JPH10196270A

JPH10196270A - トンネルの先受け工法

Info

Publication number: JPH10196270A
Application number: JP661597A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Kuruma; 良幸来馬; Hitoshi Kawamura; 人志川村
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 1998-07-28

Abstract

(57)【要約】【課題】短時間で強固な補強された改良ゾーンを形成
するとともに、湧水を伴う破砕帯部のある地山において
も、安全かつ迅速でしかも確実に切羽の天端部を補強す
ることができるトンネルの先受け工法を提供することを
目的とする。【解決手段】高圧水を注入することで径方向に膨張す
るフリクションボルト１をトンネル切羽５１の地山の斜
め前方に向け設けた孔に設置して上記地山を補強した
後、トンネルを掘削することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軟弱な地山にトン
ネルを堀削していく場合、トンネル切羽の前方の地山を
補強するための先受工法に関するもので、特に湧水を伴
う破砕帯部のある地山を高圧水を注入することで径方向
に膨張するロックボルト（フリクションボルト）を用い
て補強する先受け工法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、トンネル掘削時の軟弱地盤におけ
る天端部や鏡面部の崩壊対策の補助工法として、セメン
ト系やウレタン系の補強材を地山の亀裂に浸透固化させ
る注入式先受け工法が一般的に行なわれており、特に軟
弱な地山では、自穿孔ボルトによるウレタン注入による
先受け工法に限定されていた。ウレタン注入式先受け工
法は、図７に示すように、トンネルの切羽５１の天端部
５２に、切羽５１から１０゜〜２０゜の角度で、長さ２
〜３ｍの複数の長孔５３を穿孔し、上記長孔５３へ液吐
出孔５４ａを有する中空管より成るロックボルト５４を
根本まで挿入し、上記ロックボルト５４の中空部にウレ
タン系の樹脂を注入するものである。このウレタン系の
樹脂液は通常２液性であり、２液（Ａ液とＢ液）混合後
２〜３分で硬化するもので、図７に示すように、Ａ液と
Ｂ液とがそれぞれ成分タンク５５，５６から加圧装置５
７により加圧され、ホース５８ａ，５８ｂにより混合器
５９に送られ混合されて、上記ロックボルト５４の中空
部に注入される。そして、上記混合され注入されたウレ
タン系樹脂は、ロックボルト５４の液吐出孔５４ａから
長孔部５３とロックボルト５４の隙間へ浸透し充填され
発泡硬化するともに、その周辺の天端部５２の亀裂５２
ａへも浸透し発泡硬化することにより、トンネルの切羽
５１の天端部５２の補強を行なうものである。図９は、
切羽５１の天端部５２が上記ロックボルト５４によって
固結された状態を示す断面図で、ロックボルト５４とそ
の周辺の斜線部の領域ＵＲがウレタン系の注入剤の発泡
硬化により補強された部分である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ウレタン注入式先受け工法においては、注入されたウレ
タン系樹脂の地山への浸透状況が探査できないために、
その注入効果については掘削作業を行なうまで確認する
ことができなかった。また、注入箇所の亀裂の状態によ
り浸透状況が異なったり、湧水を伴うような場所におい
ては、充填剤が流出したり、発泡硬化の状態が異なった
りするなど、注入のサイクルタイムにムラができ、作業
時間もかかってしまうという欠点があった。また、ウレ
タン系樹脂はセメント系の硬化剤の約２５倍と高価で、
更に、薬液であるため、保管や取扱の管理が厳しく規制
されているだけでなく、定期的に湧水（地下水）の水質
検査も義務づけられているので、トンネル掘削作業以外
の管理業務も行なわなければならなかった。

【０００４】本発明は、従来の問題点に鑑みてなされた
もので、トンネル切羽の前方の地山、特に湧水を伴う破
砕帯部のある地山において、作業が簡単かつ安全で、支
保として即効性があり、しかも確実に補強効果が確認で
きるような先受け工法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
のトンネルの先受け工法は、高圧水を注入することで径
方向に膨張するフリクションボルトをトンネル切羽地山
の斜め前方に向け設けた孔に設置して上記地山を補強し
た後、トンネルを掘削することを特徴とする。本発明の
請求項２に記載のトンネルの先受け工法は、高圧水を注
入することで径方向に膨張するフリクションボルトを、
トンネル切羽の前方の地山で，特に湧水がある箇所や湧
水が予想される箇所の斜め前方に向け設けた孔に設置し
て上記地山を補強した後、トンネルを掘削することを特
徴とする。なお、上記フリクションボルトは、軟鋼等よ
り成る中空構造の管状部分を有するボルトで、上記ボル
トの中空部に高圧水を注入し、上記管状部分の径方向の
半径を増大させるように膨張させることができる管状型
膨張ボルトを指す。このフリクションボルトは、トンネ
ル切羽地山の斜め前方に向け設けた孔に設置され、膨張
後に高圧水を抜き去っても、膨張させられた外形をほぼ
保ち、上記地山を補強するものである。なお、上記孔に
設置され，膨張させられた上記フリクションボルトは上
記地山に埋め込まれる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面に基づき説明する。なお、以下の説明中、従来
例と共通する部分については同一符号を用いて説明す
る。

【０００７】図１は、本発明の実施の形態に使用される
管状型膨張ボルト１（以下、フリクションボルトとい
う）の斜視図で、フリクションボルト１は、軟鋼等より
成る中空構造の膨張管２と、膨張管２の両端を挿入固定
する補強固定管３ａ，３ｂと、膨張管２に高圧水を導入
するための高圧水導入管４と、高圧水導入管４を補強固
定管３ａに取付けるための端板５とから成る。また、補
強固定管３ａは、フリクションボルト１を岩盤に取付け
るための取付け板７をナット８で固定することができる
ようにネジ切りされている。なお、補強固定管３ｂの膨
張管２と反対側にも端板６が設けられている。フリクシ
ョンボルト１の取付けは、図２に示すように、トンネル
の切羽の天端部５２に、切羽から１０゜〜２０゜の角度
で長孔５３をドリル等で穿孔する（ステップＳ１）。次
に、フリクションボルト１を上記長孔５３に挿入し、取
付け板７を補強固定管３ａに通したナット８により岩盤
に取付け（ステップＳ２）、２００〜３００ｋｇ／ｃｍ
²の高圧水をポンプ９から給水パイプ１０を経て、高圧
水導入管４より膨張管２へ導入する（ステップＳ３）。
この高圧水により、膨張管２は膨張し、長孔５３の内壁
に接触し、岩盤の反力と釣り合ったところで膨張を停止
する。ここで、ポンプ９は停止され、フリクションボル
ト１は長孔５３の内壁に固定される（ステップＳ４
３）。図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、このときの膨張
管２の断面の変化の様子を示したもので、深い窪み３ａ
を有する断面形状の膨張管２に高圧水が導入されると、
膨張管２は膨張させられ、膨張管２の断面形状は浅い窪
み３ｂを有するほぼ円状の外形となり、長孔５３の内壁
に沿うように上記内壁内に固定させられる。そして、膨
張管２は、高圧水が取り除かれた後、周りの岩盤が収縮
するので、フリクションボルト１と岩盤との噛み合わせ
による摩擦力により支保力が更に増加されて、フリクシ
ョンボルト１は上記外壁の地盤の動きに応じて外形が変
形した状態で地盤を補強する。また、上記膨張の最終段
階では、図４に示すように、フリクションボルト１が縮
まるため、取付け板７は岩盤の方向（長孔５３の内部に
引き込まれるような方向）に張力Ｆを受け、フリクショ
ンボルト１は軸方向の摩擦力ｆにより、岩盤に強く固定
される。このように、トンネル切羽の前方の地山を補強
する場合、フリクションボルト１を用いることにより、
短時間でかつ確実に先受け工を行なうことができる。

【０００８】ところで、上記天端部５２が湧水を伴う破
砕帯部である場合には、図５（ａ）に示すように、長孔
５３の内壁には多数の亀裂５２ａが存在する。この長孔
５３に、図５（ｂ）に示すように、フリクションボルト
１を取付けると、フリクションボルト１の膨張する圧力
により、岩盤が締付けられ、周辺地山を圧密改良するこ
とができるので、地山強度が高められる。また、上述し
たように、フリクションボルト１は、岩盤になじんだ外
形のまま岩盤による負荷を支持しているので、掘削後の
岩盤の移動を防ぐことができる。更に、湧水Ｗがある場
合には、取付け板７に水抜き孔７ａを設けることによ
り、図５（ｃ）に示すように、長孔５３の内壁から膨張
管２の浅い窪み３ｂを伝わってフリクションボルト１の
入口側に浸透して来た湧水Ｗを、に水抜き孔７ａから長
孔５３の外部へ流水することができる。なお、上記湧
水Ｗがおさまった段階で、フリクションボルト１の再取
付けを行ない、天端部５２の補強を行なうこともでき
る。図６（ａ）は、切羽５１の天端部５２が上記フリク
ションボルト１によって固結された状態を示す側面図
で、フリクションボルト１の周辺の斜線部の領域ＦＲが
フリクションボルト１により補強された改良ゾーンであ
る。トンネル工事は、このような先受け工（フォアパイ
リング）が終了すると、掘削及びズリ出し，一次コンク
リート吹き付けが行なわれた後、図６（ａ）に示すよう
な、鋼製支保工１１を形成する支保工建込みが行なわ
れ、更に、二次コンクリート吹き付けが行なわれる。図
６（ｂ）は、その断面図で、フリクションボルト１の周
辺の斜線部の領域ＦＲがフリクションボルト１により補
強された改良ゾーンである。

【０００９】このように、本実施の形態によれば、フリ
クションボルト１の即効性と強固な補強性により、効率
的な先受け工を行なうことができるとともに、湧水を伴
う地山であっても、フリクションボルト１による水抜き
が可能であるので、確実な先受け工を行なうことができ
る。図７は、先受け工法によるトンネル工事において、
トンネル内の天井部Ｔ及びトンネル幅２が、切羽の進行
距離に伴ってどのように変化したかについて、本願発明
のフリクションボルト１を用いた先受け工法（Ｔ１，Ｃ
１）と従来のウレタン注入式先受け工法（Ｔ２，Ｃ２）
とを比較したグラフである。図から明らかなように、フ
リクションボルト１を用いた先受け工法により、天井部
Ｔ及びトンネル幅Ｃの変化は著しく少なくなっているこ
とがわかる。更に、従来のウレタン注入式先受け工法で
は切羽を１８０ｍ進行させるのに９７日間かかったのに
対し、、本願発明のフリクションボルト１を用いた先受
け工法では６１日間と工事期間も大幅に縮小することが
できた。なお、上記データは、図７のグラフの各変位量
の曲線が、切羽量が６０ｍ付近でいずれも不連続になっ
ていることからもわかるように、同一地山のほぼ同様の
場所で行なったトンネル工事において得られたものであ
る。ただし、上記フリクションボルトを用いた場合、従
来のウレタン注入式先受け工法に比べて上記ボルトが高
価であるので、特に湧水がある箇所や湧水が予想される
箇所にのみ上記ボルトを用いて地山を補強し、他の箇所
については、従来のウレタン注入式先受け工法を用いて
もよい。なお、工事期間の短縮を優先する場合には、全
ての箇所で上記フリクションボルトを用いた方が有利な
ことは言うまでもない。

【００１０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載のト
ンネルの先受け工法によれば、高圧水を注入することで
径方向に膨張するフリクションボルトをトンネル切羽地
山の斜め前方に向け設けた孔に設置して上記地山を補強
するようにしたので、短時間で強固に補強された改良ゾ
ーンを上記地山に形成することができる。また、請求項
２記載のトンネルの先受け工法によれば、高圧水を注入
することで径方向に膨張するフリクションボルトを、ト
ンネル切羽の前方の地山で，特に湧水がある箇所や湧水
が予想される箇所の斜め前方に向け設けた孔に設置して
上記地山を補強するようにしたので、特に湧水を伴う破
砕帯部のある地山においても、安全かつ迅速でしかも確
実に切羽の天端部を補強した後、トンネルを掘削するが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係わるフリクションボルト
の斜視図である。

【図２】本発明の実施形態に係わるフリクションボルト
の取付け工程を示す図である。

【図３】本発明の実施形態に係わるフリクションボルト
の膨張部の断面変化を示す図である。

【図４】本発明の実施形態に係わるフリクションボルト
の取付け状態を示す図である。

【図５】本発明の実施形態に係わるフリクションボルト
の作用を説明する図である。

【図６】本発明の実施形態による補強ゾーンを説明する
図である。

【図７】トンネルの切羽進行距離とトンネル内地山の変
位量の関係を示す図である。

【図８】従来の先受け工法を説明するための図である。

【図９】従来の先受け工法による補強ゾーンを説明する
図である。

【符号の説明】

１フリクションボルト２膨張管３ａ，３ｂ４高圧水導入管５，６端板７取付け板８ナット９ポンプ１０給水パイプ１１鋼製支保工５１切羽５２天端部５３長孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高圧水を注入することで径方向に膨張す
るフリクションボルトをトンネル切羽地山の斜め前方に
向け設けた孔に設置して上記地山を補強した後、トンネ
ルを掘削することを特徴とするトンネルの先受け工法。
【請求項２】高圧水を注入することで径方向に膨張す
るフリクションボルトを、トンネル切羽の前方の地山
で，特に湧水がある箇所や湧水が予想される箇所の斜め
前方に向け設けた孔に設置して上記地山を補強した後、
トンネルを掘削することを特徴とするトンネルの先受け
工法。