WO2020217481A1 - トンネル支保工の構築方法 - Google Patents

Abstract

トンネルの内壁面に沿って設けられるトンネル支保工の構築方法であって、所定位置に骨組構造体（１３５）を配置する骨組構造体配置工程（Ｓ１２５，Ｓ１５０）と、トンネルの内壁面に沿うようにベース支保工（１１０，１２０）を形成するベース支保工形成工程（Ｓ１１５，Ｓ１２０，Ｓ１４０，Ｓ１４５）と、所定位置に配置された骨組構造体（１３５）にコンクリート材料を吹き付けることにより可縮部（１３０）を形成する可縮部形成工程（Ｓ１４０，Ｓ１５５）と、を備え、上記所定位置は、骨組構造体（１３５）がベース支保工（１１０，１２０）をトンネル径方向に横断するように配置される位置である。

Description

トンネル支保工の構築方法

　本発明は、トンネル支保工の構築方法に関する。

　従来、ＮＡＴＭ工法等で山岳トンネルを掘削する際には、トンネル掘削によって露出した地山を支保工により支持して地山の安定化を図っているが、高土被りトンネルや膨張性地山では、支保工に対して大きな圧力が作用するおそれがある。

　ＪＰ２０１８－４０１４７Ａでは、支保工の一部に形成されたスリットに、多孔質体を含むセメント系硬化体からなる可縮部材を配設し、地山の変形をこの可縮部材により吸収するトンネル支保工が開示されている。

　しかしながら、可縮部材は重量物であるため、トンネル支保工のスリットに可縮部材を配設する作業には手間がかかる。このため、ＪＰ２０１８－４０１４７Ａに記載のトンネル支保工の構築方法では、トンネル支保工の構築の作業効率が悪いという問題がある。

　本発明は、トンネル支保工の構築の作業効率を向上することを目的とする。

　本発明のある態様によれば、トンネルの内壁面に沿って設けられるトンネル支保工の構築方法であって、所定位置に骨組構造体を配置する骨組構造体配置工程と、前記トンネルの内壁面に沿うようにベース支保工を形成するベース支保工形成工程と、前記所定位置に配置された前記骨組構造体にコンクリート材料を吹き付けることにより可縮部を形成する可縮部形成工程と、を備え、前記所定位置は、前記骨組構造体が前記ベース支保工をトンネル径方向に横断するように配置される位置である。

図１は、トンネルの縦断面図であり、図２Ａ及び図２ＢのＩ－Ｉ線に沿う断面を示す。 図２Ａは、トンネルの横断面図であり、図１のＩＩＡ－ＩＩＡ線に沿う断面を示す。 図２Ｂは、トンネルの横断面図であり、図１のＩＩＢ－ＩＩＢ線に沿う断面を示す。 図３Ａは、六面体形状（直方体形状）のベース骨組構造体からなる骨組構造体を示す図である。 図３Ｂは、四面体形状のベース骨組構造体からなる骨組構造体を示す図である。 図４は、本実施形態に係るトンネル支保工の構築方法の手順の一例を説明する図である。 図５は、本実施形態に係る可縮部の応力－ひずみ特性を示す図である。 図６は、本実施形態に係るトンネル支保工の支保機能について説明する図である。 図７は、本実施形態の変形例１に係るトンネル支保工の構築方法の手順の一例を説明する図である。 図８は、本実施形態の変形例４に係る第１支保構造体を形成する手順について説明する図である。

　図面を参照して、本発明の実施形態に係るトンネル支保工の構築方法について説明する。

　まず、図１、図２Ａ及び図２Ｂを参照して、トンネル支保工１００の構成について説明する。図１、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、トンネル支保工１００は、地山１に掘削されたトンネル（掘削坑）の内壁面に沿って設けられる。トンネル支保工１００は、鋼材料からなる鋼製支保工１１０と、コンクリート材料からなるコンクリート支保工１２０と、を備える。鋼製支保工１１０は、トンネル軸方向に所定の間隔をあけて配置される第１のベース支保工である。また、コンクリート支保工１２０は、トンネル（掘削坑）の内壁面に向けてコンクリート材料が吹き付けられてなる第２のベース支保工であり、トンネル軸方向に配設される鋼製支保工１１０間に形成される。

　トンネル支保工１００は、鋼製支保工１１０をトンネル径方向に横断するように形成される第１可縮部１３１と、コンクリート支保工１２０をトンネル径方向に横断するように形成される第２可縮部１３２と、をさらに備える。

　鋼製支保工１１０は、例えば、Ｈ形鋼により形成される。鋼製支保工１１０は、トンネルの底面から上方に向かって直線状に延在する一対の直線部１１１と、円弧状に曲げ加工された湾曲部１１２と、を有する。なお、湾曲部１１２は、単一部材としてもよいし、複数部材を結合することにより形成してもよい。

　湾曲部１１２は、その両端部が一対の直線部１１１の上端部から所定の間隔をあけて配設される。これにより、湾曲部１１２の端部と、直線部１１１の上端部との間にスリット（所定の空間）１１９が形成される。スリット１１９には、後述する骨組構造体１３５が配置され、骨組構造体１３５にコンクリート材料が吹き付けられることにより、第１可縮部１３１が形成される。直線部１１１と第１可縮部１３１と湾曲部１１２とをトンネル周方向に連続して配置することにより、主に鋼材料からなるアーチ状の第１支保構造体１０１が形成される。

　コンクリート支保工１２０は、トンネルの内壁面にコンクリート材料が吹き付けられてなる１次吹付けコンクリート１２１と、１次吹付けコンクリート１２１に吹き付けられてなる２次吹付けコンクリート１２２と、を有してもよい。吹付けコンクリートは最終的に厚さが０．１ｍ～０．２５ｍになるように形成される。

　２次吹付けコンクリート１２２は、トンネルの底面から上方に向かって直線状に延在する一対の直線部１２２ａと、円弧状の湾曲部１２２ｂと、を有する。

　湾曲部１２２ｂは、その両端部が一対の直線部１２２ａの上端部から所定の間隔をあけて形成される。これにより、湾曲部１２２ｂの端部と、直線部１２２ａの上端部との間にスリット（所定の空間）１２９が形成される。スリット１２９には、後述する骨組構造体１３５が配置され、骨組構造体１３５にコンクリート材料が吹き付けられることにより、第２可縮部１３２が形成される。直線部１２２ａと第２可縮部１３２と湾曲部１２２ｂとをトンネル周方向に連続して形成することにより、主にコンクリート材料からなるアーチ状の第２支保構造体１０２が形成される。

　本実施形態において、第１可縮部１３１と第２可縮部１３２とは同様の構成であるため、以下、両者を可縮部１３０と総称して説明する。可縮部１３０は、合成樹脂材料により形成される骨組構造体１３５に、コンクリート材料が吹き付けられ、吹き付けられたコンクリート材料が硬化することにより形成される。可縮部１３０は、所定の荷重が作用したときに、鋼製支保工１１０やコンクリート支保工１２０に比べて大きな変形が可能であり、変形収束後には所定の耐荷重性能を有する。したがって、骨組構造体１３５の素材は鋼材料やコンクリート材料と比較して荷重に対する強度が低く、変形しやすいことが好ましい。

　可縮部１３０は、例えば、幅（トンネル軸方向長さ）が０．１ｍ～０．３ｍ、厚み（トンネル径方向長さ）が０．１ｍ～０．３ｍ、高さが０．２～０．５ｍの直方体形状に形成される。第１可縮部１３１は、鋼製支保工１１０のスリット１１９に形成される。このため、第１可縮部１３１の幅は、鋼製支保工１１０の幅と概ね同じか鋼製支保工１１０の幅よりも僅かに長くなるように設定される。第２可縮部１３２は、鋼製支保工１１０間においてトンネル軸方向に沿って複数配設される。このため、第２可縮部１３２の幅は、鋼製支保工１１０間において、トンネル軸方向に所定個数（本実施形態では５個）の第２可縮部１３２を連続して設けることができるように設定される。

　図３Ａ及び図３Ｂを参照して、可縮部１３０を構成する骨組構造体１３５について説明する。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、骨組構造体１３５（１３５Ａ，１３５Ｂ）は、例えば、幅（トンネル軸方向長さ）が０．１ｍ～０．３ｍ、厚み（トンネル径方向長さ）が０．１ｍ～０．３ｍ、高さが０．２～０．５ｍの直方体形状に形成される。骨組構造体１３５の幅、厚み及び高さは、上記数値範囲内とすることに限定されないが、１人あるいは２人の作業員で運搬可能な重量に収まるように設定される。なお、骨組構造体１３５は、樹脂材料により形成され、軽量化を容易に図ることができるため、骨組構造体１３５の幅、厚み及び高さの設定自由度が高い。

　骨組構造体１３５（１３５Ａ，１３５Ｂ）は、複数の棒状要素１３３を含むベース骨組構造体１３４（１３４Ａ，１３４Ｂ）が複数結合されてなる。骨組構造体１３５は、種々の構成を採用することができるが、以下では、２種類の骨組構造体１３５（１３５Ａ，１３５Ｂ）について主に説明する。

　図３Ａに示す骨組構造体１３５Ａを構成するベース骨組構造体１３４Ａは、複数の直線状の棒状要素１３３を含み六面体形状（直方体形状）に形成される。図３Ｂに示す骨組構造体１３５Ｂを構成するベース骨組構造体１３４Ｂは、複数の直線状の棒状要素１３３を含み四面体形状（三角錐形状）に形成される。

　図３Ａ及び図３Ｂに示すように、ベース骨組構造体１３４（１３４Ａ，１３４Ｂ）は、内部にコンクリート材料を充填可能な空間を有している。つまり、ベース骨組構造体１３４に形成される空間は、吹付けされるコンクリート材料の中に含まれる骨材が通過できるような大きさに設定される。

　骨組構造体１３５は、各ベース骨組構造体１３４の内部空間が連通するように形成される。したがって、骨組構造体１３５の外側からコンクリート材料が吹き付けられると、コンクリート材料が骨組構造体１３５の隅々にまで行き渡ることになる。骨組構造体１３５は、例えば、３Ｄプリンタ（３次元造形装置）により形成される。

　骨組構造体１３５は、図３Ａ及び図３Ｂに示す例に限定されず、複数の棒状要素１３３が結合されてなる様々な形状とすることができる。また、骨組構造体１３５を構成するベース骨組構造体１３４は、１種類の形状に限定されることもない。例えば、図３Ａに示すベース骨組構造体１３４Ａと、図３Ｂに示すベース骨組構造体１３４Ｂと、を組み合わせて、骨組構造体１３５を形成してもよい。したがって、骨組構造体１３５にコンクリート材料が充填されてなる可縮部１３０は、骨組構造体１３５を構成するベース骨組構造体１３４の形状、数、配置等を調整することにより、変形性能の調整が可能である。

　図４を参照して、トンネル支保工１００の構築方法について説明する。図４は、トンネル支保工１００の構築方法の手順の一例を説明する図である。トンネル支保工１００の構築方法は、掘削工程Ｓ１１０と、１次吹付け工程Ｓ１１５と、鋼製支保工形成工程Ｓ１２０と、第１骨組構造体配置工程Ｓ１２５と、２次吹付け工程Ｓ１４０と、吹付けコンクリートスリット形成工程Ｓ１４５と、第２骨組構造体配置工程Ｓ１５０と、第２可縮部形成工程Ｓ１５５と、を備え、各工程Ｓ１１０～Ｓ１５５は、この順番で所定の長さ毎に繰り返し行われる。つまり、トンネル支保工１００は、工程Ｓ１１０～Ｓ１５５を有する構築サイクルを繰り返すことにより形成される。なお、以下では、既に少なくとも１つの第１支保構造体１０１が形成された後の作業について説明する。

　＜掘削工程＞
　掘削工程Ｓ１１０では、爆薬を用いて地山１を砕くことにより掘削を行う発破掘削を行い、掘削により発生した土砂をトンネル外部へ搬出する。なお、掘削工程Ｓ１１０において、作業機械を用いて地山１の掘削を行う機械掘削を行ってもよい。掘削工程Ｓ１１０では、所定の長さ（例えば、１～３ｍ）分だけ地山１が掘削される。ここで、所定の長さとは、掘削作業を行う前の時点における既設の第１支保構造体１０１の近傍のトンネル端面１ａから掘削後に次の第１支保構造体１０１を形成可能な位置までの長さである。つまり、所定の長さとは、第１支保構造体１０１の設置間隔（隣り合う２つの第１支保構造体１０１の中心間距離）に相当する長さである。掘削工程Ｓ１１０において、所定の長さの掘削が完了すると、１次吹付け工程Ｓ１１５へ進む。

　＜１次吹付け工程＞
　１次吹付け工程Ｓ１１５では、地山１に形成された所定の長さのトンネル（掘削坑）の内壁面に対し、コンクリート材料吹付装置（不図示）によってコンクリート材料を吹き付ける。吹き付けられたコンクリート材料が硬化することにより、１次吹付けコンクリート１２１が形成される。１次吹付けコンクリート１２１は、トンネルの天井面から両側面に亘って形成されるとともに、トンネル端面１ａにも形成される。コンクリート材料として、モルタルを採用してもよい。なお、コンクリート材料の吹き付け作業において、吹き付けたコンクリート材料の硬化や高強度化を促進するために、急結剤や繊維補強を使用してもよい。１次吹付け工程Ｓ１１５において、１次吹付けコンクリート１２１が形成されると、鋼製支保工形成工程Ｓ１２０へ進む。

　＜鋼製支保工形成工程＞
　鋼製支保工形成工程Ｓ１２０では、トンネル端面１ａの近傍において、トンネルの内壁面に沿うように鋼製支保工１１０を形成する。つまり、鋼製支保工形成工程Ｓ１２０は、第１のベース支保工（鋼製支保工１１０）を形成する第１のベース支保工形成工程である。鋼製支保工形成工程Ｓ１２０では、一対の直線部１１１を設置した後、支保工組立装置（不図示）により湾曲部１１２を保持することにより、湾曲部１１２の端部と直線部１１１の上端部との間にスリット１１９を形成する。つまり、鋼製支保工形成工程Ｓ１２０は、鋼製支保工１１０において、トンネル径方向に横断するスリット１１９を形成する鋼製支保工スリット形成工程を含む。鋼製支保工形成工程Ｓ１２０において、一対の直線部１１１と湾曲部１１２との間にスリット１１９が形成されると、第１骨組構造体配置工程Ｓ１２５へ進む。

　＜第１骨組構造体配置工程＞
　第１骨組構造体配置工程Ｓ１２５では、鋼製支保工形成工程Ｓ１２０で形成された鋼製支保工１１０のスリット１１９内に骨組構造体１３５を配置する。第１骨組構造体配置工程Ｓ１２５において、スリット１１９内への骨組構造体１３５の配置が完了すると、２次吹付け工程Ｓ１４０へ進む。

　＜２次吹付け工程＞
　２次吹付け工程Ｓ１４０では、前回の構築サイクルで形成された既設の第１支保構造体１０１と今回の構築サイクルにおける鋼製支保工形成工程Ｓ１２０において形成された新たな鋼製支保工１１０との間において、１次吹付けコンクリート１２１に積層して、コンクリート材料を吹き付ける。また、鋼製支保工１１０のスリット１１９内に配置された骨組構造体１３５にコンクリート材料を吹き付ける。

　吹き付けられたコンクリート材料が硬化することにより、トンネルの内壁面に沿って２次吹付けコンクリート１２２が形成されるとともに、鋼製支保工１１０のスリット１１９内において第１可縮部１３１が形成される。なお、２次吹付けコンクリート１２２は鋼製支保工１１０と概ね同一面か、僅かに窪んだ状態となるように形成される。鋼製支保工１１０のスリット１１９内に第１可縮部１３１が形成されることにより、新たに第１支保構造体１０１が形成される。このように、２次吹付け工程Ｓ１４０は、鋼製支保工１１０のスリット１１９内に配置された骨組構造体１３５にコンクリート材料を吹き付けることにより第１可縮部１３１を形成する第１可縮部形成工程を含む。２次吹付け工程Ｓ１４０において、２次吹付けコンクリート１２２及び第１支保構造体１０１が形成されると、吹付けコンクリートスリット形成工程Ｓ１４５へ進む。

　＜吹付けコンクリートスリット形成工程＞
　吹付けコンクリートスリット形成工程Ｓ１４５では、２次吹付け工程Ｓ１４０で形成された２次吹付けコンクリート１２２において、トンネル径方向に横断するスリット１２９を形成する。スリット１２９は、鋼製支保工１１０のスリット１１９にトンネル軸方向で隣接するように形成される。これにより、スリット１２９を有するコンクリート支保工１２０が形成される。

　なお、スリット１２９は、２次吹付けコンクリート１２２を形成した後に切削機械（不図示）を用いて切削することにより形成してもよいし、スリット１２９に対応する位置に直方体形状の型枠（不図示）を配置してから２次吹付けコンクリート１２２を形成し、その後、型枠を取り去ることにより形成してもよい。

　このように、１次吹付け工程Ｓ１１５、２次吹付け工程Ｓ１４０及び吹付けコンクリートスリット形成工程Ｓ１４５が行われることにより、トンネルの内壁面に沿うようにコンクリート支保工１２０が形成される。つまり、第２のベース支保工（コンクリート支保工１２０）を形成する第２のベース支保工形成工程は、１次吹付け工程Ｓ１１５と、２次吹付け工程Ｓ１４０と、吹付けコンクリートスリット形成工程Ｓ１４５と、を有する。吹付けコンクリートスリット形成工程Ｓ１４５において、スリット１２９が形成されると、第２骨組構造体配置工程Ｓ１５０へ進む。

　＜第２骨組構造体配置工程＞
　第２骨組構造体配置工程Ｓ１５０では、吹付けコンクリートスリット形成工程Ｓ１４５で形成された２次吹付けコンクリート１２２のスリット１２９内に骨組構造体１３５を配置する。本実施形態では、一のスリット１２９に対し、５個の骨組構造体１３５が配置される。第２骨組構造体配置工程Ｓ１５０において、スリット１２９内への骨組構造体１３５の配置が完了すると、第２可縮部形成工程Ｓ１５５へ進む。

　＜第２可縮部形成工程＞
　第２可縮部形成工程Ｓ１５５では、２次吹付けコンクリート１２２のスリット１２９内に配置された複数の骨組構造体１３５にコンクリート材料を吹き付けることにより複数の第２可縮部１３２を形成する。２次吹付けコンクリート１２２のスリット１２９内に複数の第２可縮部１３２が形成されることにより、第２支保構造体１０２が形成される。

　なお、本工程Ｓ１５５において、一のスリット１２９内に配置された複数の骨組構造体１３５にコンクリート材料を吹き付けることにより複数の第２可縮部１３２を形成する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。複数の骨組構造体１３５は、コンクリート材料により連結されていてもよい。つまり、本工程Ｓ１５５において、一のスリット１２９に複数の骨組構造体１３５を有する一の第２可縮部１３２が形成されるように、コンクリート材料の吹き付け作業を行ってもよい。

　第２支保構造体１０２が形成された後には、複数のロックボルト（不図示）が設置される。ロックボルトの設置は、例えば、以下のようにして行われる。まず、２次吹付けコンクリート１２２の内周壁から径方向に延在する孔を形成し、この孔に充填材を注入するとともにロックボルト（不図示）を挿入する。充填材としては、例えばモルタルが採用される。なお、ロックボルトは、孔に充填材を注入した後に挿入してもよいし、孔に充填材を注入する前に挿入してもよい。また、ロックボルトの設置作業は、第２支保構造体１０２が形成される前に行ってもよい。例えば、ロックボルトの設置作業は、鋼製支保工１１０の設置作業とともに行ってもよい。第２可縮部形成工程Ｓ１５５における作業が完了すると、掘削工程Ｓ１１０へ戻り、トンネル軸方向に所定の長さ分だけ、掘削が行われる。

　このように、所定の長さ毎に、工程Ｓ１１０～Ｓ１５５からなる構築サイクルを繰り返し行うことにより、トンネル軸方向に沿って、トンネル支保工１００（図１参照）が形成される。なお、所定の構築サイクルが繰り返し行われた後、トンネル支保工１００を構成する鋼製支保工１１０及びコンクリート支保工１２０の内側には、所定厚さの覆工コンクリート（不図示）が形成される。

　ここで、可縮部１３０を予め工場等で形成し、可縮部１３０を作業現場まで搬送し、スリット１１９，１２９内に設置する場合について検討する。コンクリート材料を有する可縮部１３０は重量物であることから、その搬送作業及びスリット１１９，１２９への配置作業に手間がかかり、トンネル支保工１００の構築の作業効率が悪いという問題がある。

　これに対し、本実施形態に係るトンネル支保工１００の構築方法は、完成体である可縮部１３０に比べて軽量の骨組構造体１３５を所定位置に配置する骨組構造体配置工程（Ｓ１２５，Ｓ１５０）と、所定位置に配置された骨組構造体１３５にコンクリート材料を吹き付けることにより、スリット１１９，１２９内において可縮部１３０を形成する可縮部形成工程（Ｓ１４０，Ｓ１５５）と、を備える。ここで、所定位置とは、骨組構造体１３５がベース支保工（鋼製支保工１１０及びコンクリート支保工１２０）をトンネル径方向に横断するように配置される位置のことである。つまり、本実施形態では、所定位置は、ベース支保工（鋼製支保工１１０及びコンクリート支保工１２０）をトンネル径方向に横断する所定スペース（スリット１１９，１２９）内の位置のことを指す。

　このように本実施形態では、工場等から軽量の骨組構造体１３５を作業現場に搬送し、軽量の骨組構造体１３５をスリット１１９，１２９内に配置するため、搬送作業及び配置作業の作業効率を向上できる。そして、トンネルの内壁面に施工するコンクリート材料を利用して可縮部１３０を形成することができるので、可縮部１３０を形成するための専用のコンクリート材料を搬送する必要もない。したがって、本実施形態によれば、トンネル支保工１００の構築の作業効率が向上する。

　図５は、本実施形態に係る可縮部１３０の応力－ひずみ特性を示す図である。横軸はひずみを表し、縦軸は応力を表している。図５では、本実施形態に係る可縮部１３０の応力－ひずみ特性を実線で示し、骨組構造体１３５を有していない吹付けコンクリートのブロックの応力－ひずみ特性を一点鎖線で示している。

　高土被りトンネルや膨張性地山では、トンネル支保工１００に対し、トンネル内方に向かって大きな圧力が作用する場合がある。図５に示すように、骨組構造体１３５を有していない吹付けコンクリートのブロックは、所定の圧力が作用することにより変形する。ひずみは、吹付けコンクリートのブロックに作用する応力の増加に従って増加し、その応力が最大値となるひずみεｕでクラックが生じる。

　本実施形態に係る可縮部１３０についても同様に、可縮部１３０に作用する応力の増加に従ってひずみが増加するが、その曲線の傾きは吹付けコンクリートのブロックに比べて小さい。つまり、可縮部１３０は、骨組構造体１３５を有していない吹付けコンクリートのブロックに比べて、大きく変形可能な特性を有している。例えば、所定の応力σ０における吹付けコンクリートのブロックのひずみε０に比べて、所定の応力σ０における可縮部１３０のひずみε１は大きくなる（ε１＞ε０）。このため、トンネル支保工１００に大きな圧力が作用すると、可縮部１３０がトンネル周方向（図示上下方向）に大きく収縮する。このため、トンネル支保工１００は、地山１の変形に追従して変形することになる。

　このように、本実施形態では、ベース支保工（鋼製支保工１１０及びコンクリート支保工１２０）において、トンネル径方向に横断するように、地山１の変形に追従して収縮可能な可縮部１３０が設けられている。これにより、地山１の変形がある程度許容されるので、地山１の圧力（地圧）が緩和される。そして、トンネル支保工１００は、ある程度の変形を許容した後、地山１を強固に支持する。

　本実施形態に係る可縮部１３０を設けたことによる作用効果について、本実施形態の比較例と比較して説明する。本実施形態の比較例では、上記可縮部１３０及びスリット１１９，１２９が設けられていない。つまり、本実施形態の比較例に係る第１支保構造体は、スリット１１９を有していない鋼製支保工で構成され、第２支保構造は、スリット１２９を有していないコンクリート支保工で構成されている。

　図６は、本実施形態に係るトンネル支保工１００の支保機能について説明する図である。図６では、本実施形態に係るトンネル支保工１００の支保特性Ｎ１と、本実施形態の比較例に係るトンネル支保工の支保特性Ｎ０と、地山１の地山特性ＧＬ，ＧＨについて図示している。

　地山特性ＧＨの地山１は、土被り高さが、地山特性ＧＬの地山１に対して高い。図示するように、地山１は、土被り高さが高いほど、地圧が大きく、変位が大きくなるほど地圧が小さくなる特性を有する。また、図示するように、トンネル支保工は、変位が大きくなるに従ってトンネル支保工に作用する応力が大きくなる。

　本実施形態に係るトンネル支保工１００による地山特性ＧＬの地山１の支保状態は、支保特性Ｎ１を表す曲線と地山特性ＧＬを表す曲線との交点ＰＬ１により表される。本実施形態に係るトンネル支保工１００による地山特性ＧＨの地山１の支保状態は、支保特性Ｎ１を表す曲線と地山特性ＧＨを表す曲線との交点ＰＨ１により表される。本実施形態の比較例に係るトンネル支保工による地山特性ＧＬの地山１の支保状態は、支保特性Ｎ０を表す曲線と地山特性ＧＬを表す曲線との交点ＰＬ０により表される。

　交点ＰＬ０，ＰＬ１から分かるように、本実施形態の比較例に係るトンネル支保工は、可縮部１３０を備えていないため、地山特性ＧＬの地山１に対して、地山１の変形を抑制し、本実施形態に比べて高い地圧状態で地山１の支持が可能である。しかしながら、支保特性Ｎ０を表す曲線と地山特性ＧＨを表す曲線との交点は存在しない。これは、本実施形態の比較例に係るトンネル支保工は、地山特性ＧＨの地山１の地圧に耐えることができないことを表している。つまり、本実施形態の比較例に係るトンネル支保工は、地山特性ＧＨの地山１に対しては採用することができない。

　これに対して、本実施形態に係るトンネル支保工１００では、交点ＰＬ０，ＰＬ１から分かるように、可縮部１３０が収縮することにより地圧を効果的に低下させ、比較例に比べて低い地圧状態となった地山１を支持することが可能である。さらに、本実施形態では、比較例に比べて地山１の変形が大きく許容されるため、土被り高さが高い地山特性ＧＨを支持することも可能である（交点ＰＨ１参照）。したがって、本実施形態に係るトンネル支保工１００は、広範な地山特性に対応することができる。

　上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。

　本実施形態に係るトンネル支保工１００の構築方法では、ベース支保工（鋼製支保工１１０及びコンクリート支保工１２０）の所定位置に、樹脂材料により形成された軽量の骨組構造体１３５を配置してから、骨組構造体１３５にコンクリート材料を吹き付けることにより可縮部１３０を形成する。ここで、所定位置とは、骨組構造体１３５がベース支保工（鋼製支保工１１０及びコンクリート支保工１２０）をトンネル径方向に横断するように配置される位置である。つまり、本実施形態では、重量物である可縮部１３０を作業員が持ち上げて所定位置に配置する必要がない。作業員は、軽量の骨組構造体１３５を所定位置に配置してからコンクリート材料を吹き付けることにより、骨組構造体１３５を配置した位置において可縮部１３０を形成することができる。したがって、本実施形態によれば、トンネル支保工１００の構築の作業効率が向上する。

　次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。

　＜変形例１＞
　トンネル支保工１００の構築方法の手順は、上記実施形態で説明した手順（図４参照）に限定されない。例えば、図７に示すような手順でトンネル支保工１００を構築してもよい。本変形例１では、図４に示す工程Ｓ１４０，Ｓ１４５，Ｓ１５０，Ｓ１５５に代えて、工程Ｓ２３０，Ｓ２４０が行われる。図７に示すように、本変形例１に係るトンネル支保工１００の構築方法では、第１骨組構造体配置工程Ｓ１２５において、スリット１１９内への骨組構造体１３５（以下、第１骨組構造体１３５Ｓとも記す）の配置が完了すると、第２骨組構造体配置工程Ｓ２３０へ進む。

　＜第２骨組構造体配置工程＞
　第２骨組構造体配置工程Ｓ２３０では、前回の構築サイクルで形成された既設の第１支保構造体１０１から今回の構築サイクルにおける鋼製支保工形成工程Ｓ１２０において設置された新たな鋼製支保工１１０に亘って、複数の骨組構造体１３５（以下、第２骨組構造体１３５Ｃとも記す）をトンネル軸方向に沿って配置する。

　第２骨組構造体１３５Ｃは、後工程の２次吹付け工程Ｓ２４０で形成される２次吹付けコンクリート１２２をトンネル径方向に横断するように、予め所定位置に配置される。第２骨組構造体１３５Ｃは、把持具を有する把持装置（不図示）により所定位置に保持してもよいし、トンネルに仮設される保持構造体（不図示）により所定位置に保持してもよい。また、第２骨組構造体１３５Ｃの一側面を１次吹付けコンクリート１２１に接続することにより、第２骨組構造体１３５Ｃを所定位置に保持してもよい。第２骨組構造体配置工程Ｓ２３０において、第２骨組構造体１３５Ｃの配置が完了すると、２次吹付け工程Ｓ２４０へ進む。

　＜２次吹付け工程＞
　２次吹付け工程Ｓ２４０では、前回の構築サイクルで形成された既設の第１支保構造体１０１と今回の構築サイクルにおける鋼製支保工形成工程Ｓ１２０において形成された新たな鋼製支保工１１０との間において、１次吹付けコンクリート１２１に積層して、コンクリート材料を吹き付ける。また、既設の第１支保構造体１０１と新たな鋼製支保工１１０との間の所定位置に保持されている第２骨組構造体１３５Ｃにコンクリート材料を吹き付ける。さらに、鋼製支保工１１０のスリット１１９内に配置された第１骨組構造体１３５Ｓにコンクリート材料を吹き付ける。

　吹き付けられたコンクリート材料が硬化することにより、トンネルの内壁面に沿って２次吹付けコンクリート１２２が形成されるとともに所定位置において第２可縮部１３２が形成される。その結果、新たに第２支保構造体１０２が形成される。また、鋼製支保工１１０のスリット１１９内において第１可縮部１３１が形成される。その結果、新たに第１支保構造体１０１が形成される。

　なお、本工程Ｓ２４０において、所定位置で保持されている複数の骨組構造体１３５にコンクリート材料を吹き付けることにより複数の第２可縮部１３２と一の第１可縮部１３１を形成する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。複数の骨組構造体１３５は、コンクリート材料により連結されていてもよい。つまり、本工程Ｓ２４０において、コンクリート支保工１２０を横断するように配置される複数の骨組構造体１３５及び鋼製支保工１１０を横断するように配置される骨組構造体１３５を有する一の可縮部１３０が形成されるように、コンクリート材料の吹き付け作業を行ってもよい。

　このように、本変形例１に係るコンクリート支保工形成工程の一工程である２次吹付け工程Ｓ２４０は、トンネルの内壁面及び所定位置に配置された第２骨組構造体１３５Ｃに向けてコンクリート材料を吹き付けることにより、コンクリート支保工１２０とともに第２可縮部１３２を形成する第２可縮部形成工程を含む。さらに、２次吹付け工程Ｓ２４０は、鋼製支保工１１０のスリット１１９内に配置された第１骨組構造体１３５Ｓにコンクリート材料を吹き付けることにより第１可縮部１３１を形成する第１可縮部形成工程を含む。

　このような変形例によれば、ベース支保工（コンクリート支保工１２０）と第２可縮部１３２とを一工程（２次吹付け工程Ｓ２４０）で形成することができる。さらに、ベース支保工（コンクリート支保工１２０）と第１可縮部１３１とを一工程（２次吹付け工程Ｓ２４０）で形成することができる。このため、トンネル支保工１００の構築の作業効率のさらなる向上を図ることができる。

　＜変形例２＞
　上記実施形態では、鋼製支保工１１０のスリット１１９を形成してから骨組構造体１３５をスリット１１９内に配置する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。所定位置に骨組構造体１３５を配置する骨組構造体配置工程を行い、その後、所定位置に配置された骨組構造体１３５にトンネル周方向で隣接するように鋼製支保工１１０を形成する鋼製支保工形成工程を行うようにしてもよい。

　＜変形例３＞
　上記実施形態では、２次吹付けコンクリート１２２に用いられるコンクリート材料と、可縮部１３０に用いられるコンクリート材料とが同じである例について説明したが、本発明はこれに限定されない。２次吹付けコンクリート１２２に用いられるコンクリート材料と、可縮部１３０に用いられるコンクリート材料とは異なっていてもよい。例えば、所定位置に骨組構造体１３５を配置し、その後、所定位置に配置された骨組構造体１３５にトンネル周方向で隣接するように第１のコンクリート材料を用いて２次吹付けコンクリート１２２を形成し、さらにその後、第２のコンクリート材料を骨組構造体１３５に吹き付けることにより第２可縮部１３２を形成してもよい。つまり、専用のコンクリート材料によって第２可縮部１３２を形成することにより、第２可縮部１３２の変形性能を調整してもよい。

　＜変形例４＞
　図８に示すように、第１支保構造体１０１の可縮部１３０の周囲に、可縮部１３０の収縮時に湾曲部１１２の端部を案内するガイド部１１７を設けてもよい。ガイド部１１７は、例えば、矩形短管の一側面を切除することにより形成することができる。

　図８は、第１支保構造体１０１を形成する手順について説明する図である。まず、工程Ｓ４１において、一対の直線部１１１をトンネルの底面に設置し、工程Ｓ４２へ進む。工程Ｓ４２において、直線部１１１の上端部に矩形平板状の板材１１６を固定し、工程Ｓ４３へ進む。工程Ｓ４３において、ガイド部１１７の下端部を直線部１１１の上端部に被せ、ガイド部１１７の下端部を直線部１１１に固定し、工程Ｓ４４へ進む。

　工程Ｓ４４において、ガイド部１１７の内側に骨組構造体１３５を挿入し、板材１１６上に載置して、工程Ｓ４５へ進む。工程Ｓ４５において、ガイド部１１７の上端部に湾曲部１１２の端部を挿入する。なお、本変形例において、湾曲部１１２の端部は直線状に形成され、予め矩形平板状の板材１１６が固定されている。

　湾曲部１１２は、支保工組立装置（不図示）により保持されている。この状態で、ガイド部１１７の側面開口を介してコンクリート材料を骨組構造体１３５に吹き付ける。コンクリート材料が硬化することにより、直方体形状の可縮部１３０が形成され、直線部１１１と可縮部１３０と湾曲部１１２とが連続してなるアーチ状の第１支保構造体１０１が形成される。

　このような変形例によれば、第１支保構造体１０１に地山１から大きな地圧が作用すると、可縮部１３０が収縮するとともに、湾曲部１１２の端部がガイド部１１７の長手方向に沿って下方にスライド移動する。これにより、地山１の変形に応じて、湾曲部１１２を適切に移動させることができる。

　＜変形例５＞
　上記実施形態では、１次吹付けコンクリート１２１と２次吹付けコンクリート１２２とによりコンクリート支保工１２０を形成する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。さらに、コンクリート材料を吹き付け、３層以上のコンクリート層によりコンクリート支保工を形成してもよい。また、複数のコンクリート層に分けることなく、単一のコンクリート層でコンクリート支保工１２０を形成してもよい。例えば、上記実施形態において、コンクリート材料の吹付け工程Ｓ１１５（図４参照）を省略してもよい。

　＜変形例６＞
　上記実施形態では、鋼製支保工１１０及びコンクリート支保工１２０のそれぞれに樹脂製の骨組構造体１３５にコンクリート材料を吹き付けてなる可縮部１３０を設ける例について説明したが、本発明はこれに限定されない。コンクリート支保工１２０には上記可縮部１３０を設け、鋼製支保工１１０には上記可縮部１３０を設けなくてもよい。この場合、鋼製支保工１１０には、可縮部１３０に代えて周知の可縮支保工を設ける。可縮支保工は、例えば、断面がＵ字状の複数の鋼材で構成され、隣り合う鋼材の端部同士を所定長さ重ね合わせてＵボルト等でスライド可能に連結した構成である。

　＜変形例７＞
　上記実施形態では、鋼製支保工１１０のスリット１１９内に骨組構造体１３５を配置してからコンクリート材料を吹き付けることにより可縮部１３０を形成し、コンクリート支保工１２０のスリット１２９内に骨組構造体１３５を配置してからコンクリート材料を吹き付けることにより可縮部１３０を形成する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。鋼製支保工１１０のスリット１１９及びコンクリート支保工１２０のスリット１２９のいずれか一方には、工場等で予め形成された可縮部１３０を配置するようにしてもよい。換言すれば、鋼製支保工１１０のスリット１１９及びコンクリート支保工１２０のスリット１２９の少なくとも一方において、骨組構造体１３５を配置してからコンクリート材料を吹き付けて可縮部１３０を形成してもよい。このような場合であっても、双方のスリット１１９，１２９に対して、工場等で予め形成された可縮部１３０を配置する場合に比べて、トンネル支保工１００の構築の作業効率を向上することができる。

　＜変形例８＞
　上記実施形態では、トンネル支保工１００の横断面がアーチ状である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。トンネル支保工１００の横断面が円形状である場合にも本発明を適用することができる。また、可縮部１３０の数も上記実施形態に限定されない。例えば、トンネル支保工１００の所定の横断面内において、トンネル周方向に所定の間隔をあけて３個以上の可縮部１３０を設けるようにしてもよいし、１個の可縮部１３０を設けるようにしてもよい。

　＜変形例９＞
　上記実施形態では、骨組構造体１３５が樹脂材料により形成される例について説明したが、本発明はこれに限定されない。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

Claims (8)

1. 　トンネルの内壁面に沿って設けられるトンネル支保工の構築方法であって、
   　所定位置に骨組構造体を配置する骨組構造体配置工程と、
   　前記トンネルの内壁面に沿うようにベース支保工を形成するベース支保工形成工程と、
   　前記所定位置に配置された前記骨組構造体にコンクリート材料を吹き付けることにより可縮部を形成する可縮部形成工程と、を備え、
   　前記所定位置は、前記骨組構造体が前記ベース支保工をトンネル径方向に横断するように配置される位置である、
   　トンネル支保工の構築方法。
2. 　請求項１に記載のトンネル支保工の構築方法であって、
   　前記ベース支保工形成工程では、前記ベース支保工において、トンネル径方向に横断するスリットを形成し、
   　前記骨組構造体配置工程では、前記ベース支保工形成工程で形成された前記ベース支保工の前記スリット内に前記骨組構造体を配置し、
   　前記可縮部形成工程では、前記ベース支保工の前記スリット内に配置された前記骨組構造体にコンクリート材料を吹き付けることにより前記可縮部を形成する、
   　トンネル支保工の構築方法。
3. 　請求項１に記載のトンネル支保工の構築方法であって、
   　前記ベース支保工形成工程では、前記所定位置に配置された前記骨組構造体に隣接するように前記ベース支保工を形成する、
   　トンネル支保工の構築方法。
4. 　請求項１に記載のトンネル支保工の構築方法であって、
   　前記ベース支保工は、トンネル軸方向に所定の間隔をあけて配置される鋼製支保工を含む、
   　トンネル支保工の構築方法。
5. 　請求項１に記載のトンネル支保工の構築方法であって、
   　前記ベース支保工は、前記トンネルの内壁面に向けてコンクリート材料が吹き付けられてなるコンクリート支保工を含む、
   　トンネル支保工の構築方法。
6. 　請求項５に記載のトンネル支保工の構築方法であって、
   　前記ベース支保工形成工程は、前記可縮部形成工程を含み、前記トンネルの内壁面及び前記所定位置に配置された前記骨組構造体に向けてコンクリート材料を吹き付けることにより、前記ベース支保工とともに前記可縮部を形成する、
   　トンネル支保工の構築方法。
7. 　請求項１に記載のトンネル支保工の構築方法であって、
   　前記骨組構造体は樹脂材料により形成される、
   　トンネル支保工の構築方法。
8. 　請求項１に記載のトンネル支保工の構築方法であって、
   　前記骨組構造体は複数の棒状要素を含むベース骨組構造体が複数結合されてなる、
   　トンネル支保工の構築方法。

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