JP2593356B2 - トンネル構築工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自立性の悪い地山における天端或いは鏡面
の安定を図ったトンネル構築工法に関するものである。

［従来の技術］ 我が国は国土の約70％が山地であり、また多くの島か
ら成り立っているため、交通、輸送、灌漑、発電などに
数多くのトンネルが必要となる。また、最近のめざまし
い経済成長と入口の都市集中によって、地下鉄、地下
道、駐車場などの地下を利用した交通施設のほか、上下
水道、瓦斯、通信施設などのサービス施設など都市にお
ける地下利用の重要性が増加し、今日ではトンネルがな
くては、都市生活は考えられない状態となっている。

このようにトンネルの必要性が増加した結果、自立性
の低い地山にトンネルを構築しなければならないことが
数多く生じている。かかる場合においては地山における
天端或は鏡面の安定性を増すために補助工法を行うこと
が良く行われている。

従来、当該補助工法としては以下に掲ける工法が行わ
れている。

斜めボルト工法 斜めボルト工法は、核残しとの併用によって鏡面（切
羽）の安定を高める工法である。

フォアパイリング工法 フォアパイリング工法は、縫地ボルトや単管パイプ等
によって前方の地山の拘束を高める工法である。

鏡吹き付け工法 鏡吹き付け工法は、鏡面に吹き付けコンクリートを施
工する工法である。

鏡ボルト工法 鏡ボルト工法は、鏡面にロックボルトを打設して剪断
強度を補強する工法である。

薬液注入工法 薬液注入工法は、鏡面に薬液注入することにより地山
の強度・固結度を高める工法である。

ロッドインジェット工法 鏡面から、特殊機械装置によって超高圧ジェットグラ
ウトを使用し、確実に地山の改良を行う工法である。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記いずれの工法においても鏡面から
の施工となるのでトンネルの掘進能率が低下するという
問題点があった。

本発明者は、三車線道路以上を有する大断面トンネル
では、地質、地圧状況確認のための先進導坑を施工する
のが普通であることに着目し、この先進導坑を効果的に
利用して地山の自立性を高めることができる工法を開発
した。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、従来技術に比べてトンネルの
掘進能率の低下を軽減することができるトンネル構築工
法を提供する点にある。

［課題を解決するための手段］ 請求項１記載の要旨は、自立性の悪い地山における天
端或いは鏡面の安定を図ったトンネル構築工法であっ
て、本坑を掘削すべき地山に、本坑の中心線よりも上方
に中心線が位置する先進導坑を掘削し、当該先進導坑か
ら本坑を掘削すべき地山を貫通して本坑の周囲の地山に
達する定着具を配置し、当該定着具として、少なくとも
本坑を掘削すべき地山を貫通する部分がファイバーボル
トにより構成されたものを用い、この定着具を設置した
後に、前記ファイバーボルト部分を除去しながら本坑の
掘削を行い、本坑の周囲の地山に残される定着具の先端
部分を本坑の支保工の一部とすることを特徴とするトン
ネル構築工法に存する。

請求項２記載の要旨は、自立性の悪い地山における天
端或いは鏡面の安定を図ったトンネル構築工法であっ
て、本坑を掘削すべき地山の近傍に先進導坑を掘削し、
当該先進導坑から本坑を掘削すべき地山を貫通して本坑
の周囲の地山に達する定着具を設置し、当該定着具とし
て、少なくとも本坑を掘削すべき地山を貫通する部分が
ファイバーボルトにより構成されたものを用い、この定
着具を設置した後に、前記ファイバーボルト部分を除去
しながら本坑の掘削を行い、本坑の周囲の地山に残され
る定着具の先端部分を本坑の支保工の一部とすることを
特徴とするトンネル構築工法に存する。

請求項３記載の要旨は、自立性の悪い地山における天
端或いは鏡面の安定を図ったトンネル構築工法であっ
て、本坑を掘削すべき地山或いはその近傍に先進導坑を
掘削し、当該先進導坑側面をコンクリートで覆ってコン
クリート側壁を形成し、当該コンクリート側壁と地山と
の間隙にグラウト材を注入して地山を加圧し、その後グ
ラウト材の注入を行った部分の地山を掘削して本坑を構
築することを特徴とするトンネル構築工法に存する。

［作用］ 請求項１及び請求項２記載の発明は、節理性の地山に
おいては浮き石等の自重に起因して本坑の周囲にゆるみ
土圧が発生するが、先進導坑から定着具を設置しその先
端部分を本坑の支保工の一部とすることにより、浮き石
に加わる側圧が本坑掘削後も残留するので、節理が開く
のを防止して地山を安定させることができる。

また、特に請求項１記載の発明は、本坑を掘削すべき
地山に、本坑の中心線よりも上方に中心線が位置する先
進導坑を掘削し、この先進導坑から定着具を設置するこ
とで、定着具のうちファイバーボルトの切除される部分
を短くして定着具を無駄なく利用することができる。

請求項３記載の発明は、本坑掘削に先立ち構築した先
進導坑の側面をコンクリートで覆ってコンクリート側壁
を形成し、当該コンクリート側壁と地山との間隙にグラ
ウト材を注入して地山を加圧することで、本坑の鏡面の
前方で発生する先行変位を防止することができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に
説明する。ただし、本実施例に記載されている構成部品
の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的
な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれらのみに
限定する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎな
い。

（実施例１） まず、実施例１の構成について第１図（イ）、（ロ）
及び第２図（イ）、（ロ）を用いて説明する。実施例１
は請求項１及び請求項２記載の発明の実施例である。

実施例１にかかるトンネル構築工法は、自立性の悪い
地山Ｇにおける天端及び鏡面の安定を図ってトンネルを
構築する工法であり、以下の工程により施工する。

まず、第１図（イ）に示すように、本坑10を掘削すべ
き地山Ｇに、その中心線を本坑10の中心線よりも上方に
位置させて先端導坑20を掘削する。

次いで、当該先進導坑20から前記本坑10の支保工の一
部をなすロックボルト30（定着具）を設置する。ロック
ボルト30としては、傘型、楔型等の先端定着締付式ロッ
クボルト30、金孔充填型、先端接着型等の全面接着式ロ
ックボルト等、本発明を実施するうえで好適なものを用
いる。但し、本坑10の掘削を考慮して、前記ロックボル
ト30は全体をガラス繊維製、アラミド繊維製等のフアイ
バーボルトとし、あるいは、第１図（イ）に示すよう
に、本坑10の掘削後にロックボルト30として残る部分を
異形鋼棒部30aとし、本坑10の掘削時に取り除く部分を
ファイバー部30bとする。

その後、先進導坑20から当該ロックボルト30を設置し
た部分の地山Ｇを掘削して前記本坑10を構築するもので
ある。かかる掘削を行う部分は、上記のごとくファイバ
ーボルト或はファイバー部30bを設置した部分であり掘
削に支障はない。

なお、かかる掘削工法としては、リングカット工法等
の普通工法、ベンチカット併進工法等の半断面工法、サ
イロット工法等の全断面工法等、本発明を実施するうえ
で好適な掘削工法を用いて行えばよい。

次ぎに、以上のように構成したトンネル構築工法の作
用について第２図（イ）及び第２図（ロ）を用いて説明
する。第２図（イ）は先進導坑を掘削した地山の応力状
態を示す縦断面図、第２図（ロ）は本坑を掘削した地山
の応力状態を示す縦断面図である。

第２図（イ）及び第２図（ロ）に示すように、節理
（岩盤中に発達する比較的一定した方向を持つ割れ目
で、その両側の岩の相対移動量がないか、或はほとんど
ないもの）性の地山Ｇにおいては、節理ｊが開く（地山
Ｇがゆるむ）ことにより、浮き石（地山Ｇの掘削面で、
節理ｊ、シームなどによって岩盤との接触の大半を断た
れ、自然にあるいは軽い衝撃などによって容易に地山Ｇ
から離れようとしている岩石塊片）等の自重ｍに起因し
たゆるみ土圧が発生するが、先進導坑20から施工したロ
ックボルト30が地山Ｇ内応力の解放を防止しその結果と
して節理ｊが開くのを防止する。蓋し、浮き石ｄに加わ
る側圧ｐが、ロックボルト30の効果により本坑10の掘削
後も残留するからである。

また、浮き石ｄは本坑10の掘削後も浮き石に加わる側
圧ｐに起因した摩擦抵抗、及びロックボルト30の剪断抵
抗、吊り下げ効果（浮き石を深部の竪固な地山Ｇに結び
付けて支持する効果）、はり形成効果（層状の節理ｊの
ある地山Ｇをロックボルト30で数層縫い合わせ各層間の
摩擦抵抗を増大させ、各層を一体とした一種の重ねばり
を形成して支持する効果）及び補強効果（緩んだ岩塊相
互をロックボルト30ではさみつけて地山Ｇ中に一種の疑
似構造体を造り、その力学的作用によって地山Ｇを支持
する効果）により地山Ｇは安定する。

次ぎに、以上のように構成したトンネル構築工法の効
果について説明する。

実施例１によれば、ロックボルト30には定着した地山
Ｇの歪みの増加にともなって応力が導入され、地山Ｇに
おける天端に対する支保工効果を発揮するが、加えて地
山Ｇの歪発生の大きい本坑10の切羽鏡面付近で大きな支
保工効果を発揮し、地山Ｇにおける天端の崩壊防止、切
羽鏡面の安定化、側壁部地山Ｇの変位の防止をも図るこ
とができる。

先進導坑20から施工したロックボルト30は、地山Ｇ内
応力の解放を防止するので、節理が開くのを本坑10の掘
削に先立って防止することができる。しかも、ロックボ
ルト30の先端を、本坑10掘削後も本坑10の支保工の一部
として利用することで、浮き石ｄに加わる側圧ｐが本坑
10を掘削後も残留するので、節理が開くのを防止して地
山Ｇを安定させることができる。

本坑10を掘削すべき地山Ｇに、その中心線を本坑10の
中心線よりも上方に位置させて先進導坑20を掘削し、こ
の先進導坑20からロックボルト30を設置することで、本
坑10を掘削時に切除されるファイバー部30bを短くして
ロックボルト30を無駄なく利用することができ、施工コ
ストを削減することができる。

本実施例においては本坑10を掘削すべき当該地山Ｇに
先進導坑20を１坑のみ掘削したが、必要とあれば複数の
先進導坑を掘削してもよく、本発明の範囲をそれに限定
する趣旨ではない。

また、本発明においては第１図（ロ）に示すように本
坑10を掘削すべき地山Ｇの近傍に先進導坑20を掘削し、
当該先進導坑20からロックボルト30を設置することがで
きる。かかる場合においては、第２図（イ）、（ロ）に
示すような節理性の地山Ｇにおいて、浮き石ｄにロック
ボルト30を貫通させて設置し浮き石ｄの両側の地山Ｇに
結び付けて支持することで、地山Ｇを安定させることが
できる。

なお、先進導坑20の掘削位置を、本坑10を掘削すべき
地山Ｇとするか地山Ｇの近傍とするかは、地山Ｇに生じ
た節理の状況等に応じて適宜選択することとして、効果
的に地山Ｇの安定を図るものとする。

また、定着具としてロックボルト30を使用したが、本
発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、本発明にお
いては他の定着具、例えばロックアンカー等、本発明を
実施するうえで好適なものを用いることができる。かか
る場合においては実施例１における効果のほか、ロック
アンカーの吊り下げ効果、はり形成効果及び補強効果に
より鏡面の安定、さらにはトンネル掘削後の周辺地山Ｇ
の安定を確保することができる。

（実施例２） まず、実施例２の構成について第３図を用いて説明す
る。実施例２は請求項３記載の発明の一実施例である。

実施例２にかかるトンネル構築工法は、自立性の悪い
地山Ｇにおける天端及び鏡面の安定を図ってトンネルを
構築する工法であって、以下の工程により行うものであ
る。

まず、本坑10を掘削すべき地山Ｇ或いはその近傍に先
進導坑20を掘削する。

次いで、当該先進導坑20側面に裏込注入工程（圧力導
入工程）を行う。当該裏込注入工程は、第３図に示すよ
うに地山Ｇと覆工コンクリート50との隙間にセメントミ
ルク（グラウト材）60を注入することにより行う。図
中、符号70はシートであり、裏込注入工程により圧力導
入を行った部分の地山Ｇを掘削して本坑10を構築するも
のである。

以上のように構成したトンネル構築工法によれば、セ
メントミルク60により地山Ｇを加圧した状態でセメント
ミルク60が硬化するので、本坑10の鏡面の前方（本坑10
の構築方向前方）で発生する先行変位を本坑10の掘削に
先立って防止することができる。

なお、言うまでもなく先進導坑を設ける位置は本発明
の作用を効する限りにおいて本実施例に特定するもので
はない。

［発明の効果］ 本発明によれば、従来技術に比べてトンネルの掘進能
率の低下を軽減することができる。すなわち、定着具に
は地山の歪みの増加にともなって応力が導入され、支保
工効果を発揮するが、地山の歪発生の大きい本坑の鏡面
付近で大きな支保工効果を発揮し、鏡面の安定、周辺地
山の変位の防止をすることができる。

先進導坑から定着具を設置しその先端部分を本坑の支
保工の一部とすることで、本坑掘削後も地山を安定させ
ることができる。

本坑を掘削すべき地山に先進導坑を掘削し、この先進
導坑から定着具を設置することで、定着具のうちファイ
バーボルトの切除される部分を短くして定着具を無駄な
く利用し、施工コストを削減することができる。

本坑掘削に先立ち構築した先進導坑の側面をコンクリ
ートで覆ってコンクリート側壁を形成し、当該コンクリ
ート側壁と地山との間隙にグラウト材を注入して地山を
加圧することで、本坑の鏡面の前方で発生する先行変位
を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）及び第２図（イ）、（ロ）は請求項１記載
の発明の一実施例を示すトンネルの縦断面図であり、特
に第２図（イ）は先進導坑を掘削し地山の応力状態を示
す縦断面図、第２図（ロ）は本坑を掘削した地山の応力
状態を示す縦断面図である。第１図（ロ）は請求項２記
載の発明の一実施例を示すトンネルの縦断面図である。
第３図は請求項２記載の発明の一実施例を示す先進導坑
の縦断面図である。 Ｇ……地山、10……本坑、20……先進導坑、30……ロッ
クボルト（定着具）、30a……異形鋼棒部、30b……ファ
イバー部

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自立性の悪い地山における天端或いは鏡面
   の安定を図ったトンネル構築工法であって、 本坑を掘削すべき地山に、本坑の中心線よりも上方に中
   心線が位置する先進導坑を掘削し、 当該先進導坑から本坑を掘削すべき地山を貫通して本坑
   の周囲の地山に達する定着具を配置し、 当該定着具として、少なくとも本坑を掘削すべき地山を
   貫通する部分がファイバーボルトにより構成されたもの
   を用い、この定着具を設置した後に、前記ファイバーボ
   ルト部分を除去しながら本坑の掘削を行い、 本坑の周囲の地山に残される定着具の先端部分を本坑の
   支保工の一部とすることを特徴とするトンネル構築工
   法。
2. 【請求項２】自立性の悪い地山における天端或いは鏡面
   の安定を図ったトンネル構築工法であって、 本坑を掘削すべき地山の近傍に先進導坑を掘削し、 当該先進導坑から本坑を掘削すべき地山を貫通して本坑
   の周囲の地山に達する定着具を設置し、 当該定着具として、少なくとも本坑を掘削すべき地山を
   貫通する部分がファイバーボルトにより構成されたもの
   を用い、この定着具を設置した後に、前記ファイバーボ
   ルト部分を除去しながら本坑の掘削を行い、 本坑の周囲の地山に残される定着具の先端部分を本坑の
   支保工の一部とすることを特徴とするトンネル構築工
   法。
3. 【請求項３】自立性の悪い地山における天端或いは鏡面
   の安定を図ったトンネル構築工法であって、 本坑を掘削すべき地山或いはその近傍に先進導坑を掘削
   し、 当該先進導坑側面をコンクリートで覆ってコンクリート
   側壁を形成し、 当該コンクリート側壁と地山との間隙にグラウト材を注
   入して地山を加圧し、 その後グラウト材の注入を行った部分の地山を掘削して
   本坑を構築することを特徴とするトンネル構築工法。