JP7366381B2 - 地山補強用鋼管 - Google Patents

Description

本発明は、例えばＮＡＴＭ（New Austrian Tunneling Method）工法によるトンネル施工の際の補助工法として地山に打ち込まれる地山補強鋼管に関し、特に、ネジ接合によって順次継ぎ足されて長尺化される先受け鋼管などに適した地山補強用鋼管に関する。

トンネル補助工法の１つであるＡＧＦ（All Ground Fasten）工法においては、長さ３ｍ程度の鋼管を４本程度、順次継ぎ足しながら、切羽前方の地山に打ち込み、地山を先受け補強する。各鋼管の一端部には雄ネジが形成され、他端部には雌ネジが形成されている。先行して打ち込んだ鋼管と後続の鋼管とをネジ接合することで一直線に継ぎ足す。最先端の鋼管及び最後尾の鋼管においては片方の端部だけに雄ネジ又は雌ネジが形成されていればよい。

通常、この種の地山補強用の各鋼管は、一体物の単体管であり、全体が単一の鋼材質によって構成されている。具体的には、一般構造用炭素鋼鋼管ＳＴＫ４００（ＪＩＳ Ｇ３４４４）を用いるのが一般的である。

特許文献１における地山補強用鋼管は、管本体と、それとは別体の接続管部とを有している。管本体は、地山補強に必要な強度を発現するための所要の肉厚を有している。管本体の一端部の内周面には雌ネジが形成されている。管本体の他端部に接続管部が摩擦圧接によって接合されている。接続管部は、管本体よりも厚肉かつ短い管によって構成され、その外周面に雄ネジが形成されている。
特許文献２の地山補強用鋼管においては、管本体の一端部に雄ネジ付きの接続管部が接合され、他端部に雌ネジ付きの接続管部が接合されている。管本体には雄ネジも雌ネジも形成されていない。

特開２０１６－０５３２６８号公報 実用新案登録第３１８２６６３号公報（請求項２、図２）

一般的なＡＧＦ工法用の鋼管の標準スペックは、肉厚６ｍｍ程度、外直径１１４．３ｍｍ程度、長さ３ｍ程度であり、重量は約５０ｋｇである。このため、人力で持ち運ぶのは容易でなく作業性が良好でない。
特許文献１の地山補強用鋼管においては、管本体の肉厚を、地山補強に必要な強度を確保可能、かつ一端部の内周面に雌ネジを形成可能な大きさにする必要がある。特許文献１には、管本体の肉厚を２．５ｍｍ～７ｍｍ程度とするとの記載があるが、所要のネジ接合強度を得るためのネジ山高さを考えると、管本体の肉厚は実際には４．５ｍｍ程度以上は必要と考えられる。このため、あまり軽量化できない。
特許文献２の地山補強用鋼管においては、管本体を、ネジ山を形成し得る肉厚にする必要はないが、一般構造用炭素鋼鋼管を用いる限り、地山補強に必要なある程度の肉厚を有していなければならず、作業性を十分改善し得るまで軽量化することは期待できない。
本発明は、かかる事情に鑑み、ネジ接合によって順次継ぎ足される地山補強用鋼管を、所要強度を確保しつつ軽量化して、作業性を改善することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は、ネジ接合によって継ぎ足される地山補強用鋼管であって、
ネジ部を有さない管本体と、
内周面又は外周面にネジ部を有し、かつ前記管本体より短く、かつ前記管本体の端部に分離不能に接合された接続管部と、
を備え、前記管本体と前記接続管部の鋼材質が互いに異なり、かつ前記管本体の引張強度が、前記接続管部の引張強度より大きいことを特徴とする。
管本体として接続管部より高引張強度の鋼材質を用いることによって、所要強度を確保しつつ管本体を確実に薄肉にできる。したがって、地山補強用鋼管を軽量化でき、人力で持ち運びしやすく、作業性を改善できる。
また、本発明は、ネジ接合によって継ぎ足される地山補強用鋼管であって、
ネジ部を有さない管本体と、
内周面又は外周面にネジ部を有し、かつ前記管本体より短く、かつ前記管本体の端部に分離不能に接合された接続管部と、
を備え、前記管本体の厚さが前記接続管部の前記ネジ部より管本体側のストレート部の厚さより小さく、前記接続管体が一般構造用炭素鋼鋼管にて構成され、前記管本体が、一般構造用炭素鋼鋼管よりも高引張強度の鋼管にて構成されていることを特徴とする。

前記接続管部が、引張強度４００Ｎ／ｍｍ^２～５５０Ｎ／ｍｍ^２、耐力２３５Ｎ／ｍｍ^２～５００Ｎ／ｍｍ^２の鋼材によって構成されていることが好ましい。前記接続管部としては、一般構造用炭素鋼鋼管ＳＴＫ４００（ＪＩＳ Ｇ３４４４）を用いることができる。
前記管本体が、引張強度６５０Ｎ／ｍｍ^２～１２００Ｎ／ｍｍ^２、耐力６００Ｎ／ｍｍ^２～９００Ｎ／ｍｍ^２の鋼材によって構成されていることが好ましい。前記管本体としては、一般構造用炭素鋼鋼管ＳＴＫ４００よりも高引張強度の鋼管を用いる。これによって、所要強度を確保しながら管本体を確実に薄肉化でき、地山補強用鋼管を確実に軽量化でき、作業性を十分に改善できる。

前記管本体の厚さが、２．５ｍｍ～４ｍｍであることが好ましい。
管本体にはネジ部を形成する必要がなく、しかも接続管部より高引張強度の鋼材質を用いることによって、このような厚さを実現できる。

本発明によれば、地山補強用鋼管の所要強度を確保するとともに、軽量化でき、作業性を改善することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る地山補強用鋼管からなる長尺先受け鋼管を地山に打設する様子を示す、施工中のトンネルの断面図である。 図２（ａ）は、前記地山補強用鋼管の分解正面図である。図２（ｂ）は、前記地山補強用鋼管の断面図である。 図３は、図２（ｂ）の円部ＩＩＩを拡大して示す断面図である。 図４は、図２（ｂ）の円部ＩＶを拡大して示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、ＮＡＴＭ工法によって施工中のトンネル１を示したものである。地山２が掘削されてトンネル１が構築されている。トンネル１の軸方向の一定間隔置きに、Ｈ型断面の鋼材からなるアーチ状の支保工３が設置されている。支保工３間の掘削面２ａには、吹付コンクリート４が吹付けられている。支保工３及び吹付コンクリート３の内周側には、二次覆工（図示省略）が構築される。

トンネル１の施工においては、地山補強のための補助工法として例えばＡＧＦ工法が実施されている。ＡＧＦ工法においては、ドリルジャンボ５を用いて、複数本（例えば４本程度）の地山補強用鋼管１０を順次継ぎ足しながら、切羽１ｂの前方（図１において右）の地山２に斜めに打ち込み、長尺の先受け鋼管９を形成する。各地山補強用鋼管１０の長さは例えば３ｍ程度である。隣接する地山補強用鋼管１０どうしがネジ接合によって一直線に連なっている。先受け鋼管９の全長は、例えば１２ｍ程度である。
詳細な図示は省略するが、先受け鋼管９のまわりの地山２には、シリカレジンやモルタルなどの注入材が注入されている。

図２（ａ）及び同図（ｂ）に示すように、地山補強用鋼管１０は、管本体１１と、接続管部２０，３０を有している。
管本体１１は真っ直ぐに延びる直管である。管本体１１の管長は、地山補強用鋼管１０の全長（例えば３ｍ程度）とほぼ同程度であり、管本体１１の外直径は例えば７０ｍｍ～１２０ｍｍ程度である。管本体１１の外周面及び内周面にはネジ部、テーパ部、段差などは形成されておらず、管本体１１の厚みは、該管本体１１の一端部から他端部まで一定である。管本体１１の両端面は、平坦になっており、例えばインロウ型の接合用の段差は形成されていない。

管本体１１の一端部（図２（ｂ）において右端部）には、接続管部２０が突き当てられて分離不能に接合されている。管本体１１の他端部（図２（ｂ）において左端部）には、接続管部３０が突き当てられて分離不能に接合されている。管本体１１と接続管部２０，３０との接合手段としては、開先溶接（詳細な図示は省略）が適用されているが、これに限らず摩擦圧接などを適用してもよい。接続管部２０，３０の管長は、管本体１１の管長に比べて十分に短い。
なお、先受け鋼管９の最先端の鋼管１０Ｅにおいては、後端部（図１において左下端部）だけに接続管部２０又は３０が設けられていればよい。最後尾の鋼管１０Ｂにおいては、先端部（図１において右上端部）だけに接続管部３０又は２０が設けられていればよい。

図２（ｂ）に示すように、接続管部２０は、ネジ形成部２１と、ストレート部２２と、テーパ部２３を有している。ネジ形成部２１の外周面に雄ネジ２４（ネジ部）が形成されている。ネジ形成部２１とテーパ部２３との間に、ストレート部２２が設けられている。ネジ形成部２１とストレート部２２の内周面が面一に連続している。ネジ形成部２１及びストレート部２２の内径は、管本体１１の内径より小径である。

図３に示すように、テーパ部２３の内周面は、ストレート部２２の内周面と段差無く連なるとともに、管本体１１に向かって拡径されている。テーパ部２３における管本体１１側の端部の内径は、管本体１１の内径と等しい。
ストレート部２２及びテーパ部２３の外径は、管本体１１の外径と等しい。ストレート部２２とテーパ部２３の外周面は面一に連続しており、更には管本体１１の外風面と面一に連続している。

図２（ｂ）に示すように、接続管部３０は、ネジ形成部３１と、ストレート部３２と、テーパ部３３を有している。ネジ形成部３１の内周面に雌ネジ３４（ネジ部）が形成されている。図２（ｂ）において二点鎖線にて示すように、各地山補強用鋼管１０の雌ネジ３４は、隣接する別の地山補強用鋼管１０の雄ネジ２４と螺合可能である。

ネジ形成部３１とテーパ部３３との間に、ストレート部３２が設けられている。図４に示すように、ストレート部３２の内径は、管本体１１の内径より小径である。テーパ部３３の内周面は、ストレート部３２の内周面と段差無く連なるとともに、管本体１１に向かって拡径されている。テーパ部３３における管本体１１側の端部の内径は、管本体１１の内径と等しい。
図２に示すように、接続管部３０の外径は管本体１１の外径と等しい。接続管部３０の外周面が管本体１１の外周面と面一に連続している。

管本体１１と接続管部２０，３０の鋼材質は互いに異なっている。かつ管本体１１の引張強度が、接続管部２０，３０の引張強度より大きい。
好ましくは、接続管部２０，３０は、引張強度４００Ｎ／ｍｍ^２～５５０Ｎ／ｍｍ^２、耐力２３５Ｎ／ｍｍ^２～５００Ｎ／ｍｍ^２の鋼材によって構成されている。かかる接続管部２０，３０用の鋼管として、一般構造用炭素鋼鋼管ＳＴＫ４００（ＪＩＳ Ｇ３４４４）を用いることができる。

これに対して、管本体１１としては、一般構造用炭素鋼鋼管ＳＴＫ４００よりも高引張強度の鋼管１０が用いられている。好ましくは、管本体１１は、引張強度６５０Ｎ／ｍｍ^２～１２００Ｎ／ｍｍ^２、耐力６００Ｎ／ｍｍ^２～９００Ｎ／ｍｍ^２の鋼材によって構成されている。鋼材に含まれるＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓその他成分の配合比を調整することによって、前記引張強度及び耐力を得ることができる。
管本体１１として、例えば特開２００２－００３９４１に開示された鋼管を用いてもよい。

管本体１１の厚さｔ_１１（外半径と内半径との差）は、接続管部２０，３０のストレート部２２，３２の厚さより小さく、好ましくはｔ_１１＝２．５ｍｍ～４ｍｍ程度、より好ましくはｔ_１１＝２．５ｍｍ～３．５ｍｍ程度である。
なお、接続管部２０，３０のストレート部２２，３２の厚さは、好ましくは５ｍｍ～７ｍｍ程度、より好ましくは６ｍｍ程度である。

かかる地山補強用鋼管１０によれば、管本体１１として接続管部２０，３０より高引張強度及び高耐力の鋼材質を用いることによって、所要強度を確保しつつ管本体１１を確実に薄肉にできる。しかも、管本体１１には、ネジ２４，３４を形成する必要がなく、一層薄肉化できる。したがって、管本体１１ひいては地山補強用鋼管１０を軽量化でき、人力で持ち運びやすくなり作業性を改善できる。

例えば、一般的なＡＧＦ工法における地山補強用鋼管の標準スペック（肉厚６ｍｍ、外直径１１４．３ｍｍ、長さ３ｍ）の場合、重量が約５０ｋｇであるのに対し、本発明態様の地山補強用鋼管１０においては、管本体１１を引張強度８００Ｎ／ｍｍ^２、厚さ３．２ｍｍ、外直径１１４．３ｍｍ、長さ３ｍとした場合、重量が約３０ｋｇとなる。したがって、約４０％の軽量化を実現できる。

管本体１１には、ネジ部、テーパ部、段差その他の形状変化部が設けられていないから、切削などの加工を施す必要がない。したがって、加工容易性を考慮することなく、管本体１１の強度を設定できる。

地山補強用鋼管１０の管本体１１の内周面と、接続管部２０，３０のネジ形成部２１，３１の内周面との間にテーパ部２３，３３を設けておくことによって、パイロットビット６（図１）の抜き差し時における引っ掛かりを防止できる。また、長尺先受け鋼管９の内部に入り込んだ土砂をスムーズに排出できる。

本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変をなすことができる。
例えば、本発明の鋼管は、ＡＧＦ工法用の先受け鋼管に限らず、鏡補強工用の鋼管、地中杭用の鋼管としても適用可能である。

本発明は、例えばＡＧＦ工法用の先受け鋼管に適用できる。

１ トンネル
２ 地山
２ａ 掘削面
３ 支保工
４ 吹付コンクリート
５ ドリルジャンボ
６ パイロットビット
９ 長尺先受け鋼管
１０ 地山補強用鋼管
１１ 管本体
２０ 雄ネジ管部（接続管部）
２１ ネジ形成部
２２ ストレート部
２３ テーパ部
２４ 雄ネジ（ネジ部）
３０ 接続管部
３１ ネジ形成部
３２ ストレート部
３３ テーパ部
３４ 雌ネジ（ネジ部）

Claims (2)

1. ネジ接合によって継ぎ足される地山補強用鋼管であって、
   ネジ部を有さない管本体と、
   内周面又は外周面にネジ部を有し、かつ前記管本体より短く、かつ前記管本体の端部に分離不能に接合された接続管部と、
   を備え、前記管本体の厚さが前記接続管部の前記ネジ部より管本体側のストレート部の厚さより小さく、前記接続管部が一般構造用炭素鋼鋼管にて構成され、前記管本体が、一般構造用炭素鋼鋼管よりも高引張強度の鋼管にて構成されていることを特徴とする地山補強用鋼管。
2. 前記管本体が、引張強度６５０Ｎ／ｍｍ^２～１２００Ｎ／ｍｍ^２、耐力６００Ｎ／ｍｍ^２～９００Ｎ／ｍｍ^２の鋼材によって構成された請求項１に記載の地山補強用鋼管。

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