JP4714927B2 - トンネル掘削方法及び鏡止めボルト - Google Patents

Description

本発明は、砂土や砂質土等の未固結層や崩落性の高い軟岩等から成る軟弱な地山でのトンネルの掘削に好適なトンネル掘削方法及びこの方法で使用する鏡止めボルトに関する。

軟弱な地山でのトンネルの掘削に際しては、トンネルの切羽に地山状況に応じた所定ピッチで複数の鏡止めボルトを打ち込み、掘削中に切羽が崩れないようにしている。そして、従来、切断が比較的容易なグラスファイバー製の鏡止めボルトを用い、この鏡止めボルトを打ち込んだ切羽を鏡止めボルトごと掘削する工程と、鏡止めボルトが残っている状態で切羽に新たな鏡止めボルトを打ち込む工程とを繰り返して掘削を進めていくトンネル掘削方法が知られている。

然し、この掘削方法では、高価なグラスファイバー製ボルトが消耗品として扱われるため、コスト的に不利である。そこで、従来、鋼製の鏡止めボルトを用い、トンネルの切羽に複数の鏡止めボルトを打ち込んだ後、鏡止めボルトの後部が露出するように鏡止めボルトを避けて切羽を掘削する工程と、鏡止めボルトを掘削後の切羽に押し込む工程とを繰り返すようにしたトンネル掘削方法も知られている（例えば、特許文献１参照）。

この掘削方法によれば、同一の鏡止めボルトを用いて掘削を進めることができるため、工費が安くなる利点がある。然し、鏡止めボルトを避けて切羽を掘削する関係で、掘削作業が面倒になって時間がかかり、工期が長引く不具合がある。
特開平７−１２７３８８号公報

本発明は、以上の点に鑑み、同一の鏡止めボルトを用いて掘削を進めるにも拘らず、切羽を鏡止めボルトに邪魔されずに能率良く掘削できるようにしたトンネル掘削方法及びこの方法で使用するのに好適な鏡止めボルトを提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明のトンネル掘削方法は、トンネルの切羽に、複数の鏡止めボルトを該鏡止めボルトの後端が切羽面から所定距離前方に埋没するように打ち込んだ後、鏡止めボルトの後端より手前の切羽の部分を掘削する工程と、鏡止めボルトの後端が掘削後の切羽面から所定距離前方に埋没するように鏡止めボルトを押し込む工程とを繰り返すことを特徴とする。

本発明によれば、上記特許文献１に記載のものと同様に同一の鏡止めボルトを用いて掘削を進められるため、工費の低廉化を図ることができる。更に、鏡止めボルトの後端を切羽面から所定距離前方に埋没させるため、鏡止めボルトの後端より手前の切羽の部分には鏡止めボルトが存在しない。従って、切羽を鏡止めボルトに邪魔されずに能率良く掘削することができ、工期の短縮化を図ることができる。

尚、本発明においては、鏡止めボルトの後端に着脱自在に連結されるロッドを用いて鏡止めボルトの打ち込み及び押し込みを行うようにし、鏡止めボルトの後端が切羽面から前記所定距離前方に埋没したところでロッドを鏡止めボルトから切り離して引き抜くことが望ましい。これにより、鏡止めボルトの後端が切羽面から所定距離前方に埋没するように、簡単に鏡止めボルトの打ち込み及び押し込みを行うことができる。

上記本発明のトンネル掘削方法で使用する本発明の鏡止めボルトは、ボルト前端寄りの部分に、ボルト外周に突出する引抜き抑止部材を備えることを特徴とし、また、ボルト後端寄りの部分に、ボルト外周に突出する土留め部材を備えることを特徴とする。

ここで、切羽の崩れは切羽地山の滑りで発生する。切羽地山の滑り面の前後に亘って延在するように鏡止めボルトが打設されていれば、滑り面より奥の地山に対する鏡止めボルトの前半部分の摩擦で鏡止めボルトの引抜きが抑制される。そして、この鏡止めボルトの後半部分と滑り面の手前の切羽地山との間の摩擦抵抗で切羽地山が滑り止めされ、切羽の崩れが防止される。ボルト前端寄りの部分に上記の如く引抜き抑止部材を備える場合は、そのせん断抵抗により鏡止めボルトの引抜き抵抗が増し、また、ボルト後端寄りの部分に上記の如く土留め部材を備える場合は、切羽地山とボルト間の滑り抵抗が増し、滑ろうとする切羽地山とボルトとの一体化がより図られ、切羽の崩れが一層効果的に防止される。尚、鏡止めボルトは、前端寄りの部分と後端寄りの部分とに夫々引抜き抑止部材と土留め部材とを備えていてもよい。

図１及び図２を参照して、１は、砂土や砂質土等の未固結層や崩落性の高い軟岩等から成る軟弱な地山に掘削するトンネルを示している。トンネル１の掘削済みの部分の底面には、コンクリート製のインバート２が築造される。そして、トンネル１の内面に沿わせてアーチ状の鋼製支保工３を建込み、この鋼製支保工３の左右両側部の下端をインバート２の左右両側部に結合して、トンネル断面を閉合している。また、トンネル１の内面にコンクリートを吹き付けて支保コンクリート層４を形成している。更に、トンネル１の周囲の地山に、掘削した周壁面の支保用のロックボルト（図示省略）を支保コンクリート層４を通して放射状に複数打ち込むと共に、斜め前方にのびる先受け鋼管５を打設している。

ところで、軟弱な地山では、トンネル１の切羽６の掘削時に、図１（ａ）に仮想線で示すような滑り面ａで切羽地山の滑りを生じ、切羽６が崩れることがある。そこで、切羽６に、地山状況に合わせた所定範囲に所定ピッチで複数の鏡止めボルト７を打ち込む。これによれば、滑り面ａより奥の地山に対する鏡止めボルト７の前半部分の摩擦で鏡止めボルト７の引抜きが抑制される。そして、この鏡止めボルト７の後半部分と滑り面ａの手前の切羽地山との間の摩擦抵抗で切羽地山が滑り止めされ、切羽６の崩れが防止される。

ここで、鏡止めボルト７の前端寄りの部分には、ボルト外周に突出する螺旋状の引抜き抑止部材７ａが設けられている。この引抜き抑止部材７ａの地山に対するせん断抵抗の付与により、滑り面ａより奥の地山に対する鏡止めボルト７の引抜き抵抗が増加する。また、鏡止めボルト７の後端寄りの部分には、ボルト外周に突出する螺旋状の土留め部材７ｂが設けられている。そのため、滑り面ａの手前の切羽地山の鏡止めボルト７に対する滑り抵抗が増加する。これにより、切羽６の崩れが一層確実に防止される。

尚、鏡止めボルト７をその後端が切羽面（切羽６の端面）に露出するように単純に切羽６に打ち込むと、鏡止めボルト７を避けて切羽６を掘削することが必要になり、掘削作業が面倒になって時間がかかる。

そこで、本実施形態では、図１（ａ）に示す如く、鏡止めボルト７をその後端が切羽面から所定距離Ｌ前方に埋没するように切羽６に打ち込んだ後、図１（ｂ）に示す如く、鏡止めボルト７の後端より手前の切羽６の部分を掘削するようにしている。次に、図１（ｃ）に示す如く、今回掘削した部分でのインバート２の築造と鋼製支保工３の建込みと支保コンクリート層４の形成とを行うと共に、鏡止めボルト７の後端が掘削後の切羽面から所定距離Ｌ前方に埋没するように鏡止めボルト７を押し込む。以後、鏡止めボルト７の後端より手前の切羽６の部分を掘削する工程と、鏡止めボルト７を上記の如く押し込む工程とを繰り返す。

これによれば、掘削する切羽６の部分には鏡止めボルト７が存在せず、掘削作業を鏡止めボルト７に邪魔されずに能率良く行うことができる。その結果、工期の短縮化を図ることができる。

次に、図３を参照して、鏡止めボルト７の構造を説明する。鏡止めボルト７は、鋼管で形成されるボルト本体７１と、ボルト本体７１の前端に固定した削孔ビット７２と、削孔ビット７２に形成した吐水孔７２ａに給水するボルト本体７１内の給水パイプ７３と、ボルト本体７１の後端に固定した雄型のジョイント部７４とを備えている。ジョイント部７４には、図示省略した削孔機のドリフタにより前後動及び回転駆動されるロッド８がその前端の雌型のジョイント部８１において着脱自在に連結される。ロッド８は、中空で、内部にジョイント部８１，７４を介して鏡止めボルト７の給水パイプ７３に連通する給水パイプ８２が挿通されている。また、削孔ビット７２には、ボルト本体７１の内部空間に連通する排土孔７２ｂが形成されている。ボルト本体７１の内部空間はジョイント部７４，８１を介してロッド７の内部空間に連通する。尚、図３には示されていないが、ボルト本体７１の前端寄りの部分の外周には引抜き抑止部材７ａが固定され、ボルト本体７１の後端寄りの外周には土留め部材７ｂが固定される。

切羽６への鏡止めボルト７の打ち込み及び押し込みに際しては、鏡止めボルト７の後端のジョイント部７４にロッド８の前端のジョイント部８１を連結し、この状態でロッド８を回転させつつ前進させる。これにより、鏡止めボルト７は切羽６に削孔ビット７２で削孔しつつ打ち込み及び押し込みされる。削孔部分の土は削孔ビット７２の吐水孔７２ａからの水と混合して泥水となり、削孔ビット７２の排土孔７２ｂから鏡止めボルト７の内部空間とロッド８の内部空間とを介して排出される。そして、鏡止めボルト７の後端が切羽面から所定距離Ｌ前方に埋没したところで、ロッド８の回転及び前進を停止し、次に、ロッド８を後退させる。これにより、ロッド８が鏡止めボルト７から切り離されて引き抜かれ、図１（ａ）（ｃ）に示す状態になる。

また、本実施形態では、引抜き抑止部材７ａ及び土留め部材７ｂを螺旋状に形成しているため、鏡止めボルト７の回転に伴い引抜き抑止部材７ａ及び土留め部材７ｂによる推力が発生する。従って、引抜き抑止部材７ａ及び土留め部材７ｂによって鏡止めボルト７の打ち込み抵抗や押し込み抵抗が増加することはない。

図４は、引抜き抑止部材７ａ及び土留め部材７ｂの構造を変更した鏡止めボルト７の別の実施形態を示している。このものでは、鏡止めボルト７に、ボルト本体７１の前端寄りの部分及び後端寄りの部分に形成した透孔７１ａを通してボルト本体７１の外周に出没自在な可動ピン７５を設け、この可動ピン７５により引抜き抑止部材７ａや土留め部材７ｂを構成している。ボルト本体７１内には、上記ロッド８を鏡止めボルト７から切り離したときに所定ストローク後方に移動するパイプ状の操作部材７６が設けられている。そして、操作部材７６の外周面に可動ピン７５用のカム７７を固定し、操作部材７６の後方への移動により可動ピン７５がカム７７に押されてボルト本体７１の外周に突出するようにしている。

これによれば、鏡止めボルト７の切羽６への打ち込み時及び押し込み時には、図４（ａ）に示す如く可動ピン７５がボルト本体７１に没入して、打ち込み抵抗及び押し込み抵抗の増加が防止される。そして、鏡止めボルト７の打ち込みや押し込みの完了でロッド８を鏡止めボルト７から切り離したとき、図４（ｂ）に示す如く可動ピン７５がボルト本体７１の外周に突出して地山に食い込み、引抜き抑止部材７ａや土留め部材７ｂとして機能する。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、鏡止めボルト７として削孔ビット７２付きのものを用いたが、前端を先鋭に形成した圧入式の鏡止めボルトを用いることも可能である。また、上記実施形態では、鏡止めボルト７に引抜き抑止部材７ａ及び土留め部材７ｂを設けたが、これら部材７ａ，７ｂの一方或いは両方を省略することも可能である。

更に、上記実施形態では、鏡止めボルト７として鋼管を用いたが、棒状のものを用いることも可能である。その材質も鋼製に限らず、繊維補強プラスチック（ＦＲＰ）製など一定以上の剛性を有するあらゆるものが適用可能である。

また、打ち込み及び押し込みの状況に応じて、鏡止めボルトの周囲に固化剤を注入して、ボルトと地山との摩擦抵抗の増大を図るようにしてもよい。この場合、鏡止めボルトの押し込み時にボルトと地山との剥離が良好に行えるよう、固化剤の材質を選定することが望ましい。

本発明の実施形態の掘削方法を示すトンネルの縦断面図。 トンネルの横断面図。 本発明の実施形態の鏡止めボルトを示す縦断面図。 別の実施形態の鏡止めボルトの要部を示す縦断面図。

符号の説明

１…トンネル、６…切羽、７…鏡止めボルト、７ａ…引抜き抑止部材、７ｂ…土留め部材、８…ロッド。

Claims (4)

1. トンネルの切羽に、複数の鏡止めボルトを該鏡止めボルトの後端が切羽面から所定距離前方に埋没するように打ち込んだ後、鏡止めボルトの後端より手前の切羽の部分を掘削する工程と、鏡止めボルトの後端が掘削後の切羽面から所定距離前方に埋没するように鏡止めボルトを押し込む工程とを繰り返すことを特徴とするトンネル掘削方法。
2. 前記鏡止めボルトの後端に着脱自在に連結されるロッドを用いて鏡止めボルトの打ち込み及び押し込みを行うようにし、鏡止めボルトの後端が切羽面から前記所定距離前方に埋没したところでロッドを鏡止めボルトから切り離して引き抜くことを特徴とする請求項１記載のトンネル掘削方法。
3. 請求項１又は２記載のトンネル掘削工法で使用する鏡止めボルトであって、ボルト前端寄りの部分に、ボルト外周に突出する引抜き抑止部材を備えることを特徴とする鏡止めボルト。
4. 請求項１又は２記載のトンネル掘削工法で使用する鏡止めボルトであって、ボルト後端寄りの部分に、ボルト外周に突出する土留め部材を備えることを特徴とする鏡止めボルト。

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