JP2005029964A - 長尺フェイスボルトの施工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】セメント系固化材の加圧注入を行う場合、口元部バルクヘッドの構築が行える長尺フェイスボルトの施工方法を提供する。
【解決手段】先端部に削孔用ビット5を取り付けた削孔ロッド3を内包する短尺鋼管の先端側を削孔ビット5に回転自在に接続し、同短尺鋼管の後端部に、トンネルの後続掘削において汎用の掘削機で切除可能となる薄肉の鋼製スパイラルシース製の長尺管2を接続し、この削孔ロッド3と長尺管2を、トンネルの切羽前方の地山内へトンネル掘進方向と略同方向に、先端部の削孔ビット5で削孔して打設し、打設が完了したら上記削孔ロッド3を基端部より回収した後で、地山に残置された当該長尺管2の内空の略全長に亘って、基端部側より補強芯材となる長尺ロッドを挿入し、その後、当該長尺管2の全長に亘って内側より固化材を注入し、当該長尺管2の横穴より周辺地山に固化材を充填あるいは浸透、固化させる。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トンネルや地下空洞などの掘削時に適用される地山先行補強工法において、特に掘削される地山の地質条件が悪い場所に多用される長尺先受け工法(AGF工法)、長尺フェイスボルト工法、および脚部補強工法の内、掘削進行方向に向けて打設されて切羽の押出しや掘削進行時の鏡部崩落を抑制する目的で設置される長尺フェイスボルト工法の施工方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のトンネル掘削では、加背を低くして切羽天端部に沿って所定間隔で短尺(3〜4m程度)の中空ロックボルトを打設し、各種の固化材(例えばシリカレジン)を注入し、フォアポーリングと称する地山の改善を行っていた。
【0003】
また同切羽に対しては、鏡部の自立を目的として短尺(3〜4m程度)のカーボン繊維補強樹脂(FRP)製ボルトを掘進方向に打設した後固化材を注入し、フェイスボルトと称する先行地山改善を行っていた。
【0004】
近年では、このフォアポーリング打設に代わって図16および図17の如く、切羽天端部に沿って通常約120°の仰角の範囲に、長尺(例えば12.5m)の補強鋼管8および9を掘進方向より上向きに角度θが4〜6°の小角を持って打設し、この長尺の補強鋼管8および9にセメント系或いは樹脂系の固化材を後充填し、当該補強鋼管8および9の長手方向に複数設けられた横穴より周辺地山に浸透固化させる手法が採られ、長尺先受け工法(AGF工法)として各種の派生した工法が紹介され実用化されている。
【0005】
また、約10cm程度の厚さで吹き付けコンクリートを施した鏡面13の自立を目的とした長尺フェイスボルト工法におけるフェイスボルト1についても、12.5m或いはその倍の25m程度の長さを有する長尺の補強材を、各種の手法により先行打設し、固化材を周囲の地山に充填あるいは加圧浸透注入する手法が採られるようになり、長尺フェイスボルト工法と称され、いくつかの工法が実用化されている。
【0006】
さらには、後続掘削の進行において略1メートルおきに立て込まれる鋼製支保工50の、前記AGF工法による大きな上載荷重による脚部沈下防止と当該部分地山の先行改良を目的に、鏡面の外周下端部分より、前方斜め下方向に向かって長尺(例えば12〜13mまで)の各種の先行地山改良を実施し(図示せず)、脚部補強工法と呼ばれている。
【0007】
これらの各工法を組み合わせて実施することで、トンネル掘削におけるSLライン12までの上半全断面同時掘削を可能とし、作業サイクルあたりの掘削長さ(M寸法)を大きく(例えば9m程度と)し、例えば略3.5m(P寸法)の先行補強のラップを設けながら掘削する事例が非常に多くなっている。
【0008】
尚、従来の長尺フェイスボルト工法で、トンネル掘削で常用される汎用のドリルジャンボを用いず、法面アンカー工事や地下ボーリングに用いる専用機を別途基端部側Aに準備し、トンネル鏡面13より長尺削孔を実施して安定した長尺フェイスボルト1を打設する手法もあるが、専用機を用いた手法はトンネルで重要とされる作業サイクルに悪影響を与える他、専用機や特殊作業員が必要で高価なことにより最近は敬遠されており、ここでは、最も多用されている汎用ドリルジャンボを用いて実施する、経済的な従来の長尺フェイスボルト工法について説明する。
【0009】
【従来の技術−1:FIT工法】
従来の長尺フェイスボルト工法としては、最も実用化されているFIT(FRPInjection Tube)工法が有名である(例えば、特許文献1参照)。
【0010】
また本技術の実施例や詳細は、トンネル技術開発のNPO団体「ジェオフロンテ研究会」、長尺ボルト分科会、ケーブルボルトワーキンググループ、「長尺鏡ボルトの施工実態調査とその分析、その2、不良地山での長尺ボルト施工技術資料」、2000年11月29日発行、に詳しく紹介されている。
【0011】
この工法は、基端部が汎用のドリルジャンボの削岩機に接続される削孔ロッドの先端部に削孔用ビットを取り付け、上記削孔ロッドを内包する短尺鋼管の先端部を削孔ビットに回転自在に接続し、同短尺鋼管の後端部にトンネルの後続掘削において汎用の掘削機で切除可能な繊維強化樹脂(FRP製)からなる複数の横穴を配置した長尺の補強管を接続し、上記削孔ロッドとFRP製補強管を、トンネルの切羽前方の地山内に、当該削孔ロッドと当該長尺管を順次継ぎ足しながら先端部の削孔ビットで削孔打設し、削孔が完了したら上記削孔ロッドを基端部より回収した後で、地山に残置された当該FRP補強管の内部全長に亘って、内側より固化材を注入し、当該長尺管の横穴より周辺地山に充填あるいは加圧浸透、固化させて構築される、後掘削可能な長尺フェイスボルトの構築方法である。
【0012】
このFIT工法では、従来より法面アンカー工事などで多用されてきた二重管削孔方式を採用しており、削孔方式については周知ではあるが、その特徴は、先端ビットで地山に牽引挿設される外管自体をFRP製の厚肉補強管としており、実際の採用事例は外径φ76mm、肉厚8mmと非常に厚いガラス繊維補強FRP管であり、削孔時に内包する削孔ロッドより加わる衝撃や周辺地山の穴壁崩壊による圧縮と先端ビット側からの牽引打撃力により破損が生じないことが必要であるが、ガラス繊維補強FRPは引張り強度は大きいものの打撃、衝撃には比較的脆い特性があることより、厚肉構造となっている。
【0013】
厚肉FRP補強管の両端は雄ねじを具備しており、補強管同士の接続はカップラを用いることを標準とし、例えば3mの上記サイズ補強管を逐次カップラ接続しながら二重管打設している。
【0014】
上記したFRP補強管母材の横穴加工前の引張り強度は1000kNであるが、カップラ接続部では200kN程度となり、接続部が弱点となっていた。
【0015】
前記に説明の長尺フェイスボルトでは、略12.5〜25mの打設が必要なことから接続箇所は複数におよび、フェイスボルト工は当該ボルトの軸引張り強度を効果的に利用することが採用の目的であることから、高価なFRP管の引張り耐力について更なる効率的な使い方が期待されると考える。
【0016】
【従来の技術−2:GSA工法】
GSA(Ground Spile Anchor )工法は、不良地山を対象としてオーストリアで開発されたロックボルトやグランドアンカーの施工工法である(例えば、特許文献2参照)。
【0017】
また本技術の実施例や詳細も、トンネル技術開発のNPO団体「ジェオフロンテ研究会」、長尺ボルト分科会、ケーブルボルトワーキンググループ、「長尺鏡ボルトの施工実態調査とその分析、その2、不良地山での長尺ボルト施工技術資料」、2000年11月29日発行、に詳しく紹介されている。
【0018】
この工法は、汎用のドリルジャンボの削岩機前方にスイベル装置を追加接続し、中央部の後脱落可能なセンタービットと後でロッドと共に回収するリングビットより構成されるGSAビットを、比較的厚肉で所定長さ(2〜3m)のドリルロッドの両端に設けた雄および雌ネジを使って逐次接続しながら、単管掘りで削孔する。
【0019】
削孔水は基端側の削岩機前方に取り付けたスイベル装置よりドリルロッド内孔を通ってGSAビット部より排出され、削孔されたスライムは当該ドリルロッドと地山孔壁の間を通って基端部へ排出される。
【0020】
所定の長尺フェイスボルト用の削孔(例えば12.5m程度)を完了したらば、基端部でロッドを解除し、ドリルロッドの中空部に全長に亘って、組紐状の接続弱点の無い長尺FRPロープなどを人力で挿入する。
【0021】
最後まで挿入したらば当該FRPロープを介してGSAビットのセンタービットを人力で打撃し、前方に脱落させた後、再度基端部のドリルロッドをスイベル装置と接続し、固化材をドリルロッド内を通して先端ビットまで充填し、さらにロッドを引き抜き解除しながら追加充填(必要に応じて加圧充填)を繰り返して、長尺フェイスボルトを構築する手法である。
【0022】
この場合の長尺FRPロープは、アラミド系、カーボン系、ガラス系の何れも製造可能であり、他の工法と違ってカップラ接続が無くても長尺でコイル状(本発明者の調査ではガラス系繊維補強FRPで外径φ21mm:引張り荷重300kNが、直径約2.0m程度のコイル荷造り可能な最大製品直径のようである)の現場への搬送が可能である。
【0023】
GSA工法はアイデアとしては、削孔径も必要以上に大きくなく、FRPの引張り荷重も接続がないので非常に有効に活用できて経済的であると言えるが、長尺フェイスボルトにおいて、例えば12.5m或いは25mのドリルロッドを水平打設し、FRPロープを全長に亘って内設し、確実にGSAビットのセンタービットを前方に脱落させること(地中であり目視確認できない)、流動性を上げてもかなりの粘性を有すると思われる固化材を全長にわたって注入してからドリルロッドを引き抜く場合、所定の質量を有するFRPロープ材がロッドと一緒に引き出される可能性が大きく、当該特許文献の説明にあるFRPロープ先端の拡開した抜け止め係止具を活用しても、当該係止具が地山に突き刺さって効果を発揮するまえに数十センチ〜数メートル単位で引き出される可能性も高く、更にドリルロッドを引き抜くと同時に追加充填または加圧注入がその都度必要なこと、などで基端部での作業が煩雑および各種のトラブルが予想され、当発明者の知る限りでは、試験施工以降は余り多用されていないようである。
【0024】
【従来の技術−3:Small−P工法】
この工法も、既に数多く採用されている長尺フェイスボルト工法であり、その内容は前記の「ジェオフロンテ研究会」発行の技術資料に詳しく紹介され、鋼管先受け工法及び同工法に用いる装置として、長尺先受け工法(AGF工法)における長尺鋼管の端末部を切除する無拡幅施工技術を、長尺フェイスボルト工に応用したものである(例えば、特許文献3参照)。
【0025】
また、同様な手法での長尺フェイスボルト打設工法については、他にも各種の出願事例がある(例えば、特許文献4参照)。
【0026】
長尺鋼管の端末管(鋼管Pと称す)に樹脂管を用い、当該樹脂管を切除する「AGF−P工法」では、鋼管が直径φ100〜120mmである一方、長尺フェイスボルトでは外管が直径φ60〜70mm程度と小径であり、「Small−P工法」として商品化されている。
【0027】
Small−P工法では略φ60mmの樹脂管を、先端に樹脂管よりも若干径の大きいロストビットをセットし、駆動と打撃を基端部の削岩機より削孔ロッドで伝達し削孔する。
【0028】
当該樹脂管は削孔ロッドのほぼ全長(略12〜25m)に亘って外装され、3〜4m程度の単尺で接続しながら打設し、打設が完了したらば先端のロストビットを解除し、樹脂管を地山に残置したまま、削孔ロッドを基端部側より回収する。
【0029】
地山に残置された樹脂管には長手方向に複数の横孔が設けられ、樹脂管の内孔を通じて固化材が注入され、周辺地山に充填または加圧浸透し固化する。
【0030】
長尺フェイスボルトはボルトの軸引張り力により掘削地山を先行補強するが、樹脂管の引張り耐力は非常に小さく、本工法では固化材の充填前に樹脂管内側に、小径(例えばφ25mm程度)のカーボン系FRPボルトを4〜6mおきに特殊カップラで接続して挿入し、補強芯材とするのが一般である。
【0031】
しかし、当該FRP芯材は母材が例えば380kN程度の軸耐力であっても、長尺フェイスボルトでは複数の接続が必要となり、当該接続部は例えば180kN程度の耐力となり、軸耐力の低下が避けられなかった。
【0032】
また、実施例での当該樹脂管は5〜6mm程度の厚肉管であるが、外周面が平滑で周辺地山と固化材による付着力の確実性が懸念されていたと推察される。
【0033】
さらに長尺打設時の基端部削岩機や削孔ロッドよりの衝撃や打撃で接続ネジ部などが破壊しないように、耐衝撃性の特殊樹脂製管を採用しているが、地山の条件などによっては削岩機よりの伝達エネルギーは大きく、破損の懸念が残ると思われる。
【0034】
【特許文献1】
特開2000−34882号公報(1頁−6頁、図1−図8)
【特許文献2】
特開2001−3681号公報(1頁−5頁、図1−図9)
【特許文献3】
特開平8−121073号公報(1頁−9頁、図1−図12)
【特許文献4】
特開2000−320290号公報(1頁−3頁、図1−図6)
【0035】
【発明が解決しようとする課題】
図16において、AGF工法で切羽天端に打設される長尺先受け鋼管8および9は一般に12.5mであって、後続の掘削は9m(M寸法)である。
この差12.5m−9m=3.5m(P寸法)は先受け鋼管のラップ長さとなり、通常のAGF工事では9m掘削しては次のシフトの長尺鋼管打設を繰り返す。
【0036】
従って、長尺フェイスボルト工も、この掘削長さ(M寸法)に合わせ、前サイクルで打設された長尺フェイスボルト4の残長と次に打設される同ボルト1が同程度のラップ長さ(P寸法)になるように最低でも12.5m、できれば倍の25mまでの安定した施工を経済的に実現することが作業サイクルの大幅な効率化につながる。
【0037】
また、固化材は大きくウレタン系とセメント系に大別できるが、特に硬化開始までに時間を必要とするような、セメント系材料の注入においてある程度の地山浸透を目的に加圧注入する場合、基端部側Aの鏡面13の口元のコーキングが不十分であると固化材のリークが発生し、漏れ止めが難しい事例が報告されていた。
【0038】
このような場合は、口元近傍の1.0〜2.0mの地山部分をバルクヘッドと称して、しっかりと漏れ止め対策を実施した上で、加圧注入する必要があった。
【0039】
そこで、この発明では、前段で説明した各種の従来工法の施工、技術上の難点及び経済的な懸念を改善した独自の長尺フェイスボルトの施工が行え、並びに特にセメント系固化材の加圧注入を行う場合における、独自の口元部バルクヘッドの構築が可能な長尺フェイスボルトの施工方法を提供することを課題とする。
【0040】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決するため、この発明は、トンネル掘削時に、掘削方向切羽前方の地山補強を目的に略掘削方向に向けて打設される後掘削が可能な長尺フェイスボルトの施工方法において、基端部が削岩機に接続される削孔ロッドの先端部に削孔用ビットを取り付け、上記削孔ロッドを内包する短尺鋼管の先端部を削孔ビットに回転自在に接続し、同短尺鋼管の後端部に、トンネルの後続掘削において汎用の掘削機で切除可能となり、連続したスパイラル突起を有し、複数の横孔が設けられた、薄肉の鋼製スパイラルシース製の長尺管を接続し、上記削孔ロッドと長尺管を、トンネルの切羽前方の地山内にトンネル掘進方向と略同方向に、当該削孔ロッドおよび当該長尺管を順次継ぎ足しながら先端部の削孔ビットで削孔して打設し、打設が完了したら上記削孔ロッドを基端部より回収した後で、地山に残置された当該長尺管の内空の略全長に亘って、基端部側より補強芯材となる長尺ロッドを挿入し、その後、当該長尺管の全長に亘って内側より固化材を注入し、当該長尺管の横穴より周辺地山に固化材を充填あるいは浸透、固化させる構成を採用したものである。
【0041】
上記長尺管内への固化材注入において、固化材の十分な地山への浸透を目的に固化材を加圧注入する場合に、基端部よりの固化材リーク防止を目的としたバルクヘッドを確保するため、長尺管内で長尺ロッドの基端部側に、所定のバルクヘッドの間隔で2個の袋パッカーを配置し、各袋パッカーのバルクヘッド形成方向に所要数の小穴を設けておき、両袋パッカーにウレタンなどを同時注入してこれを当該小穴よりリークさせ、当該バルクヘッド区間の長尺管の横穴より周辺地山に浸透固化させてバルクヘッドを構築するようにしてもよい。
【0042】
また、前記長尺ロッドに、ガラス繊維、アラミド繊維、或いはカーボン繊維補強樹脂製のロープまたは中実または中空の長尺物の何れかで形成されているものを用いることができる。
【0043】
【発明の実施形態】
以下この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【0044】
図1に示すトンネル掘削において、掘削方向切羽前方の地山補強を目的に掘削方向に向けて打設される後掘削が可能な長尺フェイスボルト1の施工方法は、図2のように、基端部側Aが削岩機6に接続される削孔ロッド3の先端部に削孔用ビット5を取り付け、削孔ロッド3を内包する短尺鋼管14の先端部に固定したケーシングトップ17を削孔ビット5に回転自在となる周動リング21を介して接続し、同短尺鋼管14の後端部にトンネルの後続掘削において汎用の掘削機で切除可能な連続したスパイラル突起2aを有し、複数の横穴28を配置した薄肉の鋼製スパイラルシース製の長尺管2を接続する。
【0045】
上記削孔ロッド3と鋼製スパイラルシース製の長尺管2を、トンネルの切羽前方の地山内にトンネル掘進方向と略同方向に、当該削孔ロッド3と当該長尺管2を順次継ぎ足しながら先端部の削孔ビット5で削孔打設する。
打設が完了したら上記削孔ロッド3を基端部より回収した後で、地山に残置された当該長尺管2の内空のほぼ全長に亘って、基端部側Aより、図9乃至図13に示すような、長尺のガラス繊維、アラミド繊維、或いはカーボン繊維補強樹脂(FRP)製ロープ32または中実又は中空の長尺ロッド31を補強芯材として挿入し、その後、当該長尺管の全長に亘って内側より固化材を注入し、当該長尺管の横穴28より周辺地山に充填あるいは加圧浸透、固化させて、後掘削可能で充填固化材および周辺地山との付着が確実な長尺フェイスボルト1を構築する手法を取る。
【0046】
長尺フェイスボルト1の二重管削孔において、外管に従来は用いられたことの無い、プレストレスコンクリート工事などで鋼製シースとして用いられる、全長に亘りスパイラル突起2aを有する市販標準品で経済的な鋼製スパイラルシース製の長尺管2を用い、この鋼製スパイラルシースのサイズは、例えば、最大外径φ77mm、最小内径φ70mmの標準品肉厚は0.4mmであるが、15mを超えるような例えば25m程度までの削孔においては、地山条件に応じて、特注の厚肉(例えば0.5〜0.8mm程度)の製品を用いてもよい。
【0047】
上記の鋼製スパイラルシース製の長尺管2は、壁厚は薄くても連続スパイラル突起2aの具備によりシェル剛性は大きく、削孔時に周辺地山により変形することは無く、また比較的大きな形状の当該連続スパイラル突起2aの存在で、固化材注入によるFRP補強芯材と鋼製スパイラルシース内面、および鋼製スパイラルシース外面と周辺地山との間で確実な付着力の伝達を経済的、且つ確実に実現できる。
【0048】
この発明において、鋼製スパイラルシース製の長尺管2の内側に後挿入設置されるFRP製補強芯材の選択において、特別な場合で、6m以下の短尺なフェイスボルトの施工では、比較的安価な中空又は中実構造のガラス繊維系FRPボルト31を使用すれば、カップラなどの接続を必要とせずに棒状運搬が可能であり、一方6m以上の長尺フェイスボルト1には、棒状製品に比べて若干高価であるがFRPロープ32を用い、FRPの接続による軸力の低下を排除する構成とすれば、当該芯材の引張り耐力を最大限に活用できて経済的である。
【0049】
FRPロープ32は現時点ではガラス繊維系が最も費用対引張り耐力の効果が大きいが、カーボン繊維系およびアラミド繊維系の高強度指向のものを使ってもよい。
【0050】
これらのFRPロープ32の直径は、通常のトラック搬送ができる、巻き径φ2.0m程度でコイル状に荷造り可能なロープであることが好ましい。ちなみに現時点において、ガラス繊維系でφ2.0m程度のコイル状に巻ける最大製品直径はφ21mmで、その引張り破断荷重は300kN程度である。
【0051】
更に、固化材がセメント系の場合で、ある程度の地山浸透を目的に加圧注入される場合の基端部口元よりの固化材リーク防止を目的としたバルクヘッド形成手段について、図12や図13のように、後挿入されるFRPロープ32またはFRP製長尺ロッド31の基端部側Aに、所定のバルクヘッドの間隔(L=1〜2m程度)で2個の袋パッカー44と45を配置し、各袋パッカー44と45のバルクヘッド形成方向に単数または複数の小孔46を設けて両袋パッカー44と45にウレタンなどの発泡性注入材を同時注入し、小孔46よりリークさせ、当該バルクヘッド区間の鋼製スパイラルシースの横穴28より周辺地山に浸透固化させて確実に後注入されるセメント系固化材の漏れ防止対策を講じる手法を採用する。
【0052】
図1は、比較的地質の悪い地山のトンネル掘削において、長尺先受け工法(AGF工法)とこの発明の長尺フェイスボルト工法を併用している作業状態図であり、前サイクルのAGF鋼管8と長尺フェイスボルト4の打設と後続の当該掘削区間(M)の掘削施工を終え、次のサイクルの掘削(M)の準備として、切羽天端部のAGF鋼管9の打設を完了し、当該鏡面13より長尺のフェイスボルト1を打設完了し、更に次の長尺フェイスボルト1’を打設している。
【0053】
基端部側Aにはドリルジャンボ10のガイドセル7上に搭載された削岩機6が、トンネルの掘削方向に向けて鏡面13にセットされ、削岩機6の回転と打撃は、長手方向に複数の横穴28を設けられた鋼製スパイラルシース製の長尺管2の内側にセットされた、削孔ロッド3を介して、先端の削孔ビット5に伝達される。
【0054】
削孔水は削岩機6より、図2に示す削孔ロッド3の内孔19を通じて先端のビット部5に供給され、発生した削孔スライムはビット部5の前面に設けられた通孔26aを通って当該長尺管2と削孔ロッド3の隙間通孔26を経由して、基端部側Aへ送られ、当該長尺管2の端部より排出される。
【0055】
ビット部5の構成例を図2及至図4を使って更に詳しく説明する。
【0056】
短尺の鋼管14の先端部には、当該短尺の鋼管14と同じ外径のケーシングトップ17が溶接固定され、打設完了後は地山に残置する当該短尺鋼管14より若干大きい径のロストリングビット18が周動リング21を介して回転自在にケーシングトップ17と接続されており、短尺の鋼管14の後部には後続の長尺管2である鋼製スパイラルシースをネジ接合するための接続部品25が溶接固定されている。
【0057】
削孔ロッド3の先端部には後回収するセンタービット15がネジ接続部20で接続されている。
【0058】
センタービット15は、削孔ロッド3より伝達される回転と打撃を突起部16を介してロストリングビット18に伝達し、基端側の削岩機6より送られた削孔水は削孔ロッド3の内孔19を通じてセンタービット排水口23より供給され、削孔スライムはビット前面の通孔26aを通り、長尺管2と削孔ロッド3間の通孔26から基端部へ排出されて削孔作業を進める。
【0059】
また、削孔作業の進行に伴って、センタービット15に設けた後部突起24を介して、ケーシングトップ17の内側突起が打撃されることで、長尺管2を牽引する。
【0060】
削孔ロッド3は、図7のように、従来より用いられる長さが略3m〜3.6m程度の汎用中空ロッドであり、両端に雄ねじ20を具備していて、カップラ29で接続しながら作業を進める。
【0061】
また当該削孔ロッド3に外装して打設される鋼製スパイラルシース製の長尺管2は、本実施例では図5のように、例えば最大外径φ77mm、最小内径φ70mm、肉厚0.4mmのサイズであって、削孔ロッド3と略同じ長さのものを図6に示すような、例えば図4のシース接続部品25を2個溶接接続したカップリング体27にて接続しながら削孔作業を進める。
【0062】
長尺フェイスボルト1の所定長の削孔(図1のM+P寸法)を完了したらば、基端部側Aより削孔ロッド3と先端のセンタービット15を回収し、略全長を構成する長手方向に複数の横穴28を具備した鋼製スパイラルシースよりなる長尺管2の内孔に、FRPロープ32またはFRPロッド31を挿入する。
【0063】
図10は挿入されるFRPロープ32であり、長さが6.5m以上の長尺物の場合に採用され、トラック輸送が可能なようにコイル状に直径略φ2〜2.3m程度に巻いて納品される。
【0064】
現場到着後にコイルを解いても巻き癖は残り、例えば直径略φ10m程度の巻き癖が生じることより、先端には人力挿入において長尺管接続用カップリング体27の内面突起や長尺管2に残ってしまった削孔スライムなどを回避して挿入を容易にするための先端コーン38が配置されている。
【0065】
また、この事例ではボールバルブ36を介して短尺の注入ホース34により、基端部側Aから長尺管2の奥側に向かって固化材を注入し、固化材が密閉された空気圧によって抵抗を受けないように、FRPロープ32の先端部までリターンチューブ37が配置され、空気抜きと充填が完了後に基端部側Aで固化材のリークを確認し、完全な孔内充填が出来るようになっている。
【0066】
図11は長尺フェイスボルトの固化材充填において、加圧を実施しない場合の鏡面13の口元の栓構造を示している。
【0067】
鏡面13の吹き付けコンクリートと長尺管2の隙間にはウエスと樹脂などによる口元コーキング43が実施されており、鏡面13より突出した鋼製スパイラルシース製の長尺管2の端部にはゴムリング40を押さえるように端部金物39が固定され、さらにゴムコーン41を貫通させるようにFRPロープ32、注入用短尺ホース34、およびリターンチューブ37がセットされ、液密性を確保するために同ゴムコーンを押さえ蓋42によって押し込んである。
【0068】
固化材はボールバルブ36を通って短尺注入ホース34より注入され、長尺管全長に亘って充填され、リターンチューブ37の先端孔を通って基端部側でオーバーフロー、リークする。
【0069】
リターンチューブ37よりのリークが確認されたら、当該チューブを折ってテープ止めし、注入側のボールバルブ36を締めて注入は完了する。
【0070】
図9は長尺フェイスボルトが6m程度と短尺な場合のFRP芯材の構成例であり、この例では最大長さ略6mまでの中空FRPロッド31を採用している。6mまでは棒状で容易にトラック搬送と現場搬入が可能であり、棒状FRPは同ロープ製品に比べれば経済的であることより、短尺の場合はこの事例のようにすることが好ましい。
【0071】
前説の如く、先端部には挿入を容易にする先端コーン33を設け、ボールバルブ36を設けた短尺ホース34により口元側から固化材を充填し、中空FRPロッド31の先端孔31’より空気抜きし、当該ロッド31の基端部側Aでの固化材リークを確認できたらば栓35をして充填を完了する。尚、この場合の口元コーキングは図示を省略する。
【0072】
固化材の注入で、挿設FRP芯材と周辺地山との付着力確保のみを目的とした「無加圧充填」について述べたが、別の実施方法として付着力の確保のみでなく固化材をある程度、周辺地山へ浸透注入させる「加圧浸透注入」の場合もある。
【0073】
この場合は、鏡部13の近傍の口元部を約1〜2mの範囲に亘って周辺地山と隔離コーキング処理してから加圧注入する必要があり、当該コーキング形成部分を「バルクヘッド」と称する。
【0074】
このバルクヘッドの形成方法には各種の手法があるが、ここではこの発明の実施において採用できる、極めて簡易で経済的なバルクヘッドの形成方法を説明する。
【0075】
図12と図13は、前段で説明した比較的短尺で長さ6m程度までのFRP中空ロッド31、及び長尺のFRPロープ32を採用して、当該バルクヘッドを得るために長尺管2に後挿入されるFRP芯材の構成図である。
【0076】
FRP中空ロッド31及びFRPロープ32には、注入側口元のバルクヘッド形成区間(L寸法)に2個の袋パッカー44,45が配置されており、打設された長尺管2の内側ほぼ全長に亘って後挿設されたFRP芯材の基端部側Aの出口近傍の長尺管2内側に配置されたこれら2個の袋パッカー44,45に、略同時に例えばウレタン系の膨張性注入材を注入し、バルクヘッド形成方向に向けて設けた袋パッカー44、45の小穴46よりリークさせ、さらに鋼製スパイラルシースの横穴28より周辺地山へもリーク浸透させて、確実なバルクヘッドを形成するものである。
【0077】
この手法について、図13の長尺FRPロープ32の実施例を、図14と図15を使って更に詳しく説明する。
【0078】
図14は、この発明で地山に先行設置される複数の横穴28を有する鋼製スパイラルシース製長尺管2の内、最も基端部側、鏡部13の出口に設置される長さ略3mの端末長尺管2’を示している。
【0079】
通常の長尺フェイスボルト工において具備される横穴28は孔径φ10mm程度の管貫通孔で約250mm〜300mmおきに千鳥配置されるのが通例である。
【0080】
目的のバルクヘッド区間(L)を例えば1.2mとする場合、当該部分の長尺管2’の横穴28を周辺地山への浸透が容易で確実となるように幾分密に配置する。
【0081】
本図例では、口元作業代(N寸法)と袋パッカー44、45の幅を考慮して、長尺管2’の基端部側A端部より350mm(N寸法)の位置より1.2m(L寸法)の区間に10cmおきで千鳥配列の横穴28とした。
【0082】
図15は当該端末長尺管2’が、基端部側の鏡面13より若干突出するように打設され、既に削孔ロッド3は回収され、FRPロープ32、注入ホース34、リターンチューブ37、及び口元部に略1mの間隔を設けて設置された袋パッカー44,45が挿入セットされている。
【0083】
この状態で、袋パッカー44および45にウレタン系の膨張性注入材(例えばシリカレジンなど)を注入ホース47および48より略同時に注入する。
【0084】
注入材は、先ず袋パッカー44および45を膨張させ長尺管2’の内面に適度の圧力で膨張して接しながら、バルクヘッド形成側に設けた小穴46より漏れ出して長尺管2’の当該部内面に充満し、継続してやや密に配置した長尺管2’の横穴28より口元近傍の周辺地山に浸透固化して、鏡部13の近傍にバルクヘッド49を確実に形成することができる。
【0085】
この後で前説の要領により、ボールバルブ36より固化材を注入し、長尺FRPロープ32の先端付近まで沿わせて配置されたリターンチューブ37の先端孔を介した固化材のリークが基端部側Aで確認できたらば、リターンチューブ37を折って確実に閉め、ボールバルブ36側の注入圧力を所定まで上げて所定時間保持し、以後ボールバルブ36を閉じることにより、確実な「加圧浸透注入」を実施できることになる。
【0086】
【発明の効果】
以上のように、この発明によると、トンネル掘削時に、切羽前方の地山補強を目的に打設される後掘削が可能な長尺フェイスボルトの施工方法において、基端部が削岩機に接続される削孔ロッドの先端部に削孔用ビットを取り付け、上記削孔ロッドを内包する短尺鋼管の先端部を削孔ビットに回転自在に接続し、同短尺鋼管の後端部に、複数の横孔が設けられた薄肉の鋼製スパイラルシース製の長尺管を接続し、上記削孔ロッドと長尺管を、トンネルの切羽前方の地山内にトンネル掘進方向と略同方向に先端部の削孔ビットで削孔して打設し、打設が完了して削孔ロッドを基端部より回収した後で、地山に残置された当該長尺管の内空の略全長にFRP製の長尺ロープ又はロッドを挿入し、その後、当該長尺管の全長に亘って内側より固化材を注入し、当該長尺管の横穴より周辺地山に固化材を充填あるいは浸透、固化させるようにしたので、鋼製スパイラルシース製の長尺管は、壁厚は薄くても連続スパイラル突起の具備によりシェル剛性は大きく、削孔時に周辺地山により変形することは無く、また比較的大きな形状の当該連続スパイラル突起の存在で、固化材注入による補強芯材となるFRP製の長尺ロープ又はロッドと鋼製スパイラルシース内面、および鋼製スパイラルシース外面と周辺地山との間で確実な付着力の伝達を経済的、且つ確実に長尺フェイスボルトの構築が実現できる。
【0087】
また、長尺管内への固化材注入において、長尺管内で長尺ロッドの基端部側に、所定のバルクヘッドの間隔で2個の袋パッカーを配置し、各袋パッカーのバルクヘッド形成方向に所要数の小穴を設けておき、両袋パッカーにウレタンなどを同時注入してこれを当該小穴よりリークさせ、当該バルクヘッド区間の長尺管の横穴より周辺地山に浸透固化させてバルクヘッドを構築するようにしたので、特にセメント系固化材の加圧注入を行う場合における、独自の口元部バルクヘッドの構築が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の長尺フェイスボルトを打設しているトンネル上断面掘削状態の縦断側面図
【図2】本発明の長尺フェイスボルトを打設するビット部の構造を拡大した縦断側面図
【図3】同ビット部の正面図
【図4】鋼製スパイラルシース製の長尺管とビット部の短尺鋼管を接続する接続部品の一部切り欠き側面図
【図5】複数の横穴を配置した鋼製スパイラルシース製の長尺管を示す側面図
【図6】当該長尺管同士を接続するカップリング体の側面図
【図7】削岩機の回転と打撃および削孔水を先端ビットに供給する削孔ロッドの側面図
【図8】当該削孔ロッドを接続する接続カップリングの縦断側面図
【図9】略6m長さまでのこの発明の長尺フェイスボルトに後挿入される無加圧、充填注入用FRP中空ロッド芯材の構成を示す側面図
【図10】略6.5m以上の長さのこの発明の長尺フェイスボルトに後挿入される無加圧、充填注入用FRPロープ芯材の構成を示す側面図
【図11】FRPロープ芯材を使った、この発明による長尺フェイスボルトの無加圧、充填注入における口元部蓋構造を示す縦断側面図
【図12】略6m長さまでのこの発明の長尺フェイスボルトに後挿入される加圧、浸透注入用FRP中空ロッド芯材の構成を示す側面図
【図13】略6.5m以上の長さのこの発明の長尺フェイスボルトに後挿入される加圧、浸透注入用FRPロープ芯材の構成を示す側面図
【図14】鋼製スパイラルシース製の端末長尺管を示す側面図
【図15】加圧、浸透注入を行うためのこの発明によるバルクヘッドの構築状態を示す縦断側面図
【図16】従来の長尺先受け工法における長尺フェイスボルトを打設しているトンネル上断面掘削状態の縦断側面図
【図17】同上の正面図
【符号の説明】
A 基端部側
1 打設された長尺フェイスボルト
1’ 打設中の長尺フェイスボルト
2 鋼製スパイラルシース製の長尺管
2’ 最も基端部側の鋼製スパイラルシース製の長尺管
2a スパイラル突起
3 削孔ロッド
4 前サイクルにおいて打設された長尺フェイスボルト
5 削孔用ビット
6 削岩機
7 ガイドセル
8 前サイクルにおいて打設された長尺先受け鋼管
9 本サイクルにおいて打設された長尺先受け鋼管
10 ドリルジャンボ
11 トンネル天端仕上がり線
12 上半掘削線
13 鏡面(鏡部)
14 短尺鋼管
15 センタービット
16 センタービットの前方突起部
17 ケーシングトップ
18 ロストリングビット
19 内孔
20 ネジ
21 周動リング
22 センタービットの内孔
23 センタービットの排水口
24 センタービットの後部突起
25 シース接続部品
26 通孔
26a 先端ビット前面の通孔
27 長尺管用カップリング体
28 長尺管の横穴
29 削孔ロッド用カップリング
30 同カップリング用接続ネジ
31 中空FRPボルト
31’ 先端孔
32 中実FRPロープ
33 先端コーン
34 注入ホース
35 栓
36 ボールバルブ
37 リターンチューブ
38 先端コーン
39 端部金物
40 ゴムリング
41 ゴムコーン
42 押さえ蓋
43 口元コーキング
44 袋パッカー
45 袋パッカー
46 小穴
47 袋パッカー用注入ホース
48 袋パッカー用注入ホース
49 バルクヘッド
50 鋼製支保工
50a 最小鋼製支保工
50b 中間鋼製支保工
50c 最大鋼製支保工
L バルクヘッド区間
N 端末長尺管の基端部側未加工幅

Claims (3)

  1. トンネル掘削時に、掘削方向切羽前方の地山補強を目的に略掘削方向に向けて打設される後掘削が可能な長尺フェイスボルトの施工方法において、基端部が削岩機に接続される削孔ロッドの先端部に削孔用ビットを取り付け、上記削孔ロッドを内包する短尺鋼管の先端部を削孔ビットに回転自在に接続し、同短尺鋼管の後端部に、トンネルの後続掘削において汎用の掘削機で切除可能となり、連続したスパイラル突起を有し、複数の横孔が設けられた、薄肉の鋼製スパイラルシース製の長尺管を接続し、上記削孔ロッドと長尺管を、トンネルの切羽前方の地山内にトンネル掘進方向と略同方向に、当該削孔ロッドおよび当該長尺管を順次継ぎ足しながら先端部の削孔ビットで削孔して打設し、打設が完了したら上記削孔ロッドを基端部より回収した後で、地山に残置された当該長尺管の内空の略全長に亘って、基端部側より補強芯材となる長尺ロッドを挿入し、その後、当該長尺管の全長に亘って内側より固化材を注入し、当該長尺管の横穴より周辺地山に固化材を充填あるいは浸透、固化させることを特徴とする長尺フェイスボルトの施工方法。
  2. 前記長尺管内への固化材注入において、固化材の十分な地山への浸透を目的に固化材を加圧注入する場合に、基端部よりの固化材リーク防止を目的としたバルクヘッドを確保するため、長尺管内で長尺ロッドの基端部側に、所定のバルクヘッドの間隔で2個の袋パッカーを配置し、各袋パッカーのバルクヘッド形成方向に所要数の小穴を設けておき、両袋パッカーにウレタンなどを同時注入してこれを当該小穴よりリークさせ、当該バルクヘッド区間の長尺管の横穴より周辺地山に浸透固化させてバルクヘッドを構築することを特徴とする請求項1に記載の長尺フェイスボルトの施工方法。
  3. 前記長尺ロッドに、ガラス繊維、アラミド繊維、或いはカーボン繊維補強樹脂製のロープまたは中実または中空の長尺物の何れかで形成されているものを用いることを特徴とする請求項1に記載の長尺フェイスボルトの施工方法。
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