地山補強用鋼管
【課題】 例えばトンネル掘削空間から打設する長尺鋼管先受け工や長尺鏡補強工の地山補強工法に係り、均一性の高い鋼管による補強効果を発揮できると共に、トンネル掘削作業時に追加補強を行うことなく、適格な地山拘束効果を得ることができ、多様な掘削方式に於いて低コストで実施できるようにする。
【解決手段】 トンネル掘削空間から切羽前方の地山内に所定の仰角で削孔を施すと同時に、周壁に固結材の吐出孔を有する複数本の鋼管を順次接続して形成される、長尺鋼管先受け工および長尺鏡補強工の接続に於いて、雌ねじ側の拡径加工と雄ねじ側の縮径加工を施し、該補強管本体の外周面には帯状の凸部と凹みを数条設けたことを特徴とする地山補強用鋼管。
【解決手段】 トンネル掘削空間から切羽前方の地山内に所定の仰角で削孔を施すと同時に、周壁に固結材の吐出孔を有する複数本の鋼管を順次接続して形成される、長尺鋼管先受け工および長尺鏡補強工の接続に於いて、雌ねじ側の拡径加工と雄ねじ側の縮径加工を施し、該補強管本体の外周面には帯状の凸部と凹みを数条設けたことを特徴とする地山補強用鋼管。
【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前方地山を補強する長尺先受け工や長尺鏡補強工等の地山補強工法、特に掘削すべき前方地山内に削孔を施すと同時に該削孔内に補強鋼管を推進して補強する地山補強工法に関する。更に詳しくは、例えば先端に削孔ビットを装着する中空管状の削孔ロッドの周囲に、補強管を配置した状態で削孔を施す、いわゆる二重管方式の削孔装置で上記補強管として鋼管を用い、上記削孔ビットで削孔推進しながら複数本の上記補強鋼管を順次接続して所定長に設置後、その補強鋼管内からセメント系またはレジン系等の固結材を注入して地山との定着を施こすと共に、上記補強鋼管を切羽前方地山内に打設して補強する場合に、特に有効な地山補強用鋼管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば地質条件の悪い地山等でトンネルを掘削する際には、山岳トンネル工法に使用する油圧ドリルジャンボなどの標準的な掘削機械設備により、その掘削すべき前方地山を小口径の長尺鋼管等を用いて拘束し、且つ補強しながらトンネルを掘り進めることが行われている。このような前方地山を鋼管等で補強しながらトンネルを掘削する場合に行う地山補強工法として、トンネルを掘削すべき前方地山の天端部または前方地山内に削孔を施すと同時に上記補強鋼管を推進する場合に、先端部に削孔用ビットを有する中空管状の削孔ロッドの周囲に上記補強鋼管を配置した状態で削孔を施す、いわゆる二重管方式の長尺削孔装置によって、複数本の管を順次接続してなる補強鋼管をトンネル切羽の長尺先受け工または長尺鏡補強工として打設し、その補強鋼管内にセメント系またはレジン系等の固結材を注入して、該補強鋼管内および鋼管周壁の吐出孔を介して周囲の地山との定着または固結領域を形成して地山補強工を行うことが実施されている。
【０００３】
図６は前記長尺鋼管先受け工６を施した状態を示したものであって、トンネル掘削空間９に於いて切羽３から前方地山４内に補強鋼管１が打設され、打設された鋼管１の周囲に固結領域５が形成されている。
この長尺鋼管先受け工６の打設方法として、トンネル掘削時の天端部の剥落防止と切羽前方地山の拘束力を高める目的で打設角度を最小限に確保するため、支保断面拡幅方法として、打設する切羽の手前６ｍ程度のトンネル断面を拡幅し、先受け鋼管と鋼製支保工の離れを最小限として、打設された長尺の鋼管を介して注入材により、鋼管周囲の定着および固結領域の形成により先受け拘束効果が期待される。
【０００４】
また、最近では鋼製支保工の無拡幅工法としてトンネル断面を拡幅しない、図７に示される長尺鋼管先受け工６が用いられている。例えば、所定の仰角で打設された長尺鋼管先受け部材の内、トンネル掘削断面外周線から最後端部の切羽鏡部に位置する区間、所謂切除区間の補強管Ｓは切除することにより断面拡幅区間を設けない長尺鋼管先受け工６で、鋼管に予め周面にスリットを入れて切除可能な鋼管等が切除区間の後端管に用いられている。後端管は切羽前方に建て込まれる鋼製支保工の３〜６ｍ程度の範囲にある地山内に埋設し、この区間で鋼製支保工を交わすため切除される。全長に亘って打設した鋼管は地山内に存置して、鋼管周壁の吐出孔を介して周囲の地山内に固結材を注入することにより、地山の天端部の剥落を防止するための安定性を高めている。
【０００５】
前記の長尺鋼管先受け工６と同様に、前方地山を拘束しながらトンネルを掘削する地山補強工法として、掘削に先立ってトンネル鏡面から図８に示すように、地山補強である鏡補強を形成して切羽前方地山を拘束する長尺鏡補強工７がある。これらの補強管には小口径ＧＦＲＰ管若しくは鋼管が用いられ、注入時に挿入される注入管を使用して、その補強管周壁の吐出孔を介して周囲の地山にセメント系注入材など固結材の注入を施して、補強管周壁の地山を定着補強により切羽前方地山の拘束効果を高める工法である。
【０００６】
長尺鋼管先受け工６には、鋼管本体の外径が７６．３〜１１４．３ｍｍで肉厚が５．２〜７ｍｍ、長さ３．０ｍ程度の鋼管を複数本により接続した該補強管が一般に用いられている。しかし、前記の切羽前方地山を補強する長尺鏡補強工７を併用して、トンネル掘削時の応力解放に伴う鏡部の押出し挙動を抑制した場合には、図９の解析結果によると長尺鋼管先受け工６の曲げモーメント図に示されるように、長尺鏡補強工７による拘束効果から周辺地山の塑性領域が減少する結果が得られ、長尺鋼管先受け工６の部材に生じる曲げ応力は減少している。長尺鏡補強工７の部材応力と同様に軸方向応力が顕著であることから、この長尺鋼管先受け工６に使用する鋼管本体の所要とする断面形状を低減することが可能となっている。
【０００７】
この長尺鏡補強工７の併用による例として長尺鋼管先受け工６に使用される鋼管本体の断面形状は、外径が７６．３ｍｍで肉厚が５．２〜７．０ｍｍ程度に断面形状は縮小された該補強管が長尺鋼管先受け工に使用されてきている。したがって、これまでの支保工拡幅施工により単独で使用されてきた長尺鋼管先受け工の補強管は、曲げ応力を主体として算定されていたが、長尺鏡補強工７を併用した支保工無拡幅施工による長尺鋼管先受け工に使用される補強管は、軸方向応力を主体として機能することから、断面形状の縮小に伴い補強管接合部の引張剛性と補強管表面の付着剛性を向上させることについて、考慮する必要性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
下記特許文献１、２は上記のような該補強管に使用されている鋼管の接合方法の一例を示すもので、特許文献１は該補強鋼管に使用されている一般的な鋼管の接合方法として、図１０に示される標準的なねじ接続１０で、一方の端部が雄ねじ１１、他方の端部には雌ねじ１２が設けられ、例として特許文献１に記載のねじ接合による該補強管が用いられている。
【０００９】
また、ねじ接合例として該補強管の一方の端部に通常の雄ねじ１１が設けられ、他方の端部に拡径式の雌ねじ１２を設けた図１１に示すねじ接続方法で、特許文献２に記載のものがある。
【００１０】
特許文献３はトンネル掘削時に地山の自立性が懸念される場合、切羽前方地山の天端部を拘束して剥落を防止する長尺鋼管先受け工法で、図７と同様にトンネル掘削断面の拡幅をしない無拡幅による長尺鋼管先受け工６として、所定の仰角で穿孔打設される補強鋼管は通常の外周面が平滑な鋼管が使用される。掘削断面外周線から最後端部の切羽鏡部に位置する区間、いわゆる掘削断面内である切除区間Ｓの補強管（以下、端末管という）は容易に切除可能とし、それによってトンネル掘削断面の拡幅区間を設けないで施工するようにしたものである。その端末管として上記例においては、塩化ビニル等の合成樹脂製の管を用いることによって、トンネル掘削時に掘削機械により容易に切除できるようにしたもので、その端末管は打設位置から切羽前方３ｍ区間に切除管として設置される。
【００１１】
前記長尺鋼管先受け工６は、様々な地山条件に対応できる先受け効果が期待できるため、地山の先行変位の抑制、地山の緩みの防止、施工の安全性確保等を目的に長尺先受け工として用いられている。図７はトンネル掘削断面を無拡幅とした状態の上記長尺鋼管先受け工６を示すものであって、トンネル掘削空間９に於いて切羽３から前方地山４内に補強管１が打設され、トンネル掘削断面外周線から最後端部の切羽鏡部に位置する区間Ｓの端末管は地山の掘進に伴って地山から露出した部分が切除可能な管で形成されている。この長尺鋼管先受け工６に使用する補強鋼管は、ドリルジャンボのガイドセルに長さの制約があり、３ｍ程度の補強鋼管を複数本接続して使用されている。しかし、掘削断面を無拡幅とした施工方法では、図６に示す掘削断面を拡幅した施工と比較して、長尺鋼管先受け工の該補強鋼管に生じる部材応力は軸方向応力が卓越する傾向にあり、ねじ接続部においても曲げ応力よりも引張応力の影響は大きくなる。したがって、該補強鋼管本体には打設時の削岩機による打撃力および推進力が生じ、その後の注入材による地山への定着後の該補強鋼管には、地山の挙動に伴う軸方向応力を主体とした応力が生じるため、この該補強鋼管のねじ接続部耐力（ねじ部引張強度）が要求される。
【００１２】
この該補強鋼管のねじ接続部は前記の図１０および図１１に示されるように、接続部耐力はねじ接続部の残肉厚１７によって概略の算定ができる。鋼管本体の外径を７６．３ｍｍとして打設時の削岩機による打撃力に耐える特許文献１の補強用鋼管は、ねじ部における最小限の引張耐力を確保する肉厚（２．２〜３．０ｍｍ）として、５．２〜７．０ｍｍの鋼管が用いられ、ねじ部引張耐力を確保する必要性から鋼管本体自体の肉厚を必要とするため、重量が過大となり作業性およびコストで問題がある。
【００１３】
また、ねじ部引張耐力をねじ接続部の残肉厚による断面積から引張強度を算出すると、鋼管本体の厚が５．２ｍｍによるねじ部の残肉厚を２．２ｍｍ（５１２ｍｍ２）とした場合、引張強度は２１０ｋＮとなる。鋼管本体の厚を６．０ｍｍとして、ねじ接続部の残肉厚を２．５ｍｍ（５８０ｍｍ２）とすると、引張強度は２３８ｋＮと算出される。ねじ接続部における引張耐力の数値においては、この２１０ｋＮ程度でも軟質な地山条件ではさく岩機の打撃圧を下げた状態では問題ないが、硬質な礫・玉石等が挟在した場合などには、さく岩機の打撃圧の上昇等の影響からねじ接続部の破断が生じ、接続部の耐力を考慮する必要がある。
【００１４】
特許文献２の図１１に示されるねじ接続方法による補強用鋼管を用いた場合、ねじ部接続形状の変更による残肉厚１７の確保で引張耐力の向上、薄肉鋼管による軽量化により経済性が考慮され、所要のねじ接合部耐力が確保される。しかし、孔壁部の崩壊および自立性が不安定で硬質な礫の挟在、玉石・転石が混入する礫質土層、硬質な亀裂性岩盤層等における地山条件によっては、該補強管のねじ接続部（図１２）が前記の削岩機による打撃力および推進力に対して大きな抵抗力となり、ねじ接続部の破断・離脱が生じる場合がある。特許文献１と同様に、特許文献２のねじ接続部の残肉厚１７による断面積から引張強度を算出すると、鋼管本体の厚を４．２ｍｍとして、ねじ部の残肉厚１７を２．７ｍｍ（６７０ｍｍ２）とすると、引張強度は２７５ｋＮとなる。しかし、拡径側における雌ねじ接続部の残肉厚１７については、内径側を基準とした加工となるために、鋼管の厚さ寸法許容差を考慮した加工の必要性および拡径に伴う肉厚の減少を考慮した加工技術が必要であり、残肉厚の安定性の確保に問題がある。
【００１５】
このように、特許文献１で従来の同径の平坦な通常ねじ接続１０による補強鋼管で小口径の鋼管を使用する場合、所要のねじ接続部の引張耐力を確保するために、過大な肉厚の鋼管本体を使用せざるを得ないため、重量が大きくなり作業性およびコスト面で問題がある。
【００１６】
特許文献２の拡径式（ソケット）１３のねじ接続１１による場合には、雌ねじ１３接続部の外径が通常鋼管本体の外径よりも大きくなるため、地山状況によっては削岩機による打撃力および推進力に対して大きな抵抗力となる。また、拡径側における雌ねじ１２接続部の残肉厚１７については、鋼管の厚さ寸法許容差および拡径に伴う肉厚の減少の影響を受けやすく、所要の安定したねじ部引張耐力を確保できない問題がある。
【００１７】
特許文献３では、掘削断面を無拡幅とした施工方法において、これまでの掘削断面を拡幅した施工方法と比較して補強部材に生じる応力が異なることである。打設される仰角は１０度程度と大きくなるため、これまでの補強部材には曲げ応力が主体であった部材応力は軸方向応力が顕著となる。所定の仰角で打設された無拡幅による補強管のうち、トンネル掘削断面の外周線から最後端部の切羽鏡部に至る切除区間の端末補強管として、合成樹脂製の管が用いられているが、上記の切除区間はトンネル掘削時における先行変位の原因でもある緩みの発生源で、掘削時に拘束力が最も必要な区間でもある。上記端末補強管には外周面が平滑なものが使用され、トンネル掘削時における切除は容易であるが、補強管と固結材との付着効果による拘束力は考慮されていない。また、長尺鋼管先受け工には外周面が平滑な通常鋼管が補強管として使用されていることから、該補強鋼管の固結材との周面付着力は低く、穿孔打設された該補強鋼管下部と孔壁とが密着した状況で、補強鋼管の下部に固結材が廻りにくく注入効果が発揮されない。したがって、脆弱な地山状況では軸方向挙動も顕著に生じて地山との拘束力が劣るために、結果的にゆるみの漸増により先受け効果が低下する。
【００１８】
従って、特許文献１および２、３のいずれにおいても、補強管周壁の吐出孔を介して周囲の地山内にセメント系またはレジン系等の固結材を注入して、該補強鋼管と周壁の地山を定着補強することによって、切羽前方地山の拘束効果を高めて切羽周辺地山の安定化を図る工法であって、脆弱な地山状況においては軸方向応力が顕著となることから、所要のねじ接続部の引張耐力を確保する必要性と、補強鋼管の外周面が平滑なことから付着耐力が低く、充分な注入効果が発揮されず前方地山挙動の拘束力が劣る結果、別途補強を追加することが多く、補強鋼管の付着耐力の向上が必要となっている。
【００１９】
【特許文献１】実公平７−０４５６７６号公報
【特許文献２】特開２００４−３３２２４２号公報
【特許文献３】特開平８−１２１０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであって、上記従来の補強用鋼管における所要のねじ接続部の引張耐力を向上させ、玉石・転石が混入する礫質土・硬質な亀裂性岩盤層等においても、ねじ接合部が推進抵抗を低減することと、鋼管の厚さ寸法許容差による影響を受けにくい接続方式として、補強鋼管本体の薄肉による軽量化により作業性の向上とコストの低減を図ることができ、セメント系等の注入に伴う付着力の向上により、地山の拘束力を高める補強用鋼管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】
【００２１】
上記の目的を達成するために本発明による補強用鋼管は、トンネル周辺地山挙動の抑制を目的として、周壁に吐出孔が穿設されている複数本の管を順次接続しながら所定の仰角で地山に打設して補強管を形成し、該補強管を介して固結材の注入をおこない、該補強管の周囲の地山に固結領域を形成して地山を拘束する長尺鋼管先受け工および長尺鏡補強工に於いて、該補強管の一端接続部には拡径による雌ねじの谷の径を鋼管本体の肉厚のほぼ中央位置に設け、他方の端部には縮径による雄ねじ接続部が設けられ、該縮径部は鋼管本体肉厚のほぼ中央位置に雄ねじの山の径を配して、鋼管本体の肉厚に対して各々のねじ部の残肉厚を最大限に確保する形態で接続することを特徴とした地山補強用鋼管としている。
【００２２】
鋼管本体の外径位置を基準として、地山補強用鋼管のねじ接続部の強度を確保するために、鋼管本体の肉厚の約７０％を残肉厚として確保することが可能で、補強鋼管打設時の推進抵抗を考慮して拡径もしくは縮径を最小限とすることが好ましく、雌ねじ側の拡径および雄ねじ側の縮径加工は該補強鋼管本体の肉厚の２０〜５０％であることが好ましい。
【００２３】
また、補強鋼管の付着力を高めるために雌ねじ側の拡径と同時に、鋼管本体に数条の帯状とした突起加工、雄ねじ側には縮径と同時に数条の帯状とした凹み加工を施すことが可能で、帯状の幅は３０〜１００ｍｍで両端のねじ部から１０００ｍｍ程度の加工が好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
上記のように構成された本発明による地山補強鋼管は、長尺鋼管先受け工若しくは長尺切羽鏡補強工に於いて、補強鋼管は雌ねじの谷の径を拡径加工により鋼管本体の肉厚のほぼ中央位置にして、雄ねじ部は縮径加工して接続することにより、通常ねじ接続の補強鋼管等と比較して、ねじ接続部の所要とする安定した残肉厚が確保され充分な引張強度を備えることができ、最小限の拡径・縮径により補強鋼管打設時の推進抵抗を低く抑えることが可能となる。
【００２５】
また、本発明では雌ねじ側の接続部拡径と同時に、鋼管本体に数条の帯状とした突起加工と、雄ねじ側の接続部縮径と同時に数条の帯状とした凹み加工をすることから、従来の平滑な補強鋼管本体に比べ充分な付着耐力を向上させ、加工コスト面で優位である。
【００２６】
したがって、補強鋼管の軽量化によるコストの大幅な低減と、ねじ接続部の残肉厚が最大限に確保され引張強度の向上により打設推進時における施工の安定性、鋼管本体に施す凹凸加工は注入材による補強鋼管としての付着効果が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の補強鋼管による長尺切羽補強工の施工状態を示す縦断面図。
【図２】本発明の補強鋼管による長尺切羽補強工の施工状態を示す横断面図。
【図３】実施例の補強鋼管における中間管の両端接続部を示す詳細図。
【図４】本発明の補強鋼管の拡径・縮径による接続部を示す詳細図。
【図５】本発明の補強鋼管本体側の凹凸加工を施した状態を示す詳細図。
【図６】従来の掘削断面拡幅による長尺鋼管先受け工の施工状態を示す縦断面図。
【図７】従来の掘削断面無拡幅による長尺鋼管先受け工の施工状態を示す縦断面図。
【図８】従来の長尺切羽補強工の施工状態を示す縦断面図。
【図９】三次元数値解析結果による各地山補強工の部材応力図
【図１０】従来の補強鋼管に使用されている通常ねじ接続部を示す詳細図。
【図１１】従来の補強鋼管に使用されている拡径ねじ接続を示す詳細図。
【図１２】従来の拡径ねじ接続による補強鋼管の設置した孔壁の状態を示す詳細図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の地山補強鋼管１を図に示す具体的な実施形態に基づいて説明する。
図１乃至図２は本発明の地山補強用鋼管に於ける施工状態の概要を示すもので、トンネル掘削断面を無拡幅とした状態で長尺鋼管先受け工６に長尺鏡補強工７を併用した施工状態を示すものであって、トンネル掘削空間９に於いて切羽３から前方地山４内に補強管１が打設され、トンネル掘削断面外周線から最後端部の切羽鏡部に位置する切除区間Ｓの端末管２は、地山の掘進に伴って地山から露出した部分が切除可能な管で形成されている。この長尺鋼管先受け工６に使用する鋼管本体の長さは、ドリルジャンボのガイドセルに長さの制約があり、３ｍ程度の補強鋼管を複数本接続して使用される。
【００２９】
図３乃至図４は、本発明の地山補強鋼管１の一例で、先受け工で用いる鋼管の周面へ吐出孔を設けた中間管の接続部の形態を示す。例えば中間管として使用する地山補強鋼管１は、外径が７６．３ｍｍで肉厚は４．２ｍｍ、長さが３，０７０ｍｍである。この地山補強鋼管１の片側端部には、鋼管本体の外径７６．３ｍｍを基準面として、この基準面から１．５ｍｍの拡径により、雌ねじ１２の谷部を鋼管本体肉厚のほぼ中央位置に合わせるため、外形寸法を７９．３ｍｍとした拡径加工により残肉厚２．９ｍｍを確保した、雌ねじ１２が７０ｍｍの長さで形成されている。もう、一方の端部の嵌合する雄ねじ側には雄ねじ１１の山部が鋼管本体肉厚のほぼ中央位置に合わせるように、長さ７０ｍｍ区間の外形寸法を７３．３ｍｍに縮径加工して、雄ねじ１１側の残肉厚３．０ｍｍを確保している。これにより、雄ねじ１１、雌ねじ１２共に安定した残肉厚１７が確保され、鋼管の厚さ寸法許容差の影響も少なくなる。
【００３０】
ねじ部の引張耐力としては、ねじ接合部１０の残肉厚１７による断面積から引張強度を算出すると、鋼管本体の肉厚が４．２ｍｍで拡径加工された雌ねじ側の残肉厚１７を２．９ｍｍ（６９６ｍｍ２）とした場合に引張強度は２８５ｋＮ、一方の縮径加工された雄ねじ側の残肉厚１７を３．０ｍｍ（６４４ｍｍ２）とした場合は、引張強度が２６４ｋＮとなる。
【００３１】
また、図５は本発明のねじ接合部１０の前後に、軸方向に直行した帯状形態の凹凸をねじ部の拡径、縮径加工時と同時に加工され、雌ねじ側の帯状突起は５０ｍｍ幅で１５０ｍｍ間隔に３条、雄ねじ側の凹みは５０ｍｍ幅で１５０ｍｍ間隔に３条が設けられている。
これにより、補強鋼管本体の表面が平滑なために、定着不足から発生する天端部地山の剥落および鏡部の押出し挙動等が抑制され、拘束力の高い注入補強効果が発揮される。
【実施例】
【００３２】
本発明による補強鋼管の接続方法の有効性について、従来のねじ接続方法との比較を下記表１にまとめて示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】
表１の従来の通常接続に示すように、同径の補強鋼管において打設時におけるねじ接続部の引張強度を確保するには肉厚６ｍｍ以上が必要であり、過大な肉厚の鋼管本体を使用せざるを得ない事となるため、重量が大きくなり作業性およびコスト面で問題がある。
【００３５】
本発明による補強鋼管（Ｌ＝３．０７ｍ）の重量は２２．９ｋｇで、同程度の強度を確保する場合の鋼管厚は７ｍｍが必要で、従来の通常接続における重量は３６．０ｋｇで約３８％の軽量化となる。この実施形態における拡・縮径加工により打設推進時の抵抗となる補強鋼管の接続部は、拡径接続に比べて亀裂性岩盤等の地山条件の影響が低減される。
【００３６】
なお、上記表１中の拡・縮径接続鋼管の帯状の凹凸部は５０ｍｍ幅で、補強鋼管の軸線方向に約１５０ｍｍの間隔で３条を設けた補強管を使用した場合で、付着力は上記各補強管の周面に対するモルタルとの付着力として単位面積（１ｍｍ２）当たりの付着力（引張荷重）、さらに１ｍ当たりの付着耐力は、単位面積当たり引張荷重を換算した値である。
【００３７】
上記、表１からも明らかなように本発明による地山補強用鋼管、すなわち補強管１を形成する複数本の管を、外周面に帯状の凹凸部を有する鋼管で構成したものは、従来の外周面が平滑な管に比べて付着力、特に補強管１の付着耐力（引張荷重）を大幅に増大させることができるものである。
【００３８】
上記のように長尺鋼管先受け工６および長尺鏡補強工７に於いて、該補強管１周囲に形成される固結材の付着耐力は、施工サイクルの関係からトンネル掘削時には弱材令であって、該補強管周囲に固結材の未定着領域があると地山の拘束力が損なわれ、剥落またはゆるみの漸増挙動が生じる。該補強管の位置する領域が脆弱な地山で、該補強管下端が孔壁に密着した状況であっても該補強管周囲の全体に亘り、セメント系またはレジン系等の固結材による固結領域を確実に確保して、孔壁周囲の地山と該補強管の周面とが大きな付着耐力を有することを特徴とする。
【００３９】
また、表２では本発明の例に示す補強鋼管の他に、長尺鋼管先受け工には外径１１４．３ｍｍ、外径１０１．６ｍｍ、の各補強用鋼管が使用されており、いずれも簡易な設備において同様の拡径・縮径加工により、従来の接続鋼管と比べ所要の鋼管本体の肉厚を効果的に機能させることができ、接続部の引張耐力を向上させることができる。
【００４０】
【表２】
【符号の説明】
【００４１】
１ 補強管
２ 端末管
３ 切羽
３ａ 切羽鏡部
４ 前方地山
５ 固結領域
６ 長尺鋼管先受け工
７ 長尺鏡補強工
８ 吐出孔
９ トンネル掘削空間
１０ ねじ接続部
１１ 雄ねじ
１２ 雌ねじ
１３ 拡径
１４ 縮径
１５ 拡径ねじ
１６ 縮径ねじ
１７ 残肉厚
１８ 通常ねじ
Ｓ 切除区間
Ｋ 拡幅区間
Ｌ 鋼管長
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばトンネル掘削時に前方地山を補強する長尺先受け工や長尺鏡補強工等の地山補強工法、特に掘削すべき前方地山内に削孔を施すと同時に該削孔内に補強鋼管を推進して補強する地山補強工法に関する。更に詳しくは、例えば先端に削孔ビットを装着する中空管状の削孔ロッドの周囲に、補強管を配置した状態で削孔を施す、いわゆる二重管方式の削孔装置で上記補強管として鋼管を用い、上記削孔ビットで削孔推進しながら複数本の上記補強鋼管を順次接続して所定長に設置後、その補強鋼管内からセメント系またはレジン系等の固結材を注入して地山との定着を施こすと共に、上記補強鋼管を切羽前方地山内に打設して補強する場合に、特に有効な地山補強用鋼管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば地質条件の悪い地山等でトンネルを掘削する際には、山岳トンネル工法に使用する油圧ドリルジャンボなどの標準的な掘削機械設備により、その掘削すべき前方地山を小口径の長尺鋼管等を用いて拘束し、且つ補強しながらトンネルを掘り進めることが行われている。このような前方地山を鋼管等で補強しながらトンネルを掘削する場合に行う地山補強工法として、トンネルを掘削すべき前方地山の天端部または前方地山内に削孔を施すと同時に上記補強鋼管を推進する場合に、先端部に削孔用ビットを有する中空管状の削孔ロッドの周囲に上記補強鋼管を配置した状態で削孔を施す、いわゆる二重管方式の長尺削孔装置によって、複数本の管を順次接続してなる補強鋼管をトンネル切羽の長尺先受け工または長尺鏡補強工として打設し、その補強鋼管内にセメント系またはレジン系等の固結材を注入して、該補強鋼管内および鋼管周壁の吐出孔を介して周囲の地山との定着または固結領域を形成して地山補強工を行うことが実施されている。
【０００３】
図６は前記長尺鋼管先受け工６を施した状態を示したものであって、トンネル掘削空間９に於いて切羽３から前方地山４内に補強鋼管１が打設され、打設された鋼管１の周囲に固結領域５が形成されている。
この長尺鋼管先受け工６の打設方法として、トンネル掘削時の天端部の剥落防止と切羽前方地山の拘束力を高める目的で打設角度を最小限に確保するため、支保断面拡幅方法として、打設する切羽の手前６ｍ程度のトンネル断面を拡幅し、先受け鋼管と鋼製支保工の離れを最小限として、打設された長尺の鋼管を介して注入材により、鋼管周囲の定着および固結領域の形成により先受け拘束効果が期待される。
【０００４】
また、最近では鋼製支保工の無拡幅工法としてトンネル断面を拡幅しない、図７に示される長尺鋼管先受け工６が用いられている。例えば、所定の仰角で打設された長尺鋼管先受け部材の内、トンネル掘削断面外周線から最後端部の切羽鏡部に位置する区間、所謂切除区間の補強管Ｓは切除することにより断面拡幅区間を設けない長尺鋼管先受け工６で、鋼管に予め周面にスリットを入れて切除可能な鋼管等が切除区間の後端管に用いられている。後端管は切羽前方に建て込まれる鋼製支保工の３〜６ｍ程度の範囲にある地山内に埋設し、この区間で鋼製支保工を交わすため切除される。全長に亘って打設した鋼管は地山内に存置して、鋼管周壁の吐出孔を介して周囲の地山内に固結材を注入することにより、地山の天端部の剥落を防止するための安定性を高めている。
【０００５】
前記の長尺鋼管先受け工６と同様に、前方地山を拘束しながらトンネルを掘削する地山補強工法として、掘削に先立ってトンネル鏡面から図８に示すように、地山補強である鏡補強を形成して切羽前方地山を拘束する長尺鏡補強工７がある。これらの補強管には小口径ＧＦＲＰ管若しくは鋼管が用いられ、注入時に挿入される注入管を使用して、その補強管周壁の吐出孔を介して周囲の地山にセメント系注入材など固結材の注入を施して、補強管周壁の地山を定着補強により切羽前方地山の拘束効果を高める工法である。
【０００６】
長尺鋼管先受け工６には、鋼管本体の外径が７６．３〜１１４．３ｍｍで肉厚が５．２〜７ｍｍ、長さ３．０ｍ程度の鋼管を複数本により接続した該補強管が一般に用いられている。しかし、前記の切羽前方地山を補強する長尺鏡補強工７を併用して、トンネル掘削時の応力解放に伴う鏡部の押出し挙動を抑制した場合には、図９の解析結果によると長尺鋼管先受け工６の曲げモーメント図に示されるように、長尺鏡補強工７による拘束効果から周辺地山の塑性領域が減少する結果が得られ、長尺鋼管先受け工６の部材に生じる曲げ応力は減少している。長尺鏡補強工７の部材応力と同様に軸方向応力が顕著であることから、この長尺鋼管先受け工６に使用する鋼管本体の所要とする断面形状を低減することが可能となっている。
【０００７】
この長尺鏡補強工７の併用による例として長尺鋼管先受け工６に使用される鋼管本体の断面形状は、外径が７６．３ｍｍで肉厚が５．２〜７．０ｍｍ程度に断面形状は縮小された該補強管が長尺鋼管先受け工に使用されてきている。したがって、これまでの支保工拡幅施工により単独で使用されてきた長尺鋼管先受け工の補強管は、曲げ応力を主体として算定されていたが、長尺鏡補強工７を併用した支保工無拡幅施工による長尺鋼管先受け工に使用される補強管は、軸方向応力を主体として機能することから、断面形状の縮小に伴い補強管接合部の引張剛性と補強管表面の付着剛性を向上させることについて、考慮する必要性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
下記特許文献１、２は上記のような該補強管に使用されている鋼管の接合方法の一例を示すもので、特許文献１は該補強鋼管に使用されている一般的な鋼管の接合方法として、図１０に示される標準的なねじ接続１０で、一方の端部が雄ねじ１１、他方の端部には雌ねじ１２が設けられ、例として特許文献１に記載のねじ接合による該補強管が用いられている。
【０００９】
また、ねじ接合例として該補強管の一方の端部に通常の雄ねじ１１が設けられ、他方の端部に拡径式の雌ねじ１２を設けた図１１に示すねじ接続方法で、特許文献２に記載のものがある。
【００１０】
特許文献３はトンネル掘削時に地山の自立性が懸念される場合、切羽前方地山の天端部を拘束して剥落を防止する長尺鋼管先受け工法で、図７と同様にトンネル掘削断面の拡幅をしない無拡幅による長尺鋼管先受け工６として、所定の仰角で穿孔打設される補強鋼管は通常の外周面が平滑な鋼管が使用される。掘削断面外周線から最後端部の切羽鏡部に位置する区間、いわゆる掘削断面内である切除区間Ｓの補強管（以下、端末管という）は容易に切除可能とし、それによってトンネル掘削断面の拡幅区間を設けないで施工するようにしたものである。その端末管として上記例においては、塩化ビニル等の合成樹脂製の管を用いることによって、トンネル掘削時に掘削機械により容易に切除できるようにしたもので、その端末管は打設位置から切羽前方３ｍ区間に切除管として設置される。
【００１１】
前記長尺鋼管先受け工６は、様々な地山条件に対応できる先受け効果が期待できるため、地山の先行変位の抑制、地山の緩みの防止、施工の安全性確保等を目的に長尺先受け工として用いられている。図７はトンネル掘削断面を無拡幅とした状態の上記長尺鋼管先受け工６を示すものであって、トンネル掘削空間９に於いて切羽３から前方地山４内に補強管１が打設され、トンネル掘削断面外周線から最後端部の切羽鏡部に位置する区間Ｓの端末管は地山の掘進に伴って地山から露出した部分が切除可能な管で形成されている。この長尺鋼管先受け工６に使用する補強鋼管は、ドリルジャンボのガイドセルに長さの制約があり、３ｍ程度の補強鋼管を複数本接続して使用されている。しかし、掘削断面を無拡幅とした施工方法では、図６に示す掘削断面を拡幅した施工と比較して、長尺鋼管先受け工の該補強鋼管に生じる部材応力は軸方向応力が卓越する傾向にあり、ねじ接続部においても曲げ応力よりも引張応力の影響は大きくなる。したがって、該補強鋼管本体には打設時の削岩機による打撃力および推進力が生じ、その後の注入材による地山への定着後の該補強鋼管には、地山の挙動に伴う軸方向応力を主体とした応力が生じるため、この該補強鋼管のねじ接続部耐力（ねじ部引張強度）が要求される。
【００１２】
この該補強鋼管のねじ接続部は前記の図１０および図１１に示されるように、接続部耐力はねじ接続部の残肉厚１７によって概略の算定ができる。鋼管本体の外径を７６．３ｍｍとして打設時の削岩機による打撃力に耐える特許文献１の補強用鋼管は、ねじ部における最小限の引張耐力を確保する肉厚（２．２〜３．０ｍｍ）として、５．２〜７．０ｍｍの鋼管が用いられ、ねじ部引張耐力を確保する必要性から鋼管本体自体の肉厚を必要とするため、重量が過大となり作業性およびコストで問題がある。
【００１３】
また、ねじ部引張耐力をねじ接続部の残肉厚による断面積から引張強度を算出すると、鋼管本体の厚が５．２ｍｍによるねじ部の残肉厚を２．２ｍｍ（５１２ｍｍ２）とした場合、引張強度は２１０ｋＮとなる。鋼管本体の厚を６．０ｍｍとして、ねじ接続部の残肉厚を２．５ｍｍ（５８０ｍｍ２）とすると、引張強度は２３８ｋＮと算出される。ねじ接続部における引張耐力の数値においては、この２１０ｋＮ程度でも軟質な地山条件ではさく岩機の打撃圧を下げた状態では問題ないが、硬質な礫・玉石等が挟在した場合などには、さく岩機の打撃圧の上昇等の影響からねじ接続部の破断が生じ、接続部の耐力を考慮する必要がある。
【００１４】
特許文献２の図１１に示されるねじ接続方法による補強用鋼管を用いた場合、ねじ部接続形状の変更による残肉厚１７の確保で引張耐力の向上、薄肉鋼管による軽量化により経済性が考慮され、所要のねじ接合部耐力が確保される。しかし、孔壁部の崩壊および自立性が不安定で硬質な礫の挟在、玉石・転石が混入する礫質土層、硬質な亀裂性岩盤層等における地山条件によっては、該補強管のねじ接続部（図１２）が前記の削岩機による打撃力および推進力に対して大きな抵抗力となり、ねじ接続部の破断・離脱が生じる場合がある。特許文献１と同様に、特許文献２のねじ接続部の残肉厚１７による断面積から引張強度を算出すると、鋼管本体の厚を４．２ｍｍとして、ねじ部の残肉厚１７を２．７ｍｍ（６７０ｍｍ２）とすると、引張強度は２７５ｋＮとなる。しかし、拡径側における雌ねじ接続部の残肉厚１７については、内径側を基準とした加工となるために、鋼管の厚さ寸法許容差を考慮した加工の必要性および拡径に伴う肉厚の減少を考慮した加工技術が必要であり、残肉厚の安定性の確保に問題がある。
【００１５】
このように、特許文献１で従来の同径の平坦な通常ねじ接続１０による補強鋼管で小口径の鋼管を使用する場合、所要のねじ接続部の引張耐力を確保するために、過大な肉厚の鋼管本体を使用せざるを得ないため、重量が大きくなり作業性およびコスト面で問題がある。
【００１６】
特許文献２の拡径式（ソケット）１３のねじ接続１１による場合には、雌ねじ１３接続部の外径が通常鋼管本体の外径よりも大きくなるため、地山状況によっては削岩機による打撃力および推進力に対して大きな抵抗力となる。また、拡径側における雌ねじ１２接続部の残肉厚１７については、鋼管の厚さ寸法許容差および拡径に伴う肉厚の減少の影響を受けやすく、所要の安定したねじ部引張耐力を確保できない問題がある。
【００１７】
特許文献３では、掘削断面を無拡幅とした施工方法において、これまでの掘削断面を拡幅した施工方法と比較して補強部材に生じる応力が異なることである。打設される仰角は１０度程度と大きくなるため、これまでの補強部材には曲げ応力が主体であった部材応力は軸方向応力が顕著となる。所定の仰角で打設された無拡幅による補強管のうち、トンネル掘削断面の外周線から最後端部の切羽鏡部に至る切除区間の端末補強管として、合成樹脂製の管が用いられているが、上記の切除区間はトンネル掘削時における先行変位の原因でもある緩みの発生源で、掘削時に拘束力が最も必要な区間でもある。上記端末補強管には外周面が平滑なものが使用され、トンネル掘削時における切除は容易であるが、補強管と固結材との付着効果による拘束力は考慮されていない。また、長尺鋼管先受け工には外周面が平滑な通常鋼管が補強管として使用されていることから、該補強鋼管の固結材との周面付着力は低く、穿孔打設された該補強鋼管下部と孔壁とが密着した状況で、補強鋼管の下部に固結材が廻りにくく注入効果が発揮されない。したがって、脆弱な地山状況では軸方向挙動も顕著に生じて地山との拘束力が劣るために、結果的にゆるみの漸増により先受け効果が低下する。
【００１８】
従って、特許文献１および２、３のいずれにおいても、補強管周壁の吐出孔を介して周囲の地山内にセメント系またはレジン系等の固結材を注入して、該補強鋼管と周壁の地山を定着補強することによって、切羽前方地山の拘束効果を高めて切羽周辺地山の安定化を図る工法であって、脆弱な地山状況においては軸方向応力が顕著となることから、所要のねじ接続部の引張耐力を確保する必要性と、補強鋼管の外周面が平滑なことから付着耐力が低く、充分な注入効果が発揮されず前方地山挙動の拘束力が劣る結果、別途補強を追加することが多く、補強鋼管の付着耐力の向上が必要となっている。
【００１９】
【特許文献１】実公平７−０４５６７６号公報
【特許文献２】特開２００４−３３２２４２号公報
【特許文献３】特開平８−１２１０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであって、上記従来の補強用鋼管における所要のねじ接続部の引張耐力を向上させ、玉石・転石が混入する礫質土・硬質な亀裂性岩盤層等においても、ねじ接合部が推進抵抗を低減することと、鋼管の厚さ寸法許容差による影響を受けにくい接続方式として、補強鋼管本体の薄肉による軽量化により作業性の向上とコストの低減を図ることができ、セメント系等の注入に伴う付着力の向上により、地山の拘束力を高める補強用鋼管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】
【００２１】
上記の目的を達成するために本発明による補強用鋼管は、トンネル周辺地山挙動の抑制を目的として、周壁に吐出孔が穿設されている複数本の管を順次接続しながら所定の仰角で地山に打設して補強管を形成し、該補強管を介して固結材の注入をおこない、該補強管の周囲の地山に固結領域を形成して地山を拘束する長尺鋼管先受け工および長尺鏡補強工に於いて、該補強管の一端接続部には拡径による雌ねじの谷の径を鋼管本体の肉厚のほぼ中央位置に設け、他方の端部には縮径による雄ねじ接続部が設けられ、該縮径部は鋼管本体肉厚のほぼ中央位置に雄ねじの山の径を配して、鋼管本体の肉厚に対して各々のねじ部の残肉厚を最大限に確保する形態で接続することを特徴とした地山補強用鋼管としている。
【００２２】
鋼管本体の外径位置を基準として、地山補強用鋼管のねじ接続部の強度を確保するために、鋼管本体の肉厚の約７０％を残肉厚として確保することが可能で、補強鋼管打設時の推進抵抗を考慮して拡径もしくは縮径を最小限とすることが好ましく、雌ねじ側の拡径および雄ねじ側の縮径加工は該補強鋼管本体の肉厚の２０〜５０％であることが好ましい。
【００２３】
また、補強鋼管の付着力を高めるために雌ねじ側の拡径と同時に、鋼管本体に数条の帯状とした突起加工、雄ねじ側には縮径と同時に数条の帯状とした凹み加工を施すことが可能で、帯状の幅は３０〜１００ｍｍで両端のねじ部から１０００ｍｍ程度の加工が好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
上記のように構成された本発明による地山補強鋼管は、長尺鋼管先受け工若しくは長尺切羽鏡補強工に於いて、補強鋼管は雌ねじの谷の径を拡径加工により鋼管本体の肉厚のほぼ中央位置にして、雄ねじ部は縮径加工して接続することにより、通常ねじ接続の補強鋼管等と比較して、ねじ接続部の所要とする安定した残肉厚が確保され充分な引張強度を備えることができ、最小限の拡径・縮径により補強鋼管打設時の推進抵抗を低く抑えることが可能となる。
【００２５】
また、本発明では雌ねじ側の接続部拡径と同時に、鋼管本体に数条の帯状とした突起加工と、雄ねじ側の接続部縮径と同時に数条の帯状とした凹み加工をすることから、従来の平滑な補強鋼管本体に比べ充分な付着耐力を向上させ、加工コスト面で優位である。
【００２６】
したがって、補強鋼管の軽量化によるコストの大幅な低減と、ねじ接続部の残肉厚が最大限に確保され引張強度の向上により打設推進時における施工の安定性、鋼管本体に施す凹凸加工は注入材による補強鋼管としての付着効果が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の補強鋼管による長尺切羽補強工の施工状態を示す縦断面図。
【図２】本発明の補強鋼管による長尺切羽補強工の施工状態を示す横断面図。
【図３】実施例の補強鋼管における中間管の両端接続部を示す詳細図。
【図４】本発明の補強鋼管の拡径・縮径による接続部を示す詳細図。
【図５】本発明の補強鋼管本体側の凹凸加工を施した状態を示す詳細図。
【図６】従来の掘削断面拡幅による長尺鋼管先受け工の施工状態を示す縦断面図。
【図７】従来の掘削断面無拡幅による長尺鋼管先受け工の施工状態を示す縦断面図。
【図８】従来の長尺切羽補強工の施工状態を示す縦断面図。
【図９】三次元数値解析結果による各地山補強工の部材応力図
【図１０】従来の補強鋼管に使用されている通常ねじ接続部を示す詳細図。
【図１１】従来の補強鋼管に使用されている拡径ねじ接続を示す詳細図。
【図１２】従来の拡径ねじ接続による補強鋼管の設置した孔壁の状態を示す詳細図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の地山補強鋼管１を図に示す具体的な実施形態に基づいて説明する。
図１乃至図２は本発明の地山補強用鋼管に於ける施工状態の概要を示すもので、トンネル掘削断面を無拡幅とした状態で長尺鋼管先受け工６に長尺鏡補強工７を併用した施工状態を示すものであって、トンネル掘削空間９に於いて切羽３から前方地山４内に補強管１が打設され、トンネル掘削断面外周線から最後端部の切羽鏡部に位置する切除区間Ｓの端末管２は、地山の掘進に伴って地山から露出した部分が切除可能な管で形成されている。この長尺鋼管先受け工６に使用する鋼管本体の長さは、ドリルジャンボのガイドセルに長さの制約があり、３ｍ程度の補強鋼管を複数本接続して使用される。
【００２９】
図３乃至図４は、本発明の地山補強鋼管１の一例で、先受け工で用いる鋼管の周面へ吐出孔を設けた中間管の接続部の形態を示す。例えば中間管として使用する地山補強鋼管１は、外径が７６．３ｍｍで肉厚は４．２ｍｍ、長さが３，０７０ｍｍである。この地山補強鋼管１の片側端部には、鋼管本体の外径７６．３ｍｍを基準面として、この基準面から１．５ｍｍの拡径により、雌ねじ１２の谷部を鋼管本体肉厚のほぼ中央位置に合わせるため、外形寸法を７９．３ｍｍとした拡径加工により残肉厚２．９ｍｍを確保した、雌ねじ１２が７０ｍｍの長さで形成されている。もう、一方の端部の嵌合する雄ねじ側には雄ねじ１１の山部が鋼管本体肉厚のほぼ中央位置に合わせるように、長さ７０ｍｍ区間の外形寸法を７３．３ｍｍに縮径加工して、雄ねじ１１側の残肉厚３．０ｍｍを確保している。これにより、雄ねじ１１、雌ねじ１２共に安定した残肉厚１７が確保され、鋼管の厚さ寸法許容差の影響も少なくなる。
【００３０】
ねじ部の引張耐力としては、ねじ接合部１０の残肉厚１７による断面積から引張強度を算出すると、鋼管本体の肉厚が４．２ｍｍで拡径加工された雌ねじ側の残肉厚１７を２．９ｍｍ（６９６ｍｍ２）とした場合に引張強度は２８５ｋＮ、一方の縮径加工された雄ねじ側の残肉厚１７を３．０ｍｍ（６４４ｍｍ２）とした場合は、引張強度が２６４ｋＮとなる。
【００３１】
また、図５は本発明のねじ接合部１０の前後に、軸方向に直行した帯状形態の凹凸をねじ部の拡径、縮径加工時と同時に加工され、雌ねじ側の帯状突起は５０ｍｍ幅で１５０ｍｍ間隔に３条、雄ねじ側の凹みは５０ｍｍ幅で１５０ｍｍ間隔に３条が設けられている。
これにより、補強鋼管本体の表面が平滑なために、定着不足から発生する天端部地山の剥落および鏡部の押出し挙動等が抑制され、拘束力の高い注入補強効果が発揮される。
【実施例】
【００３２】
本発明による補強鋼管の接続方法の有効性について、従来のねじ接続方法との比較を下記表１にまとめて示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】
表１の従来の通常接続に示すように、同径の補強鋼管において打設時におけるねじ接続部の引張強度を確保するには肉厚６ｍｍ以上が必要であり、過大な肉厚の鋼管本体を使用せざるを得ない事となるため、重量が大きくなり作業性およびコスト面で問題がある。
【００３５】
本発明による補強鋼管（Ｌ＝３．０７ｍ）の重量は２２．９ｋｇで、同程度の強度を確保する場合の鋼管厚は７ｍｍが必要で、従来の通常接続における重量は３６．０ｋｇで約３８％の軽量化となる。この実施形態における拡・縮径加工により打設推進時の抵抗となる補強鋼管の接続部は、拡径接続に比べて亀裂性岩盤等の地山条件の影響が低減される。
【００３６】
なお、上記表１中の拡・縮径接続鋼管の帯状の凹凸部は５０ｍｍ幅で、補強鋼管の軸線方向に約１５０ｍｍの間隔で３条を設けた補強管を使用した場合で、付着力は上記各補強管の周面に対するモルタルとの付着力として単位面積（１ｍｍ２）当たりの付着力（引張荷重）、さらに１ｍ当たりの付着耐力は、単位面積当たり引張荷重を換算した値である。
【００３７】
上記、表１からも明らかなように本発明による地山補強用鋼管、すなわち補強管１を形成する複数本の管を、外周面に帯状の凹凸部を有する鋼管で構成したものは、従来の外周面が平滑な管に比べて付着力、特に補強管１の付着耐力（引張荷重）を大幅に増大させることができるものである。
【００３８】
上記のように長尺鋼管先受け工６および長尺鏡補強工７に於いて、該補強管１周囲に形成される固結材の付着耐力は、施工サイクルの関係からトンネル掘削時には弱材令であって、該補強管周囲に固結材の未定着領域があると地山の拘束力が損なわれ、剥落またはゆるみの漸増挙動が生じる。該補強管の位置する領域が脆弱な地山で、該補強管下端が孔壁に密着した状況であっても該補強管周囲の全体に亘り、セメント系またはレジン系等の固結材による固結領域を確実に確保して、孔壁周囲の地山と該補強管の周面とが大きな付着耐力を有することを特徴とする。
【００３９】
また、表２では本発明の例に示す補強鋼管の他に、長尺鋼管先受け工には外径１１４．３ｍｍ、外径１０１．６ｍｍ、の各補強用鋼管が使用されており、いずれも簡易な設備において同様の拡径・縮径加工により、従来の接続鋼管と比べ所要の鋼管本体の肉厚を効果的に機能させることができ、接続部の引張耐力を向上させることができる。
【００４０】
【表２】
【符号の説明】
【００４１】
１ 補強管
２ 端末管
３ 切羽
３ａ 切羽鏡部
４ 前方地山
５ 固結領域
６ 長尺鋼管先受け工
７ 長尺鏡補強工
８ 吐出孔
９ トンネル掘削空間
１０ ねじ接続部
１１ 雄ねじ
１２ 雌ねじ
１３ 拡径
１４ 縮径
１５ 拡径ねじ
１６ 縮径ねじ
１７ 残肉厚
１８ 通常ねじ
Ｓ 切除区間
Ｋ 拡幅区間
Ｌ 鋼管長
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル掘削断面内から切羽前方地山内に所定の仰角で削孔を施すと同時に、周壁に固結材の吐出孔を有する複数本の補強鋼管を順次接続して、所定の仰角で地山内に打設した後に、その補強鋼管内に固結材を注入して該補強鋼管内およびその周囲の地山内に定着または固結領域を形成して、地山を補強する長尺鋼管先受け工、長尺鋼管鏡補強工に於いて、該補強鋼管の一端接続部に雌ねじの谷の径を拡径により鋼管本体の肉厚内の位置に設け、他方の端部には縮径による鋼管本体の肉厚内の位置に、雌ねじと接合する雄ねじの山の径を配して、ねじ接続する鋼管で構成することを特徴とする地山補強用鋼管。
【請求項２】
前記補強鋼管の接続において、雌ねじ側の外径位置を鋼管本体の肉厚の２０〜６０％を拡径した位置に設け、雄ねじ側縮径部の外径位置を前記補強管本体の肉厚の２０〜６０％に縮径した位置にあることを特徴とする請求項１記載の地山補強用鋼管。
【請求項３】
前記補強管の単一の管若しくは複数本の管において、雌ねじ側の鋼管本体外周面には拡径雌ねじ部と同径の拡径による帯状の凸部を数条設けて、雄ねじ側の鋼管本体外周面には縮径雄ねじ部と同径の縮径による帯状の凹みを数条設けたことを特徴とする地山補強用鋼管。
【請求項４】
前記補強管の単一の管若しくは複数本の管のそれぞれは、外径が７６．３ｍｍから１１４．３ｍｍで、長さは１ｍから６ｍであり、該複数本の管から接続された該補強管の長さは３ｍから３０ｍであることを特徴とする請求項１又は２、３いずれか記載の鋼管で構成することを特徴とする地山補強工法。
【請求項１】
トンネル掘削断面内から切羽前方地山内に所定の仰角で削孔を施すと同時に、周壁に固結材の吐出孔を有する複数本の補強鋼管を順次接続して、所定の仰角で地山内に打設した後に、その補強鋼管内に固結材を注入して該補強鋼管内およびその周囲の地山内に定着または固結領域を形成して、地山を補強する長尺鋼管先受け工、長尺鋼管鏡補強工に於いて、該補強鋼管の一端接続部に雌ねじの谷の径を拡径により鋼管本体の肉厚内の位置に設け、他方の端部には縮径による鋼管本体の肉厚内の位置に、雌ねじと接合する雄ねじの山の径を配して、ねじ接続する鋼管で構成することを特徴とする地山補強用鋼管。
【請求項２】
前記補強鋼管の接続において、雌ねじ側の外径位置を鋼管本体の肉厚の２０〜６０％を拡径した位置に設け、雄ねじ側縮径部の外径位置を前記補強管本体の肉厚の２０〜６０％に縮径した位置にあることを特徴とする請求項１記載の地山補強用鋼管。
【請求項３】
前記補強管の単一の管若しくは複数本の管において、雌ねじ側の鋼管本体外周面には拡径雌ねじ部と同径の拡径による帯状の凸部を数条設けて、雄ねじ側の鋼管本体外周面には縮径雄ねじ部と同径の縮径による帯状の凹みを数条設けたことを特徴とする地山補強用鋼管。
【請求項４】
前記補強管の単一の管若しくは複数本の管のそれぞれは、外径が７６．３ｍｍから１１４．３ｍｍで、長さは１ｍから６ｍであり、該複数本の管から接続された該補強管の長さは３ｍから３０ｍであることを特徴とする請求項１又は２、３いずれか記載の鋼管で構成することを特徴とする地山補強工法。
【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２０１３−１１３０８０（Ｐ２０１３−１１３０８０Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２７０６４７（Ｐ２０１１−２７０６４７）
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（５１１０２５５３６）
【出願人】（５１１３０１５５５）
【出願人】（５１１０４２８９８）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（５１１０２５５３６）
【出願人】（５１１３０１５５５）
【出願人】（５１１０４２８９８）
【Ｆターム（参考）】
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