JP4668874B2 - 鋼管先受け工法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管先受け工法に関するものである。

従来の長尺先受け工法（ＡＧＦ工法）においては、地山補強のために、切羽方向に向かって斜めに地山を削孔して鋼管を打設し、注入材を充填していた。その際、トンネル内に所定のピッチで設置したアーチ支保工に先受け用の補強鋼管が当たらないように、地山を部分的に拡幅して鋼管を打設し、先受け後にこの拡幅部を吹付けコンクリートで埋めていた（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の先受け工法の改良型として、鋼管を打設する際に、地山を部分的に拡幅せず、鋼管の後端に他の管を継いで鋼管の最後端がトンネル掘削領域外に位置するまで埋設させた後、トンネル掘削領域内に位置する他の管を撤去したり切削したりする方法があった（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。

特開平１０−８８７５号公報（２頁、図４） 特開平８−１２１０７３号公報 特開平１１−２９４０６６号公報

しかしながら、従来の方法では、支保工と鋼管との干渉を避けるために地山を拡幅することにより、工費が増大し、工期が長期化していた。また、支保工と地山の突起が存在するため、トンネル内に防水シートを貼る際に、突起部での破損により漏水する不具合が生じていた。

改良型の方法は、地山拡幅による問題点を解決するための方法であるが、施工には汎用部品以外の特殊な治具や装置が必要であった。また鋼管の後端に継いだ他の管の処理を行う必要があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、地山の拡幅が不要で、汎用の機械および部品を用いて容易に施工できる鋼管先受け工法を提供することである。

前述した目的を達成するための本発明は、トンネルの掘削時に、切羽方向に向かって放射状に鋼管を打設して地山を補強する鋼管先受け工法において、地山を掘削して通常の支保工を設置する工程（ａ）と、前記通常の支保工よりも背の大きい鋼管打設用支保工を、トンネル側の面位置が前記通常の支保工のトンネル側の面位置と揃い、地山側の面位置が前記通常の支保工の地山側の面位置よりも地山側に位置するように設置する工程（ｂ）と、前記鋼管打設用支保工に配置した鋼管打設用ガイドを用いて前記地山に鋼管を打設する工程（ｃ）と、を具備することを特徴とする鋼管先受け工法である。

工程（ｃ）で打設する鋼管は、例えば２本継とする。また、工程（ｃ）では、第１の鋼管打設用支保工を用いて打設する第１の鋼管と、第１の鋼管打設用支保工よりもトンネル掘削方向前方に設置された第２の鋼管打設用支保工を用いて打設する第２の鋼管とを、千鳥状に配置するのが望ましい。

本発明では、工程（ｃ）の後、地山を削孔した削孔用ビットおよび鋼管を地山内に残置するのが望ましい。本発明の鋼管先受け工法は、例えば、トンネルの土被り厚さが前記トンネルの幅員以下である部分に用いられる。

鋼管打設用支保工に配置される鋼管打設用ガイドは、例えば、鋼管打設用支保工に固定された補強プレートと、鋼管打設用支保工と補強プレートとを貫通して設けられたガイドパイプとからなる。

本発明では、地山を掘削して通常の支保工を設置し、通常の支保工よりも背の大きい鋼管打設用支保工を、トンネル側の面位置が通常の支保工のトンネル側の面位置と揃い、地山側の面位置が通常の支保工の地山側の面位置よりも地山側に位置するように設置する作業と、鋼管打設用支保工に配置した鋼管打設用ガイドを用いて地山に鋼管を打設する作業とを繰り返す。

本発明によれば、地山の拡幅が不要で、汎用の機械および部品を用いて容易に工できる鋼管先受け工法を提供できる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、トンネル３の軸方向の断面図を、図２は、トンネル３の吹付コンクリート９周辺の断面図を示す。図２は、図１の範囲Ａに示す部分の拡大図である。

図１に示すように、トンネル３を構築する際、既に掘削された掘削区間２−ｎ、掘削区間２−（ｎ−１）…では、各掘削区間に、地山１の補強用の先受け鋼管７−ｎ、鋼管７−（ｎ−１）…が打設される。また、トンネル３の壁面には、トンネル周方向に沿ってアーチ支保工５が設置される。アーチ支保工５同士の間には、吹付コンクリート９が充填される。吹付コンクリート９の表面８は、防水シート３５（図２）で被覆される。

アーチ支保工５は、Ｈ型鋼等であり、トンネル３の軸方向に所定の間隔をおいて配置される。アーチ支保工５には、通常のアーチ支保工５ａと、鋼管打設用アーチ支保工５ｂとの２種類がある。鋼管打設用アーチ支保工５ｂは、鋼管７の打設予定位置に設置される。すなわち、各掘削区間のトンネル掘削方向前方側の端部付近に設置される。通常のアーチ支保工５ａは、その他の支保工設置位置に設置される。

図２に示すように、鋼管打設用アーチ支保工５ｂの背３３ｂは、通常のアーチ支保工５ａの背３３ａより大きい。鋼管打設用アーチ支保工５ｂの背３３ｂと、通常のアーチ支保工５ａの背３３ａとの差は、５０ｍｍ程度とするのが望ましい。

トンネル３では、アーチ支保工５が、トンネル側の面位置２９が平滑となるように設置される。すなわち、鋼管打設用アーチ支保工５ｂが、トンネル側の面位置２９が通常のアーチ支保工５ａのトンネル側の面位置２９と揃い、地山側の面位置３１が通常のアーチ支保工５ａの地山側の面位置４５より地山１側となるように設置される。

図３は、トンネル３の周方向の断面図を示す。図３は、図１に示す矢印Ｂ−Ｂによる断面図である。図３に示すように、鋼管７は、トンネル３の同一断面に対して、切羽方向に向かって放射状に打設される。トンネル３では、隣接する掘削区間２−（ｎ−１）の地山１の補強用の鋼管７−（ｎ−１）と、掘削区間２−ｎの地山１の補強用の鋼管７−ｎとが、千鳥状に配置される。

図４は、鋼管打設用アーチ支保工５ｂの断面図を、図５は、鋼管打設用アーチ支保工５ｂの立面図を示す。図４は、図５に示す矢印Ｄ−Ｄによる断面図である。図５は、図４の矢印Ｃに示す方向から見た図である。

図４、図５に示すように、鋼管打設用アーチ支保工５ｂは、ウェブ４１に鋼管７を挿通するための孔２１を有する。鋼管打設用アーチ支保工５ｂは、孔２１の近辺に鋼管打設用ガイド３７を有する。鋼管打設用ガイド３７は、補強プレート１５と、ガイドパイプ１７とからなる。

補強プレート１５は、鋼管打設用アーチ支保工５ｂに固定される。補強プレート１５は、鋼管打設用アーチ支保工５ｂの孔２１と重なる位置に孔１９を有する。ガイドパイプ１７は、鋼管打設用アーチ支保工５ｂの孔２１と補強プレート１５の孔１９とを貫通する。ガイドパイプ１７は、鋼管打設用アーチ支保工５ｂの孔２１および補強プレート１５の孔１９の縁に固定される。

鋼管７は、鋼管打設用ガイド３７のガイドパイプ１７に、図３の矢印Ｃに示す側から挿入される。ガイドパイプ１７の鋼管打設用アーチ支保工５ｂに対する設置角度は、鋼管７の打設角度に応じて決定される。ガイドパイプ１７の長さは、トンネル掘削方向後方の端部１６ａが鋼管打設用アーチ支保工５ｂのフランジ３９のトンネル内側面３９ａから、トンネル掘削方向前方の端部１６ｂがフランジ３９のトンネル外側面３９ｂからはみ出さないように決定される。

以下に、図１において、掘削区間２−（ｎ＋１）を掘削して掘削区間２−ｎと同様の状態とする手順について説明する。掘削区間２−（ｎ＋１）を掘削するには、まず、切羽１０に鏡吹付コンクリート１１を吹き付けた状態で、地山１の補強用の鋼管７−（ｎ＋１）を打設する。

図６は、鋼管７の軸方向の断面図である。図６に示すように、鋼管７は、先頭管２３と端末管２５とを継いだ、２本継の中尺（６．５ｍ程度）のものである。鋼管７は、先頭管２３の先端部に削孔用ビット２７が固定される。鋼管７の径は、汎用機械であるドリルジャンボ（図示せず）の削岩機１３を用いて削孔および打設できる程度に小さいものとする。

鋼管７−（ｎ＋１）を打設するには、まず、図１に示す削岩機１３に鋼管７−（ｎ＋１）を取り付ける。そして、鋼管７−（ｎ＋１）を図３および図４に示す鋼管打設用アーチ支保工５ｂの鋼管打設用ガイド３７のガイドパイプ１７に挿入して位置決めを行いつつ、削孔用ビット２７（図６）で地山１を削孔し、鋼管７−（ｎ＋１）を削孔した孔内に押し入れて設置する。鋼管７−（ｎ＋１）は、後端部４３（図２）が、鋼管打設用アーチ支保工５ｂのトンネル側の面位置２９よりも地山１側に到達した時点で設置完了とする。

掘削区間２−（ｎ＋１）では、複数の鋼管７−（ｎ＋１）を、トンネル３の同一断面に対して、切羽方向に向かって放射状に打設する。また、鋼管７−（ｎ＋１）を、隣接する掘削区間２−ｎの地山１の補強用の鋼管７−ｎに対して千鳥状に配置する。

そして、鋼管７−（ｎ＋１）内および鋼管７−（ｎ＋１）と地山１との隙間に注入材を充填し、掘削区間２−（ｎ＋１）の周辺の地山１の補強を完了する。次に、掘削機（図示せず）を用いて掘削区間２−（ｎ＋１）を掘削しつつ、トンネル３の内壁面に沿ってアーチ支保工５を設置する。

掘削区間２−（ｎ＋１）においても、鋼管打設用アーチ支保工５ｂを、鋼管７の打設予定位置（すなわち、掘削区間２−（ｎ＋１）のトンネル掘削方向前方側の端部付近）に設置し、通常のアーチ支保工５ａを、その他の支保工設置位置に設置する。また、図２に示すように、鋼管打設用アーチ支保工５ｂを、トンネル側の面位置２９が通常のアーチ支保工５ａのトンネル側の面位置２９と揃い、地山側の面位置３１が通常のアーチ支保工５ａの地山側の面位置４５より地山１側となるように設置する。

次に、アーチ支保工５同士の間に、吹付コンクリート９を充填する。さらに、図２に示すように、吹付コンクリート９の表面８を、防水シート３５で被覆する。掘削区間２−（ｎ＋１）の全長を掘削した後、切羽１０に鏡吹付コンクリート１１を吹付ける。

トンネル３は、各掘削区間について、上述した手順を繰り返すことにより、構築される。なお、鋼管７は、削孔用ビット２７とともに、地山１に埋設される。

このように、本実施の形態では、通常のアーチ支保工５ａの背３３ａよりも背３３ｂの大きい鋼管打設用アーチ支保工５ｂを、トンネル側の面位置２９が通常のアーチ支保工５ａのトンネル側の面位置２９と揃い、地山側の面位置３１が通常のアーチ支保工５ａの地山側の面位置４５よりも地山１側に位置するように設置する。また、鋼管７の後端部４３を、鋼管打設用アーチ支保工５ｂのトンネル側の面位置２９よりも地山１側に到達させる。

これにより、吹付コンクリート９の表面８が平滑となり、防水シート３５を隙間なく貼ることができるので、防水シート３５が破損せず、漏水がなくなる。また、鋼管打設用アーチ支保工５ｂに通常のＨ型鋼等を用いるので、他の工法で用いられる汎用の鋼管打設用ガイド３７を転用し、容易に取り付けることができる。

本実施の形態では、鋼管７の径を小さくすることで、汎用機械であるドリルジャンボ（図示せず）による地山１内への削孔および打設が可能である。さらに、先受け用の鋼管７に２本継の中尺のものを用いるので、施工サイクルが早い。

また、鋼管７を、削孔用ビット２７とともに地山１に埋設するため、鋼管７を切除する際の過剰な振動および打撃を与えることがなく、鋼管７と地山１との間の固化部が乱れずに品質が確保される。さらに、鋼管７を千鳥状に打設するので、隣接する鋼管７同士が干渉して地山１を乱すことがない。

なお、本実施の形態において述べた方法は、トンネル３の土被り厚さがトンネル幅員以下（トンネル３の坑口等）である部分に用いることが望ましい。また、鋼管打設用ガイド３７や鋼管７の構成は、図３から図５に述べたものに限らない。

以上、添付図面を参照しながら本発明にかかる鋼管先受け工法の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

トンネル３の軸方向の断面図 トンネル３の吹付コンクリート９周辺の断面図 トンネル３の周方向の断面図 鋼管打設用アーチ支保工５ｂの断面図 鋼管打設用アーチ支保工５ｂの立面図 鋼管７の軸方向の断面図

符号の説明

１………地山
３………トンネル
５………アーチ支保工
５ａ………通常のアーチ支保工
５ｂ………鋼管打設用アーチ支保工
７………鋼管
１５………補強プレート
１７………ガイドパイプ
１９、２１………孔
２３………先頭管
２５………端末管
２９………トンネル側の面位置
３１………地山側の面位置
３３ａ、３３ｂ………背
３７………鋼管打設用ガイド

Claims (6)

1. トンネルの掘削時に、切羽方向に向かって放射状に鋼管を打設して地山を補強する鋼管先受け工法において、
   地山を掘削して通常の支保工を設置する工程（ａ）と、
   前記通常の支保工よりも背の大きい鋼管打設用支保工を、トンネル側の面位置が前記通常の支保工のトンネル側の面位置と揃い、地山側の面位置が前記通常の支保工の地山側の面位置よりも地山側に位置するように設置する工程（ｂ）と、
   前記鋼管打設用支保工に配置した鋼管打設用ガイドを用いて前記地山に鋼管を打設する工程（ｃ）と、
   を具備することを特徴とする鋼管先受け工法。
2. 前記鋼管を、２本継とすることを特徴とする請求項１記載の鋼管先受け工法。
3. 前記工程（ｃ）の後、前記地山を削孔した削孔用ビットおよび前記鋼管を前記地山内に残置することを特徴とする請求項１記載の鋼管先受け工法。
4. トンネルの土被り厚さが前記トンネルの幅員以下である部分に用いることを特徴とする請求項１記載の鋼管先受け工法。
5. 前記工程（ｃ）で、第１の鋼管打設用支保工を用いて打設する第１の鋼管と、前記第１の鋼管打設用支保工よりもトンネル掘削方向前方に設置された第２の鋼管打設用支保工を用いて打設する第２の鋼管とを、千鳥状に配置することを特徴とする請求項１記載の鋼管先受け工法。
6. 前記鋼管打設用ガイドが、
   前記鋼管打設用支保工に固定された補強プレートと、
   前記鋼管打設用支保工と前記補強プレートとを貫通して設けられたガイドパイプと、
   からなることを特徴とする請求項１記載の鋼管先受け工法。

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