去し、表面粗さをＲｙ５５μｍ（最大高さが５５μｍ）以上とした鋼管を用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２５５５８２
【特許文献２】特開２００３−０１５５８８８
【特許文献３】特開２００６−１７６９８８
【特許文献４】特開平８−６０９７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
先受け鋼管として一般的な黒皮鋼管を用いる特許文献２〜４やその他従来の一般的な長尺先受け工法では、特許文献１にも記載している通り、注入材と先受け鋼管の外面との付着強度が小さく、地山の補強効果が十分に発揮されないと言える。
【０００７】
これに対して特許文献１のショットブラストを外面に施した先受け鋼管では、注入材と先受け鋼管の外面との付着強度が、黒皮鋼管を用いる場合と比べて約５〜６倍増大するという試験結果を得ている（段落番号[００３４]）。
特許文献１では、このように高い付着強度が得られる原因として、表面の凹凸面が酸化皮膜を除去した面に形成されているため注入材との親和性（付着性）が特に高まったものと考えられる、としている。
【０００８】
特許文献１の先受け鋼管によれば、注入材と先受け鋼管外面との親和性による付着強度の向上により、黒皮鋼管を用いる場合と比べると地山補強効果が改善されるにしても、必ずしも十分な地山補強効果が得られるとは言い難いと思われる。すなわち、鋼管外面にショットブラスト処理を施してＲｙ５５μｍ〜Ｒｙ１００μｍなどの凹凸を形成する先受け鋼管では、凹凸の高さ（ないし深さ）が低く、浸透した注入材で改良された地山に対する摩擦力を増大させる作用は低く、地山補強効果はそれほど大きくないと言える。
なお、凹凸の高さを高くすれば、浸透した注入材で改良された地山に対する摩擦力が増すと考えられるが、ショットブラストでは十分高い凹凸は得られないし、その他の方法で鋼管の表面に高い凹凸を形成するのは簡単ではなく、コストも高くなる。
また、ショットブラストによる凹凸は、小さな凹凸が密集している粗面なので、全体として平滑な面に近く、先受け鋼管の表面が地山に密着する態様となり、鋼管に設けた貫通孔から流出した注入材が鋼管の表面全体にスムーズには行き渡らず、結果として注入材と先受け鋼管の外面との付着強度を増大させる効果があまり高くないと考えられる。
【０００９】
本発明は上記従来の欠点を解消するためになされたもので、地山に対する摩擦力を増大させ安いコストで高い地山補強効果を得ることができる長尺先受け工法用の先受け鋼管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】
【００１０】
上記課題を解決する本発明は、トンネル掘削に先行して、トンネル切羽外周の地山内に、複数の注入材流出孔をあけた鋼管をトンネル軸方向やや外方に向けて打設した後、注入材を鋼管内を通して地山に浸透固化させ、トンネル周辺地山を補強改良する長尺先受け工法に用いる先受け鋼管であって、
不連続格子模様の溝を刻んだロールを通す熱間圧延により、表面に、規則的に配列されて不連続格子模様をなす多数の突条態様の突起部を形成した縞鋼板を素材として電縫管製造設備により製造された縞鋼板製鋼管であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の長尺先受け工法用の先受け鋼管は、縞鋼板からなる鋼管なので、地山に打設した状態では、外周面の突起部の存在が地山に対する摩擦力を大にし、先受け鋼管による地山補強効果を向上させることができる。市販の縞鋼板の外周面の突起部は、高さが１ｍｍ以上あり、前記の通り、外周面の突起部の存在が地山に対する摩擦力を適度に大きくする。また、その突起部は、小さな円形断面などのような局所的な突起部でなく、例えば幅が５〜６ｍｍ程度ありかつ長さが２８ｍｍ〜４０ｍｍなどの長さのある突条であり、地山に対する摩擦力を適度に大きくするために適切である。
また、表面の平滑な通常の鋼管に縞鋼板の突起部のような高い突起部を形成することは容易でなく、コストが高くなるが、縞鋼板を素材として電縫管製造設備で鋼管を製造すれば、通常の熱延鋼板を素材として電縫鋼管製造設備で鋼管を製造する場合の製造コストと大差ないコストで、表面に十分高い突起部を有する鋼管（縞鋼板製鋼管）を製造することができる。
また、縞鋼板製鋼管の突起部は、ショットブラストによる凹凸のように突起部が密集しているのでなく、十分に間隔をあけて形成されているので、縞鋼板製鋼管による先受け鋼管を地山に打設した時、先受け鋼管の外面の突起部のない平滑部分については、地山との間に隙間があるか乃至少なくとも地山に強くは密着しない状態となっており、したがって、鋼管に設けた注入材流出孔から地山に流出した注入材が鋼管の表面全体に行き渡り易く、注入材と先受け鋼管の外面との付着強度を十分大きくすることができる。
上記のことから、先受け鋼管の地山に対する摩擦力を確保することができ、先受け鋼管による地山補強効果が増大する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の先受け鋼管が適用される長尺先受け工法の一例を説明する図である。
【図２】図１のトンネルの断面図である（但し掘削装置は不図示）。
【図３】本発明の一実施例の先受け鋼管を簡略化して示した図である。
【図４】図３の先受け鋼管の詳細図である。
【図５】（イ）は図４の先受け鋼管の一部の拡大図、（ロ）は（イ）の断面図である。
【図６】先受け鋼管の管表面の突起部の配列パターンが図５とは異なる例を示すもので、（イ）、（ロ）はいずれも先受け鋼管の一部の拡大図である。
【図７】図５の先受け鋼管の製造に用いる縞鋼板の一部分の平面図である。
【図８】図６（イ）の先受け鋼管の製造に用いる縞鋼板の一部分の平面図である。
【図９】図６（ロ）の先受け鋼管の製造に用いる縞鋼板の一部分の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施した長尺先受け工法用の先受け鋼管について、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は本発明の先受け鋼管が適用される長尺先受け工法の一例を説明する図、図２は図１のＡ−Ａ断面を示す。
長尺先受け工法は、主として地質条件の悪い地盤でトンネルを掘削する際に採用されている工法であり、トンネル掘削に先行して、トンネル切羽外周の地山内に、複数の注入材流出孔をあけた鋼管をトンネル軸方向やや外方に向けて打設した後、注入材を鋼管内を通して地山に浸透固化させ、トンネル周辺地山を補強改良する工法である。
同図において、１は掘削切羽、２は穿孔装置（油圧ジャンボなど）を示す。穿孔装置２は、油圧による打撃機構と回転機構とを有するドリフタ５、及びこのドリフタ５を送り駆動して推進力を与える推進機構を備えている。ドリフタ５は、穿孔装置２のブーム３に設けたガイドセル４に設けられている。先受け鋼管６はこのドフフタ５により打設される。
図３、図４に示すように、ドリフタ５の駆動軸５ａに、先受け鋼管６内を通されている削孔ロッド７の後端部がカップリング８を介して連結されている。この削孔ロッド７の先端に図示例では拡縮式の削孔ビッド９が取り付けられている。ドリフタ５の駆動軸５ａで削孔ロッド７に打撃と回転力を与え、かつドリフタ５が送り駆動されることで削孔ロッド７に推進力を与え、先端の削孔ビッド９で削孔する。
先受け鋼管６には、カップリング８及びアダプタ１０を介して駆動軸５ａの打撃力及び推進が伝達される。アダプタ１０は、模式的に示したが、駆動軸５ａ・カップリンング８の回転は先受け鋼管６に伝達されないが打撃力及び推進は伝達されるように介在させた部材である。
ドリフタ５を駆動しながら前進させると、打撃と回転力と推進力が削孔ロッド７を介して削孔ビット６に伝達され、トンネル切羽外周の地山がトンネル軸方向やや外方に向かって削孔されると同時に、その削孔された孔に、打撃及び推進力を受けた先受け鋼管６が打設される。
先受け鋼管６は、３ｍ程度の長さのものを例えば３本継ぎ足しながら打設する。すなわち、始めにドリフタ５で先端管６１を打設し、次いで、先端管６１の後端に中間管６２を継ぎ足して打設し、さらに、中間管６２に後端に端末管６３を継ぎ足して打設する。その際、削孔ロッド７も同時に継ぎ足していく。
なお、図示では先受け鋼管６を打設する箇所でトンネル断面を拡径している。これは、トンネル断面を拡径しないで先受け鋼管６を打設すると、末端管６３の後端はトンネル側に突出することなり、末端管６３のこの突出した後端部が、切羽前方の掘削領域（トンネル空間となる領域）に残ってしまうので、それを回避するためである。但し、トンネル断面を拡径しないでトンネル掘削をする無拡径方式を採用する場合は、詳細説明は省略するが、端末管として、撤去可能な構造（スリット付き鋼管、例えば破砕、切断が可能な樹脂管）とする。
先受け鋼管６の全体（継ぎ足した先端管６１と中間管６２と端末管６３の全体）の打設が完了した後、削孔ビッド９を縮径し削孔ロッド７とともに先受け鋼管６から引き抜く。
次いで、セメント系や樹脂系などの注入材を先受け鋼管６内に送り込み、先受け鋼管６に設けた複数の注入材流出孔から流出させて、注入材を地山に注入、浸透させる。
こうして、打設された先受け鋼管の剛性と、地山に注入された注入材による地質改善とで、トンネル周辺地山が補強され、切羽天端の崩落防止及び地山の緩み防止が図られる。
なお、図１、図２において、支保工、吹付けコンクリートなどは図示を省略した。
【００１５】
本発明では、上記の先受け鋼管６として、図４、図５に詳細を示すように、不連続格子模様の溝を刻んだロールを通す熱間圧延により、表面に、規則的に配列されて不連続格子模様をなす多数の突条態様の突起部６ａを形成した縞鋼板を素材として電縫管製造設備により製造された縞鋼板製鋼管６を用いる。この縞鋼板製鋼管からなる先受け鋼管６には複数の注入材流出孔６ｂが設けられている。
この先受け鋼管６の径は、長尺先受け工法に一般に用いられている管径サイズ７６．３ｍｍφ、８９．１ｍｍφ、１１４．３ｍｍφなどであるが、必ずしもこれに限定されない。
【００１６】
この実施例の縞鋼板製鋼管６の突起部６ａは、管軸方向に対して４５°の斜め方向に長い突条である。この場合、図７に平面図で示した縞鋼板６Ａの上下方向がコイル長手方向となっている市販の熱間圧延縞鋼板コイルを用いて、電縫管を製造する。板厚は４．５ｍｍ〜６．０ｍｍ程度のものが主として用いられる。
突起部６ａの間隔は、同じ向きの突起部だけを考慮した場合の突起部中心間の間隔が縦方向及び横方向とも同じ寸法で２８．６ｍｍ〜４０ｍｍである。
突起部６ａのサイズについては例えば、突起部の長さは２６〜３６ｍｍ、突起部の幅は突起底部が５．５ｍｍ〜６ｍｍ、突起部頂部が約２ｍｍ、高さは１ｍｍ〜１．５ｍｍなどである。
【００１７】
上記の先受け鋼管６を用いて長尺先受け工法を施工する場合、縞鋼板からなる鋼管なので、地山に打設した状態では、外周面の突起部６ａの存在が地山に対する摩擦力を大にし、先受け鋼管６による地山補強効果を向上させることができる。市販の縞鋼板の外周面の突起部６ａは、前記の通り高さが１ｍｍ以上あり、地山に対する摩擦力を適度に大きくする。また、その突起部は、小さな円形断面などのような局所的な突起部でなく、例えば幅が５〜６ｍｍ程度ありかつ長さが２６ｍｍ〜３６ｍｍなどの長さのある突条であり、地山に対する摩擦力を適度に大きくするために適切である。
また、表面の平滑な通常の鋼管に縞鋼板の突起部のような高い突起部を形成することは容易でなく、コストが高くなるが、縞鋼板を素材として電縫管製造設備で鋼管を製造すれば、通常の熱延鋼板を素材として電縫鋼管製造設備で鋼管を製造する場合の製造コストと大差ないコストで突起部を有する鋼管（縞鋼板製鋼管）を製造することができる。
また、縞鋼板製鋼管の突起部は、ショットブラストによる凹凸のように突起部が密集しているのでなく、十分に間隔をあけて形成されているので、縞鋼板製鋼管による先受け鋼管６を地山に打設した時、先受け鋼管６の外面の突起部６ａのない平滑部分については、地山との間に隙間があるか乃至少なくとも地山に強くは密着しない状態となっており、したがって、鋼管に設けた注入材流出孔から流出した注入材が鋼管の表面全体に行き渡り易く、注入材と先受け鋼管の表面との付着強度を十分大きくすることができる。
上記のことから、先受け鋼管の地山に対する摩擦力を確保することができ、先受け鋼管による地山補強効果が増大し、切羽天端の崩落防止及び地山の緩み防止の作用が一層向上する。
【００１８】
なお、上記実施例の先受け鋼管６のように、突起部６ａの長さ方向が管軸方向に対して４５°傾斜しているのが、長尺先受け工法用の先受け鋼管として好適である。すなわち、先受け鋼管６を、削孔ビッド９による削孔とともに地中に打設する際、突起部６ａが抵抗となるので、その抵抗はスムーズな打設が行われない要素となる。しかし、突起部６ａの長さ方向が管軸方向と４５°傾斜しているので抵抗がある程度軽減され、打設に支障のない程度の抵抗で済む。
一方で、突起部６ａの存在による地山に対する摩擦力増大効果に関しては、注入材流出孔から流出した注入材が鋼管の表面に沿って行き渡る際に、突起部６ａが管軸方向に対して４５°傾斜していることは、注入材が鋼管の表面全体に円滑に行き渡る上で適切である。すなわち、注入材流出孔から流出した注入材が、管軸に対して傾斜した突起部６ａに案内されて周方向にも広がるので、鋼管の表面全体に円滑に行き渡り易い。
なお、前記の通り打設する際には、突起部６ａが管軸方向に対して４５°傾斜していることが打設に対する抵抗を軽減する要素になり好ましいが、打設し注入材を地山に注入した後は、地山が固まることで、そのことが地山との密着力を損なう要素とはならない。
このように、管軸に対して４５°傾斜の突起部は、地山への打設時に抵抗を軽減するとともに、注入材の注入時には注入材が先受け鋼管６の表面全体に円滑に行き渡らせる作用をするので、その両面から先受け鋼管として好適である。
【実施例２】
【００１９】
先受け鋼管の突起部は、前述のように、管軸方向に対して４５°傾斜のものが好適であるが、図６（イ）に示した縞鋼板製鋼管６’のように、突起部６ａの長さ方向が管軸方向及びこれと直交する方向である縞鋼板製鋼管を用いることも当然可能である。
この場合、図８に平面図で示した縞鋼板６Ｂの上下方向がコイル長手方向となっている熱間圧延縞鋼板コイルを用いて、電縫管を製造する。すなわち、突起部の長手方向がコイル長手方向及び幅方向である突起部配列パターンの縞鋼板コイルを用いる。
【実施例３】
【００２０】
また、図６（ロ）に示した縞鋼板製鋼管６”のように、突起部６ａの長さ方向がすべて管軸方向と直交する方向である縞鋼板製鋼管を用いることも可能である。
この場合、図９に平面図で示した縞鋼板６Ｃの上下方向がコイル長手方向となっている熱間圧延縞鋼板コイルを用いて、電縫管を製造する。すなわち、突起部の長手方向がすべてコイル幅方向である突起部配列パターンの縞鋼板コイルを用いる。
【符号の説明】
【００２１】
１  掘削切羽
２  穿孔装置（油圧ジャンボ）
３  ブーム
４  ガイドセル
５  ドリフタ
５ａ  駆動軸
６、６’、６”  先受け鋼管（縞鋼板製鋼管）
６１  先端管
６２  中間管
６３  端末管
６ａ  突起部
６ｂ  注入材流出孔
７  削孔ロッド
８  カップリング
９  削孔ビッド
１０  アダプタ
【図１】
2011202460.tif 000003
【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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