JP6159862B2 - トンネル用ガイド部材 - Google Patents

Description

本発明は、トンネルに用いられるガイド部材に関し、特にいわゆるＡＧＦ（All Ground Fasten）工法における先受け鋼管の打ち込み時に、先受け鋼管を案内するためのガイド部材に関する。

例えば特許文献１には、トンネルを機械掘りにて掘進する際の工法として、ＡＧＦ工法が開示されている。この工法は、長尺の先受け鋼管を切羽より前方の地山へ打ち込み、地山を補強するものである。先受け鋼管の掘進後方側の基端部は、ガイド部材付きのアーチ支保工と交差している。ガイド部材のガイド筒が、アーチ支保工のウエブを貫通している。ガイド筒の軸線は、トンネルの前方へ向かって斜め外側へ傾斜されている。

前記ガイド筒に保護パイプが通される。更に、ドリルジャンボ（先受け鋼管打設装置）によって、先受け鋼管が保護パイプ内に挿し入れられるとともに地山に打ち込まれる。先受け鋼管は、ガイド筒の軸線に沿って、トンネルの前方へ向かって斜め外側へ傾斜される。ガイド筒の傾斜角度によって、先受け鋼管の打ち込み角度を調整することができる。

特許第３０９４１５５号公報

特許文献１においては、先受け鋼管の打ち込み角度を水平に近い最小角度とすること（［請求項６］）が記載されているが、角度の具体的な数値については開示されていない。ガイド筒の傾斜角度の値についても記載が無い。
本発明は、前記事情に鑑み、ＡＧＦ工法によるトンネル掘進において、ガイド筒の好適な傾斜角度、ひいては先受け鋼管の好適な傾斜角度を提示することを目的とする。

前記問題点を解決するために、本発明は、トンネルにおける先受け鋼管の基端部（掘進後方側の端部）と交差するガイド付きアーチ支保工に設けられるトンネル用ガイド部材であって、
前記ガイド付きアーチ支保工を貫通するとともに、前記先受け鋼管が挿通されるガイド筒と、
前記ガイド筒を前記ガイド付きアーチ支保工に支持させる支持部と、
を備え、前記ガイド筒が、トンネルの掘進前方側へ向かうにしたがってトンネルの外周側へ、トンネル軸線に対して４°〜１０°傾斜されていることを特徴とする。

先受け鋼管をガイド筒に挿し入れることによって、先受け鋼管の打ち込み角度がガイド筒の傾斜角度に倣うようにすることができる。これによって、先受け鋼管の延び方向をトンネル軸線と平行な方向になるべく近づけることができ、掘削断面をできるだけ小さくできる。かつ、先受け鋼管を、次に設置されるアーチ支保工すれすれに配置することができる。先受け鋼管が短くても、掘進方向の前後に隣接する先受け鋼管どうしをオーバーラップさせて、地山の補強効果を確保でき、安定したトンネル掘削を行なうことができる。
前記ガイド筒の傾斜角度は、６°〜８°であることがより好ましい。

本発明によれば、ＡＧＦ工法によるトンネル掘進において、ガイド筒ひいては先受け鋼管の好適な傾斜角度を提示することができる。

図１は、本発明の一実施形態を示し、トンネルを掘進する様子を示す側面断面図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿うトンネルの正面断面図である。 図３（ａ）は、トンネル施工に用いるガイド筒の正面図である。図３（ｂ）は、同図（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線に沿う断面図である。図３（ｃ）は、ガイド筒の斜視図である。 図４は、トンネル施工におけるガイド筒の閉塞工程を示す、トンネルの切羽周辺の側面断面図である。 図５は、一次吹付コンクリートの打設工程を示す、トンネルの切羽周辺の側面断面図である。 図６は、ガイド筒の閉塞解除工程を示す、トンネルの切羽周辺の側面断面図である。 図７は、先受け鋼管の打ち込み工程を示し、トンネルの切羽周辺及び切羽奥側の側面断面図である。 図８は、注入材の注入工程を示す、トンネルの切羽周辺の側面断面図である。 図９は、二次吹付コンクリートの打設工程を示す、トンネルの切羽周辺の側面断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１に示すように、本発明形態のトンネル１は、いわゆるＡＧＦ（All Ground Fasten）工法によって掘進されている。トンネル１の上半部には、トンネル軸線Ｌ_１に沿って一定間隔置きに長尺の先受け鋼管９が設けられている。先受け鋼管９は、トンネル軸線Ｌ_１に対して掘進前方側（図１において右側）へ向かうにしたがってトンネル外周側へ所定の角度θ_９で地山２へ打ち込まれている。図２に示すように、複数の先受け鋼管９が、トンネル１の上半部の周方向に間隔を置いて配列されている。

図１に示すように、トンネル１には、アーチ支保工１０が一定間隔置きに設けられている。アーチ支保工１０の配置ピッチＰ_１０は、例えば０．８ｍ〜３ｍ程度、好ましくは１ｍ程度である。アーチ支保工１０は、トンネル１の周方向に沿ってアーチ状に延び（図２）、かつ断面はＨ型になっている（図４）。図４に示すように、アーチ支保工１０のフランジ幅Ｗ_１０は、例えばＷ_１０＝１００ｍｍ〜３００ｍｍ程度、好ましくはＷ_１０＝２００ｍｍ程度である。アーチ支保工１０のウエブ高さＨ_１０は、例えばＨ_１０＝１００ｍｍ〜３００ｍｍ程度、好ましくはＨ_１０＝２００ｍｍ程度である。

図１に示すように、アーチ支保工１０のうち、一定本数（例えば９本）置きのガイド付きアーチ支保工１０Ａが、先受け鋼管９の掘進後方側の基端部と交差している。
アーチ支保工１０のうち、ガイド付きアーチ支保工１０Ａの掘進後方側（坑口側、図１において左側）に隣接する後方隣接アーチ支保工１０Ｂは、ガイド付きアーチ支保工１０Ａ等の他のアーチ支保工１０よりも高くなっている。図５に示すように、後方隣接アーチ支保工１０Ｂの下端部には、底上げピース１５が設けられている。
なお、図１に示すように、互いに隣接するアーチ支保工１０間の地山面２ａには、吹付コンクリート５０が吹き付けられている。更に、図２において二点鎖線にて示すように、吹付コンクリート５０及びアーチ支保工１０よりもトンネル内周側には、覆工コンクリート５３が打設される。

図１及び図２に示すように、前記ガイド付きアーチ支保工１０Ａには、ガイド部材３が設けられている。複数のガイド部材３が、各ガイド付きアーチ支保工１０Ａの延び方向（トンネル１の周方向）に間隔を置いて配置されている。これらガイド部材３をガイドにして、先受け鋼管９が地山２へ打ち込まれている。

図３に示すように、各ガイド部材３は、ガイド板２０（支持部）と、ガイド筒３０を備えている。ガイド板２０は、鋼板によって構成されている。ガイド板２０は、主板部２１と、補強リブ２２，２３，２４を有している。主板部２１は台形状になっている。主板部２１の４つの縁にそれぞれ補強リブ２２，２３，２４が設けられている。これら補強リブ２２，２３，２４は、主板部２１と交差して、掘進後方側へ突出されている。主板部２１用の鋼板の上下端部が直角に折り曲げられることで、補強リブ２２，２３となっている。側部補強リブ２４は、主板部２１用の鋼板とは別の鋼板にて構成され、かつ主板部２１及び補強リブ２２，２３に溶接にて接合されている。

図４に示すように、主板部２１が、ガイド付きアーチ支保工１０Ａのウエブ１１に宛がわれて溶接されている。上側補強リブ２２は、ガイド付きアーチ支保工１０Ａの上フランジ１２に宛がわれて溶接されている。下側補強リブ２３は、ガイド付きアーチ支保工１０Ａの下フランジ１３に宛がわれて溶接されている。

図３に示すように、主板部２１の中央部には、ガイド筒３０が設けられている。ガイド筒３０は、鋼管によって構成されている。ガイド筒３０の内径は、先受け鋼管９の外径より少し大きい（図７）。ガイド筒３０の外径ないしは高さＨ_３０は、例えばＨ_３０＝１００ｍｍ〜１８０ｍｍ程度、好ましくは１４０ｍｍ程度である。図４に示すように、ガイド筒３０は、主板部２１及びウエブ１１を貫通している。主板部２１及びウエブ１１には、それぞれガイド筒３０のための貫通穴２１ｃ，１１ｃが形成されている。ガイド板２０（補強板）によってウエブ１１の貫通穴１１ｃによる断面欠損が補強されている。ガイド筒３０が、ガイド板２０（支持部）を介してガイド付きアーチ支保工１０Ａに支持されている。

図３（ｂ）に示すように、ガイド筒３０の筒軸Ｌ_３０は、掘進前方側へ向かって斜め上方へ傾斜されている。トンネル軸線Ｌ_１と平行な方向（図３（ｂ）において左右方向）に対する筒軸Ｌ_３０の傾斜角θ_３０は、好ましくはθ_３０＝４〜１０°程度であり、より好ましくはθ_３０＝６°〜８°程度である。ガイド筒３０における、主板部２１より掘進後方側の入側筒部３１は、主板部２１より掘進前方側の出側筒部３２より十分に短い。入側筒部３１をトンネル軸線Ｌ_１と平行な面に投影した入側筒部長さＬ_３１と、出側筒部３２をトンネル軸線Ｌ_１と平行な面に投影した出側筒部長さＬ_３２との比は、好ましくはＬ_３１：Ｌ_３２＝１：８〜１：１２程度であり、より好ましくは、Ｌ_３１：Ｌ_３２＝１：１０〜１：１１程度である。

トンネル１は、次のようにして構築される。
図示しない掘削機によって地山２を掘削することでトンネル１を掘進する。アーチ支保工１０の１ピッチＰ_１０分を掘進するたびに、切羽１ｅの直近にアーチ支保工１０を設置する。当該切羽直近のアーチ支保工１０と、その直前に設置したアーチ支保工１０との間の地山面２ａには、吹付コンクリート５０を打設する。更に、後工程において、吹付コンクリート５０の内周側に覆工コンクリート５３が構築される。

更に、本発明形態のＡＧＦ工法では、以下の工程が施工される。
＜後方隣接アーチ支保工１０Ｂの構築工程＞
ガイド付きアーチ支保工１０Ａの１つ手前の後方隣接アーチ支保工１０Ｂを構築する時は、トンネル１の床面に底上げピース１５（図５）を設ける。底上げピース１５の上に後方隣接アーチ支保工１０Ｂを載せる。これによって、後方隣接アーチ支保工１０Ｂが他のアーチ支保工１０よりも高くなる。
＜ガイド付きアーチ支保工１０Ａの構築工程＞
後方隣接アーチ支保工１０Ｂの次にガイド付きアーチ支保工１０Ａを構築する。すなわち、図１に示すように、トンネル１の掘削が例えば９メートル（アーチ支保工１０の９ピッチＰ_１０分）進むたびに、通常の（ガイド部材３が無い）アーチ支保工１０に代えて、ガイド付きアーチ支保工１０Ａを切羽１ｅの直近に設置する。

＜ガイド筒３０の閉塞工程＞
図４に示すように、ガイド付きアーチ支保工１０Ａの各ガイド部材３のガイド筒３０には、閉塞材６０を設ける。閉塞材６０によってガイド筒３０を塞ぐ。ここでは、閉塞材６０として、例えば発泡スチロール（発泡樹脂）のブロックが用いられている。
或いは、閉塞材として、樹脂シート、不織布、織布等からなる膜体を用いてもよい。膜体状の閉塞材をガイド筒３０の入側筒部３１に被せ、バンド等の縛着材で縛り付けてもよい。膜体状閉塞材を口紐付きの巾着袋状に形成してもよい。

＜一次吹付コンクリート５１の打設工程＞
続いて、図５に示すように、後方隣接アーチ支保工１０Ｂとガイド付きアーチ支保工１０Ａとの間の地山面２ａに、一次吹付コンクリート５１を打設する。打設に先立ち、ガイド筒３０を閉塞材６０で塞いでおくことで、ガイド筒３０内に一次吹付コンクリート５１が入り込むのを防止でき、ガイド筒３０が一次吹付コンクリート５１で詰まるのを防止できる。好ましくは、一次吹付コンクリート５１の厚さを、後方隣接アーチ支保工１０Ｂの近くでは大きくし、ガイド付きアーチ支保工１０Ａの近くでは小さくする。より好ましくは、一次吹付コンクリート５１の厚さを、ガイド付きアーチ支保工１０Ａへ近づくにしたがって漸次小さくする。これによって、ガイド筒３０内への一次吹付コンクリート５１の侵入を確実に防止できる。ひいては、ガイド筒３０の詰まりを一層確実に防止できる。
一次吹付コンクリート５１には、先受け鋼管案内凹部５１ｂが形成される。先受け鋼管案内凹部５１ｂの掘進前方側の端部にガイド部材３が臨む。

＜ガイド筒３０の閉塞解除工程＞
一次吹付コンクリート５１の打設後、図６に示すように、閉塞材６０をガイド筒３０から撤去する。或いは、閉塞材６０を破壊してもよい。膜体状の閉塞材は切り裂いたり破ったりしてもよい。
これによって、ガイド筒３０の閉塞状態が解除され、ガイド筒３０の内部空間が、先受け鋼管案内凹部５１ｂを通して、トンネル１の内部空間に連通される。

＜先受け鋼管９の打ち込み工程＞
続いて、図１に示すように、先受け鋼管打設装置４（ドリルジャンボ）を切羽１ｅの掘進後方側のトンネル１内に設置する。先受け鋼管打設装置４のブーム４ｂの先端には、ガイドセル４ｃが設けられ、ガイドセル４ｃにロッド４ｄが装着されている。該ロッド４ｄの外周に先受け鋼管９を嵌める。ロッド４ｄの先端部と先受け鋼管９の先端部を互いに係止する。
そして、図７に示すように、ロッド４ｄひいては先受け鋼管９を、先受け鋼管案内凹部５１ｂからガイド筒３０に挿し入れる。前述したように、ガイド筒３０が一次吹付コンクリート５１で詰まるのを防止しておくことで、先受け鋼管９を支障なくガイド筒３０に挿し入れることができる。
更に先受け鋼管打設装置４を駆動することで、先受け鋼管９の先端のロストビット４ｅを先導させながら、先受け鋼管９を切羽１ｅより掘進前方側（切羽奥側）の地山２へ打ち込む。このとき、ガイド筒３０の案内によって、先受け鋼管９の軸線Ｌ_９をガイド筒軸Ｌ_３０に沿わせることができる。すなわち、先受け鋼管９のトンネル軸線Ｌ_１（図７において左右方向）に対する傾斜角度θ_９が、ガイド筒３０の角度θ_３０に倣うようにすることができる。具体的には、θ_９＝４°〜１０°程度、好ましくはθ_９＝６°〜８°程度にすることができる。
後方隣接アーチ支保工１０Ｂを底上げしておくことで、先受け鋼管打設装置４のブーム４ｂの先端が後方隣接アーチ支保工１０Ｂと干渉するのを避けながら、先受け鋼管９の角度θ_９を前記数値範囲内に収めることができる。

先受け鋼管９の打ち込み後、ロッド４ｄを引き抜く。先受け鋼管９は地山２に残置される。
＜注入材８の注入工程＞
次に、図８に示すように、先受け鋼管９内に注入材８を注入して充填する。注入材８は、好ましくはシリカレジン系注入材を用いる。注入材８として、モルタルやセメントミルクを用いてもよい。
以上の先受け鋼管９の打ち込み工程及び注入材８の注入工程を、ガイド付きアーチ支保工１０Ａの複数のガイド部材３の各々について実施する。

＜二次吹付コンクリート５２の打設工程＞
次に、図８に示すように、二次吹付コンクリート５２を、後方隣接アーチ支保工１０Ｂとガイド付きアーチ支保工１０Ａとの間の一次吹付コンクリート５１に重ねるように打設する。特に、先受け鋼管案内凹部５１ｂ内に二次吹付コンクリート５２を打設する。これによって、ガイド部材３、及びガイド部材３より掘進後方側の先受け鋼管９が二次吹付コンクリート５２中に埋まる。
なお、先受け鋼管９の掘進後方側の端部は、二次吹付コンクリート５２から突出させ、覆工コンクリート５３（図２）に埋設されるようにしてもよい。
二次吹付コンクリート５２の打設後、注入材８の注入を行なってもよい。
その後、トンネル１の掘削を進める。先受け鋼管９によって切羽１ｅの上半部から掘進前方側の地山２を補強しておくことで、掘削に伴う地山２の緩みを抑えることができる。

図１において二点鎖線にて示すように、１ピッチＰ_１０分（例えば１メートル）掘削したら、前方隣接アーチ支保工１０Ｃを設置する。前記先受け鋼管９の角度θ_９を、θ_９＝４°〜１０°程度、好ましくはθ_９＝６°〜８°程度としておくことによって、前方隣接アーチ支保工１０Ｃを先受け鋼管９と干渉することなく設置できる。かつ先受け鋼管９が前方隣接アーチ支保工１０Ｃの上端部をすれすれに通るようにすることができる。また、先受け鋼管９の延び方向をトンネル軸線Ｌ_１と平行な方向になるべく近づけることができ、掘削断面をできるだけ小さくできる。更に、傾斜角度θ_９が前記数値範囲より大きい場合より先受け鋼管９を短くしても、掘進方向の前後（図１において左右）に隣接する先受け鋼管９どうしをオーバーラップさせることができる。したがって、地山２の補強効果を確保でき、安定したトンネル掘削を行なうことができる。
このように、本発明形態によれば、ＡＧＦ工法によるトンネル掘進において、ガイド筒３０ひいては先受け鋼管９の好適な傾斜角度を提示することができる。

本発明は、前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改変をなすことができる。
例えば、ガイド部材３の支持部２０は、ガイド筒３０をガイド付きアーチ支保工１０Ａに支持させるものであればよく、貫通穴２１ｃ付きの板形状に限られず、突起状等であってもよい。
実施形態で記載したアーチ支保工１０の寸法Ｗ_１０，Ｈ_１０、ピッチＰ_１０、ガイド付きアーチ支保工１０Ａの間隔、ガイド筒３０の外径ないしは高さＨ_３０等の数値は例示であって、本発明がこれに限定されるものではない。

本発明は、トンネルの掘削施工に適用可能である。

Ｌ_１ トンネル軸線
θ_３０ 傾斜角度
１ トンネル
３ ガイド部材
９ 先受け鋼管
１０Ａ ガイド付きアーチ支保工
２０ ガイド板（支持部）
３０ ガイド筒

Claims (2)

1. トンネルにおける先受け鋼管の基端部と交差するガイド付きアーチ支保工に設けられるガイド部材であって、
   前記ガイド付きアーチ支保工を貫通するとともに、前記先受け鋼管が挿通されるガイド筒と、
   前記ガイド筒を前記ガイド付きアーチ支保工に支持させる支持部と、
   を備え、前記ガイド筒が、トンネルの掘進前方側へ向かうにしたがってトンネルの外周側へ、トンネル軸線に対して４°〜１０°傾斜されており、
   前記支持部が、前記ガイド付きアーチ支保工のウエブに宛がわれて溶接される主板部と、前記主板部の縁から掘進後方側へ突出された補強リブを有し、
   前記ガイド筒が、前記主板部より掘進後方側の入側筒部と、前記主板部より掘進前方側の出側筒部を有し、
   前記入側筒部が、前記出側筒部より短く、
   かつ前記入側筒部の掘進後方側の端部が、前記補強リブの掘進後方側の端部よりも前記ウエブの側に引っ込んでいることを特徴とするトンネル用ガイド部材。
2. 前記ガイド筒の傾斜角度が６°〜８°であることを特徴とする請求項１に記載のガイド部材。
   
   

Images