JP4057439B2

JP4057439B2 - 地中支保工の構築方法

Info

Publication number: JP4057439B2
Application number: JP2003027557A
Authority: JP
Inventors: 茂治岩永; 守哉原; 正毅稲田; 喬岡田; 勉松尾
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2003-02-04
Filing date: 2003-02-04
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2023-02-04
Also published as: JP2004238854A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中支保工の構築方法に関するもので、特に、トンネル断面のアーチ部分となる地山内へ曲がり管を挿入・埋設する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、軟弱な地盤にトンネルを掘進する際には、掘削作業を行う前に、切羽からトンネル周辺の地山に掘進方向に向けてボーリングを行い、この削孔内に注入管を挿入して地盤固化剤を注入して上記地山を補強した後、上記補強した部分を掘削して支保工を構築する方法が行われている。しかし、この方法では、地山の補強と支保工の構築とを交互に繰り返して行わなければならないため、作業効率が悪く、工期が長期化するといった問題点があった。そこで、予め、トンネルの掘進方向に先進導坑を構築した後、上記先進導坑の側壁より、本坑のトンネル断面のアーチ部分となる地山内へ所定の曲率を有する曲がり鋼管を挿入・埋設してこれを先行支保工とし、しかる後に地山を掘削する方法が提案されている。
具体的には、図７（ａ），（ｂ）に示すような、地山６０に挿入する鋼管を、その側面に注入孔５１ｈを有する曲がり鋼管（以下、外管という）５１と、この外管５１内に設けられた内管５２との二重管構造とするとともに、上記内管５２の先端部に、モータ５３ａにより回転する先端ビット５３ｂを備えた先端装置５３を取付けて地山６０を掘削しながら上記二重管を推進する曲線ボーリング装置５０を用いて上記外管５１を上記地山６０内に挿入して埋設する。この曲線ボーリング装置５０では、外管５１と内管５２とを、先進導坑６１内において、スイベル５４にて結合し、外管５１の外周面を推進装置５５のホルダ５５Ｈにて把持して推進させ、上記先端装置５３で地山６０を掘削しながら、上記外管５１と内管５２とを同時に地山６０内に挿入させる。
【０００３】
そして、上記地山６０を掘削として外管５１と内管５２とを推進する工程と、内管５２と外管５１のそれぞれを繋ぎ合わせて二重管を延長する工程とを繰り返し行いながら、外管５１を所定の長さまで挿入した後、上記先端装置５３と内管５２とを回収し、上記外管５１内に、図８に示すような、吐出口５６ｈの前，後にパッカー５６ｐを備えた注入管５６を挿入し、上記注入管５６の後端部に接続された注入液移送管５７を介して圧送された地盤固化剤を上記外管５１内に吐出させ、上記外管５１の側面に設けられた注入孔５１ｈからトンネル周辺の地山６０に上記地盤固化剤を注入して上記地山６０を補強する。これにより、上記地盤固化材で補強された地山部に埋設された外管５１から成る先行支保工を構築することができる（例えば、特許文献１，２、非特許文献１など）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１６０９８０号公報（第２，３頁、第１，３図）
【特許文献２】
特開２００２−２４２５８１号公報（第２，３頁、第１−３図）
【非特許文献１】
亀岡美友、粕谷太郎、「曲線ボーリング工法（ＴＵＲＩＰ工法）の開発」、土木学会誌、１９９５年４月号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法では、地山６０の掘削に回転機構を用いているため、埋設する曲がり鋼管（外管５１）の断面形状が円形のものに限られていた。また、上記曲線ボーリング装置５０では、内管５２の内部にモータ５３ａや先端ビット５３ｂ、更には、回転力伝導機構といった装置類を収納する必要があることから、内管５２の内空部が狭くなってしまい、このため、掘削した泥土を効率よく排出することができないといった問題点があった。
【０００６】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、曲がり鋼管を効率的にトンネル周辺の地山に挿入・埋設して先行支保工を構築する方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の発明は、先進導坑の側壁から曲がり管を地山に挿入して埋設しこれを先行支保工とする地中支保工の構築方法であって、上記曲がり管の先端部に上記曲がり管の外周に沿った筒状の案内刃を取付けるとともに、上記曲がり管内に配置された内管の外周部の先端でかつ上記案内刃の内側にジェット水噴射ノズルを取付けて、上記案内刃の中空側から、上記ジェット水噴射ノズルからのジェット水を上記地山内へ噴射しながら上記地山を掘削し、このジェット水により掘削された泥土を上記内管を介して排出しながら上記地山を掘削して、上記曲がり管を上記地山に挿入するようにしたことを特徴とするものである。これにより、削孔断面の形状の自由度が大きくなるので、断面が角状の管やＨ鋼などの円管以外の曲がり管あるいは曲線状の鋼材を埋設することが可能となる。また、管内に掘削装置を設置する必要がないことから、排土の効率が向上するので、施工効率を大幅に向上させることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の地中支保工の構築方法において、曲がり管を効率的に推進させるために、上記案内刃に振動を与えながら、上記曲がり管を挿入するようにしたものである。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の地中支保工の構築方法において、上記曲がり管の強度を向上させるため、その断面形状を、曲率半径方向の肉厚がそれに直角な方向の肉厚よりも厚い形状としたものである。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の地中支保工の構築方法において、上記曲がり管に代えて、断面がＨ型の曲がり鋼材を用いるとともに、上記曲がり材の上，下のフランジ部とウェブとの間に上記外周部にジェット水噴射ノズルが取付けられた内管をそれぞれ取付けて上記鋼材を地山に挿入・埋設するようにしたものである。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の地中支保工の構築方法において、上記内管の後端部に削岩機を連結するとともに、上記内管と上記曲がり管とをスイベルにより接続して、上記曲がり管と上記内管とを同時に地山内へ挿入するようにしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本発明の一実施の形態を示す図で、同図において、１０は隣接して並行する２本のトンネル（本坑）１１，１２を構築するために先行して掘削された先進導坑である中央導坑、２０はこの中央導坑１０内に設置され、上記中央導坑１０の支保工１４の両肩部１４ａ，１４ｂから、掘削予定の本坑１１，１２のアーチ部分となる地山１５内に、先行支保工となる円筒状の曲がり鋼管３０，３０を挿入・埋設するための曲線ボーリング装置である。
図２及び図３は、上記曲線ボーリング装置２０の詳細を示す図で、２１は外管である上記曲がり鋼管３０内に、上記曲がり鋼管３０と同心円状に配置される内管、２２は上記曲がり鋼管３０の先端部に、上記曲がり鋼管３０の外周に沿って取付けられた筒状の案内刃、２３はこの案内刃２２の内側で上記曲がり鋼管３０と内管２１との間に設置されたジェットノズル、２４は上記内管２１の後端部に接続され、上記内管２１を推進するための削岩機、２５はこの削岩機２４を搭載するとともに、上記削岩機２４を地山１５方向にスライドさせるためのガイドセルである。このガイドセル２５は、図１に示すように、少なくとも削岩機２４のスライド面が、上記曲がり鋼管３０の曲率と同じ曲率を有する曲面により構成されている。また、２６は上記曲がり鋼管３０の後端部に設けられた、曲がり鋼管３０と内管２１とを接続するスイベル、２７は上記ジェットノズル２３に高圧水を圧送するための送水管、２８は上記内管２１の後端部に設けられた排土取出口である。なお、上記送水管２７は上記曲がり鋼管３０の内側で、上記内管２１の外周部に沿って配管される。また、上記送水管２７他端側は、図示しない高圧水圧送手段から圧送される高圧水の導入口に接続されている。
【００１２】
次に、先行支保工の構築方法について説明する。
まず、先端側に案内刃２２を取付けた曲がり鋼管３０を予め掘削した地山１５の切羽１５ａに挿入し、この曲がり鋼管３０内に、その外周部の先端にジェットノズル２３が取付けられた内管２１を挿入する。そして、上記案内刃２２の内側に設けられた上記ジェットノズル２３から高圧のジェット水を上記地山１５内に噴出させて上記地山１５を掘削するとともに、削岩機２４をガイドセル２５に沿って地山１５方向に移動させて上記内管２１を推進し、上記曲がり鋼管３０と内管２１とを同時に上記地山１５内へ挿入する。
ところで、曲がり鋼管３０の先端側に案内刃２２が取付けられていない場合には、図４（ａ）に示すように、上記ジェット水は、曲がり鋼管３０の幅以上に広がってしまい、そのため、曲がり鋼管３０の進行方向とは直角な方向も掘削されてしまう。このように、ジェット水が広がってしまうと、ジェット水による掘削力自体も低下して推進速度が遅くなってしまうだけでなく、曲がり鋼管３０の周囲が余掘りによる空隙の発生や、ジェット水の水が地盤に過度に吸収されることにより、地盤が弱体化されてしまうという問題点が発生する。
これに対して、本例では、曲がり鋼管３０の先端側に案内刃２２が取付けてあるので、図４（ｂ）に示すように、ジェット水は上記案内刃２２の幅にほぼ近い領域に集中して噴出される。したがって、地山１５を効率的に掘削することができる。また、先行支保工となる曲がり鋼管３０の周囲には余掘りによる空隙ができにくく、ジェット水の水も拡散しない。したがって、地盤を弱体化することがないので、迅速に、かつ確実に先行支保工を構築することができる。
なお、このとき、上記案内刃２２に、例えば、超音波振動子などを貼り付けて上記案内刃２２に振動を与えたり、削岩機によって上記案内刃２２に振動を与えたりしながら上記曲がり鋼管３０と内管２１とを推進するようにすれば、地山１５の掘削効率を更に向上させることができる。
【００１３】
上記曲がり鋼管３０を継ぎ足して延長する場合には、従来通り溶接にて曲がり鋼管３０，３０を接続するが、内管２１については、図３に示すように、内管２１，２１の接続部の外周側の、曲がり鋼管３０の曲率半径方向に対して４５°回転させた位置に、上記曲がり鋼管３０方向に突出する突出片２１ｋが設けられたフランジ２１Ｆを取付け、上記フランジ２１Ｆの突出片２１ｋ同士をボルト２１Ｂにより締結して接続する。このとき、上記突出片２１ｋの先端部が上記曲がり鋼管３０の内壁にほぼ当接させるようにする。これにより、上記曲がり鋼管３０が、地山１５からの圧力によりその断面が曲率半径方向に潰されるような変形をした場合でも、上記曲がり鋼管３０の中心位置を保持することができるだけでなく、フランジ２１Ｆが曲がり鋼管３０と噛み合うことがないので、上記曲がり鋼管３０をスムースに地山１５内へ挿入することができる。また、同様の理由で、曲がり鋼管３０の挿入後の内管２１の回収もスムースに行うことができる。また、安価な真円度の精度が劣る曲がり鋼管であっても、スムースに地山１５内へ挿入することができる。
また、本例では、内管２１，２１を上記フランジ２１Ｆの突出片２１ｋにて接続しているので、上記接続部においては、突出片２１ｋ、２１ｋ間に上記送水管２７を通すことができる。したがって、送水管２７の配管が容易になるとともに、曲がり鋼管３０と内管２１間のスペースを有効に活用することができる。
【００１４】
上記地山１５を掘削した排土は、内管２１の内側を通って外部へ排出される。具体的には、図２に示すように、上記内管２１の後端部に排土取出口２８を設け、この排土取出口２８に図示しない排土用ポンプを取付けて、上記掘削した泥土を上記内管２１の外部へ排出する。本例では、内管２１の内部には、掘削装置などの装置類がないので、排土を効率よく回収することができる。
なお、このようにして地山１５に曲がり鋼管３０を埋設してこれを先行支保工とした後、上記曲がり鋼管３０内からジェットノズル２３、送水管２７、及び、内管２１を取出し、上記曲がり鋼管３０内に、上記図８に示した注入管５６と同様の注入管を備えた注入装置を挿入して、上記曲がり鋼管３０の図示しない注入孔から上記地山１５に地盤固化剤を注入して上記曲がり鋼管３０の周辺の地山１５を補強するようにすれば、先行支保工を更に強固にすることができる。
【００１５】
このように、本実施の形態では、曲がり鋼管３０の先端部に、上記曲がり管の外周に沿った筒状の案内刃２２を取付けるとともに、この案内刃２２の内側で上記曲がり鋼管３０と、上記曲がり鋼管３０内に配置された内管２１との間にジェットノズル２３を取付け、送水管２７から上記ジェットノズル２３に高圧水を送って、上記案内刃２２の内空側から高圧のジェット水を地山１５内に噴出させて上記地山１５を掘削しながら先行支保工となる曲がり鋼管３０を上記地山１５内へ挿入するようにしたので、先行支保工周囲の地盤を弱体化することもなく、上記地山１５中に容易に先行支保工を構築することができる。また、本例ではジェット水のみによる掘削を行うため、内管２１の内部に装置類がないので、排土を効率よく回収することができる。
【００１６】
なお、上記実施の形態では、円筒状の曲がり鋼管３０を地山１５に埋設してこれを先行支保工とした場合について説明したが、本例の曲線ボーリング装置２０は回転部を有しないので、地山１５に埋設する曲がり鋼管の断面形状を任意に選択することができる。
図５（ａ）はその一例を示す図で、断面形状が矩形の曲がり鋼管３１であっても、円筒状の内管２１を上記曲がり鋼管３１の内壁側に内設するようにすれば、上記曲がり鋼管３１と内管２１とをスムーズに上記地山１５中に挿入することが可能である。ところで、地山１５中の曲がり鋼管の断面に作用する圧力の大きさは、直線管の場合には周方向にほぼ一定であるが、曲線管の場合には、その大きさは、曲がり鋼管の曲率半径方向の方がそれに直角な方向よりも大きいため、図５（ｂ）に示すように、曲がり鋼管の断面には、曲がり鋼管をその曲率半径方向に押しつぶすような力が作用し、曲がり鋼管が変形してしまい、推進に支障をきたす恐れがある。したがって、曲線ボーリングにおいては、曲がり鋼管の強度を高める必要がある。このとき、曲がり鋼管が上記例のように、円筒状の曲がり鋼管３０の場合には、円筒の曲率半径方向の肉厚を厚くして強度高める方法も考えられるが、このような円管を作製することは実用的ではない。また、曲がり鋼管３０全体の肉厚を厚すると、コスト高となるが、本発明では、曲がり鋼管の断面形状を任意に選択することができるので、例えば、図５（ａ）に示すような、断面形状が矩形の曲がり鋼管３１で、その曲率半径方向の面（＝曲率半径方向に直交する面で、同図の上面と下面の相当する）３１ａ，３１ｂの内、曲率の大きい上面３１ａ肉厚を、下面３１ｂや曲率半径方向に直角な方向の面（同図の、側面）３１ｃ，３２ｄの肉厚よりも厚く形成したものを用いれば、管全体の肉厚を厚することなく、曲がり鋼管３１の強度を向上させることができるので、安価で、強度の高い曲がり鋼管を用いた先行支保工を構築することができる。なお、曲がり鋼管３１の肉厚の変更箇所は、その曲率の大きい上記上面３１ａに限定されるものではなく、曲率の小さな下面３１ｂの肉厚を大きくしてもよく、更には、両方を厚くすれば、更に強度を向上させることができる。
【００１７】
また、図６に示すように、上記曲がり鋼管３０，３１に代えて、断面がＨ型の曲がり鋼材３２を用いることも可能である。この場合には、上記曲がり鋼材３２の上，下のフランジ部３２Ｆ，３２Ｆとウェブ３２Ｗとの間にそれぞれ円筒形の内管２１，２１を内設するようにする。このとき、予め、上記内管２１，２１の側面に沿って複数の注入孔２１ｈを設けておき、上記曲がり鋼材３２の埋設後には、上記内管２１内に注入装置を挿入して、上記注入孔２１ｈを介して、上記地山１５に地盤固化剤を注入して上記地山１５を補強するようにすればよい。
上記断面がＨ型の曲がり鋼材３２は、上下方向からの圧力に強いので、強度の高い先行支保工を構築することができるとともに、肉厚の厚い円筒状の曲がり鋼管３０や上記断面形状が矩形の曲がり鋼管３１よりも容易に入手可能であり、コスト低減も可能であるという利点を有する。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、地山に挿入される曲がり管の先端側に案内刃を取付けるとともに、この曲がり管の内側に配置された内管の外周部の先端でかつ上記案内刃の内側にジェット水噴射ノズルを取付け、上記ジェット水噴射ノズルからのジェット水を、上記案内刃の中空側から上記地山内へ噴射して地山を掘削しながら、上記曲がり管を上記地山に挿入してこれを先行支保工としたので、簡単な構成で、先行支保工を構築することができる。また、回転機構を必要としないジェット水のみによる掘削なので、削孔断面の形状の自由度を大きくすることが可能となり、強度の高い、断面が角状の管やＨ鋼などの円管以外の曲がり管あるいは曲線状の鋼材を埋設してこれを先行支保工とすることができる。また、管内に掘削装置等を設置する必要がないので、効率よく排土することができ、施工効率を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図である。
【図２】本実施の形態に係る曲線ボーリング装置の構成を示す図である。
【図３】曲線ボーリング装置の要部断面図である。
【図４】本実施の形態に係る地山の掘削方法を示す図である。
【図５】断面形状が矩形の曲がり鋼管の挿入方法を示す図である。
【図６】断面形状がＨ型の曲がり鋼管の挿入方法を示す図である。
【図７】従来の曲線ボーリング装置の概要を示す図である。
【図８】地盤固化剤の注入方法を示す図である。
【符号の説明】
１０中央導坑、１１，１２本坑、１４中央導坑の支保工、１５地山、２０曲線ボーリング装置、２１内管、２１Ｆフランジ、２１ｋ突出片、２１Ｂボルト、２２案内刃、２３ジェットノズル、２４削岩機、
２５ガイドセル、２６スイベル、２７送水管、２８排土取出口、
３０曲がり鋼管。

Claims

先進導坑の側壁から曲がり管を地山に挿入して埋設しこれを先行支保工とする地中支保工の構築方法において、上記曲がり管の先端部に上記曲がり管の外周に沿った筒状の案内刃を取付けるとともに、上記曲がり管内に配置された内管の外周部の先端でかつ上記案内刃の内側にジェット水噴射ノズルを取付けて、上記案内刃の中空側から、上記ジェット水噴射ノズルからのジェット水を上記地山内へ噴射しながら上記地山を掘削し、このジェット水により掘削された泥土を上記内管を介して排出しながら、上記曲がり管を上記地山に挿入するようにしたことを特徴とする地中支保工の構築方法。
上記案内刃に振動を与えながら、上記曲がり管を挿入するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の地中支保工の構築方法。
上記曲がり管の断面形状を、曲率半径方向の肉厚がそれに直角な方向の肉厚よりも厚い形状としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の地中支保工の構築方法。
上記曲がり管に代えて、断面がＨ型の曲がり鋼材を用いるとともに、上記曲がり鋼材の上，下のフランジ部とウェブとの間に上記外周部にジェット水噴射ノズルが取付けられた内管をそれぞれ取付けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の地中支保工の構築方法。
上記内管の後端部に削岩機を連結するとともに、上記内管と上記曲がり管とをスイベルにより接続して、上記曲がり管と上記内管とを同時に地山内へ挿入するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の地中支保工の構築方法。