JP2011052536A - 大断面トンネルの先支保トンネル工法 - Google Patents

Abstract

【課題】地盤沈下を減らし、より容易にトンネルライニングを形成しながらトンネル内部を掘削する先支保トンネル工法を提供する。
【解決手段】大断面トンネル内に導坑２１を掘削する段階と、前記導坑２１内の多数の位置で先支保材を設置するために放射状に穿孔穴２２を形成する段階と、上記段階で形成された放射状の穿孔穴２２に先支保材を挿入した後、グラウティングする段階と、前記大断面トンネルの横方向に等間隔のパイプルーフをトンネルの進行方向にまず設置した後、トンネルを掘削しながらアーチ形状のスチールリブをトンネルの進行方向に設置し、前記多数のスチールリブ同士間にはスチールプレートが設置されてこれらのスチールリブを互いに結着させたのち支圧版と定着具を締め付けて圧着固定する段階と、前記パイプルーフとスチールプレートとの間にショートクリートを打設する段階とを設ける。
【選択図】図１１ａ

Description

本発明は、トンネル入出口と都心のトンネルで発生する地被りの浅い土砂トンネルの施工及び大断面トンネル内において、導坑を先掘削貫通後に先支保材を多数の位置でまず穿孔設置した後、大断面トンネル、すなわち、メイントンネルの掘削ラインまで掘削しながらライニング形成材であるプレキャストピース版、鉄筋からなるトラス版、スチールリブなどのセグメントを先支保材と結合施工したり、超軟弱地盤で放射状に設置する先支保材の外に、縦方向のパイプルーフ鋼管多段グラウティングをちゅう密にしなければならない場合は、施工上互いに干渉しないように内部ライニング支保材で掘削ラインを補強する先支保トンネル工法及びこれに適合した装置に関する。

従来、市街地の浅層トンネルの施工時にあらかじめ地盤を補強するためのグラウティングを実施し、地盤を改良する補助工法があったが、このような補助工法は、投入した努力に比べて地盤の支保効果が少ないという短所があった。

また、トンネル内でパイプルーフのみで先支保したり、シールドトンネル概念を導入した大型シールドを油圧で圧入し、内部を掘削するタイプがあったが、パイプルーフは横方向の補強に欠けており、シールドタイプは、局地的に発生するトンネルに過費用が発生するから大断面では適用が不可能だった。

したがって、本発明は、上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、トンネル入出口と都心のトンネルで発生する土被りの浅い土砂トンネルの施工と大断面トンネルの施工のための工法で、地盤沈下を減らし、より容易にトンネルライニングを形成しながらトンネル内部を掘削する先支保トンネル工法を提供することにある。

上記の目的を達成する本発明による先支保トンネル工法は、大断面トンネル内に導坑を掘削する段階と、前記導坑内の多数の位置で先支保材を設置するために放射状に穿孔穴を形成する段階と、上記段階で形成された放射状の穿孔穴に先支保材を挿入した後、グラウティングし養生する段階と、前記大断面トンネルの横方向に等間隔のパイプルーフをトンネルの進行方向にまず設置した後、トンネルを掘削しながらアーチ形状のスチールリブをトンネルの進行方向に設置し、前記多数のスチールリブ同士間にはスチールプレートが設置されてこれらのスチールリブを互いに結着させたのち支圧版と定着具を締め付けて圧着固定する段階と、前記パイプルーフとスチールプレートとの間にショートクリートを打設する段階と、を含むことを特徴とする。

本発明の先支保トンネル工法及びこれに適合した装置によれば、トンネルの掘削前に多数の先支保材をトンネルの掘削ラインの地表面で穿孔設置するから、掘削作業と競合することなく施工され、工期が短縮される他、従来トンネルでロックボルトを施工することに比べて地表沈下が低減し、トンネル掘削のための自立時間が増加し、トンネル周辺地盤のアーチ形成効果があり、地盤改良効果及び梁形成効果、内穴の耐圧作用効果、岩壊の縫合作用効果がある。

また、ピース版と先支保材を連結し締め付けてトンネル内穴周辺に圧着を加えるので、ライニング効果と短時間で掘削浅端部地盤を支圧でき、土砂トンネルでも施工が可能である。地表面で垂直杭をトンネルの両側壁に設置する時は、トンネル側壁の土流抵抗の役割をし、３アーチ掘削２アーチトンネルでは中央垂直杭がフィラーの役割を果たす。そして、排水材をトンネル掘削面とピース版との間に設置するので、排水が円滑になり、従来トンネルのショートクリートで生じる白化現象がない。しかも、都心地や山岳トンネルの入出口部に発生する土被りの浅い浅層トンネルを原地盤の過度な切取無しにトンネル施工できるため、自然環境のき損なしにトンネルを施工できる。特に５〜６メートルと土被りの極めて浅いトンネルは先支保材の摩擦力が不足することになるが、本発明では地表面に反力ビームの役割を担うコンクリートスラブを打設するか、ピース版を当てて圧着するため、プレストレス型先支保材の引張材である鋼棒にプレストレスが導入される効果があり、沈下の低減効果及びそれによるせん断強度の増加が図られる。

セグメント版の一種である鉄筋トラス版は、ショートクリートと一体化しやすい構造であり、リバウンド量を最小化でき、縦方向と横方向に断面２次モーメントが最大化できる幾何学的な構造に設計された。

また、本発明の他の実施例による排水装置は、トンネル内の湧き出し水による地盤侵食及び余掘を減少させることができ、ピース版の背面のグラウティング時にグラウティング液が水抜管の通穴を塞ぐのを防止するように水抜管の下端外周面に設置されたラッパ状の漏斗がチェックバルブの役割を果たし、よって、排水管が塞がらず排水が円滑になる。

また、導坑を用いて先支保材を設置する時には、原地盤が軟弱な所においても大断面トンネルを設置することができるので、地下油類貯蔵施設にも非常に効果的な工法であり、穿孔穴内の先支保材をパッカー手段によって加圧してグラウティングができるようにし、リッピング（ｒｉｐｐｉｎｇ）岩または土砂地盤に脈像形態や浸透形態のグラウティングで地盤補強ができるし、完全に先支保材周辺がグラウティング（ｇｒｏｕｔｉｎｇ）されたことが確認できるように、中空鋼棒型先支保材またはグラウティングホースを通して注入してグラウティング液がオーバーフロするのを確認できる構造とした。

先支保材を設置するための穿孔穴を用いて掘削時に、ベンチカット発破工法のための装薬が可能であり、発破時に先支保材の露出された頭部の損傷を防止するためにポリエチレンフォーム（Ｐ．Ｅ．ｆｏａｍ）パイプを付着したし、機械化施工を可能にするために導坑穿孔装置の縦軸中心がトンネルクラウン部半径中心に一致するように導坑位置を設定した。

工期長大トンネルの側面では、大断面トンネルにおいて導坑をまず掘削貫通した後、多数の位置で先支保材を施工でき、掘削段階でも多数の位置で切羽を形成して各箇所で作業ができるようにし、工期を画期的に短縮できる。

本発明のトンネル工法においてトンネルの掘削前地表面から予定されたトンネルの掘削ラインに向かって先支保材を様々に施工した様子を示す断面図である。 本発明のトンネル工法においてトンネルの掘削前地表面から予定されたトンネルの掘削ラインに向かって先支保材を様々に施工した様子を示す断面図である。 本発明のトンネル工法においてトンネルの掘削前地表面から予定されたトンネルの掘削ラインに向かって先支保材を様々に施工した様子を示す断面図である。 ３アーチ掘削２アーチトンネルのピラー部を先支保材で施工した様子を示す断面図である。 本発明のトンネル工法において先支保材を施工後にトンネルを掘削し、トンネルの掘削ラインに各先支保材ごとにピース版を連結して締め付けた様子を示す断面図である。 本発明のトンネル工法において先支保材を施工後にトンネルを掘削し、トンネルの掘削ラインに各先支保材ごとに鉄筋で編んだトラス版を連結して締め付けた様子を示す断面図である。 本発明のトンネル工法において先支保材を施工し、トンネルの横方向に等間隔に多数のパイプルーフ（ｐｉｐｅ ｒｏｏｆ）で補強した後にトンネルを掘削し、トンネルの掘削ラインにトンネルの縦方向に等間隔にアーチ型スチールリブ（ｓｔｅｅｌ ｒｉｂ）を施工した後、先支保材と連結して締め付けた様子を示す断面図である。 本発明のトンネル工法において先支保材をトンネルの掘削ラインの周辺まで到達するようにして多数のパイプルーフと干渉しないように施工した断面図である。 本発明のトンネル工法においてトンネルから横方向に等間隔に多数のパイプルーフを施工した後に、トンネルの掘削ラインにトンネルの縦方向に等間隔にアーチ型スチールリブを施工したのち先支保材と連結して締め付けた様子を示す斜視図である。 本発明の多数のスチールリブをスチールプレートで連結する様子を示す斜視図である。 図２ｅのＡ−Ａ線に沿った断面図である。 本発明のトンネル工法においてトンネルの掘削ラインの下部からロックボルトを施工する様子を示す断面図である。 本発明のトンネル工法において切羽内の自立補強のために先支保材をトンネルの掘削ラインよりも深く穿孔設置した様子を示す部分断面図である。 図４ａのＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 図４ａのＣ−Ｃ線に沿った断面図である。 本発明のトンネル工法において鉄筋で編んだトラス版とショートクリートを用いてライニングを形成する場合、掘削面とピース版との間に帯状の排水材をトンネル周辺に連続して設置した様子を示す斜視図である。 本発明のトンネル工法においてトンネルの排水装置を示す断面図である。 図５ｂの排水装置を拡大して示す断面図である。 本発明のトンネル工法においてプレストレス型先支保材とピース版のようなシェル形成部材を支圧版で連結して締め付ける時、先支保材にプレストレスを加えることによる効果を示す断面図である。 図６のＤ部分の先端支持プレストレス型先支保材を詳細に示す断面図である。 本発明のトンネル工法において土被りの浅い浅層トンネルに施工された先支保材を示す断面図である。 本発明のトンネル工法において鉄筋トラス版を示す斜視図である。 図９ａのＸ−Ｘ線に沿った断面図である。 図９ａのＹ−Ｙ線に沿った断面図である。 本発明のトンネル工法において先支保材の施工順序を示す図である。 本発明のトンネル工法において先支保材の施工順序を示す図である。 本発明のトンネル工法において先支保材の施工順序を示す図である。 本発明のトンネル工法において先支保材の施工順序を示す図である。 本発明のトンネル工法において先支保材の施工順序を示す図である。 本発明の大断面トンネルで導坑内で放射状に穿孔された穿孔穴に先支保材が挿入された状態を示す断面図である。 本発明の大断面トンネルで先支保材を施工後にトンネルを掘削し、トンネルの掘削ラインに各先支保材ごとにピース版を連結して締め付けた様子を示す断面図である。 本発明の大断面トンネルで先支保材を施工後にトンネルを掘削し、トンネルの掘削ラインに各先支保材ごとに鉄筋で編んだトラス版を連結して締め付けた様子を示す断面図である。 本発明の大断面トンネルで先支保材を施工し、トンネルの横方向に広い間隔を持つパイプルーフをトンネルの進行方向に補強した後にトンネルを掘削し、トンネルの掘削ラインにトンネルの縦方向に等間隔にアーチ型スチールリブを施工したのち先支保材と連結して締め付けた様子を示す断面図である。 本発明の中空鋼棒型先支保材を詳細に示す断面図である。 図１２ａのＥ−Ｅ線に沿った断面図である。 本発明の鋼棒型先支保材を詳細に示す断面図である。 本発明の鋼線型先支保材を詳細に示す断面図である。 図１２ｄのＦ−Ｆ線に沿った断面図である。 図１２ｄのＧ−Ｇ線に沿った断面図である。 本発明の先支保材挿入管を示す断面図である。 本発明の先支保材挿入管が締付け作動される前の図１２ａの“Ｈ”部を詳細に示す断面図である。 本発明の先支保材挿入管が締付け作動された後の図１２ａの“Ｈ”部を詳細に示す断面図である。 本発明の中空鋼棒型先支保材に対するエアーパッカー装置の作動前状態を示す断面図である。 本発明の中空鋼棒型先支保材に対するエアーパッカー装置の作動後状態を示す断面図である。 本発明による大断面トンネルの導坑においてメイントンネル掘削ラインまでの穿孔穴に装薬孔を設置した様子を示す断面図である。 図１５ａの平面図である。 図１５ｂの“Ｉ”部を詳細に示す断面図である。 本発明の大断面トンネルの導坑内において放射状に穿孔穴を穿孔する穿孔装置を示す断面図である。 本発明の大断面トンネルの穿孔装置のガイドビームに結合された穿孔ロッドが回転角度の変化によって回転する様子を示す断面図である。 本発明の穿孔装置を示す平面図である。

１０ 先支保材
１１ 支圧版
１２ 定着具
２０ 掘削ライン
２１ 導坑
２２ 穿孔穴
３０ ピース版
３１ 噛合突起
３２ 噛合溝
３３ トラス版
３４ パイプルーフ
３５ スチールリブ
３６ スチールプレート
３７ ショートクリート
４０ 排水材
５０ ロックボルト
６０ プレストレス型先支保材
６１ 鋼棒
６２ 鋼管パイプ
６３ 突起
６５ 防錆潤滑油
６６ グラウティング
６７ ポリエチレン管
７０ 排水装置
７１ “Ｔ”字状連結管
７２ 排水管
７３ 水抜管
７３ａ 通穴
７４ ラッパ状漏斗
７４ａ グラウティング液
１１０ 中空鋼棒型先支保材
１１０ａ 螺糸山
１１１ 突部
１１２ センターライザー
１１３ カプラー
１１３ａ ロックピン
１２０ パッカー手段
１２１，１２４ 第１及び第２ストッパー
１２２ ゴムパッカー
１２３ 端管
１２３ａ ゴムパッキング
１２５ 挿入用パイプ
１３１ 中空型パイプ
１３２ エアーパッカー
１３３，１３５ 第３及び第４ストッパー
１３４ パッカー加圧ホース
１４１ ポリエチレンフォームパイプ
１４２ てん塞袋
１４２ａ ポリエチレンフォーム
１４２ｂ 砂
１４３ 装薬
１４４ 砂てん塞
１５１ 本体
１５２ アウト油圧リフト
１５３ 中心軸
１５４ 穿孔手段
１５４ａ 軸回転装置
１５４ｂ ガイドビーム
１５４ｃ 穿孔ロッド
１５５ 水準器

以下、本発明の実施例を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１ａ乃至図１ｃは、本発明のトンネル工法において、トンネルの掘削前に予定されたトンネルの掘削ラインに向けて先支保材を様々に施工した様子を示す図であり、図１ｄは、３アーチ掘削２アーチトンネルのピラー部を先支保材で施工した様子を示す断面図であり、図２ａは、本発明によるトンネル工法において、先支保材を施工後にトンネルを掘削し、トンネルの掘削ラインに各先支保材ごとにピース版を連結して締め付けた様子を示す断面図であり、図２ｂは、本発明によるトンネル工法において先支保材を施工後にトンネルを掘削し、トンネルの掘削ラインにおいて各先支保材ごとに鉄筋からなるトラス版を連結して締め付けた様子を示す断面図であり、図２ｃは、本発明によるトンネル工法において先支保材を施工し、トンネルの横方向に等間隔に多数のパイプルーフ（ｐｉｐｅ ｒｏｏｆ）で補強したのちトンネルを掘削し、トンネルの掘削ラインにトンネルの縦方向に等間隔にアーチ型スチールリブ（ｓｔｅｅｌｒｉｂ）を施工した後、先支保材と連結して締め付けた様子を示す断面図であり、図２ｄは、本発明のトンネル工法において、先支保材をトンネルの掘削ラインの周辺のみまで到達するようにして多数のパイプルーフ（ｐｉｐｅ ｒｏｏｆ）と干渉しないように施工した断面図であり、図２ｅは、本発明のトンネルの横方向に等間隔に多数のパイプルーフを施工した後、トンネルの掘削ラインにトンネルの縦方向に等間隔にアーチ型スチールリブ(ｓｔｅｅｌ ｒｉｂ）を施工後に先支保材と連結して締め付けた様子を示す斜視図であり、図２ｆは、本発明の多数のスチールリブをスチールプレートで連結する様子を示す斜視図であり、図２ｇは、図２ｅのＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図３は、本発明のトンネル工法においてトンネルの掘削ラインの下部でラックボルトを施工する様子を示す断面図であり、図４ａは、本発明のトンネル工法において切羽内の自立補強のために先支保材をトンネルの掘削ラインよりも深く穿孔設置した様子を示す部分断面図であり、図４ｂは、図４ａのＢ−Ｂ線に沿った断面図であり、図４ｃは、図４ａのＣ−Ｃ線に沿った断面図であり、図５ａは本発明のトンネル工法において、鉄筋からなるトラス版とショートクリートを用いてライニングを形成する場合、掘削面とピース版との間に帯状の排水材をトンネル周辺に連続して設置した様子を示す斜視図であり、図５ｂは、本発明のトンネル工法において、他のトンネルの排水構造を示す断面図であり、図５ｃは、図５ｂの排水装置を拡大して示す断面図であり、図６は、本発明のトンネル工法においてプレストレス型先支保材とピース版のようなシェル形成部材を支圧版で連結して締め付けるとき、先支保材にプレストレスを加えることによる効果を示す断面図であり、図７は、図６のＤ部分の先端支持プレストレス型先支保材を詳細に示す断面図であり、図８は、本発明のトンネル工法において土被りの浅い浅層トンネルに施工された先支保材を示す断面図であり、図９ａは、本発明のトンネル工法において鉄筋トラス版を示す斜視図であり、図９ｂは、図９ａのＸ−Ｘ線に沿った断面図であり、図９ｃは、図９ａのＹ−Ｙ線に沿った断面図であり、図１０ａ乃至図１０ｅは、本発明のトンネル工法において先支保材の施工順序を示す図である。

本発明による先支保材及びピース版で支持される先支保トンネル工法のプロセスを説明すると、まず、図１ａ乃至図１ｄに示すように、トンネル内で地盤に向かって放射状に設置するロックボルトのような先支保材１０を、トンネルの予定された地表面からトンネルの掘削ライン２０に向かってトンネル掘削前に穿孔設置し、グラウティングする。図１ａは、トンネルの掘削ラインに向かって放射状に先支保材１０を施工した様子を示す図であり、図１ｂは、トンネルの掘削ラインに向かって鉛直方向に先支保材１０を施工した様子を示す図であり、図１ｃは、トンネルの掘削ラインに向かって鉛直及び放射状の方向を混合して先支保材１０を施工した様子を示す図であり、図１ｄは、３アーチ掘削２アーチトンネルのピラー部を先支保材で施工した様子を示す図である。これについてそれぞれ説明すると、図１ａは、比較的トンネル上部の表面が広いか、アーチ形態の場合に適用し、図１ｂは、都心のトンネルにおいてトンネル地表面の横方向空間が限定される時に適用し、図１ｃは、トンネルの掘削ラインの両側面の安定が追加的に必要な時に適用し、両側面の垂直の先支保材を施工基面下部まで根入させることによって、トンネル側壁の土流抵抗体の役割を果たし、図１ｄは、３アーチ掘削２アーチトンネルにおいてピラー部位置に設置される垂直先支保材を鋼管とすることによってトンネルのピラー部の役割を果たすようにし、この垂直先支保材に鉄版１３とアングル１４で熔接連結して一体化させて先支保トンネルを形成する。

上記のように先支保材１０を施工後に、トンネルを掘削する。すなわち、図２ａ乃至図２ｇに示すように、先支保材１０の施工は、予定されたトンネルの掘削ライン２０の上部面、すなわち、地表面から放射状の方向にトンネルの掘削ライン２０に向かって多数の先支保材１０を穿孔設置した後、トンネルを掘削するようになる。図２ａに示すように、トンネルの掘削ライン２０には、一側と他側にそれぞれ噛合突起３１と噛合溝３２が形成されたピース版３０が、パズルのように互いに噛み合っている。そして、各先支保材１０の位置に合うように穴が穿孔されたピース版３０が支圧版１１で締め付けられている。また、ピース版３０とトンネルの掘削面との間には、排水材４０が挿入設置されている。そして、ピース版３０とトンネルの掘削面間の隙間を埋めるための背面グラウティングは、従来のトンネル工法と同様に、２重のシェルを設置するに当たりピース版全面に排水フィルターと防水紙を設置する前に、支圧版１１を取り付けた穿孔された穴を通して施工される。

図２ｂは、ピース版３０の代わりに、鉄筋で編まれたトラス版３３を支持版とする例を示すもので、先支保材１０ごとにトラス版３３をそれぞれ取り付け、その内部をショートクリートする。図２ｃ乃至図２ｇは、ピース版３０の代わりに、トンネルの横方向に等間隔のパイプルーフ（Ｐｉｐｅ Ｒｏｏｆ）３４をトンネルの進行方向に設置した後、トンネルを掘削し、その掘削面に排水材４０を設置し、このパイプルーフ３４の下端にはトンネルの横方向アーチ形状のスチールリブ（Ｓｔｅｅｌ Ｒｉｂ）３５を縦方向、すなわち、トンネルの進行方向に設置し、これらの多数のスチールリブ３５同士間にはスチールプレート３６が設置されてそれらのスチールリブ３５を互いに結着させている。そして、パイプルーフ３４とスチールプレート３６との間にはショートクリート３７を打設するようになっている。すなわち、図２ａ乃至図２ｇに示すように、シェルを形成する部材はプレキャストピース版３０、鉄筋トラス版３３またはスチールリブ３５のいずれかが地盤条件に基づいて選択的に設置される。

図２ｃでは、ロックボルトの施工時に支圧版でトンネルの掘削ラインを支圧して局部的な崩壊を防止することが開示されているが、図２ｄでは、本発明のトンネル工法で先支保材をトンネルの掘削ラインの周辺のみにまで到達するようにして多数のパイプルーフと干渉しないように施工した例が開示されている。すなわち、トンネルの進行方向にパイプルーフ３４と干渉しないようにトンネルの掘削ラインの上側面のみにまで到達するようにしたわけである。

図３では、上記のように、トンネル掘削後にピース版３０で先支保材１０をトンネルの掘削ライン２０内で支圧版１１を用いて結合した後、掘削ライン２０の比較的掘削しやすい側部分は、トンネルの内部でロックボルト５０とピース版３０を施工している。

図４ａ乃至図４ｃに示すように、切羽の自立補強のために先支保材１０を掘削ライン２０よりも深く穿孔設置した様子を示す図である。図示のように、先支保材１０を掘削ライン１０よりも深く穿孔設置すると、切羽をせん断補強する結果となる。

図５ａは、本発明のトンネル工法において、鉄筋で編んだトラス版とショートクリートを用いてライニングを形成する場合、トンネルの掘削面とピース版３０との間に設置された帯状の排水材４０を示す斜視図で、この排水材４０をトンネル周辺に連続して設置することによって排水を円滑にする。

図５ｂ及び図５ｃは、本発明のトンネル工法において、プレキャストピース版と掘削面間の空間に設置された排水装置７０を示す図で、排水装置７０は、ピース版３０とトンネルの掘削ライン２０との間に設置され、等間隔に“Ｔ”字状連結管７１を媒介にして連結された排水管７２と、排水管７２の“Ｔ”字状連結管７１に連結されて掘削ライン２０に対して放射状に配列され、外周面に多数の通穴７３ａが形成された水抜管７３と、水抜管７３において通穴７３ａの形成されていない部分である下部外周面に挿入され、グラウティング液７４ａが上部の通穴７３ａ側に流れていくのを防止するラッパ状の漏斗７４と、水抜管７３の上部面をカバーするキャップ７５と、で構成されている。このような排水装置７０は、トンネル内の湧き出し水による地盤侵食及び余掘を減少させることができ、ピース版３０背面のグラウティング時にグラウティング液７４ａが水抜管７３の通穴７３ａを塞ぐのを防止するように、水抜管７３の下端外周面に設置されたラッパ状の漏斗７４がチェックバルブの役割を果たすため、排水管７２が塞がることなく円滑に排水される。図５ａに示す実施例の排水装置及び図５ｂに示す実施例の排水装置は、併用しても良く、いずれか一つのみを地盤条件とライニング条件に応じて選択的に適用しても良い。

図６は、本発明のトンネル工法においてプレストレス型先支保材とピース版のようなシェル形成部材を支圧版で連結して締め付けるとき、先支保材にプレストレスを加えることによる効果を示す断面図であり、図７は、プレストレスを加えることができるプレストレス型先支保材６０を示す断面図である。図６及び図７に示すように、プレストレス型先支保材６０は、引張材である鋼棒６１で構成され、その外周面に設置されたポリエチレン管６７内に挿入された状態で、外周面に突起６３が突設された鋼管パイプ６２内に配置される。鋼管パイプ６２と鋼棒６１との間には、防錆潤滑油６５を塗布して防錆及び引張変形を自由にした。このようなプレストレス型先支保材６０の取込みは、油圧ジャッキでに支圧版１１を押しつけながら引張材である鋼棒６１を引っ張り、定着具１２で締め付けるか、ナットのトルク値で引張を与えることができる。原地盤のプレストレス型先支保材６０の定着は、突起６３が突設された鋼管パイプ６２とグラウティング６６の摩擦力によって固定されるようにする。

本発明の先支保材１０とピース版３０のようなシェル形成部材を支圧版１１で締め付けて連結する時、先支保材１０にプレストレス（Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ）を加えることによって、地盤沈下を低減し且つアーチング効果を増大させるわけである。

図１０ａ乃至図１０ｅでは、本発明による先支保トンネルの施工順序を示している。まず、地上から予定されたトンネルの掘削ライン２０に向かって先支保材１０を放射状及び鉛直方向に穿孔設置し（図１０ａ）、トンネルの掘削ラインに沿ってトンネルの上部断面を掘削し（図１０ｂ）、アーチングラインにある先支保材１０ごとにピース版３０を支圧版１１と定着具１２で連結して締め付け（図１０ｃ）、トンネルの下部半断面にトンネル内でロックボルト５０を施工し（図１０ｄ）、各ロックボルト５０ごとにピース版３０を支圧版１１と定着具１２で連結して締め付けることで、施工を完了する（図１０ｅ）。

図８に示す５〜６メートル以内の土被りを持つ超浅層トンネルは、トンネル上部地表面に設置されたピース版３０またはコンクリートスラブ８０に、プレストレス型先支保材６０の鋼棒６１を固定し、プレストレス型先支保材６０の一端を坑内で掘削しながらピース版３０を当てて締め付けることによって、プレストレスを発生させる。このような工法は、土砂トンネルにおいて先支保材の周辺で発生する摩擦力を十分に確保できない土砂地盤に適用し、トンネル周辺の完壁なアーチング効果とせん断強度の増加、沈下低減をもたらすことができる。

図１１ａは、本発明の大断面トンネルで、導坑内で放射状に穿孔された穿孔穴に先支保材が挿入された状態を示す断面図であり、図１１ｂは、本発明の大断面トンネルで先支保材を施工後にトンネルを掘削し、トンネルの掘削ラインに各先支保材ごとにピース版を連結し締め付けた様子を示す断面図であり、図１１ｃは、本発明の大断面トンネルにおいて先支保材を施工後にトンネルを掘削し、トンネルの掘削ラインに各先支保材ごとに鉄筋で編んだトラス版を連結して締め付けた様子を示す断面図であり、図１１ｄは、本発明の大断面トンネルで先支保材を施工し、トンネルの横方向に等間隔に多数のパイプルーフで補強した後トンネルを掘削し、トンネルの掘削ラインにトンネルの縦方向に等間隔にアーチ型スチールリブを施工した後、先支保材と連結して締め付けた様子を示す断面図である。

図１１ｂに示すように、本発明による先支保トンネル工法は、大断面トンネル内に導坑２１を掘削する段階と、導坑２１内で先支保材１０を設置するために放射状に多数の穿孔穴２２を形成する段階と、この段階で形成された放射状の穿孔穴２２に先支保材１０を挿入した後、グラウティングし養生する段階と、前記大断面トンネルの掘削ライン２０に沿ってトンネルを掘削し、その掘削面に排水材４０を設置する段階と、前記排水材４０の下端に先支保材１０ごとにピース版３０を連続して噛合って設置するものの、各ピース版３０の側面に形成された噛合突起３１と噛合溝３２が互いに噛み合ってライニングが形成されるように設置する段階と、前記ピース版３０を貫通した先支保材１０に支圧版１１を当てて定着具１２を締め付けて先支保材１０にピース版３０を圧着固定する段階と、からなる。

図１１ｃに示すように、本発明の先支保トンネル工法は、大断面トンネル内に導坑２１を掘削する段階と、導坑２１内で先支保材１０を設置するために放射状に多数の穿孔穴２２を形成する段階と、この段階で形成された放射状の穿孔穴２２に先支保材１０を挿入した後、グラウティングし養生する段階と、前記大断面トンネルの掘削ライン２０に沿ってトンネルを掘削し、その掘削面に排水材４０を設置する段階と、前記排水材４０の下端に前記先支保材１０ごとに鉄筋で編んだトラス版３３を連続して設置するものの、トラス版３３を貫通した先支保材１０に支圧版１１を当てて定着具１２を締め付けて鉄筋トラス版３３を圧着固定する段階と、トラス版３３内にショートクリート３７を打設する段階と、からなる。

図１１ｄに示すように、大断面トンネル内に導坑２１を掘削する段階と、導坑２１内で先支保材１０を設置するために放射状に多数の穿孔穴２２を形成する段階と、この段階で形成された放射状の穿孔穴２２に先支保材１０を挿入した後、グラウティングし養生する段階と、前記大断面トンネルの横方向に等間隔のパイプルーフ３４をトンネルの進行方向にまず設置した後、トンネルを掘削しながらパイプルーフ３４の下端面に排水材４０を設置し、排水材４０を介在してパイプルーフ４０の下端にはトンネルの横方向にアーチ形状のスチールリブ３５をトンネルの進行方向に設置し、これら多数のスチールリブ３５同士間にはスチールプレート３６が設置されてこれらスチールリブ３５同士を結着させたのち支圧版１１と定着具１２を締め付けて圧着固定する段階と、前記パイプルーフ３４とスチールプレート３６との間にショートクリート３７を打設する段階と、からなる。

上記で先支保材とは、鋼棒型、鋼線型、プレストレス型の先支保材に区分され、図１２ａは本発明の中空鋼棒型先支保材を詳細に示す断面図であり、図１２ｂは、図１２ａのＥ−Ｅ線に沿った断面図である。

このような中空鋼棒型先支保材を用いた加圧グラウティング装置について詳細に説明する。先支保トンネルを掘削施工するために、導坑２１内で放射状に穿孔された穿孔穴２２に先支保材１０を挿設し、穿孔穴２２内を加圧グラウティングする加圧グラウティング装置は、外周面に螺糸山１１０ａが形成された棒状のもので、中間外周面に穿孔穴２２のセンター間隔を維持するための外方に膨らんだ多数の突部１１１を持つセンターライザー１１２が挿入され、カプラー１１３によって多数個が連結され、穿孔穴２２内の内側面にグラウティング液７４ａを注入して加圧グラウティングする中空鋼棒型先支保材１１０と、穿孔穴２２の入口側に位置した中空鋼棒型先支保材１１０の螺糸山に結合され、中空鋼棒型先支保材１１０を介して穿孔穴２２の内部にグラウティング液７４ａを注入して充填した後、穿孔穴２２の入口をパッキングするパッカー手段１２０と、を備えて構成される。

パッカー手段１２０は、中空鋼棒型先支保材１１０の螺糸山１１０ａに結合されたドーナツ状の第１ストッパー１２１と、第１ストッパー１２１の一側である先支保材１１０の螺糸山１１０ａに結合されて穿孔穴２２の入口側に向くように設置されたゴムラッパ管を持つゴムパッカー１２２と、ゴムパッカー１２２の一側である中空鋼棒型先支保材１１の外周面に挿入され、移動しつつゴムパッカー１２２のゴムラッパ管を穿孔穴２２の内周面に密着させるように釘状のゴムパッキング１２３ａが外周面に挿入された端管１２３と、ゴムパッキング１２３ａの一側でありながら、端管１２３の外周面に挿入されて釘状ゴムパッキング１２３ａに一側面が引っ掛かるようにゴムパッキング１２３ａをゴムパッカー１２２のゴムラッパ管内に密着させる役割を担うドーナツ状の第２ストッパー１２４と、端管１２３の一側からゴムパッキング１２３ａが前記ゴムパッカー１２２のゴムラッパ管に向かって移動するように中空鋼棒型先支保材１１０の螺糸山１１０ａに螺合された挿入用パイプ１２５と、を備えて構成される。

カプラー１１３は、中空鋼棒型先支保材１１０を多数個連結する部分である螺糸山１１０ａの外周面に設置され、先支保材１１０の連結状態が解除されないようにその内周面にロックピン１１３ａが挿入されている。

一方、図１２ｃは、本発明の鋼棒型先支保材を詳細に示す断面図であり、図１２ｄは、本発明の鋼線型先支保材を詳細に示す断面図であり、図１２ｅは、図１２ｄのＦ−Ｆ線に沿った断面図であり、図１２ｆは、図１２ｄのＧ−Ｇ線に沿った断面図である。

図１２ｃで鋼棒型先支保材１１４は中空ホールがないため、グラウティング液７４ａを穿孔穴２２内に注入するグラウトホース１１４ａが鋼棒型先支保材１１４の側面に沿って結合されている。

そして、図１２ｄ乃至図１２ｆに示すように、鋼線型先支保材１１５は、穿孔穴２２の中央を通過するグラウトホース１１４ａが、第１及び第２スペーサ１１５ａ，１１５ｂの中央ホールに挿支されており、第１及び第２スペーサ１１５ａ，１１５ｂの外周面に多数の鋼線１１５ｃが挿入されている。

図１３ａは、挿入用パイプ１２５を示す断面図で、挿入用パイプ１２５は、中空鋼棒先支保材１１０の中空ホールを通してグラウティング液が注入されて穿孔穴２２内に充填された後、ゴムパッキング１２３ａを持つ端管１２３を図１３ｃのようにゴムパッカー１２２のゴムラッパ管内側に密着させるように、中空鋼棒型先支保材１１０の螺糸山１１０ａに螺合し、グラウティング液の注入が終了するとその螺合を解除しなければならず、このような作動を容易にするために、挿入用パイプ１２５の内部面は潤滑油１２５ａで防錆されており、多数の取り外し防止用カプラー１２５ｂで結着されている。そして、導坑２１内に位置する挿入用パイプ１２５の端部には挿入用パイプ１２５を解体時に回すように取り取り外しレバー１２５ｃが結合されている。

図１４ａは、本発明の中空鋼棒型先支保材に対するエアーパッカー装置の作動前状態を示す断面図であり、図１４ｂは、本発明の中空鋼棒型先支保材に対するエアーパッカー装置の作動後状態を示す断面図である。図１４ａ及び図１４ｂに示すように、パッカー手段１２０は、穿孔穴２２の入口側である中空鋼棒型先支保材１１０の螺糸山１１０ａに結合された中空型パイプ１３１と、中空型パイプ１３１の外周面に結合されて空気を充填して穿孔穴２２の内周面を密着パッキングするエアーパッカー１３２と、エアーパッカー１３２の一側面に結合されたドーナツ状の第３ストッパー１３３と、穿孔穴２２の入口側であるエアーパッカー１３２の他側面に結合され、パッカー加圧ホース１３４を通してエアーパッカー１３２に空気を充填する流入口が形成されたドーナツ状の第４ストッパー１３５と、で構成されている。

図１５ａは、本発明による大断面トンネルの導坑においてメイントンネル掘削ラインまでの穿孔穴に装薬孔を設置した様子を示す断面図であり、図１５ｂは、図１５ａの平面図であり、図１５ｃは、図１５ｂの“Ｉ”部を詳細に示す断面図である。

大断面トンネルの導坑２１で、メイントンネル掘削ライン２０までの穿孔穴２２に装薬を設置して装薬を発破時に、発破によって先支保材１１０が破損するのを防止する先支保材保護装置は、メイントンネル掘削ライン２０の外側に形成された穿孔穴２２に挿入された中空鋼棒型先支保材１１０の外周面にいる端管１２３の外周面にポリエチレンフォームパイプ１４１を挿入し、中空鋼棒型先支保材１１０の入口側端部に破圧減衰のためのポリエチレンフォーム１４２ａと砂１４２ｂが順次に込められたてん塞袋１４２を配置し、てん塞袋１４２の一側に低速爆薬の装薬１４３と砂てん塞１４４を繰り返してん塞して発破する。

図１６ａは、本発明の大断面トンネルの導坑内で放射状に穿孔穴を穿孔する穿孔装置を示す断面図であり、図１６ｂは、本発明の大断面トンネルの穿孔装置のガイドビームに結合された穿孔ロッドが回転角度の変化によって回転する様子を示す断面図であり、図１６ｃは、本発明の穿孔装置を示す平面図である。

先支保トンネルを掘削施工するために導坑内に多数個設置され、トンネルの掘削ラインに向かって放射状に穿孔穴を穿孔する穿孔装置は、導坑の長さ方向に設置された動力伝達装置を持つ本体１５１と、本体１５１の両側前後側に設置されてこれを支持しながら上下に高さを調節するアウト油圧リフト１５２と、導坑２１の長さ方向の中心線上に位置しながら本体１５１の中心部に回転可能に支持された中心軸１５３と、中心軸１５３の前方側一端に垂直に結合され、導坑２１の横方向に回転しながら放射状に多数の穿孔穴２２を穿孔する穿孔手段１５４と、中心軸１５３の後方側一端に結合され、本体１５１の水平状態をチェックして前記アウト油圧リフト１５２を調節するために設置された水準器１５５と、を備えて構成される。

穿孔手段１５４は、中心軸１５３の前方側一端に軸回転装置１５４ａを介在して垂直に結合されたガイドビーム１５４ｂと、ガイドビーム１５４ｂに結合されて穿孔穴２２を穿孔し、ガイドビーム１５４ｂが放射状に回転して水平線を基準にした回転角度αが鈍角になると、軸回転装置１５４ａによって１８０度回転するガイドビーム１５４ｂとともに回転する穿孔ロッド１５４ｃと、からなる。

導坑２１はメイントンネル掘削ライン２０のクラウン部２０ａの半径中心点が導坑２１のクラウン部２１ａの半径中心点と一致するように導坑２１の断面を掘削する。

この穿孔装置は、導坑２１内で正確なシステムで先支保材を設置するための手段で、このような機械化施工とするためには、まず、トンネル設計に当たってトンネル断面は可能な限り一つの半径に設計することが有利であり、少なくとも１２０度のクラウン部２０ａ，２１ａは一つの半径に設計されなければならない。

Claims (13)

1. 大断面トンネル内に導坑を掘削する段階と、
   前記導坑内の多数の位置で先支保材を設置するために放射状に穿孔穴を形成する段階と、
   上記段階で形成された放射状の穿孔穴に先支保材を挿入した後、グラウティングする段階と、
   前記大断面トンネルの横方向に等間隔のパイプルーフをトンネルの進行方向にまず設置した後、トンネルを掘削しながらアーチ形状のスチールリブをトンネルの進行方向に設置し、前記多数のスチールリブ同士間にはスチールプレートが設置されてこれらのスチールリブを互いに結着させたのち支圧版と定着具を締め付けて圧着固定する段階と、
   前記パイプルーフとスチールプレートとの間にショートクリートを打設する段階と、を含むことを特徴とする、先支保トンネル工法。
2. 大断面トンネル内に導坑を掘削する段階と、
   前記導坑内の多数の位置で先支保材を設置するために放射状に穿孔穴を形成する段階と、
   上記段階で形成された放射状の穿孔穴に先支保材を挿入した後、グラウティングする段階と、
   前記大断面トンネルの掘削ラインに沿ってトンネルを掘削する段階と、
   シエール型支保材を設置する段階と、
   を含むことを特徴とする、先支保トンネル工法。
3. 大断面トンネル内に導坑を掘削する段階と、
   前記導坑内の多数の位置で先支保材を設置するために放射状に穿孔穴を形成する段階と、
   上記段階で形成された放射状の穿孔穴に先支保材を挿入した後、グラウティングする段階と、
   前記大斷面トンネルの掘削ラインに沿ってトンネルを掘削する段階と、
   先支保材にピース版を設置する段階と、
   前記ピース版を貫通した先支保材に支圧版を当てて定着具を締め付けて圧着固定する段階と、
   前記ピース版の背面グラウティングのために前記支圧版位置にピース版の穿孔穴を通してグラウティングを実施する段階と、
   を含むことを特徴とする、先支保トンネル工法。
4. （
   前記導坑は、前記メイントンネル掘削ラインのクラウン部の半径中心点が前記導坑のクラウン部の半径中心点と一致するように前記導坑の断面を掘削することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の先支保トンネル工法。
5. シェルを形成する部材はプレキャストピース版、鉄筋トラス版またはスチールリブのいずれかが地盤条件に基づいて選択的に設置されることを特徴とする、請求項２に記載の先支保トンネル工法。
6. 前記トンネルの掘削の時、湧出水の有る場合、トンネル掘削面に排水材を設置する段階を追加することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の先支保トンネル工法。
7. 先支保トンネルを掘削施工するために導坑内で放射状に穿孔された穿孔穴に先支保材を挿入設置し、穿孔穴内部を加圧グラウティングする加圧グラウティング装置において、
   前記穿孔穴内の内側面にグラウティング液を注入して加圧グラウティングする中空鋼棒型先支保材と、
   前記穿孔穴の入口側に位置した中空鋼棒型先支保材の螺糸山に結合され、前記中空鋼棒型先支保材を通して前記穿孔穴の内部にグラウティング液を注入し充填した後、穿孔穴の入口をパッキングするパッカー手段と、
   を備えて構成されたことを特徴とする、加圧グラウティング装置。
8. 前記パッカー手段は、前記中空鋼棒型先支保材の螺糸山に結合されたドーナツ状の第１ストッパーと、
   前記第１ストッパーの一側である先支保材の螺糸山に結合され、穿孔穴の入口側に向くように設置されたゴムラッパ管を持つゴムパッカーと、
   前記ゴムパッカーの一側である中空鋼棒型先支保材の外周面に挿入され、移動しつつ前記ゴムパッカーのゴムラッパ管を前記穿孔穴の内周面に密着されるように釘状ゴムパッキングが外周面に挿入された端管と、
   前記ゴムパッキングの一側であり、また、前記端管の外周面に挿入されて釘状ゴムパッキングに一側面が引っ掛かるように前記ゴムパッキングを前記ゴムパッカーのゴムラッパ管内に密着させる役割を担うドーナツ状の第２ストッパーと、
   前記端管の一側から前記ゴムパッキングが前記ゴムパッカーのゴムラッパ管に向かって移動するように前記中空鋼棒型先支保材の螺糸山に螺合された挿入用パイプと、
   を備えて構成されたことを特徴とする、請求項７に記載の加圧グラウティング装置。
9. 前記パッカー手段は、前記穿孔穴の入口側である中空鋼棒型先支保材の螺糸山に結合された中空型パイプと、
   前記中空型パイプの外周面に結合され、空気を充填して前記穿孔穴の内周面を密着パッキングするエアーパッカーと、
   前記エアーパッカーの一側面に結合されたドーナツ状の第３ストッパーと、
   前記穿孔穴の入口側であるエアーパッカーの他側面に結合され、パッカー加圧ホースを通して前記エアーパッカーに空気を充填する流入口が形成されたドーナツ状の第４ストッパーと、
   から構成されたことを特徴とする、請求項７に記載の加圧グラウティング装置。
10. 前記穿孔穴に先支保材を設置する段階で加圧グラウティングを実施することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の先支保トンネル工法。
11. 大断面トンネルの導坑でメイントンネル掘削ラインまでの穿孔穴に装薬を設置し、装薬を発破することを特徴とする先支保トンネル工法。
12. メイントンネル掘削ラインに形成された先支保材の外周面に、ポリエチレンフォームパイプを挿入し、前記先支保材の入口側端部に、破圧減衰のためのポリエチレンフォームと砂が順次込められたてん塞袋を配置し、前記てん塞袋の一側に低速爆薬の装薬と砂てん塞を繰り返してん塞して発破することを特徴とする、先支保材保護工法。
13. 先支保トンネルを掘削施工するために導坑内で、トンネルの掘削ラインに向かって放射状に穿孔穴を穿孔する穿孔装置において、
    前記導坑の長さ方向に設置された動力伝達装置を持つ本体と、
    前記本体の両側前後側に設置されてこれを支持しながら上下に高さを調節するアウト油圧リフトと、
    前記導坑の長さ方向の中心線上に位置しながら前記本体の中心部に回転可能に支持された中心軸と、
    前記中心軸の前方側一端に垂直に結合され、前記導坑の横方向に回転しながら放射状に多数の穿孔穴を穿孔する穿孔手段と、
    を備えて構成されたことを特徴とする、穿孔装置。

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