JP4262303B2 - 地山補強用先受材および地山補強先受工法 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル掘削の際に、切羽前方の地山を補強するための地山補強用先受材およびその地山補強用先受材を用いた地山補強先受工法に関する。

トンネルの掘削に際しては、以前より開削工法やシールド工法が主に採用されていたが、近年、地上部への影響や経済性の点で有利なＮＡＴＭ（New Austrian Tunnelling Method）工法を採用することが多くなりつつある。

このＮＡＴＭ工法の施工に際しては、地上部への影響軽減対策，先行変位抑制対策，切羽安定対策，地盤支持力不足対策等の各種の対策を、地上部の条件や地質の条件等に応じて選択し採用する必要があるが、それらのうち、先行変位抑制，切羽安定のために切羽前方の地山を補強するものとしては、従来、ＡＧＦ（注入式長尺先受）工法，注入式フォアポーリング工法等が多用されている（特許文献１，２）。
特開2003-321992号公報 特開2001-214687号公報

これらは、鋼管や異形棒鋼を地山に打ち込むとともに、注入材を注入することよって地山の地質を改良することを主とした工法であるが、以下に示す欠点があった。

(1)対象地質（特に砂層）によっては、注入材の注入による的確な地山の改良が不可能である。また、湧水の量や圧にも左右されやすい。
(2)注入材の注入に多大の時間を要するため、施工サイクルが長い。
(3)注入材の使用に伴う施工コストが高い。
(4)４ｍ程度の先受工（注入式フォアポーリング）では、注入した注入材の養生期間を確保する前にトンネル掘削をすることになってしまう。

一方、特開平8-93379号公報（特許文献３）には、複数の地山補強用先受材たる鋼矢板を、切羽前方の地山に斜め上方に向けて打ち込んで、トンネル掘削部の上方外周を覆うアーチ状に並べることにより、トンネル内の切羽や天端の崩壊剥落を防止する切羽安定工法が開示されている。
特開平8-93379号公報

しかしながら、この工法は鋼矢板の後端に鋼矢板打込み機のドリフターの打込みロッドの先端を直接当接させ、打撃を加えて打ち込むものであるため、ドリフターの打撃力が効果的に鋼矢板に伝わらないとか、打込みの精度が良くない等の問題があった。
また、地山の補強をより強固にするためには、剛性が高く、周辺地山との間に大きな摩擦抵抗を生ずる地山補強用先受材を使用することが好ましい。

そこで本発明は、打込み精度が良く剛性の高い地山補強用先受材の提供、および、その地山補強用先受材を用いた地山補強先受工法を提供することを目的に提案したものである。

本発明に係る地山補強用先受材は、
所要の長さおよび幅の鋼矢板を所要の長さの鋼管に、長さ方向において一体化した地山補強用先受材において、
一対の上記鋼矢板を、上記鋼管の外周の両側に、それら一対の鋼矢板が同一平面内に位置するように配設すると共に、
上記鋼管の前後端を上記鋼矢板の前後に突出させたことを特徴とする。

また、本発明に係る地山補強用先受材は、
所要の長さおよび幅の鋼矢板を所要の長さの鋼管に、長さ方向において一体化した地山補強用先受材において、
一対の上記鋼矢板を、上記鋼管の外周の両側に、それら一対の鋼矢板が同一平面内に位置するように配設すると共に、
上記鋼管の長さ方向と略直交する方向における上記鋼矢板の外幅が、前端に向かうに従って狭められていることを特徴とする。

なお、上記の発明において、上記鋼管の前後端を上記鋼矢板の前後に突出させたことを特徴とすることができる。

本発明において、上記鋼矢板に、注入孔を所要の間隔で開設した所要の長さの注入管を一体化してなることを特徴とすることができる。

本発明において、上記鋼矢板が、上記鋼管の長さ方向と略直交する平面で切断したときの断面形状を、台形の上向き凸部と同じく台形の下向き凸部とを連ねた波形にしてなることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る地山補強先受工法は、上述した本発明に係る地山補強用先受材の上記鋼管を打撃および／または押圧することにより、該地山補強用先受材を地山に打ち込むことを特徴とする。

本発明に係る地山補強先受工法は、上述した注入管が一体化された本発明に係る地山補強用先受材の上記鋼管を打撃および／または押圧することにより、該地山補強用先受材を地山に打ち込み、その後、上記注入管を通じて注入材を地山に注入することを特徴とする。

本発明に係る地山補強先受工法において、上記地山補強用先受材の鋼管内に中継ぎロッドを挿通させるとともに、該中継ぎロッドの先端のビットを、上記鋼管の前端から突出させた状態とし、このビットにより削孔しながら、該地山補強用先受材を地山に打ち込むことを特徴とすることができる。

本発明地山補強用先受材は、鋼矢板を鋼管に長さ方向において溶接等して一体化してなるので、剛性が高く、周辺地山との間に大きな摩擦抵抗を生じるから、地山圧力支持力が高い。また、鋼管が打込みの際のガイドとなるので、打込みを高精度に行うことができる。さらに、その鋼管によりドリフター等の打込み機の打撃力，押圧力を確実かつ効率的に受けることができる。

本発明地山補強先受工法は、地山に上記地山補強用先受材を打ち込むので確実に切羽や天端の崩壊剥落防止を図ることができる。またその打込みは、上記地山補強用先受材の鋼管の後端を打撃および／または押圧することにより行うので、打込み機の能力を最大限に発揮して効率的に行うことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例により説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

１，１は、所要の長さおよび幅の細長で、長さ方向前端を斜切して先鋭にした、互いに対称な一対の軽量鋼矢板（以下、単に「鋼矢板」という。）で、それらの幅方向の断面形状は、台形の上向き凸部と同じく台形の下向き凸部とを交互に連ねた波形になっている。その長さＬ１は3.0m，幅Ｌ２は0.15mである。
この鋼矢板１，１は、既製の鋼矢板を幅方向に半分に切断するなどして得ることができるものである。

２は、その鋼矢板１，１よりもやや長い鋼管で、その長さＬ３は3.15m、内径φは65mmである。

上記鋼管２の外周の両側（図２では、上側外周の左右）に、上記一対の鋼矢板１，１を、該鋼矢板１，１と上記鋼管２の長さ方向を一致させ、かつ、両鋼矢板１，１を水平にして同一平面内に位置させ、また、上記鋼管２の前後端を両鋼矢板１，１の前後に突出させるようにして、一体化することによって、本発明地山補強用先受材３が構成されるものである。

上記鋼矢板１，１と鋼管２との一体化は、上記鋼管２の外周面とその左右に位置する鋼矢板１，１の内縁４，４とが接する箇所、および、同じく上記鋼管２の外周面と同鋼矢板１，１の最も内側の下向き凸部の側面５，５とが接する箇所を長さ方向において溶接等することにより行っている。

上記地山補強用先受材３を用いて行われる本発明地山補強先受工法は、予め、ジャンボのガイドシェル１０上に摺動自在に装着されたドリフター１１に、異形スリーブ１２，シャンクロッド１３等を装着し、また、上記ガイドシェル１０に，地山補強用先受材３を支持するためのセントライザー１４，１４等を装着しておいたうえで、たとえば以下の手順により行われるものである。

(1)上記地山補強用先受材３を、上記ガイドシェル１０のセントライザー１４，１４に装着する。

(2)上記地山補強用先受材３の鋼管２の後端に、上記ドリフター１１の打撃力，押圧力を該鋼管２に伝えるための空打ちアダプター１７を接続する（図３(a)）。

(3)先端にビット１５を取り付けた中継ぎロッド１６を，セントライザー１４，１４に装着した上記地山補強用先受材３の鋼管２に挿通させ、上記ビット１５を該鋼管２の前端から突出させた状態とする。

(4)ガイドシェル１０を移動させ、打ち込み位置，打ち込み角度を適宜調整する。

(5)上記ビット１５により切羽の所要位置に削孔するとともに、ドリフター１１で上記空打ちアダプター１７を介して地山補強用先受材３の鋼管２を打撃および／または押圧することにより、該地山補強用先受材３の地山への打込み（圧入）を行う（図３(b)）。
この打込みは、上記地山補強用先受材３が後端まで地山に打ち込まれた後、さらに、上記空打ちアダプター１７の所要長さが地山に打ち込まれることとなるところまで行うようにする（図３(c)）。

(6)上記打ち込みの完了後、ドリフター１１を後退させて、上記ビット１５，中継ぎロッド１６，空打ちアダプター１７等を引き出す。

上記の手順により所要本数の地山補強用先受材３…の打込みを繰り返すことにより、トンネル掘削部の上方外周の位置に、それらの地山補強用先受材３…を、トンネル軸方向からみるとアーチ状になるように（図４）、かつ、たとえば角度間隔θをあけて互いの前端側を離隔させて（図５）配置する。

次に、切羽の掘進を行う。この掘進は、通常１ｍ程度行う。

そして、再び、上記(1)〜(6)の手順を繰り返すことにより、複数の地山補強用先受材３…を、アーチ状に配置する。
この際、各地山補強用先受材３の打込み位置は、該掘進の直前に打ち込まれた、掘進方向手前側の各地山補強用先受材３の位置と互い違いにずらすことによって、千鳥状にする（図５）。

このように、複数の地山補強用先受材３…をアーチ状に配置することと、切羽の掘進とを交互に行ってゆくことによって、トンネル掘削部の上方外周を地山補強用先受材３…により完全に覆うことができる（図６）。

３′は本発明に係る地山補強用先受材である。この地山補強用先受材３′は上記の地山補強用先受材３とは、注入管を溶接等して一体化している点が異なるだけであるので、同一の部分には同一の符号を付して説明する。

６，６は、前端開口を閉塞するとともに注入孔７…を所要の間隔で開設している所要の長さの注入管である。

上記地山補強用先受材３′は、上記地山補強用先受材３と同様に、上記鋼管２の外周の両側（図８では、上側外周の左右）に、上記一対の鋼矢板１，１を、該鋼矢板１，１と上記鋼管２の長さ方向を一致させ、かつ、両鋼矢板１，１を水平にして同一平面内に位置させ、また、上記鋼管２の前後端を両鋼矢板１，１の前後に突出させるようにして、長さ方向において溶接等するとともに、さらに、その鋼矢板１，１の一側（図８では上側）の凹状空間８，８内に、２本の注入管６，６を、その後端を該鋼矢板１，１の後側に突出させた状態にして溶接等して、一体化してなる。

この地山補強用先受材３′を用いて行う本発明地山補強先受工法は、実施例１で説明した先受工法と同様に、予め、ジャンボのガイドシェル上に摺動自在に装着されたドリフターに、異形スリーブ，シャンクロッド等を装着し、また、上記ガイドシェルに，地山補強用先受材を支持するためのセントライザー等を装着しておいたうえで、たとえば以下の手順により行われるものであるので、同一の部分には同一の符号を付して説明する。。

(1)上記地山補強用先受材３′を、上記ガイドシェル１０のセントライザー１４，１４に装着する。

(2)上記地山補強用先受材３′の鋼管２の後端に、空打ちアダプター１７を接続し、また、上記注入管６，６の後端に延長注入管６′，６′（一方は図示しない）を接続する。

(3)先端にビット１５を取り付けた中継ぎロッド１６を，上記地山補強用先受材３′の鋼管２に挿通させ、上記ビット１５を該鋼管２の前端から突出させた状態とする。

(4)ガイドシェル１０を移動させ、打ち込み位置，打ち込み角度を適宜調整する。

(5)上記ビット１５により切羽の所要位置に削孔するとともに、ドリフター１１で上記空打ちアダプター１７を介して地山補強用先受材３′の鋼管２を打撃および／または押圧することにより、該地山補強用先受材３′の地山への打込み（圧入）を行う。
この打込みは、上記地山補強用先受材３′が後端まで地山に打ち込まれた後、さらに、上記空打ちアダプター１７の所要長さが地山に打ち込まれることとなるところまで行うようにする。

(6)上記打ち込みの完了後、ドリフター１１を後退させて、上記ビット１５，中継ぎロッド１６，空打ちアダプター１７等を引き出す。

(7)地山に打ち込んだ地山補強用先受材３′に接続している上記延長注入管６′，６′の後端にカップラー，ミキシングユニット，注入ホース１８等を接続する（図９）。

(8)地山の地質に応じて選択した、シリカレジン，急硬セメント，ＬＷ薬液等の注入材を、圧送ポンプ１９にて上記注入ホース１８を通じて注入管６，６に圧送注入する。
圧送注入された注入材は、上記注入管６，６の注入孔７…から、該地山補強用先受材３′の上方の地山へ注入され、地山に浸透し固結する。これにより、地山に打ち込まれた該地山補強用先受材３′の上方にたとえば幅0.5ｍ程度、厚さ0.25ｍ程度の固結改良領域２０が形成される（図１０）。
なお、この固結改良領域２０は、注入する注入材の量を調節することにより所望の大きさとすることができる。

上記の手順により、所要本数の地山補強用先受材３′…の打込みおよび改良固結領域２０…の形成を繰り返すことにより、トンネル掘削部の上方外周の位置に、それら地山補強用先受材３′…および改良固結領域２０…を、トンネル軸方向からみるとアーチ状になるように配置する（図１１）。

次に、切羽の掘進を行う。この掘進は、通常１ｍ程度行う。

そして、再び、上記(1)〜(8)の手順を繰り返すことにより、複数の地山補強用先受材３′…およびそれらの上方の改良固結領域２０…を、アーチ状に配置する。
この際、各地山補強用先受材３′の打込み位置は、該掘進の直前に打ち込まれた、掘進方向手前側の各地山補強用先受材３′の打込み位置と互い違いにずらすことによって、千鳥状にする。

このように、複数の地山補強用先受材３′…をアーチ状に配置し、それらの上方に改良固結領域２０…を形成することと、切羽の掘進とを交互に行ってゆくことによって、トンネル掘削部の上方外周を地山補強用先受材３′…および改良固結領域２０…により完全に覆うことができる（図１２）。

なお、上記の注入材を注入する量によっては、上記の複数の改良固結領域２０を結合させて、アーチ状に連続した改良固結領域を形成することもできる。

以上説明した各実施例の地山補強用先受材３および３′の全長は、3.0m〜9.0m程度とするのが好ましいが、打込みを行う対象地質によりこの範囲外の長さに設定することもできる。また、その幅や、鋼管２の径も、上記のものに限らず適宜変更することができる。

なお、上記地山補強用先受材３および３′の一対の鋼矢板１，１は、上記のとおり既製の鋼矢板を幅方向に半分に切断して得たものであるが、その既製の鋼矢板を切断することなく用い、これと鋼管２等とを溶接し一体化して地山補強用先受材を製作しても良い（図示しない）。この場合、鋼管２は、該鋼矢板の下側の凹状空間内に受入させて溶接すればよい。

また、上記では鋼矢板１，１の下側の幅方向中央に鋼管２を溶接し一体化している地山補強用先受材３および３′について説明したが、鋼管２を溶接する位置はこれに限らず、上側に溶接するとか、幅方向左右いずれかにずらして溶接するなど、適宜の変更ができる。
上記注入管６，６についても、それを溶接する位置を適宜変更することができ、また、本数を適宜増減することができる。
そのほか、上記の鋼矢板は、軽量鋼矢板であるものとして説明したが、必ずしも軽量鋼矢板に限られるものではない。また、その断面形状についても、上記で説明した断面波形のもののほか、各種形状のものを用いることができる。

上記地山補強用先受材３，３′は、鋼矢板１，１を鋼管２に溶接し一体化してなるので剛性が高く、また周辺地山との間に大きい摩擦抵抗を生じるので、従来の、鋼管あるいは鋼矢板単体からなる地山補強用先受材に比べて地山圧力支持力が高い。また、対象地質が砂層の場合には、周辺地山を締め固める効果も期待できる。

特に、上記鋼管２が打込みの際のガイドとなるので、打込みを高精度に行うことができる。さらに、打込みの際には、鋼管２がドリフター１０等の打込み機の打撃力，押圧力を確実かつ効率的に受けることができる。

上記に加え、地山補強用先受材３′は、注入管６，６を鋼矢板１，１の上側に溶接し一体化しているので、より剛性が高く、周辺地山との間により大きい摩擦抵抗を生ずる。しかも、該地山補強用先受材３′が支持する地山に注入管６，６を通じて注入材を注入し地山を改良できるので、これらの相乗効果により、地山の補強を確実に行うことができる。

上記地山補強先受工法は、トンネル掘削部の上方外周に上記地山補強用先受材３または３′を打ち込むので確実に切羽や天端の崩壊剥落防止を図ることができる。
この工法に用いられる本発明地山補強用先受材３または３′は、ドリフター１０等の打込み機の打撃力を確実かつ効率的に受ける構造になっているので、その打込みは打込み機の能力を最大限に発揮して効率的に行うことができる。
上記地山補強先受工法により地山補強用先受材３′を打ち込み、注入管６，６を通じて注入材を注入すれば、その地山補強用先受材３′の剛性，周辺地山との間の大きい摩擦抵抗，および注入材の注入による地山の改良の相乗効果により、地山の補強を確実に行うことができる。

本発明の実施例１に係る地山補強用先受材の平面図である。 図１のI-I線拡大断面図である。 (a)〜(c)は、上記地山補強用先受材を用いて行う地山補強先受工法の工程を示した図である。 地山に打ち込まれた上記地山補強用先受材を示した背面図である。 上記地山補強用先受材の配置状態を示す拡大平面図である。 同上の縦断面図である。 本発明の実施例２に係る地山補強用先受材の平面図である。 図７のII-II線拡大断面図である。 地山に打ち込まれた上記地山補強用先受材の注入管に注入ホース等を接続した状態を示した図である。 上記注入ホースを通じて注入材の注入をすることにより、上記地山補強用先受材の上方に改良固結領域を形成した状態を示した平面図である。 上記地山補強用先受材および改良固結領域の配置状態を示した背面図である。 同上の縦断面図である。

符号の説明

１ 鋼矢板
２ 鋼管
３，３′ 地山補強用先受材
６ 注入管
６′ 延長注入管
７ 注入孔
８ 凹状空間
１１ ドリフター
１４ セントライザー
１５ ビット
１６ 中継ぎロッド
１７ 空打ちアダプター

Claims (8)

1. 所要の長さおよび幅の鋼矢板を所要の長さの鋼管に、長さ方向において一体化した地山補強用先受材において、
   一対の上記鋼矢板を、上記鋼管の外周の両側に、それら一対の鋼矢板が同一平面内に位置するように配設すると共に、
   上記鋼管の前後端を上記鋼矢板の前後に突出させたことを特徴とする地山補強用先受材。
2. 所要の長さおよび幅の鋼矢板を所要の長さの鋼管に、長さ方向において一体化した地山補強用先受材において、
   一対の上記鋼矢板を、上記鋼管の外周の両側に、それら一対の鋼矢板が同一平面内に位置するように配設すると共に、
   上記鋼管の長さ方向と略直交する方向における上記鋼矢板の外幅が、前端に向かうに従って狭められていることを特徴とする地山補強用先受材。
3. 上記鋼管の前後端を上記鋼矢板の前後に突出させたことを特徴とする請求項２に記載の地山補強用先受材。
4. 上記鋼矢板に、注入孔を所要の間隔で開設した所要の長さの注入管を一体化してなることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１つに記載の地山補強用先受材。
5. 上記鋼矢板が、上記鋼管の長さ方向と略直交する平面で切断したときの断面形状を、台形の上向き凸部と同じく台形の下向き凸部とを連ねた波形にしてなることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１つに記載の地山補強用先受材。
6. 請求項１〜請求項５の何れか１つに記載の地山補強用先受材の上記鋼管を打撃および／または押圧することにより、該地山補強用先受材を地山に打ち込むことを特徴とする地山補強先受工法。
7. 請求項４または請求項５に記載の地山補強用先受材の上記鋼管を打撃および／または押圧することにより、該地山補強用先受材を地山に打ち込み、その後、上記注入管を通じて注入材を地山に注入することを特徴とする地山補強先受工法。
8. 上記地山補強用先受材の鋼管内に中継ぎロッドを挿通させるとともに、該中継ぎロッドの先端のビットを、上記鋼管の前端から突出させた状態とし、このビットにより削孔しながら、該地山補強用先受材を地山に打ち込むことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の地山補強先受工法。

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