JPH10306680A - 地山掘削におけるパイプルーフ工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 掘削空間の天盤の上側外周に相当する地山領
域１ｃ自体の強度を増大させることにより、補強用鋼管
５の打設数を節減して施工性を向上させる。 【解決手段】 掘削対象領域１ａの上側外周に沿って適
当な間隔でルーフ状に並んだボーリング孔１１を削孔す
る。次に各ボーリング孔１１を強制的に拡径することに
よって、その周囲の地山領域１ｃを高密度化してから、
拡径されたボーリング孔１１内に拡径前のボーリング孔
１１より大径の補強用鋼管５を挿入してモルタル６で定
着する。地山１の掘削対象領域１ａの掘削は、上述の一
連の工程の終了後に行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地山を掘削して、
大断面のトンネル等、地中の掘削空間を構築する際に、
その天盤部となる領域の地山を補強して掘削に伴う地山
の緩み変位を抑制するためのパイプルーフ工法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】地山にトンネル等を掘削する際には、そ
の天盤部となる領域の地山に掘削に伴う応力開放によっ
て緩み変位を発生する。このような地山の緩みを可及的
に抑えるための工法として、従来から、所謂パイプルー
フ工法と呼ばれる補強工法が知られている。

【０００３】従来のパイプルーフ工法によれば、例えば
トンネルを地山に掘削する場合に、予めこのトンネルの
掘削対象領域の上側外周に沿って、前記地山に、補強用
鋼管を互いに近接状態で円弧状に並べて前記トンネルの
掘削方向とほぼ平行に打設することによって、ルーフ状
の補強用鋼管列（パイプルーフ）を形成する。そしてそ
の後、この補強用鋼管列の内周側を掘削してトンネルを
構築するのに伴って支保工を建て込んで、前記補強用鋼
管列を直接支持することにより、トンネルの掘削に伴う
上部地山の緩みを防止するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
によるパイプルーフ工法は、各補強用鋼管同士を互いに
近接させて打設するため、多数の補強用鋼管が必要であ
り、このため、打ち込みに多大な時間がかかると共に、
資材コストも嵩み、しかも補強用鋼管には打ち込みに際
して曲がり変形が発生しやすく、施工性に問題があっ
た。

【０００５】本発明は、上記のような事情のもとになさ
れたもので、その技術的課題とするところは、トンネル
等の掘削空間の天盤領域となる地山自体の強度を増大さ
せることにより、補強用鋼管の打設数を節減して施工性
を向上させることの可能な工法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した技術的課題を有
効に解決するための手段として、本発明に係る地山掘削
におけるパイプルーフ工法は、まず掘削空間の掘削対象
となる領域の上側の地山であって前記掘削空間の天盤外
周に相当する領域に適当な間隔でルーフ状に並んだボー
リング孔を掘削方向とほぼ平行に削孔する。次に、前記
各ボーリング孔を強制的に拡径することによってこのボ
ーリング孔の周囲の地山を高密度に圧縮してから、拡径
された前記ボーリング孔内に拡径前のボーリング孔より
大径の補強用鋼管を挿入すると共に、前記ボーリング孔
の内壁と前記補強用鋼管との間にモルタル等からなる固
結材を充填するものである。地山の掘削対象領域を掘削
して掘削空間を形成する工程は、上述の一連の工程の終
了後に行われる。

【０００７】この方法によれば、地山の掘削対象領域を
掘削することにより形成される掘削空間の天盤部となる
地山領域自体が、各ボーリング孔の拡径により高密度と
なって強度が増大し、かつ前記各ボーリング孔に補強用
鋼管が打設され固結材で定着されるので、前記高密度と
なった地山領域と補強用鋼管列とによる剛性の大きなパ
イプルーフが、前記掘削対象領域の上側を囲むように形
成される。このため、補強用鋼管の剛性のみに依存した
従来工法に比較して、補強用鋼管の打設間隔を広げ、そ
の打設本数を減少することができる。

【０００８】本発明において、ボーリング孔を拡径する
には、例えばボーリング孔内に可撓性又はゴム状弾性を
有する高分子材料からなる容積可変の密閉状の袋体を挿
入してこの袋体内に加圧流体を圧入するといった方法が
好適に採用される。この方法によれば、ボーリング孔の
外部から加圧流体に加える圧力によって、ボーリング孔
内壁を均一に加圧し押し広げることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１乃至図４は、本発明に係るパ
イプルーフ工法を地山掘削による地中空間の施工に適用
した好ましい一実施形態を工程順に示すもので、各図の
（Ａ）は施工形態の概略的な説明図、（Ｂ）は（Ａ）に
おけるＢ−Ｂ’線に沿って地山を切断した断面図であ
る。

【００１０】まず図１は地山へのボーリング孔の削孔工
程を示すもので、参照符号１は掘削対象の地山、図中一
点鎖線で示す領域１ａは地山１に後述する蒲鉾形の掘削
空間１２（図４参照）を形成するための掘削対象領域、
２は地山１の掘削の発進側にボーリング機械、加圧給水
装置、鋼管挿入機械等を設置するために鉄骨等で構築さ
れた基地、３は後述する補強用鋼管５を挿入する際の案
内手段とするためのセントル定規である。

【００１１】この削孔工程においては、基地２にボーリ
ング機械を設置し、そのロッド２１を回転させながら地
山１の内部へ向けて推進させることによって、その先端
のビット２１ａで前記地山１にボーリング孔１１を削孔
する。このボーリング孔１１は、掘削対象領域１ａの上
側であって図４に示す蒲鉾形掘削空間１２の天盤１２ａ
の外周に相当する領域１ｂに適当な間隔でルーフ状（円
弧面状）に並んだ状態で、かつ前記掘削空間１２の掘削
方向とほぼ平行に削孔される。

【００１２】次に図２に示すように、ボーリング孔１１
の内部に気密性の高いゴム又は軟質プラスチック等の可
撓性又は弾性を有する素材からなる細長い密閉袋体であ
るプレッシャバッグ４を挿入し、このプレッシャバッグ
４には基地２に設置した加圧給水装置を給水配管２２を
介して接続すると共に、弁装置を有する排気・排水用の
配管（図示省略）を接続する。そして、前記加圧給水装
置から圧力媒体としての水Ｗを給水配管２２を介して給
水すると共に、このプレッシャバッグ４内の残存空気を
前記排気・排水用の配管を通じて排出することによって
前記水Ｗをプレッシャバッグ４内に充填する。そして、
プレッシャバッグ４内に水Ｗが充填されたら前記排気・
排水用の配管における弁装置を閉弁し、更に前記水Ｗを
加圧することによって前記プレッシャバッグ４を膨張さ
せる。

【００１３】膨張したプレッシャバッグ４はボーリング
孔１１の内壁面に圧接し、これを図中に多数の矢印で示
すように径方向に押し広げる。その結果、図中破線で示
すように、各ボーリング孔１１の拡径に伴ってその周囲
における一定範囲の地山領域１ｃが圧縮されて高密度化
し、その強度が増大する。

【００１４】なお、プレッシャバッグ４によるボーリン
グ孔１１の加圧・拡径工程について、図５を参照しなが
ら更に詳しく説明すると、給水配管２２の先端近傍には
多数の給水孔２２ａが開設されている。また、プレッシ
ャバッグ４は、先端がコーン２３を介して給水配管２２
の先端に固定されると共に、前記給水孔２２ａが開設さ
れた部分の外周側を包囲し、後端がカラー２４を介して
給水配管２２の外周における軸方向所定位置に固定され
ている。

【００１５】このため、まず図５（Ａ）のように、給水
配管２２をボーリング孔１１に挿入して行くと、やがて
カラー２４が地山１と干渉することによって、プレッシ
ャバッグ４の装着部分のみが挿入される。そして、この
状態で前記給水配管２２からその給水孔２２ａを介して
プレッシャバッグ４内を給水・加圧する。このとき、カ
ラー２４は、水圧によってプレッシャバッグ４がボーリ
ング孔１１の外側へ向けて軸方向へ膨張するのを防止す
る機能を奏する。図５（Ｂ）のようにボーリング孔１１
の入口近傍部分がカラー２４の挿入可能な所定の内径に
拡径されたら、いったんプレッシャバッグ４内の加圧を
解除し、図５（Ｃ）のように、給水配管２２を更にボー
リング孔１１の奥へ向けて挿入する。そして、カラー２
４がボーリング孔１１の拡径部分とその奥の未拡径部分
との間の段差面１１ａに干渉するまで挿入されたら、再
びプレッシャバッグ４内を給水・加圧するといった工程
を繰り返す。

【００１６】なお、図２（Ｂ）では、拡径された各ボー
リング孔１１の周囲の高密度化された地山領域１ｃが互
いに離れているが、各ボーリング孔１１の間隔やプレッ
シャバッグ４内の水圧によっては、前記地山領域１ｃが
互いに連続した状態に形成される。また、プレッシャバ
ッグ４内は、各ボーリング孔１１の内径が後述する補強
用鋼管５の外径よりも大径に拡径されるように加圧す
る。

【００１７】各ボーリング孔１１の長手方向全域が拡径
されたら、加圧給水装置によるプレッシャバッグ４内の
加圧を停止すると共に、排気・排水用の配管の弁装置を
開いてプレッシャバッグ４内の水を排水することによっ
て、各ボーリング孔１１の内壁面に対する押し付けを解
除する。そして、前記プレッシャバッグ４及び配管等を
撤去した後、図３に示すように、拡径された各ボーリン
グ孔１１内に、補強用鋼管５を挿入する。

【００１８】補強用鋼管５は、図１に示す拡径前のボー
リング孔１１よりも大径のものが用いられ、その挿入作
業は、基地２に設置した鋼管挿入機械によって、セント
ル定規３で案内しながら行われる。また、ボーリング孔
１１の内壁面と、挿入した補強用鋼管５との間には固結
材としてモルタル６を充填する。

【００１９】各ボーリング孔１１に挿入された補強用鋼
管５は、経時的に硬化するモルタル６を介して各ボーリ
ング孔１１の内壁面、すなわち各ボーリング孔１１の周
囲の高密度化された地山領域１ｃと一体的に一体的に定
着される。この補強用鋼管５は、拡径前のボーリング孔
１１よりも大径であるため、ボーリング孔１１が拡径前
の状態に縮径するのを防止して前記領域１ｂの高密度状
態を保持すると共に、この補強用鋼管５自体が所要の剛
性を有するものである。そしてこれによって、図３
（Ｂ）に示すように、高密度化されて強度が増大した地
山領域１ｃと、この地山領域１ｃにモルタル６を介して
一体化された補強用鋼管５の列とからなる剛性の大きな
パイプルーフ７が、掘削対象領域１ａの上側を屋根状に
囲むように形成される。

【００２０】上述の一連の工程が終了してモルタル６が
完全に硬化した後、地山１における掘削対象領域１ａを
掘削し、図４に示すような掘削空間１２を形成する。こ
の掘削は所定の距離Ｌ毎に行い、天盤１２ａに微小崩落
を防止するために必要に応じてモルタルの吹き付け等に
よる所定厚さの支保工（覆工）８を施工する。

【００２１】上記実施形態によれば、掘削空間１２の天
盤１２ａの上部外周に沿って形成されたパイプルーフ７
によって、その上方の地山の荷重を支持し、掘削空間１
２の上部地山の緩みを抑制する。このパイプルーフ７の
支持力の一部は、補強用鋼管５の周囲の高密度化された
地山領域１ｃが受け持つため、補強用鋼管５の打設間隔
は、補強用鋼管５のみによって支持する従来工法に比較
して大きく取ることができ、このため、鋼管のみによっ
て地山を支保する従来工法に比較して補強用鋼管５の本
数を節減することができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明に係るパイプルーフ工法によれ
ば、ボーリング孔を拡径することによってその周囲の高
密度化された地山領域と、前記ボーリング孔に挿入・定
着された補強用鋼管の剛性との相乗作用によって、地山
掘削に伴う緩みを抑えるものであるため、次のような硬
化が実現される。 (1) 補強用鋼管の使用本数を従来工法に比較して少なく
し、資材コストを節減することができる。 (2) 補強用鋼管の節減によって、施工時間を短縮するこ
とができる。 (3) 補強用鋼管はそれより大径にしたボーリング孔に挿
入するため、従来工法のような補強用鋼管の曲がり変形
が発生しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るパイプルーフ工法の好ましい一実
施形態におけるボーリング孔の削孔工程を示すもので、
（Ａ）はこの工程の概略的な説明図、（Ｂ）は（Ａ）に
おけるＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。

【図２】上記実施形態における各ボーリング孔の加圧・
拡径工程を示すもので、（Ａ）はこの工程の概略的な説
明図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ’線に沿った断面
図である。

【図３】上記実施形態におけるボーリング孔へ鋼管を挿
入し前記ボーリング孔の内壁との間にモルタルを充填す
る工程を示すもので、（Ａ）はこの工程の概略的な説明
図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ’線に沿った断面図
である。

【図４】上記実施形態によるパイプルーフの施工完了後
に、地中空間を掘削した状態を示すもので、（Ａ）はこ
の状態の概略的な説明図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−
Ｂ’線に沿った断面図である。

【図５】図２のボーリング孔の加圧・拡径工程を詳細に
示す説明図である。

【符号の説明】

１ 地山 １ａ 掘削対象領域 １ｂ 天盤外周に相当する領域 １１ ボーリング孔 １２ 掘削空間 １２ａ 天盤 ４ プレッシャバッグ ５ 補強用鋼管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削空間の掘削対象となる領域の上側の
   地山であって前記掘削空間の天盤外周に相当する領域に
   適当な間隔でルーフ状に並んだボーリング孔を前記掘削
   空間の掘削方向とほぼ平行に削孔する工程と、 前記各ボーリング孔を強制的に拡径することによってこ
   のボーリング孔の周囲の地山を高密度に圧縮する工程
   と、 拡径された前記ボーリング孔内に拡径前のボーリング孔
   より大径の補強用鋼管を挿入すると共に前記ボーリング
   孔の内壁と前記補強用鋼管との間に固結材を充填する工
   程と、からなることを特徴とする地山掘削におけるパイ
   プルーフ工法。
2. 【請求項２】 請求項１の記載において、 ボーリング孔の拡径は、 前記ボーリング孔内に可撓性又はゴム状弾性を有する高
   分子材料からなる容積可変の密閉状の袋体を挿入してこ
   の袋体内に加圧流体を圧入することにより行うことを特
   徴とする地山掘削におけるパイプルーフ工法。