JP6190026B2

JP6190026B2 - トンネルの掘削方法

Info

Publication number: JP6190026B2
Application number: JP2016201142A
Authority: JP
Inventors: 博靖平山
Original assignee: Fujimori Sangyo Co Ltd
Current assignee: Fujimori Sangyo Co Ltd
Priority date: 2016-10-12
Filing date: 2016-10-12
Publication date: 2017-08-30
Anticipated expiration: 2036-10-12
Also published as: JP2017002720A

Description

本発明は、トンネルの掘削方法に関する。

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、いわゆるＡＧＦ（All Ground Fasten）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。先受け鋼管は、トンネルの周方向に沿うアーチ状の支保工に通される。先受け鋼管を通すアーチ支保工にはガイド部材を設置しておく。ガイド部材には、ガイド筒が設けられている。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を通す。続いて、前記アーチ支保工及びガイド筒の周辺の地山面に吹付コンクリートを打設する。このとき、保護パイプによって、コンクリートがガイド筒内に入り込まないようにでき、ガイド筒内が詰まるのを防止できる。そして、ドリルジャンボ（先受け鋼管打設装置）によって、先受け鋼管を保護パイプ内に挿し入れるとともに地山に打ち込む。これによって、地山を補強しながらトンネルを掘進できる。

特許第３０９４１５５号公報

前記保護パイプは、長尺であるため、運搬や設置作業が煩雑である。吹付コンクリートの吹付けの邪魔にもなる。一方、保護パイプを省略すると、ガイド部材のガイド筒内に吹付コンクリートが入りこんでガイド筒が詰まるおそれがある。そうすると、その後の先受け鋼管の打設に支障を来す。
本発明は、前記事情に鑑み、ＡＧＦ工法によってトンネルを掘進する際、保護パイプを用いずに、かつ支障なく、先受け鋼管をガイド筒に案内させて地山に打ち込み可能とすることを目的とする。

前記問題点を解決するために、本発明に係るトンネルの掘削方法は、トンネルの切羽近くのガイド付きアーチ支保工に設けられたガイド部材のガイド筒を、閉塞材によって塞ぐ工程と、
前記ガイド付きアーチ支保工の掘進後方側に隣接する後方隣接アーチ支保工と、前記ガイド付きアーチ支保工との間に吹付コンクリート（以下、本明細書において適宜「一次吹付コンクリート」と称す。）を打設する工程と、
前記閉塞材による前記ガイド筒の閉塞を解除する工程と、
先受け鋼管打設装置によって、先受け鋼管を、前記ガイド筒を通して切羽より掘進前方側の地山に打ち込む工程と、
を順次実行することを特徴とする。
本発明に係るトンネルの掘削方法の更なる特徴は、トンネルの切羽近くのガイド付きアーチ支保工に設けられたガイド部材のガイド筒を、閉塞材によって塞ぐ工程と、
前記ガイド付きアーチ支保工の掘進後方側に隣接する後方隣接アーチ支保工と、前記ガイド付きアーチ支保工との間に吹付コンクリートを打設する工程と、
前記閉塞材による前記ガイド筒の閉塞を解除する工程と、
先受け鋼管打設装置によって、先受け鋼管を、前記ガイド筒を通して切羽より掘進前方側の地山に打ち込む工程と、
を順次実行し、前記ガイド部材が、前記ガイド付きアーチ支保工のウエブの掘進後方側の面に設けられたガイド板を有し、前記ガイド板の縁から掘進後方側へ補強リブが突出され、前記ガイド筒が、前記ガイド板及び前記ウエブを貫通しており、前記補強リブの掘進後方側の端部が、前記ガイド付きアーチ支保工のフランジの掘進後方側の端部よりも前記ウエブ側に引っ込み、かつ前記ガイド筒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側に引っ込んでおり、
前記塞ぐ工程では、前記閉塞材を、前記フランジの掘進後方側の端部よりも前記ウエブ側に引っ込ませて配置することにある。
前記打設する工程では、前記吹付コンクリートを、前記ガイド付きアーチ支保工のウエブよりも掘進後方側の上フランジの内面にも打設しておくことが好ましい。

閉塞材によってガイド筒を塞いだうえで、一次吹付コンクリートを打設する。これによって、ガイド筒内に一次吹付コンクリートが入り込むのを防止でき、ガイド筒が一次吹付コンクリートで詰まるのを防止できる。閉塞材は、ガイド筒を塞ぐだけでよく、長尺である必要がない。したがって、一次吹付コンクリートの打設の邪魔にならないようにすることができる。一次吹付コンクリートの打設後、閉塞材を撤去したり破壊したりすることで、閉塞材によるガイド筒の閉塞を解除する。これによって、先受け鋼管を支障なくガイド筒に挿し入れることができ、更にはガイド筒をガイドとして地山へ打ち込むことができる。

前記閉塞材は、前記ガイド筒に詰められるブロック状閉塞材であってもよい。
前記閉塞材が、前記ガイド筒に被さる膜状閉塞材であってもよい。

前記一次吹付コンクリートの厚さを、前記後方隣接アーチ支保工の近くでは相対的に大きく、前記ガイド付きアーチ支保工の近くでは相対的に小さくすることが好ましい。
これによって、一次吹付コンクリートがガイド筒になるべく被さらないようにでき、ガイド筒内への一次吹付コンクリートの侵入を一層確実に防止できる。加えて、一次吹付コンクリートに、先受け鋼管をガイド筒へ向けて案内する案内凹部を形成でき、先受け鋼管をガイド筒に容易に挿し入れることができる。

本発明によれば、ＡＧＦ工法によってトンネルを掘進する際、保護パイプを用いずに、かつ支障なく、先受け鋼管をガイド筒に案内させて地山へ打ち込むことができる。

図１は、本発明の第１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。図１０は、本発明の第２実施形態を、ガイド筒の閉塞解除工程で示す、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少し傾斜された角度で地山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（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）、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）。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。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、ブロック状閉塞材６０を設ける。ブロック状閉塞材６０は、ガイド筒３０を着脱可能に塞ぐものである。
ブロック状閉塞材６０としては、例えば発泡スチロール（発泡樹脂）を用いることができる。ブロック状閉塞材６０は、ガイド筒３０の内径に合わせた大きさの円柱形状であることが好ましい。発泡スチロール製のブロック状閉塞材６０を入側筒部３１側からガイド筒３０の内部に詰める。これによって、ガイド筒３０が塞がれる。
発泡スチロールは安価であるから、施工コストを低減できる。
なお、図４では、ブロック状閉塞材６０の両端面は、軸線Ｌ_６０に対して斜めになることでガイド筒３０の端面に合わせられているが、ブロック状閉塞材６０の両端面が軸線Ｌ_６０に対して直交していてもよい。

＜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、ブロック状閉塞材６０をガイド筒３０から撤去する。発泡スチロール製のブロック状閉塞材６０は、バール等の工具を用いてガイド筒３０から簡単に取り出すことができる。
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）に対する傾斜角度を、ガイド筒３０の角度θ_３０（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）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。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において、既述の形態と重複する構成に関しては、図面に同一符号を付して説明を省略する。
図１０は、本発明の第２実施形態を示したものである。第２実施形態の閉塞材は、膜状閉塞材６２によって構成されている。膜状閉塞材６２は、袋状に成形されている。膜状閉塞材６２の材質は、樹脂シートでもよく、不織布でもよく、織布でもよい。

＜ガイド筒３０の閉塞工程＞
図１０において二点鎖線にて示す一次吹付コンクリート５１の打設前に、膜状閉塞材６２をガイド筒３０の入側筒部３１の開口に被せる。膜状閉塞材６２の周縁部を入側筒部３１の外周面にバンド等の縛着材６３で縛り付ける。膜状閉塞材６２を口紐付きの巾着袋状に形成し、口紐が縛着材６３となっていてもよい。

＜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、膜状閉塞材６２を撤去する。
或いは、膜状閉塞材６２を工具類で切り裂いたり破ったりすることで破壊してもよい。先受け鋼管打設装置４や先受け鋼管９で膜状閉塞材６２を破壊してもよい。
膜状閉塞材６２の撤去又は破壊によって、ガイド筒３０の閉塞を解除して開口させることができ、先受け鋼管９をガイド筒３０内に挿入できる。

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、ブロック状閉塞材６０は、発泡スチロール以外の発泡樹脂ブロックであってもよく、発泡樹脂以外のブロックであってもよい。
閉塞解除工程において、ブロック状閉塞材６０を先受け鋼管打設装置４等で破壊してもよい。
膜状閉塞材６２は、袋状に限られずシート状等であってもよい。
更に閉塞材は、ガイド筒３０を閉塞可能かつ一次吹付コンクリート５１の打設の邪魔にならないものであれば、ブロック状閉塞材６０や膜状閉塞材６２に限られず、新聞紙等であってもよい。新聞紙をガイド筒３０に詰めてもよい。

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
１ｅ切羽
２地山
３ガイド部材
９先受け鋼管
１０アーチ支保工
１０Ａガイド付きアーチ支保工
３０ガイド筒
３１入側筒部
３２出側筒部
５０吹付コンクリート
５１一次吹付コンクリート（吹付コンクリート）
５１ｂ先受け鋼管案内凹部
５２二次吹付コンクリート
５３覆工コンクリート
６０ブロック状閉塞材（閉塞材）
６２膜状閉塞材（閉塞材）
６３縛着材

Claims

トンネルの切羽近くのガイド付きアーチ支保工に設けられたガイド部材のガイド筒を、閉塞材によって塞ぐ工程と、
前記ガイド付きアーチ支保工の掘進後方側に隣接する後方隣接アーチ支保工と、前記ガイド付きアーチ支保工との間に吹付コンクリートを打設する工程と、
前記閉塞材による前記ガイド筒の閉塞を解除する工程と、
先受け鋼管打設装置によって、先受け鋼管を、前記ガイド筒を通して切羽より掘進前方側の地山に打ち込む工程と、
を順次実行し、前記ガイド部材が、前記ガイド付きアーチ支保工のウエブの掘進後方側の面に設けられたガイド板を有し、前記ガイド板の縁から掘進後方側へ補強リブが突出され、前記ガイド筒が、前記ガイド板及び前記ウエブを貫通しており、前記補強リブの掘進後方側の端部が、前記ガイド付きアーチ支保工のフランジの掘進後方側の端部よりも前記ウエブ側に引っ込み、かつ前記ガイド筒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側に引っ込んでおり、
前記塞ぐ工程では、前記閉塞材を、前記フランジの掘進後方側の端部よりも前記ウエブ側に引っ込ませて配置することを特徴とするトンネルの掘削方法。
前記閉塞材が、前記ガイド筒に詰められるブロック状閉塞材であることを特徴とする請求項１に記載のトンネルの掘削方法。
前記閉塞材が、前記ガイド筒に被さる膜状閉塞材であることを特徴とする請求項１に記載のトンネルの掘削方法。
前記吹付コンクリートの厚さを、前記後方隣接アーチ支保工の近くでは相対的に大きく、前記ガイド付きアーチ支保工の近くでは相対的に小さくすることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のトンネルの掘削方法。
前記打設する工程では、前記吹付コンクリートを、前記ガイド付きアーチ支保工のウエブよりも掘進後方側の上フランジの内面にも打設しておくことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のトンネルの掘削方法。