JP2004332490A - トンネル掘削工法およびケーシングパイプ - Google Patents

Abstract

【課題】掘削によって生じた土砂を容易に処理することのできるトンネル掘削工法、および容易に破壊することができて、土砂に混合した破片の除去の不要なケーシングパイプを提供すること。
【解決手段】地山の補強を行った後にトンネル掘削作業が行われるトンネル掘削工法において、トンネル壁面または切羽面２に掘削孔を形成するとともに、掘削孔に紙製のケーシングパイプ９の少なくとも一部をトンネル掘削領域内に位置させて埋設する埋設作業と、埋設されたケーシングパイプ９に注入剤を注入して地山強化を行った後に、トンネル掘削領域内に位置するケーシングパイプ９を破壊するとともに地山を掘削するトンネル掘削作業とを有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地山の補強を行った後にトンネル掘削作業が行われるトンネル掘削工法、およびこの掘削工法に用いられるケーシングパイプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、トンネル掘削工事において地質の悪い地山を掘削する際に、トンネル壁面の緩みを防止するために、あらかじめ地山を補強してトンネル掘削を行う工法が用いられている。従来、このようなトンネル工事に伴う地山先行補強工法として、複数の鋼管を連結しながら、トンネル掘削に使用する油圧ジャンボによって掘削切羽の周辺部からトンネルの軸方向斜め外方に向けて鋼管を埋設し、トンネル掘削領域外に埋設された鋼管に注入剤を注入して地山を補強する鋼管先受け工法が実施されている。
【０００３】
このような鋼管先受け工法において、複数の鋼管の最後端鋼管がトンネル掘削領域内に残ってしまい、トンネル掘削時において鋼管と掘削機械とが干渉してしまうという問題を回避するために、連結される複数の鋼管の最後端に樹脂管を用いることで、鋼管の後端部をトンネルの掘削領域外に位置させて、トンネル掘削領域内に残る樹脂管を地山とともに掘削する方法が用いられていた。また、このような工法によって鋼管を埋設する際にトンネルの掘削領域より広く掘削しなければならないという問題も回避することができた。このような樹脂管を用いた埋設作業には、鋼管や樹脂管の基端部を打撃することによって埋め込む工法ではなく、鋼管の先端に先行して掘削する工具を装着して掘削しながら鋼管や樹脂管を引き込む工法が採用され、これにより打撃力による樹脂管の破壊を防止することができる。（例えば、特許文献１参照。）
【０００４】
また、切羽面（鏡面）の緩みを防止するための地山先行補強工法として、切羽面の掘削進行方向に向けて樹脂管を埋設し、注入剤を注入して地山を補強する鏡部補強工法が実施されている。このような鏡部補強工法においては、補強された切羽面を掘削するとともに埋設された樹脂管が破壊されて、トンネル掘削が進められる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１２１０７３号公報（第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記鋼管先受け工法および鏡部補強工法において、破壊された樹脂管が掘削された土砂に混合してしまうという問題があった。このような土砂を廃棄する際には、樹脂片が混合されたままでは環境汚染を引き起こすおそれがあるので、そのまま埋め立て処理することができずに産業廃棄物として処理なければならず、樹脂片を除去するという手間が生じていた。
【０００７】
本発明は、このような背景の下になされたものであって、掘削によって生じた土砂を容易に処理することのできるトンネル掘削工法、および容易に破壊することができて、土砂に混合した破片の除去の不要なケーシングパイプを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明に係るトンネル掘削工法は、地山の補強を行った後にトンネル掘削作業が行われるトンネル掘削工法において、トンネル壁面または切羽面に掘削孔を形成するとともに、該掘削孔に紙製のケーシングパイプの少なくとも一部をトンネル掘削領域内に位置させて埋設する埋設作業と、埋設された前記ケーシングパイプに注入剤を注入して地山強化を行った後に、トンネル掘削領域内に位置する前記ケーシングパイプを破壊するとともに地山を掘削するトンネル掘削作業とを有することを特徴とする。
【０００９】
この発明のトンネル掘削工法では、埋設作業において、トンネル壁面または切羽面に掘削孔を形成するとともに、掘削孔に紙製のケーシングパイプの少なくとも一部をトンネル掘削領域内に位置させて埋設し、埋設されたケーシングパイプに注入剤を注入して地山強化を行った後に、トンネル掘削作業において、トンネル掘削領域内に位置するケーシングパイプを破壊するとともに地山を掘削するので、掘削によって生じた土砂にケーシングパイプの破片が混合される。このとき、ケーシングパイプは紙製であるので、環境に悪影響を与えるおそれがなく、破片が混合されたままの土砂を埋め立て処理することができる。つまり、従来のように土砂中の破片（樹脂片）を除去する手間が不要となるので、土砂の処理が容易となるのである。これにより、土砂を産業廃棄物として処理する必要がなく、トンネル工事の工期短縮やコストダウンなどを図ることができる。
【００１０】
また、本発明に係るトンネル掘削工法は、上述したトンネル掘削工法であって、前記埋設作業で、切羽面の掘削進行方向に沿って先行して埋設されている前記ケーシングパイプ、またはトンネル壁面のトンネル掘削領域外に先行して埋設されている鋼管に前記ケーシングパイプを連結して埋設することを特徴とする。
【００１１】
この発明のトンネル掘削工法では、埋設作業において、切羽面の掘削進行方向に沿って先行して埋設されているケーシングパイプにケーシングパイプを連結しながら埋設するので、長距離に渡って掘削進行方向が補強されて、トンネル掘削作業において一度に掘削する距離が長くなる。また、埋設作業において、トンネル壁面のトンネル掘削領域外に先行して埋設されている鋼管にケーシングパイプを連結して埋設するので、トンネル掘削領域外は鋼管による補強効果が得られるとともに鋼管を切断除去する作業が不要となる。これにより、トンネル掘削工法における作業効率を向上させることができる。
【００１２】
本発明に係るケーシングパイプは、トンネル掘削に先立って地山の補強を行う地山補強工法に用いられ、トンネル壁面または切羽面に埋設された後に少なくとも一部がトンネル掘削領域内に位置し、補強後のトンネル掘削において少なくとも一部が破壊されるケーシングパイプにおいて、紙製であることを特徴とする。
この発明のケーシングパイプは紙製であるので、トンネル掘削作業において容易に破壊することができるとともに、土砂に混合している破片を除去することなく処理することができる。
【００１３】
また、本発明に係るケーシングパイプは、上述したケーシングパイプであって、先行して埋設されている他のケーシングパイプまたは鋼管の被連結部に連結可能な連結部が先端に設けられており、該連結部と前記被連結部とがネジ嵌合による連結構造であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係るケーシングパイプは、上述したケーシングパイプであって、先行して埋設されている他のケーシングパイプまたは鋼管の被連結部に連結可能な連結部が先端に設けられており、該連結部と前記被連結部とが凸条および凹条の嵌合による連結構造であることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係るケーシングパイプは、上述したケーシングパイプであって、先行して埋設されている他のケーシングパイプまたは鋼管の被連結部に連結可能な連結部が先端に設けられており、該連結部と前記被連結部とが互いに形成された凹溝に装着された係止部材の嵌合による連結構造であることが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係るケーシングパイプは、上述したケーシングパイプであって、先行して埋設されている他のケーシングパイプまたは鋼管の被連結部に連結可能な連結部が先端に設けられており、該連結部と前記被連結部とが互いにリベットで固定されることによる連結構造であることが好ましい。
【００１７】
また、本発明に係るケーシングパイプは、上述したケーシングパイプであって、前記連結部と前記被連結部とが連結された後に、リベットで固定されることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。
図１は、鋼管先受け工法の施工状況を示しており、工事中のトンネル１の切羽面２付近における進行方向に沿った断面図で、トンネル１の上面はコンクリートや鋼材などによる補強材３が施工されており、トンネル１に連続して掘削される予定の範囲が二点鎖線４によって示されている。また、本実施形態においてトンネル掘削領域内とは、トンネル１の領域および二点鎖線４の間の領域のことをいう。また、トンネル掘削領域の外側に複数の鋼管５が埋設されており、油圧ジャンボ６に連結されている施工中の鋼管５と、注入剤８が注入された施工後の鋼管５とが図に示されている。そして、図において先端部が施工中の鋼管５の最後端に連結されて、基端部が油圧ジャンボ６のブーム７に装備されている駆動装置に連結されているケーシングパイプ９が紙製のケーシングパイプである。
【００１９】
また、掘削工具は、打撃力および回転力を伝達するインナーロッドと、インナーロッドの先端に装着される掘削ビットと、掘削ビットおよびインナーロッドが挿入される鋼管５とを有して、基端側が油圧ジャンボ６に連結されている。鋼管５とインナーロッドとの間には所定の寸法の間隙が設けられており、鋼管５より掘削ビットが先端側に突出している。また、削孔水を供給するための流路がインナーロッドを貫通するように形成されており、掘削箇所に向けて削孔水を噴出するため流体供給口が掘削ビットに形成されている。
【００２０】
そして、先行して掘削する掘削ビットの前進とともに掘削孔に鋼管５を挿入していき、順次インナーロッドおよび鋼管５を連結して所定の深さまで鋼管５を埋設し、最後端にケーシングパイプ９を連結して鋼管５がトンネル掘削領域外に位置し、ケーシングパイプ９の基端側がトンネル掘削領域内に位置するようにケーシングパイプ９が埋設される。このとき、掘削によって生じた土砂や岩屑などの掘削屑は、インナーロッドを通して高圧で供給される削孔水によって押し流されて、ケーシングパイプ９とインナーロッドとの間隙から掘削孔の外に排出される。このような削孔作業の後に、掘削ビットおよびインナーロッドが回収されて、注入作業においてケーシングパイプ９に注入剤８が注入され、ケーシングパイプ９および鋼管５から地山に注入剤８が浸透して地山が強化される。
【００２１】
また、鏡部補強工法においては、切羽面２の掘削進行方向に向けて上述したように掘削しながらケーシングパイプ９を埋設し、ケーシングパイプ９に注入剤８を注入して切羽面２が補強される。また、図に示すように複数本（図では２本）のケーシングパイプ９が連結されて埋設される。
【００２２】
上述したようなケーシングパイプ９は、たとえば直径が約６０ｍｍ、長さが３〜６ｍの筒状に形成されており、断面は複数枚の紙が巻かれた多層構造を有している。また、耐水性も有している。
【００２３】
また、図２に軸線Ｏを中心として互いに嵌合しているケーシングパイプ９の連結構造が示されている。図において右側には、先行して埋設されているケーシングパイプ９の基端部１０が示され、左側には、連結して埋設されるケーシングパイプ９の先端部１１が示されており、左側から右側に向かってケーシングパイプ９が挿入される。基端部１０には、ケーシングパイプ９の内径が一段大きくなっている雌ソケット（被連結部）１２が形成されており、先端部１１には、ケーシングパイプ９の外径が一段小さくなっている雄ソケット（連結部）１３が形成されており、雌ソケット１２に雄ソケット１３が嵌挿されてケーシングパイプ９同士が連結される連結構造となっている。
【００２４】
また、図３に、この連結構造に用いられる嵌合部分の実施例を示す。
図３（ａ）には、ネジ嵌合が示されており、雌ソケット１２の内周面に形成されている雌ネジ部１４と、雄ソケット１３の外周面に形成されている雄ネジ部１５とが螺合することによって互いに嵌合している。
図３（ｂ）には、テーパ嵌合が示されており、雌ソケット１２の内周面に形成されている雌テーパ面１６と、雄ソケット１３の外周面に形成されている雄テーパ面１７との嵌め合いによって互いに嵌合している。
【００２５】
図３（ｃ）には、凸条と凹条との嵌合が示されており、雌ソケット１２の内周面に軸線Ｏ回りに周回するような環状凹条１８が複数条（図では３条）形成され、雄ソケット１３の外周面に軸線Ｏ回りに周回するような環状凸条１９が複数条（図では３条）形成されていて、環状凹条１８と環状凸条１９とが軸線Ｏ方向に互いに係合することによって互いに嵌合している。また、環状凹条１８および環状凸条１９には、挿入方向に向かうに従い内周側に向かうような傾斜面が形成されており、この傾斜面によって挿入時の抵抗が抑制されるようになっている。
【００２６】
図３（ｄ）には、凹溝に装着された係止部材の嵌合が示されており、雌ソケット１２の内周面に環状凹溝２０が複数本（図では３本）形成され、環状凹溝２０に対向するように雄ソケット１３の外周面に環状凹溝２１が複数本（図では３本）形成されており、環状凹溝２０，２１が合致して画成される環状孔にＣ型止め輪（係止部材）２２が装着されることによって互いに嵌合している。Ｃ型止め輪２２は径方向に弾性変形可能で環状凹溝２０，２１に係合可能な断面を有しており、軸線Ｏ方向にＣ型止め輪２２と環状凹溝２０，２１とが係合している。また、環状凹溝２０には、挿入方向に向かうに従い外周側に向かうような傾斜面が形成されており、この傾斜面によってＣ型止め輪２２が容易に弾性変形できるようになっている。
【００２７】
図４（ｅ）には、雌ソケット１２と雄ソケット１３とが互いにリベット２３で固定されることによる連結構造が示されており、雌ソケット１２の内周面と雄ソケット１３の外周面とはストレート状に形成されており、雌ソケット１２に雄ソケット１３を挿入した後に複数箇所にリベット２３（図では３箇所）が埋め込まれることで互いに固定されている。
【００２８】
また、図４（ｆ）〜図４（ｈ）には、ネジ嵌合、テーパ嵌合、および凸条と凹条との嵌合による連結構造に、リベット２３を埋め込んで固定する構造が示されている。このようにリベット２３を使用することによって、軸線Ｏ方向の係合をより強固にすることができるとともに、ケーシングパイプ９同士の回転を防止することができる。
【００２９】
上述したように構成されているケーシングパイプ９を鋼管先受け工法、および鏡部補強工法に用いて地山を補強した後に、トンネル掘削作業において、トンネル掘削領域内に位置するケーシングパイプ９の一部または全部を破壊するとともに地山を掘削してトンネルが形成される。このようにケーシングパイプ９を破壊する際に、ケーシングパイプ９が紙製であるので容易に破壊することができる。そして、掘削された土砂にケーシングパイプ９の破片が混合されていても、破片を除去することなく埋め立て処理することができる。
【００３０】
また、切羽面２の掘削進行方向に向けて複数本のケーシングパイプ９を連結して埋設することで、長尺のケーシングパイプ９を使用するより取り扱いが容易で、掘削進行方向へ長距離に渡って補強することができ、トンネル掘削作業において一度に長い距離を掘削することができる。また、鋼管５がトンネル掘削領域外に位置するように鋼管５にケーシングパイプ９を連結して埋設するので、トンネル掘削領域外は鋼管による補強効果を得ることができるとともに、トンネル掘削領域内にケーシングパイプ９が位置しているので、鋼管５を切断除去するより容易に作業を進めることができる。これにより、トンネル掘削工法における作業効率を向上させることができる。
【００３１】
また、上述したような連結構造を用いることによりケーシングパイプ９同士、または鋼管５とケーシングパイプ９とを容易に、かつ確実に連結することができる。
【００３２】
なお、本実施の形態においては、切羽面２に２本のケーシングパイプ９を連結して埋設しているが、ケーシングパイプ９は１本でも、３本以上でもよい。また、ケーシングパイプ９の基端部１０に雄ソケット１３が形成されて、先端部１１に雌ソケット１２が形成されていてもよい。また、図２にはケーシングパイプ９同士の嵌合構造が示されているが、鋼管５とケーシングパイプ９とも同様な連結構造によって連結される。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るトンネル掘削工法によれば、埋設作業において、紙製のケーシングパイプの少なくとも一部をトンネル掘削領域内に位置させて埋設し、地山強化を行った後のトンネル掘削作業において、トンネル掘削領域内に位置するケーシングパイプを破壊するとともに地山を掘削するので、ケーシングパイプを容易に破壊することができるとともに、ケーシングパイプの破片が混合されたままでも土砂を容易に処理することができる。これにより、トンネル工事の工期短縮やコストダウンなどを図ることができる。
また、ケーシングパイプを連結して使用するので、トンネル掘削作業において一度に掘削する距離を長くすることができたり、鋼管の切断除去作業を不要とすることができる。これにより、トンネル掘削工法における作業効率を向上させることができる。
【００３４】
また、本発明に係るケーシングパイプは紙製であるので、トンネル掘削作業において容易に破壊することができるとともに、土砂に混合している破片を除去することなく処理することができる。
また、先行して埋設されている他のケーシングパイプまたは鋼管の被連結部に連結可能な連結構造を有しているので、容易に、かつ確実にケーシングパイプを連結することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるトンネル掘削工法での鋼管先受け工法の施工状況を示す説明図である。
【図２】ケーシングパイプ同士の連結構造の断面図である。
【図３】図２のＡ部分で、連結構造の各種の嵌合部分を示している。
【図４】図２のＡ部分で、連結構造の各種の嵌合部分を示している。
【符号の説明】
５ 鋼管
２ 切羽面
８ 注入剤
９ ケーシングパイプ
１２ 雌ソケット（被連結部）
１３ 雄ソケット（連結部）
１９ 環状凸条（凸条）
１８ 環状凹条（凹条）
２０，２１ 環状凹溝（凹溝）
２２ Ｃ型止め輪（係止部材）
２３ リベット
Ｏ 軸線

Claims (9)

1. 地山の補強を行った後にトンネル掘削作業が行われるトンネル掘削工法において、
   トンネル壁面または切羽面に掘削孔を形成するとともに、該掘削孔に紙製のケーシングパイプの少なくとも一部をトンネル掘削領域内に位置させて埋設する埋設作業と、埋設された前記ケーシングパイプに注入剤を注入して地山強化を行った後に、トンネル掘削領域内に位置する前記ケーシングパイプを破壊するとともに地山を掘削するトンネル掘削作業とを有することを特徴とするトンネル掘削工法。
2. 請求項１に記載のトンネル掘削工法であって、
   前記埋設作業で、切羽面の掘削進行方向に沿って先行して埋設されている前記ケーシングパイプ、またはトンネル壁面のトンネル掘削領域外に先行して埋設されている鋼管に前記ケーシングパイプを連結して埋設することを特徴とするトンネル掘削工法。
3. トンネル掘削に先立って地山の補強を行う地山補強工法に用いられ、トンネル壁面または切羽面に埋設された後に少なくとも一部がトンネル掘削領域内に位置し、補強後のトンネル掘削において少なくとも一部が破壊されるケーシングパイプにおいて、
   紙製であることを特徴とするケーシングパイプ。
4. 請求項３に記載のケーシングパイプであって、
   先行して埋設されている他のケーシングパイプまたは鋼管の被連結部に連結可能な連結部が先端に設けられており、該連結部と前記被連結部とがネジ嵌合による連結構造であることを特徴とするケーシングパイプ。
5. 請求項３に記載のケーシングパイプであって、
   先行して埋設されている他のケーシングパイプまたは鋼管の被連結部に連結可能な連結部が先端に設けられており、該連結部と前記被連結部とがテーパ嵌合による連結構造であることを特徴とするケーシングパイプ。
6. 請求項３に記載のケーシングパイプであって、
   先行して埋設されている他のケーシングパイプまたは鋼管の被連結部に連結可能な連結部が先端に設けられており、該連結部と前記被連結部とが凸条および凹条の嵌合による連結構造であることを特徴とするケーシングパイプ。
7. 請求項３に記載のケーシングパイプであって、
   先行して埋設されている他のケーシングパイプまたは鋼管の被連結部に連結可能な連結部が先端に設けられており、該連結部と前記被連結部とが互いに形成された凹溝に装着された係止部材の嵌合による連結構造であることを特徴とするケーシングパイプ。
8. 請求項３に記載のケーシングパイプであって、
   先行して埋設されている他のケーシングパイプまたは鋼管の被連結部に連結可能な連結部が先端に設けられており、該連結部と前記被連結部とが互いにリベットで固定されることによる連結構造であることを特徴とするケーシングパイプ。
9. 請求項４から請求項７に記載のケーシングパイプであって、前記連結部と前記被連結部とが連結された後に、リベットで固定されることを特徴とするケーシングパイプ。

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