JP4322795B2 - 長尺先受工法 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル掘削に先立って切羽前方の地山に複数の長尺鋼管を打設して、この鋼管から注入材を地山に注入して地山を補強する長尺先受工法に関するものである。

一般に、軟弱な地盤にトンネルを掘進する際には、トンネル掘削に先立って切羽前方の地山を補強する地山先受け工が行われている。地山先受け工の一例としては注入式長尺先受工法がある。この工法は、図６（ａ）に示すように、切羽前方の地山５０に、トンネル掘削に一般に使用されるドリルジャンボ等の掘削機６０を用い、支保工５１の背面から５度程度の仰角を付けて複数の鋼管５２を接続しながら打ち込み、この鋼管５２内に図示しない注入管を挿入して上記地山５０内に地盤固化剤を注入し、上記地山５０を補強するもので、図６（ｂ）に示すように、上記長尺の鋼管５３を、切羽天端部に沿って必要な補強の範囲（例えば、仰角θが１２０度である範囲）に打設した後、上記長尺の鋼管５３内に充填材を充填して補強する。
上記長尺の鋼管５３を打設する際には、図７（ａ）に示すように、上記鋼管５２内に、先端部に削孔用の拡径ビット１３ａを備えた削孔ロッド１３を挿入し、この削孔ロッド１３の他端側を上記掘削機６０のガイドセル６２に搭載された削岩機６１に接続し、上記地山５０を削孔しながら上記鋼管５２を上記地山５０内へ挿入する。このとき、上記鋼管５２としては、３ｍ程度の長さのものを順次継ぎ足して長尺の鋼管５３を打設する。また、支保工５１を延長して構築するためには、上記鋼管５２の上記支保工５１から下の部分を撤去する必要があることから、撤去作業を容易にするため、図７（ｂ）に示すように、長尺の鋼管５３の最後端部の管を、鋼管５２に代えて、塩化ビニル管などの破砕し易い樹脂製の管５４としている（例えば、特許文献１，２参照）。
特開２０００−１８６４９０号公報 特開２００３−１５５８８８号公報

しかしながら、最後端部の管を樹脂製の管５４とした場合、樹脂製の管５４は鋼管５２に比べて強度不足しているため、削岩機６１の打撃によりクラックが発生するなどの問題があり、上記長尺の鋼管５３を推進できなる恐れがあった。そこで、上記長尺の鋼管５３を先端側から牽引しながら上記樹脂製の管５４を地山５０内に挿入することも考えられるが、この場合には、上記長尺の鋼管５３の先端部分に牽引するために治具などを配置したり、牽引手段を設ける必要があることなどから、作業性が悪かった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、最後端部の管を樹脂製の管とした場合でも、上記樹脂管を容易に、かつ、確実に地山内に挿入することのできる長尺先受工法を提供することを目的とする。

本願の請求項１に記載の発明は、トンネルの掘削に先立って、鋼管の内部に、先端部に削孔用ビットを備え、基端部が削岩機に接続される削孔ロッドを挿入して、切羽前方の地山を削孔しながら上記鋼管を打設した後、上記鋼管内から周囲の地山に地盤固化剤を注入して先受けする長尺先受工法において、上記鋼管の打設に先行して、上記鋼管の径よりも径の大きな樹脂から成るガイド管を打設し、このガイド管に鋼管を挿入し、地山を削孔するとともに上記鋼管を継ぎ足しながら上記鋼管を地山内に挿入した後、上記鋼管の後端部にダミー管を接続し、このダミー管にて上記鋼管を押しながら、上記鋼管の後端部が上記ガイド管の先端部近傍にくるまで上記鋼管を上記ガイド管内に挿入し、しかる後に、上記削孔ロッドとダミー管とを回収して、上記鋼管の内部から周囲の地山に地盤固化剤を注入するようにしたことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の長尺先受工法において、推進補助用の鋼管の外側に上記ガイド管を被せて、上記推進補助用の鋼管とガイド管とを一体に地山に打ち込んだ後、上記推進補助用の鋼管を回収するようにしたことを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の長尺先受工法において、上記地山内に打設する鋼管を長尺鋼管とするとともに、上記削岩機が搭載されるガイドセルに、上記長尺鋼管を支持しながらスライドさせるスライド機構と上記長尺鋼管の支持部とガイドセルとの距離を伸縮させる手段と、上記ガイドセルを上下させる機構とを設け、上記長尺鋼管をスライドさせて上記ガイド管内へ上記長尺鋼管を挿入した後、上記長尺鋼管の支持部とガイドセルとの距離を縮めながら上記ガイドセルを上昇させて、上記長尺鋼管内に配置された削孔ロッドと削岩機とを接続して、上記長尺鋼管を打設するようにしたことを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の長尺先受工法において、地盤固化剤の注入前に、上記長尺鋼管と上記ダミー管との接続部に注入用のダブルパッカーを挿入し、上記長尺鋼管と上記ダミー管との接続部に地盤固化剤を注入するようにしたことを特徴とする。

本発明では、長尺先受工法において、鋼管の打設に先行して、上記鋼管の径よりも径の大きな樹脂から成るガイド管を打設し、このガイド管内に鋼管を挿入し、地山を削孔しながら上記鋼管を継ぎ足しながら地山内に挿入した後、上記鋼管の後端部にダミー管を接続し、このダミー管にて上記鋼管を押しながら上記鋼管の後端部が上記ガイド管の先端部近傍にくるまで挿入し、しかる後に、削孔ロッドとダミー管とを回収して、上記鋼管の内部から周囲の地山に地盤固化剤を注入するようにした。これにより、樹脂製の管であるガイド管を打ち込む際には、従来のように樹脂製の管で上記打設された鋼管を推進する必要がないので、例えば、予め地山を削孔してから上記ガイド管を挿入したり、推進補助用の鋼管の外側に上記ガイド管を被せて、上記推進補助用の鋼管とガイド管とを一体に地山に打ち込んだ後、上記推進補助用の鋼管を回収するなどの方法を採れば、上記ガイド管に加わる衝撃を大幅に少なくできる。したがって、上記地山内に打設する鋼管の後端部に接続される樹脂製の管を確実に地山内に挿入することができる。
このとき、上記地山内に打設する鋼管を長尺鋼管とするとともに、削岩機が搭載されるガイドセルに、上記長尺鋼管を支持しながらスライドさせるスライド機構と上記長尺鋼管の支持部とガイドセルとの距離を伸縮させる手段と、上記ガイドセルを上下させる機構とを設け、上記長尺鋼管をスライドさせて上記ガイド管内へ上記長尺鋼管を挿入した後、上記長尺鋼管の支持部とガイドセルとの距離を縮めながら上記ガイドセルを上昇させて、上記長尺鋼管内に配置された削孔ロッドと削岩機とを接続して、上記長尺鋼管を打設するようにすれば、既製の削孔装置を改造しただけで、容易に長尺鋼管を打設することができる。
また、地盤固化剤の注入前に、上記長尺鋼管と上記ダミー管との接続部に注入用のダブルパッカーを挿入し、上記長尺鋼管と上記ダミー管との接続部に地盤固化剤を注入することにより、長尺鋼管とガイド管との隙間を予め塞ぐことができるので、ダミー管を回収した後の長尺鋼管とガイド管との隙間から土砂や水の浸入を防ぐことができる。

以下、本発明の最良の形態について説明する。
図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の最良の形態に係る長尺先受工法の作業手順の概要を示す模式図で、本例では、鋼管を推進しながら継ぎ足して長尺の鋼管とするのではなく、１本の長尺の鋼管を打設する場合について説明する。
まず、図１（ａ）に示すように、長尺鋼管１２の打設に先行して、上記長尺鋼管１２の径よりも径が大きく、長さが３ｍ程度の、通常使用される鋼管と同じ長さのガイド管１１を地山５０の切羽面に最も近い位置の支保工５１の背面から５度程度の仰角を付けて打ち込み、このガイド管１１をガイドとして長尺鋼管１２を打設する。このとき、上記ガイド管１１が地山５０の既に打設された長尺鋼管１２により補強されていない部分に露出しないように、上記ガイド管１１を、ガイド管１１全体が、既に打設された長尺鋼管１２の下側（支保工５１側）に位置するような箇所に打込むことが好ましい。
本例では、上記ガイド管１１として塩化ビニル管などの樹脂製の管を用いている。そして、図２（ａ）に示すように、通常使用される鋼管と同じ鋼管を推進補助用の鋼管（以下、補助用鋼管という）５２とし、この補助用鋼管５２の外側に上記ガイド管１１を被せ、上記補助用鋼管５２内に、先端部に削孔用の拡径ビット１３ａを備え、基端部１３ｂが、カップリング１４を介して、削孔装置２０の削岩機２１の出力軸２１ａに接続される削孔ロッド１３を挿入するとともに、上記削岩機２１をガイドセル２２に沿って前進させ、切羽前方の地山５０を削孔しながら上記補助用鋼管５２とガイド管１１とを一体に推進する。このとき、削岩機２１の打撃が直接上記ガイド管１１に伝わらないように、防震装置付きのズレ止め金具１５を取付けておくことが好ましい。これにより、ガイド管１１に加わる衝撃を大幅に少なくできるので、樹脂製のガイド管１１を確実に地山内に挿入することができる。
上記ガイド管１１の打設完了後には、上記ズレ止め金具１５を取外して上記補助用鋼管５２を回収するとともに、上記拡径ビット１３ａの径を縮小して、上記削孔ロッド１３を回収する。これにより、切羽前方の地山５０に樹脂製のガイド管１１を打設することができる。なお、ガイド管１１の打設後には、上記ガイド管１１の引き抜け防止用のため、吹付けコンクリートにより口元コーキングを行う。
次に、図１（ｂ）に示すように、上記ガイド管１１の中に長さ９ｍ（図では、長さを短くしてある）の長尺鋼管１２を挿入する。具体的には、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、削孔装置２０の削岩機２１を搭載してスライドさせるガイドセル２２に、上記長尺鋼管１２を把持する把持部２３ｎ，２４ｎと、ガイドセル２２に取付けられ、上記把持部２３ｎ，２４ｎとガイドセル２２との距離を伸縮させる昇降手段２３ｍ，２４ｍとを備えたスライドセントライザー２３，２４を、上記ガイドセル２２に沿って移動可能に取付けるとともに、削岩機２１の上面にも保持部材２５を設置して、上記スライドセントライザー２３，２４と上記保持部材２５とにより、長尺鋼管１２を上記削岩機２１の上部に支持した後、後部のスライドセントライザー２４を前方（切羽側）にスライドさせて上記長尺鋼管１２を上記ガイド管１１内に挿入する。このとき、上記挿入された長尺鋼管１２内に、予め延長した削孔ロッド１３を挿入し、上記長尺鋼管１２の後端部に、上記削岩機２１と接続するためのカップリング１４を取付けておく。

長尺鋼管１２の挿入後には、図１（ｃ）に示すように、上記長尺鋼管１２内に図示しない削孔ロッドの拡径ビットにより、切羽前方の地山５０を削孔しながら、上記長尺鋼管１２を地山５０内に打ち込む。詳細には、図３（ａ）に示すように、上記削岩機２１を前方にスライドさせて上記カップリング１４近傍まで移動させた後、ガイドセル用昇降手段２６により上記ガイドセル２２を上昇させるとともに、昇降手段２３ｍ，２４ｍを作動させて、上記スライドセントライザー２３，２４の把持部２３ｎ，２４ｎとガイドセル２２との距離を縮め、削岩機２１の中心と長尺鋼管１２の中心、すなわち、上記削岩機２１の出力軸２１ａと上記カップリング１４の接続部との高さを一致させた後、上記削岩機２１の位置を調整して、上記削岩機２１と上記カップリング１４とを接続する。
なお、上記作業中には、上記長尺鋼管１２に余分な力がかからないように、把持部２３ｎ，２４ｎとガイドセル２２との距離が縮まる速度を、ガイドセル２２の上昇速度に同調させるようにする必要がある。これにより、長尺鋼管１２の挿入角度を保持したまま、上記長尺鋼管１２と削岩機２１とを確実に接続することができる。
その後、図３（ｂ）に示すように、削岩機２１を稼動させながら上記削岩機２１を前方にスライドさせることにより、上記長尺鋼管１２を地山５０内に打ち込む。
この段階では、上記長尺鋼管１２は、ほとんどの部分が切羽前方の地山５０内に挿入されるが、後部の３ｍ程度は上記ガイド管１１の中にある。そこで、本例では、図１（ｄ）に示すように、上記長尺鋼管１２の後端部に押し切り削孔用のダミー管１６を接続し、上記長尺鋼管１２の後端部を上記ガイド管１１内の所定の位置にくるまで上記長尺鋼管１２を上記ガイド管１１内に挿入し打設する。本例では、上記長尺鋼管１２を有効利用するため、上記長尺鋼管１２の後端部をガイド管１１の先端部近傍にくるまで挿入するようにしている。

すなわち、図４（ａ）に示すように、上記カップリング１４を取外して上記削岩機２１を後方にスライドさせた後、削孔ロッド１３を延長するとともに、上記長尺鋼管１２の後端部に上記ダミー管１６を接続する。そして、上記ダミー管１６の後端部と削岩機２１の出力軸２１ａとを上記カップリング１４により接続した後、図４（ｂ）に示すように、削岩機２１を駆動させつつ前方にスライドさせ、上記長尺鋼管１２を切羽前面の地山５０内に更に挿入する。これにより、上記長尺鋼管１２の後端部を上記ガイド管１１の先端部近傍にくるまで上記地山５０内に挿入することができる。なお、上記カップリング１４を省略して、ダミー管１６の後端部と削岩機２１の出力軸２１ａとを当接させた状態で上記長尺鋼管１２を挿入するようにしてもよい。
次に、図１（ｅ）に示すように、上記長尺鋼管１２内に注入用のダブルパッカー３０を挿入して地盤固化剤を注入する。図５（ａ）〜（ｃ）は、本例の注入方法の詳細を示す図で、まず、長尺鋼管１２とダミー管１６との接続部に注入用のダブルパッカー３０を設置し、上記接続部に地盤固化剤を注入し、上記長尺鋼管１２とガイド管１１との隙間を予め塞いで長尺鋼管１２とガイド管１１との隙間から土砂や水の浸入を防ぐ処理を行った後、上記ダブルパッカー３０を上記長尺鋼管１２内に移動して、上記長尺鋼管１２の側面に予め設けられた逆止弁付注入孔１２ｈから、長尺鋼管１２の周囲の地山５０に地盤固化剤を注入して、上記地山５０を補強する。
その後、上記ダブルパッカー３０とダミー管１６とを回収し、鋼管内充填用の塩化ビニル管１７を用いて、上記長尺鋼管１２内に充填材を注入する。最後に、図示しない支保工から下の部分に相当する位置に打設された上記ガイド管１１を切断するなどして撤去し、次の支保工を構築する。上記ガイド管１１は塩化ビニル管などの樹脂製の管なので、撤去作業を容易に行うことができる。

このように、本最良の形態によれば、長尺鋼管１２の打設に先行して、上記長尺鋼管１２の径よりも径が大きな、塩化ビニル管などの樹脂製のガイド管１１を、推進補助用の鋼管５２の外側に上記ガイド管１１を被せて、上記鋼管５２とガイド管１１とを一体に地山５０の切羽面に打ち込んだ後上記補助用鋼管５２を回収し、上記ガイド管１１の中に長尺鋼管１２を挿入して、切羽前方の地山５０を削孔しながら、上記長尺鋼管１２を地山５０内に打ち込み、更に、長尺鋼管１２の後端部に押し切り削孔用のダミー管１６を接続して、上記長尺鋼管１２の後端部を上記ガイド管１１の先端部近傍にくるまで打設した後、上記長尺鋼管１２内に注入用のダブルパッカー３０を挿入して地盤固化剤を注入して上記長尺鋼管１２の周囲の地山５０を補強するようにしたので、上記ガイド管に加わる衝撃を大幅に少なくできるので、長尺鋼管１２の後端部に接続される樹脂製のガイド管１１を確実に地山内に挿入することができる。また、１本の長尺鋼管１２であってもこれを精度よく打設することができる。また、鋼管の接続作業が省略できるので、作業効率が大幅に向上する。
また、ガイド管１１へ長尺鋼管１２を挿入する際には、ガイドセル２２に、長尺鋼管１２を把持する把持部２３ｎ，２４ｎとガイドセル２２との距離を伸縮する昇降手段２３ｍ，２４ｍが取付けられたスライドセントライザー２３，２４を取付け、長尺鋼管１２を削岩機２１の上部に支持しながら上記ガイド管１１内に挿入し、挿入後は、上記把持部２３ｎ，２４ｎとガイドセル２２との距離を縮めながら上記ガイドセル２２を上昇させて、上記長尺鋼管１２と削岩機２１とを接続し、上記長尺鋼管１２を打設するようにすれば、既製の削孔装置を改造しただけで、容易に長尺鋼管１２を打設することができる。

なお、上記最良の形態では、樹脂製のガイド管１１を打ち込む際に、補助用鋼管５２の外側に上記ガイド管１１を被せて、上記補助用鋼管５２とガイド管１１とを一体に地山５０に打ち込むようにしたが、例えば、予め地山を削孔してから上記ガイド管１１を挿入するなど、上記樹脂製のガイド管１１に加わる衝撃を少なくして打込む方法であれば、他の方法を用いてもよい。
また、上記例では、長尺鋼管１２の挿入時及び打設時に、削孔装置２０のガイドセル２２に、スライドセントライザー２３，２４を取付けるようにしたが、削孔装置を２種類準備し、ガイド管１１の打ち込みには既製の削孔装置を用い、長尺鋼管１２の挿入と打ち込みには、スライドセントライザー２３，２４が予め取付けられた削孔装置を用いるようにすれば、作業効率を更に向上させることができる。
また、上記例では、長さが９ｍ程度の長尺鋼管１２を地山内に挿入した場合について説明したが、本発明は、普通鋼管を継ぎ足して長尺鋼管とした場合にも適用可能であることはいうまでもない。但し、本例のように、長尺鋼管１２を用いれば、鋼管を継ぎ足すことがないので鋼管の構造が簡単になり、そのため、加工手間がかからないので、鋼管を安価に製造することができるという利点があるので、長尺鋼管１２を用いることが好ましい。
また、１本の長尺鋼管１２を用いた場合でも、その長さは上記長さに限定されるものではなく、トンネルの大きさや、用いる削孔装置２０のストロークの長さ等により適宜設定される。

以上説明したように、本発明によれば、最後端部の管を樹脂製の管とした場合でも、上記樹脂管を容易に、かつ、確実に地山内に挿入することができるので、作業性を大幅に改善することができるとともに、工期を短縮することができる。

本発明の最良の形態に係わる長尺先受工法の作業手順の概要を示す模式図である。 本最良の形態に係る長尺鋼管の打設方法を示す図である。 本最良の形態に係る長尺鋼管の打設方法を示す図である。 本最良の形態に係る長尺鋼管の打設方法を示す図である。 本最良の形態に係る薬剤の注入方法を示す図である。 従来の長尺先受工法の概要を示す図である。 従来の長尺鋼管の打設方法を示す図である。

符号の説明

１１ ガイド管、１２ 長尺鋼管、１２ｈ 逆止弁付の注入孔、１３ 削孔ロッド、
１３ａ 拡径ビット、１３ｂ 削孔ロッドの基端部、１４ カップリング、
１５ ズレ止め金具、１６ 押し切り削孔用のダミー管、
２０ 削孔装置、２１ 削岩機、２１ａ 出力軸、２２ ガイドセル、
２３，２４ スライドセントライザー、２３ｍ，２４ｍ 昇降手段、
２３ｎ，２４ｎ スライドセントライザーの把持部、２５ 保持部材、
３０ ダブルパッカー、５０ 地山、５１ 支保工、５２ 推進補助用の鋼管。

Claims (4)

1. トンネルの掘削に先立って、鋼管の内部に、先端部に削孔用ビットを備え、基端部が削岩機に接続される削孔ロッドを挿入して、切羽前方の地山を削孔しながら上記鋼管を打設した後、上記鋼管内から周囲の地山に地盤固化剤を注入して先受けする長尺先受工法において、上記鋼管の打設に先行して、上記鋼管の径よりも径の大きな樹脂から成るガイド管を打設し、このガイド管に鋼管を挿入し、地山を削孔するとともに上記鋼管を継ぎ足しながら上記鋼管を地山内に挿入した後、上記鋼管の後端部にダミー管を接続し、このダミー管にて上記鋼管を押しながら、上記鋼管の後端部が上記ガイド管の先端部近傍にくるまで上記鋼管を上記ガイド管内に挿入し、しかる後に、上記削孔ロッドとダミー管とを回収して、上記鋼管の内部から周囲の地山に地盤固化剤を注入するようにしたことを特徴とする長尺先受工法。
2. 推進補助用の鋼管の外側に上記ガイド管を被せて、上記推進補助用の鋼管とガイド管とを一体に地山に打ち込んだ後、上記推進補助用の鋼管を回収するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の長尺先受工法。
3. 上記地山内に打設する鋼管を長尺鋼管とするとともに、上記削岩機が搭載されるガイドセルに、上記長尺鋼管を支持しながらスライドさせるスライド機構と上記長尺鋼管の支持部とガイドセルとの距離を伸縮させる手段と、上記ガイドセルを上下させる機構とを設け、上記長尺鋼管をスライドさせて上記ガイド管内へ上記長尺鋼管を挿入した後、上記長尺鋼管の支持部とガイドセルとの距離を縮めながら上記ガイドセルを上昇させて、上記長尺鋼管内に配置された削孔ロッドと削岩機とを接続して、上記長尺鋼管を打設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に記載の長尺先受工法。
4. 地盤固化剤の注入前に、上記長尺鋼管と上記ダミー管との接続部に注入用のダブルパッカーを挿入し、上記長尺鋼管と上記ダミー管との接続部に地盤固化剤を注入するようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の長尺先受工法。

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