JP4735114B2

JP4735114B2 - 地盤の補強構造及び補強方法

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Publication number: JP4735114B2
Application number: JP2005227177A
Authority: JP
Inventors: 山本　　彰; 邦彦浜井; 晃司森田; 雄宣稲川
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2005-08-04
Filing date: 2005-08-04
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2025-08-04
Also published as: JP2007040029A

Description

本発明は、トンネルを掘削する際に地盤の崩壊を防止するための補強構造及び補強方法に関する。

崖錐や地滑り地帯のトンネル坑口施工、土砂地山、土被りの小さなトンネル施工などの場合に、トンネル掘削にともない地盤が緩み、地盤変形が生じて地滑りや斜面崩壊が発生する可能性がある。そこで、トンネル掘削にともなう地盤の緩み、地盤の変形及び斜面の崩壊の防止などを目的として種々の対策工が施工される。

例えば、非特許文献１においては、図２７に示すように、トンネル坑口の斜面よりトンネル掘削予定箇所６０に向けて、ボーリングにて孔を穿孔し、この孔内に鉄筋等の補強材を挿入してセメントミルク又はモルタル等のグラウト材を充填し、垂直縫地ボルト６１を地中に埋設する垂直縫地ボルト工法が示されている。かかる工法によれば、トンネル掘削にともなう地山変形を防止するための力を、硬化したグラウト材を介して鉄筋に負担させることにより地山固有のせん断強度を向上させることができ、また、地滑り面等に生じる滑動力に対しては、鉄筋のせん断剛性及び曲げ剛性にて抵抗することにより地滑りを防止することができる。

また、特許文献２においては、トンネル外周面を先受けするコンクリート製の覆工体を切羽の前方に所定長さ形成し、この覆工体により覆われた部分を掘削するプレライニング工法が示されている。この覆工体は、例えば、チェーンカッター等の細溝掘削機械を用いてトンネル外周に沿って所定幅の掘削溝を順次形成するとともに、その掘削溝にコンクリート圧送管を通じてコンクリートを充填する工程を周方向に繰り返すことによって一体形成される。かかる工法によれば、覆工体が地山の掘削すべきトンネル部分を覆うように形成されているために、覆工体内を掘削していくことにより、トンネル掘削にともなう地山変形を防止することができ、また、掘削時にトンネルの天端部が崩落することなく安全にトンネルを掘削することができる。
トンネル・ライブラリー第５号山岳トンネルの補助工法、平成６年３月２０日発行、社団法人土木学会特開平６−２１２８７７号公報

しかしながら、従来の縫地工法は、トンネル掘削にともなうトンネル坑口付近における不安定化のメカニズムを考慮しておらず、設計方法も確立されていないために、鉄筋等の補強材の設置間隔や埋設長は経験的に決められていた。したがって、過小設計又は過大設計の可能性があり、合理的な施工方法ではないという問題点があった。

また、鉄筋等の補強材はトンネル掘削断面内まで打設されておりトンネル掘削と同時に補強材を切断しなければならず、この切断作業に手間と時間がかかり日進距離が短くなるという問題点があった。そこで、補強材をトンネル断面内までに挿入せずにトンネル上方まで挿入した場合においては、トンネル切羽前面の緩みを防止する効果が少なくなるために、鏡ボルト打設等の切羽の緩み防止対策が必要となり、この切羽の緩み防止対策に手間と時間がかかるという問題点があった。

そして、プレライニング工法を用いた場合は、トンネル外周面に覆工体を形成することにより、切羽に作用する鉛直荷重は低減するが、切羽前面の緩みに対する効果は少ないために、鏡ボルト打設等の切羽の緩み防止対策が必要となり、この切羽の緩み防止対策にさらに手間と時間がかかるという問題点があった。また、トンネル外周面に覆工体を形成する作業はトンネル内の切羽近傍で行うために、掘削作業を中断しなければならず、トンネル掘削作業に工期がかかるという問題点があった。

そこで、本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、トンネルの掘削にともなう地盤の緩み、変形、崩壊等の異常を防止する地盤の補強構造及び補強方法を提供することにある。

上記問題を解決する本発明の地盤の補強構造は、トンネル掘削予定箇所周辺に予め施工される地盤の補強構造であって、地表からトンネル掘削予定箇所へ斜め又は鉛直に埋設され、緊張力を与えられる引張材と、該引張材の外周に設けられ、前記引張材を地盤に固定する定着体と、地表からトンネル掘削予定箇所の側方へ斜め又は鉛直に埋設され、地盤に固定される圧縮材と、該圧縮材とは分離して地表面に設置され、前記引張材の地表側端部に接続される受圧板とからなることを特徴とする（第１の発明）。

本発明によれば、定着体を地盤に固定するとともに、引張材を受圧板に接続し、この引張材を緊張させて受圧板を反力材とすることにより、トンネル掘削にともない切羽前方で生じる地盤の鉛直方向圧縮ひずみ及び切羽直上での地盤の引張りひずみを抑制することが可能になる。さらに、トンネルとトンネル坑口周辺の斜面との間に存在する地盤や地滑り面の拘束力が増加することにより、滑り抵抗力を大きくすることができ、斜面の安定性が向上する。つまり、崖錐や地滑り地帯のトンネル坑口施工、土砂地山、土被りの小さなトンネル施工などの場合に、切羽の安定性及びトンネル坑口の斜面の安定性が向上するとともに、切羽の掘削作業中に今後掘削する予定箇所の地盤の補強作業を予め行うことができるために、トンネルの掘削作業を妨げない。したがって、トンネル掘削を安全に、かつ短期間で施工することが可能となる。

第２の発明は、第１の発明において、前記引張材の下端に延長材が接続され、該延長材は地盤に固定されていることを特徴とする。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記延長材は、トンネル掘削時に破砕されることを特徴とする。

第４の発明の地盤の補強方法は、トンネル掘削予定箇所周辺に予め施工する地盤の補強方法において、地表からトンネル掘削予定箇所へ斜め又は鉛直に、下端に切断可能な延長材が接続された引張材を埋設する工程と、該引張材を定着体にて地盤に固定する工程と、地表からトンネル掘削予定箇所の側方へ斜め又は鉛直に圧縮材を埋設して地盤に固定する工程と、前記圧縮材とは分離させて地表面に受圧板を設置する工程と、前記引張材の地表側端部に受圧板を接続する工程と、前記引張材を緊張する工程と、前記延長材を地盤に固定する工程とを備えることを特徴とする。

本発明の地盤の補強構造によれば、トンネルの掘削にともなう地盤の緩み、変形、崩壊等の異常を防止することが可能となる。また、トンネル掘削予定箇所の補強作業を予め行うことができるために、トンネルの掘削作業を妨げない。したがって、トンネル掘削を安全に、かつ短期間で施工することが可能となる。

以下、本発明に係る地盤の補強構造の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係る地盤の補強構造１によりトンネル坑口予定箇所周辺を補強した状態を示す正断面図であり、図２は、本発明の第一実施形態に係る地盤の補強構造１によりトンネル坑口予定箇所周辺を補強した状態を示す側断面図である。図１及び図２に示すように、トンネル掘削予定箇所２の周辺の地盤３内に、地表からトンネル掘削予定箇所２へ斜め又は鉛直にそれぞれ埋設される引張材５と、引張材５の下部に、引張材５の外周を囲うように設けられる定着体７と、引張材５の下端に接続される延長材９と、地表からトンネル掘削予定箇所２の側方へ斜めにそれぞれ埋設される圧縮材１１と、引張材５の上端部に接続され、地表面に接するように設置される受圧板１３とが設けられる。

図３は、本発明の第一実施形態に係る引張材５、定着体７及び延長材９の設置状態を示す図である。図３に示すように、引張材５の下端に延長材９が接続され、この接続部分Ｃがトンネル天端位置ＴＴの上側近傍となるように、地盤３に削孔されたボーリング孔１５内に挿入されている。引張材５は、下部は定着体７内に埋設され、上端は受圧板１３に接続されて緊張力を与えられる鋼材であり、本実施形態においては、曲げ剛性の大きい、例えば、鉄筋を用いる。

定着体７は、ボーリング孔１５内の引張材５の外周を囲うように、引張材５の下端から所定の深度までの区間にセメントミルクやモルタル等のグラウト材を充填することにより形成され、地盤３に固定されている。ここで、引張材５は定着体７を介して地盤３に固定されている。

引張材５の下端に接続されている棒状の延長材９は、延長材９の外周を囲うように、延長材９の下端から接続部分Ｃの深度までの区間にセメントミルクやモルタル等のグラウト材を充填することにより形成される固結体１９を介して地盤３に固定されている。延長材９は、本実施形態においては、軽量で圧縮剛性及び曲げ剛性が大きく、かつ破砕の容易な材料である、例えば、ＦＲＰを用いる。

図４は、本発明の第一実施形態に係る圧縮材１１の設置状態を示す図である。図４に示すように、圧縮材１１は、圧縮材１１の外周を囲うように、孔底から圧縮材１１の上端部までの区間にセメントミルクやモルタル等のグラウト材を充填することにより形成される固結体２３を介して地盤３に固定されている。圧縮材１１は、本実施形態においては、圧縮剛性及び曲げ剛性の大きな、例えば、鋼管を用いる。

図５は、本発明の第一実施形態に係る受圧板１３の平面図である。図５に示すように、受圧板１３に設けられた貫通孔２５内に引張材５が挿通され、引張材５の上端はナット等のねじ部材２７と螺合して受圧板１３に接続されている。また、受圧板１３は地表面に接するように配置される。本実施形態においては、受圧板１３は、例えば、プレキャストコンクリートフレームを用いる。

次に、各引張材５に対してそれぞれ受圧板１３を設けた場合の圧縮材１１の効果について検証した結果を示す。

図６は、本発明の第一実施形態に係る地盤３内の圧力球根を示す模式図であり、図７は、本発明の第一実施形態に係る圧力球根による圧縮材１１への鉛直荷重の伝達メカニズムを示す模式図である。

図６に示すように、引張材５を緊張させて引張材５の上端部に鉛直方向の荷重が作用した場合においては、受圧板１３を介して地盤内に生じる鉛直方向の等圧線を描くと植物の球根状を呈する圧力球根を形成する。そして、複数の受圧板１３を設置した場合においては、図７に示すように、受圧板１３から下方へ離れると各受圧板１３を中心に形成されるそれぞれの圧力球根ａが重ね合わされて１つの圧力球根Ａを形成し、この圧力球根Ａの等圧線がトンネル側方に設置された圧縮材１１と交差する部分にて荷重が圧縮材１１に伝達される。そこで、この鉛直荷重の伝達メカニズムに基づいて、各引張材５に対してそれぞれ受圧板１３を設置した場合における圧縮材１１の効果を検証した。

図８は、本発明の第一実施形態に係る解析モデルを示す図である。図８に示すように、地盤３は均等な地質で土砂〜強風化地盤程度の強度を有し、地形はモデルを単純化するために水平とした。地盤３及びグラウト材はソリッド要素で、引張材５及び圧縮材１１は棒要素でモデル化した。

図９は、本発明の第一実施形態に係る地盤３、受圧板１３及び圧縮材１１の物性を示す図である。図９に示すように、地盤３は土砂〜強風化地盤程度を想定し、圧縮材１１には鋼管を用いることとした。

図１０は、本発明の第一実施形態に係る解析ケースを示す図である。図１０に示すように、（ａ）ケース１は、互いに分離した複数の受圧板１３を地表面に設置し、各受圧板１３に鉛直力２０ｔｆ／ｍ^２を作用させた場合、（ｂ）ケース２は、各受圧板１３を地表面に、各圧縮材１１を地盤内に設置し、各受圧板１３に鉛直力２０ｔｆ／ｍ^２を作用させた場合、（ｃ）ケース３は、各圧縮材１１を地盤３内に設置し、これらの圧縮材１１と連結された１枚の受圧板１４を地表面に設置し、この受圧板１４に鉛直力２０ｔｆ／ｍ^２を作用させた場合のそれぞれについて検証を行った。

図１１は、本発明の第一実施形態に係るケース２及びケース３の解析結果により得られた圧縮材１１の軸力図であり、図１２は、本発明の第一実施形態に係る各ケースの解析結果により得られた地盤３内の鉛直応力分布図である。

図１１に示すように、圧縮材１１に作用する軸力についてケース２とケース３とで比較すると、ケース２及びケース３共に圧縮材１１の全長に渡って圧縮力が作用し、地表面近傍ではケース３の圧縮力はケース２の圧縮力より大きくなっているが、深度が深くなるにともないケース２とケース３との圧縮力の大きさはほぼ同程度となっている。例えば、受圧板１３、１４の真下である地表面部分ではケース２、ケース３の圧縮力はそれぞれ１．６０４ｔｆ、４．１０３ｔｆとなり、ケース２の圧縮力はケース３の圧縮力に対して約４０％程度と小さくなっているが、圧縮材１１の最深部分ではケース２、ケース３の圧縮力はそれぞれ１２．８９０ｔｆ、１３．７４２ｔｆとなり、ケース２の圧縮力はケース３の圧縮力に対して約９４％程度とほぼ同程度となっている。したがって、ケース２の圧縮材１１とケース３の圧縮材１１とには、地表面近傍を除いて、ほぼ同程度の軸力が作用している。つまり、ケース２における受圧板１３の配置方法とケース３における受圧板１４の配置方法とは、圧縮材１１に対してほぼ同程度の軸力を作用させる効果を有する。

図１２に示すように、地盤３に作用する鉛直応力を各ケースについて比較すると、すべてのケースにおいて地表付近では大きな圧縮応力が作用しているが、深度が深くなるにともない圧縮応力は小さくなっている。ここで、圧縮応力の影響する深度は、ケース１よりもケース２及びケース３が浅くなっている。例えば、９〜１２ｔｆ/ｍ^２の圧縮応力が影響をおよぼす範囲は、ケース１においては、解析対象の８ｍ以深まで影響しているが、ケース２、ケース３においては、それぞれ深度６．４ｍ、５．６ｍ程度までであり、圧縮応力の影響範囲はほぼ同程度である。また、他の値の圧縮応力の影響範囲もケース２とケース３とは、ほぼ同程度の範囲となっている。したがって、ケース２の圧縮応力とケース３の圧縮応力との影響範囲は、ほぼ同程度の範囲である。つまり、ケース２における受圧板１３の配置方法とケース３における受圧板１４の配置方法とは、地盤３に対してほぼ同程度の圧縮応力を作用させる効果を有する。

上述した結果より、引張材５により生じる鉛直荷重が圧縮材１１に作用する程度は、各引張材５に対してそれぞれ受圧板１３を地表面に設置したケース２の場合においても、各引張材５と各圧縮材１１とを連結する受圧板１４を設置したケース３の場合とほぼ同程度の効果を有している。

次に、本実施形態の地盤３の補強構造１の施工方法を施工手順に従って説明する。
図１３〜図２０は、本発明の第一実施形態に係る地盤３の補強構造１の施工手順を示す図である。

まず、図１３に示すように、削孔機にて地表からトンネル掘削予定箇所２へ斜め又は鉛直にボーリング孔１５を削孔する。削孔方法は、ロータリーパーカッション式、ダウンザホールハンマー式等の種々の方法を用いることが可能である。そして、下端に切断可能な延長材９が接続され、下部にグラウト充填が可能なパッカー３１を有する引張材５をボーリング孔１５に挿入する。なお、地盤３に埋設する引張材５の本数は地盤強度等の現場状況により適宜変更する。

次に、図１４に示すように、地上に設置されたグラウト注入用ポンプ３３にてホース等の注入管３５を介してパッカー３１内にグラウト材を圧入してパッカー３１を膨張させ、パッカー３１の外周を孔壁１５ａに密着させる。パッカー３１は硬化するとともに、地盤３に固定される。

そして、図１５に示すように、グラウト注入用ポンプ３３にてホース等の注入管３８を介して、パッカー３１の上面から所定の深度までグラウト材を充填し、硬化させて定着体７を形成する。パッカー３１の上面からグラウト材を充填することにより、パッカー３１と定着体７とは一体化するために、本実施形態においては、パッカー３１の下面からグラウト材の上面までを定着体７とする。定着体７は硬化するとともに、地盤３に固定される。そして、引張材５は定着体７を介して地盤３に固定される。

また、図１６に示すように、受圧板１３の貫通孔２５に引張材５の上端を挿通させ、受圧板１３を地表面に設置する。

そして、図１７に示すように、グラウト注入用ポンプ３３にてホース等の注入管４３を介して孔底から接続部分Ｃ近傍までグラウト材を圧入し、硬化させて固結体１９を形成する。固結体１９は硬化するとともに、地盤３に固定される。そして、延長材９は固結体１９を介して地盤３に固定される。

次に、図１８に示すように、削孔機にて地表からトンネル掘削予定箇所２の側方へ斜めにボーリング孔１６を削孔する。そして、ボーリング孔１６に圧縮材１１を挿入する。

そして、図１９に示すように、グラウト注入用ポンプ３３にてホース等の注入管３９を介して、孔底から孔口まで完全に圧縮材１１を覆うようにグラウト材を充填し、硬化させて固結体２３を形成する。固結体２３は硬化するとともに、地盤３に固定される。そして、圧縮材１１は固結体２３を介して地盤３に固定される。

最後に、図２０に示すように、受圧板１３の上面より露出している引張材５の上端をねじ部材２７と螺合し、引張材５を受圧板１３に接続する。ここで、ねじ部材２７を締め付けることにより引張材５にプレストレスを与えて緊張した状態となるように調整するとともに、引張材５を受圧板１３に固定することにより、補強構造１が形成される。

なお、地盤３に埋設する圧縮材１１の本数は地盤強度等の現場状況により適宜変更する。

上述した手順にてトンネル坑口周辺に、切羽が到達するよりも前に予め補強構造１を形成し、地盤３を強固に補強する。

図２１は、本発明の第一実施形態に係る地盤３の補強構造１を施工された地山にトンネルを掘削した状態を示す図である。図２１に示すように、トンネル掘削時は、作業員が延長材９を切断することなく、切羽を掘削すると同時に延長材９は破砕されて除去される。

トンネル内に二次吹付を行い、インバートコンクリートを打設した後に、切羽が通過した地盤３内に埋設されている引張材５、圧縮材１１及び受圧板１３を撤去する。なお、本実施形態において、引張材５、圧縮材１１及び受圧板１３を撤去する方法について説明したが、これに限定されるものではなく、このまま埋め殺ししてもよい。

以上のようにして構築された地盤３の補強構造１によれば、切羽の安定性及びトンネル坑口の斜面の安定性が向上するとともに、トンネルの掘削作業中に今後掘削する予定箇所の地盤３の補強作業を予め行うことができるために、トンネルの掘削作業を妨げない。したがって、トンネル掘削作業を安全に、かつ短期間で施工することが可能となる。

また、定着体７及び延長材９を地盤３に固定するとともに、引張材５を受圧板１３に接続し、この引張材５を緊張させて受圧板１３を反力材とすることにより、トンネル掘削にともない切羽前方で生じる地盤３の鉛直方向圧縮ひずみ及び切羽直上での地盤３の引張りひずみを抑制することが可能になる。また、トンネルとトンネル坑口周辺の斜面との間に存在する地盤３や地滑り面の拘束力が増加するために、滑り抵抗力を大きくすることができ、斜面の安定性が向上する。さらに、曲げ剛性の大きい引張材５を用いることにより、地滑り面の滑り抵抗力を大きくすることができ、斜面の安定性が向上する。

また、圧縮材１１を地盤３に固定して、トンネル掘削にともなうトンネル側部の鉛直方向の圧縮ひずみ及びトンネル方向への水平変位に対して圧縮材１１の圧縮剛性、曲げ剛性にて抵抗するために、トンネル側方への緩みの進展を抑制することが可能になる。そして、曲げ剛性の大きい圧縮材１１を用いることにより、地滑り面の滑り抵抗力を大きくすることができ、斜面の安定性が向上する。

そして、引張材５の上端に接続され、地表面に設置される受圧板１３を設けることにより、引張材５の反力を支持するとともに、引張材５の荷重を地盤３を介して圧縮材１１に伝達することが可能となる。

さらに、トンネル掘削予定箇所２に延長材９を埋設することにより、トンネル掘削にともなう切羽前面の鉛直方向荷重及び切羽方向への水平変位に対して圧縮部材、曲げ部材として抵抗するために、切羽の緩みの進展を抑制することが可能になる。したがって、鏡ボルト等の切羽に対する補強作業が不要となる。

そして、延長材９は、トンネル掘削時に破砕されることにより、掘削作業を中断することなく延長材９を除去することが可能となる。したがって、切断作業の手間が省けることにより、日進距離を長くすることが可能となる。

また、引張材５の下部に設けられたパッカー３１にてボーリング孔１５内を、上下方向のグラウト材の移動を禁止するように分断し、パッカー３１の上に定着体７を、下方に固結体１９を設けることにより、引張力を定着体７にのみ作用させ、固結体１９には作用させないことが可能となる。

次に、本発明における第一実施形態と異なる他の実施形態を示す。下記に示す説明において、第一実施形態と同様の技術を用いたものと対応する部分には同一の符号を付して、説明を省略する。

図２２は、本発明の第二実施形態に係る引張材５、延長材９及び定着体１７の設置状態を示す図である。図２２に示すように、引張材５の下端に延長材９が接続され、この接続部分Ｃがトンネル天端位置ＴＴの上側近傍となるように、地盤３に削孔されたボーリング孔１５内に挿入されている。

引張材５の下部及び延長材９は定着体１７内に埋設され、引張材５及び延長材９は定着体１７を介して地盤３に固定されている。また、引張材５の上端はナット等のねじ部材２７と螺合し、引張材５は受圧板１３に接続されて緊張力を与えられる。
定着体１７は、ボーリング孔１５内の延長材９の外周及び引張材５の下部外周を囲うように、ボーリング孔１５の孔底から引張材５下部近傍の所定の深度までの区間にグラウト材を一回で充填することにより形成される。

引張材５を緊張することにより生じる定着体１７への引張力は、定着体１７の上端面が最も大きく、深度方向へ上端面からの距離が長くなるとともに定着体１７と孔壁１５ａとの間で生じる付着力により低減されて、上端面から、ある長さＬ以上になると定着体１７への引張力の影響が無くなる。この長さＬの位置がトンネル天端位置ＴＴの上側近傍になるように、定着体１７の上端面の深度を調整する。

なお、長さＬは、地質等の地盤条件により異なるために、現場毎に設計する。
また、トンネル掘削時は、定着体１７の上端面より長さＬ以深の定着体１７の部分、つまり延長材９の外周部分を破砕して除去するために、延長材９を除去することにより定着体１７に作用する引張力を低減することはない。

図２３は、本発明の第二実施形態に係る地盤３の補強構造２１によりトンネル坑口予定箇所の周辺を補強した状態を示す正断面図である。図２３に示すように、トンネル掘削予定箇所２の周辺の地盤３内に、引張材５と、定着体１７と、延長材９と、受圧板１３と、地表に露出する引張材５の上端部の近傍からトンネル掘削予定箇所２の側方へ斜め又は鉛直に埋設される圧縮材１１とが設けられる。

以上のようにして構築された地盤３の補強構造２１によれば、切羽の安定性及びトンネル坑口の斜面の安定性が向上するとともに、トンネルの掘削作業中に今後掘削する予定箇所の地盤３の補強作業を予め行うことができるために、トンネルの掘削作業を妨げない。したがって、トンネル掘削作業を安全に、かつ短期間で施工することが可能となる。

また、延長材９の外周及び引張材５の下部外周を囲うように、ボーリング孔１５の孔底から引張材５下部近傍の所定の深度までの区間にグラウト材を一回で充填することにより、パッカー３１をグラウトにて膨張させ、このパッカー３１の上・下側に定着体７・硬結体１９を構築する方法よりも、定着体１７を短時間で施工することが可能となる。また、グラウト材の圧入回数を１回にしたことにより、グラウト注入用ポンプ３３の清掃等の圧入毎に行う作業回数が減少し、現場での地盤補強作業を容易にする。

なお、上述したすべての実施形態において、各引張材５に対してそれぞれ受圧板１３を設置する方法について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図２４、図２５に示すように、各引張材５を連結するように、地表面を格子状に覆う板状の受圧板５６、５７を、又は、図２６に示すように、ベルト状の受圧板５８にて、切羽と並行する引張材５同士を連結する方法を用いてもよい。ここで、地面を覆わない部分の枠内５４には景観保護のために植生を行うことが望ましい。

さらに、上述したすべての実施形態において、プレキャストコンクリートからなる受圧板１３を用いたが、この材質に限定されるものではなく、例えば、鋼板、現場打ちの鉄筋コンクリート、アルミ合金等の受圧板を用いてもよい。

なお、上述したすべての実施形態において、孔底から孔口まで同一径のボーリング孔１５を用いる方法について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、定着体７又は定着体１７を設置する区間が拡幅されたボーリング孔を削孔し、この区間に定着体７、又は定着体１７を嵌合させて、引張材５の緊張力を地盤３に伝達する方法を用いてもよい。

また、上述したすべての実施形態において、補強構造１又は補強構造２１を構築する際に、引張材５を埋設し、この引張材５を定着体７又は定着体１７にて地盤３に固定した後に、圧縮材１１を埋設し、この圧縮材１１を固結体２３にて地盤３に固定する順序で説明したが、この順序に限定されるものではなく、圧縮材１１を埋設して固結体２３にて地盤３に固定した後に、引張材５を埋設して定着体７又は定着体１７にて地盤３に固定する順序でもよく、さらに、引張材５を埋設して定着体７又は定着体１７にて地盤３に固定する作業と、圧縮材１１を埋設して固結体２３にて地盤３に固定する作業とを同時に行ってもよい。

なお、上述したすべての実施形態において、引張材５を緊張させ、受圧板１３に固定するための定着具としてねじ部材２７を使用する方法について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、くさび形の定着具を使用して引張材５を緊張させ、受圧板１３に固定する方法を用いてもよい。

なお、上述したすべての実施形態は、地表面近傍地盤の強度を改良した後にも適用することが可能である。

本発明の第一実施形態に係る地盤の補強構造によりトンネル坑口予定箇所周辺を補強した状態を示す正断面図である。本発明の第一実施形態に係る地盤の補強構造によりトンネル坑口予定箇所周辺を補強した状態を示す側断面図である。本発明の第一実施形態に係る引張材、定着体及び延長材の設置状態を示す図である。本発明の第一実施形態に係る圧縮材の設置状態を示す図である。本発明の第一実施形態に係る受圧板の平面図である。本発明の第一実施形態に係る地盤内の圧力球根を示す模式図である。本発明の第一実施形態に係る圧力球根による圧縮材への鉛直荷重の伝達メカニズムを示す模式図である。本発明の第一実施形態に係る解析モデルを示す図である。本発明の第一実施形態に係る地盤、受圧板及び圧縮材の物性を示す図である。本発明の第一実施形態に係る解析ケースを示す図である。本発明の第一実施形態に係るケース及びケースの解析結果により得られた圧縮材の軸力図である。本発明の第一実施形態に係る各ケースの解析結果により得られた地盤内の鉛直応力分布図である。本発明の第一実施形態に係る地盤の補強構造のためのボーリング孔に引張材、延長材を挿入した状態を示す図である。本発明の第一実施形態に係る地盤の補強構造のためのパッカー内にセメントミルクを圧入した状態を示す図である。本発明の第一実施形態に係る地盤の補強構造のために引張材の外周下部にセメントミルクを充填した状態を示す図である。本発明の第一実施形態に係る地盤の補強構造のための受圧板を設置した状態を示す図である。本発明の第一実施形態に係る地盤の補強構造のために延長材の外周にセメントミルクを圧入した状態を示す図である。本発明の第一実施形態に係る地盤の補強構造のためのボーリング孔に圧縮材を挿入した状態を示す図である。本発明の第一実施形態に係る地盤の補強構造のために圧縮材の外周にセメントミルクを圧入した状態を示す図である。本発明の第一実施形態に係る地盤の補強構造のために引張材を緊張させた状態を示す図である。本発明の第一実施形態に係る地盤の補強構造を施工した地山にトンネルを掘削した状態を示す図である。本発明の第二実施形態に係る引張材、延長材及び定着体の設置状態を示す図である。本発明の第二実施形態に係る地盤の補強構造によりトンネル坑口予定箇所の周辺を補強した状態を示す正断面図である。本発明に係る受圧板の他の形状を示す平面図である。本発明に係る受圧板の他の形状を示す平面図である。本発明に係る受圧板の他の形状を示す平面図である。従来の縫地工法を示す図である。

符号の説明

１補強構造２トンネル掘削予定箇所
３地盤５引張材
７定着体９延長材
１１圧縮材１３受圧板
１４受圧板１５ボーリング孔
１５ａ孔壁１６ボーリング孔
１７定着体１９固結体
２１補強構造２３固結体
２５貫通孔２７ねじ部材
３１パッカー３３グラウト注入用ポンプ
３５、３８、３９注入管４３注入管
５４枠内５６、５７、５８受圧板
Ｃ接続部分ＴＴトンネル天端位置
ａ、Ａ圧力球根Ｌ長さ

Claims

トンネル掘削予定箇所周辺に予め施工される地盤の補強構造であって、
地表からトンネル掘削予定箇所へ斜め又は鉛直に埋設され、緊張力を与えられる引張材と、
該引張材の外周に設けられ、前記引張材を地盤に固定する定着体と、
地表からトンネル掘削予定箇所の側方へ斜め又は鉛直に埋設され、地盤に固定される圧縮材と、
該圧縮材とは分離して地表面に設置され、前記引張材の地表側端部に接続される受圧板とからなることを特徴とする地盤の補強構造。
前記引張材の下端に延長材が接続され、該延長材は地盤に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の地盤の補強構造。
前記延長材は、トンネル掘削時に破砕されることを特徴とする請求項２に記載の地盤の補強構造。
トンネル掘削予定箇所周辺に予め施工する地盤の補強方法において、
地表からトンネル掘削予定箇所へ斜め又は鉛直に、下端に切断可能な延長材が接続された引張材を埋設する工程と、
該引張材を定着体にて地盤に固定する工程と、
地表からトンネル掘削予定箇所の側方へ斜め又は鉛直に圧縮材を埋設して地盤に固定する工程と、
前記圧縮材とは分離させて地表面に受圧板を設置する工程と、
前記引張材の地表側端部に受圧板を接続する工程と、
前記引張材を緊張する工程と、
前記延長材を地盤に固定する工程とを備えることを特徴とする地盤の補強方法。