JP2675858B2 - 立坑掘削工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、立坑の掘削工法に係り、特に大深度の立坑
を掘削施工する際に利用されて好適な、立坑掘削工法に
関するものである。

「従来の技術」 一般に、地下に車両用や鉄道用トンネル域は地下大空
間などの各種地下構造物を構築する場合、資材の搬入・
搬出、換気、給排水、ケーブル施設孔等の目的で立坑を
掘削施工することを多々行っている。

従来、このような立坑を掘削施工する際に、その立坑
を掘削施工すべき地山が例えば軟岩である場合には、主
としてその地山の自立性などの諸点から、従来において
は比較的浅い立坑しか掘削施工していないのが現状であ
る。

一方、立坑を掘削施工すべき現場の地山が軟岩よりも
自立性のある硬岩或は破砕岩である場合には、比較的深
い立坑の掘削施工も可能であるが、かかる場合には、地
山の補強又は止水を目的として、切羽前面の地山に地山
改良のための薬液等を注入しつつ立坑を掘削施工する方
法（薬液注入工法）がとられている。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、この種の立坑は、近年における各種地下構
造物の大深度化の要求に伴い、その立坑自体も当然、大
深度のものを掘削施工する必要性が生じている。

ところが、このような大深度立坑を掘削施工すべき現
場の地山が必ずしも、大深度立坑の掘削に適した性質の
地山であるとは限らず、例えば軟岩の地山であることも
十分に想定できる。しかしながら、かかる場合において
は従来工法では立坑の掘削施工が困難となり、地下構造
物の構築に大きな制約をうけてしまうという問題があっ
た。

一方、硬岩や破砕岩の地山に対して薬液等を注入して
地山改良を行いつつ立坑を掘削する方法では、軟岩に比
べ比較的深い立坑を掘削施工することができるものの、
それに使用する薬液等が高価であり、かつ、当該薬液等
が地山の間隙中に分間するために、大深度の立坑を掘削
するための施工経費が高額になり、経済性が悪いという
問題点があった。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑み
てなされたものであり、その目的とするところは、硬
岩、軟岩を問わず、かつ、薬液注入工法に比べ安価に大
深度の立坑を掘削することができる立坑掘削工法を提供
することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 本発明の要旨は、立坑掘削途中において、掘削すべき
立坑の周囲地山に対して、掘削した立坑内から、前記掘
削すべき立坑の掘削方向に沿って所定の角度で延びる複
数の斜孔を掘削し、前記各斜孔内に補強材を装填するこ
とにより前記掘削すべき立坑の掘削方向の周囲地山を補
強しつつ前記立坑の掘削を進めることを特徴とする立坑
掘削工法に存在する。

［作用］ 立坑掘削途中において、掘削すべき立坑の周囲地山に
対して、前記掘削した立坑内から、前記掘削すべき立坑
の掘削方向に沿って所定の角度で延びるように掘削した
複数の斜孔は、補強材を装填することが可能な空間を形
成する。

前記補強材を前記斜孔に装填すると、前記補強は地山
の土圧により生じる応力を負担する。

その結果、前記立坑側壁の崩壊を防止することが可能
となる。

そして、前記立坑の掘削と、前記掘削すべき立坑の掘
削方向の周囲地山の補強とを繰り返して行うことにより
大深度の立坑を掘削することが可能となる。

「実施例」 以下、本発明の一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
品の数値、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。

まず、一般的な工法を用いて地山Ａに大深度立坑Ｂの
掘削を開始する。

次に、前記大深度立坑Ｂの掘削途中において、掘削を
中断する。前記大深度立坑Ｂの最初の中断時期について
は前記地山Ａの支持力等により定める。

そして、第１図に示すように、掘削すべき立坑1bの周
囲にある前記地山Ａに対して、立坑1aの切羽３から、前
記掘削すべき立坑1bの掘削方向に沿って所定の角度θで
延びる４本の斜孔２を掘削する。

まず、前記斜孔２を１本掘削する。前記切羽３に前記
斜孔２を掘削する位置は、前記切羽３の中心を通る４等
分線上に、前記斜孔２の横断面の中心が通る位置とす
る。前記所定の角度θは、後記する補強材４の、補強効
果を高めるためなるべく小さいほうが望ましい。すなわ
ち、前記斜孔２の先端が、前記掘削すべき立坑1bから離
れないようにして、前記地山Ａが高い補強効果を得るこ
とができるようにするためである。しかし、前記所定の
角度θをあまりに小さくすると、前記斜孔２を設け前記
斜孔２内に後記する補強材４を装填した後、再び前記大
深度立坑Ｂの掘削を開始したときに、前記掘削すべき立
坑1bを掘削するための掘削機等の振動により、前記斜孔
２と前記掘削すべき立坑1bとの間に存する前記地山Ａが
損壊したりする。故に、前記所定の角度θは、前記補強
材４の補強効果及び前記地山Ａの支持力等を考慮して定
める。また、前記斜孔２の長さはなるべく長いほうが望
ましい。前記斜孔２の長さが短い場合よりも、当該長さ
が長い場合のほうが、前記大深度立坑Ｂの掘削期間を短
くすることができ、かつ、前記大深度立坑Ｂの掘削に要
する労力等も減少することができるからである。蓋し、
後述のとおり、前記大深度立坑Ｂの中断時期は前記掘削
すべき立坑1bの長さにより定まり、前記掘削すべき立坑
1bの長さは前記斜孔２の長さを考慮して定まるので、前
記斜孔２の長さを長くすれば、前記大深度立坑Ｂの掘削
途中における中断回数を減らすことができ、その結果、
前記斜孔２の長さを短くした場合よりも、当該長さを長
くした場合のほうが前記大深度立坑Ｂの掘削期間を短縮
することができるからである。しかし、前記斜孔２の長
さがあまりに長くなると、前記斜孔２の先端が前記掘削
すべき立坑1bから離れてしまい、後記する補強材４の、
補強効果が減少する、故に、前記大深度立坑Ｂの掘削施
工期間及び掘削に要する労力等と、前記補強材４の補強
効果とを考慮して前記斜孔２の長さを定める。ただし、
前記斜孔２の先端は、次ぎに掘削する前記掘削すべき立
坑1bの新たな切羽３′よりも深い位置にあることが望ま
しい。前記掘削すべき立坑1bの横断面において、前記斜
孔２が重複する部分を設けることにより後記する、補強
材４の補強効果を高めるためである。また、前記斜孔２
の孔径は、前記斜孔２の側壁５と後記する鋼棒4aとの間
にコンクリート4bを充填することが可能な間隙を設ける
ことができるような孔径とする。なお、本実施例におい
ては、前記斜孔２を掘削する位置を、前記切羽３の中心
を通る４等分線上に、前記斜孔２の横断面の中心が通る
位置としたが、かかる位置には限定する趣旨ではなく、
前記地山Ａが所要の補強効果を得ることができる位置に
設ければ良い。また、前記斜孔２の掘削工法については
一般的な掘削工法を用いて行えばよい。

次に、第２図及び第３図に示すように、前記斜孔２内
に補強材４を装填することにより前記掘削すべき立坑1b
の掘削方向の周囲にある前記地山Ａを補強する。本実施
例においては、前記補強材４として、鋼棒4a及びコンク
リート4bを用いている。前記補強材４を前記斜孔２内に
装填するには、以下のように行う。

まず、第２図に示すように前記斜孔２内に、前記補強
材４の一である鋼棒4aを遊挿する。前記鋼棒4aの長さは
切羽３の前部に、遊挿した前記鋼棒4aが存在することの
ないような長さとする。前記補強材４を装填した後、再
び前記大深度立坑Ｂを掘削する際に、当該掘削の支障と
ならないようにするためである。また、前記鋼棒4aの直
径は補強効果として経済性とを考慮して定める。

次いで、第３図に示すように前記鋼棒4aと前記斜孔２
との間隙に、前記他の補強材４としてのコンクリート4b
を充填する。

以上の如く行うことにより、補強材４としての前記鋼
棒4a及び前記コンクリート4bの前記斜孔２への装填をす
ることができる。

次に、第４図に示すように前記他の３本の斜孔２を掘
削し、前記斜孔２に前記補強材４としての前記鋼棒4a及
び前記コンクリート4bを上記と同様の方法により装填す
る。

なお、前記４本の斜孔２は同時に掘削してもよいし、
順次掘削してもよい。

次に、第５図に示すように前記補強材４により補強し
た前記大深度立坑Ｂの掘削方向の前記地山Ａに前記大深
度立坑Ｂの掘削を開始する。

次に、第６図に示すように、前記大深度立坑Ｂの掘削
を中断する。前記大深度立坑Ｂの中断時期については前
記掘削すべき立坑1bの長さにより定め、前記掘削すべき
立坑1bの長さは前記斜孔２の長さを考慮して定める。次
いで、上記と同様に、前記掘削すべき立坑1bの新たな切
羽３′から前記斜孔２を掘削し、前記補強材４を前記斜
孔２内に装填する。

なお、切羽３に掘削する前記斜孔２の位置について
は、第６図に示すように、前段で掘削した前記斜孔２の
位置と周方向においてずれるようにすることが望まし
い。前記大深度立坑Ｂを全体として見た場合に、前記大
深度立坑Ｂの全周に前記補強材４が存在するようにする
ためである。また、本実施例における前記掘削すべき立
坑1b及び前記鋼棒4aの長さは、前記斜孔２の長さを基準
として定めたが、それらのうちのいずれを基準とするこ
ともできる。また、前記斜孔２の孔径は前記鋼棒4aの直
径を基準にして定めたが、前記斜孔２の孔径を基準とし
て前記鋼棒4aの直径を定めることもできる。但し、かか
る場合において前記鋼棒4aの直径は、前記地山Ａが補強
効果を得られるような直径でなければならない。

以上のように、前記掘削すべき立坑1bの掘削方向の周
囲にある前記地山Ａを補強しつつ前記大深度立坑Ｂの掘
削を進めると、前記大深度立坑Ｂを掘削することが可能
となる。

すなわち、上記のように前記大深度立坑Ｂを掘削する
と、前記大深度立坑Ｂの掘削途中において、掘削すべき
前記掘削すべき立坑1bの周囲にある前記地山Ａに対し
て、前記掘削した立坑1aから、前記掘削すべき立坑1bの
掘削方向に沿って所定の角度θで延びるように掘削した
４本の前記斜孔２は、前記補強材４を装填することが可
能な空間を形成する。

前記補強材４として前記斜孔２内に充填したコンクリ
ート4bは、前記鋼棒4aを前記斜孔２内に定着し、かつ、
前記地山Ａの応力を前記鋼棒4aに伝達する。

前記補強材４としてとの前記鋼棒4aは、前記コンクリ
ート4bが伝達する前記応力を負担する。

その結果、前記掘削すべき立坑1bの側壁５の崩壊を防
止することが可能となる。

そして、前記大深度立坑Ｂの掘削と、前記掘削すべき
立坑1bの掘削方向の周囲にある地山Ａの補強とを繰り返
し行うと、前記大深度立坑Ｂを掘削することが可能とな
る。

本実施例は以上のように構成しているので、本実施例
にかかる立坑掘削工法を硬岩、軟岩を問わず使用するこ
とができ、かつ、当該工法を使用すれば薬液注入工法等
に比べ安価に大深度立坑Ｂを掘削することができる。

なお、本実施例においては、前記斜孔２を、前記各切
羽３、３′から掘削したが、第８図に示すように側壁５
から掘削することもできる。かかる場合においては、前
記鋼棒4aの長さを前記斜孔２の長さと同一にする。

また、本実施例おいては前記斜孔２の数を各切羽３、
３′について４本としたが前記地山Ａの状態に応じて１
及び４本以外の本数とすることも可能である。

また、本実施例においては前記補強材４として鋼棒4a
及びコンクリート4bを用いたが、Ｈ鋼、鋼管等の鋼棒4a
以外の鋼材を用いることができる。前記補強材４につい
て、鋼管又はＨ鋼を用いるとコンクリート4b等との付着
力が増加する。その結果、前記補強材４の補強効果を増
加することができる。

また、鉄筋コンクリート4bを打設して前記補強材４と
することもできる。

また、コンクリート4bの他にモルタルを用いることも
できる。

さらに、前記補強材４として鋼材のみ或はコンクリー
ト4b若しくはモルタルのみを用いることができる。前記
鋼棒4a又は前記鋼管のみを用い、前記コンクリート4b等
を充填しない場合には、前記斜孔２の孔径を前記鋼棒4a
等の直径と同一にし、前記鋼棒4a等を圧入する。圧入し
た前記鋼棒4a等は、前記地山Ａの応力を直接負担する。
また、前記補強材４に前記鋼棒4a又は前記鋼管のみを用
いた場合は、コンクリート4b等を打設するために要する
時間、労力及び経費を削減することが可能となる。その
結果、前記大深度立坑Ｂの掘削に要する時間、労力及び
経費を削減することができる。

「発明の効果」 本発明は、以上のように構成しているので、本発明に
かかる立坑掘削工法を硬岩、軟岩を問わず使用すること
ができ、かつ、当該工法を使用すれば薬液注入工法等に
比べ安価に大深度の立坑を掘削することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第８図は本発明に懸かる実施例を示す断面斜
視図であり、第１図乃至第６図は工程図、第７図は横断
面透視図、第８図は立坑側壁から斜孔を掘削した状態を
示す断面斜視図である。 Ａ……地山、 Ｂ……大深度立坑 θ……立坑掘削方向と斜孔掘削方向とのなす角、 1a……掘削した立坑、 1b……掘削すべき立坑、 ２……斜孔、 ３……切羽 ３′……新たな切羽 ４……補強材、 4a……鋼棒、 4b……コンクリート、 ５……側壁

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】立坑掘削途中において、掘削すべき立坑の
   周囲地山に対して、掘削した立坑内から、前記掘削すべ
   き立坑の掘削方向に沿って所定の角度で延びる複数の斜
   孔を掘削し、前記各斜孔内に補強材を装填することによ
   り前記掘削すべき立坑の掘削方向の周囲地山を補強しつ
   つ前記立坑の掘削を進めることを特徴とする立坑掘削工
   法。