JP2001262988A - トンネル支保方法およびトンネル支保構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 組立て設置に時間を要しない、トンネル支保
工とトンネル支保構造を供する。 【解決手段】 Ｈ形鋼を用いたトンネル支保工の地山の
支保方法において、坑口側の既設のＨ形支保工２に当該
Ｈ形支保工２の軸方向からデッキプレート１７を挿入し
てその片端を留め金具１９で固定し、他端がフリーの状
態の当該デッキプレート１７を、その後の、切羽側に新
設のＨ形支保工２を組立てる段階において、Ｈ形支保工
２の組立て時に、当該デッキプレート１７の他端部分を
持上げることで、Ｈ形支保工上に設置し、さらに、前記
デッキプレート１７と地山１の間に裏込材の注入を行
い、当該デッキプレート１７とＨ形支保工２を用いたト
ンネル支保と、地山１との密着により地山１を支保す
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、トンネル掘削に際
し、特に山岳トンネルなどのトンネル掘削工法に使用す
るに好適のトンネル支保方法および、支保構造に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のトンネル掘削工事で用いられてい
る支保工としては、例えば、Ｈ形鋼およびコンクリート
吹き付けによるものがある。コンクリート吹き付けを行
う場合、コンクリートの養生期間は待機しなければなら
ず、その間は掘進することができない。このために、コ
ンクリートの養生がネックとなって掘進工事の速度アッ
プが図れない。

【０００３】また、コンクリートの吹き付けの場合は、
Ｈ形鋼と吹き付けコンクリートの合成体構造であるが、
吹き付けコンクリートの品質が一定しないこと、およ
び、コンクリートの合成体としての強度が明確でないた
めに、経験的に崩壊しないということがわかっているだ
けである。また、コンクリートの吹き付け作業を行う
と、作業空間の環境が悪化するという問題もある。

【０００４】一方、他の従来技術として、図１０，図１
１に示されるトンネル支保方法が知られている。このト
ンネル支保方法では、図示のように、トンネル掘削され
た地山１の内側において、Ｈ形鋼を所定の曲率半径に曲
げ形成されてなるＨ形支保工２の両端継手部３に締結ボ
ルト４を挿入し、ナット５を締結することで環状Ｈ形支
保工６が構築され、トンネル軸方向に所定の四隅を有し
て相隣る環状Ｈ形支保工６に跨ってデッキプレート７が
架設される。デッキプレート７は、トンネル軸方向に凹
部８と凸部１０が伸長するいわゆる角波形である。。

【０００５】前記構成のデッキプレート７は、その凸部
１０を地山１側に向けて、トンネル軸方向に間隔をあけ
て配設の環状Ｈ形支保工６の間に配設され、扁平端部１
２をＨ形支保工２の外フランジ１３に載置し溶接等で支
持固定されている。

【０００６】前記Ｈ形支保工２とデッキプレート７を用
いたトンネル支保方法では、デッキプレート７の端部１
２を、Ｈ形支保工２の外フランジ１３に溶接接合で固着
しており、その溶接作業が困難であり、かつ溶接精度を
確保するためにも高度の熟練が要求される。また、角波
形のデッキプレート７の凸部１０が一定間隔で地山１側
に突出しているため地山１との間に大きな間隙９が形成
され、この間隙９のため地山が崩落し、それを防止する
ためこの間隙９に相当量の裏込め材を充填しなければな
らない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記従来技術
の問題点に鑑みて提案されたもので、従来のＨ形鋼およ
びコンクリート吹き付けるによる合成構造を要素とする
支保方法および、Ｈ形支保工とデッキプレートを用いた
支保方法に比べて、支保工の構築の改善、ひいてはトン
ネルの掘進速度を改善し、さらに作業環境の改善を図っ
たトンネル支保方法およびトンネル支保構造を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は次の構成を要旨
とする。第１の発明は、馬蹄形あるいは円形の断面形状
を有するトンネルのＨ形鋼を用いたトンネル支保工によ
る地山の支保方法において、切羽に最近接の既設のＨ形
支保工と地山との間に、当該Ｈ形支保工の切羽側からデ
ッキプレートを挿入してその片端を固定し、他端を未固
定の状態とし、次いで切羽側に新設のＨ形支保工を組み
立てる段階において、当該デッキプレートの未固定の端
部を地山方向に押しつけることにより新設のＨ形支保工
上に設置した後、裏込め材注入もしくは、エキスパンシ
ョンにより、当該地山を支保するることを特徴とする。
第２の発明は、前記デッキプレートをトンネル周方向に
あらかじめ複数枚連結させたことを特徴とする。第３の
発明は、両端がフラットになった前記デッキプレートを
用いて、当該デッキプレートとＨ形支保工との高低差を
なくした構造を得ることを特徴とする。第４の発明は、
前記デッキプレートにＨ形支保工に適合する曲率を付与
するために、デッキプレートに配設された補強リブ間隔
を規定するためのパイプとこれらのパイプを介在させて
補強リブに開けた孔に挿通される緊張材からなる間隔保
持材、もしくは所定の曲率を付与されたガイド部材を装
着したことを特徴とする。第５の発明は、Ｈ形支保工の
地山側フランジ面に、前記デッキプレートの片端を止め
る留め金具を設けたことを特徴とする。第６の発明は、
Ｈ形支保工のウェブに平行なＨ形支保工への固着部と、
デッキプレートをＨ形支保工のフランジ外面に押さえつ
けるアーム部、及び該アーム部の先端にデッキプレート
装着作業を容易にするためのガイド部を有する留め金具
を配設したことを特徴とする。第７の発明は、第６の発
明に記載の留め金具が地山側フランジ面に配設されたＨ
形支保工と、長手方向の両端にフラット部分を有するデ
ッキプレートとから構成されることを特徴とする。

【０００９】本発明によると、デッキプレートとＨ形支
保工は組立て式であるので、従来のように溶接作業がな
く、トンネル支保工設置に時間を要せず、掘進速度を早
めることができ、かつ吹き付けコンクリートを用いない
のでトンネル内の作業環境を悪化させることもない。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図を参
照して説明する。図１は、トンネル掘削された地山１の
内側において、Ｈ形鋼を所定の曲率半径に曲げ成形して
なるＨ形支保工２の両端継手部３に締結ボルト４を挿入
し、ナット５を締結することで、環状Ｈ形支保工６が構
築され、この環状Ｈ形支保工６の外側フランジ１３に、
当該環状Ｈ形支保工６と同じ曲率で曲げ形成されたデッ
キプレート１７が支持されている。

【００１１】本発明の実施形態において、Ｈ形支保工２
の外フランジ１３の上面には、当該外フランジ１３の上
面に載置したデッキプレート７の端部１８を押える留め
金具１９が溶接されている。

【００１２】留め金具１９は、図３，図４に示すように
所定長で、かつ所定太さの鋼棒を平面ほぼ９の字形に曲
げ、その基端固定部２０をＨ形支保工２の外フランジ１
３の上面に溶接部２１によって固定している。さらに説
明すると、留め金具１９は基端固定部２０の端部に、平
面からみて直角に曲げられて第１折曲げ部２２が形成さ
れ、この第１折曲げ部２２は、平面から見ると図３に示
すように真すぐであるが、側方からみると図４に示すよ
うに第１昇り傾斜部２２ａと、この第１昇り傾斜部２２
ａの先端に続く下り傾斜部２２ｂと、この下り傾斜部２
２ｂの先端に続く第２昇り傾斜部２２ｃを有している。
前記第１折曲げ部２２の先端（つまり、第２昇り傾斜部
２２ｃの先端）を平面からみて直角に曲げて第２折曲げ
部２３が形成され、さらに第２折曲げ部２３の先端を平
面からみて直角で、側面からみて下り傾斜となるように
折曲げて第３折曲げ部２４が形成され、さらに第３折曲
げ部２４の先端を平面からみて内側に直角に折曲げて押
圧用第４折曲げ部２５が形成されている。

【００１３】留め金具１９は前記の構成からなり、図５
に示すように、トンネル切羽側（図５の右側）からデッ
キプレート１７の扁平な端部１８をＨ形支保工２の外フ
ランジ１３上面に挿入するとき、前記第１折曲げ部２２
における第２昇り傾斜部２２ｃがガイドとなって、前記
デッキプレート１７の端部１８は、この第１折曲げ部２
２と押圧用第４折曲げ部２５を押上げながら、その下側
に押込まれる。それにより第２昇り傾斜部２２ｃの基端
と、下り傾斜部２２ｂの先端とが交わる逆山形押圧部２
６および、押圧用第４折曲げ部によってデッキプレート
１７の端部１８の上面が外フランジ１３の上面に強力に
押付けられて固定される。

【００１４】Ｈ形支保工２の外フランジ１３は所定の幅
寸法を有し、この外フランジ１３上にトンネル切羽側と
トンネル坑口側に隣合って位置する、新設と既設の各デ
ッキプレート７の端部が当該外フランジ１３の幅方向中
間部で対向するように配置される。このため前記留め金
具１９の基端固定部２０は、図示のとおり、外フランジ
１３の幅方向中間部よりも少し切羽側に片寄った位置に
溶接２１されている。

【００１５】デッキプレート１７は、図７（Ａ），
（Ｂ）に示すように所定の長さと幅を有する一枚の鋼板
を曲げ形成することにより、デッキフロア２７と補強リ
ブ２８を有した構成とされている。

【００１６】デッキプレート１７のデッキフロア２７に
おいて、その両方の端部１８間の長さ寸法Ｌは、トンネ
ル軸方向に所定の間隔で組まれる環状Ｈ形支保工６の外
フランジ１３の上面にまで伸びる長さに設けられてい
る。

【００１７】そして、前記デッキフロア２７には、トン
ネル周方向に所定の間隔で内側に所定の長さＬ１ 折返
すことにより、先端に拡径部３０が形成された断面がほ
ぼＴ字形のひだ部（これを前述のとおり補強リブ２８と
いう）がトンネル軸方向に伸長して設けられている。こ
の補強リブ２８は、図７（Ａ）に示されるように、両端
に傾斜部３１が連続しており、この傾斜部３１を介し
て、その先端は、デッキフロア２７の端部下面側に近づ
くように折り形成することで扁平な端部１８が形成され
ている。また、デッキプレート１７の幅方向一側２９に
は補強リブ２８の基端部である開口溝３７が形成され、
他側２９には折曲げ片３８が形成されているので、デッ
キプレート１７をトンネル周方向に連結するときは、一
方のデッキプレート１７の折曲げ片３８を他方のデッキ
プレート３８の開口溝３７に差込むことで、円滑に連結
できる。

【００１８】前記デッキプレート１７は、その補強リブ
２８をトンネル中心方向に配置して環状Ｈ形支保工６に
支持させる。したがって、表面がフラットなデッキフロ
ア２７が地山１側に面しているので、デッキプレート１
７と地山１との間には殆ど間間が形成されないようにト
ンネル支保工を施工できる。

【００１９】本発明の実施形態における施工工程を説明
する。トンネル掘削しながら、その後方において坑口側
から環状Ｈ形支保工６をトンネル軸方向に所定の間隔を
あけて順次構築する。デッキプレート１７は、トンネル
支保工２の施工に対応して、順次このトンネル支保工に
組合わせ施工する。

【００２０】図５に示す例において、右が切羽側、左が
坑口側で、左側のＨ形支保工２がすでに環状に組まれた
既設側であり、右側のＨ形支保工２が、これから環状に
組まれる新設側である。同図に示されるように、デッキ
プレート１７をＨ形支保工２に支持させるには、まず、
デッキプレート１７の１枚又は複数枚をＨ形支保工の円
周方向曲率と同じになるように組合わせ、このデッキプ
レート１７の先端側の端部１８を既設のＨ形支保工２の
外フランジ１３の上面に乗せて留め金具１９を開きなが
ら押込む。それにより、デッキプレート１７の先端部上
面は留め金具１９の逆山形押圧部２６で強力に押さえら
れる。

【００２１】次に、この片持ち状態にあるデッキプレー
ト１７のフリーな他端部を、任意の手段で仮支持しなが
ら、新設のＨ形支保工２（図５右側に示す）を環状とな
るよう順次構築するもので、それによりデッキプレート
１７の他方の端部１８は、この新設のＨ形支保工２の外
フランジ１３の左半部分の上面で支持される。以後、前
記の作業を繰返して、Ｈ形支保工２にデッキプレート１
７両端部１８が支持されたトンネル支保工が迅速に構築
される。

【００２２】前述のようにして構築されたデッキプレー
ト１７と、地山１との間の小間隙に、裏込材を注入す
る。これにより、地山１と、このデッキプレート１７と
Ｈ形支保工２を用いたトンネル支保との密着が図られ地
山を確実に支保する。

【００２３】前記の施工工程において、デッキプレート
１７の端部１８と、Ｈ形支保工２との高低差（デッキプ
レート１７とＨ形支保工２で形成される地山側の面の段
差）がないのが好ましいが、本発明の実施形態ではデッ
キプレート１７の補強リブ２８の端部が扁平に形成され
ているので、その条件が満たされている。さらに、デッ
キプレート１７と地山１との間隙は小さい方が好ましい
が、本発明の実施形態では、補強リブ２８はトンネル中
心方向に向けて配置されているので、前記の要求を満た
すことができる。

【００２４】また、前記デッキプレート１７は、地山の
状況に応じて変えられるように平板のスキンプレート，
メタルラス（透孔板）などでもよい。

【００２５】またＨ形支保工２の外フランジ１３に留め
金具１９があるが、この留め金具１９の形状は、図示形
状に限らないがデッキプレート１７を外フランジ１３に
装着および設置した際の位置決めが容易である形状が好
ましい。

【００２６】さらに、複数のデッキプレート１７を組立
てて合成体に作ったものをＨ形支保工２に設置する場合
にあっては、環状Ｈ形支保工６のリングの曲率と合わせ
る必要があるので、この曲率を容易に保持できるガイド
部材を取付けるのが好ましい。

【００２７】図８，図９には、本発明の他の実施形態と
して、デッツキプレート１７を所定の曲率に容易に曲げ
形成するという見地から構成されたトンネル支保方法が
示されている。つまり、この実施形態では、トンネル周
方向に所定の曲率で配設されたデッキプレート１７の補
強リブ２８にガイド鉄筋挿通孔３２が形成され、このガ
イド鉄筋挿通孔３２および、相隣る補強リブ２８間に配
設した軽量の塩化ビニルパイプ又は、薄い鉄管からなる
筒状スペーサ３３に予め所定の曲率に曲げ成形した所定
長の１本のガイド鉄筋（棒鋼）３４を挿通し、両端に位
置する補強リブ２８の外側において、ガイド鉄筋３４に
形成したねじ部３６にナット３５を螺合し、このナット
３５を補強リブ２８の側面に圧接させることで、複数の
補強リブ２８の間隔が一定に保持され、かつ複数枚のデ
ッキプレート１７におのずから所定の曲率が生じるの
で、ガイド鉄筋３４を介してこの曲率が安定に保持され
る。

【００２８】本発明の実施形態による作用は、次のとお
りである。本実施形態によれば、吹き付けコンクリート
や溶接等で完成していたトンネル支保工を、すべて組立
て式により完成させることができるので、コンクリート
養生期間や困難な溶接作業が不要となり、その結果とし
て、トンネルの掘進速度を速めることができる。

【００２９】また、本発明の実施形態において、トンネ
ル支保工は、断面二次モーメントの大きなデッキプレー
ト１７の曲げ抵抗力によって、地山１のずりおよび／ま
たは地山１からの土圧の一部を受ける。そして、Ｈ形支
保工２は、そのデッキプレート１７からの荷重と、地山
１から直接かかる緩み土圧（あるいは地山からの土圧の
大部分）とを受けて、支保工としての機能を果たしてい
る。

【００３０】このように、本実施形態に係るトンネル支
保工は、力学的性質の明快な部材によって製作されるた
めに従来の支保構造に比べて構造信頼性も高い。

【００３１】また、本実施形態に係るトンネル支保構造
は、Ｈ形支保工２とデッキプレート１７から構成される
ために、コンクリート吹き付けによる作業環境の悪化な
どは生じない。

【００３２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成さ
れ、以下の効果を奏する。 デッキプレートとＨ形支保工は組立て式であるため
に、設置に時間を要しない。このために、掘進速度は速
度を早めることができる。 デッキプレートとＨ形支保工からなるトンネル支保
工は、力学的性質が明快であるために構造設計が可能で
ある。 吹き付けコンクリートを用いないために、トンネル
内の作業環境を悪化させることはない。 デッキプレートがあるために、崩落地山で肌落ちが
あっても問題はない。 裏込注入材は、砂、砂利でも可能である。先進導坑
をＴＢＭ（トンネルボーリングマシン）工法で構築する
場合には、産業廃棄物となるコンクリートで固める必要
はない。 Ｈ形支保工に留め金具をつけた場合には、デッキプ
レートはワンタッチで設置できるために、施工速度を一
層早めることができる。 デッキプレートに、端部を押しつぶしたデッキプレ
ートを使用した場合、Ｈ形支保工の外周部とデッキプレ
ートの面を合わせることができるために、トンネル掘削
はＨ形支保工の外周と殆ど同径の掘削でよい。このため
に掘削量を減少させることができるので、トンネル掘進
速度を早めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態として、デッキプレート
を装着した環状Ｈ形支保工の一部を示す側面図である。

【図２】Ｈ形支保工の留め金具とデッキプレートを示す
斜視図である。

【図３】Ｈ形支保工の留め金具の平面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。

【図５】Ｈ形支保工にその構築時デッキプレートを取付
ける途中の工程を示す断面説明図である。

【図６】Ｈ形支保工にデッキプレートを取付けが終了し
た状態を示す断面説明図である。

【図７】図（Ａ）はデッキプレートの側面図、図（Ｂ）
は図（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

【図８】図（Ａ）は本発明の第２実施形態として示すデ
ッキプレートの正面図、図（Ｂ）はガイド鉄筋の図であ
る。

【図９】図（Ａ）は図８に示すデッキプレートの側面
図、図（Ｂ）は筒状スペーサの斜視図である。

【図１０】従来例に係るトンネル支保工の一部の側面図
である。

【図１１】図１０におけるＨ形支保工とデッキプレート
との固定構造を示す拡大断面図である。

【符号の説明】

１ 地山 ２ Ｈ形支保工 ３ 両端継手部 ４ 締結ボルト ５ ナット ６ 環状Ｈ形支保工 ７ デッキプレート ８ 凹部 １０ 凸部 １１ 傾斜部 １２ 扁平端部 １３ 外フランジ １７ デッキプレート １８ 端部 １９ 留め金具 ２０ 基端固定部 ２１ 溶接部 ２２ 第１折曲げ部 ２３ 第２折曲げ部 ２４ 第３折曲げ部 ２５ 押圧用第４折曲げ部 ２６ 逆山形押圧部 ２７ デッキフロア ２８ 補強リブ ２９ 両側 ３０ 拡径部 ３１ 傾斜部 ３２ ガイド鉄筋挿通孔 ３３ 筒状スペーサ ３４ ガイド鉄筋 ３５ ナット ３６ ねじ部

フロントページの続き (72)発明者 小門 武 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 Ｆターム(参考） 2D055 BA05 BB01 BB02 CA01 JA00 KB04 KB06

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 馬蹄形あるいは円形の断面形状を有する
   トンネルのＨ形鋼を用いたトンネル支保工による地山の
   支保方法において、切羽に最近接の既設のＨ形支保工と
   地山との間に、当該Ｈ形支保工の切羽側からデッキプレ
   ートを挿入してその片端を固定し、他端を未固定の状態
   とし、次いで切羽側に新設のＨ形支保工を組み立てる段
   階において、当該デッキプレートの未固定の端部を地山
   方向に押しつけることにより新設のＨ形支保工上に設置
   した後、裏込め材注入もしくは、エキスパンションによ
   り、当該地山を支保するトンネル支保方法。
2. 【請求項２】 Ｈ形支保工への組み込み前に、あらかじ
   め複数枚を連結させたデッキプレートを用いることを特
   徴とする請求項１記載のトンネル支保方法。
3. 【請求項３】 長手方向の両端にフラット部分を有する
   デッキプレートを用いることを特徴とする請求項１記載
   のトンネル支保方法。
4. 【請求項４】 デッキプレートにＨ形支保工に適合する
   曲率を付与するために、デッキプレートに配設された補
   強リブ間隔を規定するためのパイプとこれらのパイプを
   介在させて補強リブに開けた孔に挿通される緊張材から
   なる間隔保持材、もしくは所定の曲率を付与されたガイ
   ド部材を装着したことを特徴とするトンネル支保用デッ
   キプレート。
5. 【請求項５】 前記デッキプレートの片端を止める留め
   金具を地山側フランジ面に配設したことを特徴とするＨ
   形支保工。
6. 【請求項６】 Ｈ形支保工のウェブに平行なＨ形支保工
   への固着部と、デッキプレートをＨ形支保工のフランジ
   外面に押さえつけるアーム部、及び該アーム部の先端に
   デッキプレート装着作業を容易にするためのガイド部を
   有する留め金具を配設したことを特徴とする請求項５記
   載のＨ形支保工。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の留め金具が地山側フラ
   ンジ面に配設されたＨ形支保工と、長手方向の両端にフ
   ラット部分を有するデッキプレートとから構成されるこ
   とを特徴とするトンネル支保構造。