JPH08121073A

JPH08121073A - 鋼管先受け工法及び同工法に用いる装置

Info

Publication number: JPH08121073A
Application number: JP24543695A
Authority: JP
Inventors: Kensaku Ichikawa; 健作市川; Katsuya Matsuo; 勝弥松尾; Yasuo Kawabata; 康夫川端
Original assignee: Tobishima Corp
Current assignee: Tobishima Corp
Priority date: 1994-08-31
Filing date: 1995-08-30
Publication date: 1996-05-14
Anticipated expiration: 2015-08-30
Also published as: JP3101550B2

Abstract

(57)【要約】【課題】地山の不良なトンネルの切羽の先行補強を鋼
管先受けにより効率よく行う。【解決手段】トンネル切羽に先受け鋼管Ｐを打設する
際に、鋼管Ｐの最後端に埋設管２０を接続し、埋設管２
０を地山内に押圧推進させ、鋼管Ｐを、その最後端がト
ンネル断面外周線位置とほぼ一致する地山深さに位置す
るように埋設させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鋼管先受け工法及び
同工法に用いる装置に係り、特に地質の悪い条件下のト
ンネル掘削に採用される地山先行補強工法としての鋼管
先受け工法及び同工法に用いる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、トンネル工事は、立地条件や地山
条件の良否にかかわらず、大断面化、長大化、高速施工
化の傾向にある。このため地質の悪い地山条件下でも掘
削断面が相当大きなトンネルが計画、施工されるように
なってきた。これらのトンネルではトンネル切羽の前方
の地山をあらかじめ所定強度まで補強する地山先行補強
工法が補助工法として行われることが多い。この種の地
山先行補強工法は、切羽前方の地山の先行緩みを抑制す
るのを主目的としているため、従来のフォアパイリング
工法に比べ、先受けに使用されるパイプ長が長いのが特
徴である。このため長尺のパイプを効率良く打設する工
夫がなされた種々、地山先行補強工法が開発、実施され
ている。

【０００３】地山先行補強工法の一例としてトレビチュ
ーブ工法がある。このトレビチューブ工法は拡径ビット
を使用した２重管削孔により１度に長尺（１１ｍ程度）
のパイプを打設することができる。さらに削孔後に外管
（注入用鋼管）を地山内に残置して鋼管周囲の空隙を定
着注入するようになっている。

【０００４】また、最近ではトンネル掘削に使用する油
圧ジャンボによって鋼管パイプを切羽に打設する地山先
行補強工法として、ＡＧＦ（All Ground Fasten）工法
が実績を挙げている。このＡＧＦ工法では、掘削に使用
する油圧ジャンボのガイドシェルに３ｍ程度の鋼管パイ
プを搭載して、削孔ロッド先端に装着された拡径ビット
で削孔を行い、この孔内に、所定打設本数の鋼管パイプ
が接続されながら挿入される。そして、所定本数の鋼管
パイプの挿入後、ビット径を鋼管パイプ内に収容可能な
直径まで縮径して削孔ロッドとともに引き抜く。これに
より生じた地山との空隙にセメント系、ウレタン系の定
着注入材を注入して鋼管パイプが挿入されている所定範
囲の地山改良を行う。

【０００５】図１８は、ＡＧＦ工法によるトンネル切羽
の地山先行補強の施工状況を示した概略施工状況図であ
る。このＡＧＦ工法では、鋼管パイプ１００の打設は、
油圧ドリルジャンボ１０１によって行われている。鋼管
パイプ１００は、既に建て込まれた鋼支保工１０２の下
端をガイドとして切羽面１０３に打設される。しかし、
打設する鋼管パイプ１００が長尺であるため、切羽面に
対して所定の傾角をなして施工される。通常は、切羽手
前の５〜６基手前からトンネル断面に対して所定のクリ
アランスをとって鋼管パイプ１００の傾きに沿い、鋼支
保工１０２が打設される。このため、上半全体にわたっ
て打設された鋼管パイプ１００は、切羽に向かって所定
ピッチで傘を僅かに開いたような形状となる。トンネル
長手方向に連続して傘状の地山改良体が形成されるの
が、本工法の特徴である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のトレ
ビチューブ工法は、１度に長尺の鋼管パイプを打設する
ことができるが、鋼管パイプを打設するために専用の鋼
管打設装置が必要である。このため専用の装置の導入、
装置の組み立て作業等の付帯作業が発生し、補助工法と
して高額であり、トンネル工事全体の工費アップにつな
がるという問題がある。

【０００７】これに対してＡＧＦ工法では、トンネル掘
削に使用する油圧ドリルジャンボを使用するため、この
ような問題は回避できるが、複数本の鋼管パイプを油圧
ドリルジャンボの先端部分に連続して供給する作業や削
孔ロッドの脱着作業の多く人力で行わなくてはならず、
切羽近傍に広い範囲の作業足場を設けなくてはならない
という問題が生じる。また、この作業足場は、切羽掘削
サイクルとの兼ね合いで頻繁に移動しなければならず、
その作業手間も大きな負担となる。

【０００８】さらに、前述の両工法に共通する問題とし
て、打設した鋼管パイプの口元と鋼支保工の建て込み位
置とが干渉してしまうため、打設した鋼管パイプの配置
に沿ってトンネル断面を段階的に拡大して掘削しなけれ
ばならない。このため、地山掘削量が増加するととも
に、変化した断面形状に合わせて鋼支保工の寸法を調整
して建て込まなくてはならないという問題も生じる。ま
た、覆工コンクリートのコンクリート量も増加し、断面
形状が変化するため、妻部分の型枠製作の手間も大きく
なる。

【０００９】そこで、本発明の目的は上述した従来の技
術が有する問題点を解消し、一定のトンネル断面を確保
しながら効率的なトンネルの地山先行補強を行えるよう
にした鋼管先受け工法及び同工法を用いた装置を提供す
るものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記問題点を解決するた
めに、本発明は、トンネル掘削機に、先受け鋼管として
使用される鋼管と該鋼管の内部に収容された削孔ロッド
とを搭載し、前記鋼管を打設可能な孔をトンネル切羽前
方のトンネル断面外周線の近傍に沿って所定間隔をあけ
て前記削孔ロッド先端に装着された拡縮径可能なビット
で削孔して、前記鋼管を複数本接続して地山内に打設し
て前記トンネル切羽の先受け鋼管とし、該先受け鋼管を
注入管として前記先受け鋼管の周囲の地山に固化材を注
入し、地山補強を行う鋼管先受け工法において、前記先
受け鋼管を打設する際に、前記鋼管の最後端に埋設管を
接続し、該埋設管を地山内に押圧推進させ、前記鋼管
を、その最後端がトンネル断面外周線位置とほぼ一致す
る地山深さに位置するように埋設させたことを特徴とす
るものである。

【００１１】このとき前記埋設管は、樹脂製管から成
り、該樹脂製管を介して前記トンネル掘削機の打撃動作
を前記鋼管の最後端に伝達するとともに、前記トンネル
掘削機のフィード動作を前記鋼管に伝達し、前記鋼管の
最後端を該樹脂製管の長さにほぼ等しい地山内深さまで
埋設させ、前記樹脂製管を地山内に存置させることが好
ましい。

【００１２】また、前記埋設管は、鋼製埋設管から成
り、該鋼製埋設管を介して前記トンネル掘削機の打撃動
作を前記鋼管の最後端に伝達するとともに、前記トンネ
ル掘削機のフィード動作を前記鋼管に伝達し、前記鋼管
の最後端を該樹脂製管の長さにほぼ等しい地山内深さま
で埋設させ、その後前記鋼製埋設管を引き抜き回収する
ことが好ましい。

【００１３】前記工法は、前記鋼管と、該鋼管の内部に
収容された削孔ロッドとは、前記トンネル掘削機のガイ
ドシェル先端に搭載されたクランプ装置により所定位置
に位置決めされた状態で、その端部が把持固定され、前
記鋼管及び削孔ロッドの接続及び分離作業が前記クラン
プ装置位置で行われるようにすることが好ましい。

【００１４】すなわち、トンネル掘削機のガイドシェル
先端に搭載され、鋼管の端部と該鋼管の内部に収容され
た削孔ロッド端部とを、位置決めされた状態で把持固定
し、前記鋼管及び削孔ロッドの接続及び分離作業を行う
ようにしたクランプ装置を備えることが好ましい。

【００１５】また、前記工法は、前記鋼管と、該鋼管の
内部に収容された削孔ロッドとは、前記トンネル掘削機
のガイドシェルの側部に装備された鋼管供給装置の把持
部にセットされた状態から該鋼管供給装置の横送り動作
により前記ガイドシェル上の鋼管接続位置に移載される
ようにすることが好ましい。

【００１６】すなわち、トンネル掘削機のガイドシェル
の側部に装備され、鋼管と該鋼管の内部に収容された削
孔ロッドとを把持し、横送り手段によって前記鋼管をガ
イドシェル上の鋼管接続位置に移載させるようにした鋼
管供給装置を備えることが好ましい。

【００１７】さらに、前記鋼管は、長手方向及び周方向
に所定間隔で複数個のストレーナ孔が形成され、このう
ち周方向に配列されたストレーナ孔を閉塞するようにリ
ング状逆止弁が装着され、作用内圧により該リング状逆
止弁を管内方より押し広げて前記ストレーナ孔から前記
固化材を地山側に吐出させるようにすることが好まし
い。

【００１８】または、前記鋼管は、長手方向及び周方向
に所定間隔で複数個のストレーナ孔が形成され、該スト
レーナ孔を閉塞するように磁石合金からなる複数のバル
ブ片が前記鋼管外周面に磁力吸着され、作用内圧により
該バルブ片を前記鋼管から分離させて前記ストレーナ孔
から前記固化材を地山側に吐出させるようにすることが
好ましい。

【００１９】または、前記鋼管は、長手方向及び周方向
に所定間隔で複数個のストレーナ孔が形成され、該スト
レーナ孔を閉塞するように複数のバルブ片が前記鋼管外
周面に接着され、作用内圧により前記バルブ片を前記鋼
管から剥離させて前記ストレーナ孔から前記固化材を地
山側に吐出させるようにすることが好ましい。

【００２０】すなわち、バルブの構成として、鋼管の長
手方向及び周方向に所定間隔で形成された複数個のスト
レーナ孔のうち周方向に配列された前記ストレーナ孔を
閉塞するリング状逆止弁が装着され、作用内圧により該
リング状逆止弁が管内方より押し広げられ前記ストレー
ナ孔から前記固化材を地山側に吐出させるようにしたも
のである。

【００２１】または、鋼管の長手方向及び周方向に所定
間隔で形成された複数個のストレーナ孔を閉塞する磁石
合金からなる複数のバルブ片が前記鋼管外周面に磁力吸
着され、作用内圧により前記バルブ片を前記鋼管から分
離させて前記ストレーナ孔から前記固化材を地山側に吐
出させるようにしたものである。

【００２２】または、鋼管の長手方向及び周方向に所定
間隔で形成された複数個のストレーナ孔を閉塞するよう
に複数のバルブ片が前記鋼管外周面に接着され、作用内
圧により前記バルブ片を前記鋼管から剥離させて前記ス
トレーナ孔から前記固化材を地山側に吐出させるように
したものである。

【００２３】前記複数本の鋼管は、該鋼管の管端に形成
されたテーパー嵌合部を介して接合されることが好まし
い。

【００２４】前記削孔ロッドは、ロッドスペーサを介し
て前記鋼管の中心軸近傍に位置保持させることが好まし
い。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明による鋼管先受け工
法の実施の一形態を、添付図面を参照して説明する。図
１は、図２に示したトンネル断面の上半部分１の掘削状
況を縦断方向に見て模式的に示した施工状況図である。
図１に示したように、トンネル切羽２の近傍の上半盤に
は、クローラ式の油圧ドリルジャンボＪが配置されてい
る。油圧ドリルジャンボＪのブーム上のガイドシェル４
の先端は、既に建て込まれた鋼支保工５のうち、最も切
羽２に近い鋼支保工５Ａの下端位置にあうようにセット
されている。なお、この発明の実施の形態では、地山は
１次吹付コンクリート６（被覆厚ｔ＝５ｃｍ）で被覆さ
れ、その内側にＨ形鋼（H-200×200）からなる鋼支保工
５がトンネル掘削方向に１ｍピッチで建て込まれ、この
鋼支保工５を被覆するように２次吹付コンクリート７
（被覆厚ｔ=２０ｃｍ）が施工されている。

【００２６】図１に示された鋼管パイプＰを搭載したガ
イドシェル４の据え付け角度は、建て込み箇所から切羽
２内に位置する２基先の鋼支保工５の上側を通るような
傾角に設定されている。ガイドシェル４の先端がセット
された切羽前方の地山内には、既に４本の鋼管パイプＰ
が地山中に建て込まれている。この鋼管パイプＰは、後
述するように、ガイドシェル４上に装備された油圧クラ
ンプ装置１０で連結され、連結された状態で鋼管パイプ
埋設管２０（その構成は後述する。）により、所定埋設
長分だけ地山中に圧入されたものである。本実施の形態
では、１本当たりの鋼管パイプＰの長さ、鋼管パイプ埋
設管２０の長さは３ｍに設定されている。また、すでに
建て込まれた鋼管パイプＰの周囲の地山には、鋼管パイ
プＰのほぼ全長にわたり、固化材によって注入ゾーンＧ
が形成されている。

【００２７】このように、図１に示したトンネルでは、
切羽２の掘削に先立って打設された鋼管パイプＰによ
り、フォアパイリングとしての補強効果が期待できる。
さらに、この鋼管パイプＰを利用して施された地山改良
注入により、トンネル天端から肩部分にかけての注入ゾ
ーンＧの地山強度が増強される。これにより、地山の解
放によるトンネル変形を抑止することができる。固化材
注入による地山注入ゾーンＧの改良体寸法は、鋼管パイ
プＰを中心軸とした直径８０ｃｍの略円筒状に想定され
ている。注入ゾーンＧは、トンネル周囲の全体に形成さ
れるが、特にトンネル掘削線付近では地山改良体が重な
って形成され、一体的なアーチ状になる。これにより、
トンネル掘削時の天端の地山安定はより確実になる。地
山注入の詳細については後述する。

【００２８】以下、本工法を実施するために油圧ドリル
ジャンボＪのガイドシェル４に搭載された各装置の構成
について図１、図３〜図６を参照して説明する。

【００２９】図１に示したように、本工法を実施するた
めに、ガイドシェル４上には、油圧クランプ装置１０、
鋼管パイプ埋設管２０、鋼管パイプ打設アダプタ３０及
び鋼管パイプ・ロッド供給装置４０が搭載されている。
このうち、鋼管パイプＰを埋設するために機能する鋼管
パイプ埋設管２０、鋼管パイプ打設アダプタ３０につい
て説明する。図３（ａ）には、鋼管パイプ打設アダプタ
３０の先端に接続された鋼管パイプＰが示されている。
鋼管パイプＰは、本実施の形態では、呼び径１００Ａ
（外径＝１１４．３ｍｍ）の圧力配管用炭素鋼鋼管（Ｊ
ＩＳ記号：ＳＴＧＰ）が使用されている。この鋼管パイ
プＰの内部には削孔ロッド３２が収容されている。

【００３０】鋼管パイプ打設アダプタ３０は、油圧ドリ
フタ３（図１参照）からの打撃力、回転力を削孔ロッド
３２に伝達するとともに、油圧ドリフタ３のフィード動
作に伴い、油圧ドリフタ３と一体的にガイドシェル４上
をスライドできる。ここで、拡径ビット３１を備えた削
孔ロッド３２を駆動する鋼管パイプ打設アダプタ３０の
構成について、図３（ａ）を参照して説明する。

【００３１】鋼管パイプ打設アダプタ３０は、油圧ドリ
フタ３のシャンクロッドＳの先端に装着されている。こ
の鋼管パイプ打設アダプタ３０は、ロッド支持部３８
と、パイプ圧入ヘッド３３とから成る。ロッド支持部３
８は、ロッド先端の拡径削孔ビット３１に打撃、回転を
伝達する削孔ロッド３２を、油圧ドリフタ（図示せず）
と接続してロッド回転を支持する。パイプ圧入ヘッド３
３は、油圧ドリフタ３の打撃及びフィード機構により鋼
管パイプＰを地山に圧入する。

【００３２】まず、ロッド支持部３８の構成について説
明する。シャンクロッドＳの先端には打撃スリーブ３４
が螺着されている。打撃スリーブ３４の鋼管パイプ打設
アダプタ３０端には調整用両ネジロッド３５が接続さ
れ、さらにスリーブ（カップリング）３６を介して定尺
の削孔ロッド３２が接続されている。この削孔ロッド３
２の先端には削孔ビット３１が装着されている。削孔ビ
ット３１は、拡径、縮径動作が可能で、削孔時には図３
（ａ）に示したように、鋼管パイプＰの先端から地山側
に突出できる。すなわち、削孔ロッド３１が正回転状態
にあるとき、内蔵されたスプリングピン（図示せず）で
付勢された削孔ビットヘッド３１ａが外方に張り出され
る。これにより、鋼管パイプＰの外径より大きな削孔径
（本実施例ではφ＝１２１ｍｍ）で地山を削孔すること
ができる。一方、削孔ロッド３２が逆回転状態にあると
き、削孔ビットヘッド３１ａを折り畳んでビット外径を
鋼管パイプ内径（１０２．３ｍｍ）以下に縮径できる。
このため鋼管パイプＰの打設完了時には、削孔ロッド３
２に逆回転をかけてロッド引き抜きを行うことで、削孔
ビット３１を回収することができる。

【００３３】パイプ圧入ヘッド３３は、打撃スリーブ３
４から伝えられた打撃力を鋼管パイプＰの後端に伝達す
るハンマーの役割を果たす部材である。パイプ圧入ヘッ
ド３３の後端には、打撃スリーブ３４から連続的な打撃
力が加えられる。この打撃動作によって部材が変形した
り摩耗したりするのを防止するために、後端凹所３３ａ
内に緩衝リング３７が装着されている。このように構成
されたパイプ圧入ヘッド３３には、油圧ドリフタ３から
の打撃及び油圧ドリフタ３のフィード機構による推進動
作が同時に伝えられる。これにより、パイプ圧入ヘッド
３３の先端肩部３３ｄに鋼管パイプＰの後端を嵌合さ
せ、鋼管パイプＰを押圧し、削孔ビット３１によって削
孔された孔内に鋼管パイプＰを容易に圧入することがで
きる。

【００３４】図３（ｂ）は、鋼管パイプ打設アダプタ３
０に装着された鋼管パイプ埋設管２０と、鋼管パイプ埋
設管２０の先端により地山内部に圧入される鋼管パイプ
Ｐの一部を示した部分断面正面図である。第１の実施の
形態では、鋼管パイプ埋設管２０は、呼び径８０Ａ（外
径８９．１ｍｍ）の本体管２１と、鋼管パイプ打設アダ
プタ３０による打撃力を受ける口元管２２（呼び径：１
２５Ａ）と、鋼管パイプＰの後端を押圧する先端管２３
（呼び径：１００Ａ）とが一体的に溶接接合された直列
異径鋼管から成る。鋼管パイプ埋設管２０の口元管２２
は、使用時に後端部２２ａが鋼管パイプ打設アダプタ３
０の肩部３３ｃのフランジ部分に当接するように、細径
筒部３３ｂ内に遊嵌される。このため、鋼管パイプ打設
アダプタ３０から伝達された打撃力により鋼管パイプ埋
設管２０が地山内に押圧推進される。このとき先端管２
３は鋼管パイプＰと同径管であり、先端管２３の先端に
は鋼管パイプＰの後端部と当接できるようなテーパ接合
面が形成されている。

【００３５】図３（ｂ）に示した状態で油圧ドリフタ３
を作動させると、鋼管パイプＰの先端位置で削孔ビット
（図示せず）による削孔が行われるのと同時に、鋼管パ
イプ埋設管２０が地山中に押圧された分だけ、地山中に
ある鋼管パイプＰが地山内に押し込まれる。最終的に
は、鋼管パイプ埋設管２０は、そのほぼ全長が地山に埋
設され、鋼管パイプＰの最後端は、鋼製支保工５の建て
込み位置側まで押し込まれる。その後、鋼管パイプ埋設
管２０を引き抜くことにより、鋼管パイプＰのみを地山
内の鋼製支保工５建て込み位置の外側に設置することが
できる。

【００３６】図３（ｃ）は、鋼管パイプ埋設管２０を、
樹脂製管たる塩化ビニル管とした第２の実施の形態を示
したものである。この実施の形態では、この塩化ビニル
管から成る鋼管パイプ埋設管２０は、打設される鋼管パ
イプＰと同様に直接、鋼管パイプ打設アダプタ３０に装
着される。すなわち、塩化ビニル管の後端は、鋼管パイ
プ打設アダプタ３０先端の先端肩部３３ｄに嵌合され、
前端は、図９（ａ）、（ｂ）に示したように、カップラ
ー７０を介して鋼管パイプＰの後端のテーパ接合面７１
に嵌合される。使用される塩化ビニル管は、鋼管パイプ
打設アダプタ３０から伝えられる打撃力、回転力、押込
み力を鋼管パイプＰに確実に伝達できる強度と剛性を有
している。この塩化ビニル管を鋼管パイプ埋設管２０と
して使用することにより、図１に示した埋設区間に塩化
ビニル管を残置した状態で、鋼管パイプＰの打設作業を
終了することができる。すなわち、第１の実施の形態で
は、鋼管パイプ埋設管２０の引き抜き作業が必要である
が、本実施の形態では、塩化ビニル管を地山内に残置し
ても、掘削時に掘削機械によって容易に破砕、撤去でき
るので、鋼管パイプ埋設管２０としての塩化ビニル管の
引き抜き作業が不要になる。また、鋼管パイプ埋設管２
０を引き抜いた後の地山、孔壁の崩壊の危険性もないと
言う利点を有する。

【００３７】次に、鋼管パイプＰ及び削孔ロッド３２の
接続作業に使用される油圧クランプ装置１０の構成につ
いて図４、図５を参照して説明する。削孔ロッド３２に
よる地山削孔と鋼管パイプＰの地山圧入動作は並行して
行われる。このため、鋼管パイプＰと削孔ロッド３２の
長さを等しくし、削孔ロッド３２を鋼管パイプＰ内に収
容して一体化し、油圧ドリルジャンボＪのガイドシェル
４に搭載して作業を行うのが効率的である。この場合、
鋼管パイプＰと削孔ロッド３２とを鋼管パイプ打設アダ
プタ３０にセットして削孔、パイプ圧入を行うと、ガイ
ドシェル４の先端位置でほぼ同時に接続のタイミングが
生じる。そこで、本発明では、ガイドシェル４の先端位
置に図４に示した油圧クランプ装置１０を搭載した。油
圧クランプ装置１０は、鋼管パイプＰと削孔ロッド３２
の把持動作を所定のタイミングで実施できる。このた
め、１箇所で鋼管パイプＰと削孔ロッド３２の接続、解
離作業を一連の動作として実現できる。

【００３８】図４には、ガイドシェル４の先端に装着さ
れた油圧クランプ装置１０が示されている。断面形状が
略Ｖ字形をなしたガイドシェル４に倣って組み立てられ
た固定フランジ１１上には、クランプスタンド１２が立
設されている。さらにクランプスタンド１１を挟んだガ
イドシェル４の長手方向の前後位置にはジャッキプレー
ト１３、１４が固着されている。このジャッキプレート
１３、１４は、鋼管パイプＰ及び削孔ロッド３２を把持
するクランプ機構を構成するジャッキ群を支持固定する
支持板である。

【００３９】図５（ａ）には、スリーブクランプ機構１
５が示されている。このスリーブクランプ機構１５は、
削孔ロッド３２をスリーブ８で接続、切り離しするクラ
ンプ機構である。２台の油圧ジャッキ１６、１６がガイ
ドシェル４上のロッド配置位置を中心として水平対向位
置に配置されている。油圧ジャッキ１６のロッド１６ａ
先端には、チャック１７が装着されている。このチャッ
ク１７の先端把持部は、削孔ロッド３２の接続位置であ
るスリーブ外径に一致するような円弧状に加工されてい
る。これにより、ロッド１６ａを伸長させた状態で削孔
ロッド３２のスリーブ部分を確実に把持できる。また、
ロッド縮退時には鋼管パイプＰが通過できる程度にチャ
ック間隔が設定されている。なお、チャック１７は着脱
自在に取着されているので、スリーブ径に合致した先端
把持部を有するチャックに容易に交換できる。また、本
実施の形態では、チャックで削孔ロッド３２を接続する
スリーブを把持するようにしたが、スリーブの近傍のロ
ッド３２を直接、把持するようにしても良い。

【００４０】図５（ｂ）には、パイプクランプ機構１８
が示されている。このパイプクランプ機構１８にも、図
５（ａ）に示された構造と同様の構造の油圧ジャッキ１
６、１６が配置され、鋼管パイプＰの外径に一致するよ
うにチャック１９の形状が設定されている。このパイプ
クランプ機構１８により地山に圧入された鋼管パイプＰ
の後端を確実に把持できる。

【００４１】図６（ａ）、（ｂ）には、ストックラック
上に仮置きされた鋼管パイプＰを、ガイドシェル４に搭
載するための鋼管パイプ・ロッド供給装置４０が示され
ている。ガイドシェル４上の油圧クランプ装置１０の後
方位置のガイドシェル４の側部には、ストックラック４
１（図６（ｂ）参照）が装備されている。そして２台の
ストックラック４１上には、シリンダロッド４３がガイ
ドシェル４側に伸長するようにロッド移載ジャッキ４２
が装備されている。このロッド移載ジャッキ４２のシリ
ンダロッド４３の先端には、鋼管パイプ把持部４４が形
成されている。ストックラック４１には、次に建て込む
ための鋼管パイプＰを１本ずつストックすることができ
る。この鋼管パイプ・ロッド供給装置４０によれば、図
６（ａ）に示したようにパイプ圧入ヘッド３３がガイド
シェル４上を後退した際に、ロッド移載ジャッキ４２の
シリンダロッド４３を伸長し、鋼管パイプ把持部４４に
把持されている鋼管パイプＰを、図６（ｂ）に示したロ
ッドセット位置まで横送り移動できる。

【００４２】鋼管パイプＰがロッドセット位置まで移載
された状態で鋼管パイプ打設アダプタ３０のパイプ圧入
ヘッド３３を前進させると、パイプ圧入ヘッド３３の細
径筒部３３ｂ先端の肩部３３ｄが鋼管パイプＰの後端に
嵌合し、鋼管パイプＰを切羽方向へ向かって繰り出すこ
とができる。次に、図７により油圧クランプ装置１０を
使用した鋼管パイプＰ及び削孔ロッド３２の接続作業手
順について説明する。図７（ａ）〜図７（ｇ）は、接続
作業の各状態を示した状態説明図である。図７（ａ）
は、１本目の鋼管パイプＰの打設が完了した状態を示し
ている。鋼管パイプＰ1の後端は、パイプクランプ機構
１８で把持されている。一方、スリーブクランプ機構１
５の油圧ジャッキ１６のロッドは縮退状態にあり、チャ
ックは鋼管パイプＰ1が容易に通過できる程度に離れて
いる。この状態から油圧ドリフタ（図示せず）の回転機
構を逆回転させながら、鋼管パイプ打設アダプタ３０を
ガイドシェル４に沿って後退させ、スリーブクランプ機
構１５の位置にスリーブ８がくるまで削孔ロッド３２を
引き抜き（図７（ｂ）参照）、スリーブ８で削孔ロッド
３２の切り離しを行う（図７（ｃ）参照）。さらに、鋼
管パイプ打設アダプタ３０をガイドシェル４に沿ってス
トックラック４１の後方位置まで後退させ、この間に鋼
管パイプＰの後端から突出している削孔ロッド３２のス
リーブ８部分をスリーブクランプ機構１５により把持す
る。鋼管パイプ打設アダプタ３０がストックラック４１
位置の後方まで後退した状態で、ストックラック４１上
に載置されていた２本目の鋼管パイプＰ2をガイドシェ
ル４上に移載する（図７（ｄ）参照）。このとき、鋼管
パイプＰ2内には削孔ロッド３２が収容されている。こ
のとき削孔ロッド３２は、ロッドの前端及び後端近傍に
嵌着された弾性体ロッドスペーサ７５（図１０参照）に
より、鋼管パイプＰの中心軸近傍に位置保持されされて
いる。弾性体ロッドスペーサ７５は、リング７６及び３
本の脚部７７から成るが、ロッド３２を中心位置に位置
保持できるなら、任意の形状で良く、鋼管パイプＰの内
径に応じて脚長を適宜設定すれば良い。この弾性体ロッ
ドスペーサ７５が装着されているので、鋼管パイプ打設
アダプタ３０をフィードさせて回転機構により、継ぎ足
し分の削孔ロッド３２を接続するのと同時に、鋼管パイ
プＰ2の後端にパイプ圧入ヘッド３３の先端肩部３３ｄ
を嵌合させることができる。その後、鋼管パイプ打設ア
ダプタ３０のフィード及びロッドの回転によりスリーブ
クランプ機構１５に把持されているスリーブ８に削孔ロ
ッド３２を螺合させる（図７（ｅ）参照）。これと同時
に油圧ジャッキ１６のロッドを縮退させ、さらに鋼管パ
イプ打設アダプタ３０をフィードさせてパイプクランプ
機構１８に把持されている鋼管パイプＰ1に鋼管パイプ
Ｐ2を接合する（図７（ｆ）参照）。

【００４３】このとき１本目の鋼管パイプＰ1の後端内
周面には図８に示したテーパ加工（ａ，ｂ，ｃ）が施さ
れ、２本目の鋼管パイプＰ2の先端外周面にも前記テー
パ加工と嵌合可能な形状のテーパ加工（ａ’，ｂ’，
ｃ’）が施されている。このように鋼管パイプＰ1、Ｐ2
間には所定形状のテーパ接合面が形成されているので、
鋼管パイプ打設アダプタ３０から後続の鋼管パイプＰ2
に打撃力が加えられると、鋼管パイプＰ1、Ｐ2間のテー
パ接合面が確実に嵌合し、鋼管パイプＰ同士の接合をネ
ジ接合等に比べ、迅速かつ容易に行うことができる。こ
の状態でパイプクランプ機構１８を解除し、地山削孔及
びパイプ圧入動作を再開する（図７（ｇ）参照）。そし
て油圧ドリフタ（図示せず）の回転、打撃動作は鋼管パ
イプ打設アダプタ３０を介して削孔ビット３１及び鋼管
パイプＰ1、Ｐ2に伝達される。

【００４４】次に、図１１（ａ）〜１１（ｃ）及び図１
２（ｄ）〜１２（ｆ）を参照して本発明によるトンネル
地山の鋼管先受け工法の施工手順について、作業フロー
を説明する。図１１、図１２の各図では、図の簡単化の
ために、切羽後方の既設鋼管パイプの表示を省略してあ
る。

【００４５】図１１（ａ）には、トンネル切羽２の所定
位置に１本目の鋼管パイプＰ1の打設状態が示されてい
る。ガイドシェル４上に搭載された油圧ドリフタ３の先
端には、鋼管パイプ打設アダプタ３０が装備されてい
る。鋼管パイプ打設アダプタ３０を介して削孔ロッド３
２には油圧ドリフタ３からの打撃、回転力が伝達され
る。これにより地山削孔が行われるのと同時に、油圧ド
リフタ３のフィードによりガイドシェル４上をスライド
した鋼管パイプＰ1が、地山中に押圧埋設される。図１
１（ｂ）には、１本目の鋼管パイプＰ1を切羽前方の地
山内に打設し、その後油圧ドリフタ３をガイドシェル４
に沿って後退させ、２本目の鋼管パイプＰ2を鋼管パイ
プ打設アダプタ３０にセットし、これと同時に鋼管パイ
プＰ2内に収容されている削孔ロッド３２をスリーブ
（図示せず）を介して継ぎ足した状態が示されている。

【００４６】図１１（ｃ）には、２本の鋼管パイプＰ
1、Ｐ2が切羽前方の地山内に打設され、次いで鋼管パイ
プ埋設管２０がガイドシェル４上に搭載され、削孔ロッ
ド３２が接続された状態が示されている。この鋼管パイ
プ埋設管２０は、前述したように既に地山内に建て込ま
れた鋼管パイプＰ2の後端部がトンネル掘削線より外側
に位置するまで、鋼管パイプＰを押圧埋設させるための
アタッチメントである。鋼管パイプ打設アダプタ３０
は、図３（ｂ）に示した鋼製埋設管、図３（ｃ）に示し
た塩化ビニル管のいずれのタイプの鋼管パイプ埋設管２
０の場合にも鋼管パイプＰの埋設を行うことができる。

【００４７】図１２（ｄ）には、鋼管パイプ埋設管２０
及び削孔ロッド３２を引き抜いた状態が示されている。
鋼管パイプ埋設管２０として鋼製埋設管を用いて鋼管パ
イプＰの埋設を行った場合には、鋼管パイプ埋設管２０
及び削孔ロッド３２の両方を引き抜いて回収する必要が
ある。このとき、削孔ロッド３２先端の削孔ビット３１
は、削孔ロッド３２を反時計回りに回転させることでビ
ット径を縮径でき、この状態で油圧ドリフタ３をガイド
シェル４上を後退させ、削孔ビット３１と削孔ロッド３
２とを一体的に回収することができる。このとき、鋼管
パイプ埋設管２０を引き抜いた後の孔壁の崩壊を防止す
るために、所定径を有する塩化ビニル管Ｐv等を防護管
として挿入することが好ましい（図１２（ｅ）参照）。
なお、鋼管パイプ埋設管２０として塩化ビニル管を用い
た場合には、塩化ビニル管が地山内にそのまま存置され
るので、この埋設管の回収作業は、不要となる。

【００４８】以後、鋼管パイプＰ周囲の地山の注入作業
を行う。本発明におけるトンネル切羽位置での鋼管先受
け工法の注入工法例として、全面注入工法とステップ注
入工法とについてそれぞれ説明する。まず、いずれの注
入工法においても注入時の固化材が孔口５１から逆流す
るのと孔壁が崩落するのとを防止するために口元コーキ
ング５０を行う。本実施の形態では、口元コーキング５
０は、図１２（ｅ）に示したように塩化ビニル製防護管
Ｐv（あるいは塩化ビニル管等の鋼管パイプ埋設管２
０）の口元部分の周囲に取り付けた布パッカー内にグラ
ウト材を充填する方法がとられている。

【００４９】固化材の注入にはいずれの注入工法におい
ても、前述の鋼管パイプＰを注入管として使用して行
う。このため鋼管パイプＰの表面にはあらかじめ所定間
隔でストレーナ（注入孔）を形成しておくことが必要で
ある。このストレーナの間隔は図１３に示したように、
等間隔に形成されたものが一般的である。ところが、全
面注入工法では、１度に広い範囲を注入するため、地山
の緩みが大きい切羽近傍では、注入した固化材が集まり
易くなってしまう。そこで、全面注入工法では、図１４
に示したように、ストレーナ５２を孔深部に行くほど密
に形成し、孔口近くは粗くすることにより固化材の浸透
範囲を均一厚にし、全体として均一な注入径の注入ゾー
ンＧを形成するようにすることも好ましい。なお、図１
４に示された数値は例示であり、最適値は地山状況に応
じて設定することが好ましい。注入工程では図１３に示
したように、注入ホース５６先端に取り付けたシングル
パッカー５３を孔口５１部分にセットし、鋼管パイプＰ
全長にわたり、均一圧による注入を行う。使用固化材と
してはセメント系薬液（商品名：ＬＷ）等が好適であ
る。また、崩落が予想されるような地山の場合には微粒
子懸濁型注入材等を使用することが好ましい。孔外に
は、図１２（ｅ）に示したような２液（Ａ、Ｂ液）系統
からなるグラウトミキサー５４、グラウトポンプ５５を
設置する。

【００５０】一方、図１５に示したステップ注入工法で
は、鋼管パイプＰに形成されるストレーナ５２には特殊
バルブ６０を設けておき、ストレーナ５２の間隔は５０
ｃｍ程度にすることが好ましい。ここで、特殊バルブ６
０の構成と、注入時の動作について図１６（ａ）、
（ｂ）を参照して説明する。特殊バルブ６０は、注入時
の内圧作用時には開口が解放され、固化材を外部に吐出
させ、外圧に対しては閉塞するような逆止弁の機能を有
する。本実施の一形態では、図１６（ａ）に示したよう
に鋼管パイプＰの外周の長手方向に所定間隔（＠５０ｃ
ｍ）で形成されたリング状凹所６２に周方向に等間隔に
４箇所ずつ形成されている。そしてこの開口６１を閉塞
するように肉厚１ｍｍの輪状ゴム製バンド６３が装着さ
れ、この輪状ゴム製バンド６３を覆い、一端６４ａが鋼
管パイプＰの周囲に溶接された外周リングプレート６４
が取り付けられている。このようにして構成された特殊
バルブ６０は、図１６（ｂ）に示したようにｐ＝２〜３
kg/cm2の内圧が作用すると、固化材が開口６１で輪状ゴ
ム製バンド６３と外周リングプレート６４とを押し広げ
るように作用し、外部に固化材を所定圧で吐出させるこ
とができる。一方、地山側からの外圧に対してはｐ＝１
０kg/cm2程度の圧力に抵抗することができる。また、特
殊バルブとしては、この他、図１７（ａ）に示したリミ
ッタバルブ８０を使用することも可能である。図１７
（ａ）において、鋼管パイプＰの外周面には周方向に等
間隔をあけて４箇所の吐出開口８１が形成されており、
この吐出開口８１を中心として偏平な円筒形凹所８２が
設けられている。この円筒形凹所８２には、永久磁石か
ら成るバルブ片８３が磁力吸着されている。永久磁石と
しては、フェライト磁石、希土類磁石等が好適である。
また、これらバルブ片８３を金属板あるいは樹脂板と
し、円筒形凹所８２の座面に接着剤で所定の接着強度で
接着しても良い。このリミッタバルブ８０では、図１７
（ｂ）に示したように、所定の内圧ｐが作用した場合
に、鋼管パイプＰに磁力吸着しているあるいは接着され
ているバルブ片８３が円筒形凹所８２から分離ないし剥
離して吐出開口８１を開状態とすることができる。した
がって、このバルブの吐出開口８１を所定の内圧に対応
して開状態にするには、実験、解析等により永久磁石の
磁束密度、接着剤の接着強度を適宜設定することが好ま
しい。

【００５１】このような特殊バルブ６０、８０を備えた
ステップ注入工法では、まず本注入の前にシール注入を
行う。シール注入は本注入における各ステップでの限定
範囲への注入効果を高める目的で行う予備注入工程であ
る。まずシングルパッカー５３を鋼管パイプＰの最深部
まで挿入し、鋼管パイプＰ周囲と地山とのクリアランス
をあらかじめ充填シールする。そして本注入として、最
深部からシングルパッカー５３を１ステップ１ｍとして
後退させ、限定された範囲での注入を孔口５１まで繰り
返し行う。使用固化材としては、本注入では、砂質地盤
等の場合には有機系緩結溶液型注入材が好適である。ま
た、シール注入には、有機系瞬結溶液型注入材を使用す
ることが好ましい。

【００５２】いずれの注入工法においても、図１２
（ｆ）に示したように、トンネル天端から肩部にかけて
打設された鋼管パイプＰの全長にわたり、パイプ周囲に
注入径約８０ｃｍの注入ゾーンが形成される。特にトン
ネル掘削線近傍では隣接した鋼管パイプＰ同士の離れが
６０ｃｍ程度であるため、トンネル掘削部分の周囲にア
ーチ状の地山強化範囲を形成できる（図２参照）。これ
により掘削時の周辺地山を有効に保護することができ
る。

【００５３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、先受け鋼管後端を所定埋設量だけ地山内に
し、トンネル断面を拡幅することなく支保工建て込みの
スペースを確保でき、また、トンネル掘削機のガイドシ
ェル上に、人力を介さずに重量の大きな先受け鋼管をセ
ットしたり、鋼管パイプ接続作業を行え、作業員の苦渋
作業を減らすとともに、省力化を図ることができるとい
う効果を奏する。また、先受け鋼管を用いて地山注入作
業を効率よくかつ確実に進めることができるという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による鋼管先受け工法の一実施例を示し
た施工概要縦断面図。

【図２】図１に示したトンネル切羽の鋼管先受けの状態
を示した横断面図。

【図３】鋼管パイプ及び埋設管の建て込み装置の一実施
例を示した部分分解正面図。

【図４】本発明に使用される油圧クランプ装置の一実施
例を示した概略側面図。

【図５】図４に示した端面線に沿って示した油圧クラン
プ装置の端面図。

【図６】本発明に使用される鋼管パイプ・削孔ロッド供
給装置の概略平面図。

【図７】油圧クランプ装置による鋼管パイプ、削孔ロッ
ドの接続作業手順を示した作業フロー図。

【図８】鋼管パイプのテーパ接合面の一例を示した部分
拡大断面図。

【図９】鋼管パイプと塩化ビニル管との接合部の一例を
示した部分拡大断面図。

【図１０】鋼管パイプ内に収容された削孔ロッドを支持
する弾性体ロッドスペーサを示した概略斜視図。

【図１１】鋼管先受け工法の各施工段階状態を示した状
態説明図（その１）。

【図１２】鋼管先受け工法の各施工段階状態を示した状
態説明図（その２）。

【図１３】地山注入工程における全面注入工法の注入状
態及びゾーンの例を示した状態説明図。

【図１４】鋼管パイプに形成されたストレーナの一例を
示した正面図。

【図１５】ステップ注入工法の注入状態の例を示した状
態説明図。

【図１６】ストレーナに形成された特殊バルブの詳細を
示した部分断面図。

【図１７】ストレーナに形成された特殊バルブの詳細を
示した部分断面図。

【図１８】従来の鋼管先受け工法の一例を示した施工概
要図。

【符号の説明】

１トンネル上半部２トンネル切羽３油圧ドリフタ４ガイドシェル５鋼製支保工１０油圧クランプ装置１５スリーブクランプ機構１６油圧ジャッキ１７，１９チャック１８パイプクランプ機構２０鋼管パイプ埋設管３０鋼管パイプ打設アダプタ３１削孔ビット３２削孔ロッド３３パイプ圧入ヘッド４０鋼管パイプ・ロッド供給装置５０口元コーキング５２ストレーナ５３シングルパッカー６０，８０バルブ７５ロッドスペーサＧ注入ゾーンＪ油圧ドリルジャンボＰ鋼管パイプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トンネル掘削機に、先受け鋼管として使用
される鋼管と該鋼管の内部に収容された削孔ロッドとを
搭載し、前記鋼管を打設可能な孔をトンネル切羽前方の
トンネル断面外周線の近傍に沿って所定間隔をあけて前
記削孔ロッド先端に装着された拡縮径可能なビットで削
孔して、前記鋼管を複数本接続して地山内に打設して前
記トンネル切羽の先受け鋼管とし、該先受け鋼管を注入
管として前記先受け鋼管の周囲の地山に固化材を注入
し、地山補強を行う鋼管先受け工法において、前記先受
け鋼管を打設する際に、前記鋼管の最後端に埋設管を接
続し、該埋設管を地山内に押圧推進させ、前記鋼管を、
その最後端がトンネル断面外周線位置とほぼ一致する地
山深さに位置するように埋設させたことを特徴とする鋼
管先受け工法。
【請求項２】前記埋設管は、樹脂製管から成り、該樹脂
製管を介して前記トンネル掘削機の打撃動作を前記鋼管
の最後端に伝達するとともに、前記トンネル掘削機のフ
ィード動作を前記鋼管に伝達し、前記鋼管の最後端を該
樹脂製管の長さにほぼ等しい地山内深さまで埋設させ、
前記樹脂製管を存置させるようにしたことを特徴とする
請求項１記載の鋼管先受け工法。
【請求項３】前記埋設管は、鋼製埋設管から成り、該鋼
製埋設管を介して前記トンネル掘削機の打撃動作を前記
鋼管の最後端に伝達するとともに、前記トンネル掘削機
のフィード動作を前記鋼管に伝達し、前記鋼管の最後端
を該樹脂製管の長さにほぼ等しい地山内深さまで埋設さ
せ、その後前記鋼製埋設管を引き抜き回収するようにし
たことを特徴とする請求項１記載の鋼管先受け工法。
【請求項４】トンネル掘削機の打撃動作を先受け鋼管の
最後端に伝達するとともに、トンネル掘削機のフィード
動作を前記鋼管に伝達し、前記鋼管を所定の地山内深さ
まで埋設させる樹脂製管からなることを特徴とする埋設
管。
【請求項５】前記鋼管と、該鋼管の内部に収容された削
孔ロッドとは、前記トンネル掘削機のガイドシェル先端
に搭載されたクランプ装置により所定位置に位置決めさ
れた状態で、その端部が把持固定され、前記鋼管及び削
孔ロッドの接続及び分離作業が前記クランプ装置位置で
行われるようにしたことを特徴とする請求項１記載の鋼
管先受け工法。
【請求項６】トンネル掘削機のガイドシェル先端に搭載
され、鋼管の端部と該鋼管の内部に収容された削孔ロッ
ド端部とを、位置決めされた状態で把持固定し、前記鋼
管及び削孔ロッドの接続及び分離作業を行うようにした
ことを特徴とするクランプ装置。
【請求項７】前記鋼管と、該鋼管の内部に収容された削
孔ロッドとは、前記トンネル掘削機のガイドシェルの側
部に装備された鋼管供給装置の把持部にセットされた状
態から該鋼管供給装置の横送り動作により前記ガイドシ
ェル上の鋼管接続位置に移載されるようにしたことを特
徴とする請求項１記載の鋼管先受け工法。
【請求項８】トンネル掘削機のガイドシェルの側部に装
備され、鋼管と該鋼管の内部に収容された削孔ロッドと
を把持し、横送り手段によって前記鋼管をガイドシェル
上の鋼管接続位置に移載させるようにしたことを特徴と
する鋼管供給装置。
【請求項９】前記鋼管は、長手方向及び周方向に所定間
隔で複数個のストレーナ孔が形成され、このうち周方向
に配列されたストレーナ孔を閉塞するようにリング状逆
止弁が装着され、作用内圧により該リング状逆止弁を管
内方より押し広げて前記ストレーナ孔から前記固化材を
地山側に吐出させるようにしたことを特徴とする請求項
１記載の鋼管先受け工法。
【請求項１０】前記鋼管は、長手方向及び周方向に所定
間隔で複数個のストレーナ孔が形成され、該ストレーナ
孔を閉塞するように磁石合金からなる複数のバルブ片が
前記鋼管外周面に磁力吸着され、作用内圧により該バル
ブ片を前記鋼管から分離させて前記ストレーナ孔から前
記固化材を地山側に吐出させるようにしたことを特徴と
する請求項１記載の鋼管先受け工法。
【請求項１１】前記鋼管は、長手方向及び周方向に所定
間隔で複数個のストレーナ孔が形成され、該ストレーナ
孔を閉塞するように複数のバルブ片が前記鋼管外周面に
接着され、作用内圧により前記バルブ片を前記鋼管から
剥離させて前記ストレーナ孔から前記固化材を地山側に
吐出させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の
鋼管先受け工法。
【請求項１２】鋼管の長手方向及び周方向に所定間隔で
形成された複数個のストレーナ孔のうち周方向に配列さ
れた前記ストレーナ孔を閉塞するリング状逆止弁が装着
され、作用内圧により該リング状逆止弁が管内方より押
し広げられ前記ストレーナ孔から前記固化材を地山側に
吐出させるようにしたことを特徴とするバルブ。
【請求項１３】鋼管の長手方向及び周方向に所定間隔で
形成された複数個のストレーナ孔を閉塞する磁石合金か
らなる複数のバルブ片が前記鋼管外周面に磁力吸着さ
れ、作用内圧により前記バルブ片を前記鋼管から分離さ
せて前記ストレーナ孔から前記固化材を地山側に吐出さ
せるようにしたことを特徴とするバルブ。
【請求項１４】鋼管の長手方向及び周方向に所定間隔で
形成された複数個のストレーナ孔を閉塞するように複数
のバルブ片が前記鋼管外周面に接着され、作用内圧によ
り前記バルブ片を前記鋼管から剥離させて前記ストレー
ナ孔から前記固化材を地山側に吐出させるようにしたこ
とを特徴とするバルブ。
【請求項１５】前記複数本の鋼管は、該鋼管の管端に形
成されたテーパー嵌合部を介して接合されるようにした
ことを特徴とする請求項１記載の鋼管先受け工法。
【請求項１６】前記削孔ロッドは、ロッドスペーサを介
して前記鋼管の中心軸近傍に位置保持されたことを特徴
とする請求項５又は請求項７記載の鋼管先受け工法。