技術資料

切羽に変状が生じたトンネルの切羽観察記録について
岡﨑健治

倉橋稔幸のデータは土被り厚さ20m以上、発破によるベンチ付

１．はじめに掘削工法、支保パターンがCIからEパターンで施工さトンネル掘削時には、掘削場所である切羽面の観察調査を行い、切羽での岩盤や湧水の状態を定量的に評1）れた条件のものである。
図－1にトンネル掘削時の変状と対策の関係を示価している 。また、切羽の安定性を確保するため、す。対象トンネルの切羽では「岩塊の抜け落ち」、切羽へのコンクリートの吹き付け（鏡吹き付け）や補「押出し」及び「自立せず崩落」のいずれかの変状が助工法によって、切羽の崩落や支保部材の変状の発生発生した。分析では切羽が「安定」している状況を含を予防し安全に施工している。しかし、このような対めてI～Ⅳの変状区分とした。変状区分はIからⅣにな策を実施していても切羽の崩落等による災害が発生するに従い切羽の状態が悪く、変状の規模も大きい状況

2）る場合がある 。そのため、切羽の崩落等の未然防止であることを示している。また、これらの変状への対に向けて「山岳トンネル工事の切羽における肌落ち災策として「吹き付け＋鏡止めボルト」、「吹き付け」

3）害防止対策に係るガイドライン」が改正 されるとともが実施されており、「未実施」を含めて①～③に区分に、トンネル工事では鏡吹き付けが標準工種に改定4）した。

されている。また、このような状況を背景として、掘切羽の変状区分の内訳は、変状区分Iの「安定」が削時の切羽のリアルタイムでの監視技術も開発されて270断面であった。変状区分Ⅱの「岩塊の抜け落ち」

5）

いる 。

は142断面で最も多く、変状区分Ⅲの「押出し」が22

一方で、肌落ちを生じやすい岩石や岩盤の特徴や条断面、変状区分Ⅲの「自立せず崩落」は3断面であっ件等が把握できれば、より安全な施工に資することがた。なお、変状の記録は発生の有無だけであり、切羽6）できる。ここで、杉本ら は山岳トンネルでの肌落ちでの発生位置や崩落の規模等の詳細な情報は残っていの予測に向けたAI技術による支援システムを構築すない。

るため、職長や坑夫等の熟練した作業員へのヒアリン

切羽の対策区分の内訳は、対策区分①の「未実施」グを実施している。その結果、ズリ出しやこそく作業が425断面で最も多く、対策区分②の「吹き付け＋鏡時に、浮き石や岩質の硬軟が混在する状態、また、互止めボルト」は2断面、対策区分③の「吹き付け」は層や亀裂の方向、幅、形状の変化、層の変わり目、切10断面であった。なお、分析では平成14年までに建設羽の湿り、水の濁りがある状態が危険と判断している㻟㻜㻜

ことをまとめている。このような切羽の状況に関する情報は、掘削時の切羽の崩落等や掘削後の切羽の安定㻞㻣㻜䊠䠖Ᏻᐃ䊡䠖ᒾሢ䛾ᢤ䛡ⴠ䛱䊢䠖ᢲฟ䛧䊣䠖⮬❧䛫䛪ᔂⴠ㻞㻡㻜

性を評価するために非常に有効な情報といえる。
㻞㻜㻜設時の地質調査資料や工事記録から、切羽で岩塊の抜け落ちや押出し等の変状を抽出するとともに、それらと切羽での観察項目との関係を考察したので報告する。
２．分析方法北海道で、安山岩、石英安山岩及び凝灰角礫岩を地㢖 ᗘ

そこで本稿では、これまで北海道の国道トンネル建㻝㻡㻜㻝㻠㻜䐟 ᮍᐇ᪋䐠 ྿䛝௜䛡䠇㙾Ṇ䜑䝪䝹䝖䐡 ྿䛝௜䛡㻝㻜㻜㻡㻜㻝㻟䐟

山として建設された国道14トンネルを対象に、その掘削時の切羽観察記録437断面を分析に用いた。各断面
22㻞㻜㻞㻜㻜㻜㻣㻞㻝㻜䐠䐡ษ⩚㠃䛾ᑐ⟇

図－1

トンネル掘削時の変状と対策の区分
寒地土木研究所月報№825

2021年12月

表－1༊ศ䐟䐠䐡䐢ᒾ▼ᙉᗘ䝝䞁䝬䞊䛾ᡴᧁ䛜㊴䛽㏉䜛䠄ᙉᗘ䍻㻝㻜㻜㻹㻼㼍䠅䝝䞁䝬䞊䛾ᡴᧁ䛷○䛡䜛䠄㻝㻜㻜䠚ᙉᗘ䍻㻞㻜㻹㻼㼍䠅䝝䞁䝬䞊䛾㍍䛔ᡴᧁ䛷○䛡䜛䠄㻞㻜䠚ᙉᗘ䍻㻡㻹㻼㼍䠅䝝䞁䝬䞊䛾ลඛ䛜㣗䛔㎸䜐䠄㻡㻹㻼㼍䠚ᙉᗘ䠅

トンネルの切羽観察項目と適用区分

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抜け落ちや押し出しが発生した場合に対策区分の②と割れ目間隔に着目すると、変状区分Ⅰは区分①と②③が実施されていた。すなわち、切羽は掘削から次ので多く、区分②と③でも確認された。変状区分Ⅱは区掘削まで素掘り状態にあり、分析では、その切羽の観分②と③で多く、区分①と④でも確認された。変状区察記録をデータとして用いた。掘削時のトンネルの切分ⅢやⅣは区分③や④が確認されており、割れ目間隔

7）

羽観察の項目 は、岩石強度、風化変質、割れ目間隔、が小さい状態になると規模の大きい変状が発生した。

割れ目状態、割れ目形態及び湧水であり、地山等級の割れ目状態に着目すると、変状区分Ⅰは区分①と②評価にも利用されていた。そこに水による劣化を加えで多く、区分②と③でも確認された。変状区分Ⅱは区た7項目を①～④に区分して（表－1）、各頻度と変状分②と③で多く、区分①と④でも確認された。変状区

区分Ⅰ～Ⅳとの関係を分析した。なお、各切羽観察項

分ⅢやⅣは区分③や④が確認されており、割れ目が開目の区分は、①から④になるに従い切羽の岩石や岩盤口、また粘土等を狭在すると規模の大きい変状が発生が、より脆弱な状態に移行する区分とした。

した。
割れ目形態に着目すると、変状区分Ⅰは区分①で多く、区分②、③、④でも確認された。変状区分Ⅱは区３．分析結果

分①で多く、区分②、③、④でも確認された。区分①
３．１

変状と切羽観察項目の関係

図－2に変状が発生した切羽における観察項目と変状区分の関係を示す。

では切羽が安定している状態が多い半面、変状区分Ⅱが多く発生した。また、変状区分Ⅱは区分③で発生が多かった。変状区分ⅢやⅣは区分③や④が確認されまず、岩石強度に着目すると、変状区分Ⅰは区分②た。なお、割れ目形態では、区分が①から④になるにと③で多く、区分①でも確認された。変状区分Ⅱは区従い変状の規模が大きくなるような傾向は確認できな

分②と③で多く、区分①と④でも確認された。ここで、かった。

変状区分Ⅰに対する変状区分Ⅱの発生割合を比べる

湧水に着目すると、変状区分Ⅰは区分①と②で多と、区分①は13/43件で30％、区分②は71/139件で51く、区分③と④でも確認された。変状区分Ⅱは区分①％、区分③は50/79件で65％、区分④は8/10件で80％で多く、区分②、③、④でも確認された。変状区分Ⅲであり、区分が①から④となるに従い発生割合が多かは区分①、変状区分Ⅳは区分②で確認された。湧水でった。また、区分②と③では切羽が安定している状態は、区分が①から④になるに従い変状の規模が大きくが多い反面、変状区分Ⅱが多く発生した。また、変状なるような傾向は確認できず、区分①で変状の発生が区分ⅢやⅣは区分③や④で確認されたことからも岩石多かった。

が脆弱な状態であると規模の大きな変状が発生した。

水による劣化に着目すると、変状区分Ⅰは区分①で次に、風化変質に着目すると、変状区分Ⅰは区分①多く、区分②と③でも確認された。変状区分Ⅱは区分や②で多く、区分③や④でも確認された。変状区分Ⅱ①で多く、区分②と③でも確認された。変状区分Ⅲはは区分②と③で多く、区分①と④でも確認された。区区分①で多く、区分②、③、④でも確認された。変状分②と③では切羽は安定している状態と変状区分Ⅱが区分Ⅳは区分①と②で確認された。水による劣化で発生することが同程度であった。変状区分ⅢやⅣは区は、区分が①から④になるに従い変状の規模が大きく

寒地土木研究所月報№825

2021年12月 23㢖 ᗘ㻞㻜㻜㻝㻟㻥㻝㻜㻜㻜 㻜㻜㻝㻜㻜㻜䐟 䝷䞁䝎䝮䐠 ᰕ≧㻘䐡 ᒙ≧∦≧ᯈ≧䐢 ᅵ◁≧⣽∦≧䞉ᮍᅛ⤖㻌㻞㻜㻞㻞㻜㻜㻝㻜㻜㻤㻣㻥 㻝㻠㻢㻞㻥㻞㻢㻢 㻣 㻞

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図－2㻞㻣㻠 㻝㻢 㻝 㻜 㻜 㻜 㻝 㻜䐠䐡Ỉ䛻䜘䜛ຎ໬䐢

変状が発生した切羽における観察項目と変状区分の関係なるような傾向は確認できず、区分①で変状の発生が多かった。

要のあることがわかった。
割れ目形態は、区分が①から④になるに従い変状の規模が大きくなるような傾向は確認できず、区分①で変状の発生に関わる切羽観察項目の特徴変状の発生が多いなど、割れ目形態ごとに特徴があっ以上の結果をもとに、各切羽観察項目における変状た。言い換えると、割れ目形態の区分は①から④にな３．２の発生の傾向について考察した。

るに従い切羽が脆弱になる状態を示していない。ま岩石強度、風化変質、割れ目間隔、割れ目状態でた、例えば、区分③の「層状片状板状」であっても割は、区分が①から④となるに従って切羽での変状の規れ目間隔の違いや切羽面に対し流れ盤や受け盤の傾斜模が大きく、変状の発生は、区分①よりも②や③で多状態にも依存すると考えられる。そのため、割れ目形いことが特徴であることがわかった。一方、区分①で態の項目は他の観察項目と組み合わせた評価が必要とも変状が発生している。切羽が比較的健全と判定され考えられる。

る場合でも変状が発生することに注意が必要である。

湧水や水による劣化は、区分が①から④になるに従さらに、区分②では変状区分のⅠとⅡが多く、この区い変状の規模が大きくなるような傾向は確認できず、分に該当する評価となった場合、変状の発生の有無を区分①で変状の発生が多かった。一般的に変状には水判定するための情報化や方法について今後検討する必が関与することが知られている8）。しかしながら、今24

寒地土木研究所月報№825

2021年12月

表－2

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トンネルの掘削時と先進ボーリング調査時の情報10）ᐃ㡯┠䠄ほᐹ㡯┠䠅Ỉ䛻䜘䜛ຎ໬㢼໬ኚ㉁㻟 㻠㻝 㻞‪Ỉ๭䜜┠䠄㢖ᗘ䠅๭䜜┠䠄ᙧែ䠅๭䜜┠䠄≧ែ䠅ኚ≧༊ศϨ䠖Ᏻᐃኚ≧༊ศϩ䠖ᒾሢ䛾ᢤ䛡ⴠ䛱ኚ≧༊ศϪ䠖ᢲ䛧ฟ䛧ኚ≧༊ศϫ䠖⮬❧䛫䛪ᔂⴠ

図－3変状区分と切羽観察項目の関係᥀๐䠄ษ⩚䠅ඛ㐍䠄䝁䜰䠅

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回の対象トンネルでの切羽では、湧水がなく、水によ報である。先進ボーリング調査は、トンネルの掘削直る岩石の劣化がない状態においても変状が多く発生し前の切羽前方における地質性状を把握できることかたことが特徴であった。ただし、水等による誘因の影ら、掘削前のより早い段階で肌落ちを生じやすい岩石響、例えば、乾湿繰り返し作用や湧水による割れ目狭や岩盤の特徴、条件等を把握できる場合のあることが在物の流出等によって岩石や岩盤の性質が掘削時から考えられる。また、切羽観察項目には先進ボーリング変化する場合もある。そのため、今回対象としたトン調査と共通した項目がある（表－2）10）。そのため、ネルの地質では、湧水や水による劣化以外の項目をよ

切羽の変状に関わる項目は先進ボーリング調査によるり重視した判定や評価が必要であるとともに、水等の段階でも変状の発生を予察できる項目として有効と考誘因の影響で性質を変化させる岩石や岩盤を評価するえられる。

ための方法について今後検討する必要のあることがわ

切羽に変状を生じさせる原因と先進ボーリングの調査結果の関連を明らかにするためには、先進ボーリンかった。
図－3に変状区分と切羽観察項目の関係を示す。各

グ調査では取得できない掘削時の「切羽の自立性」や切羽観察項目の区分①から④を1～4として、その平均「変位量」の情報と先進ボーリング調査時における各値を求めて比較した。

観察項目との関係を分析する必要がある。さらに、変割れ目間隔、割れ目形状は、各変状区分に差が見ら状発生に関わる切羽観察項目の組み合わせによる評価れることから観察項目の区分から変状区分を判定するの方法や有効な指標についても分析する必要がある。

ための情報が得られると考えられる。また、岩石強度
は、変状区分ⅠとⅡの差は少ないがⅡやⅢとの区分は４．まとめと今後の課題可能である。風化変質は、変状区分ⅢとⅣの差は少な
いがⅠやⅡとの区分は可能である。また、割れ目形態

本分析における対象トンネル施工時の切羽の変状とは変状区分ⅠとⅡ、ⅢとⅣの判定は可能である。一切羽観察項目の関係を分析した結果、得られた知見は方、湧水や水の劣化の各変状区分には差が少なく評価

次のとおりである。

では判定が難しいことがわかる。

1） 切羽観察項目のうち、岩石強度、風化変質、割れ以上のことから、切羽での対策がほとんど実施され目間隔、割れ目状態は、切羽の岩石や岩盤がよりていない状況において、岩塊の抜け落ちや押出し、ま脆弱な状態に移行する区分になる場合、岩塊の抜た、切羽が自立せず崩落する状況と関わりのある観察

け落ちよりも規模が大きい押し出しや自立せず崩項目が明らかになった。また、このような観察項目に落するような変状が発生することがある。一方、着目することで、変状の発生を予察するため情報に活切羽が比較的健全と判定される場合でも変状が発用できると考えられる。なお、このような情報は先進

生し、変状の発生の有無に関わらず同じ切羽観察

9）

ボーリング調査 によるコアや孔壁からも得られる情寒地土木研究所月報№825

2021年12月 の適用区分となる場合もある。
25

2） 割れ目形態の項目は、切羽の岩石や岩盤がより脆研究開発⑧－肌落ち災害と対策工の実態分析及び弱な状態に移行する区分になる場合、変状の規模AIによる肌落ち予測への活用について－、土木学が大きくなる傾向は確認できなかった。一方、切会、第76回年次学術講演会講演概要集、CS14-羽が比較的健全と判定されても変状が発生する場

31、2021．

合があり、割れ目形態の適用区分ごとに特徴があった。

3） 厚生労働省労働基準局：山岳トンネル工事の切羽における肌落ち災害防止対策に係るガイドライン

3） 湧水や水による劣化の項目では、切羽の岩石や岩盤がより脆弱な状態に移行する区分になる場合、変状の規模が大きくなるような傾向を確認できなの改正について，2018．
4） 国土交通省総合政策局：国土交通省土木工事積算基準の改定について、2019．

かった。また、切羽に湧水がなく、水による劣化

5） 佐藤寿延：国土交通省におけるAIの取組、令和2がないと区分された場合でも変状が発生してお年土木学会全国大会岩盤力学委員会、岩盤力学にり、これら以外の項目をより重視する判定や評価

おけるICT/AIの活用、研究討論会（9）資料、が必要となる場合のあることがわかった。

p.9、2020．

今後は、他の岩種における同様な分析を進めるとと

6） 杉本翔平、鈴木雅行、村井和彦、山本拓治、吉川

もに、先進ボーリング調査結果と変状を生じた切羽で正、江戸川修一、曽根真理、高橋浩：山岳トンの観察記録の関連性を明らかにしたい。また、変状発ネルにおけるAIによる肌落ち予測に向けた熟練生に関わる切羽観察項目の組み合わせによる評価方法

作業員の知見について－肌落ちにおける熟練作業や有効な指標についても分析を進めたい。

員の気付きと知見及びその予知方法－、土木学会、第75回年次学術講演会講演概要集、CS15-

謝辞：本分析にあたり、トンネルの工事記録等を提供していただいた国土交通省北海道開発局の関係各位に、ここに記して、厚くお礼申し上げる。

18、2020．
7） 日本道路協会：道路トンネル観察・計測指針、
pp.81-187、1993．
8） 土木学会：トンネルの変状メカニズム、pp.40-81、2003．

参考文献

9） 国土交通省北海道開発局：道路設計要領、第4集
1） 日本道路協会：道路トンネル観察・計測指針、
pp.119-123、2009．
2） 山本拓治、吉川真也、白鷺

26トンネル、第11章、観察・計測工、2021．
10）岡﨑健治、倉橋稔幸、亀村勝美、村山秀幸、丹羽正、鈴木雅行、辻川泰人、上岡廣海：先進ボーリング調査時ならびに施工時にお卓、曽根真理、田中統蔵、橋立健

けるトンネルの地山評価と切羽変状の関係、土木司、杉本翔平：AIを活用したトンネル切羽の地学会、第46回岩盤力学に関するシンポジウム講演

質評価と肌落ち予測支援による災害防止に関する集、46、2019．

岡﨑 健治
OKAZAKI Kenji

倉橋 稔幸
KURAHASHI Toshiyuki

寒地土木研究所
寒地基礎技術研究グループ
防災地質チーム
主任研究員
博士（理学）
技術士（応用理学）

寒地土木研究所
寒地基礎技術研究グループ
防災地質チーム
上席研究員
技術士（応用理学）

寒地土木研究所月報№825

2021年12月