JP2676012B2 - トンネルの構築方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はトンネルの構築方法に係わり、特に、地盤改
良を伴うトンネルの構築方法に関するものである。

〔従来の技術〕

トンネルを掘削するにあたり、掘削地盤が未固結含水
地盤であった場合には、工事の安全・経済性・工期を確
保する上で、ｉ）切羽の安定化、ii）湧水の防止、ii
i）地表沈下の防止、等を常に図らなければならない。
特に、NATM工法等による掘削ではこれらが重要な要素と
なる。

このようなNATM工法等によるトンネル掘削における有
力な地盤補強方法として、従来よりケミカルグラウト法
（薬液注入法）が広く実施されている。この工法では従
来は、例えば注入剤としてセメントミルクあるいはセメ
ントベントナイト（通称CB）を用いて、圧力機器を使用
して加圧注入するものである。

また、これらトンネル掘削における地盤の改良を行う
場合、それらの作業は従来、地表面ないしは本トンネル
内より実施されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の地盤改良法では下記の如き
問題が生じていた。

つまり、トンネルの掘削前に予め上記の如く薬液の注
入により地盤改良を行う際、従来では基本的に改良ゾー
ンを一層のみ形成するものであったため、止水作用およ
び地盤の安定化作用の双方が十分満足し得るものとは成
り得なかった。すなわち、止水性を得るためには、薬液
として、地盤を構成する細砂間等の細かい間隙にも充分
浸透できるように比較的低粘度でチキソトロピー性の低
いものを使用する必要があるが、このような薬液は地盤
の固結作用が低く、一方、強い地盤の固結作用を得るべ
く高粘度・高チキソトロピー性の薬液を使用すると、浸
透性が低いために充分な止水性が得られなくなるからで
ある。

そして、止水作用に重点を置いた場合にはトンネル掘
削時の地盤の安定に問題が成り、一方、固結作用に重点
を置いた場合には地下水が流入して切羽の自立性に問題
が生じるとともに、流砂現象を誘発する可能性もある。

このため、従来、掘削地盤が未固結含水地盤の如く極
端に軟弱であった場合には、NATM工法等の掘削手段を適
用できないといった不都合が生じていた。

また、薬液注入の作業を実施するにあたり、地上より
行うものでは、地上に施工ヤードを設置する必要がある
ため例えば交通路等の各種地上設備を占有するおそれが
あることに加え、トンネルの深度が大きい場合には施工
精度が低下するといった問題があり、他方、本トンネル
坑内より行うものでは、地盤改良工程とトンネルの掘削
工程とを交互に実施していくため作業効率が悪く、かつ
地盤改良機械の台数も制限されるため工期を要するとい
った問題があった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、従来、
特にNATM工法等では施工困難とされていた未固結含水地
盤等の軟弱地盤をも確実に改良することができ、以て安
全でかつ効率的にトンネルを構築することのできる、ト
ンネルの構築方法を提供することを目的とするものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の請求項１に係るトンネルの構築方法は、トン
ネルを構築するにあたり、予め、地盤中のトンネルを形
成すべき掘削部に沿った部分に、前記掘削部の全周域を
囲繞する強度増加領域と該強度増加領域を囲繞する止水
領域とを薬液注入により形成し、然る後にトンネルを掘
削することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に係るトンネルの構築方法
は、請求項１記載のトンネルの構築方法において、前記
強度増加領域および止水領域を形成する際、予め、構築
すべき本トンネルに先行して該本トンネルを形成すべき
掘削部に沿って作業用トンネルを構築し、該作業用トン
ネルの内部より地盤内に配置した薬液注入管により行う
ことを特徴とするものである。

さらに、本発明の請求項３に係るトンネルの構築方法
は、請求項１記載のトンネルの構築方法において、薬液
の注入を複数回行うことにより前記強度増加領域を多層
に構成することを特徴とするものである。

〔作 用〕

止水領域および強度増加量域を掘削部の全周域形成す
ることにより掘削部の止水作用と地盤安定化作用との双
方の作用が確実に得られるものとなり、トンネル掘削を
短期間で効率的にかつ安全に行える。

その場合、前記止水領域および強度増加領域を、本ト
ンネルに先行して構築した作業用トンネルから行うこと
により、トンネルの形成深度に影響されることなく地盤
改良を効率的に行える。

また、強度増加領域をさらに多層に形成した場合に
は、掘削時のおける切羽の安定がより一層図れるものと
なる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明す
る。

第１図は本発明の第１実施例を示すもので、本図中符
号Ｔは構築されるべきトンネル、符号ＧはトンネルＴが
形成されるべき地盤を示している。地盤Ｇはこの場合、
未固結含水地盤となっている。

上記トンネルＴを掘削するに際しては、まず、地盤Ｇ
におけるトンネルＴを形成すべき掘削部１に沿う部分
に、薬液を注入することにより、地下水等の湧水を防止
するための止水領域２を形成する。この止水領域２は、
図示されるように掘削部１の全周に対して、また、掘削
部１の全長にわたって形成する。ここで、この止水領域
２は、形成すべきトンネルＴの径に対して極めて大径
に、すなわち掘削部１を広範囲に囲繞する如く形成す
る。

この止水領域２を形成するためには、比較的低粘度で
地盤Ｇに対する浸透性に優れた薬液を使用する。また、
薬液を注入する際には、従来の薬液注入法により行うこ
とが可能であるが、本発明の請求項２記載の方法によれ
ばより効果的である。これについては後述するものとす
る。

上記の如く止水領域２が形成されたならば、次いで、
その止水領域２の内側または内部中央部分に薬液を注入
することにより強度増加領域３を形成する。

ここで注入される薬液は、前記止水領域２を形成する
ために用いられた薬液に対し高粘度でかつチキソトロピ
ー性の高いもので、これにより、該強度増加領域３は前
記止水領域２よりも耐力が大きく、例えば１軸圧縮強度
では前記止水領域２に対して数倍〜十数倍を有するもの
となっている。この強度増加領域３の形成法も前記止水
領域２同様、従来の薬液注入法により行うことができる
が、後述の手段によることが望ましい。

この強度増加領域３は上記の如く前記止水領域２の内
側に形成するものであるが、ここで、これら強度増加領
域３と止水領域２とは完全に分離状態で形成されるもの
ではなく、両領域は、止水領域２の内側部分と強度増加
領域３の外側部分とでラップするか、あるいはまた、強
度増加領域３は完全に止水領域２にラップして形成され
るものとなる。つまりこのことは、両領域が共に薬液の
注入により形成されるものであり、薬液は地盤Ｇに明確
な境界面を作り得ないことに起因するものである。

そして、上記の如く掘削部１に強度増加領域３とそれ
を囲繞する止水領域２とが形成されたならば、掘削部１
に沿ってトンネルＴを掘削してゆけばよい。

地盤Ｇの掘削部１の周囲には、強度増加領域３が形成
され、しかも該強度増加領域３は止水領域２により囲繞
されたものとなっているから、掘削時においても、切羽
および壁面の安定が充分に図られ、かつ湧水も確実に阻
止されるものとなる。

このように、上記方法によれば、掘削地盤が未固結含
水地盤である場合でも、確実な地盤が固結安定と地下水
の湧水阻止とが実現されるので、例えば、従来、極端な
軟弱地盤では困難とされていたNAMT工法等の適用を可能
ならしめるとともに、トンネルＴの構築を経済的にかつ
安全に行うことができるものとなる。

第２図は、上記止水領域２および強度増加領域３を形
成する際の方法について説明したものである。

まず、形成すべき本トンネルＴに先行して作業用トン
ネル4,4を形成する。これら作業用トンネル４は、本ト
ンネルＴを形成すべき掘削部１に沿って構築する。この
作業用トンネル４は例えば内径３〜5mのもので、本実施
例のものでは、これをシールドトンネルとしている。つ
まりここでは、これら作業用トンネル4,4は、通常一般
のシールドトンネル同様、セグメント覆工を行いながら
シールド掘進機により施工される。ただし、ここで使用
される覆工用セグメントのいくつかは、図示は省略する
が、後述の薬液注入管5,5,…をこの作業用トンネル４内
部から周囲の地盤Ｇに埋設し得るように、厚さ方向に貫
通した開口部を形成したものとなっている。

上記の如く作業用トンネル4,4が本トンネルＴの掘削
部に沿って先行構築されたならば、次いで、それら作業
用トンネル４の内部より、地盤改良のための薬液を注入
するための薬液注入管5,5,…を地盤Ｇ内に埋設する。こ
の薬液注入管５の埋設作業は、削孔機により作業用トン
ネル４の内部から前記セグメントの開口部を介して地盤
を削孔した後、同様に作業用トンネル４の内部より前記
セグメント開口部を介して行う。

薬液注入管5,5,…が埋設されたならば、作業用トンネ
ル４内に設置した薬液注入装置（図示せず）により各薬
液注入管５に薬液を圧送することにより、薬液を地盤Ｇ
内に注入する。

この方法により上記止水領域２および強度増加領域３
を形成するには、第２図に示すように、予め、それぞれ
の領域を対象とした薬液注入管５（5A,5B）を別々に埋
設し、それら薬液注入管により、止水領域２を形成する
ための薬液と、強度増加領域３を形成するための薬液と
をそれぞれ注入すればよい。

第３図ないし第６図は、上記方法を実施するにあたっ
て、前記作業用トンネル４の設定位置、設定数を変えた
場合をそれぞれ示したものである。

第３図のものは、作業用トンネル４を形成されるべき
本トンネルＴの上方に１本設けたもの、第４図のもの
は、本トンネルＴの両側に本トンネルＴからある程度の
距離を置いて設けたもの、第５図のものは本トンネルＴ
を２本並行に構築する例で、作業用トンネル４をそれら
形成されるべき本トンネルT,Tの間に１本設けたもの、
さらに第６図のものは掘削部１に先行して形成したもの
である。第６図における作業用トンネル４は、本トンネ
ルＴの形成とともに取り壊されるものとなる。このよう
に作業用トンネル４の設定数および設定位置は任意であ
り、上記例以外でも例えば、作業用トンネル４を三角形
を形成する如く３本に設けてもよい。

上記方法によれば、地盤改良のための装置等が地上面
を占有することなく、しかも無駄の無い精度の高い地盤
改良を行えるとともに、本トンネルＴの掘削作業を干渉
することがないので、本トンネルＴの構築作業を極めて
効率的に行うことができる。また、本トンネルＴに先行
して構築される作業用トンネル４は、本トンネルＴ施工
時には資材の搬入路および掘削土砂の搬出路として、ま
た、本トンネルＴの完了後には本トンネルＴの付帯設備
としての避難坑や換気坑、または共同坑等として利用で
きるばかりでなく、該作業用トンネル４を充分剛性の高
いものとして複数本構築した場合には、それら作業用ト
ンネル4,4,…が本トンネルＴのためのアーチ支保として
機能し、地盤補強作用がさらに強化されるといった利点
がある（第６図のものは除く）。

次に第７図は本発明の他の実施例を示すもので、本実
施例では、前記止水領域２および前記強度増加領域３が
形成された後、前記強度増加領域３におけるさらに中心
部に近い部分、すなわちより掘削部１に近い部分に、さ
らに地盤強化用の薬液を注入することにより第２の強度
増加領域３′を形成するものとしている。止水領域２を
強度増加領域３を囲繞する状態で形成することは上記実
施例と同じである。また、この場合、止水領域２および
強度増加領域３の形成手段については上記実施例同様に
行うことができる。

前記第２の強度増加領域３′の形成は、前記注入管5B
を利用して行うこともできるが、例えば第７図に示すよ
うに、トンネルＴの形成（掘削）に伴い、トンネルＴに
先行するかたちで切羽より掘削地盤内に挿入した薬液注
入管5C,5C,…により行うことも可能である。

この第２の強度増加領域３′を形成するための薬液と
しては、強度増加領域３を形成する際に使用した薬液と
同じものを用いてもよいし、あるいは、より地盤固結作
用の強い薬液を用いてもよい。前者の場合でも薬液の重
複使用により地盤強化作用が高められるが、後者によれ
ば地盤強化作用はさらに高まる。

本実施例によれば、切羽部が第２の強度増加領域３′
によってさらに補強されるものとなるため、一層の切羽
の安定化が図られ、掘削時の安全性をさらに高めるとと
もに覆工工程の簡略化が図れる。また、上記同様の作業
により、さらに第３、第４…の強度増加領域（図示せ
ず）を形成することも可能であり、そのようにした場合
には、掘削部地盤のより一層の安定化が図れ、地盤の特
に軟弱な部分に適用して効果的である。

なお、本発明はNATM工法によるトンネルに限定される
ものではなく、一般に実施されているその他のトンネル
工法にも適用可能であることは言うまでもない。さらに
は、本発明はトンネルに限らず、いわゆる掘削工程を有
して構築されるその他の地下構造物（地下空間）の構築
に適用することができる。

また、実施例では、作業用トンネル４をシールドトン
ネルとして説明した、本発明に係る作業用トンネルとし
ては必ずしもシールドトンネルに限定されるものではな
い。ただし、このように作業用トンネルをシールドトン
ネルとすれば、その断面を充分大きく取れるとともに延
長距離に制限を受けることもなく、かつ曲線施工にも容
易に対応することができ極めて効果的である。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり本発明の請求項１に係るトンネル
の構築方法によれば、地下水の湧水防止と掘削時のトン
ネル壁面の安定化とが共に確実に実現されるため、未固
結含水地盤におけるトンネルの構築を安全・確実かつ経
済的に行うことができるものとなる。

また、請求項２に係るトンネルの構築方法によれば地
上面を占有することなく、かつ無駄の無い精度の高い地
盤改良を行えるとともに、本トンネルの掘削作業を干渉
するこがないので本トンネルの構築作業を極めて効率的
に行うことができ、しかも、作業用トンネルを複数本設
けた場合には、これら作業用トンネルがアーチ支保とし
て機能して地盤強化作用が一層高められ、トンネルの構
築をより効率的に行うことができる。

そして、請求項３に係るトンネルの構築方法によれ
ば、上記効果に加えさらに切羽面の安定度が増し、特に
軟弱な地盤に対してより効率的、安全な掘削作業を行う
ことができる、等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の請求項１に係るトンネル構築部の地盤
を示す正面縦断面図、第２図は本発明の請求項２に係る
トンネル構築部の地盤を作業用トンネル等と共に示す正
面縦断面図、第３図ないし第６図は同請求項２に係る他
の実施例を示すものでそれぞれトンネル構築部の地盤を
作業用トンネルと共に示す正面縦断面図、第７図は本発
明の請求項３に係るトンネル構築部の地盤を示す正面縦
断面図である。 Ｇ……地盤、Ｔ……トンネル（本トンネル）、 １……掘削部、２……止水領域、 ３……強度増加領域、 ３′……第２の強度増加領域、 ４……作業用トンネル、 ５（5A,5B,5C）……薬液注入管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 999999999 株式会社熊谷組 福井県福井市中央２丁目６番８号 (73)特許権者 999999999 佐藤工業株式会社 富山県富山市桜木町１番11号 (73)特許権者 999999999 清水建設株式会社 東京都港区芝浦１丁目２番３号 (73)特許権者 999999999 東急建設株式会社 東京都渋谷区渋谷１丁目16番14号 (73)特許権者 999999999 株式会社間組 東京都港区北青山２丁目５番８号 (73)特許権者 999999999 株式会社フジタ 東京都渋谷区千駄ヶ谷４丁目６番15号 (73)特許権者 999999999 前田建設工業株式会社 東京都千代田区富士見２丁目10番26号 (73)特許権者 999999999 株式会社三井三池製作所 東京都中央区日本橋室町２丁目１番１号 (72)発明者 足立 義雄 茨城県つくば市大字旭１番地 建設省土 木研究所内 (72)発明者 水谷 敏則 茨城県つくば市大字旭１番地 建設省土 木研究所内 (72)発明者 稲野 茂 茨城県つくば市大字旭１番地 建設省土 木研究所内 (72)発明者 野村 祐 栃木県宇都宮市中戸祭１―５―18 (72)発明者 水原 憲三 茨城県つくば市吾妻４―16―４ (72)発明者 坂東 幸次 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番 １号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 垣内 幸雄 東京都板橋区赤塚新町３―８―17―402 (72)発明者 斎藤 武夫 東京都世田谷区弦巻５―６―16―203号 (72)発明者 竹林 亜夫 神奈川県横浜市港南区港南２―８―14― 604 (72)発明者 岩村 巖 東京都調布市柴崎１―57―１―103 (72)発明者 草深 守人 埼玉県与野市本町西４丁目17番23号 (72)発明者 香川 和夫 東京都渋谷区千駄ケ谷４丁目６番15号 フジタ工業株式会社内 (72)発明者 ▲高▼森 貞彦 東京都千代田区富士見２―10―26 前田 建設工業株式会社内 (72)発明者 今井 英雄 東京都中央区日本橋室町２―１―１ 株 式会社三井三池製作所内 (56)参考文献 特公 昭45−38011（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トンネルを構築するにあたり、予め、地盤
   中のトンネルを形成すべき掘削部に沿った部分に、前記
   掘削部の全周域を囲繞する強度増加領域と該強度増加領
   域を囲繞する止水領域とを薬液注入により形成し、然る
   後にトンネルを掘削することを特徴とするトンネルの構
   築方法。
2. 【請求項２】請求項１記載のトンネルの構築方法におい
   て、前記強度増加領域および前記止水領域の形成は、予
   め、構築すべき本トンネルに先行して該本トンネルを形
   成すべき掘削部に沿って作業用トンネルを構築し、該作
   業用トンネルの内部より地盤内に配置した薬液注入管に
   より行うことを特徴とするトンネルの構築方法。
3. 【請求項３】請求項１記載のトンネルの構築方法におい
   て、薬液の注入を複数回行うことにより前記強度増加領
   域を多層に構成することを特徴とするトンネルの構築方
   法。