(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削補助工法においてトンネルの掘削切羽前方の地山に打ち込まれて切羽前方の地山の補強を行う補強鋼管と、前記補強鋼管の一部を拡径する拡径治具とのセットであって、
前記補強鋼管は、軸方向において拡径可能な拡径部を有し、
前記拡径部は、軸方向に沿う所与の長さの拡径用加工部が周方向で複数形成されており、
前記拡径治具は、前記補強鋼管内に挿入可能な外径を有すると共に、前記拡径部を前記補強鋼管の内側から押し広げることを特徴とする補強鋼管及び拡径治具のセット。
【請求項２】
請求項１において、
前記拡径部は、軸方向において複数設けられていることを特徴とする補強鋼管及び拡径治具のセット。
【請求項３】
請求項１または２において、
前期拡径用加工部は、拡径用スリットまたは拡径用溝とされていることを特徴とする補強鋼管及び拡径治具のセット。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
切羽掘削時に所与の長さで切断可能に周方向にわたる切断用加工部が軸方向に所与の間隔で複数形成されていることを特徴とする補強鋼管及び拡径治具のセット。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記補強鋼管は、鏡補強鋼管または先受け補強鋼管として用いられることを特徴とする
補強鋼管及び拡径治具のセット。
【請求項６】
掘削補助工法においてトンネルの掘削切羽前方の地山に打ち込まれて切羽前方の地山の補強を行う補強鋼管であって、
軸方向において拡径可能な拡径部を有し、かつ、前記拡径部において軸方向に沿う所与の長さの拡径用加工部が周方向で複数形成されている前記補強鋼管を用いた掘削補助工法であって、
前記補強鋼管内に収容した削孔用のインナーツールを用いて掘削切羽前方の地山に前記補強鋼管を打ち込む工程と、
前記地山への補強鋼管の打ち込み完了後、前記補強鋼管内から前記削孔用のインナーツールを回収して補強鋼管内を空洞にする工程と、
前記空洞の補強鋼管内に拡径治具を挿入し、前記拡径部を拡径した後、補強鋼管内から前記拡径治具を回収し、前記補強鋼管のみを地山の補強材として残す工程と、
を含むことを特徴とする掘削補助工法。
【請求項７】
請求項６において、
前記補強鋼管は、鏡補強鋼管または先受け補強鋼管として用いられることを特徴とする掘削補助工法。
【請求項８】
請求項６または７において、
前記拡径治具は、油圧シリンダーのシリンダーシャフトに装着した円筒状のウレタンゴムを有し、前記ウレタンゴムの両端部を前記油圧シリンダーにより圧縮することで、前記ウレタンゴムの外径の撓みにより前記拡径部を前記補強鋼管の内側から押し広げることを特徴とする掘削補助工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補強鋼管及び拡径治具のセット並びに補強鋼管を用いた掘削補助工法に関し、特に、固結材を用いずに済む補強鋼管及び拡径治具のセット並びに補強鋼管を用いた掘削補助工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、トンネルを掘進する工法として、発破工法、機械掘り工法、シールド工法等が知られている。
【０００３】
また、地質条件の悪い不良地山の掘削で、機械掘りでトンネルを構築するときに切羽（前方地山）と天盤を補強鋼管等で補強しながら掘進する掘削補助工法が行われている。
【０００４】
このような掘削補助工法は、特許文献１に示すように、破砕帯のような強度の低い地山や軟弱な地山に対応するために、トンネルの掘削に先立ちトンネルの掘削予定上半断面周囲の地山に傘状のアーチを掘削方向に順次形成していく先受け工法や、地表沈下、天盤の沈下、切羽の崩壊等を防ぐため、切羽鏡面に鏡補強鋼管を打設する鏡ボルト工法などに用いられている。
【０００５】
これらの先受け工法や鏡ボルト工法の施工に際しては、いずれも二重管打設方式により削孔用のインナーツールを用いて補強鋼管を地山に打設し、セメント系、樹脂系の液状固結材をその補強鋼管に形成した吐出孔より補強鋼管外周域に注入して補強鋼管外周部の地山固結領域と補強鋼管を定着させて地山の補強を行うようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−８０８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の掘削補助工法における地山の補強にあっては、削孔用のインナーツールを用いて補強鋼管を地山内に打設した後、インナーツールを回収し、補強鋼管内に液状の固結材を圧入しなければならず、圧入工程に時間がかかり、しかも、液状の固結材を用いているため、それだけ材料費がかかり、コスト高になるものである。
【０００８】
また、サイドパイル、脚部補強、法面補強、トンネル改修等においても、同様の課題があった。
【０００９】
また、先受け工法の場合は、補強鋼管をそのまま地山に残しておくため、特に問題はないが、鏡補強鋼管として用いる場合には、トンネルの掘進時に鏡補強鋼管を除去しながら掘進するようになっており、しかも、この掘進時に除去された鏡補強鋼管には固結材が充填された状態となっているため、鏡補強鋼管の再利用ができず、産業廃棄物として処理され、資源の有効利用を図ることができなかった。
【００１０】
本発明の目的は、固結材の圧入工程をなくし、作業時間の短縮化ができ、しかも、コスト削減が可能な補強鋼管及び拡径治具のセット並びに補強鋼管を用いた掘削補助工法を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、鏡補強鋼管として用いる場合に、鏡補強鋼管が産業廃棄物となることがなく、再利用ができて、資源の有効利用を図ることができる補強鋼管及び拡径治具のセット並びに補強鋼管を用いた掘削補助工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）前記目的を達成するため、本発明の補強鋼管及び拡径治具のセットは、掘削補助工法においてトンネルの掘削切羽前方の地山に打ち込まれて切羽前方の地山の補強を行う補強鋼管と、前記補強鋼管の一部を拡径する拡径治具とのセットであって、
前記補強鋼管は、軸方向において拡径可能な拡径部を有し、
前記拡径部は、軸方向に沿う所与の長さの拡径用加工部が周方向で複数形成されおり、
前記拡径治具は、前記補強鋼管内に挿入可能な外径を有すると共に、前記拡径部を前記補強鋼管の内側から押し広げることを特徴とする。
【００１３】
ここで、拡径用加工部としては、スリットや溝、その他鋼管の拡径を可能にするための種々の加工部を含むものである。
【００１４】
本発明によれば、拡径部を拡径させることで、補強鋼管に十分な引き抜き抵抗を持たせることができるため、補強鋼管の外周域に固結材を圧入せずに済み、固結材の圧入工程をなくし、作業時間の短縮化ができ、しかも、コスト削減が可能となる。
【００１５】
（２）本発明においては、（１）において、
前記拡径部は、軸方向において複数設けられるようにしてもよい。
（３）本発明においては、（１）または（２）において、
前記拡径用加工部は、拡径用スリットまたは拡径用溝とするとよい。
（４）本発明においては、（１）〜（３）のいずれかにおいて、
切羽掘削時に所与の長さで切断可能に周方向にわたる切断用加工部を軸方向に所与の間隔で複数形成してもよい。
【００１６】
ここで、切断用加工部としては、スリットや溝、その他鋼管の切断を可能にするための種々の加工部を含むものである。
【００１７】
このような構成とすることにより、鏡補強鋼管として用いる場合に、トンネル掘進時の鏡補強鋼管の除去にあたって、切断用加工部位置で容易に鏡補強鋼管の切断が可能となる。
【００１８】
（５）本発明においては、（１）〜（４）のいずれかにおいて、
前記補強鋼管は、鏡補強鋼管または先受け補強鋼管として用いられるようにしてもよい。
【００１９】
このような構成とすることにより、鏡補強工法または先受け工法において、固結材の圧入工程をなくし、作業時間の短縮化ができ、しかも、コスト削減が可能となる。
【００２０】
また、鏡補強鋼管として用いる場合に、内部に固結材が充填されていないので、鏡補強鋼管が産業廃棄物となることがなく、再利用ができて、資源の有効利用を図ることができる。
【００２１】
（６）本発明の掘削補助工法は、
掘削補助工法においてトンネルの掘削切羽前方の地山に打ち込まれて切羽前方の地山の補強を行う補強鋼管であって、
軸方向において拡径可能な拡径部を有し、かつ、前記拡径部において軸方向に沿う所与の長さの拡径用加工部が周方向で複数形成されている前記補強鋼管を用いた掘削補助工法であって、
前記補強鋼管内に収容した削孔用のインナーツールを用いて掘削切羽前方の地山に前記補強鋼管を打ち込む工程と、
前記地山への補強鋼管の打ち込み完了後、前記補強鋼管内から前記削孔用のインナーツールを回収して補強鋼管内を空洞にする工程と、
前記空洞の補強鋼管内に拡径治具を挿入し、前記拡径部を拡径した後、補強鋼管内から前記拡径治具を回収し、前記補強鋼管のみを地山の補強材として残す工程と、
を含むことを特徴とする。
【００２２】
ここで、拡径治具としては、リンク機構を用いて鋼管を内側から拡径する治具、ウレタンゴムを圧縮して鋼管を内側から拡径する治具、その他、油圧パンタグラフ式等の機械式油圧拡張方式の拡径治具、回転拡張方式の拡径治具等を採用することが可能である。
【００２３】
本発明によれば、拡径治具を用いて拡径部を拡径させることで、補強鋼管の外周域に固結材を圧入せずに、補強鋼管に十分な引き抜き抵抗を持たせることができるため、補強鋼管のみを補強部材として使用できることとなり、固結材の圧入工程をなくし、作業時間の短縮化ができ、しかも、コスト削減が可能となる。
【００２４】
（７）本発明においては、（６）において、
前記補強鋼管は、鏡補強鋼管または先受け補強鋼管として用いるようにしてもよい。
【００２５】
このような構成とすることにより、先受け工法において、固結材の圧入工程をなくし、作業時間の短縮化ができ、しかも、コスト削減が可能となる。
【００２６】
また、鏡補強鋼管として用いる場合に、内部に固結材が充填されていないので、鏡補強鋼管が産業廃棄物となることがなく、再利用ができて、資源の有効利用を図ることができる。
【００２７】
（８）本発明においては、（６）または（７）において、
前記拡径治具は、油圧シリンダーのシリンダーシャフトに装着した円筒状のウレタンゴムを有し、前記ウレタンゴムの両端部を前記油圧シリンダーにより圧縮することで、前記ウレタンゴムの外径の撓みにより前記拡径部を前記補強鋼管の内側から押し広げるようにすることができる。
【００２８】
このような構成とすることにより、ウレタンゴムの圧縮変形力で、確実に拡径部の拡径を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる補強鋼管の断面図である。
【図２】図１の拡径用スリット部の拡大図である。
【図３】図２のIII-III線に沿う断面図である。
【図４】図２のIV-IV線に沿う断面図である。
【図５】補強鋼管内に削孔用のインナーツールを取り付けた状態を示す断面図である。
【図６】図５の削孔用のインナーツール先端部付近の拡大図である。
【図７】図６の状態から削孔用のインナーツールを回収し、補強鋼管内に拡径治具を挿入して拡径用スリット部の拡径を行う状態を示す断面図である。
【図８】図７の拡径治具の圧縮前の状態を示す拡大図である。
【図９】図８の状態から拡径治具の圧縮状態を示す拡大図である。
【図１０】補強鋼管の拡径用スリット部を拡径した状態を示す拡大斜視図である。
【図１１】図１０のXI-XI線に沿う断面図である。
【図１２】（Ａ）は切羽打設面の正面図で、（Ｂ）はその縦断面図である。
【図１３】拡径治具の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
図１は、本発明の一実施の形態にかかる補強鋼管を示す断面図である。
【００３２】
この補強鋼管１０は、掘削補助工法において、図１２に示すように、トンネル１２の掘削切羽１４前方の地山１６に打ち込まれて切羽１４前方の地山１６の補強を行うもので、複数本の鋼管１８をねじ部２０にて繋ぎ合わせた長尺の鋼管とされている。
【００３３】
例えば、各鋼管１８は、直径６０〜１１５ｍｍ、厚さ２〜６ｍｍ、長さ１５００〜４０００ｍｍのものとされ、好ましくは、直径７６ｍｍ、厚さ５ｍｍ、長さ３０００ｍｍ程度であり、補強鋼管１０は、この鋼管１８を、複数繋ぎ合わせて１．５〜３０ｍの長さのものとされ、好ましくは４本繋ぎ合わせた１２０００ｍｍ程度の長さのものとされている。
【００３４】
また、この補強鋼管１０は、図１２に示す切羽鏡面２２の補強を行う鏡補強鋼管として用いられるようになっており、拡径部としての拡径用スリット部２４と、切断用加工部としての切断用スリット２６とを有している。
【００３５】
拡径用スリット部２４は、補強鋼管１０の軸方向において所与の間隔で複数拡径可能に形成されている。
【００３６】
例えば、先頭の鋼管１８では所与の間隔で３箇所、残り３つの鋼管１８では所与の間隔でそれぞれ２箇所の合計９箇所に形成されている。
【００３７】
各拡径用スリット部２４は、軸方向に沿う所与の長さの拡径用加工部としての拡径用スリット２８が周方向で複数本形成されている。
【００３８】
拡径用加工部としては、拡径用スリットの他、拡径用溝その他の拡径可能な種々の加工部を採用することが可能である。
【００３９】
具体的には、拡径用スリット２８は、図２及び図３にも示すように、１００ｍｍ〜５００ｍｍの長さで、周方向に４本形成された状態となっている。
【００４０】
そして、この補強鋼管１０を図５に示す削孔用のインナーツール３０を用いて切羽１４の地山１６を削孔して、地山１６内に打設した後、インナーツール３０を回収して、補強鋼管１０の空洞内部から図７に示す拡径治具３２により複数の拡径用スリット部２４を拡径させることで、補強鋼管１０に十分な引き抜き抵抗を持たせることができるため、補強鋼管１０の外周域に固結材を圧入せずに済み、固結材の圧入工程をなくし、作業時間の短縮化ができ、しかも、コスト削減が可能となる。
【００４１】
切断用スリット２６は、切羽掘削時に補強鋼管１０を切断可能に周方向にわたって形成されている。
【００４２】
この切断用スリット２６は、補強鋼管１０を所与の長さで切断可能に軸方向に所与の間隔で複数形成されている。
【００４３】
具体的には、切断用スリット２６は、図４に示すように、補強鋼管１０の周方向にわたってθ度、例えば１２０度の角度で形成され、その間隔は切羽１４よりズリと切断鋼管を一緒に運搬処理できる長さとなる間隔とされている。
【００４４】
また、図示せぬが、切断用スリット２６に代えて、切断用溝、その他切断を容易にするための種々の加工部とすることも可能である。
【００４５】
このように、補強鋼管１０を鏡補強鋼管として用いる場合に、トンネル掘進時の補強鋼管１０の除去にあたって、切断用スリット２６または切断用溝位置で容易に補強鋼管１０の切断が可能となる。
【００４６】
この場合、補強鋼管１０は、拡径用スリット部２４の拡径により十分な引き抜き抵抗が得られるため、固結材の圧入が不要で、補強鋼管１０内には固結材が存在しない中空鋼管となり、鉄資源として再利用が可能となる。
【００４７】
なお、補強鋼管１０を先受け工法用の先受け補強鋼管として用いる場合には、補強鋼管１０の除去を行わないので、補強鋼管１０に切断用スリット２６または切断用溝の形成は不要である。
【００４８】
次に、このような補強鋼管１０を用いた掘削補助工法について説明する。
【００４９】
まず、図１に示す補強鋼管１０内に、図５に示すように、削孔用のインナーツール３０を設置する。
【００５０】
インナーツール３０は、補強鋼管１０の先端にケーシングシュー３４を介してユニットビット３６を取り付けておき、後端側から先端にビットアダプター３８を取り付けたインナーロッド４０を挿入し、ビットアダプター３８とユニットビット３６とを嵌合させることで、削岩機の打撃、回転をインナーロッド４０、ビットアダプター３８によりユニットビット３６に伝え、岩盤を破砕し掘進するようになっている。
【００５１】
また、破砕ズリの排出は、削岩機からの給水をインナーロッド４０の注水孔を通し、ビットアダプター３８を通り、ユニットビット３６の先端から注水され、破砕された岩石は注水とともに補強鋼管１０の内径とユニットビット３６、ビットアダプター３８、インナーロッド４０等との隙間から排出されながら掘進されるようになっている。
【００５２】
そして、この補強鋼管１０の内部に収容した削孔用のインナーツール３０を用いて掘削切羽１４前方の地山１６に補強鋼管１０を打ち込む。
【００５３】
この場合、補強鋼管１０は、図１２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、切羽１４の鏡面２２に対する補強用の鏡補強鋼管として用いる場合にも、さらには、トンネルの掘削予定上半断面周囲（切羽１４の鏡面２２の上半断面周囲）４２の地山１６補強用の先受け補強鋼管として用いる場合にも同様に適用される。
【００５４】
ただし、鏡補強鋼管として用いる場合には切断用スリット２６付きの補強鋼管１０を用い、先受け鋼管として用いる場合には切断用スリット２６のない補強鋼管１０を用いるようにしている。
【００５５】
次に、地山１６への補強鋼管１０の打ち込み完了後、補強鋼管１０内から削孔用のインナーツール３０を回収して補強鋼管１０内を空洞にする。
【００５６】
この場合、削孔用のインナーツール３０により補強鋼管１０内に送水して、ユニットビット３６の清掃及び補強鋼管１０内のスライムを排出させ、インナーロッド４０を逆転させてビットアダプター３８とユニットビット３６との嵌合を解除し、インナーツール３０を補強鋼管１０より回収する。
【００５７】
次いで、空洞状態の補強鋼管１０内に拡径治具３２を挿入し、この拡径治具３２により先頭の拡径用スリット部２４から後方に向けて順次拡径する。
【００５８】
拡径治具３２は、図８及び図９に示すように、油圧シリンダー４４と、シリンダーシャフト４６と、スリーブ４８と、シリンダーシャフト４６の外周に装着された円筒状のウレタンゴム５０と、このウレタンゴム５０の一端側でシリンダーシャフト４６に装着固定されたストッパー５２と、ウレタンゴム５０の他端側でシリンダーシャフト４６に対してスライド可能にスリーブ４８に装着固定されたストッパー５４とを有している。
【００５９】
そして、通常時には図８に示すように、ウレタンゴム５０が縮径した状態を維持し、圧縮時には、シリンダーシャフト４６をＡ方向、スリーブ４８をＢ方向に移動させることで、ウレタンゴム５０が外方に撓んで拡径し、補強鋼管１０の拡径用スリット部２４を内側から押し広げて拡径し得るようになっている。
【００６０】
拡径した補強鋼管１０は、図１０及び図１１に示すように、拡径用スリット部２４において拡径用スリット２８が広がって、拡径用スリット２８間が外方に突出して拡径状態が形成されるようになっている。
【００６１】
このように、本実施の形態では、ウレタンゴム５０の圧縮変形力で、確実に拡径用スリット部２４の拡径を行うことができる。
【００６２】
なお、ウレタンゴムとしては、特に耐摩耗ウレタンゴムが適している。
【００６３】
また、ウレタンゴム以外にも、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エチレンゴム等、高圧縮、復元可能なゴムであれば、採用が可能である。
【００６４】
図１３には、拡径治具の変形例を示している。
【００６５】
この拡径治具５６は、油圧シリンダー５８と、シリンダーシャフト６０と、このシリンダーシャフト６０に取り付けられた屈曲可能な複数のＶ字状のリンクアーム６２とを有し、油圧シリンダー５８によりシリンダーシャフト６０をＣ方向に移動させることで、リンクアーム６２を屈曲し、連結部６４を外方に突出させて拡径用スリット部２４を拡径可能にしている。
【００６６】
そして、すべての拡径用スリット部２４を拡径した後、補強鋼管１０内から拡径治具３２を回収し、補強鋼管１０のみを地山１６の補強材として残すようにしている。
【００６７】
このように、本実施の形態では、拡径治具３２を用いて複数の拡径用スリット部２４を拡径させることで、補強鋼管１０の外周域に固結材を圧入せずに、補強鋼管１０に十分な引き抜き抵抗を持たせることができるため、補強鋼管１０のみを補強部材として使用できることとなり、固結材の圧入工程をなくし、作業時間の短縮化ができ、しかも、コスト削減が可能となる。
【００６８】
また、補強鋼管１０を、鏡補強鋼管として用いることで、内部に固結材が充填されていないので、補強鋼管１０が産業廃棄物となることがなく、再利用ができて、資源の有効利用を図ることができる。
【００６９】
さらに、補強鋼管１０を先受け補強鋼管として用いることで、先受け工法において、固結材の圧入工程をなくし、作業時間の短縮化ができ、しかも、コスト削減が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において
、種々の形態に変形することが可能である。
【００７１】
例えば、前記実施の形態においては、拡径用スリット部を形成する拡径用スリットは軸方向に沿って設けられているが、軸方向と斜行した状態としてもよく、また、直線状に限らず曲線状に形成することも可能である。
【００７２】
また、前記実施の形態においては、補強鋼管の軸方向に所与の間隔で複数の拡径用スリット部を設けた例について説明したが、この例に限らず、拡径スリット部を１箇所のみ設けるようにすることも可能である。
【００７３】
さらに、前記実施の形態においては、補強鋼管として、先受け補強鋼管及び鏡補強鋼管に適用する場合について説明したが、これに限らず、サイドパイル、脚部補強、法面補強、トンネル改修等にも適用することが可能である。
【００７４】
また、拡径治具は、周方向で拡径する部位に応じた数の拡張部分を有するものに限らず、拡径する部位よりも少ない拡張部を有し、それを周方向で回転させることで拡径する部位を増やせるようにしたものも採用可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１０  補強鋼管
１２  トンネル
１４  切羽
１６  地山
２２  鏡面
２４  拡径用スリット部
２６  切断用スリット
２８  拡径用スリット
３０  インナーツール
３２、５４  拡径治具
４４  油圧シリンダー
４６  シリンダーシャフト
５０  ウレタンゴム
【図１】
0006460777.tif 000002
【図２】
0006460777.tif 000003
【図３】
0006460777.tif 000004
【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】
0006460777.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0006460777.tif 000012
【図１２】
0006460777.tif 000013
【図１３】
0006460777.tif 000014