JP2016223127A

JP2016223127A - トンネル施工方法

Info

Publication number: JP2016223127A
Application number: JP2015109270A
Authority: JP
Inventors: 山本　肇; Hajime Yamamoto; 肇山本
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2035-05-29
Also published as: JP6552278B2

Abstract

【課題】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。【解決手段】地下水位ＷＬよりも低い位置に先進坑２を形成する先進坑工程と、先進坑２から下方に向けてボーリング孔３を形成するボーリング工程と、ボーリング孔３から止水材を注入する注入工程と、先進坑２の下方に本設トンネル１を形成するトンネル工程とを備えているトンネル施工方法。【選択図】図１

Description

本発明は、トンネル施工方法に関する。

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。

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。

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。

特開２００９−１７４１７１号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims

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。
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。
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。