JP5087501B2 - トンネル脚部の補強構造及び補強工法 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル脚部の補強構造に係り、特に、支保工の沈下を効果的に抑制することが可能なトンネル脚部の補強構造及び補強工法に関する。

山岳トンネルの施工にあたり、発破や機械等によって地山を掘削し、トンネルの内周面に吹き付けコンクリートを打設し、地山とコンクリートとを固定するロックボルトを地山内に打設することにより、トンネル周辺の地山自体のアーチアクションを期待してトンネル構造を安定させるＮＡＴＭ（Ｎｅｗ Ａｕｓｔｒｉａｎ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ）が広く実施されている。

この工法では、トンネル掘削時に低強度地山帯に遭遇した場合に、コンクリートの吹き付け前にトンネルの内周面の内側に鋼製支保工を設置してトンネル内周面を補強することがあり、一般的な鋼製支保工では、トンネル内周面を支持する鋼製支保工の下端が、掘削されたトンネル底盤面により支持されている。このため、地山の耐力が小さいときは、鋼製支保工に作用する地圧等で鋼製支保工の脚部がトンネル底盤内に沈下することがある。
これに対し、従来より鋼製支保工の脚部の沈下を抑制するための技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、鋼製支保工の脚部にトンネルの内方に突出するリブを取り付けてトンネル底盤面に接する面積を拡張させることにより、鋼製支保工から地山に伝達する単位面積当たりの荷重を軽減して、鋼製支保工の脚部の沈下を抑制する補助支持具（以下、ウィングリブという）が開示されている。
特開２００５−１７９９６９号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたウィングリブによる接地面積の拡張量はわずかなので、耐力が小さい地山ではなお沈下がすすむ場合がある。

また、ウィングリブは、Ｈ型鋼等の剛性の高い部材が使用される。このようなウィングリブを取り付けた支保工は、一般的な支保工と比べて重量が重くなり、また重量バランスも悪くなるので、設置の作業性が低下する。さらに、このような重量物をトンネル内に搬入したり設置したりするのに、専用機が必要となる場合もある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、簡便に施工可能で、かつ、支保工の沈下を確実に抑制することが可能なトンネル脚部の補強構造及び補強工法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、トンネルの脚部を補強する補強構造であって、前記トンネル内に、前記トンネルの長手方向に所定の間隔で建て込まれた支保工と、隣接する前記支保工間で、かつ、前記トンネルの内周面の内側に所定の厚さに形成されたコンクリート壁と、前記トンネルの脚部に、前記トンネルの内方に突出するとともに、前記トンネルの長手方向に連続して前記支保工及び前記コンクリート壁と一体化し、かつ、トンネル底盤面に接するように構築された補強構造体とを備えることを特徴とする。

本発明のトンネル脚部の補強構造によれば、トンネルの脚部に、そのトンネルの内方に突出するとともに、トンネルの長手方向に連続して支保工及びコンクリート壁と一体化し、かつ、トンネル底盤面に接するように補強構造体が設けられているので、支保工の脚部に作用する荷重を確実に補強構造体に伝達することができる。そして、この補強構造体により、支保工のトンネル底盤面に対する接地面積をトンネルの横断方向及び長手方向へ拡張して、支保工の脚部に作用する荷重を分散させることができる。すなわち、地山に伝達する単位面積当たりの荷重が軽減されるので、支保工の脚部の沈下を確実に抑制することができる。

本発明において、前記補強構造体は、コンクリートからなることとしてもよい。
本発明のトンネル脚部の補強構造によれば、補強構造体は、コンクリートからなるので、支保工及びコンクリート壁に密着して一体化することができる。

また、コンクリートは、吹き付けることが可能なので、コンクリート壁の吹き付け作業と同時に補強構造体を構築することができる。したがって、短時間で効率良く、構築することができる。

さらに、地山が急に悪くなった場合でも、補強構造体の接地面積が大きくなるように、トンネルの横断方向及び長手方向へ吹き付け領域を拡張するだけなので、早急に対応することができる。

本発明において、前記補強構造体は、前記補強構造体の表層部に埋設されるとともに、一端が前記支保工の脚部に接続され、他端がトンネルの内方に突出するように配置される補強鋼材と、前記補強構造体の下端部に埋設されるとともに、下面がトンネル底盤面に接するように配置され、隣接する前記補強鋼材同士をトンネルの長手方向に一連に連結する桁鋼材とを備えることとしてもよい。

本発明のトンネル脚部の補強構造によれば、支保工の脚部にトンネルの内方に突出するように接続され、かつ、補強構造体の表層部に埋設される補強鋼材と、補強構造体の下端部に埋設されるとともに、下面がトンネル底盤面に接するように配置され、隣接する補強鋼材同士をトンネルの長手方向に一連に連結する桁鋼材とを備えているので、補強構造体の強度を高めることができる。

本発明は、トンネルの脚部を補強する補強工法において、前記トンネルの長手方向に所定の間隔で建て込まれた支保工間で、かつ、前記トンネルの内周面の内側にコンクリートを吹き付けてコンクリート壁を形成すると同時に、前記トンネルの脚部に、前記トンネルの内方に突出するとともに、前記トンネルの長手方向に連続して前記支保工及び前記コンクリート壁と一体化し、かつ、トンネル底盤面に接する補強構造体を構築するコンクリート吹き付け工程を備えることを特徴とする。

本発明のトンネル脚部の補強工法によれば、トンネルの掘削作業に伴うコンクリートの吹き付け作業工程内に補強構造体を構築する作業を組み込むことができるので、工期への影響が少ない。また、補強構造体を構築するための専用の装置等を準備する必要が無いので、手間がかからない。

本発明において、前記コンクリート吹き付け工程において、新たに構築する前記補強構造体を既設の前記補強構造体とトンネルの長手方向に一体化するように構築することとしてもよい。

本発明のトンネル脚部の補強工法によれば、トンネルの長手方向に補強構造体を一体化することにより、支保工の脚部に作用する荷重を既設の補強構造体及び新たな補強構造体を利用して分散させることができるので、地山に伝達する単位面積当たりの荷重が軽減され、支保工の脚部の沈下を確実に抑制することができる。

本発明において、前記コンクリート吹き付け工程の前に、前記支保工の脚部に補強鋼材を前記トンネルの内方に突出するように接続して、隣接する前記補強鋼材同士をトンネルの長手方向に桁鋼材で一連に連結する補強材取り付け工程を更に備えることとしてもよい。

本発明のトンネル脚部の補強工法によれば、前記支保工の脚部に補強鋼材を前記トンネルの内方に突出するように接続して、隣接する前記補強鋼材同士をトンネルの長手方向に桁鋼材で一連に連結する補強材取り付け工程を更に備えるので、補強構造体の強度を高めることができる。

本発明によれば、簡便に施工可能で、かつ、支保工の沈下を確実に抑制することが可能になる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を用いて説明する。
図１及び図２は、本実施形態に係るトンネル脚部の補強構造１を示し、それぞれ横断方向断面図、拡大斜視図である。

図１及び図２に示すように、トンネル脚部の補強構造１は、トンネル２の長手方向に所定の間隔で建て込まれた支保工３と、隣接する支保工３間において、トンネル２の内周面２ａの内側に所定の厚さに形成されたコンクリート壁４と、トンネル２の脚部に、コンクリート壁４と一体化するように構築された補強構造体５とを備えている。

支保工３は、トンネル２の横断面の周方向に沿って設置される支保工本体３ａと、支保工本体３ａの下端に取り付けられ、トンネル底盤面２ｂに接地するための底板３ｂとから構成されている。支保工本体３ａは、例えば、Ｈ型鋼からなるアーチ型の鋼製支保工３である。

コンクリート壁４は、コンクリートの吹き付けにより、隣接する支保工３間に、支保工３の内側のフランジ３ｃの表面を覆わない程度の厚さに形成される。

補強構造体５は、トンネル２の内方に突出するとともに、トンネル２の長手方向に連続した略三角柱状のコンクリート塊で、コンクリート壁４と一体化し、かつ、トンネル底盤面２ｂに接している。そして、補強構造体５は、トンネル底盤面２ｂに対する接地面積をトンネル２の横断方向及び長手方向へ拡張して支保工３の脚部に作用する荷重を分散させる。

図３は、本実施形態に係るトンネル脚部の拡大断面図である。図３に示すように、補強構造体５は、一端が支保工３の脚部に接続され、他端がトンネル２の内方に突出するように配置された補強鋼材６と、下面がトンネル底盤面２ｂに接するように配置され、隣接する補強鋼材６同士をトンネル２の長手方向に一連に連結する桁鋼材７とを備えている。

補強鋼材６は略三角柱状のコンクリート塊の表層部に埋設され、桁鋼材７は略三角柱状のコンクリート塊の下端部に埋設されている。
補強鋼材６及び桁鋼材７は、例えば、Ｈ型鋼からなる棒状の鋼材である。補強鋼材６及び桁鋼材７は、支保工３を設置後、現場で溶接によりそれぞれ接続される。

次に、トンネル脚部の補強構造１を構築する施工手順について説明する。本実施形態においては、補強構造体５を切羽から所定の長さＳだけ坑口側に構築する方法について説明する。

図４は、本実施形態に係るトンネル脚部の補強構造１を構築する施工手順を示す工程図である。また、図５〜図７は、本実施形態に係るトンネル脚部の補強構造１の施工手順を示すトンネル２の平面図である。

図４に示すように、トンネル脚部の補強構造１は、補強材取り付け工程Ｓ１０と、コンクリートの二次吹き付け工程Ｓ２０とのサイクルをトンネル２の長手方向に繰り返して行うことにより構築される。

まず、図５に示すように、発破や機械掘削等により上部半断面（以下、上半という）２ｃの切羽を所定の長さＬだけ掘削し、一次吹き付けを実施した後に、トンネル２の横断面の周方向に沿って支保工３を建て込む。本実施形態においては、上半２ｃの切羽を掘削する所定の長さＬを、例えば、２ｍとし、上半２ｃを１ｍ掘削したら掘削作業を停止し、その掘削した箇所に支保工３を建て込んだ。そして、掘削作業と建て込み作業とを１サイクルとし、このサイクルを２回繰り返した。

次に、図６に示すように、切羽から所定の長さＳ以上坑口側に存在し、上記上半２ｃ掘削よりも前に建て込まれた支保工３（以下、既設の支保工という）の脚部に補強鋼材６、桁鋼材７を取り付ける図４の補強材取り付け工程Ｓ１０を実施する。本実施形態においては、切羽からの所定の長さＳを、例えば、４ｍとした。なお、所定の長さＳは、切羽付近での作業領域を確保するために必要な長さであり、各現場によって適宜決定される。

補強材取り付け工程Ｓ１０では、既設の支保工３の脚部に補強鋼材６を接続する。そして、隣接する補強鋼材６同士をトンネル２の長手方向に一連に連結するように桁鋼材７を接続する。これら補強鋼材６及び桁鋼材７を切羽から坑口側に所定の長さＳの位置まで設置する。

次に、図７に示すように、補強鋼材６及び桁鋼材７を取り付けた位置に図４のコンクリートの二次吹き付け工程Ｓ２０を実施する。

コンクリートの二次吹き付け工程Ｓ２０では、まず、隣接する支保工３間のトンネル２の内周面２ａの内側にコンクリートを吹き付けてコンクリート壁４を形成する。コンクリート壁４は、支保工３の内側のフランジ３ｃの表面を覆わない程度の厚さに形成する。そして、トンネル２の脚部に、トンネル２の内方に突出するとともに、トンネル２の長手方向に連続してコンクリート壁４と一体化するようにコンクリートを吹き付けて補強構造体５を構築する。補強構造体５は、略三角柱状を形成し、表層部が補強鋼材６を覆う程度に構築する。また、補強構造体５を既設の補強構造体５とトンネル２の長手方向に一体化するように留意しつつ、コンクリートを吹き付ける。

ここで、使用するコンクリートには、ＮＡＴＭ等で通常用いられる早期に硬化する性質のものを用いる。
また、吹き付けの際には、コンクリートが、支保工３と補強鋼材６と桁鋼材７との間に密実に充填されるように留意する。
そして、吹き付けられたコンクリートは充分に養生して硬化させる。

このように工程Ｓ１０及びＳ２０を、トンネル２の長手方向に繰り返して行うことにより、本実施形態のトンネル脚部の補強構造１が構築される。

上述したように、切羽の掘削、工程Ｓ１０及びＳ２０等を繰り返して行い、上半２ｃを予め設計等により決定された距離だけ掘進したら、次に、下半２ｄの掘削を開始する。下半２ｄを掘削する際に、補強構造体５を撤去する。補強構造体５の撤去の際には、補強構造体５と一体化しているコンクリート壁４を破砕しないように留意する。

なお、本実施形態においては、上半先進工法の上半２ｃ掘削時に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図８に示すように、上半先進工法の下半２ｄ掘削時にも適用可能である。

以上説明した本実施形態に係るトンネル脚部の補強構造１によれば、トンネル２の脚部に、そのトンネル２の内方に突出するとともに、トンネル２の長手方向に連続して支保工３及びコンクリート壁４と一体化し、かつ、トンネル底盤面２ｂに接するように補強構造体５が設けられているので、支保工３の脚部に作用する荷重を補強構造体５に伝達することができる。そして、この補強構造体５により、支保工３のトンネル底盤面２ｂに対する接地面積をトンネル２の横断方向及び長手方向へ拡張して、支保工３の脚部に作用する荷重を分散させることができる。すなわち、地山に伝達する単位面積当たりの荷重が軽減されるので、支保工３の脚部の沈下を確実に抑制することができる。

また、補強構造体５は、吹き付けにより構築可能なので、コンクリート壁４を構築する吹き付け作業、すなわち二次吹き付け作業と同時に構築することができる。したがって、二次吹き付け作業内に補強構造体５を構築する作業を組み込むことができるので、工期への影響が少ない。そして、この補強構造体５は、コンクリートからなるので、支保工３及びコンクリート壁４と強固に一体化することができる。さらに、補強構造体５を構築するための専用の装置等を準備する必要が無いので、手間がかからない。

また、補強構造体５は、補強鋼材６及び桁鋼材７等の鋼材を備えているので、強度を高めることができる。

そして、地山が急に悪くなった場合でも、補強構造体５の接地面積が大きくなるように、トンネル２の横断方向及び長手方向へ吹き付けを拡張するだけなので、早急に対応することができる。

また、特許文献１に記載のウィングリブのような重量物を有する支保工と比べると、一般的な支保工３を用いるので、トンネル２内への搬入や設置作業を、特に専用機を用いることなく行うことができる。

なお、本実施形態においては、補強構造体５を切羽から所定の長さＳだけ坑口側に構築する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、切羽直前の支保工３の脚部に補強構造体５を構築してもよい。

また、本実施形態においては、上部半断面先進工法に適用した場合について説明したが、この工法に限定されるものではなく、トンネル２を掘削する工法全般、例えば、全断面掘削工法等に適用可能である。

さらに、本実施形態においては、トンネル２の長手方向の全長に補強構造体５を設ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図９に示すように、地山の耐力が大きい箇所では補強構造体５を設けずに、耐力が小さい箇所のみに設けてもよい。

本実施形態に係るトンネル脚部の補強構造を示す横断方向断面図である。 本実施形態に係るトンネル脚部の補強構造を示す斜視図である。 本実施形態に係るトンネル脚部の拡大断面図である。 本実施形態に係るトンネル脚部の補強構造を構築する施工手順を示す工程図である。 本実施形態に係るトンネル脚部の補強構造の施工手順を示すトンネルの平面図である。 本実施形態に係るトンネル脚部の補強構造の施工手順を示すトンネルの平面図である。 本実施形態に係るトンネル脚部の補強構造の施工手順を示すトンネルの平面図である。 本実施形態に係るトンネル脚部の補強構造を下半掘削時に適用した例を示す図である。 本実施形態に係るトンネル脚部の補強構造を適用した例を示す図である。

符号の説明

１ トンネル脚部の補強構造 ２ トンネル
２ａ トンネル内周面 ２ｂ トンネル底盤面
２ｃ 上半 ２ｄ 下半
３ 支保工 ３ａ 支保工本体
３ｂ 底板 ３ｃ フランジ
４ コンクリート壁 ５ 補強構造体
６ 補強鋼材 ７ 桁鋼材
Ｓ１０ 補強材取り付け工程 Ｓ２０ コンクリートの二次吹き付け工程
Ｌ 切羽を掘削する所定の長さ Ｓ 切羽から補強構造体までの所定の長さ

Claims (6)

1. トンネルの脚部を補強する補強構造であって、
   前記トンネル内に、前記トンネルの長手方向に所定の間隔で建て込まれた支保工と、
   隣接する前記支保工間で、かつ、前記トンネルの内周面の内側に所定の厚さに形成されたコンクリート壁と、
   前記トンネルの脚部に、前記トンネルの内方に突出するとともに、前記トンネルの長手方向に連続して前記支保工及び前記コンクリート壁と一体化し、かつ、トンネル底盤面に接するように構築された補強構造体とを備えることを特徴とするトンネル脚部の補強構造。
2. 前記補強構造体は、コンクリートからなることを特徴とする請求項１に記載のトンネル脚部の補強構造。
3. 前記補強構造体は、
   前記補強構造体の表層部に埋設されるとともに、一端が前記支保工の脚部に接続され、他端がトンネルの内方に突出するように配置される補強鋼材と、
   前記補強構造体の下端部に埋設されるとともに、下面がトンネル底盤面に接するように配置され、隣接する前記補強鋼材同士をトンネルの長手方向に一連に連結する桁鋼材とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネル脚部の補強構造。
4. トンネルの脚部を補強する補強工法において、
   前記トンネルの長手方向に所定の間隔で建て込まれた支保工間で、かつ、前記トンネルの内周面の内側にコンクリートを吹き付けてコンクリート壁を形成すると同時に、前記トンネルの脚部に、前記トンネルの内方に突出するとともに、前記トンネルの長手方向に連続して前記支保工及び前記コンクリート壁と一体化し、かつ、トンネル底盤面に接する補強構造体を構築するコンクリート吹き付け工程を備えることを特徴とするトンネル脚部の補強工法。
5. 前記コンクリート吹き付け工程において、
   新たに構築する前記補強構造体を既設の前記補強構造体とトンネルの長手方向に一体化するように構築することを特徴とする請求項４に記載のトンネル脚部の補強工法。
6. 前記コンクリート吹き付け工程の前に、
   前記支保工の脚部に補強鋼材を前記トンネルの内方に突出するように接続して、隣接する前記補強鋼材同士をトンネルの長手方向に桁鋼材で一連に連結する補強材取り付け工程を更に備えることを特徴とする請求項４又は５に記載のトンネル脚部の補強工法。

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