JPH04198593A - ハーフトンネルの構造とハーフ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、山岳地域や１１σ岸等の斜面や絶壁に沿って
道路等を通ずために構築されるハーフトンネルの構造と
その構築方法に関するものである。

〈従来の技術〉 近年、山岳地域や海岸沿い等に道路網が整備されつつあ
り、該地域の岩盤の斜面又は絶壁に道路を通ず場合には
、従来は斜面や絶壁を道路面を確保するように掘削し、
長大のり面を形成して行う「切土工法」、道路面を確保
するだけの範囲を掘削して落石事故防止用のロックシェ
ツトを設ける「ロックシェラＩ・工法」、Ｉ・ンネルを
通ずｒ　ｌ−ンネルエ法」等が行われていた。

〈発明か解決しようとする課題〉 しかし、例えば、従来から一般的に行われている切土工
法によると、工費的には有利であるが、施工性の而では
、斜面傾斜と切土勾配の関係から長大のり面となること
が多く、岩盤掘削の範囲が大きくなるため施工性か悲く
なる。また、維持管理の面においても、長大のり面とな
るため該のり面の紺゛持管理が難しく、風化を助長する
ことから二次災害が起こりやすく、切取、１一部からの
落石対策が問題となる。更には、用地買収の点からいっ
ても、長大のり而となるため道路敷幅が広くなり、買収
範囲を広く取る必要が生じてくる。また、地質的弱練に
沿って地滑りを誘発する可能性が高い。

ロツクシェット工法によっても、切１−工法に比べて掘
削範囲を少なくすることができるが、落石事故のおそれ
が残存する。特に、先頃、福井県において同工法による
ロックシェッドが崩岩、樹上により破壊し、人命が失わ
れたことは記憶に新しいことであり、同１１法の問題点
が注口されている。、また、Ｉ・ンネルエ法によると、
長大のり面は生しないことから以上のような問題は改善
されるが、工費が太き（なり、更には内部の照明等の維
持費が嵩む等の問題かある。

そこで、本発明は掘削範囲を少なくてきる等施工性がよ
く、崩岩の落下による事故防１ト等安全対策−１−等の
維持管理にも適していて、用地買収の範囲も少な（て済
む山岳等の岩盤の斜面叉（Ｊ絶壁における道路等を通ず
ための構造物及びその流上方法を開発することをｌ」的
とするものである。

く課題を解決するための手段〉 そこで、本発明は、第１には、岩盤の斜面又は絶壁の表
面に対して掘削して形成した路床と内壁面を有するオー
バーハング状の掘削部の内壁面に沿って沿設した支保工
と、該支保工と路床の開放端側間に一定間隔をおいて差
し渡した支柱とからなるハーフトンネルの構造、第２に
は、岩盤の斜面又は絶壁の表面に対して掘削して形成し
た路床と内壁面を有するオーバーハング状の掘削部の内
壁面に沿って沿設した支保工と、該支保−■−に対して
打ち込んて支保工裏の岩盤に埋設してなるロックボルト
と、該支保工と路床の開放端側間に一定間隔をおいて差
し渡した支柱とからなるハーフトンネルの構造、第３に
は、岩盤の斜面又は絶壁の表面に対して路床と内壁面を
有するオーバーハング状の掘削部を形成し、−１−記掘
削部の内壁面に沿って支保工を沿設し、該支保工を路床
開放端近くて支える仮設支柱を建て込み、その上で該支
保工と路床の開放端側間に一定間隔をおいて支柱を差し
渡してなるハーフトンネルの構築方法により、上記目的
を達成しようとするものである。

〈作　　用〉 つまり、本発明においては、岩盤等にオーバーハング状
の掘削部を形成し、該掘削部の内壁面に沿って沿設した
支保Ｔと該支保工と路床との開放端側間に一定間隔に支
柱を差し渡しであるので、該内壁面イ１［近の岩盤の変
形を有効に抑制する。殊に、該支保工裏の岩盤にロック
ボルトを埋設せしめると、より岩盤の変形を抑制する。

本発明たるハーフトンネル構造を施工する際には、先ず
オーバーハング状の掘削部を形成し、ｌ＝記掘削部の内
壁面に沿って支保工を沿設したのち、支柱を配設するｆ
’ｉｉｉに仮設支柱を建て込むので、岩盤の崩れを有効
に防止しつつ支柱を一定間隔をおいて配設できる。

本発明たるハーフトンネルによれば、長大のり面を形成
しないので、掘削範囲か少なく、その掘削もオーバーハ
ング状に掘削するので、崩７　＋、の落下による事故の
おそれも解消される。

〈実　施　例〉 以下本発明ハーフトンネルの構造とその構築方法につい
ての要旨を更に明確にするため図面を使用して実施例を
説明する。

第一実施例として示すハーフトンネルＡは、第・　１図
、第２図に示すように、山岳地帯にお（プる急斜面の岩
盤５を表面よりオーバーハング状の掘削部４を掘削し、
該掘削部４の内壁面２に沿って略くの字型の断面形状を
有する梁状の支保工１１を沿設し、該支保工１１と路床
３の岩盤表面の開放端間を差し渡すように壁面に沿って
一定間隔を置いて支柱１２を設けてなるもので、該皮相
の路床部分には強度を増すため支柱基礎１３が形成され
ている。、ハーフＩ・ンネルＡが以上のように構成され
ていることから、長大のり面を形成する必要がなく、し
たがって岩盤掘削の範囲を少なく済ますことができ、該
ハーフトンネル」二部で落石や岩盤か落下したとしても
、ロックシエツト工法の場合のように該落ドにより圧し
潰されることかない。また、道路前幅か狭くてもよいた
め、用地買収も容易となる。

このハーフトンネルΔは、第４図に示すような手順で行
われる。訂しくは、以下のような方法で横築する３、 ■掘削部 まず、岩盤の斜面又は絶壁の表面に対して掘削し、掘削
部４を形成する。つまり、第４図にいうところの掘削部
を行う。この掘削部４は第５図に示すようなオーバーハ
ング状の断面形状に掘削することにより得られるもので
あり、路床３と内壁面２を有するものである。本＃’ｔ
６築方法では、通常対象とする地盤が中硬岩〜硬岩と堅
い岩盤であるため、掘削は発破掘削が主になる。しかし
、発破掘削では、他山に対して緩みを与える危険性があ
ることから、施工には十分注意する必要がある。

近年、Ｎ　Ａ　”Ｔ”　ＭによるＩ・ンネル掘削がさか
んになり、地山を痛めたくないというＮΔＴＭ本来の目
的から発破掘削に対して機械掘削技術が進歩してきてい
て、その一つとして、スロット削孔機を利用する硬岩掘
削法、つまり、スロッＩ・削孔機によりトンネル外周及
び切羽にスロットを削孔することて自由面を形成し、そ
の自由面に囲まれたブロックを高水圧破砕装置や膨張性
破砕材、油圧くさび等で割岩し、その後油圧ブレーカ−
で打撃破砕することにより硬岩を無発破掘削するものが
ある。

また、ブーム掘削機は、Ｔ、　Ｂ、　Ｍ（＋−ンネルポ
ーリングマシン）が、岩盤の全断面を一度に掘削するも
ので、地質の変化が激しく湧水の多い日本においては成
功例が少ないのに対し、費用が安く、工法の変更に対し
て融通用、適応性があり、切削断面の形に制限がなく、
移動設置が簡単で短時間にてきる等のメリットがある。

■支保工の建て込み 次に、第４図、第５図に示すように、上記掘削部４の内
壁面２に沿って支保工１１を沿設する。該支保工は梁状
に施される。本二［法の場合、地山の変形を押えるため
には、剛性の高い支保工材を用いることか有利である。

支保工の部材の標準は１．０ｍピッチでＨ形鋼で１．！
５ｏｘ　１．５０又は２００　Ｘ　２００である。

■仮設支柱の建て込み 続いて第５図に示すように、仮設支柱１５を建て込む。

これは支柱１２を施７Ｌする前に行うもので、トンネル
のようにアーチ効果を期待てきないため仮設支柱が必ず
必要となる。支保］二は網製とし仮設支柱と連結する必
要がある。該仮設支柱は支社施工後に撤去する。該仮設
支柱の部材の標準は１．０ｍピッチでＩ−Ｔ形鋼３００
　Ｘ　３００又は４００×４００である。

■支社の施工 第５図に示すように、支保工と路床の開放端側間に一定
間隔をおいて支柱を施工する。該支柱は施工後の建築限
界を満足するもので、仮設支柱に対してピッチを広げて
美観上の処理を施すものである。第５図に示すように上
部の梁と基礎工を一体化する。支柱の施工完了後には、
支柱の安全性が最も重要となり、支柱の基礎部分が不安
定な場合には、アンカー等により補強を施しておく必要
がある。

■覆工の施工 覆工は掘削面、支保工等の美観処理、掘削面の小崩落に
対する防護、湧水に対する防護等のために行われるもの
で、覆王吹伺コンクリート、プレキャスト覆工等を考慮
して行う。

次に、第二実施例として示ずハーフトンネルＢは、第一
実施例の場合と略同−構成であるが、第３図に示すよう
に、支保工１１の天井部１１１に表面側からロックボル
ト１４を打ち込んで、支保工１１の天井部１１１の裏面
の岩盤に埋設ぜしめたものである。該ロツクホルＩ・１
４は該天井部１１１の上部から１τ部にかけて適宜間隔
て複数本打ち込まれていて、内壁面２に沿って一定間隔
て配設されている。このようにロックホルト１４を設け
れば、Ｔ’Ｔｈｅに示す解析によっても分かるように天
井部１月」二部の岩盤の変形が抑制されていてほとんど
変形がない状態となっている。

次に、上記構造に基づくハーフトンネルに関して解析を
行う。解析はＦＥＭ（有限要素法）により行ったもので
あるが、該ＦＥＭは］・ンネルの変形問題等によく用い
られる数値解析であり、これにより掘削に対する変形の
形態、応力状態の変化等が把握できる。また、地盤の物
性値が具体的に得られれば変形量を推定することができ
る。本工法は、地山を痛めずいかに変形量を抑えられる
かが最大のテーマであり、このためＦＥＭによる変形解
析は本工法の採用の可否を判断する重要な役割を果すも
のである。今回の解析においては、テストケースとして
地盤を完全弾性体と仮定している。

ここで、ＦＥＭ解析において弾性解析を行う場合には、
設定する物性値は ■１１１位体積量ρ（ｔ／ｍ”） ■弾性係数（ヤンク率）Ｔ　（ｔ／ｍ”）■ポアソン比
ν である。

ここで、岩石の物性に関して密度ρは ρ−２０〜３．０（ｔ／ｍ”） の範囲にある。また、弾性係数Ｅｕは、火成岩類の方が
堆積岩類より全体に高い値となる。ポアソン比はシー０
２〜０３の範囲にある。

また、−軸圧縮強度σ、と岩石の弾性係数Ｅ　ｌ（の関
係は既存のデータにより、 Ｅ、、＝３０３Ｘσ。

が読み取れる。

また、ＹＲ石物性と岩盤物性との相関関係は、Ｅ＝ｉ、
ｉ］３×Ｅ、、０９１３０ Ｅ・岩盤の弾性係数（ｋｇ／ｃｍ２） Ｅｌ、：岩石の弾性係数（ｋｇ／ｃｍ２）である。

また、岩石物性と弾性波速度の関係は、・密度　　　　
１１（ｔ／ｍ”）　　ρ＝２．０６ｄＶ　＋、”　ＩＬ
Ｊ”８・−軸圧縮強度σ（ｋｇ／ｃｍ２）σ−２２，８
３Ｖｐ２＝０７・弾性係数　　Ｅ（ｋｇ／ｃｍ２）Ｅ＝
８．１５６Ｘ］ＯＶ　ｉ、”　””’−、−］　］、　
− ・ポアソン比　ν　　　　シー０．／１５０１（］／Ｖ
、、）０３８”となる。

以−ｌｒ、のような各物性の相関関係から岩盤の物性を
評価して妥当な物性値を設定することが必要である。

なお、ＦＥＭ解析によって得られる変形量が全体の破壊
に至るものであるかとうかを判断する必要がある。ＮＡ
ＴＭＩ−ンネルの設計、施工では変形を管理しながら掘
削を進めていくため、ＮΔＴＭての考え方が参考になる
ものと思われる。

例えば、トンネルの内空変位、天端沈下、地中変位など
の変位計測結果から地ｔ、Ｉ−＋ひずみを逆算しひずみ
の大きさによってトンネルの安全性を定量的に評価する
方法が提案されている。ここで導入されているのが「限
界ひずみ」の考え方であり、破壊ひずみを岩石が破壊す
るときのひずみとすると、限界ひずみは破壊ひずみより
小さい値を取り、安全性に対しては危険な状態を示ずひ
ずみであると考えられる。ここで、限界ひずみは次のよ
うに定義される。

ε。＝σｃ／Ｅ　ここて、ε。、限界ひずゐＬＪｃ・−
軸圧縮強度 Ｅ弾性係数 眼界ひずみは節理等の不連続面の影響をあまり受けない
量である。即ち、不連続面の影響によって一軸圧縮強度
が低下すれば弾性係数も低下し、その程度はほぼ同一で
ある。このことは岩盤の限界ひずみを岩石コアの値から
推定できる可能性を示している。

以上のような物性値の設定及び解析結果の評価の方法に
基づいて実際に解析を行ってみる。解析は第６図に示す
手順に従って行われる。実際に解析を行った検問断面は
第７図に示すようなものとし、その物性値の設定は深さ
方向の岩は硬岩になるものと考えて、第７図のように地
盤をａ層、１層層、Ｃ層、ｄ層の４層に区分して物性値
を設定した。各層の物性値は、以上のように設定した。

（以下余白） なお、ここで第７図において、従来の切上方法では、二
点破線で示すように掘削されることになる。

荷重条件としては、支保−し、ロックボルトの効果を把
握するために、以下の変形を計算する荷重条件を設定し
た。

１、掘削による変形 ２支保工のある場合の掘削による変形 ３、ロツクホルＩ・工＋支保工の場合の掘削による変形 荷重条件はＦ　Ｅ　Ｍ解析ソフｌ−（Ｍｒ、　５ＯＩＩ
−）における次のコマンドを組み合わせて設定する。

ＧＲＡＶ　　　重力荷重（初期応力状態）ＥＸＣΔ　：
掘削（要素の掘削） ＢＡＮＫ　　：盛上（支保工等の要素の追加）ＤＬＯＡ
Ｄ　　分布荷重（ロックボルトのよる荷重）１の場合Ｇ
ＲＡＶ−ＥＸＣＡ ２の場合ＧＲΔＶ→ＢＡＮＫ−ＩＥＸＣＡ３の場合ＧＲ
Δｖ−４ＢΔＮＫ−ＩＤＬＯＡＤ→ＥＸＣ八以−にのよ
うな条件で行われた解析結果は以下のようになる。

掘削面付近の変形形態は、各荷重条件毎に第８図（△）
〜（Ｉ３）に示すようになる。第８図において、破線が
変形前のもの、実線が変形後の状態を示し、同図（Ａ、
）は掘削のみによる変形、同図（Ｂ）は支保工のある場
合の変形、同図（Ｃ）は支保１．とロックボルトを施し
た場合のそれぞれの荷重条件における変形形態及び変形
度を示している。

第８図において変形図は、最大変位量を基準にスケーリ
ングしであるため、各荷重条件毎に異なる変位スケール
となっている。しかし、変形の状態については比較かで
きる。変形形態から得られる事項をまとめると以下のよ
うになる。

■掘削による変形においては、掘削大端の解放部が変形
量が最大となるが、支保工を設けた場合には、この変形
量は小さく抑えられていることが分かる。

■また、ロックホルト玉を施した場合には、支保工のみ
の場合にあった天盤部の変形が抑えられていて、はとん
ど変形がない状態となっている。

■支保工を設けた場合は、底盤部が変形量が最大となる
。これは、弾性解析を行っているので、支保工によって
抑制された変形か底盤部に及んだものと考えられる。

掘削面（＝１近の変形量をまとめてみると、第９図に示
ず接点番号の変形量は縦方向については表１、水平方向
については表２に示すようになる。

（以下余白） 表１　　　　　ｙ方向の変化量（ｃｍ）表２　　　　Ｘ
方向の変化量（ｃｍ） −１−記より各荷重ケースによる変化量−を比較すると
、 掘削のみによる変形〉支保工のある場合の変形〉支保王
十ロックホルト王の場合の変形の傾向が得られる。特に
、支保二「は天盤の変形に対して有効に働いていて、例
えば、節点番号１０６の点における変形の度合は、支保
工がある場合には約４．０ｍｍであるのに対し、支保二
［二かある場合には０、２ｍｍというように約１／２０
に抑えられる。、ロックポル１〜工の効果も、ロックポ
ルＩ・力の大きさや方向を計測結果をもとに変形を抑制
できるように設計ずれば、木工法の安定性に大きな役割
を果すと考えられる。

なお、本発明は本実施例に限定されるわけてはな（、本
発明の目的、作用及び後述する効果の奏する範囲におい
て任意に定められてよく、これらの変更は本発明の要旨
を何ら変更するものでないことはいうまでもない。

〈発明の効果〉 以」−の如く構成される本発明においては、賢盤等に形
成されたオーバーハング状の掘削部の内壁面に沿って沿
設した支保工と該支保工と路床との開放端側間に一定間
隔に支柱を差し渡しであるので、該支保工と支柱とて該
内壁面イー、１近の岩盤の変形を有効に抑制することが
できる。これは、前述の解析結果からも認められるもの
である。

殊に、該支保工事の岩盤にロックホルトを埋設ぜしめる
と、より官需の変形を抑制する。

また、本発明たるハーフトンネル構造の施工に際しては
、先ずオーバーハング状の掘削部を形成し、１−記掘削
部の内壁面に沿って支保工を沿設したのち、支柱を配設
する前に仮設支柱を建て込むので、岩盤の崩れを有効に
防止しつつ支柱を一定間隔をおいて配設てき、前置等の
事故を未然に防止することができ、安全性を高めること
ができる。

本発明たるハーフトンネルによれば、長大のり面を形成
しないので、掘削範囲が少なくすることかでき、よって
、施工性を高めることができ、維持％ｊ理も切土工法に
比へて容易となる。特に、掘削をオーバーハング状に行
うので、前置の落下による事故のおそれも解消される。

また、用地買収の点てもオーバーハング状に掘削するの
みであるので、買収範囲を少なく湾まずことができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図はハーフトンネル
の斜視図、第２図はハーフトンネルの断面図、第３図は
ロックホルトを設（プた場合の］＼−フトンネルの断面
図、第４図は構築方法を示すフローチャート、第５図は
構築方法を示す説明図、第６図は解析方法を示すフロー
チャー１・、第７図は解析に使用した地盤の形状を示す
断面図、第８図（Ａ）〜（Ｃ）は掘削のみによる変形、
支保工のある場合の変形、支保工とロックポルＩ・を施
した場合の変形の各場合の変形度を示す説明図、第９図
は節点番号を示す説明図である。 Ａ：ハーフトンネル　　　ＢハーフＩ・ンネル１１：支
保工　　　　　　１１１・天井部１１２：側面部　　　
　　　１２・支柱１３：支柱基礎　　　　　１４０ック
ホルト２°内壁面　　　　　　３路床 ４掘削部：　　　　　　５・岩盤

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）岩盤の斜面又は絶壁の表面に対して掘削して形成し
   た路床（３）と内壁面（２）を有するオーバーハング状
   の掘削部（４）の内壁面に沿って沿設した支保工（１１
   ）と、該支保工と路床の開放端側間に一定間隔をおいて
   差し渡した支柱（１２）とからなることを特徴とするハ
   ーフトンネルの構造。 ２）岩盤の斜面又は絶壁の表面に対して掘削して形成し
   た路床（３）と内壁面（２）を有するオーバーハング状
   の掘削部（４）の内壁面に沿って沿設した支保工（１１
   ）と、該支保工に対して打ち込んで支保工裏の岩盤に埋
   設してなるロックボルト（１４）と、該支保工と路床の
   開放端側間に一定間隔をおいて差し渡した支柱（１２）
   とからなることを特徴とするハーフトンネルの構造。 ３）岩盤の斜面又は絶壁の表面に対して路床（３）と内
   壁面（２）を有するオーバーハング状の掘削部（４）を
   形成し、上記掘削部の内壁面に沿って支保工（１１）を
   沿設し、該支保工を路床開放端近くで支える仮設支柱（
   １５）を建て込み、その上で該支保工と路床の開放端側
   間に一定間隔をおいて支柱（１１）を差し渡してなるこ
   とを特徴とするハーフトンネルの構築方法。