JP6917604B1 - 地山補強工法 - Google Patents

Abstract

【課題】大量湧水地山においても確実に地山改良材を注入でき、トンネル前方地山を効果的に補強することができる地山補強工法を提供する。【解決手段】本地山補強工法は、湧水を含んだ地山のトンネルの掘削に先立ってトンネル外周の前方地山２に長尺鋼管３を打設し、長尺鋼管の内空を通じて地山内に地山改良材を注入して地山を補強する方法において、打設した長尺鋼管の下部に長尺鋼管の横断方向の打設間隔Ｓ１を超えない間隔Ｓ２で前方地山に少なくとも１孔以上の裸孔１１を穿孔し、地山内の湧水を裸孔に導いて流出させることにより、長尺鋼管内に流入する湧水を減少させる。【選択図】図３

Description

本発明は、地山補強工法に関し、更に詳しくは、大量湧水地山においても確実に地山改良材を注入でき、トンネル前方地山を効果的に補強することができる地山補強工法に関する。

土砂などの固結度が低い地山や風化岩など崩落性の高い地山が連続しているトンネルの掘削においては、トンネルの掘削に先立ってトンネル外周の前方地山に長尺の鋼管を打設し、この鋼管を通じて地山内に地山改良材を注入して地山を補強する方法が広く採用されており（例えば、特許文献１等を参照）、代表的な工法にＡＧＦ工法、パノラマ工法などがある。
地山改良材としては、セメント系、水ガラス系、シリカレジンなどがあり、最近では湧水地山における止水性能を高めたウレタン系の注入材も採用されている。

特開２００８−７５２９２号公報

従来の地山補強工法は、湧水を含んだ地山や、トンネルの掘削断面の周辺地山に伏流水がある場合にも採用されている。
そのような地山でトンネル前方に長尺鋼管を打設した場合には、地山内の湧水が長尺鋼管を通じて流出し、その流出量が多い場合には長尺鋼管内に注入された地山改良材が湧水によって希釈、流出しやすくなり、地山改良材の硬化性能が著しく低下する。
また、上記のような状態で地山改良材を地山内に留まらせるためには多量の地山改良材を注入することが必要となり、施工時間、施工費が大幅に増大する。
このような問題点があるため、打設した長尺鋼管から流出する湧水量が多く地山改良材が希釈、流出すると判断される場合には、当該長尺鋼管の注入作業は避けられていた。
しかし、大量湧水地山では打設したほぼすべての長尺鋼管から湧水が流出することから、この方法では地山改良材によるトンネル前方地山の補強が困難となり、トンネルの掘削時には湧水によって流動化した地山が崩落することが懸念される。

本発明は、このような事情に鑑み、大量湧水地山においても確実に地山改良材を注入でき、トンネル前方地山を効果的に補強することができる地山補強工法を提供するものである。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、湧水を含んだ地山のトンネルの掘削に先立ってトンネル外周の前方地山に長尺鋼管を打設し、前記長尺鋼管の内空を通じて地山内に地山改良材を注入して地山を補強する方法において、打設した前記長尺鋼管の下部に該長尺鋼管の横断方向の打設間隔（Ｓ１）を超えない間隔（Ｓ２）で前方地山に少なくとも１孔以上の裸孔を穿孔し、地山内の湧水を前記裸孔に導いて流出させることにより、前記長尺鋼管内に流入する湧水を減少させることを要旨とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記裸孔は、前記長尺鋼管と略平行に穿孔することを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記裸孔は、その先端がトンネルを掘削する外周の地山に達するように穿孔することを要旨とする。

請求項１に係る発明では、打設した長尺鋼管の下部に長尺鋼管の横断方向の打設間隔（Ｓ１）を超えない間隔（Ｓ２）で前方地山に少なくとも１孔以上の裸孔を穿孔することで、打設した長尺鋼管直近の地山内に新たな湧水の流れが生じるため、湧水を穿孔した裸孔に導き長尺鋼管内に流入する湧水の量を減じることができる。このことによって長尺鋼管内に注入された地山改良材が希釈、流出することが全く又は殆どなくなり、地山改良材の所定の硬化性能が発揮される。
請求項２に係る発明では、前記裸孔を長尺鋼管と略平行に穿孔することで、長尺鋼管の周辺地山に存在する湧水を効果的に穿孔した裸孔に導くことができ、長尺鋼管内に流入する湧水量を減じることができる。
請求項３に係る発明では、前記裸孔の先端がトンネルを掘削する外周の地山に達するように穿孔することで、掘削する地山に帯水している湧水を裸孔に導くことができ、地山改良材の補強効果を高めることができる。

本発明について、本発明による典型的な実施形態の非限定的な例を挙げ、言及された複数の図面を参照しつつ以下の詳細な記述にて更に説明するが、同様の参照符号は図面のいくつかの図を通して同様の部材を示す。
実施例の地山補強工法（鋼管打設工程）を説明するための説明図であり、（ａ）はトンネルの軸方向に略直交する横断面を示し、（ｂ）はトンネルの軸方向に沿う縦断面を示す。 図１（ｂ）において、地山内の湧水が鋼管を通じて流出する状態を示す。 実施例の地山補強工法（裸孔穿孔工程）を説明するための説明図であり、（ａ）はトンネルの軸方向に略直交する横断面を示し、（ｂ）はトンネルの軸方向に沿う縦断面を示す。 図３（ｂ）において、地山内の湧水が裸孔を通じて流出する状態を示す。 実施例の地山補強工法（改良材注入工程）を説明するための説明図であり、トンネルの軸方向に沿う縦断面を示す。

ここで示される事項は例示的なものおよび本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。

以下、図面を用いて実施例により本発明を具体的に説明する。

本実施例の地山補強工法では、図１（ａ）（ｂ）に示すように、トンネル１の掘削に先立ってトンネル外周側の前方地山２に長尺鋼管３を打設する。長尺鋼管３は、掘削箇所の直近に敷設した支保工４の内側のトンネル断面内から前方地山２に向けて仰角８〜１０度で打設される。一般的には打設長を１２．５ｍとし、約３ｍの鋼管を接続しながら所定長を打設する。また、長尺鋼管３の横断方向の打設間隔Ｓ１（すなわち隣り合う長尺鋼管３の軸心間隔Ｓ１；図３参照）を約４５０ｍｍとしている。なお、図１中において、符号５ａは吹付けコンクリートを示し、符号５ｂは鏡面コンクリートを示す。

湧水が帯水していない（あるいは湧水の帯水量が比較的少ない）場合には、長尺鋼管３の内空を通じて地山内に地山改良材を注入する。具体的に、長尺鋼管３の打設後に削孔用のロッド、ビット（図示せず）を回収し、削孔内に地山改良材を注入するためのチューブ（図示せず）などの資材を挿入する。その後チューブの末端部に取り付けた注入アダプターから地山改良材を長尺鋼管３内に注入する。長尺鋼管３内に注入された地山改良材は長尺鋼管３に設けられた吐出孔から地山内の空隙や亀裂に充填され、硬化することで地山を補強する。

湧水が帯水している場合、図２に示すように、地山内の湧水は打設した長尺鋼管３の上部および前方の地山内から長尺鋼管３に設けられた地山改良材の吐出孔を通じて長尺鋼管３内に流入し、長尺鋼管３の末端から流出する（図２中に湧水の流れを矢印で示す。）。この湧水の流出量が多い場合、長尺鋼管３内に注入された地山改良材が湧水によって希釈、流出することになる。そのため、本地山補強工法では、長尺鋼管３を打設した後に少なくとも１孔以上の裸孔（導水孔）１１を前方地山に穿孔する。

裸孔１１は、図３に示すように、打設した長尺鋼管３（すなわち末端から湧水が流出する長尺鋼管３）の下部のトンネルの掘削断面内から穿孔する。裸孔１１は、長尺鋼管３からの軸心間隔Ｓ２を３００ｍｍ、穿孔長を４ｍ、打設角度は長尺鋼管３と略平行となるよう設定している。なお、「略平行」とは、長尺鋼管３の軸心に対する裸孔１１の軸心の傾斜角が±５度以下である状態を意図する。

図３中の符号３ａは長尺鋼管３の端末部を示すものである。長尺鋼管３はトンネル断面内から打設するため、端末部３ａはトンネル掘削時の支障にならないように、塩ビ管もしくは所定間隔ごとに端末の鋼管を折ることができるスリットが設けられている。裸孔１１は、鋼管下部のトンネル断面内からその先端がトンネル掘削のトンネルを掘削する外周の地山（すなわちトンネル外周側の前方地山２）に達する長さで穿孔されている。

裸孔１１を穿孔することで、図４に示すように、地山内の湧水は裸孔１１に向かって新たな流れが生じる（図４中に湧水の流れを矢印で示す。）。すなわち地山の上部から長尺鋼管３内に流入していた湧水はそれより下部に穿孔された裸孔１１に流れ、地山の前方から長尺鋼管３内に流入していた湧水もまた穿孔された裸孔１１に流れることとなり、地山内の湧水を裸孔１１に導くことで長尺鋼管３内に流入する湧水量を減じることができる。

なお、裸孔１１の長さ、孔径、個数等は、打設した長尺鋼管３からの湧水の流水量や、湧水が流出する長尺鋼管３の数等に応じて適宜選択される。螺孔１１は、湧水量等に応じて少なくとも１孔以上の必要数を穿孔する。また、裸孔１１の軸長さは、施工性の観点から、長尺鋼管３の軸長さの１／２以下であることが好ましい。また、裸孔１１の孔径は、施工性の観点から、長尺鋼管３の外径よりも小さいことが好ましい。また、裸孔１１の孔径としては、例えば、５０〜８０ｍｍ（特に５０〜７０ｍｍ）が挙げられる。さらに、裸孔１１は、例えば、１本の長尺鋼管３に対して複数形成されることができる。

裸孔１１を穿孔した後に、図５に示すように、長尺鋼管３の内空を通じて地山内に地山改良材を注入する。具体的に、長尺鋼管３内に地山改良材を注入するための既知の資材を設置し、長尺鋼管３の口元から地山改良材を注入し鋼管３内を通じて地山の空隙や亀裂に充填する。その結果、地山の空隙や亀裂に充填される地山改良材が硬化して補強域８を形成することで地山を補強する。

本実施例の地山補強工法では、打設した長尺鋼管３の下部に長尺鋼管３の横断方向の打設間隔Ｓ１を超えない間隔Ｓ２で前方地山２に少なくとも１孔以上の裸孔１１を穿孔することで、打設した長尺鋼管３直近の地山内に新たな湧水の流れが生じるため、湧水を穿孔した裸孔１１に導き長尺鋼管３内に流入する湧水の量を減じることができる。このことによって長尺鋼管３内に注入された地山改良材が希釈、流出することが全く又は殆どなくなり、地山改良材の所定の硬化性能が発揮される。
さらに、長尺鋼管３内への地山改良材の注入前後における裸孔１１に導いた湧水量の変化によって、止水効果を確認することができ、裸孔１１の追加や注入箇所の追加など合理的な施工が可能になる。

また、本実施例では、裸孔１１を長尺鋼管３と略平行に穿孔することで、長尺鋼管３の周辺地山に存在する湧水を効果的に穿孔した裸孔１１に導くことができ、長尺鋼管３内に流入する湧水量を減じることができる。

さらに、本実施例では、裸孔１１の先端がトンネル１を掘削する外周の地山に達するように穿孔することで、掘削する地山に帯水している湧水を裸孔１１に導くことができ、地山改良材の補強効果を高めることができる。

尚、本発明においては、実施例に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更することができる。すなわち、実施例では穿孔する裸孔１１の数を３孔としているが、これに限定するものではなく、打設した長尺鋼管３からの湧水の流出量や、湧水が流出する長尺鋼管３の数によって適宜増減できる。

また、実施例では、穿孔する裸孔１１の位置をトンネル天端付近としているが、これに限定するものではなく、本発明の趣旨から湧水が流出する長尺鋼管３を打設した位置に裸孔１１を穿孔するものである。

さらに、穿孔する裸孔１１の径は特に限定するものではなく、打設した長尺鋼管３からの湧水の流出量を減じることができる径であればよい。

また、実施例では、長尺鋼管３と略平行に穿孔する裸孔１１としているが、これに限定するものではなく、長尺鋼管３に対して傾斜して穿孔する裸孔１１としてもよい。

さらに、実施例では、その先端がトンネル外周側の前方地山２に達するように穿孔する裸孔１１としているが、これに限定するものではなく、その先端がトンネル外周側の前方地山２に達することなく穿孔する裸孔１１としてもよい。

本発明は、長尺鋼管先受け工法に関する技術として広く利用される。

１；トンネル、２；前方地山、３；長尺鋼管、１１；裸孔、Ｓ１；長尺鋼管の打設間隔、Ｓ２；長尺鋼管と裸孔の軸心間隔。

Claims (4)

1. 湧水を含んだ地山のトンネルの掘削に先立ってトンネル外周の前方地山に長尺鋼管を打設し、前記長尺鋼管の内空を通じて地山内に地山改良材を注入して地山を補強する方法において、
   打設した前記長尺鋼管の下部に該長尺鋼管の横断方向の打設間隔（Ｓ１）を超えない間隔（Ｓ２）で前方地山に少なくとも１孔以上の裸孔を穿孔し、地山内の湧水を前記裸孔に導いて流出させることにより、前記長尺鋼管内に流入する湧水を減少させることを特徴とする地山補強工法。
2. 前記裸孔は、前記長尺鋼管と略平行に穿孔することを特徴とする請求項１に記載の地山補強工法。
3. 前記裸孔は、前記長尺鋼管の下部のトンネルの掘削断面内からその先端がトンネル外周の前方地山に達するように穿孔することを特徴とする請求項１又は２に記載の地山補強工法。
4. 前記裸孔を穿孔した後に前記長尺鋼管の内空を通じて地山内に地山改良材を注入することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の地山補強工法。

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