(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡面から前方地山に長尺の鏡補強材が打設され、前記鏡補強材が、前記鏡面の近傍に配置される第１の弱拘束部と、前記第１の弱拘束部の前側に前方に向かって強弱の順で交互に配置される強拘束部及び第２の弱拘束部とを備え、 前記強拘束部を３箇所以上備え、前記強拘束部が、前記第１の弱拘束部と前記第２の弱拘束部のいずれよりも短尺で形成されていると共に、前記第１の弱拘束部と前記第２の弱拘束部のいずれよりも周囲の地山への拘束力が大きくなるように形成され、 管状の前記第１の弱拘束部及び前記第２の弱拘束部に間隔を開けて形成された注入孔から、前記鏡補強材の内部に注入された固結材を前記鏡補強材の外周の空隙に充填して、前記鏡補強材が地山に定着されている鏡補強構造の構築方法であって、
ビットユニットに、前記第２の弱拘束部を構成する外周面に間隔を開けて注入孔が形成された先頭補強管をケーシングシューを介して接続して、鏡面から前方地山に打設する第１工程と、
前記強拘束部を構成する管継手を介して、前記第２の弱拘束部を構成する外周面に間隔を開けて注入孔が形成された中間補強管を接続して、鏡面から前方地山に打設する第２工程と、
打設した前記中間補強管に後続する前記中間補強管を前記管継手を介して接続して、鏡面から前方地山に打設し、必要に応じて後続する前記中間補強管の前記管継手を介しての接続と打設を繰り返し、鏡面近傍に最後尾の前記中間補強管を配置する第３工程と、
前記ビットユニットに動力を伝達するロッドを抜き出し、前記先頭補強管及び前記中間補強管の内部に固結材を注入し、前記先頭補強管の注入孔及び前記中間補強管の注入孔から前記鏡補強材の外周にある空隙に固結材を充填して前記鏡補強材を地山に定着させる第４工程と
を備えることを特徴とする鏡補強構造の構築方法。
【請求項２】
前記第１の弱拘束部、前記第２の弱拘束部、前記強拘束部がそれぞれ鋼製であり、
前記第１の弱拘束部及び前記第２の弱拘束部の外周面が平滑に形成されていると共に、前記強拘束部の外周面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１記載の鏡補強構造の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル掘削時の鏡補強に用いられる鏡補強構造の構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル掘削時には、地山の応力開放が生じて切羽が不安定化し、崩落の危険性が高まるため、対策として、一定程度掘進するごとに支保を設置したり、鏡補強を施すことが行われている。鏡補強に着目すると、鏡補強を施さない場合には、掘削により前方地山が塑性領域化して周辺地山が不安定となり、崩落の危険性が高まるばかりでなく、天端や側壁の崩落を防止するための支保に想定外の負荷を生じさせる恐れもある。
【０００３】
鏡補強を施す構造としては、管状または線状の補強材を前方地山に打設する構造や、鏡面に吹付コンクリートを形成する構造がある。特に前方地山に長尺の管状補強材を打設し、固結材を注入して管状補強材の外周に固結材を充填する構造は、脆弱な地山に対しても有効であり、多様な地質の地山に適用が可能である。
【０００４】
特許文献１には、前方地山に長尺の管状補強材を打設して周囲に固結材を充填する鏡補強構造が開示されている。この鏡補強構造では、打設する長尺の管状補強材の周面付着力を高めるために、外周面の略全長に亘って螺旋状の溝が設けられた管状補強材や、外周面の略全長に亘って凸部が略メッシュ状に規則的に配置された管状補強材が用いられている（特許文献１の図７〜図９、段落［００３６］〜［００４０］参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１９７５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のような長尺の管状補強材の略全長に亘って地山との付着力を高くする構造、換言すれば長尺に亘って前方地山を連続的に強く拘束して安定性を高める構造では、補強後の掘進で管状補強材や固結領域を除去した際に、急激な応力開放が生じて地山が不安定化し、大きな歪が生じて支保に強い負荷が作用する場合があり、支保の補強を余儀なくされる。
【０００７】
一方、全長に亘って補強材の外周面と周囲の地山との拘束力が低くなる鏡補強構造の場合、補強後に掘進した際の地山の応力開放が穏やかで小さくなり、支保への負荷が小さくなるものの、補強材と周囲の地山との拘束力の低さにより、掘削時に切羽前方が広範囲に塑性領域化し、周辺地山が不安定化する場合も生ずる。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑み提案するものであって、鏡補強工で鏡補強材と周囲の地山を適切に定着させ、周辺地山を安定させた状態でトンネル掘進を行うことを可能にすると共に、補強後のトンネル掘進時に支保にかかる負荷を小さくし、支保の補強を不要にすることができる鏡補強構造の構築方法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】
【０００９】
本発明の鏡補強構造の構築方法は、鏡面から前方地山に長尺の鏡補強材が打設され、前記鏡補強材が、前記鏡面の近傍に配置される第１の弱拘束部と、前記第１の弱拘束部の前側に前方に向かって強弱の順で交互に配置される強拘束部及び第２の弱拘束部とを備え、 前記強拘束部を３箇所以上備え、前記強拘束部が、前記第１の弱拘束部と前記第２の弱拘束部のいずれよりも短尺で形成されていると共に、前記第１の弱拘束部と前記第２の弱拘束部のいずれよりも周囲の地山への拘束力が大きくなるように形成され、 管状の前記第１の弱拘束部及び前記第２の弱拘束部に間隔を開けて形成された注入孔から、前記鏡補強材の内部に注入された固結材を前記鏡補強材の外周の空隙に充填して、前記鏡補強材が地山に定着されている鏡補強構造を構築する方法であって、ビットユニットに、前記第２の弱拘束部を構成する外周面に間隔を開けて注入孔が形成された先頭補強管をケーシングシューを介して接続して、鏡面から前方地山に打設する第１工程と、前記強拘束部を構成する管継手を介して、前記第２の弱拘束部を構成する外周面に間隔を開けて注入孔が形成された中間補強管を接続して、鏡面から前方地山に打設する第２工程と、打設した前記中間補強管に後続する前記中間補強管を前記管継手を介して接続して、鏡面から前方地山に打設し、必要に応じて後続する前記中間補強管の前記管継手を介しての接続と打設を繰り返し、鏡面近傍に最後尾の前記中間補強管を配置する第３工程と、前記ビットユニットに動力を伝達するロッドを抜き出し、前記先頭補強管及び前記中間補強管の内部に固結材を注入し、前記先頭補強管の注入孔及び前記中間補強管の注入孔から前記鏡補強材の外周にある空隙に固結材を充填して前記鏡補強材を地山に定着させる第４工程とを備えることを特徴とする。
これによれば、強拘束部と第２の弱拘束部が交互に配置されて両端部に強拘束部を備えて構成される当初の長い補強区間を鏡面近傍よりも奥に配置し、この長い補強区間の強い拘束効果で地山を補強することにより、地山の崩壊挙動、周辺地山の塑性化の進展を抑制することができ、更に、複数の鏡補強材を並行に打設して長い補強区間を並行して複数設ける場合には、並行する長い補強区間で構成される当初の補強領域を鏡面近傍よりも奥に形成することができ、地山の崩壊挙動、周辺地山の塑性化の進展をより確実に抑制することができる。特に、固結材を鏡補強材の外周の空隙に充填して鏡補強材を地山に定着させることで、鏡補強材の地山への定着と地山に対する拘束をより確実に行うことができ、更に、補強区間の両端部分を強拘束部とし、且つ固結材を介して両端の強拘束部や中間に位置する強拘束部の拘束力を分散して広げ、補強区間及び補強領域における鏡補強材、固結材、地山の定着状態の一体性を高めることができる。また、鏡面近傍に配置される拘束力が弱い第１の弱拘束部で構成される当初の変位許容区間が、鏡面近傍の地山を必要以上に拘束せずにある程度の地山変位を許容し、複数の鏡補強材を地山に並行に打設する場合にも地山変位を許容する当初の変位許容領域を鏡面近傍に形成することができ、これにより、トンネル掘削時に急激な応力開放が生ずることを防止でき、支保への作用応力を抑制することができる。従って、鏡補強工で鏡補強材と周囲の地山を適切に定着させ、周辺地山を安定させた状態でトンネル掘進を行うことが可能になると共に、補強後のトンネル掘進時に支保にかかる負荷を小さくし、支保の補強を不要にすることができる。更に、鏡補強材の打設後にトンネル掘進の進行に伴い、強拘束部のうち最後部に位置する強拘束部の地山への拘束力が弱まり、その強拘束部のすぐ前の第２の弱拘束部が変位許容区間、変位許容領域として徐々に機能するようになるので、新たな変位許容区間、変位許容領域と新たな補強区間、補強領域が形成され、支保設置区間毎等の掘削後において周辺地山の安定化と支保への負荷低減を図ることができる。また、ビットユニット、ケーシングシュー、補強管、管継手を用いて鏡補強材の打設を行う削孔方式において、特別な部材を別途に用いる必要がなく、使用する各部材に必要なサイズや外形等に変更するのみで、所要構成の鏡補強構造を構築することができる。
【００１０】
本発明の鏡補強構造の構築方法は、前記第１の弱拘束部、前記第２の弱拘束部、前記強拘束部がそれぞれ鋼製であり、前記第１の弱拘束部及び前記第２の弱拘束部の外周面が平滑に形成されていると共に、前記強拘束部の外周面に凹凸が形成されていることを特徴とする。
これによれば、第１の弱拘束部及び第２の弱拘束部の外周面を平滑にすることで、地山に対して拘束が必要以上に過大になることを確実に防止できると共に、離間して設けられる強拘束部の外周面の凹凸の嵌め合いや表面積増加による拘束力の向上により、地山を強く拘束し、地山の崩壊挙動の抑制、周辺地山の塑性化の進展の抑制に必要な補強をより確実に行うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、鏡補強工で鏡補強材と周囲の地山を適切に定着させ、周辺地山を安定させた状態でトンネル掘進を行うことを可能にすると共に、補強後のトンネル掘進時に支保にかかる負荷を小さくし、支保の補強を不要にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による第１実施形態の鏡補強材を有する鏡補強構造を示す縦断説明図。
【図２】図１のＡ部の拡大図。
【図３】図１のＢ部の拡大図。
【図４】図１のＣ部の拡大図。
【図５】第１実施形態の鏡補強材を有する鏡補強構造が設置された鏡面を示す正面説明図。
【図６】（ａ）は第１実施形態における中間補強管の正面図、（ｂ）は第１実施形態におけるビットユニット、ケーシングシューが取り付けられた状態の先頭補強管を示す正面図、（ｃ）は第１実施形態における管継手の正面図。
【図７】第１実施形態の鏡補強材を鏡面から前方地山に打設する施工工程の概要を示す模式図。
【図８】打設した第１実施形態の鏡補強材への固結材の注入を説明する縦断説明図。
【図９】本発明による第２実施形態の鏡補強材を有する鏡補強構造を示す縦断説明図。
【図１０】（ａ）は第２実施形態における中間補強管の正面図、（ｂ）は第２実施形態におけるビットユニット、ケーシングシューが取り付けられた状態の先頭補強管を示す正面図、（ｃ）は第２実施形態における管継手の正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
〔第１実施形態の鏡補強材、鏡補強構造及びその構築方法〕
本発明による第１実施形態の鏡補強材１は、図１〜図５に示すように、トンネル掘削の鏡補強工で鏡面１０２から前方の地山１０１に打設される長尺の鏡補強材１であり、鏡面１０２の近傍に配置される第１の弱拘束部２と、第１の弱拘束部２の前側に前方に向かって強弱の順で交互に配置される強拘束部３及び第２の弱拘束部４を備え、その先端部が強拘束部３になっている。長尺の鏡補強材１の長さは、６ｍ〜２０ｍ程度のものとすることが好ましい。
【００１４】
強拘束部３は、第１の弱拘束部２と第２の弱拘束部４のいずれよりも短尺で形成されていると共に、第１の弱拘束部２と第２の弱拘束部４のいずれよりも周囲の地山１０１への拘束力が大きくなるように形成されている。強拘束部３は３箇所以上の複数箇所設けられ、図示例では４箇所の強拘束部３が設けられている。尚、図中、１０３は鏡面１０２を覆うように形成される吹付コンクリート、１０４はトンネルの天端と側壁に沿ってトンネル掘削方向の１ｍ程度など所定間隔毎に建て込まれる支保、１０５は支保１０４・１０４間の天端や側壁の周面を覆うように形成される吹付コンクリートである。
【００１５】
本例の第１の弱拘束部２と先頭以外の第２の弱拘束部４は、図１〜図４に示すように、円筒状の補強管である中間補強管５で構成される。中間補強管５は、図６（ａ）に示すように、外周面が平滑に形成されている本体５１を有し、本体５１の両端部にそれぞれ雄ねじ部５２・５２が形成されていると共に、本体５１には複数の注入孔５３が形成されている。注入孔５３は、中間補強管５の内部に注入される固結材を吐出し、鏡補強材１の外周面にある空隙に充填して閉塞し、鏡補強材１を地山１０１に定着させる注入が可能に、所定箇所に間隔を開けて形成されている。また、中間補強管５には、トンネル掘削時に中間補強管５を切除し易くするための切除溝５４が、長手方向に間隔を開けて形成されている。
【００１６】
最前部に位置する先頭の第２の弱拘束部４は、図１及び図４に示すように、円筒状の補強管である先頭補強管６で構成される。先頭補強管６は、図６（ｂ）に示すように、外周面が平滑に形成されている本体６１を有し、本体６１の一方の端部に雄ねじ部６２が形成され、他方の端部にも図示省略する雄ねじ部が形成されて後述するケーシングシュー８を螺合して取付可能になっている。先頭補強管６の本体６１にも複数の注入孔６３が形成され、注入孔６３も、先頭補強管６の内部に注入される固結材を吐出し、鏡補強材１の外周面にある空隙に充填して閉塞し、鏡補強材１を地山１０１に定着させる注入が可能に、所定箇所に間隔を開けて形成されている。また、先頭補強管６にも中間補強管５と同様に切除溝６４が形成されている。
【００１７】
最前部以外の強拘束部３は、図１、図３、図４及び図６（ｃ）に示すように、補強管相互の接続、即ち中間補強管５・５相互の接続や、中間補強管５と先頭補強管６との接続を行う円筒状の管継手７で構成される。管継手７には、内側に図示省略する雌ねじが形成されており、中間補強管５の雄ねじ部５２や先頭補強管６の雄ねじ部６２と螺合可能になっている。
【００１８】
本例の管継手７の外径は、第１の弱拘束部２を構成する中間補強管５、先頭以外の第２の弱拘束部４を構成する中間補強管５、先頭の第２の弱拘束部４を構成する先頭補強管６のいずれよりも大径で形成されている。更に、管継手７の外周面には、細長形状で外側に突出し、略均等な繰り返しで島状に配列された突起７１が形成されており、この突起７１の形成箇所と形成されていない箇所で管継手７の外周面に凹凸が形成されている。
【００１９】
最前部の強拘束部３は、図４及び図６（ｂ）に示すように、先頭補強管６に取り付けられるケーシングシュー８で構成される。ケーシングシュー８の後側部分の外周面にも、細長形状で外側に突出し、略均等な繰り返しで島状に配列された突起８１が形成されており、この突起８１の形成箇所と形成されていない箇所でケーシングシュー８の外周面に凹凸が形成されている。突起８１の成すケーシングシュー８の外径は、第１の弱拘束部２を構成する中間補強管５、先頭以外の第２の弱拘束部４を構成する中間補強管５、先頭の第２の弱拘束部４を構成する先頭補強管６のいずれよりも大径で形成されている。
【００２０】
ケーシングシュー８の前側部分には、ケーシングシュー８の一部であるケーシングトップ８ａを有し、ケーシングトップ８ａを介してビットユニット９が設けられている。ビットユニット９は、第１の弱拘束部２を構成する中間補強管５、先頭以外の第２の弱拘束部４を構成する中間補強管５、先頭の第２の弱拘束部４を構成する先頭補強管６のいずれよりも大径の胴部９１と、凹凸形状で形成されているビットカッター部９２を有する。
【００２１】
そして、鏡面１０２の近傍に第１の弱拘束部２の中間補強管５を配置するようにして、鏡補強材１を鏡面１０２から前方の地山１０１に打設すると共に、鏡補強材１の内部に固結材を注入し、管状の第１の弱拘束部２及び第２の弱拘束部４に相当する中間補強管５、先頭補強管６の注入孔５３、６３から固結材を鏡補強材１の外周にある空隙に充填して、鏡補強材１を地山１０１に定着させることにより、本実施形態の鏡補強構造が構築されている（図１参照）。図１中、１０ａは鏡面１０２の近傍の地山１０１に形成される鏡補強構造の当初の変位許容区間であり、１０ｂは変位許容区間の前方の地山１０１に形成される鏡補強構造の当初の補強区間である。
【００２２】
本実施形態の鏡補強構造を構築する際には、例えば二重管削孔方式により、ビットユニット９と先頭補強管６をケーシングシュー８を介して接続すると共に、先頭補強管６内に挿入されるドリルジャンボ１１のロッド１１１をビットユニット９に動力伝達可能に連結し、ビットユニット９、ケーシングシュー８及び先頭補強管６を鏡面１０２から前方の地山１０１に削孔して打設する（図７参照）。
【００２３】
そして、先頭補強管６の後端部分を残した状態で打設を中断し、ロッド１１１を継ぎ足すと共に、管継手７を先頭補強管６の雄ねじ部６２と後続の中間補強管５の前端側の雄ねじ部５２に螺合することにより、管継手７を介して後続の中間補強管５を継ぎ足す。その後、削孔、打設を再開し、ビットユニット９、ケーシングシュー８及び先頭補強管６と、管継手７、後続の中間補強管５を前方の地山１０１に打設していく。
【００２４】
次いで、中間補強管５の後端部分を残した状態で打設を中断し、ロッド１１１を継ぎ足すと共に、管継手７を打設した中間補強管５の後端側の雄ねじ部５２と次順位で後続する中間補強管５の前端側の雄ねじ部５２に螺合することにより、管継手７を介して次順位で後続する中間補強管５を継ぎ足す。その後、削孔、打設を再開し、ビットユニット９、ケーシングシュー８及び先頭補強管６と、管継手７、後続する中間補強管５、５を前方の地山１０１に打設していく。このロッド１１１の継ぎ足し、後続する中間補強管５の管継手７を介しての接続、継ぎ足しと打設を交互に行う工程は必要に応じて繰り返し行う。
【００２５】
次いで、最後尾の中間補強管５の略全長が地山１０１に埋設される状態で打設を完了し、最後尾の中間補強管５を鏡面１０２近傍に配置して鏡補強材１を形成した後、ビットユニット９に動力を伝達するロッド１１１を抜き出して回収する。更に、最後尾の中間補強管５から注入ホース１２を鏡補強材１に挿入し、最後尾の中間補強管５の後端開口に逆止弁１２１を設け、鏡補強材１の内部に固結材を注入する（図８参照）。固結材には、ウレタン系或いはセメント系等の適宜の固結材を用いるが、ウレタン系の固結材等の短時間で硬化するものを用いる場合には、鏡補強材１内に隔壁となるパッカー１２２を挿入して配置し、注入領域を限定して先頭側の領域から段階的に注入を行う。
【００２６】
鏡補強材１内に注入された固結材は、先頭補強管６の注入孔６３及び中間補強管５の注入孔５３から流出し、鏡補強材１の外周にある空隙に充填される。充填された固結材は所定時間経過後に硬化し、鏡補強材１と充填された固結材とが付着し、固結材を介して鏡補強材１が地山１０１に定着される。これらの鏡補強材１の打設及び鏡補強材１の地山１０１に対する配置の調整、固結材の注入の工程を所要箇所に施すことで、地山１０１の内部に当初の変位許容区間１０ａ及び補強区間１０ｂを形成し、並行する変位許容区間１０ａ及び補強区間１０ｂで当初の変位許容領域及び補強領域を形成し、本実施形態の鏡補強構造を構築する。
【００２７】
本実施形態によれば、強拘束部３の管継手７及びケーシングシュー８と、第２の弱拘束部４の先頭補強管６、中間補強管５が交互に配置されて両端部に強拘束部を備えて構成される当初の長い補強区間１０ｂ及び並行する補強区間１０ｂで構成される当初の長い補強領域を鏡面１０２近傍よりも奥に配置し、この補強区間１０ｂ及び補強領域の強い拘束効果で地山を補強することにより、地山の崩壊挙動、周辺地山の塑性化の進展を確実に抑制することができる。特に、本実施形態では、固結材を鏡補強材１の外周の空隙に充填して鏡補強材１を地山１０１に定着させることで、鏡補強材１の地山１０１への定着と地山１０１に対する拘束をより確実に行うことができ、更に、補強区間１０ｂの両端部分を強拘束部３とし、且つ固結材を介して両端の強拘束部３や中間に位置する強拘束部３の拘束力、付着力を分散して広げ、補強区間１０ｂ及び補強領域における鏡補強材１、固結材、地山１０１の定着状態の一体性を高めることができる。
【００２８】
また、鏡面１０２近傍に配置される拘束力が弱い第１の弱拘束部２の中間補強管５で構成される当初の変位許容区間１０ａ及び並行する変位許容区間１０ａで構成される当初の変位許容領域が、鏡面１０２近傍の地山１０１を必要以上に拘束せずにある程度の地山変位を許容し、これにより、トンネル掘削時に急激な応力開放が生ずることを防止でき、支保１０４への作用応力を抑制することができる。従って、鏡補強工で鏡補強材１と周囲の地山１０１を適切に定着させ、周辺地山を安定させた状態でトンネル掘進を行うことが可能になると共に、補強後のトンネル掘進時に支保１０４にかかる負荷を小さくし、支保１０４の補強を不要にすることができる。
【００２９】
また、鏡補強材１の打設後に、トンネル掘進の進行に伴い、強拘束部３のうち最後部に位置する強拘束部３に相当する管継手７の地山１０１への拘束力が弱まって不安定化し、その強拘束部３のすぐ前の第２の弱拘束部４に相当する中管補強管５が地山変位を許容する変位許容区間、変位許容領域として徐々に機能することになるので、新たな変位許容区間、変位許容領域と新たな補強区間、補強領域が形成され、支保設置区間毎等の掘削後において、本実施形態では打設した鏡補強材１の全長に亘るトンネル掘進において、周辺の地山１０１の安定化と支保１０４への負荷低減を図ることができる。
【００３０】
また、ビットユニット９、ケーシングシュー８、先頭補強管６、中間補強管５、管継手７を用いて鏡補強材１の打設を行う削孔方式において、特別な部材を別途に用いる必要がなく、使用する各部材を必要なサイズや外形等に変更を加えるのみで、所要構成の鏡補強材１、鏡補強構造とすることができる。
【００３１】
また、強拘束部３の管継手７、ケーシングシュー８の外径を、第１の弱拘束部２と第２の弱拘束部４を構成する中間補強管５、先頭補強管６よりも大径とすることにより、簡単な構成で、径の相違による段差で形状的な拘束が生じて拘束力が得られると共に、地山１０１との接触面積を増加させることにより、拘束力をより大きくすることができる。
【００３２】
また、第１の弱拘束部２及び第２の弱拘束部４を構成する中間補強管５、先頭補強管６の外周面を平滑にすることで、地山１０１に対して拘束或いは付着が必要以上に過大になることを確実に防止できると共に、離間して設けられる強拘束部３の管継手７、ケーシングシュー８の外周面の凹凸の嵌め合いや表面積増加による拘束力、付着力の向上により、地山を強く拘束し、地山の崩壊挙動の抑制、周辺地山の塑性化の進展の抑制に必要な補強をより確実に行うことができる。
【００３３】
〔第２実施形態の鏡補強材、鏡補強構造及びその構築方法〕
本発明による第２実施形態の鏡補強材１ｍは、図９に示すように、第１実施形態と同様、トンネル掘削の鏡補強工で鏡面１０２から前方の地山１０１に打設される長尺の鏡補強材１ｍであり、鏡面１０２の近傍に配置される第１の弱拘束部２と、第１の弱拘束部２の前側に前方に向かって強弱の順で交互に配置される強拘束部３及び第２の弱拘束部４を備えている。長尺の鏡補強材１ｍの長さは、６ｍ〜２０ｍ程度のものとすることが好ましい。
【００３４】
強拘束部３は、第１の弱拘束部２と第２の弱拘束部４のいずれよりも短尺で形成されていると共に、第１の弱拘束部２と第２の弱拘束部４のいずれよりも周囲の地山１０１への拘束力が大きくなるように形成されている。強拘束部３は３箇所以上の複数箇所設けられ、図示例では８箇所の強拘束部３が設けられている。
【００３５】
第１の弱拘束部２と第２の弱拘束部４は、第１実施形態と同様の円筒状の補強管である中間補強管５の一部と先頭補強管６の一部で構成され、本例では中間補強管５の略中間位置と先頭補強管６の略中間位置及び先端部近傍の位置で外周に被覆された後述の被覆管１３が設けられていない部分で構成されている。
【００３６】
強拘束部３には、図９及び図１０に示すように、補強管相互の接続、即ち中間補強管５・５相互の接続や、中間補強管５と先頭補強管６との接続を行う円筒状の管継手７で構成されるものと、中間補強管５、先頭補強管６の長手方向の所定位置の部分を外周に沿って被覆する被覆管１３で構成されるものとがある。管継手７は第１実施形態と同様の構成であり、その外周面には島状に配列された突起７１が形成され、凹凸が形成されている。
【００３７】
被覆管１３は円筒状であり、その内径が中間補強管５、先頭補強管６の外径に対応して形成されていると共に、その外周面には、細長形状で外側に突出し、略均等な繰り返しで島状に配列された突起１３１が形成されており、この突起１３１の形成箇所と形成されていない箇所で被覆管１３の外周面に凹凸が形成されている。被覆管１３は、中間補強管５、先頭補強管６の所定位置の部分の外周を被覆し、この所定位置の部分で溶接、接着、嵌着等で固定されて設けられる。本例の被覆管１３は、中間補強管５の略中間位置と、先頭補強管６の略中間位置、先頭補強管６の先端部近傍の位置に設置され、当該箇所で強拘束部３を構成している。
【００３８】
先頭補強管６の先端側の雄ねじ部６２には、第１実施形態のケーシングシュー８と異なり、外周面が平滑面で形成されているケーシングシュー８ｍが螺合して取り付けられている。ケーシングシュー８ｍの前側部分には、ケーシングシュー８ｍの一部であるケーシングトップ８ａを有し、ケーシングトップ８ａを介してビットユニット９が設けられている。
【００３９】
そして、鏡面１０２の近傍に中間補強管５を配置するようにして、鏡補強材１ｍを鏡面１０２から前方の地山１０１に打設すると共に、鏡補強材１ｍの内部に固結材を注入し、中間補強管５、先頭補強管６の注入孔５３、６３から固結材を鏡補強材１ｍの外周にある空隙に充填して、鏡補強材１ｍを地山１０１に定着させることにより、本実施形態の鏡補強構造が構築されている。図９中、１０ａは鏡面１０２の近傍の地山１０１に形成される鏡補強構造の当初の変位許容区間、１０ｂは変位許容区間の前方の地山１０１に形成される鏡補強構造の当初の補強区間であり、本例の変位許容区間１０ａは鏡面１０２近傍から最後部の中間補強管５の一部、即ち最後部の中間補強管５の略中間位置を被覆している被覆管１３に到達する前までの区間であり、それよりも前側で先頭補強管６の先端部近傍位置の先端被覆管に相当する被覆管１３までが補強区間になっている。
【００４０】
第２実施形態の鏡補強構造を構築する際には、被覆管１３が所定位置の部分に固定されている先頭補強管６、中間補強管５を用い、基本的に第１実施形態と同様に施工して構築することが可能である。
【００４１】
尚、変形例として、最前部に位置する強拘束部３を、先端被覆管に相当する被覆管１３にする構成に代え、第１実施形態のように先頭補強管６の先端部に接続されるケーシングシュー８を最前部の強拘束部３にする構成、或いは先頭補強管６とケーシングシューとを管継手で接続する場合には管継手の外周面に突起を設ける構成等で、この先端管継手に相当する管継手を強拘束部３にする構成とすることが可能である。また、この先端管継手を強拘束部３とする構成を、第１実施形態でケーシングシュー８に代えて適用することも可能である。また、強拘束部を構成しない外周面が平滑な管継手を用い、この管継手で補強管相互を接続する構成とし、強拘束部３或いは最前部以外の強拘束部３を被覆管１３だけで構成することも可能である。
【００４２】
第２実施形態によれば、第１実施形態と対応する構成から対応する効果が得られると共に、被覆管１３によって任意の位置、任意の数の強拘束部３を容易且つ柔軟に形成することができ、地質条件に合わせた補強と変位許容の区間・領域を柔軟に形成することができる。また、必要に応じて、強拘束部３を構成するための加工コストがかかる管継手７やその接続作業を無くす或いは減少させることが可能となり、加工コストの低減、現場作業効率の向上を図ることができる。
【００４３】
特に、地山が変位を生じ易い地質の場合、強拘束部３の設置間隔を短くする必要があるため、管継手７だけで強拘束部３を形成する場合には補強管を短めにして管継手７を多く設置することになり、コストのかかる継手加工が増えたり、現場での接続作業が増えることになる。しかし、補強管の中間部に設ける被覆管１３で構成される強拘束部３と、管継手７で構成される強拘束部３とを交互に設ける構成、或いは被覆管１３で一つの補強管上に複数の短い強拘束部３を形成する構成により、長めの補強管を用い、高コストの管継手７の使用数を無くす或いは減少させることができる。そして、コスト削減と、接続作業減少による現場作業の効率化を両立させ、変位が生じ易い地山の地質に合わせた補強と変位許容の区間・領域を形成することができる。
【００４４】
また、最前部に位置する強拘束部を先端被覆管に相当する被覆管１３、若しくはケーシングシュー、若しくはケーシングシューを接続する先端管継手とする場合には、鏡補強材１ｍの先端部の近傍に被覆材１３を設ける簡単な構成で、若しくはビットユニット、ケーシングシュー、補強管、管継手を用いて鏡補強材の打設を行う削孔方式において、特別な部材を別途に用いない単純な構成で、鏡補強材１ｍの先端部若しくはその近傍に最前部の強拘束部３が構成され、最後部の強拘束部３から鏡補強材１ｍの先端近傍までの略全体に補強区間・領域を形成することができ、るため、低コストで確実に補強、変位許容の区間・領域を形成することができるとともに、打設した鏡補強材１ｍの全長に亘るトンネル掘進において周辺地山の安定化と支保１０４への負荷低減を図ることができる。また、ケーシングシュー若しくはケーシングシューを接続する先端管継手で強拘束部３を構成する場合には、元々使用するケーシングシューや先端管継手を有効利用して強拘束部３を構成することができる。
【００４５】
〔実施形態の変形例等〕
本明細書開示の発明は、各発明、実施形態、各例の他に、適用可能な範囲で、これらの部分的な構成を本明細書開示の他の構成に変更して特定したもの、或いはこれらの構成に本明細書開示の他の構成を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な構成を部分的な作用効果が得られる限度で削除して特定した上位概念化したものを含むものであり、下記変形例も包含する。
【００４６】
例えば上記第１実施形態では、強拘束部３を構成する管継手７、ケーシングシュー８の突起８１の外径を第１の弱拘束部２、第２の弱拘束部４の外径よりも大径とし、且つ管継手７の外周面、ケーシングシュー８の外周面に突起７１、８１による凹凸形状を有するものとしたが、例えばケーシングシュー８の外周面を突起８１を設けずに平滑にし、先頭補強管６よりも大径等にしたケーシングシュー８で強拘束部３を構成するようにしてもよい。また、第２実施形態において、ケーシングシュー８ｍを先頭補強管６よりも大径にして最前部の強拘束部３を構成するようにしてもよい。また、ケーシングシュー８、８ｍの後側部分或いは前側部分など一部に凹凸形成したり、一部を大径にして強拘束部を構成させる他、ケーシングシュー８、８ｍの長さ方向の全体に亘って凹凸形成する或いは大径にすることでケーシングシューにより強拘束部を構成させることも可能であり、又、ケーシングシュー８、８ｍの長さ方向の全体における一部に凹凸形成をし別の一部を大径にして強拘束部を構成させることも可能である。
【００４７】
また、強拘束部３は、第１の弱拘束部２と第２の弱拘束部４のいずれよりも周囲の地山１０１へ大きい拘束力が生ずる構成であれば本発明に包含され、例えば第１の弱拘束部２と第２の弱拘束部４のいずれよりも大径で且つ凹凸を有しない強拘束部とする構成、又は、第１の弱拘束部２と第２の弱拘束部４と同径若しくはこれらよりも小径で凹凸を有する強拘束部とする構成、又は、場所に応じて大径且つ凹凸を有しない強拘束部と、同径若しくは小径で凹凸を有する強拘束部を組み合わせる構成等とすることも可能である。
【００４８】
また、上記実施形態の中間補強管５、先頭補強管６は、必要な強度、管継手７による接続回数の作業性、地山１０１に対して必要な定着等の観点から、例えば鋼製で肉厚が４〜６ｍｍ程度、長さが２〜４ｍ程度の仕様とすると好適であるが、中間補強管５、先頭補強管６の素材、肉厚、長さ等の仕様は、地山１０１の地質や施工条件等に応じて適宜のものを用いることが可能である。
【００４９】
また、強拘束部３は、３ｍ毎など２〜４ｍ程度毎に設けると好ましく、又、強拘束部３を管継手７で構成する場合の管継手７は、例えば鋼製で肉厚が２〜２．５ｍｍ程度、長さが０．１〜０．２ｍ程度の仕様とし、強拘束部３を被覆管１３で構成する場合の被覆管１３は、例えば鋼製で肉厚が２〜２．５ｍｍ程度の仕様とすると好適であるが、これらも地山１０１の地質や施工条件等に応じて適宜変更することが可能である。
【００５０】
また、上記実施形態の突起７１、８１、１３１は、例えば高さ１〜２．５ｍｍ、並列する突起７１・７１相互間のピッチ、突起８１・８１相互間のピッチ或いは突起１３１・１３１間のピッチを１５〜２５ｍｍ程度等で設けると良好であるが、これらのピッチや高さも地山１０１の地質や施工条件等に応じて適宜変更することが可能であり、又、これらの突起には、螺旋状の突起若しくは蛇腹状の突起等の適宜形状とすることが可能であるが、平面視楕円形、円形、十字形、Ｌ字形等で点状に配置され略均等間隔で配列される突起とすると、多数の凹凸が形成され、より強い拘束力或いは付着力が得られるので好ましい。
【００５１】
また、上記実施形態では固結材を用いる鏡補強構造について説明したが、本発明の鏡補強材或いは鏡補強構造には、固結材を用いない構成も包含される。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、トンネル掘削で施工する鏡補強工に利用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１、１ｍ…鏡補強材  ２…第１の弱拘束部  ３…強拘束部  ４…第２の弱拘束部  ５…中間補強管  ５１…本体  ５２…雄ねじ部  ５３…注入孔  ５４…切除溝  ６…先頭補強管  ６１…本体  ６２…雄ねじ部  ６３…注入孔  ６４…切除溝  ７…管継手  ７１…突起  ８、８ｍ…ケーシングシュー  ８１…突起  ８ａ…ケーシングトップ  ９…ビットユニット  ９１…胴部  ９２…ビットカッター部  １０ａ…変位許容区間、１０ｂ…補強区間  １１…ドリルジャンボ  １１１…ロッド  １２…注入ホース  １２１…逆止弁  １２２
…パッカー  １３…被覆管  １３１…突起  １０１…地山  １０２…鏡面  １０３、１０５…吹付コンクリート  １０４…支保
【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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