JPH04350290A - 並列トンネルの施工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は並列に近接して掘進さ
れるトンネルとトンネルとの間の中間地山部（以下ピラ
ー部という）の安定化を図るトンネル施工方法、ピラー
部補強方法及びピラー部補強拡径管に関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネルを並列に掘進する場合、となり
合うトンネルの距離がきわめて近いとピラー部の応力が
増加して、その安定性が損なわれるため、補強する必要
がある。

【０００３】このピラー部の補強方法としては、従来よ
り様々な方法が実施されている。たとえば、中壁式工法
やその他の補助工法などにおいては、分割施工により地
山応力の減少を図ったり、支保工部材を使用したり、あ
るいは、ピラー部の補強または置き換えなどの各種補強
部材を使用する方法も実施されている。また、ピラー部
にＰＣアンカーを打設・緊張することによって、ピラー
部の地山を補強する方法も実施されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、たとえば、ピ
ラー部の地山を複数本のＰＣアンカーによって補強する
方法は、先行トンネルと後行トンネルを掘進したあとに
行う方法であるため、先行トンネルおよび後行トンネル
施工後のピラー部の補強は図れても、後行トンネル掘進
中の補強は図れないため、後行トンネルの掘進に際して
は、新たに支保工などによって補強する必要がある。

【０００５】また、ピラー部の地山を締めるために、わ
ざわざＰＣアンカーを緊張してプレストレスを導入する
必要があり、余計な作業および設備を必要とする。

【０００６】さらに、いずれの施工方法も、多くの手間
がかかり、しかも、工期の長期化が避けられないだけで
なく施工費が嵩む。

【０００７】この発明はこのような前記従来の課題を解
決するために提案されたもので、複数本のトンネルを近
接して並列に掘進する場合、ピラー部の補強を確実に行
うことができて、近接トンネルの安全施工を可能にした
トンネル施工方法およびピラー部補強方法およびピラー
部補強拡径管を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
にこの発明にかかるトンネル施工方法は、複数本のトン
ネルを近接して並列に掘進する近接トンネルの施工方法
において、先行トンネルを掘進し、つづいて、この先行
トンネルとこの先行トンネルの後に掘進される後行トン
ネルとの間の中間地山部に、少なくともこの中間地山部
の厚さに相当する長さを有する複数本のアンカー部材を
前記先行トンネルの側壁部より後行トンネル側に施工し
、つづいて、後行トンネルを施工する。

【０００９】また、この発明にかかるピラー部補強方法
（ピラー部補強アンカー方法）は、近接して並列に掘進
されるトンネルとトンネルとの中間地山部にアンカー孔
を水平に穿孔し、このアンカー孔に、先端部に拡径管を
取り付けたアンカーボルト若しくはアンカー鋼管を挿入
し、かつ、前記アンカー孔先端部において前記拡径管を
周辺地盤中に傘状に拡径する。

【００１０】さらに、この発明にかかるピラー部補強拡
径菅（ピラー部補強アンカー用拡径管）は、径の異なる
複数本の鋼管を二重乃至多重に重ねて設置し、かつ、各
鋼管の側壁部にその軸方向に細長いスリットを重ならな
いように円周方向にずらして形成することにより構成さ
れている。

【００１１】

【作用】前記のような施工方法により、後行トンネル掘
進時の応力解放によって生ずる、岩のポアソン効果によ
るピラー部の横（水平）方向のひずみ増加が、アンカー
ボルト若しくはアンカー鋼管などのアンカー部材に張力
を発生させ、地山が本来もっている強度をさらに増加さ
せるため、近接トンネルのピラー部が補強される。

【００１２】本工法は従来の補強土工法のうち、引っ張
り強度のメカニズムを応用したものであり、主に、地山
の持つ内部摩擦角（φ）によって擬似的な剪断耐力の向
上を図ったものである。したがって、φが高い場合、そ
の補強効果が増加する。

【００１３】本工法の適用性を検討するために、軟岩お
よび土砂中の近接トンネルを想定し、ピラー部の圧縮耐
力に対する安全率との補強材必要量の関係について試算
したものを、図２５、２６に示した（なお、ここでは、
ピラー部の軸力については、離間距離を考慮せず、応力
集中係数を一律２とした）。

【００１４】これらの図によると、補強材断面積の増加
により安全率が高くなり、補強効果が生じることが示さ
れている（この例では、トンネル覆工の効果は考慮され
ていない）。

【００１５】図２５に示すグラフは、軟岩の場合で、φ
＝１０°、ヤング係数（Ｅ）＝１０００Ｋｇ／ｃｍ２、
ポアソン比（υ）＝０．３と想定した。Ｃ（粘着力）＝
５０ｔｆ／ｍ２は泥岩の物性に近く、Ｃ＝３０ｔｆ／ｍ
２は片岩に近い物性を示している。

【００１６】泥岩の場合、アンカー部材（φ＝２５ｍｍ
）を１ｍ２　に１本打設すると安全率が１．４　近くに
なり補強効果が現れることがわかる。片岩では、４本打
設して安全率が１．１　程度になり、補強効果が得られ
ることがわかる。

【００１７】図２６に示すグラフは、砂質地山の例であ
り、φ＝３０°、Ｅ＝３００Ｋｇ／ｃｍ２　、υ＝０．
４　と想定した。 この図において、Ｃ＝１０ｔｆ／ｍ２は成田砂、Ｃ＝０
　ｔｆ／ｍ２はスコリアに近い物性を示している。これ
らは、補強材を挿入することにより安全率が１．０　以
上となり補強効果が得られることがわかる。なお、この
結果ではアンカー部材の許容応力からアンカー部材の数
量が決定されている。

【００１８】本工法の施工手順は、通常のＮＡＴＭトン
ネルのサイクルタイムに沿っており、一連の施工が従来
の作業工程の中で実施できる。たとえば、先行トンネル
の一工程の掘削、および通常の吹付けコンクリ−ト、ボ
ルト打設などの補助工法の施工完了後、あるいは併用し
て、後行トンネル方向に向けてトンネルピラー部にピラ
ー幅相当、又はこれを越える長さのボルトを水平に必要
な数量、打設する。この様な一連の先行トンネル施工完
了後、あるいは所定の切羽間隔を持って通常の後行トン
ネルの施工に入るものである。

【００１９】アンカー部材の定着方法は、地山強度が高
い場合は、全面付着型のボルトで、また、地山強度が低
い場合は、先端定着型を利用することが考えられる。特
に、ボルト先端部の固定度が安定上重要であり、後者の
場合には、ボルト先端に地盤中において傘状に拡径する
拡径管を装着する。この拡径管は後行トンネルの側壁部
における、擬似ライニング効果もあり、掘削時の安定上
一層の効果が期待される。

【００２０】また、使用するアンカー部材は、必要断面
積に合わせて鉄筋から鋼管などまで使用可能である。さ
らに、地山状況によっては自穿孔ボルト、あるいは、地
山の物性によってはＦＲＰ部材（σ／　Ｅ大）の使用も
効果的と考えられる。

【００２１】

【実施例】以下、この発明にかかるトンネルの施工方法
を図示する一実施例に基づいて説明する。

【００２２】（１）　先行トンネル１を掘進する（図１
参照）。トンネルの掘進には、従来、一般に行われてい
る方法のうちで、地盤状況などを検討し、最も適した掘
進方法によって行う。

【００２３】（２）　つづいて、先行トンネル１の側壁
部より後行トンネル２の方向に複数本のアンカー部材３
を水平に施工する（図２，３　参照）。

【００２４】アンカー部材３には、ピラー部５の厚さに
相当する長さのアンカーボルトや鋼管などを使用し、上
下および横方向に所定間隔おきに施工する。

【００２５】また、アンカー部材３の径および施工間隔
は、地盤の種類、地盤状況などを考慮のうえ適宜決める
。

【００２６】次に、アンカー部材３としてアンカーボル
トを使用した場合の施工方法を説明する。

【００２７】■　　先行トンネル１の側壁部にアンカー
孔４を穿孔する（図４参照）。アンカー孔４はアンカー
部材３の施工後に掘進する後行トンネル５の略近くまで
穿孔する。また、アンカー孔４の穿孔には、トンネルの
掘進と同様に、従来、一般に行われている穿孔方法のう
ちで最も適した方法によって行う。

【００２８】■　　つづいて、アンカー孔４の先端部に
セメントミルクなどの硬化剤を噴射・圧入する。この硬
化剤の噴射・圧入は、穿孔ドリル６のロッド６ａを注入
菅として行い（図５参照）、ロッド６ａは硬化剤の注入
後、速やかに引き抜く。

【００２９】■　　つづいて、アンカー孔４の中にアン
カーボルト３を挿入する（図６参照）。アンカーボルト
３には、ピラー部Ａの厚さに相当する長さ若しくはこれ
より長いボルトを使用する。このアンカーボルト３の先
端部には、あらかじめ、拡径菅７を取り付けておく（図
８，１１，１２　参照）　。

【００３０】拡径菅７はアンカー孔４の径と略同じか若
しくはこれよりも一回り細い径の鋼管より形成され、そ
の前後両端部にはプレート８，８　が溶接され、かつ、
側壁部には複数個のスリット９，９　が円周方向に所定
間隔おきに形成されている。スリット９，９　は拡径管
７の長手方向に細長い長方形状に形成されている。

【００３１】このように形成された拡径管７は、前後プ
レート８，８　の略中央部にアンカーボルト３の先端部
を貫通し、その貫通部分に受けプレート１０を取り付け
、さらに、その外側の雄ねじ部に固定ナット１１を螺合
することにより取り付けられている（図８参照）。

【００３２】■　　つづいて、アンカー孔４にセンター
ホールジャッキ１２のドリリングロッド１３　を挿入し
、その先端部を拡径管７の後端側プレート８に突き付け
る。また、アンカー孔４の入り口部にセンターホ−ルジ
ャッキ１２を突き付け、センターホールジャッキ１２の
アタッチメント１２ａ　をアンカーボルト３と連結する
（図８，９，１０参照）。

【００３３】■　　つづいて、センターホールジャッキ
１２を作動させてドリリングロッド１３をアンカー孔４
の中に強く圧入してドリリングロッド１３の先端と受け
プレート１０とによって拡径管７を押し潰し、拡径管７
の中央部を周辺地盤中に傘状に拡径する（図９，１３参
照）。

【００３４】（３）　アンカー部材３の施工が全て終了
したら、先行トンネル１と同じようにして後行トンネル
２を施工する。

【００３５】かかる施工方法によれば、後行トンネル施
工中の周辺地山部の崩壊を防止することができ、安全施
工が可能になるのである。

【００３６】ところで、図１４，１５　において、アン
カー径Ｄが大きくなると、拡径翼間が大きくなり、拡径
アンカー部の断面積Ａ１　に対する鋼材占有面積Ａ２　
は拡径量の増加とともに、大幅に低下する。したがって
、翼間の土塊の支持力が有効に生かされないため（すり
ぬける状態）、アンカー径に対応した（２乗に比例）ア
ンカー支持力を充分に得られないおそれがある。

【００３７】図１６〜図２０は、このような問題に対応
するために開発された拡径管７を示したもので、以下そ
の詳細を説明する。

【００３８】拡径管７は、径の異なる複数本の鋼管７ａ
，７ａ　より構成されている。鋼管７ａ，７ａは二重な
いし多重に重ねられ、各鋼管７ａ，７ａ　の側壁部に軸
方向に細長い長方形状のスリット９，９　が互いに重な
らないように円周方向にずらして形成されている。また
、各鋼管７ａ，７ａ　は、それぞれ、同心円状に確実に
拡径されるように一番外側に最も長いものが設置され、
内側になるほど短いものが設置されている。その他の構
成は先に説明した拡径管７と略同じである。

【００３９】図２１〜図２４は、アンカー部材３（以下
、アンカー鋼管という）として鋼管を使用した場合の施
工方法を示したものである。

【００４０】ここで使用されるアンカー鋼管３には、ア
ンカー孔４と略同径か若しくはこれよりも一回り細く、
かつ、ピラー部５の厚さに相当する長さ若しくはこれよ
り長い鋼管が使用されている。

【００４１】また、アンカー鋼管３の先端部には拡径管
７が一体的に形成されている。拡径管７は、アンカー鋼
管３の先端部の側壁部にアンカー鋼管３の長手方向に細
長い矩形状をした複数本のスリット９，９　を円周方向
に所定間隔おきに形成することにより形成され、その先
端部には、内側に開口するねじ孔１４が形成されている
。このように、拡径管７をアンカー鋼管３と一体的に形
成することにより拡径管７の取り付けを省略することが
てきる。

【００４２】以下、このアンカー鋼管３を使用した場合
の施工方法を順をおって説明する。

【００４３】■　　先の施工方法と同様にして先行トン
ネル１の側壁部にアンカー孔４を穿孔し、このアンカー
孔４の先端部にセメントミルクなどの硬化剤を噴射・圧
入する。

【００４４】■　　つづいて、アンカー孔４の中にアン
カー鋼管３を挿入する（図２１参照） ■　　つづいて、アンカー鋼管３の中にロッド１５を挿
入し、その先端部を拡径管７の先端部に形成されたねじ
孔１４に螺合して連結する（　図２２参照）　。また、
アンカー孔４の入り口にセンターホールジャッキ１２を
設置する（図２２参照）。

【００４５】■　　つづいて、センターホールジャッキ
１２によってアンカー鋼管３をアンカー孔４の中に強く
押し込むことにより、センターホールジャッキ１２とロ
ッド１５によって拡径管７を押し潰して周辺の地盤中に
傘状に拡径する（図２３参照）。

【００４６】■　　つづいて、アンカー鋼管３の中にそ
の全長にわたってコンクリ−トなどの硬化材を充填する
（図２４参照）　。

【００４７】なお、拡径管７はアンカー鋼管３の先端部
に一体的に形成しないで、先に説明したアンカーボルト
３の場合と同じように、別途形成したものを、取り付け
ても良い。

【００４８】

【発明の効果】この発明は以上の構成からなるので以下
の効果を有する。

【００４９】■　　いわゆるピラー部の補強は、後行ト
ンネルの施工前に行うため、後行トンネルの施工時には
、ピラー部は既に充分に補強されている。このため、後
行トンネルの施工は、通常の施工のみとなり、施工サイ
クル上の問題はなくスムーズに、しかも、きわめて安全
に進めることができる。また、先行トンネルの施工も、
通常の施工方法で進めることができるため、施工も容易
である。

【００５０】■　　ピラー部の補強は、地山掘削により
生ずるポアソン効果という、岩の本来持っている性質を
利用した張力導入方法であり、ボルト打設および地山掘
削により発生する地山の応力の再配分を有効に利用した
工法による。したがって、ＰＣアンカー工法などのよう
に、ピラー部の地盤をプレストレスを導入してわざわざ
締め固める必要もないため、きわめて経済的であり、施
工もきわめて簡単である。

【００５１】また、いわゆるシステムボルトと併用する
ことにより、さらに、効果は倍増する。

【００５２】■　　拡径管は、径の異なる複数本の鋼管
より構成され、各鋼管は二重ないし多重に重ねられ、そ
の側壁部には、軸方向に細長い長方形状のスリットが互
いに重ならないように円周方向にずらして形成されてい
る。さらに、各鋼管は、一番外側に最も長いものが設置
され、内側になるほど短いものが設置されている。

【００５３】したがって、アンカー径が大きく、拡径翼
間が大きくなっても、各鋼管は周辺地盤中に同心円状に
拡径されるため、拡径アンカー部の断面積Ａ１　に対す
る鋼材占有面積Ａ２　は充分に確保でき、翼間の土塊の
支持力を有効に生かすことができる。このため、アンカ
ー部材のアンカー強度はきわめて大きいものである。さ
らに、必要に応じて鋼管の数を適当に増やすことによっ
てアンカー強度をより一層高めることもできる。

【００５４】

【図面の簡単な説明】

【図１】掘進後の先行トンネルと掘進前の後行トンネル
の断面図である。

【図２】掘進後の先行トンネルと掘進前の後行トンネル
との間のピラー部に施工されたアンカー部材の断面図で
ある。

【図３】掘進後の先行トンネルおよび後行トンネルと先
行トンネルと後行トンネルとの間のピラー部に施工され
たアンカー部材の断面図である。

【図４】アンカーボルトによるアンカー部材の施工方法
を示す断面図である。

【図５】アンカーボルトによるアンカー部材の施工方法
を示す断面図である。

【図６】アンカーボルトによるアンカー部材の施工方法
を示す断面図である。

【図７】アンカーボルトによるアンカー部材の施工方法
を示す断面図である。

【図８】アンカーボルトによるアンカー部材の施工方法
における拡径管の設置状態を示す側面図である。

【図９】アンカーボルトによるアンカー部材の施工方法
における拡径管の拡径した状態を示す側面図である。

【図１０】アンカーボルトによるアンカー部材の施工方
法におけるアンカーボルトとセンターホールジャッキの
アタッチメントとの連結部を示す一部破断側面図である
。

【図１１】アンカーボルトによるアンカー部材の施工方
法における拡径管の設置状態を示す斜視図である。

【図１２】アンカーボルトによるアンカー部材の施工方
法における拡径管の設置状態を示す断面図である。

【図１３】アンカーボルトによるアンカー部材の施工方
法における拡径管の拡径した状態を示す斜視図である。

【図１４】拡径アンカー部の直径Ｄと拡径アンカー部の
断面積Ａ１　に対する鋼材占有面積Ａ２　の関係を示す
グラフである。

【図１５】拡径アンカー部の概要を示す断面図である。

【図１６】拡径管の縦断面図である。

【図１７】拡径管の縦断面図である。

【図１８】拡径管の縦断面図である。

【図１９】拡径管の縦断面図である。

【図２０】拡径管の正面図である。

【図２１】アンカー鋼管によるアンカー部材の施工方法
を示す断面図である。

【図２２】アンカー鋼管によるアンカー部材の施工方法
を示す断面図である。

【図２３】アンカー鋼管によるアンカー部材の施工方法
を示す断面図である。

【図２４】アンカー鋼管によるアンカー部材の施工方法
を示す断面図である。

【図２５】軟岩地盤に於ける補強材断面積と安全率との
関係を示すグラフである。

【図２６】砂質地盤に於ける補強材断面積と安全率との
関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１…先行トンネル、２…後行トンネル、３…アンカー部
材（アンカーボルト若しくはアンカー鋼管）、４…アン
カー孔、５…ピラー部、６…穿孔ドリル、６ａ…ロッド
、７…拡径菅、８…プレート、９…スリット、１０…受
けプレート、１１…固定ナット、１２…センターホール
ジャッキ、１３…ドリリングロッド、１４…ねじ孔、１
５…ロッド。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　複数本のトンネルを近接して並列に掘
   進する近接トンネルの施工方法において、先行トンネル
   を掘進し、つづいて、この先行トンネルとこの先行トン
   ネルの後に掘進される後行トンネルとの間の中間地山部
   に、少なくともこの中間地山部の厚さに相当する長さを
   有する複数本のアンカー部材を前記先行トンネルの側壁
   部より後行トンネル側に施工し、つづいて、後行トンネ
   ルを施工することを特徴とするトンネル施工方法。
2. 【請求項２】　　近接して並列に掘進されるトンネルと
   トンネルとの中間地山部にアンカー孔を水平に穿孔し、
   このアンカー孔に、先端部に拡径管を取り付けたアンカ
   ーボルト若しくはアンカー鋼管を挿入し、かつ、前記ア
   ンカー孔先端部において前記拡径管を周辺地盤中に傘状
   に拡径することを特徴とするピラー部補強方法。
3. 【請求項３】　　径の異なる複数本の鋼管を二重乃至多
   重に重ねて設置し、かつ、各鋼管の側壁部にその軸方向
   に細長いスリットを重ならないように円周方向にずらし
   て形成してなることを特徴とするピラー部補強拡径管。