JP6216008B1 - フットパイル頭部金具およびそれを用いた、支保工とフットパイルの接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウィングリブ付き支保工を使用せずに、容易にフットパイルと支保工を一体化することができる、フットパイル頭部金具を提供する。【解決手段】トンネルの上半先進工法のフットパイル工法において支保工からフットパイルに荷重を伝えるためにフットパイル頭部に取り付けるフットパイル頭部金具であって、中央に前記フットパイルと略同径の貫通孔を有する長方形のプレートと、前記プレートの下面の前記貫通孔の周囲に取り付ける管体と、前記プレートの上面の四隅付近に突設するボルトと、からなり、前記管体の内周面は、前記フットパイル頭部の雄ネジ部と螺合するための雌ネジ部を有する。【選択図】図１

Description

本発明はトンネルの上半先進工法のフットパイル工法において使用するフットパイル頭部金具およびそれを用いた支保工とフットパイルの接続方法に関するものである。

山岳トンネルの掘削は、一般的にまず上半分（上半）を掘削して支保工を設置し、その後下半分（下半）を掘削・支保する手法が用いられる。
このとき、地山状態によっては、下半掘削時に支保工の脚部が沈下し、トンネル全体の沈下へと繋がり、トンネルの出来形不良や、地表面・近接構造物への悪影響を招いてしまう。

脚部沈下を防ぐ工法として、フットパイル工法が知られている（図５）。
フットパイル工法は上半の支保工に作用する荷重を、フットパイルを介して地盤に伝えることにより、フットパイルが基礎杭となり沈下を防止する工法である。
従来のフットパイル工法では、脚部にウィングリブ付きの支保工を使用し、ウィングリブにフットパイル頭部を固定することで、支保工に作用する荷重をフットパイルに伝達する。
ウィングリブとフットパイルの接続方法は、吹付けコンクリートに埋設する方法（図６ａ）と、フットパイル頭部を鋼材でウィングリブに溶接する方法（図６ｂ）がある。

上述した従来のフットパイル工法には、以下のような問題があった。
（１）フットパイル工法はウィングリブ付きの支保工の使用が前提となるため、上半掘削前に予め計画しておく必要がある。しかし、下半掘削時の沈下の懸念は上半掘削時に判明することも多く、その場合にはウィングリブ付きの支保工の使用ができず、フットパイル工法の採用が困難であった。
（２）ウィングリブ付きの支保工を用いた場合は、上半の支保工建て込み後、吹付けの前にフットパイルを打設して、上述の図６ａ、図６ｂで挙げた接続方法を行う必要がある。本来変形の生じやすい地山では、変形防止のため早期に吹付けを行う必要があるが、これらの接続方法では吹付け前に支保工とフットパイルの接続を行う必要があるため、吹付けまでに時間を要していた。
（３）接続作業は切羽直近での作業時間が長くなり、安全上の問題があった。
（４）ウィングリブ付きの支保工の設置に際して、脚部の地山を大きく掘り込むために、脚部沈下の助長あるいは側壁部の地山崩壊などを招く可能性があった。

本発明は、ウィングリブ付きの支保工を使用せずに、容易にフットパイルと支保工を一体化することができる、フットパイル頭部金具およびそれを用いた、支保工とフットパイルの接続方法を提供することを目的とする。

上記のような課題を解決する本願の第１発明は、トンネルの上半先進工法のフットパイル工法において支保工からフットパイルに荷重を伝えるためにフットパイル頭部に取り付けるフットパイル頭部金具であって、中央に前記フットパイルと略同径の貫通孔を有する長方形のプレートと、前記プレートの下面の前記貫通孔の周囲に取り付ける管体と、前記プレートの上面の四隅付近に突設するボルトと、からなり、前記管体の内周面は、前記フットパイル頭部の雄ネジ部と螺合するための雌ネジ部を有することを特徴とする、フットパイル頭部金具を提供する。
本願の第２発明は、第１発明のフットパイル頭部金具において、前記ボルトは、ボルト径が１０〜１６ｍｍであり、前記プレート上面からのボルト突出長が５０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下であることを特徴とする、フットパイル頭部金具を提供する。
本願の第３発明は、第１発明又は第２発明のフットパイル頭部金具を用いた、支保工とフットパイルの接続方法であって、トンネルの上半分を掘削して支保工を設置し、地山に吹付けコンクリートを吹き付け、フットパイル打設位置の吹付けコンクリートを撤去し、前記吹付けコンクリート撤去部分からフットパイルを打設し、前記フットパイルに充填材注入管を挿入し、前記フットパイルの頭部に前記フットパイル頭部金具を螺合し、前記フットパイル内部に充填材を充填し、前記吹付けコンクリート撤去部分に吹付けコンクリートまたはモルタルで修復して、前記フットパイル頭部金具を修復部分に埋設することを特徴とする、支保工とフットパイルの接続方法を提供する。

本発明は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果の少なくとも一つを得ることができる。
（１）ウィングリブ付き支保工を使用しないため、上半掘削後やトンネル壁面に吹付けコンクリートを吹付けた後であってもフットパイル工法を採用することができる。
（２）ウィングリブ付き支保工を使用しなくてもフットパイルと支保工を一体化することができ、支保工からの荷重をフットパイルに効率よく伝達することができる。
（３）脚部での作業はすべて上半吹付け終了後となるため、作業の安全性が高まる。
（４）ウィングリブ付き支保工を使用しないため、ウィングリブ設置時の脚部沈下の助長や側壁部の地山崩壊の危険がなくなる。

本発明のフットパイル頭部金具の斜視図。 本発明のフットパイル頭部金具の側面図。 本発明のフットパイル頭部金具の配置状態の説明図。 本発明のフットパイル頭部金具を用いた支保工とフットパイルの接続方法の説明図。 従来のフットパイル工法の説明図 従来のフットパイル工法におけるウィングリブとフットパイルの接続方法の説明図。（ａ）はトンネル軸方向から見たフットパイルと支保工の吹付けコンクリートによる接続状況の説明図であり、（ｂ）はトンネル横断方向、トンネル内空側から見たフットパイルと支保工の鋼材による接続状況の説明図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

［実施例１］
＜１＞フットパイル頭部金具。
本発明のフットパイル頭部金具は、長方形のプレート１と、プレート１の下面に取り付ける管体２と、プレート１の上面の四隅付近に突設するボルト３と、からなる（図１）。
フットパイル頭部金具は、フットパイル４の頭部に取り付ける。

＜２＞プレート。
プレート１は、中央に貫通孔１１を有する長方形の鋼板である（図２）。
貫通孔１１はフットパイル４と略同径である。
プレート１の大きさは例えば縦（短辺）１５０ｍｍ、横（長辺）２００ｍｍとし、厚さは９ｍｍ〜１５ｍｍとする。
プレート１の四隅付近には、ボルト３を挿通するボルト挿通孔１２を有する。

＜３＞管体。
管体２は鋼管からなり、プレート１の下面の貫通孔１１の周囲に取り付ける部材である。
管体２は内部に雌ネジ部２１を有し、フットパイル４の頭部の雄ネジ部４１と螺合することにより、フットパイル頭部金具をフットパイル４に取り付ける。
フットパイル４には外径が１１４．３ｍｍの鋼管が多用されているため、管体２はこれに螺合する径の鋼管とする。

＜４＞ボルト。
ボルト３は、ボルト頭部３１をプレート１の上面の四隅付近から突設する。
ボルト３は、先端をボルト挿通孔１２にプレート１の上面から挿通し、プレート１の上下に配置したナット３２により固定する。また、ボルト３はプレート１に溶接してもよい。
ボルト３は、例えばボルト径が１０〜１６ｍｍであり、プレート１の上面からの突出長が５０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下であり、ボルト頭部３１がトンネル内空に突出しない長さとする。

＜５＞支保工との一体化。
フットパイル４の頭部に取り付けたフットパイル頭部金具は支保工５の脚部５１近傍に位置し、周囲に充填したモルタルやコンクリート等からなる修復材６により支保工５と一体となる（図３ａ）。支保工５にはウィングリブを使用しないが、フットパイル４と支保工５を修復材６により一体化することができ、支保工５からの荷重をフットパイル４に効率よく伝達することができる。
支保工５の軸力はプレート１を介してフットパイル４の軸方向に伝達される。またプレート１に沿ったせん断力に対してはプレート１に突設したボルト３がせん断抵抗体となる。

＜６＞プレートの向き。
フットパイル頭部金具は、プレート１の長辺がトンネル軸方向と平行になるようにフットパイル４に取り付ける（図３ｂ）。プレート１の長辺をトンネル軸方向と平行にすることにより支保工５の軸力に対する支圧を確保するとともに、プレート１の短辺がトンネル横断方向に配置されることでプレート１の修復材６に対するかぶり厚さを確保できる。

［実施例２］
＜１＞支保工とフットパイルの接続方法。
次に、本発明のフットパイル頭部金具を用いた、支保工５とフットパイル４の接続方法を説明する。

＜２＞支保工の構築。
トンネルの上半を掘削して支保工５を設置し、地山に吹付けコンクリート７を吹き付ける（図４ａ）。
本発明ではウィングリブ付き支保工を用いないため、支保工５設置後すぐに吹付けコンクリート７を吹き付けることができる。
これ以後の作業は全て上半吹付け終了後となるため、作業の安全性が高まる。

＜３＞吹付けコンクリートの撤去。
フットパイル４の打設方向に合わせて、吹付けコンクリート７を撤去して空間Ｓを形成する（図４ｂ）。
空間Ｓのトンネル横断方向の範囲は、支保工５のトンネル内空側端面から地山に至る範囲であるが、フットパイル頭部金具のかぶり厚さを確保するために、吹付けコンクリート７と合わせて地山８の一部も撤去してもよい。
また、トンネル軸方向の範囲は、支保工５の一端からプレート１の長辺の長さに約２００ｍｍを加えた幅であり、高さ方向は、フットパイル４を打ち込むために最低限必要な範囲である（図３ｂ）。
吹付けコンクリート７の一部を撤去するのみであり、トンネルの上半は安定したままであり、作業の安全性が高い。

＜４＞フットパイルの打設。
吹付けコンクリート７を撤去してできた空間Ｓから、フットパイル４を打設する（図４ｃ）。
フットパイル４の打設は吹付けコンクリート７吹付け後となるため、安全に作業することができる。
打設したフットパイル４にはフットパイル内等にフットパイル充填材（モルタル、ウレタン等）を充填するための注入管８を挿入する。

＜５＞フットパイル頭部金具の取り付け。
打設したフットパイル４の頭部に、予めプレート１にボルト３を固定したフットパイル頭部金具を取り付ける（図４ｄ）。
フットパイル４の頭部から延出する注入管８をフットパイル頭部金具の管体２に挿入し、管体２内部の雌ネジ部２１をフットパイル４の頭部の雄ネジ部４１に螺合する。雌ネジ部２１と雄ネジ部４１との螺合であり、工具を使用せずに容易に取り付けることができる。また、フットパイル頭部金具のがたつきもなく、フットパイル頭部金具を空間Ｓに納めることができる。
フットパイル頭部金具はプレート１の長辺がトンネル軸方向と平行になるようにフットパイル４に取り付けるが、フットパイル頭部金具は螺合により取り付けるため、プレート１の向きに調整も容易である。

＜６＞空間Ｓの修復。
注入管８を通して、フットパイル４内等にフットパイル充填材を注入する。
その後、フットパイル頭部金具周囲の空間Ｓを修復材６により修復して、フットパイル４と支保工５が一体となる（図４ｅ）。

本発明のフットパイル頭部金具を用いた支保工５とフットパイル４の接続方法は、ウィングリブ付き支保工を使用しないため、上半掘削時に沈下が生じたような場合であってもフットパイル工法を採用することができる。
また、ウィングリブ付き支保工を使用しないため、ウィングリブ部分の掘削による脚部沈下の助長や側壁部の地山崩壊の危険がなくなる。

１：プレート
１１：貫通孔
１２：ボルト挿通孔
２：管体
２１：雌ネジ部
３：ボルト
３１：ボルト頭部
３２：ナット
４：フットパイル
４１：雄ネジ部
５：支保工
５１：脚部
６：修復材
７：吹付けコンクリート
８：注入管

Claims (3)

1. トンネルの上半先進工法のフットパイル工法において支保工からフットパイルに荷重を伝えるためにフットパイル頭部に取り付けるフットパイル頭部金具であって、
   中央に前記フットパイルと略同径の貫通孔を有する長方形のプレートと、
   前記プレートの下面の前記貫通孔の周囲に取り付ける管体と、
   前記プレートの上面の四隅付近に突設するボルトと、からなり、
   前記管体の内周面は、前記フットパイル頭部の雄ネジ部と螺合するための雌ネジ部を有することを特徴とする、
   フットパイル頭部金具。
2. 請求項１に記載のフットパイル頭部金具において、
   前記ボルトは、ボルト径が１０〜１６ｍｍであり、前記プレート上面からのボルト突出長が５０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下であることを特徴とする、
   フットパイル頭部金具。
3. 請求項１又は請求項２に記載のフットパイル頭部金具を用いた、支保工とフットパイルの接続方法であって、
   トンネルの上半分を掘削して支保工を設置し、
   地山に吹付けコンクリートを吹き付け、
   フットパイル打設位置の吹付けコンクリートを撤去し、
   前記吹付けコンクリート撤去部分からフットパイルを打設し、
   前記フットパイルに充填材注入管を挿入し、
   前記フットパイルの頭部に前記フットパイル頭部金具を螺合し、
   前記フットパイル内部に充填材を充填し、
   前記吹付けコンクリート撤去部分を吹付けコンクリートまたはモルタルで修復して、前記フットパイル頭部金具を修復部分に埋設することを特徴とする、
   支保工とフットパイルの接続方法。

Images