JP5548398B2

JP5548398B2 - 地山補強用鋼管及び地山補強構造

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Publication number: JP5548398B2
Application number: JP2009154114A
Authority: JP
Inventors: 秀雄木梨; 哲伊藤; 佳孝高橋; 昌和香山
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2029-06-29
Also published as: JP2011007000A

Description

本発明は、地山補強用鋼管及び地山補強構造に関し、特に、山岳トンネル等のトンネルの掘削工事において、地山の安定化を図るのに有効な地山補強用鋼管及び地山補強構造に関する。

山岳トンネル等のトンネルの掘削工事において、鏡面補強工、先受工、脚部補強工など地山にＦＲＰ管（繊維強化プラスチック管）や鋼管を打設し、地山の安定化を図った後に地山を重機により掘削し、掘削に伴ってＦＲＰ管や鋼管を切断し、掘削した土砂と一緒に撤去することが行われている。

このようなトンネルの掘削工事においては、従来、重機による切断が容易なＦＲＰ管が主に使用されていたが、近年では、環境問題への配慮から、鋼管に代わりつつある。

地山の安定化を図る場合、削孔機によって地山に複数の孔を削孔し、各孔内に複数本の鋼管を順次ねじ継手を介して連結しながら打設することで、地山の安定化を図っている（例えば、特許文献１参照。）。

この場合、重機による鋼管の切断、撤去を容易にするために、各鋼管の表面に切欠部（断面欠損部）、貫通溝、貫通孔等（特許文献１では貫通溝及び貫通孔）を設け、重機による地山の掘削時に、重機からの衝撃によって各鋼管を切欠部、貫通溝、貫通孔等から切断し易くしている。

特開２００４−１６２２５６号

どころで、上記のような構成の鋼管にあっては、ねじ継手部、切欠部、貫通溝、貫通孔等の肉厚が他の部分よりも薄く形成されているいために、その部分の引張強度が他の部分に比べて小さく、地山の押し出し変位量が大きい地山の場合に、地山からの圧力によって鋼管がねじ継手部、切欠部、貫通溝、貫通孔等から破断してしまい、地山を安定した状態に保持し続けることが困難になる。

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、地山からの圧力によって破断するようなことがなく、地山を安定した状態に保ち続けることができる地山補強用鋼管及び地山補強構造を提供することを目的とする。

上記のような課題を解決するために、本発明は、以下のような手段を採用している。

すなわち、本発明の地山補強用鋼管は、鋼管からなる一般部と、該一般部の両端に設けられて、前記一般部と同じ外径を有するねじ継手部とを備え、トンネル工事において切羽に打設されて用いられる地山補強用鋼管であって、
前記鋼管の一端に雄ねじ部が、他端に雌ねじ部が、それぞれ設けられ、隣接する鋼管の前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とによりねじ継手部が構成され、前記雄ねじ部及び前記雌ねじ部の材質を前記一般部よりも硬くして、前記ねじ継手部を、その引張強度が前記一般部の引張強度よりも高くなるように構成し、
前記一般部と前記ねじ継手部との間を溶接によって一体に連結し、該溶接部を前記一般部及び前記ねじ継手部よりも折れ易く構成したことを特徴とする地山補強用鋼管。

本発明の地山補強用鋼管によれば、ねじ継手部の引張強度を一般部の引張強度よりも高く構成しているので、地山から圧力が作用しても、ねじ継手部から破断するようなことはなく、地山からの圧力に抵抗し続けることができ、地山を安定した状態に保ち続けることができる。

また、雄ねじ部及び雌ねじ部の材質を一般部よりも硬く構成することにより、ねじ継手部の引張強度を一般部よりも高く構成したので、地山からの圧力によってねじ継手部から破断するのを防止できる。

また、一般部とねじ継手部との間の溶接部は、一般部及びねじ継手部よりも折れ易く構成されているので、重機によって地山を掘削する際に、重機からの衝撃によって地山補強用鋼管を溶接部から容易に切断して、掘削した土砂と一緒に撤去することができる。

さらに、本発明において、前記一般部を複数に分割するとともに、分割部間を溶接によって一体に連結し、該溶接部を前記分割部よりも折れ易く構成したこととしてもよい。

本発明の地山補強用鋼管によれば、一般部の分割部間の溶接部は、分割部よりも折れ易く構成されているので、重機によって地山を掘削する際に、重機からの衝撃によって一般部を溶接部から容易に切断し、掘削した土砂と一緒に撤去することができる。

さらに、本発明において、前記一般部又は前記ねじ継手部の少なくとも何れか一方の表面に、環状の節部を肉盛溶接によって一体に設けたこととしてもよい。

本発明の地山補強用鋼管によれば、一般部又はねじ継手部の環状の節部により一般部及びねじ継手部の地山に対する付着抵抗力を高めることができ、地山補強用鋼管の引き抜き抵抗力を高めることができる。

さらに、本発明の地山補強構造は、トンネル工事において地山を補強する地山補強用鋼管が切羽に打設された地山補強構造であって、前記補強用鋼管に請求項１から３に記載の地山補強用鋼管を用い、複数の前記地山補強用鋼管が前記ねじ継手部を介して順次連結されながら前記切羽に打設されていることを特徴とする。

以上、説明したように、本発明の地山補強用鋼管及び地山補強構造によれば、地山からの圧力によってねじ継手部から破断するようなことがないので、地山を安定した状態に保ち続けることができる。また、一般部とねじ継手部との間の溶接部を、一般部及びねじ継手部よりも折れ易く構成し、又は、一般部の分割部間の溶接部を分割部よりも折れ易く構成しているので、重機によって地山を掘削する際に、重機からの衝撃によって地山補強用鋼管を溶接部から容易に破断し、掘削した土砂と一緒に撤去することができる。さらに、一般部又はねじ継手部の少なくとも一方の表面に設けた節部により、一般部又はねじ継手部の地山に対する付着抵抗力を高めることができ、地山補強鋼管の引き抜き抵抗力を高めることができる。

本発明による地山補強用鋼管の一実施の形態の全体を示した概略平面図である。図１の部分拡大図である。地山補強用鋼管を切羽に打設した状態を示した説明図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

図１〜図３には、本発明による地山補強用鋼管及び地山補強構造の一実施の形態が示されている。図１は地山補強用鋼管の概略平面図、図２は図１の部分拡大図、図３は地山補強用鋼管を切羽に打設した状態を示す説明図である。

すなわち、本実施の形態の地山補強用鋼管１は、山岳トンネル等のトンネル工事において、切羽の安定化を図るために使用されるものであって、図３に示すように、切羽１５（掘削面）に削孔した孔１６内に打設されて使用される。

地山補強用鋼管１は、図１及び図２に示すように、鋼管からなる一般部２と、一般部２の両端に溶接によって一体に連結される鋼管からなるねじ継手部６とから構成され、切羽１５の孔１６に打設する際に、複数の地山補強用鋼管１をねじ継手部６を介して順次連結することにより所定の長さに形成される。

地山補強用鋼管１の一般部２は、所定の長さの鋼管を複数（本実施の形態では３つ）に分割し、隣接する分割部３、３間を全周に亘って溶接によって一体に連結することにより所定の長さに形成したものであって、各溶接部５は、切羽１５の掘削の際に、重機からの衝撃によって容易に切断され得るように、溶接温度、溶接厚さ等の溶接条件が設定されている。

一般部２の各分割部３の表面には、所定の間隔ごとに複数箇所（本実施の形態では２箇所）に環状の節部４が肉盛溶接によって一体に設けられ、これらの節部４によって一般部２の地山に対する付着抵抗力が高められるようになっている。

一般部２の両端の分割部３ａ、３ｂの先端には、ねじ継手部６が溶接によって一体に連結されている。ねじ継手部６は、雄ねじ部７と雌ねじ部１０とから構成され、雄ねじ部７が一般部２の一端の分割部３ａの先端に溶接によって一体に連結され、雌ねじ部１０が一般部２の他端の分割部３ｂの先端に溶接によって一体に連結されている。

雄ねじ部７は、管状の基部８と、基部８の一端に一体に設けられる管状の雄ねじ９とから構成されている。雄ねじ９の外径は基部８の外径よりも小径に形成され、雄ねじ９の内径は基部８の内径と同一に形成され、基部８の他端が一般部２の一端の分割部３ａの先端に全周に亘って溶接により一体に連結されている。

雌ねじ部１０は、管状の基部１１と、基部１１の一端に一体に設けられる管状の雌ねじ１２とから構成されている。雌ねじ１２の外径は基部１１の外径と同一に形成され、雌ねじ１２の内径は雄ねじ部７の雄ねじ９と螺合可能な内径に形成され、基部１１の他端が一般部２の他端の分割部３ｂの他端に全周に亘って溶接により一体に連結されている。

なお、図示はしないが、雄ねじ部７の基部８の表面及び雌ねじ部１０の基部１１の表面に、一般部２の分割部３と同様に、肉盛溶接によって環状の節部を一体に設けてもよい。

ねじ継手部６の雄ねじ部７及び雌ねじ部１０は、その引張強度が一般部２の各分割部３の引張強度よりも高くなるように構成されている。ねじ継手部６の雄ねじ部７及び雌ねじ部７の引張強度を一般部２の分割部３の引張強度よりも高くする方法としては、例えば、（１）ねじ継手部６の雄ねじ部７及び雌ねじ部１０を一般部２の分割部３よりも硬い材質で形成する方法、（２）ねじ継手部６の雄ねじ部７及び雌ねじ部１０の肉厚を一般部２の分割部３よりも厚くする方法があり、切羽１５の状況に応じて、（１）又は（２）の何れか一方の方法を選択し、又は（１）及び（２）の両方の方法を組み合わせてねじ継手部６を構成すればよい。本実施の形態においては、（１）及び（２）の両方の方法を組み合わせることによってねじ継手部６を構成している。

本実施の形態においては、一般部２の材質を一般構造用炭素鋼鋼管（ＳＴＫ４００）とし、ねじ継手部６の雄ねじ部７及び雌ねじ部１０の材質を一般部２よりも硬い機械構造用炭素鋼鋼管（Ｓ４５Ｃ）とし、かつ、ねじ継手部６の雄ねじ部７及び雌ねじ部１０の肉厚を一般部２よりも厚く形成することにより、ねじ継手部６の雄ねじ部７及び雌ねじ部１０の引張強度を一般部２の引張強度よりも高く構成している。

また、ねじ継手部６の雄ねじ部７及び雌ねじ部１０と一般部２の分割部３との間の溶接部１３は、一般部２の隣接する分割部３、３間の溶接部５と同様に、切羽１５の掘削の際に、重機からの衝撃によって容易に切断され得るように、溶接温度、溶接厚さ等の溶接条件が設定されている。

なお、本実施の形態においては、一般部２の長さを約３ｍ、各分割部３の長さを約１ｍ、各分割部３の外径を７６．３ｍｍ、肉厚を５．２ｍｍ、ねじ継手部６の雄ねじ部７及び雌ねじ部１０の外径を８０．０ｍｍ、肉厚を８．０ｍｍ、雄ねじ部７及び雌ねじ部１０の雄ねじ９及び雌ねじ１２（角ねじ又は台形ねじ）の長さを５０ｍｍに設定している。

そして、上記のように構成した地山補強用鋼管１を用いて切羽１５の安定化を図るには、図３に示すように、掘削機を用いて切羽１５の複数箇所に所定の深さの孔１６を削孔し、各孔１６内に複数の地山補強用鋼管１をねじ継手部６の雄ねじ部７及び雌ねじ部１０を介して順次連結しながら打設し、地山補強用鋼管１の引張抵抗力によって切羽１５を安定した状態に保つ。

そして、重機により切羽１５を掘削し、掘削の進行に伴って重機により地山補強用鋼管１を溶接部５、１３から切断し、切断した地山補強用鋼管１の一般部２又はねじ継手部６を掘削した土砂と一緒に撤去する。

そして、このような重機による掘削作業を繰り返し行うことにより、切羽１５の安定化を図った状態で掘削対象箇所を奥方に向かって所定の位置まで掘削し、掘削した土砂と一緒に切断した地山補強用鋼管１の一般部２又はねじ継手部６を撤去し、回収することができる。

上記のように構成した本実施の形態による地山補強用鋼管１及び地山補強構造にあっては、地山補強用鋼管１を一般部２とねじ継手部６とによって構成し、ねじ継手部６の引張強度を一般部２の引張強度よりも高く設定したので、地山からの圧力が地山補強管１に作用しても、その圧力によって地山補強用鋼管１のねじ継手部６が破断するようなことはなく、切羽１５を安定した状態に保ち続けることができる。

また、地山補強用鋼管１の一般部２の分割部３、３間の溶接部５、及び一般部２の分割部３とねじ継手部６との間の溶接部１３を、切羽１５の掘削の際に、重機からの衝撃によって容易に破断し得るように構成したので、切羽１５を重機によって掘削する際に、重機からの衝撃によって地山補強用鋼管１の一般部２及びねじ継手部６を溶接部５、１３から容易に切断し、掘削した土砂と一緒に撤去することができ、地山補強用鋼管１の回収を容易に行うことができる。

さらに、一般部２の分割部３の表面、又はねじ継手部６の雄ねじ部７及び雌ねじ部１０の基部８、１１の表面に肉盛溶接によって環状の節部４を一体に設けたので、これらの節部４によって一般部２及びねじ継手部６の地山に対する付着抵抗力を高めることができ、地山補強用鋼管１の引き抜き抵抗力を高めることができるので、切羽１５を安定した状態に保ち続けることができる。

以下に、本実施の形態による地山補強用鋼管、ＧＦＲＰ管（ガラス繊維強化プラスチック管）、及び鋼管ボルト（横スリット型）の性能試験の結果を示す。

ここで、ＧＦＲＰ管は、外径：７６ｍｍ、肉厚：８ｍｍ、単位質量：３．０ｋｇ／ｍ、鋼管ボルト（横スリット型）は、外径：７６．３ｍｍ、肉厚：５．２ｍｍ、単位質量：９．１ｋｇ／ｍ、本実施の形態の地山補強用鋼管は、外径：７６．３ｍｍ、肉厚：５．２ｍｍ、単位質量：：９．１ｋｇ／ｍとし、何れも３ｍ毎にねじ継手部を介して接続するものとした。

この性能試験の結果、ＧＦＲＰ管のねじ継手部の引張強度：１３１ＫＮ、鋼管ボルト（横スリット型）のねじ継手部の引張強度：２２ＫＮ、本実施の形態の地山補強用鋼管のねじ継手部の引張強度：４００ＫＮ以上となり、本実施の形態の地山補強用鋼管１のねじ継手部６がＧＦＲＰ管及び鋼管ボルト（横スリット型）のねじ継手部よりも引張強さに優れていることが分かった。

なお、前記の説明において、地山補強鋼用鋼管１の先端に内外を貫通する複数の注入孔（図示せず）を設け、この注入孔を介して地山に硬化剤等の薬剤を注入させるように構成してもよい。

また、前記の説明においては、本発明による地山補強用鋼管１をトンネルの切羽の安定化を図るために使用したが、先受工や脚部補強工などその他の地山の安定化のために使用してもよいものであり、その場合にも前述した実施の形態と同様の作用効果を奏するのは勿論のことである。

さらに、前記の説明においては、一般部２の両端にねじ継手部６を溶接によって一体に連結したが、一般部２の両端に溶接以外の手段によってねじ継手部６を一体に設け、一般部２を複数に分割して隣接する分割部３、３間を溶接によって一体に連結してもよい。さらに、一般部２の両端に雄ねじ部７又は雌ねじ部１０を直接に形成し、一般部２を複数に分割して隣接する分割部３、３間を溶接によって一体に連結してもよい。

１地山補強用鋼管
２一般部
３分割部
４節部
５溶接部
６ねじ継手部
７雄ねじ部
８基部
９雄ねじ
１０雌ねじ部
１１基部
１２雌ねじ
１３溶接部
１５切羽
１６孔

Claims

鋼管からなる一般部と、該一般部の両端に設けられて、前記一般部と同じ外径を有するねじ継手部とを備え、トンネル工事において切羽に打設されて用いられる地山補強用鋼管であって、
前記鋼管の一端に雄ねじ部が、他端に雌ねじ部が、それぞれ設けられ、隣接する鋼管の前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とによりねじ継手部が構成され、前記雄ねじ部及び前記雌ねじ部の材質を前記一般部よりも硬くして、前記ねじ継手部を、その引張強度が前記一般部の引張強度よりも高くなるように構成し、
前記一般部と前記ねじ継手部との間を溶接によって一体に連結し、該溶接部を前記一般部及び前記ねじ継手部よりも折れ易く構成したことを特徴とする地山補強用鋼管。
前記一般部を複数に分割するとともに、分割部間を溶接によって一体に連結し、該溶接部を前記分割部よりも折れ易く構成したことを特徴とする請求項１に記載の地山補強用鋼管。
前記一般部又は前記ねじ継手部の少なくとも何れか一方の表面に、環状の節部を肉盛溶接によって一体に設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の地山補強用鋼管。
トンネル工事において地山を補強する地山補強用鋼管が切羽に打設された地山補強構造であって、
前記補強用鋼管に請求項１から３に記載の地山補強用鋼管を用い、複数の前記地山補強用鋼管が前記ねじ継手部を介して順次連結されながら前記切羽に打設されていることを特徴とする地山補強構造。