JP2014152594A - トンネル施工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】トンネルの切羽の前方の地山を掘削するのに適した含水状態の地山とでき、トンネルの切羽の崩落を防止できるとともにトンネルの切羽の乾燥流砂の発生を防止できるトンネル施工方法を提供する。
【解決手段】本トンネル１を掘削する前に本トンネル１の切羽４の前方の地山５に水抜きを目的とした推進トンネル２を形成して当該推進トンネル２の切羽６を本トンネル１の切羽４よりも一定距離Ｈだけ前方に位置させながら、本トンネル１の掘進作業と推進トンネル２の掘進作業とを同時に行う。また、一定距離Ｈは、２ｍ〜５ｍの範囲内とした。さらに、推進トンネル２の外殻を構成する管３として、推進中は非排水構造状態で密閉型推進工法を実現でき、推進終了後に排水構造状態にできる二重管を用いた。
【選択図】図１
【解決手段】本トンネル１を掘削する前に本トンネル１の切羽４の前方の地山５に水抜きを目的とした推進トンネル２を形成して当該推進トンネル２の切羽６を本トンネル１の切羽４よりも一定距離Ｈだけ前方に位置させながら、本トンネル１の掘進作業と推進トンネル２の掘進作業とを同時に行う。また、一定距離Ｈは、２ｍ〜５ｍの範囲内とした。さらに、推進トンネル２の外殻を構成する管３として、推進中は非排水構造状態で密閉型推進工法を実現でき、推進終了後に排水構造状態にできる二重管を用いた。
【選択図】図１
Description
本発明は、切羽前方に管を設置して切羽前方の地山の水を抜きながらトンネルを施工する方法に関する。
トンネル施工において、推進工法によって地山の水抜き用の管を設置することが知られている（特許文献１等参照）。
上述したトンネル施工方法では、地山の水を十分に抜くことができずにトンネルの切羽を崩落させる可能性があったり、逆に、地山の水が過剰に水抜きされてトンネルの切羽の乾燥流砂の発生を招く可能性があった。
本発明は、トンネルの切羽の前方の地山を掘削するのに適した含水状態の地山とでき、トンネルの切羽の崩落を防止できるとともにトンネルの切羽の乾燥流砂の発生を防止できるトンネル施工方法を提供する。
本発明は、トンネルの切羽の前方の地山を掘削するのに適した含水状態の地山とでき、トンネルの切羽の崩落を防止できるとともにトンネルの切羽の乾燥流砂の発生を防止できるトンネル施工方法を提供する。
本発明に係るトンネル施工方法によれば、本トンネルを掘削する前に本トンネルの切羽の前方の地山に水抜きを目的とした推進トンネルを形成して当該推進トンネルの切羽を本トンネルの切羽よりも一定距離だけ前方に位置させながら、本トンネルの掘進作業と推進トンネルの掘進作業とを同時に行うようにした。換言すれば、地山の地質に応じて上記一定距離を決めて当該一定距離に維持しながら本トンネルの掘進作業と推進トンネルの掘進作業とを同時に行うようにしたことで、本トンネルの切羽の前方の地山を掘削するのに適した含水状態の地山とでき、本トンネルの切羽の崩落を防止できるとともに本トンネルの切羽の乾燥流砂の発生を防止できる。即ち、本トンネルの切羽から前方の一定距離の範囲内の地山部分は、掘削前に、地下水位が適度に低下し、かつ、過剰な地下水位低下が防止されて適度な含水状態の地山となり、本トンネルの切羽の崩落を防止できるとともに本トンネルの切羽の乾燥流砂の発生を防止できる。
上記一定距離を、２ｍ〜５ｍの範囲内としたので、本トンネルの切羽から前方の２ｍ〜５ｍの範囲内の地山部分は、掘削前に、地下水位が適度に低下し、かつ、過剰な地下水位低下が防止されて適度な含水状態の地山となり、本トンネルの切羽の崩落を防止できるとともに本トンネルの切羽の乾燥流砂の発生を防止できる。
また、推進トンネルの外殻を構成する管として、管の内外に貫通する貫通孔が複数形成された断面円形の外管と断面円形の内管とを備え、内管の外周面と外管の内周面とが接触した状態で内管のみを内管の中心軸線を回転中心として回転させることが可能なように内管の外径寸法と外管の内径寸法とが設定され、内管を内管の中心軸線を回転中心として回転させることで、内管の各貫通孔の中心と外管の各貫通孔の中心とが一致して内管の貫通孔と外管の貫通孔とが連通する排水構造状態と、内管の各貫通孔の管の外周面側開口が外管の内周面で塞がれかつ外管の各貫通孔の管の内周面側開口が内管の外周面で塞がれた非排水構造状態とに設定可能で、かつ、内管及び外管のうちの少なくとも一方の管の各貫通孔内に土砂を通さずに水を通すフィルターが設置された構成を備え、推進中は非排水構造状態で密閉型推進工法を実現でき、推進終了後に排水構造状態にできる二重管を用いたので、推進工法によって管を地山に確実に設置できるとともに、地山の水抜きを確実に行える管を得ることができる。
上記一定距離を、２ｍ〜５ｍの範囲内としたので、本トンネルの切羽から前方の２ｍ〜５ｍの範囲内の地山部分は、掘削前に、地下水位が適度に低下し、かつ、過剰な地下水位低下が防止されて適度な含水状態の地山となり、本トンネルの切羽の崩落を防止できるとともに本トンネルの切羽の乾燥流砂の発生を防止できる。
また、推進トンネルの外殻を構成する管として、管の内外に貫通する貫通孔が複数形成された断面円形の外管と断面円形の内管とを備え、内管の外周面と外管の内周面とが接触した状態で内管のみを内管の中心軸線を回転中心として回転させることが可能なように内管の外径寸法と外管の内径寸法とが設定され、内管を内管の中心軸線を回転中心として回転させることで、内管の各貫通孔の中心と外管の各貫通孔の中心とが一致して内管の貫通孔と外管の貫通孔とが連通する排水構造状態と、内管の各貫通孔の管の外周面側開口が外管の内周面で塞がれかつ外管の各貫通孔の管の内周面側開口が内管の外周面で塞がれた非排水構造状態とに設定可能で、かつ、内管及び外管のうちの少なくとも一方の管の各貫通孔内に土砂を通さずに水を通すフィルターが設置された構成を備え、推進中は非排水構造状態で密閉型推進工法を実現でき、推進終了後に排水構造状態にできる二重管を用いたので、推進工法によって管を地山に確実に設置できるとともに、地山の水抜きを確実に行える管を得ることができる。
図１に示すように、例えば小土被りや断層破砕帯等の地山において山岳トンネル工法等によって道路トンネル等の本トンネル１を施工する場合に、本トンネル１の切羽４の前方の地山５に推進工法を利用して水抜きを目的とした推進トンネル２を先行させ、推進トンネル２に設置された水抜き用の管３を介して施工中の本トンネル１の切羽４の前方の地山５の地下水位を下げてから、施工中の本トンネル１の掘進作業と推進トンネル２の掘進作業とを並行して行う。
例えば、本トンネル１を施工する前に、本トンネル１の下方となる地山５に推進トンネル２を形成して、当該推進トンネル２の切羽６を本トンネル１の切羽４よりも前方に先行させ、その後、本トンネル１の掘進作業と推進トンネル２の掘進作業とを同時に進行させる。
そして、推進トンネル２の切羽６を、その上方に掘進する本トンネル１の切羽４の先端から当該切羽４の前方の地山５に向けて一定距離Ｈだけ前方に位置させた後、本トンネル１の掘進作業と推進トンネル２の掘進作業とを同時に行って、本トンネル１の切羽４と推進トンネル２の切羽６との距離を一定距離Ｈに維持する。
例えば、本トンネル１を施工する前に、本トンネル１の下方となる地山５に推進トンネル２を形成して、当該推進トンネル２の切羽６を本トンネル１の切羽４よりも前方に先行させ、その後、本トンネル１の掘進作業と推進トンネル２の掘進作業とを同時に進行させる。
そして、推進トンネル２の切羽６を、その上方に掘進する本トンネル１の切羽４の先端から当該切羽４の前方の地山５に向けて一定距離Ｈだけ前方に位置させた後、本トンネル１の掘進作業と推進トンネル２の掘進作業とを同時に行って、本トンネル１の切羽４と推進トンネル２の切羽６との距離を一定距離Ｈに維持する。
上記一定距離Ｈは、例えば２ｍ〜５ｍの範囲内とする。通常、小土被りや断層破砕帯等の地山に山岳トンネルを掘削施工する場合、本トンネル１の切羽４の先端から当該切羽４の前方の地山５に向けて２ｍ〜５ｍ前方までの地山範囲は、本トンネル１を形成するために地山５を掘削する場合の１日〜２日の掘削作業量に相当する。
従って、本トンネル１の切羽４と推進トンネル２の切羽６との間の距離を２ｍ〜５ｍに維持しながら、本トンネル１を形成するための掘進作業と推進トンネル２を形成するための掘進作業とを同時に行うようにすれば、本トンネル１のトンネル空洞部の切羽４から前方の２ｍ〜５ｍの範囲内の地山部分５Ａは、１日〜２日の間放置された後に掘削されることになり、１日〜２日の間放置された本トンネル１の切羽４から前方の２ｍ〜５ｍの範囲内の地山部分５Ａの水は、当該地山部分５Ａに推進トンネル２によって設置された管３によって水抜きされる。
よって、本トンネル１の切羽４から前方の２ｍ〜５ｍの範囲内の地山部分５Ａは、掘削前の１日〜２日の間に、管３によって水抜きされて地下水位が適度に低下し、かつ、過剰な地下水位低下が防止されて適度な含水状態の地山５となるので、施工中の本トンネル１の切羽４の崩落を防止できるとともに、本トンネル１の切羽４の乾燥流砂現象を防止できるようになる。
従って、本トンネル１の切羽４と推進トンネル２の切羽６との間の距離を２ｍ〜５ｍに維持しながら、本トンネル１を形成するための掘進作業と推進トンネル２を形成するための掘進作業とを同時に行うようにすれば、本トンネル１のトンネル空洞部の切羽４から前方の２ｍ〜５ｍの範囲内の地山部分５Ａは、１日〜２日の間放置された後に掘削されることになり、１日〜２日の間放置された本トンネル１の切羽４から前方の２ｍ〜５ｍの範囲内の地山部分５Ａの水は、当該地山部分５Ａに推進トンネル２によって設置された管３によって水抜きされる。
よって、本トンネル１の切羽４から前方の２ｍ〜５ｍの範囲内の地山部分５Ａは、掘削前の１日〜２日の間に、管３によって水抜きされて地下水位が適度に低下し、かつ、過剰な地下水位低下が防止されて適度な含水状態の地山５となるので、施工中の本トンネル１の切羽４の崩落を防止できるとともに、本トンネル１の切羽４の乾燥流砂現象を防止できるようになる。
推進工法により管３を地山５に設置するための管設置装置１０は、掘削時の切羽安定機能と土砂搬出機能とを備えた密閉型推進工法を実現する装置であって、図１に示すように、管３と、管３の先頭側に設けられた掘削手段１１と、管３の後端側に設けられて管３を前方に押圧する推進手段１２とを備える。
図３に示すように、推進工法によって地山に設置される管３は、推進中は非排水構造状態（図３（ａ）参照）を維持できることで密閉型推進工法を実現できて地山の崩落を防止でき、かつ、推進終了後においては排水構造状態（図３（ｂ）参照）にできて地山の水抜きを行えるように構成された二重管構造の管である。
当該管３は、断面円形の外管３１と断面円形の内管３２とを備え、外管３１の中心軸線と外管の内側に設けられた内管３２の中心軸線とがほぼ一致する状態、即ち、外管３１と内管３２とが同軸状に配置された構成の二重管である。例えば、内管３２の外周面と外管３１の内周面とが接触した状態で内管３２のみを内管３２の中心軸線を回転中心として回転させることが可能なように内管３２の外径寸法と外管３１の内径寸法とが設定された構成である。各管３１；３２の管壁には、管の内外に貫通する貫通孔３５が複数形成されている。複数の貫通孔３５は、例えば、管の中心軸線と平行な複数の線上に貫通孔３５の中心が位置するように設けられるとともに、管の中心軸線と直交する複数の円の円周上に貫通孔３５の中心が位置するように設けられる。
当該管３は、内管３２を内管３２の中心軸線を回転中心として回転させることで、内管３２の各貫通孔３５の中心と外管３１の各貫通孔３５の中心とが一致して内管３２の貫通孔３５と外管３１の貫通孔３５とが連通する排水構造状態（図３（ｂ）参照）と、内管３２の各貫通孔３５；３５…の管の外周面側開口が外管３１の内周面で塞がれかつ外管３１の各貫通孔３５;３５…の管の内周面側開口が内管３２の外周面で塞がれた非排水構造状態（図３（ａ）参照）とに設定可能である。
図３；図４に示すように、内管３２及び外管３１のうちの少なくとも一方の管の各貫通孔３５内には、土砂を通さずに水だけを通すドレーン材等のフィルター３６が設置されている。即ち、内管３２及び外管３１のうちの少なくとも一方の管は、貫通孔３５内に、土砂を通さずに水だけを通すフィルター３６が設けられた透水管に構成される。
尚、外管３１の貫通孔３５内にフィルター３６を設けた場合、管３を地山５に設置する際に地山５と外管３１のフィルター３６とが接触しやすいので、内管３２又は外管３１の一方の管のみをフィルター３６を備えた透水管とする場合には、内管３２を透水管とすることが好ましい。
当該管３は、断面円形の外管３１と断面円形の内管３２とを備え、外管３１の中心軸線と外管の内側に設けられた内管３２の中心軸線とがほぼ一致する状態、即ち、外管３１と内管３２とが同軸状に配置された構成の二重管である。例えば、内管３２の外周面と外管３１の内周面とが接触した状態で内管３２のみを内管３２の中心軸線を回転中心として回転させることが可能なように内管３２の外径寸法と外管３１の内径寸法とが設定された構成である。各管３１；３２の管壁には、管の内外に貫通する貫通孔３５が複数形成されている。複数の貫通孔３５は、例えば、管の中心軸線と平行な複数の線上に貫通孔３５の中心が位置するように設けられるとともに、管の中心軸線と直交する複数の円の円周上に貫通孔３５の中心が位置するように設けられる。
当該管３は、内管３２を内管３２の中心軸線を回転中心として回転させることで、内管３２の各貫通孔３５の中心と外管３１の各貫通孔３５の中心とが一致して内管３２の貫通孔３５と外管３１の貫通孔３５とが連通する排水構造状態（図３（ｂ）参照）と、内管３２の各貫通孔３５；３５…の管の外周面側開口が外管３１の内周面で塞がれかつ外管３１の各貫通孔３５;３５…の管の内周面側開口が内管３２の外周面で塞がれた非排水構造状態（図３（ａ）参照）とに設定可能である。
図３；図４に示すように、内管３２及び外管３１のうちの少なくとも一方の管の各貫通孔３５内には、土砂を通さずに水だけを通すドレーン材等のフィルター３６が設置されている。即ち、内管３２及び外管３１のうちの少なくとも一方の管は、貫通孔３５内に、土砂を通さずに水だけを通すフィルター３６が設けられた透水管に構成される。
尚、外管３１の貫通孔３５内にフィルター３６を設けた場合、管３を地山５に設置する際に地山５と外管３１のフィルター３６とが接触しやすいので、内管３２又は外管３１の一方の管のみをフィルター３６を備えた透水管とする場合には、内管３２を透水管とすることが好ましい。
掘削手段１１は、例えば、管３の先頭側に設けられて管の中心軸線を回転中心として回転するカッタヘッドやオーガー等である。
推進手段１２は、例えば、管３の後部を押す押圧機械としてのジャッキ１３と、管３の後部を押す際にジャッキに加わる反力を受ける反力受けとなる支圧体１４とを備えた構成である。
以下、トンネル施工方法の手順の一例を図１を参照して説明する。
上述した管設置装置１０を用いて、本トンネル１のトンネル空洞部を形成するために掘削する地山５の例えば下方に、推進工法によって管３が設置された推進トンネル２を施工し、推進トンネル２の切羽６を、当該推進トンネル２の上方に掘進する本トンネル１の切羽４の先端から２ｍ〜５ｍとする（図１（ａ）参照）。
次に、本トンネル１の掘進作業と推進トンネル２の掘進作業と同時に行い、本トンネル１の切羽４と推進トンネル２の切羽６との間の一定距離Ｈを２ｍ〜５ｍの範囲内に維持する（図１（ｃ）参照）。これにより、本トンネル１を形成するために掘削される切羽４の前方の地山部分５Ａの水が掘削前に管３を介して水抜きされるので、掘削される切羽４の前方の地山部分５Ａは、地下水位が適度に低下するとともに過剰な地下水位低下が防止されて適度な含水状態の地山５となることから、施工中の本トンネル１の切羽４の崩落を防止できるとともに、切羽４の乾燥流砂現象を防止できる。
上述した管設置装置１０を用いて、本トンネル１のトンネル空洞部を形成するために掘削する地山５の例えば下方に、推進工法によって管３が設置された推進トンネル２を施工し、推進トンネル２の切羽６を、当該推進トンネル２の上方に掘進する本トンネル１の切羽４の先端から２ｍ〜５ｍとする（図１（ａ）参照）。
次に、本トンネル１の掘進作業と推進トンネル２の掘進作業と同時に行い、本トンネル１の切羽４と推進トンネル２の切羽６との間の一定距離Ｈを２ｍ〜５ｍの範囲内に維持する（図１（ｃ）参照）。これにより、本トンネル１を形成するために掘削される切羽４の前方の地山部分５Ａの水が掘削前に管３を介して水抜きされるので、掘削される切羽４の前方の地山部分５Ａは、地下水位が適度に低下するとともに過剰な地下水位低下が防止されて適度な含水状態の地山５となることから、施工中の本トンネル１の切羽４の崩落を防止できるとともに、切羽４の乾燥流砂現象を防止できる。
尚、推進トンネル２の掘進作業は、管３の後端部にジャッキ１３を設置するとともにジャッキ１３の後方に支圧体１４を設置し、ジャッキ１３を伸長させて管３を推進させるとともに掘削手段１１で地山５を掘削しながら管３を推進させればよい。管３の１回の推進作業が終了する後に、ジャッキ１３を前方に移設するとともに支圧体１４を設置し、かつ、管３を推進させる分だけジャッキ１３の前方部分の地山５を掘削した後（図１（ｂ）参照）、上記動作を繰り返すことにより、１本の管を前進させていくので、推進トンネル２の後方に管３が残置されない。打設されたインバートコンクリート７によって支圧体１４を構成すれば、支圧体１４の増設設置作業を簡略化できる。
尚、ジャッキ１３の伸長ストロークが不足する場合には、ジャッキ１３のピストンヘッド１５と管３の後端１６との間に図外の管（ダミー管）を介在させればよい。例えば、伸長ストロークが３ｍのジャッキ１３を用いて管３を５ｍ推進させたい場合には、管を３ｍ推進させた後に縮退させたピストンヘッド１５と管３の後端１６との間に２ｍ以上の長さの管（ダミー管）を介在させてピストンを伸長させることで管３を推進させればよい。
また、本トンネル１の掘進作業は、図外の掘削機械を操作して行えばよい。
尚、図２において、７は本トンネル１のインバートコンクリート、８は本トンネル１の覆工コンクリート、９は本トンネル１の支保工である。
尚、ジャッキ１３の伸長ストロークが不足する場合には、ジャッキ１３のピストンヘッド１５と管３の後端１６との間に図外の管（ダミー管）を介在させればよい。例えば、伸長ストロークが３ｍのジャッキ１３を用いて管３を５ｍ推進させたい場合には、管を３ｍ推進させた後に縮退させたピストンヘッド１５と管３の後端１６との間に２ｍ以上の長さの管（ダミー管）を介在させてピストンを伸長させることで管３を推進させればよい。
また、本トンネル１の掘進作業は、図外の掘削機械を操作して行えばよい。
尚、図２において、７は本トンネル１のインバートコンクリート、８は本トンネル１の覆工コンクリート、９は本トンネル１の支保工である。
実施形態によれば、管３を推進させて設置する推進トンネル２の切羽６を、推進トンネル２の上方に掘進する施工中の本トンネル１の切羽４の先端から２ｍ〜５ｍの所に位置させ、施工中の本トンネル１の掘進を１日〜２日のトンネル掘削作業量に相当する２ｍ〜５ｍ進行させることで、この１日〜２日のトンネル掘削作業で掘削される地山部分５Ａの地下水位が当該１日〜２日の期間内に適度に低下し、当該地山部分５Ａが乾燥する前に掘削されるようにしたので、当該地山部分５Ａを掘削するのに適した含水状態の地山とでき、本トンネル１の切羽４の崩落を防止できるとともに本トンネル１の切羽４の乾燥流砂の発生を防止できる。
また、実施形態では、管３の推進中は管３を非排水構造状体として密閉型推進工法で推進するので、例えば、推進中に断層破砕帯が存在した場合でも管３内に水が流れ込むようなことを防止できて、推進工法によって管３を地山５に確実に設置できるとともに、推進終了後に管３を排水構造状態とすることで地山５の水抜きを確実に行える。
また、推進工法で管３を設置するので、管３の径を大きくできて（例えば１ｍ以上にでき）、管３の集水能力を高くできるので、十分な水抜き効果が得られる。また、１本の管３を推進させていくだけであるので、施工コストを安価にできる。即ち、集水能力が高く、施工コストを安価にできるトンネル施工における水抜き方法を実現できる。
また、実施形態では、管３の推進中は管３を非排水構造状体として密閉型推進工法で推進するので、例えば、推進中に断層破砕帯が存在した場合でも管３内に水が流れ込むようなことを防止できて、推進工法によって管３を地山５に確実に設置できるとともに、推進終了後に管３を排水構造状態とすることで地山５の水抜きを確実に行える。
また、推進工法で管３を設置するので、管３の径を大きくできて（例えば１ｍ以上にでき）、管３の集水能力を高くできるので、十分な水抜き効果が得られる。また、１本の管３を推進させていくだけであるので、施工コストを安価にできる。即ち、集水能力が高く、施工コストを安価にできるトンネル施工における水抜き方法を実現できる。
尚、一定距離Ｈを地山５の地質に応じて決め、当該一定距離Ｈを維持しながら本トンネル１の掘進作業と推進トンネル２の掘進作業とを同時に行うようにすれば、本トンネル１の切羽４の前方の地山５を掘削するのに適した含水状態の地山５とでき、本トンネル１の切羽４の崩落を防止できるとともに本トンネル１の切羽４の乾燥流砂の発生を防止できるようになる。
１ 本トンネル、２ 推進トンネル、３ 管、４ 本トンネルの切羽、５ 地山、
５Ａ 地山部分、６ 推進トンネルの切羽、３１ 外管、３２ 内管、３５ 貫通孔、
３６ フィルター、Ｈ 一定距離。
５Ａ 地山部分、６ 推進トンネルの切羽、３１ 外管、３２ 内管、３５ 貫通孔、
３６ フィルター、Ｈ 一定距離。
Claims (3)
- 本トンネルを掘削する前に本トンネルの切羽の前方の地山に水抜きを目的とした推進トンネルを形成して当該推進トンネルの切羽を本トンネルの切羽よりも一定距離だけ前方に位置させながら、本トンネルの掘進作業と推進トンネルの掘進作業とを同時に行うことを特徴とするトンネル施工方法。
- 一定距離は、２ｍ〜５ｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のトンネル施工方法。
- 推進トンネルの外殻を構成する管として、管の内外に貫通する貫通孔が複数形成された断面円形の外管と断面円形の内管とを備え、内管の外周面と外管の内周面とが接触した状態で内管のみを内管の中心軸線を回転中心として回転させることが可能なように内管の外径寸法と外管の内径寸法とが設定され、内管を内管の中心軸線を回転中心として回転させることで、内管の各貫通孔の中心と外管の各貫通孔の中心とが一致して内管の貫通孔と外管の貫通孔とが連通する排水構造状態と、内管の各貫通孔の管の外周面側開口が外管の内周面で塞がれかつ外管の各貫通孔の管の内周面側開口が内管の外周面で塞がれた非排水構造状態とに設定可能で、かつ、内管及び外管のうちの少なくとも一方の管の各貫通孔内に土砂を通さずに水を通すフィルターが設置された構成を備え、推進中は非排水構造状態で密閉型推進工法を実現でき、推進終了後に排水構造状態にできる二重管を用いたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトンネル施工方法。
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