(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤を掘削して形成したトンネルの壁面に沿って配設されるアーチ状の支保工を、側方地盤へ打設したパイルで支持するトンネル支保工の沈下抑制方法であって、
トンネル壁面から側方地盤へ向けて観察用孔部を形成する孔部形成工程と、
上記観察用孔部に、地盤の緩み部から作用する荷重で変形し得る観測用パイプを挿入するパイプ挿入工程と、
上記観測用パイプの変形状態をトンネル側から観察し、変形状態から緩み部とその外側の健全部との境界位置を推定し、推定した境界位置からトンネル壁面までの距離を計測する観測工程と、
計測した距離に、健全部へ根入れする長さを加えた長さ寸法の上記パイルを、上記観察用孔部近傍位置のトンネル壁面から側方地盤へ横向きに打設するパイル打設工程とを備えることを特徴とするトンネル支保工の沈下抑制方法。
【請求項２】
地盤を掘削して形成したトンネルの壁面に沿って配設されるアーチ状の支保工を、側方地盤へ打設したパイルで支持するトンネル支保工の沈下抑制方法であって、
トンネル壁面から側方地盤へ向けて観察用孔部を形成する孔部形成工程と、
上記観察用孔部に、地盤の緩み部から作用する荷重で変形し得る観測用パイプを挿入するパイプ挿入工程と、
上記観測用パイプの折れ曲がり変形位置をトンネル側から観察して当該折れ曲がり位置からトンネル壁面までの距離を計測する観測工程と、
計測した距離以上の長さ寸法の上記パイルを、上記観察用孔部近傍位置のトンネル壁面から側方地盤へ横向きに打設するパイル打設工程とを備えることを特徴とするトンネル支保工の沈下抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支保工の沈下を抑制するパイルを、手軽な部材を利用し容易な手順で、従来と遜色なく適切に地盤に打設することが可能なトンネル支保工の沈下抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
山岳トンネルａの場合、地山が不良であって、地山強度が小さくかつ支持力も小さいと、図６に示すように、トンネルａ全体が大きく沈下する。トンネルａの沈下を抑制するには、トンネルａの壁面に沿って配設されるアーチ状の支保工ｂを、トンネルａ側方の側方地盤に打設した鋼管やＰＣ鋼棒などのパイルによって支えるようにすればよい。このパイルは、地盤の緩み部ではなく、その外側の健全部に、相当の長さの根入れを確保できるように打設する必要がある。ところが、地盤の緩み部がどのような範囲で広がっているかを直接知ることはできない。この種のパイルなどを地盤に適切に打設することを企図して提案された技術として、特許文献１および特許文献２が知られている。
【０００３】
特許文献１の「ロックボルト支保によるトンネル施工方法」では、歪ゲージつきロックボルトを用い、当該歪ゲージを利用して地盤の状態を判定するようにしている。また、特許文献２の「地盤の緩み範囲測定方法」にあっても、歪ゲージを利用して緩み範囲を測定するようにしている。
【特許文献１】特開昭５５−１４８８９７号公報
【特許文献２】特開平２−２８７２１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記背景技術にあっては、いずれも歪ゲージを利用しているため、歪ゲージの地盤中への設置操作や、地盤中で歪ゲージを保護する対策、さらには、コントローラ等で歪ゲージからの電気信号を処理する操作などが必要であって、その設置から計測までの一連の作業がきわめて煩雑である。このため、一連の計測作業に相当の時間を要し、その間の支保工の沈下を許してしまうこととなり、計測後にトンネル壁面から側方地盤に打設される支保工の沈下抑止用のパイルが所望の効果を発揮することができないという課題があった。
【０００５】
本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、支保工の沈下を抑制するパイルを、手軽な部材を利用し容易な手順で、従来と遜色なく適切に地盤に打設することが可能なトンネル支保工の沈下抑制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】
【０００６】
本発明にかかるトンネル支保工の沈下抑制方法は、地盤を掘削して形成したトンネルの壁面に沿って配設されるアーチ状の支保工を、側方地盤へ打設したパイルで支持するトンネル支保工の沈下抑制方法であって、トンネル壁面から側方地盤へ向けて観察用孔部を形成する孔部形成工程と、上記観察用孔部に、地盤の緩み部から作用する荷重で変形し得る観測用パイプを挿入するパイプ挿入工程と、上記観測用パイプの変形状態をトンネル側から観察し、変形状態から緩み部とその外側の健全部との境界位置を推定し、推定した境界位置からトンネル壁面までの距離を計測する観測工程と、計測した距離に、健全部へ根入れする長さを加えた長さ寸法の上記パイルを、上記観察用孔部近傍位置のトンネル壁面から側方地盤へ横向きに打設するパイル打設工程とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明にかかるトンネル支保工の沈下抑制方法は、地盤を掘削して形成したトンネルの壁面に沿って配設されるアーチ状の支保工を、側方地盤へ打設したパイルで支持するトンネル支保工の沈下抑制方法であって、トンネル壁面から側方地盤へ向けて観察用孔部を形成する孔部形成工程と、上記観察用孔部に、地盤の緩み部から作用する荷重で変形し得る観測用パイプを挿入するパイプ挿入工程と、上記観測用パイプの折れ曲がり変形位置をトンネル側から観察して当該折れ曲がり位置からトンネル壁面までの距離を計測する観測工程と、計測した距離以上の長さ寸法の上記パイルを、上記観察用孔部近傍位置のトンネル壁面から側方地盤へ横向きに打設するパイル打設工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかるトンネル支保工の沈下抑制方法にあっては、支保工の沈下を抑制するパイルを、手軽な部材を利用し容易な手順で、従来と遜色なく適切に地盤に打設することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明にかかるトンネル支保工の沈下抑制方法の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態にかかるトンネル支保工の沈下抑制方法は基本的には、図１から図３に示すように、地盤を掘削して形成したトンネル１の壁面１ａに沿って配設されるアーチ状の支保工２を、側方地盤へ打設したパイル３で支持するトンネル支保工の沈下抑制方法であって、トンネル壁面１ａから側方地盤へ向けて、例えば水平方向に観察用孔部４を形成する孔部形成工程と、観察用孔部４に、地盤の緩み部Ｘから作用する荷重で変形し得る観測用パイプ５を挿入するパイプ挿入工程と、観測用パイプ５の変形状態をトンネル１側から観察し、変形状態から緩み部Ｘとその外側の健全部Ｙとの境界位置Ｂを推定し、推定した境界位置Ｂからトンネル壁面１ａまでの距離Ｌを計測する観測工程と、計測した距離Ｌに、健全部Ｙへ根入れする長さを加えた長さ寸法のパイル３を、観察用孔部４近傍位置のトンネル壁面１ａから側方地盤へ横向きに打設するパイル打設工程とを備える。
【００１０】
山岳トンネル１は周知のように、地盤に対し、掘削工程（必要に応じて、発破工程を含む）と支保工程を順次繰り返すことで形成され、その壁面１ａはアーチ状に形成される。トンネル１内には、アーチ状のトンネル壁面１ａに沿わせてアーチ状に形成されたＨ鋼製などの支保工２が設置される。支保工２は、トンネル１の奥行き方向に適宜間隔を隔てて複数配設される。本実施形態にかかるトンネル支保工の沈下抑制方法は、これら複数の支保工１それぞれに対して実施される。
【００１１】
また、本実施形態にかかるトンネル支保工の沈下抑制方法は、支保工１設置前に実施しても、あるいは支保工１設置後に実施してもよい。支保工１設置後は、地盤の緩み部Ｘの沈下荷重が支保工２によってある程度支えられるため、緩み部Ｘと健全部Ｙとの境界Ｂの判別が曖昧になる場合もあるので、沈下抑制方法の実施自体を考えると、支保工２設置前に実施することが好ましい。しかしながら、トンネル施工の安全面からすると、支保工２を設置した後で、沈下抑制方法を実施することが望ましい。ＰＣ鋼棒や鋼管などのパイル３は図２に示すように、支保工２の足元となる脚部近傍位置のトンネル壁面１ａから側方地盤へ向けて、おおよそ水平方向に横向きに複数打設され、支保工２はこれらパイル３に結合されて支持されることで、その沈下が抑制されるようになっている。
【００１２】
本実施形態にかかるトンネル支保工の沈下抑制方法は、以下のようにして実施される。図１（ａ）に示すように、まず、パイル３を打設する予定箇所近傍のトンネル壁面１ａから側方地盤へ水平方向に観察用孔部４を形成する。この観察用孔部４は、水平に穿設することが望ましい。またこの観察用孔部４の穿設深さは、事前のボーリング調査等から明らかに健全部Ｙに達すると推定される寸法とする。次いで、図１（ｂ）に示すように、観察用孔部４に、観測用パイプ５を挿入する。観察用孔部４が健全部Ｙまで達するように形成されていることから、観測用パイプ５は、地盤の緩み部Ｘと健全部Ｙとの間に跨って配設される。観測用パイプ５は、地盤の緩み部Ｘから作用する荷重によって、健全部Ｙに挿入されている部分に対し、緩み部Ｘに挿入されている部分が確実に変形し得る剛性（せん断剛性または曲げ剛性）のものが用いられる。観測用パイプ５としては例えば、安価で加工性のよい、肉厚の薄い鉄管や紙製の丸筒（ボイド）、塩化ビニール製パイプなどが用いられる。
【００１３】
次いで、図１（ｃ）に示すように、観測工程を実施する。この観測工程では、まず、作業員がトンネル１側から、観測用パイプ５の変形状態を観察する。観察する機材６としては、例えば、図３に示すものが使用される。図３（ａ）は、観察用機材６の要部側面図、図３（ｂ）はその要部正面図、図３（ｃ）はその使用状態を示す。この観察用機材６は、カメラ本体７およびカメラ本体７への給電および操作制御信号や撮像信号の送受を行うための配線が収納された可撓性コード８を有する撮像用カメラ９と、カメラ本体７にブラケット１０を介して支持された下振り付き分度器１１と、トンネル１内に設置され、可撓性コード８を介してカメラ本体７に接続された図示しない給電機能付きのモニターと、撮像用カメラ９の観測用パイプ５内での移動を案内する案内部材１２とから主に構成される。
【００１４】
下振り付き分度器１１は、分度器１１ａにピン１１ｂを介して回動自在に取り付けた錘１１ｃ付きの指示針１１ｄが、分度器１１ａの鉛直に対する傾斜に応じて、分度器１１ａの目盛りを指示するもので、指示針１１ｄの指示を読み取ることによって、分度器１１ａ、ひいてはカメラ本体７の鉛直もしくは水平に対する傾斜角度を計測できるようになっている。撮像用カメラ９は、この下振り付き分度器１１の指示針１１ｄの指示を撮像して（図中、Ｍで示す。）、モニターに出力する。案内部材１２は、カメラ本体７を観測用パイプ５内で円滑に移動させることができるように、最大外径が観測用パイプ５の内径よりも僅かに小径な紡錘形状に形成され、カメラ本体７に取り付けられる。また、可撓性コード８には、トンネル壁面１ａからの撮像用カメラ９の挿入深さを知ることができるように、目盛り８ａが設けられる。
【００１５】
このように構成した観察用機材６を観測用パイプ５内に挿入することで、観測用パイプ５の変形状態を観察する。撮像用カメラ９で撮像された下振り付き分度器１１の指示針１１ｄの指示を、モニターで読み取ることで、トンネル１内で観測用パイプ５の変形状態を知ることができる。案内部材１２に案内させて、観測用パイプ５内で撮像用カメラ９を自在に移動させることで、観測用パイプ５全長にわたってその変形状態を知ることができ、撮像用カメラ９で得られた観測用パイプ５の変形状態の撮像情報から、緩み部Ｘと健全部Ｙとの境界位置Ｂを推定する。その後、推定した境界位置Ｂからトンネル壁面１ａまでの距離Ｌを計測する。この計測作業は、可撓性コード８に付した目盛り８ａを読み取ることで行うことができる。
【００１６】
このようにして観測工程が終了したならば、パイル打設工程を実施する。なお、観測用孔部４の内部は、モルタル等を充填・硬化させておき、当該位置での崩壊を防止する。パイル打設工程は図２に示すように、観察用孔部４近傍位置のトンネル壁面１ａから側方地盤へ向かって横向きに適宜本数のパイル３を打設することで行われる。この際、パイル３が適切に健全部Ｙに根入れされるように、パイル３の長さ寸法は、可撓性コード８で計測された距離Ｌに、健全部Ｙへ根入れする長さ寸法を加えた長さに設定される。その後、これらパイル３を支保工２に結合することで、トンネル支保工の沈下抑制作業が完了する。パイル３の構成材料としては、支保工２が変位しようとする力に対して耐力の高い鋼管や鋼棒などの高剛性材料が好適に用いられる。これらの鋼管等で構成されるパイル３は、少なくとも観察用孔部４内壁との間の空隙部にモルタル等が充填され、地盤に定着・密着される。パイル３は、上述した１回の計測を基に設定した長さでもって、一定の掘進長（例えば、１ｍ）ごとに複数本打設される。上記一定の掘進長の掘削およびパイル打設工程を所定回数（例えば、１０回で１０ｍ）行った後に、いわば所定の掘進長ごとに、再度孔部形成工程から観測工程を実施する。掘削の進行に従い、周辺地盤の性状が異なってくるからである。他方、観察用孔部４の形成にあたっては、沈下抑止用のパイル３を打設する打設装置を兼用することができる。そうすることにより、観察用孔部４の形成装置とパイル打設装置の入れ替え等の作業が不要となり、観察用孔部４の形成からパイル打設までの一連の作業を効率的かつ迅速に行うことができる。
【００１７】
以上説明したように、本実施形態にかかるトンネル支保工の沈下抑制方法にあっては、背景技術のように設置操作や保護対策、信号処理が必要な歪ゲージを使用する場合に比べて、塩化ビニール製パイプを例とする軽便な観測用パイプ５と、観測用パイプ５内で自在に操作されて撮像を供給する撮像用カメラ９を備えた観察用機材６という手軽な機材を利用して、観察用孔部４の形成、観測用パイプ５の挿入および観察用機材６を利用した観測、その後のパイル打設という容易な手順で短時間に、従来と遜色なく適切にパイル３を地盤に打設することができる。
【００１８】
図４および図５には、上述した観察用機材６を使用することに代えて、観測用パイプ５の変形状態を観察する手段が示されている。図４（ａ）は観測用パイプ５の一部破断斜視図、図４（ｂ）は観測用パイプ５の変形状態をトンネル１側から見た様子を示す正面図である。図４にあっては、２つ割りにした観測用パイプ片５ａ，５ｂを用い、一方の観測用パイプ片５ａの凹面には、観測用パイプ片５ａの長さ方向に沿って適宜間隔を隔ててランプ１３が設けられる。これらランプ１３は、観測用パイプ５外方に引き出される給電線１４によって直列に接続される。他方の観測用パイプ片５ｂの凹面には、一定の寸法、例えば２０ｃｍ間隔で、色違いのマーキング線１５が描かれるとともに、これらマーキング線１５間には、色違いの寸法表示１６が描かれる。そして、ランプ１３、マーキング線１５および寸法表示１６を内側にしてこれら観測用パイプ片５ａ，５ｂを管状に一体的に接合して観測用パイプ５を形成し、観察用孔部４に挿入する。
【００１９】
このような観測用パイプ５を観察用孔部４に挿入すれば、緩み部Ｘから作用する荷重で観測用パイプ５が変形すると、図４（ｂ）に示すように、トンネル１内から観測用パイプ５内を見ることで、変形箇所でマーキング線１５の間隔が異なって観察され、これにより緩み部Ｘと健全部Ｙとの境界位置Ｂをおおよそ推定することができる。また、推定した境界位置Ｂからトンネル壁面１ａまでの距離Ｌは、境界位置Ｂ近傍の寸法表示１６を読み取ればよい。このような手段によっても、上記実施形態と同様な作用効果を得ることができるとともに、特に観察用機材６を使用する場合に比べて、きわめて簡単な部材を利用して適切にパイル３を地盤に打設することができる。
【００２０】
図５には、図４と異なる観測用パイプ５の変形状態を観察する手段が示されていて、図５（ａ）は観測用パイプ５の一部破断斜視図、図５（ｂ）は観測用パイプ５の変形状態をトンネル１側から見た様子を示す正面図である。図５にあっても、２つ割りにした観測用パイプ片５ａ，５ｂを用い、一方の観測用パイプ片５ｂの凹面には、観測用パイプ片５ｂの長さ方向に沿って一定の寸法間隔で色違いのランプ１７が設けられる。これらランプ１７は、観測用パイプ５外方に引き出される給電線１４によって直列に接続される。そして、ランプ１７を内側にしてこれら観測用パイプ片５ａ，５ｂを管状に一体的に接合して観測用パイプ５を形成し、観察用孔部４に挿入する。
【００２１】
このような観測用パイプ５を観察用孔部４に挿入すれば、緩み部Ｘから作用する荷重で観測用パイプ５が変形すると、図５（ｂ）に示すように、トンネル１内から観測用パイプ５内を見ることで、変形箇所でいずれか一対のランプ１７の上下位置関係がその他のランプ１７とは異なる箇所が観察され、当該一対のランプ１７位置から緩み部Ｘと健全部Ｙとの境界位置Ｂをおおよそ推定することができる。また、推定した境界位置Ｂからトンネル壁面１ａまでの距離Ｌは、おおよそ上記一対のランプ１７間までの寸法となる。このような手段によっても、上記実施形態と同様な作用効果を得ることができるとともに、特に観察用機材６を使用する場合に比べて、きわめて簡単な部材を利用して適切にパイル３を地盤に打設することができる。
【００２２】
さらに、上記実施形態にあっては、観察工程を、観測用パイプ５の変形状態をトンネル１側から観察し、変形状態から緩み部Ｘとその外側の健全部Ｙとの境界位置Ｂを推定し、推定した境界位置Ｂからトンネル壁面１ａまでの距離Ｌを計測するとし、パイル打設工程を、計測した距離Ｌに、健全部Ｙへ根入れする長さを加えた長さ寸法のパイル３を、観察用孔部４近傍位置のトンネル壁面１ａから側方地盤へ横向きに打設するとしたが、これらに代わる他の実施形態として、観測用パイプ５の折れ曲がり変形位置をトンネル１側から観察して当該折れ曲がり位置からトンネル壁面１ａまでの距離を計測する観測工程と、計測した距離以上の長さ寸法のパイル３を、観察用孔部４近傍位置のトンネル壁面１ａから側方地盤へ横向きに打設するパイル打設工程を備えるようにしてもよい。
【００２３】
観測用パイプ５による地盤の緩み部Ｘと健全部Ｙの境界位置Ｂの観察については、観測用パイプ５が境界位置Ｂで段差が生ずるように折れ曲がって変形してきわめて明瞭である場合と、なだらかに変形して見分けがつきにくく曖昧である場合とがある。曖昧である場合には、境界位置Ｂは推定になる一方で、明瞭である場合には、変形箇所そのものを境界位置Ｂとしてもよい。後者の場合には、上記実施形態のような境界位置Ｂの推定ではなく、折れ曲がり変形位置を境界位置Ｂとして、当該折れ曲がり位置からトンネル壁面１ａまでの距離を計測すればよい。
【００２４】
そして、パイル３の長さ寸法設定についても、折れ曲がり位置を境界位置Ｂとすれば、計測された距離以上の長さ寸法に設定することで、適切に健全部Ｙに根入れすることができる。このように、上記実施形態のように、境界位置Ｂを推定し、この推定に基づいてパイル３長さを設定しても、これに代えて、当該他の実施形態のように、折れ曲がり変形位置を観察し、この折れ曲がり位置に基づいてパイル３の長さを設定してもよく、これら実施形態のいずれであっても同様な作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明にかかるトンネル支保工の沈下抑制方法の好適な一実施形態を示す工程図である。
【図２】図１に示したトンネル支保工の沈下抑制方法を適用してパイルを打設した状態を示すトンネルの正面断面図である。
【図３】図１に示したトンネル支保工の沈下抑制方法に適用される観察用機材の一例を示す説明図である。
【図４】図１に示したトンネル支保工の沈下抑制方法に適用される観測用パイプの変形状態を観察する手段の一例を示す説明図である。
【図５】図１に示したトンネル支保工の沈下抑制方法に適用される観測用パイプの変形状態を観察する手段の他の例を示す説明図である。
【図６】山岳トンネルが形成された地盤の緩み部と健全部、並びに支保工の沈下状態を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  トンネル
１ａ  トンネル壁面
２  支保工
３  パイル
４  観察用孔部
５  観測用パイプ
Ｂ  境界位置
Ｘ  地盤の緩み部
Ｙ  地盤の健全部
【図１】
0004657908.tif 000002
【図２】
0004657908.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0004657908.tif 000006
【図６】
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