JP7010610B2 - トンネル更生方法及びロックボルト - Google Patents

Description

本発明は、トンネル更生方法及びロックボルトに関し、特に、地山に建設されたトンネルを更生するトンネル更生方法、及び、該トンネル更生方法に用いられるロックボルトに関する。

特表２００８－５２２０５８号公報（特許文献１）は、先支保トンネル工法を開示する。この先支保トンネル工法においては、最終的なトンネルの掘削ラインに向けて複数の先支保材が施工される。複数の先支保材の各々にピース版が取り付けられ、最終的なトンネルの掘削ラインに沿ってライニングが形成される。そして、ピース版を貫通した先支保材に支圧版を当てて、定着具を締め付けることによって、支圧版及びピース版が地山側に加圧される。（特許文献１参照）。

特表２００８－５２２０５８号公報

上記特許文献１においては、新たなトンネルを容易に掘削可能なトンネル工法が開示されている。一方、既設のトンネルを更生することによって、トンネルを延命するという課題がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、より効果的にトンネルを延命することが可能なトンネル更生方法、及び、該トンネル更生方法に用いるロックボルトを提供することである。

本発明のある局面に従うトンネル更生方法は、地山に建設されたトンネルを更生する方法である。このトンネル更生方法は、トンネルの内側に更生管を形成するステップと、更生管の内側から地山にロックボルトを打設するステップと、更生管とトンネルとの間、及び、ロックボルトと地山との間に裏込め材を注入するステップとを含む。

このトンネル更生方法においては、更生管の内側から地山にロックボルトが打設され、更生管とトンネルとの間、及び、ロックボルトと地山との間に裏込め材が注入される。したがって、このトンネル更生方法によれば、更生管、トンネル及び地山がロックボルトを介して機械的に一体化されるため、トンネルのみならず地山も安定化させることができる。その結果、トンネルの耐力が向上するとともに、地山からトンネルに作用する外圧が低下するため、より効果的にトンネルを延命することができる。

好ましくは、上記トンネル更生方法において、更生管は、帯状材をトンネルの内面に沿うように配置することによって形成される。

好ましくは、上記トンネル更生方法は、更生管を押圧する方向にロックボルトを締めることによって、更生管の形状を調整するステップをさらに含む。

このトンネル更生方法においては、ロックボルトを締めることによって、更生管の形状が調整される。したがって、このトンネル更生方法によれば、特別に支保等を用意しなくても更生管を所望の形状にすることができる。

好ましくは、上記トンネル更生方法において、ロックボルトは、隣接する他のロックボルトと腹起材を介して連結される。

このトンネル更生方法においては、互いに隣接する２本のロックボルトが腹起材を介して連結される。したがって、このトンネル更生方法によれば、更生管、トンネル及び地山の機械的な一体化をより強固にすることができる。

好ましくは、上記トンネル更生方法において、ロックボルトの内部には、裏込め材を通流させる中空部が形成されている。ロックボルトを打設するステップは、更生管の内側から地山を削孔することによって孔を形成するステップと、貫通孔を有するクッション材を孔に挿入するステップと、ロックボルトを貫通孔に挿入するステップとを有する。裏込め材を注入するステップは、中空部に裏込め材を通流させることによって、ロックボルトと孔との間に裏込め材を注入するステップと、ロックボルトが孔に定着した後に、更生管とトンネルとの間に裏込め材を注入するステップとを有する。

このトンネル更生方法においては、ロックボルトが挿入された場合に、ロックボルトと地山との間の空間と、更生管とトンネルとの間の空間とがクッション材によって仕切られる。したがって、このトンネル更生方法によれば、ロックボルトから裏込め材を注入した場合に、ロックボルトと地山との間の空間から更生管とトンネルとの間の空間に裏込め材が逆流することを抑制することができる。

本発明の別の局面に従うロックボルトは、ロックボルト本体と、弾性突起物とを備える。ロックボルト本体は、一端から他端に向けて貫通した中空部が内部に形成されている。弾性突起物は、ロックボルトの外周面に形成されている。

このロックボルトが更生管の内側から地山に打設されると、ロックボルトと地山との間の空間と、更生管とトンネルとの間の空間とが弾性突起物によって仕切られる。したがって、このロックボルトによれば、ロックボルトから裏込め材を注入した場合に、ロックボルトと地山との間の空間から更生管とトンネルとの間の空間に裏込め材が逆流することを抑制することができる。

本発明によれば、より効果的にトンネルを延命することが可能なトンネル更生方法、及び、該トンネル更生方法に用いるロックボルトを提供することができる。

トンネルの断面図である。 実施の形態１におけるトンネルの更生手順を示すフローチャートである。 内側に更生管が形成されたトンネルの断面図である。 ロックボルトが打設されたトンネルの断面図である。 ロックボルトの締め込み途中におけるトンネルの断面図である。 仕上げ加工が施されたトンネルの断面図である。 ロックボルトの打設手順を示すフローチャートである。 更生管等の削孔によって形成される孔を示す図である。 孔にクッション材が挿入された状態を示す図である。 クッション材の貫通孔にロックボルトが挿入された状態を示す図である。 裏込め材の注入手順を示すフローチャートである。 裏込め材が流れる経路を示す図である。 実施の形態２に従うトンネル更生方法によって更生されたトンネルの内側からトンネルの上方を見た図である。 支保材を介してロックボルトが打設された場合のトンネルの断面図である。 実施の形態４において用いられるロックボルトの構造を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［１．実施の形態１］
＜１－１．トンネル更生＞
図１は、トンネル１０の断面図である。図１に示されるように、トンネル１０は、地山２０中に建設された既設のトンネルであり、Ｚ軸方向に延びている。

トンネル１０の完成から長期間が経過し、トンネル１０が老朽化すると、トンネル１０において漏水等の問題が生じる可能性がある。このような場合に、トンネル１０を更生することによって、漏水等の問題を解決し、トンネル１０を延命することができる。以下、本実施の形態１に従うトンネル更生方法について詳細に説明する。

＜１－２．トンネルの更生手順＞
図２は、本実施の形態１におけるトンネル１０の更生手順を示すフローチャートである。図３は、内側に更生管３０が形成されたトンネル１０の断面図である。図２，３を参照して、まず、作業者は、トンネル１０の内側に更生管３０を形成する（ステップＳ１００）。

更生管３０は、樹脂製（たとえば、硬質塩化ビニル材製）のプロファイルによって構成される。プロファイルとは、長尺帯状のライニング材（帯状材）のことをいう。更生管３０は、たとえば、プロファイルを螺旋状に巻回し、隣り合うプロファイルを接合することによって製管される。すなわち、更生管３０は、プロファイルをトンネル１０の内面に沿うように配置することによって形成される。より詳細に説明すると、プロファイルの一端には、プロファイルに沿って凹溝が設けられ、他端にはプロファイルに沿って凸条が設けられている。製管装置や作業者が、隣り合うプロファイルの凸条と凹溝とを嵌合することでプロファイルを接合する。これによって、更生管３０が製管される。更生管３０は、トンネル１０に沿ってＺ軸方向に延びている。更生管３０は、樹脂製であるため、腐食又は摩耗しにくい。

図４は、ロックボルト４０が打設されたトンネル１０の断面図である。図２，４を参照して、更生管３０が形成されると、次に、作業者は、更生管３０の内側から地山２０にロックボルト４０を打設する（ステップＳ１１０）。

ロックボルト４０は、トンネル１０のコンクリート層を貫通し、地山２０の岩盤に到達する。これにより、更生管３０、トンネル１０及び地山２０が機械的に一体となる。ロックボルト４０は、たとえば、更生管３０の全周に渡って打設される。また、ロックボルト４０は、Ｚ軸方向においては、１～５ｍの所定間隔おきに打設される。ステップＳ１１０の詳細、及び、ロックボルト４０の詳細については後程説明する。

ロックボルト４０の打設が完了すると、作業者は、ロックボルト４０を締め込み、更生管３０をトンネル１０側に押圧する（ステップＳ１２０）。各ロックボルト４０の締め込み量を調整することによって、更生管３０の形状及び寸法が調節される。すなわち、本実施の形態１においては、特別に支保等を用意しなくても更生管３０を所望の形状にすることができる。

図５は、ロックボルト４０の締め込み途中におけるトンネル１０の断面図である。図５を参照して、ロックボルト４０の頭部には、支圧版４２を介してボルト４４が取り付けられている。ボルト４４が締め込まれると、支圧版４２が更生管３０側に押圧され、結果的に、更生管３０がトンネル１０側に押圧される。

図５と共に、再び図２を参照して、ロックボルト４０の締め込みが完了すると、次に、作業者は、ロックボルト４０と地山２０との間（孔６０）、及び、トンネル１０と更生管３０との間に裏込め材（モルタル）を注入する（ステップＳ１３０）。なお、孔６０は、各ロックボルト４０の周囲に形成されている。これにより、トンネル１０の更生（トンネル１０と更生管３０との間への裏込め材注入）と、周辺地盤の安定化（ロックボルト４０と地山２０との間への裏込め材注入）とを一気に実現することができる。ステップＳ１３０の詳細については後程説明する。

注入された裏込め材が硬化すると、作業者は、更生管３０の内部において仕上げ加工を行なう（ステップＳ１４０）。たとえば、作業者は、更生管３０の内部において突出しているロックボルト４０の頭部等を切断する。

図６は、仕上げ加工が施されたトンネル１０の断面図である。図６に示されるように、更生管３０の内部において、ロックボルト４０の頭部は切断されている。なお、ロックボルト４０の頭部は、必ずしも完全に切断される必要はなく、少し残されてもよい。この場合に、少し残された頭部を突起量の少ないボルトによって締め付けてもよい。これにより、更生管３０を確実に固定することができる。

このように、本実施の形態１に従うトンネル更生方法が施されると、更生管３０、トンネル１０及び地山２０がロックボルト４０を介して機械的に一体化されるため、トンネル１０のみならず地山２０も安定化する。内部に更生管３０が形成されることでトンネル１０の耐力が向上するとともに、地山２０が安定することによって地山２０からトンネル１０に作用する外圧が低下する。その結果、本実施の形態１に従うトンネル更生方法によれば、より効果的にトンネル１０を延命することができる。

次に、ロックボルト４０の打設手順（ステップＳ１１０）、及び、裏込め材の注入手順（ステップＳ１３０）の詳細について順に説明する。

＜１－３．ロックボルトの打設手順＞
図７は、ロックボルト４０の打設手順を示すフローチャートである。図８は、更生管３０等の削孔によって形成される孔６０を示す図である。図７，８を参照して、まず、作業者は、更生管３０側から削孔を行なう（ステップＳ２００）。これにより、孔６０が形成される。孔６０は、更生管３０及びトンネル１０を貫通し、地山２０に達している。

図９は、孔６０にクッション材５０が挿入された状態を示す図である。図７，９を参照して、孔６０が形成されると、作業者は、孔６０にクッション材５０を挿入する（ステップＳ２１０）。

クッション材５０は、スポンジ等のクッション性を有する材料で構成されている。クッション材５０は、たとえば円柱状であり、内部に貫通孔５２が形成されている。クッション材５０の外周形状は、孔６０の外周に嵌まる形状である。

図１０は、クッション材５０の貫通孔５２にロックボルト４０が挿入された状態を示す図である。図７，１０を参照して、孔６０にクッション材５０が挿入されると、作業者は、クッション材５０の貫通孔５２にロックボルト４０を挿入する（ステップＳ２２０）。

ロックボルト４０の内部には、中空部４６が形成されている。ロックボルト４０の一端（基部）側と他端（先端）側、具体的には両端で中空部４６は開口部を通じて外部につながっている。すなわち、中空部４６は、ロックボルト４０の一端から他端に向かって貫通している。中空部４６は、裏込め材が通流可能に構成されている。基部側開口から注入された裏込め材は、先端側開口から吐出する。貫通孔５２にロックボルト４０が挿入された状態で、トンネル１０と更生管３０との間の空間と、ロックボルト４０と地山２０との間の空間とは、クッション材５０によって仕切られる。

＜１－４．裏込め材の注入手順＞
図１１は、裏込め材の注入手順を示すフローチャートである。図１２は、裏込め材が流れる経路を示す図である。図１１，１２を参照して、孔６０にロックボルト４０が挿入された状態で、まず、作業者は、中空部４６を介して裏込め材を注入する（ステップＳ３００）。

ロックボルト４０、地山２０及びクッション材５０によって密閉された空間は、中空部４６に流し込まれた裏込め材によって充填される。なお、中空部４６に流し込まれた裏込め材は、クッション材５０によってせき止められるため、更生管３０とトンネル１０との間の空間には流入しない。

ステップＳ３００において注入された裏込め材が硬化すると、作業者は、孔６０（ロックボルト４０と更生管３０との隙間）から更生管３０とトンネル１０との間の空間に裏込め材を注入する（ステップＳ３１０）。そして、更生管３０とトンネル１０との間の空間は、裏込め材によって充填される。

このように、本実施の形態１に従うトンネル更生方法においては、ロックボルト４０の中空部４６を介して裏込め材が注入され、この際にロックボルト４０が支保材の役割を果たす。したがって、このトンネル更生方法によれば、たとえば、更生管３０とトンネル１０との間に裏込め材を注入するために、別途支保材を用意する必要がない。

また、本実施の形態１に従うトンネル更生方法においては、ロックボルト４０が孔６０に挿入された場合に、ロックボルト４０と地山２０との間の空間と、更生管３０とトンネル１０との間の空間とがクッション材５０によって仕切られる。したがって、このトンネル更生方法によれば、ロックボルト４０の中空部４６を介して裏込め材を注入した場合に、裏込め材が更生管３０とトンネル１０との間の空間に逆流することを抑制することができる。また、たとえば、裏込め材として粘性の高い自立性の注入材を用いれば、裏込め材の逆流をより効果的に抑制することができる。

＜１－５．特徴＞
以上のように、本実施の形態１に従うトンネル更生方法は、トンネル１０の内側に更生管３０を形成するステップと、更生管３０の内側から地山２０にロックボルト４０を打設するステップと、更生管３０とトンネル１０との間、及び、ロックボルト４０と地山２０との間に裏込め材を注入するステップとを含んでいる。

このトンネル更生方法によれば、更生管３０、トンネル１０及び地山２０がロックボルト４０を介して機械的に一体化されるため、トンネル１０のみならず地山２０も安定化する。その結果、このトンネル更生方法によれば、より効果的にトンネル１０を延命することができる。

［２．実施の形態２］
上記実施の形態１においては、複数のロックボルト４０の各々が独立して打設された。しかしながら、たとえば、各ロックボルト４０は、腹起材によって連結されてもよい。

図１３は、本実施の形態２に従うトンネル更生方法によって更生されたトンネル１０の内側からトンネル１０の上方を見た図である。図１３に示されるように、Ｘ軸方向に互いに隣接するロックボルト４０は、腹起材４８によって連結されている。

すなわち、本実施の形態２に従うトンネル更生方法においては、更生管３０の内側からロックボルト４０が打設される場合に、腹起材４８が挟み込まれる。したがって、本実施の形態２に従うトンネル更生方法によれば、更生管３０、トンネル１０及び地山２０の機械的な一体化をより強固にすることができる。その結果、トンネル１０をより効果的に延命することができる。

なお、図１３においては、Ｘ軸方向に隣接するロックボルト４０が腹起材４８によって連結されたが、連結されるロックボルト４０の組み合わせはこれに限定されない。たとえば、Ｚ軸方向に隣接するロックボルト４０が腹起材４８によって連結されてもよいし、Ｘ軸方向に隣接するロックボルト４０、及び、Ｚ軸方向に隣接するロックボルト４０の各々が腹起材４８によって連結されてもよい。また、３以上のロックボルト４０を腹起材４８で連結してもよい。

［３．実施の形態３］
上記実施の形態１においては、ロックボルト４０の打設後にロックボルト４０を締め込むことによって、更生管３０の形状が調節された。しかしながら、更生管３０の形状の調節は、必ずしもロックボルト４０の締め込みによって行なわれる必要はない。たとえば、目標とする更生管３０の形状と近似したリング状の支保材を用いることによって、更生管３０の形状を調節してもよい。

図１４は、支保材を介してロックボルト４０が打設された場合のトンネル１０の断面図である。図１４に示されるように、ロックボルト４０は、リング状の支保材７０を介して更生管３０に打設されている。ロックボルト４０の打設完了後に、支保材７０は、解体され、取り外される。これにより、更生管３０の形状は、支保材７０の形状に近似した形状となる。

すなわち、本実施の形態３に従うトンネル更生方法によれば、ロックボルト４０の締め込みによる更生管３０の形状調節が難しい場合であっても、更生管３０を所望の形状に調節することができる。

［４．実施の形態４］
上記実施の形態１においては、ロックボルト４０の打設時に、作業者は、孔６０にクッション材５０（図７，９）を挿入した。しかしながら、作業者は、必ずしも孔６０にクッション材５０を挿入する必要はない。たとえば、ロックボルト４０の構造を工夫することによって、クッション材５０を用いる必要がなくなる。

図１５は、本実施の形態４において用いられるロックボルト４０Ａの構造を示す図である。図１５を参照して、上半分はロックボルト４０Ａの外観構成を示し、下半分はロックボルト４０Ａの断面構成を示す。

ロックボルト４０Ａにおいては、ロックボルト本体の内部に中空部４６が形成されている。ロックボルト４０Ａの一端（基部）側と他端（先端）側、具体的には両端で中空部４６は開口部を通じて外部につながっている。すなわち、中空部４６は、ロックボルト４０Ａの一端から他端に向かって貫通している。中空部４６は、裏込め材が通流可能となっている。基部側開口から注入された裏込め材は、先端側開口から吐出する。

ロックボルト４０Ａにおいて、ロックボルト本体の外周面には、逆流防止機構４９が形成されている。逆流防止機構４９は、ゴムシール等の弾性突起物で構成されている。この弾性突起物は、ロックボルト４０Ａの全周に渡って形成されており、左右方向から見た場合に円形である。また、図１５においては、弾性突起物が左右方向に５段形成されているが、１段以上形成されていればよい。また、図１５において、各弾性突起物は、ロックボルト４０Ａの外周方向に尖っているが、必ずしも尖っている必要はない。たとえば、弾性突起物は、クッション材５０（図９）のような形状であってもよい。

ロックボルト４０Ａが孔６０（図８）に挿入されると、逆流防止機構４９が孔６０をふさぐ（逆流防止機構４９が孔６０に嵌まる）。その結果、中空部４６を介して注入された裏込め材が、孔の外側（トンネル１０と更生管３０との間の空間）に逆流することが抑制される。すなわち、ロックボルト４０Ａを用いることによって、クッション材５０を用いなくても裏込め材の逆流を抑制することができる。

［５．変形例］
以上、実施の形態１－４について説明したが、本発明は、上記実施の形態１－４に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。以下、変形例について説明する。但し、以下の変形例は適宜組合せ可能である。

＜５－１＞
上記実施の形態１－４においては、裏込め材がロックボルト４０，４０Ａから注入された。しかしながら、裏込め材の注入は、必ずしもロックボルト４０，４０Ａから行なわれる必要はない。たとえば、更生管３０に裏込め材を注入するための注入口を設け、該注入口から裏込め材を注入してもよい。

＜５－２＞
上記実施の形態１－４において、更生管３０は、たとえば、プロファイルを螺旋状に嵌合させることによって製管されるとした。このように、更生管３０は、螺旋管の製管工法を用いることによって製管されることが好ましい。しかしながら、更生管３０の製管方法は、必ずしもプロファイル（帯状材）を螺旋状に巻回し、隣り合うプロファイルを接合して更生管を形成する工法には限られない。たとえば、更生管３０の製管方法は、帯状又は短冊状のライニング材をトンネルの周方向又は軸方向に並べて連結することで更生管を形成する方法であってもよい。

ロックボルトの両端に設けられた開口の間に、中空部につながる開口をさらに設けてもよい。この開口は更生管３０とトンネル１０との間の空間に面する位置に設ける。そうすることで基部側開口から注入された裏込め材は、更生管３０とトンネル１０との間の空間と、孔６０とへ同時に供給される。

１０ トンネル、２０ 地山、３０ 更生管、４０，４０Ａ ロックボルト、４２ 支圧版、４４ ボルト、４６ 中空部、４８ 腹起材、４９ 逆流防止機構、５０ クッション材、５２ 貫通孔、６０ 孔、７０ 支保材。

Claims (5)

1. 地山に建設されたトンネルを更生するトンネル更生方法であって、
   前記トンネルの内側に更生管を形成するステップと、
   前記更生管の内側から前記地山にロックボルトを打設するステップと、
   前記更生管と前記トンネルとの間、及び、前記ロックボルトと前記地山との間に裏込め材を注入するステップと、
   前記更生管を押圧する方向に前記ロックボルトを締めることによって、前記更生管の形状を調整するステップとを含む、トンネル更生方法。
2. 地山に建設されたトンネルを更生するトンネル更生方法であって、
   前記トンネルの内側に更生管を形成するステップと、
   前記更生管の内側から前記地山にロックボルトを打設するステップと、
   前記更生管と前記トンネルとの間、及び、前記ロックボルトと前記地山との間に裏込め材を注入するステップとを含み、
   前記ロックボルトの内部には、前記裏込め材を通流させる中空部が形成されており、
   前記ロックボルトを打設するステップは、
   前記更生管の内側から前記地山を削孔することによって孔を形成するステップと、
   貫通孔を有するクッション材を前記孔に挿入するステップと、
   前記ロックボルトを前記貫通孔に挿入するステップとを有し、
   前記裏込め材を注入するステップは、
   前記中空部に前記裏込め材を通流させることによって、前記ロックボルトと前記孔との間に前記裏込め材を注入するステップと、
   前記ロックボルトが前記孔に定着した後に、前記更生管と前記トンネルとの間に前記裏込め材を注入するステップとを有する、トンネル更生方法。
3. 地山に建設されたトンネルを更生するトンネル更生方法であって、
   前記トンネルの内側に更生管を形成するステップと、
   前記更生管が形成された後、前記更生管から前記地山に向けて削孔を形成し、前記更生管の内側から前記地山の削孔にロックボルトを打設するステップと、
   前記ロックボルトと前記地山との間に裏込め材を注入するステップと、
   前記ロックボルトと前記地山との間に注入された裏込め材が硬化した後に、前記更生管と前記トンネルとの間に裏込め材を注入するステップと
   を含む、トンネル更生方法。
4. 前記更生管は、帯状材を前記トンネルの内面に沿うように配置することによって形成される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のトンネル更生方法。
5. 前記ロックボルトは、隣接する他の前記ロックボルトと腹起材を介して連結される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のトンネル更生方法。
   

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