JP2000186490A - 地山補強工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル掘削時に実施する長尺先受けの地山
先行補強において、トンネル断面を拡幅することなく、
高度な地山補強効果が得られる。 【解決手段】 基端部が削岩機に装着され先端部に補強
管に直接的若しくは間接的に係脱自在な削孔ビットを有
する削孔ロッドを補強管の内部に収容して、該削孔ビッ
トに該補強管を係合し、トンネル掘削等の切羽外周の地
山内を該補強管と該削孔ロッドを各々順次継ぎ足しなが
ら該削孔ビットで削孔していくことで、該補強管を地山
内に牽引しながら推進打設して存置させ、該補強管を通
して周囲の地山内に固化材を注入する地山補強工法にお
いて、該補強管の先頭管が弧状をなす鋼管で、該補強管
の後続管が直状の樹脂管であることを特徴とする地山補
強工法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は例えばトンネルや地
下空洞等の掘削時に適用される地山先行補強工法として
の先受け工法などの地山補強工法に関する。特に地質の
悪い条件下で適用可能な地山補強工法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のトンネル工事においては、地形、
地質上の理由から不安定な斜面部への坑口選定は避けて
いたが、近年では立地条件や地質の良否にかかわらず坑
口位置が計画される傾向にある。従来、地質条件の悪い
ところでは加背を小さくして施工し、切羽天端の自立性
向上に短尺のフォアポーリングを、切羽鏡部の自立性向
上に短尺の樹脂製ボルトを使用して、地山の安定性向上
を図っていたが、近年ではこのような場合にトンネル切
羽の前方地山に対して、予め長尺の先受け鋼管を使用す
る地山先受け工、長尺の樹脂製ボルトを使用する鏡部補
強工が多く行われている。

【０００３】これらの地山先受け工法、鏡部補強工法は
切羽前方地山を長尺に亘って拘束することで、地山の先
行ゆるみを抑制することを目的とし、従来の短尺のフォ
アポーリング、鏡部補強工に比べて先受け長が長いのが
特徴である。そして、この長尺の先受け鋼管による削孔
方式として各々の特徴を持った地山先受け工が実施さ
れ、長尺の樹脂製ボルトによる鏡部補強工も種々の形状
の樹脂ボルトを使用して実施されている。

【０００４】地山先受け工の例として注入式長尺先受け
工法（ＡＧＦ工法）がある。このＡＧＦ工法はトンネル
掘削に使用されるドリルジャンボ等により、削孔ロッド
の先端に装着した拡径ビットまたは鋼管の先端に装着し
たリングビットで、削岩機からフラッシング水を噴出し
ながら削孔し、３ｍ程度の鋼管を２重管方式の削孔を行
いながら順次継ぎ足して、長尺の鋼管を打設する事がで
きるものである。そして、全長に亘って打設した鋼管を
地山内に存置させ、鋼管を通し周囲の地山内に固化材を
注入して地山の安定性を高めている。

【０００５】図７は、ＡＧＦ工法によるトンネル地山先
受け工の概略施工状況図である。ＡＧＦ工法では、図に
省略したドリルジャンボ等により鋼管１をトンネル切羽
Ｆの鋼製支保工２の内側（図７における下方側）から打
設する。鋼管１の打設に際し、これから建て込まれる鋼
製支保工２の背面に対し最小限の離れで配置されるよう
にするため、切羽前方に５度程度の仰角Ｔをつけて打設
する。鋼製支保工２には打設角度を確保するため、ドリ
ルジャンボのガイドセル長分である６ｍ程度の断面拡幅
区間Ｓを設けて、切羽Ｆ直近に既に建て込まれた鋼製支
保工２の下端を定規とし、所定の間隔で全長に亘って鋼
管１を順次打設するのが本工法の特徴である。

【０００６】また、ＡＧＦ工法では前記鋼管の最後端部
の管を樹脂製管（塩化ビニル管）とし、これを地山内に
存置させるＡＧＦ−Ｐ工法も実施されている。図８は、
ＡＧＦ−Ｐ工法によるトンネル地山先受け工の概略施工
状況図である。ＡＧＦ−Ｐ工法でも、図に省略したドリ
ルジャンボ等で鋼管１をトンネル切羽Ｆ直近に既に建て
込まれた鋼製支保工２の内側から押し込むように打設す
る。その鋼管１を切羽前方にこれから建て込まれる鋼製
支保工２の背面へ配置されるようにし、鋼管１の最後端
部の管を樹脂製管(塩化ビニル管)１ａとして、その樹脂
製管１ａはトンネル掘削に伴う鋼製支保工２の建て込み
時に支障となる位置、例えば切羽前方３基（支保工２
ａ、２ｂ、２ｃの３本分）程度の範囲の地山内に支保工
建て込み時に撤去することを前提に仮埋設し、１０度程
度の仰角Ｔをつけて打設する。トンネル断面を拡幅区間
は設けずに、切羽Ｆ直近の鋼製支保工２の下端を定規と
して所定の間隔で打設し、最後端部の管以外は全長に亘
って鋼管１を使用するのが本工法の特徴である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述の注入式長尺先受
け工法（ＡＧＦ工法）は、鋼管をドリルジャンボ等によ
りトンネル切羽前方の鋼製支保工の背面へ最小限の離れ
により配置されるように５度程度の仰角をつけて打設す
るが、最小限の離れとなる打設角度を確保するために
は、ドリルジャンボのガイドセル長分の６ｍ程度の断面
拡幅区間を設ける必要があり、余掘りが大きくなってト
ンネル断面拡幅分のコンクリート等の材料およびトンネ
ル掘削等の作業量が増加することとなる。即ち、本来供
用に必要とされる断面よりも大きな空間を掘削し、それ
を支保、覆工するという無駄がかなり生じる。

【０００８】また、ＡＧＦ−Ｐ工法によるトンネル地山
先受け工は拡幅区間をトンネル断面に設けず、鋼管の最
後端部の管は後に撤去することを前提に樹脂製管（塩化
ビニル管）として、最後端部の樹脂製管は切羽前方３基
程度の範囲の地山内に位置して埋まるよう１０度程度の
仰角をつけて打設する必要があるため、オーバーラップ
区間（図８に図示した区間Ｗ）の鋼製支保工と鋼管との
離れＤが大きくなって、地山状況によってはこの部分の
鋼管下の地山がゆるみ、最後端部の樹脂製管（塩化ビニ
ル管）が強度的に維持しきれなくなったり、或いは地山
改良程度に問題が生じる。その場合、別途先受け補強が
必要となり補強材料及び作業量が増加することとなる。

【０００９】本発明は上記従来技術の問題点を解消する
ことを目的とするもので、トンネルや地下空洞等の掘削
時に実施する長尺先受けの地山先行補強において、トン
ネル断面を拡幅することなく、高度な地山補強効果が得
られる地山補強工法を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の地山補強工法
は、基端部が削岩機に装着され先端部に補強管に直接的
若しくは間接的に係脱自在な削孔ビットを有する削孔ロ
ッドを補強管の内部に収容して、該削孔ビットに該補強
管を係合し、トンネル掘削等の切羽外周の地山内を該補
強管と該削孔ロッドを各々順次継ぎ足しながら該削孔ビ
ットで削孔していくことで、該補強管を地山内に牽引し
ながら推進打設して存置させ、該補強管を通して周囲の
地山内に固化材を注入する地山補強工法において、該補
強管の先頭管が弧状をなす鋼管で、該補強管の後続管が
直状の樹脂管であることを特徴とする。

【００１１】更に、上記地山補強工法で、前記後続管に
用いる樹脂管としては、樹脂と強化用繊維とからなる繊
維強化樹脂管を用いるとよく、その樹脂としては例えば
不飽和ポリエステル、エポキシ、ビニルエステル等を用
いることができ、強化用繊維としては例えばガラス繊
維、カーボン繊維、アラミド繊維等を用いることができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】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。

【００１３】図１は本発明による地山補強工法の実施形
態として、先受け補強工法でのトンネル上半断面の先受
け補強状況を模式的に示した縦断面図である。図１に示
すようにトンネル上部の切羽近傍には、削岩機（ドリル
ジャンボ）１０が配置され、削岩機１０のガイドシェル
１０ａの先端は、既にトンネル掘削が済んで切羽鏡部１
５の直近に建て込まれた鋼製支保工１２ａの下端にセッ
トされている。

【００１４】トンネル縦断方向の切羽鏡部１５から直近
の鋼製支保工（H-200×200）１２ａの間の掘削壁面は一
次吹付けコンクリート（厚さｔ＝５０ｍｍ）１３で覆わ
れ、さらにそれより後方側で既に１ｍピッチに建て込ま
れた鋼製支保工１２間には二次吹付けコンクリート（厚
さｔ＝２００ｍｍ）１４が所定の被覆厚で施されてい
る。切羽鏡部１５には吹付けコンクリート（厚さｔ＝１
００ｍｍ）が施されており、切羽外周に沿った位置で鋼
製支保工１２ａの下端付近の所定位置の地山内には、予
め直径１２０ｍｍ、深さ３００ｍｍ程度の先行削孔され
た孔が施工されている（図示せず）。

【００１５】尚、その先行削孔された孔は、後述するよ
うに打設される補強管１１を通して管の周囲の地山内に
固化材を注入する際に、固化材のリークが生じるおそれ
のある鋼管周囲の口元部に、鋼管より大きめなリーク防
止用の空隙部を予め作ってシールするための孔である。

【００１６】ガイドシェル１０ａには打設される補強管
１１が装着されるが、この補強管１１は先頭管１１ａと
後続管１１ｂとからなり、先頭管１１ａは弧状をなす鋼
管、後続管１１ｂは直状の樹脂管である。先頭管１１ａ
及び後続管１１ｂは１本の長さが３〜３．５ｍ程度で、
これを４〜６本程度の複数本を順次接続して使用し、打
設される補強管１１の周囲の地山には、後述のように全
長に亘って固化材の注入によって改良ゾーンが形成さ
れ、先受け工としての地山補強効果が期待できることに
なる。

【００１７】ここで、補強管１１についてより詳細に説
明すると、先頭管１１ａは図２のような弧状の鋼管で、
その曲率半径はＲ＝３０ｍとしてある。その先端部には
管の回転を防止し一定の方向を向かせるスタビライザ１
１ａ1 が設けられ、後端部にはネジ或いはワンタッチジ
ョイントなどの接続部１１ａ2 （図示例はネジ式）が形
設されている。周囲の所定位置には、固化材の吐き出し
口であるストレーナ孔１１ａ3 が複数穿設されている。

【００１８】二番目以降の管である後続管１１ｂは図３
（ｂ）のような直状の樹脂管で、その先端部及び後端部
にはネジ或いはワンタッチジョイントの接続部１１ｂ1
（図示例はネジ式）が形設されている。周囲の所定位置
には、固化材の吐き出し口であるストレーナ孔１１ｂ2
が複数穿設されている。本実施形態の樹脂管は硝子繊維
強化樹脂（ＦＲＰ）からなるが、後続管１１ｂは不飽和
ポリエステル、エポキシ、ビニルエステル等の樹脂と、
ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維等の強化用繊
維とで構成すると、本発明で要求される追従性と高強度
を同時に実現でき好適である。

【００１９】後続管１１ｂ相互の接続は、例えば図３
（ａ）のように外径７０ｍｍ、内径６０ｍｍ、長さが３
ｍ等の硝子繊維強化樹脂製で、両端に断面欠損を最小限
とする断面Ｖ字型切削ねじ加工を施した接続部１１ｂ1
を設けた後続管１１ｂ相互を、アルミ製でＶ字凸型切削
ねじ加工を施したカプラ２０を使用して接続する。接続
時には樹脂系接着剤を塗布して接続部強度を向上させる
と好適である。後続管１１ｂと先頭管１１ａとの接続に
おいても、後続管１１ｂの接続部１１ｂ1 と先頭管１１
ａの接続部１１ａ2 とをカプラ２０を介して接続する。
上記補強管１１と後述する削孔ロッド１９を順次接続し
て、削孔と同時に全長に亘って推進打設し、高強度の補
強管１１を全長に亘って存置させることができる。

【００２０】また、補強管１１内には図４に示す如く、
先端に装着された削孔ビット１９ａとリングビット１７
で地山を削孔するため、打撃と回転力を伝達する削孔ロ
ッド１９が配置され、かつ削孔ロッド１９の後端は削岩
機１０に連結されている。削孔ロッド１９は通常のＡＧ
Ｆ工法で使用するものよりやや細めで、直状の曲がりボ
ーリング用ロッドである。本工法では削孔ロッド１９を
補強管１１内で若干撓ませながら追従させるので、場所
によっては補強管１１と触れるようなケースもあり得る
が、かような場合でも先端部分では削孔角度を保持する
必要がある。このため、削孔ロッド１９の先端近傍にガ
イドアダプタ１９ｂを設け、補強管１１と削孔ロッド１
９の軸方向を一致させるようにしている。又削孔ロッド
１９は補強管１１と略同一長さであり、補強管１１の継
ぎ足し時に削孔ロッド１９もスリーブを介して継ぎ足さ
れる。

【００２１】図５には補強管１１及び削孔装置の全体図
が示されている。先頭管１１ａの先端には削孔機能を有
するリングビット１７がケーシングシュ１８を介して取
り付けられ、先頭管１１内には削孔を補助する機能を有
する削孔ロッド１９が、その先端に装着された削孔ビッ
ト１９ａをリングビット１７内から先方側に突出させた
状態で収容されている。削孔ビット１９ａはリングビッ
ト１７とケーシングシュ１８に対して着脱可能に係合し
ており、削孔ロッド１９の基端側は削岩機１０のシャン
クロッド１０ｂにシャンクスリーブ１０ｃで接続されて
いる。

【００２２】これにより削孔動作時に削岩機１０からの
打撃力と回転力は、削孔ロッド１９を介して削孔ビット
１９ａとリングビット１７に伝達され、削岩機１０のフ
ィード動作に伴い削孔ロッド１９はガイドシェル１０ａ
上をスライドして削孔を施し、その削孔に伴って削孔ビ
ット１９ａがリングビット１７、ケーシングシュ１８を
介して係合中の補強管１１を牽引しながら補強管１１の
推進打設が行われる。なお削孔ビット１９ａが補強管を
直接牽引する構成とすることもできる。

【００２３】そして、削孔ビット１９ａで地山を削孔し
て補強管１１を打設する際は、ガイドシェル１０ａを切
羽鏡部１５の先行削孔位置から切羽前方内の所定位置の
鋼製支保工１２の上で、補強管１１が通る所定の仰角に
設定して補強管１１を打設する。図１ではガイドシェル
１０ａの先端がセットされた切羽前方の地山内に、既に
４本の補強管１１が順次連結されて打設された状態を示
している。

【００２４】上記削孔時には削岩機１０からの動力を削
孔ロッド１９が伝達し、削孔ビット１９ａ及びリングビ
ット１７で削孔を行い、これと共に補強管１１ａ、１１
ｂを推進打設することになる。この際、リングビット１
７は補強管１１の外径より大径な孔を先導削孔する状態
となるため補強管１１は円滑に牽引される。即ち、鋼管
よりなる先頭管１１ａは回転することなく、弧状に湾曲
した状態で削孔内に順次進入していき、樹脂管よりなる
後続管１１ｂは先頭管１１ａに追従して順次弧状に湾曲
しながら削孔内に進入する。

【００２５】従って、孔先頭に位置する削孔ビット１９
ａの牽引動作とリングビット１７の先導拡径によって、
何ら問題なく地山中の所定位置に所定の湾曲状態で打設
することが可能となる。尚、本実施形態では削孔ビット
１９ａとリングビット１７で削孔を施したが、削孔ビッ
ト１９ａを拡径・縮径自在な拡径ビットにして削孔する
構成としてもよい。

【００２６】よって、図１で破線で示した新たな鏡部１
５’位置までトンネル掘進を行っていく過程において順
次支保工１２を建て込むときに、本地山補強工法では同
じ打設角度で直状に打設したものに比べて支保工からの
離れが小さく（５０ｃｍ程度）、掘削すべき箇所におい
て高度な地山補強効果が得られ、更に最小限の離れでの
支保工の建て込みはトンネル断面を拡幅せずとも行うこ
とができ、安定的なトンネル掘削が可能である。又、打
設された後続管１１ｂは繊維強化樹脂製なので、支保工
建て込みに障害となる部分は掘削の過程で順次容易に削
り取りながら掘進できて作業も効率化する。

【００２７】尚、補強管１１の打設完了後には、削孔ビ
ット１９ａを逆転させることによってリングビット１７
とケーシングシュ１８に対する係合状態を解除し、削孔
ロッド１９をこれらから離脱させ、削孔ビット１９ａを
も含めて削孔ロッド１９を補強管１１から抜き取って回
収する。そして、削孔ロッド１９の抜き取り後の補強管
１１内の空間は固化材の注入流路として使用する。

【００２８】次に、補強管１１を通して周囲の地山内に
固化材を注入する作業を行う。本実施形態ではトンネル
切羽位置での注入工法例として、後注入方法のバルブ注
入方式を採用して行う。

【００２９】図６はバルブ注入方式の一例を示すもの
で、まず全長に亘って存置された補強管１１の端末管１
１ｂの後端部と前記先行削孔部の隙間（口元部）を、ウ
レタン系薬液を浸したウエス２１等でシールすることで
固化材のリークを防止する。

【００３０】そして、全長に亘って存置された補強管１
１を注入管として固化材の注入を行う。このため補強管
１１には、図５（ｂ）に示すように予め所定間隔にスト
レーナ孔１１ａ3、１１ｂ2 を形成してある。その補強
管１１の端末管の後端部には注入バルブ２２を取付け、
注入装置２３に接続された注入ホース２４から注入バル
ブ２２を介して補強管１１内に固化材を導入する。補強
管１１内に導入された固化材は、補強管１１のストレー
ナ孔１１ａ3、１１ｂ2 から順次吐出し、地山内に注入
されて固化することにより補強管１１とその周囲の地山
が一体となって補強されることになる。

【００３１】

【発明の効果】以上の如く本発明の地山補強工法は、曲
がり先受け工が可能で、同じ打設角度で直状に打設した
ものに比べて離れが小さいことから、トンネル断面を拡
幅する必要がないと共に、掘削すべき箇所において高度
な地山補強効果が得られるものである。

【００３２】更に、本発明の地山補強工法における補強
管は、先頭管のみ曲げ加工を施した特殊形状の鋼管で、
後続管は樹脂の可撓性を利用して補強管打設形状に合わ
せ追従する形で打設できるものであるから、打設長の変
更に容易に追従することができるなど施工の自由度が高
く、コストも低減されるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による地山補強工法の一実施形態を示し
た施工概要図。

【図２】先頭管の正面図。

【図３】（ａ）後続管の接続例を示した正面図。 （ｂ）後続管の一例を示した正面図。

【図４】削孔ロッドを収容した状態の補強管の断面図。

【図５】補強管及び削孔装置の一例を示した全体図。

【図６】バルブ注入方式を示した横断面図。

【図７】従来のＡＧＦ工法による鋼管先受け工法の一例
を示した施工概要図。

【図８】従来のＡＧＦ−Ｐ工法による鋼管先受け工法の
一例を示した施工概要図。

【符号の説明】

１０ 削岩機 １１ａ 先頭管 １１ｂ 後続管 １２ 鋼製支保工 １５ 切羽鏡部 １９ 削孔ロッド １９ａ 削孔ビット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000129758 株式会社ケー・エフ・シー 大阪府大阪市北区西天満３丁目２番17号 (72)発明者 御手洗 良夫 東京都新宿区津久戸町２−１ 株式会社熊 谷組内 (72)発明者 松尾 勉 東京都新宿区津久戸町２−１ 株式会社熊 谷組内 (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 渡辺 伸弘 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 遠藤 徳広 東京都港区西新橋３−２−１ 東邦金属株 式会社内 (72)発明者 羽馬 徹 東京都港区芝２−５−10 株式会社ケー・ エフ・シー内 Ｆターム(参考） 2D054 AC15 BA03 FA02

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基端部が削岩機に装着され先端部に補強
   管に直接的若しくは間接的に係脱自在な削孔ビットを有
   する削孔ロッドを補強管の内部に収容して、該削孔ビッ
   トに該補強管を係合し、トンネル掘削等の切羽外周の地
   山内を該補強管と該削孔ロッドを各々順次継ぎ足しなが
   ら該削孔ビットで削孔していくことで、該補強管を地山
   内に牽引しながら推進打設して存置させ、該補強管を通
   して周囲の地山内に固化材を注入する地山補強工法にお
   いて、 該補強管の先頭管が弧状をなす鋼管で、該補強管の後続
   管が直状の樹脂管であることを特徴とする地山補強工
   法。
2. 【請求項２】 前記後続管が樹脂と強化用繊維とから構
   成されていることを特徴とする請求項１記載の地山補強
   工法。