JP3919731B2

JP3919731B2 - 地山補強工法およびこれに用いる注入装置

Info

Publication number: JP3919731B2
Application number: JP2003368017A
Authority: JP
Inventors: 治森本; 昌良友田; 稔佐野
Original assignee: 株式会社桑原組
Priority date: 2003-10-28
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2023-10-28
Also published as: JP2005133347A

Description

本発明は、トンネル掘削時の補助工法としての地山補強工法およびこれに用いる注入装置に関する。

トンネルの構築方法としては、ＮＡＴＭ（New Austrian Tunneling Method）と称される山岳工法が通常使用されている。ＮＡＴＭは、トンネル周辺の岩盤や砂層等といった地山が、トンネル自らを支えるという支保機能を利用した掘削技術である。ＮＡＴＭでは、掘削後に吹付けコンクリート、ロックボルトおよび鋼製支保工等により地山の安定を確保して掘進する。

このような山岳工法においては、切羽の安定性、トンネルの安定性および周辺環境の保全等を目的として、種々の補助工法と組み合わせてトンネルが構築されることが多くなってきている。山岳工法の補助工法としては、例えば、特許文献１，２に記載のように、掘削に先立って、切羽よりトンネル円周に沿って斜め前方の地山に注入管を打設し、注入管から注入材を注入し硬化させ、地山を固結改良する補助工法が採用されている。

この補助工法は、先受け工法と呼ばれており、注入管と注入材用組成物の硬化物により、掘削時の地山の剥落、崩落、漏水および地表面沈下等を防止するものである。図５は、この従来の先受け工法の一例を示す図であって、（ａ）は正面の断面図、（ｂ）は側面の断面図をそれぞれ示している。図示例では、約３〜４ｍの注入管２１を切羽２０ごと（約１ｍごと）に、トンネルの中心から１２０°の範囲に斜め前方に設置し、先受けを行っている。

特開２００１−２４１２８８号公報（第２頁、第５頁、図５）特開２００３−１７６５３０号公報（第２頁、図１５−１６）

ところが、図５に示すように、従来の先受け工法では、注入管２１を切羽２０から斜め前方に直線状に真っ直ぐ設置していくため、その先端部は掘削線から離れていく。図示例の場合、注入管２１の先端部は掘削線から１．５ｍほど離れている。この部分ではもはや掘削に対しての影響範囲を超えており、改良されていてもそのメリットはほとんどない。また、切羽前方に未改良部分２２が残るため、肌落ちが起こりやすく、余堀が発生する。

そこで、本発明においては、山岳工法によりトンネル掘削を行うに際し、より少ない注入管で効率良く地山を補強することが可能な地山補強工法およびこれに用いる注入装置を提供することを目的とする。

本発明の地山補強工法は、切羽よりトンネル円周に沿って斜め前方の地山に第１の進行角度で注入管を打設する第１工程と、注入管を打設途中から第１の進行角度よりトンネル掘削方向に近い第２の進行角度で打設する第２工程とを含むことを特徴とする。

本発明の地山補強工法によれば、注入管は第１の進行角度で直線状に真っ直ぐ設置されるのではなく、途中から第１の進行角度よりトンネル掘削方向に近い第２の進行角度で設置される。これにより、注入管は、よりトンネルの掘削部に近い位置、すなわち掘削に対しての影響範囲内に集中して設置される。

ここで、第２の進行角度は、トンネル掘削方向に対して略平行であることが望ましい。これにより、注入管は、トンネル掘削部から必要な改良範囲となる高さまでを第１工程により第１の進行角度で斜め前方に打設し、その後は第２工程により第２の進行角度、すなわちトンネル掘削方向に対して略平行なで設置すればよい。これにより、注入管は、必要最小限だけ斜め前方に打設され、残りはトンネル掘削部に近い位置、すなわち掘削に対しての影響範囲内でトンネル掘削方向に略平行に集中して設置される。

本発明の地山補強工法には、注入管と、この注入管の中空部に挿通され先端部に削孔ビットを備えた注入ボルトとを備え、注入管前方の開口部が注入管の中空部断面から偏心した注入装置を用いることができる。この場合、注入管の打設は、注入管の進行角度を第１の進行角度から第２の進行角度に変える際、注入管を回転させて注入管前方の開口部の偏心位置を変えることにより行う。

注入管の中空部に挿通された注入ボルト先端部の削孔ビットを回転させて注入管を打設していく際、注入管前方の開口部が注入管の中空部断面から偏心していることによって、注入管は真っ直ぐに進行せず偏って進行するようになる。そのため、注入管を回転させて注入管前方の開口部の偏心位置を変えることにより、注入管の進行角度を第１の進行角度から第２の進行角度へ変えることができる。

また、本発明の注入装置は、注入管前方の開口部近傍の内壁の一部に突起物を備えたものとすることが望ましい。この内壁の一部の突起物によって、注入管前方の開口部の重心を中空部断面の重心から容易にずらすことができる。

（１）切羽よりトンネル円周に沿って斜め前方の地山に第１の進行角度で注入管を打設し、注入管を打設途中から第１の進行角度よりトンネル掘削方向に近い第２の進行角度で打設することにより、注入管が掘削に対しての影響範囲内に集中して設置されるため、より少ない注入管を用いて無駄なく地山を補強することが可能となる。また、切羽前方のトンネル掘削方向により近い位置に注入管が設置されるため、切羽前方に未改良部分が残らず、余堀が少なくなる。

（２）第２の進行角度が、トンネル掘削方向に対して略平行であることにより、注入管は、トンネル掘削部から必要な改良範囲となる高さまでしか斜め前方に打設されず、残りは掘削に対しての影響範囲内でトンネル掘削方向に略平行に集中して設置されるため、必要最小限の注入管を用いてさらに無駄無く地山を補強することが可能となる。また、切羽前方のトンネル掘削方向により近い略平行な位置に注入管が設置されるため、切羽前方の未改良部分がさらに少なくなり、さらに余堀が少なくなる。

図１は本発明の実施の形態における地山補強工法を示す図であって、（ａ）は正面の断面図、（ｂ）は側面の断面図である。

図１に示すように、本実施形態における地山補強工法では、切羽１よりトンネル円周２に沿って斜め前方の地山３に第１の進行角度として、例えば従来と同様の仰角約２０°で注入管４を約１ｍ打設し、次いで、この注入管４を打設途中から第１の進行角度よりトンネル掘削方向（本例では水平方向）に近い第２の進行角度として、例えばほぼ水平（仰角約１°）に約２ｍ打設している。

本例において、注入管４は全長約３ｍであり、トンネル掘削方向に約２ｍ間隔で設置されている。また、注入管４は、トンネル円周２から約４０ｃｍの深さまで埋設されており、この場合、改良部分５はトンネル円周２から約７５ｃｍの範囲である。また、注入管４は、トンネルの中心から１２０°の範囲に設置されている。

本実施形態における地山補強工法によれば、注入管４は従来と同様の仰角で直線状に真っ直ぐ設置されるのではなく、途中からよりトンネル掘削方向に近いほぼ水平に設置されている。すなわち、注入管４は、掘削に対しての影響範囲内に集中して設置されているため、従来（図５参照。）より少ない注入管４であっても地山は十分に固結改良されている。

また、本実施形態における地山補強工法によれば、切羽１前方のトンネル掘削方向により近い位置に注入管４が設置されているため、切羽１前方に未改良部分（図５参照。）が残らず、余堀が少なくなる。なお、本実施形態においては、注入管４を打設途中から第２の進行角度としてほぼ水平に打設しているため、注入管４は、必要最小限だけ斜め前方に打設され、残りはトンネル掘削部に近い位置、すなわち掘削に対しての影響範囲内でトンネル掘削方向に略平行に集中して設置されていることになる。そのため、切羽前方の未改良部分は皆無であり、余堀もない。

次に、上記地山補強工法に用いる注入装置について説明する。図２は注入ボルトの分解図、図３は注入ボルトを注入管内に挿通した状態における注入管先端部の拡大断面図、図４は図３のＡ−Ａ線断面図である。

本実施形態における注入装置は、図３および図４に示す注入管４と、図２に示す注入ボルト６とを備える。注入ボルト６は、先端部に削孔ビットとしてのクロスビット１０を備える。注入ボルト６本体は、屈曲性を持たせるためにワイヤロッド１１としている。ワイヤロッド１１の両端には、クロスビット１０を連結するために螺子山１２ａを形成したジョイント部１２と、削岩機（図示せず。）を連結するために螺子山１３ａを形成したジョイント部１３とを備える。

注入ボルト６は、図３に示すように注入管４の中空部４ａに挿通される。このとき、クロスビット１０の先端部１０ａは注入管４の前方に突出しており、回転しながら地山を削って進行する。

また、図３および図４に示すように、注入管４は、その前方の開口部４ｂ近傍の内壁の一部に、円弧状の突起物７を備えている。この突起物７によって、注入管４前方の開口部４ｂの重心は、中空部４ａ断面の重心からずれて偏心している。したがって、ワイヤロッド１１を回転させると、その先端部のクロスビット１０の回転中心は、ワイヤロッド１１の回転中心からずれることになる。

このような注入管４と注入ボルト６を用いて注入管４を打設していくと、注入管４前方の開口部４ｂが注入管４の中空部４ａ断面から偏心していることによって、注入管４は真っ直ぐに進行せず偏って進行するようになる。そのため、注入管４を回転させて注入管４前方の開口部４ｂの偏心位置を変えることにより、注入管４の進行角度を任意に変えることができる。

そこで、図１に示す地山補強工法では、第１の進行角度で注入管４を打設する際、注入管４を回転させ続けながらワイヤロッド１１を回転させて削孔する。注入管４が回転し続けることによって偏心位置も注入管４の回転中心を中心として回転するため、結果として注入管４は真っ直ぐに進行する。

そして、注入管４の進行角度を第１の進行角度から第２の進行角度に変える際、注入管４を回転させて突起物７が上方に配置されるように維持し、ワイヤロッド１１を回転させて削孔する。このとき、クロスビット１０の回転中心が注入管４の回転中心よりも下になるため、クロスビット１０はそれまでの進行方向から若干下向きに進行方向を変えて進行する。注入管４もこれに伴って進行方向を変えるようになる。

そして、注入管４がほぼ水平方向に進行するようになったところで、再び注入管４を回転させ続けながらワイヤロッド１１を回転させて削孔する。注入管４が回転し続けることによって偏心位置も注入管４の回転中心を中心として回転するため、結果として注入管４はほぼ水平方向に真っ直ぐに進行する。

以上のように、本実施形態における注入装置によれば、注入管４を回転させることで注入管４の進行方向を自由に変えることができ、上記本実施形態における地山補強工法を容易に実施することができる。

本発明は、長さ５ｍ以下の注入管を使用して施工するフォアポーリング工法や、５ｍ超の長尺の注入管を使用して施工するＡＧＦ（All Ground Fasten）等のフォアパイリング工法等に有用であり、特に長尺の工法ではより少ない注入管で効果的かつ無駄のない施工が可能となるので好適である。また、再利用の観点からトンネルの拡幅改修工事が行われる際のロックボルト設置にも適用できる。

本発明の実施の形態における地山補強工法を示す図であって、（ａ）は正面の断面図、（ｂ）は側面の断面図である。注入ボルトの分解図である。注入ボルトを注入管内に挿通した状態における注入管先端部の拡大断面図である。図３のＡ−Ａ線断面図である。従来の先受け工法を示す図であって、（ａ）は正面の断面図、（ｂ）は側面の断面図である。

符号の説明

１切羽
２トンネル円周
３地山
４注入管
５改良部分
６注入ボルト
１０クロスビット
１１ワイヤロッド
１２，１３ジョイント部

Claims

切羽よりトンネル円周に沿って斜め前方の地山に第１の進行角度で注入管を打設する第１工程と、前記注入管を打設途中から前記第１の進行角度よりトンネル掘削方向に近い第２の進行角度で打設する第２工程とを含み、前記注入管の打設は、注入管前方の開口部が注入管の中空部断面から偏心したものと、この注入管の中空部に挿通され先端部に削孔ビットを備えた注入ボルトとを用い、前記注入管の進行角度を第１の進行角度から第２の進行角度に変える際、前記注入管を回転させて前記注入管前方の開口部の偏心位置を変えることにより行うことを特徴とする地山補強工法。
前記第２の進行角度は、トンネル掘削方向に対して略平行であることを特徴とする請求項１記載の地山補強工法。