JP2016223127A - Tunnel construction method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tunnel construction method that enables a tunnel to be simply excavated by safely and reliably performing cut-off injection even when groundwater pressure is high.SOLUTION: A tunnel construction method includes: an advanced gallery step of forming an advanced gallery 2 in a position lower than a groundwater level WL; a boring step of forming a borehole 3 downward from the advanced gallery 2; an injection step of injecting a cut-off material from the borehole 3; and a tunnel step of forming a permanent tunnel 1 below the advanced gallery 2.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、トンネル施工方法に関する。   The present invention relates to a tunnel construction method.

高水圧下においてトンネルを構築する場合には、施工時の安全性を確保するために、止水工法を実施したうえで、掘削を行うのが一般的である。
一般的なトンネルの止水工法としては、例えば、（１）切羽から前方に向けて止水ボーリングを行う方法、（２）本設トンネルの計画線の水平方向に並行する先進坑を掘削し、この先進坑から計画線に向けて止水ボーリングを行う方法、（３）地上から止水ボーリングを行う方法等がある。 When building a tunnel under high water pressure, excavation is generally performed after implementing a water stop method to ensure safety during construction.
For example, (1) Method of drilling water from the face to the front, (2) Drilling an advanced mine parallel to the horizontal direction of the main tunnel plan line, There are a method of water stop boring from this advanced mine toward the planned line, and (3) a method of water stop boring from the ground.

切羽から前方に向けて止水ボーリングを行う場合は、地下水圧に対応した圧力で止水材を注入する必要があるため、高水圧下では施工が困難である。
また、本設トンネルと並行に形成された先進坑から横向きに止水ボーリングを行う場合は、高水圧下における止水材の注入が困難であるうえに、高水圧条件下において先進坑を施工すること自体が困難である。
さらに、地上から止水ボーリングを行う場合には、地上に作業ヤードを設ける必要があるが、都心部では地上部における用地の確保が困難であり、山間部ではボーリング施工箇所への機材の搬入や搬出および安全な作業環境の確保が困難である。 When water-stop boring is performed from the face to the front, it is necessary to inject the water-stopping material at a pressure corresponding to the groundwater pressure, so that construction is difficult under high water pressure.
In addition, when water-stop boring is performed laterally from an advanced mine formed in parallel with the main tunnel, it is difficult to inject water-stopping material under high water pressure, and the advanced mine is constructed under high water pressure conditions. That itself is difficult.
Furthermore, when water-stopping boring is performed from the ground, it is necessary to provide a work yard on the ground, but it is difficult to secure a site on the ground in the city center. Unloading and securing a safe working environment are difficult.

そのため、特許文献１には、坑道（トンネル坑内）から湧水発生地質に向けて、少なくとも一対の横向きのボーリング孔を削孔し、一方のボーリング孔を水抜き孔とし、他方のボーリング孔を注入孔として、水抜き孔から排水するとともに注入孔からグラウトを注入する止水グラウト工法が開示されている。   Therefore, in Patent Document 1, at least a pair of lateral boreholes is drilled from the tunnel (inside the tunnel mine) toward the spring generation geology, one borehole is used as a drain hole, and the other borehole is injected. As a hole, a water stop grout method for draining from a drain hole and injecting grout from an injection hole is disclosed.

特開２００９−１７４１７１号公報JP 2009-174171 A

特許文献１に記載の止水グラウト工法は、トンネル坑内からボーリング孔を施工するため、止水グラウト工法の施工時はトンネルの施工を中断する必要がある。そのため、工期に影響が及ぶ。   In the still water grouting method described in Patent Document 1, since the borehole is constructed from inside the tunnel mine, it is necessary to interrupt the tunnel construction during the construction of the still water grouting method. Therefore, the construction period is affected.

このような観点から、本発明は、地下水圧が高い場合であっても、安全かつ確実に止水注入を行って、トンネル掘削を簡易に行うことを可能としたトンネル施工方法を提案することを課題とする。   From such a point of view, the present invention proposes a tunnel construction method that makes it possible to easily perform tunnel excavation by safely and reliably injecting water even when the groundwater pressure is high. Let it be an issue.

前記課題を解決するために、本発明のトンネル施工方法は先進坑を形成する先進坑工程と、前記先進坑から下方に向けてボーリング孔を形成するボーリング工程と、前記ボーリング孔から止水材を注入する注入工程と、前記先進坑の下方に本設トンネルを形成するトンネル工程とを備えていることを特徴としている。   In order to solve the above problems, the tunnel construction method of the present invention includes an advanced mine process for forming an advanced mine, a boring process for forming a boring hole downward from the advanced mine, and a water stop material from the boring hole. It is characterized by comprising an injection step of injecting and a tunnel step of forming a permanent tunnel below the advanced mine.

かかるトンネル施工方法によれば、本設トンネルよりも高い位置から止水材を注入するため、水柱の高さ分（ボーリング孔の深さ分）だけ注入圧力を下げることができ、効率的な作業が可能となる。
また、本設トンネルから十分に離れた位置に先進坑を形成すれば、先進坑の施工による影響が本設トンネルに及ぶことは無い。
また、本設トンネルの施工に先だって止水材の注入を行うため、本設トンネル施工時の湧水を防止することができる。また、止水材の注入時に本設トンネル内に止水材が流出することもない。
さらに、先進坑は、土被りが比較的浅い位置に施工できるため、比較的容易に施工することができる。 According to this tunnel construction method, since the water stop material is injected from a position higher than the main tunnel, the injection pressure can be lowered by the height of the water column (the depth of the borehole), and efficient work can be achieved. Is possible.
Moreover, if the advanced mine is formed at a position sufficiently away from the main tunnel, the influence of the construction of the advanced mine will not affect the main tunnel.
In addition, since the water-stopping material is injected prior to the construction of the main tunnel, it is possible to prevent spring water during the construction of the main tunnel. In addition, the water blocking material does not flow into the main tunnel when the water blocking material is injected.
Furthermore, since the advanced mine can be constructed at a position where the earth covering is relatively shallow, it can be constructed relatively easily.

前記ボーリング工程において複数本のボーリング孔を形成し、前記注入工程において複数本の前記ボーリング孔のうちの少なくとも１本の前記ボーリング孔を大気圧に開放した状態で他の前記ボーリング孔から止水材を注入するとよい。このようにすると、注入箇所に動水勾配が形成されるため、止水材の注入圧を低減することができる。   In the boring step, a plurality of boring holes are formed, and in the injecting step, at least one of the boring holes is opened to atmospheric pressure, and the water blocking material is released from the other boring holes. Should be injected. If it does in this way, since a dynamic water gradient is formed in an injection | pouring location, the injection pressure of a water stop material can be reduced.

前記ボーリング工程において前記本設トンネルの軸方向に間隔をあけて複数本のボーリング孔を形成し、前記注入工程において、前記本設トンネルの切羽から離れた位置に形成されたボーリング孔を大気圧に開放した状態で、切羽側に形成されたボーリング孔から止水材を注入するとよい。このようにすると、トンネル計画路線に沿って止水材を注入することが可能となり、より効果的な止水効果を期待することができる。   In the boring step, a plurality of boring holes are formed at intervals in the axial direction of the permanent tunnel. In the pouring step, the boring holes formed at positions away from the face of the permanent tunnel are brought to atmospheric pressure. In an open state, a water stop material may be injected from a boring hole formed on the face side. If it does in this way, it will become possible to inject a water stop material along a tunnel planned route, and it can expect a more effective water stop effect.

本発明のトンネル施工方法によれば、地下水圧力が高い場合であっても、安全かつ確実に止水注入を行って、トンネル掘削を簡易に行うことが可能となる。   According to the tunnel construction method of the present invention, even when the groundwater pressure is high, it is possible to safely and surely inject water and to easily perform tunnel excavation.

本発明の実施形態に係るトンネルを模式的に示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing a tunnel concerning an embodiment of the present invention typically.

本実施形態では、図１に示すように、山間部の下方を貫く大深度トンネル（以下、「本設トンネル１」という）を施工する場合のトンネル施工方法について説明する。
本設トンネル１は、土被りが大きく、高水圧下での施工となる。本実施形態では、本設トンネル１から十分に離れた上方に、先進坑２を形成し、この先進坑２から止水処理を行った後、本設トンネル１の施工を行う。
本実施形態のトンネル施工方法は、先進坑工程と、ボーリング工程と、注入工程と、トンネル工程とを備えている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a tunnel construction method in the case of constructing a large depth tunnel (hereinafter referred to as “main tunnel 1”) that penetrates the lower part of a mountainous area will be described.
The main tunnel 1 has a large earth covering and is constructed under high water pressure. In the present embodiment, the advanced tunnel 2 is formed above the main tunnel 1 sufficiently, and after the water stop treatment is performed from the advanced tunnel 2, the main tunnel 1 is constructed.
The tunnel construction method of the present embodiment includes an advanced mine process, a boring process, an injection process, and a tunnel process.

先進坑工程は、先進坑２を形成する工程である。
先進坑２は、地下水位ＷＬよりも低い位置であって、本設トンネル１の切羽３よりも前方の施工計画線の上方に形成する。
先進坑２は、本設トンネル１よりも小さい断面を有している。また、先進坑２は、土被りが小さい位置に形成するのが望ましい。
先進坑２の断面形状は限定されるものではなく、例えば円形や馬蹄形に形成すればよい。また、先進坑２の掘削方式は限定されるものではなく、例えば、発破掘削方式や機械掘削方式を採用すればよい。 The advanced mine process is a process of forming the advanced mine 2.
The advanced mine 2 is formed at a position lower than the groundwater level WL and above the construction plan line ahead of the face 3 of the main tunnel 1.
The advanced mine 2 has a smaller cross section than the main tunnel 1. Moreover, it is desirable to form the advanced mine 2 at a position where the earth covering is small.
The cross-sectional shape of the advanced mine 2 is not limited. For example, it may be formed in a circular shape or a horseshoe shape. Further, the excavation method of the advanced mine 2 is not limited, and for example, a blast excavation method or a mechanical excavation method may be adopted.

ボーリング工程は、先進坑２から下方に向けてボーリング孔４を形成する工程である。
本実施形態では、本設トンネル１の軸方向に間隔をあけて２本のボーリング孔４，４を形成する。ボーリング孔４は、先進坑２から縦方向（下方向）に削孔するとともに、図示しない管材を埋め込むことにより形成する。なお、ボーリング孔４の本数は限定されるものではない。 The boring step is a step of forming the boring hole 4 from the advanced mine 2 downward.
In the present embodiment, the two boring holes 4 and 4 are formed at an interval in the axial direction of the main tunnel 1. The boring hole 4 is formed by drilling in a vertical direction (downward) from the advanced mine 2 and embedding a pipe material (not shown). In addition, the number of the boring holes 4 is not limited.

ボーリング孔４の先端は、本設トンネル１の底部にまで到達している。なお、ボーリング孔４の先端を、本設トンネル１の底部よりも深い位置に到達させてもよい。
ボーリング孔４の下端部には、有孔管（図示せず）を配管しておく。すなわち、本設トンネル１の掘削領域からの排水および当該掘削領域への止水材５の注入が可能となるように、本設トンネル１の断面を含む領域に対して有孔管を配置する。なお、有孔管には、本設トンネル１の施工の妨げとなることがないように、掘削機によって削孔が可能な管材（例えば、塩化ビニルパイプ等）を採用するのが望ましい。 The tip of the borehole 4 reaches the bottom of the main tunnel 1. Note that the tip of the boring hole 4 may reach a position deeper than the bottom of the main tunnel 1.
A perforated tube (not shown) is piped at the lower end of the borehole 4. That is, the perforated pipe is arranged in the region including the cross section of the main tunnel 1 so that the drainage from the excavation region of the main tunnel 1 and the injection of the water blocking material 5 into the excavation region can be performed. In addition, it is desirable to employ | adopt the pipe material (for example, a vinyl chloride pipe etc.) which can be drilled with an excavator so that the construction of the permanent tunnel 1 may not be disturbed for a perforated pipe.

注入工程は、ボーリング孔４から止水材５を注入する工程である。
止水材５の注入は、切羽３に近いボーリング孔４（注入孔６）から行う。このとき、注入孔６よりも切羽３から離れたボーリング孔４（排水孔７）は、大気圧に開放した状態にしておく。
排水孔７を大気圧に開放することで、切羽３の前方の水圧を局所的に低下させる。このようにすると、地中には、排水孔７に向って流れる動水勾配が形成され、注入孔６から止水材５を注入すると、トンネル軸方向に沿って浸透するようになる。
止水材５を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、セメント系材料や水ガラスを使用すればよい。 The injection step is a step of injecting the water blocking material 5 from the boring hole 4.
The water blocking material 5 is injected from the boring hole 4 (injecting hole 6) close to the face 3. At this time, the boring hole 4 (drainage hole 7) further away from the face 3 than the injection hole 6 is kept open to atmospheric pressure.
By opening the drain hole 7 to atmospheric pressure, the water pressure in front of the face 3 is locally reduced. If it does in this way, the dynamic-water gradient which flows toward the drain hole 7 will be formed in the ground, and if the water stop material 5 will be inject | poured from the injection hole 6, it will come to infiltrate along a tunnel axial direction.
The material which comprises the water stop material 5 is not limited, For example, what is necessary is just to use a cement-type material and water glass.

トンネル工程は、先進坑２の下方に本設トンネル１を形成する工程である。
本設トンネル１は、止水材５が注入された地盤内を削孔することにより形成する。
本設トンネル１の掘削方式は限定されるものではなく、例えば、発破掘削方式や機械掘削方式を採用すればよい。また、本設トンネル１の断面形状および断面寸法等は限定されるものではなく、地山状況や本設トンネル１の用途等に応じて適宜設定すればよい。さらに、本設トンネル１の支保構造も、地山状況に応じて適宜設定すればよい。 The tunnel process is a process of forming the main tunnel 1 below the advanced mine 2.
The main tunnel 1 is formed by drilling a hole in the ground into which the water blocking material 5 is injected.
The excavation method of the main tunnel 1 is not limited. For example, a blast excavation method or a mechanical excavation method may be adopted. In addition, the cross-sectional shape and cross-sectional dimensions of the main tunnel 1 are not limited, and may be set as appropriate according to the ground conditions, the use of the main tunnel 1, and the like. Furthermore, the support structure of the main tunnel 1 may be appropriately set according to the natural ground conditions.

以上、本実施形態のトンネル施工方法によれば、先進坑２を利用して、本設トンネル１よりも高い位置から止水材５を注入するため、水柱の高さ分だけ注入圧力を下げることができ、効率的な作業が可能となる。
すなわち、地下水位ＷＬから本設トンネル１までの深さＨ１が１０００ｍの場合には、本設トンネル１には１０ＭＰａの水圧が作用するが、先進坑２から本設トンネル１までの深さＨ２が５００ｍになるようにすれば、この先進坑２と本設トンネル１との水圧の差は５ＭＰａとなる。そのため、先進坑２から本設トンネル１の領域に対して止水材５を注入する際には、本設トンネル１の切羽３または本設トンネル１と同レベルの先進坑（横に並行する先進坑）から止水材５を注入する場合に比べて、注入圧力を大幅に下げた状態で行うことができる。 As mentioned above, according to the tunnel construction method of this embodiment, in order to inject the water stop material 5 from a position higher than the main tunnel 1 using the advanced mine 2, the injection pressure is lowered by the height of the water column. This enables efficient work.
That is, when the depth H1 from the groundwater level WL to the main tunnel 1 is 1000 m, a water pressure of 10 MPa acts on the main tunnel 1, but the depth H2 from the advanced mine 2 to the main tunnel 1 is If it is set to 500 m, the difference in water pressure between the advanced mine 2 and the main tunnel 1 will be 5 MPa. Therefore, when water-stopping material 5 is injected from the advanced mine 2 into the area of the main tunnel 1, the face 3 of the main tunnel 1 or an advanced mine at the same level as the main tunnel 1 (advanced side-by-side Compared to the case of injecting the water blocking material 5 from the mine), the injection pressure can be greatly reduced.

排水孔７から地下水Ｗを排水することにより形成された動水勾配を利用しているため、止水材５の注入圧をさらに低減させることができる。
そのため、止水材５の注入に使用する各機器設備（例えば、注入ポンプ等）の仕様を落とすことが可能となり、ひいては経済的な施工が可能となる。
また、排水孔７により排水することで、水圧を下げた状態で本設トンネル１を掘削することが可能となる。
さらに、切羽３側のボーリング孔４を注入孔６とするとともに、切羽３から離れたボーリング孔４を排水孔７として止水材５を注入しているので、トンネル軸方向に沿って止水材５を注入できる。すなわち、注入範囲８を本設トンネル１の計画線上に限定することが可能となり、ひいては効果的な止水材注入が可能となる。 Since the dynamic water gradient formed by draining the groundwater W from the drain hole 7 is used, the injection pressure of the water blocking material 5 can be further reduced.
Therefore, the specification of each equipment (for example, injection pump etc.) used for injection | pouring of the water stop material 5 can be dropped, and also economical construction is attained.
Further, by draining through the drain hole 7, the main tunnel 1 can be excavated with the water pressure lowered.
Furthermore, since the boring hole 4 on the face 3 side is used as the injection hole 6 and the water-stopping material 5 is injected using the boring hole 4 away from the face 3 as the drainage hole 7, the water-stopping material is provided along the tunnel axis direction. 5 can be injected. That is, it is possible to limit the injection range 8 to the planned line of the main tunnel 1 and, in turn, effective water stop material injection is possible.

また、地上部の状況に関わらず、安全かつ確実に止水工事を実施することが可能となる。
また、動水勾配を利用することで、注入孔６から排水孔７に至る範囲に止水材５を注入することが可能となり、効率的である。なお、ボーリング孔４同士の間隔を大きくすることも可能である。 Moreover, it becomes possible to carry out water stop work safely and reliably regardless of the situation on the ground.
Moreover, it becomes possible to inject | pour the water stop material 5 into the range from the injection hole 6 to the drain hole 7 by utilizing a dynamic water gradient, and it is efficient. It is also possible to increase the interval between the boring holes 4.

また、本設トンネル１の施工に先だって止水材５の注入を行うため、本設トンネル１の施工時の湧水を防止することができる。そのため、切羽３に対して、バルクヘッドを構築せずとも、安全な施工が可能となる。また、先進坑２の掘削により、本設トンネル１の切羽前方の水圧の低下が期待できる。
また、止水材５の注入孔は本設トンネル１から十分に離れた位置に設置すれば本設トンネル１内に止水材５が流出することもない。
さらに、先進坑２は、土被りが比較的浅い位置に施工するため、比較的容易に施工することができる。 Further, since the water blocking material 5 is injected prior to the construction of the main tunnel 1, spring water during the construction of the main tunnel 1 can be prevented. Therefore, safe construction is possible for the face 3 without constructing a bulkhead. Further, the excavation of the advanced mine 2 can be expected to reduce the water pressure in front of the face of the main tunnel 1.
Further, if the injection hole for the water stop material 5 is installed at a position sufficiently away from the main tunnel 1, the water stop material 5 does not flow into the main tunnel 1.
Furthermore, since the advanced mine 2 is constructed at a position where the earth covering is relatively shallow, it can be constructed relatively easily.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、ボーリング孔の本数、内径、配置および角度は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。複数本のボーリング孔は、本設トンネルの縦断方向に間隔をあけて列状に配置してもよいし、複数列配置してもよい。また、ボーリング孔は、本設トンネルの縦断方向に千鳥状に配置してもよい。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the above-described components can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.
For example, the number of bore holes, the inner diameter, the arrangement, and the angle are not limited and may be set as appropriate. The plurality of boring holes may be arranged in a row at intervals in the longitudinal direction of the main tunnel, or may be arranged in a plurality of rows. Further, the boring holes may be arranged in a staggered manner in the longitudinal direction of the main tunnel.

また、前記実施形態では、先進坑を地下水位よりも深い位置に形成する場合について説明したが、先進坑は、地下水位よりも浅い位置に形成してもよい。
前記実施形態では、山間部においてトンネル（本設トンネル）を施工する場合について説明したが、トンネルの施工箇所は限定されるものではなく、例えば都市部であってもよい。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where an advanced mine was formed in a position deeper than a groundwater level, you may form an advanced mine in a position shallower than a groundwater level.
Although the said embodiment demonstrated the case where a tunnel (main construction tunnel) was constructed in a mountainous area, the construction location of a tunnel is not limited, For example, an urban area may be sufficient.

１ 本設トンネル
２ 先進坑
３ 切羽
４ ボーリング孔
５ 止水材
６ 注入孔
７ 排水孔
８ 注入範囲 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main tunnel 2 Advanced mine 3 Face 4 Boring hole 5 Water stop material 6 Injection hole 7 Drainage hole 8 Injection range

Claims (3)

先進坑を形成する先進坑工程と、
前記先進坑から下方に向けてボーリング孔を形成するボーリング工程と、
前記ボーリング孔から止水材を注入する注入工程と、
前記先進坑の下方に本設トンネルを形成するトンネル工程と、を備えていることを特徴とする、トンネル施工方法。 Advanced mine process to form advanced mine,
A boring process for forming a boring hole downward from the advanced mine,
An injection step of injecting a water-stopping material from the boring hole;
A tunnel process for forming a permanent tunnel below the advanced mine, and a tunnel construction method. 前記ボーリング工程では、複数本のボーリング孔を形成し、
前記注入工程では、複数本の前記ボーリング孔のうちの少なくとも１本の前記ボーリング孔を大気圧に開放した状態で、他の前記ボーリング孔から止水材を注入することを特徴とする、請求項１に記載のトンネル施工方法。 In the boring step, a plurality of boring holes are formed,
The water injection material is injected from the other boring holes in the injecting step in a state where at least one of the boring holes is opened to atmospheric pressure. The tunnel construction method according to 1. 前記ボーリング工程では、前記本設トンネルの軸方向に間隔をあけて複数本のボーリング孔を形成し、
前記注入工程では、前記本設トンネルの切羽から離れた位置に形成されたボーリング孔を大気圧に開放した状態で、切羽側に形成されたボーリング孔から止水材を注入することを特徴とする、請求項１に記載のトンネル施工方法。 In the boring step, a plurality of boring holes are formed at intervals in the axial direction of the permanent tunnel,
In the injecting step, the water stop material is injected from the boring hole formed on the face side while the boring hole formed at a position away from the face of the permanent tunnel is opened to atmospheric pressure. The tunnel construction method according to claim 1.
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