JP2015113572A - 先行地中変位計の設置方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】トンネル拡幅部を設けることなく先行地中変位計の設置を可能とする。
【解決手段】トンネル掘削予定箇所上の地山1における変位計測開始点3に向け、トンネル切羽2から外管5を打設する外管打設工程と、外管5内に内管6を挿入して当該内管外の外管内空7に固化材8を充填する内管挿入工程と、トンネル掘削に伴う外管5及び内管6の折り取りにより、変位計測開始点3付近のトンネル掘削面13に開口した内管6に、屈曲可能な変位計14を挿入する変位計設置工程と、内管6と共に変位計測開始点3付近のトンネル掘削面13に開口した外管5に、曲り管9の一端10を接続し、当該曲り管9の他端11を、変位計測開始点3付近に設置された支保工12よりトンネル掘進方向後方において、トンネル坑内21に向けて配置する曲り管設置工程を実行する。
【選択図】図11

Description

本発明は、先行地中変位計の設置方法に関するものであり、具体的には、トンネル拡幅部を設けることなく先行地中変位計の設置を可能とする技術に関する。
脆弱な不良地山におけるトンネル掘削では、切羽前方の先行変位を事前に計測し、該当部位の掘削工、支保工の的確な検討や施工を行うことが重要である。そうした先行変位の計測を行うにあたっては、切羽前方の地山内にボーリング孔を削孔し、ボーリング孔内に傾斜計やひずみ計を埋設して先行変位を計測するが、鋼製支保工の支障とならないよう、地山における計測対象部位に向け、トンネル軸方向と略平行に変位計設置用の管材を打設するため、切羽付近のトンネル断面を拡張して拡幅部を設けることが必要であった。
こうした拡幅部の施工を伴う地中変位計測に関する技術としては、以下のような技術が提案されている。すなわち、掘削により発生する僅かな緩み変位を高精度でかつ容易に測定するとの目的の下、地山に穿孔したボーリング孔内に金属棒を挿入し、その内端を固結材によりボーリング孔内に固定後、該金属棒に所定初期軸力を加え、掘削によって地山に発生する緩み変位量を金属棒の軸力変化として測定する技術(特許文献1)などが提案されている。
特開平9−288021号公報
従来技術によって上述の変位計設置を行う場合、拡幅部構築のためのトンネル断面拡幅の工程が必要であり、施工期間やコストが増大してしまう欠点がある。また、トンネル断面の拡幅は地山の緩みを拡大させる恐れがあり、トンネル地山安定の観点から好ましくない。
そこで本発明は、トンネル拡幅部を設けることなく先行地中変位計の設置を可能とする技術の提供を目的とする。
上記課題を解決する先行地中変位計の設置方法は、トンネル掘削予定箇所上の地山における変位計測開始点に向け、トンネル切羽から外管を打設する外管打設工程と、前記外管内に内管を挿入して当該内管外の外管内空に固化材を充填する内管挿入工程と、トンネル掘削に伴う前記外管及び前記内管の折り取りにより、前記変位計測開始点付近のトンネル掘削面に開口した前記内管に、屈曲可能な変位計を挿入する変位計設置工程と、前記内管と共に前記変位計測開始点付近のトンネル掘削面に開口した前記外管に、曲り管の一端を接続し、当該曲り管の他端を、前記変位計測開始点付近に設置された支保工よりトンネル掘進方向後方において、トンネル坑内に向けて配置する曲り管設置工程とを含むことを特徴とする。
これによれば、トンネル掘削予定箇所上の地山に打設した内管及び外管が、鋼製支保工間にてトンネル坑内に向けて開口する構造を成し、当該構造において変位計を設置することが可能となる。従って、トンネル拡幅部の構築を伴わない先行地中変位計の設置が可能となる。そのため、従来生じていた拡幅部構築に伴う施工期間やコストの増大、また、地山のゆるみ拡大といった事態を回避できる。なお、上述の変位計は屈曲可能であって、曲り管を介した内管からの引き抜きが自在である。そのため計測作業完了後、変位計を回収して転用することも可能となる。
なお、上述の先行地中変位計の設置方法における前記変位計設置工程の前に前記曲り管設置工程を実施し、前記変位計設置工程において、前記曲り管を介して、前記内管内に前記変位計を挿入するとしてもよい。
これによれば、トンネル掘削や地山の状況に応じて、変位計の設置を、外管への曲り管の接続後に行うことも可能となる。
また、上述の先行地中変位計の設置方法において、前記内管外の前記外管内空のうち前記変位計測開始点に対応する位置に、前記外管内空の閉塞部材を設置し、前記内管挿入工程における前記固化材の充填を、前記閉塞部材よりトンネル掘進方向側の前記外管内空に行うとしてもよい。
これによれば、曲り管を接続すべき外管の小口が固化材で塞がれたり、小口の継ぎ手構造に固化材が付着してしまうといった事態を効果的に回避することが出来る。
また、上述の先行地中変位計の設置方法において、前記外管及び前記内管として、少なくとも前記変位計測開始点に対応する位置において、周方向に薄肉部を設けたものを用いるとしてもよい。
これによれば、トンネル掘削に伴って掘削重機等で内管および外管を折り取る際、上述の薄肉部で効率的かつ確実に折り取りがなされることになり、施工効率が向上する。
本発明によれば、トンネル拡幅部を設けることなく先行地中変位計の設置が可能となる。
本実施形態の先行地中変位計の設置方法における工程例1を示す断面図である。 本実施形態の先行地中変位計の設置方法における工程例1を示す正面図である。 本実施形態の先行地中変位計の設置方法における工程例2を示す断面図である。 本実施形態の先行地中変位計の設置方法における工程例2を示す正面図である。 本実施形態の先行地中変位計の設置方法における工程例3を示す断面図である。 本実施形態の先行地中変位計の設置方法における工程例3を示す正面図である。 本実施形態の先行地中変位計の設置方法における工程例4を示す断面図である。 本実施形態の先行地中変位計の設置方法における工程例4を示す正面図である。 本実施形態における先行地中変位計の設置構造例を示す側断面図である。 本実施形態における先行地中変位計の設置構造例を示す断面図である。 本実施形態における先行地中変位計の設置構造例を示す拡大側断面図である。
以下に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図1〜8は本実施形態の先行地中変位計14の設置方法における工程例1〜4をそれぞれ示す断面図および正面図であり、図9、図10は本実施形態における先行地中変位計14の設置構造を示す側断面図、および断面図である。本実施形態の先行地中変位計の設置方法は、従来のようなトンネル拡幅部を設けることなく先行地中変位計14の設置を可能とするものである。
本実施形態において先行地中変位計14の設置対象となるのは、性状が脆弱で鋼製支保工など適宜な支保工の設置が必要となる地山1であり、該当地山1のうちトンネル掘削箇所上方付近が主な設置箇所になる。図1では、こうした先行地中変位計14の設置箇所を、地山1における先行地中変位計14による変位計測の開始点3および終了点4の間の区間として示している。
なお、上述の変位計測開始点3は、該当地点のトンネル掘削面13に設置予定の鋼製支保工12Aより上部の地山1に設定する。また、当該変位計測開始点3に向け、所定位置30のトンネル切羽2の天端付近から鋼管5(外管)を打設した場合の鋼管先端付近を、変位計測終了点4とする。勿論、地山1に打設した鋼管5内のいずれの位置に変位計測終了点4を設定するとしてもよい。
上述のような変位計測開始点3および変位計測終了点4の検討、設定を行い、地山1に対するトンネル掘削を進めた結果、ある時点で、トンネル軸方向における所定位置30でのトンネル切羽2が形成されたとする。そこで、これからトンネル掘削を予定する切羽前方の地山1における変位計測開始点3に向け、トンネル切羽2の天端付近から所定長の鋼管5を打設する(外管打設工程)。なお、トンネル掘削により地山1に成したトンネル掘削面13には鋼製支保工12が建込みされ、吹き付けコンクリート層40による補強がなされているものとする。
この鋼管5は、例えば12〜13m程度の長尺鋼管であり、図9にて示すように、その先端に掘削ビット19を備えている。トンネル切羽2から地山1に対する鋼管5の打設に際しては、トンネル坑内21に配置した油圧ジャンボ等の削孔用重機が、鋼管先端の掘削ビット19を駆動させて地山1に対する削孔動作を行い、鋼管5を、トンネル切羽2から地山1の変位計測開始点3、更には変位計測終了点4に向けて徐々に掘進させる。
上述の所定位置30のトンネル切羽2から、地山1における変位計測開始点3、更には変位計測終了点4に至るまで鋼管5を打設したならば、トンネル切羽2に開口している当該鋼管5の内空7に、後に先行地中変位計14をセットする塩ビ管6(内管)を挿入し、当該塩ビ管6外方の鋼管内空7と、鋼管5とその周囲の地山1との隙間空間50とに、グラウトやモルタル、或いは樹脂等の適宜な固化材8を充填する(内管挿入工程)。
このため鋼管内空7には、固化材注入用の注入管18を配置しておき、この注入管18と連結された適宜な圧送装置により、固化材8を鋼管内空7に吐出可能な構成を備えるものとする。また鋼管内空7は所定孔を介して上述の隙間空間50と連通しており、そうした構造の鋼管内空7に固化材8を注入し適宜充填することで、連通した隙間空間50にも固化材8の充填が可能である。以上のように、固化材8を鋼管内空7および隙間空間50に満たして固化させることで、地山1と鋼管5、および塩ビ管6とは一体化される。つまり、地山1の各種挙動で生じる変位は、ほぼロスなく鋼管5および塩ビ管6に直接伝達されることになる。また、塩ビ管6の内径は先行地中変位計14の外径と近しく、塩ビ管6に挿入された先行地中変位計14は該塩ビ管6と一体に挙動出来るものとする。
なお、外管としては上述の鋼管5に限定されず、例えばGFRP(Glass fiber reinforced plastics)管を採用するとしてもよい。また、内管としては上述の塩ビ管6に限定されず、例えば鋼管を採用するとしてもよい。
また、塩ビ管6外方の鋼管内空7のうち、上述の変位計測開始点3に対応する位置に、鋼管内空7を閉塞するパッカー15(閉塞部材)を設置した上で、当該パッカー15よりトンネル掘進方向側の鋼管内空7に対し、上述の固化材8の充填を行うとすれば更に好適である。こうした施工形態を採用すれば、後に曲り管9を接続すべき鋼管5の小口が固化材8で塞がれたり、小口の継ぎ手構造(例:ネジ継手)に固化材8が付着して、曲り管9の接続精度が不良となってしまうといった事態を効果的に回避することが出来る。パッカー15は、空気等の適宜な流体を圧送することで膨張させる袋体や、温度や触媒等で膨張・硬化する樹脂や高分子ゲルなどを採用できる。或いは、粘土やエポキシパテなどの充填材料を用いるとしてもよい。
地山1における上述の鋼管5および塩ビ管6の設置後は、トンネル掘削を進め、所定位置30からトンネル切羽2をトンネル掘進方向に向けて前進させる。トンネル切羽2の前進に際しては、掘削重機等による地山1の掘削動作により、それまで地山1内にあった鋼管5及び塩ビ管6の端部がトンネル掘削面13に露出し、折り取られることになる。この折り取り動作の効率や確実性を向上させるため、鋼管5及び塩ビ管6の周方向には、一定間隔で薄肉部16が備わるものとする。特に、鋼管5および塩ビ管6において、変位計測開始点3に対応する位置にはこの薄肉部16が備わっており、後に曲り管9を接続する鋼管5の小口形状や継手構造に対し、上述の折り取り動作の影響が及ばないよう図ると更に好適である。
トンネル掘削を進めることで、トンネル切羽2が所定位置30から前進し、変位計測開始点3付近に達したとする。この時、上述のように、トンネル掘削に伴う鋼管5および塩ビ管6の折り取りにより、変位計測開始点3付近のトンネル掘削面13には、鋼管5および塩ビ管6の端部22、23が露出することになる。そこで、変位計測開始点3付近のトンネル掘削面13に端部23が開口した塩ビ管6に、屈曲可能な先行地中変位計14を挿入する(変位計設置工程)。
屈曲可能な先行地中変位計14は、3D地中変位計と呼ばれる変位計であり、内部に加速度センサが内蔵された所定ピッチのセグメントが連結された構造を有しており、各セグメント同士はフレキシブルな関節により一定範囲で屈曲可能となっている。また、先行地中変位計14は、変位計測に際し、各関節の傾斜角から区間変位を算出し、これを不動点(最深部もしくは最浅部)から積算していくことでセンサ全体の形状を座標値で出力する機能を有している。
次に、上述の変位計設置工程の後、塩ビ管6と共に変位計測開始点3付近のトンネル掘削面13に開口した鋼管5の端部22に、曲り管9の一端10を接続し、当該曲り管9の他端11を、変位計測開始点3付近に設置された鋼製支保工12Aよりトンネル掘進方向後方において、トンネル坑内21に向けて配置する(曲り管設置工程)。また、この曲り管9の他端11は、例えば当該他端11に螺合する蓋材25により開閉自在に閉塞する。
一方、こうした曲り管9と鋼管5の接続を行わない場合、掘削動作によって折り取られ、トンネル掘削面13に開口した鋼管5の端部22および塩ビ管6の端部23は、コンクリート吹き付け層40の施工により閉塞されてしまう。また、曲り管9ではなく直管Xを上述の鋼管5に接続した場合、図11にて破線で示すように鋼製支保工12A後方の鋼製支保工12Bに直管Xが接触してしまい、鋼管5と直管Xの接続自体が困難である。
他方、上述したように鋼管5に曲り管9を接続し、その曲り管9の他端11を蓋材25で閉塞することで、曲り管9の他端11は、鋼製支保工12A後方において、コンクリート吹き付け層40より下方、すなわちトンネル坑内21に露出する位置に存在することになり、鋼製支保工12らと接触せずにトンネル坑内21に露出する。また、その開口は蓋材25で予め閉じられているため、コンクリート吹き付け層40の施工により、閉塞されてしまう懸念も生じない。
なお、先行地中変位計14による変位計測を実行する際に、上述の蓋材25を曲り管9の他端11から外して当該他端11を開口させ、先行地中変位計14とデータロガー等の計測機器との接続など適宜な作業を行うことも可能である。
図11に示すように鋼管5に対する曲り管9の接続が完了したら、トンネル掘削面13にコンクリート吹きつけ層40を施工し、次区間のトンネル掘削に備える。なお、鋼管端部22と曲り管9の一端10の各々には、互いに嵌着し合うソケット構造が備わっており、互いの端部を当接させて押し込む等の動作で容易に嵌着し接続される。こうした鋼管端部22と曲り管9の一端10との間の接続構造としては、狭い施工空間での接続動作の行い難さを許容出来る場合、例えば、鋼管端部22と曲り管9の一端10の各々に、互いに螺合するネジ継手構造を備えて、互いの端部を当接させた管相互の軸回転動作で螺合させ接続するとしてもよい。
また、変位計設置工程の前に曲り管設置工程を実施し、変位計設置工程において、曲り管9を介して、内管6内に変位計14を挿入するとしてもよい。こうした施工形態を採用すれば、トンネル掘削の進捗状況や地山1の状況などにより、先行地中変位計14の設置より先に、ひとまず鋼管5と曲り管9の接続を先行させる必要がある状況にも対応可能である。
また、先行地中変位計14による計測作業完了後は、曲り管9の他端11を介して、塩ビ管6内の先行地中変位計14に対して引き抜き動作を行うことで、先行地中変位計14の回収を行い、他の計測機会に転用することも可能となる。上述したように、本実施形態の先行地中変位計14は、フレキシブルな関節によって一定範囲であれば屈曲可能な構造を備えたものであるため、上述の引き抜き動作により塩ビ管6内から引き出される際、曲り管9の内空形状に応じて適宜屈曲しつつ、円滑に曲り管9を通過し、最終的に塩ビ管6から抜き去ることができる。
以上示した本実施形態によれば、トンネル拡幅部を設けることなく先行地中変位計の設置が可能となる。本発明の実施の形態について、その実施の形態に基づき具体的に説明したが、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
1 トンネル地山
2 トンネル切羽
3 変位計測開始点
4 変位計測終了点
5 鋼管(外管)
6 塩ビ管(内管)
7 外管内空
8 固化材
9 曲り管
10 曲り管の一端
11 曲り管の他端
12 鋼製支保工(支保工)
13 トンネル掘削面
14 先行地中変位計(変位計)
15 閉塞部材
16 薄肉部
17 スペーサー
18 注入管
19 掘削ビット
20 グラウト材
21 トンネル坑内
22 鋼管端部
23 塩ビ管端部
25 蓋材
40 吹き付けコンクリート
50 隙間空間

Claims (4)

  1. トンネル掘削予定箇所上の地山における変位計測開始点に向け、トンネル切羽から外管を打設する外管打設工程と、
    前記外管内に内管を挿入して当該内管外の外管内空に固化材を充填する内管挿入工程と、
    トンネル掘削に伴う前記外管及び前記内管の折り取りにより、前記変位計測開始点付近のトンネル掘削面に開口した前記内管に、屈曲可能な変位計を挿入する変位計設置工程と、
    前記内管と共に前記変位計測開始点付近のトンネル掘削面に開口した前記外管に、曲り管の一端を接続し、当該曲り管の他端を、前記変位計測開始点付近に設置された支保工よりトンネル掘進方向後方において、トンネル坑内に向けて配置する曲り管設置工程と、
    を含むことを特徴とする先行地中変位計の設置方法。
  2. 前記変位計設置工程の前に前記曲り管設置工程を実施し、前記変位計設置工程において、前記曲り管を介して、前記内管内に前記変位計を挿入することを特徴とする請求項1に記載の先行地中変位計の設置方法。
  3. 前記内管外の前記外管内空のうち前記変位計測開始点に対応する位置に、前記外管内空の閉塞部材を設置し、前記内管挿入工程における前記固化材の充填を、前記閉塞部材よりトンネル掘進方向側の前記外管内空に行うことを特徴とする請求項1または2に記載の先行地中変位計の設置方法。
  4. 前記外管及び前記内管として、少なくとも前記変位計測開始点に対応する位置において、周方向に薄肉部を設けたものを用いることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の先行地中変位計の設置方法。
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