(57)【要約】【課題】設置や撤去が簡単な補強構造により先進坑内のピラー部を補強することで、ピラー部の地山の安定性を確保することができるとともに、工期と工事費の低減を図ることが可能となる。【解決手段】近接する第１トンネル１Ａと第２トンネル１Ｂとからなる山岳トンネル同士を掘削する際に、第１トンネル１Ａに対して補強する補強方法であって、第１トンネル１Ａの掘削後のピラー部側壁面１Ｐに対して間隔をあけるとともに、トンネル進行方向に沿って複数の鋼材２１をトンネル側面に立て掛けて配列し、隣り合う鋼材２１同士の間を仕切板２２で塞いで壁体部２０を形成し、この壁体部２０とピラー部側壁面１Ｐとの間に流動化処理土２３を充填することによる近接山岳トンネルにおける補強方法を提供する。【選択図】図２
2013245533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
近接する先進坑と後進坑とからなる山岳トンネル同士を掘削する際に、前記先進坑に対して補強する近接山岳トンネルにおける補強方法であって、
先進坑の掘削後のピラー部側壁面に対して間隔をあけるとともに、トンネル進行方向に沿って複数の支持材をトンネル側面に立て掛けて配列し、
隣り合う該支持材同士の間を仕切板で塞いで壁体部を形成し、該壁体部と前記ピラー部側壁面との間に固化体を充填することを特徴とする近接山岳トンネルにおける補強方法。
【請求項２】
前記固化体が固化した後に、トンネル進行方向で形成した先進坑の補強部の側方領域を後進坑で掘削することを特徴とする請求項１に記載の近接山岳トンネルにおける補強方法。
【請求項３】
後進坑の覆工を先進坑よりも先行させて施工し、その後進坑の覆工完了後に先進坑の補強部を撤去し、
前記補強部の撤去箇所に先進坑の覆工を施工するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の近接山岳トンネルにおける補強方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接山岳トンネルにおける補強方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、山岳トンネルの施工では、周辺地山の自立がトンネルの安定性を確保するための基本とされている。また、先進坑と後進坑との離隔が例えば６ｍ以下となる二車線道路などの近接山岳トンネルが施工される場合には、近接による影響がトンネル支保構造体に現れる。つまり、後進坑の掘削時に、先進坑のピラー部付近の支保部材に過大な応力が発生するため、通常の支保部材のみでは掘削時の安定性を確保することできなくなり、ピラー部の地山が破壊すると後進坑を含むトンネル全体の安定性が低下するおそれがあった。
そのため、双方のトンネル間に位置するピラー部の地山に対して事前に薬液注入などの地山改良を行ったり、先進坑の支保構造を高耐力化させ、トンネル支保構造の力学的安定性を確保することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上述したピラー部の地山における事前の地山改良は、上部から作用する土圧がピラー部の地山の強度を超える場合において、ピラー部の地山に対して事前に地表から注入する改良が一般的である。
また、先進坑の支保構造の高耐力化を行う場合には、先進坑には後進坑の掘削影響が及ぶことから、先進坑の支保構造体は後進坑よりも高耐力となる構造とすることで力学的安定を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３２１４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の近接山岳トンネルにおけるピラー部の地山に対する補強方法では、以下のような問題があった。
すなわち、ピラー部に対する地山改良は、施工が大掛かりとなり手間と時間がかかるという問題があった。
また、従来の先進坑の支保構造を高耐力化させる補強方法の場合には、鋼製支保工、吹付けコンクリート、および鉄筋コンクリート（ＲＣ）構造の組み合わせによる補強や、或いはタイロッドやＰＣ鋼棒等によって先進坑壁面のピラー部を緊張することによる補強となり、これら補強後に後進坑の掘削が行われるが、前記補強にかかる設置や撤去が大掛かりとなり、工期と工事費とが増大するという問題があった。
とくに、先進坑と後進坑との深さ方向のレベルが異なる場合には、上側のトンネルを先に掘削するのが一般的であるが、下側となる後進坑の掘削時の地山が極めて不安定になっていた。
【０００６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、設置や撤去が簡単な補強構造により先進坑内のピラー部を補強することで、ピラー部の地山の安定性を確保することができるとともに、工期と工事費の低減を図ることが可能となる近接山岳トンネルにおける補強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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る近接山岳トンネルにおける補強方法では、近接する先進坑と後進坑とからなる山岳トンネル同士を掘削する際に、先進坑に対して補強する近接山岳トンネルにおける補強方法であって、先進坑の掘削後のピラー部側壁面に対して間隔をあけるとともに、トンネル進行方向に沿って複数の支持材をトンネル側面に立て掛けて配列し、隣り合う支持材同士の間を仕切板で塞いで壁体部を形成し、壁体部とピラー部側壁面との間に固化体を充填することを特徴としている。
【０００８】
本発明では、鋼材などの支持材をピラー部側壁面に立て掛け、支持材同士の間を仕切板で塞いで壁体部を形成し、この壁体部のトンネル壁面側に形成される空間に固化体を充填させるという簡単な構造により、先進坑の掘削後のピラー部を補強することができる。この補強部は、先進坑の掘削に伴って、既設の補強部の前方に適宜なトンネル進行方向の距離の補強部を接続させて形成することができる。このように簡単な構造の補強部を設置する補強方法となるので、従来のようなピラー部に対する地山改良や、先進坑の支保構造を高耐力化させる方法に比べて工期及び工事費の低減を図ることができる。
【０００９】
また、掘削直後に施工する鋼製支保工や吹き付けコンクリート等の状態にかかわらず補強が可能であり、また不要になった補強部は、支持材と仕切板を取り外すとともに、固化体を取り除くことで簡単に補強部を撤去することができる。
これにより、後進坑が先進坑の補強部の側方を掘削しても、先進坑の補強部が形成されたピラー部側壁面の曲げモーメントが増大するのを抑制することができ、隣り合う近接山岳トンネル同士の間のピラー部の地山の安定性を確保することができる。後進坑においても安定した地山で掘削が可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る近接山岳トンネルにおける補強方法では、固化体が固化した後に、トンネル進行方向で形成した先進坑の補強部の側方領域を後進坑で掘削することが好ましい。
【００１１】
この場合、補強部の固化体が完全に固化した後に、その補強部の側方を後進坑で掘削するので、先進坑の補強部が設置されたピラー部側壁面に作用する曲げモーメントを確実に小さくすることができる。
【００１２】
また、本発明に係る近接山岳トンネルにおける補強方法では、後進坑の覆工を先進坑よりも先行させて施工し、その後進坑の覆工完了後に先進坑の補強部を撤去し、補強部の撤去箇所に先進坑の覆工を施工するようにしたことが好ましい。
【００１３】
本発明の近接山岳トンネルにおける補強方法によれば、後進坑が覆工により安定した状態となって発生応力を抑えることができるので、ピラー部の地山が後進坑によって不安定になるのを抑制することができる。そのため、覆工された後進坑の側方に位置する先進坑の補強部を撤去することが可能となり、その後に覆工を施すことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の近接山岳トンネルにおける補強方法によれば、設置や撤去が簡単な補強構造により先進坑のピラー部側壁面を補強することで、後進坑の掘削時におけるピラー部の地山の安定性を確保することができることから、補強にかかる工期と工事費の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態による山岳トンネルにおける補強方法を示す横断面図である。
【図２】第１トンネルに施工される補強部の構成を示す横断面図である。
【図３】補強部の構成を示す一部破断斜視図である。
【図４】図３に示すＡ−Ａ線断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、山岳トンネルの施工手順を示す図である。
【図６】実施例による補強部を設けた場合における先進坑掘削完了時の解析結果であって、（ａ）は解析モデルを示す図、（ｂ）は曲げモーメントを示す図である。
【図７】補強部を設けない比較例における先進坑掘削完了時の解析結果であって、（ａ）は解析モデルを示す図、（ｂ）は曲げモーメントを示す図である。
【図８】実施例による補強部を設けた場合における後進坑掘削完了時の解析結果であって、（ａ）は解析モデルを示す図、（ｂ）は曲げモーメントを示す図である。
【図９】補強部を設けない比較例における後進坑掘削完了時の解析結果であって、（ａ）は解析モデルを示す図、（ｂ）は曲げモーメントを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態による近接山岳トンネルにおける補強方法について、図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態による近接山岳トンネル（山岳トンネル１）は、第１トンネル１Ａ（先進坑）と第２トンネル１Ｂ（後進坑）とが間隔（ピラー部Ｐ）をあけて近接した状態でほぼ平行に掘削され、例えば二車線道路トンネル等に適用されるトンネルである。ここで、トンネル進行方向は、図１において紙面に向かう方向とする。
【００１８】
本実施の形態では、第１トンネル１Ａが第２トンネル１Ｂに対して小さな断面形状をなしている。山岳トンネル１は、双方のトンネル１Ａ、１Ｂの深度方向のレベルが異なっており、先進坑をなす第１トンネル１Ａが第２トンネル１Ｂよりも深度の浅い位置に設けられている。すなわち、第２トンネル１Ｂは、図１のトンネル断面において第１トンネル１Ａの紙面右斜め下方に位置している。
ここで、第１トンネル１Ａおよび第２トンネル１Ｂは、同一の支保構造と覆工構造により施工されている。図１において、トンネル掘削線の内側の線（実線）が鋼製支保工１０を示し、さらに鋼製支保工１０の内側の線（二点鎖線）が覆工１１を示している。なお、トンネル進行方向に隣り合う鋼製支保工１０同士の間には、吹付けコンクリートが施工される。
【００１９】
ピラー部Ｐは、第１トンネル１Ａと第２トンネル１Ｂとの間の離隔の狭い領域であって、第１トンネル１Ａにおいて上半断面部からインバート部にかけて連設する脚部１ａの外方に位置する領域であり、第２トンネル１Ｂにおいて上半断面部の天端から脚部の中間の側壁部１ｂの外方に位置する領域である。このピラー部Ｐの地山には、上部から土圧が作用するとともに、第１トンネル１Ａおよび第２トンネル１Ｂの壁面を押圧する方向への土圧が作用している。
ここで、第１トンネル１Ａにおいて、ピラー部Ｐに接する脚部１ａを含むトンネル壁面を「ピラー部側壁面１Ｐ」とし、図２に示す後述する補強部２（斜線部分）で覆われるトンネル壁面をいう。
【００２０】
図２に示すように、第１トンネル１Ａは、掘進に伴ってピラー部側壁面１Ｐに対して順次、既設の補強部２の切羽側に補強部２が設置され、その補強部２は適宜なタイミングで撤去される。
図２乃至図４に示すように、補強部２は、第１トンネル１Ａの掘削後のピラー部側壁面１Ｐに対して所定の間隔をあけるとともに、複数のＨ形鋼からなる鋼材２１（支持材）をトンネル側面に対して斜めに立て掛けてトンネル進行方向Ｘ（図３参照）に沿って配列し、隣り合う鋼材２１、２１同士の間を仕切板２２で塞いで壁体部２０を形成し、壁体部２０とピラー部側壁面１Ｐとの間に流動化処理土２３（固化体）を充填することにより施工される。
なお、図４は流動化処理土２３の充填中の状態で、鋼製支保工１０を省略している。
【００２１】
鋼材２１は、トンネル進行方向Ｘで配列される鋼製支保工１０とトンネル進行方向Ｘで同位置で、且つ同一ピッチで設けられ、図２に示すように下端２１ａおよび上端２１ｂを鋼製支保工１０に係止させている。なお、鋼材２１は、鋼製支保工１０に対して、鋼材２１の自重により接触させるだけでもよいし、ボルトや溶接などの固定手段により固定してもよい。
【００２２】
仕切板２２は、流動化処理土２３の充填圧に耐え得る強度を有するベニヤ板、鋼板等の薄板状の部材からなり、鋼材２１、２１同士の間を塞ぐようにして、Ｈ形鋼の鋼材２１のトンネル内空側の内側フランジ２１ｃ（図４参照）の内側に係止されている。具体的には、図４に示すように、鋼材２１の内側フランジ２１ｃ、外側フランジ２１ｄ、およびウェブ２１ｅによって囲まれる領域に仕切板２２のトンネル進行方向Ｘの両端を挿入させておくことで、流動化処理土２３の充填圧で仕切板２２がトンネル内空側に押圧され、仕切板２２の端部が内側フランジ２１ｃに当接する構成となっており、流動化処理土２３がトンネル内空側に流出しないよう壁体部２０が型枠の機能を有している。
【００２３】
なお、補強部２の施工範囲（位置、断面形状）は、第１トンネル１Ａの断面形状、ピラー部Ｐの離間距離、地山の地質条件に応じて決定される。
【００２４】
次に、第１トンネル１Ａに補強部２を設置する補強方法を用いた山岳トンネル１の施工方法にについて、図面に基づいて説明する。
図５（ａ）に示すように、山岳トンネル１は、先進坑となる第１トンネル１Ａと後進坑となる第２トンネル１Ｂのそれぞれの切羽位置に差をつけて掘削される。第１トンネル１Ａには、切羽から所定距離をおいて鋼製支保工１０（図１参照）が施工された箇所に補強部２が設置される。また、第２トンネル１Ｂ内には、第１トンネル１Ａ内の補強部２の後側部分の側方において、トンネル進行方向Ｘにオーバーラップするように覆工１１が施工されている。
【００２５】
図５（ｂ）に示すように、第１トンネル１Ａを所定距離（図中の符号Ｌ１）だけ掘削して鋼製支保工（図示省略）を施工した後、この掘削距離Ｌ１に相当する補強部２（ここでは符号２Ａの部分）を設置する。
次に、第２トンネル１Ｂを所定距離（図中の符号Ｌ２、ここではＬ１＝Ｌ２）だけ掘削して鋼製支保工（図示省略）を設置する。このときの第２トンネル１Ｂの掘削範囲は、第１トンネル１Ａにおける補強部２の流動化処理土２３（図２参照）が十分に固化した領域（固化完了補強部２Ｂ）となる。つまり、流動化処理土２３が固化した後に、その固化完了補強部２Ｂの側方を第２トンネル１Ｂで掘削する。そして、第２トンネル１Ｂでは、掘削に伴ってトンネル進行方向Ｘの切羽側に覆工１１Ａを施工する。なお、図５（ｂ）の符号２Ｃは、次の工程で撤去される補強部であって、第２トンネル１Ｂにおいて既に覆工１１が完了した箇所の側方に位置する箇所となる。
【００２６】
次に、図５（ｃ）に示すように、第１トンネル１Ａにおいて、補強部２の後端側で第２トンネル１Ｂの覆工１１が完了して安定した状態となる位置に設置されている符号２Ｃの補強部を撤去する。
このように、第２トンネル１Ｂの覆工１１を第１トンネル１Ａよりも先行させて施工し、第２トンネル１Ｂの覆工完了後に第１トンネル１Ａの補強部２Ｃを撤去し、その補強部２Ｃの撤去箇所に覆工１１を施工する。
なお、鋼材２１は、撤去したものを再度繰り返し使用することができるので、補強に必要な材料費を抑えることができる。
【００２７】
本実施の形態の山岳トンネルにおける補強方法では、図１に示すように、鋼材２１をピラー部側壁面１Ｐに立て掛け、鋼材２１同士間を仕切板２２で塞いで壁体部２０を形成し、この壁体部２０のトンネル壁面側に形成される空間に流動化処理土２３を充填させるという簡単な構造により、第１トンネル１Ａの掘削後のピラー部Ｐを補強することができる。この補強部２は、第１トンネル１Ａの掘削に伴って、既設の補強部２の前方に適宜なトンネル進行方向Ｘの距離の補強部２を接続させて形成することができる。このように簡単な構造の補強部２を設置する補強方法となるので、従来のようなピラー部に対する地山改良や、先進坑の支保構造を高耐力化させる方法に比べて工期及び工事費の低減を図ることができる。
【００２８】
また、掘削直後に施工する鋼製支保工や吹き付けコンクリート等の状態にかかわらず補強が可能であり、また不要になった補強部２は、鋼材２１と仕切板２２を取り外すとともに、流動化処理土２３を取り除くことで簡単に補強部２を撤去することができる。
【００２９】
これにより、第２トンネル１Ｂが第１トンネル１Ａの補強部２の側方を掘削しても、第１トンネル１Ａの補強部２が形成されたピラー部側壁面１Ｐの曲げモーメントが増大するのを抑制することができ、ピラー部Ｐの地山の安定性を確保することができる。第２トンネル１Ｂにおいても安定した地山で掘削が可能となる。
【００３０】
また、補強部２の流動化処理土２３が完全に固化した後に、その補強部２の側方を第２トンネル１Ｂで掘削するので、第１トンネル１Ａの補強部２が設置されたピラー部側壁面１Ｐに作用する曲げモーメントを確実に小さくすることができる。
【００３１】
さらに、第２トンネル１Ｂが覆工１１により安定した状態となって発生応力を抑えることができるので、ピラー部Ｐの地山が第２トンネル１Ｂによって不安定になるのを抑制することができる。そのため、覆工された第２トンネル１Ｂの側方に位置する第１トンネル１Ａの補強部２を撤去することが可能となり、その後に覆工を施すことができる。
【００３２】
上述のように本実施の形態による近接山岳トンネルにおける補強方法では、設置や撤去が簡単な補強構造により第１トンネル１Ａのピラー部側壁面１Ｐを補強することで、第２トンネル１Ｂの掘削時におけるピラー部Ｐの地山の安定性を確保することができることから、補強にかかる工期と工事費の低減を図ることができる。
【実施例】
【００３３】
次に、上述した実施の形態による近接山岳トンネルにおける補強方法の効果を裏付けるために行った実施例について以下説明する。
【００３４】
本実施例では、上述した実施の形態の補強部２の有無による鋼製支保工の発生応力（断面力）について、解析によって比較した。
本解析に用いた支保部材は、ＳＳ５４０、ＨＨ−２００などの高規格鋼の支保工と、強度が３６Ｎ／ｍｍ２の高強度吹付けコンクリートとを組み合わせたものである。
【００３５】
先ず、先進坑である第１トンネル１Ａを掘削した場合（掘削した先進坑の側方を後進坑が掘削しない場合）において、図６（ａ）、（ｂ）に示す補強部２を設けた実施例と、図７（ａ）、（ｂ）に示す補強部を設けない比較例とを比較すると、図６（ｂ）の実施例による曲げモーメントＭ１と比較例による曲げモーメントＭ２とは差異がないことが確認できる。
【００３６】
これに対して、掘削した第１トンネル１Ａの側方を第２トンネル１Ｂで掘削した場合において、図８（ａ）、（ｂ）に示す補強部２を設けた実施例と、図９（ａ）、（ｂ）に示す補強部を設けない比較例とを比較した。この場合、図８（ｂ）の実施例による曲げモーメントＭ３は、比較例による曲げモーメントＭ４よりも小さく、実施例の比較例に対する増分応力が約１／２．５となった。つまり、補強部２を設置する場合には、図８（ｂ）に示すように、ピラー部Ｐにおける曲げモーメントＭ３が先進坑（第１トンネル１Ａ）のみを掘削した曲げモーメントＭ１（図６（ｂ））と比べて僅かに増加するだけであり、補強部が設置されない比較例の曲げモーメントＭ４（図９（ｂ））の増加に比べて小さいことが確認できる。
また、軸力の増分についても補強部２を有する実施例が比較例の約半分となることから、本実施例による補強部２を設置することによって支保部材の発生応力を低減することができ、単独（１本）の山岳トンネルの場合と同等の支保部材により施工可能であることを確認することができる。
【００３７】
以上、本発明による近接山岳トンネルにおける補強方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態では補強部２の支持材としてＨ形鋼の鋼材２１を用いているが、この部材に制限されることはなく、チャンネル材（溝形鋼）、アングル材（山形鋼）などの鋼材や、或いは柱状の木材を用いることも可能である。要は、仕切板２２とトンネル壁面との間に設ける固化体が固化するまでの充填圧に耐え得る壁体部２０を構成することが可能であればよいのである。
【００３８】
また、本実施の形態では、先進坑となる第１トンネル１Ａが後進坑の第２トンネル１Ｂよちも小さな断面形状となる一例としているが、トンネルの断面形状、支保工の仕様などの構成については適宜設定することができる。つまり、第１トンネル１Ａが第２トンネル１Ｂよりも大きな断面であってもよいし、双方のトンネル１Ａ、１Ｂが同じ断面であってもよい。さらに、本実施の形態では第１トンネル１Ａが第２トンネル１Ｂよりも浅い位置となっているが、これに限定されず、第２トンネル１Ｂが第１トンネル１Ａよりも浅い位置であってもよく、また双方のトンネル１Ａ、１Ｂが同じ深さのレベルに施工されるトンネルであってもよい。
【００３９】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施の形態を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１  山岳トンネル（近接山岳トンネル）
１Ａ  第１トンネル（先進坑）
１Ｂ  第２トンネル（後進坑）
１Ｐ  ピラー部側壁面
２  補強部
１０  鋼製支保工
１１  覆工
２０  壁体部
２１  鋼材（支持材）
２２  仕切板
２３  流動化処理土（固化体）
Ｐ  ピラー部
Ｘ  トンネル進行方向
【図１】
2013245533.tif 000003
【図２】
2013245533.tif 000004
【図３】
2013245533.tif 000005
【図４】
2013245533.tif 000006
【図５】
2013245533.tif 000007
【図６】
2013245533.tif 000008
【図７】
2013245533.tif 000009
【図８】
2013245533.tif 000010
【図９】
2013245533.tif 000011