JP3493014B2 - トンネル拡幅方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はトンネル拡幅方法に
係わり、特に、小断面トンネルからの拡幅方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】山岳等のトンネル工事で一般的なナトム
工法（ＮＡＴＭ工法）では、地山を掘削したあと（必要
な場合は壁をセメントで固めた後）、壁から岩盤内部へ
垂直に多数のロックボルトを打ち込み、セメント系或い
は樹脂系等の所定の定着材で定着させたり、パイプ式ロ
ックボルト内に圧液を注入して膨張拡径させたりして、
トンネルの内壁近くの地盤を強固にするとともに岩盤内
部の地盤で支持することで内壁周辺の崩落を防ぐように
している（支保工）。

【０００３】図１４は上記圧液を注入して膨張拡径する
パイプ式ロックボルトの製造方法の説明図である。鋼管
本体６１を半径方向に押し潰し二重にするとともに、両
脇を丸めて二重管６２を作る（図１４の(1)〜(3)）。そ
して、手元側端部である左側端部に膨張拘束用の円筒の
スリーブ６３を嵌め、端面を溶接し（図１４の(4)、
(5)）、スリーブ６３の側面所定箇所から中心方向へ二
重管６２における２つの管壁の間まで貫通する小孔６４
を穿設し(図16参照)、圧液（圧水等）の注入孔とする
（図１４の(5)）。又、図１５に示すように二重管６２の
先端部にも拘束用のスリーブ６５を嵌め、先端にコーン
６６を溶接することでパイプ式ロックボルト６７を完成
する。パイプ式ロックボルト６７のスリーブ６３の部分
断面を図１６に示す。

【０００４】図１７はパイプ式ロックボルト６７の使用
方法を示す説明図である。予め、トンネルの内壁６８か
ら垂直に地山６９の内部に向けてボアホール７０を穿孔
しておく（図１７の（１）参照）。パイプ式ロックボル
ト６７をボアホール７０に打設する場合、ロックボルト
打設用アダプタ８１を用いる。すなわち、ロックボルト
打設用アダプタ８１を打ち込み機（図示せず）のシャッ
クロッドに結合し、該打ち込み機を稼働し、スリーブ６
３位置にベアリングプレート８３を嵌め込んだパイプ式
ロックボルト６７を、コーン６６からボアホール７０の
中に打設する（図１７の（２）参照）。

【０００５】打設が終わったならば、ロックボルト打設
用アダプタ８１を外し、スリーブ６３に圧液注入用アダ
プタ８２を所定箇所まで嵌める（図１７の（３）参
照）。すなわち、パイプ式ロックボルト６７の手元側端
部に圧液注入用アダプタ８２を嵌め、スリーブ６３に形
成した注入孔６４と圧液注入用アダプタ８２の注入穴８
２ａを連通し、注入孔８２ａの入口から圧水等の圧液を
注入する。これにより圧液は注入孔８２ａ、注入孔６４
を通ってパイプ式ロックボルト６７の内部に入り、高圧
によりパイプ式ロックボルト６７の二重管６２を膨張拡
径する。この結果、パイプ式ロックボルト６７はボアホ
ール７０の周囲の地山と定着し、直ちにトンネルの内壁
近くの地盤を強固にするとともに岩盤内部の地盤を支持
することで内壁周辺の崩落を防ぐことができる。

【０００６】圧液の注入で定着し終わったならば、圧液
注入用アダプタ８２を外すと、パイプ式ロックボルト６
７の内部の液が抜ける。そして、必要であればパイプ式
ロックボルト６７の内部に適宜の注入材を注入する。
（図１７の（４）参照）。かかるパイプ式ロックボルト
によれば、素早く、簡単な取り付け作業で二重管すなわ
ちボルト６７が放射方向に膨張拡径して周囲地山の岩
盤、地盤、土壌を瞬時に締め付ける。しかし、かかるパ
イプ式ロックボルトはTBMを用いて導坑掘削後に拡幅し
て本坑掘削を行う場合に用いることができなかった。こ
れは小断面の先進導抗からは、後に本抗となる部分のさ
らに外側の地山まで到達させるような長いロックボルト
を打ち込むことが出来ないためである。

【０００７】TBM工法は図18に示すように先進導坑部分
(既設トンネル)７１をTBM（トンネルボーリングマシ
ン）で掘削し、後にその導坑内壁７２から本坑掘削線７
３まで所望のトンネル断面に切り拡げる工法のように導
坑掘削後に断面拡幅して本坑掘削を行う場合、導坑で打
設するロックボルトとしてFRPボルト等のカプラで接続
延長可能で、且つ切断可能なものを用い、拡幅時にこの
ＦＲＰボルトを切断する。そして、FPRボルトの全長に
ネジ部が形成されていれば新たな断面でナットを嵌め、
ネジ部がなければ新たな断面からロックボルトを打設し
直す。しかし、いずれにしても導坑掘削後に拡幅して本
坑掘削を行う場合、導坑で打設した仮設のロックボルト
は、撤去・廃棄される形となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上、TBM工法において
導坑で打設した仮設のロックボルトは、撤去・廃棄され
るが、この仮設部分にも、本坑支保用のロックボルトと
同等の材料と施工手間が必要とされて無駄となってい
る。また仮設のロックボルトによって拡幅領域の地盤安
定化は図られるが、地盤が締められた分だけ拡幅領域の
掘削の障害となる結果にもなっていた。以上から、本発
明の目的は、施工が簡単で確実な仮支保を行うことが出
来、且つ、拡幅掘削作業を阻害しない、拡幅に適したパ
イプ式ロックボルトを用いたトンネル拡幅方法を提供す
ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によれ
ば、トンネル断面を拡幅するに際し、先に形成した第
１のトンネル断面から、後に形成する第２の断面に適し
たロックボルト打設長に対応した深さ位置までロックボ
ルト打設孔を穿孔し、前記ロックボルトの雌ネジ部に
雄ネジ部を有する中空のアダプタを結合し、ロックボ
ルトの手元側スリーブが前記第２の断面の掘削予定線よ
り奥側の前記ロックボルト打設孔内に位置するように該
ロックボルトを挿入し、該アダプタを介してロックボ
ルトに圧液を注入して該ロックボルトを膨張させ、膨
張後、アダプタを孔から回収する形でロックボルトを打
設し、複数本のロックボルト打設後、第２の断面を掘削
形成することによりトンネル断面を拡幅する。このよう
にすれば、施工が簡単で確実な仮支保を行うことが出
来、且つ、拡幅掘削作業を阻害しない。なお、第２の断
面を掘削形成後、前記ロックボルトの雌ネジ部にボルト
をねじ込むと共に該ボルトを第２の断面より突出させ、
該ボルトをナット締めすることにより、より地盤強度を
高めることが可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図1は本発明のトンネル拡幅方法
に適用できるパイプ式ロックボルト(先端部)１０の斜視
図であり、二重管11は図14で説明したように鋼管を押し
つぶしてから丸く成形したもので、その先端と後端にス
リーブ１２，１３がを嵌め込まれている。二重管１１の
先端部に嵌め付けられたスリーブ１３には円錐状のコー
ン１４が装着されており、この先端スリーブ１３は図3
に示すようにコーン１４と一体になって二重管１１内部
の空間１１ａ，１１ｂを蓋する形になっている。二重管
１１の後端部のスリーブ１２は雌ネジ付きスリーブにな
っていて、雌ネジ部１２ａの内部は図2に示すように流
路１２ｂを介して二重管１１の内部の圧液が入る空間１
１ａと連通している。このパイプ式ロックボルト１０に
は、雌ネジ部１２ａを介して後述する中間部あるいは後
端部あるいはボルトが結合可能であり、これらを結合す
ることにより適宜の長さのロックボルトを形成したり、
圧液を注入することができるようになっている。

【００１１】図４はパイプ式ロックボルトの中間部２０
の斜視図である。中間部２０の二重管２１の一方には図1
のロックボルト１０の前記雌ネジ付きスリーブ１２に螺
合可能な雄ネジ付きスリーブ２２が嵌着され、他方に雌
ネジ付きスリーブ１２と同一構成の雌ネジ付きスリーブ
２３が嵌着されている。雄ネジ付きスリーブ２２は図５
に示すように、そのネジ部２２ａが中空になっていて、
中空部は二重管２１の内部の圧液が入る空間２１ａと流
路２２ｂを介して連通している。従って、中間部２０の
圧液が入る空間２１ａは雄ネジ付きスリーブ２２および
雌ネジ付きスリーブ２３を介してそれぞれ先端、後端両
方で外部と連通している。中間部２０には、雌ネジ部２
３ａを介して後端部、即ち打設／注入用アダプタを結合
することができる。

【００１２】図6はパイプ式ロックボルトの後端部（打
設／注入用アダプタ）３０の斜視図である。打設／注入
用アダプタ本体３１の一端には中間部20の雌ネジ部２３
ａに螺合する雄ネジ部３１ａが形成され、他端には圧液
注入用アダプタ32を受容する受容部３１ｂが形成され、
内部に中空部３１cが形成されている。この中空部３１ｃ
は受容部側が塞がれているが雄ネジ側は開放され、受容
部31bには中空部３１ｃに連通する小孔31dが形成されて
いる。圧液注入用アダプタ３２には、受容部３１ｂに形
成した小孔３１ｄと連通する注入口３２ａが形成されて
いる。圧液注入用アダプタ３２を受容部３１bに嵌め、
注入口３２ａから圧水等の圧液を注入すると圧液が小孔
３１ｄを通って中空部31cに到り、中間部２０、先端部１
０の空間２１ａ，１１ａに到り、高圧によりこれら中間
部、先端部の二重管２１，１１を膨張拡径する。

【００１３】図1のロックボルトを拡幅用に用いる場
合、後端部（打設/注入用アダプタ）３０はその長さＬ1
が、TBM坑内壁から本坑掘削線までの巾L2(図8参照)に対
応した長さとなるように設定するのが好ましい。なお、
後端部を図1のロックボルトの延長用に用いる場合、図
７に示す別のタイプを用いても良い。図7のロックボル
ト後端部４０は、二重管４１の一端に雄ネジ付きスリー
ブ４１ａを嵌着すると共に、他端に従来と同一構成のス
リーブ４３を装着し、その端面を溶接して塞いだ形にな
っている。また、スリーブ４３の側面所定箇所から中心
方向へ二重管４１における２つの管壁の間まで貫通する
小孔４３ａが穿設されている。

【００１４】 図8〜図13は本発明のトンネル拡幅方法
の説明図である。まず、図８に示すように、TBM坑内壁
５１から所望の深さに達するようにボアホール５０の穿
孔を行い、ロックボルト１０を、本坑掘削線５２より奥
に雌ネジ付きスリーブ１２が位置する形となるよう挿入
する。図8では図示していないが、挿入作業は打設／注
入用アダプタ３０(図6)をロックボルト１０の雌ネジ部
１２に接続しておこなう。打設／注入用アダプタ３０を
接続することにより、ボアホール５０の奥の、所定の位
置にロックボルト１０を簡単に挿入することができる。
この場合、本坑掘削線５２までの巾L2がTBM坑断面巾よ
り大きい場合には、すなわち、作業空間が狭い場合に
は、打設/注入用アダプタを複数本に分割しておき、ロ
ックボルト１０をボアホール内に挿入しながらアダプタ
を順に接続していっても良い。

【００１５】以上により、ロックボルト１０を挿入して
から、打設／注入用アダプタ３０の受容部３１bに圧液
注入用アダプタ３２を嵌め込み、注入口よりロックボル
ト10の二重管１１内部に圧液を注入する（通常は水を圧
力注入）。これにより、二重管１１が円形に戻る形で図
９に示すように膨張し、定着材の注入作業を行わなくて
も瞬時にロックボルトが摩擦力で地山に定着される。こ
うしてTBM坑内壁から本坑掘削の奥で事前補強が行われ
る。しかる後、打設／注入用アダプタ(図示せず)を地山
に定着されたロックボルト１０の雌ネジ１２から螺合解
除し、ボアホール５０から引き抜き、回収する。次に、
トンネル断面を本坑掘削線５２まで拡幅する。この際、
掘削領域にはロックボルトがなく、また、掘削線より奥
側地盤は締め固められて事前補強されている。このた
め、簡単な施工で確実な仮支保を行え、本坑掘削作業の
安全性が図られ、しかも、掘削の障害となることはな
い。

【００１６】なお、ロックボルト１０はその後端が雌ネ
ジスリーブ１２となっており、定着材もナットワッシャ
ーも用いることなく定着可能であるため、拡幅後にナッ
トワッシャーで締め付けることなくロックボルトの全長
をボアホール内に配置させた状態で定着させることが可
能である。ただし、本設のロックボルトとして用いる場
合は、図１０に示すように雌ネジ部１２にボルト５５を
接続して本坑トンネル断面内に突出させ、図1１に示す
ように、プレート５６をボルト５５に挿入し、該プレー
トを嵌めナット５７で本坑の吹付け面に締め付ける。こ
のようにすれば、本坑断面の支保用に新たなロックボル
トを打設し直す必要がなく、ロックボルトをナット締結
するという要求に応えることができる。

【００１７】 また、ロックボルト１０は、その雌ネジ
部１２を利用して、図４に示す中間部２０を接続し、任
意の長さに延長することが可能である。従って、長尺施
工を行うのに便利である。即ち、図1２に示すように、
雌ネジ部１２を利用して、これに中間部、後端部の雄ネ
ジ部２２，３１ａを接続すれば、現場で所望の長さのロ
ックボルトを施工することが可能となる。したがって、
先進導坑のように断面が小さい空間からの作業で長尺の
ボルトを施工することが可能となる。このように長尺施
工を行う場合でも、後端部(打設／注入用アダプタ)３０
から圧液注入を行えば、直ちに図１３に示すように二重
管１１，２１が全長に亘って膨張して確実な定着が図ら
れる。従って、施工が簡単である。

【００１８】以上詳細に説明したが、本発明の拡幅工法
の適用は、上述のTBM坑からの拡幅に限定されるもので
はなく、既設トンネルから切り拡げる形で新設トンネル
を掘削する場合など、掘削断面を変更する場合に好適に
適用可能である。

【００１９】

【発明の効果】以上、本発明によれば、地山面の数メート
ル奥で膨張させることができるため、拡幅前に奥側地盤
を締め固めて事前補強できるため、施工が簡単で確実な
仮支保を行うことが出来、且つ、拡幅掘削作業を阻害し
ない、拡幅に適したパイプ式ロックボルトを用いたトン
ネル拡幅工法を提供することができる。又、本発明によ
れば、定着材もナットワッシャーも用いることなくロッ
クボルトを定着可能であるが、後端が雌ネジスリーブと
なっているため、該雌ネジ部にボルトを接続し、該ボル
トにプレートを挿入して嵌めナットで締め付けることに
より本設のロックボルトとして機能させることもでき
る。従って、本発明によれば、本坑断面の支保用に新たな
ロックボルトを打設し直す必要がなく、また、ロックボ
ルトをナット締結するという要求に応えることができ
る。

【００２０】また、本発明によれば、ロックボルトの後
端が雌ネジスリーブとなっているため、該雌ネジ部を利
用して中間部を接続し、任意の長さに延長することが可
能であり、長尺施工を行うのに便利である。又、本発明
によれば、ロックボルトを適宜の長さに調節することが
でき、狭い作業空間からでもロックボルトの施工を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のトンネル拡幅方法に適用できるロック
ボルト(先端部)の斜視図である。

【図２】ロックボルトの雌ネジ付きスリーブ部分の縦断
面図である。

【図３】ロックボルトの先端部の縦断面図である。

【図４】中間部の斜視図である。

【図５】中間部の雄ネジ付きスリーブ部分の縦断面図で
ある。

【図６】後端部(打設／注入用アダプタ)の斜視図であ
る。

【図７】別の後端部(打設／注入用アダプタ)の斜視図で
ある。

【図８】本発明のトンネル拡幅方法説明図(工程１)であ
る。

【図９】本発明のトンネル拡幅方法説明図(工程２)であ
る。

【図１０】本発明のトンネル拡幅方法説明図(工程３)で
ある。

【図１１】本発明のトンネル拡幅方法説明図(工程４)で
ある。

【図１２】本発明の別のトンネル拡幅方法説明図(工程
１：長尺施工を行う場合)である。

【図１３】本発明の別のトンネル拡幅方法説明図(工程
２：長尺施工を行う場合)である。

【図１４】パイプ式ロックボルトの製法説明図である。

【図１５】従来のパイプ式ロックボルトの斜視図であ
る。

【図１６】従来のパイプ式ロックボルトの断面図であ
る。

【図１７】従来のパイプ式ロックボルトの使用方法説明
図ある。

【図１８】TBM工法説明図である。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル断面を拡幅するに際し、 先に形成した第１のトンネル断面から、後に形成する第
   ２の断面に適したロックボルト打設長に対応した深さ位
   置まで、ロックボルト打設孔を穿孔し、 パイプ体の両端に拘束用のスリーブが嵌め込まれ、手元
   側のスリーブに雌ネジ部が設けられたロックボルトの該
   雌ネジ部に雄ネジ部を有する中空のアダプタを結合し、 ロックボルトの手元側スリーブが前記第２の断面の掘削
   予定線より奥側の前記ロックボルト打設孔内に位置する
   ように該ロックボルトを挿入し、 該アダプタを介してロックボルトに圧液を注入して該ロ
   ックボルトを膨張させ、 しかる後、アダプタを孔から回収しする形でロックボル
   トを打設し、 複数本のロックボルト打設後、第２の断面を掘削形成す
   る、 ことを特徴とするトンネル拡幅方法。
2. 【請求項２】 前記第２の断面を掘削形成後、前記ロッ
   クボルトの雌ネジ部にボルトをねじ込むと共に該ボルト
   を第２の断面より突出させ、 該ボルトをナット締めする、 ことを特徴とする請求項1記載のトンネル拡幅方法。