JP3298845B2 - 地山補強工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、例えばトンネルを
掘削する際に施工する先受け工や鏡部補強工もしくはパ
ターンボルト施工等のトンネル支保工、あるいは斜面や
法面等の安定化や擁壁地盤補強もしくは構造物や構築物
の地盤補強等に適用する地山補強工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばトンネル工事においては、従来よ
り各種の支保用補強材を用いた支保工が採用されてお
り、例えば図１２に示すように切羽天端の安定性向上に
は先受け工Ａとして短尺のフォアポーリングを使用し、
切羽鏡部の安定性を向上させるための鏡部補強工Ｂには
短尺の樹脂製ボルトを使用、また永久支保用のパターン
ボルトＣとしては鋼製のロックボルトを使用するのが一
般的であった。

【０００３】ところで近年、トンネル切羽の前方地山を
より長尺にわたって補強し地山の先行ゆるみをより効果
的に抑制したい、という要望や、図１３に示すように大
断面のトンネルＴを断面分割して掘進する際の支保用補
強材Ｄとしては、より長尺のものが求められてきてい
る。しかし、従来の支保用補強材には削孔及び打設を行
う上で、地質や長さの点で制約があり、特に樹脂製ボル
トを用いる場合には使用可能な長さが限られていた。

【０００４】即ち、上記のような支保用補強材の施工方
法のうち最も経済的に行われるのは削孔機でボアホール
を削孔し、そこにボルト等の支保用補強材を挿入する、
いわゆる他穿孔方式であるが、地質条件が悪かったり、
長尺になるとボアホールの自立が難しくなるため、この
方法が採れない場合がある。

【０００５】そこで、ボアホールが自立しない場合に
は、先端にビットを装着した支保用補強材を自穿孔方式
で打設する方法や、２重管方式の削孔で外管のケーシン
グにより孔壁を保持しながら削孔し、内管を支保用補強
材として打設する方法が採られている。

【０００６】ところが、前者の自穿孔方式では長尺施工
をしようとすると、長尺削孔に耐え得るだけのビットと
削孔ロッドと同等強度およけ形状の中空ボルト材を用い
なければならず、コストが嵩んで経済性が非常に悪い。
また地質条件によって削孔打設が可能な長さも限られて
いる。

【０００７】また後者の２重管方式では、地質は選ばな
いものの削孔に専用機（ボーリング機）が必要となり、
準備が大変である。また、削孔径も大きくなってしまう
ため長尺ものでは削孔、注入にかかる時間と経費が大幅
にアップする。しかも、２重管方式では外管を引き抜く
ときに支保材となるべき内管が共抜けしてしまうという
問題もあり、さらに、上向き施工では削孔径が大きいと
注入材が硬化するまでの間に内管が抜け出してくる等の
問題もある。

【０００８】一方、鏡部補強工の場合や、先受け工やパ
ターンボルトで後から断面拡幅のために補強材を切断す
る必要がある場合には、樹脂製のボルトが使用されてい
るが、樹脂製のボルトは、ボアホールの孔壁が崩れてい
た場合に叩き込んで打設するのに不適切で、また長尺自
穿孔式にも無理があることから、様々な地質条件への対
応と長尺化への要求に応えることのできる地山補強工法
が求められている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の要求に
応えるべく提案されたもので、専用機を必要とせず、地
質条件に拘らず経済的に長尺にわたって地盤を補強し得
る地山補強工法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明による地山補強工法は、以下の構成としたも
のである。

【００１１】即ち、削孔機に装着した中空のドリルロッ
ドと、そのドリルロッドの先端部に一体的に設けられ、
削孔用のビットを有する中空のドリルヘッドと、その中
空のドリルヘッド内に、先端の刃先が上記ドリルヘッド
よりも前方に突出した状態で回り止め係合すると共に上
記ドリルヘッドの前側に離脱可能なセンタービットと、
そのセンタービットを抜け止め係止するばね板材よりな
る羽子状の抜け止め係止具とを備え、その羽子状の抜け
止め係止具の放射方向斜め外方に突出する複数枚の羽根
板を、上記ドリルヘッドの内孔に形成した先細り傾斜部
に押圧させて上記センタービットをドリルヘッドに抜け
止め係止させた状態で、上記削孔機の駆動力を上記ドリ
ルロッドを介してドリルヘッドとセンタービットとに伝
達して地山に所定長の削孔を施した後、上記ドリルロッ
ドおよびドリルヘッド内に挿通可能な抜け止め係止具を
備えた長尺棒状の補強材を、上記ドリルロッドおよびド
リルヘッド内に挿入して上記センタービットをドリルヘ
ッドの前方へ離脱させると共に、上記補強材に備えた抜
け止め係止具により上記補強材を削孔内に抜け止め係止
して該補強材およびセンタービットを削孔内に残留させ
た状態で上記ドリルロッドおよびドリルヘッドを削孔内
から引き抜き回収した後、上記削孔内に定着材を注入・
固化させて地山を補強するようにしたことを特徴とす
る。

【００１２】また上記のような地山補強工法において、
補強材として可撓性を有する中空の合成樹脂製ケーブル
を用いることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明による地山補強工法
を図に示す実施形態に基づいて具体的に説明する。

【００１４】本実施形態はトンネル掘削時のトンネル支
保工に適用したもので、図１はトンネル切羽鏡部Ｗの補
強工Ｂを施工している状態を示す。図２はその切羽鏡部
Ｗの正面図である。

【００１５】削孔機としては、本実施形態においては図
１に示すように油圧ドリルジャンボ１を用いたもので、
その削孔機のガイドシェル２には、図３に示すようにド
リフタ（回転打撃駆動機構）３が備えられ、そのドリフ
タ３にスイベル４を介してドリルロッド５が装着されて
いる。

【００１６】そのドリルロッド５は中空管状に形成さ
れ、その先端には図３および図５に示すように中空のド
リルヘッド６がねじ結合等により一体的に設けられてい
る。そのドリルヘッド６の先端には図６に示すようにボ
タンビット６１が設けられ、ドリルヘッド６内にはセン
タービット７が収容配置されている。

【００１７】そのセンタービット７は、いわゆるロスト
ビット、すなわち削孔終了後は回収せずに削孔（ボアホ
ール）内に残して埋めてしまうもので、ドリルヘッド６
に対して脱着可能であり、常時はセンタービット７の周
面に設けたばね板材よりなる羽子状の抜け止め係止具８
で抜け止め係止されている。即ち、その係止具８はセン
タービット７の周面に巻き付け固定したリング状部分８
ａと、そのリング状部分の一端側に一体的に設けた放射
方向斜め外方に突出する複数枚の羽根板８ｂとよりな
り、その羽根板８ｂが中空ドリルヘッド６の内孔６０の
先細り傾斜部６０ａを押圧して抜け止め係止される構成
である。

【００１８】それによってセンタービット７がドリルヘ
ッド６の先端側に脱落するのが防止されると共に、セン
タービット７の先端の刃先７ａがドリルヘッド６からや
や突出した状態に保持されている。また上記の状態でセ
ンタービット７はドリルヘッド６と一体的に回転駆動自
在であり、削孔時にはドリルロッド５の回転打撃動作が
ドリルヘッド６を介してセンタービット７に伝達され、
そのドリルロッド６の先端に設けた前記ボタンビット６
１と共にセンタービット７の先端全面で地山を削ること
により効率よく削孔することができる。

【００１９】なお上記の削孔時には、必要に応じて前記
スイベル４およびドリルロッド５を介して削孔箇所にフ
ラッシング用の水やセメントミルク等を供給しながら掘
削するようにしてもよく、例えばセメントミルク等を供
給する場合には、図３に示すような通常のロックボルト
等の施工で使用するモルタル混練注入ポンプ１０を利用
することができる。

【００２０】特に図３はフラッシング用の水とセメント
ミルク等とを切替バルブ１１を介して選択的に供給でき
るようにしたもので、図中、１２はトンネル内に配管し
た給水管、１３はその給水管１２から切替バルブ１１へ
の送水管、１４は給水管１２からモルタル混練注入ポン
プ１０への送水管、１５はモルタル混練注入ポンプ１０
から切替バルブ１１へのセメントミルク等の給送管、１
６は切替バルブ１１とスイベル４のドリルロッド側接続
口４ｂとの連通管である。

【００２１】なお上記のような切替バルブ１１を用いる
ことなく、送水管１３をスイベル４に直接接続して給水
管１２からのフラッシング用の水をスイベル４に直接導
く、あるいは給送管１５をスイベル４に直接接続してポ
ンプ１０からのセメントミルク等をスイベル４に直接導
くこともできる。

【００２２】また上記のモルタル混練注入ポンプ１０は
削孔後に、該削孔内にセメントミルクやモルタル等の定
着材を注入するためのポンプとしても使用可能であり、
特に上記図３の装置構成はセメントミルクをフラッシン
グしながら削孔を行ったり、中空ボルト挿入後ドリルロ
ッドを引き抜きながら注入を行うのに便利である。

【００２３】しかし上記のようなフラッシングを行わな
いときやドリルロッドを完全に回収してからボルトに対
する注入作業を行うときの削孔時には図４に示すように
スイベル４のドリフタ３側の接続口４ａとドリルロッド
５側の接続口４ｂとを連通管１７で接続してドリルジャ
ンボからフラッシング水を供給するのが簡便である。

【００２４】図７は本発明の地山補強工法に用いる補強
材の一実施形態を示すもので、本実施形態においては上
記補強材２０として中空に形成された可撓性を有する長
尺のＦＲＰ（繊維補強樹脂）ケーブルが用いられ、その
ケーブルは、パイプ状芯材２１の周囲に繊維２２を組紐
状に編み上げた構成である。

【００２５】上記のような可撓性を有する長尺のケーブ
ル材を使用すると、曲げた状態で施工現場に運んでその
まま使用することができる。例えば従来２０ｍの直状の
補強材をトンネル断面で横向きにセットすることはでき
ないため、３〜４ｍものをカプラ等で順次接続しなけれ
ばならなかったが、上記のような補強材を用いると、カ
プラ等で接続することなく打設できるため、作業を容易
迅速に行うことが可能となる。しかも、ドリルロッドに
カプラ等の厚み分だけの内径の余裕を持たせる必要がな
くなり、その分、削孔径を小さくすることができる。

【００２６】また上記補強材２０の一端側（先端側）に
は、図７に示すように前記インナービット７の抜け止め
係止具８と同様に、ばね板材よりなる羽子状の抜け止め
係止具２３が設けられている。その係止具２３は、図８
（ａ）のように所定の形状に打ち抜いた板材２３’を同
図（ｂ）のように丸めて欠円形のリング状部分２３ａと
１乃至複数個の羽根板２３ｂとよりなる羽子状に形成し
たもので、上記リング状部分２３ａを補強材２０の周面
に巻き付けて固着すると共に、羽根板２３ｂは常時放射
方向斜め外方に突出した状態にある。

【００２７】上記の構成において、例えばトンネルの切
羽鏡面の補強を行う場合には以下の要領で施工すればよ
く、以下図９に基づいて順を追って説明する。

【００２８】先ず、図９（ａ）に示すようにトンネルの
切羽鏡面等の補強すべき地山を削孔するもので、例えば
前記図１〜図３に示すようにドリルジャンボ１の削孔機
のガイドシェル２に装着したドリルロッド５の先端のド
リルヘッド６内にセンタービット７を装着し、上記ドリ
ルロッド５の後端側に接続したドリフタ３によりドリル
ロッド５を介してドリルヘッド６に回転力と打撃を付与
する。

【００２９】それによって、ドリルヘッド６の先端周縁
に設けられたボタンビット６１と、ドリルヘッド６に係
合するセンタービット７とが一体的に回転すると同時に
打撃動作によって地山を削孔するもので、そのドリルヘ
ッド６のボタンビット６１とセンタービット７との両方
が相乗的に削孔機能を果たすので、地質条件にかかわら
ず短時間で効率的な長尺削孔を行うことができる。

【００３０】なお上記の削孔時には、必要に応じてフラ
ッシング用の水やセメントミルク等を前記のようにスイ
ベル４を介してドリルロッド５内に供給するようにして
もよく、そのドリルロッド５内に供給されたフラッシン
グ水やセメントミルク等はドリルヘッド６やセンタービ
ット７の先端の削孔箇所に導かれて潤滑され、切削抵抗
が軽減されると共に、ドリルヘッド６やセンタービット
７を冷却することができる。

【００３１】そして、必要に応じてドリルロッド５を継
ぎ足しながら、所定長の削孔が終了したところで、上記
ドリルロッド５内に図９（ｂ）のように補強材２０を挿
入する。そのとき、補強材２０に設けた抜け止め係止具
２３の羽根板２３ｂは放射方向内方に窄まった状態でド
リルロッド５内を移動する。

【００３２】次いで、上記補強材２０の先端がセンター
ビット７の近傍もしくはそれに当接するまで進入したと
ころで、該補強材２０を固定し、ドリルロッド５を同図
（ｃ）のように引き抜くもので、そのときドリルヘッド
６もドリルロッド５とともに移動し、センタービット７
は補強材２０の先端に当接する。

【００３３】それによってセンタービット７はドリルヘ
ッド６から抜け落ちて削孔（ボアホール）ｈ内に残留
し、補強材２０の抜け止め係止具２３はドリルロッド５
およびドリルヘッド６から抜け出て係止具２３の羽根板
２３ｂは放射方向外方に拡開する。その拡開した羽根板
２３ｂは削孔内壁面等に引っ掛かって補強材２０がドリ
ルロッド５の引き抜き動作に引きずられて一緒に後退す
る（共抜けする）ことが防止され、上記補強材２０は削
孔中の所定位置に確実に保持される。特に本実施形態の
ように削孔ｈが水平方向になっていたり、斜め向きの場
合はドリルロッド５を引き抜いて後に補強材２０が削孔
ｈ内断面における下部に落ちる形となり、この結果、羽
根板２３ｂは削孔内壁の底部に必ず食い込むことにな
る。一方、ドリルロッド５はボタンビット付きヘッド６
と共に回収されて再利用できるため経済的である。

【００３４】次に、図９（ｄ）に示すように、補強材２
０の中空部分を利用してセメント系や樹脂系等の地盤に
適した定着材Ｇの注入を行う。なお、その注入は、ドリ
ルロッド５を引き抜きながら行ってもよく、ドリルロッ
ドを全部引き抜いてしまってから行ってもよい。

【００３５】ドリルロッドを引き抜きながら注入を行う
と、待ち時間がなく作業が早く進行するというメリット
がある。一方、ドリルロッドを全部引き抜いてから注入
する場合には、削孔と注入が別工程となるため、定着材
注入ポンプの配管を接続しておかなくてよいので配管が
簡潔ですみ、また、回収後のドリルロッドを直ちに次の
削孔の段取りに移せるというメリットもある。

【００３６】また削孔が上向きの場合には、定着材が硬
化するまでの間に補強材２０が削孔から抜けて出るおそ
れがあるが、本発明においては拡開状態となった抜け止
め係止具２３が未硬化定着材に対する抵抗となるため、
補強材が不用意に抜け出るのを防ぐことができる。その
結果、補強材を所定位置に正確に定着させることが可能
となる。

【００３７】さらに上記のような補強工法によれば、専
用機を必要とせず、地質条件に拘らず経済的に長尺にわ
たって地盤を補強することができ、とりわけ補強材２０
としてＦＲＰケーブルを用いれば、従来の樹脂ボルトで
制約を受けていた地質条件や長さにかかわらず効率的な
施工が可能で、鏡部補強や断面拡幅のために後に切断の
要求がある場合に特に有効である。

【００３８】また可撓性を有する長尺の補強材を用いれ
ば、カプラ等で接続する必要がないので作業が容易であ
り、しかもカプラの厚さ分だけドリルロッドやドリルヘ
ッドの径ひいては削孔径を小さくすることができる。本
発明による地山補強工法を施工する際の削孔径と補強材
の外径の一例を下記表１に示す。

【００３９】

【表１】

【００４０】従来は、例えば外径がφ２２mmのボルト
（直状）をカプラで接続して何ｍか打設しようとする
と、削孔径（ドリルビット外径）が最低でもφ７６mm必
要だったが、本発明を適用し、補強材にケーブル材を使
用すれば従来と同等の補強材を打設するのに削孔径はφ
５１乃至φ６４mm程度でよく、削孔径を大幅に縮径する
ことが可能となるものである。

【００４１】なお上記実施形態においては、削孔機１と
して油圧ドリルジャンボを用いたが、クローラドリル等
の削孔機を用いることもできる。また図の実施形態にお
いてはトンネル切羽鏡部Ｗの補強工に適用した例を示し
たが、例えば図１および図２における先受け工Ａやパタ
ーンボルト（ロックボルト）Ｃの施工にも本発明の地山
補強工法を適用することができ、その場合にも前記のよ
うな補強材２０を用いることができる。

【００４２】又その補強材２０としては、前記のような
中空ＦＲＰケーブルに限らず、公知の各種補強材料やア
ンカー材の使用も可能であり、例えば鉄筋、鋼製ロック
ボルト、鋼製ケーブル、ＦＲＰボルト等を使用すること
もできる。

【００４３】さらに本発明による地山補強工法および補
強材は、上記のようなトンネル支保工に限らず、斜面や
法面等の安定化や擁壁地盤補強もしくは構造物や構築物
の地盤補強等にも適用可能であり、図１０は本発明を法
面補強に適用した例、図１１は橋脚下の地盤補強に適用
した例である。図１０において、Ｎは法面、図１１にお
いて、Ｐは橋脚を示す。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明による地山補
強工法は、ドリルロッドの先端部に一体的に設けたドリ
ルヘッドと、そのドリルヘッド内に、先端の刃先が上記
ドリルヘッドよりも前方に突出した状態で回り止め係合
するセンタービットとで地山を削孔するようにしたか
ら、地質条件に拘わらず短時間で効率的な長尺削孔を行
うことができる。また上記センタービットをドリルヘッ
ドに抜け止め係止する手段として、ばね板材よりなる羽
子状の抜け止め係止具を用い、その羽子状の抜け止め係
止具の放射方向斜め外方に突出する複数枚の羽根板を、
上記ドリルヘッドの内孔に形成した先細り傾斜部に押圧
させて上記センタービットをドリルヘッドに抜け止め係
止させた状態で削孔するようにしたので、削孔時にセン
タービットがドリルヘッドの先端側に脱落することなく
良好に削孔できると共に、削孔後は上記ドリルロッドお
よびドリルヘッド内に長尺棒状の補強材を挿入してセン
タービットに当接させることにより該センタービットを
ドリルヘッドの前方に容易に離脱させることができる等
の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による地山補強工法の施工状態を示すト
ンネルの縦断側面図。

【図２】上記施工例におけるトンネル切羽鏡面の正面
図。

【図３】本発明に用いる削孔機の一例を示す側面図。

【図４】上記削孔機に備えられた給水手段でフラッシン
グを行う場合の同上図。

【図５】本発明に用いるドリルロッドの一例を示す側面
図。

【図６】（ａ）は本発明に用いるドリルヘッドの一例を
示す縦断平面図。（ｂ）はその縦断正面図。（ｃ）はそ
の右側面図。

【図７】（ａ）は本発明に用いる補強材の一例を示す側
面図。（ｂ）はその端面図。

【図８】（ａ）は上記補強材に用いた抜け止め係止具の
展開図。（ｂ）は所定形状に形成した状態の抜け止め係
止具の斜視図。

【図９】（ａ）〜（ｅ）は本発明による地山補強工法の
施工要領を示す説明図。

【図１０】本発明を法面補強に適用した例の説明図。

【図１１】本発明を橋脚下の地盤補強に適用した例の説
明図。

【図１２】トンネル支保工の説明図。

【図１３】トンネルを断面分割して掘削する場合の説明
図。

【符号の説明】

１ 油圧ドリルジャンボ ２ ガイドシェル ３ ドリフタ ４ スイベル ５ ドリルロッド ６ ドリルヘッド ７ センタービット ８ 抜け止め係止具 １０ モルタル混練注入ポンプ １１ 切替バルブ ２０ 補強材 ２３ 抜け止め係止具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−176500（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−251984（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−184296（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−256798（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−216883（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−346100（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−216715（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/04 E02D 17/20 106 E21D 20/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 削孔機に装着した中空のドリルロッド
   と、そのドリルロッドの先端部に一体的に設けられ、削
   孔用のビットを有する中空のドリルヘッドと、その中空
   のドリルヘッド内に、先端の刃先が上記ドリルヘッドよ
   りも前方に突出した状態で回り止め係合すると共に上記
   ドリルヘッドの前側に離脱可能なセンタービットと、そ
   のセンタービットを抜け止め係止するばね板材よりなる
   羽子状の抜け止め係止具とを備え、その羽子状の抜け止
   め係止具の放射方向斜め外方に突出する複数枚の羽根板
   を、上記ドリルヘッドの内孔に形成した先細り傾斜部に
   押圧させて上記センタービットをドリルヘッドに抜け止
   め係止させた状態で、上記削孔機の駆動力を上記ドリル
   ロッドを介してドリルヘッドとセンタービットとに伝達
   して地山に所定長の削孔を施した後、上記ドリルロッド
   およびドリルヘッド内に挿通可能な抜け止め係止具を備
   えた長尺棒状の補強材を、上記ドリルロッドおよびドリ
   ルヘッド内に挿入して上記センタービットをドリルヘッ
   ドの前方へ離脱させると共に、上記補強材に備えた抜け
   止め係止具により上記補強材を削孔内に抜け止め係止し
   て該補強材およびセンタービットを削孔内に残留させた
   状態で上記ドリルロッドおよびドリルヘッドを削孔内か
   ら引き抜き回収した後、上記削孔内に定着材を注入・固
   化させて地山を補強するようにしたことを特徴とする地
   山補強工法。
2. 【請求項２】 前記補強材として可撓性を有する中空の
   合成樹脂製ケーブルを用いることを特徴とする請求項１
   記載の地山補強工法。