(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの掘削部位に先進導坑を掘削し、注入口を有する曲がり鋼管を先進導坑からトンネル断面の周縁部に挿入した後、曲がり鋼管内に注入管を挿入して注入材を吐出させ、曲がり鋼管の注入口を通してトンネル周辺の地山に注入して地山を補強することにより、曲がり鋼管と注入材とで人工地山アーチを造成し、その後トンネルの掘進を行うトンネルの掘削工法であって、
前記人工地山アーチの造成は、トンネルの半径方向の内側と外側に、複数の曲がり鋼管を、トンネルの掘進方向に間隔をおき、内側と外側の曲がり鋼管が平面視において互いに交差するよう挿入して造成することを特徴とするトンネルの掘削工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、曲がり鋼管と注入材とでトンネル周辺地山を改良補強して人工地山アーチを造成し、トンネルを安全且つ迅速に掘進するトンネルの掘削工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
軟弱な地盤でトンネルを掘進するには、予め地山を補強して自立性を高め、崩落を防止することが望ましい。このために、従来、主にトンネルのアーチ部分の地山を薬液注入により補強する工法が用いられていたが、近年は、いわゆるパイプルーフ工法やフォアパイリングあるいはその改良工法が開発されている。
【０００３】
これらの工法には、それぞれ長所と短所があるが、何れも補強とトンネルの掘進とを交互に行うものであるため、施工作業煩雑で能率が悪く工期が長期化するという問題がある。
そこで、先進導坑を利用して注入材を注入し、地山を補強した人工地山アーチを造成する工法が開発されている（特開２０００−１６０９８０号参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この工法では、曲がり鋼管によって曲がりさく孔を行い、さく孔内に注入管を挿入後曲がり鋼管を抜出してから注入を行って人工地山アーチを造成するものであるため、人工地山アーチの強度が十分でない場合がある。
この発明は、トンネルの掘進におけるかかる問題を解決するものであって、強度の大きい人工地山を造成することができ、大断面トンネルを安全且つ迅速に掘進することのできるトンネルの掘削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】
本発明のトンネルの掘削工法では、トンネルの掘削部位に先進導坑を掘削し、注入口を有する曲がり鋼管を先進導坑からトンネル断面の周縁部に挿入した後、曲がり鋼管内に注入管を挿入して注入材を吐出させ、曲がり鋼管の注入口を通してトンネル周辺の地山に注入して地山を補強することにより、曲がり鋼管と注入材とで人工地山アーチを造成し、その後トンネルの掘進を行うことにより、上記課題を解決している。
【０００６】
この掘削工法では、まず、トンネルの掘削部位に先進導坑を掘削した後、先進導坑から曲がり鋼管の挿入と、注入による人工地山アーチの造成を行なうので、トンネル掘進作業の合間に切羽から地山補強作業を行なう場合と異なり、能率よく作業ができる。また、曲がり鋼管の挿入と注入とを複数箇所で同時に平行して行うことも可能であり、迅速に人工地山アーチを造成できる。
【０００７】
さらに、人工地山アーチを造成してからトンネルを掘削するので、掘削作業は安全に行うことができ、また、切羽では掘削と覆工作業のみを連続して行うので作業が煩雑化せず能率良く掘進することができる。
その上、注入口を有する曲がり鋼管を挿入した後、曲がり鋼管内に注入管を挿入して注入材を吐出させ、曲がり鋼管の注入口を通してトンネル周辺の地山に注入を行うので、注入管として吐出口の前後にパッカーを備えた単一流路管を用いることができ、注入手段が簡素かつ安価なものとなる。
【０００８】
しかも、曲がり鋼管は抜出さずに残置し、曲がり鋼管と注入材とによって人工地山アーチを造成するので、人工地山アーチの強度が大きくなる。
トンネルの半径方向の内側と外側に、複数の曲がり鋼管を、トンネルの掘進方向に間隔をおき、内側と外側の曲がり鋼管が平面視において互いに交差するよう挿入して人工地山アーチを造成すると、内側と外側の曲がり鋼管で網目状の支持構造が形成されるので、人工地山アーチの強度がさらに大きくなる。
【０００９】
先進導坑を頂設導坑とし、頂設導坑の左右に曲がり鋼管を挿入し、注入材を注入して地山を補強した後、左右の曲がり鋼管を剛性部材で連結すると、左右の曲がり鋼管が一体となってより高い強度の支持構造がえられる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態であるトンネルの掘削工法を、図面を参照し説明する。
図１はこの工法の先進導坑から人工地山アーチを造成する段階を示す概要図、図２は曲がり鋼管の挿入状態を示す正面図、図３は内側と外側の曲がり鋼管の配置状態を示す正面図、図４は内側と外側の曲がり鋼管の配置状態を示す平面図、図５は注入管による注入状態の説明図、図６は曲がり鋼管の横断面図、図７はトンネルの掘進段階を示す概要図、図８は頂設導坑を設けたトンネルの概要を示す斜視図である。
【００１１】
大断面のトンネル１を掘削する場合、まず、トンネル１の工区全長あるいは所定長に亙り、先進導坑、例えば幅５ｍ程度の頂設導坑２を、トンネルボーリングマシンや横型ロードヘッダー等の掘進機を用いて急速掘進する。
その後、頂設導坑２から、通常のさく孔機２０と曲がり鋼管３を用いて、トンネル１の断面のアーチに沿って曲がりさく孔を行なうことにより曲がり鋼管３を地山に挿入する。このとき、直径１２０ｍｍ、単位長さ１．５〜２ｍ程度の曲がり鋼管３を継ぎながらさく孔する。
【００１２】
曲がり鋼管３（３Ａ、３Ｂ）は、トンネル中心線の方向に間隔をおいて複数挿入される。また、図３及び図４に示すようにトンネル１の半径方向の内側と外側に、内側と外側の曲がり鋼管３Ｂ、３Ａが平面視において互いに交差するよう挿入することが好ましい。
ここでは、内側の曲がり鋼管３Ｂがトンネル中心線と平行に設けられている頂設導坑２の支持矢板２ａに対して４５度、外側の曲がり鋼管３Ａが支持矢板２ａに対して１３５度となるように配置されている。なお、この角度は地山の状況等により任意選択できる。
【００１３】
曲がり鋼管３が挿入されたら、図５に示すように、注入管３０を曲がり鋼管３内に挿入して注入材を注入する。注入管３０は単一流路管であり、吐出口３０ａの前後にパッカー３１を備えている。曲がり鋼管３は長さ方向に所定の間隔で複数の注入口３ａが設けられている。注入口３ａには、注入材の逆流防止のために、可撓性材料、例えばゴムにスリットを形成した円盤弁３ｂが設けられている。
【００１４】
注入管３０は曲がり鋼管３内で移動させ、複数個所で注入を実施する。注入管３０の吐出口３０ａから高圧で吐出された注入材は、曲がり鋼管３の注入口３ａを通って周辺地山に注入され、残置される曲がり鋼管３と共に人工地山アーチ４を造成する。
注入材としては、注入管３０から外側の地山約２ｍの範囲が１軸圧縮強度σｇｄ＞３ＭＰａ程度となるように例えばセメント系注入材を注入する。トンネルの掘進方向への注入管の設置間隔は、地山条件に応じて１．５〜２ｍとする。
【００１５】
注入材を注入して地山を補強した後、左右の曲がり鋼管３を剛性部材、例えば鋼材の型枠などで連結すると、左右の曲がり鋼管が一体となり、より高い強度の支持構造がえられる。
このようにして、トンネル１の断面のアーチ上に図８に示すような人工地山アーチ４が造成される。
【００１６】
人工地山アーチ４の造成が終わると、トンネル１の上半部１Ａを１進行１．５〜３ｍづつ掘削する。強度１５０ＭＰａ級までの地山の掘削は、原則として大型ブレーカーと横型ロードヘッダーによる機械掘削とする。
掘削後直ちに、吊り型枠６を前進させ、鋼繊維を４０〜５０ｋｇ／ｍ3 混和した高流動急結コンクリートを厚さ５０〜７０ｃｍ打設してアーチ部７の二次覆工を終える。
【００１７】
下半部１Ｂの掘削も機械掘削が望ましいが、必要があればゆるめ爆破を併用する。側壁部８には吹付コンクリート９とロックボルト１０を施工する。側壁部８とインバート部１１の覆工も原則として鋼繊維補強コンクリートとするが、鋼繊維の量は適宜加減する。逆巻きとなる上下半の打継目については、必要があれば、予めプラスティック管等を設置しておいて、後で低粘性のアクリル酸塩系材料等を注入して止水する。
【００１８】
このように、まずトンネル１の工区全長または所定長に亙り頂設導坑２を急速掘進した後、さく孔機２０と曲がり鋼管３による曲がりさく孔と、注入管３０の挿入、注入材の注入による地山の改良補強の作業を頂設導坑２から行なうので、切羽で掘削作業の合間に行う場合と異なり能率よく作業ができる。また、地山の改良補強の作業を行なうときには、頂設導坑２は既に先進して掘削されているので、曲がりさく孔と注入を複数箇所で同時に平行して行うことも可能であり、迅速に人工地山アーチ４が造成される。
【００１９】
人工地山アーチ４を必要箇所に造成してからトンネル１を掘削するので、掘削作業は安全に行うことができる。また、上半部１Ａ、下半部１Ｂは各々専進させ、切羽では掘削と覆工作業のみを連続して行うので作業が煩雑化せず能率良く急速に掘進することができる。
なお、条件によっては先進導坑を中段の側壁導坑とすることもできる。この場合には、側壁部に先進導坑を掘進し、この先進導坑から、さく孔機と曲がり鋼管により、上方にトンネルの断面のアーチに沿って頂部まで曲がりさく孔を行ない、注入管を挿入後、注入管からトンネル周辺地山に注入材を注入して人工地山アーチを造成する。このとき左右の鋼管の先端部の位置は必ずしも一致せずともよい。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のトンネルの掘削工法によれば、曲がり鋼管を抜出さずに残置し、曲がり鋼管と注入材とによって人工地山アーチを造成するので、強度の大きい人工地山を造成することができ、大断面トンネルを安全且つ迅速に掘進することができる。
【００２１】
トンネルの半径方向の内側と外側に、複数の曲がり鋼管を、トンネルの掘進方向に間隔をおき、内側と外側の曲がり鋼管が平面視において互いに交差するよう挿入して人工地山アーチを造成すると、内側と外側の曲がり鋼管で網目状の支持構造が形成されるので、人工地山アーチの強度がさらに大きくなる。
先進導坑を頂設導坑とし、頂設導坑の左右に曲がり鋼管を挿入し、注入材を注入して地山を補強した後、左右の曲がり鋼管を剛性部材で連結すると、左右の曲がり鋼管が一体となってより高い強度の支持構造がえられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態において、先進導坑から人工地山アーチを造成する段階を示す概要図である。
【図２】曲がり鋼管の挿入状態を示す正面図である。
【図３】内側と外側の曲がり鋼管の配置状態を示す正面図である。
【図４】内側と外側の曲がり鋼管の配置状態を示す平面図である。
【図５】注入管による注入状態の説明図である。
【図６】曲がり鋼管の横断面図である。
【図７】トンネルの掘進段階を示す概要図ずある。
【図８】頂設導坑を設けたトンネルの概要を示す斜視図である。
【符号の説明】
１      トンネル
１Ａ    上半部
１Ｂ    下半部
２      頂設導坑
２ａ    支持矢板
３      鋼管
３ａ    注入口
３ｂ    円盤弁
４      人工地山アーチ
６      吊り型枠
７      アーチ部
８      側壁部
９      吹付コンクリート
１０    ロックボルト
１１    インバート部
２０    さく孔機
３０    注入管
３０ａ  吐出口
３１    パッカー
【図１】
0004480907.tif 000002
【図２】
0004480907.tif 000003
【図３】
0004480907.tif 000004
【図４】
0004480907.tif 000005
【図５】
0004480907.tif 000006
【図６】
0004480907.tif 000007
【図７】
0004480907.tif 000008
【図８】
0004480907.tif 000009