JP7074609B2 - 地下構造物用立坑及びその構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、縦型ＮＡＴＭ工法による地下構造物用の立坑（土留壁）及びその構築方法に関し、特にロックボルト定着部に関するものである。

軟岩中に立坑を構築する方法として、縦型ＮＡＴＭ工法（New Austrian Tunnel Method）がある。ここでいう軟岩は、自立性を有するものの、ロックボルトなどによる掘削面の補強（土留）が必要となる、土丹層などに代表される固結シルト層である。

縦型ＮＡＴＭ工法では、特許文献１に記載されているように、地盤面下に縦穴を掘削し、その掘削面（縦穴の壁面）に吹付コンクリートを吹き付けて施工し、さらに掘削面周囲の地山に、この掘削面に直交するようにロックボルトを打設し、このロックボルトを介して吹付コンクリートと地山を一体化させることで、掘削面の補強（土留）を行っている。

縦型ＮＡＴＭ工法での、より詳細な工事の手順は、対象地盤をｎ段に分けて、１段ずつ（１段の深さは１．５ｍ～２．０ｍ）、掘削、掘削面へのラス網の設置、吹付コンクリート打設、ロックボルト用の水平削孔、セメントミルク注入、ロックボルト挿入、ロックボルト定着の繰り返しとなる。

また、ロックボルトの定着は、吹付コンクリート面から吐出するロックボルトの頭部に、ベアリングプレート、ベアリングワッシャー及びナットを組み付けて行っている。

特公平６－４９９８１号公報

縦型ＮＡＴＭ工法により構築された立坑内に地下構造物を構築する場合、通常は、必要により吹付コンクリート面に防水シートを貼り付け、吹付コンクリート面又は防水シート面を外型枠として、地下構造物の躯体コンクリートを打設する。

しかし、従来の縦型ＮＡＴＭ工法による立坑では、吹付コンクリート面の外側に、ベアリングプレート（例えば１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚さ９ｍｍの鉄板）、ベアリングワッシャー、ナット、及び、ロックボルトの余長があり、これら全部で、吹付コンクリート面から１００ｍｍ～１５０ｍｍ突出している。そして、その数も非常に多い。それ故、次のような問題点がある。

吹付コンクリート面が地下構造物の躯体の外面となるように、吹付コンクリート面を躯体コンクリート打設用の外型枠とする場合、ロックボルトの定着部が突出していることから、その分、躯体の厚さを大きくとらなければならない。従って、躯体内の空間を確保するためには、予め縦穴の径を大きくしなければならず、掘削土量が増加する。従って、掘削コスト及び工期が大となる。

また、吹付コンクリート面と地下構造物との間に防水シートを配置する場合、吹付コンクリート面に沿わせて防水シートを貼り付けることになるが、ロックボルトの定着部が突出していて邪魔になるばかりか、無理に貼ることで防水性能の低下を招く。
そこで、追加の吹付コンクリート（厚さ１００～１５０ｍｍ程度）を施工して平滑にしたり、ロックボルトの突出部に被せるようにモルタルを塗り付けるなどの方法も採られている。いずれにしても、その分、セットバックした掘削になり、多大な手間と費用を要する。

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、立坑内にロックボルトの定着部が突出しないようにした縦型ＮＡＴＭ工法による地下構造物用立坑、及び、その構築方法を提供することを課題とする。

本発明に係る地下構造物用立坑は、地盤面下に鉛直に掘削された縦穴と、前記縦穴の壁面に施工された吹付コンクリート層と、前記吹付コンクリート層から地山に水平方向に打ち込まれた複数本のロックボルトと、を含む。
ここにおいて、前記縦穴の壁面は、前記ロックボルトの打ち込み位置に窪み部を有し、前記吹付コンクリート層は、前記縦穴の壁面の窪み部に対応する位置の表面に、窪み部を有し、前記ロックボルトは、その頭部が前記吹付コンクリート層の窪み部内に位置することを特徴とする。

前記吹付コンクリート層の窪み部は、前記ロックボルトの頭部に取付けるベアリングプレートの外形寸法より大きな寸法を有すると共に、前記ロックボルトの頭部が前記吹付コンクリート層の窪み部以外の表面より突出しないような深さを有するとよい。
前記ロックボルトは、水平方向に対し下側に向けて傾斜した角度で打ち込まれるのが望ましい。

前記ロックボルトの頭部を覆うように、前記吹付コンクリート層の窪み部の少なくとも開口側を塞ぐ、表面平滑化部材を更に有するとよい。

また、本発明に係る地下構造物用立坑の構築方法は、地盤面下を鉛直方向に所定深さずつ掘削する掘削工程と、前記所定深さずつ掘削する毎に、掘削により形成された縦穴の壁面に吹付コンクリートを施工し、吹付コンクリート層の表面から地山に水平方向に複数本のロックボルトを打ち込むロックボルト設置工程と、を含む。
ここにおいて、前記ロックボルト設置工程は、前記縦穴の壁面のロックボルト設置予定箇所を窪み状に掘削する窪み部掘削工程と、前記窪み状に掘削した箇所を含む前記縦穴の壁面に吹付コンクリートを施工し、吹付コンクリート層の表面に前記縦穴の壁面の窪み部に対応する窪み部を形成する吹付コンクリート工程と、前記吹付コンクリート層の表面の窪み部から地山にロックボルト用の削孔を形成する削孔工程と、前記削孔にセメントミルク注入及びロックボルト挿入を行うロックボルト挿入工程と、前記ロックボルトの頭部に嵌め込んで前記窪み部にベアリングプレートを設置し、前記ロックボルトの頭部にナットを締め付けるロックボルト定着工程と、を含むことを特徴とする。

前記掘削工程及び前記ロックボルト設置工程の後、前記ロックボルトの定着部を覆うように、前記吹付コンクリート層の窪み部の少なくとも開口側を塞ぐ表面平滑化工程を更に含むとよい。
前記表面平滑化工程では、前記窪み部にモルタルを充填するか、前記窪み部の開口側を板材で塞ぐとよい。

本発明によれば、吹付コンクリート層の厚さを増やすことなく、吹付コンクリート層の表面からのロックボルト定着部の突出を抑えることができる。従って、立坑内に地下構造物を構築する場合に、吹付コンクリート層の表面をそのまま、あるいは防水シートを貼ってから、地下構造物の躯体コンクリートの打設用の外型枠とすることができる。従って、地下構造物の十分な容積を確保しつつ、立坑を形作る縦穴の掘削土量の増大を抑え、掘削コスト及び工期的に有利となる。

また、最終的に吹付コンクリート層の窪み部の平滑化処理を行うことで、防水シートの貼り付けが容易となり、防水シートにしわ、たるみが発生しにくくなる。これによって、より十分な防水性能を得ることができる。

本発明の一実施形態として立坑を示す平面図及び正面断面図 立坑の要部拡大断面図 ロックボルト定着部の詳細図 ロックボルト定着部の平滑化例１を示す図 ロックボルト定着部の平滑化例２を示す図

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態として地下構造物用立坑を示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面断面図である。

本実施形態では、地下構造物を内部に構築するために、立坑１０を構築する。
立坑１０の構築手順は、次の通りである。

（１）掘削工程
構築予定の地下構造物の平面形状に合わせて、地盤面下を鉛直方向に所定深さ（例えば１．５ｍ～２．０ｍ）ずつ掘削する。
これにより、地盤面下に平面視して所定の掘削断面を有する縦穴１が形成される。

（２）ロックボルト設置工程
所定深さ（例えば１．５ｍ～２．０ｍ）ずつ掘削する毎に、掘削により形成された縦穴１の壁面（１段分の掘削面）に吹付コンクリートを施工し、吹付コンクリート層２の表面から地山に複数本のロックボルト５を水平方向に打ち込む。

ここにおいて、ロックボルト５は、１段分の吹付コンクリート層２の深さ方向中間位置に、横方向に所定の間隔（例えば１．５ｍ～２．０ｍ）をあけて、平面視で放射状に設置する。

また、ロックボルト５は、その先端部が、掘削により生じる緩み領域ＬＺの外側に達するように、打ち込む。尚、図１中のＬＺは緩み領域の外側線を示し、一般的には、緩み領域の外側線（ＬＺ）から、少なくとも４０ｃｍ～５０ｃｍ外側まで、打ち込む。

緩み領域ＬＺとは、掘削の影響を受けて（掘削に伴う応力解放により、既存の節理や亀裂が開口したり、新規に亀裂が発生するなどして）、地山の力学特性（剛性等）が、掘削前の特性から変化する領域をいう。実際には、有限要素法（ＦＥＭ）による岩盤安定解析によって計算、あるいは経験的に推定され、簡易には掘削中心部から所定半径の円として定められる。

ロックボルト設置工程は、詳しくは、下記の（２ａ）～（２ｆ）の工程を含む。これらについて、図２及び図３を参照して説明する。

（２ａ）窪み部掘削工程
１段分の掘削が終了する毎に、縦穴１の壁面（１段分の掘削面）のロックボルト設置予定箇所を窪み状に掘削し、窪み部１ａを形成する。窪み部１ａの形状は、角錐台（例えば、２５０ｍｍ×２５０ｍｍ、深さ１５０ｍｍ）又は円錐台（例えば、直径２５０ｍｍ、深さ１５０ｍｍ）とする。
尚、ロックボルト設置予定箇所ごとに、窪み部を形成する他、横方向に所定の間隔で配置されるロックボルト設置予定箇所を横方向につないで、溝状の窪み部を形成するようにしてもよい。

（２ｂ）吹付コンクリート工程
１段分の掘削面に、壁面防護（掘削面の肌落ち、乾燥、風化防止）の目的で、ラス網（図示せず）を設置した上で、吹付コンクリートを施工し、１０ｃｍ～２０ｃｍ厚の吹付コンクリート層２を形成する。

ラス網は、例えば、５ｍｍ径の鉄筋を縦横に１５０ｍｍ角で交差させて溶接した溶接鉄筋であり、厚さは１ｃｍ程度である。ラス網は、１０ｃｍ～２０ｃｍ厚の吹付コンクリート層２の厚さ方向中央にくるように、吹付コンクリートの施工前に、掘削面に釘などのアンカーで浮かせて簡易に固定する。また、ラス網の隙間に、ロックボルト５の中心がくるようにするのがより望ましい。

ラス網の配置後、このラス網を囲繞するように吹付コンクリートを施工し、１０ｃｍ～２０ｃｍ厚の吹付コンクリート層２を形成する。

ここにおいて、窪み部（窪み状に掘削した箇所）１ａを含む縦穴１の壁面１に等厚に吹付コンクリートを施工することにより、吹付コンクリート層２は、縦穴１の壁面の窪み部１ａに対応する位置の表面に、窪み部１ａと同形状の窪み部２ａを有することになる。

吹付コンクリート層２の窪み部２ａは、掘削面の窪み部１ａと同形状であり、ロックボルト５の頭部に取付けるベアリングプレート６の外径寸法より大きな寸法（窪み部平面形状）を有すると共に、ロックボルト５の頭部が吹付コンクリート層２の窪み部２ａ以外の表面より突出しないような深さを有するものとする。
また、窪み部２ａのベアリングプレート６の設置範囲（例えば１５０ｍｍ×１５０ｍｍ）は、鏝仕上げとして、平滑に仕上げる。

（２ｃ）削孔工程
吹付コンクリート層２の窪み部２ａの中央から、地山に水平ボーリングを行い、ロックボルト用の削孔３を形成する。このとき、水平方向に対し、５°程度の下り勾配を持たせる。

（２ｄ）セメントミルク注入・ロックボルト挿入工程
先ず、前記削孔３にセメントミルク４を注入する。この際に、前記削孔３が下り勾配を有していることで、セメントミルク４の注入が容易となる。
次いで、セメントミルク４が注入された削孔３に、ロックボルト５を挿入する。ここで使用するロックボルト５は、例えばＤ２５の鉄筋で、挿入側の先端部とは反対側の基端部（頭部）にメネジを切ったものでよい。
ここにおいて、前記削孔３は吹付コンクリート層２の窪み部２ａに形成されているので、ロックボルト５の頭部は窪み部２ａ内に位置する。

（２ｅ）ロックボルト定着工程
吹付コンクリート層２の窪み部２ａ内のロックボルト５の頭部に、例えば１５０ｍｍ×１５０ｍｍの大きさのベアリングプレート６を嵌め、更にベアリングワッシャー７を嵌め、ナット８を螺合して、ロックボルト５の頭部を定着する。
従って、ベアリングプレート６、ベアリングワッシャー７、ナット８及びロックボルト５の余長は、吹付コンクリート層２の窪み部２ａ内にあって、吹付コンクリート層２の窪み部２ａ以外の表面より突出しない。
尚、ナット８は、緊張力を与えるわけではなく、吹付コンクリート層２とベアリングプレート６との間に隙間ができない程度に緩く締め込めばよい。また、掘削の進行に伴って定着部にゆるみを生じる場合は、ナット８の再締め込みを行う。

上記のように、１段の掘削深度（１．５ｍ～２．０ｍ）毎に、掘削とロックボルト設置とを繰り返す。従って、ロックボルト５の縦方向の間隔は、１段の掘削深度（１．５ｍ～２．０ｍ）と同じになる。このような繰り返しは計画掘削深度に達するまで行われ、これにより立坑１０の構築が終了する。

次に、地下構造物用の立坑１０の構築後、ロックボルト定着部である窪み部２ａの平滑化処理を行う場合について、図４又は図５により説明する。

図４はロックボルト定着部の平滑化例１を示す図である。
本例では、吹付コンクリート層２の窪み部２ａに表面平滑化部材としてモルタル１１を充填して、周囲と同一面に仕上げ、凹凸をなくしている。

図５はロックボルト定着部の平滑化例２を示す図である。
本例では、吹付コンクリート層２の窪み部２ａの開口側を表面平滑化部材としての板材（埋設型枠）１２で塞いで、周囲と同一面に仕上げ、凹凸をなくしている。板材１２の固定方法としては、接着、ねじ止め等を挙げることができる。

尚、このような平滑化処理は、１段ごとに行うのではなく、全段の掘削終了後（計画掘削深度までの掘削工程及びロックボルト設置工程の終了後）に行うのがよい。掘削の進行に伴って、定着部にゆるみを生じる場合があり、ナット８の増し締めが必要になることがあるからである。

次に、立坑１０の構築後、その内部に地下構造物を構築する場合について、説明する。
立坑１０の構築後、図４又は図５の方法で平滑化処理された吹付コンクリート層２の表面に、防水シートを貼り付ける。防水シートの貼り付け面は平滑化処理されているので、防水シートの貼り付けは容易である。従って、防水シートにしわ、たるみが発生しにくくなる。これにより、十分な防水性能を得ることができる。
防水シートの貼り付け後、防水シート面が、構築する地下構造物の躯体の外面となるように、防水シート面を外型枠として、地下構造物の躯体コンクリートを打設する。

本実施形態によれば、ロックボルト５の定着部（ベアリングプレート６、ベアリングワッシャー７、ナット８及びロックボルト５の余長）が吹付コンクリート層２の窪み部２ａ内にあり、立坑１０の吹付コンクリート層２の表面から突出していない。それ故、立坑１０内に地下構造物を構築する場合に、吹付コンクリート層２の表面を、そのまま、地下構造物の躯体コンクリート打設用の外型枠として利用することができる。従って、外型枠が不要となる他、躯体の壁厚を厚くしたり、余分な掘削を行ったりする必要がなくなる。

更に本実施形態によれば、ロックボルト５の定着部を収容する吹付コンクリート層２の窪み部２ａの少なくとも開口側をモルタルや板材で塞ぐようにしている。それ故、吹付コンクリート層２と地下構造物との間に防水シートを配置する場合に、吹付コンクリート層２の表面が平滑化処理されているので、防水シートの貼り付けが容易となる他、しわ、たるみが発生しにくくなる。従って、防水性能を低下させる恐れもなくなる。

尚、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

１ 縦穴
１ａ 窪み部
２ 吹付コンクリート層
２ａ 窪み部
３ 削孔
４ セメントミルク
５ ロックボルト
６ ベアリングプレート
７ ベアリングワッシャー
８ ナット
１０ 立坑
１１ モルタル
１２ 板材

Claims (8)

1. 地盤面下に鉛直に掘削された縦穴と、
   前記縦穴の壁面に施工された吹付コンクリート層と、
   前記吹付コンクリート層から地山に水平方向に打ち込まれた複数本のロックボルトと、
   を含み、
   前記縦穴の壁面は、前記ロックボルトの打ち込み位置に窪み部を有し、
   前記吹付コンクリート層は、前記縦穴の壁面の窪み部に対応する位置の表面に、窪み部を有し、
   前記ロックボルトは、その頭部が前記吹付コンクリート層の窪み部内に位置することを特徴とする、地下構造物用立坑。
2. 前記吹付コンクリート層の窪み部は、前記ロックボルトの頭部に取付けるベアリングプレートの外形寸法より大きな寸法を有すると共に、前記ロックボルトの頭部が前記吹付コンクリート層の窪み部以外の表面より突出しないような深さを有することを特徴とする、請求項１記載の地下構造物用立坑。
3. 前記ロックボルトは、水平方向に対し下側に向けて傾斜した角度で打ち込まれることを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の地下構造物用立坑。
4. 前記ロックボルトの頭部を覆うように、前記吹付コンクリート層の窪み部の少なくとも開口側を塞ぐ、表面平滑化部材を更に有することを特徴とする、請求項１～請求項３のいずれか１つに記載の地下構造物用立坑。
5. 縦型ＮＡＴＭ工法で地下構造物用立坑を構築する方法であって、
   地盤面下を鉛直方向に所定深さずつ掘削する掘削工程と、
   前記所定深さずつ掘削する毎に、掘削により形成された縦穴の壁面に吹付コンクリートを施工し、吹付コンクリート層の表面から地山に水平方向に複数本のロックボルトを打ち込むロックボルト設置工程と、
   を含み、
   前記ロックボルト設置工程は、
   前記縦穴の壁面のロックボルト設置予定箇所を窪み状に掘削する窪み部掘削工程と、
   前記窪み状に掘削した箇所を含む前記縦穴の壁面に吹付コンクリートを施工し、吹付コンクリート層の表面に前記縦穴の壁面の窪み部に対応する窪み部を形成する吹付コンクリート工程と、
   前記吹付コンクリート層の表面の窪み部から地山にロックボルト用の削孔を形成する削孔工程と、
   前記削孔にセメントミルク注入及びロックボルト挿入を行うロックボルト挿入工程と、
   前記ロックボルトの頭部に嵌め込んで前記窪み部にベアリングプレートを設置し、前記ロックボルトの頭部にナットを締め付けるロックボルト定着工程と、
   を含むことを特徴とする、地下構造物用立坑の構築方法。
6. 前記掘削工程及び前記ロックボルト設置工程の終了後、前記ロックボルトの定着部を覆うように、前記吹付コンクリート層の窪み部の少なくとも開口側を塞ぐ表面平滑化工程を更に含むことを特徴とする、請求項５記載の地下構造物用立坑の構築方法。
7. 前記表面平滑化工程では、前記窪み部にモルタルを充填することを特徴とする、請求項６記載の地下構造物用立坑の構築方法。
8. 前記表面平滑化工程では、前記窪み部の開口側を板材で塞ぐことを特徴とする、請求項６記載の地下構造物用立坑の構築方法。

Images