JP6166501B1

JP6166501B1 - トンネル用ガイド部材

Info

Publication number: JP6166501B1
Application number: JP2017109004A
Authority: JP
Inventors: 博靖平山
Original assignee: Fujimori Sangyo Co Ltd
Current assignee: Fujimori Sangyo Co Ltd
Priority date: 2017-06-01
Filing date: 2017-06-01
Publication date: 2017-07-19
Anticipated expiration: 2036-10-12
Also published as: JP2018062842A

Abstract

【課題】ＡＧＦ工法によってトンネルを構築する際、先受け鋼管が挿通されるガイド部材によってガイド付きアーチ支保工を効果的に補強するとともに、ガイド部材の製造及び設置作業を容易化する。【解決手段】トンネル１における先受け鋼管９の基端部と交差するガイド付きアーチ支保工１０Ａにガイド部材３を設ける。アーチ支保工１０のウエブ１１にガイド部材３のガイド筒３０を貫通させる。ガイド部材３の補強板２０をウエブ１１に重ねる。補強板２０の補強板部２１の外周側及び内周側の縁部を折り曲げることによってフランジ側補強リブ２２，２３を形成する。補強板部２１の幅方向の両側の縁部に一対の側部補強リブ２４を溶接し、補強板２０の四隅において側部補強リブ２４とフランジ側補強リブ２２，２３の端部どうしを溶接する。【選択図】図３

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斜めに打ち込み、地山を補強するものである。先受け鋼管の基端部は、筒状ガイド付きアーチ支保工と交差している。ガイド付きアーチ支保工のウエブには貫通穴が形成されている。貫通穴に筒状ガイドが通されている。

前記筒状ガイド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。

特許第３０９４１５５号公報

特許文献１においては、ガイド付きアーチ支保工における貫通穴による断面欠損を補うために、フランジの外面に炭素繊維や鋼板を貼り付けている。しかし、ガイド付きアーチ支保工の全長にわたって炭素繊維や鋼板を設置するのは施工が煩雑で材料コストもかかる。そのわりには補強効果が低い。
本発明は、前記事情に鑑み、ＡＧＦ工法によってトンネルを構築する際、施工性を確保しながらガイド付きアーチ支保工を効果的に補強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のウエブ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、補強板とを備え、前記補強板が、
前記ガイド筒を通す貫通穴を有して前記ウエブに重ねられる台形状の補強板部と、
前記補強板部の外周側の縁部が折り曲げられることによって形成された外周フランジ側補強リブと、
前記補強板部の内周側の縁部が折り曲げられることによって形成された内周フランジ側補強リブと、
前記補強板部における前記貫通穴を挟んで幅方向の両側の縁部にそれぞれ前記補強板部と交差するように溶接された一対の側部補強リブと、
を有し、各側部補強リブが、前記内周フランジ側補強リブと前記外周フランジ側補強リブとを結ぶように延び、前記補強板の四隅において前記側部補強リブと前記外周及び内周フランジ側補強リブの端部どうしが溶接されていることを特徴とする。
前記側部補強リブの外周側の端面に前記外周フランジ側補強リブの端部が被さり、前記側部補強リブの内周側の端面に前記内周フランジ側補強リブの端部が被さっていることが好ましい。

ガイド部材に先受け鋼管のガイド機能だけでなく、ガイド付きアーチ支保工の補強機能をも付与できる。したがって、ガイド付きアーチ支保工に先受け鋼管のためのガイド部材を設置すれば、自動的にガイド付きアーチ支保工を補強できる。別途、ガイド付きアーチ支保工に特許文献１の炭素繊維や鋼板を貼り付ける等の補強作業を行う必要がない。よって、施工を簡易化できる。
ウエブに補強板を付設することによって、ガイド付きアーチ支保工のウエブの貫通穴の周辺部を直接的に補強できる。かつ、一対の側部補強リブによって、ガイド付きアーチ支保工の圧縮強度等の補強効果を一層高めることができ、更には補強板自体の強度をも高めることができる。

前記一対の側部補強リブが、前記内周側フランジ及び外周側フランジの一方から他方へ向かうにしたがって互いに接近していることが好ましい。
ガイド付きアーチ支保工のウエブ高さ方向に対して、一対の側部補強リブを互いに逆向きに傾斜させることによって、ガイド付きアーチ支保工の曲げ強度等の補強効果を高めることができる。

前記補強板が、前記ウエブに重ねられた台形状の補強板部を有し、前記補強板部の幅方向の両側の縁部に沿って前記側部補強リブが設けられていることが好ましい。
これによって、一対の側部補強リブを互いに逆向きに傾斜させることができ、ガイド付きアーチ支保工の曲げ強度等の補強効果を高めることができる。

前記補強板の内周側及び外周側の縁部には、それぞれフランジ側補強リブが形成され、前記補強板の四隅において前記側部補強リブと前記フランジ側補強リブの端部どうしが接合されていることが好ましい。
これによって、補強板自体及びガイド付きアーチ支保工に対する補強効果を一層高めることができる。

本発明によれば、ＡＧＦ工法によってトンネルを構築する際、施工性を確保でき、かつガイド付きアーチ支保工の断面欠損を補うように効果的に補強できる。

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（ａ）は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿うトンネルの正面断面図である。図２（ｂ）は、同図（ａ）の円部ＩＩｂを先受け鋼管挿入前の状態で示す拡大図である。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、先受け鋼管をガイド筒に挿し入れる工程を示す、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、本発明の一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Ｌ１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Ｌ１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少し傾斜された角度で地山２へ打ち込まれている。図２（ａ）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（例えば１ｍ）置きに設けられている。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（ａ））、かつ断面はＨ型になっている。これらアーチ支保工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（ａ）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（ａ）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、補強板２０と、ガイド筒３０を備えている。補強板２０は、鋼板によって構成されている。補強板２０は、補強板部２１と、補強リブ２２，２３，２４を有している。補強板部２１は台形状になっている。ひいては、補強板２０が台形状になっている。図２（ｂ）に示すように、補強板部２１の長い底辺部が、トンネル内周側に向けられている。補強板部２１の短い上辺部が、トンネル外周側に向けられている。補強板部２１の中央部には、ガイド筒３０のための貫通穴２１ｃが形成されている。

図４に示すように、補強板２０は、ガイド付きアーチ支保工１０Ａのウエブ１１に付設されている。補強板部２１が、ウエブ１１に重ねられて溶接されている。ウエブ１１には、貫通穴２１ｃに連なる貫通穴１１ｃが形成されている。

図３に示すように、補強板２０の４つの縁部には、それぞれ補強リブ２２，２３，２４が形成されている。これら補強リブ２２，２３，２４は、補強板部２１ひいてはウエブ１１と交差して、掘進後方側へ突出されている。フランジ側補強リブ２２，２３と補強板部２１とは、互いに一体に連なっている。補強板部２１用の鋼板の上下端部が直角に折り曲げられることで、フランジ側補強リブ２２，２３となっている。
図４に示すように、外周フランジ側補強リブ２２は、ガイド付きアーチ支保工１０Ａの外周側フランジ１２に突き当てられて溶接されている。内周フランジ側補強リブ２３は、ガイド付きアーチ支保工１０Ａの内周側フランジ１３に突き当てられて溶接されている。

図３に示すように、補強板２０における貫通穴２１ｃを挟んで幅方向の両側の縁部に沿って、一対の側部補強リブ２４，２４が設けられている。図２（ｂ）に示すように、各側部補強リブ２４は、フランジ１２，１３どうしを結ぶように延びている。かつ、内周側フランジ１３から外周側フランジ１２へ向かうにしたがって、一対の側部補強リブ２４，２４どうしが互いに接近している。言い換えると、アーチ支保工１０Ａのウエブ高さ方向（図２（ｂ）の上下方向）に対して、一対の側部補強リブ２４，２４が互いに逆向きに傾斜されている。
図３に示すように、補強板部２１の四隅において、側部補強リブ２４とフランジ側補強リブ２２，２３の端部どうしが接合されている。一対の側部補強リブ２４，２４は、補強板部２１用の鋼板とは別の鋼板にて構成され、かつ補強板部２１及び補強リブ２２，２３と溶接されている。

図３に示すように、補強板部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）。図４に示すように、ガイド筒３０は、貫通穴２１ｃ，１１ｃに通されることで、補強板部２１及びウエブ１１を貫通している。

図３（ｂ）に示すように、ガイド筒３０の筒軸Ｌ３０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Ｌ１と平行な方向（図３（ｂ）において左右方向）に対する筒軸Ｌ３０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、補強板部２１より掘進後方側の入側筒部３１は、補強板部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Ｌ１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。例えば１ｍ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９ｍ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。

ガイド付きアーチ支保工１０Ａには、予めガイド部材３が取り付けられている。つまり、工場において、ガイド付きアーチ支保工１０Ａのウエブ１１に貫通穴１１ｃが形成され、これにガイド部材３のガイド筒３０が通されるとともに、補強板２０がウエブ１１及びフランジ１２，１３に添えられて接合される。ガイド部材３を取付済みのアーチ支保工１０Ａが、トンネル１の施工現場に搬入される。したがって、トンネル１の施工現場では、ガイド部材３の取付作業を行う必要が無い。ガイド付きアーチ支保工１０Ａを所定場所（切羽１ｅの直近）に設置することによって、ガイド部材３をも所定位置に設置することができる。

＜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、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。
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Ｌ９をガイド筒軸Ｌ３０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Ｌ１（図７において左右方向）に対する傾斜角度を、ガイド筒３０の角度θ３０（例えば４°〜１０°）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の角度をなるべく小さくできる。好ましくは、図１に示すように、先受け鋼管９が、次に設置されるアーチ支保工１０Ｃをすれすれに通るようにすることができる。

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（ａ））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。

このようにして構築されたトンネル１によれば、ガイド付きアーチ支保工１０Ａにおける貫通穴１１ｃによる断面欠損を、ガイド部材３の補強板２０によって補うことができる。ガイド部材３には、先受け鋼管９のガイド機能だけでなく、ガイド付きアーチ支保工１０Ａの補強機能をも持たせることができる。補強板２０には、ガイド筒３０の支持機能と、ガイド付きアーチ支保工１０Ａの補強機能を持たせることができる。したがって、ガイド付きアーチ支保工１０Ａに先受け鋼管９のためのガイド部材３を設置すれば、自動的にガイド付きアーチ支保工１０Ａを補強できる。別途、ガイド付きアーチ支保工１０Ａに対して、特許文献１の炭素繊維や鋼板を貼り付ける等の補強作業を行う必要がない。よって、施工を簡易化できる。

補強板部２１がウエブ１１に添えられることによって、ウエブ１１の貫通穴１１ｃの周辺部を直接的に補強できる。側部補強リブ２４が、フランジ１２，１３どうしを結ぶように延び、かつフランジ側補強リブ２２，２３を介してフランジ１２，１３に突き当たることによって、ガイド付きアーチ支保工１０Ａの圧縮強度を高めることができ、補強効果を高めることができる。しかも、一対の側部補強リブ２４，２４が、アーチ支保工１０Ａのウエブ高さ方向に対して互いに逆向きに傾斜されることによって、ガイド付きアーチ支保工１０Ａの圧縮強度及び曲げ強度を高めることができ、補強効果を一層高めることができる。
更には、補強リブ２２，２３，２４によって補強板２０自体の強度を高めることができる。

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、補強板部２１の長い底辺部が、トンネル外周側へ向けられ、補強板部２１の短い上辺部が、トンネル内周側に向けられていてもよい。補強リブ２３が外周側フランジ１２に当てられ、補強リブ２２が内周側フランジ１３に当てられていてもよい。一対の側部補強リブ２４，２４が、外周側フランジ１２から内周側フランジ１３へ向かうにしたがって互いに接近していてもよい。
補強リブ２２，２３を省略してもよい。
補強板２０が、ウエブ１１の掘進前方側の面に設けられていてもよい。補強リブ２２，２３，２４が掘進前方側へ突出されていてもよい。

本発明は、トンネルの掘削施工に適用可能である。

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
１１ウエブ
１１ｃ貫通穴
１２外周側フランジ
１３内周側フランジ
１５底上げピース
２０補強板
２１補強板部
２１ｃ貫通穴
２２外周フランジ側補強リブ（フランジ側補強リブ）
２３内周フランジ側補強リブ（フランジ側補強リブ）
２４側部補強リブ
３０ガイド筒

Claims

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のウエブ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、補強板とを備え、前記補強板が、
前記ガイド筒を通す貫通穴を有して前記ウエブに重ねられる台形状の補強板部と、
前記補強板部の外周側の縁部が折り曲げられることによって形成された外周フランジ側補強リブと、
前記補強板部の内周側の縁部が折り曲げられることによって形成された内周フランジ側補強リブと、
前記補強板部における前記貫通穴を挟んで幅方向の両側の縁部にそれぞれ前記補強板部と交差するように溶接された一対の側部補強リブと、
を有し、各側部補強リブが、前記内周フランジ側補強リブと前記外周フランジ側補強リブとを結ぶように延び、前記補強板の四隅において前記側部補強リブと前記外周及び内周フランジ側補強リブの端部どうしが溶接されていることを特徴とするトンネル用ガイド部材。
前記側部補強リブの外周側の端面に前記外周フランジ側補強リブの端部が被さり、前記側部補強リブの内周側の端面に前記内周フランジ側補強リブの端部が被さっていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル用ガイド部材。