JP2000314291A - フレキシブルパイプ及びトンネル地山の補強方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】地山の安定化が可能であると共に、トンネル掘
削後の撤去及び回収が容易なフレキシブルパイプ及びト
ンネル地山の補強方法を提供する。 【解決手段】トンネル掘削時に地山の補強に用いるため
のフレキシブルパイプ１であって、鋼製のパイプ本体１
０の所定の位置に被折断部分１４を設け、この被折断部
分の折断強度を地山の特性に対応させてコントロールす
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネルの掘削に
際して切羽面又は天端部の補強用として地山に挿入する
フレキシブルパイプと、このフレキシブルパイプを使用
したトンネル地山の補強方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネル掘削においては、切羽面を補強
するため鏡ロックボルトが使用されている。そして、ト
ンネル掘削が進むに従って、新たに形成された切羽面か
ら鏡ロックボルトが露出するので、露出した分だけ折断
して撤去している。これは、鏡ロックボルトの折断片が
産業廃棄物となるため、これが掘削ずりに混入すると掘
削ずりの処理が面倒になるからである。

【０００３】従来、この鏡ロックボルトとしてグラスフ
ァイバーボルトなどが使用されていた。これは、鏡ロッ
クボルトに必要な張力を確保できると同時に、折断が容
易なためである。

【０００４】この鏡ロックボルトを設置する場合には、
まず、掘削すべきトンネルの切羽面にボルト挿入孔を穿
設し、このボルト挿入孔に補強材充填パイプを奥まで挿
入する。次に、補強材充填パイプを用いてモルタル等の
補強材をボルト挿入孔に充填しながら、補強材充填パイ
プを引き抜く。次にモルタルの充填されたボルト挿入孔
に、鏡ロックボルトを挿入する。そして、トンネル掘削
が進むと切羽面から鏡ロックボルトが露出するので、こ
れを折断して撤去していた。

【０００５】一方、トンネル掘削の穿孔沈下防止並びに
天端部の崩落防止に、ミニパイプルーフ工法が行われて
いる。このミニパイプルーフ工法は、天端部に沿って複
数の鋼管を斜めに差し込み、この鋼管を用いて地山にモ
ルタル等の補強材を充填して円弧状のルーフを形成する
ものである。このミニパイプルーフ工法では、鋼管の後
端に塩ビ管を接続し、トンネルの掘削によってトンネル
内面に露出した塩ビ管をブレーカによって折断して撤去
していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
鏡ロックボルト及びミニパイプルーフ工法用のパイプ
は、撤去時の折断を容易にするために、ＦＲＰや塩ビ管
などを使用していた。これらのＦＲＰや塩ビ管などは比
較的弾性があって変形しやすいので、地山の土圧が高い
場合には鏡ロックボルトやパイプが変形して地山が弛む
おそれがあった。また、折断位置が一定しないので、場
合によっては地山の内部で折断されることがあり、この
場合にはその周囲の地山が剥落するおそれがあった。

【０００７】更に、鏡ロックボルト及びパイプの折断片
が比較的小さくなるので、これらの折断片が掘削ずりに
混入すると回収が面倒で手間がかかるという問題があっ
た。本発明の目的は、このような問題点を解決するため
になされたものであり、地山の安定化が可能であると共
に、トンネル掘削後のフレキシブルパイプの折断片の撤
去及び回収が容易なフレキシブルパイプ及びトンネル地
山の補強方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明はフレキシブルパ
イプ及びトンネル地山の補強方法であり、前述の技術的
課題を解決するために以下のように構成されている。す
なわち、本発明は、トンネル掘削時に地山の補強に用い
るためのフレキシブルパイプであって、鋼製のパイプ本
体の所定の位置に被折断部分を設け、前記被折断部分の
折断強度を前記地山の特性に対応させてコントロールす
ることを特徴とする。

【０００９】前記被折断部分は、前記パイプ本体の周壁
に設けた溝又はスリットとすることができ、前記被折断
部分は、前記パイプ本体を前記地山に挿入したときに前
記地山の土圧で折断されず、且つ前記被折断部分の折断
時に加える力で前記地山が弛まないように強度をコント
ロールすることができ、前記被折断部分は、前記トンネ
ルの１掘進工程の掘削長に対応させて配置することがで
きる。

【００１０】また、本発明のトンネル地山の補強方法
は、上述したいずれかのフレキシブルパイプを、トンネ
ルの地山に挿入した後、前記トンネルの掘削によってト
ンネル内面から露出した前記フレキシブルパイプの一部
を、前記被折断部分から折断することを特徴とする。

【００１１】前記トンネルの地山は、切羽面又は天端部
とすることができる。 （作用）本発明に係るフレキシブルパイプ及びトンネル
地山の補強方法によれば、フレキシブルパイプが鋼製な
ので剛性が高く、地山から土圧を受けても変形しないた
め、地山がゆるむのを防止できる。また、地山の特性に
対応させて被切断部分の強度をコントロールするので、
各種の地質の地山に対応することができる。更に、溝又
はスリットの形状や寸法を変えることによって、被折断
部分の強度を容易にコントロールすることができる。

【００１２】更に、被折断部分の位置をトンネルの１掘
進の長さに対応させた場合には、地山に挿入した複数の
フレキシブルパイプの被折断位置をトンネル掘削後に形
成された地山の表面と一致させることができ、この場合
にはフレキシブルパイプが地山の内部で折断されること
がないので、地山の剥落を防止できる。また、この場合
にはフレキシブルパイプの折断片が長くなるのでその回
収が容易になる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るフレキシブル
パイプ及びトンネル地山の補強方法の実施の形態につい
て、図示を参照して詳細に説明する。

【００１４】（第１実施形態）図１は、本発明に係る第
１実施形態のフレキシブルパイプ１を示す図である。こ
のフレキシブルパイプ１は、適宜な直径及び長さの鋼製
のパイプ本体１０の片端部に連結用のネジ１１が設けら
れると共に、パイプ本体１０には適宜な位置に補強材注
入用として複数の注入孔１３が設けられている。また、
パイプ本体１０の外周面には、複数の被折断部分１４が
設けられている。

【００１５】本実施の形態では、図２に示すように被折
断部分１４に断面がコ字状の凹溝１２を設けることによ
り、フレキシブルパイプ１を挿入する地山の特性に対応
させて被折断部分１４の折断強度を設定している。被折
断部分１４の折断強度は、凹溝１２の幅ｂ又は深さｄを
変えることによって任意にコントロールすることができ
る。

【００１６】被折断部分１４は、本実施の形態では、フ
レキシブルパイプ１をトンネルの地山に挿入したとき
に、地山から受ける土圧では折断されず、且つ、被折断
部分１４を折断するときには、折断のために加える力で
周辺の地山が弛まないように、その強度がコントロール
されている。

【００１７】実際に被折断部分１４の強度を設定する場
合には、地山の特性や土圧を測定などによって求め、こ
の結果を考慮して被折断部分１４の強度計算を通常の計
算方法に従って行えばよい。

【００１８】また、被折断部分１４を設ける位置は、ト
ンネル掘削時の１掘進の掘削長さに合わせて設定されて
いる。すなわち、フレキシブルパイプ１のネジ１１の反
対端から、トンネルの１掘進の掘削長さ毎に被折断部分
１４が設けられている。なお、フレキシブルパイプ１を
単品で使用する場合には、連結用のネジ１１を省略する
ことができる。また、被折断部分１４の溝の断面形状
は、コ字状に限らずＶ字状、Ｕ字状など任意の形状とす
ることができる。

【００１９】（第２実施形態）上述した第１実施形態の
フレキシブルパイプ１においては、パイプ本体１０に断
面がコ字状の凹溝１２を設け、パイプ本体１０の肉厚を
薄くすることによって、被折断部分１４を形成したが、
図３に示す第２実施形態のフレキシブルパイプ２のよう
に、パイプ本体１０に所定の幅ｂ及び深さｈのスリット
２２を設けることにより、被折断部分２４を形成するこ
とができる。この場合には、スリット２２の幅ｂ及び深
さｈを変えることにより、被折断部分２４の強度をコン
トロールすることができる。

【００２０】（第３実施形態）次に、上述のフレキシブ
ルパイプ１又は２を使用したトンネル地山の補強方法
を、切羽面に適用した場合について、図４〜図１９を参
照して詳細に説明する。なお、ここでは第１の実施の形
態のフレキシブルパイプ１を使用し、このフレキシブル
パイプを押し込み方式で地山に挿入する場合について説
明するが、フレキシブルパイプを引き込み方式など他の
方法で地山に挿入する場合にも、本発明を適用すること
ができる。

【００２１】この切羽面の補強方法においては、図４に
示すように穿孔機３１を使用してフレキシブルパイプ１
を切羽面７０ａに挿入する。穿孔機３１はドリフタとし
て形成されたものであり、ガイドスライド３３に前後摺
動可能に設置されている。ガイドスライド３３の先端に
は、セントライザ３４が立設されている。

【００２２】穿孔機３１の回転軸３２には、スリーブ３
８が螺着されている。このスリーブ３８の先端には、両
端部にネジ（図示せず）を設けたロッド４１の後端が螺
着されている。ロッド４１の先端には、図５にも示すよ
うに穿孔ビット４６が螺着されている。

【００２３】穿孔ビット４６は、図６に示すようにヘッ
ドステム４７を有し、このヘッドステッム４７の基部に
は突子４８が設けられている。また、ヘッドステム４７
には、図７に示すように回転ピン４９が設けられてお
り、ヘッドステム４７に外嵌されたヘッドスリーブ５０
はヘッドステム４７に対して回転不能に、且つ、所定の
範囲に前後摺動可能となるように外嵌されている。

【００２４】ヘッドスリーブ５０の先端には、パイロッ
トビット５３が設けられている。また、このヘッドスリ
ーブ５０には拡径ビット５１が設けられている。この拡
径ビット５１は、図６に示すようにヘッドステム４７が
ヘッドスリーブ５０に押し込まれた位置でヘッドスリー
ブ５０の側方に突出し、図７に示すようにヘッドステム
４７がヘッドスリーブ５０から引き出された位置で、ヘ
ッドスリーブ５０内に収まるように形成されている。

【００２５】パイロットビット５３の先端部中央には正
面ブロー孔５４が設けられ、側面には直角方向を向いた
横向きブロー孔５５と、斜め後方を向いた後方向きブロ
ー孔５６が設けられている。なお、穿孔ビット４６は、
地山が軟らかい場合には拡径ビット５１を省くことがで
きる。このように地山が軟らかい場合には、パイロット
ビット５３の先端部で穿孔した孔７１（図１６）を、横
向きブロー孔５５から噴出される横向きブローによって
拡径することができるからである。

【００２６】図４のロッド４１が回転可能に挿通される
パイプ挿入具６５は、図８に示すようにその大部分の外
径がフレキシブルパイプ１の外形と同一であり、その先
端は小径部６６に形成されている。これにより、パイプ
挿入具６５の小径部６６をフレキシブルパイプ１の後端
に挿入可能になっている。これとは反対に、パイプ挿入
具６５の先端を大径に形成すると共に、その内面をテー
パ状に形成することにより、フレキシブルパイプ１の後
端に外嵌することももできる。

【００２７】このように構成された穿孔機３１を設置す
る場合は、図９に示すようにガイドスライド３３の後端
に後退させ、穿孔機３１の回転軸３２にスリーブ３８を
螺着する。次に、図１０に示すように、ロッド４１をセ
ントライザ３４に挿通し、ロッド４１の後部をパイプ挿
入具６５に回転可能に挿通する。そして、図１１に示す
ようにロッド４１の後端をパイプ挿入具６５を介してス
リーブ３８に螺着し、ロッド４１の先端に穿孔ビット４
６を螺着する。

【００２８】次に、図１２に示すように穿孔ビット４６
に拡径ビット５１を収めた状態（図７）で、ロッド４１
にフレキシブルパイプ１を外嵌し、このフレキシブルパ
イプ１の後端をパイプ挿入具６５の先端の小径部６６に
外嵌して螺着する。

【００２９】次に、図１３に示すように、穿孔機３１を
切羽面７０ａの直前の所定の穿孔位置に配置する。次
に、図１４に示すように穿孔機３１のガイドスライド３
３を伸ばしたまま、ロッド４１（図１２）とフレキシブ
ルパイプ１を前進させながら、ロッド４１及び穿孔ビッ
ト４６（図１３）を回転させて地山７０に孔７１を穿孔
する。

【００３０】この穿孔ビット４６による穿孔では、図１
５に示すようにパイロットビット５３の回転による穿孔
で発生したスライム７２を、正面ブロー孔５４（図６）
から噴出する正面向きブローによって後方に送られる。
また、穿孔された孔７１は、横向きブロー孔５５（図
６）から噴出された横向きブローによって拡大される。

【００３１】さらに、横向きブローによって拡大された
孔７１は、拡径ビット５１（図６）によって、確実に拡
大した円筒形状に穿孔される。そして、それまでの穿孔
によって発生したスライム７２は、後向きブロー孔５６
から噴出された後向きブローによって孔７１の外部に送
り出される。

【００３２】このようにして孔７１の穿孔が完了した
後、図１５に示すように、フレキシブルパイプ１内のス
ライム７２を排出するため、ロッド４１の回転を止めず
に、穿孔ビット４６の後端が孔７１の口元に達するまで
穿孔機３１を後退させ、ロッド４１を抜き出してスライ
ム７２を排出させる。

【００３３】そして、図１６に示すように、ロッド４１
を孔７１から完全に抜き出してロッド４１及びパイプ挿
入具６５を回収する。このとき、孔７１内の口元より奥
の部分に、フレキシブルパイプ１を残置する。これによ
り、孔７１の穿孔と、補強材を注入するためのフレキシ
ブルパイプ１の設置が終了する。同様にして、図１７に
示すように切羽面７０ａに複数のフレキシブルパイプ１
を設置する。

【００３４】ここでは、フレキシブルパイプ１を地山７
０に挿入するために、フレキシブルパイプ１の前方にあ
る穿孔ビット４６で孔７１を穿孔しながら、同時にフレ
キシブルパイプ１を孔７１に引き込むので、フレキシブ
ルパイプ１に被折断部分１４を設けても挿入途中で被折
断部分１４が折断されるようなことはない。

【００３５】フレキシブルパイプ１の設置が終了する
と、図１８に示すようにフレキシブルパイプ１を介して
地山７０に補強材として、例えばセメントミルクの注入
が行われる。これにより、地山７０にフレキシブルパイ
プボルト９０が形成される。

【００３６】この後、図１９に示すようにトンネル８５
が１掘進分だけ掘削され、その掘削長Ｌだけ切羽面７０
ａが前進する。これにより、地山７０に挿入されている
フレキシブルパイプ１の最初の被折断部分１４より後の
部分が切羽面７０ａから露出する。そこで、この露出し
たフレキシブルパイプ１の後端縁に所定の力をかけて、
被折断部分１４から折断する。折断された折断片１ａ
は、従来よりかなり大きくなる。

【００３７】この後、トンネル８５の壁部にコンクリー
トを吹き付けてコンクリート覆工９１を形成する。以下
同様にして、トンネル８５の１掘進の掘削、フレキシブ
ルパイプ１の被折断部分１４からの折断、トンネル覆工
９１の形成を繰り返す。地山７０に埋設されているフレ
キシブルパイプ１が全て除去されたら、別のフレキシブ
ルパイプ１を埋設して上述と同様の処理を行う。

【００３８】上述のように、本発明に係る自穿孔型切羽
面安定化工法によれば、フレキシブルパイプ１が鋼製な
ので、地山７０の土圧を受けても変形しないため、地山
７０が弛むのを防止できる。また、フレキシブルパイプ
１の被折断部分１４の強度が地山７０から受ける土圧で
は折断せず、且つ折断時に加える力で地山７０が弛まな
い程度に設定されているので、被折断部分１４の折断時
に地山７０が剥落することを防止できる。

【００３９】更に、全てのフレキシブルパイプ１が切羽
面７０ａとほぼ一致した同じ位置で折断され、地山７０
の内部で折断されることがないので、地山７０が剥落す
ることがなく、これにより切羽面７０ａを安定化するこ
とができる。また、フレキシブルパイプ１の折断片１ａ
は比較的長くなるので、これが掘削ずりに混入した場合
でも回収するのが容易であり、産業廃棄物が掘削ずりに
混入するのを防止できる。

【００４０】（第４実施形態）次に、上述のフレキシブ
ルパイプ１を使用したトンネル地山の補強方法を、トン
ネルの天端部に適用した場合について、図２０及び図２
１を参照して詳細に説明する。

【００４１】この天端部の補強方法では、図２０に示す
ように掘削すべきトンネル１００の天端部を形成する地
山１０１に、傾斜角θが例えば５度となるようにパイプ
挿入孔１０２を放射状に穿設する。そして、このパイプ
挿入孔１０２に上述のフレキシブルパイプ１を挿入し、
このフレキシブルパイプ１を介して地山１０１に補強材
として例えばセメントミルクを注入することにより、フ
レキシブルパイプボルト１０３を形成する。

【００４２】これにより、図２１に示すようにトンネル
１００の天端部にミニパイプルーフ１０４を形成する。
なお、フレキシブルパイプボルト１０３は、上述の第３
実施形態と同様にして形成することができ、その詳細な
説明は省略する。

【００４３】ここで、地山１０１に埋設されたフレキシ
ブルパイプ１（図２０）は、トンネル１００の掘削され
ない地山１０１に設置されているが、フレキシブルパイ
プ１の後端部は、トンネル１００の掘削によって新たに
形成されたトンネル内周面に露出する。そこで、この露
出したフレキシブルパイプ１の後端部を被折断部分１４
から折断する。

【００４４】被折断部分１４の位置は、トンネル１００
の１掘進の長さＬに対応させて設定し、トンネル１００
の１掘進終了時の切羽面１０１ａと、被折断部分１４と
がほぼ一致するようにしておく。フレキシブルパイプ１
を被折断部分１４から折断した後、トンネル１００の内
周面にコンクリートを吹き付けてコンクリート覆工１０
６を形成する。なお、図中の符号１０７は支保工であ
る。

【００４５】被折断部分１４は折断する部分にだけ設け
れば良く、フレキシブルパイプ１の全長に設ける必要は
ない。また、長尺なフレキシブルパイプ１を使用する場
合には、複数のパイプを連結して後端部のパイプにだけ
被折断部分１４を設けることができる。なお、フレキシ
ブルパイプ１に代えて上述のフレキシブルパイプ２を使
用することもできる。

【００４６】この天端部の補強方法においても、上述の
切羽面の補強方法と同様に、地山１０１の安定化、産業
廃棄物の掘削ずりへの混入防止などの効果がある。な
お、本発明は、トンネルの切羽面及び天端部に限らず、
各種の地山の補強に適用することができる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
地山に挿入するフレキシブルパイプが鋼製なので、地山
から土圧を受けても変形しないため、地山のゆるみをな
くして安定化することができる。また、フレキシブルパ
イプが地山から土圧を受けても被折断部分が折断されな
いので、地山の補強を確実に行うことができると共に、
被折断部分を折断するために力を加えても周辺地山がゆ
るむのを防止できる。

【００４８】更に、地山に挿入した複数のフレキシブル
パイプの被折断位置を地山の表面に合わせることがで
き、この場合にはフレキシブルパイプが地山の内部で折
断されることがないので、地山の剥落を防止できる。ま
た、被折断部分の位置をトンネルの１掘進の長さに対応
させた場合には、折断片が長くなるのでその回収が容易
になり、産業廃棄物が掘削ずりに混入するのを防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るフレキシブルパイプを示す図であ
る。

【図２】本発明に係るフレキシブルパイプの被折断部分
を示す断面図である。

【図３】本発明に係るフレキシブルパイプの別の被折断
部分を示す断面図である。

【図４】本発明に係る穿孔機を示す図である。

【図５】本発明に係る穿孔機のロッドを示す図である。

【図６】本発明に係る穿孔機の穿孔ビットの収納状態を
示す図である。

【図７】本発明に係る穿孔機の穿孔ビットの伸延状態を
示す図である。

【図８】本発明に係る穿孔機のパイプ挿入具を示す図で
ある。

【図９】本発明に係る穿孔機の設置状態を示す図であ
る。

【図１０】本発明に係る穿孔機のロッド及びパイプ挿入
具の装着状態を示す図である。

【図１１】本発明に係る穿孔機の穿孔ビットの取り付け
状態を示す図である。

【図１２】本発明に係る穿孔機とフレキシブルパイプの
装着方法を示す図である。

【図１３】本発明に係る自穿孔型切羽面安定化工法を説
明する図である。

【図１４】本発明に係る自穿孔型切羽面安定化工法を説
明する図である。

【図１５】本発明に係る自穿孔型切羽面安定化工法を説
明する図である。

【図１６】本発明に係る自穿孔型切羽面安定化工法を説
明する図である。

【図１７】本発明に係る自穿孔型切羽面安定化工法を説
明する図である。

【図１８】本発明に係る自穿孔型切羽面安定化工法を説
明する図である。

【図１９】本発明に係る自穿孔型切羽面安定化工法を説
明する図である。

【図２０】本発明に係る自穿孔型ミニパイプルーフ工法
を説明する図である。

【図２１】本発明に係る自穿孔型ミニパイプルーフ工法
を説明する図である。

【符号の説明】

１、２ フレキシブルパイプ １２ 凹溝 １４、２４ 被折断部分 ２２ スリット ７０、１０１ 地山 ７０ａ、１０１ａ 切羽面 ８５、１００ トンネル

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル掘削時に地山の補強に用いるた
   めのフレキシブルパイプであって、 鋼製のパイプ本体の所定の位置に被折断部分を設け、 前記被折断部分の折断強度を前記地山の特性に対応させ
   てコントロールすることを特徴とするフレキシブルパイ
   プ。
2. 【請求項２】 前記被折断部分は、前記パイプ本体の周
   壁に設けた溝又はスリットであることを特徴とする請求
   項１に記載のフレキシブルパイプ。
3. 【請求項３】 前記被折断部分は、前記パイプ本体を前
   記地山に挿入したときに前記地山の土圧で折断されず、
   且つ前記被折断部分の折断時に加える力で前記地山が弛
   まないように強度をコントロールすることを特徴とする
   フレキシブルパイプ。
4. 【請求項４】 前記被折断部分は、前記トンネルの１掘
   進工程の掘削長に対応させて配置することを特徴とする
   請求項１又は２に記載のフレキシブルパイプ。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載のフレキ
   シブルパイプを、トンネルの地山に挿入した後、前記ト
   ンネルの掘削によってトンネル内面から露出した前記フ
   レキシブルパイプの一部を、前記被折断部分から折断す
   ることを特徴とするトンネル地山の補強方法。
6. 【請求項６】 前記トンネルの地山は、切羽面であるこ
   とを特徴とする請求項５に記載のトンネル地山の補強方
   法。
7. 【請求項７】 前記トンネルの地山は、前記トンネルの
   天端部であることを特徴とする請求項５に記載のトンネ
   ル地山の補強方法。