JP2015203193A

JP2015203193A - トンネル施工方法

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Publication number: JP2015203193A
Application number: JP2014081907A
Authority: JP
Inventors: 創熊本; So Kumamoto; 裕介平塚; Yusuke Hiratsuka; 山本　肇; Hajime Yamamoto; 肇山本
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2015-11-16
Anticipated expiration: 2034-04-11
Also published as: JP6339845B2

Abstract

【課題】地山状況に左右されることなく、トンネル切羽の湧水を効果的に抑制させることを可能とした、トンネル施工方法を提案すること。【解決手段】湧水が予想される湧水帯３に対して複数本の水抜きボーリング２，２，…を行う水抜きボーリング工程と、湧水帯３においてトンネル１を掘進する掘進工程とを備えるトンネル施工方法であって、水抜きボーリング工程では、複数本の水抜きボーリング２，２，…をトンネル軸の周囲を囲うように配置し、掘進工程では複数本の水抜きボーリング２，２，…により取り囲まれた空間を掘進する。【選択図】図１

Description

本発明は、湧水が予想される区間におけるトンネル施工方法に関する。

トンネル工事において、断層破砕帯等の透水性の高い領域を掘削すると、トンネル切羽で湧水が発生し、作業効率が低下するおそれがある。
そのため、湧水が懸念される地山では、水抜き坑や水抜きボーリング等により、トンネル掘削に先行して当該領域の地下水位を低下させておく場合がある。

水抜き坑は、例えば特許文献１に示すように、本坑トンネルに平行して形成された、水抜きのための小口径トンネルである。すなわち、水抜き坑を本坑トンネルより先行して形成して排水しておくことで、本坑トンネルの掘削時の地下水位を低下させておく。

また、水抜きボーリングは、例えば特許文献２に示すように、本坑トンネルの切羽や拡幅部等から、切羽前方に向けてボーリング孔を掘削し、ボーリング孔から排水することで、切羽前方の地下水位を予め低下させておくものである。

特開２０１０−３１５５６号公報特開２０１１−４２９３１号公報

土被りが大きく大量の地下水を含む地山や、湖沼や河川等から直接地下水が供給される地山等の場合には、前記従来の地下水位低下方法（水抜き坑や水抜きボーリング等）では、切羽前方の地下水を十分に低下させることができない場合があった。

このような観点から、本発明は、地山状況に左右されることなく、トンネル切羽の湧水を効果的に抑制させることを可能とした、トンネル施工方法を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、湧水が予想される領域に対して複数本の水抜きボーリングを形成する工程と、前記領域においてトンネルを掘進する工程とを備えるトンネル施工方法であって、前記複数本の水抜きボーリングを前記トンネルの周囲を囲うように配置することを特徴としている。

かかるトンネル施工方法によれば、トンネルの周囲を取り囲む複数のボーリングにより、切羽前方の水圧を局所的に低下させることができる。
また、大量の湧水が予想される領域であっても、効果的に水圧を低下させることができる。

本発明のトンネル施工方法によれば地山条件に限定されることなく、トンネル切羽の湧水を効果的に抑制させることが可能となる。

本実施形態のトンネルおよび水抜きボーリングを示す断面図である。本実施形態のトンネル施工方法による水圧低減効果の検証に使用した解析モデルを示す図であって、（ａ）は横断面図、（ｂ）縦断面図である。（ａ）実施例における水抜きボーリングの配置を示す模式図、（ｂ）は比較例の水抜きボーリングの配置を示す模式図である。圧力観測点の圧力経時変化を示すグラフである。圧力観測点の水圧の作用状況を示すコンター図であり、（ａ）は実施例、（ｂ）は比較例である。

本実施形態では、湧水が予想される地山におけるトンネル施工方法について説明する。
本実施形態のトンネル施工方法は、水抜きボーリング工程と、掘進工程とを備えている。

水抜きボーリング工程は、トンネル１の切羽前方の湧水が予想される領域（以下、「湧水帯３」という）に対して、複数本の水抜きボーリング２，２，…を形成する工程である。

水抜きボーリング２は、トンネル１の切羽や側壁（トンネル坑内）あるいは図示しない横坑等から形成する。水抜きボーリング２は、トンネル１の前方に向けてボーリング孔を削孔することにより形成する。

図１に示すように、本実施形態では、トンネル１の縦断線形に沿う８本の水抜きボーリング２，２，…を、湧水帯３におけるトンネル１（計画断面）の周囲を囲うように配置する。すなわち、複数本の水抜きボーリング２，２，…は、湧水帯３において形成されるトンネル１の施工が予定されている断面の上下左右に等間隔に配設する。

本実施形態では、トンネル１の横断面において、トンネル１の外周側に設定した環状（本実施形態では円形のトンネル断面に対応するトンネルの中心と同芯の円状）の仮想線Ｋを通るように８本の水抜きボーリング２，２，…を配設するが、水抜きボーリング２，２，…の配置は限定されるものでなく、例えば矩形状の仮想線を通るように配設してもよい。
また、水抜きボーリング２の本数および配設ピッチは限定されない。また、水抜きボーリング２は、必ずしも等間隔で配設する必要はなく、地山条件に応じて水抜きボーリング２同士の間隔を変更してもよい。

本実施形態では、水抜きボーリング２とトンネル１の外面との離隔距離が、トンネル１の内径Ｄ程度となるように水抜きボーリング２を形成する。なお、水抜きボーリング２とトンネル１の外面との離隔距離は限定されるものではないが、トンネル１の内径Ｄの１倍〜２倍程度とするのが望ましい。

本実施形態では、湧水帯３の１００ｍ以上手前において、水抜きボーリング２の施工を行うものとする。
本実施形態の水抜きボーリング２の口径は２５０ｍｍとする。
なお、水抜きボーリング２の口径は限定されるものではないが、トンネル坑内や横坑内における施工性を確保するとともに、ボーリング孔内の圧力損失を抑制する観点から、例えば、２００ｍｍ〜３００ｍｍ程度あるのが望ましい。

水抜きボーリング２を横坑から施工する場合には、水抜きボーリング２をトンネル軸とできるだけ平行に形成すればよい。
一方、水抜きボーリング２をトンネル坑内（切羽や側壁）から施工する場合は、トンネル軸から徐々に離隔するように、トンネル軸に対して傾斜した状態で水抜きボーリングを形成すればよい。

なお、水抜きボーリング２の施工箇所（ボーリング孔の始点）において、トンネルの一部（例えば、切羽後方の側壁）を拡幅することで、トンネル１の切羽の外周囲を取り囲むように水抜きボーリング２，２，…を形成してもよい。このとき、トンネル軸に対する水抜きボーリング２の傾斜角を小さくあるいは水抜きボーリング２をトンネル軸と平行に形成すればよい。

また、横坑から水抜きボーリング２を施工する場合であっても、水抜きボーリング２をトンネル軸に対して傾斜させてもよい。
また、トンネル１の切羽の後方の側壁から、自在ボーリングを用いて水抜きボーリング２，２，…を形成してもよい。この場合には、側壁から斜め前方に所定長削孔した後、トンネル軸と平行に削孔することで、水抜きボーリングを形成すればよい。

掘進工程は、湧水帯３においてトンネル１を掘進する工程である。
トンネル１は、複数本の水抜きボーリング２，２，…により周囲が取り囲まれた空間４内を掘進する。

以上、本実施形態のトンネル施工方法によれば、水抜きボーリング２，２，…により排水（地下水Ｗを水抜きボーリング２に集水）することで、湧水帯３における水抜きボーリング２，２，…により囲まれた空間４内の地下水圧を局所的に低下させることができる。
そのため、切羽前方の地下水位を全体的に低下させる従来の水抜きボーリング工法と比較して、早期に湧水対策効果を発揮することができる。

また、本実施形態のトンネル施工方法によれば、湧水帯３におけるトンネル１の掘進に伴う湧水の発生を抑制し、トンネル１の施工を効率的に行うことができる。
また、突発的に大量に湧水が発生することも防止することができ、より安全な施工を行うことができる。

水抜きボーリング２は、比較的大口径であるため、１００ｍ以上の長尺ボーリングであっても、ボーリング孔内の圧力損失を抑えることができ、湧水帯３から十分離れた位置から安全かつ効率的な湧水対策工を行うことが可能である。

以下、水抜きボーリング２の配置による水圧低減効果を検証した結果を示す。
本検証では、図２の（ａ）および（ｂ）に示すように、湧水帯３（断層）の幅を１００ｍ、トンネル掘削位置の土被りが１０００ｍとなるように高さを２０００ｍ、影響半径を考慮して長さが４０００ｍとなるように解析モデル５を設定した。なお、図２では、１本の水抜きボーリング２が湧水帯３に形成されている状態を示している。

初期条件は、解析モデル５全体を飽和状態とし、トンネル掘削位置には１０００ｍの水圧（≒１ＭＰａ）が作用するように設定した。
解析モデルの側面の水圧は静水圧固定とし、上面は大気圧固定、下面は不透水境界とした。なお、湧水帯３の透水係数は１．０×１０^−５（ｍ/ｓ）とした。

水抜きボーリング２は、長さを２００ｍとして、図２の（ａ）に示すように、湧水帯３の１００ｍ手前から掘削し、湧水帯３内に１００ｍ挿入された状態に設定した。水抜きボーリング２の孔口の圧力は大気圧固定（１ａｔｍ）とした。なお、水抜きボーリング２の口径は２５０ｍｍとする。

本検証では、本発明の実施例として、図３の（ａ）に示すように、８本の水抜きボーリング２，２，…を圧力観測点Ｐの周囲を取り囲むように矩形状に配置した（ｃａｓｅ１）。なお、水抜きボーリング２，２，…の配置は矩形状に限定されるものではなく、例えば、円形状に配置してもよい。
また、比較例として、図３の（ｂ）に示すように、圧力観測点Ｐ（トンネル１）の上部に８本（水平に６本、うち両端は上下２本）の水抜きボーリング２，２，…を配置した場合についても検証を行った（ｃａｓｅ２）。

図４に示すように、圧力観測点Ｐの周囲を取り囲むように水抜きボーリング２，２，…を配置した場合（ｃａｓｅ１）の方が、圧力観測点Ｐの上方のみに水抜きボーリング２，２，…を配置した場合（ｃａｓｅ２）よりも圧力を低下させることができる。

図５の（ａ）に示すように、圧力観測点Ｐの周囲を取り囲むように水抜きボーリング２，２，…を配置した場合（ｃａｓｅ１）は、水抜きボーリング２，２，…により取り囲まれた空間の圧力を、全体的に低下させることができる。
一方、図５の（ｂ）に示すように、圧力観測点Ｐの上方のみに水抜きボーリング２，２，…を配置した場合（ｃａｓｅ２）は、水抜きボーリング２群の周囲の圧力を低下させることができるものの、圧力観測点Ｐにおける圧力低下効果が得られない。
なお、図５において、等高線上の数字は、水圧レベル（ＭＰａ）である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

本実施形態のトンネル施工方法が適用可能な地山条件は限定されない。例えば、土被りが大きく大量の地下水を含む地山や、湖沼や河川等から直接地下水が供給される地山等であってもよい。

なお、掘進工程におけるトンネル工法は限定されるものではなく、例えばＮＡＴＭ工法、ＴＢＭ工法、シールド工法等であってもよい。
また、トンネルの断面形状も限定されるものではなく、円形、馬蹄形、矩形等、適宜設定すればよい。

１トンネル
２水抜きボーリング
３湧水帯（湧水が予想される領域）
４空間
５解析モデル
Ｄトンネルの内径
Ｐ圧力観測点
Ｗ地下水

Claims

湧水が予想される領域に対して複数本の水抜きボーリングを形成する工程と、
前記領域においてトンネルを掘進する工程と、を備えるトンネル施工方法であって、
前記複数本の水抜きボーリングを、前記トンネルの周囲を囲うように配置することを特徴とする、トンネル施工方法。