JP2021175859A - ガイド鋼製支保工、及び鋼製支保工建込方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比して容易かつ速やかに左右の継手板の位置を合わせることができるガイド鋼製支保工と、これを用いた建込方法を提供する。【解決手段】ガイド鋼製支保工ＧＳは、トンネルの一次覆工に用いられる鋼製支保工であって、継手板に取り付けられるガイド体１００を備えたものである。このガイド体１００は、屈折部を境界として上方ガイド板と切羽側ガイド板が形成される。この上方ガイド板は、坑口側から切羽側に向かって広がっていく形状である。使用時に、他方の継手板の上端部を上方ガイド板に当接し、さらに切羽側の側端部を切羽側ガイド板に当接すると、双方の継手板のボルト孔に連結ボルトＢＴを挿通することができる。【選択図】図５

Description

本願発明は、トンネルの一次覆工に用いられる鋼製支保工に関するものであり、より具体的には、組み合わせる他方の鋼製支保工の継手板を案内するガイド体が設けられたガイド鋼製支保工と、これを用いた建込方法に関するものである。

我が国の国土は、およそ２／３が山地であるといわれており、そのため道路や線路など（以下、「道路等」という。）は必ずといっていいほど山地部を通過する区間がある。この山地部で道路等を構築するには、斜面の一部を掘削する切土工法か、地山の内部をくり抜くトンネル工法のいずれかを採用するのが一般的である。トンネル工法は、切土工法に比べて施工単価（道路等延長当たりの工事費）が高くなる傾向にある一方で、切土工法よりも掘削土量（つまり排土量）が少なくなる傾向にあるうえ、道路等の線形計画の自由度が高い（例えば、ショートカットできる）といった特長があり、これまでに建設された国内のトンネルは１０，０００を超えるといわれている。

山岳トンネルの施工方法としては、昭和５０年代までは鋼アーチ支保工に木矢板を組み合わせて地山を支保する「矢板工法」が主流であったが、現在では地山強度を積極的に活かすＮＡＴＭ（Ｎｅｗ Ａｕｓｔｒｉａｎ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ）が主流となっている。ＮＡＴＭは、地山が有する強度（アーチ効果）に期待する設計思想が主な特徴であり、そのため従来の矢板工法に比べトンネル支保工の規模を小さくすることができ、しかも施工速度を上げることができることから施工コストを減縮することができる。

また我が国におけるＮＡＴＭは、本格的に実施されて以来、飛躍的に掘削技術が進歩しており、種々の補助工法が開発されることによって様々な地山に対応することができるようになり、さらに掘削機械（特に、自由断面掘削機）の進歩によって発破掘削のほか機械掘削も選択できるようになった。この機械掘削は、掘削断面積や線形にもよるものの一般的には比較的低い強度（例えば、一軸圧縮強度が４９Ｎ／ｍｍ^２以下）の地山に対して採用されることが多く、一方、対象地山に岩盤が存在する場合はやはり発破掘削が採用されることが多い。

ここでＮＡＴＭによる掘削手順について簡単に説明する。はじめに、トンネル切羽の掘削を行う。発破掘削の場合は、ドリルジャンボによって削孔して火薬（ダイナマイト）を装填し、作業者と機械が退避したうえで発破する。一方、機械掘削の場合は、自由断面掘削機によってトンネル切羽を切削していく。１回（１サイクル）の掘削進行長（スパン長）は地山の強度に応じて設定される支保パターンによって異なるが、一般的には１．０〜２．０ｍのスパン長で掘削が行われる。１スパン長の掘削を行うと、不安定化した地山部分（浮石など）を落とす「こそく」を行いながらダンプトラック（あるいはレール工法）によってずりを搬出（ずり出し）する。そしてずり出し後に、鏡吹付けや１次コンクリート吹付けを行ったうえで必要に応じて（支保パターンによって）鋼製支保工を建て込み、２次コンクリート吹付けを行った後にロックボルトの打設を行う。なお、１次コンクリート吹付けと２次コンクリート吹付け、ロックボルト打設は、掘進したスパン長分、すなわち素掘り部分のトンネル内周面（側壁から天端にかけた周面）に対して行われる。

このようにＮＡＴＭは、削岩（例えば、切羽削孔〜発破）、ずり出し、鋼製支保工建て込み、コンクリート吹付け、ロックボルト打設といった一連の工程を繰り返し行うことによって、１スパンずつ支保工（鋼製支保工、コンクリート吹付工、ロックボルト工）を構築して地山の安定を図りながら掘進していく工法である。つまりトンネル掘削の作業者（いわゆる坑夫）らは、まだ地山が安定していない切羽での作業が求められる。そのため、作業中は常に鏡面や天端など地山からの肌落ち、落石といったおそれがあり、実際に切羽で生じる労働災害も少なからず発生していた。そこで厚生労働省は、２０１６年１２月に「山岳トンネル工事の切羽における肌落ち災害防止対策に係るガイドライン」を策定し、切羽における労働災害防止対策の推進を図るよう促しているところである。

切羽作業のなかでも鋼製支保工の建て込みは、作業者にとって特に危険な作業といえる。ここで図９を参照しながら、従来の鋼製支保工の建て込み作業について説明する。削岩後にずり出しを行い、そして１次コンクリート吹付けを行うと、図９（ａ）に示すように、左右１組の鋼製支保工を切羽側の所定位置に設置し、天端付近で左右の鋼製支保工の継手板をボルトで連結する。また、既設の鋼製支保工（つまり、坑口側の鋼製支保工）と新設した鋼製支保工（つまり、切羽側の鋼製支保工）を連結するため、つなぎ材を設置する。このつなぎ材は、図９（ｂ）に示すように棒状の部材（例えば鋼棒）の両端を折り曲げたもので、その一端を既設の鋼製支保工に設けられたさや管に挿入するとともに、他端を新設の鋼製支保工に設けられたさや管に挿入することで、つなぎ材は設置される。

鋼製支保工の建て込みのうち、継手板のボルト連結やつなぎ材の設置は、概ね作業者の手作業によって行われる。鋼製支保工を建て込む際には、１次コンクリート吹付けを行っているものの、地山に対していわば仮支保（仮吹付）を施した状態に過ぎず、しかも急結剤を添加しているとはいえコンクリ―トはまだ十分に硬化していない。このような環境下で、これらの作業を行わなければならないことから、鋼製支保工の建て込みは作業者にとって特に危険な作業となるわけである。すなわち、鋼製支保工の建て込み作業を改善することが、切羽における労働災害防止にとって極めて有効な手段となる。

これまでも、鋼製支保工の建て込みにおける作業の効率化や省力化を図る種々の技術が提案されてきた。例えば特許文献１では、エレクタで鋼製支保工を把持した状態で２次コンクリート吹付けを行う技術について提案している。

特開２０２０−２６６９５号公報

特許文献１に開示される技術では、エレクタによって鋼製支保工を把持した状態で２次コンクリート吹付けを行うこととしているが、そのためには吹付ロボット本体から支保に向かって伸びる両エレクタの間から吹付ノズルで吹き付ける必要があり、腕をくぐらせるように吹き付けるなど、現実的には著しく困難な作業となる。また、把持するアームが邪魔となる部分については吹付を確実に行うことに支障があり、部分的に設計吹付厚が確保できないなど施工品質の劣化を招くおそれもある。さらに、従来は一旦地盤で鋼製支保工を支持していたところ、特許文献１の技術によれば鋼製支保工の足元は吹付コンクリートで支持されることになるが、急結剤を添加しているとはいえコンクリ―トが十分に硬化するまではある程度時間を要することから、鋼製支保工が徐々に沈下していくとともに天端や肩部の吹付コンクリートにひび割れが生じるおそれもある。

また特許文献１では、エレクタを操作することによって左右の鋼製支保工の継手板を連結することとしている。従来は、昇降可能なマンケージに乗り込んだ作業者が、切羽天端付近まで移動し、手作業によって左右の継手板をボルトで連結していた。特許文献１によれば、作業者が切羽天端付近に立ち入ることなく、いわば遠隔操作によって継手板を連結することができるため、切羽における労働災害防止の点においては好適といえる。しかしながら、オペレータがエレクタの操作のみで左右の継手板の位置を合わせるのは著しく困難であり、その結果、従来に比して継手板の連結作業に長い時間を要し、ひいては直接工事費を押し上げるおそれがある。

さらに特許文献１では、エレクタ操作によって左右の継手板の位置を合わせるために、一方の継手板にガイド部材を設けることとしている。例えば特許文献１の図３１Ｂでは、継手板の上部に上方ガイド壁、切羽側に側方ガイド壁をそれぞれ取り付けた例を示し、他方の鋼製支保工の継手板が上方ガイド壁と側方ガイド壁に当接することによってその位置を案内することとしている。そして、作業中におけるオペレータの視認性を確保すべく、これら上方ガイド壁と側方ガイド壁は細幅板とされる。しかしながら、エレクタの操作によって鋼製支保工を移動する場合、想定した以上に大きく移動し継手板が相当の力でガイド部材に衝突することもある。その際、細幅板のガイド部材では変形や破断が生じやすく、結果的に左右の継手板の位置を合わせることができないおそれもある。これに対してガイド部材を幅広の板状とすると、オペレータの視認性が阻害される。

一方、従来技術のように切羽天端付近まで移動した作業者が手作業によって行う継手板の連結作業は、特許文献１に比して確実かつ速やかに行うことができる反面、地山が十分安定しているとはいえない切羽での作業を強いられることから、地山（特に天端）からの肌落ちや落石による労働災害のおそれがあるという問題を指摘することができる。

本願発明の課題は、従来技術が抱える問題を解決することであり、すなわち従来に比して容易かつ速やかに左右の継手板の位置を合わせることができるガイド鋼製支保工と、これを用いた建込方法を提供することである。また、従来どおり作業者が確実に継手板の連結作業を行うこととし、しかも地山（特に天端）からの肌落ちや落石から作業者を保護することができる技術を提供することも本願発明の課題のひとつである。

本願発明は、継手板に上方ガイド板と切羽側ガイド板を設け、この上方ガイド板を坑口側から切羽側に向かってその幅が広がっていく形状とする、という点に着目してなされたものであり、これまでにない発想に基づいて行われた発明である。

本願発明のガイド鋼製支保工は、トンネルの一次覆工に用いられる鋼製支保工であって、 継手板に取り付けられるガイド体を備えたものである。このガイド体は、屈折部で略垂直（垂直含む）に折り曲げられた側面視Ｌ字状であって、屈折部を境界として上方ガイド板と切羽側ガイド板が形成される。上方ガイド板には、屈折部と略直交（直交含む）する上方接続部が形成されるとともに、上方接続部の屈折部側端から他端に向かって上方ガイド板の幅が次第に小さくなる形状とされる。また切羽側ガイド板には、屈折部と略直交（直交含む）する切羽側接続部が形成される。そして、使用時（切羽付近に建て込んだとき）に屈折部が切羽側に配置されるように、上方接続部が継手板の上端部に取り付けられるとともに、切羽側接続部が継手板の側端部に取り付けられ、これにより継手板から張り出すようにガイド体は取り付けられる。使用時に、ガイド体が取り付けられていない他方の継手板の上端部を上方ガイド板に当接するとともに、他方の継手板の切羽側の側端部を切羽側ガイド板に当接すると、ガイド体が取り付けられた継手板のボルト孔と、他方の継手板のボルト孔に連結ボルトを挿通することができる。

本願発明の鋼製支保工建込方法は、トンネルの一次覆工に用いられる鋼製支保工を建て込む方法であって、第１設置工程と第２設置工程、連結工程を備えた方法である。このうち第１設置工程では、本願発明のガイド鋼製支保工を所定位置に設置し、第２設置工程では、第１設置工程の後に通常鋼製支保工（継手板にガイド体が取り付けられていない鋼製支保工）を所定位置に設置する。また連結工程では、ガイド鋼製支保工の継手板のボルト孔と通常鋼製支保工の継手板のボルト孔に連結ボルトを挿通し、その連結ボルトにナットを螺合して締結することで、ガイド鋼製支保工の継手板と通常鋼製支保工の継手板を連結する。なお第１設置工程では、屈折部が切羽側に配置されるようにガイド鋼製支保工を設置する。また第２設置工程では、通常鋼製支保工の継手板の上端部が上方ガイド板に当接するとともに、通常鋼製支保工の継手板の切羽側の側端部が切羽側ガイド板に当接するように、通常鋼製支保工を設置する。

本願発明の鋼製支保工建込方法は、先行して通常鋼製支保工を設置し（第１設置工程）、その後にガイド鋼製支保工を設置する（第２設置工程）方法とすることもできる。トンネルの一次覆工に用いられる鋼製支保工を建て込む方法であって、この場合も第２設置工程では、通常鋼製支保工の継手板の上端部が上方ガイド板に当接するとともに、通常鋼製支保工の継手板の切羽側の側端部が切羽側ガイド板に当接するように、通常鋼製支保工を設置する。

本願発明の鋼製支保工建込方法は、昇降可能な屋根付ケージを用いて連結工程を行う方法とすることもできる。この屋根付ケージは、作業者が乗り込むケージ部と、ケージ部に乗り込んだ作業者の上方を覆う屋根部を有している。なお屋根部は、複数の棒部材を所定の間隔で配置した櫛形である。

本願発明の鋼製支保工建込方法は、「片押式ナット」を用いて連結工程を行う方法とすることもできる。この片押式ナットは、入口から出口まで貫通する貫通孔が設けられるとともに、貫通孔内に複数の分割ネジと反力体を有するものである。貫通孔の内周壁の一部には出口側に向かって広がるテーパ―部が形成され、分割ネジは、内周側に連結ボルトが螺合するネジが設けられるとともに外周側にテーパ―部に応じた傾斜部が形成される。また複数の分割ネジは、貫通孔内で周方向に分散配置されるとともに、それぞれ傾斜部がテーパ―部に当接した状態で貫通孔の軸方向にスライド可能である。反力体は、弾性体であって分割ネジに対して「入口方向の弾性力」を付与する。そして連結工程では、連結ボルトを片押式ナットの入口から挿入するとともに、反力体の入口方向の弾性力以上の力で連結ボルトを出口側に押し込み、その結果、分割ネジがテーパ―部に沿って出口側にスライドするとともに、それぞれの分割ネジが連結ボルトから外周側に離れることによって、連結ボルトは押し込むだけで出口側にスライドしていく。さらに連結工程では、連結ボルトを出口側に押し込む力を解除し、その結果、反力体による入口方向の弾性力によって分割ネジがテーパ―部に沿って入口側にスライドすることによって、それぞれの分割ネジが連結ボルトに螺合する。

本願発明のガイド鋼製支保工、及び鋼製支保工建込方法には、次のような効果がある。
（１）継手板にガイド体を設けていることから他方の継手板が案内され、すなわち他方の鋼製支保工の設置位置を決定しやすい。その結果、従来に比して容易かつ速やかに鋼製支保工を建て込むことができる。
（２）ガイド体の上方ガイド板を坑口側から切羽側に向かって広がっていく形状としたことから、他方の継手板がガイド体に当接したことを確認しやすく、この点においても従来に比して容易かつ速やかに鋼製支保工を建て込むことができる。
（３）連結工程で「片押式ナット」を使用すれば、連結ボルトを押し込むだけで左右の継手板を連結することができ、さらに容易かつ速やかに鋼製支保工を建て込むことができる。
（４）連結工程で「屋根付ケージ」を使用すれば、地山（特に天端）からの肌落ちや落石から作業者を保護することができる。

右側に本願発明のガイド鋼製支保工、左側に従来の鋼製支保工を示す正面図。 （ａ）はガイド体を模式的に示す展開図、（ｂ）はガイド体を模式的に示す側面図。 概ね扇形の上方ガイド板と四角形の切羽側ガイド板からなるガイド体を、模式的に示す展開図。 （ａ）はガイド側継手板にガイド体が取り付けられた状態を模式的に示す部分平面図、（ｂ）は鉛直面で切断した部分鉛直断面図、（ｃ）はトンネル内空側から横断方向に見た部分正面図。 ガイド側継手板と通常側継手板を連結する手順を示すステップ図。 本願発明の鋼製支保工建込方法の主な工程を示すフロー図。 （ａ）は本願発明の屋根付ケージを示す側面図、（ｂ）は本願発明の屋根付ケージを示す背面図、（ｃ）は本願発明の屋根付ケージを示す平面図。 （ａ）は片押式ナットを示す断面図、（ｂ）は分割ネジを示す側面図、（ｃ）は片押式ナットを示す正面図。 （ａ）は従来方法によって建て込まれた鋼製支保工を示す斜視図、（ｂ）は従来のつなぎ材を示す正面図。

本願発明のガイド鋼製支保工、及び鋼製支保工建込方法の実施の例を図に基づいて説明する。

１．全体概要
図１は、左右１組の鋼製支保工を示す正面図であり、右側にはガイド体１００を備えた本願発明の鋼製支保工（以下、「ガイド鋼製支保工ＧＳ」という。）を、左側にはガイド体１００を備えていない従来の鋼製支保工（以下、「通常鋼製支保工ＮＳ」という。）を示している。この図に示すようにガイド鋼製支保工ＧＳと通常鋼製支保工ＮＳは、Ｈ形鋼を略半円形に曲げ加工したものであり、その一端（天端側）には継手板が固定され、他端（地盤側）には底板ＢＰが固定されている。なお便宜上ここでは、ガイド鋼製支保工ＧＳの継手板のことを「ガイド側継手板ＧＦ」、通常鋼製支保工ＮＳの継手板のことを「通常側継手板ＮＦ」ということとする。

通常、鋼製支保工の建て込みを行う場合、エレクタ吹付け機やドリルジャンボで鋼製支保工を把持し、切羽付近まで運搬したうえで所定の位置に設置している。そして、向かい合った２つの継手板を重ね、双方に設けられたボルト孔にボルト（以下、便宜上「連結ボルトＢＴ」という。）を通し、さらにナット（以下、便宜上「連結ナットＮＴ」という。）にねじ込むことによって２つの継手板を連結している。従来、２つの継手板のボルト孔の位置を合わせるため相当の手間と時間を要していたところ、本願発明のガイド鋼製支保工ＧＳはガイド体１００を備えていることから、容易かつ速やかにボルト孔の位置合わせを行うことができる。すなわち、ガイド側継手板ＧＦに取り付けられたガイド体１００によって通常側継手板ＮＦが案内されることで、容易に通常鋼製支保工ＮＳの天端位置が定まり、これによりガイド側継手板ＧＦのボルト孔と通常側継手板ＮＦのボルト孔の位置が合うわけである。

２．ガイド鋼製支保工
次に、本願発明のガイド鋼製支保工ＧＳについて詳しく説明する。なお、本願発明の鋼製支保工建込方法は、本願発明のガイド鋼製支保工ＧＳを用いて左右１組の鋼製支保工の建て込みを行う方法である。したがって、まずは本願発明のガイド鋼製支保工ＧＳについて説明し、その後に本願発明の鋼製支保工建込方法について説明することとする。

本願発明のガイド鋼製支保工ＧＳは、図１に示すようにガイド側継手板ＧＦにガイド体１００が取り付けられたものである。なお、ガイド体１００を除くガイド鋼製支保工ＧＳの構成は、従来の鋼製支保工（つまり、通常鋼製支保工ＮＳ）と同様とすることができる。以下、ガイド体１００について説明する。

図２は、ガイド体１００を模式的に示す図であり、（ａ）はその展開図、（ｂ）はその側面図である。ガイド体１００は、図２（ａ）に示すように上方ガイド板１１０と切羽側ガイド板１２０を含んで構成され、上方ガイド板１１０と切羽側ガイド板１２０の間には屈折部１３０が形成されている。換言すればガイド体１００は、屈折部１３０を境界として上方ガイド板１１０と切羽側ガイド板１２０が形成されたものである。また完成形としてのガイド体１００は、図２（ｂ）に示すように屈折部１３０で上方ガイド板１１０と切羽側ガイド板１２０が略垂直（垂直含む）に折り曲げられた側面視でＬ字状とされる。なお屈折部１３０は、板状の部材を加工することによって、つまり所定の形状に切り出して屈折部１３０で折り曲げることによって製造することもできるし、上方ガイド板１１０と切羽側ガイド板１２０を突き合せたうえで溶接や接着等により固定することで製造することもできる。

図２（ａ）に示すように、板状の上方ガイド板１１０には、屈折部１３０と略直交（直交含む）する上方接続部１１１が形成される。また上方ガイド板１１０は、上方接続部１１１における屈折部側の端部（以下、「切羽側端」という。）から他方の端部（以下、「坑口側端」という。）に向かって、その幅が次第に小さくなる形状とされる。本願発明のガイド鋼製支保工ＧＳを切羽付近に設置したとき（以下、単に「使用時」という。）、上方ガイド板１１０のうち切羽側端が切羽側に、坑口側端が坑口側にそれぞれ配置され、しかも上方ガイド板１１０が坑口側端から切羽側端に向かって広がっていく形状であることから、ガイド体１００の中を目視しやすく、すなわち他方の通常側継手板ＮＦがガイド体１００に当接したことを容易に確認できるわけである。なお図２に示す上方ガイド板１１０は、概ね直角三角形としているが、これに限らず例えば図３に示すように概ね扇形とすることで切羽側端に向かって広がっていく形状とすることもできる。

図２（ａ）に示すように、板状の切羽側ガイド板１２０には、屈折部１３０と略直交（直交含む）する切羽側接続部１２１が形成される。なお図２に示す切羽側ガイド板１２０は、上方ガイド板１１０と同様、概ね直角三角形としているが、これに限らず例えば図３に示すような四角形など種々の形状とすることができる。

図４は、ガイド鋼製支保工ＧＳのガイド側継手板ＧＦにガイド体１００が取り付けられた状態を模式的に示す図であり、（ａ）は上方から見た部分平面図、（ｂ）は鉛直面で切断した（（ａ）の矢視ａ−ａで示す）部分鉛直断面図、（ｃ）はトンネル内空側から横断方向に見た（（ｂ）の矢視ｂ−ｂで示す）部分正面図である。この図に示すように、上方ガイド板１１０の上方接続部１２１を、ガイド側継手板ＧＦの「上端部」に突き合せた状態で、さらに切羽側ガイド板１２０の切羽側接続部１２１を、ガイド側継手板ＧＦの「側端部（左右方向の端部）」に突き合せた状態で、ガイド体１１０はガイド側継手板ＧＦに取り付けられる。これにより、ガイド側継手板ＧＦから張り出すようにガイド体１１０は取り付けられる。なおガイド体１１０は、例えば溶接や接着等によってガイド側継手板ＧＦに取り付けることができる。

また図４（ａ）や図４（ｃ）からも分かるように、本願発明のガイド鋼製支保工ＧＳの使用時において、屈折部１３０が切羽側に配置されるようにガイド体１１０は取り付けられる。つまり切羽側ガイド板１２０は、使用時における切羽側の側端部に、切羽側接続部１２１を突き合せた状態で取り付けられる。

図５は、ガイド側継手板ＧＦのボルト孔（以下、「ガイド側ボルト孔ＧＨ」という。）と、通常側継手板ＮＦのボルト孔（以下、「通常側ボルト孔ＮＨ」という。）の位置を合わせ、連結ボルトＢＴと連結ナットＮＴによって、ガイド側継手板ＧＦと通常側継手板ＮＦを連結する手順を示すステップ図である。

まず、エレクタ吹付け機等でガイド鋼製支保工ＧＳと通常鋼製支保工ＮＳを把持し、所定位置にガイド鋼製支保工ＧＳを設置した後、図５（ａ）に示すように通常鋼製支保工ＮＳの通常側継手板ＮＦをガイド側継手板ＧＦに接近させていく。なお後述するように、先行して設置した通常鋼製支保工ＮＳの通常側継手板ＮＦに、ガイド鋼製支保工ＧＳのガイド側継手板ＧＦを接近させることもできる。

続いて図５（ｂ）に示すように、通常側継手板ＮＦの上端部をガイド体１００の上方ガイド板１１０に当接し、通常側継手板ＮＦの切羽側の側端部をガイド体１００の切羽側ガイド板１２０に当接する。そして、その状態のまま通常側継手板ＮＦをスライドさせて、通常側継手板ＮＦとガイド側継手板ＧＦを重ね合わせると、図５（ｃ）に示すようにガイド側ボルト孔ＧＨと通常側ボルト孔ＮＨの位置が合い、すなわちガイド側ボルト孔ＧＨと通常側ボルト孔ＮＨが連通する。これにより連結ボルトＢＴを通すことができ、さらに連結ナットＮＴを螺合して締結することによって、ガイド側継手板ＧＦと通常鋼製支保工ＮＳを連結することができる。

３．鋼製支保工建込方法
続いて、本願発明の鋼製支保工建込方法ついて、図を参照しながら説明する。なお、本願発明の鋼製支保工建込方法は、ここまで説明したガイド鋼製支保工ＧＳを用いて左右１組の鋼製支保工の建て込みを行う方法である。したがって、ガイド鋼製支保工ＧＳについて説明した内容と重複する説明は避け、本願発明の鋼製支保工建込方法に特有の内容のみ説明することとする。すなわち、ここに記載されていない内容は、「２．ガイド鋼製支保工」で説明したものと同様である。

図６は、本願発明の鋼製支保工建込方法の主な工程を示すフロー図である。本願発明の鋼製支保工建込方法では、まずエレクタ吹付け機等でガイド鋼製支保工ＧＳを把持し、ガイド体１００の屈折部１３０が切羽側に配置されるようにガイド鋼製支保工ＧＳを所定位置に設置する（Ｓｔｅｐ１０）。ガイド鋼製支保工ＧＳを設置した後、今度は通常鋼製支保工ＮＳを所定位置に設置する（Ｓｔｅｐ２０）。以下、通常鋼製支保工ＮＳの設置について詳しく説明する。

エレクタ吹付け機等でガイド鋼製支保工ＧＳを支持したまま、さらにエレクタ吹付け機等で通常鋼製支保工ＮＳを把持し、通常側継手板ＮＦをガイド側継手板ＧＦに接近させていく。そして、通常側継手板ＮＦの上端部をガイド体１００の上方ガイド板１１０（下側面）に当接し、通常側継手板ＮＦの切羽側の側端部をガイド体１００の切羽側ガイド板１２０（坑口側面）に当接する。通常側継手板ＮＦが上方ガイド板１１０と切羽側ガイド板１２０に当接した状態を維持しつつ、通常側継手板ＮＦを上方ガイド板１１０と切羽側ガイド板１２０に沿ってスライドさせて、通常側継手板ＮＦとガイド側継手板ＧＦを重ね合わせる。このとき、油量を絞ることで動作速度を遅くする「微速モード」を備えたエレクタ吹付け機等を利用すれば、通常側継手板ＮＦ（すなわち通常鋼製支保工ＮＳ）の移動（位置調整）をより円滑に行うことができて好適となる。

また本願発明の鋼製支保工建込方法は、はじめに通常鋼製支保工ＮＳを設置し（Ｓｔｅｐ１０）、その後、ガイド体１００の屈折部１３０が切羽側に配置されるように、ガイド鋼製支保工ＧＳを設置する（Ｓｔｅｐ２０）こともできる。この場合、エレクタ吹付け機等で通常鋼製支保工ＮＳを支持したまま、さらにエレクタ吹付け機等でガイド鋼製支保工ＧＳを把持し、ガイド側継手板ＧＦを通常側継手板ＮＦに接近させていく。そして、ガイド体１００の上方ガイド板１１０（下側面）を通常側継手板ＮＦの上端部に当接し、ガイド体１００の切羽側ガイド板１２０（坑口側面）を通常側継手板ＮＦの切羽側の側端部に当接する。通常側継手板ＮＦが上方ガイド板１１０と切羽側ガイド板１２０に当接した状態を維持しつつ、ガイド体１００をスライドさせて、通常側継手板ＮＦとガイド側継手板ＧＦを重ね合わせる。

通常側継手板ＮＦとガイド側継手板ＧＦを重ね合わせると、連通したガイド側ボルト孔ＧＨと通常側ボルト孔ＮＨに連結ボルトＢＴを通し、連結ボルトＢＴと連結ナットＮＴを螺合して締結することによって、ガイド側継手板ＧＦと通常鋼製支保工ＮＳを連結する（Ｓｔｅｐ３０）。

連結ボルトＢＴと連結ナットＮＴの締結作業は、従来と同様、昇降可能なマンケージに乗り込んだ作業者が切羽天端付近まで移動し、手作業によって行う。このとき、マンケージとして本願発明の「屋根付ケージ」を利用するとよい。

図７は、本願発明の屋根付ケージ２００を示す図であり、（ａ）はトンネル横断方向に見た側面図、（ｂ）は坑口側から見た背面図、（ｃ）は上方から見た平面図である。この図に示すように屋根付ケージ２００は、作業者が乗り込むケージ部２１０と、このケージ部２１０に乗り込んだ作業者の上方を覆う屋根部２２０を有するものである。なお、ケージ部２１０はブームＢＭに固定されており、従来のマンケージと同様、昇降可能であって、ケージ部２１０に乗り込んだ作業者はトンネル天端付近まで移動することができる。

屋根部２２０は、Ｌ字部材２２１によって構成される。このＬ字部材２２１は、棒状部材（例えば鋼棒）や管状部材（例えば鋼管）を略垂直（垂直含む）に折り曲げたものであり、その下端をケージ部２１０の後方（坑口側）に固定することによって、ケージ部２１０から立ち上がる「鉛直部」と、ケージ部２１０に乗り込んだ作業者の上方を覆う「水平部」が形成される。また屋根部２２０は、図７（ｂ）や図７（ｃ）に示すように、複数（図では６本）のＬ字部材２２１を所定の間隔で配置した櫛形とされる。

このように、作業者の上方を覆う「水平部」を設けることによって、地山（特に天端）からの落石による事故を防ぐことができ、また所定間隔を設けた櫛形とすることによって、作業者はＬ字部材２２１とＬ字部材２２１の間から手を伸ばすことができ、連結ボルトＢＴと連結ナットＮＴの締結作業を行うことができるわけである。

また連結ボルトＢＴと連結ナットＮＴの締結作業は、連結ナットＮＴとして図８に示す「片押式ナットＰＮ」を利用することもできる。図８（ａ）は片押式ナットＰＮを示す断面図、図８（ｂ）は後述する分割ネジを示す側面図、図８（ｃ）は片押式ナットＰＮを示す正面図である。なお図８（ａ）では、中心軸を境界に上半分を断面図、下半分を側面図として示している。

片押式ナットＰＮは、図８（ａ）に示すようにナット本体ＢＤと分割ネジＤＶ、反力体ＲＦを含んで構成され、このナット本体ＢＤには入口から出口まで貫通する貫通孔ＴＨが設けられている。また、貫通孔ＴＨを形成するナット本体ＢＤの内周壁には、貫通孔ＴＨの内径が出口側に向かって徐々に大きくなるような（図では上方に向かって傾斜するような）テーパ−部ＴＰが、入口を起点として中心軸方向の途中まで部分的に形成されている。

図８（ｂ）に示すように分割ネジＤＶは、その内周側に連結ボルトＢＴと螺合するネジ（以下、便宜上「内周ネジＣＷ」という。）が設けられるとともに、その外周側には傾斜部ＳＬが設けられている。この傾斜部ＳＬは、出口側に向かって外周側に広がる傾斜形状であり、その傾斜勾配はテーパ−部ＴＰの勾配と略一致（一致含む）する。そして分割ネジＤＶは、傾斜部ＳＬが内周壁のテーパ−部ＴＰに当接した状態で、貫通孔ＴＨ内を中心軸方向にスライド（摺動）可能とされる。そのため、分割ネジＤＶが出口側に向かってスライドするときは同時に外周側に移動していき、反対に分割ネジＤＶが入口側に向かってスライドするときは同時に内周側に移動していく。なお、ナット本体ＢＤの内周壁には、分割ネジＤＶのスライドを案内するためのガイドレールを設けることもでき、さらにこのガイドレールを螺旋状に形成することもできる。

図８（ｃ）に示すように、貫通孔ＴＨ内には複数（図では３つ）の分割ネジＤＶが収容されており、これら複数の分割ネジＤＶは貫通孔ＴＨの周方向に分散配置されている。例えば、図に示すように３つの分割ネジＤＶを収容するケースでは、それぞれ中心角が１２０°となる間隔で分散配置するとよい。

反力体ＲＦは、バネや合成樹脂（ゴムなど）といった弾性体であり、図８（ａ）ではナット本体ＢＤの内周壁に沿って渦巻くコイルスプリングを示している。貫通孔ＴＨのうち出口付近の外周側には、溶接や接着、カシメ等によって固定板ＦＸが取り付けられている。そして反力体ＲＦの出口側端はこの固定板ＦＸに固定され、また反力体ＲＦの入口側端には支持板ＨＬが取り付けられている。固定板ＦＸは貫通孔ＴＨ内を移動することができないため、反力体ＲＦの出口側端もやはり貫通孔ＴＨ内を移動することができない。一方の支持板ＨＬは、反力体ＲＦの入口側端にのみ取り付けられており、反力体ＲＦの伸縮とともに貫通孔ＴＨ内を移動することができる。すなわちこの反力体ＲＦは、入口側が可動端、出口側が固定端とされる。

反力体ＲＦの入口側端に取り付けられた支持板ＨＬは、分割ネジＤＶの出口側面に当接している。またこの支持板ＨＬは、ナット本体ＢＤの内周壁のうちテーパ−部ＴＰが形成されていない区間（以下、「直壁区間」という。）内を概ね可動域とし、反力体ＲＦは支持板ＨＬがテーパ−部ＴＰと直壁区間との境界に位置するときに圧縮状態（つまり自然長より縮んだ状態）となるように配置される。これにより分割ネジＤＶは、支持板ＨＬを介して反力体ＲＦから常に入口方向の弾性力（以下、便宜上「復元力」という。）が与えられている。

以下、片押式ナットＰＮを利用した締結作業について説明する。一方の手に持った連結ボルトＢＴをガイド側ボルト孔ＧＨ（あるいは通常側ボルト孔ＮＨ）から通し、通常側ボルト孔ＮＨ（あるいはガイド側ボルト孔ＧＨ）から突出した連結ボルトＢＴの先端を、他方の手に持った片押式ナットＰＮの入口から挿入する。さらに片押式ナットＰＮを保持（例えばスパナ等で保持）したまま、反力体ＲＦの復元力以上の力で連結ボルトＢＴを出口側に押し込んでいく。これに伴い複数の分割ネジＤＶは、出口側に向かってスライドするとともに、連結ボルトＢＴから離れるように外周側に移動していく。そのため、連結ボルトＢＴの外周ネジと分割ネジＤＶの内周ネジＣＷは螺合せず、容易に連結ボルトＢＴを片押式ナットＰＮに通過させることができる。つまり、連結ボルトＢＴ側のネジ山が分割ネジＤＶ側のネジ山をいわば乗り越えていくことによって、連結ボルトＢＴを軸周りに回す（ねじ込む）ことなく、単に押し込むだけで連結ボルトＢＴを片押式ナットＰＮに通過させることができるわけである。

所定位置まで連結ボルトＢＴを片押式ナットＰＮに挿入すると、連結ボルトＢＴを押し込む力を解除する。これに伴い複数の分割ネジＤＶは、反力体ＲＦの復元力によって入口側に向かってスライドするとともに、連結ボルトＢＴに近づくように内周側に移動していく。その結果、連結ボルトＢＴの外周ネジと分割ネジＤＶの内周ネジＣＷは螺合し、連結ボルトＢＴを入口方向に引き抜くことができなくなる。ただしこの状態でも、従来のボルトとナットのように連結ボルトＢＴを軸周りに回すことで入口方向に抜き取ることができる。

連結ボルトＢＴと連結ナットＮＴを締結し、ガイド側継手板ＧＦと通常鋼製支保工ＮＳを連結する（Ｓｔｅｐ３０）と、後続の２次コンクリート吹付けやロックボルトの打設を行う。

本願発明のガイド鋼製支保工、及び鋼製支保工建込方法は、道路トンネルや鉄道トンネル、人道トンネルなど種々のトンネル掘削工事で利用することができる。本願発明によれば、切羽での作業時間を短縮することができ、その結果、労働災害の防止につながることを考えれば、産業上利用できるばかりでなく社会的にも大きな貢献を期待し得る発明である。

１００ ガイド体
１１０ （ガイド体の）上方ガイド板
１１１ （上方ガイド板の）上方接続部
１２０ （ガイド体の）切羽側ガイド板
１２１ （切羽側ガイド板の）切羽側接続部
１３０ （ガイド体の）屈折部
２００ 屋根付ケージ
２１０ （屋根付ケージの）ケージ部
２２０ （屋根付ケージの）屋根部
２２１ （屋根付ケージの）Ｌ字部材
ＧＳ ガイド鋼製支保工
ＧＦ （ガイド鋼製支保工の）ガイド側継手板
ＧＨ （ガイド鋼製支保工の）ガイド側ボルト孔
ＮＳ 通常鋼製支保工
ＮＦ （通常鋼製支保工の）通常側継手板
ＮＨ （通常鋼製支保工の）通常側ボルト孔
ＢＰ 底板
ＢＴ 連結ボルト
ＮＴ 連結ナット
ＢＭ ブーム
ＮＰ 片押式ナット
ＢＤ （片押式ナットの）ナット本体
ＴＨ （片押式ナットの）貫通孔
ＴＰ （片押式ナットの）テーパ−部
ＤＶ （片押式ナットの）分割ネジ
ＣＷ （分割ネジの）内周ネジ
ＳＬ （分割ネジの）傾斜部
ＲＦ （片押式ナットの）反力体
ＦＸ （片押式ナットの）固定板
ＨＬ （片押式ナットの）支持板

Claims (5)

1. トンネルの一次覆工に用いられる鋼製支保工において、
   継手板に取り付けられるガイド体を、備え、
   前記ガイド体は、屈折部で垂直又は略垂直に折り曲げられた側面視Ｌ字状であって、該屈折部を境界として上方ガイド板と切羽側ガイド板が形成され、
   前記上方ガイド板は、前記屈折部と直交又は略直交する上方接続部が形成されるとともに、該上方接続部の該屈折部側端から他端に向かって該上方ガイド板の幅が次第に小さくなる形状であり、
   前記切羽側ガイド板は、前記屈折部と直交又は略直交する切羽側接続部が形成され、
   使用時に前記屈折部が切羽側に配置されるように、前記上方接続部が継手板の上端部に取り付けられるとともに、前記切羽側接続部が継手板の側端部に取り付けられることによって、継手板から張り出すように前記ガイド体が取り付けられ、
   使用時に、前記ガイド体が取り付けられていない他方の継手板の上端部を前記上方ガイド板に当接するとともに、他方の継手板の切羽側の側端部を前記切羽側ガイド板に当接すると、前記ガイド体が取り付けられた継手板のボルト孔と、他方の継手板のボルト孔と、に連結ボルトを挿通し得る、
   ことを特徴とするガイド鋼製支保工。
2. トンネルの一次覆工に用いられる鋼製支保工を建て込む方法において、
   継手板にガイド体が取り付けられたガイド鋼製支保工を、所定位置に設置する第１設置工程と、
   前記第１設置工程の後に、継手板に前記ガイド体が取り付けられていない通常鋼製支保工を、所定位置に設置する第２設置工程と、
   前記ガイド鋼製支保工の継手板のボルト孔と、前記通常鋼製支保工の継手板のボルト孔と、に連結ボルトを挿通し、該連結ボルトにナットを螺合して締結することで、該ガイド鋼製支保工の継手板と、該通常鋼製支保工の継手板と、を連結する連結工程と、を備え、
   前記ガイド体は、屈折部で垂直又は略垂直に折り曲げられた側面視Ｌ字状であって、該屈折部を境界として上方ガイド板と切羽側ガイド板が形成され、
   前記上方ガイド板は、前記屈折部と直交又は略直交する上方接続部が形成されるとともに、該上方接続部の該屈折部側端から他端に向かって該上方ガイド板の幅が次第に小さくなる形状であり、
   前記切羽側ガイド板は、前記屈折部と直交又は略直交する切羽側接続部が形成され、
   前記上方接続部が継手板の上端部に取り付けられるとともに、前記切羽側接続部が継手板の側端部に取り付けられることによって、継手板から張り出すように前記ガイド体が取り付けられ、
   前記第１設置工程では、前記屈折部が切羽側に配置されるように前記ガイド鋼製支保工を設置し、
   前記第２設置工程では、前記通常鋼製支保工の継手板の上端部が前記上方ガイド板に当接するとともに、該通常鋼製支保工の継手板の切羽側の側端部が前記切羽側ガイド板に当接するように、前記通常鋼製支保工を設置する、
   ことを特徴とする鋼製支保工建込方法。
3. トンネルの一次覆工に用いられる鋼製支保工を建て込む方法において、
   継手板にガイド体が取り付けられていない通常鋼製支保工を、所定位置に設置する第１設置工程と、
   前記第１設置工程の後に、継手板に前記ガイド体が取り付けられたガイド鋼製支保工を、所定位置に設置する第２設置工程と、
   前記ガイド鋼製支保工の継手板のボルト孔と、前記通常鋼製支保工の継手板のボルト孔と、に連結ボルトを挿通し、該連結ボルトにナットを螺合して締結することで、該ガイド鋼製支保工の継手板と、該通常鋼製支保工の継手板と、を連結する連結工程と、を備え、
   前記ガイド体は、屈折部で垂直又は略垂直に折り曲げられた側面視Ｌ字状であって、該屈折部を境界として上方ガイド板と切羽側ガイド板が形成され、
   前記上方ガイド板は、前記屈折部と直交又は略直交する上方接続部が形成されるとともに、該上方接続部の該屈折部側端から他端に向かって該上方ガイド板の幅が次第に小さくなる形状であり、
   前記切羽側ガイド板は、前記屈折部と直交又は略直交する切羽側接続部が形成され、
   前記上方接続部が継手板の上端部に取り付けられるとともに、前記切羽側接続部が継手板の側端部に取り付けられることによって、継手板から張り出すように前記ガイド体が取り付けられ、
   前記第２設置工程では、前記屈折部が切羽側に配置されるように前記ガイド鋼製支保工を設置し、
   さらに前記第２設置工程では、前記通常鋼製支保工の継手板の上端部が前記上方ガイド板に当接するとともに、該通常鋼製支保工の継手板の切羽側の側端部が前記切羽側ガイド板に当接するように、前記通常鋼製支保工を設置する、
   ことを特徴とする鋼製支保工建込方法。
4. 前記連結工程では、昇降可能な屋根付ケージを用いて、前記ガイド鋼製支保工の継手板と前記通常鋼製支保工の継手板を連結し、
   前記屋根付ケージは、作業者が乗り込むケージ部と、該ケージ部に乗り込んだ作業者の上方を覆う屋根部と、を有し、
   前記屋根部は、複数の棒部材を所定の間隔で配置した櫛形である、
   ことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の鋼製支保工建込方法。
5. 前記連結工程では、前記連結ボルトと片押式ナットを用いて、前記ガイド鋼製支保工の継手板と前記通常鋼製支保工の継手板を連結し、
   前記片押式ナットは、入口から出口まで貫通する貫通孔が設けられるとともに、該貫通孔内に、複数の分割ネジと、反力体と、を有し、
   前記貫通孔の内周壁の一部には、出口側に向かって広がるテーパ―部が形成され、
   前記分割ネジは、内周側に前記連結ボルトが螺合するネジが設けられるとともに、外周側に前記テーパ―部に応じた傾斜部が形成され、
   また複数の前記分割ネジは、前記貫通孔内で周方向に分散配置されるとともに、それぞれ前記傾斜部が前記テーパ―部に当接した状態で前記貫通孔の軸方向にスライド可能であり、
   前記反力体は、弾性体であって、前記分割ネジに対して入口方向の弾性力を付与し、
   前記連結工程では、前記連結ボルトを前記片押式ナットの入口から挿入するとともに、前記反力体の入口方向の弾性力以上の力で該連結ボルトを出口側に押し込み、前記分割ネジが前記テーパ―部に沿って出口側にスライドするとともに、それぞれの該分割ネジが該連結ボルトから外周側に離れることによって、該連結ボルトは押し込むだけで出口側にスライドし、
   さらに前記連結工程では、前記連結ボルトを出口側に押し込む力を解除し、前記反力体による入口方向の弾性力によって前記分割ネジが前記テーパ―部に沿って入口側にスライドすることによって、それぞれの該分割ネジが該連結ボルトに螺合する、
   ことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の鋼製支保工建込方法。

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