地山補強工法およびそれに用いる下孔形成用ビット
【課題】例えばトンネル掘削時に切羽前方地山を補強するいわゆる先受け工や鏡部補強工などの地山補強工法およびそれに用いる下孔形成用ビットに係り、固結材のリークを防止して地山を簡単・確実に補強できるようにする。
【解決手段】
補強管1を打設するための削孔径と略同等の径を有する第1穿孔部h1と、その第1穿孔部h1よりも大径で、それと同心状の第2穿孔部h2とを有する段付き下孔hを地山に形成した後、上記第1穿孔部h1を延長するようにして該第1穿孔部と略同径の削孔Hを施すと同時に該削孔H内に補強管1を打設し、その補強管1の後端部外周と上記第2穿孔部h2の内面との間にシール手段20を介在させた後、上記補強管1を介して該補強管1内およびその周囲の地山内に固結材を充填して地山を補強することを特徴とする。
【解決手段】
補強管1を打設するための削孔径と略同等の径を有する第1穿孔部h1と、その第1穿孔部h1よりも大径で、それと同心状の第2穿孔部h2とを有する段付き下孔hを地山に形成した後、上記第1穿孔部h1を延長するようにして該第1穿孔部と略同径の削孔Hを施すと同時に該削孔H内に補強管1を打設し、その補強管1の後端部外周と上記第2穿孔部h2の内面との間にシール手段20を介在させた後、上記補強管1を介して該補強管1内およびその周囲の地山内に固結材を充填して地山を補強することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えばトンネル掘削時に切羽前方地山を補強するいわゆる先受け工や鏡部補強工などの地山補強工法、特に地山内に二重管削孔方式等により打設した補強管を介して該補強管内およびその周囲の地山内に固結材を充填して地山を補強する地山補強工法およびそれに用いる下孔形成用ビットに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、例えば図8および図9に示すようなトンネルTの掘削時に切羽fの前方地山Gを補強する先受け工Aや鏡部補強工Bなどの地山補強工法において、いわゆる二重管削孔方式等により削孔と同時に該削孔内に周面に多数の貫通小穴を有する補強管を打設し、その補強管を介してその周囲の地山内に固結材gを充填して地山を補強するものは知られている(下記特許文献1参照)。
【0003】
図10は上記のような地山補強工法において補強管を打設するまでの具体的なプロセスの一例を示すもので、先ず、同図(a)のように補強管を打設すべき切羽fの所定位置から前方地山Gに向かって補強管よりも大径の下孔hを深さ約300mm程度穿孔する。次いで、その下孔hから二重管削孔方式等により削孔Hを施すと同時に該削孔内に補強管を打設するもので、図の場合は同図(b)のように周面に多数の貫通小穴1aを有する補強管1の先端にケーシングシュー2等を介して削孔ビット3を回転可能に設けると共に、上記補強管1内に挿入した削孔ロッド4の先端部をビットアダプタ5を介して上記削孔ビット3に係合させた状態で、上記削孔ロッド4とともに削孔ビット3を回転させる。
【0004】
それによって、上記地山G内に削孔Hを施すと同時に該削孔H内に補強管1を打設して行くもので、その際、上記削孔ロッド4と補強管1とは、通常それぞれ所定の長さに形成したものをカプラ等で順次継ぎ足していく。そして所定深さまで削孔し、かつ該削孔H内に所定長さの補強管1を引き込んで打設したところで、上記削孔ロッド4およびビットアダプタ5は引き抜き回収し、補強管1と削孔ビット3は削孔H内に残留させる。
【0005】
次いで、上記補強管1内の空間を利用して該補強管内およびその周面の地山内に固結材を注入して充填するもので、その注入方式としては、例えば図11(a)に示すようなステップ注入方式と、同図(b)に示すような同時注入方式等がある。即ち、図11(a)は補強管1内をパッカー6等により複数個に室に仕切って、その各室に注入ホース7等を介して固結材を順にステップ注入するもので、特に図の場合は上記パッカー6にパッカー注入ホース9から薬液を注入することによって、上記パッカー6の長手方向両端を膨らませて補強管1の内面に密着させると共に、上記パッカー6の真ん中から薬液を補強管1の外側にもある程度吐出させて補強管1内外に仕切りを形成した後、上記注入ホース7から固結材を注入することによって、上記パッカー6によって仕切られた複数個の室ごとに補強管1内およびその周囲の地山内に固結材を注入充填する構成である。図中、10は排気ホースである。
【0006】
また図11(b)は補強管1内に長さの異なる複数本の注入ホース11a〜11cを設け、その各注入ホース11a〜11cから上記補強管1内に同時に固結材を注入して該補強管内およびその周囲の地山内に固結材を充填するようにしたもので、特に図の場合は各注入ホース11a〜11cの出口側の端部にスタティックミキサ12を設けると共に、補強管1内のほぼ全長にわたって設けた多孔インサート管13を介して補強管1内にウレタン系の固結材を注入する構成である。
【0007】
ところで、上記のような地山補強工法において固結材の注入時に問題となるのは、補強管1の口元側、すなわち削孔Hの開口側のシールが不完全であると、固結材が切羽側へ流出(リーク)してしまうことである。そこで、上記図11(a)および(b)においては補強管1の端部は、同図(a)においてはキャップ14で、同図(b)においては管内コーキング材15でそれぞれ閉塞し、削孔Hの開口側端部のシール手段としては同図(a)および(b)のいずれも下孔hと補強管1との間に口元コーキング材16を充填して閉塞している。
【0008】
また下記特許文献2においては、上記の問題を解消するために、補強管の口元部位の所定長分を多孔管で構成しておき、先ず、そこから固結材を積極的に漏出させることによって口元部位の周囲の地山内に隔壁となるバルクヘッドを形成し、その後、孔奥側の注入を行うようにした工法が提案されている。
【0009】
しかし、上記いずれの場合にも、補強管をトンネル切羽周縁部や鏡面から前方または斜め前方に打設する場合には、前記図8および図12(a)に示すようにドリルジャンボJのガイドセルJ1に補強管1を支持させて、水平方向あるいは斜め上方に向けて削孔Hを施すと同時に該削孔内への補強管1の打設を行うことになる。そのため、どうしても図12(b)および(c)のように下孔の下端位置に補強管の下端位置が合うような方向で下孔の芯と補強管の芯とがずれて削孔および補強管の打設がなされてしまう。
【0010】
例えば前記図8および図12(a)のような先受け工Aにおいて、斜め方向に削孔して補強管を打設する場合には、建て込み済の支保工sをガイドにして、削孔の位置決めをするが、それでも、上記のような補強管1は、その径が100mm前後で長さ3m程度のものをスリーブ状のカプラ17等で何本か接続して延長していくため、つまり、径に対してかなり長尺の管の先端で芯合わせをするため、どうしても、補強管がその自重によって下孔の下部内周面側にずれ落ちた状態で打設されてしまう。
【0011】
その結果、図12(b)および(c)に示すように補強管が下孔の下側に片寄ってしまい補強管の周りにコーキング材等のシール材を詰めることが困難もしくは不可能となる。一方、補強管の上側は、下孔との間が広く開くので、シール材が詰め易いが、多量に詰めなければならない。そのため、シール作業が煩雑かつ面倒で、しかも必ずしも充分にシールできなので、例えば特許文献1においては補強管と削孔との間に流入した固結材がリークするおそれがあり、特許文献2においてはバルクヘット形成用の固結材がリークするおそれがある。
【0012】
【特許文献1】特開2000−34882号公報
【特許文献2】特開2001−329779号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
本発明は上記の問題点に鑑みて提案されたもので、地山内に二重管削孔方式等によって打設した補強管を介して該補強管内およびその周囲の地山内に固結材を充填して地山を補強する際に、上記固結材のリークを防止して地山を簡単・確実に補強することのできる地山補強工法およびそれに適する下孔形成用ビット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】
【0014】
上記の目的を達成するために本発明による地山補強工法およびそれに用いる下孔形成用ビットは、以下の構成としたものである。すなわち、本発明による地山補強工法は、補強管を打設するための削孔径と略同等の径を有する第1穿孔部と、その第1穿孔部よりも大径で、それと同心状の第2穿孔部とを有する段付き下孔を地山に形成した後、上記第1穿孔部を延長するようにして該第1穿孔部と略同径の削孔を施すと同時に該削孔内に補強管を打設し、その補強管の後端部外周と上記第2穿孔部の内面との間にシール手段を介在させた後、上記補強管を介して該補強管内およびその周囲の地山内に固結材を充填して地山を補強することを特徴とする。また本発明による下孔形成用ビットは、上記のような地山補強工法に用いる下孔形成用ビットであって、上記第1穿孔部を形成するための第1ビット部と、上記第2穿孔部を形成するための第2ビット部とを連続的かつ同心状に一体に設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0015】
上記のように下孔形成時に、通常の下孔(第2穿孔部)に連続させて、打設する補強管の径に対応した第1穿孔部を形成しておく、その際、下孔形成用ビットとして前記のような、段付きビットを使用すると、段付き下孔を1回の工程で効率よく形成することができる。また上記のようにして形成した第1穿孔部に補強管を挿し込む形で、二重管削孔および補強管の打設作業を行うことにより、下孔の芯と補強管の芯を合わせた形で正確に打設することができる。又それによって、下孔の第2穿孔部におけるシール手段を介在すべき領域を補強管の周囲に正確に環状に形成することができる。その結果、口元部位における補強管周囲のシール作業を簡単かつ確実なものにすることができ、シール作業に手間どらない。またそれによって、固結材の口元部位から切羽側へのリークを確実に阻止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
以下、本発明による地山補強工法を、図に示す実施形態に基づいて具体的に説明する。図1および図2は本発明による地山補強工法の一実施形態を示すプロセス説明図であり、先ず、図1(a)に示すように補強すべき地山Gに下孔形成用ビットbで下孔hを形成する。その下孔形成用ビットbには、図示例においては図1(a)および図3に示すように第1穿孔部h1を形成する第1ビット部b1と、その第1穿孔部h1よりも大径でそれと同心状の第2穿孔部h2を形成する第2ビット部b2とが設けられている。
【0017】
上記第1穿孔部h1およびそれを形成する第1ビット部b1の径d1は、後述する補強管1の径Dと略同等もしくはそれよりもやや大径に形成され、その補強管1を打設するための削孔Hの径と略同等に形成されている。図中、b3は上記第1ビット部b1に先行してそれよりも小径のガイド孔h3を穿孔するためのガイドビット、b0は上記ビットbの取付基部であり、その取付基部b0に図1(a)に示すような穿孔用ロッド18等を継手18a等で連結し、上記穿孔用ロッド18を所定の速度で回転させることによって第1穿孔部h1と第2穿孔部h2とを有する下孔hを形成するものである。
【0018】
上記のようにして同心状の第1穿孔部h1と第2穿孔部h2とを有する下孔hを形成した後は、図1(b)に示すように上記第1穿孔部h1を延長するようにして削孔ビット3等により同図(c)のように第1穿孔部h1と略同径の削孔Hを施すもので、それによって上記削孔Hを上記第1穿孔部h1および第2穿孔部h2と同心状に精度よく形成することができる。
【0019】
なお上記削孔ビット3は、本実施形態においては前記従来例と同様に補強管1の先端部にケーシングシュー2を介して回転自由に設けられ、補強管1内に挿入した削孔ロッド4によりビットアダプタ5を介して回転させる構成である。その削孔ビット3による必要に応じて打撃を伴う回転動作で削孔Hを施すと同時に、上記削孔ロッド4の削孔内への挿入動作で上記ビットアダプタ5と削孔ビット3およびケーシングシュー2を介して上記補強管1が削孔内に引き込まれる形で打設されていく。
【0020】
また上記補強管1としては例えば図4に示すように周面に所定のピッチで多数の貫通小穴1aが形成された外径(直径)約100mm程度の鋼管または高強度塩化ビニール管もしくはFRP管などが用いられる。また上記補強管1と削孔ロッド4は、それぞれ必要に応じて順次継ぎ足しながら削孔H内に挿入して行くもので、その場合の継ぎ足し方法は適宜であるが、例えば図4に示すように筒状のカプラ17等を介して継ぎ足す、あるいは接続すべき端部に雌雄のねじ部を形成して互いにねじ込み嵌合させたり、接着剤や溶接を併用することもできる。
【0021】
上記のようにして所定の深さの削孔Hを施すと同時に該削孔H内に所定長さの補強管1を順次図1(d)のように打設したところで、上記削孔ロッド4を逆転する等してビットアダプタ5と削孔ビット3との係合を解除した後、上記削孔ロッド4とともにビットアダプタ5を補強管1内から引き抜き回収し、削孔ビット3と補強管1とは上記削孔H内に残留させる。なお上記補強管1内から引き抜き回収した削孔ロッド4とビットアダプタ5は繰り返し使用することができる。
【0022】
なお、上記削孔ビット3等の構成は、上記に限らず適宜変更可能であり、例えば補強管1の先端にリングビット等の使い捨てビットを装着し、削孔ロッド4の先端に上記使い捨てビットに係合するセンタービット等の回収ビットを装着した構成でもよく、あるいは削孔時には補強管1の外径と同等もしくはそれよりも僅かに大きく拡開可能な、いわゆる拡開ビットを削孔ロッドの先端部に装着して削孔時には補強管先端から前方に突出させて削孔しながら補強管を打設し、補強管を打設した後は上記拡開ビットを縮径して引き抜き回収するようにしたものでもよい。
【0023】
また図示例は削孔ロッド4の削孔H内への挿入動作に連動して補強管を削孔内に引き込む形で打設するようにしたが、例えば削孔ロッド4の挿入動作とは独立に若しくはそれと同時に補強管の後端部を削孔内に押し込む又は叩き込むようにして前記削孔H内に打設してもよい。
【0024】
次に、前記図1(d)のように削孔H内に所定長さの補強管1を打設したところで、該削孔Hの口元部(開口部)を適宜のシール手段20でシールするもので、そのシール手段20として本実施形態においては図2(a)に示すようなドーナツ状のパッカー21を用いるようにしたものである。そのパッカー21は、図の場合は図5〜図7に示すように中空筒状の伸縮性袋体21a内に、水と反応して膨らむ水膨張性粉体22を収容した構成であり、その水膨張性粉体22として本実施形態においてはポリアクリル酸ナトリウム等の吸水性ポリマー22aにセメント22b等の水硬化性の固結材を混合したものが用いられている。図中、23は上記パッカー21内に水を注入するための注水パイプである。
【0025】
上記パッカー21は図2(b)に示すように前記第2穿孔部h2と補強管1との間に挿入するもので、その際、例えば図2(a)および図5に示すように補強管1よりも僅かに大径のガイド筒体24の外周面に、上記パッカー21を嵌めた状態で、図2(b)のように補強管1の端部外周に挿入したのち、同図(c)のように上記ガイド筒体24を引き抜き除去すれば補強管1の外周面に上記パッカー21を容易に装着することができる。又この場合、パッカー21の袋体21aを伸縮性を有する材料で形成すると共に、水膨張性粉体を収容した状態における内径を補強管1の外径よりも小さく形成しておけば、上記パッカー21をガイド筒体24や補強管1の外周面に嵌めたとき、上記伸縮性袋体21aの収縮で上記ガイド筒体24や補強管1の外周面に密着保持させることができる。
【0026】
上記のようにして第2穿孔部h2と補強管1との間の補強管外周面にパッカー21を装着した後は、図2(d)のように注水パイプ23からパッカー21内に水を注入して水膨張性粉体22を膨張させればよく、図示例においては上記パッカー21内に注入された水は、図7に示す水膨張性粉体22の吸水性ポリマー22aに吸収されて該ポリマー22a等が同図(a)の状態から同図(b)のように膨張する。それによって図2(d)のように筒状のパッカー21の内外両面が補強管1の後端部外周面と第2穿孔部h2の内面とに密着して補強管1と下孔hとの隙間が閉塞される。その後、実施形態においては上記吸水性ポリマー22aで吸収された水は、パッカー21内のセメント22bに徐々に吸収されて該セメントの水和反応で次第に硬化し、上記パッカー21が膨張して硬化した状態に保持される。
【0027】
以後は前記従来例と同様に補強管1の口元側の端部を前記図11(a)のようなキャップ14や同図(b)のような管内コーキング材15等で閉塞すると共に、同図(a)のようなステップ注入方式や、同図(b)のような同時注入方式等によって上記補強管1内およびその周囲の地山内に固結材を注入充填して補強すればよい。
【0028】
上記のように本発明においては、第1穿孔部h1とそれよりも大径でそれと同心状の第2穿孔部h2とを有する下孔hを形成した後、上記第1穿孔部h1を延長するようにして削孔Hを施すと同時に該削孔H内に補強管1を打設したことによって、該補強管1の後端部外周面と第2穿孔部h2との間には、シール手段を介在すべき領域が正確に環状に形成されるので、ここにシール手段20を簡単・確実に介在させることができる。
【0029】
特に、シール手段20として上記実施形態のような水膨張性粉体22を収容したドーナツ状のパッカー21を介在させる場合には、補強管1と第2穿孔部h2との間隔に偏りやバラツキがなく正確に環状に形成されるので、装填が容易であり、簡単・確実にシールすることができる。また上記水膨張性粉体22として前記実施形態のように吸水性ポリマー22aとセメント22bとを用いると、吸水性ポリマー22aの吸水時の膨張作用と、その後のセメント22bの水和反応による硬化作用で安定かつより一層確実にシールすることができるものである。
【0030】
なお、上記パッカー21の伸縮性袋体21aを通水性材料で構成すれば、地山内から浸透してきた湧水等で上記パッカー内の吸水性ポリマー22a等の水膨張性粉体22を膨張させながら一次的に湧水を止め、その後セメント22bの硬化によって補強管口元部位を確実にシールすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【0031】
以上のように本発明による地山補強工法およびそれに用いる下孔形成用ビットは上記の構成であるから、例えばトンネル掘削時に切羽前方地山を補強するいわゆる先受け工や鏡部補強工などに良好に適用できると共に、上記以外にも地盤の補強やその他の地山補強工法にも有効に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】(a)〜(d)は本発明による地山補強工法の一実施形態を示す補強管打設工程までのプロセス説明図。
【図2】(a)〜(d)は上記実施形態における口元シール工程のプロセス説明図。
【図3】下孔形成用ビットの一例を示す説明図。
【図4】補強管およびその接続用カプラの一例を示す説明図。
【図5】シール部材としてのパッカーの一例を示す縦断面図。
【図6】(a)および(b)は上記パッカーの膨張前および膨張後の斜視図。
【図7】(a)および(b)は水膨張性粉体の膨張前および膨張後の模式図。
【図8】従来の地山補強工法の一例を示す縦断面図。
【図9】上記従来の地山補強工法の横断面図。
【図10】(a)〜(b)は従来の地山補強工法における補強管打設工程までのプロセス説明図。
【図11】(a)及び(b)は従来の地山補強工法における固結材注入工程の説明図。
【図12】(a)は従来の地山補強工法における削孔状態の説明図、(b)はその一部の拡大図、(c)はその正面図。
【符号の説明】
【0033】
A 先受け工
B 鏡部補強工
G 地山
H 削孔
f 切羽
g 固結材
h 下孔
1 補強管
2 ケーシングシュー
3 削孔ビット
4 削孔ロッド
5 ビットアダプタ
20 シール手段
21 パッカー
21a 伸縮性袋体
22 水膨張性粉体
22a 吸水性ポリマー
22b セメント
23 注水パイプ
24 ガイド筒体
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えばトンネル掘削時に切羽前方地山を補強するいわゆる先受け工や鏡部補強工などの地山補強工法、特に地山内に二重管削孔方式等により打設した補強管を介して該補強管内およびその周囲の地山内に固結材を充填して地山を補強する地山補強工法およびそれに用いる下孔形成用ビットに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、例えば図8および図9に示すようなトンネルTの掘削時に切羽fの前方地山Gを補強する先受け工Aや鏡部補強工Bなどの地山補強工法において、いわゆる二重管削孔方式等により削孔と同時に該削孔内に周面に多数の貫通小穴を有する補強管を打設し、その補強管を介してその周囲の地山内に固結材gを充填して地山を補強するものは知られている(下記特許文献1参照)。
【0003】
図10は上記のような地山補強工法において補強管を打設するまでの具体的なプロセスの一例を示すもので、先ず、同図(a)のように補強管を打設すべき切羽fの所定位置から前方地山Gに向かって補強管よりも大径の下孔hを深さ約300mm程度穿孔する。次いで、その下孔hから二重管削孔方式等により削孔Hを施すと同時に該削孔内に補強管を打設するもので、図の場合は同図(b)のように周面に多数の貫通小穴1aを有する補強管1の先端にケーシングシュー2等を介して削孔ビット3を回転可能に設けると共に、上記補強管1内に挿入した削孔ロッド4の先端部をビットアダプタ5を介して上記削孔ビット3に係合させた状態で、上記削孔ロッド4とともに削孔ビット3を回転させる。
【0004】
それによって、上記地山G内に削孔Hを施すと同時に該削孔H内に補強管1を打設して行くもので、その際、上記削孔ロッド4と補強管1とは、通常それぞれ所定の長さに形成したものをカプラ等で順次継ぎ足していく。そして所定深さまで削孔し、かつ該削孔H内に所定長さの補強管1を引き込んで打設したところで、上記削孔ロッド4およびビットアダプタ5は引き抜き回収し、補強管1と削孔ビット3は削孔H内に残留させる。
【0005】
次いで、上記補強管1内の空間を利用して該補強管内およびその周面の地山内に固結材を注入して充填するもので、その注入方式としては、例えば図11(a)に示すようなステップ注入方式と、同図(b)に示すような同時注入方式等がある。即ち、図11(a)は補強管1内をパッカー6等により複数個に室に仕切って、その各室に注入ホース7等を介して固結材を順にステップ注入するもので、特に図の場合は上記パッカー6にパッカー注入ホース9から薬液を注入することによって、上記パッカー6の長手方向両端を膨らませて補強管1の内面に密着させると共に、上記パッカー6の真ん中から薬液を補強管1の外側にもある程度吐出させて補強管1内外に仕切りを形成した後、上記注入ホース7から固結材を注入することによって、上記パッカー6によって仕切られた複数個の室ごとに補強管1内およびその周囲の地山内に固結材を注入充填する構成である。図中、10は排気ホースである。
【0006】
また図11(b)は補強管1内に長さの異なる複数本の注入ホース11a〜11cを設け、その各注入ホース11a〜11cから上記補強管1内に同時に固結材を注入して該補強管内およびその周囲の地山内に固結材を充填するようにしたもので、特に図の場合は各注入ホース11a〜11cの出口側の端部にスタティックミキサ12を設けると共に、補強管1内のほぼ全長にわたって設けた多孔インサート管13を介して補強管1内にウレタン系の固結材を注入する構成である。
【0007】
ところで、上記のような地山補強工法において固結材の注入時に問題となるのは、補強管1の口元側、すなわち削孔Hの開口側のシールが不完全であると、固結材が切羽側へ流出(リーク)してしまうことである。そこで、上記図11(a)および(b)においては補強管1の端部は、同図(a)においてはキャップ14で、同図(b)においては管内コーキング材15でそれぞれ閉塞し、削孔Hの開口側端部のシール手段としては同図(a)および(b)のいずれも下孔hと補強管1との間に口元コーキング材16を充填して閉塞している。
【0008】
また下記特許文献2においては、上記の問題を解消するために、補強管の口元部位の所定長分を多孔管で構成しておき、先ず、そこから固結材を積極的に漏出させることによって口元部位の周囲の地山内に隔壁となるバルクヘッドを形成し、その後、孔奥側の注入を行うようにした工法が提案されている。
【0009】
しかし、上記いずれの場合にも、補強管をトンネル切羽周縁部や鏡面から前方または斜め前方に打設する場合には、前記図8および図12(a)に示すようにドリルジャンボJのガイドセルJ1に補強管1を支持させて、水平方向あるいは斜め上方に向けて削孔Hを施すと同時に該削孔内への補強管1の打設を行うことになる。そのため、どうしても図12(b)および(c)のように下孔の下端位置に補強管の下端位置が合うような方向で下孔の芯と補強管の芯とがずれて削孔および補強管の打設がなされてしまう。
【0010】
例えば前記図8および図12(a)のような先受け工Aにおいて、斜め方向に削孔して補強管を打設する場合には、建て込み済の支保工sをガイドにして、削孔の位置決めをするが、それでも、上記のような補強管1は、その径が100mm前後で長さ3m程度のものをスリーブ状のカプラ17等で何本か接続して延長していくため、つまり、径に対してかなり長尺の管の先端で芯合わせをするため、どうしても、補強管がその自重によって下孔の下部内周面側にずれ落ちた状態で打設されてしまう。
【0011】
その結果、図12(b)および(c)に示すように補強管が下孔の下側に片寄ってしまい補強管の周りにコーキング材等のシール材を詰めることが困難もしくは不可能となる。一方、補強管の上側は、下孔との間が広く開くので、シール材が詰め易いが、多量に詰めなければならない。そのため、シール作業が煩雑かつ面倒で、しかも必ずしも充分にシールできなので、例えば特許文献1においては補強管と削孔との間に流入した固結材がリークするおそれがあり、特許文献2においてはバルクヘット形成用の固結材がリークするおそれがある。
【0012】
【特許文献1】特開2000−34882号公報
【特許文献2】特開2001−329779号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
本発明は上記の問題点に鑑みて提案されたもので、地山内に二重管削孔方式等によって打設した補強管を介して該補強管内およびその周囲の地山内に固結材を充填して地山を補強する際に、上記固結材のリークを防止して地山を簡単・確実に補強することのできる地山補強工法およびそれに適する下孔形成用ビット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】
【0014】
上記の目的を達成するために本発明による地山補強工法およびそれに用いる下孔形成用ビットは、以下の構成としたものである。すなわち、本発明による地山補強工法は、補強管を打設するための削孔径と略同等の径を有する第1穿孔部と、その第1穿孔部よりも大径で、それと同心状の第2穿孔部とを有する段付き下孔を地山に形成した後、上記第1穿孔部を延長するようにして該第1穿孔部と略同径の削孔を施すと同時に該削孔内に補強管を打設し、その補強管の後端部外周と上記第2穿孔部の内面との間にシール手段を介在させた後、上記補強管を介して該補強管内およびその周囲の地山内に固結材を充填して地山を補強することを特徴とする。また本発明による下孔形成用ビットは、上記のような地山補強工法に用いる下孔形成用ビットであって、上記第1穿孔部を形成するための第1ビット部と、上記第2穿孔部を形成するための第2ビット部とを連続的かつ同心状に一体に設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0015】
上記のように下孔形成時に、通常の下孔(第2穿孔部)に連続させて、打設する補強管の径に対応した第1穿孔部を形成しておく、その際、下孔形成用ビットとして前記のような、段付きビットを使用すると、段付き下孔を1回の工程で効率よく形成することができる。また上記のようにして形成した第1穿孔部に補強管を挿し込む形で、二重管削孔および補強管の打設作業を行うことにより、下孔の芯と補強管の芯を合わせた形で正確に打設することができる。又それによって、下孔の第2穿孔部におけるシール手段を介在すべき領域を補強管の周囲に正確に環状に形成することができる。その結果、口元部位における補強管周囲のシール作業を簡単かつ確実なものにすることができ、シール作業に手間どらない。またそれによって、固結材の口元部位から切羽側へのリークを確実に阻止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
以下、本発明による地山補強工法を、図に示す実施形態に基づいて具体的に説明する。図1および図2は本発明による地山補強工法の一実施形態を示すプロセス説明図であり、先ず、図1(a)に示すように補強すべき地山Gに下孔形成用ビットbで下孔hを形成する。その下孔形成用ビットbには、図示例においては図1(a)および図3に示すように第1穿孔部h1を形成する第1ビット部b1と、その第1穿孔部h1よりも大径でそれと同心状の第2穿孔部h2を形成する第2ビット部b2とが設けられている。
【0017】
上記第1穿孔部h1およびそれを形成する第1ビット部b1の径d1は、後述する補強管1の径Dと略同等もしくはそれよりもやや大径に形成され、その補強管1を打設するための削孔Hの径と略同等に形成されている。図中、b3は上記第1ビット部b1に先行してそれよりも小径のガイド孔h3を穿孔するためのガイドビット、b0は上記ビットbの取付基部であり、その取付基部b0に図1(a)に示すような穿孔用ロッド18等を継手18a等で連結し、上記穿孔用ロッド18を所定の速度で回転させることによって第1穿孔部h1と第2穿孔部h2とを有する下孔hを形成するものである。
【0018】
上記のようにして同心状の第1穿孔部h1と第2穿孔部h2とを有する下孔hを形成した後は、図1(b)に示すように上記第1穿孔部h1を延長するようにして削孔ビット3等により同図(c)のように第1穿孔部h1と略同径の削孔Hを施すもので、それによって上記削孔Hを上記第1穿孔部h1および第2穿孔部h2と同心状に精度よく形成することができる。
【0019】
なお上記削孔ビット3は、本実施形態においては前記従来例と同様に補強管1の先端部にケーシングシュー2を介して回転自由に設けられ、補強管1内に挿入した削孔ロッド4によりビットアダプタ5を介して回転させる構成である。その削孔ビット3による必要に応じて打撃を伴う回転動作で削孔Hを施すと同時に、上記削孔ロッド4の削孔内への挿入動作で上記ビットアダプタ5と削孔ビット3およびケーシングシュー2を介して上記補強管1が削孔内に引き込まれる形で打設されていく。
【0020】
また上記補強管1としては例えば図4に示すように周面に所定のピッチで多数の貫通小穴1aが形成された外径(直径)約100mm程度の鋼管または高強度塩化ビニール管もしくはFRP管などが用いられる。また上記補強管1と削孔ロッド4は、それぞれ必要に応じて順次継ぎ足しながら削孔H内に挿入して行くもので、その場合の継ぎ足し方法は適宜であるが、例えば図4に示すように筒状のカプラ17等を介して継ぎ足す、あるいは接続すべき端部に雌雄のねじ部を形成して互いにねじ込み嵌合させたり、接着剤や溶接を併用することもできる。
【0021】
上記のようにして所定の深さの削孔Hを施すと同時に該削孔H内に所定長さの補強管1を順次図1(d)のように打設したところで、上記削孔ロッド4を逆転する等してビットアダプタ5と削孔ビット3との係合を解除した後、上記削孔ロッド4とともにビットアダプタ5を補強管1内から引き抜き回収し、削孔ビット3と補強管1とは上記削孔H内に残留させる。なお上記補強管1内から引き抜き回収した削孔ロッド4とビットアダプタ5は繰り返し使用することができる。
【0022】
なお、上記削孔ビット3等の構成は、上記に限らず適宜変更可能であり、例えば補強管1の先端にリングビット等の使い捨てビットを装着し、削孔ロッド4の先端に上記使い捨てビットに係合するセンタービット等の回収ビットを装着した構成でもよく、あるいは削孔時には補強管1の外径と同等もしくはそれよりも僅かに大きく拡開可能な、いわゆる拡開ビットを削孔ロッドの先端部に装着して削孔時には補強管先端から前方に突出させて削孔しながら補強管を打設し、補強管を打設した後は上記拡開ビットを縮径して引き抜き回収するようにしたものでもよい。
【0023】
また図示例は削孔ロッド4の削孔H内への挿入動作に連動して補強管を削孔内に引き込む形で打設するようにしたが、例えば削孔ロッド4の挿入動作とは独立に若しくはそれと同時に補強管の後端部を削孔内に押し込む又は叩き込むようにして前記削孔H内に打設してもよい。
【0024】
次に、前記図1(d)のように削孔H内に所定長さの補強管1を打設したところで、該削孔Hの口元部(開口部)を適宜のシール手段20でシールするもので、そのシール手段20として本実施形態においては図2(a)に示すようなドーナツ状のパッカー21を用いるようにしたものである。そのパッカー21は、図の場合は図5〜図7に示すように中空筒状の伸縮性袋体21a内に、水と反応して膨らむ水膨張性粉体22を収容した構成であり、その水膨張性粉体22として本実施形態においてはポリアクリル酸ナトリウム等の吸水性ポリマー22aにセメント22b等の水硬化性の固結材を混合したものが用いられている。図中、23は上記パッカー21内に水を注入するための注水パイプである。
【0025】
上記パッカー21は図2(b)に示すように前記第2穿孔部h2と補強管1との間に挿入するもので、その際、例えば図2(a)および図5に示すように補強管1よりも僅かに大径のガイド筒体24の外周面に、上記パッカー21を嵌めた状態で、図2(b)のように補強管1の端部外周に挿入したのち、同図(c)のように上記ガイド筒体24を引き抜き除去すれば補強管1の外周面に上記パッカー21を容易に装着することができる。又この場合、パッカー21の袋体21aを伸縮性を有する材料で形成すると共に、水膨張性粉体を収容した状態における内径を補強管1の外径よりも小さく形成しておけば、上記パッカー21をガイド筒体24や補強管1の外周面に嵌めたとき、上記伸縮性袋体21aの収縮で上記ガイド筒体24や補強管1の外周面に密着保持させることができる。
【0026】
上記のようにして第2穿孔部h2と補強管1との間の補強管外周面にパッカー21を装着した後は、図2(d)のように注水パイプ23からパッカー21内に水を注入して水膨張性粉体22を膨張させればよく、図示例においては上記パッカー21内に注入された水は、図7に示す水膨張性粉体22の吸水性ポリマー22aに吸収されて該ポリマー22a等が同図(a)の状態から同図(b)のように膨張する。それによって図2(d)のように筒状のパッカー21の内外両面が補強管1の後端部外周面と第2穿孔部h2の内面とに密着して補強管1と下孔hとの隙間が閉塞される。その後、実施形態においては上記吸水性ポリマー22aで吸収された水は、パッカー21内のセメント22bに徐々に吸収されて該セメントの水和反応で次第に硬化し、上記パッカー21が膨張して硬化した状態に保持される。
【0027】
以後は前記従来例と同様に補強管1の口元側の端部を前記図11(a)のようなキャップ14や同図(b)のような管内コーキング材15等で閉塞すると共に、同図(a)のようなステップ注入方式や、同図(b)のような同時注入方式等によって上記補強管1内およびその周囲の地山内に固結材を注入充填して補強すればよい。
【0028】
上記のように本発明においては、第1穿孔部h1とそれよりも大径でそれと同心状の第2穿孔部h2とを有する下孔hを形成した後、上記第1穿孔部h1を延長するようにして削孔Hを施すと同時に該削孔H内に補強管1を打設したことによって、該補強管1の後端部外周面と第2穿孔部h2との間には、シール手段を介在すべき領域が正確に環状に形成されるので、ここにシール手段20を簡単・確実に介在させることができる。
【0029】
特に、シール手段20として上記実施形態のような水膨張性粉体22を収容したドーナツ状のパッカー21を介在させる場合には、補強管1と第2穿孔部h2との間隔に偏りやバラツキがなく正確に環状に形成されるので、装填が容易であり、簡単・確実にシールすることができる。また上記水膨張性粉体22として前記実施形態のように吸水性ポリマー22aとセメント22bとを用いると、吸水性ポリマー22aの吸水時の膨張作用と、その後のセメント22bの水和反応による硬化作用で安定かつより一層確実にシールすることができるものである。
【0030】
なお、上記パッカー21の伸縮性袋体21aを通水性材料で構成すれば、地山内から浸透してきた湧水等で上記パッカー内の吸水性ポリマー22a等の水膨張性粉体22を膨張させながら一次的に湧水を止め、その後セメント22bの硬化によって補強管口元部位を確実にシールすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【0031】
以上のように本発明による地山補強工法およびそれに用いる下孔形成用ビットは上記の構成であるから、例えばトンネル掘削時に切羽前方地山を補強するいわゆる先受け工や鏡部補強工などに良好に適用できると共に、上記以外にも地盤の補強やその他の地山補強工法にも有効に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】(a)〜(d)は本発明による地山補強工法の一実施形態を示す補強管打設工程までのプロセス説明図。
【図2】(a)〜(d)は上記実施形態における口元シール工程のプロセス説明図。
【図3】下孔形成用ビットの一例を示す説明図。
【図4】補強管およびその接続用カプラの一例を示す説明図。
【図5】シール部材としてのパッカーの一例を示す縦断面図。
【図6】(a)および(b)は上記パッカーの膨張前および膨張後の斜視図。
【図7】(a)および(b)は水膨張性粉体の膨張前および膨張後の模式図。
【図8】従来の地山補強工法の一例を示す縦断面図。
【図9】上記従来の地山補強工法の横断面図。
【図10】(a)〜(b)は従来の地山補強工法における補強管打設工程までのプロセス説明図。
【図11】(a)及び(b)は従来の地山補強工法における固結材注入工程の説明図。
【図12】(a)は従来の地山補強工法における削孔状態の説明図、(b)はその一部の拡大図、(c)はその正面図。
【符号の説明】
【0033】
A 先受け工
B 鏡部補強工
G 地山
H 削孔
f 切羽
g 固結材
h 下孔
1 補強管
2 ケーシングシュー
3 削孔ビット
4 削孔ロッド
5 ビットアダプタ
20 シール手段
21 パッカー
21a 伸縮性袋体
22 水膨張性粉体
22a 吸水性ポリマー
22b セメント
23 注水パイプ
24 ガイド筒体
【特許請求の範囲】
【請求項1】
補強管を打設するための削孔径と略同等の径を有する第1穿孔部と、その第1穿孔部よりも大径で、それと同心状の第2穿孔部とを有する段付き下孔を地山に形成した後、上記第1穿孔部を延長するようにして該第1穿孔部と略同径の削孔を施すと同時に該削孔内に補強管を打設し、その補強管の後端部外周と上記第2穿孔部の内面との間にシール手段を介在させた後、上記補強管を介して該補強管内およびその周囲の地山内に固結材を充填して地山を補強することを特徴とする地山補強工法。
【請求項2】
上記シール手段として、水と反応して膨らむ水膨張性粉体を中空筒状の袋体内に収容してなるパッカーを用いた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】
上記パッカーを前記補強管よりも大径のガイド筒体外周面に嵌めた状態で、前記補強管の下孔側の端部と前記第2穿孔部の内面との間に挿入したのち上記ガイド筒体を引き抜き除去するよにした請求項2に記載の地山補強工法。
【請求項4】
前記伸縮性袋体が、通水性材料からなる請求項2または3に記載の地山補強工法。
【請求項5】
前記請求項1に記載の段付き下孔を形成するための下孔形成用ビットであって、前記第1穿孔部を形成するための第1ビット部と、前記第2穿孔部を形成するための第2ビット部とを連続的かつ同心状に一体に設けたことを特徴とする下孔形成用ビット。
【請求項1】
補強管を打設するための削孔径と略同等の径を有する第1穿孔部と、その第1穿孔部よりも大径で、それと同心状の第2穿孔部とを有する段付き下孔を地山に形成した後、上記第1穿孔部を延長するようにして該第1穿孔部と略同径の削孔を施すと同時に該削孔内に補強管を打設し、その補強管の後端部外周と上記第2穿孔部の内面との間にシール手段を介在させた後、上記補強管を介して該補強管内およびその周囲の地山内に固結材を充填して地山を補強することを特徴とする地山補強工法。
【請求項2】
上記シール手段として、水と反応して膨らむ水膨張性粉体を中空筒状の袋体内に収容してなるパッカーを用いた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】
上記パッカーを前記補強管よりも大径のガイド筒体外周面に嵌めた状態で、前記補強管の下孔側の端部と前記第2穿孔部の内面との間に挿入したのち上記ガイド筒体を引き抜き除去するよにした請求項2に記載の地山補強工法。
【請求項4】
前記伸縮性袋体が、通水性材料からなる請求項2または3に記載の地山補強工法。
【請求項5】
前記請求項1に記載の段付き下孔を形成するための下孔形成用ビットであって、前記第1穿孔部を形成するための第1ビット部と、前記第2穿孔部を形成するための第2ビット部とを連続的かつ同心状に一体に設けたことを特徴とする下孔形成用ビット。
【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2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2006−336282(P2006−336282A)
【公開日】平成18年12月14日(2006.12.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−161426(P2005−161426)
【出願日】平成17年6月1日(2005.6.1)
【出願人】(000129758)株式会社ケー・エフ・シー (120)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成18年12月14日(2006.12.14)
【国際特許分類】
【出願日】平成17年6月1日(2005.6.1)
【出願人】(000129758)株式会社ケー・エフ・シー (120)
【Fターム(参考)】
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