特許 7264566 地下鉄トンネル崩落の推進管工法によるレスキューの推力予測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-17

(45)【発行日】2023-04-25

(54)【発明の名称】地下鉄トンネル崩落の推進管工法によるレスキューの推力予測方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/06 20060101AFI20230418BHJP

【ＦＩ】

E21D9/06 311

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2022549229

(86)(22)【出願日】2021-07-30

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-02-02

(86)【国際出願番号】 CN2021109421

(87)【国際公開番号】W WO2021244673

(87)【国際公開日】2021-12-09

【審査請求日】2022-08-15

(31)【優先権主張番号】202010780775.0

(32)【優先日】2020-08-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】521052838

【氏名又は名称】中▲鉄▼九局集▲団▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＣＨＩＮＡ ＲＡＩＬＷＡＹ ＮＯ．９ ＧＲＯＵＰ ＣＯ．， ＬＴＤ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．３－１ Ｊｉｎｇｂｉｎ Ｓｔｒｅｅｔ， Ｓｈｅｎｈｅ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｓｈｅｎｙａｎｇ ｃｉｔｙ， Ｌｉａｏｎｉｎｇ １１０１３ Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110001106

【氏名又は名称】弁理士法人キュリーズ

(72)【発明者】

【氏名】高岩

(72)【発明者】

【氏名】何▲長▼江

(72)【発明者】

【氏名】孟▲慶▼一

(72)【発明者】

【氏名】王君厚

(72)【発明者】

【氏名】▲銭▼坤

(72)【発明者】

【氏名】▲劉▼▲雲▼生

(72)【発明者】

【氏名】李▲飛▼

(72)【発明者】

【氏名】尹子涛

(72)【発明者】

【氏名】▲矯▼永岩

(72)【発明者】

【氏名】李▲徳▼柱

(72)【発明者】

【氏名】李旭▲軍▼

(72)【発明者】

【氏名】葛朝朝

【審査官】高橋 雅明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－１６０９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２４６０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－０９２０８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０９７３６８１９（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０８７６３６７３（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０８４４６４１８（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ ９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

拡径削孔ビットであるヘッドと、前記ヘッドに接続されると共に互いに接続可能な１以上の推進管を用いて掘削を行う地下鉄トンネル崩落の推進管工法によるレスキューの推力予測方法であって、
（１）崩壊ブロックの高さH、単位体積重量γを決定するステップであって、
トンネル不良地質體の高さH₀に地山のゆるみ係数1.1～1.3を掛けて前記崩壊ブロックの高さH、すなわち、H=(1.1～1.3)H₀を得、前記崩壊ブロックから典型的な土試料を採取し、リングナイフ法で前記崩壊ブロックの密度を測定し、次に重力加速度を乗じて前記崩壊ブロックの単位体積重量γを得るステップと、
（２）前記推進管の中心軸からトンネルの底部までの距離H₁を決定するステップであって、
施工の便宜のため、通常H₁は、1.0～3.0mの範囲にあるステップと、
（３）前記推進管の中心軸箇所の前記崩壊ブロックの水平方向の長さLを決定するステップであって、
物理探査、ボーリング調査又は推定法により、前記推進管の中心軸箇所の前記崩壊ブロックの水平方向の長さLを決定するステップと、
（４）前記推進管は外径が拡大した区間である拡径セクションと、前記拡径セクション以外の区間である普通セクションとを有し、前記推進管の前記普通セクションの外径d₁、前記拡径セクションの外径d₂及びヘッド外径D及び単一の前記推進管の前記普通セクションの長さL₁及び前記拡径セクションの長さL₂を決定するステップであって、
これらのデータは、施工に選択された前記推進管を測定して得られるステップと、
（５）前記崩壊ブロックの凝集力c及び内部摩擦角φを決定するステップであって、
前記崩壊ブロックから典型的な土試料を採取し、実験室に運び、非固結急速せん断試験を実施して、岩体の凝集力c及び内部摩擦角φを得るステップと、
（６）前記崩壊ブロックと前記推進管の外壁との間の界面摩擦力τを次式により決定するステップと、
τ=(H-H₁)γtanφ
（７）前記崩壊ブロックの水平方向の長さLの範囲内の推進管本数m及び崩壊ブロックの水平方向の長さLの範囲内に全体が含まれる推進管本数nを次式により決定するステップと、

【数1】

［但し、式中、intは、整数にする関数であり、］
（８）前記崩壊ブロックの水平方向の長さLの範囲内の部分的な前記推進管の前記普通セクションの長さL3及び前記拡径セクションの長さL4を次式により決定するステップと、
(m-n)(L₁+L₂)<L₁の場合、L₃=(m-n)(L₁+L₂)、L₄=0となり、さもなければ、L₃=L₁、L₄=(m-n)(L₁+L₂)-L₁となり、
（９）前記普通セクションに必要な推力T₁、前記拡径セクションに必要な推力T₂及び前記ヘッドに必要な推力T₃を次式により決定するステップと、

【数2】

（１０）前記推進管に必要な総推力Ｔを次式により決定するステップと、
T=T₁+T₂+T₃
を有することを特徴とする、地下鉄トンネル崩落の推進管工法によるレスキューの推力予測方法。

【請求項2】

前記崩壊ブロックの高さHは、物理探査、ボーリング調査又は推定法により地上で前記崩壊ブロックを垂直探査して測定されることを特徴とする、請求項１に記載の地下鉄トンネル崩落の推進管工法によるレスキューの推力予測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インフラ整備分野に関し、特に、地下鉄トンネルの崩落時に推進管工法でレスキューする時の推進管推力の予測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

トンネルの掘削や施工過程で、地質状態、外力を受けた状態、地下水の変化、不適切な設計又は不適切な工法などのさまざまな原因により、トンネルの崩落が引き起こされる可能性がある。トンネルが崩落すると、トンネル内での施工者の安全に大きな脅威をもたらす。したがって、トンネル崩落エリアで迅速な救助を実施することは非常に重要である。さまざまな救助方法の中で、推進管工法は優れた方法の１つである。この工法は、推力を利用して推進管を崩壊ブロックに強制的に押し込み、崩壊ブロックを貫通し、管路を介して空気及び救助物資を崩壊ブロックに送ることで閉じ込められた被災者に供給する。推進管工法の推力は、一般的にジャッキ又はショベルローダー等の機械を用いるが、ジャッキが反力架台を必要とし、反力と推力は作用力と反作用力のペアで、推進管工法を実施する時、推力の大きさを明確するのは、反力を加える構造にとって、重要な参考意味を持つ。しかしながら、これまでのところ、推力や反力の大きさは施工経験に基づいており、トンネルレスキューの推進管工法推力の理論的予測法は、ほぼ見られない。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】《土質試験法の標準》（ＧＢ－Ｔ５０１２３－１９９９）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、地下鉄トンネル崩落の推進管工法によるレスキューの推力予測方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記目的を達成するため、本発明の技術的手段である地下鉄トンネル崩落の推進管工法によるレスキューの推力予測方法は、拡径削孔ビットであるヘッドと、ヘッドに接続されると共に互いに接続可能な１以上の推進管を用いて掘削を行うものであって、以下のステップを有する。

【0006】

（１）崩壊ブロックの高さH、単位体積重量γを決定する。
トンネル不良地質體の高さH₀に地山のゆるみ係数1.1～1.3を掛けて崩壊ブロックの高さH、すなわち、H=(1.1～1.3)H₀を得る、又は物理探査、ボーリング調査或いは推定法により地上で崩壊ブロックを垂直探査して、崩壊ブロックの高さHを測定し、崩壊ブロックから典型的な土試料を採取し、リングナイフ法で崩壊ブロックの密度を測定し、次に重力加速度を乗じて崩壊ブロックの単位体積重量γを得る。

【0007】

（２）推進管の中心軸からトンネルの底部までの距離H₁を決定する。
施工の便宜のため、通常H₁は、1.0～3.0mの範囲にある。

【0008】

（３）推進管の中心軸箇所の崩壊ブロックの水平方向の長さＬを決定する。
物理探査、ボーリング調査又は推定法により、推進管の中心軸箇所の崩壊ブロックの水平方向の長さＬを決定する。

【0009】

（４）推進管は外径が拡大した区間である拡径セクションと、拡径セクション以外の区間である普通セクションとを有し、推進管の普通セクションの外径d₁、拡径セクションの外径d₂及びヘッド外径D及び単一推進管の普通セクションの長さL₁及び拡径セクションの長さL₂を決定する。
これらのデータは、施工に選択された推進管を測定して得られる。

【0010】

（５）崩壊ブロックの凝集力c及び内部摩擦角φを決定する。
崩壊ブロックから典型的な土試料を採取し、実験室に運び、非特許文献１に従って、非固結急速せん断試験を実施して、岩体の凝集力c及び内部摩擦角φを得る。

【0011】

（６）崩壊ブロックと推進管の外壁との間の界面摩擦力τを次式により決定する。

【0012】

τ＝(H-H₁)γtanφ

【0013】

（７）崩壊ブロックの水平方向の長さLの範囲内の推進管本数m及び崩壊ブロックの水平方向の長さLの範囲内に全体が含まれる推進管本数nを次式により決定する。

【0014】

【数1】

但し、式中、intは、整数にする関数である。

【0015】

（８）水平方向の長さLの範囲内の部分的な推進管の普通セクションの長さL₃及び拡径セクションの長さL₄を決定する。
(m-n)(L₁+L₂)<L₁の場合、L₃=(m-n)(L₁＋L₂)、L₄=0となり、さもなければ、L₃=L₁、L₄=(m-n)(L₁+L₂)-L₁となる。

【0016】

（９）普通セクションに必要な推力T₁、拡径セクションに必要な推力T₂及びテーパーヘッドに必要な推力T₃を次式により決定する。

【0017】

【数2】

【0018】

（１０）推進管に必要な総推力Ｔを次式により決定する。

【0019】

T=T₁+T₂+T₃

【発明の効果】

【0020】

本発明の実施後、地下鉄トンネルの崩落が発生した時、推進管工法でレスキューする時の推力を予測することができ、予測方法は簡単で、結果は信頼できるため、推力設備を合理的に選択してトンネルのレスキューに技術的サポートを提供することができる。

【発明を実施するための形態】

【0021】

トンネルは、貫入接触帯を通過し、断層に隣接した岩石の特性が悪く、地下水位が高いため、崩落事故に遭遇し、3人が閉じ込められ、推進管工法によるレスキューを決定し、本発明の予測方法で推進管に必要な推力を予測した。推進管は、外径が拡大した区間である拡径セクションと、拡径セクション以外の区間である普通セクションとを有し、この推進管の先端に、拡径削孔ビットであるヘッドが接続される。物理探査方法により、トンネルの不良地質体の高さH₀は22.0mであると決定され、これに地山のゆるみ係数1.2を掛け、式H=(1.1～1.3)H₀に基づいて、崩壊ブロックの高さHは26.4mであることを得た。崩壊ブロックから典型的な土試料を採取し、リングナイフ法で密度が1.65g/cm³であると測定され、次に重力加速度を乗じて単位体積重量γが16.5kN/m³であると得られた。

【0022】

施工経験により推進管の中心軸からトンネルの底部までの距離H1は、1.5mであると決定され、物理探査方法により推進管の中心軸箇所の崩壊ブロックの水平方向の長さLは14.8mであると決定された。施工に選択された推進管を測定し、推進管の普通セクションの外径d₁は、０．３０ｍ、拡径セクションの外径d₂は0.35m、ヘッドの外径Dは0.35m、及び単一の推進管の普通セクションの長さL₁は1.8m、拡径セクションの長さL₂は0.2mであると得られた。崩壊ブロックから典型的な土試料を採取して、実験室に運び、非固結急速せん断試験を実施して、岩体の凝集力cは3.7kPa、内部摩擦角φは12°であると測定された。

【0023】

τ=(H-H₁)γtanφ
上式により崩壊ブロックと推進管の外壁との間の界面摩擦力τは87.3kPaであると計算された。

【0024】

【数3】

上式により、水平方向の長さLの範囲内の推進管本数mは、7.8、崩壊ブロックの水平方向の長さLの範囲内に全体が含まれる推進管本数nは7.0であると計算された。さらに、(m-n)(L₁+L₂)=1.6m<L₁=1.8mとなり、水平方向の長さLの範囲内の不完全な推進管の普通セクションの長さL3は(m-n)(L1+L2)=1.6mで、拡径セクションL₄は0であった。

【0025】

T₁=πd₁τnL₁
上式により、普通セクションに必要な推力T₁は、1167.8kNであると計算された。

【0026】

T₂=πd₂τnL₂
上式により、拡径セクションに必要な推力T₂は、134.3kNであると計算された。

【0027】

【数4】

上式により、テーパーヘッドに必要な推T₃は、60.9kNであると計算され、最後に推進管に必要な総推力Tは1363.0kNであると計算された。