JP3882118B2

JP3882118B2 - 地山補強用鋼管及びこれを用いるトンネル掘削工法

Info

Publication number: JP3882118B2
Application number: JP2002354034A
Authority: JP
Inventors: 守花輪; 広典三澤; 吉敬木村; 健二廣瀬; 基一吉田
Original assignee: Toho Kinzoku Co Ltd; Kajima Corp
Current assignee: Toho Kinzoku Co Ltd; Kajima Corp
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2022-12-05
Also published as: JP2004183400A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル掘削等において、地山の補強に使用される補強用鋼管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
軟弱な地盤のトンネル工事においては、地山補強のため、掘削場所の近傍に鋼管Ｐを打設し、該鋼管中にモルタルやウレタン樹脂等の注入材を注入して該鋼管に設けた透孔から地山Ｍに浸透させる工法（ＡＧＦ工法と呼ばれる）が採用されている。この工法では、地山を注入材の注入により補強した後掘削するが、このとき、露出する鋼管の後端部は邪魔になるので順次切断除去している。
【０００３】
上記地盤改良法としては、地盤中に補強パイプを挿入し、多重管に複数のパッカーを取り付けたものを前記補強パイプ内に挿入し、該パッカーを膨らませて補強パイプ内を複数の空間に遮断し、それぞれの空間にある注入口から地盤改良材を地盤中に注入する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、鋼管の奥まで注入材を供給するとともに、鋼管の内容積を減少させて注入材の量を少なくてすむようにするものとして、地盤中に打設される鋼管中に棒状スペーサを挿入する方法も提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−７６８２２号公報
【特許文献２】
特開平７−３００８５０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記切断した鋼管内にはウレタン等の注入材が詰まっているが、注入材が内部に詰まった鋼管をそのまま産業廃棄物として廃棄するのは、法規制上及び公害防止の見地から問題となっており、鋼管と硬化した注入材とを分離して廃棄する必要が生じている。しかしながら、上記特許文献には、この点に関する記載はない。
【０００６】
上記鋼管と注入材とを分離する方法として従来現場で具体的に採用されてきた方法は、鋼管を縦方向に溶断して分離し、内部の注入材を取り除く方法である。しかしながら、この方法は、分離に手間がかかり、溶断時に有害なガスが発生するという問題点があった。そこで本発明は、内部に注入材が残留している地山補強用鋼管から注入材を簡単に分離することができるようにすることを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は次のような構成を採用した。すなわち、請求項１に記載の地山補強用鋼管は、地山に打設され、内部に注入された地山補強用注入材を地山に浸透させて該地山を補強するために使用される鋼管であって、該鋼管の外周部に長手方向に所定の間隔をおいて形成した複数の環状溝によって該鋼管を複数の区分に仕切るとともに、該環状溝で仕切られた各区分にそれぞれ長手方向の複数のスリットを設けてなり、該複数のスリットは、隣接する前後の区分では周方向の位置が互いにずらされていることを特徴としている。
【０００８】
切断後の分割を容易にするため、前記スリットの端部は、請求項２に記載した発明のように、前記環状溝を越えて反対側部分に達しているのが好ましい。また、請求項３に記載の発明のように、鋼管の後端部に注入材注入用の管や鋼管の端部を閉塞する栓を取り付けるための塩ビ管を螺着する雌ねじ部を設ける場合は、この部分の強度が低下し過ぎないように、該雌ねじ部の内側端部の位置では、前記スリットを数ｍｍ間隔で中断しておくのが好ましい。
【０００９】
また、請求項４に記載のトンネル掘削工法は、地山の掘削場所の天盤上に所定角度で複数の補強用鋼管を直列に継ぎ合わせて打設し、該鋼管内に補強用注入材を注入して該鋼管の外周部に設けた透孔から地山に浸透させて硬化させることにより地山を補強し、該補強された天盤の下側の地山を掘削する掘削工法において、前記鋼管のうち最後尾の鋼管として、周方向の切り込みからなる複数の環状溝と、該環状溝を挟んで前後両側部分に長手方向に沿わせて設けられた内外に貫通する複数のスリットを有する鋼管を用い、注入材の注入後に掘削装置で鋼管打設部の下側を前記最後尾の鋼管の環状溝が露出する位置まで掘削して、該掘削により露出した鋼管の露出部分に折り曲げ力を加えることにより、前記環状溝の位置で折断するとともに、該折断された部分を前記スリットによって分割して、内部の注入材を分離除去することを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に表された本発明の実施形態に基づいて、具体的に説明する。
この地山補強用鋼管１は、複数の補強用鋼管を直列に継ぎ合わせて地山に打設するに際し、最後尾に接続される鋼管であって、全長は例えば約３ｍであり、口径は例えば約１１４ｍｍである。
【００１１】
この鋼管の外周部には、所定の間隔で複数の環状溝２，…が設けられている。環状溝２は、鋼管の肉厚部を所定深さだけ切り込んで形成した有底溝であり、溝２の深さは鋼管の肉厚の３５〜８５％とするのが好ましい。具体的には、例えば鋼管の肉厚が６ｍｍの場合は深さが約４ｍｍ程度とすればよい。また、環状溝２の幅は３〜７ｍｍとするのが好ましく、５ｍｍ程度とするのがより好ましい。この環状溝２は、打設後に鋼管をこの位置から折断するためのもので、深さや幅が大きすぎると打設時の強度が不足し、小さすぎると折断が困難となる。
【００１２】
鋼管１の前端部には、先行の鋼管に接続するための雌ねじ部１ａが設けられ、先端部から短い距離（例えば２００ｍｍ程度）だけ後方に第１の環状溝２（ａ）が設けられており、先端部からこの第１の環状溝２（ａ）までが先端区分Ｓとなっている。同様な環状溝２は鋼管全体で３個設けられており、第１の環状溝２（ａ）と第２の環状溝２（ｂ）の間が第１区分Ａ、第２の環状溝２（ｂ）と第３の環状溝２（ｃ）との間が第２区分Ｂ、第３の環状溝２（ｃ）から鋼管の後端部に至る部分が第３区分Ｃとなっている。
【００１３】
上記第１乃至第３の各区分（区間）には、軸方向に沿う一対のスリット５，５がそれぞれ設けられている。各区分における一対のスリット５，５は、鋼管１の直径方向に対向する位置に設けられている。また、隣接する区分同士では、スリット５の周方向の位置が９０度（環状溝２の前後のスリット５，５が互いに連通しなければよいので、９０度には限らない）ずれている。このため、打設中に鋼管がスリットから割れるおそれはない。スリット５の幅は、２〜１０ｍｍとするのが好ましい。この幅が大き過ぎると強度低下のおそれがあり、小さ過ぎると加工が困難であるほか、後述の注入材の浸出が困難となる。なお、上記スリット５は、環状溝２から折り取った鋼管を縦方向に沿って分割するためのもので、必ずしも一対である必要はなく、３本以上でもよい。また、必ずしも複数のスリットが直径方向に対向している必要はない。
【００１４】
上記スリット５の端部は、環状溝２を越えて隣接する区間に食い込んでいる。この食い込んだ長さは数ｍｍ、例えば５ｍｍ程度である。このようにスリット５が環状溝２の位置を越えてオーバラップした状態で形成されているため、環状溝２の位置で鋼管を折断したとき、該鋼管がスリットによって簡単に分割されるのである。
【００１５】
鋼管１の上記第３の区分Ｃの後端部には、塩ビ管螺着用の雌ねじ部１ｂが設けられている。この雌ねじ部１ｂには、両端部に雄ねじ部が設けられた栓取り付け用の短管が螺着される。第３の区分Ｃにもスリット５，５が形成されているが、この雌ねじ部１ｂの奥側端部が位置する部分の外周部では、スリット５が中断されている。これは、打設に必要な強度を維持するためであり、この中断部Ｎの長さは数ｍｍ、好ましくは３ｍｍ程度である。この中断部の長さが長過ぎると切断した鋼管の分割が困難となる。なお、打設中に簡単に割れないように、鋼管１の後端部にも同様な中断部Ｎが設けられている。
【００１６】
図５、図６はこの鋼管１の後端部に短管１０を取り付けた状態を表す。この短管１０は、図示例では前後両端部にそれぞれ雄ねじ部１０ａ，１０ｂが設けられた塩化ビニルの管（以下、短管を「塩ビ管」ともいう）である。前側の雄ねじ部１０ａは前記鋼管の後端部の雌ねじ部１ｂに螺着され、後側の雄ねじ部１０ｂには該塩ビ管１０の後端部に嵌着される栓１５（図示例ではゴム栓）の外面を押えるストッパ２０が螺着される。なお、上記短管１０は図示例では塩ビ管であるが、その材質は必ずしも塩化ビニルに限られるものではなく、適当な強度を備えた他の材質、例えば他の合成樹脂、金属等とすることができる。
【００１７】
ゴム栓１５には、注入管（ホース）、パッカ用ホース等を挿通するための前後に貫通する複数の通孔１６，…（図示例では５個）が穿設されており、外周部は取り付け時に奥側となる部分の径が小さく外側の径が大きくなるような傾斜面として形成されている。また、ストッパ２０は、前記ゴム栓１５の逸脱を防止するためのもので、前記塩ビ管１０の雄ねじ部１０ｂに螺着される雌ねじ部２０ａを備えた筒体であり、その外側端部にはゴム栓１５に係合する環状の内向フランジ２０ｂが設けられている。なお、栓１５の材質はゴムに限らず他の適当な材質のものでよい。また、ゴム栓１５の形状は、図示例のものに限らず、例えば逆止弁がついているもの等、他の形状でもよい。
【００１８】
次に、この鋼管１を用いるトンネル掘削工法について説明する。まず、パイロットビットで地山Ｍに穿孔するとともに、鋼管Ｐを地山に引き込んで行く。この場合のビットとしては、穿孔後に穴内に残留させるワンユースビットや、穿孔後に口径を収縮させて鋼管内を通して回収することのできる拡縮可能なビットを用いるが、例えばきわめて軟弱な地山等では、鋼管の外径よりも口径の小さいビットを使用することもできる場合がある。上記鋼管は通常長さが３ｍ程度であるため、複数本（例えば４本）を継ぎ合わせて打設するが、本発明の鋼管１は最後尾の管として使用される。上記鋼管は、通常はトンネル断面に対し円周方向１２０度の角度にわたって、例えば打設角度上向き８度で２９本程度打設する。
【００１９】
所定長さで鋼管を打設したら、ビットとさく孔ロッドを鋼管の内部を通して回収し、注入材を注入する。ビットがワンユースビット（いわゆるロストビット）の場合は、ビットを穴内に残留させ、さく孔ロッドのみを回収する。上記注入材の注入は、最後尾の鋼管１の後端部に塩ビ管１０とゴム栓１５を取り付け、該ゴム栓１５の通孔１６，…に注入用ホースを挿通して、外部に設けた注入ポンプで注入材、例えばシリコンレジン（ウレタン系）を注入する。図９はこの様子を表すもので、実際の注入に際しては、例えば、打設した鋼管（ＡＧＦ鋼管）の内部に小径のインサート管を挿入し、該インサート管の外周部に所定間隔で布製パッカー等の仕切り部材を装着しておく。
【００２０】
注入用ホースは、前記布製パッカー内に注入材を注入するホースと、該パッカーによって仕切られた区間の鋼管内に注入材を注入するホースとがあり、布製パッカー内に注入材を注入すると、該パッカーが膨張して鋼管内壁に密着するため、鋼管の内部が前後に仕切られ、注入材がパッカーで仕切られた各区間に供給されたのち、鋼管に設けられているスリットから地山に送り込まれる。このようにして注入材が地山に浸透させられるのである。地山に浸透した注入材Ｆは硬化して地山を補強する。
【００２１】
注入材の注入が終わったら、掘削装置例えばバックホーで該地山の下側を前向きに１ｍ程度掘削する。すると、傾斜して打設されている鋼管１の後部が露出するので、上記バックホーで下向きに押圧してこの露出部分を折断する。このとき、鋼管上部にバックホーの爪を当てて下向きの力を加えると、該鋼管の雌ねじ部１ｂの奥側端部のスリット中断部に剪断力が作用して、該スリット中断部が破断し、前後のスリットがつながる。さらに力を加えると、肉が薄くなっている第３の環状溝２（ｃ）の位置で鋼管が折損する。スリット中断部の寸法と環状溝の寸法は、先にスリット中断部が破断するように設計されている。
【００２２】
環状溝２の位置で折断された鋼管は、スリット５により二つ（又は二つ以上）に割れ、鋼管内の注入材が分離される。したがって、落下した鋼管と固化している注入材とを別々に回収し、産業廃棄物として処理すればよい。
【００２３】
上記掘削した部分の内側に支保工３０を建て込み、内面にモルタルを吹き付ける。しかるのち、再度掘削装置（バックホー）で１ｍ程度前向きに掘削を行い、露出した鋼管の切断と、支保工の建て込みとモルタルの吹き付けを行う。以下同様の手順で作業を繰り返す。
【００２４】
上記手順を繰り返すと、掘削装置で掘削しても鋼管が露出しなくなるので、鋼管の折断を行う必要がなくなるが、所定量（例えば１ｍ程度）の掘削と、支保工の建て込みと、モルタルの吹き付けをさらに数回（例えば５回）繰り返す。これにより、打設した鋼管の中間部まで掘削されたことになるので、掘削予定個所の周囲に新たに鋼管の打設を行い、同様な手順で作業を繰り返せばよい。
【００２５】
この工法で使用する鋼管は、地山に打設した鋼管列の最後尾の鋼管が環状溝によって複数区間に区分されており、しかも各区分に直径方向に対向するように一対の長手方向のスリットが設けられているので、打設後に鋼管の露出部分の折断が容易であるとともに、折断された切断片は、両側のスリットから簡単に２分割される。このため、内部に固化した注入材が入っていても、これを簡単に分離除去することができるのである。なお、注入材の注入時には、鋼管内の注入材が上記スリットから浸出して地山に浸透させられる。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、地山に打設される最後尾の鋼管として、複数の環状溝により複数区間に区分され、各区分には複数のスリットが長手方向に設けられている鋼管を使用するので、鋼管打設後に該鋼管打設位置の下側を掘削する時に露出する鋼管の端部を簡単に折り取ることが可能となるとともに、該折り取られた部分は複数のスリットによって簡単に分割されるので、内部の硬化した注入材を容易に分離除去することが可能となり、産業廃棄物としての処理が簡単となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の地山補強用鋼管の正面図である。
【図２】その第１区間及び第３区間（ａ）、及び第２区間（ｂ）の断面図である。
【図３】そのＸ部の一部断面図である。
【図４】そのＹ部の拡大図である。
【図５】塩ビ管取り付け状態を表す正面図である。
【図６】その要部の拡大断面図である。
【図７】掘削工法の説明図である。
【図８】従来の掘削工法の説明図である。
【図９】地山補強法の説明図である。
【符号の説明】
１鋼管
２環状溝
５スリット
１０塩ビ管
１５ゴム栓
２０ストッパ

Claims

地山に打設され、内部に注入された地山補強用注入材を地山に浸透させて該地山を補強するために使用される鋼管であって、該鋼管の外周部に長手方向に所定の間隔をおいて形成した複数の環状溝によって該鋼管を複数の区分に仕切るとともに、該環状溝で仕切られた各区分にそれぞれ長手方向の複数のスリットを設けてなり、該複数のスリットは、隣接する前後の区分では周方向の位置が互いにずらされていることを特徴とする地山補強用鋼管。
一対のスリットが、鋼管の直径方向に対向するように設けられている請求項１に記載の地山補強用鋼管。
スリットの端部が前記環状溝を越えて反対側の区分に達している請求項１又は２に記載の地山補強用鋼管。
鋼管の後端部に栓装着用の短管を螺着するための雌ねじ部が設けられ、該雌ねじ部の奥側端部の位置では、前記スリットが数ｍｍの間隔で中断されている請求項１乃至３のいずれかに記載の地山補強用鋼管。
地山の掘削場所の天盤上に所定角度で複数の補強用鋼管を直列に継ぎ合わせて打設し、該鋼管内に補強用注入材を注入して該鋼管の外周部に設けた透孔から地山に浸透させて硬化させることにより地山を補強し、該補強された天盤の下側の地山を掘削する掘削工法において、前記鋼管のうち最後尾の鋼管として、周方向の切り込みからなる複数の環状溝と、該環状溝を挟んで前後両側部分に長手方向に沿わせて設けられた内外に貫通する複数のスリットを有する鋼管を用い、注入材の注入後に掘削装置で鋼管打設部の下側を前記最後尾の鋼管の環状溝が露出する位置まで掘削して、該掘削により露出した鋼管の露出部分に折り曲げ力を加えることにより、前記環状溝の位置で折断するとともに、該折断された部分を前記スリットによって分割して、内部の注入材を分離除去することを特徴とするトンネル掘削工法。