トンネル切羽の補強工法および切羽補強部材
【課題】 簡単な構造でコストの低い切羽補強部材およびこれを用いた経済的な補強工法の提供。
【解決手段】 鋼棒の先端に先鋭部ａ１を有し、後端に該鋼棒よりも大径にした鋼製の肉厚円板部ａ２を有する切羽補強部材ａ，ａ’。また、切羽２に削孔３を掘削する削孔工程と、その削孔３に請求項１記載の切羽補強部材ａを設置するとともに、その後方に爆薬４，４’を設置する装薬工程と、上記爆薬４，４’を発破して上記切羽２の掘削を進めるとともに、上記切羽補強部材ａを、切羽２前方の地山内に貫入させる発破工程とからなるトンネル切羽の補強工法。
【解決手段】 鋼棒の先端に先鋭部ａ１を有し、後端に該鋼棒よりも大径にした鋼製の肉厚円板部ａ２を有する切羽補強部材ａ，ａ’。また、切羽２に削孔３を掘削する削孔工程と、その削孔３に請求項１記載の切羽補強部材ａを設置するとともに、その後方に爆薬４，４’を設置する装薬工程と、上記爆薬４，４’を発破して上記切羽２の掘削を進めるとともに、上記切羽補強部材ａを、切羽２前方の地山内に貫入させる発破工程とからなるトンネル切羽の補強工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル切羽の崩落災害を防止するための補強工法および切羽補強部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル掘削工事において、作業員が切羽に接近しなければならない作業としては、爆薬の装薬、支保工設置、補助工法における注入やロッド継ぎ等の作業がある。
このような作業は、全体の作業時間のうち３０〜４０％程度の時間を占めるだけであるにもかかわらず、トンネル災害のうち切羽崩落災害が占める割合は５０％を超えている。
【０００３】
その切羽崩落災害を防止するために切羽を補強する従来の補強工法としては、たとえば特許文献１に記載されているものがある。
【０００４】
この工法は、発破により掘削しようとするトンネル切羽の前方の地山に、ボルト材（切羽補強部材）を定着させて、発破後の切羽が崩落しないよう事前に補強するもので、具体的には、そのボルト材は、一側に凹溝状の機械加工部を設けて内圧により拡径可能にした中空筒体状のものであり、これを切羽の削孔奥端部に設置するとともに、爆薬の爆発の圧力で上記機械加工部を引き延ばして削孔内でこれを拡径させることで地山に定着させ、切羽を補強するものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３５６０９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記ボルト材は、削孔内で拡径可能にするために、予め凹溝状の上記機械加工部を形成した構造にしておく必要があり、その加工費が嵩むものであった。
【０００７】
そこで、本発明は、より簡単な構造でコストの低い切羽補強部材およびこれを用いた経済的な補強工法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の本発明は、鋼棒の先端に先鋭部ａ１を有し、後端に該鋼棒よりも大径にした鋼製の肉厚円板部ａ２を有する切羽補強部材ａ，ａ’である。
【０００９】
請求項２記載の本発明は、切羽２に削孔３を掘削する削孔工程と、その削孔３に請求項１記載の切羽補強部材ａを設置するとともに、その後方に爆薬４，４’を設置する装薬工程と、上記爆薬４，４’を発破して上記切羽２の掘削を進めるとともに、上記切羽補強部材ａを、切羽２前方の地山内に貫入させる発破工程とからなるトンネル切羽の補強工法である。
【００１０】
請求項３記載の本発明は、上記削孔３の掘削位置を１発破ごとにずらして、上記掘削工程・装薬工程および発破工程を繰り返し行う請求項２記載のトンネル切羽の補強工法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明切羽補強部材は簡単な構造であり低コストで、これを用いた本発明補強工法は経済的に施工できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
鋼棒の先端に先鋭部ａ１を有し、後端に該鋼棒よりも大径にした鋼製の肉厚円板部ａ２を有する切羽補強部材ａ，ａ’。
【００１３】
切羽２に削孔３を掘削する削孔工程と、その削孔３に請求項１記載の切羽補強部材ａを設置するとともに、その後方に爆薬４，４’を設置する装薬工程と、上記爆薬４，４’を発破して上記切羽２の掘削を進めるとともに、上記切羽補強部材ａを、切羽２前方の地山内に貫入させる発破工程とからなるトンネル切羽の補強工法。
【実施例】
【００１４】
ａは、異形鋼棒の先端に四角錐状にした先鋭部ａ１を有し、後端に該鋼棒よりも大径にした鋼製の肉厚円板部ａ２を有するアンカー（切羽補強部材；部材名称＝ＮＳ（Nail Shoot）部材）である（図１参照）。
このアンカーａの全長は５００ｍｍ、上記鋼棒の直径は２５ｍｍ、上記肉厚円板部ａ２の直径は４０ｍｍ、厚さは１６ｍｍであるが、各部の寸法は変更可能である。たとえば、全長２００ｍｍ，３００ｍｍ，４００ｍｍ等のものが考えられる。
また、異形鋼棒でなく丸鋼棒を使用してもよく、先鋭部ａ１は円錐状あるいは四角錘以外の角錐状にしてもよい。
上記肉厚円板部ａ２は、鋼棒に対して板材を溶接して形成もよいし、鋼棒の後端を熱間鍛造して形成してもよい。
【００１５】
本実施例のトンネル切羽の補強工法（工法名称：ＮＳ（Nail Shoot）工法）は、上記アンカーａを使用して、下記のように施工される。
【００１６】
＜１＞削孔工程（図２）
ドリルジャンボ１により切羽２に爆薬を装填するための削孔３を複数所定の間隔を開け所要位置に掘削する。この削孔は、通常の削孔長（１ｍ）よりも上記アンカーａの長さ（５０ｃｍ）程度長く削孔する。
この削孔長は、切羽の地質状況およびアンカーａの長さを考慮して適宜変更することができる。
なお、図２において、符号３’を付したものは、前回の発破の際に残った削孔の奥端部、符号ａ’を付したものは、その削孔の凹端部３’から前回の発破により地山に貫入したアンカーである。
【００１７】
＜２＞装薬工程（図３）
掘削した各削孔３内をキューレン（孔内清掃器具）にて清掃し、その奥端に上記アンカーａを設置する。
【００１８】
そのアンカーａの後方に、親ダイ（電気雷管を装着した爆薬）４および増しダイ（電気雷管を装着しない爆薬）４’を１〜３本（その数は地山状態により設定する）設置し、２〜５ケ程度のアンコ（爆破により爆薬が鉄砲のようにトンネル内へ発射されないようにし、地山を破壊するようにするための砂や粘土でできた込めもの）（図示しない。）を詰める。
【００１９】
＜３＞発破工程（図４）
上記親ダイ４および増しダイ４’を発破することにより、切羽２の掘削を進める。
この発破により、同時に、上記アンカーａがピストル弾のように大きな衝撃力をもって切羽２の前方の地山内に貫入する（図４（ａ））。
貫入したアンカーａは、地山内に存在する亀裂や節理を縫って結合し、また、軟弱層を補強するなどの効果を奏するので、切羽の崩落を防止することができる。
【００２０】
＜４＞ 次の削孔・装薬・発破（図５）
上記＜１＞〜＜３＞の工程を繰り返し行うことにより、切羽２の崩落を防止しつつ発破の掘削を進める。
なお、地山の状況に応じ、上記削孔３の掘削位置は１発破ごとにずらして行うことができる。すなわち、切羽への掘削は、図５に示すように前回の発破の際に装薬しその前方にアンカーａが嵌入している削孔３とはずらした削孔位置３”に行うなどするのが好ましい。
【００２１】
上記のとおり、本実施例の工法は、トンネル切羽の安定に貢献するもので、特に、発破後の、支保工立込み、次の発破のための装薬など、作業員が切羽に接近する作業の際、切羽の崩落災害を回避できるメリットがある。
【００２２】
また、この工法は、従来のドリルジャンボ１により施工できるもので、特殊な機械や設備を必要としないし、アンカーａの設置本数の決定やそのの長さの選定も、切羽の地質条件により応じて適時判断できるので、現場に応じて適切な施工が行えるなどのメリットがある。
さらに、特殊な機械や設備が不要でしかも上記アンカーａが簡単な構造のものであるから、従来の鏡吹付けコンクリートと比較しても非常に経済的な工法である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（ａ）は、本発明の実施例に係るアンカー（切羽補強部材）の側面図、（ｂ）はその背面図である。
【図２】ドリルジャンボによる削孔作業を行っている状態を示すトンネルの縦断面図である。
【図３】アンカーの設置および爆薬の装薬の状態を示す切羽の削孔の縦断面図である。
【図４】（ａ）は上記爆薬の発破前の状態、（ｂ）はその発破によりアンカーが前方の地山に貫入した状態を示す切羽の削孔の縦断面図である。
【図５】前回の発破のための削孔と次回の発破のための削孔との位置関係を示す切羽の正面図である。
【符号の説明】
【００２４】
ａ，ａ’ アンカー（切羽補強部材）
ａ１ 先鋭部
ａ２ 肉厚円板部
１ ドリルジャンボ
２ 切羽
３，３’，３” 削孔
４，４’ 爆薬
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル切羽の崩落災害を防止するための補強工法および切羽補強部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル掘削工事において、作業員が切羽に接近しなければならない作業としては、爆薬の装薬、支保工設置、補助工法における注入やロッド継ぎ等の作業がある。
このような作業は、全体の作業時間のうち３０〜４０％程度の時間を占めるだけであるにもかかわらず、トンネル災害のうち切羽崩落災害が占める割合は５０％を超えている。
【０００３】
その切羽崩落災害を防止するために切羽を補強する従来の補強工法としては、たとえば特許文献１に記載されているものがある。
【０００４】
この工法は、発破により掘削しようとするトンネル切羽の前方の地山に、ボルト材（切羽補強部材）を定着させて、発破後の切羽が崩落しないよう事前に補強するもので、具体的には、そのボルト材は、一側に凹溝状の機械加工部を設けて内圧により拡径可能にした中空筒体状のものであり、これを切羽の削孔奥端部に設置するとともに、爆薬の爆発の圧力で上記機械加工部を引き延ばして削孔内でこれを拡径させることで地山に定着させ、切羽を補強するものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３５６０９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記ボルト材は、削孔内で拡径可能にするために、予め凹溝状の上記機械加工部を形成した構造にしておく必要があり、その加工費が嵩むものであった。
【０００７】
そこで、本発明は、より簡単な構造でコストの低い切羽補強部材およびこれを用いた経済的な補強工法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の本発明は、鋼棒の先端に先鋭部ａ１を有し、後端に該鋼棒よりも大径にした鋼製の肉厚円板部ａ２を有する切羽補強部材ａ，ａ’である。
【０００９】
請求項２記載の本発明は、切羽２に削孔３を掘削する削孔工程と、その削孔３に請求項１記載の切羽補強部材ａを設置するとともに、その後方に爆薬４，４’を設置する装薬工程と、上記爆薬４，４’を発破して上記切羽２の掘削を進めるとともに、上記切羽補強部材ａを、切羽２前方の地山内に貫入させる発破工程とからなるトンネル切羽の補強工法である。
【００１０】
請求項３記載の本発明は、上記削孔３の掘削位置を１発破ごとにずらして、上記掘削工程・装薬工程および発破工程を繰り返し行う請求項２記載のトンネル切羽の補強工法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明切羽補強部材は簡単な構造であり低コストで、これを用いた本発明補強工法は経済的に施工できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
鋼棒の先端に先鋭部ａ１を有し、後端に該鋼棒よりも大径にした鋼製の肉厚円板部ａ２を有する切羽補強部材ａ，ａ’。
【００１３】
切羽２に削孔３を掘削する削孔工程と、その削孔３に請求項１記載の切羽補強部材ａを設置するとともに、その後方に爆薬４，４’を設置する装薬工程と、上記爆薬４，４’を発破して上記切羽２の掘削を進めるとともに、上記切羽補強部材ａを、切羽２前方の地山内に貫入させる発破工程とからなるトンネル切羽の補強工法。
【実施例】
【００１４】
ａは、異形鋼棒の先端に四角錐状にした先鋭部ａ１を有し、後端に該鋼棒よりも大径にした鋼製の肉厚円板部ａ２を有するアンカー（切羽補強部材；部材名称＝ＮＳ（Nail Shoot）部材）である（図１参照）。
このアンカーａの全長は５００ｍｍ、上記鋼棒の直径は２５ｍｍ、上記肉厚円板部ａ２の直径は４０ｍｍ、厚さは１６ｍｍであるが、各部の寸法は変更可能である。たとえば、全長２００ｍｍ，３００ｍｍ，４００ｍｍ等のものが考えられる。
また、異形鋼棒でなく丸鋼棒を使用してもよく、先鋭部ａ１は円錐状あるいは四角錘以外の角錐状にしてもよい。
上記肉厚円板部ａ２は、鋼棒に対して板材を溶接して形成もよいし、鋼棒の後端を熱間鍛造して形成してもよい。
【００１５】
本実施例のトンネル切羽の補強工法（工法名称：ＮＳ（Nail Shoot）工法）は、上記アンカーａを使用して、下記のように施工される。
【００１６】
＜１＞削孔工程（図２）
ドリルジャンボ１により切羽２に爆薬を装填するための削孔３を複数所定の間隔を開け所要位置に掘削する。この削孔は、通常の削孔長（１ｍ）よりも上記アンカーａの長さ（５０ｃｍ）程度長く削孔する。
この削孔長は、切羽の地質状況およびアンカーａの長さを考慮して適宜変更することができる。
なお、図２において、符号３’を付したものは、前回の発破の際に残った削孔の奥端部、符号ａ’を付したものは、その削孔の凹端部３’から前回の発破により地山に貫入したアンカーである。
【００１７】
＜２＞装薬工程（図３）
掘削した各削孔３内をキューレン（孔内清掃器具）にて清掃し、その奥端に上記アンカーａを設置する。
【００１８】
そのアンカーａの後方に、親ダイ（電気雷管を装着した爆薬）４および増しダイ（電気雷管を装着しない爆薬）４’を１〜３本（その数は地山状態により設定する）設置し、２〜５ケ程度のアンコ（爆破により爆薬が鉄砲のようにトンネル内へ発射されないようにし、地山を破壊するようにするための砂や粘土でできた込めもの）（図示しない。）を詰める。
【００１９】
＜３＞発破工程（図４）
上記親ダイ４および増しダイ４’を発破することにより、切羽２の掘削を進める。
この発破により、同時に、上記アンカーａがピストル弾のように大きな衝撃力をもって切羽２の前方の地山内に貫入する（図４（ａ））。
貫入したアンカーａは、地山内に存在する亀裂や節理を縫って結合し、また、軟弱層を補強するなどの効果を奏するので、切羽の崩落を防止することができる。
【００２０】
＜４＞ 次の削孔・装薬・発破（図５）
上記＜１＞〜＜３＞の工程を繰り返し行うことにより、切羽２の崩落を防止しつつ発破の掘削を進める。
なお、地山の状況に応じ、上記削孔３の掘削位置は１発破ごとにずらして行うことができる。すなわち、切羽への掘削は、図５に示すように前回の発破の際に装薬しその前方にアンカーａが嵌入している削孔３とはずらした削孔位置３”に行うなどするのが好ましい。
【００２１】
上記のとおり、本実施例の工法は、トンネル切羽の安定に貢献するもので、特に、発破後の、支保工立込み、次の発破のための装薬など、作業員が切羽に接近する作業の際、切羽の崩落災害を回避できるメリットがある。
【００２２】
また、この工法は、従来のドリルジャンボ１により施工できるもので、特殊な機械や設備を必要としないし、アンカーａの設置本数の決定やそのの長さの選定も、切羽の地質条件により応じて適時判断できるので、現場に応じて適切な施工が行えるなどのメリットがある。
さらに、特殊な機械や設備が不要でしかも上記アンカーａが簡単な構造のものであるから、従来の鏡吹付けコンクリートと比較しても非常に経済的な工法である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（ａ）は、本発明の実施例に係るアンカー（切羽補強部材）の側面図、（ｂ）はその背面図である。
【図２】ドリルジャンボによる削孔作業を行っている状態を示すトンネルの縦断面図である。
【図３】アンカーの設置および爆薬の装薬の状態を示す切羽の削孔の縦断面図である。
【図４】（ａ）は上記爆薬の発破前の状態、（ｂ）はその発破によりアンカーが前方の地山に貫入した状態を示す切羽の削孔の縦断面図である。
【図５】前回の発破のための削孔と次回の発破のための削孔との位置関係を示す切羽の正面図である。
【符号の説明】
【００２４】
ａ，ａ’ アンカー（切羽補強部材）
ａ１ 先鋭部
ａ２ 肉厚円板部
１ ドリルジャンボ
２ 切羽
３，３’，３” 削孔
４，４’ 爆薬
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼棒の先端に先鋭部を有し、後端に該鋼棒よりも大径にした鋼製の肉厚円板部を有することを特徴とする切羽補強部材。
【請求項２】
切羽に削孔を掘削する削孔工程と、その削孔に請求項１記載の切羽補強部材を設置するとともに、その後方に爆薬を設置する装薬工程と、上記爆薬を発破して上記切羽の掘削を進めるとともに、上記切羽補強部材を、切羽前方の地山内に貫入させる発破工程とからなることを特徴とするトンネル切羽の補強工法。
【請求項３】
上記削孔の掘削位置を１発破ごとにずらして、上記掘削工程・装薬工程および発破工程を繰り返し行うことを特徴とする請求項２記載のトンネル切羽の補強工法。
【請求項１】
鋼棒の先端に先鋭部を有し、後端に該鋼棒よりも大径にした鋼製の肉厚円板部を有することを特徴とする切羽補強部材。
【請求項２】
切羽に削孔を掘削する削孔工程と、その削孔に請求項１記載の切羽補強部材を設置するとともに、その後方に爆薬を設置する装薬工程と、上記爆薬を発破して上記切羽の掘削を進めるとともに、上記切羽補強部材を、切羽前方の地山内に貫入させる発破工程とからなることを特徴とするトンネル切羽の補強工法。
【請求項３】
上記削孔の掘削位置を１発破ごとにずらして、上記掘削工程・装薬工程および発破工程を繰り返し行うことを特徴とする請求項２記載のトンネル切羽の補強工法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２１４８５５（Ｐ２００８−２１４８５５Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４９２９８（Ｐ２００７−４９２９８）
【出願日】平成１９年２月２８日（２００７．２．２８）
【出願人】（５０７２９６８０５）株式会社ＴＳＣ (3)
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２８日（２００７．２．２８）
【出願人】（５０７２９６８０５）株式会社ＴＳＣ (3)
[ Back to top ]