(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル外形に沿ってトンネル天端を中心として周方向の所定範囲に配列されるように、前記トンネル外形から所定の上げ越し量を確保してトンネル延長方向にパイプルーフが先行打設され、該パイプルーフの奥部の地山に、複数本の単位管を連結してなる長尺の先受け鋼管を、前記トンネルのアーチ周方向に沿って所定間隔をあけてトンネル軸線から所定仰角をなして打設し、該先受け鋼管に形成された注入材吐出孔を介して前記先受け鋼管の周辺地山に注入を行って連続した改良体を形成し、該改良体により前記トンネル切羽の奥部の地山の先行補強を行うようにした長尺先受け工法において、
前記トンネル外形に沿って配列された前記パイプルーフ間に合わせた所定仰角で１段目の先受け鋼管をトンネル切羽面から打設し、所定の切羽の進行の後、前記１段目の隣り合う先受け鋼管の中間位置に、各パイプルーフとの干渉を回避可能な打設仰角で２段目の先受け鋼管をトンネル切羽面から打設し、各先受け鋼管の単位管のうち、前記トンネル切羽表面の口元から前記トンネル断面内に残置される末端管に樹脂製管を用いるようにしたことを特徴とする長尺先受け工法。
【請求項２】
前記樹脂製管は、ガラス繊維補強ポリエステル樹脂管であることを特徴とする請求項１記載の長尺先受け工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は長尺先受け工法に係り、山岳トンネル工事において、パイプルーフ工が先行打設された掘削予定地山に対し、先受け鋼管をトンネル切羽面から施工する際に、トンネル断面内に施工された先受け鋼管を効率よく除去して掘削を行えるようにした長尺先受け工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
市街地トンネルの掘削工事では、トンネル建設予定地の地上に住宅等が建設されていることが多いため、地表面沈下に対する制約条件が厳しい。そこで、大断面トンネルの掘削では、トンネルの天端の安定と地山の先行緩み抑止のために注入を伴う長尺先受け工法が用いられることがある。図５は従来の長尺先受け工法の一種であるトレヴィチューブ工法によるトンネル先行補強の一例を示したトンネル縦断面図である。
【０００３】
このトレヴィチューブ工法では、これから掘削するトンネル切羽５０の奥部にかけて、専用機６０により支持体としての先受け鋼管５２を建て込むようになっている。さらにその鋼管５２を利用してウレタンやセメントミルクなどの注入材を地山に充填して、各鋼管の周囲に連続した改良体５３を形成し、改良体５３により上半アーチの外周地山を確実に改良することができる。図５には切羽５０の奥部にかけて所定長さの先受け鋼管５２を建て込んだ状態が示されている。この先受け鋼管５２は図示した打設専用機６０を用いて所定単位長さの単位管を切羽口元で順次連結して構成したものである。また切羽５０の近傍にはすでに建て込まれた鋼管５２をガイドとして所定のピッチで支保工５５が建て込まれている。さらにこの支保工５５間を埋めるようにして吹付けコンクリート５６が施工されている。この吹付けコンクリート５６を施工した後においても、インバート５１とトンネル天端５４間のトンネル高さＨが確保されるようになっている。
【０００４】
次に、図示した打設専用機６０の構成について説明する。この打設専用機は本体に装備されたクローラ６１で自走可能な２重管ボルトの削孔機で、その本体の前後にはガイドシェル６４を支持する支持ポスト６２、６３が立設されている。この支持ポスト６２、６３は独立してその長さ（高さ）を変化させることができ、前後高さを変えることによりガイドシェル６４の仰角（場合によっては俯角）を設定することができる。これによりトンネル切羽において先受け鋼管の打設角度を精度よく設定することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、トンネル地山安定のための補助工法の併用としてパイプルーフが施工されることがある（図６参照）。この種のパイプルーフ工法では、トンネル天端５４から上半アーチ肩部にかけての地山の崩落防止を目的とするもので、直径約８０ｃｍ程度の鋼管パイプ５７がトンネル天端５４から上半アーチの一部の外周縁に沿って所定の上げ越し量を確保して、ほぼ水平に打設される。掘削時には先行して打設されたパイプルーフ５７をガイドとして支保工５５を精度よく順次建て込むことができる。
【０００６】
ところで、このパイプの終端以降において引き続いて長尺先受け工法を施工する際、すでに切羽奥部のトンネル天端近傍にパイプが埋設されているため、長尺の先受け鋼管を所定の仰角で打設しようとすると、鋼管の一部がパイプと干渉してしまうので、それを避けると管口元位置がトンネル断面内にきてしまう。このためパイプ終端部より奥部にかけて先受け鋼管を打設するにはトンネル切羽面から先受け鋼管を施工せざるを得ない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、トンネル切羽から所定仰角をなして先受け鋼管を打設するような場合にも以後のトンネル掘削に支障が生じないようにした長尺先受け工法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明はトンネル外形に沿ってトンネル天端を中心として周方向の所定範囲に配列されるように、前記トンネル外形から所定の上げ越し量を確保してトンネル延長方向にパイプルーフが先行打設され、該パイプルーフの奥部の地山に、複数本の単位管を連結してなる長尺の先受け鋼管を、前記トンネルのアーチ周方向に沿って所定間隔をあけてトンネル軸線から所定仰角をなして打設し、該先受け鋼管に形成された注入材吐出孔を介して前記先受け鋼管の周辺地山に注入を行って連続した改良体を形成し、該改良体により前記トンネル切羽の奥部の地山の先行補強を行うようにした長尺先受け工法において、前記トンネル外形に沿って配列された前記パイプルーフ間に合わせた所定仰角で１段目の先受け鋼管をトンネル切羽面から打設し、所定の切羽の進行の後、前記１段目の隣り合う先受け鋼管の中間位置に、各パイプルーフとの干渉を回避可能な打設仰角で２段目の先受け鋼管をトンネル切羽面から打設し、各先受け鋼管の単位管のうち、前記トンネル切羽表面の口元から前記トンネル断面内に残置される末端管に樹脂製管を用いるようにしたことを特徴とする。
【０００９】
前記樹脂製管として、ガラス繊維補強ポリエステル樹脂管を用いることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の長尺先受け工法の一実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
図１にはトンネル１の天端２に施工されたパイプルーフ３の終端部３ａから長尺先受け工法を開始し、先受け鋼管を施工した状態を示したトンネル縦断図である。同図に示したように、パイプルーフ終端部３ａは切羽４の崩落を防止するためにある程度の長さにわたりトンネル切羽４の奥部まで延在している。また、このパイプルーフ３は図示したようにトンネル内空断面に対して支保工５の高さ分の上げ越し量を確保して水平に打設されている。したがって、パイプルーフ終端部３ａから先の地山に長尺の先受け鋼管１０を所定仰角で打設するのに必要な拡幅断面が確保できない。
【００１１】
そこで、本発明では、パイプルーフ終端部３ａから通常の長尺先受け工法が実施可能になるまでの範囲を、第１シフト、第２シフトのショートステップからなる２段階手順によって、先受け鋼管１０の施工を行うこととした。このとき第１シフトではトンネル拡幅は行えず、第２シフトの削孔からはトンネル断面とパイプルーフ３との間に約６００ｍｍ断面が拡幅される。そして最終的に第３シフトから通常の打設仰角を確保した先受け鋼管１０の施工を行うようにした。
なお、第１シフトは、打設する先受け鋼管１０とパイプルーフ３、支保工５との干渉を回避するためにさらに２段階に分けた施工とし、各段階において、所定の打設仰角を設定し、トンネル切羽面４から先受け鋼管１０を施工するようにした。
【００１２】
本実施の形態では、先受け鋼管１０を打設する具体的な打設仰角をそれぞれ以下のように設定した。第１シフトでの打設仰角は２段階でそれぞれ異なる打設角度（θ11＝９．０°、θ12＝１１．０°）とし、第２シフト（図示せず）での打設仰角は、第１シフトより小さな角度（θ2＝８．３°）で施工している。さらに第３シフトからは通常の打設仰角（θ3＝２．３°：図５参照）での打設を行うようにした。
【００１３】
上述したように、本発明では第１シフトの先受け鋼管１０は、打設仰角の関係上、トンネル切羽面４から所定の仰角で打設することになる。したがって、施工が完了した状態で口元側の末端管１０Ｃ（図４参照）がトンネル内空断面内に残置されることになる。そこで、トンネル切羽面４から打設される末端管１０Ｃの管体にはガラス繊維補強含浸樹脂（以下、単にＦＲＰ管と記す。）管を使用することとした。そして掘削時にこのトンネル内空を侵す位置に露出した末端管１０Ｃを破砕ないし切断して掘削を進めるようにした。このＦＲＰ管は、管状に積層したガラス長繊維クロスにポリエステル樹脂によって含浸して型成形した公知の軽量管体である。その構成は、図４を参照して後述する。
【００１４】
なお、これらの先受け鋼管１０を打設するには、地山削孔と同時に先受け鋼管１０を埋設可能な公知の２重管タイプの打設専用機６０を使用している（図５と同様の構成のため同一符号を付す）。図１に示した打設専用機６０は従来のものと同等の性能からなり、インナロッドとしての削孔ボルト（図示せず）及びアウタケーシングとしての先受け鋼管１０とを連続装填可能なローディング機構をガイドシェル６４上に備え、２重管削孔に伴って発生するくり粉は、アウタケーシング内に供給される循環水によって管後方へ搬送され、管口元付近に形成された排出孔から排出されるようになっている。なお、図示した専用機に限らず、ガイドシェルを所定の仰角にセットでき、２重管の削孔が可能な機種であれば、既存のロックボルトジャンボ等を搭載して用いることもできる。
【００１５】
次に、パイプ終端部３ａから奥部にかけて先受け鋼管１０を施工するための施工手順について添付図を参照して説明する。
(1)第１シフト（１段目打設）（図１、図３（ａ）参照）
第１シフトの第１段目の先受け鋼管１０の打設ピッチは、トンネル外形の周方向に沿って配列されたパイプルーフ３の打設ピッチ（トンネル周方向＠９００ｍｍ）とほぼ等しく設定されている（図３（ａ）参照）。またパイプルーフ終端部３ａと長尺先受け鋼管１０とがトンネルの側方から見て一部重なるように、トンネル切羽面４からパイプルーフ継手（図示せず）の谷部に向かって打設仰角θ11＝９．０°で打設されている。さらにパイプルーフを施工した範囲の両端には左右４本ずつ先受け鋼管１０が打設されている。このとき先受け鋼管１０として図４に示した注入用鋼管およびＦＲＰ管からなる単位管が連結して使用されている。
【００１６】
ここで、図４を参照して、先受け鋼管１０の構成について説明する。
先受け鋼管１０を構成する単位管をそれぞれ配置された位置により先端管１０Ａ、中間管１０Ｂ、末端管１０Ｃと呼んで以下説明する。先端管１０Ａには本実施の形態では、外径φ＝１１４．３ｍｍ、肉厚ｔ＝６ｍｍの一般構造用炭素鋼鋼管（ＳＴＫ４００）が使用されている。管先端には削孔時のアウタケーシングとして削孔機能を発揮するためにシールドクラウン１１が装着されている。管後端にはネジ式接合管（プロロング）１２ａ（雄ネジ部）が溶接されている。中間管１１Ｂの先端には先端管後端の接続管１２ａと螺合可能な接合管１２ｂ（雌ネジ部）が溶接されている。この先端管１０Ａと中間管１０Ｂの管周全面には、所定間隔をあけて注入材吐出孔１３が形成されている。さらに、末端管１０Ｃとして上述したＦＲＰ管が用いられている。このＦＲＰ管先端にも同形状の接合管１２ｂが取り付けられ、中間管後端の接合管１２ａと螺合するようになっている。ＦＲＰ管端への接合管の取付は接着によっている。これらは削孔、打設に従って、打設専用機のガイドシェル先端位置で連結される。
【００１７】
図１、図２に示したようにトンネル断面の一部を侵すように地山内に残置されたＦＲＰ製末端管１０Ｃはトンネル切羽の進行に応じて切断機により破砕、切断させることができ、地山掘削時に管の取り外し、溶断等の必要がなくなる。また、このＦＲＰ末端管に代えて硬質塩化ビニル管や種々の樹脂製管を使用することができる。
【００１８】
(2)第１シフト（２段目打設）（図２、図３（ｂ）参照）
第１シフトの第２段目の先受け鋼管１０の打設ピッチもパイプルーフ３の打設ピッチ（トンネル周方向＠９００ｍｍ）に設定され、打設されている（図３（ｂ）中の太い破線）。なお、図３（ｂ）には第１段目に打設された先受け鋼管１０も細破線で示されている。同図に示したように、隣り合った第１段目の先受け鋼管１０と、その間に打設された第２段目の先受け鋼管１０とは、パイプルーフ３の打設ピッチの１／２ピッチ（４５０ｍｍ）の間隔で周方向に配置されることになる。すなわち、この第２段目の鋼管は、すでに打設された１段目の各先受け鋼管１０の中間位置にくるように仰角θ12＝１１．０°をなしてトンネル切羽面から打設されている。本実施の形態では、この打設仰角θ12を確保するために、打設専用機の施工盤がS.L.-500ｍｍに設定されているが、打設専用機６０の支持ポスト６２、６３の伸縮により所定の打設仰角を設定できる場合には、盤下げを行う必要はない。また、１段目と同様にパイプルーフ３の下面あるいは建て込まれる支保工５と干渉する範囲に位置する末端管１０ＣにはＦＲＰ管が用いられている。
【００１９】
第１シフトの先受け鋼管１０を打設したら、パイプルーフ３区間より先端の地山位置における地山補強のために１段目、２段目の両方の先受け鋼管１０を利用して注入材の注入を行う。本実施の形態では、注入材として高浸透型ウレタンが使用されている。この注入により、先受け鋼管１０を中心軸として直径が約φ１０００ｍｍの改良体１５が地山内に造成される。
【００２０】
(3)第２シフト（図示せず）
第１シフトで建て込まれた支保工５の影響を受けるため、先受け鋼管１０の打設仰角θ2＝８．３°とした。第２シフト以後の先受け鋼管１０打設では、地山内に打設された鋼管１０がトンネル内空断面を侵さないので、すべての単位管を鋼管とすることができる。また、第２シフトでは地山内で先受け鋼管１０と、その内側に建て込まれる支保工５とのすき間が大きくなる。そこで、切羽面からすぐ奥の地山の崩落を抑止するために高浸透型ウレタンを用いてφ１０００ｍｍの改良体１５を造成する。なお、第２シフトは、長尺先受け鋼管１０と鋼製支保工との間に地山が大きく残るため、プレロードシェルは行わず、吹付けコンクリートで直ちに地山を保護することが好ましい。また、掘削時に鋼管下部の土塊が剥離して落下する場合はウレタン系フォアポーリングを行う。
【００２１】
(4)第３シフト
第３シフト以後は設置されたパイプルーフ３の影響を受けないため、通常の打設仰角θ3＝２．３°での打設となる。この打設状態は図５に示した従来の先受け鋼管１０の場合と同等の角度をなすものである。
【００２２】
なお、打設された先受け鋼管１０を用いて行う注入作業は、従来のものと同様であり、対象地山に応じて高浸透型ウレタン、セメントミルク系注入材等を適宜選択して使用することが好ましい。
【００２３】
【発明の効果】
以上に述べたように、トンネル切羽面から先受け鋼管を打設するような場合に、その末端管にＦＲＰ管等の樹脂成形管を使用したことにより、トンネル掘削断面中に先受け鋼管の一部が露出するような場合にも掘削を中断することなく進めることができ、効率のよいトンネル掘削を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による長尺先受け工法の一実施の形態を示したトンネル縦断面図（第１シフト第１段目）。
【図２】長尺先受け工法の一実施の形態を示したトンネル縦断面図（第１シフト第２段目）。
【図３】図１、図２に示したトンネルの切羽位置でのトンネル横断面図。
【図４】先受け鋼管の単位管の組立構成図。
【図５】従来の長尺先受け工法によるトンネル施工状態を示したトンネル縦断面図。
【図６】従来のパイプルーフ工法の一例を示したトンネル縦断面図。
【符号の説明】
１  トンネル
３  パイプルーフ
４  トンネル切羽面
５  支保工
１０  先受け鋼管
１０Ａ  先端管
１０Ｂ  中間管
１０Ｃ  末端管
１５  改良体
【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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