JP2966173B2 - トンネル掘削地盤の強化工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、土砂などの軟弱地盤に
おけるトンネルの構築方法に関し、さらに詳しくはこれ
らの地盤を掘削に先立って強化するトンネル掘削地盤の
強化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】土砂などの軟弱地盤においてトンネル掘
削を行う場合の掘削面の支持方法として、例えば高圧噴
射改良工法が知られている。

【０００３】これは、トンネル掘削断面の外周に沿って
トンネル軸方向に地山をボーリングし、ボーリングロッ
ドを引き抜きながら、ボーリングロッド先端から周囲の
地山に向けて硬化剤を高圧噴射するもので、硬化剤で撹
拌された地盤が時間とともに硬化することによりボーリ
ング孔を中心として地山に定着したパイルを形成する。
このパイルをトンネル掘削断面の外周に沿って平行に多
数施工してパイルによるアーチシェルを地山内に形成
し、その内側を掘削するのである。

【０００４】その場合に、パイルのみでは十分な剛性を
確保しがたいことから、造成したパイルの中心部を軸方
向に穿孔し、その内部に鋼管などの芯材を挿入すること
も行なわれている。

【０００５】一方、地山内に鋼管のみを挿入するパイプ
ルーフ工法も知られている。これはトンネルの外側に備
えた推進ジャッキによりあらかじめトンネル全長にわた
って鋼管を地山に貫入させておく工法である。

【０００６】さらに、近年では鋼管を掘削面の外側の地
山に向けて放射状に埋め込む工法が開発されている。こ
の工法の応用として鋼管にパッカーを設けておき、地山
に挿入後に地盤改良材を注入することも行われている。

【０００７】

【発明の課題】しかしながら、これらの各施工方法は以
下に示すような問題を抱えているために汎用性に欠け、
その効果も限定されたものとなっていた。

【０００８】すなわち、パイルに芯材を挿入する工法に
おいては剛性は十分に確保されても、パイルの施工と芯
材の施工の２工程を要するために施工効率が悪いという
問題があった。

【０００９】パイプルーフ工法の場合には推進ジャッキ
の推力の制限から、施工対象が例えば数十ｍといった短
い距離のトンネルに限定されるうえ、トンネル入口に推
進用ジャッキを据え付けるため施工可能な工事環境が制
限されるという問題があった。

【００１０】また、放射方向に鋼管を埋め込む工法にお
いては鋼管が軸方向に連続しないため、これらの間の土
砂がトンネル内に抜け落ちる恐れがあった。さらに、こ
の工法の場合には仮に地盤改良剤を注入しても、掘削地
盤をあらかじめ強化しておく先受け工としての機能はほ
とんど期待できなかった。

【００１１】本発明は、トンネル掘削部の地盤強化方法
に関する以上の問題点に鑑みてなされたもので、掘削に
先立って地盤を強化することのできる効率的で汎用性の
高い工法を実現することを目的とする。

【００１２】

【課題を達成するための手段】本発明は、隣接状態に保
持されたアースオーガーとボーリング機によりトンネル
切羽から前方の地山内にトンネル軸と略平行なオーガー
ホールとボーリング孔を形成し、オーガーホールに鋼管
を挿入する一方、ボーリング孔へ硬化剤を高圧噴射して
地山内に前記鋼管に密着したパイルを造成し、これらの
作業を掘削断面の外周に沿って反復的に行なうことによ
り鋼管とパイルが交互に連続したアーチシェルを地山内
に構築するようにしている。

【００１３】また好ましくは、切羽前方の地山に対する
鋼管の挿入とパイルの造成とを既に構築したアーチシェ
ルの内側から行なうようにする。

【００１４】

【作用】トンネルの周方向に交互に密着したパイルと鋼
管による高剛性のアーチシェルが掘削時の地山崩落を防
止する。掘削後はこのアーチシェルが支保工として機能
する。また、パイルの造成と鋼管の挿入とを同時に行な
うのでアーチシェルの構築所要時間が短縮される。

【００１５】また、地山への鋼管の挿入とパイルの造成
とを既に構築されたアーチシェルの内側から行うように
すれば、アーチシェルの構築と掘削作業とを反復的に行
なうことができ、トンネルの距離に関係なく安全に掘削
作業を行なえる。同時に縦断方向に相互に支持し合うア
ーチシェルによりトンネル全長に渡って高剛性の支保工
が得られる。

【００１６】

【実施例】図１〜図４に本発明の実施例を示す。

【００１７】図１は本発明の地盤強化工法において使用
するアーチシェル施工機を示す。この機械はクローラ１
１によって自走する施工機本体１にロール方向に旋回す
る旋回機構２を設け、旋回機構２に結合した２本の伸縮
シリンダ４と５でガイドシェル３を支持し、このガイド
シェル３上にボーリング機６とアースオーガー７とを隣
接して並列に据え付けたものである。ボーリング機６は
ロッド先端から硬化剤を高圧で噴射する高圧噴射機構を
備える。また、アースオーガー７は掘削の進捗に応じて
掘削したオーガーホールに鋼管８を挿入する機構を備え
る。

【００１８】掘削地盤の強化を行なう場合は、この機械
をトンネルの切羽に相対して配置し、ボーリング機６と
アースオーガー７の先端をトンネル掘削面の外周部に合
わせてトンネル軸と略平行に支持し、ボーリング機６に
よる穿孔と、アースオーガー７による掘削並びに鋼管８
の挿入とを前方の地山に対して同時に実施する。

【００１９】ボーリングが終了したら、次にボーリング
機６のロッドを引き抜きながらロッドの先端から放射方
向に硬化剤を高圧空気とともに噴射する。高圧で噴射さ
れた硬化剤は周囲の地盤の土粒子組織を切削破壊しなが
ら混合して土粒子組織を再編成する。再編成された土粒
子組織は硬化剤の作用により時間経過とともに硬化し、
これにより図３に示すようにボーリング孔を中心にその
外側に及ぶ円柱状のパイル９が隣接する鋼管８に密着し
た状態で造成される。

【００２０】上記の作業を終了後、旋回機構２の駆動に
よりガイドシェル３をトンネル掘削面の外周に沿って移
動し、施工を終了した鋼管８とパイル９の隣に別の鋼管
８とパイル９を施工する。

【００２１】このようにして次々と鋼管８とパイル９を
施工することにより、図２に示すように鋼管８とパイル
９が交互に密着したアーチシェル１０が切羽前方の地山
内に形成される。なお、鋼管８とパイル９の施工は同時
に行なわれるため、アーチシェル１０の施工は効率良く
短時間で行なうことができる。

【００２２】アーチシェル１０の構築が終了したら、そ
の内側を掘削機械で掘削するが、アーチシェル１０は鋼
管８による十分な剛性とパイル９の地盤強化作用により
周囲の地山を極めて堅固に支持する。したがって、切羽
の崩落を心配せずに安全に掘削作業を行なうことがで
き、大断面トンネルの一括掘削も可能となる。

【００２３】掘削後にはアーチシェル１０はそのまま支
保工として使用されるが、アーチシェル１０を構成する
鋼管８とパイル９は隙間なく密着しているため、アーチ
シェル１０上方の土砂が掘削断面内に落下することはな
い。

【００２４】アーチシェル１０の内側の掘削はアーチシ
ェル１０の先端の若干手前で中止し、次の区間のアーチ
シェル１０を構築する。この場合の地山内への鋼管８の
挿入とパイル９の造成は図４に示すように既に構築した
アーチシェル１０の内側から行なう。切羽はアーチシェ
ル１０の先端より若干手前に位置するため、新しく構築
されるアーチシェル１０の後端は図に示すように既設の
アーチシェル１０の先端と重なり合い、トンネル内には
このような形でアーチシェル１０が連続して形成される
ことになる。

【００２５】こうしてアーチシェル１０の施工と掘削作
業とを反復的に行なうことで、トンネルの延長距離に関
係なくアーチシェル１０に保護された状態で安全に掘削
作業を行なうことができる。

【００２６】また、この構造のもとでは、アーチシェル
１０は縦断方向に相互に支持されるので支保工全体とし
ても高い剛性が得られ、トンネル掘削に伴う地盤沈下を
防止する作用も得られる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明は、切羽前方の地山
内にパイルと鋼管が交互に連続したアーチシェルを構築
するようにしたので、地盤を掘削に先立って強化するこ
とができ、土砂地盤におけるトンネル掘削の安全性を向
上させる効果がある。また、パイルの造成と鋼管の埋め
込みとを同時に行なうためアーチシェル構築に要する時
間が短かく、掘削後はアーチシェルを支保工としてその
まま使用できるので、土砂地盤へのトンネル構築に要す
る時間を大幅に短縮することができる。

【００２８】さらに、アーチシェルの構築を手前のアー
チシェルの内側から行なって掘削とアーチシェルの構築
とを反復的に行なうことにより、トンネルの距離に制限
されずに常に安全な環境で掘削作業を行なえるととも
に、アーチシェルが縦断方向に重なり合うので支保工の
全長に渡る剛性も強化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すアーチシェル施工機の斜
視図である。

【図２】パイルと鋼管の配置を示すトンネル切羽の正面
図である。

【図３】パイルと鋼管の拡大した横断面図である。

【図４】アーチシェルの施工状況を示す工事中のトンネ
ルの縦断面図である。

【符号の説明】

１ 施工機本体 ６ ボーリング機 ７ アースオーガー ８ 鋼管 ９ パイル １０ アーチシェル

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 隣接状態に保持されたアースオーガーと
   ボーリング機によりトンネル切羽から前方の地山内にト
   ンネル軸と略平行なオーガーホールとボーリング孔を形
   成し、オーガーホールに鋼管を挿入する一方、ボーリン
   グ孔へ硬化剤を高圧噴射して地山内に前記鋼管に密着し
   たパイルを造成し、これらの作業を掘削断面の外周に沿
   って反復的に行なうことにより鋼管とパイルが交互に連
   続したアーチシェルを地山内に構築することを特徴とす
   るトンネル掘削地盤の強化工法。
2. 【請求項２】 切羽前方の地山に対する鋼管の挿入とパ
   イルの造成とを既設のアーチシェルの内側から行なう請
   求項１記載のトンネル掘削地盤の強化工法。