JP4603652B2

JP4603652B2 - 地山の固結方法

Info

Publication number: JP4603652B2
Application number: JP2000047479A
Authority: JP
Inventors: 章夫田中
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2020-02-24
Also published as: JP2001234690A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トンネル工事等の掘削に際して崩落のおそれがある軟弱な地山あるいはポーラスな状態にある地山を、セメントミルクや薬液等のグラウトを用いて掘削する地山を固結する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
軟弱な地山やポーラスな状態の地山を掘削してトンネルを形成する場合には、通常の掘削工法では支保工を建込むまでに地山が崩落するおそれがあり、このため従来は掘削を行うに先立って地山にグラウトを浸透させることによって掘削を行う部分を予め固結、補強する、いわゆる注入工法が採用されている。
【０００３】
この注入工法としては、例えば特開平１１−１８２１７３号公報に開示の手法が知られている。すなわち、図１に示すように、トンネルの掘削切羽１の周辺部から地山２に対して、掘削方向Ｄの斜めトンネル外側に向けて、例えばドリルなどで穿った孔に注入管３を打ち込むことを、図１（ｂ）に示すように、切羽１の周辺部に沿って間隔を置いた複数位置において行う。次いで、これら注入管３から、地山２内にグラウトを注入して、掘削外周部分の地山を固結するのである。
そして、固結した部分の掘削を進めたのち、再び上記の注入管３の打ち込みを行って、地山の固結を掘削方向に順次進めることによって、トンネルの掘削工事を安全に行うことができる。
【０００４】
なお、グラウトの注入は、注入管の後端部からポンプ等の液体供給手段にて薬液などを圧送し、注入管先端部の開口より該薬液を吐出させて地山内に浸透させ、その後の薬液の化学反応にて地山を固結するものであり、これによって崩落しやすい地山を固結して補強する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、地山に打ち込んだ注入管は、その後端部が切羽内に露出し、次工程の掘削の障害になるため、注入管の打ち込みに先立ち、図２に示すように、最終的にトンネルとなる空間Ｔの外側に余分な空間Ｋを掘削して、次いでこの空間Ｋを介して注入管３の打ち込みを行って、注入管３の後端部がトンネル内に露出するのを回避する、いわゆる拡幅工法が採用されていた。
【０００６】
しかし、この拡幅工法では、トンネルを掘削打面が大きくなると共に、空間Ｋをコンクリートなどにて塞ぐ作業が別途必要になり、施工および原材料に多大のコストを要することが問題であった。
【０００７】
上記した特開平１１−１８２１７３号公報に開示の技術では、注入管の後端側に樹脂製の注入管を用いて、切羽内に露出する管部分を樹脂にすることによって、この樹脂部分を地山とともに掘削する手法が、提案されている。この手法によって、上記した拡幅工事を不要とした、無拡幅工法が実現される。
【０００８】
ところで、注入管３の打ち込みは、全ての注入管で等しい打ち込み角度で行われ、その際、図３に示すように、掘削方向Ｄに対する傾斜角度として定義される、注入管３の打ち込み角度αは１０°前後であるのが通例である。
【０００９】
すなわち、無拡幅工法において、上記打ち込み角度αが大きいと、注入管３の打ち込み開始点からトンネルとなる空間までに占める、取り除く注入管の後端部の長さを短くできる利点がある反面、切羽から注入管先端までの距離が長くなるため、切羽の近くまで固結が及ばない結果、掘削時に掘削天井面（以下、天端と示す）の崩落を生じ易い不利がある。
【００１０】
一方、打ち込み角度αが小さいと、天端の崩落は回避できるが、注入管３の打ち込み開始点からトンネルとなる空間までに占める、注入管の後端部長が長くなり、取り除く注入管部分が長くなることが問題となる。
従って、これらの要因に鑑み、通常は打ち込み角度αを１０°程度に設定している。
【００１１】
しかしながら、全ての注入管を打ち込み角度α：１０°程度で均等に打ち込んでいるため、拡幅工を伴う長尺先受工法と比較すると、同じ先受け長さでも鋼管と天端との距離が長くなり、この離れた部分をグラウトで改良することが難しい場合があり、また改良が可能であってもグラウト注入量を大幅に増加する必要があり、コストの増加をまねく不利がある。いずれにしても、鋼管と天端との間の部分の崩落を、防止する手だてが必要である。
【００１２】
そこで、この発明は、掘削時に天端の崩落をまねくことのない、地山の固結を確実に行う新規な方途について、提案することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明の要旨構成は、次の通りである。
（１）トンネルの同一掘削切羽面で相互に離間した複数の位置から、トンネルの掘削方向に残る地山の掘削方向斜めトンネル外側に向けて、それぞれ注入管を打ち込み、これら注入管を介して地山内にグラウトを注入して、掘削外周部分の地山を固結するに当り、上記注入管として、その長手方向の少なくとも一か所に、該注入管を複数本に分断するための、全周に亘って延びる細溝からなる切り欠きを有する注入管を用いて、上記同一切羽面で相互に離間した複数の打ち込み位置の各々に注入管を打ち込むに際し、注入管の掘削方向に対するトンネル外側に向けた傾斜角度を、少なくとも２種の異なる角度に打ち込み、打ち込んだ前記注入管を介して地山内にグラウトを注入し、その後トンネル空間に露出する注入管の後端部分を上記切り欠きから取り除くことを特徴とする地山の固結方法。
【００１４】
（２）上記（１）において、トンネル外側に向けた傾斜角度が２種であることを特徴とする地山の固結方法。
【００１５】
(3) 上記(1) または(2) において、注入管の掘削方向に対する傾斜角度が０〜４５°であることを特徴とする地山の固結方法。
【００１６】
(4) 上記(1) 、(2) または(3) において、無拡幅工法によって注入管の打ち込みを行うことを特徴とする地山の固結方法。
【００１８】
(5) 上記(1) ないし(4) のいずれかにおいて、注入管は、外周にねじ山を有するロックボルトからなることを特徴とする地山の固結方法。
【００１９】
(6) 上記(5) において、ロックボルトはその本体が中空パイプからなり、この中空パイプの先端に円錐形の頭部を有するコーンを備えた挿入管式のものであることを特徴とする地山の固結方法。
【００２０】
（７）上記（５）において、ロックボルトはその本体が中空パイプからなり、この中空パイプの先端に掘削刃を有するビットを備えた自穿孔式のものであることを特徴とする地山の固結方法。
【００２１】
(8) 上記(1) ないし(7) のいずれかにおいて、注入管が周壁の内外に通じる貫通孔を複数有する筒体からなり、その内部に該貫通孔を通してグラウトを吐出、浸透させる少なくとも一本の吐出パイプを備えたものであることを特徴とする地山の固結方法。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、図４を用いて、この発明の方法について詳しく説明する。この方法では、上記同一切羽面１で、相互に離間した複数の打ち込み位置の各々に、地山２に向けて、注入管３を打ち込むに際し、少なくとも２本の注入管３ａおよび３ｂを、少なくとも２種の異なる打ち込み角度αで打ち込むことを特徴とする。
【００２３】
すなわち、従来は、各打ち込み位置に各１本の注入管３を、同一の打ち込み角度で打ち込んでいたのに対して、ここでは、各打ち込み位置に、少なくとも２本の注入管３ａおよび３ｂのうち、各１本の注入管３ａまたは３ｂを打ち込み角度αを相互に異ならせて打ち込むことによって、従来は不可能であった、極めて小さい打ち込み角度αでの注入管の打ち込みを実現するものである。
【００２４】
このように、上記同一切羽１面で、相互に離間した複数の打ち込み位置の各々に、注入管３を打ち込むに際し、異なる打ち込み角度αで打ち込まれた注入管を配することによって、掘削方向のトンネル周囲の地山内に、図５に示すように、アーチ状に並ぶ注入管３ａおよび３ｂの列を二重に設けることができる。従って、これら注入管３ａおよび３ｂからのグラウトの注入による固結層も二重に、しかも切羽１の天端付近にまで形成することができ、掘削中の天端の崩壊は未然に防止される。
【００２５】
具体的には、注入管の打ち込み角度を少なくとも２種に分ける例として、例えば図４に示した例では、注入管３ａの打ち込み角度α1 を５°および注入管３ｂの打ち込み角度α2 を１０°に選択設定した。
【００２６】
例えば、打ち込み角度α₂ が１０°の場合、注入管３ｂの打ち込み位置より３ｍ先で注入管３ｂの先端が掘削予定の天端より上（外）側に位置することになる。従って、天端からトンネル内に露出する注入管３ｂ後端部分は３ｍになり、この３ｍの後端部分を取り除けばよい。一方、打ち込み角度α₁ が５°の場合、注入管３ａの打ち込み位置より６ｍ先で注入管３ａの先端が掘削予定の天端より上（外）側に位置することになる。従って、天端からトンネル内に露出する注入管３ｂ後端部分は６ｍになり、この６ｍの後端部分を取り除けばよいことになる。従って、注入管用の鋼管が３ｍの管を単位としてジョイントした構造である場合、上記の打ち込み角度に設定することによって、注入管３ａおよび３ｂに同じ注入管用鋼管を使用することができるのである。すなわち、注入管３ａでは２単位分の６ｍを折って取り除き、一方注入管３ｂでは１単位分の３ｍを折って取り除けばよいのである。換言すると、使用する注入管用鋼管のジョイント構造に応じて、上記２種の打ち込み角度を選択設定することによって、注入管用鋼管の集約をはかることができるのである。
【００２７】
さらに、上記の関係の下、注入管の打ち込み角度を０〜４５°の範囲とすることが好ましい。なぜなら、打ち込み角度が４５°超えでは、注入管の掘削方向に延ばすことができないため、掘削長さを長くすることが難しくなり、一方下限は、拡幅工法の場合は０°にすることも可能であるから、０°を含めることとした。なお、掘削長さが短い場合には、注入管の打ち込み角度を４５°以上にしても構わない。
【００２８】
なお、各打ち込み位置において、同一切羽面で相互に離間した複数の打ち込み位置の各々に注入管を打ち込むに際し、注入管の掘削方向に対するトンネル外側に向けた傾斜角度を、２種の異なる角度にて打ち込む手順は、通常の長尺先受工法の打設パターンと同じでよく、奇数孔と偶数孔とで打ち込み角度を変えればよい。
【００２９】
ここで、以上の地山の固結方法においても、上述した無拡幅工法を採用することがコスト面で有利であり、そのためには、管長手方向の少なくとも一か所に、管を複数本に分断するための周方向に延びる切り欠きを有する、注入管を用いることによって、トンネル空間に露出する管後端側部分を、グラウト注入後に取り除く必要がある。
【００３０】
すなわち、図６に示す注入管３は、注入管本体３１の長手方向に離間した２個所に、切り欠き３２を設けた例であり、その要部を拡大したものを図７に示す。この図６および７に示した注入管における切り欠き３２は、注入管本体３１の周りでその肉厚を薄くするＶ字状の断面になる細溝を例としたものであり、このような切り欠き３２を注入管に予め設けておくことにより、注入管をその途中で分断することができる。例えば、図８に示すように、注入管本体３１を分断用の工具で折り曲げる向きに力を加えるのみで比較的簡単に注入管を切り離すことが可能で、地山の固結、補強に使用した注入管がその掘削過程で露出しても効率よく露出部分を取り除くことができる。
この切り欠き３２は、注入管の長さや材質（強度）によっても異なるが、例えば注入管本体３１の長手方向に沿い例えば１０００mm間隔で設けることができる。
【００３１】
また、いわゆるフォアポーリング工法に適用して好適な注入管として、外周にねじ山３３を有するロックボルト（中空パイプ）を使用し、その先端に円錐形の頭部３４を有するコーンを備えた挿入管式の例（地山に形成した長尺の孔へのスムーズな挿入が可能なタイプ）を図９に、また、同じくフォアポーリング工法に適用して好適な注入管として、外周にねじ山３を有するロックボルトを使用し、その先端に掘削刃を設けたビット５を有する自穿孔式の例を図１０に示す。
【００３２】
上掲図９、図１０に示した注入管は図１１にその要部を拡大して示す如く何れのものにおいても、切り欠き３２をその長手方向に沿い所望の間隔をおいて複数箇所設けることができ、かかる注入管として例えば、ねじ山３３を含むその外径を２８. ５mm、ねじ山３を差し引いた径を２４. ５mm、内径を１０mmになる鋼製のロックボルトを使用した場合、切り欠き３２の溝幅ｔは２mm程度に、溝深さｈは１mm程度に設定するとよい。
【００３３】
図１２（ａ）（ｂ）は、先端先受工法に適用して好適な注入管の例を示したものであって、図において３６は注入管の本体を構成する筒体であり、この筒体３６はその周壁の内外に通じる複数の貫通孔３６ａを有し、その内部には、該貫通孔３６ａを通してグラウトを吐出、浸透させる吐出パイプ３７が配置される。また、３８は筒体３６を分断する切り欠きであって、この例では細溝を凹断面からなるものとして示してある。筒体３６として例えば、鋼管 (外径が１１４. ３mm、１０１. ６mmになるJIS ＳＴＫ４００の鋼管) を使用した場合、切り欠き３８の配置間隔Ｌは１０００mm程度に、溝幅ｔは２mm程度に、また、溝深さｈは１mm程度に設定するとよい。
【００３４】
また、注入管はＦＲＰ製や鋼管製あるいは塩化ビニール製のものを適用することが可能であり、とくに材質に関しては限定されるものではないが、注入管をその途中から迅速に分断するには鋼管からなるものがとくに好ましい。節としての細溝は本発明においてはＶ字状の断面を有するものの他、凹状断面になるものを例として示したが、細溝の断面形状はこれにのみ限定されるものではなく、使用する素材やサイズ等によって適宜に変更できる。また、溝幅や深さについても使用する素材やサイズ等に応じて変更される。
【００３５】
以上、注入管を分断するために注入管の肉厚を薄くする細溝の切り欠きを設けた場合を例にして説明したが、例えば、連結部分で地山に挿入するに足る十分な強度が確保できるならば図１３に示すような一定の長さになる中空管Ｔを複数本用意しその一端にテーパーを有するおねじｔ₁ を、もう一端にはおなじテーパーになるめねじｔ₂ をそれぞれ形成し、これらの中空管Ｔを図１４に示すようにそれぞれ連結して注入管とすることも可能であり、この場合、ねじによる連結部が切り欠きの働きをすることになり、この部位にて注入管に曲げ力を加えることによって細溝よりなる切り欠きと同様、注入管を簡便に分断することができる。
【００３６】
【発明の効果】
この発明によれば、崩落しやすい軟弱な地山等のグラウトによる固結、補強を確実に行うことによって、特に掘削中の切羽天端付近からの崩落を回避することができるから、トンネル工事等における掘削作業を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の注入管の打ち込み要領を示した図である。
【図２】拡幅工法を説明する図である。
【図３】注入管の打ち込み角度を説明する図である。
【図４】この発明の注入管の打ち込み要領を示した図である。
【図５】この発明の注入管の打ち込み要領を示した図である。
【図６】この発明に従う注入管の構成を示した図である。
【図７】図６の要部を拡大して示した図である。
【図８】注入管の分断状況を示した図である。
【図９】挿入式注入管の外観を示した図である。
【図１０】自穿孔式注入管の外観を示した図である。
【図１１】図９、図１０に示した注入管の要部を拡大して示した図である。
【図１２】（ａ）（ｂ）は先端先受工法に使用して好適な筒体とその要部を示した図である。
【図１３】一端にテーパーを有するおねじを有し、他端にそのおねじに適合するテーパー付きのめねじを有する中空管を示した図である。
【図１４】図１３に示した中空管にて注入管を構成した例を示した図である。
【符号の説明】
１切羽
２地山
３注入管
３１注入管本体
３２切り欠き
３３ねじ山
３４円錐形の頭部
３５ビット
３６筒体
３７吐出管
３８切り欠き
Ｔ中空管
ｔ₁ おねじ
ｔ₂ めねじ
ｔ溝幅
ｈ溝深さ

Claims

トンネルの同一掘削切羽面で相互に離間した複数の位置から、トンネルの掘削方向に残る地山の掘削方向斜めトンネル外側に向けて、それぞれ注入管を打ち込み、これら注入管を介して地山内にグラウトを注入して、掘削外周部分の地山を固結するに当り、上記注入管として、その長手方向の少なくとも一か所に、該注入管を複数本に分断するための、全周に亘って延びる細溝からなる切り欠きを有する注入管を用いて、上記同一切羽面で相互に離間した複数の打ち込み位置の各々に注入管を打ち込むに際し、注入管の掘削方向に対するトンネル外側に向けた傾斜角度を、少なくとも２種の異なる角度に打ち込み、打ち込んだ前記注入管を介して地山内にグラウトを注入し、その後トンネル空間に露出する注入管の後端部分を上記切り欠きから取り除くことを特徴とする地山の固結方法。
請求項１において、トンネル外側に向けた傾斜角度が２種であることを特徴とする地山の固結方法。
請求項１または２において、注入管の掘削方向に対する傾斜角度が０〜４５°であることを特徴とする地山の固結方法。
請求項１、２または３において、無拡幅工法によって注入管の打ち込みを行うことを特徴とする地山の固結方法。
請求項１ないし４のいずれかにおいて、注入管は、外周にねじ山を有するロックボルトからなることを特徴とする地山の固結方法。
請求項５において、ロックボルトはその本体が中空パイプからなり、この中空パイプの先端に円錐形の頭部を有するコーンを備えた挿入管式のものであることを特徴とする地山の固結方法。
請求項５において、ロックボルトはその本体が中空パイプからなり、この中空パイプの先端に掘削刃を有するビットを備えた自穿孔式のものであることを特徴とする地山の固結方法。
請求項１ないし７のいずれかにおいて、注入管が周壁の内外に通じる貫通孔を複数有する筒体からなり、その内部に該貫通孔を通してグラウトを吐出、浸透させる少なくとも一本の吐出パイプを備えたものであることを特徴とする地山の固結方法。