(57)【要約】【課題】例えばトンネル掘削時の先受け工法や鏡部補強工法などに適用する地盤補強構造および地盤補強工法、特にＦＲＰ（繊維強化樹脂）等よりなる補強管をカプラでねじ結合したものにあっても、充分な強度の得られる地盤補強構造および地盤補強工法を提供する。【解決手段】繊維強化樹脂からなる複数本の補強管１を順次カプラ２でねじ結合した状態で削孔内に挿入し、上記補強管１内に固結材を注入固化させて地盤を補強する地盤補強構造において、上記補強管１にカプラ２に螺合するねじを形成したことによって引張強度が減じる影響範囲Ｅとして上記カプラ２の長さＬの２倍以上の範囲を上記カプラによる接続部の内方に設定し、その少なくとも影響範囲Ｅ内に棒状または管状の補強材３を、上記補強管１と同心状に設けたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化樹脂からなる複数本の補強管を順次カプラでねじ結合した状態で削孔内に挿入し、上記補強管内に固結材を注入固化させて地盤を補強する地盤補強構造において、上記補強管にカプラに螺合するねじを形成したことによって引張強度が減じる影響範囲として上記カプラの長さの２倍以上の範囲を上記カプラによる接続部の内方に設定し、その少なくとも影響範囲内に棒状または管状の補強材を、上記補強管と同心状に設けたことを特徴とする地盤補強構造。
【請求項２】
地盤内に形成した削孔内に、繊維強化樹脂からなる複数本の補強管を順次カプラでねじ結合した状態で削孔内に挿入し、上記補強管にカプラに螺合するねじを形成したことによって引張強度が減じる影響範囲として上記カプラの長さの２倍以上の範囲を上記カプラによる接続部の内方に設定し、その少なくとも影響範囲内に棒状または管状の補強材を上記補強管と同心状に配置した後、上記補強管内に固結材を充填して固化させるようにしたことを特徴とする地盤補強工法。
【請求項３】
先端にリングビットを有する繊維強化樹脂からなる補強管の内部に、基端部が削岩機に装着され先端部に削孔ビットを有する削孔ロッドを収容し、少なくとも上記補強管をカプラでねじ結合することによって順次接続ながら上記削孔ビットとリングビットとで地盤内に削孔を形成すると同時に、上記削孔ビットの進行に伴って該ビットに係合する上記補強管を上記削孔内に牽引しながら推進打設した後、上記削孔ビットおよび削孔ロッドを上記補強管内から引き抜き回収すると共に、該補強管を上記削孔内に存置させ、上記補強管に前記カプラに螺合するねじを形成したことによって引張強度が減じる影響範囲として上記カプラの長さの２倍以上の範囲を上記カプラによる接続部の内方に設定し、その少なくとも影響範囲内に棒状または管状の補強材を上記補強管と同心状に配置した後、上記補強管内に固結材を充填して固化させるようにしたことを特徴とする地盤補強工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばトンネル掘削時の先受け工法や鏡部補強工法などに適用する地盤（地山）の補強構造および補強工法に関する。更に詳しくは、ＦＲＰ（繊維強化樹脂）等よりなる補強管を用いた地盤補強構造および地盤補強工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、土木分野において、ＦＲＰよりなる補強管を用いて地山（地盤）の補強を行う工法が知られている。その一例として、トンネルの切羽補強工として知られているものには、切羽鏡面から水平に向けてトンネル前方地山に、例えば長さ３ｍのＦＲＰ製の補強管を複数本継ぎ足して１０ｍ以上の長尺補強材として打設し、切羽面の押出しを抑えながら、トンネル掘進に伴って岩盤を掘削しながら上記補強管を切除するものがある（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００３】
上記のＦＲＰよりなる補強管は、軸線方向に延びる補強繊維を周方向に多数設けてこれを樹脂で固めて管形状としているため、軸線方向の引張強度（引張強さ）が大きく、切羽面の押出しに対し有効に抵抗することができると共に、刃物での切断が容易であるため、トンネル掘進時は掘削機械で簡単に切除できる利点がある。
【０００４】
ところが、上記のようなＦＲＰよりなる補強管を複数本継ぎ足す場合には、従来一般に図９のように隣り合う補強管１・１を、ねじ付きの筒状のカプラ２で接続するのが一般的であり、その接続すべき補強管１の端部には上記カプラ２に螺合するねじ１ａを形成する必要があるが、そのねじ１ａは通常図９（ｃ）のようにＦＲＰの補強繊維を断ち切るようにして切削形成するため、母材部分の引張強度に比してねじ部分の引張強度が極端に低下してしまう。
【０００５】
特に、上記補強管を削孔と同時に該削孔内に挿入する場合や、上記補強管１内に固結材を注入するための管やエア抜きホース等を挿入する場合には、前記カプラが補強管１の厚さ方向外側または内側もしくは内外両側に突出しないようにするのが望ましく、これらの要求を満たすようにすると、前記ねじ加工時の切削量ひいては補強繊維の切断量を減らすのが困難で補強管のねじ部の肉厚を充分に確保することができない。
【０００６】
そのため、例えばガラス繊維からなるＦＲＰ（ＧＦＲＰ）管の引張強度は、母材部分が１０００ｋＮであるのに対し、ねじ部すなわち補強管の接続部の引張強度は２００〜３００ｋＮ程度にまで低下してしまう。従って、前記カプラで接続した補強管の実質的な引張強度は上記ねじ部の強度で決まってしまい、ＦＲＰよりなる補強管本来の引張強度を充分に生かすことができない等の不具合があった。
【０００７】
【特許文献１】特許第２９５５２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記従来の問題点に鑑みて提案したもので、複数本の補強管をカプラでねじ結合したものにあっても、充分な強度の得られる地盤補強構造および地盤補強工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】
上記の目的を達成するために本発明による地盤補強構造および地盤補強工法は以下の構成としたものである。即ち、本発明による地盤補強構造は、繊維強化樹脂からなる複数本の補強管を順次カプラでねじ結合した状態で削孔内に挿入し、上記補強管内に固結材を注入固化させて地盤を補強する地盤補強構造において、上記補強管にカプラに螺合するねじを形成したことによって引張強度が減じる影響範囲として上記カプラの長さの２倍以上の範囲を上記カプラによる接続部の内方に設定し、その少なくとも影響範囲内に棒状または管状の補強材を、上記補強管と同心状に設けたことを特徴とする。
【００１０】
また本発明による地山補強工法は、地盤内に形成した削孔内に、繊維強化樹脂からなる複数本の補強管を順次カプラでねじ結合した状態で削孔内に挿入し、上記補強管にカプラに螺合するねじを形成したことによって引張強度が減じる影響範囲として上記カプラの長さの２倍以上の範囲を上記カプラによる接続部の内方に設定し、その少なくとも影響範囲内に棒状または管状の補強材を上記補強管と同心状に配置した後、上記補強管内に固結材を充填して固化させるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
さらに本発明による他の地山補強工法は、先端にリングビットを有する繊維強化樹脂からなる補強管の内部に、基端部が削岩機に装着され先端部に削孔ビットを有する削孔ロッドを収容し、少なくとも上記補強管をカプラでねじ結合することによって順次接続ながら上記削孔ビットとリングビットとで地盤内に削孔を形成すると同時に、上記削孔ビットの進行に伴って該ビットに係合する上記補強管を上記削孔内に牽引しながら推進打設した後、上記削孔ビットおよび削孔ロッドを上記補強管内から引き抜き回収すると共に、該補強管を上記削孔内に存置させ、上記補強管に前記カプラに螺合するねじを形成したことによって引張強度が減じる影響範囲として上記カプラの長さの２倍以上の範囲を上記カプラによる接続部の内方に設定し、その少なくとも影響範囲内に棒状または管状の補強材を上記補強管と同心状に配置した後、上記補強管内に固結材を充填して固化させるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
上記のようにＦＲＰ等よりなる補強管にカプラ接続用のねじを形成したことによって減じた分と同等もしくはそれ以上の引張強度を有する棒状または管状の補強材を、強度低減の影響範囲に配置させることによって、継手部の強度が補完され、母材強度そのものを生かす形での使用が可能となる。特に、補強管にねじを形成したことによって引張強度が減じる影響範囲はカプラの長さの２倍〜３倍程度であることが実験的に確かめられており、本発明においては上記カプラの長さの２倍以上を影響範囲として上記カプラによる接続部の内方に設定し、その少なくとも影響範囲内に棒状または管状の補強材を設けたことによって本来の補強管の強度もしくはそれ以上の強度を確保することが可能となる。また上記補強材を補強管と同心状に設けたことによって、周方向に強度の偏り等が生じることなく補強できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明による地盤補強構造および地盤補強工法を図に示す実施形態に基づいて具体的に説明する。図１〜図４はそれぞれ本発明による地盤補強構造の実施形態を示すもので、補強すべき地盤（地山）内に挿入される繊維強化樹脂（ＦＲＰ）からなる複数本の補強管１をカプラ２でねじ結合した構成、図の場合は各補強管１に形成した雄ねじに、筒状カプラ２の内孔に形成した雌ねじを螺合して接続した構成であり、それらを上記地盤内に形成した不図示の削孔内に挿入し、上記補強管１内に固結材を注入固化させて地盤を補強するようにしたものである。
【００１４】
以上の構成は前記従来例とほぼ同様であり、上記のようなカプラ２で接続するもの、特にカプラ２が補強管１の厚さ方向外側または内側もしくは内外両側に突出しないようにすると、前記のようにＦＲＰよりなる補強管の引張強度が低下する。そこで、本発明においては上記補強管１にねじを形成したことによって引張強度が減じる影響範囲Ｅとして上記カプラの長さＬの２倍以上、図の場合は約３倍の範囲を上記カプラ２による接続部の内方に設定し、その少なくとも影響範囲Ｅ内に棒状または管状の補強材３を、上記補強管１と同心状に設けたものである。
【００１５】
図１は上記の影響範囲Ｅに補強材３としてＦＲＰやスチール等の高耐力の補強ボルト３１を設け、上記範囲以外は塩化ビニール等の補助補強ボルト３２を用いたもので、その補強ボルト３１と補助補強ボルト３２とは図に省略したカプラ等で接続され、スペーサ４によって補強管１の中心部にそれと同心状に配置されている。上記スペーサ４は補強管１内にモルタル等の固結材を注入したとき、その固結材の流通を妨げることなく通過可能に構成されており、それによって補強管１内に固結材が万遍なく充填固化されている。
【００１６】
上記補強ボルト３１は、補強管１にねじ１ａを形成したことによって減じる引張強度を充分に補うだけの引張強度を有し、また上記補強ボルト３１を補強管１の中心にそれと同心状に配置したことによって、周方向に引張強度の片寄り等が生じることなく良好に補強できる。また上記補強ボルト３１や補助補強ボルト３２として樹脂製のものを用いた場合には掘削機械等で容易に切除できるものである。
【００１７】
図２は補強材３として上記のような補強ボルト３１を、影響範囲Ｅを含む補強管１の略全長にわたってそれと同心状に配置したもので、他の構成は前記図１と同様であり、同様の作用効果が得られる。
【００１８】
図３は前記の影響範囲Ｅに補強材３としてＦＲＰやスチール等の高耐力の補強パイプ３３を設け、上記範囲以外は塩化ビニール等の補助補強パイプ３４を用いたものである。上記補強パイプ３３と補助補強パイプ３４とは図に省略したカプラ等で接続され、前記と同様のスペーサ４によって補強管１の中心部にそれと同心状に配置されている。
【００１９】
さらに図４は上記のような補強パイプ３３を、影響範囲Ｅを含む補強管１の略全長にわたってそれと同心状に配置したものである。上記図３および図４における他の構成は前記図１と同様であり、同様の作用効果が得られる。特に補強材３として図３および図４のようにパイプを用いると、それらパイプを補強管１内に固結材を注入する際の注入パイプ等に兼用することができる。
【００２０】
次に、上記のような地盤補強構造を施工する地山補強工法を、トンネル先受け工Ａや鏡部補強工Ｂに適用した場合を例にして説明する。図５は鏡部補強工Ｂを施工している状態のトンネル縦断面図であり、トンネルＴの切羽ｆの近傍には、ドリルジャンボ１０が配置され、そのドリルジャンボ１０のガイドシェル１０ａは、その先端が切羽鏡部に向いた状態にセットされている。
【００２１】
上記ガイドシェル１０ａには、例えば図６（ａ）のように繊維強化樹脂よりなる補強管１の先端にケーシングシュー１１を介して回転自由に設けたリングビット１２を設けると共に、そのリングビット１２に係合してそれと一体に回転する削孔ビット１３を図６（ｂ）のように先端部に有する削孔ロッド１４を同図（ｃ）のように補強管１内に収容した状態で上記ガイドシェル１０ａ上に配置する。
【００２２】
次いで、上記削孔ロッド１４の基端部を、上記ガイドシェル１０ａ上に設けた削岩機１５に連結し、上記削孔ロッド１４を介して削孔ビット１３およびリングビット１２を回転させると同時に打撃して前記鏡部の地盤内に削孔を形成すると同時に、上記補強管１と削孔ロッド１４とをそれぞれカプラ２（削孔ロッド１４のカプラは不図示）で順次継ぎ足しながら上記削孔ビット１３の前進に伴って該削孔ビット１３にリングビット１２およびケーシングシュー１１を介して係合する上記補強管１を地盤内に牽引しながら推進打設する。
【００２３】
そして上記補強管１が地盤内の所定位置まで推進されたところで、該補強管１はその位置に存置させ、該補強管１内の上記削孔ロッド１４を削孔ビット１３と共に補強管１内から引き抜き回収する。次いで、上記補強管１内に前記図１〜図４のように補強材３を挿入するもので、図７は前記図１に示す補強材を挿入した例である。なお例えば前記図１のように補強材３としての補強ボルト３１と補助補強ボルト３２とを図に省略したカプラ等で連結し、スペーサ４で補強管１内にそれと同心状に配置するものにあっては、上記スペーサ４を補強ボルト３１および補助補強ボルト３２と一体的に組付けた状態で挿入すればよく、前記図２〜図４の場合も同様である。
【００２４】
また前記図１および図２のようにボルト３１，３２等の棒状の補強材３を用いるものにあっては、図７に示すように上記補強材３に固結材注入管５を添わせた状態で補強管１内に挿入してもよく、また注入管に限らずエア抜き管やその他の管を設けることもできる。前記図３および図４のようにパイプ３３，３４等の管状の補強材３を用いる場合にも必要に応じて注入管やエア抜き管、その他の管を設けるようにしてもよい。
【００２５】
上記のようにして補強管１内に補強材３を挿入した状態で、上記固結材注入管５または管状の補強材３を介して補強管１内に固結材を注入すればよく、その際、補強管１内に残留する空気は削孔ｈの開口側から排出させるか、或いは必要に応じてエア抜き管を設けて排出させる。また必要に応じて例えば図７に示すように補強管１内にパッカー６等を設けて上記補強管１内を複数個の領域に仕切り、その各領域毎に固結材を注入したり、あるいは削孔ｈの開口側に先に固結材を注入することによって、いわゆる口元側にバルクヘッド領域を形成した後、それよりも孔奥側に固結材を注入することによって固結材が削孔ｈの開口側にリークするのを防ぐようにすることもできる。また周壁面に多数の貫通小孔を有する補強管を用いれば、該補強管の周囲の岩盤もしくは地山にも固結材を浸透させることができる。
【００２６】
上記のようにして削孔ｈ内にカプラ２で接続した補強管１を挿入し、その補強管１の接続部においてねじ１ａを形成したことにより引張強度が減じた影響範囲Ｅに棒状または管状の補強材３を、上記カプラ２による接続部の内方に補強管１と同心状に設けたから、上記補強管１の接続部にねじ１ａを形成したことによって減じた引張強度を上記補強材３が補って補強管１を簡単・確実に補強できる。また上記実施形態のようにトンネルの鏡部補強工Ｂに適用する場合、上記補強材３として樹脂製のものを用いれば、トンネル掘削時にそれと同時に上記補強材３を掘削機械で切削除去することができる。
【００２７】
なお本発明は上記のような鏡部補強工Ｂに限らず、図５に示すようなトンネル先受け工Ａにも適用できる。この場合、少なくともトンネル掘削領域Ｓ内に位置する補強材３として樹脂製のものを用いれば、トンネル掘削時にそれと同時に上記補強材３を掘削機械で切削除去することができる。また本発明は上記のようなトンネル先受け工Ａや鏡部補強工Ｂに限らず、その他各種の補強工事にも適用することができる。
【００２８】
また上記実施形態は、削孔ビットとリングビットとで削孔を施すようにしたが、例えば回収時は補強管１の内径よりも縮径可能で削孔時は補強管１の外径と同等もしくはそれよりも大きく拡径可能な拡開式のビット等を用いることもできる。また上記実施形態は削孔と同時に該削孔内に補強管を牽引する（引き込む）ようにしたが、地盤（地山）の自立性がよい場合には、削孔作業が終了してから該削孔内に補強管を挿入するようにしてもよい。
【実施例】
【００２９】
本発明による実施例として図８に示すような地盤補強構造（ただし、地盤に形成した削孔内に挿入される一部分のみ）を試作し、強度試験を行った。なお、図８において、補強管１としては、直径（外径、以下同じ）７６ｍｍ、厚さ８ｍｍのガラス繊維強化樹脂管を用い、カプラ２としては、直径７６ｍｍ、厚さ３ｍｍ、長さ１２０ｍｍの鋼管を用いた。また補強材３としては、直径２２ｍｍのガラス繊維強化樹脂製の丸棒状のボルトを用い、その長さは実施例１では３００ｍｍ、実施例２では５００ｍｍ、実施例３では８００ｍｍの３種類とした。他の各部の寸法は図８（ｂ）に記載の通りであり、単位はｍｍである。なお、図８に示す地盤補強構造は実施工に用いるものよりねじ部の長さを短くし小さな荷重で破断されるようにして比較例と実施例との差を明確に把握できるようにしたものである。
【００３０】
上記補強材３はカプラ２の長手方向および周方向中心位置において補強管１と同心状に設け、その補強材３の周囲の補強管１内に固結材ｇとしてモルタルを充填した。図中、２０は試験機への接続用管で、その内孔２０ａに万能試験機のチャックを連結して試験体が破断するまでの引張強度を測定した。また上記実施例に対する比較例１として補強材３を設けることなく補強管１内に上記と同様の固結材ｇを充填した場合と、比較例２として補強材３および固結材ｇの両方を設けなかった場合について、上記以外は実施例と同様の条件で引張強度を測定した。その結果を下記表１にまとめて示す。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
上記の表からも明らかなように、カプラ２の２倍以上の長さの補強材３をカプラ２の内方に補強管１と同心状に設けた実施例１〜３においては、８７ｋＮ以上の最大荷重が得られたのに対し、比較例１，２では最大荷重がいずれも７５．３ｋＮ以下であった。なお、試験体の破断箇所は、いづれも中央ねじ部、すなわちカプラ２と補強管１との螺合部分であった。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように本発明においては、補強管の接続部においてねじを形成したことによって引張強度が減じた影響範囲に棒状または管状の補強材を、強度低減の影響範囲に配置するだけの極めて簡単な構成により、継手部の強度を補完して、それ以外の補強管の強度を生かした状態での使用が可能となる。また上記補強材３と共に前記スペーサ４やパッカー６等をセットしたインナー管として一度にＦＲＰ管内にセットすることも出来るし、上記補強材３をパイプ状のものにすれば、固結材や空気等の流体の注入もしくは排出用の流路の確保も可能となり、各種の地盤や地山を補強する際の内部構造の選択の自由度を増大させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による地盤補強構造の一実施形態を示す縦断面図。
【図２】本発明による地盤補強構造の他の実施形態を示す縦断面図。
【図３】本発明による地盤補強構造の更に他の実施形態を示す縦断面図。
【図４】本発明による地盤補強構造の更に他の実施形態を示す縦断面図。
【図５】本発明を適用したトンネル鏡部補強工の施工状態を示すトンネル縦断面図。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は補強管や削孔ロッド等の構成を示す説明図。
【図７】（ａ）は上記トンネル鏡部補強工の施工状態を示す一部の拡大図、（ｂ）は（ａ）におけるｂ−ｂ断面図。
【図８】（ａ）は実施例で作成した補強構造の側面図、（ｂ）はその縦断面図。
【図９】（ａ）は補強管の接続部の側面図、（ｂ）はその縦断面図、（ｃ）は補強管の一部の切り欠き側面図。
【符号の説明】
【００３５】
１  補強管
２  カプラ
３  補強材
４  スペーサ
５  エア抜き管
６  パッカー
Ａ  トンネル先受け工
Ｂ  鏡部補強工
Ｔ  トンネル
Ｇ  地盤
ｇ  固結材
【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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