JP7311894B2 - 地山補強工法 - Google Patents

Description

本発明は、地山補強工法に関し、更に詳しくは、簡易な方法で前方地山の補強効果を改善す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破砕帯など崩落性の高い地山におけるトンネル掘削においては、トンネルの掘削に先立ってトンネル外周の前方地山に中空の芯材を打設し、この中空の芯材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、先受工と呼ばれている。この先受工は、一般的には例えば、図７～８に示すような手順で行われる。
ここで、図７（ａ）は、トンネル掘削箇所の縦方向の断面を示し、前方地山３に対して、トンネルの掘削における山側の面位置３１、トンネル側の面位置２１、切羽２であり、支保工４が建て込み形成されている。
それぞれの支保工４の間隔（１掘削長）Ｗは、通常略１ｍである。また、支保工４は、吹付コンクリート５により覆設されている。なお、図示しないが、通常、吹付コンクリート５の上に更に覆工コンクリート、鏡吹付コンクリートを順次覆設する。
図７（ａ）に示すように、トンネル掘削後に立て込んだ支保工４ｂとその１基分手前に立て込んだ支保工４ａの間から、前方地山３に向かって削孔１０を形成する。
次にこの削孔１０内に中空の芯材１を挿入し、芯材１の後端部１ｂの削孔１０と芯材１の隙間にコーキング剤９を充填し、芯材１を通じて地山内に注入する地山改良材の漏洩を防止する。
芯材１の長さは３～４ｍであり、トンネル外周の前方地山３に形成される削孔１０の長さは芯材１の長さと略同じである。
その後、図７（ｂ）に示すように、芯材１の後端部１ｂに注入アダプターを設置し、芯材１内にセメントやウレタンなどの地山改良材８を注入する。
芯材１内に注入された地山改良材８は、芯材１の外周部に設けられた吐出孔から芯材周辺の地山内に吐出され、地山の空隙や亀裂に充填される。

このように従来技術では、トンネル掘削後に立て込んだ支保工４ｂとその１基分手前に立て込んだ支保工４ａの間から、前方地山３に向かって削孔１０を形成する。いわば掘削位置から戻った位置から削孔１０を形成することとなる。
そのため、例えば図８（ａ）に示すように、芯材の長さＬを３ｍ、トンネルの１掘削長Ｗを１ｍとした場合には、施工後に掘削した箇所から前方地山３に残置した芯材１の水平方向の長さＤ（先受長）は１.２ｍ以下となる。このように芯材の長さＬに対して先受長Ｄが半分以下となり、崩壊性の高い地山などでは芯材１の前方地山３が緩んでいるため、地山の崩壊が見られる。
また、従来技術においては、トンネル掘削後に立て込んだ支保工４ｂとその１基分手前に立て込んだ支保工４ａの間から前方地山３に向かって削孔１０を形成するが、この場合削岩機のガイドセルやドリフターが１基分手前の支保工４ｂに干渉することを避けるために、削孔１０の角度を大きくする必要がある。
そうすると、図８（ａ）に示すように、従来技術では、削孔１０の口元部からの芯材１の仰角θは略２５°となり、施工後の掘削時には芯材１と支保工４ｂ、４ｃの間の地山からの剥落箇所３５が生ずる。
なお、図８（ｂ）に示すように、１掘削進めた後は、支保工４ｃを設置し、次の掘削のための削孔１１を形成して、前記の施工手順による工法を繰り返して掘削を進めていく。

ここで、複数本の管材を接続形成した芯材が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の芯材は、複数本の管材を順次接続して前方地山に打ち込む構成とし、打ち込んだ芯材のうちの端末管を引き抜いて撤去した後、残存する管材内を通じて地山改良剤を注入する工法である。この工法によれば、掘削時において削岩機が端末管に干渉をすることがない。

特開２０１６－０６９９０８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の工法の場合には、芯材を形成するために、複数本の管材を用意して、それらを接続する作業が必要である。更に、形成した芯材を前方地山に打ち込んだ後、端末管のみを撤去する作業が必要となる。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、簡易な方法で、前方地山の補強効果を改善する地山補強工法を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の地山補強工法の発明は、トンネルの掘削に先立ってトンネル外周の前方地山に放射状に複数の中空の芯材を打設し、該芯材の内部に地山改良材を注入して地山を補強する地山補強工法において、
前記前方地山に前記芯材の長さより長い削孔を形成し、該芯材を該削孔内に押し込むことを要旨とする。
請求項２に記載の地山補強工法の発明は、請求項１の記載において、前記削孔は、前記前方地山の直近に敷設した支保工より内側のトンネル断面内から該前方地山に向けて形成されることを要旨とする。
請求項３に記載の地山補強工法の発明は、請求項１又は２の記載において、前記削孔の長さは、前記芯材の長さよりトンネルの１掘削長以上長いことを要旨とする。
請求項４に記載の地山補強工法の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載において、前記芯材を前記削孔内に押し込むための押し込み治具を備え、該芯材を押し込んだ後に回収することを要旨とする。

本発明の地山補強工法によれば、前方地山に芯材の長さより長い削孔を形成し、芯材を削孔内に押し込むため、施工後に掘削した箇所から前方地山に残置した芯材の長さをより長くすることができ、前方地山の補強効果を高めることができる。
また、削孔が、前方地山の直近に敷設した支保工より内側のトンネル断面内から前方地山に向けて形成される場合には、施工後の掘削時に芯材と支保工の間の地山からの剥落を少なくすることができる。
更に、削孔の長さが、芯材の長さよりトンネルの１掘削長以上長い場合には、施工後に掘削した箇所から前方地山に残置した芯材の長さをより長くすることができ、より適切に前方地山の補強効果を改善することができる。
芯材を削孔内に押し込むための押し込み治具を備え、芯材を押し込んだ後に回収するものである場合には、トンネル掘削の支障にならず、また、押し込み治具を繰り返し使用できるため作業効率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に係り、（ａ）は削孔の形成、（ｂ）は芯材の挿入を示す説明図である。 実施例の地山補強工法に係り、（ａ）は削孔に芯材を押し込むための押し込み治具の設置、（ｂ）は押し込み治具を押し込んだ状態を示す説明図である。 実施例の地山補強工法に係り、（ａ）は押し込み治具を回収した状態、（ｂ）は芯材の内部に地山改良材を注入、充填した状態を示す説明図である。 実施例の地山補強工法に係り、（ａ）は掘削、（ｂ）は次の削孔の形成を示す説明図である。 実施例の地山補強工法に係り、（ａ）は、削孔の形成、（ｂ）は、芯材の挿入、（ｃ）は、押し込み治具の設置、（ｄ）は、押し込み治具の押し込み、（ｅ）は、押し込み治具の回収を示す説明図である。 実施例の地山補強工法に係り、（ａ）は、芯材への注入管の挿入、（ｂ）は芯材の後端部を塞ぐためのコーキング、（ｃ）は、地山改良材の注入、（ｄ）は、地山改良剤の拡散域の形成を示す説明図である。 従来例の地山補強工法に係り、（ａ）は、削孔の形成及び芯材の挿入、（ｂ）は地山改良材の注入を示す説明図である。 従来例の地山補強工法に係り、（ａ）は掘削、（ｂ）は、次の削孔の形成を示す説明図である。

ここで示される事項は例示的なもの及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。

本実施形態における地山補強工法は、図１～４に示すように、トンネルの掘削に先立ってトンネル外周の前方地山３に放射状に複数の中空の芯材１を打設し、芯材１の内部に地山改良材を注入して地山を補強する地山補強工法において、前方地山３に芯材１の長さより長い削孔１０を形成し、芯材１を削孔１０内に押し込むことを特徴とする。
図１～４は、実施形態に係るトンネル掘削箇所の縦方向の断面を示す。ここで、「断面」とは、トンネルの軸方向に略直交する断面を意図する。

図１（ａ）において、前方地山３に対して、トンネルの掘削における山側の面位置３１、トンネル側の面位置２１、切羽２であり、支保工４が建て込み形成されている。
また、支保工４は、吹付コンクリート５により覆設されている。なお、図示しないが、通常、吹付コンクリート５の上に更に覆工コンクリート、鏡吹付コンクリートを順次覆設する。

以下、本実施形態の施工手順を説明する。
図１（ａ）に示すように、前方地山３に向かって掘削箇所の直近に敷設した支保工４ｂの内側のトンネル断面４０内から、ドリルジャンボ（穿孔重機）により、前方地山３に向けて削孔１０を形成する。
次いで、穿孔用のロッド、ビットを回収し、図１（ｂ）に示すように、芯材１を削孔１０内に挿入する。

削孔１０は、図１（ａ）に示すように、トンネル側の面位置２１より下方の切羽２から前方地山３に向けて形成する。
削孔１０は、その口元部１０ｂから１０～２０度の仰角で形成することが好ましく、１２～１８度の仰角であることが更に好ましく、１４～１６度の仰角であることが特に好ましい。１０度未満であると、削孔１０の形成に際して、ドリルジャンボが支保工４ｂに干渉するおそれがある。
また、２０度を超えると、削孔１０に押し込んだ芯材１の水平方向の長さが短くなり前方地山３の十分な補強効果が得られないおそれがある。

削孔１０の長さは、芯材の長さ１より長ければ特に限定はないが、１掘削長Ｗ以上長いことが好ましい。ここで、１掘削長Ｗは、支保工４ａと支保工４ｂとの掘削方向の間隔である。また、後述する図４（ａ）に示すように、掘削に際して、削岩機が、芯材１に干渉しないことが好ましい。そのため、トンネルの山側の面位置３１より上部に芯材１が残置されることが好ましい。
本実施例においては、１掘削長Ｗは１ｍであり、削孔１０の長さを４ｍ、芯材１の長さを３ｍに設定した。

芯材１は、図５（ｂ）に示すように、先端部１aが閉塞され、後端部１ｂが開口した管状に形成されている。そして、後述の地山改良剤を吐出するための吐出孔１ｈが設けられている。
芯材１は、中空の管材であれば材質は特に限定はなく、鋼製、炭素繊維強化樹脂製、ガラス繊維強化樹脂製、その他の各種繊維強化樹脂製などとすることができる。

芯材１を削孔１０に挿入した後、更に削孔１０内に押し込む。芯材１の地山内における水平方向の長さを長くするため、できる限り奥まで押し込むことが好ましい。最奥１０ａまで芯材１の先端が到達していることが特に好ましい。
芯材１を削孔１０内に押し込む方法は、特に限定はされず種々の方法を採用することができる。例えば、押し込み治具を用いる方法を採用することもできる。
例えば、図２（ａ）及び図５（ｃ）に示すように、芯材１の後端部１ｂに押し込み治具６を装着し、この押し込み治具６を押し込むことで、図２（ｂ）及び図５（ｄ）に示すように、芯材１を削孔１０内に挿着することができる。押し込み治具６は、芯材１を押し込むことができれば、その形状、装着方法については、特に限定はない。
芯材１の後端部１ｂに押し込み治具６の先端部６ａを螺合により着脱自在としてもよく、芯材１に被せるようにすることもできる。更に、押し込み治具６を単なる円柱状の棒状部材のみからなるものでもよい。

押し込み治具６の長さは、芯材1を削孔１０の最奥まで押し込むことができれば、特に限定はないが、本実施例においては、１ｍとし、図５（ｄ）に示すように、芯材１を削孔１０の最奥１０ａまで押し込むと、押し込み治具６の後端部６ｂが、削孔１０の口元部１０ｂと略面一になるようにしてある。
なお、押し込み治具６の材質は特に限定はなく、木製、樹脂製、鋼製などから好適なものを選択することができる。
押し込み治具６によって芯材１を削孔１０の最奥１０ａまで押し込むには、人力もしくは削岩機の油圧などによることができる。

芯材１を削孔１０の最奥部1０aまで押し込んだ後、押し込み治具８を削孔１０内から引き抜いて回収する。そうすると、図３（ａ）、図５（ｅ）に示すように押し込み治具８が押し込まれていた箇所は削孔１０のみの空孔部１０ｃが残る。
押し込み治具８を引き抜くための方法は特に限定はなく、そのまま、人力で引き抜いてもよく、押し込み治具６の後端部６ｂ近傍に貫通孔などを設けて、その貫通孔にフック金具などを掛け止めして、人力又は引抜き機で引き抜いてもよい。

次いで、図３（ｂ）に示すように、芯材１内に地山改良剤８を注入する。地山改良剤８の種類は特に限定されず、ウレタン系、セメント系、水ガラス系等の注入材を好適に用いることができる。
具体的には、図６（ａ）に示すように、削孔１０の後端部１０ｂから芯材１内に地山改良材８を注入するための注入治具７を挿入する。
注入治具７の長さは、地山改良材８の種類によって仕様が異なるが、注入口７ｂが削孔１０の口元部１０ｂから、突出する長さであることが好ましい。
また、注入治具７の材質は特に限定はないが、ナイロン製、塩化ビニル製などのように軽量なものが好ましい。

図６（ｂ）に示すように、芯材１内に注入治具を挿入した後に、地山改良剤８の漏洩を防止するために、芯材１の後端部１ｂと削孔１０との間の隙間をコーキング剤９で充填する。
コーキング剤の材質に特に限定はなく、ウレタン系、シリコーン系、変性シリコーン系、ポリサルファイド系のコーキング剤やモルタルなどから好適なものを適宜選択できる。

その後、図６（ｃ）に示すように、注入治具７の注入口７ｂから地山改良材８を注入する。そうすると、注入管７の先端７ａから芯材１の内部に地山改良材８が流入する。そして、芯材１の内部に流入した地山改良材８は、芯材１の外周部に設けられた吐出孔１ｈから芯材１周辺の地山３内に吐出され、地山の空隙や亀裂に充填されて、拡散域８５が形成される。

その後、図４（ａ）に示すように、切羽２から矢印方向に掘削を進める。その際、１掘削長進める上で、掘削部分の上部には、芯材１が残置しないため、削岩機が芯材１に干渉することがない。
そして、図４（ｂ）に示すように、１掘削進めた後は、支保工４ｃを設置し、次の掘削のための削孔１１を形成して、前記の手順に従う工法を繰り返して掘削を進めていく。

〔実施例の効果〕
図４（ａ）に示すように、芯材の長さＬを３ｍ、トンネルの１掘削長Ｗを１ｍとした場合には、削孔１０の水平方向の角度θを１５度としているため、前方地山３に残置した芯材１の水平方向の長さＤ（先受長）は２．８ｍ以上を確保することができる。
一方、図８（ａ）に示すように、従来技術では、削孔１０の口元部１０ｂからの仰角θは略２５度必要であり、芯材１が削孔１０の口元部から残置されていたため、同様に芯材の長さＬを３ｍ、１掘削長Ｗを１ｍとした場合には、掘削した断面から前方地山内に残置している芯材１の長さＤは１.２ｍ以下となっている。
このように本発明では従来技術と同一の長さの芯材を使用しても、施工後に掘削した箇
所から前方地山に残置した芯材の水平方向の長さを従来技術よりも長くすることが可能となり、前方地山の補強効果が改善される。

前述の例は単に説明を目的とするものでしかなく、本発明を限定するものと解釈されるものではない。本発明を典型的な実施形態の例を挙げて説明したが、本発明の記述および図示において使用された文言は、限定的な文言ではなく説明的および例示的なものであると理解される。ここで詳述したように、その形態において本発明の範囲または精神から逸脱することなく、添付の特許請求の範囲内で変更が可能である。ここでは、本発明の詳述に特定の構造、材料および実施例を参照したが、本発明をここにおける開示事項に限定することを意図するものではなく、むしろ、本発明は添付の特許請求の範囲内における、機能的に同等の構造、方法、使用の全てに及ぶものとする。

トンネルの掘削に先立って地山を補強する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；芯材、２；切羽、３；前方地山、４（４ａ、４ｂ、４ｃ）；支保工、
５；吹き付けコンクリート、６；押し込み治具、７；注入管、８、地山改良材、
１０、１１；削孔、４０；支保工より内側のトンネル断面、
Ｄ；先受長、Ｌ；芯材の長さ、Ｗ；１掘削長。

Claims (5)

1. トンネルの掘削に先立ってトンネル外周の前方地山に放射状に複数の中空の芯材を打設し、該芯材の内部に地山改良材を注入して地山を補強する地山補強工法において、
   前記前方地山に前記芯材の長さより長い削孔を形成し、１本の該芯材を該削孔内に押し込んで該削孔の口元部に空洞部を形成し、
   前記削孔は、前記前方地山の直近に敷設した支保工の内周面より内側のトンネル断面内から該前方地山に向けて形成されることを特徴とする地山補強工法。
2. 前記芯材の下端がトンネル掘削面と略同じ高さとなるように１本の前記芯材を前記削孔内に押し込むことを特徴とする請求項１に記載の地山補強工法。
3. 前記削孔は、その口元部から１２～２０度の仰角で形成され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. 前記削孔の長さは、前記芯材の長さよりトンネルの１掘削長以上長い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。
5. 前記芯材を前記削孔内に押し込むための押し込み治具を備え、該芯材を押し込んだ後に回収することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の地山補強工法。