JP2015086584A

JP2015086584A - 鋼製支保工

Info

Publication number: JP2015086584A
Application number: JP2013225662A
Authority: JP
Inventors: 熊坂　博夫; Hiroo Kumasaka; 博夫熊坂; 圭薬師寺; Kei Yakushiji
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2015-05-07

Abstract

【課題】吹付けコンクリートとの一体化を図ることができるとともに、加工性が向上した鋼製支保工を提供する。【解決手段】トンネルの地山の支保工として、吹付けコンクリートとともに用いられる鋼製支保工１０であって、断面Ｈ型に形成されたＨ型鋼からなり、Ｈ型鋼の地山に近い側に配置するフランジ１２に貫通孔１８を設け、貫通孔１８を通じて吹付けコンクリートがフランジ１２の地山面に対向しない面側１２ａから地山面に対向する面側１２ｂに通り抜け可能にした。【選択図】図１

Description

本発明は、山岳トンネルの標準工法などにおいて用いられる鋼製支保工に関するものである。

従来、山岳トンネルの標準工法によって施工されるトンネルとして、図６に示されるように、内面が一次支保工１、二次覆工２、インバート工３によって巻き立てられているものがある。このうち、一次支保工の部材としては、吹付けコンクリート、鋼製支保工、ロックボルト等が用いられている。これらの一次支保工の部材は、トンネル掘削に伴う切羽近傍での天端・側壁部の崩落の抑制や防止、および、切羽が通過した後のトンネル周辺地山の押し出し変形などに対する周辺地山の安定性の確保をする目的で使用される。

この中で、鋼製支保工は、トンネル周辺地山に密着するようにリング状に設置され、吹付けコンクリートと一体となって、トンネル軸方向に連続した薄肉のアーチ構造を形成し、トンネル周辺地山と支保構造物により形成されるトンネル構造体の安定を図るために用いられる（例えば、特許文献１〜３を参照）。

鋼製支保工は鋼材を用いることから、セメント材料を利用する吹付けコンクリートやロックボルトに比べ、建込み直後の周辺地山の崩落や変形抑止に対する支保効果が高いと考えられている。そのため、切羽掘削直後のトンネル・周辺地山の安定性を確保することを目的に用いられている。

一方、近年、支保工の一つである吹付けコンクリートにおいて、切羽直後の吹付け後、短時間で強度と剛性が高まるような材料が開発され、地山のはく落、崩壊および変形に対する抑止等の支保性能が高くなってきている。この吹付けコンクリートは押し出し性の大きな地山のトンネルにおいても使用されている。

特開平５−８６８００号公報特開平７−９７８９９号公報特開平８−２３２５８９号公報特開２０１３−１６７０６９号公報

一次支保工部材である鋼製支保工と吹付けコンクリートは、様々な支保効果が期待されている。これらの部材は、周辺地山からの半径方向の地圧を主に部材に発生する断面力である軸力・軸応力に変換することで支保効果を発揮する。各部材に生じる軸応力は、主に、各部材の軸剛性に応じて分担される。

しかしながら、既往のトンネル建設時の計測結果では、鋼製支保工の持つ軸剛性に比べて、計測される軸力・軸応力は小さいことが知られている。

この理由の一つとして、掘削直後に地山壁面の浮きはく落の防止と掘削面の平滑化を目的とした厚さ５ｃｍ程度の一次吹付けコンクリートの施工が行われるが、図７に示されるように、この一次吹付けコンクリート４によっても地山５の掘削面５ａの平滑化を十分に行なうことが難しい場合があり、後工程で鋼製支保工６を建込んだときに、吹付け施工面４ａと鋼製支保工６とが隙間なく均一に接触しないことで荷重分布が不均等な状態となり、鋼製支保工６が本来受けるべき地圧を十分に受けることができないことが原因の一つと考えられる。

例えば、鋼製支保工としてＨ型鋼を用いる場合には、図８（ａ）に示すように、鋼製支保工６と吹付けコンクリート（一次吹付けコンクリート４および二次吹付けコンクリート７）とが一体化することが本来望ましい。しかしながら、図８（ｂ）に示すように、鋼製支保工６の背面側６ａにおいて、鋼製支保工６と一次吹付けコンクリート４との間に空隙Ｓが生じる場合もある。

こうしたことから、鋼製支保工が地山から一様な地圧を受け得るように、鋼製支保工の建込み後に行なわれる二次吹付けコンクリートの施工の際に吹付けコンクリートと鋼製支保工との一体化を図るための技術が望まれていた。

これに対し、本願発明者の一人は、既に特許文献４に示すような鋼製支保工を提案しているが、加工性をより一層向上することが求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、吹付けコンクリートとの一体化を図ることができるとともに、加工性が向上した鋼製支保工を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る鋼製支保工は、トンネルの地山の支保工として、吹付けコンクリートとともに用いられる鋼製支保工であって、断面Ｈ型に形成されたＨ型鋼からなり、前記Ｈ型鋼の地山に近い側に配置するフランジに貫通孔を設け、前記貫通孔を通じて前記吹付けコンクリートが前記フランジの地山面に対向しない面側から地山面に対向する面側に通り抜け可能にしたことを特徴とする。

また、本発明に係る他の鋼製支保工は、上述した発明において、前記貫通孔の孔径を、前記吹付けコンクリートの最大骨材寸法よりも大きくしたことを特徴とする。

また、本発明に係る他の鋼製支保工は、上述した発明において、前記貫通孔を、所定間隔で複数設けたことを特徴とする。

本発明に係る鋼製支保工によれば、トンネルの地山の支保工として、吹付けコンクリートとともに用いられる鋼製支保工であって、断面Ｈ型に形成されたＨ型鋼からなり、前記Ｈ型鋼の地山に近い側に配置するフランジに貫通孔を設け、前記貫通孔を通じて前記吹付けコンクリートが前記フランジの地山面に対向しない面側から地山面に対向する面側に通り抜け可能にしたので、建込んだ鋼製支保工の背面側に仮に空隙が生じていたとしても、後工程の吹付けコンクリートの施工の際に吹付けコンクリートが貫通孔を通じてフランジの地山面に対向しない面側から地山面に対向する面側に通り抜け、鋼製支保工の背面側の空隙に入り込んでここを容易に充填することができるという効果を奏する。

また、鋼製支保工の背面側の空隙がなくなり、鋼製支保工と吹付けコンクリートとの一体化が図られることで、鋼製支保工全体にわたって地山からの地圧を均等に受けやすくなる。これにより、従来よりも高い支保能力（地圧に対する耐荷能力）を発揮することができる。

また、本発明は、フランジに貫通孔を設ける加工だけで足りることから、従来の特許文献４に示すようなフランジを変形加工して得られる鋼製支保工に比べて、加工性を向上することができる。したがって、本発明によれば、吹付けコンクリートとの一体化を図ることができるとともに、加工性が向上した鋼製支保工を提供することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の鋼製支保工によれば、前記貫通孔の孔径を、前記吹付けコンクリートの最大骨材寸法よりも大きくしたので、上記の効果に加え、鋼製支保工を建込んだ後の吹付けコンクリートが鋼製支保工の背面側に通り抜けやすくなり、空隙への吹付けコンクリートの充填性をより確実にすることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の鋼製支保工によれば、前記貫通孔を、所定間隔で複数設けたので、上記の効果に加え、鋼製支保工を建込んだ後の吹付けコンクリートがより効率的に鋼製支保工の背面側に通り抜けやすくなり、空隙への吹付けコンクリートの充填性をより一層確実にすることができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る鋼製支保工の実施例を示す斜視図である。図２は、本発明に係る鋼製支保工と吹付けコンクリートの接触状況を示す縦断面図である。図３は、本発明に係る鋼製支保工を適用したトンネルの概略横断面図である。図４は、本発明に係る鋼製支保工の建込み直後の状況を示す縦断面図である。図５は、本発明に係る鋼製支保工の建込み後の二次吹付けコンクリートの施工状況を示す縦断面図である。図６は、従来のトンネルの概略横断面図である。図７は、従来の鋼製支保工と一次吹付けコンクリートの接触状況を示す横断面図である。図８は、従来のＨ型鋼からなる鋼製支保工と吹付けコンクリートの接触状況を示す縦断面図であり、（ａ）は鋼製支保工と吹付けコンクリートがよく一体化している場合、（ｂ）は鋼製支保工の背面の吹付けコンクリートに空隙がある場合である。

以下に、本発明に係る鋼製支保工の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１に示すように、本発明に係る鋼製支保工１０は、トンネルの地山の支保工として、吹付けコンクリートとともに用いられる鋼製支保工であって、上下２つのフランジ１２、１４とウェブ１６とにより断面Ｈ型に形成されたＨ型鋼からなり、一方のフランジ１２に複数の貫通孔１８を設けたものである。

図２および図３に示すように、貫通孔１８を有するフランジ１２は、地山５に近い側、すなわち前工程で地山５に吹き付けられた一次吹付けコンクリート２０に近い側に配置されるフランジである。この貫通孔１８を通じて後工程の二次吹付けコンクリート２２がフランジ１２の内側１２ａ（地山面５ａに対向しない面側）から外側１２ｂ（地山面５ａに対向する面側）に通り抜け可能となっている。

各貫通孔１８の孔径は、二次吹付けコンクリート２２の最大骨材寸法よりも大きくしてある。こうすることで、鋼製支保工１０を建込んだ後の二次吹付けコンクリート２２が鋼製支保工１０の背面側に通り抜けやすくなり、この背面側に生じている空隙Ｓへの二次吹付けコンクリート２２の充填性をより確実にすることができる。なお、貫通孔１８をフランジ１２に複数設けることで、鋼製支保工１０を建込んだ後の二次吹付けコンクリート２２がより効率的に鋼製支保工１０の背面側に通り抜けやすくなり、空隙Ｓへの二次吹付けコンクリート２２の充填性をより一層確実にすることができる。

ここで、貫通孔１８は、本実施例ではウェブ１６との接続部を挟んでフランジ１２の両側部分に、フランジ１２の延在方向に沿ってそれぞれ等間隔で５個ずつ一列に配置した場合を示しているが、本発明はこれに限るものではない。例えば、これ以外の数の貫通孔１８を配置してもよいし、各貫通孔１８を異なる間隔で配置してもよい。また、フランジ１２の両側部分にそれぞれ一列に配置する態様に限らず、複数列に配置したり、あるいは千鳥配置としてもよく、さらにその他の任意の配置レイアウトを採用してもよい。また、貫通孔１８の形状も円形に限らず、四角形やその他の任意の形状を採用してもよい。

上記構成の動作および作用について図４および図５を参照しながら説明する。
まず、図４に示すように、地山面５ａに一次吹付けコンクリート２０を吹付け施工した後、貫通孔１８を有するフランジ１２が一次吹付けコンクリートの施工面２０ａに近い側に位置するように鋼製支保工１０を建込む。このとき、鋼製支保工１０の背面側の施工面２０ａとの間に仮に空隙Ｓが生じていたとする。

次に、図５に示すように、鋼製支保工１０のフランジ１４が位置する側から、施工面２０ａに向けて二次吹付けコンクリート２２を吹付け施工する。この吹付け施工の際に、二次吹付けコンクリート２２がフランジ１２の貫通孔１８を通じて内側１２ａから外側１２ｂに通り抜け、鋼製支保工１０の背面側の空隙Ｓに入り込むので、空隙Ｓを二次吹付けコンクリート２２で容易に充填することができる。

鋼製支保工１０の背面側の空隙Ｓがなくなることで、鋼製支保工１０と一次および二次吹付けコンクリート２０、２２とが十分に接触して一体化が図られ、鋼製支保工１０全体にわたって周辺の地山５からの地圧（荷重）を均等に受けやすくなる。これにより、本発明によれば、従来よりも高い支保能力（地圧に対する耐荷能力）を発揮することができる。

また、本発明の鋼製支保工１０は、フランジ１２に貫通孔１８を設ける加工だけで足りることから、従来の特許文献４に示すようなフランジを変形加工して得られる鋼製支保工に比べて、加工性を向上することができる。したがって、本発明によれば、吹付けコンクリートとの一体化を図ることができるとともに、加工性が向上した鋼製支保工を提供することができるという効果を奏する。

以上説明したように、本発明に係る鋼製支保工によれば、トンネルの地山の支保工として、吹付けコンクリートとともに用いられる鋼製支保工であって、断面Ｈ型に形成されたＨ型鋼からなり、前記Ｈ型鋼の地山に近い側に配置するフランジに貫通孔を設け、前記貫通孔を通じて前記吹付けコンクリートが前記フランジの地山面に対向しない面側から地山面に対向する面側に通り抜け可能にしたので、建込んだ鋼製支保工の背面側に仮に空隙が生じていたとしても、後工程の吹付けコンクリートの施工の際に吹付けコンクリートが貫通孔を通じてフランジの地山面に対向しない面側から地山面に対向する面側に通り抜け、鋼製支保工の背面側の空隙に入り込んでここを容易に充填することができるという効果を奏する。

また、本発明は、フランジに貫通孔を設ける加工だけで足りることから、従来の特許文献４に示すようなフランジを変形加工して得られる鋼製支保工に比べて、加工性を向上することができる。したがって、本発明によれば、吹付けコンクリートとの一体化を図ることができるとともに、加工性が向上した鋼製支保工を提供することができる。

また、本発明に係る他の鋼製支保工によれば、前記貫通孔の孔径を、前記吹付けコンクリートの最大骨材寸法よりも大きくしたので、上記の効果に加え、鋼製支保工を建込んだ後の吹付けコンクリートが鋼製支保工の背面側に通り抜けやすくなり、空隙への吹付けコンクリートの充填性をより確実にすることができる。

また、本発明に係る他の鋼製支保工によれば、前記貫通孔を、所定間隔で複数設けたので、上記の効果に加え、鋼製支保工を建込んだ後の吹付けコンクリートがより効率的に鋼製支保工の背面側に通り抜けやすくなり、空隙への吹付けコンクリートの充填性をより一層確実にすることができる。

以上のように、本発明に係る鋼製支保工は、山岳トンネルの標準工法などにおいて用いられる鋼製支保工に有用であり、特に、吹付けコンクリートとの一体化を図るために用いるのに適している。

５地山
５ａ地山面（または掘削面）
１０鋼製支保工
１２フランジ（Ｈ型鋼の地山面に近い側に配置するフランジ）
１２ａフランジの内側（地山面に対向しない面側）
１２ｂフランジの外側（地山面に対向する面側）
１４フランジ
１６ウェブ
１８貫通孔
２０一次吹付けコンクリート（吹付けコンクリート）
２０ａ一次吹付けコンクリートの施工面
２２二次吹付けコンクリート（吹付けコンクリート）
Ｓ空隙

Claims

トンネルの地山の支保工として、吹付けコンクリートとともに用いられる鋼製支保工であって、
断面Ｈ型に形成されたＨ型鋼からなり、前記Ｈ型鋼の地山面に近い側に配置するフランジに貫通孔を設け、前記貫通孔を通じて前記吹付けコンクリートが前記フランジの地山面に対向しない面側から地山面に対向する面側に通り抜け可能にしたことを特徴とする鋼製支保工。
前記貫通孔の孔径を、前記吹付けコンクリートの最大骨材寸法よりも大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の鋼製支保工。
前記貫通孔を、所定間隔で複数設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の鋼製支保工。