JP2023057420A - 地盤補強管及びその施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長尺の地盤補強管の一部を構成する部分管を相互に連結する作業を要せずに、長尺の地盤補強管を地盤に打設することができる地盤補強管を提供する。【解決手段】削孔ロッド１１を内挿自在な地盤補強管１であって、先端に削孔ビット１２が取り付けられる先頭部分管２に中間部分管３がテレスコピック機構で内挿され、先頭部分管２に対して中間部分管３が伸縮自在に設けられ且つ伸長時に嵌合して連結状態となると共に、中間部分管３に端末部分管４がテレスコピック機構で内挿され、中間部分管３に対して端末部分管４が伸縮自在に設けられ且つ伸長時に嵌合して連結される。【選択図】図１

Description

本発明は、長尺先受工や鏡補強工等で地盤の補強に用いられる地盤補強管及びその施工方法に関する。

従来、トンネル掘削工事において、切羽前方を掘削する作業の前に、地山の前方又は外周から斜め上方に向けて鋼管を複数本接続して長尺にした地盤補強鋼管を打ち込み、打ち込んだ長尺の地盤補強鋼管から地盤改良材を注入して地山の地盤改良を行う長尺先受け工や、鋼管を複数本接続して長尺にした地盤補強鋼管を切羽から地山の前方に打ち込み、打ち込んだ長尺の地盤補強鋼管から地盤改良材を注入して地山の地盤改良を行う長尺鏡補強工のような補助工法が用いられている。

長尺先受け工や長尺鏡補強工を行う場合、両端にネジが形成された３ｍ程度の長さの鋼管を用い、施工時に人力で鋼管相互をネジ接続して長尺の地盤補強鋼管を形成するのが一般的である。

特開２０２０－４５６３７号公報

ところで、ＡＧＦ工法と言われる長尺先受け工では、接続される鋼管１本の標準的な仕様が、例えば長さ：３ｍ、口径：１１４．３ｍｍ、肉厚：６ｍｍとなっていて、鋼管１本あたりの重量は約５０ｋｇにもなる。また、長尺鏡補強工で接続される鋼管も重量の大きい鋼管が用いられることが一般的である。このような重量の大きな鋼管を相互にネジ接続で連結する作業は、非常に労力の大きな作業であり、作業時間も長くなる。

また、重量の大きな鋼管を相互にネジ接続で連結する作業には、例えば鋼管相互のネジ接続に携わる作業員や削孔機械（ドリフター）を操作するオペレータ等の作業員に高い熟練度も必要とされる。そのため、鋼管相互を連結する作業を要せずに、長尺の地盤補強管を地盤に打設することを可能にする地盤補強管が求められている。

本発明は上記課題に鑑み提案するものであって、長尺の地盤補強管の一部を構成する部分管を相互に連結する作業を要せずに、長尺の地盤補強管を地盤に打設することができる地盤補強管及びその施工方法を提供することを目的とする。

本発明の地盤補強管は、削孔ロッドを内挿自在な地盤補強管であって、先端に削孔ビットが取り付けられる先頭部分管に後続部分管がテレスコピック機構で内挿され、前記先頭部分管に対して前記後続部分管が伸縮自在に設けられ且つ伸長時に嵌合して連結状態となることを特徴とする。
これによれば、削孔ビットが先頭部分管を牽引するように削孔打設を行うことにより、テレスコピック機構の後続部分管が先頭部分管から引き出されて先頭部分管に自ずと連結される。従って、長尺の地盤補強管の一部を構成する部分管をネジ接続で相互に連結する作業を要せずに、長尺の地盤補強管を地盤に打設することができる。

本発明の地盤補強管は、前記後続部分管に１段若しくは多段で別の後続部分管がテレスコピック機構で内挿され、前記後続部分管の相互が伸縮自在に設けられ且つ伸長時に嵌合して連結されることを特徴とする。
これによれば、削孔ビットが先頭部分管を牽引するように削孔打設を行うことにより、テレスコピック機構の後側の後続部分管も前側の後続部分管から順次引き出されて前側の後続部分管に自ずと連結される。従って、後続部分管をネジ接続で相互に連結する作業を要せずに、非常に長尺の地盤補強管をも地盤に打設することができる。また、特定の長さの長尺の地盤補強管を構成する各々の後続部分管の長さや個数を自由に設定することが可能となり、地盤補強管の設計や製造の自由度を高めることができる。

本発明の地盤補強管は、最後端の前記後続部分管を構成する端末部分管の後端部に、削孔装置のガイドセル上に設けられたセントラライザーに掛止されるストッパーが設けられることを特徴とする。
これによれば、削孔装置のセントラライザーを利用して端末部分管の後端部を定置した状態にし、削孔の進行、先頭部分管の牽引に応じてスムーズに後続部分管を引き出して連結し、長尺の地盤補強管を地盤に打設することができる。

本発明の地盤補強管は、前記先頭部分管の基部と略同一の外径で形成され、前記セントラライザーに載置される芯合わせリングが、前記ストッパーの前側に設けられていることを特徴とする。
これによれば、芯合わせリングにより、先頭部分管、後続部分管及び削孔ロッドの芯合わせを行うことができ、地盤への削孔作業と地盤への長尺の地盤補強管の打設作業をスムーズ且つ確実に行うことができる。

本発明の地盤補強管の施工方法は、本発明の地盤補強管を施工する方法であって、削孔装置のガイドセル上の所定位置に前記地盤補強管の最後端部を定置した状態で、前記先頭部分管に取り付けられた削孔ビットに前記地盤補強管に内挿された削孔ロッドの先端部を接続して削孔機械の駆動力を伝達し、前記削孔ビットで削孔しつつ前記先頭部分管を牽引して前記後続部分管を引き出し、前記後続部分管を前記先頭部分管に嵌合して連結する工程を備えることを特徴とする。
これによれば、削孔ビットが先頭部分管を牽引するように削孔打設を行うことにより、テレスコピック機構の後続部分管を先頭部分管から引き出して先頭部分管に自ずと連結することができる。また、削孔ロッドの長さを基準にして後続部分管が先頭部分管から適正に繰り出されていることを確認することができる。

本発明の地盤補強管或いはその施工方法によれば、長尺の地盤補強管の一部を構成する部分管を相互に連結する作業を要せずに、長尺の地盤補強管を地盤に打設することができる。

（ａ）は本発明による第１実施形態の地盤補強管の正面図、（ｂ）は第１実施形態の地盤補強管の伸長状態の正面図、（ｃ）は第１実施形態の地盤補強管の断面図。 第１実施形態の地盤補強管の拡大端面図。 （ａ）、（ｂ）は第１実施形態の地盤補強管の施工工程例の前半工程を説明する工程説明図。 （ａ）、（ｂ）は第１実施形態の地盤補強管の施工工程例の後半工程を説明する工程説明図。 第１実施形態の地盤補強管を打設した長尺先受工と鏡補強工を説明する説明図。 （ａ）は本発明による第２実施形態の地盤補強管の正面図、（ｂ）は第２実施形態の地盤補強管の伸長状態の正面図。 第２実施形態の地盤補強管の伸長動作を説明する斜視説明図。

〔第１実施形態の地盤補強管〕
本発明による第１実施形態の地盤補強管１は、図１及び図２に示すように、削孔ロッド１１を内挿自在な地盤補強管１であり、先端に削孔ビット１２が取り付けられる先頭部分管２と、先頭部分管２にテレスコピック機構で内挿される中間部分管３と、中間部分管３にテレスコピック機構で内挿される端末部分管４とから構成される。中間部分管３と端末部分管４はそれぞれ後続部分管に相当し、地盤補強管１は全体として多段のテレスコピック機構で構成されている。尚、複数個の中間部分管３を設け、地盤の奥側に対応する先端側或いは前側に位置する中間部分管３に、後側に位置する中間部分管３をテレスコピック機構で内挿する構成としても良好である。

先頭部分管２は、略円筒状に形成され、略同一の外径と内径で形成された基部２１と、基部２１の後端から後側に向かって漸次縮径されるテーパ部２２と、テーパ部２２の後端から後側に延び且つ略同一の外径と内径で形成された縮径筒部２３を有する。基部２１には、先頭部分管２の周囲の地盤に地盤改良材を吐出する貫通孔の吐出孔２４が形成され、基部２１の先端にはケーシングシューを介して削孔ビット１２が取り付けられる。また、テーパ部２２より前側の基部２１の一部と、テーパ部２２と、縮径筒部２３は、中間部分管３が先頭部分管２から引き出された際に、中間部分管３の先端部分が嵌合される被嵌合部を構成している。

先頭部分管２は、鋼管或いは樹脂管とすることが可能であるが、強度の点から鋼管とすると好適であり、例えば一般構造用炭素鋼鋼管ＳＴＫ４００等とするとよい。また、先頭部分管２の寸法は、必要に応じて適宜設定することが可能であり、例えば地盤補強管１の全体の長さを約3,500mm、先頭部分管２の厚みを4.5mmとした場合に、基部２１の外径：114.3mm、基部２１の内径：105.3mm、縮径筒部２３の外径：108.0mm、縮径筒部２３の内径：99.0mm等に設定することが可能である。

中間部分管３は、略円筒状に形成され、略同一の外径と内径で形成された基部３１と、基部３１の前端から前側に向かって漸次拡径されるテーパ部３２と、テーパ部３２の前端から前側に延び且つテーパ部３２の略同一の外径と内径で形成された拡径筒部３３と、基部３１の後端から後側に向かって漸次縮径されるテーパ部３４と、テーパ部３４の後端から後側に延び且つ略同一の外径と内径で形成された縮径筒部３５を有する。

基部３１には、中間部分管３の周囲の地盤に地盤改良材を吐出する貫通孔の吐出孔３６が形成されている。また、拡径筒部３３と、テーパ部３２と、テーパ部３２より後側の基部３１の一部は、中間部分管３が先頭部分管２から引き出された際に、先頭部分管２におけるテーパ部２２より前側の基部２１の一部と、テーパ部２２と、縮径筒部２３とで構成される被嵌合部に嵌合される嵌合部を構成している。

また、テーパ部３４より前側の基部３１の一部と、テーパ部３４と、縮径筒部３５は、端末部分管４が中間部分管３から引き出された際に、端末部分管４の先端部分が嵌合される被嵌合部を構成している。尚、径の異なる複数個の中間部分管３がテレスコピック機構で設けられ、前側の中間部分管３から後側に配置される中間部分管３が引き出される場合には、前側に配置される中間部分管３のテーパ部３４より前側の基部３１の一部と、テーパ部３４と、縮径筒部３５で構成される被嵌合部に、後側に配置される中間部分管３の拡径筒部３３と、テーパ部３２と、テーパ部３２より後側の基部３１の一部で構成される嵌合部が嵌合される。

中間部分管３は、鋼管或いは樹脂管とすることが可能であるが、強度の点から鋼管とすると好適であり、例えば機械構造用炭素鋼鋼管ＳＴＫＭ１３Ａ等とするとよい。また、中間部分管２の寸法は、必要に応じて適宜設定することが可能であり、例えば地盤補強管１の全体の長さを約3,500mm、中間部分管３の厚みを5.0mmとした場合に、拡径筒部３３の外径：101.3mm、拡径筒部３３の内径：91.3mm、基部３１の外径：95.0mm、基部３１の内径：85.0mm、縮径筒部３５の外径：90.3mm、縮径筒部３５の内径：80.3mm等に設定することが可能である。

中間部分管３の基部３１の外径は、先頭部分管２の縮径筒部２３の内径或いはより前側に位置する中間部分管３の縮径筒部３５の内径よりも小さく形成され、又、中間部分管３の拡径筒部３３の外径は、先頭部分管２の縮径筒部２３の内径或いはより前側に位置する中間部分管３の縮径筒部３５の内径よりも大きく形成されており、先頭部分管２に対して、或いはより前側に配置される中間部分管３に対して、後側に配置される中間部分管３が伸縮自在に設けられ且つ伸長時に嵌合して連結されるようになっている。

端末部分管４は、略円筒状に形成され、略同一の外径と内径で形成された基部４１と、基部４１の前端から前側に向かって漸次拡径されるテーパ部４２と、テーパ部４２の前端から前側に延び且つ略同一の外径と内径で形成された拡径筒部４３を有する。基部４１には、端末部分管４の周囲の地盤に地盤改良材を吐出する貫通孔の吐出孔４４が形成されている。また、拡径筒部４３と、テーパ部４２と、テーパ部４２より後側の基部４１の一部は、端末部分管４が中間部分管３から引き出された際に、中間部分管３におけるテーパ部３４より前側の基部３１の一部と、テーパ部３４と、縮径筒部３５とで構成される被嵌合部に嵌合される嵌合部を構成している。

端末部分管４は、鋼管或いは樹脂管とすることが可能であるが、強度の点から鋼管とすると好適であり、例えば一般構造用炭素鋼鋼管ＳＴＫ４００等とするとよい。また、端末部分管４の寸法は、必要に応じて適宜設定することが可能であり、例えば地盤補強管１の全体の長さを約3,500mm、端末部分管４の厚みを4.2mmとした場合に、拡径筒部４３の外径：81.0mm、拡径筒部４３の内径：72.6mm、基部４１の外径：76.3mm、基部４１の内径：67.9mm等に設定することが可能である。

端末部分管４の基部４１の外径は、中間部分管３の縮径筒部３５の内径よりも小さく形成され、又、端末部分管４の拡径筒部４３の外径は、中間部分管３の縮径筒部３５の内径よりも大きく形成されており、前側に配置される中間部分管３に対して端末部分管４が伸縮自在に設けられ且つ伸長時に嵌合して連結されるようになっている。

第１実施形態の地盤補強管１を施工して地盤１００に打設する際には、一例として図３（ａ）に示すように、削孔装置のガイドセル１３上に地盤補強管１を配置し、ガイドセル１３上の所定位置に地盤補強管１の最後端部、換言すれば端末部分管４の最後端部を固定部材１４で把持する等で固定し、定置した状態にする。また、ガイドセル１３上の削孔機械１５に接続された削孔ロッド１１を地盤補強管１に内挿して、ケーシングシュー１６を介して削孔ビット１２に取り付けると共に、ケーシングシュー１６を介して削孔ビット１２を先頭部分管２の先端に取り付ける。これによって、削孔ロッド１１の先端部は削孔ビット１２に装着された状態となる。尚、ここで使用される削孔ロッド１１は、前記端末部分管４の内径よりも小さな外径で所定の長さを有する中空管からなるロッド構成部材が相互にカプラのネジ接続で連結して延長されて、構成される。個々のロッド構成部材はカプラによる連結延長作業が可能となるよう例えば先頭部分管２の長さが3,500mmであるとき、先頭のロッド構成部材を4,000mmとする等により、地盤補強管１の長さが変化しても常時削孔ビット１２の後端が地盤補強管より後方に突出して削孔機械１５に連結されるように設定されている。

そして、削孔ビット１２に地盤補強管１に内挿された削孔ロッド１１を介して削孔機械１５の駆動力を伝達し、削孔ビット１２で地盤１００に削孔しつつ先頭部分管２を牽引すると、中間部分管３が先頭部分管２から引き出されていき、中間部分管３の先端部分が先頭部分管２の後端部分に嵌合して連結される（図３（ａ）、（ｂ）参照）。

更に、削孔ビット１２で地盤１００への削孔を続けると、先頭部分管２とこれに連結された中間部分管３が牽引され、端末部分管４が中間部分管３から引き出されていき、端末部分管４の先端部分が中間部分管３の後端部分に嵌合して連結される（図４（ａ）参照）。

削孔ロッド１１の長さを基準に地盤補強管１を適正に地盤１００に打設したことを確認した後、削孔ロッド１１を逆転して削孔ビット１２との装着状態を解除して引き抜き、地盤補強管１の内部から地盤改良材Ｓを注入して、地山補強管１の周囲の地盤１００と地盤補強管１の内部に地盤改良材Ｓによる固結領域を形成する（図４（ｂ）参照）。

このような第１実施形態の地盤補強管１は、例えばトンネルＴの掘削工事における長尺先受け工１７１で地盤１００に打設する地盤補強管１や、長尺鏡補強工１７２で地盤１００に打設する地盤補強管１として用いることができる（図５参照）。尚、図５中、１８１は支保工、１８２は吹付コンクリートである。

第１実施形態によれば、削孔ビット１２が先頭部分管２を牽引するように地盤１００に削孔打設を行うことにより、テレスコピック機構の中間部分管３が先頭部分管２から引き出されて先頭部分管２に自ずと連結され、次いで、テレスコピック機構の端末部分管４が中間部分管３から引き出されて中間部分管３に自ずと連結され、各部分管を相互に自ずと連結して長尺の地盤補強管１を構築し、地盤１００に打設することができる。従って、長尺の地盤補強管１の一部を構成する部分管をネジ接続で相互に連結する作業を要せずに、長尺の地盤補強管１を地盤１００に打設することができる。

また、ロッド構成部材を連結する方式の削孔ロッド１１を用いて地盤補強管１を施工する場合には、削孔ロッド１１の長さを基準にして後続部分管に相当する中間部分管３、端末部分管４が先頭部分管２から適正に繰り出されていることを確認することができる。

また、第１実施形態の地盤補強管１では、変形例として多段の中間部分管３を設けることも可能であり、この場合には、非常に長尺の地盤補強管１を地盤１００に打設することができる。更に、特定の長さの長尺の地盤補強管１を構成する各々の中間部分管３の長さや個数を自由に設定することが可能となり、地盤補強管１の設計や製造の自由度を高めることができる。

〔第２実施形態の地盤補強管〕
本発明による第２実施形態の地盤補強管１ａには、図６に示すように、最後端の後続部分管を構成する端末部分管４の後端部にリング状のストッパー５が固定して設けられ、ストッパー５の外径は、先頭部分管２の基部２１の外径よりも大きく形成されている。また、第２実施形態の地盤補強管１ａが搭載される削孔装置のガイドセル１３上には地盤補強管１ａの芯出しをするセントラライザー１９が設けられ、セントラライザー１９には、先頭部分管２の基部２１の外径に対応する径で形成された略弧状凹形の支持部１９１が設けられている。支持部１９１は、載置状態の地盤補強管１ａ或いはその先頭部分管２を支持することが可能であるが、本実施形態では後述する芯合わせリング６を支持するようになっている。

そして、端末部分管４の後端部のストッパー５は、先頭部分管２の基部２１の外径よりも大きく形成されているため、地盤補強管１ａの削孔打設で先頭部分管２が牽引され、中間部分管３、端末部分管４が順次引き出されて連結される際に、ストッパー５がセントラライザー１９の後側に掛止され、ガイドセル１３上の所定位置に地盤補強管１ａの最後端部が定置されるようになっている。

更に、第２実施形態の地盤補強管１ａには、先頭部分管２の基部２１と略同一の外径で形成され、セントラライザー１９の支持部１９１に載置される芯合わせリング６が、ストッパー５の前側に設けられている。即ち、端末部分管４の最後端部には芯合わせリング６が固定され、芯合わせリング６に積層するようにしてリング状のストッパー５が固定されている。先頭部分管２の基部を略同一の外径を有する芯合わせリング６はセントラライザー１９に載置され、地盤補強管１ａの削孔打設時に地盤補強管１ａ或いはその先頭部分管２の芯合わせが行われる。

第２実施形態の地盤補強管１ａ及びその施工方法のその他の構成は、第１実施形態の地盤補強管１と同様である。また、第２実施形態の地盤補強管１ａも、例えばトンネルＴの掘削工事における長尺先受け工１７１で地盤１００に打設する地盤補強管１ａや、長尺鏡補強工１７２で地盤１００に打設する地盤補強管１ａとして用いることができる（図５参照）。

第２実施形態によれば、ストッパー５のセントラライザー１９に掛止する構成により、削孔装置のセントラライザー１９を利用して端末部分管４の後端部を定置した状態にし、削孔の進行、先頭部分管２の牽引に応じてスムーズに中間部分管３、端末部分管４を引き出して連結状態とし、長尺の地盤補強管１ａを地盤１００に打設することができる。

また、芯合わせリング６により、先頭部分管２、中間部分管３、端末部分管４及び削孔ロッド１１の芯合わせを行うことができ、地盤１００への削孔作業と地盤１００への長尺の地盤補強管１ａの打設作業をスムーズ且つ確実に行うことができる。その他、第２実施形態の地盤補強管１ａ及びその施工方法は、第１実施形態の地盤補強管１及びその施工方法に対応する構成から対応する効果を得ることができる。

〔本明細書開示発明の包含範囲〕
本明細書開示の発明は、発明として列記した各発明、各実施形態の他に、適用可能な範囲で、これらの部分的な内容を本明細書開示の他の内容に変更して特定したもの、或いはこれらの内容に本明細書開示の他の内容を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な内容を部分的な作用効果が得られる限度で削除して上位概念化して特定したものを包含する。そして、本明細書開示の発明には下記内容や変形例も含まれる。

例えば第１実施形態の地盤補強管１、第２実施形態の地盤補強管１ａは、トンネルＴの掘削工事における長尺先受け工１７１や長尺鏡補強工１７２で地盤１００に打設すると好適であるが、適用可能な範囲で適宜の地盤補強工法の地盤補強管として地盤に打設して用いることが可能である。また、本発明の地盤補強管には、本発明の趣旨の範囲内で、２段以上の複数段でテレスコピック機構で伸縮し、嵌合連結されるものが含まれる。

本発明は、例えばトンネル掘削工事における長尺先受け工や長尺鏡補強工で打設される地盤補強管として利用することができる。

１、１ａ…地盤補強管 ２…先頭部分管 ２１…基部 ２２…テーパ部 ２３…縮径筒部 ２４…吐出孔 ３…中間部分管 ３１…基部 ３２…テーパ部 ３３…拡径筒部 ３４…テーパ部 ３５…縮径筒部 ３６…吐出孔 ４…端末部分管 ４１…基部 ４２…テーパ部 ４３…拡径筒部 ４４…吐出孔 ５…ストッパー ６…芯合わせリング １１…削孔ロッド １２…削孔ビット １３…ガイドセル １４…固定部材 １５…削孔機械 １６…ケーシングシュー １７１…長尺先受け工 １７２…長尺鏡補強工 １８１…支保工 １８２…吹付コンクリート １９…セントラライザー １９１…支持部 １００…地盤 Ｓ…地盤改良材 Ｔ…トンネル

Claims (5)

1. 削孔ロッドを内挿自在な地盤補強管であって、
   先端に削孔ビットが取り付けられる先頭部分管に後続部分管がテレスコピック機構で内挿され、
   前記先頭部分管に対して前記後続部分管が伸縮自在に設けられ且つ伸長時に嵌合して連結状態となることを特徴とする地盤補強管。
2. 前記後続部分管に１段若しくは多段で別の後続部分管がテレスコピック機構で内挿され、
   前記後続部分管の相互が伸縮自在に設けられ且つ伸長時に嵌合して連結されることを特徴とする請求項１記載の地盤補強管。
3. 最後端の前記後続部分管を構成する端末部分管の後端部に、削孔装置のガイドセル上に設けられたセントラライザーに掛止されるストッパーが設けられることを特徴とする請求項１又は２記載の地盤補強管。
4. 前記先頭部分管の基部と略同一の外径で形成され、前記セントラライザーに載置される芯合わせリングが、前記ストッパーの前側に設けられていることを特徴とする請求項３記載の地盤補強管。
5. 請求項１～４の何れかに記載の地盤補強管を施工する方法であって、
   削孔装置のガイドセル上の所定位置に前記地盤補強管の最後端部を定置した状態で、前記先頭部分管に取り付けられた削孔ビットに前記地盤補強管に内挿された削孔ロッドの先端部を接続して削孔機械の駆動力を伝達し、前記削孔ビットで削孔しつつ前記先頭部分管を牽引して前記後続部分管を引き出し、前記後続部分管を前記先頭部分管に嵌合して連結する工程を備えることを特徴とする地盤補強管の施工方法。
   

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