JP2000034881A - 長尺鋼管フォアパイリングの穿孔方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長尺鋼管フォアパイリング工法において、地
山の緩みを極力抑え、良好な作業環境を維持しながら穿
孔する方法を提案する。 【解決手段】 トンネル掘削に先立って、掘削進行方向
に先受材を打設する長尺鋼管フォアパイリングの穿孔方
法であって、天然高分子物質、半合成高分子物質、及び
合成高分子物質からなる群から選ばれた１種以上の高分
子物質の水溶液を、穿孔ドリル先端から圧縮空気と共に
噴霧状に噴射しながら穿孔する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル施工の補
助工法である長尺鋼管フォアパイリング工法における穿
孔方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】地形や地質等の地山条件が不安定な地域
のトンネル施工において、ロックボルト、吹付けコンク
リート、鋼製支保工等の通常の支保パターンでは対処で
きないか、あるいは対処することが得策でない場合、切
羽の安定性やトンネルの安全性を確保し、周辺環境を保
全するために、地山条件の改善を図る種々の補助的な又
は特殊な工法が採用されている。

【０００３】その補助工法の一つである先受工は、断
崖、断層破砕、未固結地山等の不安定な地山、あるいは
トンネル坑口部や土被りが小さい箇所で、トンネル掘削
に先立ち、トンネル外周にアーチ状に先受材を打設して
地山改良体を形成することで切羽前方地山を補強し、地
山の先行変位の抑制、地山の緩み防止、施工の安全性確
保等を図ろうとするものである。長尺鋼管フォアパイリ
ング工法は、この先受工の一つである。

【０００４】図を用いて、長尺鋼管フォアパイリング工
法の一例の概略を説明する。

【０００５】図１は、長尺鋼管フォアパイリング工法に
おいて打設された先受材（長尺鋼管）を示し、図２は、
トンネル掘削途中の地山の断面を示す。

【０００６】図１に示すように、長尺鋼管フォアパイリ
ング工法においては、トンネル掘削に先立って、トンネ
ル外周にほぼ一定間隔で地山に穿孔し、先受材である直
径１００ｍｍ程度の長尺鋼管８を打設する。この際、長
尺鋼管８は、先端がトンネルの中心からやや外側を向く
方向、すなわち一列に並べられた数本の鋼管により形成
される面がやや裾広がりになるような方向に打設する。

【０００７】長尺鋼管８の打設後、地山２０を掘削す
る。図２に示すように、直前に打設した鋼管の途中まで
掘削した時点で、次の打設のために、矢印の方向に穿孔
を行う。なお符号２２は崩落防止のために壁面に吹き付
けられたコンクリートを示す。

【０００８】長尺鋼管８の打設後は、例えば鋼管と地山
との空隙にセメントミルク等を充填することにより鋼管
と地山との接触を密にし、地山の安定が図られる（充填
式フォアパイリング工法）。あるいは、鋼管の周辺の地
山にセメントミルクや薬液等を圧力注入し、鋼管と注入
材が一体となった改良体を造成することにより地山の補
強が図られる（注入式フォアパイリング工法）。

【０００９】なお、図４に示すように湾曲型長尺鋼管２
３を用いて施工することも行われている。

【００１０】上記のような長尺鋼管フォアパイリング施
工において穿孔ドリルを用いて地山に穿孔する際、大量
の穿孔水、具体的には毎分３０〜６０リットルの水を噴
射して、その水流により、くり粉を排出しながら穿孔す
る水穿孔が従来から行われている。

【００１１】しかしながら、長尺鋼管フォアパイリング
工法は、上記のように一般に地形・地質の地山条件が不
安定な箇所を補強するために施工する補助工法であっ
て、そのような地山に大量の穿孔水を用いて穿孔するこ
とは、穿孔水の地山への浸入によって地山を緩ませ、不
安定さを増大させる要因になるため、好ましくない。

【００１２】そこで、水を全く使用せず、圧縮空気を使
用して、くり粉を排出する方法も用いられているが、こ
れは粉塵の発生が著しく、作業環境を悪化させるため、
弊害が大きい。

【００１３】本発明は、上記の問題点を解消すべくなさ
れたもので、長尺鋼管フォアパイリング工法において、
地山の緩みを極力抑え、良好な作業環境を維持しながら
穿孔する方法を提案するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するため鋭意研究を行った結果、高分子物質の水
溶液を圧縮空気とともに穿孔ドリルの先端から噴射しな
がら穿孔することにより、地山を緩ませることなく所望
の形状の孔が得られることを見出し、本発明の完成に至
った。

【００１５】すなわち本発明の長尺鋼管フォアパイリン
グの穿孔方法は、トンネル掘削に先立って、掘削進行方
向に先受材を打設する長尺鋼管フォアパイリングの穿孔
方法であって、天然高分子物質、半合成高分子物質、及
び合成高分子物質からなる群から選ばれた１種以上の高
分子物質の水溶液を、穿孔ドリル先端から圧縮空気と共
に噴霧状に噴射しながら、穿孔することを特徴とするも
のである。

【００１６】上記において、天然高分子物質としては、
デンプン類、マンナン、海藻類、植物粘質物、微生物に
よる粘質物、タンパク質のうちのいずれか、半合成高分
子物質としては、これらの天然高分子物質及びセルロー
スのアルキレンオキシド付加物、メチル化物、カルボキ
シメチル化物、リン酸化物、カチオン化物のうちのいず
れか、合成高分子物質としては、ポリビニルアルコー
ル、ポリビニルアルコール変成物、ポリアクリル酸ナト
リウム、ポリアクリルアミド、アクリル酸ナトリウムア
クリルアミド共重合体、ポリエチレンオキサイド、ポリ
エチレングリコール、ポリビニルピロリドンのうちのい
ずれかを好適に用いることができる（請求項２）。

【００１７】上記高分子物質水溶液の粘度は、５〜１
０，０００ｍＰａ・ｓの範囲とするのが好ましい（請求
項３）。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の長尺鋼管フォアパイリン
グの穿孔方法で用いる高分子物質は、天然高分子物質、
半合成高分子物質、及び合成高分子物質から選択された
１種又は２種以上である。

【００１９】天然高分子物質の例としては、デンプン
類、マンナン、海藻類、植物粘質物、微生物による粘質
物、タンパク質が挙げられる。

【００２０】より具体的には、デンプン類の例として
は、各種の植物から得られるデンプン、α−デンプン
等、海藻類としては、ふのり、寒天、アルギン酸ナトリ
ウム等、植物粘質物としては、グアーガム、ローカスト
ビーンガム、クインスシードガム、アラビノガラクタン
ガム、アラビアガム、トラガカントガム等、微生物によ
る粘質物としては、キサンタンガム、デキストラン、ラ
ムザンガム、ウェランガム、カードラン、ジェランガム
等、タンパク質としては、にかわ、カゼイン、コラーゲ
ン等がそれぞれ挙げられる。

【００２１】半合成高分子物質の例としては、上記天然
高分子物質及びセルロースを原料として、これにエチレ
ンオキシド、プロピレンオキシド等のアルキレンオキシ
ドを付加した物質や、メチル化、カルボキシメチル化、
リン酸化、カチオン化したもの等が挙げられる。

【００２２】合成高分子物質の例としては、ポリビニル
アルコール、ポリビニルアルコール変成物、ポリアクリ
ル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド、アクリル酸ナト
リウムアクリルアミド共重合体、ポリエチレンオキサイ
ド、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン等
が挙げられる。

【００２３】上記高分子物質の水溶液が圧縮空気と共
に、穿孔ドリルの先端から噴霧状に噴射されると、孔壁
にぶつかると同時にくり粉と衝突して混合され、孔壁表
面に付着する。高分子物質水溶液の粘度及び供給量が一
定の範囲であるとき、高分子物質水溶液とくり粉との混
合物は、地山へほとんど浸入せず、地山の緩みを生じさ
せない。

【００２４】すなわち、上記高分子物質の水溶液は、粘
度が５〜１０，０００ｍＰａ・ｓであることが好まし
く、より好ましくは１０〜５，０００ｍＰａ・ｓ、さら
に好ましくは２０〜２，０００ｍＰａ・ｓである。５ｍ
Ｐａ・ｓより小さいと地山の亀裂部への浸入が始まり、
地山の安定性を損なう。また、１０，０００ｍＰａ・ｓ
より大きいと水溶液のポンプ圧送時に強力なポンプが必
要となることから経済的でない。

【００２５】また、上記水溶液の供給量は、通常の穿孔
では毎分１〜３０リットル程度が好ましい。１リットル
より少ないと、くり粉が乾燥状態に近く、粉塵が生じ
る。３０リットルより多いと、水溶液の使用量が多くな
るため不経済であり、またくり粉のベタツキが大きくな
り、足場も悪くなる等の問題が生じ易い。

【００２６】供給量を毎分１〜３０リットル程度にする
ことにより、地山の安定性が保たれるのはもちろんのこ
と、くり粉の排出状態も良く、用いた薬液が分離等の処
理を要する排水として流出することもなく、くり粉は堀
削土として処理することができる。

【００２７】本発明で用いる穿孔装置は特に限定されな
いが、穿孔装置の一例の概要を図３に記す。

【００２８】本図に示すように、穿孔装置は、穿孔ドリ
ル１、穿孔ドリル１の先端にスイーベルジョイント２を
介して取り付けられた穿孔ビット６、穿孔ドリル１を支
持し、ロッド５及びパイプフォルダ７、長尺鋼管８を案
内するガイドセル９、スイーベルジョイント２に接続さ
れた高分子物質水溶液供給部からなる。高分子物質水溶
液供給部は、水溶液収納部１０、圧送ポンプ１１、流量
調整装置１２、コンプレッサ１３、ストップバルブ１４
及びこれらを相互に接続する導管よりなる。

【００２９】上記穿孔装置においては、コンプレッサ１
３より圧縮空気が供給され、一方、高分子物質水溶液
は、圧送ポンプ１１で前述の圧縮空気より高圧で圧送さ
れ、流量調整装置１２によって所定の流量に調整され
る。高分子物質水溶液は、圧縮空気と合流後、スイーベ
ルジョイント２を経てロッド５内に供給され、ロッド５
先端の穿孔ビット６より噴霧状に噴射される。穿孔ビッ
ト６は、このように高分子物質水溶液を噴射しながら、
地山２０に穿孔する。噴射された高分子物質水溶液は、
上述したように孔壁２１の表面に付着し、地山内部への
浸入がほとんどないため、地山を緩ませないですむ。

【００３０】

【発明の効果】請求項１の長尺鋼管フォアパイリングの
穿孔方法によれば、従来の水穿孔と異なり地山の緩みを
生じさせず、優れた地山の安定化効果が得られる。また
多量の排水や粉塵の発生等もなく、作業環境も良好に保
たれる。

【００３１】請求項３のように、高分子物質水溶液の粘
度が５〜１０，０００ｍＰａ・ｓであると、孔壁の自立
性が十分で、ポンプ圧送も容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】地山に打設された長尺鋼管を示す概念図であ
る。

【図２】トンネル掘削中の地山を示す模式断面図であ
る。

【図３】穿孔装置の一例を示す概念図である。

【図４】湾曲型長尺鋼管を用いた施工例を示す概念図で
ある。

【符号の説明】

１……穿孔ドリル ２……スイーベルジョイント ３……ジャンクロッド ４……ジョイントスリーブ ５……ロッド ６……穿孔ビット ７……パイプフォルダ ８……長尺鋼管 ９……ガイドセル １０……高分子物質水溶液収納部 １１……圧送ポンプ １２……流量調整装置 １３……コンプレッサ １４……ストップバルブ ２０……地山 ２１……孔壁 ２２……吹付けコンクリート ２３……湾曲型長尺鋼管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武内 秀木 栃木県那須郡西那須野町四区町1534−１ 五洋建設株式会社技術研究所内 (72)発明者 福與 智 栃木県那須郡西那須野町四区町1534−１ 五洋建設株式会社技術研究所内 (72)発明者 正木 義昭 広島県広島市南区仁保二丁目１番26号 マ ツダアステック株式会社内 (72)発明者 谷川 加津男 広島県広島市南区仁保二丁目１番26号 マ ツダアステック株式会社内 (72)発明者 堀 雄二 滋賀県大津市稲葉台30−９ (72)発明者 本荘 秀一 京都府京都市伏見区桃山南大島町45−16 Ｆターム(参考） 2D054 AC15 BA03 BA28

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル掘削に先立って、掘削進行方向
   に先受材を打設する長尺鋼管フォアパイリングの穿孔方
   法であって、天然高分子物質、半合成高分子物質、及び
   合成高分子物質からなる群から選ばれた１種以上の高分
   子物質の水溶液を、穿孔ドリル先端から圧縮空気と共に
   噴霧状に噴射しながら、穿孔することを特徴とする長尺
   鋼管フォアパイリングの穿孔方法。
2. 【請求項２】 前記天然高分子物質が、デンプン類、マ
   ンナン、海藻類、植物粘質物、微生物による粘質物、タ
   ンパク質のうちのいずれかであり、前記半合成高分子物
   質が、これらの天然高分子物質及びセルロースのアルキ
   レンオキシド付加物、メチル化物、カルボキシメチル化
   物、リン酸化物、カチオン化物のうちのいずれかであ
   り、前記合成高分子物質が、ポリビニルアルコール、ポ
   リビニルアルコール変成物、ポリアクリル酸ナトリウ
   ム、ポリアクリルアミド、アクリル酸ナトリウムアクリ
   ルアミド共重合体、ポリエチレンオキサイド、ポリエチ
   レングリコール、ポリビニルピロリドンのうちのいずれ
   かであることを特徴とする、請求項１に記載の長尺鋼管
   フォアパイリングの穿孔方法。
3. 【請求項３】 前記水溶液の粘度が５〜１０，０００ｍ
   Ｐａ・ｓであることを特徴とする、請求項１又は２に記
   載の長尺鋼管フォアパイリングの穿孔方法。