JPH0823261B2 - 並列トンネルの施工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は先行トンネルと後行ト
ンネルとを並列に掘進する並列トンネルの施工方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】トンネルを並列に掘進する場合、隣接す
るトンネル間の距離がきわめて近いとトンネル間の中間
地山部（以下「ピラー部」という）の応力が大きくなっ
てその安定性が損なわれるため、ピラー部を補強する必
要がある。このピラー部の補強方法として、従来より様
々な方法が実施され、たとえば、中壁式工法やその他の
補助工法などにおいては、分割施工により地山応力の減
少を図ったり、支保工部材を使用したり、あるいはピラ
ー部の補強または置き換えなどの各種補強部材を使用す
る方法も実施されている。また、ピラー部にＰＣアンカ
ーを打ち込むことによってピラー部の地山を補強する方
法等も実施されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、たとえば、ピ
ラー部の地山を複数本のＰＣアンカーで補強する方法
は、先行トンネルと後行トンネルの両方を掘進した後で
行う補強方法なので、後行トンネルを掘進する前に、後
行トンネルの掘進に備えてピラー部を支保工等で補強す
る必要があるなどの課題があった。

【０００４】また、ピラー部の地山を締めるために、Ｐ
Ｃアンカーを緊張してプレストレスを導入する必要があ
るので、余計な作業および設備を必要とするなどの課題
があった。さらに、いずれの施工方法も、多くの手間が
かかり、しかも、工期の長期化を免れず、また、施工費
が嵩むなどの課題があった。

【０００５】この発明は、以上の課題を解決するために
なされたもので、複数本のトンネルを近接して並列に掘
進する場合、ピラー部の補強を確実に行うことができ
て、近接トンネルの安全施工を可能にした並列トンネル
の施工方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る請求項第
１項記載の並列トンネルの施工方法は、先行トンネルと
後行トンネルとの間の中間地山部に、前記先行トンネル
の側壁部より前記後行トンネル側に複数本のアンカー孔
を削孔し、このアンカー孔に先端部に拡径管を取り付け
たアンカーボルト若しくはアンカー鋼管を挿入し、か
つ、前記アンカー孔の先端部において前記拡径管を周辺
地盤中に傘状に拡径する。

【０００７】また、この発明に係る請求項第２項記載の
並列トンネルの施工方法は、前項の並列トンネルの施工
方法において、拡径管を、径の異なる複数本の鋼管を二
重ないしそれ以上に重ねて設置し、かつ、この鋼管のそ
れぞれの側壁部にその軸方向に細長いスリットを重なら
ないように円周方向にずらしてそれぞれ形成する。

【０００８】

【作用】前記のような施工方法により、後行トンネル掘
進時の応力解放によって生ずる、岩のポアソン効果によ
るピラー部の横（水平）方向のひずみ増加が、アンカー
ボルト若しくはアンカー鋼管などのアンカー部材に張力
を発生させ、地山が本来もっている強度をさらに増加さ
せことができるので、近接トンネルのピラー部が補強さ
れる。

【０００９】本工法は従来の補強土工法のうち、引っ張
り強度のメカニズムを応用したものであり、主に、地山
の持つ内部摩擦角（φ）によって擬似的な剪断耐力の向
上を図ったものである。したがって、φが高い場合、そ
の補強効果が増加する。

【００１０】また、本工法の適用性を検討するために、
軟岩および土砂中の近接トンネルを想定し、ピラー部の
圧縮耐力に対する安全率との補強材必要量の関係につい
て試算したものを、図２５、２６に示した（なお、ここ
では、ピラー部の軸力については、離間距離を考慮せ
ず、応力集中係数を一律２とした）。

【００１１】これらの図によると、補強材断面積の増加
により安全率が高くなり、補強効果が生じることが示さ
れる（この例では、トンネル覆工の効果は考慮されてい
ない）。図２５に示すグラフは、軟岩の場合で、φ＝１
０゜、ヤング係数（Ｅ）＝１０００Ｋｇ／ｃｍ^２、ポア
ソン比（υ）＝０．３と想定した。Ｃ（粘着力）＝５０
ｔｆ／ｍ^２は泥岩の物性に近く、Ｃ＝３０ｔｆ／ｍ^２は
片岩に近い物性を示している。泥岩の場合、アンカー部
材（φ＝２５ｍｍ）を１ｍ^２に１本打設すると安全率が
１．４近くになり補強効果が現れることがわかる。片岩
では、４本打設して安全率が１．１程度になり、ピラー
部の補強効果が得られることがわかる。

【００１２】図２６に示すグラフは、砂質地山の例であ
り、φ＝３０゜、Ｅ＝３００Ｋｇ／ｃｍ^２、υ＝０．４
と想定した。この図において、Ｃ＝１０ｔｆ／ｍ^２は成
田砂、Ｃ＝０ｔｆ／ｍ^２はスコリアに近い物性を示して
いる。これらは、補強材を挿入することにより安全率が
１．０以上となり補強効果が得られることがわかる。な
お、この結果ではアンカー部材の許容応力からアンカー
部材の数量が決定されている。

【００１３】本工法の施工手順は、通常のＮＡＴＭトン
ネルのサイクルタイムに沿っており、一連の施工が従来
の作業工程の中で実施できる。たとえば、先行トンネル
の一工程の掘削、および通常の吹付けコンクリート、ボ
ルト打設などの補助工法の施工完了後、あるいは併用し
て、後行トンネル方向に向けてトンネルピラー部にピラ
ー幅相当、又はこれを越える長さのボルトを水平に必要
な数量、打設する。この様な一連の先行トンネル施工完
了後、あるいは所定の切羽間隔を持って通常の後行トン
ネルの施工に入るものである。

【００１４】アンカー部材の定着方法は、地山強度が高
い場合は、全面付着型のボルトで、また、地山強度が低
い場合は、先端定着型を利用することが考えられる。特
に、ボルト先端部の固定度が安定上重要であり、後者の
場合には、ボルト先端に地盤中において傘状に拡径する
拡径管を装着する。この拡径管は後行トンネルの側壁部
における、擬似ライニング効果もあり、掘削時の安定上
一層の効果が期待される。

【００１５】また、使用するアンカー部材は、必要断面
積に合わせて鉄筋から鋼管などまで使用可能である。さ
らに、地山状況によっては自穿孔ボルト、あるいは、地
山の物性によってはＦＲＰ部材（σ／Ｅ大）の使用も効
果的と考えられる。

【００１６】

【実施例】以下、この発明に係る並列トンネルの施工方
法を図示する一実施例に基づいて説明する。 （１）最初に、先行トンネル１を掘進する（図１参
照）。トンネルの掘進には、従来、一般に行われている
方法のうちで、地盤状況などを検討し、最も適した掘進
方法によって行う。 （２）次に、先行トンネル１の側壁部より後行トンネル
２の方向に複数本のアンカー部材３を水平に施工する
（図２，３参照）。アンカー部材３には、ピラー部５の
厚さに相当する長さのアンカーボルトや鋼管などを使用
し、上下および横方向に所定間隔おきに施工する。ま
た、アンカー部材３の径および施工間隔は、地盤の種
類、地盤状況などを考慮のうえ適宜決める。

【００１７】次に、アンカー部材３としてアンカーボル
トを使用した場合の施工方法を説明する。 先行トンネル１の側壁部にアンカー孔４を穿孔する
（図４参照）。アンカー孔４はアンカー部材３の施工後
に掘進する後行トンネル５の略近くまで穿孔する。ま
た、アンカー孔４の穿孔には、トンネルの掘進と同様
に、従来、一般に行われている穿孔方法のうちで最も適
した方法によって行う。 次に、、アンカー孔４の先端部にセメントミルクな
どの硬化剤を噴射・圧入する。この硬化剤の噴射・圧入
は、穿孔ドリル６のロッド６ａを注入菅として行い（図
５参照）、ロッド６ａは硬化剤の注入後、速やかに引き
抜く。 次に、アンカー孔４の中にアンカーボルト３を挿入
する（図６参照）。アンカーボルト３には、ピラー部Ａ
の厚さに相当する長さ若しくはこれより長いボルトを使
用する。このアンカーボルト３の先端部には、あらかじ
め、拡径菅７を取り付けておく（図８，１１，１２参
照）。拡径菅７はアンカー孔４の径と略同じか若しくは
これよりも一回り細い径の鋼管より形成され、その前後
両端部にはプレート８，８が溶接され、かつ、側壁部に
は複数個のスリット９，９が円周方向に所定間隔おきに
形成されている。スリット９，９は拡径管７の長手方向
に細長い長方形状に形成されている。

【００１８】このように形成された拡径管７は、前後プ
レート８，８の略中央部にアンカーボルト３の先端部を
貫通し、その貫通部分に受けプレート１０を取り付け、
さらに、その外側の雄ねじ部に固定ナット１１を螺合す
ることにより取り付けられている（図８参照）。 次に、アンカー孔４にセンターホールジャッキ１２
のドリリングロッド１３を挿入し、その先端部を拡径管
７の後端側プレート８に突き付ける。また、アンカー孔
４の入り口部にセンターホールジャッキ１２を突き付
け、センターホールジャッキ１２のアタッチメント１２
ａをアンカーボルト３と連結する（図８，９，１０参
照）。 次に、センターホールジャッキ１２を作動させてド
リリングロッド１３をアンカー孔４の中に強く圧入して
ドリリングロッド１３の先端と受けプレート１０とによ
って拡径管７を押し潰し、拡径管７の中央部を周辺地盤
中に傘状に拡径する（図９，１３参照）。 （３） アンカー部材３の施工が全て終了したら、先行
トンネル１と同じようにして後行トンネル２を施工す
る。かかる施工方法によれば、後行トンネル施工中の周
辺地山部の崩壊を防止することができ、安全施工が可能
になるのである。

【００１９】ところで、図１４，１５において、アンカ
ー径Ｄが大きくなると、拡径翼間が大きくなり、拡径ア
ンカー部の断面積Ａ_１に対する鋼材占有面積Ａ_２は拡径
量の増加とともに、大幅に低下する。したがって、翼間
の土塊の支持力が有効に生かされないため（すりぬける
状態）、アンカー径に対応した（２乗に比例）アンカー
支持力を充分に得られないおそれがある。

【００２０】図１６〜図２０は、このような問題に対応
するために開発された拡径管７を示したもので、以下そ
の詳細を説明する。拡径管７は、径の異なる複数本の鋼
管７ａ，７ａより構成されている。鋼管７ａ，７ａは二
重ないし多重に重ねられ、各鋼管７ａ，７ａの側壁部に
軸方向に細長い長方形状のスリット９，９が互いに重な
らないように円周方向にずらして形成されている。ま
た、各鋼管７ａ，７ａは、それぞれ、同心円状に確実に
拡径されるように一番外側に最も長いものが設置され、
内側になるほど短いものが設置されている。その他の構
成は先に説明した拡径管７と略同じである。

【００２１】図２１〜図２４は、アンカー部材３（以
下、「アンカー鋼管」という）として鋼管を使用した場
合の施工方法を示したものである。ここで使用されるア
ンカー鋼管３には、アンカー孔４と略同径か若しくはこ
れよりも一回り細く、かつ、ピラー部５の厚さに相当す
る長さ若しくはこれより長い鋼管が使用されている。ま
た、アンカー鋼管３の先端部には拡径管７が一体的に形
成されている。拡径管７は、アンカー鋼管３の先端部の
側壁部にアンカー鋼管３の長手方向に細長い矩形状をし
た複数本のスリット９，９を円周方向に所定間隔おきに
形成することにより形成され、その先端部には、内側に
開口するねじ孔１４が形成されている。このように、拡
径管７をアンカー鋼管３と一体的に形成することにより
拡径管７の取り付けを省略することがてきる。

【００２２】以下、このアンカー鋼管３を使用した場合
の施工方法を順をおって説明する。 先の施工方法と同様にして先行トンネル１の側壁部
にアンカー孔４を穿孔し、このアンカー孔４の先端部に
セメントミルクなどの硬化剤を噴射・圧入する。 次に、アンカー孔４の中にアンカー鋼管３を挿入す
る（図２１参照）。 次に、アンカー鋼管３の中にロッド１５を挿入し、
その先端部を拡径管７の先端部に形成されたねじ孔１４
に螺合して連結する（図２２参照）。また、アンカー孔
４の入り口にセンターホールジャッキ１２を設置する
（図２２参照）。 次に、センターホールジャッキ１２によってアンカ
ー鋼管３をアンカー孔４の中に強く押し込むことによ
り、センターホールジャッキ１２とロッド１５によって
拡径管７を押し潰して周辺の地盤中に傘状に拡径する
（図２３参照）。 次に、アンカー鋼管３の中にその全長にわたってコ
ンクリートなどの硬化材を充填する（図２４参照）。な
お、拡径管７はアンカー鋼管３の先端部に一体的に形成
しないで、先に説明したアンカー部材３の場合と同じよ
うに、別途形成したものを、取り付けても良い。

【００２３】

【発明の効果】この発明は以上の構成からなるので以下
の効果を有する。 いわゆるピラー部の補強は、後行トンネルの施工前
に行うため、後行トンネルの施工時には、ピラー部は既
に充分に補強されている。このため、後行トンネルの施
工は、通常の施工のみとなり、施工サイクル上の問題は
なくスムーズに、しかも、きわめて安全に進めることが
できる。また、先行トンネルの施工も、通常の施工方法
で進めることができるため、施工も容易である。 ピラー部の補強は、地山掘削により生ずるポアソン
効果という、岩の本来持っている性質を利用した張力導
入方法であり、ボルト打設および地山掘削により発生す
る地山の応力の再配分を有効に利用した工法による。し
たがって、ＰＣアンカー工法などのように、ピラー部の
地盤をプレストレスを導入してわざわざ締め固める必要
もないため、きわめて経済的であり、施工もきわめて簡
単である。

【００２４】また、いわゆるシステムボルトと併用する
ことにより、さらに、効果は倍増する。 拡径管は、径の異なる複数本の鋼管より構成され、
各鋼管は二重ないし多重に重ねられ、その側壁部には、
軸方向に細長い長方形状のスリットが互いに重ならない
ように円周方向にずらして形成されている。さらに、各
鋼管は、一番外側に最も長いものが設置され、内側にな
るほど短いものが設置されている。したがって、アンカ
ー径が大きく、拡径翼間が大きくなっても、各鋼管は周
辺地盤中に同心円状に拡径されるため、拡径アンカー部
の断面積Ａ_１に対する鋼材占有面積Ａ_２は充分に確保で
き、翼間の土塊の支持力を有効に生かすことができる。
このため、アンカー部材のアンカー強度はきわめて大き
いものである。さらに、必要に応じて鋼管の数を適当に
増やすことによってアンカー強度をより一層高めること
もできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】掘進後の先行トンネルと掘進前の後行トンネル
の断面図である。

【図２】掘進後の先行トンネルと掘進前の後行トンネル
との間のピラー部に施工されたアンカー部材の断面図で
ある。

【図３】掘進後の先行トンネルおよび後行トンネルと先
行トンネルと後行トンネルとの間のピラー部に施工され
たアンカー部材の断面図である。

【図４】アンカーボルトによるアンカー部材の施工方法
を示す断面図である。

【図５】アンカーボルトによるアンカー部材の施工方法
を示す断面図である。

【図６】アンカーボルトによるアンカー部材の施工方法
を示す断面図である。

【図７】アンカーボルトによるアンカー部材の施工方法
を示す断面図である。

【図８】アンカーボルトによるアンカー部材の施工方法
における拡径管の設置状態を示す側面図である。

【図９】アンカーボルトによるアンカー部材の施工方法
における拡径管の拡径した状態を示す側面図である。

【図１０】アンカーボルトによるアンカー部材の施工方
法におけるアンカーボルトとセンターホールジャッキの
アタッチメントとの連結部を示す一部破断側面図であ
る。

【図１１】アンカーボルトによるアンカー部材の施工方
法における拡径管の設置状態を示す斜視図である。

【図１２】アンカーボルトによるアンカー部材の施工方
法における拡径管の設置状態を示す断面図である。

【図１３】アンカーボルトによるアンカー部材の施工方
法における拡径管の拡径した状態を示す斜視図である。

【図１４】拡径アンカー部の直径Ｄと拡径アンカー部の
断面積Ａ_１に対する鋼材占有面積Ａ_２の関係を示すグラ
フである。

【図１５】拡径アンカー部の概要を示す断面図である。

【図１６】拡径管の縦断面図である。

【図１７】拡径管の縦断面図である。

【図１８】拡径管の縦断面図である。

【図１９】拡径管の縦断面図である。

【図２０】拡径管の正面図である。

【図２１】アンカー鋼管によるアンカー部材の施工方法
を示す断面図である。

【図２２】アンカー鋼管によるアンカー部材の施工方法
を示す断面図である。

【図２３】アンカー鋼管によるアンカー部材の施工方法
を示す断面図である。

【図２４】アンカー鋼管によるアンカー部材の施工方法
を示す断面図である。

【図２５】軟岩地盤における補強材断面積と安全率との
関係を示すグラフである。

【図２６】砂質地盤における補強材断面積と安全率との
関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１…先行トンネル、２…後行トンネル、３…アンカー部
材（アンカーボルト若しくはアンカー鋼管）、４…アン
カー孔、５…ピラー部、６…穿孔ドリル、６ａ…ロッ
ド、７…拡径菅、８…プレート、９…スリット、１０…
受けプレート、１１…固定ナット、１２…センターホー
ルジャッキ、１３…ドリリングロッド、１４…ねじ孔、
１５…ロッド。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先行トンネルを掘進し、この先行トンネ
   ルの掘進後、この先行トンネルと並列に後行トンネルを
   掘進するトンネルの施工方法において、前記先行トンネ
   ルと後行トンネルとの間の中間地山部に、前記先行トン
   ネルの側壁部より前記後行トンネル側に複数本のアンカ
   ー孔を削孔し、このアンカー孔に先端部に拡径管を取り
   付けたアンカーボルト若しくはアンカー鋼管を挿入し、
   かつ、前記アンカー孔の先端部において前記拡径管を周
   辺地盤中に傘状に拡径することを特徴とする並列トンネ
   ルの施工方法。
2. 【請求項２】 拡径管は、径の異なる複数本の鋼管を二
   重ないしそれ以上に重ねて設置し、かつ、この鋼管のそ
   れぞれの側壁部にその軸方向に細長いスリットを重なら
   ないように円周方向にずらしてそれぞれ形成してなるこ
   とを特徴とする請求項第１項記載の並列トンネルの施工
   方法。