フジタ技術研究報告第 49 号 2013 年

軟弱地山における大断面トンネルの ADECO-RS 工法的施工について達也*1

米 澤 和 人*2野間概

山 口 耕 二*2

要

イタリアで開発された ADECO-RS 工法は、軟弱な地山のトンネル掘削に適用される工法であり、①長尺鋼管先受けや鏡ボルト等を使用して積極的に切羽前方地山を改良する、②軟弱な地山でも基本的に全断面掘削を採用し、早期閉合によりトンネルの安定性を確保する、③切羽前方の挙動を計測により把握し設計に反映させる、といった点に特長がある。
今回は掘削断面が上下半で 165m2、インバートを含めると 190m2 という大断面トンネルであり、かつ掘削対象地山の圧縮強度が 2MPa 程度以下という軟弱な地山に対して部分的に ADECO-RS 工法的手法を導入した結果について報告する。

Use of the "ADECO-RS Method" for large cross-section tunnels through weak groundAbstract
The ADECO-RS method, of developed in Italy, is a method of tunneling applied to soft ground. Featuresof this method are, a. tunnel cores are actively reinforced by forepiling and face bolting, b. full faceexcavation and an early cross section closure method are adopted, c. displacements of the tunnel core aremeasured and results are reflected in updated tunnel designs.
In this paper, the introduction of the ADECO-RS method is described for the construction a large section
tunnel (excavation area of 165m2) under weak ground conditions (< 2MPa) .

キーワード： 切羽前方補強、鏡ボルト、ADECO＊１ 建設本部 土木エンジニアリングセンター－RS 工法*2 東京支店土木工事部－73－

フジタ技術研究報告 第 49 号

§１．はじめに

2.2 地質概要

犀川河川トンネルは掘削断面積が上下半で 165m2、インバートを含めると 190m2 という大断面トンネルであり、かつ掘削対象地山の圧縮強度が 2MPa 程度以下という軟弱な地山から成る。そのためトンネル掘削時の切羽及び周辺地山の安定対策として、設計段階で長尺切羽補強工（長尺 GFRP
鏡補強工＋小口径長尺鋼管先受工）の補助工法が採用されていた。
イタリアで開発された ADECO-RS 工法 1)は、軟弱な地山のトンネル掘削に適用される工法であり、①長尺鋼管先受けや鏡ボルト等を使用して積極的に切羽前方地山を改良する、②軟弱な地山でも基本的に全断面掘削を採用し、早図 2 地質縦断図

期閉合によりトンネルの安定性を確保する、③切羽前方の挙動を計測により把握し設計に反映させる、といった点に特図 2 に本トンネルの地質縦断図を示す。図に示すように本長がある。

トンネルの土被りは３D 以下の低土被りとなっている。またト

現状では ADECO-RS 工法を全面的に日本に導入するこンネル構成地質は新第三紀の堆積岩類（いわゆるグリーンとは困難であるが、本工事で部分的に ADECO-RS 工法的タフ系）であり、特に坑口より 108m まではトンネル上半に凝手法を導入した結果について報告する。

灰質泥岩の出現が予想されていた。この凝灰質泥岩は、地下水の作用により急速に劣化する可能性があり、かつ吸水§２．事業および地質概要

膨張性に富むことから、トンネル掘削時に構造的な弱部となり得ることが指摘されていた。

2.1 事業概要§３．ADECO-RS 工法とは一級河川信濃川水系犀川久米路地域において、昭和 58
年 9 月の台風 10 号による水害を契機に、「犀川恒久治水対策」（通称３点セット）が立案され、久米路河川トンネル（第１NATM は、基本的に切羽前方の地山の挙動は把握せず、トンネル：１点目）と杉山開削（２点目）が完成している。本工

計測及び支保は切羽後方を対象としている。また、軟弱な事では、対策の３点目である「久米路第２河川トンネル＋地山となる D パターンでは上半先進工法としており、C パタ

No.14 開削」のうち、久米路第２河川トンネルを施工し、河川ーン以上でないと全断面掘削工法は採用しない。また最近のバイパストンネルを構築する。

では軟弱な地山に対して長尺鋼管先受けや長尺鏡ボルトを採用されているが、これらの切羽前方補強はあくまで掘削時の天端や鏡面の安定を目的とした補助工法であり、支保部材としては扱っていない。
これに対して ADECO-RS 工法は以下の点で NATM との相違点がある。
① 軟弱な地山に対しては鋼管先受けや鏡ボルトを支保の一部とみなして積極的に前方地山を補強することにより変形を抑制し、結果的に切羽自体も支保部材の一部と見なす。
② 切羽前方及び鏡面の押出し量を計測し、前方補強の妥当性を確認する。
③ 切羽前方を補強したことにより全断面掘削を可能とし、これより早期閉合を可能とする。

図 1 犀川恒久治水対策概要図－74－

軟弱地山における大断面トンネルの ADECO-RS 工法的施工について§４．切羽前方補強の取り組み

排気チューブ

4.1 設計時における切羽前方補強CG 管２.で示したように、坑口から 108m 間はトンネル上半に膨張性を示す凝灰質泥岩の出現が予想されていたため、設グラウト注入チューブ

計時よりトンネル外周に小口径長尺鋼管先受け（φ76mm、長さ 12.5m、ラップ長 3.5m）27 本、及び長尺 GFRP 鏡ボルトジョイント

先端キャップ（商品名 FIT、φ76m、長さ 13.5m、ラップ長 4.5m）27 本を打図4設する計画となっていた。

表1

しかし、設計を照査したところ、鏡ボルトのラップ長を4.5m とした場合 27 本では切羽の安定性は保てず、60 本程

圧縮強度（MPa）
引張強度（MPa）
せん断強度（MPa）
弾性係数（MPa）度に増加する必要があること、ラップ長を 6m 以上確保すれば図 3 通りの鏡ボルトの配置で安定を確保できることが分かった。このため、FIT を使用する場合には、製品の単位当り

CG 管の外形
FIT と CG 管の機械的特性

FIT
460
600
10020,000

CG管
600
600
150
30,000長さの関係より、打設長 16.5m、ラップ長 7.5m で施工することに変更した。代表的な加背割りを図 3 に示す。

吹付けコンクリート
t=250

小口径長尺鋼管先受け
L=12500

550250

覆工コンクリート
t=55011600

7500

ロックボルト L=6m

長尺鏡ボルト
L=16500

3300

SL15904

図 5 人力による CG 管の挿入状況

インバートコンクリート
t=75024m の CG 管による切羽補強が実施されるのに対し、このよ

図 3 代表的な加背割り

うな専用機を国内で採用することは困難であり、穿孔には国内の汎用ドリルジャンボを使用せざるを得ず、CG 管の挿入も人力が主体となる。一方、FIT は先端にロストビットと呼4.2 新規鏡ボルトの試験施工ばれる使い捨てのビットを使用し、国内の汎用ドリルジャン

1)

ボにより自穿孔で施工されるため挿入は比較的容易なのに新規鏡ボルトの概要

現在イタリアでは、図 4 に示すような Corrugate Pipe（以下対し、CG 管はドリルジャンボで穿孔した孔壁が自立しないCG 管）と呼ばれる鏡ボルトの使用が主流となっている。この場合人力による挿入は困難となることが予想される。FIT とCG 管は、外径 60mm・内径 40mm の GFRP 管であり、外径CG 管の経済性の違いはこれらが背景となっている一面もはネジ状となっているため外周が平滑である FIT と比較してある。

グラウト材との付着強度は高くなる。また、FIT と CG 管の機CG 管にはこのようなリスクを伴うため、予定されていた前械的特性を表 1 に示すが、圧縮強度、せん断強度とも FIT

方補強区間 108m のうち約半数を施工するように準備した。

より高く、鏡ボルトとしての機能も向上することが予想される。

なお、当初は CG 管による打設長は 10m+ジョイント+8m としさらに材料費としての経済性も FIT と比較して安価である点て 18m、ラップ長を 6m と設定した。に特長がある。

2) 試験施工結果

ただし、イタリアでは専用機による挿入方式で長さ 18～試験施工開始時は、孔壁の自立を確実なものとするため－75－

フジタ技術研究報告 第 49 号

設計時の鏡ボルト打設範囲（108 m）
1シフト長(m)鏡ボルト種類FITCG99999991212129999989合計
161107m54m

図 6 打設した鏡ボルトの全結果に、通常の削孔水による穿孔のほか、削孔水に少量の安定施工した結果の CG 管の長所としては①挿入さえ可能で液分解膠剤（商品名マーゼル）を混入させたものや泡削孔あれば、FIT と比較して経済性が高い、②削孔に汎用のビを準備したが、施工を比較したところ通常の削孔水による穿ットを使用するために安定した掘進速度を得られる、にある。

孔により孔壁は自立する結果となった。また、挿入について短所としては、①孔荒れした際の対応、②グラウト注入チュも、15～16m 程度までは人力のみにより挿入可能であり、残ーブの耐圧製が FIT と比較して低い（最大 1MPa 程度）、③りの部分は作成した治具を介してドリルジャンボ等により挿口元コーキングの改善、といった点にある。ただし、②③に入することが可能であった。図5 に人力による挿入状況を示

ついては後半の施工で注入用ホースを改善する事により、す。これより、準備した CG 管は全て使用することが可能で良好な結果を得ることが出来た。

あった。

§５．切羽前方計測の取り組み

4.3 切羽前方補強の全結果
設計では坑口より 108m 進行した段階でトンネル路線の地質は凝灰質泥岩から泥岩・砂岩・礫岩互層へ変化すること

5.1 切羽前方変位計測の概要になっていたが、全線において地層状況の大きな変化は見

切羽前方変位計測には、図 7 に示すスライディングデフォられず、最終的にほぼ全線にわたり鏡ボルトにより切羽前ーメータを使用した。

方地山を補強する結果となった。用いた鏡ボルトの種類と切羽前方変位計測は、図 8 に示す計測管を切羽中心に採用した 1 シフト長の関係を図 6 に示す。CG 管採用時には事前に埋設し、計測管の周囲を低強度グラウト材（商品名 S

打設長 18m ラップ長 6m とし、掘削長 12m で次の鏡ボルトパック）で固定する。この計測管には図に示されているようを打設したが、同時施工の長尺鋼管先受けは掘削長 9m でに 1m 間隔に計測用マーカーが設置してある。このマーカ

次の鋼管の打設となるため、次シフト以降の鏡ボルトと鋼管ーが切羽の進行に伴う地山の変形に追随するため、スライ先受けの打設位置が異なり、施工性の悪化を招いた。このディングデフォーメータを計測管に挿入し、計測用マーカため、後半の 2 シフトでは打設長 18m ラップ長 9m とし、長ーの距離の変化を計測することにより切羽前方の押出し量尺鋼管先受けとの同時施工とし良好な結果を得た。

を正確に把握することができる。なお、この計測管埋設時に計測用マーカー

計測ヘッド

デジタル変位計計測管

グラウト

図 7 スライディングデフォーメータの概念図

－76－

計測ヘッド

ガイドロッド

計測用マーカー軟弱地山における大断面トンネルの ADECO-RS 工法的施工について

早期閉合

0.25-0.25-0.5

変状発生

-0.75

管理基準値

計測用マーカー

-1.0

変状発生

図 8 埋設する計測管

160140120

10080
TD (m)

604020ε=Disp./R (%)

0-1.250

図 10 切羽前方変位計測結果を計測し管理基準値を設定することは有効な手段となると考えられる。

§6．早期閉合への取り組み
前述したように本トンネル掘削中には、特に天端沈下に伴う ト ン ネ ル の 変状が し ば し ば 見ら れ た（ 最大沈下量136mm）。変状対策として増ロックボルトや上半仮補強リブの設置などの対策により変位速度は低下したものの、収束には至らなかった。このため下半施工時期を早め、上半
図 9 切羽前方変位計測状況

65m 時点で下半掘削および H200 のインバートストラット設

は、切羽前方の地質確認も兼ねるために、φ100mm のビッ置後に厚さ 250mm の吹付けコンクリート（σ28=36N/mm2）

トを使用してロータリーパーカッションワイヤーライン工法を打設による吹付けインバート閉合を実施した（図 11）。

用いて 50m 穿孔し、コアの採取と計測管の埋設を実施した。
5.2 切羽前方変位計測結果
図 10 に前方変位計測結果を示す。トンネル施工時には、前述したように土被りが薄く、軟弱な地山に大断面トンネルを掘削したためにしばしば変状が発生したが、図に示されているように、切羽前方変位の卓越した部分とトンネルの変状は一致している。図より、本トンネルでは切羽前方変位が0.3%（変位にして 45mm）になると注意レベル、0.5%（変位にして 75mm）になると危険レベルに相当すると考えられる。こ
れより、今後軟弱な地山を掘削する場合には、切羽前方図 11 吹付けインバートによる早期閉合状況
ロックシェッドの沈下1 3 mm
（ 管理値2 0 mm以下）

1.5D以内に閉合3D以内に閉合

4D以内に閉合

図 12 吹付けインバートによる閉合時期－77－

フジタ技術研究報告 第 49 号

下半掘削

インバート閉合

下半掘削
インバート閉合

図 13 早期インバート閉合前の天端沈下

図 14 早期インバート閉合後の天端沈下

これより天端沈下は収束したため、インバート閉合が最も効果的であることが認められた。このため、図 12 に示すよう

参考文献に吹付けインバートによる閉合時期を徐々に早くしていき、

1) Pietro Lunardi ： Design and Construction of Tunnels

最終的に上半掘削後 1.5D 以内にインバートを閉合した。図13 に早期閉合前の天端沈下計測の一例を、図 14 に早期Analysis of Controlled Deformation in Rock and Soils(ADECO-RS)，Springer, 2008.

閉合後の天端沈下計測の一例を示す。図に示されているように、早期閉合により沈下量は半減し、その後変位は収束

ひ と こ としていることが分かる。なお、上半のベンチ長を短くすればさらに早期閉合も可能であるが、本トンネルは断面が大きい

軟弱な地山の掘削方法としては、ことより、施工上 25m 程度のベンチ長は不可欠であった。

ADECO-RS 工法は最適なものと考えこのように様々な補強方法を組み合わせることにより、出られます。今後も地山により積極的に口側既設ロックシェッド下部の掘削についても、規格値以活用する事例が増加するもとの思われます。

内(20mm)の沈下量で無事貫通させる事が出来た。
野間 達也§7．おわりに軟弱地山における大断面トンネルにおいて、全面的に切羽前方を補強する、可能な限り早期閉合とする、切羽前方の挙動を把握する、という ADECO-RS 工法的施工を実施し、問題点の抽出や改善案を練ることで、良好な結果が得られた。今後の本工法の積極的な適用と、本報告が今後の施工時の一助となれば幸いである。

－78－