地山補強工法
【課題】 円滑に地山に埋設でき、埋設の後の作業も円滑に実行でき、良好な地山補強を実現する。
【解決手段】 地山補強用鋼管１、５、６を、前方に、内周面に雌ねじが形成された拡径部２が位置し、後方に、外周面に雄ねじが形成された雄ねじ部３が位置するように連結する。先頭管の前方端に配置されたインナービット１６およびリングビット１４を回転させて、地山補強用鋼管を地山中に引き込むことにより、地山補強用鋼管を地山中に打設する。打設により複数の地山補強管を、拡径部を除き、その下側において、地山の下面との間で所定の空隙をもった状態で配置する。インナービットおよびロッドを除去した後、地山補強用鋼管中に固結材を注入し、地山補強用鋼管に設けられた、下側に形成された吐出孔を含む複数の吐出孔からほぼ偏りなく吐出させ、吐出した固結材が地山に浸透させて固化させる。
【解決手段】 地山補強用鋼管１、５、６を、前方に、内周面に雌ねじが形成された拡径部２が位置し、後方に、外周面に雄ねじが形成された雄ねじ部３が位置するように連結する。先頭管の前方端に配置されたインナービット１６およびリングビット１４を回転させて、地山補強用鋼管を地山中に引き込むことにより、地山補強用鋼管を地山中に打設する。打設により複数の地山補強管を、拡径部を除き、その下側において、地山の下面との間で所定の空隙をもった状態で配置する。インナービットおよびロッドを除去した後、地山補強用鋼管中に固結材を注入し、地山補強用鋼管に設けられた、下側に形成された吐出孔を含む複数の吐出孔からほぼ偏りなく吐出させ、吐出した固結材が地山に浸透させて固化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地山に補強用鋼管を打設し、該鋼管を通して固結材を注入することにより当該地山を補強して掘削を行う地山補強工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
比較的軟弱な地盤を対象とした地山補強先受け工、鏡補強工などのトンネル工事においては、地山の内部に地山補強用パイプである地山補強用鋼管（ケーシングパイプ）を打設し、この地山補強用鋼管内に固結材を注入し、鋼管表面に設置された吐出孔から地山に浸透させることで、地山補強・安定化をはかる工法が採用されている。たとえば、ＡＧＦ工法やＦＩＴ工法が、上記工法として知られている。
【０００３】
地山に対して打設、埋設される地山補強用鋼管は複数使用され、直列方向に連結される。一般に、地山において進行方向を前方とすると、前方端に位置する先頭管、２つの中間管、最後端に位置する端末管の長さは、それぞれ、３．５ｍ、３．１ｍ、３．１ｍである。
【０００４】
先頭管の前方端には、リングビットが取り付けられている。地山補強用鋼管内部にインナービットが螺子係合されたロッドを挿入し、先頭管の前方端でインナービットとリングビットが係合される。このロッドの後方端の側は削岩機に螺子係合され、このロッドを介してビット（インナービットおよびリングビット）へ打撃、回転および推力を加えながら地山内を削孔するのと同時に、インナービットに設けられた突起部に係合されたケーシングシューに後続する地山補強用鋼管を牽引し、地山内へ引き込む。
【０００５】
地山補強用鋼管を順次直列方向に連結して、インナービットおよびリングビットを地山に向かって前方に進めることで、前述して４本の地山補強用鋼管を地山内部に埋設することができる。
【０００６】
地山への地山補強用鋼管の埋設が完了すると、地山補強用鋼管内に固結材を送り込む。固結材は、地山補強用鋼管のそれぞれに複数設けられた吐出孔から吐出され、地山内に浸透する。地山内に浸透した固結材は、硬化することで地山の緩みを抑制し、安定化させる。このようにして地山を補強することができる。
【０００７】
上記地山補強用鋼管を直列に連結するために、地山補強用鋼管の一方端の外周部に雄ネジが形成され、他方端の内周部に雌ネジが形成される。隣接する地山補強用鋼管の雄ネジと雌ネジとを螺子係合させることで、２つの地山補強用鋼管を連結させることができる。上記構成の地山補強用鋼管として、たとえば、特許文献１や特許文献２に開示されたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実公平７−４５６７６号公報
【特許文献２】特開２００４−３３２２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
地山補強用鋼管内に挿入されたロッドおよび前方端に配置されたビットにより、地山補強用鋼管を円滑にかつできるだけ小さな力で引き込むのが望ましく、したがって、地山補強用鋼管は、軽量でかつ地山の重量に十分に耐えられるだけの強度を有するのが望ましい。その一方、いったん地山に埋設された地山補強用鋼管は、簡単に引き抜けない、つまり、引き抜き抵抗が大きいのが望ましい。さらに、固結材は、孔から全方向に偏りなく吐出できるのが望ましい。
【００１０】
本発明は、円滑に地山に埋設でき、埋設の後の作業も円滑に実行でき、良好な地山補強を実現する地山補強工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的は、地山の掘削箇所において所定位置にて所定角度で、複数の地山補強用鋼管を直列に連結させて打設し、地山補強用鋼管内部に注入された固結材を、当該地山補強用鋼管に形成された複数の吐出孔から吐出して地山に浸透させて該地山を補強する地山補強用工法であって、
地山補強用鋼管の進行方向である前方の端部に位置する先頭管以外の地山補強用鋼管については、一端に所定の長さにわたって外径が拡径され、かつ、その内周面に雌ねじが形成された拡径部が形成されると共に、他端に所定の長さにわたって、その外周面に雄ねじが形成された雄ねじ部が形成され、
前記先頭管内にはロッドおよび前方端に位置するインナービットが挿入され、
前記ロッドの後方端に取り付けられた削岩機によりインナービットを回転させて、前記先頭管を地山中に引き込むことにより、前記先頭管を前記地山中に打設し、
前記打設中に、前記ロッド内に形成された供給経路に削孔水を供給し、前記供給経路およびインナービット中の供給経路を経て、インナービットの前方から削孔水を吐出させ、
前記先頭管の打設が終了すると、中間管である前記地山補強用鋼管を、前記拡径部を前方に位置させて、前記先頭管の後方端の外周面に形成された雄ねじ部の雄ねじと、前記拡径部の内周面に形成された雌ねじとを螺子係合させて、前記先頭管と前記中間管とを連結させ、
さらに挿入されたロッドの後方端に取り付けられた削岩機によりインナービットを回転させて、前記先頭管および中間管を前記地山中に引き込むことにより、
前記先頭管および中間管を前記地山中に打設し、
さらに、１以上の他の中間管および後方端に位置する端末管を、それぞれ、前記中間管と同様に、前記拡径部を前方に位置させて、前方に位置する地中補強用鋼管と連結して、地中に引き込むことにより、当該１以上の他の中間管および端末管を、地山中に打設し、これにより、前記先頭管、前記中間管および端末管を、前記拡径部を除き、その下側において、前記地山の下面との間で所定の空隙をもった状態で配置し、
前記インナービットおよびロッドを除去した後、前記地山補強用鋼管中に固結材を注入し、前記地山補強用鋼管に設けられた、前記下側に形成された透孔を含む前記複数の透孔からほぼ偏りなく吐出させ、
前記吐出した固結材が地山に浸透し、固化することを特徴とする地山補強工法により達成される。
【００１２】
好ましい実施態様においては、前記吐出孔から吐出された固結材が、前記地山と前記地山補強用鋼管との間の空隙に充填されるとともに、この空隙からさらに地山に浸透し、他の部分より外径が大きい前記拡径部は、前記固結材が注入されて固結した後の前記地山に対する付着耐力を向上させ、緩みを抑制し、切羽を安定させる。
【００１３】
また、好ましい実施態様においては、前記インナービットの前方から吐出された削孔水は、前記インナービットおよびロッドに形成された溝および前記地山補強用鋼管の内壁との間で形成された排出経路より削孔中に発生した繰り粉とともに排出され、その際に、前記後方端の雄ねじ部は、排出される削孔水により汚染されない。
【００１４】
別の好ましい実施態様においては、前記先頭管および先頭管以外の連結された１以上の地山補強用鋼管を前記地山中に引き込む際に、前記拡径部の下面のみが地山に接触し、他の部分は、掘削された地山の孔壁との間で所定の空隙をもって位置する。
【００１５】
また、好ましい実施態様においては、前記先頭管以外の地山補強用鋼管において、拡径部の端部にテーパー部が形成される。
【００１６】
さらに他の好ましい実施態様においては、前記先頭管の前方端には、前記インナービットの回転とともに回転可能であり、先頭管の外径より大きな外径を有し、さらには先頭管の後端に接続される中間管の拡径部よりも大きい外径を有するリングビットが形成され、
前記ロッドの後方端に取り付けられた削岩機によりインナービットおよびリングビットを回転させて、地山補強用鋼管が地山中に引き込まれる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、円滑に地山に埋設でき、埋設の後の作業も円滑に実行でき、良好な地山補強を実現する地山補強工法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本実施の形態にかかる地山補強工法において使用する地山補強用鋼管の例を示す部分断面側面図である。
【図２】図２は、２つの地山補強用鋼管の螺子係合される端部を示す拡大段面図である。
【図３】図３は、隣接する地山補強用鋼管を連結した状態を示す部分断面図である。
【図４】図４は、掘削のための所定の器具が取り付けられた状態の先頭管の例を示す側面図である。
【図５】図５は、地山補強用鋼管の打設位置およびその方向を説明するための図である。
【図６】図６は、打設が完了した状態の隣接する地山補強用鋼管の連結部を示す断面図である。
【図７】図７は、リーク防止処置が施された端末管の後端部の例を示す側面図である。
【図８】図８は、固結材を注入した際の隣接する地山補強用鋼管の連結部を示す断面図である。
【図９】図９は、固結材を注入した際の隣接する地山補強用鋼管の連結部を示す横断面図である。
【図１０】図１０は、固結材が固化した状態の隣接する地山補強用鋼管の連結部を示す断面図である。
【図１１】図１１は、地山補強用鋼管の打設工程を説明する図である。
【図１２】図１２は、第２の実施の形態にかかる地山補強用鋼管の螺子係合される端部を示す拡大断面図である。
【図１３】図１３は、第２の実施の形態にかかる地山補強用鋼管を連結した状態を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる地山補強工法において使用する地山補強用鋼管の例を示す部分断面側面図である。また、図２は、２つの地山補強用鋼管の螺子係合される端部を示す拡大段面図である。なお、本明細書において、切羽に近い方向を「後方」、地山が掘削される方向、つまり地山補強用鋼管の進行方向を「前方」と称する。たとえば、図１、図２に示す地山補強用鋼管のそれぞれにおいては、左側が前方、右側が後方となる。
【００２０】
本実施の形態においては、地山補強のために一組あたり４本の地山補強用鋼管が利用される。最前方端に位置する先頭管の長さが３．５ｍ、第１の中間管および第２の中間管の長さが３．１ｍ、再後端に位置する端末管の長さが３．１ｍである。以下、地山補強用鋼管、特に、中間管および端末管について説明する。
【００２１】
図１に示す地山補強用鋼管１は、たとえば、長さＬが３１００ｍｍ（３．１ｍ）、外径Ｄが７６．３ｍｍ、肉厚ｔが４．２ｍｍである。図１に示す地山補強用鋼管１は、特許文献２に記載されたものと同様である。より詳細には、地山補強用鋼管１の一端（図１において前方端）は、略１００ｍｍの長さＳにわたり、外径Ａが８１．７ｍｍに拡径され、その肉厚は３．９ｍｍとなっている。この拡径された部分（拡径部２）の内周面には、雌ねじが７０ｍｍの長さの範囲で形成されている。なお、上記一方端を拡径する際には、肉厚を３．９〜４．２ｍｍの範囲に維持するため、鋼管の長手方向に圧縮力を加えながら拡径加工するのが望ましい。
【００２２】
また、補強用鋼管１の他端（図１において後方端）には、雄ねじが、７０ｍｍの長さＳの範囲で形成されている。雄ねじが形成された部分を雄ねじ部３とも称する。また、上記雌ねじが形成された部分（拡径部２）を、雌ねじ部とも称し、これら双方をねじ部とも称する。なお、本実施の形態において、地山補強用鋼管１は、図１に示すように、拡径部（雌ねじ部）２が前方に位置し、雄ねじ部３が後方に位置するようにして使用される。
【００２３】
ねじ部２、３の残肉部（ねじ残肉部）の断面積は、前方端および後方端で、それぞれ、６６８ｍｍ２ 及び６６５ｍｍ２ である。それぞれの断面積に、材料強度（ＪＩＳ Ｇ３４４４に規定された４００Ｎ／ｍｍ２）を乗じると、ねじ残肉部における強度は、それぞれ２６９ｋＮおよび２６８ｋＮとなる。
【００２４】
ねじ部２、３に形成されたねじの形状・寸法としては、たとえば、特許文献１に記載されているようなものを採用するのが好ましい。具体的には、雄ねじ部３に形成されたねじ形状は、ピッチｐがねじ山の高さｈの６倍以上の断面矩形状の角型ねじである。また、雌ねじ部２に形成された雌ねじはこれにうまく螺子係合する形状・寸法である。雄ねじのピッチｐとねじ山の高さｈとの関係は、６ｈ≦ｐ≦１０ｈとするのが好ましく、８ｈ≦ｐ≦９ｈとするのがより好ましい。ピッチＰが小さ過ぎると、さく孔装置の打撃力と推力によってねじ山が早期に損傷するので好ましくない。また、ピッチＰが大き過ぎると、ねじのリ−ド角が大きくなり過ぎ、施工において、振動によるねじ緩みの原因となる。本実施の形態にかかる補強用鋼管１では、ピッチＰが６．６ｍｍ，ねじ山の高さｈが０．７５ｍｍである。なお、ねじ形状は、螺子係合を円滑にするため、エッジ部に若干（０．３ｍｍ以下）の面取りを施しておいてもよい。
【００２５】
地山補強用鋼管１の中間部には、内外に連通する複数の吐出孔４が穿設されている。この吐出孔４は、後述するように、地山補強用鋼管１内に注入された地盤強化用の固結材を外部に流出ないし吐出させるためのもので、地山補強用鋼管１において拡径部２以外の部分の全長にわたって、分散するように設けられている。本実施の形態においては、吐出孔４が内径１０ｍｍの小孔として形成される。また、吐出孔４は、所定間隔で互いに交差する直径方向に２個ずつ穿設されている。吐出孔の形状と寸法は、上記実施の形態に示したものに限らず、例えばスリット状など、他の適当なものとすることができる。
【００２６】
図３は、隣接する地山補強用鋼管を連結した状態を示す部分断面図である。図２、図３から理解できるように、使用の際には、前方の地山補強用鋼管６の雄ねじ部３に、後方の地山補強用鋼管５の拡径部（雌ねじ部）２が螺入される。したがって、拡径部２の前方端１１には、２．７ｍｍだけ、当該拡径部２の側が高くなるように段差ｄが形成される。この段差ｄは、後述するように地山補強の際に種々の機能を果たす。また、図３に示すように、連結された地山補強用鋼管５、６の内径は一致している（符号３００参照）。後方の地山補強用鋼管５の拡径部２が終了する部分（符号３０１参照）において僅かな距離だけ、地山補強用鋼管５の内壁と、地山補強用鋼管６の内壁とは離間するが、実質的には、２つの地山補強用鋼管５、６の内壁は段差無く連なる。
【００２７】
先頭管は、中間管および端末管（図１、図２に示す地山補強用鋼管１）と比較すると、全長３．５ｍと長くなっている。また、先頭管においては、前方端も、後方端と同様に、所定長さの範囲で、その外周面に雄ねじが形成されている。
【００２８】
このように構成された地山補強用鋼管を利用した地山補強工法について説明する。前述したように、本実施の形態においても、地山補強のために一組あたり４本の地山補強用鋼管が利用される。また、本実施の形態においては、拡径部２を有する地山補強用鋼管（中間管および端末管）は、拡径部２が前方となるように、地山Ｍ中に配置される。
【００２９】
図４は、掘削のための所定の器具が取り付けられた状態の先頭管の例を示す側面図である。図４に示すように、先頭管１２の前方端には、雌ねじ部（図示せず）に形成された雌ねじに、ケーシングシュー１３が螺入されて係合される。さらに、ケーシングシュー１３には、リングビット１４が回転可能に取り付けられる。リングビット１４には所定の角度間隔で、超硬合金製のチップ１５が取り付けられている。先頭管１２の内部には、その前方端にインナービット１６が螺子係合されたロッド（図示せず）が挿入され、インナービット１６とリングビット１４とが係合される。なお、インナービットの前方端にも超硬合金製のチップ１７が取り付けられている。インナービット１６の所定方向の回転に伴って、リングビット１４も所定方向に回転される。
【００３０】
本実施の形態においては、図３に示すように、連結された地山補強用鋼管５、６の内径は一致している。つまり、地山補強用鋼管の内部には突出部が存在しない。したがって、ロッドなど打設資材の挿入時に、地山補強用鋼管の内部の何れかの部分と接触することで、挿入の邪魔になるようなおそれが生じない。他の部材を挿入する際も同様である。
【００３１】
ロッドの後方端は、削岩機（図示せず）に螺子係合され、削岩機からロッドに与えられる打撃力、回転力、推力は、ロッドからインナービット１６にも伝達される。削岩機からの打撃力、回転力および推力により、インナービット１６およびリングビット１４は、地山内を削孔するとともに、リングビット１４と回転可能に取り付けられたケーシングシュー１３および先頭管１２を牽引して、これらを地山内に引き込む。このようにして、先頭管１２は地山中に打設される。図５、図１１（ａ）に示すように、トンネルＴの切羽において、トンネル断面に対して円周方向に所定の角度（たとえば１２０度）にわたって、所定の上向き角度（たとえば約８度）で、地山Ｍ中に地山補強用鋼管Ｐ（先頭管１２）が打設される。
【００３２】
インナービット１６およびロッドには、削孔および掘削を容易にし、かつ、掘削された繰り粉（破砕された岩など）を排出するための削孔水を通すための供給経路（図示せず）が設けられている。地山Ｍを掘削して、地山補強用鋼管を打設する際に、供給経路を介して削孔水が供給され、たとえば、インナービット１６の前方端に設けられた吐出口から削孔水が吐出される。また、インナービット１６およびロッドには、長手方向に繰り粉および排泥水の排出経路となる溝（図示せず）が形成されている。したがって、形成された溝と地山補強用鋼管の内壁との間が排水経路となり、繰り粉および排泥水が、後方に排出される。
【００３３】
先頭管１２が所定の位置まで打設されると、いったん、ロッドと削岩機との螺子係合が解除される。この状態では、ロッドはそのまま先頭管１２内に残置されている。したがって、地山の切羽面には、先頭管１２の後方端の雄ネジ部が露出した状態となる。次に接続される中間管２１は、拡径部２が前方となるように配置され、先頭管１２の雄ネジに、中間管２１の拡径部２の雌ネジが螺子係合される。また、鋼管内に残置させているロッドへ新たなロッドが継ぎ足される。図１１（ｂ）に示すように、先頭管１２と中間管２１との連結、並びに、２つのロッド（図示せず）の連結が完了すると、さきほどと同様に打設を再開する。
【００３４】
先頭管１２と中間管２１とを螺子係合した状態では、図２および図３に示すように、中間管の前方端１１は、先頭管の後方端よりも若干（ｄ＝２．７ｍｍ）だけ半径が大きく、段差が生じている。しかしながら、図４に示すように、先頭管１２の前方端に配置されるリングビット１４の外径は、中間管２１の拡径部２の外径より十分に大きい。したがって、先頭管１２および中間管２１が連結した状態で、これらが地山Ｍ内に引き込まれるときに、中間管２１の拡径部２が、地山Ｍからの抵抗を受けて、引き込み際の負荷が大きくなるような事態は生じない。
【００３５】
第１の中間管２１の打設が終了すると、図１１（ｃ）に示すように、第１の中間管２１の後方端に、第２の中間管２２が、拡径部２が前方に位置するように連結される。同時に、ロッドも継ぎ足され、第２の中間管２２が地山Ｍ内に打設される。端末管（図示せず）も、それぞれ、同様に連結、打設される。全ての地山補強用鋼管の打設が完了すると、４つの地山補強用鋼管内に設置されていた、インナービット、ロッドなどの打設資材が回収される。これにより、地山への４つの地山補強用鋼管（先頭管、２つの中間管および端末管）の打設（埋設）が完了する。なお、図３に示すように、連結された地山補強用鋼管５、６の内径は一致している。つまり、地山補強用鋼管の内部には突出部が存在しない。したがって、ロッドなどの打設資材の回収時にも、これら資材が地山補強用鋼管の内部の何れかの部分と接触することで、回収の邪魔になるような事態が生じない。
【００３６】
図６は、打設が完了した状態の隣接する地山補強用鋼管の連結部を示す断面図である。図６においては、左側が前方である。後方の地山補強用鋼管３２の前方端１１に連なる拡径部の壁部３３は、前方の地山補強用鋼管３１の壁部３４と比較して外側に突出している。したがって、地山補強用鋼管が地山Ｍ中に打設されたときに、後方の地山補強用鋼管３２における拡径部の壁部３３の下面が地山Ｍに接触する。その一方、前方の地山補強用鋼管３１の壁部３４は、上記拡径部の壁部３３より、その外径が小さいため、地山補強用鋼管３１の下側において、壁部３４は、地山Ｍとの間で一定の空隙Ｇ１をもって位置する。
【００３７】
なお、上述したように、リングビット１４の外径は、後方の地山補強用鋼管３２の拡径部の外径より十分に大きい。したがって、前方の地山補強用鋼管３１の上側において、壁部３４は、地山Ｍとの間で一定の空隙Ｇ２をもって位置するとともに、後方の地山補強用鋼管３２の上側においても、壁部３３は、地山Ｍとの間で一定の空隙Ｇ３をもって位置する。
【００３８】
地山補強用鋼管の打設が完了すると、固結材を連結された地山補強用鋼管の前方端まで注入するために、インサート管（図示せず）が挿入される。また、端末管の後端部は、ゴム栓およびキャップカバー等で閉塞され、リーク防止処置が施される。図７は、リーク防止処置が施された端末管の後端部の例を示す側面図である。図７に示すように、端末管４１の後端部の内径と略等しい外径を有するゴム栓４２が取り付けられる。さらに、端末管４１の後端部の外周面に形成された雄ねじと螺子係合するように内周面に雌ねじが形成されたキャップカバー４３取り付けられる。キャップカバー４３の後端には、ゴム栓４２の脱落を防止するためのフランジ４４が形成される。ゴム栓４２には、貫通孔４５が形成されている。インサート管（図示せず）は、貫通孔４５と連通しており、端末管から前方端に位置する先端管にわたって延びる。
【００３９】
次いで、端末管４１の貫通孔４５から外部に突出しているカプラ（図示せず）にホース（図示せず）が接続される。ホースの端部にはポンプ（図示せず）が接続されており、このポンプから地山補強用鋼管内へ固結材が送り込まれる。固結材としては、セメント系やレジン系のものを用いることができる。
【００４０】
ポンプから固結材を送り込むと、インサート管を経由して、固結材が地山補強用鋼管のそれぞれの内部に充填される。さらに、図８および図９に示すように、地山補強用鋼管（符号３１、３２参照）に設けられている複数の吐出孔４から、地山補強用鋼管３１、３２の周囲に吐出され（符号８０１〜８０４、符号９０１、９０２参照）、さらに地山Ｍに浸透される（符号８１１〜８１４、符号９１１、９１２参照）。地山Ｍに浸透した固結材は、硬化し、鋼管と一体化することで地山Ｍの緩みを抑制し、地山Ｍを安定化させる。図１０に示すように、固結材は、地山と地山補強用鋼管３１、３２との間の空隙に充填される（符号１０００参照）されるとともに、この空隙からさらに地山Ｍに浸透している（図示せず）。
【００４１】
本実施の形態においては、連結された地山補強用鋼管の内径は一致している。つまり、地山補強用鋼管の内部には突出部が存在しない。したがって、インナービットやロッドなどの打設資材の挿入時および回収時に、これら資材が地山補強用鋼管の内部の何れかの部分と接触することで、回収の邪魔になるような事態が生じない。
【００４２】
また、本実施の形態においては、地山補強用鋼管には拡径部が設けられている。固結材が注入されると、固結材は、地山と地山補強用鋼管との間の空隙に充填されるとともに、この空隙からさらに地山Ｍに浸透する。空隙に充填され或いは地山に浸透した固結材が硬化すると、地山補強用鋼管の拡径部が引き抜き抵抗となり、軸力が向上する。
【００４３】
また、前記実施の形態において、継ぎ足される地山補強用鋼管（中間管および端末管）は、前方に拡径部が位置するように配置され、打設される。このような向きで配置することにより、以下のような作用効果を奏する。
【００４４】
前述するように、地山の掘削および地山補強用鋼管の打設の際に、供給経路を介して削孔水が供給され、インナービットおよびロッドに形成された溝と地山補強用鋼管の内壁との間に形成された排水経路を介して、繰り粉および排泥水が排出される。したがって、打設された地山補強用鋼管の内壁は、繰り粉や排泥水が付着している。したがって、打設された内周面（内壁）にネジ（雌ねじ）が形成されていると、後方に新たに地山補強用鋼管を螺子係合させることが不可能となる。しかしながら、本実施の形態においては、連結される２本の地山補強用鋼管において、前方に位置する地山補強用鋼管の後方端には、その外周面に雄ネジが形成され、後方に連結される地山補強緒用鋼管の前方端に、拡径部が形成されるとともにその内周面に雌ネジが形成されている。したがって、打設された（前方に位置する）地山補強雄用鋼管の内周面に、繰り粉や排泥水が付着していても、円滑に後方に地山補強用鋼管を、螺子係合により連結させることが可能となる。
【００４５】
さらに、本実施の形態においては、拡径部を設けることにより、地山補強用鋼管の肉厚を増加させることなくネジ部強度を強くできる。また、肉厚が従来の地山補強用鋼管と比較して薄いことから、地山補強用鋼管を軽量でき、地山補強用鋼管の運搬、連結、打設などを含む施工時におけるハンドリングを向上することが可能となる。
【００４６】
また、従来の地山補強用鋼管を用いると、自重により鋼管表面と、削孔された孔壁とが接触し、底部に位置する吐出孔が塞がるために安定した固結材の注入が困難となる。これに対して、本実施の形態によれば、後方に位置する地山補強用鋼管における拡径部の壁部の下面が地山Ｍに接触する一方、前方に位置する地山補強用鋼管の壁部は、拡径部の壁部よりその外径が小さいため、地山補強用鋼管の下側において、壁部は、地山Ｍとの間で一定の空隙Ｇ１をもって位置する。つまり、拡径部以外では、地山補強用鋼管の周表面は全周にわたって、地山Ｍの孔壁に対して、一定のクリアランスを確保することができる。したがって、良好で偏りのない理想的な固結材の注入を行うことが可能となる。また、地山補強用鋼管の周表面は全周にわたって、地山Ｍの孔壁に対して、一定のクリアランスを確保するために、専用の部品を用いる必要が無い。
【００４７】
さらに、本実施の形態においては、地山Ｍに浸透した固結材は、硬化することで地山Ｍの緩みを抑制し、地山Ｍを安定化させる。特に、固結材は、地山と地山補強用鋼管との間の空隙に充填される（たとえば、図１０の符号１０００参照）とともに、この空隙からさらに地山Ｍに浸透している。他の部分より外径が僅かに大きく設定された拡径部は、固結材が注入されて固結した後の地山に対する付着耐力を向上させ、緩みを抑制し、切羽を安定させることが可能となる。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態においては、地中補強用鋼管の拡径部の形状が、第１の実施の形態と異なる。図１２は、第２の実施の形態にかかる地山補強用鋼管の螺子係合される端部を示す拡大断面図、図１３は、第２の実施の形態にかかる地山補強用鋼管を連結した状態を示す部分断面図である。
【００４９】
図１２および図１３に示すように、第２の実施の形態においても、地山補強用鋼管５５の一端（前方端）には外径が拡張された部分（拡径部）５２が設けられている。拡径部５２の内周面には雌ねじが形成され、隣接する地山補強用鋼管５６の他端（後方端）に配置された雄ねじ部５３の外周面に形成された雄ねじと螺子係合するようになっている。第１の実施の形態と同様に、拡径部５２は、２．７ｍｍ（図１３の符号ｄ参照）だけ拡径されている。また、第２の実施の形態にかかる地山補強用鋼管５５では、拡径部５２の端部（前方端）が傾斜してテーパー部５７が形成される。
【００５０】
図１３から理解できるように、第２の実施の形態においては、地山補強用鋼管５５、５６を螺子係合させると、前方の地山補強用鋼管５６の外周面５８から、後方の地山補強用鋼管５５のテーパー部５７が滑らかに連なって拡径部５２に至る。また、第１の実施の形態と同様に、連結された地山補強用鋼管５５、５６の内径は一致している（符号１３００参照）。
【００５１】
第２の実施の形態にかかる地山補強用鋼管の地山への打設は、第１の実施の形態と同様である。特に、第２の実施の形態では、地山補強用鋼管の前方端の拡径部にテーパー部が形成されている。したがって、地山補強用鋼管を連結した状態で、インナービットおよびリングビットにより地山補強用鋼管が引き込まれる際に、地山補強用鋼管の連結部における地山Ｍとの抵抗、特に、連結部の下側における地山Ｍとの抵抗をより小さくすることできる。
【符号の説明】
【００５２】
１ 地山補強用鋼管
２ 拡径部（雌ねじ部）
３ 雄ねじ部
４ 吐出孔
５、６ 地山補強用鋼管
１１ 前方端
１２ 先頭管
１３ ケーシングシュー
１４ リングビット
１５、１７ チップ
１６ インナービット
３１、３２ 地山補強用鋼管
３３，３４ 壁部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地山に補強用鋼管を打設し、該鋼管を通して固結材を注入することにより当該地山を補強して掘削を行う地山補強工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
比較的軟弱な地盤を対象とした地山補強先受け工、鏡補強工などのトンネル工事においては、地山の内部に地山補強用パイプである地山補強用鋼管（ケーシングパイプ）を打設し、この地山補強用鋼管内に固結材を注入し、鋼管表面に設置された吐出孔から地山に浸透させることで、地山補強・安定化をはかる工法が採用されている。たとえば、ＡＧＦ工法やＦＩＴ工法が、上記工法として知られている。
【０００３】
地山に対して打設、埋設される地山補強用鋼管は複数使用され、直列方向に連結される。一般に、地山において進行方向を前方とすると、前方端に位置する先頭管、２つの中間管、最後端に位置する端末管の長さは、それぞれ、３．５ｍ、３．１ｍ、３．１ｍである。
【０００４】
先頭管の前方端には、リングビットが取り付けられている。地山補強用鋼管内部にインナービットが螺子係合されたロッドを挿入し、先頭管の前方端でインナービットとリングビットが係合される。このロッドの後方端の側は削岩機に螺子係合され、このロッドを介してビット（インナービットおよびリングビット）へ打撃、回転および推力を加えながら地山内を削孔するのと同時に、インナービットに設けられた突起部に係合されたケーシングシューに後続する地山補強用鋼管を牽引し、地山内へ引き込む。
【０００５】
地山補強用鋼管を順次直列方向に連結して、インナービットおよびリングビットを地山に向かって前方に進めることで、前述して４本の地山補強用鋼管を地山内部に埋設することができる。
【０００６】
地山への地山補強用鋼管の埋設が完了すると、地山補強用鋼管内に固結材を送り込む。固結材は、地山補強用鋼管のそれぞれに複数設けられた吐出孔から吐出され、地山内に浸透する。地山内に浸透した固結材は、硬化することで地山の緩みを抑制し、安定化させる。このようにして地山を補強することができる。
【０００７】
上記地山補強用鋼管を直列に連結するために、地山補強用鋼管の一方端の外周部に雄ネジが形成され、他方端の内周部に雌ネジが形成される。隣接する地山補強用鋼管の雄ネジと雌ネジとを螺子係合させることで、２つの地山補強用鋼管を連結させることができる。上記構成の地山補強用鋼管として、たとえば、特許文献１や特許文献２に開示されたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実公平７−４５６７６号公報
【特許文献２】特開２００４−３３２２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
地山補強用鋼管内に挿入されたロッドおよび前方端に配置されたビットにより、地山補強用鋼管を円滑にかつできるだけ小さな力で引き込むのが望ましく、したがって、地山補強用鋼管は、軽量でかつ地山の重量に十分に耐えられるだけの強度を有するのが望ましい。その一方、いったん地山に埋設された地山補強用鋼管は、簡単に引き抜けない、つまり、引き抜き抵抗が大きいのが望ましい。さらに、固結材は、孔から全方向に偏りなく吐出できるのが望ましい。
【００１０】
本発明は、円滑に地山に埋設でき、埋設の後の作業も円滑に実行でき、良好な地山補強を実現する地山補強工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的は、地山の掘削箇所において所定位置にて所定角度で、複数の地山補強用鋼管を直列に連結させて打設し、地山補強用鋼管内部に注入された固結材を、当該地山補強用鋼管に形成された複数の吐出孔から吐出して地山に浸透させて該地山を補強する地山補強用工法であって、
地山補強用鋼管の進行方向である前方の端部に位置する先頭管以外の地山補強用鋼管については、一端に所定の長さにわたって外径が拡径され、かつ、その内周面に雌ねじが形成された拡径部が形成されると共に、他端に所定の長さにわたって、その外周面に雄ねじが形成された雄ねじ部が形成され、
前記先頭管内にはロッドおよび前方端に位置するインナービットが挿入され、
前記ロッドの後方端に取り付けられた削岩機によりインナービットを回転させて、前記先頭管を地山中に引き込むことにより、前記先頭管を前記地山中に打設し、
前記打設中に、前記ロッド内に形成された供給経路に削孔水を供給し、前記供給経路およびインナービット中の供給経路を経て、インナービットの前方から削孔水を吐出させ、
前記先頭管の打設が終了すると、中間管である前記地山補強用鋼管を、前記拡径部を前方に位置させて、前記先頭管の後方端の外周面に形成された雄ねじ部の雄ねじと、前記拡径部の内周面に形成された雌ねじとを螺子係合させて、前記先頭管と前記中間管とを連結させ、
さらに挿入されたロッドの後方端に取り付けられた削岩機によりインナービットを回転させて、前記先頭管および中間管を前記地山中に引き込むことにより、
前記先頭管および中間管を前記地山中に打設し、
さらに、１以上の他の中間管および後方端に位置する端末管を、それぞれ、前記中間管と同様に、前記拡径部を前方に位置させて、前方に位置する地中補強用鋼管と連結して、地中に引き込むことにより、当該１以上の他の中間管および端末管を、地山中に打設し、これにより、前記先頭管、前記中間管および端末管を、前記拡径部を除き、その下側において、前記地山の下面との間で所定の空隙をもった状態で配置し、
前記インナービットおよびロッドを除去した後、前記地山補強用鋼管中に固結材を注入し、前記地山補強用鋼管に設けられた、前記下側に形成された透孔を含む前記複数の透孔からほぼ偏りなく吐出させ、
前記吐出した固結材が地山に浸透し、固化することを特徴とする地山補強工法により達成される。
【００１２】
好ましい実施態様においては、前記吐出孔から吐出された固結材が、前記地山と前記地山補強用鋼管との間の空隙に充填されるとともに、この空隙からさらに地山に浸透し、他の部分より外径が大きい前記拡径部は、前記固結材が注入されて固結した後の前記地山に対する付着耐力を向上させ、緩みを抑制し、切羽を安定させる。
【００１３】
また、好ましい実施態様においては、前記インナービットの前方から吐出された削孔水は、前記インナービットおよびロッドに形成された溝および前記地山補強用鋼管の内壁との間で形成された排出経路より削孔中に発生した繰り粉とともに排出され、その際に、前記後方端の雄ねじ部は、排出される削孔水により汚染されない。
【００１４】
別の好ましい実施態様においては、前記先頭管および先頭管以外の連結された１以上の地山補強用鋼管を前記地山中に引き込む際に、前記拡径部の下面のみが地山に接触し、他の部分は、掘削された地山の孔壁との間で所定の空隙をもって位置する。
【００１５】
また、好ましい実施態様においては、前記先頭管以外の地山補強用鋼管において、拡径部の端部にテーパー部が形成される。
【００１６】
さらに他の好ましい実施態様においては、前記先頭管の前方端には、前記インナービットの回転とともに回転可能であり、先頭管の外径より大きな外径を有し、さらには先頭管の後端に接続される中間管の拡径部よりも大きい外径を有するリングビットが形成され、
前記ロッドの後方端に取り付けられた削岩機によりインナービットおよびリングビットを回転させて、地山補強用鋼管が地山中に引き込まれる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、円滑に地山に埋設でき、埋設の後の作業も円滑に実行でき、良好な地山補強を実現する地山補強工法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本実施の形態にかかる地山補強工法において使用する地山補強用鋼管の例を示す部分断面側面図である。
【図２】図２は、２つの地山補強用鋼管の螺子係合される端部を示す拡大段面図である。
【図３】図３は、隣接する地山補強用鋼管を連結した状態を示す部分断面図である。
【図４】図４は、掘削のための所定の器具が取り付けられた状態の先頭管の例を示す側面図である。
【図５】図５は、地山補強用鋼管の打設位置およびその方向を説明するための図である。
【図６】図６は、打設が完了した状態の隣接する地山補強用鋼管の連結部を示す断面図である。
【図７】図７は、リーク防止処置が施された端末管の後端部の例を示す側面図である。
【図８】図８は、固結材を注入した際の隣接する地山補強用鋼管の連結部を示す断面図である。
【図９】図９は、固結材を注入した際の隣接する地山補強用鋼管の連結部を示す横断面図である。
【図１０】図１０は、固結材が固化した状態の隣接する地山補強用鋼管の連結部を示す断面図である。
【図１１】図１１は、地山補強用鋼管の打設工程を説明する図である。
【図１２】図１２は、第２の実施の形態にかかる地山補強用鋼管の螺子係合される端部を示す拡大断面図である。
【図１３】図１３は、第２の実施の形態にかかる地山補強用鋼管を連結した状態を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる地山補強工法において使用する地山補強用鋼管の例を示す部分断面側面図である。また、図２は、２つの地山補強用鋼管の螺子係合される端部を示す拡大段面図である。なお、本明細書において、切羽に近い方向を「後方」、地山が掘削される方向、つまり地山補強用鋼管の進行方向を「前方」と称する。たとえば、図１、図２に示す地山補強用鋼管のそれぞれにおいては、左側が前方、右側が後方となる。
【００２０】
本実施の形態においては、地山補強のために一組あたり４本の地山補強用鋼管が利用される。最前方端に位置する先頭管の長さが３．５ｍ、第１の中間管および第２の中間管の長さが３．１ｍ、再後端に位置する端末管の長さが３．１ｍである。以下、地山補強用鋼管、特に、中間管および端末管について説明する。
【００２１】
図１に示す地山補強用鋼管１は、たとえば、長さＬが３１００ｍｍ（３．１ｍ）、外径Ｄが７６．３ｍｍ、肉厚ｔが４．２ｍｍである。図１に示す地山補強用鋼管１は、特許文献２に記載されたものと同様である。より詳細には、地山補強用鋼管１の一端（図１において前方端）は、略１００ｍｍの長さＳにわたり、外径Ａが８１．７ｍｍに拡径され、その肉厚は３．９ｍｍとなっている。この拡径された部分（拡径部２）の内周面には、雌ねじが７０ｍｍの長さの範囲で形成されている。なお、上記一方端を拡径する際には、肉厚を３．９〜４．２ｍｍの範囲に維持するため、鋼管の長手方向に圧縮力を加えながら拡径加工するのが望ましい。
【００２２】
また、補強用鋼管１の他端（図１において後方端）には、雄ねじが、７０ｍｍの長さＳの範囲で形成されている。雄ねじが形成された部分を雄ねじ部３とも称する。また、上記雌ねじが形成された部分（拡径部２）を、雌ねじ部とも称し、これら双方をねじ部とも称する。なお、本実施の形態において、地山補強用鋼管１は、図１に示すように、拡径部（雌ねじ部）２が前方に位置し、雄ねじ部３が後方に位置するようにして使用される。
【００２３】
ねじ部２、３の残肉部（ねじ残肉部）の断面積は、前方端および後方端で、それぞれ、６６８ｍｍ２ 及び６６５ｍｍ２ である。それぞれの断面積に、材料強度（ＪＩＳ Ｇ３４４４に規定された４００Ｎ／ｍｍ２）を乗じると、ねじ残肉部における強度は、それぞれ２６９ｋＮおよび２６８ｋＮとなる。
【００２４】
ねじ部２、３に形成されたねじの形状・寸法としては、たとえば、特許文献１に記載されているようなものを採用するのが好ましい。具体的には、雄ねじ部３に形成されたねじ形状は、ピッチｐがねじ山の高さｈの６倍以上の断面矩形状の角型ねじである。また、雌ねじ部２に形成された雌ねじはこれにうまく螺子係合する形状・寸法である。雄ねじのピッチｐとねじ山の高さｈとの関係は、６ｈ≦ｐ≦１０ｈとするのが好ましく、８ｈ≦ｐ≦９ｈとするのがより好ましい。ピッチＰが小さ過ぎると、さく孔装置の打撃力と推力によってねじ山が早期に損傷するので好ましくない。また、ピッチＰが大き過ぎると、ねじのリ−ド角が大きくなり過ぎ、施工において、振動によるねじ緩みの原因となる。本実施の形態にかかる補強用鋼管１では、ピッチＰが６．６ｍｍ，ねじ山の高さｈが０．７５ｍｍである。なお、ねじ形状は、螺子係合を円滑にするため、エッジ部に若干（０．３ｍｍ以下）の面取りを施しておいてもよい。
【００２５】
地山補強用鋼管１の中間部には、内外に連通する複数の吐出孔４が穿設されている。この吐出孔４は、後述するように、地山補強用鋼管１内に注入された地盤強化用の固結材を外部に流出ないし吐出させるためのもので、地山補強用鋼管１において拡径部２以外の部分の全長にわたって、分散するように設けられている。本実施の形態においては、吐出孔４が内径１０ｍｍの小孔として形成される。また、吐出孔４は、所定間隔で互いに交差する直径方向に２個ずつ穿設されている。吐出孔の形状と寸法は、上記実施の形態に示したものに限らず、例えばスリット状など、他の適当なものとすることができる。
【００２６】
図３は、隣接する地山補強用鋼管を連結した状態を示す部分断面図である。図２、図３から理解できるように、使用の際には、前方の地山補強用鋼管６の雄ねじ部３に、後方の地山補強用鋼管５の拡径部（雌ねじ部）２が螺入される。したがって、拡径部２の前方端１１には、２．７ｍｍだけ、当該拡径部２の側が高くなるように段差ｄが形成される。この段差ｄは、後述するように地山補強の際に種々の機能を果たす。また、図３に示すように、連結された地山補強用鋼管５、６の内径は一致している（符号３００参照）。後方の地山補強用鋼管５の拡径部２が終了する部分（符号３０１参照）において僅かな距離だけ、地山補強用鋼管５の内壁と、地山補強用鋼管６の内壁とは離間するが、実質的には、２つの地山補強用鋼管５、６の内壁は段差無く連なる。
【００２７】
先頭管は、中間管および端末管（図１、図２に示す地山補強用鋼管１）と比較すると、全長３．５ｍと長くなっている。また、先頭管においては、前方端も、後方端と同様に、所定長さの範囲で、その外周面に雄ねじが形成されている。
【００２８】
このように構成された地山補強用鋼管を利用した地山補強工法について説明する。前述したように、本実施の形態においても、地山補強のために一組あたり４本の地山補強用鋼管が利用される。また、本実施の形態においては、拡径部２を有する地山補強用鋼管（中間管および端末管）は、拡径部２が前方となるように、地山Ｍ中に配置される。
【００２９】
図４は、掘削のための所定の器具が取り付けられた状態の先頭管の例を示す側面図である。図４に示すように、先頭管１２の前方端には、雌ねじ部（図示せず）に形成された雌ねじに、ケーシングシュー１３が螺入されて係合される。さらに、ケーシングシュー１３には、リングビット１４が回転可能に取り付けられる。リングビット１４には所定の角度間隔で、超硬合金製のチップ１５が取り付けられている。先頭管１２の内部には、その前方端にインナービット１６が螺子係合されたロッド（図示せず）が挿入され、インナービット１６とリングビット１４とが係合される。なお、インナービットの前方端にも超硬合金製のチップ１７が取り付けられている。インナービット１６の所定方向の回転に伴って、リングビット１４も所定方向に回転される。
【００３０】
本実施の形態においては、図３に示すように、連結された地山補強用鋼管５、６の内径は一致している。つまり、地山補強用鋼管の内部には突出部が存在しない。したがって、ロッドなど打設資材の挿入時に、地山補強用鋼管の内部の何れかの部分と接触することで、挿入の邪魔になるようなおそれが生じない。他の部材を挿入する際も同様である。
【００３１】
ロッドの後方端は、削岩機（図示せず）に螺子係合され、削岩機からロッドに与えられる打撃力、回転力、推力は、ロッドからインナービット１６にも伝達される。削岩機からの打撃力、回転力および推力により、インナービット１６およびリングビット１４は、地山内を削孔するとともに、リングビット１４と回転可能に取り付けられたケーシングシュー１３および先頭管１２を牽引して、これらを地山内に引き込む。このようにして、先頭管１２は地山中に打設される。図５、図１１（ａ）に示すように、トンネルＴの切羽において、トンネル断面に対して円周方向に所定の角度（たとえば１２０度）にわたって、所定の上向き角度（たとえば約８度）で、地山Ｍ中に地山補強用鋼管Ｐ（先頭管１２）が打設される。
【００３２】
インナービット１６およびロッドには、削孔および掘削を容易にし、かつ、掘削された繰り粉（破砕された岩など）を排出するための削孔水を通すための供給経路（図示せず）が設けられている。地山Ｍを掘削して、地山補強用鋼管を打設する際に、供給経路を介して削孔水が供給され、たとえば、インナービット１６の前方端に設けられた吐出口から削孔水が吐出される。また、インナービット１６およびロッドには、長手方向に繰り粉および排泥水の排出経路となる溝（図示せず）が形成されている。したがって、形成された溝と地山補強用鋼管の内壁との間が排水経路となり、繰り粉および排泥水が、後方に排出される。
【００３３】
先頭管１２が所定の位置まで打設されると、いったん、ロッドと削岩機との螺子係合が解除される。この状態では、ロッドはそのまま先頭管１２内に残置されている。したがって、地山の切羽面には、先頭管１２の後方端の雄ネジ部が露出した状態となる。次に接続される中間管２１は、拡径部２が前方となるように配置され、先頭管１２の雄ネジに、中間管２１の拡径部２の雌ネジが螺子係合される。また、鋼管内に残置させているロッドへ新たなロッドが継ぎ足される。図１１（ｂ）に示すように、先頭管１２と中間管２１との連結、並びに、２つのロッド（図示せず）の連結が完了すると、さきほどと同様に打設を再開する。
【００３４】
先頭管１２と中間管２１とを螺子係合した状態では、図２および図３に示すように、中間管の前方端１１は、先頭管の後方端よりも若干（ｄ＝２．７ｍｍ）だけ半径が大きく、段差が生じている。しかしながら、図４に示すように、先頭管１２の前方端に配置されるリングビット１４の外径は、中間管２１の拡径部２の外径より十分に大きい。したがって、先頭管１２および中間管２１が連結した状態で、これらが地山Ｍ内に引き込まれるときに、中間管２１の拡径部２が、地山Ｍからの抵抗を受けて、引き込み際の負荷が大きくなるような事態は生じない。
【００３５】
第１の中間管２１の打設が終了すると、図１１（ｃ）に示すように、第１の中間管２１の後方端に、第２の中間管２２が、拡径部２が前方に位置するように連結される。同時に、ロッドも継ぎ足され、第２の中間管２２が地山Ｍ内に打設される。端末管（図示せず）も、それぞれ、同様に連結、打設される。全ての地山補強用鋼管の打設が完了すると、４つの地山補強用鋼管内に設置されていた、インナービット、ロッドなどの打設資材が回収される。これにより、地山への４つの地山補強用鋼管（先頭管、２つの中間管および端末管）の打設（埋設）が完了する。なお、図３に示すように、連結された地山補強用鋼管５、６の内径は一致している。つまり、地山補強用鋼管の内部には突出部が存在しない。したがって、ロッドなどの打設資材の回収時にも、これら資材が地山補強用鋼管の内部の何れかの部分と接触することで、回収の邪魔になるような事態が生じない。
【００３６】
図６は、打設が完了した状態の隣接する地山補強用鋼管の連結部を示す断面図である。図６においては、左側が前方である。後方の地山補強用鋼管３２の前方端１１に連なる拡径部の壁部３３は、前方の地山補強用鋼管３１の壁部３４と比較して外側に突出している。したがって、地山補強用鋼管が地山Ｍ中に打設されたときに、後方の地山補強用鋼管３２における拡径部の壁部３３の下面が地山Ｍに接触する。その一方、前方の地山補強用鋼管３１の壁部３４は、上記拡径部の壁部３３より、その外径が小さいため、地山補強用鋼管３１の下側において、壁部３４は、地山Ｍとの間で一定の空隙Ｇ１をもって位置する。
【００３７】
なお、上述したように、リングビット１４の外径は、後方の地山補強用鋼管３２の拡径部の外径より十分に大きい。したがって、前方の地山補強用鋼管３１の上側において、壁部３４は、地山Ｍとの間で一定の空隙Ｇ２をもって位置するとともに、後方の地山補強用鋼管３２の上側においても、壁部３３は、地山Ｍとの間で一定の空隙Ｇ３をもって位置する。
【００３８】
地山補強用鋼管の打設が完了すると、固結材を連結された地山補強用鋼管の前方端まで注入するために、インサート管（図示せず）が挿入される。また、端末管の後端部は、ゴム栓およびキャップカバー等で閉塞され、リーク防止処置が施される。図７は、リーク防止処置が施された端末管の後端部の例を示す側面図である。図７に示すように、端末管４１の後端部の内径と略等しい外径を有するゴム栓４２が取り付けられる。さらに、端末管４１の後端部の外周面に形成された雄ねじと螺子係合するように内周面に雌ねじが形成されたキャップカバー４３取り付けられる。キャップカバー４３の後端には、ゴム栓４２の脱落を防止するためのフランジ４４が形成される。ゴム栓４２には、貫通孔４５が形成されている。インサート管（図示せず）は、貫通孔４５と連通しており、端末管から前方端に位置する先端管にわたって延びる。
【００３９】
次いで、端末管４１の貫通孔４５から外部に突出しているカプラ（図示せず）にホース（図示せず）が接続される。ホースの端部にはポンプ（図示せず）が接続されており、このポンプから地山補強用鋼管内へ固結材が送り込まれる。固結材としては、セメント系やレジン系のものを用いることができる。
【００４０】
ポンプから固結材を送り込むと、インサート管を経由して、固結材が地山補強用鋼管のそれぞれの内部に充填される。さらに、図８および図９に示すように、地山補強用鋼管（符号３１、３２参照）に設けられている複数の吐出孔４から、地山補強用鋼管３１、３２の周囲に吐出され（符号８０１〜８０４、符号９０１、９０２参照）、さらに地山Ｍに浸透される（符号８１１〜８１４、符号９１１、９１２参照）。地山Ｍに浸透した固結材は、硬化し、鋼管と一体化することで地山Ｍの緩みを抑制し、地山Ｍを安定化させる。図１０に示すように、固結材は、地山と地山補強用鋼管３１、３２との間の空隙に充填される（符号１０００参照）されるとともに、この空隙からさらに地山Ｍに浸透している（図示せず）。
【００４１】
本実施の形態においては、連結された地山補強用鋼管の内径は一致している。つまり、地山補強用鋼管の内部には突出部が存在しない。したがって、インナービットやロッドなどの打設資材の挿入時および回収時に、これら資材が地山補強用鋼管の内部の何れかの部分と接触することで、回収の邪魔になるような事態が生じない。
【００４２】
また、本実施の形態においては、地山補強用鋼管には拡径部が設けられている。固結材が注入されると、固結材は、地山と地山補強用鋼管との間の空隙に充填されるとともに、この空隙からさらに地山Ｍに浸透する。空隙に充填され或いは地山に浸透した固結材が硬化すると、地山補強用鋼管の拡径部が引き抜き抵抗となり、軸力が向上する。
【００４３】
また、前記実施の形態において、継ぎ足される地山補強用鋼管（中間管および端末管）は、前方に拡径部が位置するように配置され、打設される。このような向きで配置することにより、以下のような作用効果を奏する。
【００４４】
前述するように、地山の掘削および地山補強用鋼管の打設の際に、供給経路を介して削孔水が供給され、インナービットおよびロッドに形成された溝と地山補強用鋼管の内壁との間に形成された排水経路を介して、繰り粉および排泥水が排出される。したがって、打設された地山補強用鋼管の内壁は、繰り粉や排泥水が付着している。したがって、打設された内周面（内壁）にネジ（雌ねじ）が形成されていると、後方に新たに地山補強用鋼管を螺子係合させることが不可能となる。しかしながら、本実施の形態においては、連結される２本の地山補強用鋼管において、前方に位置する地山補強用鋼管の後方端には、その外周面に雄ネジが形成され、後方に連結される地山補強緒用鋼管の前方端に、拡径部が形成されるとともにその内周面に雌ネジが形成されている。したがって、打設された（前方に位置する）地山補強雄用鋼管の内周面に、繰り粉や排泥水が付着していても、円滑に後方に地山補強用鋼管を、螺子係合により連結させることが可能となる。
【００４５】
さらに、本実施の形態においては、拡径部を設けることにより、地山補強用鋼管の肉厚を増加させることなくネジ部強度を強くできる。また、肉厚が従来の地山補強用鋼管と比較して薄いことから、地山補強用鋼管を軽量でき、地山補強用鋼管の運搬、連結、打設などを含む施工時におけるハンドリングを向上することが可能となる。
【００４６】
また、従来の地山補強用鋼管を用いると、自重により鋼管表面と、削孔された孔壁とが接触し、底部に位置する吐出孔が塞がるために安定した固結材の注入が困難となる。これに対して、本実施の形態によれば、後方に位置する地山補強用鋼管における拡径部の壁部の下面が地山Ｍに接触する一方、前方に位置する地山補強用鋼管の壁部は、拡径部の壁部よりその外径が小さいため、地山補強用鋼管の下側において、壁部は、地山Ｍとの間で一定の空隙Ｇ１をもって位置する。つまり、拡径部以外では、地山補強用鋼管の周表面は全周にわたって、地山Ｍの孔壁に対して、一定のクリアランスを確保することができる。したがって、良好で偏りのない理想的な固結材の注入を行うことが可能となる。また、地山補強用鋼管の周表面は全周にわたって、地山Ｍの孔壁に対して、一定のクリアランスを確保するために、専用の部品を用いる必要が無い。
【００４７】
さらに、本実施の形態においては、地山Ｍに浸透した固結材は、硬化することで地山Ｍの緩みを抑制し、地山Ｍを安定化させる。特に、固結材は、地山と地山補強用鋼管との間の空隙に充填される（たとえば、図１０の符号１０００参照）とともに、この空隙からさらに地山Ｍに浸透している。他の部分より外径が僅かに大きく設定された拡径部は、固結材が注入されて固結した後の地山に対する付着耐力を向上させ、緩みを抑制し、切羽を安定させることが可能となる。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態においては、地中補強用鋼管の拡径部の形状が、第１の実施の形態と異なる。図１２は、第２の実施の形態にかかる地山補強用鋼管の螺子係合される端部を示す拡大断面図、図１３は、第２の実施の形態にかかる地山補強用鋼管を連結した状態を示す部分断面図である。
【００４９】
図１２および図１３に示すように、第２の実施の形態においても、地山補強用鋼管５５の一端（前方端）には外径が拡張された部分（拡径部）５２が設けられている。拡径部５２の内周面には雌ねじが形成され、隣接する地山補強用鋼管５６の他端（後方端）に配置された雄ねじ部５３の外周面に形成された雄ねじと螺子係合するようになっている。第１の実施の形態と同様に、拡径部５２は、２．７ｍｍ（図１３の符号ｄ参照）だけ拡径されている。また、第２の実施の形態にかかる地山補強用鋼管５５では、拡径部５２の端部（前方端）が傾斜してテーパー部５７が形成される。
【００５０】
図１３から理解できるように、第２の実施の形態においては、地山補強用鋼管５５、５６を螺子係合させると、前方の地山補強用鋼管５６の外周面５８から、後方の地山補強用鋼管５５のテーパー部５７が滑らかに連なって拡径部５２に至る。また、第１の実施の形態と同様に、連結された地山補強用鋼管５５、５６の内径は一致している（符号１３００参照）。
【００５１】
第２の実施の形態にかかる地山補強用鋼管の地山への打設は、第１の実施の形態と同様である。特に、第２の実施の形態では、地山補強用鋼管の前方端の拡径部にテーパー部が形成されている。したがって、地山補強用鋼管を連結した状態で、インナービットおよびリングビットにより地山補強用鋼管が引き込まれる際に、地山補強用鋼管の連結部における地山Ｍとの抵抗、特に、連結部の下側における地山Ｍとの抵抗をより小さくすることできる。
【符号の説明】
【００５２】
１ 地山補強用鋼管
２ 拡径部（雌ねじ部）
３ 雄ねじ部
４ 吐出孔
５、６ 地山補強用鋼管
１１ 前方端
１２ 先頭管
１３ ケーシングシュー
１４ リングビット
１５、１７ チップ
１６ インナービット
３１、３２ 地山補強用鋼管
３３，３４ 壁部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地山の掘削箇所において所定位置にて所定角度で、複数の地山補強用鋼管を直列に連結させて打設し、地山補強用鋼管内部に注入された固結材を、当該地山補強用鋼管に形成された複数の吐出孔から吐出して地山に浸透させて該地山を補強する地山補強用工法であって、
地山補強用鋼管の進行方向である前方の端部に位置する先頭管以外の地山補強用鋼管については、一端に所定の長さにわたって外径が拡径され、かつ、その内周面に雌ねじが形成された拡径部が形成されると共に、他端に所定の長さにわたって、その外周面に雄ねじが形成された雄ねじ部が形成され、
前記先頭管内にはロッドおよび前方端に位置するインナービットが挿入され、
前記ロッドの後方端に取り付けられた削岩機によりインナービットを回転させて、前記先頭管を地山中に引き込むことにより、前記先頭管を前記地山中に打設し、
前記打設中に、前記ロッド内に形成された供給経路に削孔水を供給し、前記供給経路およびインナービット中の供給経路を経て、インナービットの前方から削孔水を吐出させ、削孔中に発生した繰り粉を鋼管内部経由で外部へ排出し、
前記先頭管の打設が終了すると、中間管である前記地山補強用鋼管を、前記拡径部を前方に位置させて、前記先頭管の後方端の外周面に形成された雄ねじ部の雄ねじと、前記拡径部の内周面に形成された雌ねじとを螺子係合させて、前記先頭管と前記中間管とを連結させ、
さらに挿入されたロッドの後方端に取り付けられた削岩機によりインナービットを回転させて、前記先頭管および中間管を前記地山中に引き込むことにより、
前記先頭管および中間管を前記地山中に打設し、
さらに、１以上の他の中間管および後方端に位置する端末管を、それぞれ、前記中間管と同様に、前記拡径部を前方に位置させて、前方に位置する地中補強用鋼管と連結して、地中に引き込むことにより、当該１以上の他の中間管および端末管を、地山中に打設し、これにより、前記先頭管、前記中間管および端末管を、前記拡径部を除き、その下側において、前記地山の下面との間で所定の空隙をもった状態で配置し、
前記インナービットおよびロッドを除去した後、前記地山補強用鋼管中に固結材を注入し、前記地山補強用鋼管に設けられた、前記下側に形成された吐出孔を含む前記複数の透孔からほぼ偏りなく吐出させ、
前記吐出した固結材が地山に浸透し、固化することを特徴とする地山補強工法。
【請求項２】
前記吐出孔から吐出された固結材が、前記地山と前記地山補強用鋼管との間の空隙に充填されるとともに、この空隙からさらに地山Ｍに浸透し、他の部分より外径が大きい前記拡径部は、前記固結材が注入されて固結した後の前記地山に対する付着耐力を向上させ、緩みを抑制し、切羽を安定させることを特徴とする請求項１に記載の地山補強工法。
【請求項３】
前記インナービットの前方から吐出された削孔水は、前記インナービットおよびロッドに形成された溝および前記地山補強用鋼管の内壁との間で形成された排出経路より排出され、その際に、前記後方端の雄ねじ部は、排出される削孔水により汚染されないことを特徴とする請求項１または２に記載の地山補強工法。
【請求項４】
前記先頭管および先頭管以外の連結された１以上の地山補強用鋼管を前記地山中に引き込む際に、前記拡径部の下面のみが地山に接触し、他の部分は、掘削された地山の孔壁との間で所定の空隙をもって位置することを特徴とする請求項１ないし３の何れか一項に記載の地山補強工法。
【請求項５】
前記先頭管以外の地山補強用鋼管において、拡径部の端部にテーパー部が形成されることを特徴とする請求項１ないし４の何れか一項に記載の地山補強工法。
【請求項６】
前記先頭管の前方端には、前記インナービットの回転とともに回転可能であり、先頭管の外径より大きな外径を有するリングビットが形成され、
前記ロッドの後方端に取り付けられた削岩機によりインナービットおよびリングビットを回転させて、地山補強用鋼管が地山中に引き込まれることを特徴とする請求項１ないし５の何れか一項に記載の地山補強工法。
【請求項１】
地山の掘削箇所において所定位置にて所定角度で、複数の地山補強用鋼管を直列に連結させて打設し、地山補強用鋼管内部に注入された固結材を、当該地山補強用鋼管に形成された複数の吐出孔から吐出して地山に浸透させて該地山を補強する地山補強用工法であって、
地山補強用鋼管の進行方向である前方の端部に位置する先頭管以外の地山補強用鋼管については、一端に所定の長さにわたって外径が拡径され、かつ、その内周面に雌ねじが形成された拡径部が形成されると共に、他端に所定の長さにわたって、その外周面に雄ねじが形成された雄ねじ部が形成され、
前記先頭管内にはロッドおよび前方端に位置するインナービットが挿入され、
前記ロッドの後方端に取り付けられた削岩機によりインナービットを回転させて、前記先頭管を地山中に引き込むことにより、前記先頭管を前記地山中に打設し、
前記打設中に、前記ロッド内に形成された供給経路に削孔水を供給し、前記供給経路およびインナービット中の供給経路を経て、インナービットの前方から削孔水を吐出させ、削孔中に発生した繰り粉を鋼管内部経由で外部へ排出し、
前記先頭管の打設が終了すると、中間管である前記地山補強用鋼管を、前記拡径部を前方に位置させて、前記先頭管の後方端の外周面に形成された雄ねじ部の雄ねじと、前記拡径部の内周面に形成された雌ねじとを螺子係合させて、前記先頭管と前記中間管とを連結させ、
さらに挿入されたロッドの後方端に取り付けられた削岩機によりインナービットを回転させて、前記先頭管および中間管を前記地山中に引き込むことにより、
前記先頭管および中間管を前記地山中に打設し、
さらに、１以上の他の中間管および後方端に位置する端末管を、それぞれ、前記中間管と同様に、前記拡径部を前方に位置させて、前方に位置する地中補強用鋼管と連結して、地中に引き込むことにより、当該１以上の他の中間管および端末管を、地山中に打設し、これにより、前記先頭管、前記中間管および端末管を、前記拡径部を除き、その下側において、前記地山の下面との間で所定の空隙をもった状態で配置し、
前記インナービットおよびロッドを除去した後、前記地山補強用鋼管中に固結材を注入し、前記地山補強用鋼管に設けられた、前記下側に形成された吐出孔を含む前記複数の透孔からほぼ偏りなく吐出させ、
前記吐出した固結材が地山に浸透し、固化することを特徴とする地山補強工法。
【請求項２】
前記吐出孔から吐出された固結材が、前記地山と前記地山補強用鋼管との間の空隙に充填されるとともに、この空隙からさらに地山Ｍに浸透し、他の部分より外径が大きい前記拡径部は、前記固結材が注入されて固結した後の前記地山に対する付着耐力を向上させ、緩みを抑制し、切羽を安定させることを特徴とする請求項１に記載の地山補強工法。
【請求項３】
前記インナービットの前方から吐出された削孔水は、前記インナービットおよびロッドに形成された溝および前記地山補強用鋼管の内壁との間で形成された排出経路より排出され、その際に、前記後方端の雄ねじ部は、排出される削孔水により汚染されないことを特徴とする請求項１または２に記載の地山補強工法。
【請求項４】
前記先頭管および先頭管以外の連結された１以上の地山補強用鋼管を前記地山中に引き込む際に、前記拡径部の下面のみが地山に接触し、他の部分は、掘削された地山の孔壁との間で所定の空隙をもって位置することを特徴とする請求項１ないし３の何れか一項に記載の地山補強工法。
【請求項５】
前記先頭管以外の地山補強用鋼管において、拡径部の端部にテーパー部が形成されることを特徴とする請求項１ないし４の何れか一項に記載の地山補強工法。
【請求項６】
前記先頭管の前方端には、前記インナービットの回転とともに回転可能であり、先頭管の外径より大きな外径を有するリングビットが形成され、
前記ロッドの後方端に取り付けられた削岩機によりインナービットおよびリングビットを回転させて、地山補強用鋼管が地山中に引き込まれることを特徴とする請求項１ないし５の何れか一項に記載の地山補強工法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１４９４５８（Ｐ２０１２−１４９４５８Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１００２４（Ｐ２０１１−１００２４）
【出願日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（５９３１７２１３１）株式会社トーキンオール (12)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（５９３１７２１３１）株式会社トーキンオール (12)
【Ｆターム（参考）】
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