JP3328817B2 - 地盤補強工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば切羽の安定確
保のために先受け補強したり、システムロックボルトを
打設するなどの地盤補強工法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、例えば山岳トンネルにおいて、
軟弱な地質や亀裂の発達した地層などの脆弱地山を掘削
する時、地盤を補強するため、ロックボルト・円柱状固
結体・薬液などで脆弱地山を先受け補強したり、トンネ
ル周辺にシステムロックボルトを打設する必要がある。

【０００３】従来、脆弱地山を改良安定化する補強工法
として、そのうちの円柱状固結体による先受け補強の場
合は、その多数をアーチ状などに列設造成するＡＢフォ
アパイリング工法が知られている。

【０００４】このＡＢフォアパイリング工法は２連式削
孔機などの専用機により、トンネル前方に放射状に所定
の深さまでパイロット孔を削孔した後、ビットを拡翼・
回転させてパイロット孔を切り広げながら引き抜きつ
つ、所要の注入剤を噴射注入して円柱状固結体を造成す
るものである。

【０００５】また、システムロックボルト工または切り
取り斜面でのロックボルト補強工などとして知られてい
るモルタル定着式ロックボルト工法は、汎用削岩機によ
り削孔し、この汎用削岩機のロッドを引き抜いた後、ホ
ースによりモルタルを充填し、さらにモルタルが硬化す
る前に鉄筋の挿入定着を行うものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記ＡＢフォ
アパイリング工法には、次のような課題があった。

【０００７】 トンネルの掘削作業サイクルとは別
に、大型専用機を使用して専門業者によって施工をする
必要があり、地盤改良時には掘削作業に従事する作業員
を待機させることになり、不経済である。 削孔を回
転力と推進力で行うものであるために、Ｎ値１０程度の
土砂地盤までの比較的軟弱な地質の地山に適用できるに
すぎない。 ビットを拡翼・回転させてパイロット孔
を切り拡げながら引き抜きつつ、所要の注入剤の噴射注
入を行うもので、拡翼装置の摩耗が激しく極めて不経済
である。

【０００８】 また、上記ＡＢフォアパイリング工法
による円柱状固結体は、芯材が入っていないために、剪
断強度が小さく、先受けのために大きな径の杭を、また
は多数の杭を必要とするとともに、強度発現が遅く、工
事全体に時間を要する。

【０００９】上記モルタル定着式ロックボルト工法に
は、次のような課題があった。 定着材としてモルタ
ルのみの使用であるために強度発現が遅く、効果の発揮
まで時間を要する。 軟弱地山ではロックボルトの付
着強度が小さく、そのため長尺のロックボルトが必要と
なることがある。 軟弱地山では孔荒れが生じ易く、
定着材が完全に回らないことがあり、品質のばらつきが
発生し易い。

【００１０】この発明は、上記の課題を解決するために
なされたもので、先受けの場合、芯材入りの円柱状固結
体を造成することによって曲げ強度および剪断強度が増
し、施工本数を減らせるとともに、システムロックボル
トの場合、ゾーンとしての地山強度の増大を図り、付着
強度が増してその長さを短くでき、さらに汎用の削岩機
を使用することによって専用機および専用業者を必要と
せず、経済的であるようにした地盤補強工法を提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明地
盤補強工法は、次の構成からなる。 (1) 地山に削孔３０を掘削形成し、その削孔３０にセ
メントミルクなどの注入剤を供給充填して円柱状固結体
３１を造成すること。 (2) その円柱状固結体３１の中心に小径削孔３２を掘
削形成し、その小径削孔３２内にスペーサー３３を取り
付けた芯材３４を挿入して該芯材３４を上記小径削孔３
２の中心に配置支持すること。 (3) その小径削孔３２に上記注入剤と同一材料の定着
材３７を充填して芯材入り円柱状固結体を造成するこ
と。

【００１２】請求項２記載の発明は、大径部９内に２本
の小径管１０，１１を並列設置するとともにそれらの外
側に通水路９′を区画形成してなる多孔ロッド３を使用
し、その通水路９′に圧力水を供給してフラッシングを
行いながら上記削孔３０および小径削孔３２を掘削形成
するとともに、上記２本の小径管１０，１１を通じ、注
入剤および定着材として硬化剤，急結剤などのＡ液とセ
メントミルクなどの主剤であるＢ液を各別に供給し上記
削孔３０および小径削孔３２に充填する請求項１記載の
地盤補強工法である。

【００１３】請求項３記載の発明は、上記円柱状固結体
３１の中心に掘削形成し上記芯材３４を挿入した上記小
径削孔３２に、その開口端３２ａを水圧式パッカー３５
などで閉蓋し、上記定着材３７を充填する請求項１また
は２記載の地盤補強工法である。

【００１４】

【作用】本発明においては、円柱状固結体に小径削孔を
掘削形成し、さらにこの小径削孔内に芯材を挿入し、上
記円柱状固結体と同一材料の定着材を充填させて芯材入
り円柱状固結体を形成するもので、この芯材入り円柱状
固結体は、芯材を挿入していない円柱状固結体、あるい
は地山に打設したモルタル中に芯材を単に挿入しただけ
のものなどに比べ、先受けの場合は、曲げ強度および剪
断強度の増大を図って、軟弱な地質を有する地山を補強
するときのその施工本数を減らし、またシステムロック
ボルトの場合は、付着強度を増大させ、その長さを短く
できる。

【００１５】また、注入剤および定着材は、硬化剤，急
結剤およびセメントミルクなどの主剤を混合させたもの
であるので、注入剤および定着材の充填後に直ちに強度
発現を生じ、工事全体に要する時間を短縮できる。

【００１６】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。図において、１はガイドシェル２に搭載した油
圧削岩機である。この油圧削岩機１は、山岳トンネルの
施工現場で普通に配備使用される汎用機であって、所定
の打撃機構とロッド回転機構とを備えるとともに、ガイ
ドシェル２上を移動する推進機構を備えている。

【００１７】したがって、上記油圧削岩機１による比較
的大径の削孔３０は、ＡＢフォアパイリング工法の場合
のように回転力と推進力だけではなく、回転力と推進力
とに加え打撃力によって行うことができるものである。

【００１８】３は、油圧削岩機１に付設のウォータスイ
ベル４を通じ突出する出力ロッドにカップリング５を介
して接続した多孔ロッドである。この多孔ロッド３は、
カップリング５に装着する基端部６とビット８を装着す
る先端部７との間の大径部９内に、両端を閉じた２本の
小径管１０，１１を並列設置し、これら小径管１０，１
１内を注入剤通路１０’，１１’とし、かつこれら小径
管１０，１１の外側には、上記基端部６および先端部７
の通水路６’および７’と連通する通水路９’を区画形
成している。

【００１９】１２，１３は、多孔ロッド３の基端部６寄
りの所要位置に開設した注入剤通路１０’，１１’の注
入口で、両注入口１２，１３は該多孔ロッド３の軸線方
向に所要の間隔ｌをあけている。１４，１５は先端部７
寄りの所要の位置に開設した注入剤通路１０’，１１’
の噴出口である。

【００２０】１６は多孔ロッド３の大径部９に外接嵌合
設置される注入剤スイベルで、互いの接続端部１７’と
１８’とを着脱自在に螺合接続できるようにした雌環体
１７と雄環体１８とからなる。１９，２０はこれら雌環
体１７、雄環体１８の内周面に掘設した環状路で、連通
口２１，２２により外周面に開口している。２３，２３
および２４，２４は雌環体１７、雄環体１８の内周面に
環状路１９，２０の両側において嵌挿したＯリングであ
る。

【００２１】注入剤スイベル１６は、雌環体１７と雄環
体１８とを接続端部１７’の内周面の雌螺条と接続端部
１８’の外周面の雄螺条とを螺合することにより、その
雌雄螺条間に微細な逃がし路を形成した耐超高圧スイベ
ルとして機械的に組み立てられ、その組み立て状態で上
記多孔ロッド３に嵌合することによって、環状路１９，
２０を上記注入剤通路１０’，１１’の注入口１２，１
３に一致させた位置に定着されている。

【００２２】２５，２６は、注入剤スイベル１６の両
端、すなわち雌環体１７、雄環体１８の各外端と多孔ロ
ッド３との間に挿着した砲金ブッシュである。

【００２３】２７は基端を油圧削岩機１に取り付けた支
持アーム、２８はその先端に吊り下げた支持環帯で、こ
れに注入剤スイベル１６を支持させている。その支持環
帯２８は、注入剤スイベル１６をその接続端部１７’，
１８’の外周面に形成する環状凹溝２９に嵌合する上側
弧状片２８ａと下側弧状片２８ｂとをボルト・ナットで
緊締してなる。

【００２４】上記構成からなるこの装置を使用して行う
地盤補強工法は次のようにして実施される。ウォータス
イベル４に圧力水を供給する圧力水供給源を配管接続す
るとともに、注入剤スイベル１６に、その連通口２１，
２２を通じ硬化剤，急結剤などのＡ液とセメントミルク
などの主剤であるＢ液とを各別に供給すべく、それぞれ
の注入剤供給源を配管接続する。

【００２５】そして、油圧削岩機１を運転し対象地山に
慣行にしたがい所要のフラッシングを行いながら所要の
深さの比較的大径の削孔３０を行う。その後、注入剤す
なわち上記Ａ液およびＢ液をそれぞれの系統から送給し
つつ、多孔ロッド３を回転させるとともに引き抜きなが
ら、その注入剤を噴出口１４，１５から噴射させる（図
３参照）。

【００２６】これによって、注入剤と地山片とが撹拌混
合され、円柱状固結体３１を造成する（図４参照）。

【００２７】その後、上記油圧削岩機１の多孔ロッド３
により円柱状固結体３１の中心をその長手方向に沿って
再度掘削して小径削孔３２を形成し（図５参照）、次い
で多孔ロッド３をそのまま引き抜いて（図６参照）、こ
の小径削孔３２内にスペーサー３３を取り付けた芯材３
４を挿入する。

【００２８】そして、芯材３４の外端を小径削孔３２の
開口端３２ａに設けられた水圧式パッカー３５より突出
させ、注水ホース３６から水圧式パッカー３５内に注水
し、これを膨張させて開口端３２ａを閉蓋する（図７参
照）。

【００２９】次いで、円柱状固結体３１を造成した上記
注入剤と同じ材料の定着材３７をエアー抜きホース３９
により小径削孔３２内の空気を抜き取りながら、注入ホ
ース３８より小径削孔３２内を充填する。これによって
芯材入り円柱状固結体が形成されることになる。

【００３０】なお、小径削孔３２内に充填した定着材３
７が固化した後は、水圧式パッカー３５内の水を抜いて
これを収縮させ、芯材３４より抜き、その後に水圧式パ
ッカー３５の存在していた開口端３２ａにモルタル４０
を充填する。そして、システムロックボルト工による場
合には、皿板４１を介してナット４２を芯材３４に螺合
させて芯材入り円柱状固結体に作用する地山からの力に
対する反力を取る。

【００３１】このようにシステムロックボルト工による
場合は、上記芯材３４を挿入した小径削孔３２の開口端
３２ａを水圧式パッカー３５により閉蓋して定着材３７
を充填するので、例えば図９に示すように開口端３２ａ
が下を向いたトンネルの上側の地山の改良に使用するこ
とができる。

【００３２】なお、先受け工による場合は、小径削孔３
２内に充填した定着材３７が固化した後は、水圧式パッ
カー３５の存在していた開口端３２ａにモルタルを充填
するだけでよく、皿板４１を介してナット４２を芯材３
４に螺合させる必要はない。

【００３３】上記実施例では、円柱状固結体３１を造成
するときと、小径削孔３２を形成するときとで同一の油
圧削岩機１を用いたが、異なる削岩機を用いてもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明地盤補強工法は、円柱状固結体に小径削孔を形成
し、さらにこの小径削孔内に芯材を挿入し、上記円柱状
固結体と同一材料の定着材を充填させて芯材入り円柱状
固結体を形成するもので、この芯材入り円柱状固結体
は、芯材を挿入していない円柱状固結体、あるいは地山
に打設したモルタル中に芯材を単に挿入しただけのもの
などに比べ、先受けの場合は、曲げ強度および剪断強度
の増大が図れ、軟弱な地質を有する地山を補強するとき
のその施工本数を減らせ、またシステムロックの場合
は、付着強度を増大させ、その長さを短くできるという
効果がある。

【００３５】上記において、芯材は、円柱状固結体の中
心に掘削形成した小径削孔のさらに中心にスペーサーに
よって、正確に配置支持され、したがって、芯材入り円
柱状固結体したがってまた円柱状固結体の中心に設計ど
おりの位置に確実に埋設される。

【００３６】上記に加え、請求項２記載の発明によれ
ば、大径部内に２本の小径管を並列設置するとともにそ
れらの外側に通水路を区画形成してなる多孔ロッドを、
汎用の削岩機により使用し、その通水路に圧力水を供給
してフラッシングを行って、上記削孔および小径削孔を
簡単確実に掘削形成でき、また、上記２本の小径管を通
じ、注入剤および定着材として硬化剤，急結剤などのＡ
液とセメントミルクなどの主剤であるＢ液を各別に供給
し、上記削孔および小径削孔に予定どおり正確に 充填で
きる。

【００３７】さらに、請求項３記載の発明によれば、円
柱状固結体の中心に掘削形成し上記芯材を挿入した小径
削孔に、その開口端を水圧式パッカーなどで閉蓋し、上
記定着材を充填するから、その充填が確実であるととも
に、充填後に直ちに強度発現を生じ、工事全体に要する
時間を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る地盤補強工法の一例を示し、油
圧削岩機による削孔時の説明図である。

【図２】同上の注入剤充填開始時の説明図である。

【図３】同上の注入剤充填途中の説明図である。

【図４】同上の円柱状固結体造成状態の説明図である。

【図５】同上の円柱状固結体に小径削孔を形成する時の
説明図である。

【図６】同上の小径削孔を形成した状態を示す説明図で
ある。

【図７】同上の小径削孔に芯材を挿入し、水圧式パッカ
ーを装着した状態を示す部分拡大断面図である。

【図８】同上の地盤補強工法により造成された芯材入り
円柱状固結体を示す部分拡大断面図である。

【図９】同上の地盤補強工法が施される地山のシステム
ロックボルトの場合を示す断面図である。

【図１０】同上の地盤補強工法が施される地山の先受け
の場合を示す断面図である。

【図１１】同上の地盤補強工法に用いられる油圧削岩機
の一例を示す側面図である。

【図１２】同上の注入剤スイベルを外接嵌合した状態の
多孔ロッドの断面図である。

【図１３】図１２のＩ−Ｉ線断面図である。

【図１４】図１２のII−II線断面図である。

【図１５】図１２のIII −III 線断面図である。

【図１６】上記注入剤スイベルの分離状態の断面図であ
る。

【図１７】上記注入剤スイベルの支持装置の正面図であ
る。

【符号の説明】

３０ 削孔 ３１ 円柱状固結体 ３２ 小径削孔 ３２ａ 開口端 ３４ 芯材 ３５ 水圧式パッカー ３７ 定着剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−142915（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−24019（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−296006（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−34685（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−194299（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−143747（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/04 E02D 3/21 101 E21D 20/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地山に削孔を掘削形成し、その削孔にセメ
   ントミルクなどの注入剤を供給充填して円柱状固結体を
   造成すること、その円柱状固結体の中心に小径削孔を掘
   削形成し、その小径削孔内にスペーサーを取り付けた芯
   材を挿入して該芯材を上記小径削孔の中心に配置支持す
   ること、その小径削孔に上記注入剤と同一材料の定着材
   を充填して芯材入り円柱状固結体を造成することを特徴
   とする地盤補強工法。
2. 【請求項２】大径部内に２本の小径管を並列設置すると
   ともにそれらの外側に通水路を区画形成してなる多孔ロ
   ッドを使用し、その通水路に圧力水を供給してフラッシ
   ングを行いながら上記削孔および小径削孔を掘削形成す
   るとともに、上記２本の小径管を通じ、注入剤および定
   着材として、硬化剤，急結剤などのＡ液とセメントミル
   クなどの主剤であるＢ液とを各別に供給し上記削孔およ
   び小径削孔に充填することを特徴とする請求項１記載の
   地盤補強工法。
3. 【請求項３】上記円柱状固結体の中心に掘削形成すると
   ともに上記芯材を挿入した上記小径削孔に、その開口端
   を水圧式パッカーなどで閉蓋し、上記定着材を充填する
   ことを特徴とする請求項１または２記載の地盤補強工
   法。