JPH03132592A - トンネル掘削における地盤改良方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はトンネル掘削における地盤改良方法に係わり、
特に、薬液注入工法と凍結法とを用いてなるトンネル掘
削における地盤改良方法に関ケるものである。

〔従来の技術〕

トンネルを掘削するにあたっては、工事の安全・経済性
・工期を確保する」二で、Ｉ）切羽の安定化、１１）湧
水の防止、ｊｌｌ）地表沈下の防止、等を常に図らなけ
ればならず、地盤が軟弱である場合には地盤改良を行う
必要がある。特に、Ｎ　Ａ　Ｔ”　Ｍ工法等による掘削
ではこれらが重要な要素となる。

」二記の如くトンネルを掘削する際に行う地盤改良法と
して従来より広〈実施されているものに薬液注入法（ケ
ミカルグラウト］二法）および凍結法がある。薬液注入
法（Ｊｌ例えば注入剤としてセメントミルクあるいはセ
メントベントナイトＣ　Ｂ　）を用いて、圧力機器を使
用して加圧注入するものである。また、凍結法は、凍結
同化予定地に予め凍結管を所定間隔で打ち込み、冷凍機
で冷却したブラインを凍結管内に循環させるか、あるい
は液体窒素ボンベからのガスを凍結管に放出することな
どにより地盤の凍結固化を図るものである。

〔発明が解決しようとする課題　〕

ところで、これら薬液注入法あるいは凍結法により地盤
の改良を実施するにはそれぞれ次のような不都合が生じ
ている。

まず、薬液注入法では、止水作用および地盤の安定化作
用の双方を十分満足させるのが難しいといったことであ
る。つまり、止水性を得るためには、薬液として、地盤
を構成する細砂間等の細かい間隙にも十分浸透できるよ
うに比較的低粘度でヂキソトロビー性の低いしのを使用
する必要があるが、このような薬液は地盤の固結作用が
低く、一方、地盤の強固なる固結作用を得るべく高粘度
・高ヂキソトロビー性の薬液を使用すると、浸透性か低
いために十分な止水性が得られなくなるからである。一
方、凍結法により凍結固化された地盤は、優れた地盤の
強化作用とともに上水性も得られるといった利点がある
が、工事終了後に凍結同化予定地を解凍した場合には元
の地盤に戻るため、トンネル構造物への作用上圧が大き
くなるといった問題がある。

本発明は」二足の事情に鑑みてなされたもので、凍結法
による優位性を活用しつつ、二「事終了後にもトンネル
構造物周辺の地盤強度を確保をすることのできる、トン
ネル掘削における地盤改良方法に関するものである。

〔課題を解決するための手段　〕

本発明の請求項１に係るトンネル掘削における地盤改良
方法は、薬液の注入により、形成すべき本トンネルの掘
削部に沿って該掘削部を囲繞する形態に強度増加領域を
形成した後、前記強度増加領域を含む前記掘削部周辺部
分を凍結させることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に係るトンネル掘削における地
盤改良方法は、請求項Ｉ記載のトンネル掘削における地
盤改良方法において、前記凍結作業および前記強度増加
領域の形成は、予め、形成すべき本トンネルに先行して
該本トンネルが構築されるべき掘削部に沿って作業用ト
ンネルを構築した後、該作業用）・ンネル内部より地盤
内に設置した凍結管および薬液注入管により行うごとを
特徴とするものである。

〔作　用〕

掘削部周囲に強度増加領域を形成した後、該強度増加領
域内の地盤を凍結させるため、工事完了後凍結部が解凍
された場合にもトンネル構造物を作用土圧等から保護す
ることができる。

また、強度増加領域および凍結領域を、本トンネルに先
行して構築した作業用トンネル内より行えば、地盤改良
を、Ｉ・ンネルの形成深度に拘わらず精度よく効率的に
行える。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しなから説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すもので、本図中符号Ｔ
は構築されるべき）・ンネル、符号ＧはトンネルＴが形
成されるへき地盤を示している。地盤Ｇはこの場合、未
固結含水地盤となっている。

」−記トンネルＴを掘削するに際しては、まず、地盤Ｇ
における、トンネルＴを形成すべき掘削部１に沿う部分
に薬液注入により強度増加領域２を形成する。この強度
増加領域２は、図示されるように掘削部Ｉの全周に対し
て、また、掘削部１の全長にわたって形成する。なお、
ここでｒに入する薬液としては、止水性にりも地盤の固
結作用を重視した薬液を使用することが望ましい。なぜ
ならば、止水性は後に施工される凍結法により確保され
るからである。

前記強度増加領域２を形成するには、例えば地」―より
従来の薬液注入法を用いて行うことか可能であるが、そ
の他の手段によってもよく、それに付いては後述する。

」−記の如く強度増加領域２が形成されたならば、次い
で、同じく地盤Ｇの掘削部１に沿う部分でかつ該強度増
加領域２を含む部分を凍結させ、凍結領域３を形成する
。ずなわち、ここでの凍結領域３は、形成すべきトンネ
ルＴの径に対して極めて大径に、掘削部１を広範囲に囲
繞する如く形成されるものとなる。

ここにおける凍結方法も前記強度増加領域２同様、従来
の凍結法により行うことができるが、後述する手段によ
れば極めて効果的である。

」二足の如く地盤Ｇにおける掘削部１に、強度増加領域
２とこの強度増加領域２を含む凍結領域３とが形成され
たならば、以降は前記強度増加領域２の部分を掘削して
行けばよい。

このように、−１−記方法によれば、地盤Ｇが未固結含
水地盤であっても掘削部分は」−記工程により凍結固化
されているから、掘削時において、トンネル切羽および
壁面の安定が充分に図られるとともに湧水も確実に防止
され、トンネル掘削を容易かつ安全に行うことができる
。そして、トンネル′■゛構築後、凍結地盤が解凍され
凍結領域３が消滅した場合でも強度増加領域２か残存す
ることにより地盤Ｇにおける掘削部１（トンネルＴ）を
囲繞する部分は周囲地盤の土庄に対して抗することがで
き、構造体としてのトンネルＴへの作用土圧を軽減させ
ることができる。

第２図および第３図は前記強度増加領域２および凍結領
域３を形成ずろ際の方法を示したもので、本発明の請求
項２に記載したトンネル掘削における地盤改良方法に係
るものである。

本方法では、まず、形成すべき本トンネルＴに先行して
作業用トンネル４，４を形成する。これら作業用トンネ
ル４は、形成すべき本トンネルＴの掘削部１に沿って構
築する。この作業用トンネル４は例えば内径３〜５ｍの
もので、本実施例のらのでは、これをノールトトンネル
としている。

つまりここでは、これら作業用Ｉ・ンネル４，４は、通
常一般のシールドトンネル同様、セグメント覆工を行い
ながらノールト掘進機により施工される。

ただし、ここで使用される覆］二用セグメントのいくつ
かは、図示は省略するが、後述の薬液注入管５５　　、
あるいは凍結管６，６．　をこの作業用トンネル４内部
から周囲の地盤Ｇに埋設し得るように、厚さ方向に貫通
した開Ｉ」部を形成したらのとなっている。

」−語の如く作業用トンネル４，４が本トンネルＴの掘
削部１に沿って先行構築されたならば、次いで、第２図
に示すようにそれら作業用トンネル４の内部より、地盤
Ｇ中に薬液を注入するための薬液注入管５，５．・を地
盤内の強度増加領域２を形成すべき部分に向０て埋設す
る。この薬液注入管５の埋設作業は、削孔機により作業
用Ｉ・ンネル４の内部から前記セグメントの開口部を介
して地盤を削孔した後、同様に作業用トンネル４の内部
より前記セグメント開口部を介して行う。

薬液注入管５，５．・が埋設されたならば、作業用トン
ネル４内に設置した薬液注入装置（図示せず）により各
薬液注入管５に薬液を圧送することにより、薬液を地盤
Ｇ内に注入し、強度増加領域２を形成する。

」−記工程により強度増加領域２が形成されたならば、
次に、第３図に示すように同様に作業用トンネル４の内
部からセグメントの開口部を介して凍結管６，６．・を
埋設する。これら凍結管６は、先に形成された強度増加
領域２を含む部分、および強度増加領域２のさらに外周
部に及ぶ部分に対応させて設ける。

凍結管６．６．・・が埋設されたならば、作業用トンネ
ル４の内部に設置した冷凍機等の冷凍手段（図示せず）
を運転させることにより凍結管６内の冷媒を循環さ且、
これにより、地盤Ｇにおける前記強度増加領域２を含む
掘削部ｌに沿った部分の地盤を凍結固化させる。

上記方法により強度増加領域２および凍結領域３を形成
すれば、それら各領域を形成するための装置・設備等が
地上面を占有することがなく、トンネルの構築深度に拘
わらず無駄の無い精度の高い地盤改良を行うことができ
る。また、本トンネルＴに先行して構築される作業用ト
ンネル４は、本トンネル′ｒ施工時には資材の搬入路お
よび掘削土砂の搬出路として、また、本トンネルＴの完
了後には本トンネルＴの付帯設備としての避難坑や換気
坑、または共同坑等として利用できるといった利点も得
られる。

０ 第４図ないし第７図はそれぞれ、前記作業用トンネル４
の設定位置、設定数を−１−記第２図、第３図のものと
変えた場合を示したもので、第４図のものは、作業用ト
ンネル４を、形成すべき本トンネルＴの上方に１零設置
Ｉたちの、第５図のものは、本トンネルＴの両側に本ト
ンネルＴからある程度距離を置いて設けたもの、第６図
のものは本トンネルＴを２本能行に構築する例で、作業
用トンネル４をそれら形成すべき零トンネルＴ、Ｔの間
に１本設けたもの、さらに第７図のものは、掘削部１の
ほぼ中央部に先行して形成したものである。

第７図における作業用トンネル４は、本トンネルＴの構
築ととらに取り壊されるものとなる。作業用トンネル４
（」、このように、その形成位置および形成数を適宜設
定することができ、掘削地盤Ｇの状況、あるいは構築す
べき本トンネルＴの態様に応じて決定すればよい。

なお、実施例では、作業用トンネル４をンールドトンネ
ルとして説明したか、本発明に係る作業用トンネルとし
ては必ずしもノールトトンネルに限定されるものではな
い。ただし、このように作業用トンネルをノールドトン
ネルとすれば、その断面を充分大きく取ることができ、
また延長距離に制限を受けることもなく、かつ曲線施］
−にも容易に対応することができ極めて効果的である。

また、本発明はトンネルの構築方法としてＮＡＴＭ工法
に限定されるものではなく、一般に実施されているその
他のトンネル］二法に適用可能であることは言うまでも
ない。さらに、本発明は、上記の如く特にＩ・ンネルの
掘削に適用して効果的であるが、本発明の特に請求項１
に係る地盤改良方法はトンネルに限らず、いわゆる掘削
工程を有して構築されるその他の地下構造物（地下空間
）の構築に適用４−ることもでき、その場合でも」１記
同様の効果を得ることができる。

〔発明の効果　〕

以」二説明したとおり本発明の請求項Ｉに係る！・ンネ
ル掘削における地盤改良方法によれば、地盤が未固結含
水地盤であっても掘削部分は凍結固化されているから、
掘削時においてトンネル切羽お１ にび壁面の安定が充分に図られるとと６に湧水も確実に
防止され、トンネル掘削を容易かつ安全に行うことがで
き、これにより、例えば従来、極端な軟弱地盤では困難
とされていたＮＡＴＭＴ法等によるトンネル掘削も実施
可能となりトンネルの構築を経済的かつ安全に行うこと
ができる」二に、トンネル構築後、凍結地盤が解凍され
た場合でも強度増加領域が残存することにより、地盤に
おける掘削部を囲繞する部分は周囲地盤の土庄に対して
抗することができ、構造体としてのトンネルへの作用上
圧を軽減させることができる。

また、本発明の請求項２に係る）・ンネル掘削における
地盤改良方法によれば、請求項Ｉに係る強度増加領域お
よび凍結領域の形成を、トンネルの形成深度に拘わらず
無駄なく高精度に行うことができ、しかもトンネル形成
部に対応する地上部分を占有することなく施工すること
ができる。加えて、本トンネルに先行して構築される作
業用トンネルは、本）・ンネル施工時には資材の搬入路
および掘削土砂の搬出路として、また、本トンネルの完
了後には本トンネルの付帯設備としての避難坑や換気坑
または共同坑等として利用することができる、等の優れ
た効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の請求項１に係る地盤改良方法を示すも
のでトンネル構築部の地盤を示す正面縦断面図、第２図
および第３図はそれぞれ本発明の請求項２に係る地盤改
良方法を示すもので、それぞれトンネル構築部の地盤を
作業用トンネル等と共に示す正面縦断面図、第４図ない
し第７図は本発明に係る作業用トンネルの他の配置例を
示したもので、それぞれトンネル構築部の地盤を作業用
トンネルと共に示した正面縦断面図である。 Ｇ・・・・・地盤、　Ｔ・・・・・・トンネル（木）・
ンネル）、１　・掘削部、　　　２　・・強度増加領域
、３・　・凍結領域、　　　４・　作業用トンネル、５
　・・薬液注入管、　　　６　・・凍結管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）トンネルを掘削するにあたり予め掘削部地盤を改良
   する際の地盤改良方法であって、薬液の注入により、形
   成すべき本トンネルの掘削部に沿って該掘削部を囲繞す
   る形態に強度増加領域を形成した後、前記強度増加領域
   を含む前記掘削部周辺部分を凍結させることを特徴とす
   るトンネル掘削における地盤改良方法。 ２）請求項１記載のトンネル掘削における地盤改良方法
   において、前記凍結作業および強度増加領域の形成は、
   予め、構築すべき本トンネルに先行して該本トンネルを
   形成すべき掘削部に沿って作業用トンネルを構築し、該
   作業用トンネル内部より地盤内に設置した凍結管および
   薬液注入管により行うことを特徴とするトンネル掘削に
   おける地盤改良方法。