(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル掘削に先立って、掘削進行方向に先受材を打設する長尺鋼管フォアパイリングの穿孔方法であって、天然高分子物質、半合成高分子物質、及び合成高分子物質からなる群から選ばれた１種以上の高分子物質の水溶液を、穿孔ドリル先端から圧縮空気と共に噴霧状に噴射しながら、穿孔することを特徴とする長尺鋼管フォアパイリングの穿孔方法。
【請求項２】
前記天然高分子物質が、デンプン類、マンナン、海藻類、植物粘質物、微生物による粘質物、タンパク質のうちのいずれかであり、前記半合成高分子物質が、これらの天然高分子物質及びセルロースのアルキレンオキシド付加物、メチル化物、カルボキシメチル化物、リン酸化物、カチオン化物のうちのいずれかであり、前記合成高分子物質が、ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコール変成物、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド、アクリル酸ナトリウムアクリルアミド共重合体、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドンのうちのいずれかであることを特徴とする、請求項１に記載の長尺鋼管フォアパイリングの穿孔方法。
【請求項３】
前記水溶液の粘度が５〜１０，０００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の長尺鋼管フォアパイリングの穿孔方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル施工の補助工法である長尺鋼管フォアパイリング工法における穿孔方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地形や地質等の地山条件が不安定な地域のトンネル施工において、ロックボルト、吹付けコンクリート、鋼製支保工等の通常の支保パターンでは対処できないか、あるいは対処することが得策でない場合、切羽の安定性やトンネルの安全性を確保し、周辺環境を保全するために、地山条件の改善を図る種々の補助的な又は特殊な工法が採用されている。
【０００３】
その補助工法の一つである先受工は、断崖、断層破砕、未固結地山等の不安定な地山、あるいはトンネル坑口部や土被りが小さい箇所で、トンネル掘削に先立ち、トンネル外周にアーチ状に先受材を打設して地山改良体を形成することで切羽前方地山を補強し、地山の先行変位の抑制、地山の緩み防止、施工の安全性確保等を図ろうとするものである。長尺鋼管フォアパイリング工法は、この先受工の一つである。
【０００４】
図を用いて、長尺鋼管フォアパイリング工法の一例の概略を説明する。
【０００５】
図１は、長尺鋼管フォアパイリング工法において打設された先受材（長尺鋼管）を示し、図２は、トンネル掘削途中の地山の断面を示す。
【０００６】
図１に示すように、長尺鋼管フォアパイリング工法においては、トンネル掘削に先立って、トンネル外周にほぼ一定間隔で地山に穿孔し、先受材である直径１００ｍｍ程度の長尺鋼管８を打設する。この際、長尺鋼管８は、先端がトンネルの中心からやや外側を向く方向、すなわち一列に並べられた数本の鋼管により形成される面がやや裾広がりになるような方向に打設する。
【０００７】
長尺鋼管８の打設後、地山２０を掘削する。図２に示すように、直前に打設した鋼管の途中まで掘削した時点で、次の打設のために、矢印の方向に穿孔を行う。なお符号２２は崩落防止のために壁面に吹き付けられたコンクリートを示す。
【０００８】
長尺鋼管８の打設後は、例えば鋼管と地山との空隙にセメントミルク等を充填することにより鋼管と地山との接触を密にし、地山の安定が図られる（充填式フォアパイリング工法）。あるいは、鋼管の周辺の地山にセメントミルクや薬液等を圧力注入し、鋼管と注入材が一体となった改良体を造成することにより地山の補強が図られる（注入式フォアパイリング工法）。
【０００９】
なお、図４に示すように湾曲型長尺鋼管２３を用いて施工することも行われている。
【００１０】
上記のような長尺鋼管フォアパイリング施工において穿孔ドリルを用いて地山に穿孔する際、大量の穿孔水、具体的には毎分３０〜６０リットルの水を噴射して、その水流により、くり粉を排出しながら穿孔する水穿孔が従来から行われている。
【００１１】
しかしながら、長尺鋼管フォアパイリング工法は、上記のように一般に地形・地質の地山条件が不安定な箇所を補強するために施工する補助工法であって、そのような地山に大量の穿孔水を用いて穿孔することは、穿孔水の地山への浸入によって地山を緩ませ、不安定さを増大させる要因になるため、好ましくない。
【００１２】
そこで、水を全く使用せず、圧縮空気を使用して、くり粉を排出する方法も用いられているが、これは粉塵の発生が著しく、作業環境を悪化させるため、弊害が大きい。
【００１３】
本発明は、上記の問題点を解消すべくなされたもので、長尺鋼管フォアパイリング工法において、地山の緩みを極力抑え、良好な作業環境を維持しながら穿孔する方法を提案するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意研究を行った結果、高分子物質の水溶液を圧縮空気とともに穿孔ドリルの先端から噴射しながら穿孔することにより、地山を緩ませることなく所望の形状の孔が得られることを見出し、本発明の完成に至った。
【００１５】
すなわち本発明の長尺鋼管フォアパイリングの穿孔方法は、トンネル掘削に先立って、掘削進行方向に先受材を打設する長尺鋼管フォアパイリングの穿孔方法であって、天然高分子物質、半合成高分子物質、及び合成高分子物質からなる群から選ばれた１種以上の高分子物質の水溶液を、穿孔ドリル先端から圧縮空気と共に噴霧状に噴射しながら、穿孔することを特徴とするものである。
【００１６】
上記において、天然高分子物質としては、デンプン類、マンナン、海藻類、植物粘質物、微生物による粘質物、タンパク質のうちのいずれか、半合成高分子物質としては、これらの天然高分子物質及びセルロースのアルキレンオキシド付加物、メチル化物、カルボキシメチル化物、リン酸化物、カチオン化物のうちのいずれか、合成高分子物質としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコール変成物、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド、アクリル酸ナトリウムアクリルアミド共重合体、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドンのうちのいずれかを好適に用いることができる（請求項２）。
【００１７】
上記高分子物質水溶液の粘度は、５〜１０，０００ｍＰａ・ｓの範囲とするのが好ましい（請求項３）。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の長尺鋼管フォアパイリングの穿孔方法で用いる高分子物質は、天然高分子物質、半合成高分子物質、及び合成高分子物質から選択された１種又は２種以上である。
【００１９】
天然高分子物質の例としては、デンプン類、マンナン、海藻類、植物粘質物、微生物による粘質物、タンパク質が挙げられる。
【００２０】
より具体的には、デンプン類の例としては、各種の植物から得られるデンプン、α−デンプン等、海藻類としては、ふのり、寒天、アルギン酸ナトリウム等、植物粘質物としては、グアーガム、ローカストビーンガム、クインスシードガム、アラビノガラクタンガム、アラビアガム、トラガカントガム等、微生物による粘質物としては、キサンタンガム、デキストラン、ラムザンガム、ウェランガム、カードラン、ジェランガム等、タンパク質としては、にかわ、カゼイン、コラーゲン等がそれぞれ挙げられる。
【００２１】
半合成高分子物質の例としては、上記天然高分子物質及びセルロースを原料として、これにエチレンオキシド、プロピレンオキシド等のアルキレンオキシドを付加した物質や、メチル化、カルボキシメチル化、リン酸化、カチオン化したもの等が挙げられる。
【００２２】
合成高分子物質の例としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコール変成物、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド、アクリル酸ナトリウムアクリルアミド共重合体、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン等が挙げられる。
【００２３】
上記高分子物質の水溶液が圧縮空気と共に、穿孔ドリルの先端から噴霧状に噴射されると、孔壁にぶつかると同時にくり粉と衝突して混合され、孔壁表面に付着する。高分子物質水溶液の粘度及び供給量が一定の範囲であるとき、高分子物質水溶液とくり粉との混合物は、地山へほとんど浸入せず、地山の緩みを生じさせない。
【００２４】
すなわち、上記高分子物質の水溶液は、粘度が５〜１０，０００ｍＰａ・ｓであることが好ましく、より好ましくは１０〜５，０００ｍＰａ・ｓ、さらに好ましくは２０〜２，０００ｍＰａ・ｓである。５ｍＰａ・ｓより小さいと地山の亀裂部への浸入が始まり、地山の安定性を損なう。また、１０，０００ｍＰａ・ｓより大きいと水溶液のポンプ圧送時に強力なポンプが必要となることから経済的でない。
【００２５】
また、上記水溶液の供給量は、通常の穿孔では毎分１〜３０リットル程度が好ましい。１リットルより少ないと、くり粉が乾燥状態に近く、粉塵が生じる。３０リットルより多いと、水溶液の使用量が多くなるため不経済であり、またくり粉のベタツキが大きくなり、足場も悪くなる等の問題が生じ易い。
【００２６】
供給量を毎分１〜３０リットル程度にすることにより、地山の安定性が保たれるのはもちろんのこと、くり粉の排出状態も良く、用いた薬液が分離等の処理を要する排水として流出することもなく、くり粉は堀削土として処理することができる。
【００２７】
本発明で用いる穿孔装置は特に限定されないが、穿孔装置の一例の概要を図３に記す。
【００２８】
本図に示すように、穿孔装置は、穿孔ドリル１、穿孔ドリル１の先端にスイーベルジョイント２を介して取り付けられた穿孔ビット６、穿孔ドリル１を支持し、ロッド５及びパイプフォルダ７、長尺鋼管８を案内するガイドセル９、スイーベルジョイント２に接続された高分子物質水溶液供給部からなる。高分子物質水溶液供給部は、水溶液収納部１０、圧送ポンプ１１、流量調整装置１２、コンプレッサ１３、ストップバルブ１４及びこれらを相互に接続する導管よりなる。
【００２９】
上記穿孔装置においては、コンプレッサ１３より圧縮空気が供給され、一方、高分子物質水溶液は、圧送ポンプ１１で前述の圧縮空気より高圧で圧送され、流量調整装置１２によって所定の流量に調整される。高分子物質水溶液は、圧縮空気と合流後、スイーベルジョイント２を経てロッド５内に供給され、ロッド５先端の穿孔ビット６より噴霧状に噴射される。穿孔ビット６は、このように高分子物質水溶液を噴射しながら、地山２０に穿孔する。噴射された高分子物質水溶液は、上述したように孔壁２１の表面に付着し、地山内部への浸入がほとんどないため、地山を緩ませないですむ。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１の長尺鋼管フォアパイリングの穿孔方法によれば、従来の水穿孔と異なり地山の緩みを生じさせず、優れた地山の安定化効果が得られる。また多量の排水や粉塵の発生等もなく、作業環境も良好に保たれる。
【００３１】
請求項３のように、高分子物質水溶液の粘度が５〜１０，０００ｍＰａ・ｓであると、孔壁の自立性が十分で、ポンプ圧送も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】地山に打設された長尺鋼管を示す概念図である。
【図２】トンネル掘削中の地山を示す模式断面図である。
【図３】穿孔装置の一例を示す概念図である。
【図４】湾曲型長尺鋼管を用いた施工例を示す概念図である。
【符号の説明】
１……穿孔ドリル
２……スイーベルジョイント
３……ジャンクロッド
４……ジョイントスリーブ
５……ロッド
６……穿孔ビット
７……パイプフォルダ
８……長尺鋼管
９……ガイドセル
１０……高分子物質水溶液収納部
１１……圧送ポンプ
１２……流量調整装置
１３……コンプレッサ
１４……ストップバルブ
２０……地山
２１……孔壁
２２……吹付けコンクリート
２３……湾曲型長尺鋼管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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