JP2002147164A - トンネルの構築方法およびトンネル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネルの脚部沈下を抑制するトンネルの構
築方法およびトンネルを提供すること。 【解決手段】 曲がりボーリングマシンにより、切羽２
５から前方の未掘削部分の地山２３に、下方に向かって
曲線状の曲がり削孔２８−（ｎ＋１）を設け、注入材を
注入して杭体である補強工２９−（ｎ＋１）を設ける。
次に、切羽２５の前方の地山２３をＬだけ掘削し、補強
工２９−（ｎ＋１）の上部に支保工２７−（ｎ＋１）を
設ける。

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構築方法
およびトンネルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、都市部の土砂地山にトンネルを構
築する際、コスト削減の観点から、シールド工法ではな
く、山岳トンネル工法のＮＡＴＭを採用する事例が増大
している。未固結の地山なので、トンネルを掘削するに
は多くの補助工法が必要となる。補助工法のうち、地表
沈下抑制や天端崩落防止を目的として、先受け工法等が
行われるが、先受け工法や支保工によってトンネル天端
を支持しても、支保工脚部が沈下する現象が生じるの
で、脚部沈下を抑制する補助工法が重要である。

【０００３】脚部沈下を抑制する脚部補強工としては、
従来から以下のように、いくつかの方法がある。 （１）上半支保工脚部の部分から、トンネル横断面内斜
め下方向に削孔し、注入管を挿入して注入材の注入を行
い、地山の安定や支持力の増加を図る地山注入工法。 （２）上半支保工脚部の部分から、トンネル横断面内斜
め下方向に削孔し、ロックボルトを打設して、地山の安
定や支持力の増加を図る脚部補強ボルト工法。

【０００４】（３）上半支保工脚部の部分から、トンネ
ル横断面内斜め下方向に削孔し、鋼管を打設した後、注
入材の注入を行い、地山の強度や支持力を増加させ、脚
部沈下を抑制するレッグパイル工法。図１２は、このレ
ッグパイル工法の説明図であり、トンネル１５１の上半
部１５３内から、斜め下方に設けられた削孔１５９に鋼
管１６０を挿入し、注入材を注入して脚部補強工１６１
を構築する。 （４）上半支保工脚部の部分から、トンネル横断面内斜
め下方向に削孔し、孔奥からセメントミルクを高圧噴射
し、固結改良体を構築することにより、地山の強度を増
加させ、脚部沈下を抑制する高圧噴射式レッグパイル工
法。以上いずれの方法も、上半支保工脚部の部分から、
トンネル横断面内斜め下方向に削孔する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の脚部補強工法はいずれも、既に支保工を設置した部分
の脚部補強であり、これから支保工を設置する切羽前方
の支保工脚部を補強するものではなく、これから切羽を
掘削して支保工を設置する場合は、沈下が生ずるという
問題があった。

【０００６】また図１２に示す補強工の場合、構築後の
上半部１５３の脚部沈下抑制効果はあるものの、下半部
１５５の下半側壁１６３近傍の地山１５２を補強するこ
とと、下半部１５５の掘削の際、下半側壁１６３の崩落
を防止することを目的とする場合、補強した部分である
脚部補強工１６１が下半側壁１６３からやや離れてお
り、思ったほどの効果が得られず、また、削孔１５９が
直線のため、狭い上半部１５３内から、長い削孔１５９
を設けることは難しいという問題点があった。

【０００７】本発明はこのような問題を鑑みてなされた
ものでその目的とするところは、切羽前方の支保工脚部
を事前に補強等してトンネルの脚部沈下を抑制するトン
ネルの構築方法およびトンネルを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述した問題を解決する
ための第１の発明は、トンネルの切羽から前方に、斜め
下向きに曲がり削孔を設け、前記曲がり削孔を用いて、
補強工を設けることを特徴とするトンネルの構築方法で
ある。第１の発明では、トンネルの切羽前方の未掘削部
分に、斜め下方に曲がり削孔を設け、この削孔を用いて
補強工を設ける。このため、これから掘削する部分の地
山が補強され、トンネルを掘削する場合、地盤の沈下や
壁面の崩落等が防止できる。

【０００９】第２の発明は、トンネルの切羽後方の側部
から、曲がり削孔を設け、前記削孔を用いて補強工を設
けることを特徴とするトンネルの構築方法である。第２
の発明では、トンネルの上半部を掘削した後、曲がりボ
ーリングマシンにより、上半部の支保工脚部から、下半
部の掘削線の外側に曲がり削孔を設け、注入材等を注入
して脚部補強工を設ける。このため、トンネルの下半部
を掘削する場合、地盤の沈下や壁面の崩落等が防止でき
る。

【００１０】第３の発明は、請求項１又は請求項７のト
ンネルの構築方法によって構築されたことを特徴とする
トンネルである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の第
１の実施の形態を詳細に説明する。図１は、第１の実施
の形態を示すトンネル２１の縦断面図であり、図２は、
図１のＣ方向矢視図、図３は、図１のＢ−Ｂ方向矢視図
である。

【００１２】図１、図２、図３に示すように、地山２３
にトンネル２１を構築する場合、上半部３１を掘削した
後、下半部３３を掘削する。上半部３１では、切羽２５
まで地山２３が掘削され、補強工２９−ｎを脚部補強と
して支保工２７−ｎが建て込まれている。

【００１３】切羽２５より曲がりボーリングマシン１２
により、切羽２５から前方の未掘削部分の地山２３に、
下方に向かって曲線状の曲がり削孔２８−（ｎ＋１）を
設ける。この曲がり削孔２８−（ｎ＋１）は、図２に示
すように、左右対称に八の字状に設けられる。

【００１４】曲がりボーリングマシン１２を用いること
により、従来の直線での長いボーリングを施工すること
が難しかった、切羽２５のような狭い空間でも長いボー
リングの施工が可能になる。この曲がり削孔２８−（ｎ
＋１）に、曲がり削孔２８−（ｎ＋１）と同様の曲率を
もつように曲げてある鋼管３７を挿入し、セメントミル
ク系やウレタン系の注入材を注入して杭体である補強工
２９−（ｎ＋１）を設ける。この補強工２９−（ｎ＋
１）は下半部の掘削線の外側に設けられる。

【００１５】鋼管を挿入することなく、曲がり削孔２８
−（ｎ＋１）の内部にモルタルやコンクリートを注入し
たり、または、固化液を注入して補強工２９−（ｎ＋
１）を構築してもよい。更に、ジェットグラウトにより
補強工２９−（ｎ＋１）を構築してもよい。

【００１６】次に、切羽２５の前方の地山２３をＬだけ
掘削し、既に構築されている補強工２９−（ｎ＋１）の
上部に支保工２７−（ｎ＋１）を設ける。補強工２９−
（ｎ＋１）は、支保工２７−（ｎ＋１）の建て込み前に
構築されているため、支保工２７−（ｎ＋１）の建て込
み時から支保工２７−（ｎ＋１）の脚部を補強し、支保
工２７−（ｎ＋１）の脚部沈下を抑制する。

【００１７】以上のように、補強工２９を設け、トンネ
ル２１をＬだけ掘削し、支保工２７を建て込む工程を繰
り返して、上半部３１を所定長さ構築する。その後、下
半部３３の掘削を行いつつ、下半部３３の支保工３５を
建て込む。補強工２９は、下半部３３の側壁の近くに構
築されるため、下半部３３近傍の地山２３を補強するこ
とが出来、下半部３３を掘削する際に、下半部３３の側
壁の崩落を防止する。

【００１８】このように、第１の実施の形態では、補強
工２９により、上半部３１では建て込み時における支保
工２７脚部の沈下が抑制され、下半部３３の掘削時に
は、下半部３３の近傍の地山２３が補強される。尚、隣
接する杭状の補強工２９−１、２９−２・・・を接触させ
るようにして壁体３０を構築してもよい。尚、本実施の
形態では、上半部３１と下半部３３とを別々に掘削した
が、同時に掘削するようにしてもよい。

【００１９】次に、本発明の第２の実施の形態を詳細に
説明する。図４は第２の実施の形態を示すトンネル４１
の縦断面図であり、図５は、図４のＤ方向矢視図であ
る。図４、図５に示すように、地山４３にトンネル４１
を構築する場合、上半部５１を掘削した後、下半部５３
を掘削する。上半部５１では、切羽４５まで地山４３が
掘削され、補強工４９−ｎを脚部補強として支保工４７
−ｎが建て込まれている。切羽４５よりボーリングの方
向を自由に制御できる自在ボーリングマシンにより、切
羽４５から前方の未掘削部分の地山４３に、下半部の掘
削線の外側に沿って曲がり削孔４８−（ｎ＋１）を設け
る。

【００２０】この曲がり削孔４８−（ｎ＋１）を用い
て、第１の実施の形態と同様に杭体である補強工４９−
（ｎ＋１）を設ける。以下は第１の実施の形態と同様の
工程を行うが、補強工４９が下半部５３掘削時の支保工
を兼ねるので、第１の実施の形態のように支保工３５を
設ける必要がない。

【００２１】第２の実施の形態においても、補強工４９
は、モルタルやコンクリートを注入したり、また固化液
を注入して補強したり、ジェットグラウトを用いる等、
種々の工法で構築することができ、また、補強工４９を
密に設けることにより壁体を構築してもよい。尚、補強
工４９で壁体を構築すれば、支保工としてのＨ鋼の他、
壁面の吹付けも省略することができる。

【００２２】次に、本発明の第３の実施の形態を詳細に
説明する。図６は、第３の実施の形態を示すトンネル６
１の縦断面図であり、図７は、図６のＥ方向矢視図であ
る。図６、図７に示すように、地山６３にトンネル６１
を構築する場合、上半部７１を掘削した後、下半部７３
を掘削する。上半部７１の掘削時に、上半部７１の天端
の崩落を防止したり、地表沈下を抑制するために、支保
工６７を設ける。

【００２３】支保工６７に対しては、地山６３の荷重が
かかるようになり、支保工６７脚部の支持力が小さい未
固結地山では、支保工６７の沈下が生じるため、支保工
６７脚部の沈下を抑制する補助工法が必要となる。

【００２４】図７に示すように上半部７１を掘削した
後、曲がりボーリングマシンにより、上半部７１の支保
工６７の脚部近くから、下半部７３の掘削線の外側に曲
がり削孔６８を設ける。

【００２５】この曲がり削孔６８に、鋼管７７を挿入し
注入材７９を注入する等の工法により、第１の実施の形
態と同様に杭体である補強工６９を設ける。その後、下
半部７３の掘削を行い、下半部７３の支保工７５を建て
込む。

【００２６】補強工６９は、下半側部７４の近くに構築
されるため、下半部７３近傍の地山６３を補強をするこ
とが出来、下半部７３を掘削する際に、下半部７３の側
壁の崩落を防止する。このため、土砂地山にトンネルを
構築する際に、掘削効率が向上し、安全性が確保され
る。

【００２７】図９に示す従来の脚部補強工１６１は、下
半側部１６３と離れているため、下半部１５５を掘削す
る際に下半側部１６３の剥離、崩落が起きやすい欠点が
あったが、本発明の実施の形態である補強工６９は、下
半側部７４の近傍に構築されるため、下半部７３を掘削
する場合、下半側部７４が安定し、下半側部７４の剥
離、崩落を防ぐことができる。

【００２８】このように、本実施の形態によれば、上半
部７１の支保工６７脚部の沈下を抑制し、下半部７３の
掘削時に下半部７３の近傍の地山６３を補強する有効な
補助工法であり、土砂地山にトンネルを建設する際の掘
削能率を向上し、安全性を確保することができる。

【００２９】次に、本発明の第４の実施の形態を詳細に
説明する。図８は、第４の実施の形態を示すトンネル８
１の横断面図である。第４の実施の形態は、第３の実施
の形態の補強工６９に代えて、別の形状の補強工８９を
用いた実施の形態である。

【００３０】図８に示すように、上半部９１を掘削した
後、ボーリングの方向を自由に制御できる自在ボーリン
グマシンにより、上半部９１の支保工８７の脚部近くか
ら、下方に向かって曲がり削孔８８を、下半部９３の掘
削線の外側に沿うように設ける。

【００３１】本実施の形態では、下半部９３掘削時に、
補強工８９を支保工として用いることができ、支保工と
してのＨ鋼や吹付けを省略することができる。また、補
強工８９を密に設けて壁状に構築してもよい。尚、本発
明の第１から第４の実施のいずれの形態においても、上
半部７１の掘削時に、上半部７１の天端の崩落を防止し
たり、地表沈下を抑制するために切羽６５の前方の上半
部７１の周囲に先受け工を設けてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明によ
れば、トンネルの脚部沈下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施の形態を示すトンネル２１の縦断
面図

【図２】 図１のＣ方向矢視図

【図３】 図１のＢ−Ｂ方向矢視図

【図４】 第２の実施の形態を示すトンネル４１の縦断
面図

【図５】 図４のＤ方向矢視図

【図６】 第３の実施の形態を示すトンネル６１の縦断
面図

【図７】 図６のＥ方向矢視図

【図８】 第４の実施の形態を示すトンネル８１の縦断
面図

【図９】 従来の補強工を示す図

【符号の説明】

２１、４１、６１、８１、１０１、１２１…トンネル ２５、４５、６５、８５、１０５、１２５…切羽 ２７、３５、４７、６７、７５、８７、１０７、１２７
…支保工 ２８、４８、６８、８８、１０８…曲がり削孔 ２９、４９、６９、８９、１０９、１２９…補強工 ３０…壁体 ３１、５１、７１、１１１、１３１…上半部 ３３、５３、７３、１１３、１３３…下半部 ７４、９４…下半側壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福家 佳則 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 (72)発明者 萩原 智寿 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 Ｆターム(参考） 2D054 AB07 AC20 FA02

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネルの切羽から前方に、斜め下向き
   に曲がり削孔を設け、 前記曲がり削孔を用いて、補強工を設けることを特徴と
   するトンネルの構築方法。
2. 【請求項２】 前記補強工は、切羽より前方の未掘削部
   分に、切羽より曲線状に斜め下方で、下半部の掘削線の
   外側又は掘削線に沿って外側に設けられることを特徴と
   する請求項１記載のトンネルの構築方法。
3. 【請求項３】 前記補強工を設けた後、切羽を掘削し
   て、前記補強工の上部に支保工を構築することを特徴と
   する請求項１又は請求項２記載のトンネルの構築方法。
4. 【請求項４】 前記補強工の内側部分を下半部として掘
   削することを特徴とする請求項１記載のトンネルの構築
   方法。
5. 【請求項５】 前記補強工は、下半部を掘削する場合の
   支保工となることを特徴とする請求項４記載のトンネル
   の構築方法。
6. 【請求項６】 前記補強工を壁体状に構築することを特
   徴とする請求項１記載のトンネルの構築方法。
7. 【請求項７】 トンネルの切羽後方の側部から、下向き
   に曲がり削孔を設け、前記曲がり削孔を用いて、補強工
   を設けることを特徴とするトンネルの構築方法。
8. 【請求項８】 前記補強工は、トンネル横断面上で、ト
   ンネル側部から、曲線状に斜め下方で、下半部の掘削線
   の外側又は掘削線に沿って外側に設けられることを特徴
   とする請求項７記載のトンネルの構築方法。
9. 【請求項９】 前記補強工の内側部分を下半部として掘
   削することを特徴とする請求項７記載のトンネルの構築
   方法。
10. 【請求項１０】 前記補強工は、下半部を掘削する場合
    の支保工となることを特徴とする請求項８記載のトンネ
    ルの構築方法。
11. 【請求項１１】 前記補強工を壁体状に構築することを
    特徴とする請求項７記載のトンネルの構築方法。
12. 【請求項１２】 前記補強工は、前記曲がり削孔に鋼管
    を挿入し、周囲に注入材を注入したものであることを特
    徴とする請求項１又は請求項７記載のトンネルの構築方
    法。
13. 【請求項１３】 前記補強工は、前記曲がり削孔にモル
    タルまたはコンクリートを注入したものであることを特
    徴とする請求項１又は請求項７記載のトンネルの構築方
    法。
14. 【請求項１４】 前記補強工は、前記曲がり削孔に固化
    液注入を行ったものであることを特徴とする請求項１又
    は請求項７記載のトンネルの構築方法。
15. 【請求項１５】 前記補強工は、前記曲がり削孔にジェ
    ットグラウトを注入したものであることを特徴とする請
    求項１又は請求項７記載のトンネルの構築方法。
16. 【請求項１６】 請求項１又は請求項７記載のトンネル
    の構築方法で構築されたことを特徴とするトンネル。