(57)【要約】【課題】上半支保工脚部の支持力が確実に得られるとともに、掘削効率の改善が図れるトンネル支保構造およびトンネル支保工法を提供する。【解決手段】トンネル上半６内周に鋼製支保工と吹付けコンクリートからなる上半支保工３が設置されている。上半支保工３の外周部には長尺先受工２がトンネル周方向に所定の離間間隔をおいてトンネル軸方向と略平行に配設されるとともに、ロックボルト５がトンネル軸直交方向に放射状に配設されている。また、上半支保工３の内側には覆工コンクリート４が設置されている。さらに、上半支保工３脚部から下方の略トンネル壁面に沿った地山Ｇ部分について、トンネル軸方向に施工された超長尺先受工１による地山改良が施されている。【選択図】    図１
2005023582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル掘削断面の上半を先行掘削する際のトンネル支保構造であって、
上半支保工脚部から下方にトンネル軸方向に沿って施された長尺先受工による地山改良部に前記上半支保工脚部が支持されていることを特徴とするトンネル支保構造。
【請求項２】
上半を掘削する前に、上半支保工脚部の下方位置でトンネル軸方向に沿って、長尺先受工による地山改良部を施工し、前記上半を掘削して前記上半支保工を設置する際に、前記上半支保工脚部を前記地山改良部に支持させることを特徴とするトンネル支保工法。
【請求項３】
前記長尺先受工は、前記上半支保工脚部から下方の地山部分について所定の離間間隔をおいて、トンネル坑口から前方に向けて削孔軌道を修正しつつ削孔を行い、管体を挿入してなることを特徴とする請求項２に記載のトンネル支保工法。
【請求項４】
前記削孔を行うに当たり、削孔時に削孔方向を第一の方向に偏向させる力が生じる形状からなる外管ビットを先端に有する外管と、削孔時に削孔方向を第二の方向に偏向させる力が生じる形状からなる内管ビットを先端に有する内管とを備え、
直線削孔時には、削孔方向を第一の方向に偏向させる力と削孔方向を第二の方向に偏向させる力とが相殺されるように、前記外管ビットと前記内管ビットの周方向相対位置を設定して削孔を行い、
削孔方向修正時には、削孔方向を第一の方向に偏向させる力と削孔方向を第二の方向に偏向させる力との合力方向に削孔できるように、前記外管ビットと前記内管ビットの周方向相対位置を設定して削孔を行うことを特徴とする請求項３に記載のトンネル支保工法。
【請求項５】
前記外管ビットおよび前記内管ビットの先端面が、前記外管ビットおよび前記内管ビットの軸方向と直交する面に対して、それぞれ傾斜角を有するように形成されていることを特徴とする請求項４に記載のトンネル支保工法。
【請求項６】
前記削孔を行うに当たり、外管ビットを先端に有する外管と、内管ビットシューを先端に有する内管とを備え、前記内管ビットシューは、前記内管ビットシューの軸心より放射方向に伸長可能なリーマー片を有し、
直線削孔時には、前記リーマー片を前記内管ビットシュー内に格納した状態として削孔を行い、
削孔方向修正時には、前記リーマー片を前記内管ビットシューから伸長させた状態として削孔を行うことを特徴とする請求項３に記載のトンネル支保工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル支保構造およびトンネル支保工法に関し、特に、上半支保工脚部の補強構造および補強工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
山岳トンネル工法において、通常の支保工では対処できないか対処することが得策ではない場合、トンネルの安全性確保または周辺環境の保全のために様々な補助工法が採用される。このうち、上半支保工脚部の支持力が不足するために生じる前記脚部の沈下を抑制する補助工法では、レッグパイル工法などが用いられている。特許文献１では、トンネルの切羽から前方斜め下向きに曲線状の補強工を設ける脚部補強工法が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１４７１６４号公報（第３頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の脚部補強工法はいずれも、各切羽における作業になるため、工期が長くなるうえ、工事費も嵩む問題がある。また、脚部補強部と上半支保工とを一体化するのが難しく、確実な脚部支持力が得られないことがある。
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、上半支保工脚部の支持力が確実に得られるとともに、掘削効率の改善が図れるトンネル支保構造およびトンネル支保工法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るトンネル支保構造では、トンネル掘削断面の上半を先行掘削する際のトンネル支保構造であって、上半支保工脚部から下方にトンネル軸方向に沿って施された長尺先受工による地山改良部に前記上半支保工脚部が支持されていることを特徴とする。
本発明では、上半支保工脚部から下方部を先受工によって予め地山改良しておくことにより、上半支保工脚部の沈下を抑制し、確実な支持力を得るものである。また、長尺先受工では、トンネル掘削前に地山改良を行うため、切羽到達前の先行変位を低減でき、地表面沈下の抑制効果も大きい。
【０００６】
本発明に係るトンネル支保工法では、上半を掘削する前に、上半支保工脚部の下方位置でトンネル軸方向に沿って、長尺先受工による地山改良部を施工し、前記上半を掘削して前記上半支保工を設置する際に、前記上半支保工脚部を前記地山改良部に支持させることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るトンネル支保工法では、前記長尺先受工は、前記上半支保工脚部から下方の地山部分について所定の離間間隔をおいて、トンネル坑口から前方に向けて削孔軌道を修正しつつ削孔を行い、管体を挿入してなることを特徴とする。
ここで、前記所定の離間間隔は、前記長尺先受工による地山改良部が互いに重複するように設定する。
従来の長尺先受工は、長さ１０〜１５ｍ程度の鋼管を削孔・打設した後、鋼管内部およびその周囲に注入材を充填することにより、地山を補強するものであるが、本発明における長尺先受工では、略１００ｍ単位の超長尺先受工とする。そのため、本発明における長尺先受工では、削孔軌道を修正しつつ削孔を行う必要が生じるが、略１００ｍ単位の地山改良を一度に行うため、従来工法に比べて工期の短縮および工費の削減を図ることができる。また、本発明では、トンネル軸方向に均一な改良が行えるため、不等沈下の抑制効果も大きい。
【０００８】
また、本発明に係るトンネル支保工法では、前記削孔を行うに当たり、削孔時に削孔方向を第一の方向に偏向させる力が生じる形状からなる外管ビットを先端に有する外管と、削孔時に削孔方向を第二の方向に偏向させる力が生じる形状からなる内管ビットを先端に有する内管とを備え、直線削孔時には、削孔方向を第一の方向に偏向させる力と削孔方向を第二の方向に偏向させる力とが相殺されるように、前記外管ビットと前記内管ビットの周方向相対位置を設定して削孔を行い、削孔方向修正時には、削孔方向を第一の方向に偏向させる力と削孔方向を第二の方向に偏向させる力との合力方向に削孔できるように、前記外管ビットと前記内管ビットの周方向相対位置を設定して削孔を行ってもよい。
この際、前記外管ビットおよび前記内管ビットの先端面が、前記外管ビットおよび前記内管ビットの軸方向と直交する面に対して、それぞれ傾斜角を有するように形成されていることが好適である。
外管ビットおよび内管ビットの先端面が傾斜角を有する場合、地山の削孔反力に対して、外管ビットおよび内管ビットは、抵抗の小さな傾斜面の先端に向かう方向に逃げるようになる。本発明は、この原理を応用したものであり、直進時には、外管ビットを偏向させる力と内管ビットを偏向させる力が相殺するように削孔し、削孔方向修正時には、外管ビットを偏向させる力と内管ビットを偏向させる力の合力を利用して削孔することにより、長尺の削孔が可能となる。
【０００９】
あるいは、本発明に係るトンネル支保工法では、前記削孔を行うに当たり、外管ビットを先端に有する外管と、内管ビットシューを先端に有する内管とを備え、前記内管ビットシューは、前記内管ビットシューの軸心より放射方向に伸長可能なリーマー片を有し、直線削孔時には、前記リーマー片を前記内管ビットシュー内に格納した状態として削孔を行い、削孔方向修正時には、前記リーマー片を前記内管ビットシューから伸長させた状態として削孔を行ってもよい。
本発明では、リーマー片を内管ビットシューから伸長させることにより、削孔面の中心が内管ビットシューの軸心から偏心するため、削孔方向を修正することができるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係るトンネル支保構造の実施形態の一例を示すものである。
この図に示すように、本実施形態によるトンネル支保構造では、従来のトンネル支保構造と同様に、トンネル上半６内周に鋼製支保工と吹付けコンクリートからなる上半支保工３が設置されている。上半支保工３の外周部には長尺先受工２がトンネル周方向に所定の離間間隔をおいてトンネル軸方向と略平行に配設されるとともに、ロックボルト５がトンネル軸直交方向に放射状に配設されている。また、上半支保工３の内側には覆工コンクリート４が設置されている。
本実施形態によるトンネル支保構造では、従来のトンネル支保構造に加えて、上半支保工３脚部から下方の略トンネル壁面に沿った地山Ｇ部分について、トンネル軸方向に施工された長尺先受工による地山改良が施されている。そして、本発明においては、この長尺先受工は略１００ｍ単位の超長尺先受工１となっている。
超長尺先受工１は、芯材としての鋼管を削孔・打設し、その内外周に地山改良材を注入充填して地山改良部９を形成する工法であるが、地山改良部９が互いに重複するような離間間隔で超長尺先受工１を配設する。また、地山改良部９は、上部は上半支保工３脚部が含まれるようにし、下部はインバート８付近まで施工される。
なお、上半支保工３脚部の地山Ｇ支持力を確保するために、超長尺先受工１を上半支保工３脚部下方の地山Ｇ部分に縦一列ではなく、複数列配置する場合もある。
本実施形態によるトンネル支保構造では、上半支保工３脚部から下方部を超長尺先受工１によって予め地山改良しておくことにより、上半支保工３脚部の沈下を抑制し、確実な支持力を得ることができる。また、超長尺先受工１では、トンネル掘削前に地山改良を行うため、切羽到達前の先行変位を低減でき、地表面沈下も抑制することができる。
また、本実施形態によるトンネル支保構造では、略１００ｍ単位の超長尺先受工１とするため、従来工法に比べて工期の短縮および工費の削減を図ることができるうえ、トンネル軸方向に均一な改良が行えるため、不等沈下の抑制効果も大きい。
【００１１】
本実施形態によるトンネル支保工では、トンネル掘削断面の上半６を先行して掘削し、上半支保工３を設置するが、その上半６の掘削前に、予め上半支保工３脚部からトンネル下半７に亘る部分に、超長尺先受工１をトンネル軸方向に施工するものである。この長尺先受工１の施工は、地山Ｇの状態によって決められるが、最初から施工する場合は、トンネル坑口からトンネル前方に向けて施工し、トンネル途中の一部区間を施工する場合は、トンネルの側部を部分的に拡幅して施工スペースとし、そこから施工することになる。いずれにしても、超長尺先受工１の施工長は１００ｍ程度なので、トンネルがそれよりも長く且つ全延長施工する場合は、トンネル途中で側部を一部拡幅して施工することになる。
【００１２】
次に、超長尺先受工の具体的実施形態であるが、図２は、超長尺先受工における削孔方法の第一の実施形態を示したものである。また、図３は、削孔方法の第一実施形態における外管ビットおよび内管ビットの斜視図である。ただし、図３ではビット刃１５は省略している。以下、図１と同一の構成要素には同一の符号を用いて説明を省略する。
本実施形態による削孔方法は、外管（鋼管）１０と内管（鋼管）１１とからなる二重管の基端を、図示していない削孔駆動装置に連結し、前記二重管に打撃力あるいは回転力を加えて地山Ｇの削孔を行う。外管１０の先端には外管ビット１２が設けられ、外管ビット１２の先端面は、外管ビット１２の軸方向と直交する面に対して傾斜角を有している。一方、内管１１の先端には内管ビット１３が設けられ、内管ビット１２の先端面は、内管ビット１３の軸方向と直交する面に対して傾斜角を有している。また、外管ビット１２および内管ビット１３の先端面には、多数のビット刃１５が配設されている。さらに、内管ビット１３の後方の内管１１内には、削孔方向を確認するための計測装置１４が備えられている。
直線削孔時には、図２（ａ）および図３（ａ）に示すように、外管ビット１２先端面と内管ビット１３先端面の相対位置を、外管ビット１２および内管ビット１３の軸心を回転軸として周方向に１８０度の位置に設定し、計測装置１４で削孔方向を確認しつつ直線方向Ｌ１に削孔を行う。
削孔方向修正時には、図２（ｂ）および図３（ｂ）に示すように、外管ビット１２先端面と内管ビット１３先端面の相対位置を、外管ビット１２および内管ビット１３軸心を回転軸として周方向に０度の位置に設定し、計測装置１４で削孔方向を確認しつつ偏向方向Ｂ１に削孔を行う。この際、外管ビット１２先端面と内管ビット１３先端面の相対位置は、外管ビット１２および内管ビット１３の軸心を回転軸として周方向に１８０度の位置でなければよく、４５度あるいは９０度などの位置に設定して偏向方向Ｂ１に削孔を行ってもよい。
【００１３】
図４は、超長尺先受工における削孔方法の第二の実施形態を示したものである。
本実施形態による削孔方法では、外管ビット２２を先端に備えた外管（鋼管）２０と、内管ビットシュー（鋼管）２３を先端に備えた内管２１とからなる二重管を使用する。内管ビットシュー２３側面には、内管ビットシュー２３の軸心より放射方向に伸長可能なリーマー片２５が設けられている。リーマー片２５を内管ビットシュー２３側面に格納した状態における削孔面の中心は実質的に内管ビットシュー２３の軸心に一致し、リーマー片２５を内管ビットシュー２３から伸長させた状態における削孔面の中心は内管ビットシュー２３の軸心から偏心する。また、内管ビットシュー２３後方の内管２１内には、削孔方向を確認するための計測装置２４が備えられている。
直線削孔時には、図４（ａ）に示すように、リーマー片２５を内管ビットシュー２３側面に格納した状態とし、計測装置２４で削孔方向を確認しつつ直線方向Ｌ２に削孔を行う。
削孔方向修正時には、図４（ｂ）に示すように、リーマー片２５を内管ビットシュー２３から伸長させた状態とし、計測装置２４で削孔方向を確認しつつ偏向方向Ｂ２に削孔を行う。
なお、リーマー片２５は内管ビットシュー２３に複数設けてもよい。
【００１４】
このように、第一あるいは第二の実施形態による削孔方法によって削孔した後、内管１１、２１を引抜き、改良材を外管１０、２０内方と外管１０、２０外方に注入することで、外管１０、２０よりも大径の地山改良部９を形成する。この地山改良部９は、互いに重複（ラップ）するように施工することによって支持機能を有するようになる。本実施形態では、この超長尺先受工１を上半支保工３脚部から下方に形成して上半支保工３を支持することになる。なお、施工長が長いことから、改良材の注入充填に当たっては、外管１０、２０を有孔管とし、パッカー等を使用して区間を区切って注入することが好適である。
この超長尺先受工１による地山改良部９の施工が完了したら、上半６の掘削をし、上半支保工３を前記地山改良部９に支持させて設置する。その後、下半７の掘削をするが、並列する超長尺先受工１の鋼管（外管１０、２０）の隙間からロックボルト５を打設して、下半７のトンネル壁面（地山改良部９となっている。）の補強をすることも可能である。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るトンネル支保構造および支保工法によれば、上半支保工脚部の支持力が確実に得られるとともに、掘削効率の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトンネル支保構造の実施形態の一例を示す図である。
【図２】超長尺先受工における削孔方法の第一の実施形態を示す図である。
【図３】超長尺先受工における削孔方法の第一の実施形態における外管ビットおよび内管ビットの斜視図である。
【図４】超長尺先受工における削孔方法の第二の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１……超長尺先受工
２……長尺先受工
３……上半支保工
４……覆工コンクリート
５……ロックボルト
６……上半
７……下半
８……インバート
９……地山改良部
１０、２０……外管
１１、２１……内管
１２、２２……外管ビット
１３……内管ビット
１４、２４……計測装置
１５……ビット刃
２３……内管ビットシュー
２５……リーマー片
Ｇ……地山
Ｌ１、Ｌ２……直線方向
Ｂ１、Ｂ２……偏向方向
【図１】
2005023582.tif 000003
【図２】
2005023582.tif 000004
【図３】
2005023582.tif 000005
【図４】
2005023582.tif 000006