(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォアパイリング削孔機のテレスコピックポジションラムを伸縮，回動操作して、当該テレスコピックポジションラムに支持されたドリルガイド上の削孔装置によりフォアパイルを開削対象地盤に沿って順次隣接造成してアーチ状の覆工体を構築した後、覆工体の内側の切羽を覆工体の長さ以下の範囲で掘削して支保覆工を行う工程を繰り返し乍ら、トンネルを掘削していくトンネルの掘削方法に於て、
上記フォアパイリング削孔機のドリルガイドを水平方向から下向き方向へ前傾可能に構成し、フォアパイルの造成に先立ち、ドリルガイドに装着した削孔装置により、支保工脚部下部地盤に水平或いは下向きの改良造成体を造成することを特徴とするトンネルの掘削方法。
【請求項２】
改良造成体は、削孔装置に接続した噴射注入パイプ兼用のケーシングで支保工脚部下部地盤を削孔し、当該ケーシングを回転しこれを後退或いは前進させ乍ら、その先端側に装着した噴射ノズルから硬化材を側方に高圧噴射させて、地盤を切削し混合撹拌して造成されることを特徴とする請求項１記載のトンネルの掘削方法。
【請求項３】
改良造成体は、削孔装置に接続したケーシングで支保工脚部下部地盤を削孔し、ケーシングを外した削孔装置に噴射注入パイプを新たに接続してこれをケーシング内に挿入し、ケーシングの回収後、噴射注入パイプを回転してこれを後退或いは前進させ乍ら、その先端側に装着した噴射ノズルから硬化材を側方に高圧噴射させて、地盤を切削し混合撹拌して造成されることを特徴とする請求項１記載のトンネルの掘削方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトンネルの掘削方法に係り、詳しくは従来周知のフォアパイリング削孔機に改良を加え、当該フォアパイリング削孔機による支保工脚部下部地盤の補強を可能として、工期の短縮と経済性の向上を図ったトンネルの掘削方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、トンネル造成工事に於て、上部に構造物が建っていたり土塊の被りの薄い崩壊性地山での大断面トンネル建設が増加している。
このため、大型掘削機械に対応する補助工法として、掘削時の地山の先行緩みの防止や切羽，天端の崩壊を防止する目的で、トンネルの掘削に先立ち、フォアパイリング削孔機を用いて切羽前方にフォアパイルをトンネル断面に沿ってアーチ状に造成することにより、切羽の安定を図る先受け工法が広く採用されている。
【０００３】
図１５乃至図１８は図１９に示すダブルロータリー式の削孔装置１によるフォアパイルの造成工法を示し、当該削孔装置１は、図２０に示すようにフォアパイリング削孔機３のテレスコピックポジションラム５，７に支持されたドリルガイド９，１１上に夫々装着されている。
そして、回転駆動装置１３に保持されたケーシング（補強用鋼管）１５内に、先端にインナービット１７を装着したインナーロッド（内管）１９が回転打撃装置（油圧ドリフター）２１を介して同軸上に挿入，保持されており、インナーロッド１９の先端側には噴射ノズル２３が装着され、又、ケーシング１５の先端にはリングビット２５が取り付けられている。
【０００４】
而して、上記削孔装置１によるフォアパイルの造成は、２本のテレスコピックポジションラム５，７を適宜伸縮，回動操作して削孔装置１の高さ方向を定め、更に仰向角度と左右傾斜による対象地盤壁面との位置を確定した上で、インナーロッド１９とケーシング１５を坑部開削進行方向へ向けて図１５に示す開削対象地盤２７の周縁地盤２９に回転圧入し乍ら、インナーロッド１９先端のインナービット１７とケーシング１５先端のリングビット２５とで、ビット前面部の地盤２９を図１７の改良造成部ｍ手前まで一次削孔する。
【０００５】
そして、一次削孔完了後、図１６に示すようにインナービット１７とインナーロッド１９の先端側に装着した噴射ノズル２３をケーシング１５の先端から突出させ、この状態で再度インナーロッド１９とケーシング１５を周縁地盤２９に回転圧入し乍ら、噴射ノズル２３から硬化材Ｇを側方に高圧噴射して改良造成部ｍに円柱状の固化造成体３１を造成し、次いで、図１７の如くケーシング１５を地中に残してインナーロッド１９を引き抜くことにより、ケーシング１５を芯材とするフォアパイル３３を当該改良造成部ｍに造成するものである。そして、図１８に示すように斯かるフォアパイル３３を開削対象地盤２７に沿って順次隣接造成してアーチ状の覆工体３５を構築した後、覆工体３５の内側の切羽を覆工体３５の長さ以下の範囲で掘削して支保覆工を行う工程を繰り返し乍ら、トンネルを掘削している。
【０００６】
尚、図１９中、３７は排土スイベル、３９は高圧スイベルである。
ところで、上述の如く地盤を掘削し乍ら支保工を設置してトンネルを造成していく場合、地盤が土砂地山や崖錐層等の未固結地山に於ては、地山のグランドアーチが形成され難く、トンネル掘削に伴うゆるみ荷重や偏土圧が大きくなって支保工脚部に大きな鉛直力が作用する。そして、地盤の支持力が不足する場合、支保工全体の沈下を生じて支保工の変状を生じたり地表が沈下してしまう等、様々な問題が発生する。
【０００７】
そこで、斯かる不具合を防止するため、今日、様々な脚部補強工が施工されており、その一つに専用機を用いて小口径鋼管とセメント系注入材による鋼管杭を脚部に構築するマイクロパイル工法や、汎用機を用いて小口径鋼管とウレタン系注入材による鋼管杭を脚部に構築するＡＧＰ工法のように、地山改良によって地盤強度の強化を図る脚部補強工が知られている。
【０００８】
マイクロパイル工法は、脚部沈下の防止，地耐力の増強，支保工の補強によりトンネル構造の安定を図るため、上述したようにトンネル脚部周辺に注入兼用の鋼管杭を打設するもので、削孔，鋼管打設は専用機で行われるため、地質条件に応じてダウンザホールハンマー方式，トップハンマー方式，ロータリー方式等種々の削孔方式を選定することができ、土砂地山から転石砂礫層や玉石地山まで幅広い適応性を有している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
然し乍ら、上述の如きマイクロパイル工法やＡＧＰ工法にあっては、何れも専用機や汎用機を必要とし、然も、従来周知のフォアパイリング削孔機は、ドリルガイドを支保工脚部下部地盤方向へ下向きに前傾させることができないこともあって、当該フォアパイリング削孔機を用いて先受け工法を施工している場合、フォアパイリング削孔機とは別個にこれらの専用機や汎用機を用意しなければならず、又、これらの機器類と当該削孔機との平行作業に伴い危険度も増す等、解決すべき問題があった。
【００１０】
本発明は斯かる実情に鑑み案出されたもので、従来周知のフォアパイリング削孔機に改良を加え、当該フォアパイリング削孔機により支保工脚部下部地盤の補強を可能として、工期の短縮と経済性の向上を図ったトンネルの掘削方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成するため、請求項１に係る発明は、フォアパイリング削孔機のテレスコピックポジションラムを伸縮，回動操作して、当該テレスコピックポジションラムに支持されたドリルガイド上の削孔装置によりフォアパイルを開削対象地盤に沿って順次隣接造成してアーチ状の覆工体を構築した後、覆工体の内側の切羽を覆工体の長さ以下の範囲で掘削して支保覆工を行う工程を繰り返し乍ら、トンネルを掘削していくトンネルの掘削方法に於て、上記フォアパイリング削孔機のドリルガイドを水平方向から下向き方向へ前傾可能に構成し、フォアパイルの造成に先立ち、ドリルガイドに装着した削孔装置により、支保工脚部下部地盤に水平或いは下向きの改良造成体を造成することを特徴とする。
【００１２】
そして、請求項２に係る発明は、請求項１記載のトンネルの掘削方法に於て、改良造成体は、削孔装置に接続した噴射注入パイプ兼用のケーシングで支保工脚部下部地盤を削孔し、当該ケーシングを回転しこれを後退或いは前進させ乍ら、その先端側に装着した噴射ノズルから硬化材を側方に高圧噴射させて、地盤を切削し混合撹拌して造成されることを特徴とし、又、請求項３に係る発明は、請求項１記載のトンネルの掘削方法に於て、改良造成体は、削孔装置に接続したケーシングで支保工脚部下部地盤を削孔し、ケーシングを外した削孔装置に噴射注入パイプを新たに接続してこれをケーシング内に挿入し、ケーシングの回収後、噴射注入パイプを回転してこれを後退或いは前進させ乍ら、その先端側に装着した噴射ノズルから硬化材を側方に高圧噴射させて、地盤を切削し混合撹拌して造成されることを特徴としている。
【００１３】
（作用）
請求項１に係るトンネルの掘削方法にあっては、フォアパイルの造成に先立ち、ドリルガイドを水平方向から下向き方向へ前傾させて、当該ドリルガイドに装着した削孔装置により、支保工脚部下部地盤に水平或いは下向きの改良造成体が造成されることとなる。
【００１４】
そして、請求項２に係る掘削方法によれば、上記改良造成体は、削孔装置に接続した噴射注入パイプ兼用のケーシングで支保工脚部下部地盤を削孔した後、当該ケーシングを回転しこれを後退或いは前進させ乍ら、その先端側に装着した噴射ノズルから硬化材を側方に高圧噴射させて、地盤を切削し混合撹拌して造成される。
【００１５】
又、請求項３に係る掘削方法によれば、改良造成体は、削孔装置に接続したケーシングで支保工脚部下部地盤を削孔した後、ケーシングを外した削孔装置に噴射注入パイプを新たに接続してこれをケーシング内に挿入し、ケーシングの回収後、噴射注入パイプを回転してこれを後退或いは前進させ乍ら、その先端側に装着した噴射ノズルから硬化材を側方に高圧噴射させて、地盤を切削し混合撹拌して造成される。
【００１６】
そして、造成された改良造成体が、支保工脚部下部地盤を補強して鉛直荷重に対抗し、地表沈下を防止することとなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１８】
図１乃至図４は請求項１及び請求項２に係る発明の一実施形態に用いるフォアパイリング削孔機を示し、図１中、４１はキャタピラ４３によって自走可能な基台、４５，４７は当該基台４１の前後に取り付けられた回転リングスライドベースで、基台４１の前方に位置する回転リングスライドベース４５には、その前部ガイド４５ａと後部ガイド４５ｂに回転リング４９，５１が夫々装着され、又、基台４１の後側に位置する回転リングスライドベース４７の前，後部ガイド４７ａ，４７ｂには、夫々、回転リング５３，５５が装着されており、各回転リング４９，５１，５３，５５は各ガイド４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂ上を矢印方向へ上下動すると共に、各々に装着したモータ５７により図２の如く所定の角度に亘って矢印方向へ回転可能な構造となっている。
【００１９】
又、回転リング４９，５１，５３，５５には、夫々、軸方向に伸縮自在なテレスコピックポジションラム５９，６１，６３，６５が取り付けられており、図２に示すように各テレスコピックポジションラム５９，６１，６３，６５は、各回転リング４９，５１，５３，５５の矢印方向への回転に連動して同方向へ円運動するようになっている。そして、図１乃至図４に示すようにテレスコピックポジションラム５９の先端とテレスコピックポジションラム６３の先端との間に、削孔装置６７を装着した１本のドリルガイド６９が横架され、又、テレスコピックポジションラム６１の先端とテレスコピックポジションラム６５の先端との間に、削孔装置６７を装着した１本のドリルガイド７１が横架されている。
【００２０】
そして、図３及び図４に示すように、基台４１後方の回転リングスライドベース４７に装着した回転リング５３，５５を上方（図中、矢印Ａ方向）へスライドさせ、又、基台４１前方の回転リングスライドベース４５に装着した回転リング４９，５１を下方に配置させることで、ドリルガイド６９，７１を、夫々、水平方向から下向き方向へ前傾させることができる構造となっている。
【００２１】
尚、フォアパイルの造成時には、回転リングスライドベース４５に装着した回転リング４９，５１を上方へスライドさせ、そして、後方の回転リングスライドベース４７に装着した回転リング５３，５５を下方に配置させて、ドリルガイド６９，７１の先端側を、夫々、水平方向から上向き方向へ後傾させることができることは勿論である。
【００２２】
削孔装置６７はドリルガイド６９，７１上をワイヤーフィードで移動し、そして、図１９に示す削孔装置１と同様、回転駆動装置７３と回転打撃装置（油圧ドリフター）７５とで構成されている。そして、フォアパイルの造成に当たり、回転駆動装置７３に保持させたケーシング（補強用鋼管）内に、先端にインナービットを装着したインナーロッド（内管）が、回転打撃装置７５を介して同軸上に挿入，保持されるようになっている。
【００２３】
而して、上記削孔装置６７によるフォアパイルの造成は、図１５乃至図１８で既述した従来例と同様、先ず、テレスコピックポジションラム５９，６１，６３，６５を伸縮，回転操作して削孔装置６７の高さ方向を定め、更に仰向角度と左右傾斜による対象地盤壁面との位置を確定した上で、インナーロッドとケーシングを坑部開削進行方向へ向けて開削対象地盤の周縁地盤に回転圧入し乍ら、インナーロッド先端のインナービットとケーシング先端のリングビットとで、ビット前面部の地盤を改良造成部手前まで一次削孔する。
【００２４】
そして、一次削孔完了後、インナーロッドの先端側に装着した噴射ノズルをケーシングの先端から突出させ、この状態で再度インナーロッドとケーシングを周縁地盤に回転圧入し乍ら、噴射ノズルから硬化材を側方に高圧噴射して改良造成部に円柱状の固化造成体を造成し、次いで、ケーシングを地中に残してインナーロッドを引き抜くことで、ケーシングを芯材とするフォアパイルが造成できるようになっている。
【００２５】
その他、図１中、７７，７９は従来周知のロッドガイド、８１はクランプ及びジョイントブレーカー、そして、８２は削孔時に削孔装置６７に押込み力と引抜き力を与えるウィンチである。
本実施形態に用いるフォアパイリング削孔機８３はこのように構成されており、斯かるフォアパイリング削孔機８３を用いて請求項１及び請求項２に係る発明方法の一実施形態は以下の如く実施される。
【００２６】
先ず、図５に示すように上記削孔装置６７を搭載したフォアパイリング削孔機８３を開削対象地盤８５の切羽８５ａ前まで走行し、そして、回転リング４９，５１，５３，５５を回転操作し乍ら、テレスコピックポジションラム５９，６１，６３，６５を伸縮させると共に、図６の如く基台４１後方の回転リングスライドベース４７に装着した回転リング５３，５５を上方へスライドさせ、又、基台４１前方の回転リングスライドベース４５に装着した回転リング４９，５１を下方に配置させて、ドリルガイド６９，７１を夫々支保工脚部下部地盤８７方向へ下向きに前傾させる。
【００２７】
そして、図６に示すように削孔装置６７の回転打撃装置７５にケーシング８９を接続して、当該回転打撃装置７５でケーシング８９に打撃を与え乍らこれを回転させて、その先端に装着した図７及び図８に示す従来周知の削孔ビット９１で支保工脚部下部地盤８７を所定長まで削孔する。
尚、図５以下には一方のドリルガイド６９を図示して、当該ドリルガイド６９上の削孔装置６７による支保工脚部下部地盤８７の削孔とフォアパイルの造成を説明するが、他方のドリルガイド７１上の削孔装置６７による作業も基台４１を挟んでドリルガイド６９と反対側で同時に行われている。
【００２８】
処で、本実施形態では、上記ケーシング８９を硬化材（セメントミルク）の噴射注入パイプとして兼用させる。
そのため、図７に示すようにケーシング８９の先端側の周壁には、硬化材を側方に高圧噴射させる噴射ノズル９３が装着されており、支保工脚部下部地盤８７の削孔時には、回転打撃装置７５に接続した高圧スイベル（図示せず）から圧送された削孔水が、削孔ビット９１の中心に設けた削孔水噴出孔９５から削孔方向に高圧で噴射され、そして、削孔終了後は、ケーシング８９内に投入したボール９７が硬化材の注入圧で削孔水噴出孔９５を閉塞するようになっている。尚、スライムは、ケーシング８９とボーリング孔９９との間から外部に排出させる。
【００２９】
而して、斯様に支保工脚部下部地盤８７の削孔を終えた後、ケーシング８９内にボール９７を投入して削孔水を硬化材に切り換える。
すると、硬化材の注入圧でボール９７が削孔水噴出孔９５を閉塞するので、図１０に示すようにケーシング８９内に圧送された硬化材Ｇは、噴射ノズル９３から側方に高圧噴射されることとなる。
【００３０】
そこで、図１０の如くケーシング８９を回転打撃装置７５で回転し乍ら後退させて、噴射ノズル９３から側方に高圧噴射される硬化材Ｇで支保工脚部下部地盤８７を切削し混合撹拌して、円柱状の長尺な改良造成体１０１を切羽８５ａ近傍まで下向きに造成していく。
そして、改良造成体１０１の造成完了後、ケーシング８９を引き抜き、図１１に示すように、従来と同様、ケーシング（補強用鋼管）を芯材とするフォアパイル１０３を開削対象地盤８５に沿って順次隣接造成してアーチ状の覆工体を構築した後、覆工体の内側の切羽８５ａを覆工体の長さ以下の範囲で掘削して、図１２の如く支保工１０５を改良造成体１０１上に順次設置し、そして、上述の如き工程を繰り返して改良造成体１０１を造成し、支保履行を行い乍らトンネルを掘削していけばよい。
【００３１】
而して、上記改良造成体１０１は、支保工脚部下部地盤８７を補強して鉛直荷重に対抗し、地表沈下を防止することとなる。
このように、本実施形態は、従来周知のフォアパイリング削孔機に改良を加えて、フォアパイリング削孔機８３による支保工脚部下部地盤８７の補強を可能としたので、従来のマイクロパイル工法やＡＧＰ工法に於ける専用機や汎用機が不要となり、この結果、本実施形態によれば、これらの機器類とフォアパイリング削孔機８３との平行作業に伴う危険度が解消されると共に、斯かるマイクロパイル工法やＡＧＰ工法を用いた従来例に比し工期の短縮と経済性の向上が可能となる。
【００３２】
尚、上記実施形態では、図７に示す噴射注入パイプ兼用のケーシング８９を用いて改良造成体１０１を造成したが、斯かる方法に代え、請求項１及び請求項３に係る掘削方法のように、上記フォアパイリング削孔機８３を用いて、先ず、フォアパイルの造成で用いる従来周知のケーシングを上記削孔装置６７の回転装置７３に接続し、そして、当該ケーシングの先端に装着した削孔ビットで支保工脚部下部地盤８７を削孔した後、ケーシングをクランプ及びジョイントブレーカー８１でクランプして削孔装置６７から外した後、図１３及び図１４に示すように先端側周壁に噴射ノズル１０７を装着した噴射注入パイプ１０９を回転打撃装置７５側に接続してこれをケーシング内に挿入し、ケーシングの回収後、噴射注入パイプ１０９を回転してこれを後退させ乍ら、噴射ノズル１０９から硬化材を側方に高圧噴射させて支保工脚部下部地盤８７を切削し混合撹拌して、改良造成体１０１を造成してもよい。
【００３３】
而して、斯かる実施形態によっても、上記実施形態と同様、所期の目的を達成することが可能である。
又、上記各実施形態では、噴射注入パイプ兼用のケーシング８９や噴射注入パイプ１０９を回転してこれを後退させることで改良造成体１０１を造成したが、斯かる方法に代え、請求項１及び請求項２の発明方法にあってはケーシング８９を一旦戻し、そして、請求項１及び請求項３の発明方法にあってはケーシングの回収後、ケーシング８９や噴射注入パイプ１０９を夫々回転して前進させ乍ら、改良造成体１０１を造成していくことも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように、各請求項に係るトンネルの掘削方法によれば、フォアパイリング削孔機による支保工脚部下部地盤の補強が可能となったので、従来のマイクロパイル工法やＡＧＰ工法に於ける専用機や汎用機が不要となり、この結果、これらの機器類とフォアパイリング削孔機との平行作業に伴う危険度が解消されると共に、従来に比し工期の短縮と経済性の向上が図られることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１及び請求項２に係る発明の一実施形態に用いるフォアパイリング削孔機の側面図である。
【図２】図１に示すフォアパイリング削孔機の正面図である。
【図３】ドリルガイドを傾斜させたフォアパイリング削孔機の側面図である。
【図４】図３に示すフォアパイリング削孔機の正面図である。
【図５】請求項１及び請求項２に係るトンネルの掘削方法の一実施形態の工程説明図である。
【図６】請求項１及び請求項２に係るトンネルの掘削方法の一実施形態の工程説明図である。
【図７】請求項１及び請求項２に係るトンネルの掘削方法の一実施形態に用いるケーシングの先端側断面図である。
【図８】ケーシングの先端に装着された削孔ビットの正面図である。
【図９】図７のIX−IX線断面図である。
【図１０】請求項１及び請求項２に係るトンネルの掘削方法の一実施形態の工程説明図である。
【図１１】請求項１及び請求項２に係るトンネルの掘削方法の一実施形態の工程説明図である。
【図１２】請求項１及び請求項２に係るトンネルの掘削方法の一実施形態の工程説明図である。
【図１３】請求項１及び請求項３に係るトンネルの掘削方法の一実施形態に用いる噴射注入パイプの先端側断面図である。
【図１４】図１３のXIII−XIII線断面図である。
【図１５】開削対象地盤とその周縁地盤の断面図である。
【図１６】従来のフォアパイルの造成工法を示す説明図である。
【図１７】地盤中のフォアパイルの断面図である。
【図１８】フォアパイルによる覆工体を形成したトンネルの横断面図である。
【図１９】従来の削孔装置の側面図である。
【図２０】従来のフォアパイリング削孔機の全体側面図である。
【符号の説明】
４１  基台
４５，４７  回転リングスライドベース
４９，５１，５３，５５  回転リング
５７  モータ
５９，６１，６３，６５  テレスコピックポジションラム
６７  削孔装置
６９，７１  ドリルガイド
８３  フォアパイリング削孔機
８５  開削対象地盤
８５ａ  切羽
８７  支保工脚部下部地盤
８９  ケーシング
９１  削孔ビット
９３，１０７  噴射ノズル
９９  ボーリング孔
１０１  改良造成体
１０３  フォアパイル
１０５  支保工
１０９  噴射注入パイプ
Ｇ  硬化材
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003735152.tif 000014
【図１４】
0003735152.tif 000015
【図１５】
0003735152.tif 000016
【図１６】
0003735152.tif 000017
【図１７】
0003735152.tif 000018
【図１８】
0003735152.tif 000019
【図１９】
0003735152.tif 000020
【図２０】
0003735152.tif 000021