JP4530240B2 - トンネルの覆工工法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば鉄道用、道路用、水路用等をはじめとする各種用途のトンネルの覆工工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネルの掘削後の覆工工法として、従来、ＮＡＴＭによる工法が知られている。このＮＡＴＭによる工法は、基本的にトンネルをその周囲の地山によって支えるものであり、トンネルを所定距離だけ掘削した後、その掘削された地山の表面に対してコンクリート吹き付け機等によって急結性のコンクリートを吹き付けて一次覆工し、その覆工体であるコンクリートと地盤とを一体化し、その一体化構造体によってトンネルを支えるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、コンクリートの吹き付けにより覆工する従来のＮＡＴＭによる工法によれば、コンクリートを吹き付ける際に多大の粉塵が舞い上がって作業環境が劣悪となるばかりでなく、吹き付けられたコンクリートが地山で跳ね返るリバウンドによって材料ロスが発生するという問題がある。
【０００４】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、粉塵の舞い上がりがなくクリーンな工法で、しかも材料ロスを殆ど生じることなく、従来のＮＡＴＭに基づく覆工工法と同等もしくはそれ以上の強度を発揮することのできるトンネルの覆工工法の提供を目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明のトンネルの覆工工法は、トンネルを所定距離だけ掘削した後、その坑内に、坑周長と略等しい周長にスパイラル状に巻回してなるスパイラル状ホースを複数状含む補強部材を引き込み、その各条のホース内に圧力流体を送入して補強部材を坑内面の地山に密着させつつ、１条ずつホース内に液状固化材を注入して当該ホースを坑内面の地山に沿わせた後、ホースの表面にコンクリート等の表面被覆材を吹き付けることによって特徴付けられる。
ここで、請求項１に係る発明においては、補強部材として、上記ホースの外側もしくは内側に配置された第１の布帛と、上記ホースの最外側に配置された第２の布帛とを含んだものとし、当該補強部材のホース内に液状固化材を注入した後、上記第１および第２の布帛の間に液状固化材を注入する方法（請求項２）を採用することができる。
【０００６】
また、以上の第１および第２の布帛を含む補強部材を用いる場合、そのうちの少なくともいずれか一方が水密性を有したものとすること（請求項３）が好ましい。
【０００７】
また、以上の各請求項に係る発明において用いる補強部材のホースを、断面略円形の保形ホースとすること（請求項４）が好ましく、この保形ホースの具体的構成としては、合成繊維糸のたて糸と、金属線もしくは合成樹脂モノフィラメント糸のよこ糸とを筒状に織成した筒状織物の内面に、ライニング層を形成した構造のもの（請求項５）を好適に採用することができる。
【０００８】
更に、以上の各請求項に係る発明におけるホースには、空気抜き用の孔を形成しておくこと（請求項６）が望ましい。
【０００９】
本発明のトンネル覆工工法は、基本的にはＮＡＴＭと同様にトンネルを周囲の地山により支えるのであるが、従来のＮＡＴＭのように掘削後の坑内面の地山表面にコンクリートを吹き付けるのではなく、これに代えて、坑内に引き込んだホース内にモルタル等の液状固化材を注入してそのホースを地山に対して密着させることにより、高強度の一次覆工を施すものである。
【００１０】
すなわち、トンネルを所定距離掘削した後に、その坑の内面に、スパイラル状に巻回したホースを含む補強部材を引き込み、そのホース内にモルタル等の液状固化材を注入して坑内面の地山に密着させると、モルタル等の液状固化材の硬化後には、坑内面の地山はスパイラル状の自立型枠と同等の部材により覆われた状態となり、地山の崩れを防ぐことができる。ホース内に液状固化材を注入して硬化した覆工体は、特に、地山が緩んで内側に締まろうとするとき、支持リングとして働き、地山の変形を有効に阻止することができる。
【００１１】
しかも、本発明においては、複数条のホースをスパイラル状に巻回し、その各条のホース内に圧力流体を送入して坑内面の地山に密着させつつ、１条ずつホース内に液状固化材を注入するので、地山は各条のホース内のモルタル等の液状固化材が硬化するまでの間においても、圧力流体により加圧されたホースによって押さえられ、掘削後速やかに仮の覆工がなされた状態となって地山の崩れを防ぐことができるとともに、ホース内への液状固化材の注入もスムーズに行うことができる。そして、ホース内に液状固化材を注入して地山に密着させたホース覆工体に対して、コンクリート等の表面被覆材を更に吹き付けることにより、表面の平滑化と覆工体の地山に対する密着性をより向上させることができる。
【００１２】
補強部材として、スパイラル状に巻回したホースと、そのホースの外側もしくは内側に第１の布帛を、最外側に第２の布帛を配置した補強部材を用い、ホース内に液状固化材を注入した後に、第１と第２の布帛の間にも液状固化材を注入する請求項２に係る発明を採用すると、液状固化材が注入されたホースからなる実質的な支持リングないしは自立型枠に対して裏込め材を注入した構造となり、掘削後のトンネルの地山に凹凸等が存在しても、覆工体と地山との密着性を上げることができるとともに、覆工体の強度を向上させることができる。
【００１３】
また、第１および第２の布帛のうちの少なくともいずれか一方に水密性を持たせる請求項３に係る発明の採用により、坑内への湧き水を下部に逃がすことができ、第１と第２の布帛の間に液状固化材を注入して裏込めを行う請求項２に係る発明との併用により、止水機能はより向上する。
【００１４】
補強部材に用いるホースとして、請求項４に係る発明のように、例えば、サクションホースのような断面略円形の保形ホースを用いると、キンクせずその取扱性が良好で作業性が向上する。また、ホースはキンクせず地山に沿って密着するため、荷重を均一に受け持つ。更に、モルタル等の液状固化材がホース内で割れても、保形ホースの自身が破壊されない限り変形に追随し、全体として高い強度を示す。
そして、この保形ホースの構造として、請求項５に係る発明のように、合成繊維糸のたて糸と、金属線もしくは合成樹脂モノフィラメント糸のよこ糸とを筒状に織成した筒状織物の内面に、ライニング層を形成した構造を採用することにより、破断圧力を極めて高くすることができ、数十ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力下で釘等で孔を開けても破断することがない。
【００１５】
更に、以上の各請求項に係る発明において、請求項６に係る発明のように、ホースに空気抜き用の孔を形成しておくことにより、液状固化材の注入作業を容易化することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について述べる。
図１〜図６は本発明のトンネルの覆工工法の実施の形態の手順説明図で、トンネルの軸方向に沿った模式的断面図を用いて示す図である。なお、図１〜図５において、Ｆは切羽で、１′は既に覆工を完了した補強部材を示し、これらの図においては、ホース２ａ〜２ｄの巻回状態を示すために、ホース２ａ〜２ｄの内側に配置される第１の布帛３は透視した状態で示している。また、図６においては、模式的な要部拡大断面図を示している。
【００１７】
まず、図１に示すように、トンネルを所定の距離だけ掘削するごとに、その坑Ｈ内に補強部材１を引き込む。補強部材１は、図７に展張状態の要部断面図を模式的に示すように、スパイラル状に巻回した複数条、例えば４条のホース２ａ，２ｂ，２ｃおよび２ｄと、そのホース２ａ，２ｂ，２ｃおよび２ｄの内側に第１の布帛３を、外側には第２の布帛４を配した構造をしており、第１と第２の布帛３と４とは軸方向の両端部において相互に縫製等によって接合されている。また、第１と第２の布帛３と４の間の各ホース２ａ，２ｂ，２ｃおよび２ｄの間には、それぞれ布帛３および４に縫製された仕切り布５が介在しており、この仕切り布５によって各ホース２ａ，２ｂ，２ｃおよび２ｄの１巻ずつの位置が規制されるようになっている。
【００１８】
各ホース２ａ，２ｂ，２ｃおよび２ｄは、図８にその要部軸平行断面図を模式的に示すように、金属ワイヤもしくは合成樹脂モノフィラメントからなるよこ糸２１と、合成繊維糸からなるたて糸２２を筒状に織成するとともに、その内面にウレタン等のライニング層２３を積層してなる断面略円形の保形性を持つ構造を有している。そして、スパイラル状に巻回されたホース２ａ，２ｂ，２ｃおよび２ｄの展張状態における周長は、坑Ｈの周長と略等しく設定されている。また、第１と第２の布帛３と４の少なくともいずれか一方は水密性を有したものとされている。
【００１９】
補強部材１を坑Ｈ内に引き込んだ状態で、次に各ホース２ａ，２ｂ，２ｃおよび２ｄ内に圧力流体、例えばエアＡを送入して加圧した状態を維持する。これにより、各ホース２ａ，２ｂ，２ｃおよび２ｄは展張状態となり、図２に示すように、スパイラル状の各ホース２ａ，２ｂ，２ｃおよび２ｄは第２の布帛４を介して坑Ｈの内面の地山Ｇに密着した状態となる。
【００２０】
その後、図３に示すように、各条のホース２ａ，２ｂ，２ｃおよび２ｄのうちの１本のホース、例えばホース２ａ内のエアＡを、液状固化材、例えばモルタルＭに置換する。この間、他の３本のホース２ｂ，２ｃおよび２ｄ内はエアＡによって加圧した状態を保つ。
【００２１】
次いで図４に示すように、残る３本のうちの１本のホース、例えばホース２ｃ内のエアＡをモルタルＭに置換する。このように各条のホース１本ずつの内部にモルタルＭを注入していくことにより、図５に示すように全てのホース２ａ，２ｂ，２ｃおよび２ｄ内にモルタルＭを注入する。
【００２２】
次に、図６に示すように、第１と第２の布帛３と４との間にモルタルＭを注入し、硬化させることによって、掘削された分の地山Ｇの覆工を終了する。この状態では、図９にトンネルの横断方向に沿って切断した模式的断面図を示すように、地山表面に凹凸が存在していても、第１と第２の布帛３と４との間に注入されるモルタルＭの圧力によって第２の布帛４が地山Ｇの表面に倣い、補強部材１の地山との密着性が向上する。
【００２３】
そして、以上の覆工作業を終了した後、トンネルの内面からコンクリート等を吹き付ける二次覆工を行う。これにより、トンネル表面の平滑化、ホース等からなる一次覆工体の保護および地山に対する保持性を向上させることができる。
【００２４】
以上の本発明の実施の形態において特に注目すべき点は、トンネル掘削後の一次覆工に際して、補強部材１を引き込んだ後にホース２ａ，２ｂ，２ｃおよび２ｄと、第１と第２の布帛３と４との間にモルタルＭを注入するだけであり、従来のＮＡＴＭによる工法のようにコンクリートの吹き付け工程を必要としない点である。これにより、粉塵の舞い上がりによる作業環境の悪化や、リバウンドによる材料ロスといった不具合が生じることがなく、掘削後速やかに一次覆工することができる。
【００２５】
しかも、スパイラル状に巻回されたホース２ａ，２ｂ，２ｃおよび２ｄ内に注入されたモルタルＭが硬化した状態では、坑Ｈの内面は実質的にアーチ状の自立型枠が施された状態となり、地山Ｇの崩れを有効に防止することができ、地山Ｇが緩んで内側に締まろうとするときには、支持リングとして機能する。また、ホース２ａ，２ｂ，２ｃおよび２ｄ内でモルタルＭが割れても、ホースを構成する織物が切断されない限り地山Ｇの変形に追随し、全体としての覆工体は補強体としての機能を維持することができる。
【００２６】
そして、各ホース２ａ，２ｂ，２ｃおよび２ｄは図８に示す構造を持つ保形性を有する、いわゆる保形ホースであるため、その取扱性が良好であるばかりでなく、高圧下で釘等で孔を開けても破断することがなく、覆工体としての強度を確実に発揮することができる。
【００２７】
更に、第１と第２の布帛３と４の少なくともいずれか一方に水密性を持たせることにより、坑Ｈ内への湧き水がその水密性を有する布帛を介して坑Ｈの下部に逃がすことができ、これらの布帛３，４の間に注入されたモルタルＭと相まって、覆工後のトンネル内部の止水性を良好なものとすることができる。
【００２８】
ここで、以上の実施の形態における補強部材１においては、第１と第２の布帛３と４とをスパイラル状に巻回したホース２ａ，２ｂ，２ｃおよび２ｄの内側と外側に配した例を示したが、図１０要部断面図を模式的に示すように、第１の布帛３をスパイラル状に巻回したホース２ａ，２ｂ，２ｃおよび２ｄの外側に配し、第２の布帛４を更にその外側に配した構造としても、上記の実施の形態と同等の作用効果を奏することができる。
【００２９】
また、以上の実施の形態においては、４条のホース２ａ，２ｂ，２ｃおよび２ｄをスパイラル状に巻回したが、その条数は任意の複数条とすることができる。
【００３０】
また、以上の実施の形態において用いるホース２ａ，２ｂ，２ｃおよび２ｄに、例えばその天端部の位置等に空気抜き用の孔を形成しておくと、ホース内のエアをモルタルＭ等の液状固化材に置換する際に、ホース内のエアがその空気抜き用の孔から外部に放出されるため、注入作業が容易化されると同時に、ホース内にエアが残存する可能性を少なくすることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明のトンネルの覆工工法によれば、トンネルを所定距離だけ掘削した後、その坑内に、スパイラル状に巻回した複数条のホースを含む補強部材を引き込み、ホース内にモルタル等の液状固化材を注入してホースを坑内面の地山に密着させるので、一次覆工に際して従来のＮＡＴＭによる工法のようにコンクリートを吹き付ける必要がないので、粉塵の舞い上がりによる作業環境の悪化や、リバウンドによる材料ロスも生じることがなく、しかも、ホース内のモルタル等の液状固化材が硬化した後には、トンネル内部に実質的に自立型枠が施工された状態となり、地山の崩れを防ぎ、特に地山が緩んで内側に締まろうとする際には支持リングとして機能し、高い強度のもとにその変形を阻止することができる。
【００３２】
また、ホース内にモルタル等を注入して硬化させた状態においては、内部のモルタル等が割れてもホース自身が破壊されない限り変形に追随し、特に、金属線もしくは合成繊維モノフィラメントをよこ糸に、合成繊維糸をたて糸に用いた断面略円形の保形ホースを用いることにより、キンクせず取扱性、作業性が向上するととも、高圧下で釘等による孔が開いても破断せず、コンクリートのみによる覆工に比して、実質的な強度は大幅に増大する。
【００３３】
しかも、複数条のホースをスパイラル状に巻回し、その各条のホース内に圧力流体を送入して坑内面の地山に密着させつつ、１条ずつホース内に液状固化材を注入するため、地山は各条のホース内のモルタル等の液状固化材が硬化するまでの間においても、圧力流体により加圧されたホースによって押さえられ、掘削後速やかに仮の覆工がなされた状態となって地山の崩れを防ぐことができる。また、ホース内への液状固化材の注入もスムーズに行うことができる。
【００３４】
そして、ホース内に液状固化材を注入して地山に密着させたホース覆工体に対して、コンクリート等の表面被覆材を更に吹き付けることにより、表面の平滑化と覆工体の地山に対する密着性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のトンネルの覆工工法の実施の形態の手順説明図で、補強部材１を坑Ｈ内に引き込んだ状態を示す模式的断面図である。
【図２】 同じく本発明のトンネルの覆工工法の実施の形態の手順説明図で、補強部材１のホース２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ内に高圧エアを供給して加圧した状態を示す模式的断面図である。
【図３】 同じく本発明のトンネルの覆工工法の実施の形態の手順説明図で、各ホースのうちの１条のホース２ａ内にモルタルＭを注入した状態を示す模式的断面図である。
【図４】 同じく本発明のトンネルの覆工工法の実施の形態の手順説明図で、次の１条のホース２ｃ内にモルタルＭを注入した状態を示す模式的断面図である。
【図５】 同じく本発明のトンネルの覆工工法の実施の形態の手順説明図で、全てのホース２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ内にモルタルＭを注入した状態を示す模式的断面図である。
【図６】 同じく本発明のトンネルの覆工工法の実施の形態の手順説明図で、第１と第２の布帛３と４との間にモルタルＭを注入した状態を示す模式的要部拡大断面図である。
【図７】 本発明のトンネルの覆工工法の実施の形態において用いる補強部材１の展張状態で示す模式的要部断面図である。
【図８】 図７の補強部材１の各ホースホース２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの構造を示す模式的な要部軸平行断面図である。
【図９】 図６の状態におけるトンネルの横断方向に沿った模式的断面図である。
【図１０】 補強部材１の他の構成例を示す図であり、第１の布帛３をホース２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの外側に配置した補強部材１の展張状態での模式的要部断面図である。
【符号の説明】
１ 補強部材
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２０ ホース
２１ よこ糸
２２ たて糸
２３ ライニング層
３ 第１の布帛
４ 第２の布帛
５ 仕切り布
Ａ エア
Ｇ 地山
Ｈ 坑
Ｍ モルタル

Claims (6)

1. トンネルを所定距離だけ掘削した後、その坑内に、坑周長と略等しい周長にスパイラル状に巻回してなるスパイラル状ホースを複数状含む補強部材を引き込み、その各条のホース内に圧力流体を送入して補強部材を坑内面の地山に密着させつつ、１条ずつホース内に液状固化材を注入して当該ホースを坑内面の地山に沿わせた後、ホースの表面にコンクリート等の表面被覆材を吹き付けることを特徴とするトンネルの覆工工法。
2. 上記補強部材が、上記ホースの外側もしくは内側に配置された第１の布帛と、上記ホースの最外側に配置された第２の布帛とを含み、当該補強部材のホース内に液状固化材を注入した後、上記第１および第２の布帛の間に液状固化材を注入することを特徴とする請求項１に記載のトンネルの覆工工法。
3. 上記第１および第２の布帛のうちの少なくともいずれか一方が水密性を有していることを特徴とする請求項２に記載のトンネルの覆工工法。
4. 上記補強部材のホースが、断面略円形の保形ホースであることを特徴とする請求項１、２または３に記載のトンネルの覆工工法。
5. 上記保形ホースが、合成繊維糸のたて糸と、金属線もしくは合成樹脂モノフィラメント糸のよこ糸とを筒状に織成した筒状織物の内面に、ライニング層を形成したものであることを特徴とする請求項４に記載のトンネルの覆工工法。
6. 上記補強部材のホースに空気抜き用の孔を形成しておくことを特徴とする請求項１、２、３、４または５に記載のトンネルの覆工工法。

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