JP3675705B2 - 地山補強工法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えばトンネルの先受け工や切羽鏡部の補強工もしくは斜面安定工法などに適用する地山補強工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来たとえば山岳トンネル工法におけるトンネル掘削時の地山安定補助工法として先受け工や切羽鏡部の補強工が知られている。図７は先受け工の一例を示すもので、掘削中のトンネル先端の切羽鏡部Ｗの上縁部に沿って孔あき鋼管等よりなる補強管１が切羽前方に向かって打設されている。図中、Ｗ１は上記切羽鏡部Ｗに吹き付けた吹付コンクリート、Ｓは二次覆工コンクリート打設空間を示す。
【０００３】
上記のような補強管の打設方法としては、通常いわゆる二重管方式が採用され、削孔ロッドの先端に装着した拡径ビットまたは直径１００ｍｍ程度の孔あき鋼管よりなる補強管の先端に設けたリングビットにより削孔を施すと共に、孔あき鋼管を順次継ぎ足しながら所定長さの補強管を打設する。
【０００４】
その際、上記補強管１は、図に示すように掘削したトンネル空間Ｔ内に既に建て込んだ鋼製支保工Ｆの内側から、後に建て込まれる切羽前方の支保工Ｆの背面側（上面側）に、それと最小限の離間距離で補強管１が配置されるようにするため、水平方向もしくはトンネル掘削方向に対して通常４〜５度程度の仰角θをつけて打設する。
【０００５】
上記のようにして打設した補強管１を介して図８（ａ）に示すように切羽鏡部Ｗの前方の地山Ｍ内に固結材Ｇを注入するもので、その注入した固結材は同図（ｃ）に示すように補強管１とその補強管１を打設した削孔ｈの内面との隙間内に充填されて補強管１と地山とを密着固定されると共に、孔あき鋼管等よりなる補強管１の周囲の貫通小孔（図に省略）から地山内に固結材が浸透・固化して切羽前方の地山内に図８（ｂ）のようなアーチ状の固結領域が形成され、それによって地山が改良されると共に、岩片或いは土粒子間の結合力が高められて補強されるものである。
【０００６】
なお上記のようなトンネルの先受け工や鏡部補強工に用いる固結材としては、一般にセメント系やレジン系等の各種固結材料が用いられており、そのセメント系固結材には、一般に広く用いられている標準的なセメントミルクやプレミックスモルタル等の通常のセメント系固結材と、特殊な速硬セメント、或いは微粒子セメントと急硬材を組み合わせた材料からなる速硬性のセメント系固結材とがある。またレジン系固結材としては例えばウレタン系樹脂が多く用いられている。
【０００７】
また固結材の充填方法としては、例えば図９（ａ）に示すように削孔ｈの開口部（口元部）側から注入管Ｐにより連続的に一括注入する連続一括注入方式と、同図（ｂ）に示すように長さの異なる複数本の注入管Ｐ１〜Ｐ３を設けて短い注入管から順に注入するインターバル注入方式とがある。図中、Ｃ１，Ｃ２は補強管１と削孔ｈの口元部との間、および補強管と注入管との間に介在させたコーキング材である。
【０００８】
前記の通常のセメント系固結材は、材料費が安く経済的であると共に、ゲルタイム（硬化までの時間）が一般に３０分以上と比較的長いために、浸透性が良く、地山改良範囲が広い。すなわちゲルタイムが短いと広範囲に浸透する前に固まってしまうが、ゲルタイムが長いと広い範囲に浸透させることができるという利点がある。しかし、その反面、ゲルタイムが長いことから、図１０（ａ）のように連続一括注入する場合、および同図（ｂ）のようにインターバル注入する場合のいずれにおいても固結材が未硬化状態で切羽近傍の荒れた地山空隙に逸走し、解放されている切羽側へリークが発生し、その結果、地山奥部の改良予定範囲へ固結材が行き渡らない可能性がある。
【０００９】
一方、前記の速硬性セメント系固結材のゲルタイムは比較的短く、例えば一般に広く用いられている標準的なセメントミルクやプレミックスモルタルのゲルタイムは３０分以上、またウレタン樹脂のゲルタイムは３０〜１２０秒程度である。そのため例えばインターバル注入する場合には、リークが生じたところで間欠的に注入を止めて地山空隙内の樹脂を硬化させ、様子を見ながら再注入していく、また連続一括注入の場合には注入量を調節することにより、リーク対策が可能なことが知られているが、ポンプやノズルを詰まらせることなくこれを行うには、高度な熟練と勘が必要とされる。また速硬性セメント系固結材やレジン系固結材は、通常のセメント系固結材に比べてコストが高く、しかも通常トンネル施工現場にはない特殊なポンプや混練装置が必要となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点に鑑みて提案されたもので、補強すべき領域の全長にわたって均一で確実な地山改良効果が得られ、かつ経済性がよく、しかも施工が容易な注入式地山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】
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。
【００１２】
即ち、周壁に多数の貫通小孔を有する管を順次継ぎ足して所定長さの補強管を地山内に打設し、その補強管を介して該補強管内およびその周囲の地山内に固結材を注入して固結領域を形成し、その固結領域と上記補強管とで地山を補強する地山補強工法において、全体が略筒状に形成され、径方向に伸縮可能なゴム等の非通液性材料よりなる可膨張部と、少なくとも径方向には伸縮性のない若しくは少ない布等の通液性材料よりなる非膨張性通液部とで構成されてなるバルクヘッド形成用のパッカーを、上記補強管の口元部分の所定長位置に配置し、上記パッカー内に固結材を充填することによって上記可膨張部を膨らませて上記補強管内に仕切りを形成すると共に、上記非膨張性通液部から滲出した固結材が補強管周囲の地山内にも滲出し硬化して固結材よりなる隔壁が形成された後、上記パッカーよりも口元側の所定長分に対応した領域の補強管内およびその周囲の地山内に、ゲルタイムの短い固結材を注入してバルクヘッドを形成し、そのバルクヘッドが形成された領域より奥側の補強管内およびその周囲の地山内に、ゲルタイムの長い固結材を注入して、上記バルクヘッドにより口元側へのリークを防止しつつ、ゲルタイムの長い固結材を広範囲の地山に浸透させて地山を補強することを特徴とする。
【００１３】
なおゲルタイムの短い固結材としては、例えばゲルタイムが２分以内の速硬性セメント系固結材やレジン系固結材を用いるとよく、より好ましくはゲルタイムが１分前後のレジン系固結材を用いるとよい。またゲルタイムの長い固結材としては、ゲルタイムが３０分以上の通常のセメント系固結材を用いることができる。
【００１４】
【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。図１は本発明による地山補強工法をトンネル掘削時の先受け工に適用した実施形態の概略構成の断面図、図２はその一部の拡大断面図である。
【００１５】
本実施形態は、補強管１として外径１００mm程度で周壁に多数の貫通小孔を有する孔あき鋼管１１を、地山に対して所定の打設角度にセットして、二重管方式で削孔しながら順次継ぎ足して所定長さの補強管１を打設する。その打設方法は従来と同様の要領で行うことができる。
【００１６】
補強管１としては、図３（ａ）に示すように全長にわたって孔あき鋼管１１を用いたもの、あるいは同図（ｂ）のように口元部分の例えば１本分をエキスパンドメタルやパンチングメタル等の多孔管１２で構成したもの等を用いることができる。
【００１７】
本発明の特徴は、図２に示すように、補強管全長に対する口元部の所定長さ分（１ｍ〜５ｍ程度）をバルクヘッド領域として、この部分の補強管周囲の地山にレジン系もしくは速硬性セメント系固結材等のゲルタイムの短い固結材を注入して地山自体にバルクヘッドＢを形成する点にある。このバルクヘッドＢは、例えばウレタン樹脂等のレジン系固結材にあっては３０〜１２０秒程度で固結し、速やかに且つ口元の緩んだ部分に限定して形成することができる。そして上記バルクヘッドＢより奥側には、ゲルタイムの長い例えばセメント系固結材を注入し、広範囲にわたって浸透および硬化させて固結領域Ａを形成することにより、的確な地山改良効果が得られるものである。
【００１８】
上記のバルクヘッドＢを形成するには、例えば図４に示すようなバルクヘッド形成用のパッカー２を用いる。図示例のパッカー２は、その内部に後述する固結材注入管やリターンパイプ等を挿通し得るように全体が略筒状に形成され、図のように径方向に伸縮可能なゴム等の非通液性材料よりなる可膨張部２ａと、少なくとも径方向には伸縮性のない若しくは少ない布等の通液性材料よりなる非膨張性通液部２ｂとで構成されている。なお、上記の通液性とは、バルクヘッドを形成するための固結材、例えばウレタン系樹脂等のレジン系固結材や速硬性セメント系固結材が未硬化状態において透過可能であることをいう。
【００１９】
次に、施工手順について説明する。先ず、前記従来例と同様に切羽鏡部Ｗの上部の所定位置に補強管１として前記図３（ａ）または（ｂ）に示すような所定長さの穴あき鋼管１１を順次継ぎ足しながら、図３（ｂ）にあっては最後に多孔管１２を継ぎ足して所定長さの補強管１を打設する。次いで、図５（ａ）に示すように、通常のセメント系固結材等のゲルタイムの長い固結材を補強管１内に注入するための注入管３、パッカー内に固結材を充填するためのパッカーホース４、バルクヘッド形成用のレジン系もしくは速硬性セメント系固結材等を注入するバルクヘッド用ホース５、補強管内のエアを排出する排気ホース６等を束ねると共に、パッカー２を図のように所定位置にセットしたものを上記補強管１内に挿入する。なお、上記パッカー２の前端および後端部は、注入管３およびホース４，６等の外周に嵌めてバンドや紐もしくは適宜の締着手段で締め付け固定しておく。
【００２０】
この状態で、パッカーホース４からパッカー２内に固結材を充填するもので、その固結材としてはレジン系もしくは速硬性セメント系等のゲルタイムの比較的短い固結材を用いるとよく、本実施形態ではゲルタイム３０〜１２０秒程度のウレタン樹脂を注入する。すると、本実施形態のパッカー２では、図５（ｂ）に示すように、パッカー内に注入されたレジン系固結材がゴム等よりなる可膨張部２ａを膨らませ、補強管１内に仕切り（隔壁）が形成され、これより奥側にレジン系固結材がいくのが防止される。さらにパッカーホース４からパッカー２内に固結材を注入することによって、布等よりなす非膨張性通液部２ｂから固結材Ｇが滲出し、この位置の補強管周囲の地山内にも滲出して硬化し、ここに固結材Ｇよりなる隔壁が形成される。
【００２１】
この状態で、バルクヘッド形成用ホース５を介して上記パッカー２より口元側の補強管１内にレジン系もしくは速硬性セメント系等のゲルタイムの比較的短い固結材を注入すると、図６（ａ）に示すように、その固結材が補強管１を構成する鋼管１１の周壁に設けた小孔１１ａもしくは多孔管１２の開口部１２ａから該鋼管１１もしくは多孔管１２の周囲の地山内に浸透して直ちに硬化する。従って、バルクヘッド形成用パッカー２を設置した位置より口元側の所定長分の地山は、補強管１の削孔打設によってもっとも緩んで、固結材のリーク道となり得る空隙が形成されているわけであるが、その空隙が、ゲルタイムの短いレジン系固結材によって効果的に充填、改良され、バルクヘッドＢとなる。
【００２２】
次いで、図６（ａ）の矢印のように、中空の固結材注入管３からパッカー２より奥側の補強管１内にセメント系固結材等のゲルタイムの長い固結材を所定の圧力で注入する。その固結材は、ゲルタイムが長いので、直ちに硬化することなく、補強管１内に順次満たされていく。その際、補強管１内のエアは排気ホース６を介して口元側の補強管端部から外部に排出される。
【００２３】
上記のようにして補強管１内に進入した固結材は、その補強管１を構成する鋼管１１の周壁面に形成した貫通小孔１１ａから削孔内および周囲の地山内に広範囲に浸透していく。そして周囲の地山内および補強管１内に固結材が充分に満たされると、排気ホースを介して固結材が口元側に溢れ出し、それによって固結材が補強管１内および周囲の地山内に充分に浸透したことが確認され、その状態で固結材の注入を停止する。
【００２４】
上記のようにして経済性が良くゲルタイムの長いセメント系固結材により、パッカー２より奥側に位置する地山内の広範囲に該固結材が途中で硬化することなく良好に浸透していき固結領域Ａが形成されて地山の改良が施されるわけであるが、当該セメント系固結材の注入時に、パッカーより口元側の緩んだ地山部分は既にレジン系固結材によってバルクヘッドＢが形成されているため、ゲルタイムが長く浸透性の良いセメント系固結材の口元側（切羽側）へのリークは良好に防止される。従って、例えば前記のようなインターバル注入を行うことなく、また全長にわたって、均一で確実な地山改良効果が得られる。また、リークを生じさせることなく注入予定個所に適切な種類の固結材を適量注入することができるので、経済性および施工性が良い。
【００２５】
なお上記図１に示す例の長尺先受け工では、トンネル掘進と共に順次断面を拡幅していくが、先受け鋼管の後端部（口元部分）を切除できるようにしておくことにより、無拡幅で地山補強を行うことも可能である。これには前記図３（ｂ）に示すように、口元部分の例えば1本分程度（例えば３ｍ程度）の補強管を、エキスパンドメタルやパンチングメタル等の多孔管１２で構成するとよい。そのようにすると、切羽の進行に伴ってトンネル空間に露出してくる多孔管を掘削機械によって容易に切除することができるので、本発明をトンネルの長尺先受工に適用した場合において、トンネル断面の拡幅を行う必要がなくなり、その分、埋め戻す覆工コンクリートを減らすことができる。また上記のような多孔管１２を用いることによって、口元部分に注入されるレジン系固結材の地山に対する浸透性を向上させることができ、一層バルクヘッド効果を向上させることができる。
【００２６】
なお上記実施形態においては、多孔管１２としてエキスパンドメタルやパンチングメタルよりなる管を用いたが、合成樹脂製の多孔管を用いてもよく、また鋼管１１の代わりに合成樹脂製の孔あき管等を用いることもできる。
【００２７】
また上述した実施形態においては、トンネルの先受け工に適用した例を示したが、補強管１を切羽に対して略直角に前方に向けて打ち込む切羽鏡部の補強工や、補強管を用いた斜面安定工等を含めた様々な地山補強工法に適用することも可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、補強管を用いた固結材注入式の地山補強工法において、補強管の口元部分に対応した領域の地山内に、ゲルタイムの短い固結材によるバルクヘッドを形成し、それよりも奥側に、ゲルタイムの長い固結材を注入するようにしたから、上記バルクヘッドにより口元側へのリークを防止しつつ、ゲルタイムの長い固結材を広範囲の地山に浸透させて地山を補強することができるもので、例えば前記のようなインターバル注入を行うことなく、また全長にわたって、均一で確実な地山改良効果を得ることができる。またゲルタイムの短い比較的高価な固結材の使用量は少なくて済むので安価に施工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一実施形態を示す概略構成の断面図。
【図２】その一部の拡大図。
【図３】（ａ）および（ｂ）は補強管の構成例を示す説明図。
【図４】バルクヘッド形成用パッカーの一部縦断側面図。
【図５】本発明による地山補強工法の施工要領の説明図。
【図６】本発明による地山補強工法の施工要領の説明図。
【図７】従来の地山補強工法の一例を示す概略構成の断面図。
【図８】（ａ）は従来の地山補強工法の一部の断面図。
（ｂ）はその縦断正面図。
（ｃ）は（ａ）におけるｃ−ｃ線拡大断面図。
【図９】（ａ）は連続一括注入方式による固結材注入状態の説明図。
（ｂ）はインターバル注入方式による固結材注入状態の説明図。
【図１０】（ａ）は連続一括注入方式による固結材のリーク状態を示す説明図。
（ｂ）はインターバル注入方式による固結材のリーク状態を示す説明図。
【符号の説明】
１ 補強管
１１ 鋼管
１２ 多孔管
２ パッカー
２ａ 可膨張部
２ｂ 非膨張通液部
３ 固結材注入管
４ パッカーホース
５ レジンホース
６ 排気ホース６
Ａ 固結領域
Ｂ バルクヘッド
Ｔ トンネル空間
Ｒ 支保工
Ｗ 切羽鏡部
Ｍ 地山
ｈ 削孔

Claims (2)

1. 周壁に多数の貫通小孔を有する管を順次継ぎ足して所定長さの補強管を地山内に打設し、その補強管を介して該補強管内およびその周囲の地山内に固結材を注入して固結領域を形成し、その固結領域と上記補強管とで地山を補強する地山補強工法において、
   全体が略筒状に形成され、径方向に伸縮可能なゴム等の非通液性材料よりなる可膨張部と、少なくとも径方向には伸縮性のない若しくは少ない布等の通液性材料よりなる非膨張性通液部とで構成されてなるバルクヘッド形成用のパッカーを、上記補強管の口元部分の所定長位置に配置し、上記パッカー内に固結材を充填することによって上記可膨張部を膨らませて上記補強管内に仕切りを形成すると共に、上記非膨張性通液部から滲出した固結材が補強管周囲の地山内にも滲出し硬化して固結材よりなる隔壁が形成された後、
   上記パッカーよりも口元側の所定長分に対応した領域の補強管内およびその周囲の地山内に、ゲルタイムの短い固結材を注入してバルクヘッドを形成し、そのバルクヘッドが形成された領域より奥側の補強管内およびその周囲の地山内に、ゲルタイムの長い固結材を注入して、上記バルクヘッドにより口元側へのリークを防止しつつ、ゲルタイムの長い固結材を広範囲の地山に浸透させて地山を補強することを特徴とする地山補強工法。
2. ゲルタイムの短い固結材として、ゲルタイムが２分以内のレジン系もしくは速硬性セメント系固結材を用い、ゲルタイムの長い固結材としてゲルタイムが３０分以上の通常のセメント系固結材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。

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