JP2018178453A - トンネル支保構造、及び鋼製支保工 - Google Patents

Abstract

【課題】吹付けコンクリートとの一体化を従来に比べて図ることができるトンネル支保構造に関する技術を提供する。【解決手段】トンネル支保構造は、トンネルの軸方向に配列され、トンネル坑壁面に沿って設置されると共にＨ形断面を有するアーチ状の鋼製支保工と、トンネル坑壁面上において、トンネルの軸方向に隣接する鋼製支保工同士の間に形成される吹付けコンクリート層と、鋼製支保工のウェブに凸設され、吹付けコンクリート層を形成する吹付けコンクリートと定着されるアンカー部材とを備え、アンカー部材は、吹付けコンクリート層に埋没されている。【選択図】図３

Description

本発明は、トンネル支保構造、及び鋼製支保工に関する。

トンネルを構築する工法として、ＮＡＴＭ工法(New Austrian Tunneling Method)が知
られている。ＮＡＴＭ工法は、地山が有する支保能力、強度を有効に利用してトンネルの安定を保つという考え方のもとに、吹付けコンクリート、ロックボルト、鋼製支保工を適宜に用いて、地山と一体化したトンネル構造物を建設する工法である。

ＮＡＴＭ工法においてトンネルを構築する際に、アーチ状の鋼製支保工を設置する場合、通常、以下に説明する手順により行われている。まず、切羽の近傍に吹付け機をセットして、切羽にコンクリートを一次吹き付けし、これが完了すると、吹付け機を退出させる。次いで、切羽近傍に支保工を建て込むエレクタを備えた作業車を配置し、エレクタによりアーチ状の鋼製支保工を切羽近傍のトンネル坑壁に建て込み、これが完了すると作業車を退出させる。次に、切羽に吹付け機を再び配置し、建て込まれたトンネル支保工を埋め込むようにして、コンクリートの二次吹付けを行い、吹付け機を退出させる。

鋼製支保工は一般に剛性が大きいことから、トンネル坑壁（地山）の崩落や変形抑止効果が高く、建て込み直後から切羽掘削直後のトンネルの安定性を確保するのに有効である。また、近年においては、吹付けから短時間で強度と剛性を発揮する吹付けコンクリートが実用化されている。

特許第３３８１６０６号公報

しかしながら、鋼製支保工と吹付けコンクリートとの一体化が不十分であると、十分に支保効果を発揮することが難しくなると考えられる。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、吹付けコンクリートとの一体化を従来に比べて図ることができるトンネル支保構造に関する技術を提供することにある。

上記課題の解決するために、本発明は、Ｈ形断面を有する鋼製支保工のウェブに、吹付けコンクリートとの定着用のアンカー部材を凸設するようにした。

より詳しくは、本発明に係るトンネル支保構造は、トンネルの軸方向に配列され、トンネル坑壁面に沿って設置されると共にＨ型断面を有するアーチ状の鋼製支保工と、前記トンネル坑壁面上において、前記トンネルの軸方向に隣接する前記鋼製支保工同士の間に形成される吹付けコンクリート層と、前記鋼製支保工のウェブに凸設され、前記吹付けコンクリート層を形成する吹付けコンクリートと定着されるアンカー部材と、を備え、前記アンカー部材は、前記吹付けコンクリート層に埋没されていることを特徴とする。このようにすることで、アンカー部材を介して、吹付けコンクリート層を形成する吹付けコンクリートと鋼製支保工との定着を十分に確保することができ、吹付けコンクリート層及び鋼製
支保工の一体化を十分に図ることができる。その結果、優れた支保効果を発揮することができる。

ここで、前記アンカー部材は前記ウェブプレートの両面に凸設されていても良い。これによれば、吹付けコンクリート層を形成する吹付けコンクリートと鋼製支保工との定着をより一層確保することができる。

また、前記アンカー部材は、前記鋼製支保工の脚部に設けられていても良い。このように、鋼製支保工の脚部について重点的に吹付けコンクリートとの定着を確保することで、鋼製支保工と吹付けコンクリートとの一体性を向上させつつ、ウェブの全領域に亘ってアンカー部材を設置する場合に比べて製造コストを低減することができる。

また、本発明は鋼製支保工として特定することができる。すなわち、本発明はトンネルの軸方向に配列され、トンネル坑壁面に沿って設置されると共にＨ形断面を有する鋼製支保工であって、前記鋼製支保工のウェブに、吹付けコンクリートと定着されるアンカー部材が凸設されていることを特徴とする。

本発明によれば、吹付けコンクリートとの一体化を従来に比べて図ることができるトンネル支保構造に関する技術を提供できる。

図１は、実施形態１に係るトンネル支保工の側面図である。 図２は、実施形態１に係る定着アンカーを説明する図である。 図３は、実施形態１におけるトンネル支保構造を説明する図である。 図４は、実施形態１のエレクタ装置を搭載する作業車の上面図である。 図５は、実施形態１の変形例に係るトンネル支保工の側面図である。 図６は、実施形態１の変形例に係る定着アンカーを示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

＜実施形態１＞
図１は、実施形態１に係るトンネル支保工１０の側面図である。トンネル支保工１０は、トンネル掘削に伴い露出する地山の崩落防止のために、掘削直後の坑壁に沿って建て込まれるアーチ状の鋼製支保工であり、トンネル軸方向に沿って一定間隔毎に設置される。本実施形態におけるトンネル支保工１０は、Ｈ形断面を有するＨ形鋼によって形成されている。より詳しくは、トンネル支保工１０は、一対の円弧状の鋼製支保工１０Ｌ，１０Ｒの天端部（上端部）同士を一体に連結することでアーチ状に形成されている。以下、鋼製支保工１０Ｌを「左側鋼製支保工」と呼び、鋼製支保工１０Ｒを「右側鋼製支保工」と呼ぶ。

左側鋼製支保工１０Ｌは、第１本体部１１１、第１天端継手板１２１、第１底板１３１を有する。第１本体部１１１は、ウェブ１１１ａ、当該ウェブ１１１ａに直交する一対の地山側フランジ１１１ｂ及び内空側フランジ１１１ｃから構成されるＨ形鋼である。また、第１本体部１１１における一端には第１天端継手板１２１が溶接され、他端には第１底板１３１が溶接されている。第１天端継手板１２１及び第１底板１３１は四角形の鋼製平板であり、第１本体部１１１のＨ形断面に対して直交方向に延在している。右側鋼製支保工１０Ｒについても同様に、第２本体部１１２、第２天端継手板１２２、第２底板１３２を有する。第２本体部１１２は、ウェブ１１２ａ、当該ウェブ１１２ａに直交する一対の
地山側フランジ１１２ｂ及び内空側フランジ１１２ｃから構成されるＨ形鋼である。また、第２本体部１１２における一端には第２天端継手板１２２が溶接され、他端には第２底板１３２が溶接されている。第２天端継手板１２２、第２底板１３２は四角形の鋼製平板であり、第２本体部１１２のＨ形断面に対して直交方向に延在している。第１天端継手板１２１及び第２天端継手板１２２には、ボルトを挿通するボルト穴が設けられており、当該ボルト穴に挿通させたセンターボルト１４にナット１５を螺合させることで、第１天端継手板１２１及び第２天端継手板１２２が締結される。

図１に示す符号２は、アンカーボルトである。定着アンカー２は、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒに設けられている。より詳しくは、左側鋼製支保工１０Ｌにおける第１本体部１１１のウェブ１１１ａと、右側鋼製支保工１０Ｒにおける第２本体部１１２のウェブ１１２ａには、図２に示すようにアンカー部材としての定着アンカー２が凸設されている。図２は、第１本体部１１１及び第２本体部１１２に設けられる定着アンカー２を説明する図である。定着アンカー２は、ウェブ１１１ａ，１１２ａから垂直に立設する軸部と、軸部の先端に設けられると共に軸部よりも拡径された頭部からなる。但し、定着アンカー２の形状は適宜変更することができる。本実施形態において、第１本体部１１１は、ウェブ１１１ａの両面に定着アンカー２が凸設されている。また、第２本体部１１２は、ウェブ１１２ａの両面に定着アンカー２が凸設されている。

図３は、実施形態１におけるトンネル支保工１０を適用したトンネル支保構造１を説明する図である。図３における符号３は、一次吹付けコンクリート層である。また、符号４は金網である。また、符号６は、二次吹付けコンクリート層である。なお、図３には、トンネル支保工１０の右側鋼製支保工１０Ｒが図示されている。

本実施形態のトンネル構築方法において、切羽８の掘削によってトンネルＴの側面に地山７が露出した後、この地山７に対して一次コンクリートの吹付け施工が行われることで、一次吹付けコンクリート層３が形成される。その後、トンネル坑壁面に沿って一次吹付けコンクリート層３の内空側に上述したアーチ状のトンネル支保工１０が建て込まれる。トンネル支保工１０は、トンネルＴの坑口側に位置する既設のトンネル支保工１０に対して、切羽８側に隣接し、トンネルＴの軸方向に所定の間隔（例えば、１．０ｍ〜１．５ｍ程度）で配列される。

なお、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの建て込み作業は、例えば、図４に示すようなエレクタ装置１００を用いて行うことができる。図４は、エレクタ装置１００を搭載する作業車２００の上面図である。エレクタ装置１００は、同一構成の一対のブーム１７Ｌ，１７Ｒを備えている。一対のブーム１７Ｌ，１７Ｒは、これらに付設される駆動機構の作動によって伸縮動作、傾動動作、揺動動作、回動動作が自在である。また、各ブーム１７Ｌ，１７Ｒの先端には、同一構成の一対のハンド１８Ｌ，１８Ｒが連結されている。一対のハンド１８Ｌ，１８Ｒは、これらに付設される駆動機構の作動によって回転動作および揺動動作が自在であり、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒをそれぞれ着脱自在に挟圧把持（保持）することができる。エレクタ装置１００は、一対のハンド１８Ｌ，１８Ｒに左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒを把持し、各ハンド１８Ｌ，１８Ｒを駆動することで左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒを所定の建て込み位置に建て込むことができる。左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの建て込みは、掘削した上半盤上に平板状の木製皿板を置いて地盤の耐力を補うと共に、据付け高さの調整を行う。そして、上記皿板上に左側鋼製支保工１０Ｌ（右側鋼製支保工１０Ｒ）の第１底板１３１（第２底板１３２）を載置し、左側鋼製支保工１０Ｌ（右側鋼製支保工１０Ｒ）が垂直になるように建て込む。

次に、例えばレーザ測量機（図示せず）から照射される光線がターゲットと一致するよ
うに皿板と第１底板１３１（第２底板１３２）の間にクサビを挿入、あるいは、皿板の下部を掘り下げる等して高さを調整することで、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒが地盤上に据付けられる。次に、センターボルト１４及びナット１５（図１を参照）によって第１天端継手板１２１及び第２天端継手板１２２を締結する。

次に、新設のトンネル支保工１０と、既設のトンネル支保工１０との間の新設区間（図３を参照）における一次吹付けコンクリート層３の表面に沿って必要に応じて金網４を配置した後、二次吹付けコンクリートを吹付け施工することで二次吹付けコンクリート層６を形成する。なお、二次吹付けコンクリートは、トンネル支保工１０における一対のフランジのうち、地山７と反対側に位置する内空側フランジ１１２ｃ（１１１ｃ）に概ね達する厚さまで吹付けられる。また、金網４は、二次吹付けコンクリートを補強するために配置され、地山条件が良好な場合には省略する場合もある。また、二次吹付けコンクリートに、例えば鋼繊維補強吹付けコンクリート（ＳＦＲＣ）等を用いる場合には、金網４の設置を省略する場合がある。

ここで、本実施形態におけるトンネル支保工１０は、図１及び図２に示したように、左側鋼製支保工１０Ｌにおける第１本体部１１１のウェブ１１１ａと、右側鋼製支保工１０Ｒにおける第２本体部１１２のウェブ１１２ａに定着アンカー２が設置されている。従って、二次吹付けコンクリート層６を形成する工程においては、新設のトンネル支保工１０のウェブ１１１ａ，１１２ａに凸設された定着アンカー２と、既設のトンネル支保工１０のウェブ１１１ａ，１１２ａに凸設された定着アンカー２を覆うようにして二次吹付けコンクリートが吹付けられることにより、定着アンカー２が二次吹付けコンクリート層６に埋没される。これにより、二次吹付けコンクリート層６に埋没した定着アンカー２を介して、二次吹付けコンクリートとトンネル支保工１０との一体化を従来に比べて十分に図ることができる。つまり、トンネル支保工１０と二次吹付けコンクリート層６との定着を十分に確保することができ、安定した支保構造１を構築することができる。

更に、本実施形態におけるトンネル支保工１０（左側鋼製支保工１０Ｌ、右側鋼製支保工１０Ｒ）においては、ウェブ１１１ａ，１１２ａの両面に定着アンカー２を凸設する構造を採用している。そのため、二次吹付けコンクリートを吹付ける対象となる新設区間（図３を参照）の両端に位置する既設のトンネル支保工１０と新設のトンネル支保工１０の双方に対して、二次吹付けコンクリートとの定着を増大させることができる。

また、本実施形態においては、以下の手順に従ってトンネル坑壁面に二次吹付けコンクリート層６を形成しても良い。すなわち、エレクタ装置１００を用いて左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒを建て込み、センターボルト１４及びナット１５によって第１天端継手板１２１及び第２天端継手板１２２を締結した後、エレクタ装置１００における各ハンド１８Ｌ，１８Ｒで新設のトンネル支保工１０（左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒ）を把持した状態で、新設のトンネル支保工１０（左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒ）の脚部及びその周囲に二次吹付けコンクリートを吹付ける。そして、新設のトンネル支保工１０の脚部に吹付けた二次吹付けコンクリートが所定の強度を発現した後、エレクタ装置１００における各ハンド１８Ｌ，１８Ｒによる新設のトンネル支保工１０の把持を解除し、新設区間における残りの部分に二次吹付けコンクリートを吹付けることで新設区間全体に二次吹付けコンクリート層６を形成する。本実施形態におけるトンネル支保工１０においては、上記のようにウェブ１１１ａ，１１２ａに定着アンカー２が凸設されているため、二次吹付けコンクリートとの定着性に優れている。よって、新設のトンネル支保工１０の脚部に二次吹付けコンクリートを吹付けた後、短時間で新設のトンネル支保工１０を把持するエレクタ装置１００におけるハンド１８Ｌ，１８Ｒを外したとしても、新設のトンネル支保工１０が傾いたり、倒れたりすることなく、新設区間における残りの部分への二次吹付けコンクリートの吹付け作業を行うことができ
る。

また、本実施形態におけるトンネル支保工１０（左側鋼製支保工１０Ｌ、右側鋼製支保工１０Ｒ）においては、図１に示すようにウェブ１１１ａ，１１２ａの延伸方向に沿った略全領域（区間）に亘って、複数の定着アンカー２を設置するようにしているが、一部の領域のみに定着アンカー２を設置しても良い。ここで、定着アンカー２は、トンネル支保工１０（左側鋼製支保工１０Ｌ、右側鋼製支保工１０Ｒ）の少なくとも脚部に設けられていても良い。一例として、図５に示す変形例のようにトンネル支保工１０（左側鋼製支保工１０Ｌ、右側鋼製支保工１０Ｒ）の脚部のみに、定着アンカー２をウェブ１１１ａ，１１２ａから凸設させる態様が挙げられる。トンネル支保工１０の脚部について重点的に二次吹付けコンクリート（二次吹付けコンクリート層６）との定着を確保することで、トンネル支保工１０と二次吹付けコンクリートとの一体性を向上させつつ、ウェブ１１１ａ，１１２ａの延伸方向に沿った全領域に亘って定着アンカー２を設置する場合に比べて製造コストを低減することができる。また、本実施形態では、ウェブ１１１ａ，１１２ａの延伸方向に沿って、定着アンカー２を２列に配列する例を説明したが、定着アンカー２の配列パターンは特に限定されない。

また、本実施形態において、定着アンカー２は種々の形状を採用することができる。図６は、実施形態１の変形例に係る定着アンカー２を示す図である。図６（ａ）は、第１本体部１１１（第２本体部１１２）のウェブ１１１ａ（ウェブ１１２ａ）からストレート棒状の定着アンカー２を凸設した例を示している。また、図６（ｂ）は、第１本体部１１１（第２本体部１１２）のウェブ１１１ａ（ウェブ１１２ａ）から先端にフックが設けられたフック付き棒状の定着アンカー２を凸設した例を示している。

以上、本発明の実施形態及び変形例を説明したが、本発明に係る鋼製支保工及びトンネル支保構造はこれらに限られず、可能な限りこれらを組み合わせることができる。

１・・・トンネル支保構造
２・・・定着アンカー
３・・・一次吹付けコンクリート層
４・・・金網
６・・・二次吹付けコンクリート層
７・・・地山
８・・・切羽
１０・・・トンネル支保工
１０Ｌ・・・左側鋼製支保工
１０Ｒ・・・右側鋼製支保工
１１１・・・第１本体部
１１２・・・第２本体部
１２１・・・第１天端継手板
１２２・・・第２天端継手板

Claims (6)

1. トンネルの軸方向に配列され、トンネル坑壁面に沿って設置されると共にＨ形断面を有するアーチ状の鋼製支保工と、
   前記トンネル坑壁面上において、前記トンネルの軸方向に隣接する前記鋼製支保工同士の間に形成される吹付けコンクリート層と、
   前記鋼製支保工のウェブに凸設され、前記吹付けコンクリート層を形成する吹付けコンクリートと定着されるアンカー部材と、
   を備え、
   前記アンカー部材は、前記吹付けコンクリート層に埋没されている、
   トンネル支保構造。
2. 前記アンカー部材は前記ウェブの両面に凸設されている、請求項１に記載のトンネル支保構造。
3. 前記アンカー部材は、前記鋼製支保工の脚部に設けられている、請求項１又は２に記載のトンネル支保構造。
4. トンネルの軸方向に配列され、トンネル坑壁面に沿って設置されると共にＨ形断面を有する鋼製支保工であって、
   前記鋼製支保工のウェブに、吹付けコンクリートと定着されるアンカー部材が凸設されている、
   鋼製支保工。
5. 前記アンカー部材は前記ウェブの両面に凸設されている、請求項４に記載の鋼製支保工。
6. 前記アンカー部材は、前記鋼製支保工の脚部に設けられている、請求項４又は５に記載の鋼製支保工。

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