(57)【要約】【課題】トンネル支保工の施工数量を低減することができるトンネル構造およびその施工方法を提供する。【解決手段】トンネル掘削に先立つ先受け工としてトンネル掘削予定の上部１２に１２．５ｍを超える長さＬの超長尺フォアパイリング１６を形成して施工されるトンネル構造１０であって、支保工１８が配置された坑口２０側の長さＬ１の既掘削区間と、支保工１８が配置されることなく掘削された長さＬ２の既掘削区間と、切羽２２前方側に存置する長さＬ３の未掘削区間とを有し、あたかも超長尺フォアパイリング１６の略両端に位置するＬ１の既掘削区間とＬ３の未掘削区間とを固定端とする両端固定梁が形成されるが如くした。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル掘削に先立つ先受け工としてトンネル掘削予定の上部に１２．５ｍを超える長さＬの超長尺フォアパイリングを形成し、掘削進行方向に所定間隔で支保工を配置しながら、超長尺フォアパイリングの下部を掘削して施工されるトンネル構造であって、
前記支保工が配置された坑口側の長さＬ１の既掘削区間と、この長さＬ１の掘削区間の掘削進行側に隣接し、前記支保工の施工数量を低減するために前記支保工が配置されることなく掘削された長さＬ２の既掘削区間と、この長さＬ２の掘削区間に隣接し、切羽前方側に存置する長さＬ３の未掘削区間とを有し、長さＬ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の関係がＬ≧Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３であり、あたかも超長尺フォアパイリングの略両端に位置するＬ１の既掘削区間とＬ３の未掘削区間とを固定端とする両端固定梁が形成されるが如くしたことを特徴とするトンネル構造。
【請求項２】
Ｌ＝３０ｍ以上、Ｌ１＝Ｌ３＝５ｍ、Ｌ２＝１０ｍ以上としたことを特徴とする請求項１に記載のトンネル構造。
【請求項３】
トンネル掘削に先立つ先受け工としてトンネル掘削予定の上部に１２．５ｍを超える長さＬの超長尺フォアパイリングを形成し、掘削進行方向に所定間隔で支保工を配置しながら、超長尺フォアパイリングの下部を掘削して施工されるトンネルの施工方法であって、
超長尺フォアパイリング形成後に、長さＬ１の区間を掘削して前記支保工を施工する工程１と、この長さＬ１の区間の掘削進行側に隣接する長さＬ２の区間を、前記支保工の施工数量を低減するために前記支保工を施工することなく掘削する工程２と、この長さＬ２の区間に隣接し、切羽前方側に長さＬ３の未掘削区間を確保する工程３とからなり、長さＬ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の関係がＬ≧Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３であり、工程２の掘削中に、あたかも超長尺フォアパイリングの略両端に位置するＬ１の既掘削区間とＬ３の未掘削区間とを固定端とする両端固定梁が支保工の代替となるが如く機能することを特徴とするトンネルの施工方法。
【請求項４】
Ｌ＝３０ｍ以上、Ｌ１＝Ｌ３＝５ｍ、Ｌ２＝１０ｍ以上としたことを特徴とする請求項３に記載のトンネルの施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地山の地質条件が悪い場所などに多用される長尺先受け型地山先行補強工法（以下、ＡＧＦ工法という。）により施工されるトンネル構造およびその施工方法に関し、特に、通常のフォアパイリングよりも長い超長尺フォアパイリングを先受け工として用いたトンネル構造およびその施工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネルを機械掘削して前進するＮＡＴＭ工法などの施工において、地山の地質条件が悪い場合などに多用されるＡＧＦ工法が知られている（例えば、特許文献１〜５を参照）。
【０００３】
このＡＧＦ工法は、トンネル掘削に先立って切羽天端部に掘進方向より上向きの傾斜角度α（例えば５度程度）を持って長尺の補強鋼管を複数本並列に打設することにより長尺フォアパイリングを形成した後、この補強鋼管内に固結材を充填して、周面に複数設けた注入孔より周辺地山に浸透固化させ、地質の改善を図ってからトンネル掘削を進行する方法であり、坑口からトンネル天端および切羽の安定性の確保を図ることができるものである。
【０００４】
トンネル掘削は通常、鋼製支保工の施工スパンに相当する１ｍ程度の掘削を一つの施工サイクルとして行われる。具体的には、予め打設した長尺フォアパイリングの下部において切羽を１ｍ程度掘削した後、掘削内周面に一次吹き付けコンクリートを厚さ数ｃｍ程度吹き付け、Ｈ型鋼をアーチ型に曲げた鋼製支保工を内周面上側に設置し、その後、二次吹き付けコンクリートを数ｃｍ程度吹き付けて、内周面上側に所定の打設間隔でロックボルトを打設する。この施工サイクルを複数回繰り返すことで長尺フォアパイリングの下部にトンネルを掘進する。
【０００５】
通常のＡＧＦ工法に用いられる長尺の補強鋼管は１２．５ｍ程度のものであるが、近年においては打設回数が少なくて済む、３０ｍを超えるような超長尺のフォアパイリングを用いた超長尺先受け工法も開発されてきている（例えば、非特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３２１４９０号公報
【特許文献２】特開２００３−３２１９９２号公報
【特許文献３】特開２００３−１５５８８８号公報
【特許文献４】特開２０００−１８６４９０号公報
【特許文献５】特開平１０−２０５２７７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「ＡＧＦ工法の超長尺化に関する開発−ＥＬＰＳ工法の開発−」、池田建太郎、河野重行、西村晋一、木全宏之、土木学会年次学術講演会講演概要集第６０巻０６号、２００５年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記の３０ｍを超えるような超長尺のフォアパイリングを用いた超長尺先受け工法において、一層の低コスト化を図るために鋼製支保工やロックボルトなどのトンネル支保工の施工数量を低減することができるトンネル技術の開発が望まれていた。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、トンネル支保工の施工数量を低減することができるトンネル構造およびその施工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】
【００１０】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項１に係るトンネル構造は、トンネル掘削に先立つ先受け工としてトンネル掘削予定の上部に１２．５ｍを超える長さＬの超長尺フォアパイリングを形成し、掘削進行方向に所定間隔で支保工を配置しながら、超長尺フォアパイリングの下部を掘削して施工されるトンネル構造であって、前記支保工が配置された坑口側の長さＬ１の既掘削区間と、この長さＬ１の掘削区間の掘削進行側に隣接し、前記支保工の施工数量を低減するために前記支保工が配置されることなく掘削された長さＬ２の既掘削区間と、この長さＬ２の掘削区間に隣接し、切羽前方側に存置する長さＬ３の未掘削区間とを有し、長さＬ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の関係がＬ≧Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３であり、あたかも超長尺フォアパイリングの略両端に位置するＬ１の既掘削区間とＬ３の未掘削区間とを固定端とする両端固定梁が形成されるが如くしたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項２に係るトンネル構造は、上述した請求項１において、Ｌ＝３０ｍ以上、Ｌ１＝Ｌ３＝５ｍ、Ｌ２＝１０ｍ以上としたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項３に係るトンネルの施工方法は、トンネル掘削に先立つ先受け工としてトンネル掘削予定の上部に１２．５ｍを超える長さＬの超長尺フォアパイリングを形成し、掘削進行方向に所定間隔で支保工を配置しながら、超長尺フォアパイリングの下部を掘削して施工されるトンネルの施工方法であって、超長尺フォアパイリング形成後に、長さＬ１の区間を掘削して前記支保工を施工する工程１と、この長さＬ１の区間の掘削進行側に隣接する長さＬ２の区間を、前記支保工の施工数量を低減するために前記支保工を施工することなく掘削する工程２と、この長さＬ２の区間に隣接し、切羽前方側に長さＬ３の未掘削区間を確保する工程３とからなり、長さＬ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の関係がＬ≧Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３であり、工程２の掘削中に、あたかも超長尺フォアパイリングの略両端に位置するＬ１の既掘削区間とＬ３の未掘削区間とを固定端とする両端固定梁が支保工の代替となるが如く機能することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項４に係るトンネルの施工方法は、上述した請求項３において、Ｌ＝３０ｍ以上、Ｌ１＝Ｌ３＝５ｍ、Ｌ２＝１０ｍ以上としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るトンネル構造によれば、トンネル掘削に先立つ先受け工としてトンネル掘削予定の上部に１２．５ｍを超える長さＬの超長尺フォアパイリングを形成し、掘削進行方向に所定間隔で支保工を配置しながら、超長尺フォアパイリングの下部を掘削して施工されるトンネル構造であって、前記支保工が配置された坑口側の長さＬ１の既掘削区間と、この長さＬ１の掘削区間の掘削進行側に隣接し、前記支保工の施工数量を低減するために前記支保工が配置されることなく掘削された長さＬ２の既掘削区間と、この長さＬ２の掘削区間に隣接し、切羽前方側に存置する長さＬ３の未掘削区間とを有し、長さＬ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の関係がＬ≧Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３であり、あたかも超長尺フォアパイリングの略両端に位置するＬ１の既掘削区間とＬ３の未掘削区間とを固定端とする両端固定梁が形成されるが如くしたので、支保工を配置することなく掘削されたＬ２の既掘削区間においてトンネル支保工の施工数量を低減することができるという効果を奏する。
【００１５】
また、本発明に係るトンネルの施工方法は、トンネル掘削に先立つ先受け工としてトンネル掘削予定の上部に１２．５ｍを超える長さＬの超長尺フォアパイリングを形成し、掘削進行方向に所定間隔で支保工を配置しながら、超長尺フォアパイリングの下部を掘削して施工されるトンネルの施工方法であって、超長尺フォアパイリング形成後に、長さＬ１の区間を掘削して前記支保工を施工する工程１と、この長さＬ１の区間の掘削進行側に隣接する長さＬ２の区間を、前記支保工の施工数量を低減するために前記支保工を施工することなく掘削する工程２と、この長さＬ２の区間に隣接し、切羽前方側に長さＬ３の未掘削区間を確保する工程３とからなり、長さＬ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の関係がＬ≧Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３であり、工程２の掘削中に、あたかも超長尺フォアパイリングの略両端に位置するＬ１の既掘削区間とＬ３の未掘削区間とを固定端とする両端固定梁が支保工の代替となるが如く機能するので、支保工を配置することなく掘削されたＬ２の既掘削区間においてトンネル支保工の施工数量を低減することができるという効果を奏する。
【００１６】
ここで、上記の構成においては、Ｌ＝３０ｍ以上、Ｌ１＝Ｌ３＝５ｍ、Ｌ２＝１０ｍ以上とすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明に係るトンネル構造およびその施工方法を例示する図であり、超長尺フォアパイリングを打設した図である。
【図２】図２は、図１のトンネル構造の施工断面図である。
【図３】図３は、本発明に係るトンネル構造およびその施工方法を例示する図であり、工程１の前半を示す図である。
【図４】図４は、本発明に係るトンネル構造およびその施工方法を例示する図であり、工程１の後半を示す図である。（１）は概要図、（２）は要部拡大図である。
【図５】図５は、図４のトンネル構造の施工断面図である。
【図６】図６は、図４のトンネル構造の他の施工断面図である。
【図７】図７は、本発明に係るトンネル構造およびその施工方法を例示する図であり、工程２を示す図である。
【図８】図８は、Ｌ３の区間に支保工を設けた場合の図である。
【図９】図９は、本発明に係るトンネル構造およびその施工方法を例示する図であり、工程３を示す図である。
【図１０】図１０は、Ｌ３の区間に支保工を設け、第二の超長尺フォアパイリングを打設した場合の図である。
【図１１】図１１は、第二の超長尺フォアパイリングの下部を掘削する場合の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係るトンネル構造およびその施工方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００１９】
図１および図２に示すように、本発明に係るトンネルの施工方法は、トンネル掘削に先立つ先受け工として、ドリルジャンボ２等の掘削機械を用いて坑口天端部１２（トンネル掘削予定の上部）に１２．５ｍを超える長さＬの超長尺パイル１４をほぼ並行に複数本打設して超長尺フォアパイリング１６を形成し、掘削進行方向に所定間隔で支保工を配置しながら、超長尺フォアパイリング１６の下部を掘削してトンネル構造１０を施工する方法である。ここで、超長尺パイル１４は掘進方向より上向きの傾斜角度α（例えば５度程度）を持たせて打設される。超長尺パイル１４の周方向の配置範囲は、図２中の角度θ＝９０度程度としてよい。
【００２０】
本発明はさらに、超長尺フォアパイリング形成後に実施する工程１、工程２、工程３からなる。
【００２１】
工程１においては、図３に示すように、坑口２０から長さＬ１の区間を掘削する。次に、図４および図５に示すように、この掘削したＬ１の区間の上部内周面１０ｂにアーチ型の鋼製支保工１８を設置する。鋼製支保工１８は、１基あたりの奥行き寸法が例えば１ｍ程度のものを複数個並設する態様で施工しても良いし、若干の間隔（例えば１〜２ｍ）をあけて施工しても良い。なお、この鋼製支保工１８の設置に前後して吹き付けコンクリート２４を吹き付けるものとする。
【００２２】
ここで、図６に示すように、掘削されたトンネルの上部内周面１０ｂに複数のロックボルト２６を放射状に、かつ、トンネルの軸方向所定間隔に打設してもよい。いずれにせよ掘削されたトンネルの内周面は最終的に覆工コンクリート３０、インバートコンクリート２８が打設されてトンネルが構築されることになる。ここで、図５等の断面図において符号１０ａはトンネル中心線を示している。
【００２３】
工程２においては、図７に示すように、長さＬ１の区間の掘削進行側（超長尺フォアパイリング１６の掘削進行側端部１６ｂ側）に隣接する長さＬ２の区間を、鋼製支保工１８やロックボルト２６を施工することなく掘削する。こうすることで、トンネル支保工の施工数量を低減することができる。ただし、肌落ち等を防止するため吹き付けコンクリート２４は施工するものとする。
【００２４】
ここで、工程２の掘削中の力学的状態は、坑口側（超長尺フォアパイリング１６の坑口側端部１６ａ側）のＬ１の既掘削区間においては超長尺フォアパイリング１６および鋼製支保工１８のトンネルリング効果で天端を支え、Ｌ２の既掘削区間においては超長尺フォアパイリング１６のトンネルリング効果で天端を支えるようになっている。また、Ｌ３の未掘削区間においては超長尺フォアパイリング１６を介して地山で支えられる。
【００２５】
このため、本発明では、あたかも超長尺フォアパイリング１６の略両端（１６ａ、１６ｂ側）に位置するＬ１の既掘削区間とＬ３の未掘削区間とを固定端とする両端固定梁が、Ｌ２の区間の支保工の代替となるが如く機能して、トンネル構造の力学的安定性を確保する。このように、本発明では、土被り荷重が作用しやすい坑口で天端を十分補強できる超長尺フォアパイリング１６による補助工法を基本的に用いており、本来掘削時の安全を確保することが主要目的である超長尺フォアパイリング１６がトンネル支保工の代替として機能するので、鋼製支保工やロックボルトなどの支保工を無くすことができ、吹き付けコンクリートのみでトンネル構造を成立させることができる。また、天端崩落や切羽崩壊などを防止しながらＬ２の区間を安全に掘削することができる。
【００２６】
ここで、図８は、この長さＬ２の区間に隣接する長さＬ３の区間に、鋼製支保工１８を設けた場合の図である。このような構造の場合には、あたかも超長尺フォアパイリング１６の略両端に位置するＬ１の区間とＬ３の区間とを固定端とする両端固定梁が、Ｌ２の区間の支保工の代替となるが如く機能して、トンネル構造の力学的安定性を確保することになる。
【００２７】
工程３においては、図９に示すように、切羽２２前方側に長さＬ３の未掘削区間を確保する。引き続き、ドリルジャンボ２等の掘削機械を用い、切羽２２前方側に向けて第二の超長尺フォアパイリング１６を追加打設してもよい。こうすることで、さらに長いトンネル延長の掘削に対応可能となる。この場合、Ｌ３を前後の超長尺フォアパイリング１６同士が重複する長さとしてもよい。
【００２８】
そして、図１０に示すように、Ｌ３の区間に鋼製支保工１８を設けて上記の工程１と同様の施工を行った後、図１１に示すように、上記の工程２と同様にして鋼製支保工１８やロックボルト２６を施工することなく掘削を進行すれば、この区間についてもトンネル支保工の施工数量を低減することができる。
【００２９】
なお、上記の実施の形態において、長さＬ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の関係はＬ≧Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３であり、Ｌ＝３０ｍ以上、Ｌ１＝Ｌ３＝５ｍ、Ｌ２＝１０ｍ以上に設計することが好ましい。
【００３０】
以上説明したように、本発明に係るトンネル構造によれば、トンネル掘削に先立つ先受け工としてトンネル掘削予定の上部に１２．５ｍを超える長さＬの超長尺フォアパイリングを形成し、掘削進行方向に所定間隔で支保工を配置しながら、超長尺フォアパイリングの下部を掘削して施工されるトンネル構造であって、前記支保工が配置された坑口側の長さＬ１の既掘削区間と、この長さＬ１の掘削区間の掘削進行側に隣接し、前記支保工の施工数量を低減するために前記支保工が配置されることなく掘削された長さＬ２の既掘削区間と、この長さＬ２の掘削区間に隣接し、切羽前方側に存置する長さＬ３の未掘削区間とを有し、長さＬ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の関係がＬ≧Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３であり、あたかも超長尺フォアパイリングの略両端に位置するＬ１の既掘削区間とＬ３の未掘削区間とを固定端とする両端固定梁が形成されるが如くしたので、支保工を配置することなく掘削されたＬ２の既掘削区間においてトンネル支保工の施工数量を低減することができるという効果を奏する。
【００３１】
また、本発明に係るトンネルの施工方法は、トンネル掘削に先立つ先受け工としてトンネル掘削予定の上部に１２．５ｍを超える長さＬの超長尺フォアパイリングを形成し、掘削進行方向に所定間隔で支保工を配置しながら、超長尺フォアパイリングの下部を掘削して施工されるトンネルの施工方法であって、超長尺フォアパイリング形成後に、長さＬ１の区間を掘削して前記支保工を施工する工程１と、この長さＬ１の区間の掘削進行側に隣接する長さＬ２の区間を、前記支保工の施工数量を低減するために前記支保工を施工することなく掘削する工程２と、この長さＬ２の区間に隣接し、切羽前方側に長さＬ３の未掘削区間を確保する工程３とからなり、長さＬ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の関係がＬ≧Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３であり、工程２の掘削中に、あたかも超長尺フォアパイリングの略両端に位置するＬ１の既掘削区間とＬ３の未掘削区間とを固定端とする両端固定梁が支保工の代替となるが如く機能するので、支保工を配置することなく掘削されたＬ２の既掘削区間においてトンネル支保工の施工数量を低減することができるという効果を奏する。
【００３２】
ここで、上記の構成においては、Ｌ＝３０ｍ以上、Ｌ１＝Ｌ３＝５ｍ、Ｌ２＝１０ｍ以上とすることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように、本発明に係るトンネル構造およびその施工方法は、通常のフォアパイリングよりも長い超長尺フォアパイリングを先受け工として用いたＡＧＦ工法に有用であり、特に、トンネル支保工の施工数量を低減するのに適している。
【符号の説明】
【００３４】
２  ドリルジャンボ
１０  トンネル構造
１２  坑口天端部（トンネル掘削予定の上部）
１０ａ  トンネル中心線
１０ｂ  トンネル上部内周面
１４  パイル
１６  超長尺フォアパイリング
１６ａ  坑口側端部
１６ｂ  掘削進行側端部
１８  鋼製支保工（支保工）
２０  坑口
２２  切羽
２４  吹き付けコンクリート
２６  ロックボルト（支保工）
２８  インバート部
３０  覆工コンクリート
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３  長さ
θ，α  角度
【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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【図１０】
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【図１１】
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