JPH0313689A - トンネルの構築方法 - 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〕 本発明はトンネルの構築方法に係わり、特に、地盤改良
を伴うトンネルの構築方法に関するものである。

〔従来の技術〕

トンネルを掘削するにあたり、掘削地盤が未固結含水地
盤であった場合には、工事の安全・経済性・工期を確保
する上で、ｉ）切羽の安定化、ｉｉ　）湧水の防止、ｉ
ｉｉ　）地表沈下の防止、等を常に図らなければならな
い。特に、ＮＡＴＭ工法等による掘削ではこれらが重要
な要素となる。

このようなＮＡＴＭ工法等によるトンネル掘削における
有力な地盤補強方法として、従来よりケミカルグラウト
法（薬液注入法）が広（実施されている。この工法では
従来は、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（通称ＣＢ）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、これらトンネル掘削における地盤の改良を行う場
合、それらの作業は従来、地表面ないしは本トンネル内
より実施されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の地盤改良法では下記の如き問
題が生じていた。

つまり、トンネルの掘削前に予め上記の如く薬液の注入
により地盤改良を行う際、従来では基本的に改良ゾーン
を一層のみ形成するものであったため、止水作用および
地盤の安定化作用の双方が十分満足し得るものとは成り
得なかった。すなわち、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充分浸
透できるように比較的低粘度でチキソトロピー性の低い
も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、強い地盤の固結作用を得るべく
高粘度・高チキソトロピー性の薬液を使用すると、浸透
性が低いために充分な止水性が得られなくなるからであ
る。

そして、止水作用に重点を置いた場合にはトンネル掘削
時の地盤の安定に問題が残り、一方、固結作用に重点を
置いた場合には地下水が流入して切羽の自立性に問題が
生じるとともに、流砂現象を誘発する可能性もある。

このため、従来、掘削地盤が未固結含水地盤の如（極端
に軟弱であった場合には、ＮＡＴＭ工法等の掘削手段を
適用できないといった不都合が生じていた。

また、薬液注入の作業を実施するにあたり、地上より行
うものでは、地上に施工ヤードを設置する必要があるた
め例えば交通路等の各種地上設備を占有するおそれがあ
ることに加え、トンネルの深度が大きい場合には施工精
度が低下するといった問題があり、他方、本トンネル坑
内より行うものでは、地盤改良工程とトンネルの掘削工
程とを交互に実施していくため作業効率が悪く、かつ地
盤改良機械の台数も制限されるため工期を要するといっ
た問題があった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、従来、特
にＮＡＴＭ工法等では施工困難とされていた未固結含水
地盤等の軟弱地盤をも確実に改良することができ、以て
安全でかつ効率的にトンネルを構築することのできる、
トンネルの構築方法を提供することを目的とするもので
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の請求項１に係るトンネルの構築方法は、トンネ
ルを構築するにあたり、予め、地盤中のトンネルを形成
すべき掘削部に沿った部分に、前記掘削部の全周域を囲
繞する強度増加領域と該強度増加領域を囲繞する上水領
域とを薬液注入により形成し、然る後にトンネルを掘削
することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に係るトンネルの構築方法は、
請求項１記載のトンネルの構築方法において、前記強度
増加領域および上水領域を形成する際、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
の内部より地盤内に配置した薬液注入管により行うこと
を特徴とするものである。

さらに、本発明の請求項３に係るトンネルの構築方法は
、請求項１記載のトンネルの構築方法において、薬液の
注入を複数回行うことにより前記強度増加領域を多層に
構成することを特徴とするものである。

〔作　用〕

止水領域および強度増加領域を掘削部の全周域形成する
ことにより掘削部の止水作用と地盤安定化作用との双方
の作用が確実に得られるものとなり、トンネル掘削を短
期間で効率的にかつ安全に行える。

その場合、前記止水領域および強度増加領域を、本トン
ネルに先行して構築した作業用トンネルから行うことに
より、トンネルの形成深度に影響されることなく地盤改
良を効率的に行える。

また、強度増加領域をさらに多層に形成した場合には、
掘削時の゛おける切羽の安定がより一層図れるものとな
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の第１実施例を示すもので、本図中符号
Ｔは構築されるべきトンネル、符号ＧはトンネルＴが形
成されるべ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。

上記トンネル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ｌに沿う部分に、
薬液を注入することにより、地下水等の湧水を防止する
ための止水領域２を形成する。この止水領域２は、図示
されるように掘削部１の全周に対して、また、掘削部ｌ
の全長にわたって形成する。ここで、この止水領域２は
、形成すべきトンネルＴの径に対して極めて大径に、す
なわち掘削部ｌを広範囲に囲繞する如く形成する。

この止水領域２を形成するためには、比較的低粘度で地
盤Ｇに対する浸透性に優れた薬液を使用する。また、薬
液を注入する際には、従来の薬液注入法により行うこと
が可能であるが、本発明の請求項２記載の方法によれば
より効果的である。

これについては後述するものとする。

上記の如（上水領域２が形成されたならば、次いで、そ
の止水領域２の内側または内部中央部分に薬液を注入す
ることにより強度増加領域３を形成する。

ここで注入される薬液は、前記止水領域２を形成するた
めに用いられた薬液に対し高粘度でかつチキントロピー
性の高いもので、これにより、該強度増加領域３は前記
止水領域２よりも耐力が大きく、例えばｌ軸圧縮強度で
は前記止水領域２に対して数倍〜士数倍を有するものと
なっている。

この強度増加額域３の形成法も前記止水領域２同様、従
来の薬液注入法により行うことができるが、後述の手段
によることが望ましい。

この強度増加領域３は上記の如（前記止水領域２の内側
に形成するものであるが、ここで、これら強度増加領域
３と止水領域２とは完全に分離状態で形成されるも゛の
ではなく、両領域は、止水領域２の内側部分と強度増加
領域３の外側部分とでラップするか、あるいはまた、強
度増加領域３は完全に止水領域２にう・ツブして形成さ
れるものとなる。つまりこのことは、両領域が共に薬液
の注入により形成されるものであり、薬液は地盤Ｇに明
確な境界面を作り得ないことに起因するものである。

そして、上記の如（掘削部１に強度増加領域３とそれを
囲繞する止水領域２とが形成されたならば、掘削部ｌに
沿ってトンネルＴを掘削してゆけばよい。

地盤Ｇの掘削部１の周囲には、強度増加領域３が形成さ
れ、しかも該強度増加領域３は止水領域２により囲繞さ
れたものとなっているから、掘削時においても、切羽お
よび壁面の安定が充分に図られ、かつ湧水も確実に阻止
されるものとなる。

このように、上記方法によれば、掘削地盤が未固結含水
地盤である場合でも、確実な地盤の固結安定と地下水の
湧水阻止とが実現されるので、例えば、従来、）ｌ　ｉ
ｆｌな軟弱地盤では困難とされていたＮΔＴＭ工法等の
適用を可能ならしめるとともに、トンネルＴの構築を経
済的にかつ安全に行うことができるものとなる。

第２図は、上記止水領域２および強度増加領域３を形成
する際の方法について説明したものである。

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、本ト
ンネルＴを形成すべき掘削部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
施例のものでは、これをシールドトンネルとしている。

つまりここでは、これら作業用トンネル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
がらシールド掘進機により施工される。ただし、ここで
使用される覆工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５，５．・・・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口部を形成したものとなっている
。

上記の如く作業用トンネル４，４が本トンネルＴの掘削
部に沿って先行構築されたならば、次いで、それら作業
用トンネル４の内部より、地盤改良のための薬液を注入
するための薬液注入管５゜５、・・・を地盤Ｇ内に埋設
する。この薬液注入管５の埋設作業は、削孔機により作
業用トンネル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内に注入する。

この方法により上記上水領域２および強度増加領域３を
形成するには、第２図に示すように、予め、それぞれの
領域を対象とした薬液注入管５（５Ａ、５Ｂ）を別々に
埋設し、それら薬液注入管により、止水領域２を形成す
るための薬液と、強度増加領域３を形成するための薬液
とをそれぞれ注入すればよい。

第３図ないし第６図は、上記方法を実施するにあたって
、前記作業用トンネル４の設定位置、設定数を変えた場
合をそれぞれ示したものである。

第３図のものは、作業用トンネル４を形成されるべき本
トンネルＴの上方に１本設けたもの、第４図のものは、
本トンネルＴの両側に本トンネルＴからある程度の距離
を置いて設けたもの、第５図のものは本トンネルＴを２
本並行に構築する例で、作業用トンネル４をそれら形成
されるべき本トンネルＴ、Ｔの間に１本設けたもの、さ
らに第６図のものは掘削部ｌに先行して形成したもので
ある。第６図における作業用トンネル４は、本トンネル
Ｔの形成とともに取り壊されるものとなる。

このように作業用トンネル４の設定数および設定位置は
任意であり、上記倒置外でも例えば、作業用トンネル４
を三角形を形成する如く３本設けてもよい。

上記方法によれば、地盤改良のための装置等が地上面を
占有することな（、しかも無駄の無い精度の高い地盤改
良゛を行えるとともに、本トンネルＴの掘削作業を干渉
することがないので、本トンネルＴの構築作業を極めて
効率的に行うことができる。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Ｔ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Ｉ１ｍ坑や換気坑、または共同坑等として利用
できるばかりでなく、該作業用トンネル４を充分剛性の
高いものとして複数本構築した場合には、それら作業用
トンネル４，４．・・・が本トンネルＴのためのアーチ
支保として機能し、地盤補強作用がさらに強化されると
いった利点がある　（第６図のものは除く）。

次に第７図は本発明の他の実施例を示すもので、本実施
例では、前記止水領域２および前記強度増加領域３が形
成された後、前記強度増加領域３におけるさらに中心部
に近い部分、すなわちより掘削部ｌに近い部分に、さら
に地盤強化用の薬液を注入することにより第２の強度増
加額域３゛を形成するものとしている。止水領域２を強
度増加領域３を囲繞する状態で形成することは上記実施
例と同じである。また、この場合、上水領域２および強
度増加領域３の形成手段については上記実施例同様に行
うことができる。

前記第２の強度増加領域３”の形成は、前記注入管５Ｂ
を利用して行うこともできるが、例えば第７図に示すよ
うに、トンネルＴの形成（掘削）に伴い、トンネルＴに
先行するかたちで切羽より掘削地盤内に挿入した薬液注
入管５Ｃ，５Ｃ，・・・により行うことも可能である。

この第２の強度増加領域３°　を形成するための薬液と
しては、強度増加領域３を形成する際に使用した薬液と
同じものを用いてもよいし、あるいは、より地盤固結作
用の強い薬液を用いてもよい。

前者の場合でも薬液の重複使用により地盤強化作用が高
められるが、後者によれば地盤強化作用はさらに高まる
。

本実施例によれば、切羽部が第２の強度増加領域３゛に
よっ゛てさらに補強されるものとなるため、−層の切羽
の安定化が図られ、掘削時の安全性をさらに高めるとと
もに覆工工程の簡略化が図れる。

また、上記同様の作業により、さらに第３、第４・・・
の強度増加領域（図示せず）を形成することも可能であ
り、そのようにした場合には、掘削部地盤のより一層の
安定化が図れ、地盤の特に軟弱な部分に適用して効果的
である。

なお、本発明はＮＡＴＭ工法によるトンネルに限定され
るものではなく、一般に実施されているその他のトンネ
ル工法にも適用可能であることは言うまでもない。さら
には、本発明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
築に適用することができる。

また、実施例では、作業用トンネル４をシールドトンネ
ルとして説明したが、本発明に係る作業用トンネルとし
ては必ずしもシールド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シールドトン
ネルとすれば、その断面を充分太き（取れるとともに延
長距離に制限を受けることもなく、かつ曲線施工にも容
易に対応することができ極めて効果的である。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり本発明の請求項１に係るトンネルの
構築方法によれば、地下水の湧水防止と掘削時のトンネ
ル壁面の安定化とが共に確実に実現されるため、未固結
含水地盤におけるトンネルの構築を安全・確実かつ経済
的に行うことができるものとなる。

・また、請求項２に係るトンネルの構築方法によれば地
上面を占有することなく、かつ無駄の無い精度の高い地
盤改良を行えるとともに、本トンネルの掘削作業を干渉
することがないので本トンネルの構築作業を極めて効率
的に行うことができ、しかも、作業用トンネルを複数本
設けた場合には、これら作業用トンネルがアーチ支保と
して機能して地盤強化作用が一層高められ、トンネルの
構築をより効率的に行うことができる。

そして、請求項３に係るトンネルの構築方法によれば、
上記効果に加えさらに切羽面の安定度が増し、特に軟弱
な地盤に対してより効率的、安全な掘削作業を行うこと
ができる、等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の請求項１に係るトンネル構築部の地盤
を示す正面縦断面図、第２図は本発明の請求項２に係る
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３図ないし第６図は同請求項２に係る他
の実施例を示すものでそれぞれトンネル構築部の地盤を
作業用トンネルと共に示す正面縦断面図、第７図は本発
明の請求項３に係るトンネル構築部の地盤を示す正面縦
断面図である。 Ｇ・・・・・・地盤、　′ｒ・・・・・川・ンネル（杢
トンネル）、１・・・・・・掘削部、　　２・・・・・
・止水領域、３・・・・・・強度増加領域、 ３″・・・・・・第２の強度増加領域、４・・・・・・
作業用トンネル、 ５　　（５Ａ、５　Ｂ、５　Ｇ）・・・・・・薬液注入
管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）トンネルを構築するにあたり、予め、地盤中のトン
   ネルを形成すべき掘削部に沿った部分に、前記掘削部の
   全周域を囲繞する強度増加領域と該強度増加領域を囲繞
   する止水領域とを薬液注入により形成し、然る後にトン
   ネルを掘削することを特徴とするトンネルの構築方法。 ２）請求項１記載のトンネルの構築方法において、前記
   強度増加領域および前記止水領域の形成は、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
   ネルの内部より地盤内に配置した薬液注入管により行う
   ことを特徴とするトンネルの構築方法。 ３）請求項１記載のトンネルの構築方法において、薬液
   の注入を複数回行うことにより前記強度増加領域を多層
   に構成することを特徴とするトンネルの構築方法。