JP2000320288A - トンネルの構築方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】地山の先行変位に起因する荷重を、地山に分散
することが出来、先行建て込み支保工で支持する必要の
ない、トンネルの構築方法を提供すること。 【解決手段】切羽前方に、該切羽に先行する形で導坑
（１６）を掘削し、導坑（１６）から鋼管（９）をトン
ネル掘削方向と交差する方向に打設して、鋼管（９）か
ら周囲地山（７）に対して地盤改良材を注入して周囲地
山の地盤改良を行って、鋼管（９）と改良された地山
（７）により人工地山アーチ（６）を構築し、人工地山
アーチ（６）を利用してトンネル（１）の本坑の掘削を
行うトンネルの構築方法において、鋼管（９）に、本坑
の掘削に伴って切羽前方に発生する地山の先行変位を吸
収する先行変位吸収手段（１２、１５など）を設け、先
行変位吸収手段により、鋼管（９）が負担する荷重を減
少させるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、本坑の切羽前方
に、該切羽に先行する形で支保工を構築し、該支保工を
利用してトンネルの本坑の掘削を行う場合に適用するに
好適な、トンネルの構築方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、本坑の切羽前方に、該切羽に先行
する形で導坑を掘削し、該導坑から孔空き鋼管などの鋼
管をトンネル掘削方向と交差する方向に打設して、該孔
空き鋼管から周囲地盤に対して地盤改良材を注入して地
盤改良を行って、先行建て込み支保工とし、該先行建て
込み支保工を利用してトンネルの本坑の掘削を行う方法
が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図２は、地山の変形に
起因して支保工が受ける荷重を示す図である。

【０００４】このように、本坑の切羽の前方に先行建て
込み支保工を設けると先行建て込み支保工が負担する荷
重Ｗ２は、通常のトンネル掘削の場合のように、本坑の
切羽掘削の後に支保工を設けた場合に当該支保工が負担
する荷重Ｗ１よりも、大きくなる。

【０００５】これは、先行建て込み支保工が、未だ本坑
が掘削されていない状態の地山に建て込まれるために、
支保工を建て込んだ後に本坑の切羽が掘削された際に、
該切羽の前方の地山部分に生じる地山の初期緩みまでを
支持負担することとなるためである（切羽掘削の後に支
保工を設けた場合には、地山の初期緩みは地山自体に吸
収されるので、支保工で支持する必要はない）。

【０００６】これでは、先行建て込み支保工として、従
来の本坑の切羽掘削の後に設ける支保工よりも高強度の
ものが必要となり、より多くの資材が必要となるばかり
か、構築工数も増大してしまう不都合が生じる。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑み、支保工を建て
込んだ後に切羽が掘削された際に切羽の前方で生じる地
山の初期緩み（以下、単に「先行変位」と称する）に起
因する荷重を、地山に分散することが出来、先行建て込
み支保工で支持する必要のない、トンネルの構築方法を
提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、切羽
前方に、該切羽に先行する形で導坑（１６）を掘削し、
該導坑（１６）から鋼管（９）をトンネル掘削方向と交
差する方向に打設して、該鋼管（９）から周囲地山
（７）に対して地盤改良材を注入して周囲地山の地盤改
良を行って、鋼管（９）と該改良された地山（７）によ
り人工地山アーチ（６）を構築し、該人工地山アーチ
（６）を利用してトンネル（１）の本坑の掘削を行うト
ンネルの構築方法において、前記鋼管（９）に、前記本
坑の掘削に伴って切羽の前方で発生する地山の先行変位
を吸収する先行変位吸収手段を設け、該先行変位吸収手
段により、前記鋼管が負担する荷重を減少させるように
して構成される。

【０００９】請求項２の発明は、前記鋼管（９）は、前
記導坑（１６）を両側から挟む形で設けられた２本の鋼
管（９ａ、９ｂ）及び、それら鋼管を前記導坑（１６）
中で互いに接近自在に接続する鞘管（１２）を有し、前
記先行変位吸収手段は、前記鞘管（１２）及び該鞘管に
接続された２本の鋼管（９ａ、９ｂ）から構成される。

【００１０】請求項３の発明は、前記先行変位吸収手段
は、前記鋼管（９）の地山側の先端部（９ｄ）に、スラ
イド管（９ｅ）を該鋼管に沿って移動自在に設けたスラ
イド機構（９ｆ）として構成される。

【００１１】請求項４の発明は、前記先行変位吸収手段
は、前記鋼管（９）の地山側の先端部（９ｄ）と地山
（７）との間に設けられた変形可能部材（１９）として
構成される。

【００１２】請求項５の発明は、前記先行変位吸収手段
は、前記鋼管（９）の内外周部に形成された周囲地山に
対する縁切り層として構成される。

【００１３】［作用］上述した構成により、本発明は、
先行変位吸収手段が、本坑の掘削に伴って、本坑の切羽
の前方に発する先行変位を吸収し、鋼管（９）に該先行
変位の発生に伴う荷重が作用しないように作用する。

【００１４】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、先行変位吸収
手段が、本坑の掘削に伴って、本坑の切羽の前方に発す
る地山の先行変位を吸収し、鋼管（９）に該先行変位の
発生に伴う荷重が作用しないようにする事が出来る。従
って、鋼管（９）は、本坑の切羽が通過した後の地山
（７）の荷重を支持すればよいので、本坑の切羽が通過
した後に建て込む通常の支保工と同程度の強度で済み、
使用資材及び構築工数の増大を防止することが出来る。

【００１５】請求項２の発明によれば、先行変位吸収手
段を導坑（１６）内に配置することが出来、鋼管（９、
９ａ、９ｂ）の構築を容易に行うことが出来る。

【００１６】請求項３の発明によれば、スライド機構
（９ｆ）が、先行変位を吸収することが出来る。

【００１７】請求項４の発明によれば、変形可能部材
（１９）が、先行変位を吸収することが出来る。

【００１８】請求項５の発明によれば、縁切り層が、先
行変位を吸収することが出来る。

【００１９】なお、括弧内の番号等は、図面における対
応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述
は図面上の記載に限定拘束されるものではない。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明が適用されるトン
ネル断面の一例を示す図、図３は、孔空き鋼管の接続部
の構造の一例を示す図、図４は孔空き鋼管先端部の構造
の一例を示す図、図５は本発明が適用されるトンネルの
一例を示す斜視図である。

【００２１】トンネル１は、図１及び図５に示すよう
に、インバート２及び２次覆工３により周囲を囲まれた
形で形成されたトンネル空間５を有しており、トンネル
空間５の上部には人工地山アーチ６が、トンネル上部の
地山内にトンネルの上部を覆う形で、トンネル掘削方向
である図５矢印Ａ、Ｂ方向に形成されている。人工地山
アーチ６は、地山７中に圧入された、略円弧状に形成さ
れた鋼管としての孔空き鋼管９を有しており、孔空き鋼
管９は、トンネル掘削方向に沿って間隔Ｌ３で並列に多
数、配置されている。トンネル掘削方向に沿って並列に
配置された各孔空き鋼管９の間及び周囲は、孔空き鋼管
９と共に人工地山アーチ６を構成する、地盤改良材によ
り地盤改良された改良地盤１７が各孔空き鋼管９を矢印
Ａ、Ｂ方向に連絡する形で形成されている。また、各孔
空き鋼管９の内部には地盤改良材が充填されている。

【００２２】トンネル空間５の２次覆工３の地山７側に
は、図１に示すように、吹きつけコンクリートによる１
次覆工１０が形成されており、更にトンネル１の周辺地
山７には、地山を固定するためのロックボルト１１が多
数、打設されている。

【００２３】一方、人工地山アーチ６を構成する孔空き
鋼管９は、図３及び図５に示すように、トンネル天端部
１ａに対応する位置で、左右２分割され、２本の鋼管と
しての分割鋼管９ａ、９ｂを構成しており、それら該分
割鋼管９ａ、９ｂの端部９ｃ、９ｃは、図３に示すよう
に、鞘管１２で接続されている。鞘管１２と各分割鋼管
９ａ、９ｂは、所定長さＬ１、Ｌ２のオーバーラップ領
域１３が設けられ、更に分割鋼管９ａ、９ｂの先端９
ｃ、９ｃ間には間隙ＧＰが形成されている。また、オー
バーラップ領域１３の各分割鋼管９ａ、９ｂと鞘管１２
との間にはグリスなどのシール材１５が充填されてい
る。

【００２４】トンネル１などは、以上のような構成を有
するので、トンネル１の構築に際して、まず、構築すべ
きトンネル１の上部に、図３及び図５に示すように、導
坑１６をトンネル１のトンネル空間５の掘削に先立つ形
で矢印Ａ、Ｂ方向に掘削し、導坑１６が貫通掘削された
ところで、該導坑１６の両側から、単位長さに成形され
た単位孔空き鋼管を、トンネル掘削方向と交差する方向
である図１左右両側に向けて掘削挿入させる。単位孔空
き鋼管の先端部９ｄには公知の掘削装置が装着されてお
り、単位孔空き鋼管を順次継ぎ足す形で導坑１６から所
定深さＤ１に達するまで、図１左右方向に掘削を行い、
分割鋼管９ａ、９ｂを構築する。

【００２５】こうして、導坑１６の両側に１対の分割鋼
管９ａ、９ｂを構築したところで、該構築された分割鋼
管９ａ、９ｂの、図５矢印Ｂ側に距離Ｌ３だけ隔てた位
置に、新たな分割鋼管９ａ、９ｂを構築し、順次同様な
手順で分割鋼管９ａ、９ｂの構築を行ってゆく。

【００２６】分割鋼管９ａ、９ｂの構築と平行して、導
坑１６内では、該分割鋼管９ａ、９ｂに穿設された多数
の孔（図示せず）を利用して、分割鋼管９ａ、９ｂの周
囲及び分割鋼管９ａ、９ｂ内部に地盤改良材を注入し、
隣接する分割鋼管９ａ、９ｂの間及びその上下部分を地
盤改良して、矢印Ａ、Ｂ方向に配列された各分割鋼管９
ａ、９ｂを相互に連絡する形で全体が一体となった改良
地盤１７を構築する。これにより、導坑１６の両側の地
山７中には分割鋼管９ａ、９ｂと改良地盤１７が一体と
なった人工地山アーチ６が屋根のように形成される。

【００２７】次に、互いに対向する形で配置されている
各対の分割鋼管９ａ、９ｂの導坑１６内の端部９ｃ、９
ｃ部分を、図３に示すように、鞘管１２及びシール材１
５で連絡し、分割鋼管９ａ、９ｂ及び鞘管１２からなる
孔空き鋼管９を構築し、その状態で導坑１６を埋め戻
す。

【００２８】次に、図１及び図５に示すように、人工地
山アーチ６の下部を掘削し、トンネル空間５を形成する
形でトンネル１の本坑の掘削を開始するが、トンネル本
坑の切羽の掘削に伴って地山７が緩み、前述した先行変
位が、図２に示すように、本坑の切羽前方の人工地山ア
ーチ６部分に発生する。この先行変位は、トンネル断面
を縮小させる方向に作用することから、この先行変位の
発生に伴って各孔空き鋼管９の分割鋼管９ａ、９ｂは、
図３に示すように、鞘管１２部分で間隙ＧＰを縮小させ
る形で相対的に接近し、先行変位を吸収する。この結
果、地山の先行変位に起因する荷重は周囲の地山に分散
され、孔空き鋼管９に当該荷重が作用することは防止さ
れる。また、間隙ＧＰは、予め地山７の地質を調査し
て、先行変位の発生量に対応した間隔で設定されている
ので、本坑の掘削が進行し切羽が図２矢印Ｂ方向に移動
し、各分割鋼管９ａ、９ｂと切羽の位置が一致すると、
相前後して分割鋼管９ａ、９ｂの端部９ｃ、９ｃが当接
し、分割鋼管９ａ、９ｂのそれ以上の移動は阻止され
る。この状態で、孔空き鋼管９による先行変位の吸収動
作は完了する。

【００２９】こうして、本坑の切羽の掘削を継続して、
切羽が分割鋼管９ａ、９ｂに対して図２右方に進行して
ゆくと、トンネル１のトンネル空間５は、同様に断面が
縮小する方向に変位しようとするが、各孔空き鋼管９の
分割鋼管９ａ、９ｂは端部９ｃ、９ｃが当接した状態に
なっており、それ以上相対的に接近することが出来ない
ので、分割鋼管９ａ、９ｂは、鞘管１２とともに１本の
孔空き鋼管９として働き、トンネル空間５の断面が縮小
しようとすることを阻止し、通常の支保工として作用す
る。

【００３０】この際、孔空き鋼管９が負担する荷重は、
孔空き鋼管９の分割鋼管９ａ、９ｂの端部９ｃ、９ｃが
当接した状態以降に作用した荷重、即ち、本坑の切羽が
当該孔空き鋼管９の位置を略通過した後に、地山の掘削
により生じた荷重であることから、通常の支保工と略同
様の荷重Ｗ１を負担することとなり、本坑の切羽が当該
孔空き鋼管９を通過する以前に発生した先行変位に起因
する荷重Ｗ３を加味した荷重Ｗ２を支持する強固な構成
とする必要はない。

【００３１】こうして、人工地山アーチ６の下部を掘削
してロックボルト１１を打ち込みつつ本坑のトンネル空
間５を形成し、その後、１次覆工１０及び２次覆工３を
インバート２と共に構築してトンネルを完成させる。

【００３２】上述の実施例は、孔空き鋼管９を、２本の
分割鋼管９ａ、９ｂから構成した場合について述べた
が、孔空き鋼管９は、周囲の地山７の本坑掘削以前に生
じる先行変位を吸収する先行変位吸収手段が設けられて
いる限り、どのような構成でも良く、例えば、図４
（ａ）に示すように、孔空き鋼管９を分割鋼管９ａ、９
ｂなどに分割することなく一体に構築形成（即ち、導坑
１６内で、鞘管１２などにより接続された分割鋼管９
ａ、９ｂではなく、直列に一体的に接続された単位孔空
き鋼管からなる孔空き鋼管９が、導坑１６を図１左右方
向に貫通する形で構築されている）し、孔空き鋼管９の
両先端部９ｄ、９ｄに、スライド管９ｅを孔空き鋼管９
に沿って移動自在に設けたスライド機構９ｆを設け、ス
ライド管９ｅの移動可能量Ｌ３の範囲でスライド管９ｅ
を移動させることにより先行変位を吸収するようにする
ことも可能である。

【００３３】また、図４（ｂ）に示すように、分割する
ことなく形成された孔空き鋼管９の先端部９ｄの地山７
との間に、ゴムなどの変形可能部材１９を充填し、変形
可能部材１９の変形量の範囲内で先行変位を吸収するよ
うに構成することも可能である。また、分割することな
く形成された孔空き鋼管９の内外周部に、アスファルト
などで周囲地山７に対する縁切り層を形成し、該縁切り
層により、孔空き鋼管９と周囲地山７との間の先行変位
をある程度吸収するように構成することもできる。な
お、孔空き鋼管９と周囲地山７との間を縁切りしても、
トンネルの掘削に伴う地山の変形は、人工地山アーチ
６、従って、各孔空き鋼管９に対して全体的に曲げとし
て作用することから、支保工としての役割は十分に果た
すことが出来る。また、導坑に打設構築される鋼管とし
ては、地盤改良材を周囲の地山に注入することが出来る
限り、上述のような孔空き鋼管に限らず、通常の鋼管を
用いることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるトンネル断面の一例を示す
図。

【図２】地山の変形に起因して支保工が受ける荷重を示
す図である。

【図３】孔空き鋼管の接続部の構造の一例を示す図。

【図４】孔空き鋼管先端部の構造の一例を示す図。

【図５】本発明が適用されるトンネルの一例を示す斜視
図である。

【符号の説明】

１……トンネル ６……人工地山アーチ ７……地山 ９……鋼管（孔空き鋼管） ９ａ、９ｂ……鋼管（分割鋼管） ９ｄ……先端部 ９ｅ……スライド管 ９ｆ……スライド機構 １２……鞘管 １６……導坑 １９……変形可能部材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】切羽前方に、該切羽に先行する形で導坑を
   掘削し、該導坑から鋼管をトンネル掘削方向と交差する
   方向に打設して、該鋼管から周囲地山に対して地盤改良
   材を注入して周囲地山の地盤改良を行って、鋼管と該改
   良された地山により人工地山アーチを構築し、該人工地
   山アーチを利用してトンネルの本坑の掘削を行うトンネ
   ルの構築方法において、 前記鋼管に、前記本坑の掘削に伴って切羽前方で発生す
   るする地山の先行変位を吸収する先行変位吸収手段を設
   け、 該先行変位吸収手段により、前記鋼管が負担する荷重を
   減少させるようにして構成した、 トンネルの構築方法。
2. 【請求項２】前記鋼管は、前記導坑を両側から挟む形で
   設けられた２本の鋼管及び、それら鋼管を前記導坑中で
   互いに接近自在に接続する鞘管を有し、 前記先行変位吸収手段は、前記鞘管及び該鞘管に接続さ
   れた２本の鋼管から構成したことを特徴とする、 請求項１記載のトンネルの構築方法。
3. 【請求項３】前記先行変位吸収手段は、前記鋼管の地山
   側の先端部に、スライド管を該鋼管に沿って移動自在に
   設けたスライド機構である、 請求項１記載のトンネルの構築方法。
4. 【請求項４】前記先行変位吸収手段は、前記鋼管の地山
   側の先端部と地山との間に設けられた変形可能部材であ
   る、 請求項１記載のトンネルの構築方法。
5. 【請求項５】前記先行変位吸収手段は、前記鋼管の内外
   周部に形成された周囲地山に対する縁切り層である、 請求項１記載のトンネルの構築方法。