(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル掘削断面内から切羽前方地山内に所定の仰角で削孔を施すと同時に、周壁に固結材の吐出孔を有する単一の管または複数本の管を順次接続して形成される補強管を上記削孔内に打設し、その補強管内に固結材を注入して該補強管内およびその周囲の地山内に定着または固結領域を形成して補強する地山補強工法において、上記補強管を形成する単一の管または複数本の管のいずれかを、外周面に凹部を有する鋼管で構成すると共に、その凹部に上記吐出孔を形成し、上記凹部を、上記地山内に削孔を施す際の削岩機の前進回転と反対方向の螺旋状に形成してなることを特徴とする地山補強工法。
【請求項２】
トンネル掘削断面内から切羽前方地山内に所定の仰角で削孔を施すと同時に、周壁に固結材の吐出孔を有する単一の管または複数本の管を順次接続して形成される補強管を上記削孔内に打設し、その補強管内に固結材を注入して該補強管内およびその周囲の地山内に定着または固結領域を形成して補強する地山補強工法において、上記補強管を形成する単一の管または複数本の管のいずれかを、外周面に凹部を有する鋼管で構成すると共に、その凹部に上記吐出孔を形成し、上記補強管を形成する単一の管または複数本の管として、外周面に縞状の凸部を有し、その凸部以外の部分が凹部をなす縞鋼管を用い、その凹部に上記吐出孔を形成してなることを特徴とする地山補強工法。
【請求項３】
トンネル掘削断面内から切羽前方地山内に所定の仰角で削孔を施すと同時に、周壁に固結材の吐出孔を有する単一の管または複数本の管を順次接続して形成される補強管を上記削孔内に打設し、その補強管内に固結材を注入して該補強管内およびその周囲の地山内に定着または固結領域を形成して補強する地山補強工法において、上記補強管を形成する単一の管または複数本の管のいずれかを、外周面に凹部を有する鋼管で構成すると共に、その凹部に上記吐出孔を形成し、上記補強管を形成する単一の管または複数本の管の少なくとも後端部に、トンネル掘削機械で切除し得る肉厚を残した環状溝と、上記補強管の長手方向に延伸し且つ上記固結材が吐出可能な縦断スリットとを設けたことを特徴とする地山補強工法。
【請求項４】
上記補強管を形成する単一の管または複数本の管の少なくとも後端部に、トンネル掘削機械で切除し得る肉厚を残した環状溝と、上記補強管の長手方向に延伸し且つ上記固結材が吐出可能な縦断スリットとを設けた請求項１又は２に記載の地山補強工法。
【請求項５】
上記補強管を形成する単一の管または複数本の管のそれぞれは、外径が６０〜１３９ｍｍ、長さが１〜６ｍの範囲内であり、上記複数本の管を接続して形成される補強管の全長は３〜３０ｍの範囲内であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の地山補強工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばトンネル掘削時に前方地山を補強する先受け工や鏡補強工等の地山補強工法、特に掘削すべき前方地山内に削孔を施すと同時に該削孔内に補強管を挿入して補強する地山補強工法に関する。更に詳しくは、例えば先端に削孔用ビットを有する中空管状の削孔ロッドの周囲に、補強管を配置した状態で削孔を施す、いわゆる二重管方式の削孔装置で上記補強管として鋼管を用い、上記削孔用ビットで削孔しながら上記補強管を削孔内に引き込んだ後、その補強管内からセメント系またはレジン系等の固結材を注入して地山との定着を施こすと共に、上記補強管を切羽前方地山内に存置して補強する場合に特に有効な地山補強工法に関するものである。  
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば地質条件の悪い地山等でトンネルを掘削する際には、その掘削すべき前方地山を鋼管等の補強材で拘束し且つ補強しながらトンネルを掘り進めることが行われている。このような前方地山を補強材、特に鋼管等の補強管で拘束し且つ補強しながらトンネルを掘削する場合に行う地山補強工法として、トンネルを掘削すべき前方地山の天端部または前方地山内に削孔を施すと同時に該削孔内に上記補強管を挿入する場合に、先端部に削孔用ビットを有する中空管状の削孔ロッドの周囲に上記補強管を配置した状態で削孔を施す、いわゆる二重管方式の長尺削孔装置によって単一の管または複数本の管を順次接続してなる補強管をトンネル切羽の先受け工または鏡補強工として打設し、その補強管内にセメント系またはレジン系等の固結材を注入して該補強管内およびその周囲の地山内に定着または固結領域を形成して地山補強を行うことが提案されている。
【０００３】
下記特許文献１、２は上記のような補強管を用いた地山補強工法の一例を示すもので、特許文献１はトンネル断面の拡幅をしない無拡幅による長尺先受け工として、所定の仰角で打設された補強管のうち、トンネル掘削断面外周線から最後端部の切羽鏡部に位置する区間、いわゆるトンネル掘削断面内である切除区間の補強管（以下、後部補強管という）は、容易に切除可能とし、それによって断面拡幅区間を設けなくても施工できるようにしたものである。その後部補強管として上記例においては塩化ビニル等の合成樹脂製の管を用いることによって、トンネル掘削時に掘削機械によって容易に切除できるようにしたもので、その後部補強管は、切羽前方に建て込まれる鋼製支保工の３ｍ程度の範囲にある地山内に埋設され、その鋼製支保工を設置する前にトンネルを所定長さ（通常約１ｍ）ずつ掘削する度毎に、その掘進長に応じて切除できるようにしたものである。
【０００４】
また上記特許文献２は、前方地山を拘束しながらトンネルを掘削する場合に行う地山補強工法として、その掘削に先立って切羽から前方地山のトンネル掘削断面内である鏡面へ削孔（パイプ挿入孔）を施し、その削孔内に挿入する鋼管パイプ等の補強管は周壁に周方向に延びるスリット状の切抜細孔を設け、固結材注入時に挿入される注入管を用いて上記補強管の切抜細孔や吐出孔（注入孔）を介して周囲の地山にセメント系またはレジン系等の固結材を注入して地山との定着を施し、補強管周囲の地山を定着補強により切羽前方地山の拘束効果を高めるようにしたものである。
【０００５】
ところが、特許文献１では、所定の仰角で打設された補強管のうち、トンネル掘削断面外周線から最後端部の切羽鏡部に至る切除区間の後部補強管として合成樹脂製の管が用いられているが、上記の切除区間はトンネル掘削時における先行変位の原因でもある緩みの発生源であって、上記補強管は通常外周面が平滑なものが使用され、トンネル掘削時における切除は容易であるが、上記補強管と削孔との固結材による付着効果が考慮されていないことから、脆弱な地山状況となった場合には地山の拘束力が劣るために、結果的にゆるみの漸増により先受け効果が低下する。
【０００６】
また、特許文献２の鏡補強工では、掘削に先立って切羽から前方地山のトンネル掘削断面内である鏡面へ削孔（パイプ挿入孔）を施し、この削孔内に挿入する鋼管パイプ等の補強管は表面が平滑なものが使用されているため、脆弱な地山状況である場合には、この補強管に生ずる応力は軸方向応力が卓越することから、地山および補強管と固結材の付着効果により地山の押出し挙動を抑制する必要性があり、当該状況では補強管下端の孔壁との密着と周面が平滑な管であるため、結果的に地山の拘束力が劣ることから、ゆるみの漸増が生じて切羽の安定性が低下する場合がある。
【０００７】
従って、特許文献１、２のいずれにおいても、補強管周壁の吐出孔を介して周囲の地山内にセメント系またはレジン系等の固結材を注入して、補強管周壁の地山を定着補強によって切羽前方地山の拘束効果を高めて切羽の安定を計る工法であるが、補強管の周面が平滑なものが使用されているため、脆弱な地山状況では付着による拘束力が劣るために別途補強を行うことが多くなっている。
【０００８】
特許文献１、２のような長尺先受け工は、様々な地山条件に対応できる長尺先受けが可能なため、地山の先行変位の抑制、地山の緩みの防止、施工の安全性確保等を目的として用いられている。  図１０、図１１は地山にトンネル掘削断面を無拡幅とした状態の上記長尺鋼管先受け工法を示すもので、既に地山１を掘削したトンネル掘削断面であるトンネル空間Ｔの切羽（切羽鏡部）１ａから地山１内に鋼管等よりなる補強管６が打設され、トンネル掘削断面外周線から最後端部の切羽鏡部に至る切除区間Ｌの補強管である後部補強管６２は地山の掘進に伴って地山１から露出した部分が切除可能な管で形成されている。この後部補強管６２には、周面に固結材の吐出孔とトンネル掘削進行（１ｍ）に合わせて切除可能な管が用いられている。本工法の注入時に挿入される注入管１０には、塩化ビニル管が用いられ、セメント系またはレジン系等の固結材を上記注入管１０を介して補強管６内に注入することによって、該補強管６内およびその周囲の地山１内に固結材を浸透させ、岩片或いは土粒子間の結合力を高めて先受け材としての補強管６の周囲に、定着および固結領域８を形成することで切羽前方地山の拘束効果を高めるものである。
【０００９】
ところが、上記のような先受け工法が要求される地山は元来脆弱であることに加えて、切羽近傍の地山は掘削に伴うゆるみが生じ易い地山である。例えば図１２は脆弱な地山状況における施工時の切羽挙動と同様に、解析的な見地から得られる切羽周辺の挙動を示したものである。しかし、図１０、１３に示される切羽天端部の切除される既補強管とトンネル掘削断面外周線に位置する区間の地山領域は、図１２に示されるようにトンネル掘削時の応力解放に伴う緩みによる鏡部の地山挙動（押出し挙動）１ｓは掘削断面空間方向に生じる。この影響から補強管６、特に後部補強管６２には、押出し挙動に伴う大きな軸方向応力と曲げ応力が生じ、上方に位置する既に打設された補強管６の前部補強管６１と、後から打設された補強管６の後部補強管６２との離れが大きいが、注入による後部補強管６２と孔壁周囲の地山１との定着が最も重要な区間であり、後部補強管６２に使われている樹脂性の管の外周面は平滑な素材で付着耐力が劣っているため、脆弱な地山状況によっては後部補強管６２と地山との固結材による充分な付着が確保されず、トンネル掘削の進行とともに周辺地山のゆるみは漸増する結果、補強管６との定着力不足から切羽天端部の安定性が損なわれる。その結果、セメント系またはレジン系等の固結材で適正な地山補強効果を得ることができないという不都合が生じている。
【００１０】
また固結材の注入時には、図１１に示すように補強管６内に挿入される注入管１０を用いて、該補強管６内およびその周壁に形成した吐出孔から周囲の地山１内に固結材を注入して固結領域を形成して定着するが、補強管６の下方部には削孔時のスライムが堆積し易いことと、また図のように補強管自体が孔壁下部に密着しているため下部の吐出孔は閉塞した状態で無効となる場合が多く、固結材による固結領域は補強管６の上方部のみに形成され易く、補強管自体の外周面が平滑で地山１と補強管６との固結材による定着は確保され難い。従って、補強管周囲の地山には所要の定着領域が確保されず、前記地山挙動１ｓから切羽１ａの押出し挙動も大きくなり、その挙動に耐え得る材料の持つ所要の付着強度を十分発揮できずに地山の拘束力を有して無いことから、補強管周囲の地山領域の緩みおよび鏡部の押出し挙動の漸増により切羽の安定性が損なわれ、拘束力に対する不安から追加補強を要する場合があり、地山補強効果は充分とは言い難い。
【００１１】
また、図１４はトンネル掘削断面の前方地山を長尺鏡補強部材として補強管６により補強する工法を示すもので、トンネル空間Ｔに於いて切羽１ａから地山１内に鋼管等よりなる補強管６が打設されている。この長尺補強管６としては、トンネル掘進時に切除が容易で固結材による付着効果の高いＧＦＲＰ管が一般に使用されているが、ここでは周面に固結材の吐出孔とトンネル掘削進行（１ｍ）に合わせて切除可能な環状溝（３６０°）を入れた鋼管が用いられている。本工法にはセメント系またはレジン系等の固結材の注入により、補強管６とその周囲の地山１内に注入した固結材により、岩片或いは土粒子間の結合力を高めて補強管の周囲に、定着および固結領域８を形成することで切羽前方地山の拘束効果を高めるものである。ところが、上記のような切羽補強工（先受け工・鏡補強工）が要求される地山は元来脆弱であることに加えて、切羽近傍の地山は掘削に伴うゆるみが生じ易い地山である。例えば前記図１２には脆弱な地山状況における施工時の切羽挙動と同様に、解析的な見地から得られる切羽周辺の挙動が示されている。
【００１２】
しかし、図１４に示される切羽鏡部の区間の地山領域は、図１２に示すようにトンネル掘削時の応力解放に伴う緩みの影響を受けて、鏡部の押出し挙動がトンネル空間（掘削断面空間）Ｔの方向に生じる。この影響から鏡部前方地山１ｂ区間には、押出し挙動に伴う大きな軸方向応力と曲げ応力が生じ、注入による長尺補強管６と地山１との定着が最も重要であり、補強管６に使われている鋼管周面は平滑な素材で付着耐力が劣っているため、固結材による付着が確保されず脆弱な地山状況によっては、トンネル掘削が漸次に進行するとともに周辺地山のゆるみは漸増する結果、既補強管との定着力不足から切羽鏡部および天端部の安定性が損なわれる。この結果、セメント系またはレジン系等の固結材で適正な地山補強効果を得ることができないという不都合が生じている。補強管と周囲の地山は所要の定着が確保されず、前記図１２に示す地山挙動１ｓから切羽１ａの押出し挙動も大きくなり、その挙動に耐えうる材料の持つ所要の強度を充分に発揮できずに地山の拘束力を有して無いことから、補強管周囲の地山領域のゆるみおよび鏡部の押出し挙動の漸増により切羽の安定性が損なわれ、拘束力に対する不安から追加補強が生じる場合があり、地山補強効果は充分とは言い難い。
【００１３】
【特許文献１】特開平８−１２１０７３号広報
【特許文献２】特開平４−３５７２９３号広報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、トンネル掘削時の解放応力である押出し挙動に伴って、トンネル掘削断面から打設した先受け工や鏡補強工等の地山補強工法における補強管の位置する領域の地山が、セメント系またはレジン系等の固結材で補強管周壁の定着および改良不足から発生する剥落およびゆるみの漸増を抑制し、均一性の高い注入補強効果を発揮できると共に、トンネル掘削作業時に追加補強を行う必要がなく、適格な地山補強効果を得ることができ、多様な掘削方式に於いて低コストで実施することができる地山補強工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】
【００１５】
上記の目的を達成するために本発明による地山補強工法は、以下の構成としたものである。すなわち、トンネル掘削断面内から切羽前方地山内に所定の仰角で削孔を施すと同時に、周壁に固結材の吐出孔を有する単一の管または複数本の管を順次接続して形成される補強管を上記削孔内に打設し、その補強管内に固結材を注入して該補強管内およびその周囲の地山内に定着または固結領域を形成して補強する地山補強工法において、
上記補強管を形成する単一の管または複数本の管のいずれかを、外周面に凹部を有する鋼管で構成すると共に、その凹部に上記吐出孔を形成し、上記凹部を、上記地山内に削孔を施す際の削岩機の前進回転と反対方向の螺旋状に形成してなることを特徴とする。
【００１６】
また、上記補強管を形成する単一の管または複数本の管として、外周面に縞状の凸部を有し、その凸部以外の部分が凹部をなす縞鋼管を用い、その凹部に上記吐出孔を形成することができる。また上記補強管を形成する単一の管または複数本の管の少なくとも後端部に、必要に応じてトンネル掘削機械で切除し得る肉厚を残した環状溝と、上記補強管の長手方向に延伸し且つ上記固結材が吐出可能な縦断スリットを設けるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
上記のように構成された本発明による地山補強工法によれば、例えば先受け工または鏡補強工において、補強管周面に凹部を設け、その凹部に吐出孔を設けることによって、孔壁と吐出孔の密着が避けられて吐出孔の目づまりが生じにくく、該補強管下部の吐出孔が無効とならずに機能が維持され、しかも従来の周面が平滑な鋼管による周面付着力の不足を上記凹部が補って付着耐力を向上させる効果がある。
【００１８】
また、上記縦断スリットは固結材の吐出を分散する効果から固結材の逸走を軽減させ、該補強管周囲の全長に亘って均等な固結材による定着および改良領域が形成され易く、付着耐力を向上させる効果がある。トンネル掘削時の解放応力である切羽前方地山からの押出し挙動に対し、セメント系またはレジン系等の固結材により材料の持つ強度を十分に発揮され補強管周囲の地山拘束効果が得られる。また、補強管周囲の定着不足から発生する天端部地山の剥落および鏡部の押出し挙動が抑制され、均一性の高い注入補強効果を発揮すると共にトンネル掘削作業時に追加補強を行う必要がなく、これにより地山の対応性が広がり適格な地山補強効果を得ることができる。また、トンネル掘削に於ける作業量とコストを大幅に減少でき、補助工法にかかる工期、施工費等を抑え作業の安全性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明による地山補強工法を、図に示す実施形態に基づいて具体的に説明する。図１および図２は本発明による地山補強工法をトンネル先受け工に適用した実施形態の概要を示すもので、図１（ａ）は先受け工の施工状態を示す縦断面図、同図（ｂ）はその横断面図、図２は先受け工を施工した後の切羽部分の拡大縦断面図であり、前記図１０〜図１４と同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略もしくは簡略化する。
【００２０】
図１は構築中のトンネル切羽前方の天端部付近に先受け工Ａを施工している状態を示すもので、先のトンネル掘削作業で露出した地山１の切羽１ａには吹付コンクリート２が施され、その切羽１ａの後方（図で左側）には既に掘削が完了した状態で支保が形成されている。その支保として、トンネル掘削断面内のトンネル空間Ｔには、側壁およびアーチ部分の地山１を覆うようにして吹付コンクリート４ａが施され、その内側には鋼製の支保工４ｂがトンネルの横断面形状に沿った形で、トンネル掘進方向に所定間隔毎（例えば１ｍ毎）に建て込まれている。
【００２１】
また上記トンネル空間Ｔの切羽前方の天端部には、掘進作業に先立って施工された先受け工Ａが掘進方向に所定間隔毎に、かつ周方向にアーチ状をなすように地山１内に形成されている。その先受け工Ａは、トンネルの横断面形状に沿って所定ピッチで且つ掘進方向に所定間隔毎に打設された地山補強材となる補強管６と、不図示の注入管から上記補強管６内およびその周囲の地山１内に注入された固結材により改良された固結領域８とバルクヘッド領域７とからなる。上記補強管６は、本実施形態においては、ねじ接合で順に接続された複数本の前部補強管６１と後部補強管６２、およびその最後端部に接続したバルクヘッド領域形成用の多孔管６３とからなる。これらの管６１〜６３よりなる補強管６は切羽１ａの上部外周から前方の地山１に向けて所定の仰角で打設され、トンネル周方向に設けられている。
【００２２】
本実施形態の先受け工Ａは、図２に示すように無拡幅で鋼製支保工を拡幅しないため、トンネル掘削時に切除すべき長さＬに対応した長さ分だけ後部切除部Ａ２（本実施形態においては約４ｍ程度）が設定されている。そして先受け工Ａを構成する補強管６は、本実施形態においては、後部切除部Ａ２より前側（孔奥側）Ａ１では直径７６．３ｍｍ、長さ３ｍの鋼管よりなる前部補強管６１が雌雄のねじ接合で複数本（本実施形態では所定本数として３本）接続されており、これに対して後部切除部Ａ２では直径７６．３ｍｍ、所定単位長さとして３ｍの後部補強管６２と、直径７６．３ｍｍ、長さ１ｍの多孔管６３が、それぞれ１本ずつ接続されている。なお、上記各管６１〜６３の径や長さ及び接続本数は適宜であり、また上記補強管６を単一の管で構成することもある。
【００２３】
そして本発明は上記補強管６を構成する管を、外周面に凹部を有する鋼管で構成すると共に、その凹部を有する鋼管の周壁に固結材の吐出孔を形成したもので、本実施形態においては、図３に示すように後部補強管６２を外周面に螺旋状の凹部６ｂを有する鋼管で構成すると共に、その凹部６ｂ内に吐出孔６ａを形成したものである。特に図の場合は鋼管よりなる後部補強管６２の周方向に約１周分の凹部６ｂを軸線方向に所定の間隔をおいて複数個設け、その凹部６ｂ内と、それ以外の部分にも吐出孔６ａを設けた構成であるが、上記凹部６ｂ内にのみ吐出孔６ａを設けるようにしてもよい。
【００２４】
上記補強管６２の螺旋状の凹部６ｂの螺旋の方向は、該補強管６を削孔内に挿入する際の前進回転と反対方向に形成するとよく、本実施形態においては上記補強管６２を削孔内に挿入する際の前進回転方向が、いわゆる左ねじ方向であるので、上記凹部６ｂの螺旋の方向を、いわゆる右ねじ方向に形成したものであるが、上記補強管６２の前進回転方向が右ねじ方向である場合には、凹部６ｂの螺旋方向は左ねじ方向に形成すればよい。また上記凹部６ｂの深さ及び配置個数等は適宜であるが、一般的には上記凹部６ｂの深さは３〜８ｍｍ程度とするのが好ましく、設置個数は補強管６２の長さ方向に１ｍ当り２〜６箇所程度とし、付着耐力の増強度合いを考慮して適宜設計することが好ましい。
【００２５】
上記の後部補強管６２の前側（図１で右側）には、上記のように前部補強管６１が接続され、その前部補強管６１にも上記と同様の構成で螺旋状の凹部６ｂと吐出孔６ａとが設けられているが図には省略した。また上記のように後部補強管６２の後側（図１で左側）に多孔管６３を接続する場合には、その多孔管６３にも上記と同様の要領で螺旋状の凹部６ｂと吐出孔６ａとを設けるようにしてもよい。その多孔管６３の吐出孔６ａは図の場合は多孔管６３の軸線方向に長い長孔状に形成したものであるが、その形状は適宜である。また前部補強管６１および後部補強管６２の吐出孔６ａは本実施形態においては円形に形成したが、その形状も適宜変更可能である。
【００２６】
なお、前記の後部切除部Ａ２に配置される後部補強管６２と多孔管６３は、トンネル掘削時に地山１から露出した部分が掘削機械で容易に切除できるように構成するもので、本実施形態においては図３（ａ）に示すように後部補強管６２と多孔管６３の外周面に所定の間隔で周方向に３６０度の環状溝６ｃを形成すると共に、隣り合う環状溝６ｃ・６ｃ間に補強管の長手方向（軸線方向）に延伸する形の固結材の吐出可能な縦断スリット（スリット孔）６ｄを設けることによって上記掘削機械で容易に切除できるようにしたものである。
【００２７】
上記環状溝６ｃは、後部補強管６２と多孔管６３とに上記掘削機械で切除し得る肉厚を残した所定の深さに形成すると共に、軸線方向に所定の間隔をおいてほぼ等間隔に形成され、後部補強管６２においては、その長さを３分割するように約１ｍの間隔をおいて４本、多孔管６３においては約１ｍの間隔をおいて２本の環状溝６ｃが形成されている。又その隣り合う環状溝６ｃ・６ｃ間に上記縦断スリット６ｄをそれぞれ１本ずつ設けたもので、後部補強管６２の４つの環状溝６ｃ・６ｃ間に設けられた３つの縦断スリット６ｄは順に周方向に１８０度ずつずらして設けられている。また上記縦断スリット６ｄは後部補強管６２と多孔管６３のねじ部に跨って設けられていてもよい。
【００２８】
上記環状溝６ｃの幅や深さは適宜であるが、例えば後部補強管６２の環状溝６ｃの幅は３〜５ｍｍ程度とし、溝の深さは鋼管よりなる後部補強管の肉厚の３０〜５０％程度とするのが好ましい。このように後部補強管６２の環状溝６ｃを、トンネル掘削時の所要の曲げ応力に耐える管の残厚を残して形成することにより、補強管として必要な曲げ剛性を確保した上で掘削機械による切断を容易にすることができる。また周方向に３６０度の環状溝６ｃに代えて周方向に約１８０度づつの一対の半円弧状の半環状溝を１００〜２００ｍｍ前後した位置に設けた構成としてもよい。また上記縦断スリット６ｄの幅は１〜２ｍｍ程度とすればよく、該縦断スリット６ｄの位置は図３（ｂ）乃至（ｃ）に示すように環状溝６ｃを挟んで隣接する縦断スリット６ｄ・６ｄの周方向の位相をずらすことによって、上記縦断スリット６ｄ・６ｄが直線状に連続的に繋がって上記スリット６ｄによる脆弱部が周方向の一箇所に集中しないようにするのが望ましい。
【００２９】
上記のように構成された補強管６を用いて前記図１および図２に示すような先受け工Ａを施工するに当たっては、例えば以下の要領で実施すればよい。先ず、前記と同様の要領で例えば先端部に削孔用ビットを有する中空管状の削孔ロッド（不図示）と、その周囲に配置した補強管６との二重管方式の削孔装置等によって、切羽前方の天端部に所定の仰角で削孔ｈを施すと同時に、該削孔ｈ内に補強管６を順次引き込んで収容配置する。図４（ａ）は図に省略した前部補強管６１と後部補強管６２および多孔管６３とを順にネジ接合で接続しながら上記削孔ｈ内に収容すると共に、上記削孔ロッドを引き抜き除去した状態を示す。なお、上記二重管方式以外の削孔方式を採用することもできる。
【００３０】
上記のようにして削孔ｈ内に補強管６を収容配置したところで、図４（ａ）のように削孔ｈの後端開口をウエス等のシール部材１５でシールすると共に、図４（ｂ）のように上記補強管６内に注入管１０等を挿入して固結材を該補強管６内及び周囲の地山１内に注入する。その注入管１０として、本実施形態においては図５（ａ）および（ｂ）に示すように直径３０．５ｍｍ、長さ６ｍの合成樹脂等よりなる管が用いられ、その注入管１０の周囲には、バルクヘッド領域７の形成用の袋パッカー１１と、それを膨らませるナイロンチューブ等からなるパッカー用チューブ１１ａと逆止弁１１ｂおよび排気チューブ１２等が設けられている。１３はストッパ、１４は注入バルブ、１４ａは注入ホースである。
【００３１】
上記パッカー用チューブ１１ａから袋パッカー１１内に所定量のウレタン薬液等を注入して該パッカー１１内およびその周囲の地山１内に上記ウレタン薬液等を浸透させることによって図４（ｂ）のようにバルクヘッド領域７を形成する。次いで、上記注入管１０に注入バルブ１４を接続して、注入ホース１４ａから補強管６内にセメント系固結材を注入することにより、その補強管６の周壁の吐出孔６ａから削孔ｈ内を経て更にその周囲の地山１内に上記固結材を浸透させて定着または固結領域８を形成する。
【００３２】
その際、上記削孔ｈ内に多少のスライムや孔壁崩壊があったり、図６（ａ）及び（ｂ）のように補強管６の下部が削孔ｈの孔壁に密着しても無効となることはない。すなわち、従来のように補強管６の周壁に上記のような凹部６ｂを設けることなく、図６（ｃ）および（ｄ）のように単に吐出孔６ａを設けたものは、補強管６の底部が自重によって削孔ｈに押圧され、該底部の吐出孔６ａが塞がれてしまうため、上記削孔ｈ内に僅かなスライムや孔壁崩壊があるだけでも上記吐出孔６ａが閉塞されて固結材の流出が困難となるのに対して、本発明による吐出孔６ａは図６（ａ）および（ｂ）のように上記のように補強管６の周面に設けられた螺旋形状の凹部６ｂ内にあるので、上記吐出孔６ａが削孔ｈの孔壁に直接密着して閉塞されることがなく、通常の補強管下部では無効となる吐出孔６ａが有効に機能して、固結材を補強管６の周囲の削孔ｈ内およびその周囲に地山１内に良好に流出させることができる。それによって補強管６の上部はもとより、補強管６の下側にも固結材が良好に流出して補強管６の周方向全周に固結領域８を万遍なく形成することが可能となり、それによって、上記補強管６の定着性および付着耐力を向上させることができる。
【００３３】
なお、上記バルクヘッド領域７は必ずしも設けなくてもよいが、上記固結領域８を形成する前に切羽１ａ側すなわち削孔ｈの開口側にバルクヘッド領域７を形成しておくと、例えば削孔ｈによって地山１が荒れている場合や、周辺の地山１に亀裂や空隙が形成された場合であっても、セメント系等の固結材が上記の亀裂や空隙を通って脆い切羽１ａ側に溢れ出すのを防止することができる等の利点がある。
【００３４】
上記のようにして形成される先受け工Ａは、前述のように切羽１ａの前方の天端部付近にアーチ状に形成するもので、それによって、その下側に位置する掘削予定の地山１の安定性が確保され、その状態で、掘削機等によってトンネルの掘進作業を進める。その際、図４（ｃ）に示すように上記掘削機による掘削領域内にある補強管、すなわち後部補強管６２と多孔管６３とは上記掘削機で切除するもので、その後部補強管６２と多孔管６３には本実施形態においては前述のように環状溝６ｃと縦断スリット６ｄとが形成されているので掘削機械で容易に切除することができる。その後は上記の掘進に伴って切羽１ａが前進した分だけ順に支保工４ｂを建て込みながら更に先受け工Ａの施工とトンネルの掘進作業を進行させていくものである。
【００３５】
上記のように本発明においては、補強管６を形成する管（上記実施形態においては前部補強管６１と後部補強管６２）を、外周面に凹部６ｂを有する鋼管で構成すると共に、その凹部６ｂに吐出孔６ａを形成したことによって、上記補強管６を削孔ｈ内に施工したとき上記吐出孔６ａが補強管６の下側に位置した場合にも該吐出孔６ａが削孔ｈの壁面で閉塞されて無効となることがない。それによって、補強管６周囲の定着および地山改良領域は拡がり、トンネル掘削断面外周線から該補強管６に位置する地山が、トンネル掘削断面外周線の剥落し易い薄層の地山状況でも該補強管６の下部に固結材による定着領域が確保され、トンネル掘削時における切羽天端部の安定性が高まり合理的な補強が可能となる。
【００３６】
また上記の固結材としてセメント系の固結材を用いた場合にも補強管６の周囲の定着および地山改良が確実にできるので、固結材の持つ強度が十分発揮され、地山の掘進に伴う切羽の押出し挙動に耐えうる定着力と改良領域が確保されることから、効率的な補強効果が期待できる。さらに上記のような長尺鋼管先受け工法による施工では、脆弱な地山状況においても固結材による定着領域が確保されると共に、周面が平滑な鋼管による周面付着力の不足を螺旋形状の凹部６ｂを設けた補強管が補い、その凹部６ｂに設けた吐出孔６ａの位置と縦断スリットが有効にその付着効果を発揮することができる。その結果、補強管６としての軸方向剛性と曲げ剛性は適正に確保され、更に周辺地山１への固結材による補強効果が確実に達成されるので、地山の安定性は十分に確保される。従って、効率的に且つ安全にトンネル掘進作業を行うことができるものであ。
【００３７】
なお、上記吐出孔６ａは、その開口部全体が凹部６ｂ内に位置する必要はなく、孔の一部が凹部６ｂ内に位置するようにしてもよい。また上記補強管６に設けた全ての吐出孔６ａが上記凹部６ｂに位置する必要はなく、いくつかの吐出孔６ａは凹部６ｂ以外の位置に存在してもよい。
【００３８】
また上記実施形態は螺旋状の凹部６ｂを、補強管６の周方向に約１周分の長さに形成して、それを軸線方向にほぼ等間隔に複数個設けた構成であるが、その凹部６ｂの構成は適宜変更可能であり、例えば図７のように螺旋状の凹部６ｂを補強管６の長手方向に連続的に設けてもよい。特に、図の場合は断面Ｖ字形の凹部６ｂを前部補強管６１と後部補強管６２とに、それぞれ略全長にわたって連続的に設け、その凹部６ｂ内に吐出孔６ａを設けたものである。他の構成は前記例と同様であり、同様の作用効果が得られる。
【００３９】
また図８は補強管６の外周面に縞状の凸部６ｅを有し、その凸部６ｅ以外の部分が凹部をなす縞鋼管を用い、その凹部に吐出孔６ａを設けたものである。特に図の場合は上記凸部６ｅをメッシュ状に形成した縞鋼板製の縞鋼管を用いたものであるが、その縞形状は適宜変更可能であり、例えば補強管の軸線方向もしくは周方向にストライプ状もしくは螺旋状その他各種の形状の縞鋼管を用いることができる。上記以外の構成は前記実施形態と同様であり、同様の作用効果が得られる。
【００４０】
さらに上記実施形態は、先受け工Ａに適用した場合を例にして説明したが、図９に示すように鏡補強工Ｂに適用することもできる。この場合にも、補強管６を形成する管を、外周面に凹部６ｂを有する鋼管、もしくは凸部６ｅ以外の部分が凹部をなす鋼管で構成し、かつ、それらの凹部に上記吐出孔６ａを形成したものを用いると共に、前部補強管６１は前記の後部補強管６２のように環状溝６ｃや縦断スリット６ｄ等の掘削機械で容易に切除可能な構成とするのが好ましい。上記のような凹部に吐出孔６ａを有する補強管を用いることによって上記先受け工Ａと同様の作用効果が得られると共に、トンネル掘削時は鏡部に施工される補強管６をそのほぼ全長にわたって掘削機械で容易に切除することが可能となる。
【００４１】
また上記各実施形態は、補強管６の後端側すなわち切羽１ａ側に多孔管６３を接続してバルクヘッド領域７を形成するようにしたが、このような領域を形成することなく施工することも可能であり、そのような場合には上記のような多孔管６３を用いる代わりに補強管６の最後端部も前記の後部補強管６２と同様の掘削機械で容易に切除可能な管を用いればよい。また補強管６は上記各実施形態においては複数本の管を接続して形成したが、単一の管で形成することもできる。
【実施例】
【００４２】
前記図３に示す螺旋状の凹部（溝付段差）を有する補強管６と、前記図８に示す縞鋼板形状の補強管６を用いて前記図１および図２に示すような先受け工Ａを実際に施工すると共に、その比較例として外周面が平滑である以外は同様の補強管を用いて同様の先受け工Ａを施工し、それぞれの補強管６の削孔ｈの孔壁や地山１に対する付着力を調べるために有効性付着試験を行った。その結果を下記表１にまとめて示す。
【００４３】
【表１】
0004942211.tif 000002
【００４４】
なお、上記表１中の螺旋状凹部（１）は、前記図３の螺旋状の凹部６ｂを補強管の軸線方向に約２００ｍｍのピッチで設けた補強管を使用した場合、螺旋状凹部（２）は、前記図３の螺旋状の凹部６ｂを補強管の軸線方向に約６００ｍｍのピッチで設けた補強管を使用した場合である。また表中の一軸圧縮強度は、本試験に用いたモルタルを直径５ｃｍ×高さ１０ｃｍの円柱状供試体にして２４時間後に一方向から圧縮したときの圧縮強度（耐荷重）であり、付着力は上記各補強管６の孔壁に対する材齢２４時間の付着力として該補強管６に付着したセメント系固結材の単位面積（１ｍｍ２）当たりの付着力（引っ張り耐荷重）であり、さらに１ｍ当たりの付着力は、削孔ｈ内に施工した補強管６の引き抜き荷重を補強管６の長さで割った値である。
【００４５】
上記表１からも明らかなように本発明による地山補強工法、すなわち補強管６を形成する単一の管または複数本の管のいずれかを、外周面に凹部６ｂを有する鋼管で構成すると共に、その凹部６ｂに吐出孔６ａを形成したものは、従来の外周面が平滑な管に吐出孔６ａを設けたものに比べて付着力、特に補強管６の単位長さ当たりの付着力（引き抜き荷重）を大幅に増大させることができるものである。なお、前記図７に示すような補強管６を用いた場合にも上記と同様もしくは、より高い付着力が得られ、さらに前記図９に示すような鏡補強工Ｂに適用した場合にもほぼ同様の結果が得られた。
【００４６】
上記のように長尺鋼管先受け工および長尺鏡補強工に於いて、該補強管周囲に形成される固結領域の付着耐力は、施工サイクルの関係からトンネル掘削時には弱材令であることと該補強管の周面は平滑であり、鋼管周囲に固結材の未定着領域および改良不足があると地山の拘束力が損なわれ、剥落またはゆるみの漸増挙動が生じ易く、該補強管の位置する領域が脆弱な地山で孔壁が自立しない状況において、該補強管周囲に孔壁の崩壊または補強管下端が孔壁に密着した状況であっても該補強管周囲の全体に亘り、セメント系またはレジン系等の固結材による固結領域を確実に確保して、孔壁周囲の地山と該補強管の周面形状とが大きな付着耐力を有することを特徴とする。
【００４７】
上記のような単一の管または、複数本の管を順次接続した該補強管の周面に、削孔時における該補強管の回転を防止するため、削岩機の回転と反対方向とした螺旋形状の溝付段差を設けて、この鋼管周面との溝付段差位置に吐出孔を設けることにより、孔壁との密着が避けられて吐出孔の目づまりが生じにくく、該補強管下部でも注入効果が無効とならずに吐出孔の機能が発揮され、縦断方向に形成されるスリットは限定された吐出孔だけではなく吐出を分散させる効果により、固結材が逸走するのを軽減させて鋼管周面への吐出が容易となる。該補強管周囲の全長に亘って均等な固結材による定着および改良領域が形成され易く、先受け工における該補強管からトンネル掘削断面外周線までの剥落し易い薄層の地山は溝付構造もしくは縞鋼板形状等の租面形状による付着耐力の増加により、トンネル掘削時の拘束性が高まる。また、長尺鏡補強工における該補強管の付着耐力の増加により、鏡部の押出し挙動に伴う先行変位が抑制され、切羽の状況は安定した合理的な補強が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように本発明による地山補強工法によれば、補強管を構成する鋼管の周面に凹みをなす形の粗面形状を設けることにより、孔壁と吐出孔の密着が避けられて吐出孔の目づまりが生じにくく、該補強管下部の吐出孔が無効とならずに機能され、周面が平滑な鋼管による周面付着力の不足を螺旋形状の溝により付着耐力を向上させる効果がある。また環状溝を直交する縦断スリットは固結材の吐出を分散する効果から固結材の逸走を軽減させ、該補強管周囲の全長に亘って均等な固結材による定着および改良領域が形成され易く、付着耐力を向上させる効果がある。トンネル掘削時の解放応力である押出し挙動に対し、セメント系またはレジン系等の固結材により材料の持つ強度を十分に発揮され補強管周壁の地山拘束効果が得られる。また、補強管周囲の定着不足から発生する剥落および鏡部の押出し挙動が抑制され、均一性の高い注入補強効果を発揮すると共にトンネル掘削作業時に追加補強を行う必要がなく、これにより地山の対応性が広がり適格な地山補強効果を得ることができる。また、トンネル掘削に於ける作業量とコストを大幅に減少でき、補助工法にかかる工期、施工費等を抑え作業の安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】（ａ）は本発明をトンネル先受け工に適用した実施形態の縦断面図、（ｂ）はその横断面図。
【図２】上記先受け工を施工した状態の切羽部分の拡大縦断面図。
【図３】（ａ）は上記実施形態で用いた補強管の一部の側面図、（ｂ）はその一部の拡大図、（ｃ）は更にその一部の拡大図、（ｄ）は一部の斜視図、（ｅ）は（ｃ）におけるｅ−ｅ断面図。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は先受け工の施工プロセスの一例を示す説明図。
【図５】（ａ）は上記補強管に注入管等を装着した状態の側面図、（ｂ）は上記注入管等の側面図。
【図６】（ａ）は補強管からその周囲の地山内に固結材が流出している状態の側面図、（ｂ）は（ａ）におけるｂ−ｂ断面図、（ｃ）は従来の補強管からその周囲の地山内に固結材が流出している状態の側面図、（ｄ）は（ｃ）におけるｄ−ｄ断面図。
【図７】（ａ）は補強管の変更例を示す一部の側面図、（ｂ）はその一部の拡大図、（ｃ）は更にその一部の拡大図。
【図８】（ａ）は補強管の他の変更例を示す一部の側面図、（ｂ）はその一部の拡大図、（ｃ）は更にその一部の拡大図。
【図９】（ａ）は本発明を鏡補強工に適用した実施形態の縦断面図、（ｂ）はその横断面図。
【図１０】（ａ）は従来の地山補強工法の無拡幅による先受け工の施工状態を示す縦断面図、（ｂ）はその横断面図。
【図１１】従来の地山補強工法で固結材の注入状態を示す縦断面図。
【図１２】解析的な見地から得られる切羽周辺の挙動を示す説明図。
【図１３】従来の地山補強工法による先受け工の形態を示す縦断面図。
【図１４】従来の地山補強工法による鏡補強工の形態を示す縦断面図。
【符号の説明】
【００５０】
Ａ  先受け工
Ａ１  前側（孔奥側）
Ａ２  後部切除部
Ｂ  鏡補強工  
Ｔ  トンネル空間
ｈ  削孔
１  地山
１ａ  切羽
２  鏡部吹付コンクリート
４ａ  吹付コンクリート
４ｂ  鋼製支保工  
６  補強管
６ａ  孔奥側
６ｂ  後端部
６ｃ  吐出孔
６ｄ  凹溝
６ｅ  環状溝
６ｆ  スリット
６ｇ  突部
６１  前部補強管
６２  後部補強管
６３  後端管
７  バルクヘッド領域
８  固結領域
９  削岩機（ドリルジャンボ）
９ａ  ガイドシェル
１０  注入管
１１  袋パッカー
１１ａ  パッカー用チューブ
１１ｂ  逆止弁
１２  排気チューブ
１３  ストッパ（ゴム栓）
１４  注入バルブ
１４ａ  注入ホース
１５  シール部材
【図１】
0004942211.tif 000003
【図２】
0004942211.tif 000004
【図３】
0004942211.tif 000005
【図４】
0004942211.tif 000006
【図５】
0004942211.tif 000007
【図６】
0004942211.tif 000008
【図７】
0004942211.tif 000009
【図８】
0004942211.tif 000010
【図９】
0004942211.tif 000011
【図１０】
0004942211.tif 000012
【図１１】
0004942211.tif 000013
【図１２】
0004942211.tif 000014
【図１３】
0004942211.tif 000015
【図１４】
0004942211.tif 000016