JP7316184B2 - 補助工法 - Google Patents

Description

本発明は、地盤中に線状の空間を掘削する際の補助工法に関するものである。

従来、地盤にトンネル等の空間を掘削する際には、切羽前方の先行変位を計測して施工に伴う影響が地上に及ぶのを防止している。変位の計測方法として、トンネルの掘削予定箇所の上方の地盤内に略水平にボーリング孔を設け、ボーリング孔に沈下測定システムを設置する方法があった（例えば、特許文献１参照）。

また、トンネル掘削予定箇所上の変位計測開始点に向けてトンネル切羽から管を打設し、変位計測開始点までトンネルを掘削した後、トンネル掘削面に露出した管に端部から変位計を挿入する方法があった（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２－９０１８７号公報 特許第６０１９０１１号公報

しかしながら、これらの方法は、いずれも変位計を配置するための削孔や管の打設を直線状に実施するものである。そのため、トンネルの曲線部を施工する場合などには適用が困難であった。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすることは、線状の空間を掘削する際に、切羽前方および後方の地盤の変位を容易に且つ確実に計測できる補助工法を提供することである。

前述した目的を達成するために第１の発明は、地盤中に線状の空間を掘削する際の補助工法であって、削孔ロッドに振動を、ないしは前記削孔ロッドの先端ビットに打撃を加えつつ、前記削孔ロッドの回転と非回転を制御することにより、線状の計画掘削範囲の上方に曲線状の孔を削孔する工程ａと、前記孔の内部に配置された変位計を用いて前記計画掘削範囲の直上の地盤の変位を計測しつつ、前記計画掘削範囲を掘削して線状の空間を形成する工程ｂと、を具備し、前記変位計が、前記孔内に配置された管材の内周面に沿って貼り付けられた光ファイバケーブルであり、前記工程ａにおいて、前記光ファイバケーブルが貼り付けられた状態の前記管材を、前記削孔ロッドの内部に仕込んだ状態で、前記孔を削孔することを特徴とする補助工法である。
前記工程ａにおいて、前記削孔終了後に、前記管材内部に充填材を充填した後、前記削孔ロッドを前記孔から引き抜き、前記引き抜きの際に前記管材の外周部と前記孔の壁面との間に充填材を充填してもよい。
第２の発明は、地盤中に線状の空間を掘削する際の補助工法であって、削孔ロッドに振動を、ないしは前記削孔ロッドの先端ビットに打撃を加えつつ、前記削孔ロッドの回転と非回転を制御することにより、線状の計画掘削範囲の上方に曲線状の孔を削孔する工程ａと、前記孔の内部に配置された変位計を用いて前記計画掘削範囲の直上の地盤の変位を計測しつつ、前記計画掘削範囲を掘削して線状の空間を形成する工程ｂと、具備し、前記変位計が、前記孔内に配置された管材の内周面に沿って貼り付けられた光ファイバケーブルであり、前記管材には芯材が通され、前記管材は可撓性を有し、前記芯材の軸方向に沿うように折り畳み可能であることを特徴とする補助工法である。
前記工程ａにおいて、前記削孔終了後に、前記削孔ロッドの内部に、前記芯材が通され前記光ファイバケーブルが内周面に沿って貼り付けられた前記管材を、折り畳んだ状態で挿入し、前記削孔ロッドの撤去後に、前記管材の内側に充填材を送り出して、前記管材を拡径させ、前記管材の内側および、前記管材の外周面と前記孔の壁面との間に充填材を充填してもよい。

本発明によれば、削孔ロッドに振動または打撃を加えつつ回転と非回転を制御することで、計画された方向に削孔を行うことができる。そのため、線状の計画掘削範囲の上方に曲線状の孔を削孔することができ、この孔の内部に変位計を配置することで、計画掘削範囲を掘削する際に切羽前方および後方の地盤の変位を容易に且つ確実に計測できる。本発明で削孔ロッドに加える振動成分は、軸方向であってもよいし、複数方向であってもよい。複数方向の振動成分を加えることにより、地盤が硬い場合や、地盤の硬さが変化する場合にも、削孔方向がぶれることなく、計画された方向に削孔を行うことができる。

前記変位計が、前記孔内に配置された管材の内周面に沿って貼り付けられた光ファイバケーブルであることにより、孔内に変位計を容易に配置し、地盤の微小な変位を計測することができる。

第３の発明は、地盤中に線状の空間を掘削する際の補助工法であって、削孔ロッドに振動を、ないしは前記削孔ロッドの先端ビットに打撃を加えつつ、前記削孔ロッドの回転と非回転を制御することにより、線状の計画掘削範囲の上方に曲線状の孔を削孔する工程ａと、前記孔の内部に配置された変位計を用いて前記計画掘削範囲の直上の地盤の変位を計測しつつ、前記計画掘削範囲を掘削して線状の空間を形成する工程ｂと、を具備し、前記計画掘削範囲の延伸方向に並ぶ複数の前記孔が削孔されており、前記複数の孔の内部にそれぞれ配置された変位計を用いて、前記計画掘削範囲の直上の地盤の変位を計測しつつ、前記計画掘削範囲を掘削することを特徴とする補助工法である。
前記工程ａで、前記削孔ロッドを地盤の表面から発進させて前記孔を削孔し、前記工程ａを繰り返すことで、前記複数の孔を削孔してもよい。
また、前記工程ａで、前記削孔ロッドを地下構造物の内部から発進させて、前記計画掘削範囲の一部の上方に前記孔を削孔し、前記工程ｂで、前記計画掘削範囲の一部を掘削し、前記工程ａと前記工程ｂとを繰り返すことで、前記複数の孔を削孔してもよい。
削孔ロッドの回転と非回転を制御することで、シールドのセグメントや鉄筋コンクリート構造物等の地下構造物を直接切削して削孔ロッドを設置する事が出来る。

第４の発明は、地盤中に線状の空間を掘削する際の補助工法であって、削孔ロッドに振動を、ないしは前記削孔ロッドの先端ビットに打撃を加えつつ、前記削孔ロッドの回転と非回転を制御することにより、線状の計画掘削範囲の上方に曲線状の孔を削孔する工程ａと、前記孔の内部に配置された変位計を用いて前記計画掘削範囲の直上の地盤の変位を計測しつつ、前記計画掘削範囲を掘削して線状の空間を形成する工程ｂと、を具備し、前記工程ａで、前記削孔ロッドを地下構造物の内部から発進させ、前記地下構造物がトンネルであり、前記計画掘削範囲は、前記トンネルの外側にあり、前記トンネルの軸方向から見て上下方向に延びる部分を有し両端が前記トンネルの外壁面に位置し、前記トンネルの軸方向に所定の間隔をおいて配置されることを特徴とする補助工法である。これにより、トンネルの軸方向に所定の間隔をおいて線状の空間を掘削した後、線状の空間を作業空間として用いることができる。
この場合、前記工程ａで、１本の前記計画掘削範囲に対して、上部では前記計画掘削範囲の外側に、下部では前記計画掘削範囲の内側に、前記孔を削孔してもよい。これにより、上下方向に延びる部分を有し両端がトンネルの外壁面に位置する計画掘削範囲を掘削する際にも地盤の変位を計測できる。

第５の発明は、地盤中に線状の空間を掘削する際の補助工法であって、削孔ロッドに振動を、ないしは前記削孔ロッドの先端ビットに打撃を加えつつ、前記削孔ロッドの回転と非回転を制御することにより、線状の計画掘削範囲の上方に曲線状の孔を削孔する工程ａと、前記孔の内部に配置された変位計を用いて前記計画掘削範囲の直上の地盤の変位を計測しつつ、前記計画掘削範囲を掘削して線状の空間を形成する工程ｂと、を具備し、前記工程ｂの後に、前記線状の空間に凍結管を配置して、前記線状の空間の周囲に凍土を形成する工程ｃをさらに具備することを特徴とする補助工法である。これにより、線状の空間の周囲の地盤を改良することができる。
この場合、前記工程ｃで、前記孔の内部に配置された光ファイバケーブルを用いて前記凍土の形成状況を検知してもよい。これにより、地盤の改良状況を容易に把握できる。
第６の発明は、地盤中に線状の空間を掘削する際の補助工法であって、削孔ロッドに振動を、ないしは前記削孔ロッドの先端ビットに打撃を加えつつ、前記削孔ロッドの回転と非回転を制御することにより、線状の計画掘削範囲の上方に曲線状の孔を削孔する工程ａと、前記孔の内部に配置された光ファイバケーブルによる変位計を用いて前記計画掘削範囲の直上の地盤の変位を計測しつつ、前記計画掘削範囲を掘削して線状の空間を形成する工程ｂと、を具備し、前記計画掘削範囲は、立坑間に設定され、前記工程ｂにおいて、前記計画掘削範囲はシールド機を用いて掘削され、前記空間はシールドトンネルであり、前記掘削時に、切羽前方において地盤の沈下が計測された場合には、前記シールド機の速度や土砂の取り込み量を制御して地盤の沈下を抑制し、前記掘削時に、切羽後方において地盤の沈下が計測された場合には、前記シールドトンネルの壁面と覆工との間の裏込め材の量を増やすことにより地盤の沈下を抑制することを特徴とする補助工法である。
この場合、前記孔は、前記シールド機の発進側の立坑またはシールドトンネル覆工部から前記削孔ロッドを発進させて削孔され、前記発進の際には、前記立坑または前記シールドトンネル覆工部のシールドセグメントを切削してもよい。
また、前記削孔ロッドを、前記地盤の表面から発進させて前記孔を削孔し、前記孔が鉛直断面および平面視において曲線部を有してもよい。
また、第１－６の発明において、前記計画掘削範囲が曲線部を有してもよい。
本発明では削孔ロッドに振動または打撃を加えつつ回転と非回転を制御することで計画された方向に削孔を行うことができるので、計画掘削範囲が曲線部を有する場合でも、計画掘削範囲の上方に計画掘削範囲に沿って曲線状の孔を削孔することができる。トンネル径と比べ変位計設置削孔径は小径であるため容易に曲線状の削孔が出来る。
また、前記工程ａでは、前記孔を、平面視において前記計画掘削範囲の幅の範囲内に位置するように、且つ、前記孔の下端と前記計画掘削範囲の天端との離隔が前記計画掘削範囲の幅以下となるように削孔することが望ましい。
これにより、計画掘削範囲の掘削時に地盤に変位が生じる可能性が高い部分に孔を配置し、切羽前方および後方の地盤の変位を計測することができる。

本発明によれば、線状の空間を掘削する際に、切羽前方および後方の地盤の変位を容易に且つ確実に計測できる補助工法を提供できる。

地盤１中に設定された線状の計画掘削範囲７を示す図。 （ａ）は削孔ロッド２の先端付近の断面図、（ｂ）は孔５の鉛直方向の断面図。 光ファイバケーブル１７の他の設置方法を示す図。 他の断面形状を有する計画掘削範囲７を示す図。 線状の空間から削孔ロッド２を発進させる例を示す図。 地盤１から削孔ロッド２を発進させる例を示す図。 （ａ）は地盤１中に設定された線状の計画掘削範囲７ｃを示す図、（ｂ）は地盤１中に設定された線状の計画掘削範囲７ｄを示す図。 地盤１中に設定された線状の計画掘削範囲７ｅを示す図。 地盤１に線状の空間９ｆを形成する方法を示す図。 地盤１に線状の空間９ｆを形成する方法を示す図。 地盤１に線状の空間９ｇ－１を形成する方法を示す図。 掘削された空間９ｇ－２の斜視図。 凍土２７を用いて地盤１を改良した状態を示す図。 地盤１に大径の線状の空間９ｈ－３を形成する方法を示す図。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

[第１の実施形態]
図１は、地盤１中に設定された線状の計画掘削範囲７を示す図である。図１（ａ）は地盤１の鉛直方向の断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の線Ａ－Ａによる断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）の線Ｂ－Ｂによる断面図である。

図１（ａ）（ｂ）に示すように、地盤１には、地下構造物である発進用の立坑３と到達用の立坑３とが設けられる。第１の実施形態では、立坑３同士の間に地下トンネルである空間９を形成する。

空間９を形成するための計画掘削範囲７は、立坑３同士の間に設定される。計画掘削範囲７は線状であり、平面視において曲線部を有する。図１（ｃ）に示すように、計画掘削範囲７は、鉛直方向の断面が円形である。

地盤１中に線状の空間９を掘削するには、まず、計画掘削範囲７の上方に曲線状の孔５を削孔する。孔５は、図１（ｂ）に示すように、平面視において計画掘削範囲７の幅１１の範囲内に位置するように削孔される。また、図１（ｃ）に示すように、孔５の下端と計画掘削範囲７の天端との離隔１３が計画掘削範囲７の幅１１以下となるように削孔される。

図２（ａ）は、削孔ロッド２の先端付近の断面図である。孔５の削孔には、図２（ａ）に示す削孔ロッド２を用いる。図２に示すように、削孔ロッド２は、管状材であり、先端ビット４に削孔方向決定部材６が設けられる。削孔ロッド２は、大きな靱性を有する。削孔方向決定部材６は、削孔ロッド２の軸方向（図２に示す矢印Ｘの方向）に対して所定の角度をなすように取り付けられる。削孔ロッド２の先端付近には詰め物８が設けられる。

ボーリングマシンは、削孔ロッド２の全体を矢印Ｆに示すように回転させることができる。さらに、必要に応じて削孔ロッド２を先端ビット４の方向に押し出すことが可能である。削孔ロッド２は、ボーリングマシンによって軸方向に振動が加えられるような構成、ないしは、先端ビット４の基端部側に設置されたハンマー等で先端ビット４に打撃が加えられるような構成とする。

削孔ロッド２は、回転と、削孔ロッド２への軸方向の振動ないしは先端ビット４への打撃とを組み合わせることで直進する。また、削孔ロッド２の回転を停止して非回転の状態で削孔ロッド２への軸方向の振動ないしは先端ビット４への打撃を加えることで、先端ビット４に設けられた削孔方向決定部材６の方向への削孔が行われ、削孔方向を任意の方向に曲げることができる。なお、掘削対象となる地盤の状況に応じて単位時間あたりの打撃回数を増減するなどして、振動ないしは打撃の加え方と押し出し力を調整することによって、削孔の曲率を調整することもできる。

図１に示す孔５は、上記した削孔ロッド２に軸方向に振動を加えつつ、ないしは削孔ロッド２の先端ビット４に打撃を加えつつ、削孔ロッド２の回転と非回転を制御することにより、発進用の立坑３から削孔ロッド２を発進させて削孔される。このとき、削孔ロッド２の先端ビット４に設置した発信器の位置を地上部もしくは立坑３からリアルタイムで探査してもよい。また、削孔中の適切な時期に削孔ロッド２の先端ビット４付近にジャイロスコープを挿入して引き込んで、削孔ロッド２の削孔軌跡を計測してもよい。

図２（ｂ）は、孔５の鉛直方向の断面図である。図２（ｂ）に示すように、孔５には管材１５が配置され、管材１５の内部には変位計である光ファイバケーブル１７が配置される。管材１５は変位計の保護管であり、塩ビ管等の変形が容易な硬質樹脂製の管が用いられる。管材１５の内部や、管材１５の外周と孔５の壁面との間には充填材１９が充填される。

図２（ｂ）に示すように孔５の内部に光ファイバケーブル１７を設置するには、例えば、図２（ａ）に示すように、光ファイバケーブル１７を内周面に沿って貼り付けた状態の管材１５を削孔ロッド２の内部に仕込んだ状態で、削孔ロッド２を用いて孔５を削孔する。そして、詰め物８を削孔ロッド２から前方に（図２（ａ）の左側に）押し出して撤去するか、削孔ロッド２の内部に残置した状態で、管材１５の内部に充填材１９を充填する。次に、削孔ロッド２を孔５から抜く。このとき、管材１５の外周面と孔５の壁面との間にも充填材１９を充填する。

なお、孔５の内部への光ファイバケーブル１７の設置方法はこれに限らない。例えば、削孔ロッド２で孔５を掘削した後に、光ファイバケーブル１７が張り付けられた管材１５を挿入してもよい。また、地盤が十分に硬い場合には、削孔ロッドを引き抜いた後に、光ファイバケーブル１７が張り付けられた管材１５を孔５に挿入してもよい。また、掘削後に管材と光ファイバとを挿入する場合には、以下の方法でもよい。

図３は、光ファイバケーブル１７の他の設置方法を示す図であり、図３（ａ）は、削孔ロッド２の先端付近の断面図、図３（ｂ）（ｃ）は孔５の鉛直方向の断面図である。

図３に示す例では、図３（ａ）に示すように、管材１５等を削孔ロッド２の内部に仕込まない状態で、削孔ロッド２を用いて孔５を削孔する。そして、詰め物８を削孔ロッド２から前方に押し出すか、後方に引き戻して撤去する。次に、図３（ｂ）に示すように、芯材１６が通され光ファイバケーブル１７が内周面に沿って貼り付けられた管材１５ａを、削孔ロッド２の内部に挿入する。管材１５ａは、可撓性を有し、折り目が芯材１６の軸方向に沿うように折りたたみ可能な、例えば軟質樹脂製のフレキシブルホース等である。芯材１６は、管材１５ａと比較して、削孔ロッド２に挿入可能な程度に剛性が高いものとする。

その後、削孔ロッド２を孔５から撤去して、管材１５ａを広げるための空間を孔５内に形成する。そして、図３（ｃ）に示すように、管材１５ａの内側に充填材１９を送り出し、充填材１９の圧力によって管材１５ａの断面を拡大する。管材１５ａの先端は開口しているので、管材１５ａの先端の開口から管材１５ａの外周面と孔５の壁面との間にも充填材１９が充填される。

このように、芯材１６を用いることで、光ファイバケーブル１７を曲線状の削孔ロッド２の内部に容易に挿入することができるとともに、充填材１９の充填性を両立することができる。例えば、例えば硬質樹脂からなる管材１５を用いた場合には、管材１５の径が大きくなると、剛性が高くなりすぎて、曲線状の削孔ロッド２内への挿入性が悪化する。しかし、管材１５の径を小さくしすぎると、その後の充填材１９の充填性が悪くなる。これに対し、芯材１６を用いることで、管材１５ａには剛性が不要である。また、充填材１９の充填時には、管材１５ａを拡径させることができるため、充填性を確保することができる。なお、図２（ａ）に示すように、光ファイバケーブル１７を内周面に沿って貼り付けた状態の管材１５を削孔ロッド２の内部に仕込んだ状態で孔５を削孔する場合にも、管材１５を管材１５ａのように、削孔ロッド２の曲線に追従が容易な軟質樹脂製としてもよい。この場合には、芯材１６は必ずしも必要ではない。

なお、変位計は光ファイバケーブル１７に限らず、他の変位計を用いてもよい。例えば、変位計として３軸重力加速度センサを用いた３Ｄ地中変位計を用いてもよい。３Ｄ地中変位計を用いる場合には、上記した光ファイバケーブル１７と同様の手順で設置してもよいし、削孔ロッド２で削孔した孔５内に管材を挿入して管材の外周面と孔５の壁面との間にセメントミルクを充填した後、管材の内部に３Ｄ地中変位計を挿入して適切に固定してもよい。

孔５の内部に光ファイバケーブル１７等の変位計を配置したら、変位計を用いて計画掘削範囲７の直上の地盤１の変位を計測しつつ、発進用の立坑３側から計画掘削範囲７を掘削して、図１（ａ）に示す線状の空間９を到達側の立坑３まで延伸する。計画掘削範囲７は、シールド機等を用いて掘削される。

計画掘削範囲７の掘削時に、切羽前方において地盤１の沈下が計測された場合には、例えば、シールド機の速度や土砂の取り込み量などを制御して沈下を抑制する。また、切羽後方において地盤１の沈下が計測された場合には、例えば空間９の壁面と覆工との間の裏込め材の量を増やすなどして沈下を抑制する。

このように、第１の実施形態によれば、靱性の大きい削孔ロッド２を用い、削孔ロッド２に軸方向に振動を加えつつ、ないしは先端ビット４に打撃を加えつつ、削孔ロッド２の回転と非回転を制御する。これにより、削孔方向がぶれることなく、曲線部を有する線状の計画掘削範囲７の上方に曲線状の孔５を削孔することができる。

第１の実施形態では、孔５内に変位計を配置することで、計画掘削範囲７を掘削する際に、切羽前方および後方の地盤１の変位を容易に且つ確実に計測できる。変位計として光ファイバケーブル１７を用いれば、一度に長距離に亘って変位計を配置し、地盤１の微小な変位を計測することができる。

第１の実施形態では、孔５を、計画掘削範囲７の幅１１の範囲内に位置するように、且つ、孔５の下端と計画掘削範囲７の天端との離隔１３が計画掘削範囲７の幅１１以下となるように削孔することにより、掘削によってゆるみやすい範囲に孔５が形成される。そのため、孔５の内部の変位計により、地盤１に生じる沈下等の変位を直ぐに検知することができる。

なお、第１の実施形態では計画掘削範囲７の鉛直方向の断面を円形としたが、断面の形状はこれに限らない。図４は、他の断面形状を有する計画掘削範囲７を示す図である。図４（ａ）（ｂ）に示すように、計画掘削範囲７の鉛直方向の断面が円形でない場合にも、孔５を、計画掘削範囲７の幅１１の範囲内に位置するように、且つ、孔５の下端と計画掘削範囲７の天端との離隔１３が計画掘削範囲７の幅１１以下となるように削孔することが望ましい。

また、地盤１に孔５を削孔する際の削孔ロッド２の動作は上記したものに限らない。例えば、ボーリングマシンが図２に示す削孔ロッド２に、軸方向に垂直な矢印Ｙの方向などの振動成分を加えてもよく、三次元的に振動を付与してもよい。削孔ロッド２に軸方向の振動や打撃を加えるとロッドが長い場合には衝撃力が減衰するが、複数方向に振動を加えればロッドが長い場合にも振動が減衰せずに伝播するため長距離の削孔が可能である。また、複数方向に振動を加えれば、地盤１が硬い場合や、地盤１の硬さが変化する場合にも、削孔方向がぶれることなく、計画された方向に曲線状に削孔を行うことができる。

また、第１の実施形態では立坑３から削孔ロッド２を発進させたが、削孔ロッド２の発進位置はこれに限らない。図５は、線状の空間から２を発進させる例を示す図である。

図５（ａ）に示す例では、発進側の立坑３から所定の距離だけ空間９を形成した後、削孔ロッド２を空間９から発進させて、計画掘削範囲７の上方に孔５ａを削孔する。そして、孔５ａの内部に配置された変位計を用いて計画掘削範囲７の直上の地盤１の変位を計測しつつ、計画掘削範囲７を掘削して線状の空間９を到達側の立坑３まで延伸する。

図５（ｂ）に示す例では、計画掘削範囲７ａの全長が削孔ロッド２による削孔可能長さよりも長い。この場合、削孔ロッド２を切羽１０の後方の空間９ａから発進させて、計画掘削範囲７ａの上方に孔５ａを削孔する工程と、孔５ａの内部に配置された変位計を用いて計画掘削範囲７ａの直上の地盤１の変位を計測しつつ計画掘削範囲７ａを掘削して線状の空間９ａを所定の長さだけ延伸する工程とを、計画掘削範囲７ａの延伸方向に並ぶ複数の孔５ａ－１、５ａ－２、…、５ａ－ｎについて繰り返す。

以下、本発明の別の例について、第２～第８の実施形態として説明する。各実施形態はそれまでに説明した実施形態と異なる点について説明し、同様の構成については図等で同じ符号を付すなどして説明を省略する。また、第１の実施形態も含め、各実施形態で説明する構成は必要に応じて組み合わせることができる。

[第２の実施形態]
図６は、地盤１から削孔ロッド２を発進させる例を示す図である。第２の実施形態は、削孔ロッド２を地盤１の表面から発進させる点で第１の実施形態と主に異なる。

図６（ａ）に示す例では、削孔ロッド２を地盤１の表面から発進させて、計画掘削範囲７の上方に孔５ｂを削孔する。そして、孔５ｂの内部に配置された変位計を用いて計画掘削範囲７の直上の地盤１の変位を計測しつつ、計画掘削範囲７を掘削して線状の空間９を到達側の立坑３まで延伸する。

図６（ｂ）に示す例では、計画掘削範囲７ｂの全長が削孔ロッド２による削孔可能長さよりも長い。この場合、削孔ロッド２を地盤１の表面から発進させて、計画掘削範囲７ｂの上方に、計画掘削範囲７ｂの延伸方向に並ぶ複数の孔５ｂ－１、５ｂ－２、…、５ｂ－ｎを削孔する。そして、複数の孔５ｂ－１、５ｂ－２、…、５ｂ－ｎの内部に配置された変位計を用いて計画掘削範囲７ｂの直上の地盤１の変位を計測しつつ、計画掘削範囲７ｂを掘削して線状の空間９ｂを到達側の立坑３まで延伸する。

［第３の実施形態］
図７（ａ）は、地盤１中に設定された線状の計画掘削範囲７ｃを示す図である。第３の実施形態は、削孔ロッド２を地盤１の表面から発進させる点、山岳トンネルである空間９ｃを形成する点で第１の実施形態と主に異なる。

計画掘削範囲７ｃは線状であり、例えば図７（ａ）に示すように鉛直断面において上に凸の曲線部を有する。計画掘削範囲７ｃは、平面視において曲線部を有してもよい。

地盤１中に線状の空間９ｃを掘削するには、削孔ロッド２を地盤１の表面から発進させて、計画掘削範囲７ｃの上方に曲線状の孔５ｃを削孔する。そして、孔５ｃの内部に配置された変位計を用いて計画掘削範囲７ｃの直上の地盤１の変位を計測しつつ、計画掘削範囲７ｃを掘削して線状の空間９ｃを形成する。

［第４の実施形態］
図７（ｂ）は、地盤１中に設定された線状の計画掘削範囲７ｄを示す図である。第４の実施形態は、削孔ロッド２を地盤１の表面から発進させる点、アンダーパスである空間９ｄを形成する点で第１の実施形態と主に異なる。

計画掘削範囲７ｄは線状であり、図７（ｂ）に示すように鉛直断面において下に凸の曲線部を有する。計画掘削範囲７ｄは、平面視において曲線部を有してもよい。

地盤１中に線状の空間９ｄを掘削するには、削孔ロッド２を地盤１の表面から発進させて、計画掘削範囲７ｄの上方に曲線状の孔５ｄを削孔する。そして、孔５ｄの内部に配置された変位計を用いて計画掘削範囲７ｄの直上の地盤１の変位を計測しつつ、計画掘削範囲７ｄを掘削して線状の空間９ｄを形成する。

[第５の実施形態]
図８は、地盤１中に設定された線状の計画掘削範囲７ｅを示す図である。図８（ａ）は地盤１の平面図を、図８（ｂ）は図８（ａ）の線Ｃ－Ｃによる断面図を示す。第５の実施形態は、削孔ロッド２を地盤１の表面から発進させる点、立坑３ｅの底部を拡幅して空間を形成する点で第１の実施形態と主に異なる。

図８（ａ）に示すように計画掘削範囲７ｅは線状であり、平面視において立坑３ｅから放射状に設定される。また、計画掘削範囲７ｅ同士の間には、拡幅範囲２３が設定される。

立坑３ｅの底部を拡幅して空間を形成するには、削孔ロッド２を地盤１の表面から発進させて、計画掘削範囲７ｅの上方に曲線状の孔５ｅを削孔する。そして、孔５ｅの内部に配置された変位計を用いて計画掘削範囲７ｅの直上の地盤１の変位を計測しつつ、計画掘削範囲７ｅを掘削して線状の空間を放射状に形成する。その後、拡幅範囲２３を掘削し、立坑３ｅの底部の周囲に平面視において略円形の空間を形成する。

[第６の実施形態]
図９は、地盤１に線状の空間９ｆを形成する方法を示す図である。図９（ａ）は地盤１中に設定された線状の計画掘削範囲７ｆの鉛直方向の断面図を、図９（ｂ）は図９（ａ）の線Ｄ－Ｄによる断面図を示す。

図９に示すように、地盤１には地下構造物であるトンネル２１が設けられる。第６の実施形態では、トンネル２１の両側にトンネル２１に沿って空間９ｆを形成する。

空間９を形成するための計画掘削範囲７ｆは線状であり、図９（ａ）（ｂ）に示すようにトンネル２１の両側にトンネル２１に沿って設定される。図９（ｂ）に示すように、トンネル２１の曲線部分では計画掘削範囲７ｆも曲線となる。

地盤１中に線状の空間９ｆを掘削するには、トンネル２１の両端の立坑３ｆのうち、一方の立坑３ｆの両側に空間９ｆの一部を掘削する。そして、削孔ロッド２を空間９ｆの内部から発進させて、計画掘削範囲７ｆの上方に、計画掘削範囲７ｆの延伸方向に沿って曲線状の孔５ｆを削孔する。孔５ｆは、図９（ａ）（ｂ）に示すように１本の計画掘削範囲７ｆに対して複数本配置してもよい。孔５ｆを削孔したら、孔５ｆの内部に配置された変位計を用いて計画掘削範囲７ｆの直上の地盤１の変位を計測しつつ、シールド機等で計画掘削範囲７ｆを他方の立坑３ｆまで掘削し、図９（ｂ）に示す空間９ｆをトンネル２１の両側に沿って延長する。

なお、図９では、孔５ｆを計画掘削範囲７ｆの延伸方向に沿って削孔したが、計画掘削範囲７ｆの延伸方向に直交する断面に沿って削孔してもよい。

図１０は、地盤１に線状の空間９ｆを形成する方法を示す図である。図１０（ａ）は地盤１中に設定された線状の計画掘削範囲７ｆの鉛直方向の断面図を、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の線Ｄ２－Ｄ２による断面図を、図１０（ｃ）は掘削された空間９ｆの斜視図を示す。図１０（ｂ）ではトンネル２１の直線部分のみを図示しているが、トンネル２１の曲線部分では計画掘削範囲７ｆも曲線となる。

図１０に示す例において地盤１中に線状の空間９ｆを掘削するには、削孔ロッド２をトンネル２１の内部から発進させて、計画掘削範囲７ｆの上方に、計画掘削範囲７ｆの延伸方向に直交する断面に沿って曲線状の孔５ｆ’を削孔する。孔５ｆ’は、図１０（ｂ）に示すように計画掘削範囲７ｆの延伸方向に所定の間隔３１をおいて配置される。孔５ｆ’を削孔したら、孔５ｆ’の内部に配置された変位計を用いて計画掘削範囲７ｆの直上の地盤１の変位を計測しつつ、シールド機等で計画掘削範囲７ｆを掘削し、図１０（ｃ）に示すようにトンネル２１の両側に線状の空間９ｆを形成する。

[第７の実施形態]
図１１は、地盤１に線状の空間９ｇ－１を形成する方法を示す図である。図１１（ａ）は線状の計画掘削範囲７ｇ－１、７ｇ－２が設定された地盤１の鉛直方向の断面図を、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の線Ｅ－Ｅによる断面図を、図１１（ｃ）は空間９ｇ－１が掘削された地盤１の鉛直方向の断面図を示す。図１２は掘削された空間９ｇ－２の斜視図を示す。

図１１に示すように、地盤１には地下構造物であるトンネル２１が設けられる。第７の実施形態では、トンネル２１を拡幅して空間９ｇ－２を形成する。空間９ｇ－２は、地盤１の掘削作業を、計画掘削範囲７ｇ－１の掘削と計画掘削範囲７ｇ－２の掘削との２段階に分けて実施することで形成される。

計画掘削範囲７ｇ－１は、図１１（ａ）に示すように、線状であり、トンネル２１の外側に設定される。計画掘削範囲７ｇ－１は、トンネル２１の軸に垂直な平面内において上下方向に延びる部分を有し、両端がトンネル２１の外壁面に位置する。計画掘削範囲７ｇ－１は、図１１（ｂ）に示すようにトンネル２１の軸方向に所定の間隔３３をおいて配置される。また、計画掘削範囲７ｇ－２は、図１１（ｂ）に示すようにトンネル２１の軸方向に沿って線状に設定される。

計画掘削範囲７ｇ－１を掘削するには、まず、削孔ロッド２をトンネル２１の内部から発進させて、図１１（ａ）に示すように、トンネル２１の軸方向から見たときに計画掘削範囲７ｇ－１の外側に沿うように曲線状の孔５ｇ－１を削孔する。また、計画掘削範囲７ｇ－１の内側に沿うように曲線状の孔５ｇ－２を削孔する。すなわち、１本の計画掘削範囲７ｇ－１に対して、計画掘削範囲７ｇ－１の上部においては計画掘削範囲７ｇ－１の上方に孔５ｇ－１を削孔し、計画掘削範囲７ｇ－１の下部においては計画掘削範囲７ｇ－１の上方に孔５ｇ－２を削孔する。

孔５ｇ－１、５ｇ－２を削孔したら、孔５ｇ－１、５ｇ－２の内部に配置された変位計を用いて計画掘削範囲７ｇ－１の直上の地盤１の変位を計測しつつ、計画掘削範囲７ｇ－１を掘削して、図１１（ｃ）に示すようにトンネル２１の外側に線状の空間９ｇ－１を形成する。

その後、線状の空間９ｇ－１を作業空間として用いて計画掘削範囲７ｇ－２を掘削し、図１２に示すようにトンネル２１を拡幅した空間９ｇ－２を形成する。計画掘削範囲７ｇ－２を掘削する際には、必要に応じて、孔５ｇ－１の内部に配置した変位計を用いて計画掘削範囲７ｇ－２の直上の地盤１の変位を計測する。

なお、計画掘削範囲７ｇ－２を掘削する際には、予め計画掘削範囲７ｇ－２の外周付近の地盤１を改良してもよい。図１３は、凍土２７を用いて地盤１を改良した状態を示す図である。

図１３に示す例では、空間９ｇ－１を形成した後、空間９ｇ－１に凍結管２５を配置して空間９ｇ－１の周囲に凍土２７を造成する。空間９ｇ－１はトンネル２１の外側に円弧状に形成されるため、凍土２７は空間９ｇ－１に沿って造成される。また、トンネル２１の軸方向に隣接する空間９ｇ－１に配置した凍結管２５によって造成された複数の凍土２７が一体となることにより、凍土２７はトンネル２１の軸方向にも連続して計画掘削範囲７ｇ－２の外周付近に沿ってアーチ状に造成される。計画掘削範囲７ｇ－２の掘削時には、アーチ状の凍土２７によって空間９ｇ－２の壁面の崩落が防止される。

なお、凍土２７の造成時には、孔５ｇ－１、５ｇ－２の内部に配置された光ファイバケーブルを用いて凍土２７の形成状況を検知してもよい。このようにすれば、地盤１の改良状況を容易に把握し、空間９ｇ－２を安全に掘削することができる。

図１１に示す計画掘削範囲７ｇ－１は、トンネル２１の軸に垂直な平面内において上下方向に延びる部分を有するが、計画掘削範囲７ｇ－１の配置はこれに限らない。計画掘削範囲７ｇ－１は、トンネル２１の軸方向から見たときに上下方向に延びる部分を有すればよく、上下方向に延びる部分がトンネル２１の軸に垂直な平面に対して多少傾いた平面内に位置する場合もある。

[第８の実施形態]
図１４は、地盤１に大径の線状の空間９ｈ－３を形成する方法を示す図である。図１４に示す各図は、地盤１の鉛直方向の断面を示す図である。図１４（ａ）は孔５ｈ－１を削孔した状態を示す図、図１４（ｂ）は孔５ｈ－２を削孔した状態を示す図、図１４（ｃ）は空間９ｈ－２を形成した状態を示す図、図１４（ｄ）は空間９ｈ－３を形成した状態を示す図である。

線状の空間９ｈ－３は大断面の地下トンネルである。空間９ｈ－３は、地盤１の掘削作業を、計画掘削範囲７ｈ－１の掘削と計画掘削範囲７ｈ－２の掘削と計画掘削範囲７ｈ－３の掘削との３段階に分けて実施することで形成される。

このような空間９ｈ－３を形成するには、まず、形成予定の空間９ｈ－３の外周に、図１４（ａ）に示すように所定の間隔をおいて複数本の線状の計画掘削範囲７ｈ－１を設定する。そして、地盤１の表面や地下構造物の内部から削孔ロッド２を発進させて、複数本の計画掘削範囲７ｈ－１のうち形成予定の空間９ｈ－３の上部に配置されたものの上方に、計画掘削範囲７ｈ－１の延伸方向に沿って孔５ｈ－１を削孔する。

次に、図１４（ｂ）に示すように、孔５ｈ－１の内部に配置された変位計を用いて計画掘削範囲７ｈ－１の直上の地盤１の変位を計測しつつ、小口径のシールド機で計画掘削範囲７ｈ－１を掘削して線状の空間９ｈ－１を形成する。

空間９ｈ－１を形成したら、図１４（ｂ）に示すように、空間９ｈ－１同士の間に線状の計画掘削範囲７ｈ－２を設定する。そして、複数の計画掘削範囲７ｈ－２のうち形成予定の空間９ｈ－３の上部に配置されたものの上方に、計画掘削範囲７ｈ－２の延伸方向に沿って孔５ｈ－２を削孔する。

次に、図１４（ｃ）に示すように、孔５ｈ－２の内部に配置された変位計を用いて計画掘削範囲７ｈ－２の直上の地盤１の変位を計測しつつ、小口径のシールド機で計画掘削範囲７ｈ－２を掘削して線状の空間９ｈ－２を形成する。隣接する空間９ｈ－１と空間９ｈ－２とは重なり合って連通する。

線状の空間９ｈ－２を形成したら、図１４（ｃ）に示すように、空間９ｈ－１と空間９ｈ－２とに囲まれた部分に線状の計画掘削範囲７ｈ－３を設定する。そして、孔５ｈ－１、５ｈ－２の内部に配置された変位計を用いて計画掘削範囲７ｈ－３の直上の地盤１の変位を計測しつつ、計画掘削範囲７ｈ－３を掘削して線状の空間９ｈ－３を形成する。

なお、図１４では地盤１の鉛直方向の断面のみを示しているが、孔５ｈ－１、５ｈ－２は、平面視において曲線部を有している。また、孔５ｈ－１、５ｈ－２は対応する計画掘削範囲の幅１１の範囲内に位置するように、且つ、孔５ｈ－１、５ｈ－２の下端と対応する計画掘削範囲の天端との離隔が幅１１以下となるように削孔されるのが望ましい。

図１４では、形成予定の空間９ｈ－３の上部に配置された計画掘削範囲７ｈ－１、７ｈ－２の上方に孔５ｈ－１、５ｈ－２を削孔したが、孔５ｈ－１、５ｈ－２は必要に応じて間引いてもよい。また、形成予定の空間９ｈ－３の下部に配置された計画掘削範囲７ｈ－１、７ｈ－２の上方に孔５ｈ－１、５ｈ－２を削孔してもよい。

計画掘削範囲７ｈ－３を掘削する前には、必要に応じて、空間９ｈ－１、９ｈ－２内を通る先行覆工を構築してもよい。また、空間９ｈ－１、９ｈ－２内に凍結管を配置して、計画掘削範囲７ｈ－３の外周を囲むように凍土を造成してもよい。

第２から第８の実施形態においても、第１の実施形態と同様に靱性の大きい削孔ロッドを用い、削孔ロッドに軸方向に振動を加えつつ、ないしは先端ビットに打撃を加えつつ、削孔ロッドの回転と非回転を制御することにより、削孔方向がぶれることなく、線状の計画掘削範囲の上方に曲線状の孔を削孔することができる。また、孔内に配置された変位計を用いることで、計画掘削範囲を掘削する際に、切羽前方および後方の地盤１の変位を容易に且つ確実に計測できる。

さらに、孔を、計画掘削範囲の幅の範囲内に位置するように、且つ、孔の下端と計画掘削範囲の天端との離隔が計画掘削範囲の幅以下となるように削孔することにより、孔が地盤１のゆるみやすい範囲に形成される。そのため、孔に配置された変位計により、地盤１に生じる沈下等の変位を直ぐに検知することができる。

１………地盤
２………削孔ロッド
３、３ｅ………立坑
４………先端ビット
５、５ａ、５ａ－１、５ａ－２、５ａ－ｎ、５ｂ、５ｂ－１、５ｂ－２、５ｂ－ｎ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｆ’５ｇ－１、５ｇ－２、５ｈ－１、５ｈ－２………孔
６………削孔方向決定部材
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ、７ｇ－１、７ｇ－２、７ｈ－１、７ｈ－２、７ｈ－３………計画掘削範囲
８………詰め物
９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｆ、９ｇ－１、９ｇ－２、９ｈ－１、９ｈ－２、９ｈ－３………空間
１０………切羽
１１………幅
１３………離隔
１５、１５ａ………管材
１６………芯材
１７………光ファイバケーブル
１９………充填材
２１………トンネル
２３………拡幅範囲
２５………凍結管
２７………凍土
３１、３３………間隔

Claims (16)

1. 地盤中に線状の空間を掘削する際の補助工法であって、
   削孔ロッドに振動を、ないしは前記削孔ロッドの先端ビットに打撃を加えつつ、前記削孔ロッドの回転と非回転を制御することにより、線状の計画掘削範囲の上方に曲線状の孔を削孔する工程ａと、
   前記孔の内部に配置された変位計を用いて前記計画掘削範囲の直上の地盤の変位を計測しつつ、前記計画掘削範囲を掘削して線状の空間を形成する工程ｂと、
   を具備し、
   前記変位計が、前記孔内に配置された管材の内周面に沿って貼り付けられた光ファイバケーブルであり、
   前記工程ａにおいて、前記光ファイバケーブルが貼り付けられた状態の前記管材を、前記削孔ロッドの内部に仕込んだ状態で、前記孔を削孔することを特徴とする補助工法。
2. 前記工程ａにおいて、前記削孔終了後に、前記管材内部に充填材を充填した後、前記削孔ロッドを前記孔から引き抜き、前記引き抜きの際に前記管材の外周部と前記孔の壁面との間に充填材を充填することを特徴とする請求項１に記載の補助工法。
3. 地盤中に線状の空間を掘削する際の補助工法であって、
   削孔ロッドに振動を、ないしは前記削孔ロッドの先端ビットに打撃を加えつつ、前記削孔ロッドの回転と非回転を制御することにより、線状の計画掘削範囲の上方に曲線状の孔を削孔する工程ａと、
   前記孔の内部に配置された変位計を用いて前記計画掘削範囲の直上の地盤の変位を計測しつつ、前記計画掘削範囲を掘削して線状の空間を形成する工程ｂと、
   を具備し、
   前記変位計が、前記孔内に配置された管材の内周面に沿って貼り付けられた光ファイバケーブルであり、
   前記管材には芯材が通され、前記管材は可撓性を有し、前記芯材の軸方向に沿うように折り畳み可能であることを特徴とする補助工法。
4. 前記工程ａにおいて、前記削孔終了後に、前記削孔ロッドの内部に、前記芯材が通され前記光ファイバケーブルが内周面に沿って貼り付けられた前記管材を、折り畳んだ状態で挿入し、前記削孔ロッドの撤去後に、前記管材の内側に充填材を送り出して、前記管材を拡径させ、前記管材の内側および、前記管材の外周面と前記孔の壁面との間に充填材を充填することを特徴とする請求項３に記載の補助工法。
5. 地盤中に線状の空間を掘削する際の補助工法であって、
   削孔ロッドに振動を、ないしは前記削孔ロッドの先端ビットに打撃を加えつつ、前記削孔ロッドの回転と非回転を制御することにより、線状の計画掘削範囲の上方に曲線状の孔を削孔する工程ａと、
   前記孔の内部に配置された変位計を用いて前記計画掘削範囲の直上の地盤の変位を計測しつつ、前記計画掘削範囲を掘削して線状の空間を形成する工程ｂと、
   を具備し、
   前記計画掘削範囲の延伸方向に並ぶ複数の前記孔が削孔されており、前記複数の孔の内部にそれぞれ配置された変位計を用いて、前記計画掘削範囲の直上の地盤の変位を計測しつつ、前記計画掘削範囲を掘削することを特徴とする補助工法。
6. 前記工程ａで、前記削孔ロッドを地盤の表面から発進させて前記孔を削孔し、前記工程ａを繰り返すことで、前記複数の孔を削孔することを特徴とする請求項５に記載の補助工法。
7. 前記工程ａで、前記削孔ロッドを地下構造物の内部から発進させて、前記計画掘削範囲の一部の上方に前記孔を削孔し、
   前記工程ｂで、前記計画掘削範囲の一部を掘削し、
   前記工程ａと前記工程ｂとを繰り返すことで、前記複数の孔を削孔することを特徴とする請求項５に記載の補助工法。
8. 地盤中に線状の空間を掘削する際の補助工法であって、
   削孔ロッドに振動を、ないしは前記削孔ロッドの先端ビットに打撃を加えつつ、前記削孔ロッドの回転と非回転を制御することにより、線状の計画掘削範囲の上方に曲線状の孔を削孔する工程ａと、
   前記孔の内部に配置された変位計を用いて前記計画掘削範囲の直上の地盤の変位を計測しつつ、前記計画掘削範囲を掘削して線状の空間を形成する工程ｂと、
   を具備し、
   前記工程ａで、前記削孔ロッドを地下構造物の内部から発進させ、
   前記地下構造物がトンネルであり、前記計画掘削範囲は、前記トンネルの外側にあり、前記トンネルの軸方向から見て上下方向に延びる部分を有し両端が前記トンネルの外壁面に位置し、前記トンネルの軸方向に所定の間隔をおいて配置されることを特徴とする補助工法。
9. 前記工程ａで、１本の前記計画掘削範囲に対して、上部では前記計画掘削範囲の外側に、下部では前記計画掘削範囲の内側に、前記孔を削孔することを特徴とする請求項８記載の補助工法。
10. 地盤中に線状の空間を掘削する際の補助工法であって、
    削孔ロッドに振動を、ないしは前記削孔ロッドの先端ビットに打撃を加えつつ、前記削孔ロッドの回転と非回転を制御することにより、線状の計画掘削範囲の上方に曲線状の孔を削孔する工程ａと、
    前記孔の内部に配置された変位計を用いて前記計画掘削範囲の直上の地盤の変位を計測しつつ、前記計画掘削範囲を掘削して線状の空間を形成する工程ｂと、
    を具備し、
    前記工程ｂの後に、
    前記線状の空間に凍結管を配置して、前記線状の空間の周囲に凍土を形成する工程ｃをさらに具備することを特徴とする補助工法。
11. 前記工程ｃで、前記孔の内部に配置された光ファイバケーブルを用いて前記凍土の形成状況を検知することを特徴とする請求項１０記載の補助工法。
12. 地盤中に線状の空間を掘削する際の補助工法であって、
    削孔ロッドに振動を、ないしは前記削孔ロッドの先端ビットに打撃を加えつつ、前記削孔ロッドの回転と非回転を制御することにより、線状の計画掘削範囲の上方に曲線状の孔を削孔する工程ａと、
    前記孔の内部に配置された光ファイバケーブルによる変位計を用いて前記計画掘削範囲の直上の地盤の変位を計測しつつ、前記計画掘削範囲を掘削して線状の空間を形成する工程ｂと、
    を具備し、
    前記計画掘削範囲は、立坑間に設定され、
    前記工程ｂにおいて、前記計画掘削範囲はシールド機を用いて掘削され、前記空間はシールドトンネルであり、
    前記掘削時に、切羽前方において地盤の沈下が計測された場合には、前記シールド機の速度や土砂の取り込み量を制御して地盤の沈下を抑制し、
    前記掘削時に、切羽後方において地盤の沈下が計測された場合には、前記シールドトンネルの壁面と覆工との間の裏込め材の量を増やすことにより地盤の沈下を抑制することを特徴とする補助工法。
13. 前記孔は、前記シールド機の発進側の立坑またはシールドトンネル覆工部から前記削孔ロッドを発進させて削孔され、前記発進の際には、前記立坑または前記シールドトンネル覆工部のシールドセグメントを切削することを特徴とする請求項１２に記載の補助工法。
14. 前記削孔ロッドを、前記地盤の表面から発進させて前記孔を削孔し、前記孔が鉛直断面および平面視において曲線部を有することを特徴とする請求項１２に記載の補助工法。
15. 前記計画掘削範囲が曲線部を有することを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれかに記載の補助工法。
16. 前記工程ａで、前記孔を、平面視において前記計画掘削範囲の幅の範囲内に位置するように、且つ、前記孔の下端と前記計画掘削範囲の天端との離隔が前記計画掘削範囲の幅以下となるように削孔することを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれかに記載の補助工法。

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