(57)【要約】【課題】施工性および経済的に優れたトンネル支保構造および鋼製支保工を提案する。【解決手段】鋼製支保工２と、ロックボルト３と、吹付けコンクリート４とを備えるトンネル支保構造１であって、鋼製支保工２の脚部には、トンネルの切羽側または坑口側に向かって張り出すように固定されたボルト固定部５が形成されていて、ロックボルト３は、軸部がボルト固定部５を挿通した状態で頭部がボルト固定部５に固定されている。【選択図】図３
2016118040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製支保工と、ロックボルトと、を備えるトンネル支保構造であって、
前記鋼製支保工にはボルト固定部が形成されていて、
前記ロックボルトの頭部が前記ボルト固定部に固定されていることを特徴とする、トンネル支保構造。
【請求項２】
前記ボルト固定部が、前記鋼製支保工の脚部に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のトンネル支保構造。
【請求項３】
前記ボルト固定部が、トンネルの切羽側または坑口側に向かって張り出すように前記鋼製支保工に固定された鋼板であり、
前記鋼板には、貫通孔が形成されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のトンネル支保構造。
【請求項４】
貫通孔が形成された鋼板が、トンネルの切羽側または坑口側に向けて張り出すように、脚部に固定されていることを特徴とする、鋼製支保工。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル支保構造および鋼製支保工に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＡＴＭトンネル等の山岳トンネルでは、トンネル掘削によって露出した地山を支保工により早期に閉塞して、地山の安定化を図っている。
一般的なトンネルの支保工には、吹付けコンクリートと鋼製支保工とが使用されている。
【０００３】
軟弱地盤におけるトンネル施工では、土圧等による応力が鋼製支保工の脚部（以下、「支保工脚部」という）に集中してしまい、支保工脚部が沈下してしまうおそれがある。支保工脚部が沈下すると、トンネル内空に変位が生じてしまう。
そのため、支保工脚部の沈下防止策が多数開発されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、鋼製支保工の脚部（基端部）にコーン状部材を固定しておき、鋼製支保工の建て込み後、吹付けコンクリートをコーン状部材内に充填することで、支保工脚部の接地面積を増加させる補強構造が開示されている。
また、特許文献２には、鋼製支保工の下に、鋼製支保工の基端面よりも大きな面積を有したベースプレートを設置する補強構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−０９７８９９号公報
【特許文献２】特開２０１２−１１２１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記従来の補強構造は、支保工脚部において余掘り量を増加させる必要があるため、施工に手間がかかる。
また、特許文献１の補強構造は、吹付けコンクリートの打設量（吹付け量）が増加するため、作業に手間がかかると共に、施工費用も増加する。
さらに、特許文献２の補強構造では、仮設部材であるベースプレートを撤去する必要があり、この撤去作業に手間がかかる。
【０００７】
このような観点から、本発明は、従来の補強構造に比べて、施工性および経済的に優れたトンネル支保構造および鋼製支保工を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明のトンネル支保構造は、鋼製支保工と、ロックボルトとを備えており、前記鋼製支保工にはボルト固定部が形成されていて、前記ロックボルトの頭部が前記ボルト固定部に固定されていることを特徴としている。
前記ボルト固定部は、貫通孔が形成された鋼板を、トンネルの切羽側または坑口側に向かって張り出すように、鋼製支保工の脚部に固定することにより形成すればよい。
【０００９】
本発明のトンネル支保構造によれば、鋼製支保工にロックボルトが固定されているため、ロックボルトに作用するせん断力によって、鋼製支保工の沈下を防止することができる。
また、通常の支保工の一つとして使用するロックボルトを利用しているため、新たな施工設備を必要とせず、余掘りの量も増加しない。したがって、施工性および経済的に優れている。
【００１０】
また、本発明の鋼製支保工は、貫通孔が形成された鋼板が、トンネルの切羽側または坑口側に向けて張り出すように、脚部に固定されていることを特徴としている。
かかる鋼製支保工によれば、鋼板の貫通孔を挿通するようにロックボルトを打ち込むことで、支保工脚部の沈下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のトンネル支保構造および鋼製支保工によれば、施工性および経済的に優れたトンネル内空変位の抑制構造を構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態のトンネル支保構造を示す横断面図である。
【図２】同トンネル支保構造の鋼製支保工を示す斜視図である。
【図３】トンネル支保構造の詳細を示す部分拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態では、トンネルＴを掘削することにより露出した地山を早期に閉塞するために形成するトンネル支保構造１について説明する（図１参照）。本実施形態では、トンネル上半部に、トンネル支保構造１を採用した場合について説明する。
【００１４】
トンネル支保構造１は、図１に示すように、鋼製支保工２と、ロックボルト３と、吹付けコンクリート４とを備えている。
なお、トンネル支保構造１は、地山状況に応じた支保パターンにより適宜設定すればよいが、必要に応じて先受け工法等の補助工法を付加してもよい。
【００１５】
鋼製支保工２は、地山面に沿って建て込まれる鋼材であって、トンネル坑内においてアーチ状に組み立てられる。
鋼製支保工２は、図２（ａ）に示すように、トンネルＴの断面形状に応じて弧状に加工された本体部２１と、本体部２１の両端に固定された取付部２２，２２とを備えている。
【００１６】
本体部２１は、Ｈ形鋼からなる。本体部２１の寸法や形状などは、支保パターンやトンネルの計画断面等に応じて適宜設定する。
取付部２２は、本体部２１の外形状よりも大きな面積を有した鋼板からなる。取付部２２には、他の鋼製支保工２と連結するためのボルト孔２３が形成されている。
【００１７】
鋼製支保工２の脚部には、ボルト固定部５が固定されている。
ボルト固定部５は、鋼板からなる。図２（ｂ）に示すように、ボルト固定部５の一方の端部は本体部２１のフランジに重ねられており、その他の部分は本体部２１のフランジから張り出している。
【００１８】
本実施形態では、トンネルの坑口側に向かって張り出すようにボルト固定部５を鋼製支保工２の脚部に固定するが、ボルト固定部５はトンネルの切羽側に向かって張り出させてもよい。
【００１９】
ボルト固定部５は、フランジの内空側の面に重ねた状態で、ボルト固定部５および本体部２１のフランジを貫通するボルト６とナットによりフランジに固定する。なお、ボルト固定部５の固定方法は限定されるものではなく、例えばフランジに溶接してもよい。また、ボルト固定部５は、フランジの地山側の面に重ねた状態で固定してもよい。また、ボルト固定部５を固定するためのボルト６の数や配置は限定されない。
【００２０】
ボルト固定部５の鋼製支保工２（フランジ）から張り出した部分には、ロックボルト３（図３参照）を挿通可能な貫通孔５１が形成されている。本実施形態では、貫通孔５１が円形であるが、貫通孔５１の形状は限定されない。また、貫通孔５１の大きさは、ロックボルト３の軸部３２を挿通可能で、かつ、ロックボルト３の頭部３３を貫通孔５１の開口縁部に係止可能であれば限定されない。
【００２１】
ロックボルト３は、図１に示すように、トンネルＴの周方向に対して複数設けられている。ロックボルト３の設置間隔や部材寸法等は、地山状況に応じた支保パターンにより設定する。
本実施形態では、図３に示すように、支保パターンにより決定されたパターンロックボルト３０に加え、脚部補強用ロックボルト３１が設けられている。
【００２２】
脚部補強用ロックボルト３１は、ボルト固定部５に固定されている。
脚部補強用ロックボルト３１の軸部３２は、ボルト固定部５の貫通孔５１および地山に形成された孔に挿入されており、脚部補強用ロックボルト３１の頭部３３はボルト固定部５の内空側の面に固定（係止）されている。
【００２３】
本実施形態では、脚部補強用ロックボルト３１として、パターンロックボルト３０と同じ仕様の材料を使用する。なお、脚部補強用ロックボルト３１の仕様は、パターンロックボルト３０と同じである必要はなく、例えばパターンロックボルト３０よりも小寸法であってもよい。
【００２４】
吹付けコンクリート４は、図３に示すように、トンネル掘削によって露出した地山に吹付けられる。
吹付けコンクリート４の厚さ等は、支保パターンに応じて設定すればよい。また、地山状況によっては、吹付けコンクリート４を省略してもよい。
【００２５】
トンネル支保構造１の施工は、１掘進サイクル毎に行う。
すなわち、所定延長（例えば１ｍ）掘進したら、鋼製支保工２を組み立てるとともに、吹付けコンクリート４を吹き付けて、ロックボルト３を設置する作業を行う。
【００２６】
鋼製支保工２は、既設の鋼製支保工２に水平つなぎ材（図示せず）を介して連結する。
なお、鋼製支保工２を組み立てた後に、鋼製支保工２の周囲の地山の露出面に吹付けコンクリート４を施工してもよいし、鋼製支保工２を組み立てる前に一次吹付けを行った後、鋼製支保工２を組み立ててから残りの吹付け（二次吹付け）を行って、吹付けコンクリート４を施工してもよい。
【００２７】
吹付けコンクリート４を施工したら、地山を削孔し、パターンロックボルト３０を設置する。
パターンロックボルト３０の軸部３２は、固化材とともに地山を削孔することにより形成した孔に挿入し、パターンロックボルト３０の頭部は、吹付けコンクリート４の表面に固定する。
【００２８】
また、パターンロックボルト３０の施工に伴い、脚部補強用ロックボルト３１を設置する。
脚部補強用ロックボルト３１は、ボルト固定部５の貫通孔５１を挿通させたドリルにより地山を削孔して設置する。脚部補強用ロックボルト３１は、ボルト固定部５の貫通孔５１に挿通した状態で軸部３３を固化材とともに削孔された孔に挿入するとともに頭部３３はボルト固定部５に固定する。
【００２９】
本実施形態のトンネル支保構造１によれば、鋼製支保工２の脚部に脚部補強用ロックボルト３１が固定されているため、脚部補強用ロックボルト３１に作用するせん断力によって、鋼製支保工２の沈下を防止することができる。
【００３０】
脚部補強用ロックボルト３１は、パターンロックボルト３０と同寸法のロックボルト３を利用しているため、新たな施工設備を必要とせず、余掘り量も増加しない。つまり、トンネル支保構造１は、従来の支保工脚部の補強構造に比べて経済的である。
【００３１】
また、トンネル支保構造１によれば、鋼製支保工２の脚部を補強する際の段取り替え等も必要としないため、容易かつ迅速に施工することができる。
また、ロックボルト３の固定部は、貫通孔５１が形成された鋼板を鋼製支保工２に固定するのみの構成なため、簡易に形成することができ、安価である。
【００３２】
ここで、引張耐力２９０ｋＮのロックボルトを脚部補強用ロックボルト３１に使用した場合の沈下抑制効果について検討する。
引張耐力２９０ｋＮのロックボルト３のせん断耐力は、フォン・ミーゼスの理論により１６７．４ｋＮ（＝引張耐力／√３＝２９０／√３）となる。
【００３３】
一方、従来のコーン状部材（内径６７０ｍｍ）を利用した補強構造の沈下抑制力は、設置場所の岩盤が軟岩である場合には、以下に示すように、１０５．６ｋＮとなるから、本実施形態のトンネル支保構造１によれば、鋼製支保工２の沈下を抑制することができる。
【００３４】
コーン状部材の底面積＝０．３３５×０．３３５×π≒０．３５２ｍ２
岩盤（軟岩）の許容支持力＝３００ｋＮ／ｍ２
（土木学会、「山岳トンネルの補助工法−２００９年版−」、ｐ．１００）
沈下抑制力＝３００×０．３５２＝１０５．６ｋＮ
【００３５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
前記実施形態では、トンネルＴの上半を施工する場合に、本実施形態のトンネル支保構造を採用する場合について説明したが、本発明のトンネル支保構造の適用可能なトンネル掘削方式は限定されるものではなく、例えば、全断面掘削に使用してもよい。
【００３６】
前記実施形態では、鋼製支保工２の１つの脚部に対して、１つのボルト固定部５を形成する場合について説明したが、１つの脚部に対して複数のボルト固定部５を形成してもよい。例えば、２つのボルト固定部５を、１つの脚部に対してそれぞれ鋼製支保工のトンネルの切羽側と坑口側に向けて張り出させてもよい。また、１つの脚部に対して上下に複数段のボルト固定部５を形成してもよい。
ボルト固定部５の構成は、限定されるものではなく、ロックボルト３の頭部３２の把持する治具等により形成してもよい。
【００３７】
前記実施形態では、鋼製支保工２の脚部にボルト固定部５を形成するものとしたが、ボルト固定部５の形成箇所は鋼製支保工２の脚部に限定されない。例えば、鋼製支保工２の天端や肩部にボルト固定部５を形成し、当該ボルト固定部５にロックボルト３を固定してもよい。こうすることで、ロックボルト３と地山との縫い付け効果およびロックボルト３の引抜き耐力による鋼製支保工２（トンネル内空）の変位抑制を図ってもよい。
【００３８】
また、前記実施形態では、パターンロックボルト３０とは別に、脚部補強用ロックボルト３１を打ち込むものとしたが、パターンロックボルト３０の一部をボルト固定部５に固定して、脚部補強用ロックボルト３１として使用してもよい。
また、先受け工法、ＡＧＦ工法、パイプルーフ工法等の補助工法が適用される場合には、パターンロックボルト３０を省略してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１    トンネル支保構造
２    鋼製支保工
３    ロックボルト
３０  パターンロックボルト
３１  脚部補強用ロックボルト
３２  頭部
４    吹付けコンクリート
５    ボルト固定部
５１  貫通孔
【図１】
2016118040.tif 000003
【図２】
2016118040.tif 000004
【図３】
2016118040.tif 000005