特許 7403116 地山補強工法

(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】2023-12-14

(45)【発行日】2023-12-22

(54)【発明の名称】地山補強工法

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/04 20060101AFI20231215BHJP

   E21D 5/01 20060101ALI20231215BHJP

【ＦＩ】

E21D9/04 F

E21D5/01

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2019144762

(22)【出願日】2019-08-06

(65)【公開番号】P2021025330

(43)【公開日】2021-02-22

【審査請求日】2022-05-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000201478

【氏名又は名称】前田建設工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】591140813

【氏名又は名称】株式会社カテックス

(73)【特許権者】

【識別番号】391023518

【氏名又は名称】一般社団法人日本建設機械施工協会

(74)【代理人】

【識別番号】110002860

【氏名又は名称】弁理士法人秀和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】水谷 和彦

(72)【発明者】

【氏名】森 正彦

(72)【発明者】

【氏名】森田 篤

(72)【発明者】

【氏名】足立 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】浅井 勉

(72)【発明者】

【氏名】岩本 昭仁

(72)【発明者】

【氏名】安田 耕治

(72)【発明者】

【氏名】寺戸 秀和

【審査官】荒井 良子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－０４００５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０１９４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－１９７７９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ ９／０４

Ｅ２１Ｄ ５／０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トンネルの切羽近傍に位置するトンネル側壁部から側方の地山に水平方向且つ斜め前方に向かって削孔を施し、前記削孔内に地山補強用芯材を挿入した状態で当該削孔内に固結材を注入、又は、前記削孔内に固結材を充填した後に当該削孔内に地山補強用芯材を挿入することで地山内に地山補強部を形成する地山補強工法であって、
前記地山補強部は、前記トンネル側壁部から側方の地山内へと水平方向に延設され、且つ、前記側方の地山に対する削孔方向とトンネル掘進方向とのなす、トンネル平面視における地山削孔角度が鋭角に設定され、前記地山補強部の少なくとも一部が切羽前方地山に延在するように形成される、
地山補強工法。

【請求項2】

前記地山補強部は、トンネルの支保構造に含まれる鋼製支保工の脚部近傍に対応する高さに形成される、
請求項１に記載の地山補強工法。

【請求項3】

前記地山補強部は、トンネル掘進方向に切羽前方地山を一定区間掘削する掘進サイクル区間毎に形成される、
請求項１又は２に記載の地山補強工法。

【請求項4】

掘進サイクル区間毎に、トンネルの左右の地山に一組の前記地山補強部が形成される、
請求項３に記載の地山補強工法。

【請求項5】

各掘進サイクル区間における前記地山補強部は、トンネルの横断面視において同一の位置に形成されている、
請求項３又は４に記載の地山補強工法。

【請求項6】

各掘進サイクル区間における前記地山補強部の各々は前記地山削孔角度が互いに等しい、
請求項３から５の何れか一項に記載の地山補強工法。

【請求項7】

前記地山補強部は、前記削孔の周辺地山に注入された前記固結材が硬化することで形成された地山改良領域を含む、
請求項１から６の何れか一項に記載の地山補強工法。

【請求項8】

前記地山補強部における前記地山改良領域が繋がるように地山内に複数の地山補強部を連設する、
請求項７に記載の地山補強工法。

【請求項9】

前記地山補強部は、トンネル掘進方向に切羽前方地山を一定区間掘削する掘進サイクル区間毎に形成され、
互いに隣接する前記地山補強部の地山改良領域同士が繋がるように各掘進サイクル区間における前記地山補強部を形成する、
請求項８に記載の地山補強工法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地山補強工法に関する。

【背景技術】

【0002】

トンネルを構築する工法として、ＮＡＴＭ工法(New Austrian Tunneling Method)と称
される山岳工法が知られている。ＮＡＴＭ工法は、地山が有する支保能力、強度を有効に利用してトンネルの安定を保つという考え方のもとに、吹付けコンクリート、ロックボルト、Ｈ型鋼等からなるアーチ状の鋼製支保工を適宜に用いて、地山と一体化したトンネル構造物を構築する工法である。

【0003】

ＮＡＴＭ工法においては、切羽の安定性、トンネルの変形等を抑制することを目的として、種々の地山補強工法（補助工法）と組み合わせて施工される場合がある。例えば、トンネル天端部の肌落ち防止、地山の剥 落防止等を目的として、切羽の天端部に沿って長
尺の注入管を掘進方向に対し斜め前方の地山に打設し、注入管から注入材を注入すると共に硬化させ、地山を固結改良する長尺鋼管先受け工法（ＡＧＦ工法）が知られている（例えば、特許文献１～３等を参照）。

【0004】

また、トンネルの地盤支持力が小さく、トンネル全体の沈下が懸念される場合には、ロックボルトよりも引張強度やせん断強度の大きい鋼管をトンネル側壁部から側方に向かって地山に打設し、鋼管内から定着材を注入することで地山と鋼管を一体化するサイドパイル工法も知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第３９１９７３１号公報

【文献】特許第４６４０６７４号公報

【文献】特許第５９６５７７８号公報

【文献】特許第６４３０３５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、従来のサイドパイル工法においては、トンネル縦断方向（トンネル軸方向）に対して直交するトンネル横断方向に沿って鋼管を打設する方式であるため、地山掘削に伴う前方地山の変位抑制には効果があまり期待できず、トンネル地盤の沈下を十分に抑えることができない虞があった。

【0007】

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、トンネルの掘進方向における前方地山の掘削に先立ってトンネルの沈下を抑制することの可能な地山補強工法に関する技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するための本発明は、トンネルの切羽近傍に位置するトンネル側壁部から側方の地山に削孔を施し、前記削孔内に地山補強用芯材を挿入した状態で当該削孔内に固結材を注入、又は、前記削孔内に固結材を充填した後に当該削孔内に地山補強用芯材を挿入することで地山内に地山補強部を形成する地山補強工法であって、前記地山補強部は、前記側方の地山に対する削孔方向とトンネル掘進方向とのなす地山削孔角度が鋭角に設定され、少なくとも一部が切羽前方地山に延在するように形成されることを特徴とする。

【0009】

また、本発明において、前記地山補強部は、トンネルの支保構造に含まれる鋼製支保工の脚部近傍に対応する高さに形成されても良い。

【0010】

また、本発明において、前記地山補強部は、トンネル掘進方向に切羽前方地山を一定区間掘削する掘進サイクル区間毎に形成されても良い。

【0011】

また、本発明において、掘進サイクル区間毎に、トンネルの左右の地山に一組の前記地山補強部が形成されても良い。

【0012】

また、本発明において、各掘進サイクル区間における前記地山補強部は、トンネルの横断面視において同一の位置に形成されていても良い。

【0013】

また、本発明において、各掘進サイクル区間における前記地山補強部の各々は前記地山削孔角度が互いに等しくても良い。

【0014】

また、本発明において、前記地山補強部は、前記削孔の周辺地山に注入された前記固結材が硬化することで形成された地山改良領域を含んでいても良い。この場合、前記地山補強部における前記地山改良領域が繋がるように地山内に複数の前記地山補強部を連設しても良い。更には、前記地山補強部は、トンネル掘進方向に切羽前方地山を一定区間掘削する掘進サイクル区間毎に形成され、互いに隣接する前記地山補強部の前記地山改良領域同士が繋がるように各掘進サイクル区間における前記地山補強部を形成しても良い。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、トンネルの掘進方向における前方地山の掘削に先立ってトンネルの沈下を抑制することの可能な地山補強工法に関する技術を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、実施形態１に係る地山補強工法が適用されるトンネルの縦断面を模式的に示す図である。

【図2】図２は、実施形態１に係る地山補強構造の概略構造図である。

【図3】図３は、実施形態１に係る地山補強構造の概略構造図である。

【図4】図４は、実施形態１に係る地山補強用芯材の詳細構造を示す図である。

【図5】図５は、実施形態１に係る注入ユニットの詳細構造を説明する図である。

【図6】図６は、実施形態１に係る注入機の構成図である。

【図7】図７は、実施形態１に係るミキサーの構成図である。

【図8】図８は、実施形態１に係る第１インナーチューブ及び第２インナーチューブにミキサーが組み込まれた状態を示す図である。

【図9】図９は、実施形態１に係る地山補強構造の施工手順を示す図である。

【図10】図１０は、実施形態１に係るトンネルの新設区間において、側壁部における目標打設位置から地山補強用芯材を側方地山に打設する状況を示す図である。

【図11】図１１は、実施形態１に係るトンネルの新設区間において左右一組の地山補強用芯材の打設が完了した状況を示す図である。

【図12】図１２は、実施形態１に係る注入ユニットを地山補強用芯材に装着した状態を示す図である。

【図13】図１３は、地山内に形成された地山補強部を説明する図である。

【図14】図１４は、実施形態１に係る地山補強部の補強部中心軸ピッチを説明する図である。

【図15】図１５は、実施形態１の変形例に係る地山補強工法を説明する図である。

【図16】図１６は、実施形態２に係る地山補強構造の概略構造図である。

【図17】図１７は、実施形態２に係る地山補強構造の概略構造図である。

【図18】図１８は、実施形態２に係る地山補強部を説明する概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

【0018】

＜実施形態１＞
図１は、実施形態１に係る地山補強工法が適用されるトンネルＴの縦断面を模式的に示す図である。トンネルＴは、例えば山岳工法（ＮＡＴＭ工法）によって構築されるトンネルである。山岳工法における一般的な手順を説明すると、トンネルＴのトンネル軸に沿ったトンネル掘進方向ＤＴに、一定区間（以下、「掘進サイクル区間」という）に亘って地山１を掘削後、切羽２の安定を確保しつつ変形を抑制するために、吹付けコンクリート、鋼製支保工、ロックボルト等といった支保構造を設置する。掘進サイクル区間の長さは特に限定されないが、以下では掘進サイクル区間を１ｍ程度とする場合を例に説明する。

【0019】

図１において、符号３は１次吹付けコンクリート層、符号４はＨ形鋼によって形成されるアーチ状の鋼製支保工、符号５は１次吹付けコンクリート層３及び鋼製支保工４を一体に固定する２次吹付けコンクリート層である。また、符号８は、ロックボルトである。鋼製支保工４は、トンネル掘進方向ＤＴに例えば１ｍ毎など所定間隔毎に建て込まれている。但し、トンネル掘進方向ＤＴへの鋼製支保工４の建て込み間隔は特に限定されない。また、図１において、符号６はトンネルＴの側壁部であり、符号７は上半盤である。山岳工法は、上記のように地山１の掘削及び支保構造の設置を１掘進サイクル区間毎に繰り返すことで、トンネルＴを順次伸長させてゆく。なお、地山１は、トンネル周辺の土砂及び岩盤等である。また、切羽２は、地山１の掘削作業を行っている最前部の掘削面である。

【0020】

本実施形態においては、トンネルＴの沈下抑制及び前方地山の拘束等を目的として地山１を補強するための地山補強構造１０を構築する地山補強工法（補助工法）を採用する。以下、本実施形態における地山補強構造１０について詳しく説明する。

【0021】

図２及び図３は、実施形態１の地山補強工法に係る地山補強構造１０の概略構造を示す図である。図２に、トンネルＴの横断面方向における地山補強構造１０の概略構造を示し、図３に、地山補強構造１０の平面構造を示す。トンネルＴの横断面は、トンネル軸方向（トンネル掘進方向ＤＴ）と直交する断面である。図３は、図２におけるＡ－Ａ矢視断面を示している。図３に示す符号ＣＬ１は、トンネルＴのトンネル軸である。本明細書において、トンネル軸ＣＬ１は、トンネル掘進方向ＤＴと平行に伸びている。また、図３に示す破線は、１掘進サイクル区間毎の領域を示したものである。また、図３に示す符号１ｂは、切羽２よりも前方に位置する切羽前方地山である。

【0022】

本実施形態における地山補強工法は、トンネルＴの側壁部６からトンネルＴの側方に位置する左右の側方地山１ａに削孔を施し、削孔内に地山補強用芯材１４を挿入した状態で削孔内に固結材（定着材）を注入（充填）することで側方地山１ａ内に地山補強部１２を形成することを特徴とする。

【0023】

図３に示すように、側方地山１ａ内に形成される地山補強部１２は、トンネル掘進方向ＤＴ（トンネル軸ＣＬ１方向）に沿って所定間隔（以下、「補強部形成ピッチＲＰ」という）毎に連設されている。本実施形態では、補強部形成ピッチＲＰが、例えば１掘進サイクル区間の長さ（例えば、１ｍ程度）に対応しており、１掘進サイクル区間毎に左右一組の地山補強部１２が側方地山１ａに形成されるようになっている。

【0024】

図３に示す符号１１Ｌは、トンネル掘進方向ＤＴを基準としてトンネルＴの左側に位置
する側方地山１ａ内に、所定の補強部形成ピッチＲＰで連設された複数の地山補強部１２の集合体であり、以下では地山補強構造体１１Ｌと呼ぶ。また、符号１１Ｒは、トンネル掘進方向ＤＴを基準としてトンネルＴの右側に位置する側方地山１ａ内に、所定の補強部形成ピッチＲＰで連設された複数の地山補強部１２の集合体であり、以下では地山補強構造体１１Ｒと呼ぶ。なお、補強部形成ピッチＲＰは、トンネル掘進方向ＤＴに沿った方向における地山補強部１２同士の間隔である。

【0025】

地山補強構造体１１Ｌ及び地山補強構造体１１Ｒに含まれる各地山補強部１２は同一構造となっている。地山補強構造体１１Ｌ及び地山補強構造体１１Ｒを区別しない場合には、単に「地山補強構造体１１」と表記する場合がある。本実施形態においては、地山補強構造体１１Ｌ及び地山補強構造体１１Ｒを含んで地山補強構造１０が構成されている。

【0026】

また、図２に示すように、地山補強部１２は、トンネルＴにおける側壁部６（具体的には、側壁部６を構成する２次吹付けコンクリート層５）から側方地山１ａ内へと水平方向に向けて延設されている。ここで、掘進サイクル区間毎に連設された地山補強部１２は、トンネルＴの横断面視において同一の位置に形成されている。また、地山１の荷重は、鋼製支保工４の脚部近傍に集中する。そのため、側方地山１ａに構築する地山補強部１２の高さは、鋼製支保工４の脚部近傍に対応させることが好ましい。また、図３に示すように、地山補強構造体１１における各地山補強部１２は、トンネル掘進方向ＤＴ（トンネル軸ＣＬ１方向）に対して傾斜した姿勢で側方地山１ａ内に延伸するように配置されており、且つ、各地山補強部１２が平面視において互いに平行に配置されている。

【0027】

次に、地山補強部１２の詳細構造について説明する。地山補強部１２は、トンネルＴにおける左右の側方地山１ａに削孔（穿設）された削孔（挿入孔）１３内に挿入された地山補強用芯材１４と、削孔１３内に地山補強用芯材１４を挿入した状態で削孔１３内に固結材（定着材）１５を注入することで側方地山１ａ内に形成された固結補強部１６を含んで構成されている。固結補強部１６の詳細については後述する。

【0028】

図４は、実施形態１に係る地山補強用芯材１４の詳細構造を示す図である。地山補強用芯材１４は自穿孔型注入式の鋼製ロックボルトであり、第１ロックボルト本体１４１、第２ロックボルト本体１４２、接続スリーブ１４３、削孔ビット１４４、シャンクスリーブ１４５等を有する。第１ロックボルト本体１４１及び第２ロックボルト本体１４２は、全ネジ中空ボルトである。第１ロックボルト本体１４１及び第２ロックボルト本体１４２には、ボルト軸方向に沿って第１ロックボルト本体１４１及び第２ロックボルト本体１４２を貫通する中空部１４０が形成されている。

【0029】

また、第１ロックボルト本体１４１及び第２ロックボルト本体１４２の外面には、ボルト軸方向に沿ってネジ部１４１ｂ，１４２ｂが形成されている。また、第１ロックボルト本体１４１及び第２ロックボルト本体１４２の先端側には、第１ロックボルト本体１４１及び第２ロックボルト本体１４２を板厚方向に貫通する吐出口１４１ｃ，１４２ｃが開口している。第１ロックボルト本体１４１及び第２ロックボルト本体１４２における各吐出口１４１ｃ，１４２ｃは、中空部１４０内に注入された固結材（定着材）１５を第１ロックボルト本体１４１及び第２ロックボルト本体１４２の外方に吐出するための開口部である。例えば、第１ロックボルト本体１４１及び第２ロックボルト本体１４２における各吐出口１４１ｃ，１４２ｃは、ボルト周方向に沿った複数個所に略等間隔で開口している。但し、第１ロックボルト本体１４１及び第２ロックボルト本体１４２における各吐出口１４１ｃ，１４２ｃの数、位置等は適宜変更することができる。

【0030】

接続スリーブ１４３は、第１ロックボルト本体１４１の後端と第２ロックボルト本体１４２の先端を接続する鋼製の管状部材である。接続スリーブ１４３の内周側には、第１ロ
ックボルト本体１４１及び第２ロックボルト本体１４２のネジ部１４１ｂ，１４２ｂと螺着可能なネジ部（図示せず）が形成されている。第１ロックボルト本体１４１の後端と第２ロックボルト本体１４２の先端を突き合わせた状態で、接続スリーブ１４３を介して第１ロックボルト本体１４１及び第２ロックボルト本体１４２が一体に連結されている。

【0031】

シャンクスリーブ１４５は、地山補強用芯材１４（第２ロックボルト本体１４２）の後端側を油圧ドリフター（削岩機）のアタッチメントに対して着脱自在に装着するためのアダプター部材である。シャンクスリーブ１４５の先端側には第１ジョイント部１４５ａが設けられ、後端側に第２ジョイント部１４５ｂが設けられている。シャンクスリーブ１４５の第１ジョイント部１４５ａは、第２ロックボルト本体１４２の後端側を受け入れることで第２ロックボルト本体１４２が着脱自在に接続される筒状部材であり、第２ロックボルト本体１４２のネジ部１４２ｂに螺着可能なネジ部（図示せず）が形成された内周面を有している。また、シャンクスリーブ１４５の第２ジョイント部１４５ｂは、油圧ドリフターのアタッチメントに対して着脱自在に装着可能な筒状部材である。

【0032】

削孔ビット１４４は、地山１を削孔するためのビット部材であり、第１ロックボルト本体１４１の先端に取り付けられている。削孔ビット１４４は、削孔水を吐出する吐出孔１４４ａを有し、吐出孔１４４ａから削孔水を噴射しながら地山を削孔することができる。

【0033】

上記のように構成される地山補強用芯材１４は、側方地山１ａ内に打設された後、注入ユニット１７によって、第１ロックボルト本体１４１及び第２ロックボルト本体１４２を貫通する中空部１４０内に固結材（定着材）１５が注入される。以下、注入ユニット１７の詳細について説明する。なお、図４に示す地山補強用芯材１４は、接続スリーブ１４３を介して第１ロックボルト本体１４１及び第２ロックボルト本体１４２を連結しているが、このように複数のボルトを接続する態様ではなく、単一のボルトの先端側に削孔ビット１４４を取り付け、後端側にシャンクスリーブ１４５を取り付けた態様であっても良い。

【0034】

図５は、実施形態１に係る注入ユニット１７の詳細構造を説明する図である。注入ユニット１７は、第１インナーチューブ１７１、第２インナーチューブ１７２、取付アダプター１７３等を含む。第１インナーチューブ１７１及び第２インナーチューブ１７２は、中空状の耐圧ホース又は耐圧チューブ部材等によって形成されており、固結材１５を流通させる流通路Ｐ１がチューブ軸方向に沿って形成されている。第１インナーチューブ１７１及び第２インナーチューブ１７２は、適宜の固定部材１７４によって相互に束ねられた状態で一体に固定されている。

【0035】

第１インナーチューブ１７１及び第２インナーチューブ１７２の先端には、流通路Ｐ１を閉塞する閉塞部材１７５がそれぞれ設けられており、第１インナーチューブ１７１及び第２インナーチューブ１７２における閉塞部材１７５の後段には、ミキサー１８が流通路Ｐ１内に設けられている。ミキサー１８については後述する。図５に示すように、第１インナーチューブ１７１及び第２インナーチューブ１７２は、第１インナーチューブ１７１の先端が第２インナーチューブ１７２の先端より前方に位置するように固定部材１７４によって一体に固定されている。第１インナーチューブ１７１の先端と第２インナーチューブ１７２の先端の、チューブ軸方向における位置ずれ量は、第１ロックボルト本体１４１の吐出口１４１ｃと第２ロックボルト本体１４２の吐出口１４２ｃのボルト軸方向における位置ずれ量と概ね一致している。また、第１インナーチューブ１７１及び第２インナーチューブ１７２の後端には、第１インナーチューブ１７１及び第２インナーチューブ１７２の各流通路Ｐ１に固結材１５を注入するための注入アダプター１７７が取り付けられている。

【0036】

また、取付アダプター１７３は、注入ユニット１７を、地山補強用芯材１４（第２ロッ
クボルト本体１４２）の後端に対して着脱自在に装着するための筒状のアダプター部材である。取付アダプター１７３は、第２ロックボルト本体１４２のネジ部１４２ｂに螺着可能なネジ部１７３ａが形成された内周面を有している。また、取付アダプター１７３の内側には、第１インナーチューブ１７１及び第２インナーチューブ１７２の流通路Ｐ１に注入された固結材１５が逆流することを抑制するための逆止弁１７８が設けられている。

【0037】

図６は、実施形態１に係る第１インナーチューブ１７１及び第２インナーチューブ１７２に固結材１５を圧送するための注入機１９の構成図である。注入機１９は、第１インナーチューブ１７１に固結材１５を圧送する第１圧送ユニット１９１と、第２インナーチューブ１７２に固結材１５を圧送する第２圧送ユニット１９２を有する。第１圧送ユニット１９１及び第２圧送ユニット１９２は、実質的に同一の構成となっている。

【0038】

第１圧送ユニット１９１及び第２圧送ユニット１９２は、固結材１５のＡ液を貯留する第１タンク１９３と、固結材１５のＢ液を貯留する第２タンク１９４を有する。符号１９５は、固結材１５のＡ液及びＢ液を混合するミキシングユニットである。符号１９６Ａは第１圧送ポンプ、符号１９６Ｂは第２圧送ポンプである。符号１９７Ａは第１デリバリーホース、符号１９７Ｂは第２デリバリーホースである。第１デリバリーホース１９７Ａは、第１タンク１９３とミキシングユニット１９５を接続する耐圧ホースである。第２デリバリーホース１９７Ｂは、第２タンク１９４とミキシングユニット１９５を接続する耐圧ホースである。第１圧送ポンプ１９６Ａが作動することによって、第１タンク１９３に貯留されている固結材１５のＡ液が第１デリバリーホース１９７Ａを通じてミキシングユニット１９５に送られる。また、第２圧送ポンプ１９６Ｂが作動することによって、第２タンク１９４に貯留されている固結材１５のＢ液が第２デリバリーホース１９７Ｂを通じてミキシングユニット１９５に送られる。

【0039】

ミキシングユニット１９５において合流した固結材１５のＡ液及びＢ液は当該ミキシングユニット１９５によって混合される。第１圧送ユニット１９１のミキシングユニット１９５は、第３デリバリーホース１９７Ｃを通じて第１インナーチューブ１７１の注入アダプター１７７に接続されており、２液が混合された状態の固結材１５が第３デリバリーホース１９７Ｃによって第１インナーチューブ１７１に圧送される。同様に、第２圧送ユニット１９２のミキシングユニット１９５は、第３デリバリーホース１９７Ｃを通じて第２インナーチューブ１７２の注入アダプター１７７と接続されており、２液が混合された状態の固結材１５が第３デリバリーホース１９７Ｃによって第２インナーチューブ１７２に圧送される。また、第１圧送ユニット１９１及び第２圧送ユニット１９２における第１デリバリーホース１９７Ａには圧力計１９８が設けられている。

【0040】

図７は、実施形態１に係る第１インナーチューブ１７１及び第２インナーチューブ１７２の先端部に設けられたミキサー１８の構成図である。図８は、実施形態１に係る第１インナーチューブ１７１及び第２インナーチューブ１７２にミキサー１８が組み込まれた状態を示す図である。ミキサー１８は、一直線状に伸びる軸部１８１、軸部１８１の周囲に螺旋状に形成された攪拌羽根部１８２、ミキサー１８の後端側に設けられた座金板１８３等を含んで構成されている。ミキサー１８の座金板１８３は、円盤形状を有している。また、座金板１８３における平面中央部には、連通孔１８３ａが座金板１８３を貫通して設けられている。図７に示すＤ１は、ミキサー１８における座金板１８３の外径を示す。座金板１８３の外径Ｄ１は、第１インナーチューブ１７１及び第２インナーチューブ１７２の内径に等しい。

【0041】

図８は、第１インナーチューブ１７１及び第２インナーチューブ１７２の先端側からミキサー１８を挿入し、第１インナーチューブ１７１及び第２インナーチューブ１７２の内周面１７１ａ，１７２ａに座金板１８３の側面を嵌合固定した後、第１インナーチューブ
１７１及び第２インナーチューブ１７２の先端を閉塞部材１７５によって閉塞した状態を示している。第１インナーチューブ１７１及び第２インナーチューブ１７２の内周面１７１ａ，１７２ａに対する座金板１８３の嵌め合いによって、軸部１８１の中心軸は第１インナーチューブ１７１及び第２インナーチューブ１７２の中心軸と同軸に配置された状態となる。

【0042】

また、第１インナーチューブ１７１及び第２インナーチューブ１７２の先端側、具体的には、ミキサー１８の先端側に対応する位置には、第１インナーチューブ１７１及び第２インナーチューブ１７２を部材厚さ方向に貫通する連通孔１７１ｂ，１７２ｂが設けられている。第１インナーチューブ１７１における注入アダプター１７７から流通路Ｐ１に流入した固結材１５は、ミキサー１８に向けて圧送される。そして、ミキサー１８の座金板１８３に形成された連通孔１８３ａ、攪拌羽根部１８２を順次通過した固結材１５は、第１インナーチューブ１７１の連通孔１７１ｂから外部、すなわち第１ロックボルト本体１４１の中空部１４０に流出する。同様に、第２インナーチューブ１７２における注入アダプター１７７から流通路Ｐ１に流入した固結材１５は、ミキサー１８に向けて圧送される。そして、ミキサー１８の座金板１８３に形成された連通孔１８３ａ、攪拌羽根部１８２を順次通過した固結材１５は、第２インナーチューブ１７２の連通孔１７２ｂから外部、すなわち第２ロックボルト本体１４２の中空部１４０に流出する。また、本実施形態における第１インナーチューブ１７１及び第２インナーチューブ１７２は、流通路Ｐ１の先端領域にミキサー１８が設けられているため、固結材１５が攪拌羽根部１８２を通過する際に、固結材１５を好適に攪拌することができる。

【0043】

次に、地山補強工法に係る地山補強構造１０の施工手順を説明する。図９は、実施形態１に係る地山補強構造１０の施工手順を示す図である。地山補強構造１０の構築にあたり、まずステップＳ１０１において準備工が行われる。そして、ステップＳ１０１の準備工が終了すると、ステップＳ１０２において打設工が行われる。また、ステップＳ１０２の打設工が終了すると、ステップＳ１０３において注入工を行う。また、ステップＳ１０３の注入工が終了すると、ステップＳ１０４において後端部吹付け処理を行う。以下、各ステップの具体的内容について説明する。

【0044】

準備工（ステップＳ１０１）は、トンネルＴの新設区間において２次吹付けコンクリートの吹付けを行い、２次吹付けコンクリート層５を形成する（図１を参照）。また、準備工（ステップＳ１０１）においては、トンネルＴの新設区間に新たに打設すべき一組の地山補強用芯材１４の打設位置（以下、「目標打設位置ＰＴ」という）の測量を行い、トンネルＴにおける側壁部６（側壁部６を構成する２次吹付けコンクリート層５の表面）に地山補強用芯材１４の目標打設位置ＰＴをマーキングする（図１を参照）。目標打設位置ＰＴの高さは、鋼製支保工４の脚部近傍に対応する高さに設定されており、例えば、鋼製支保工４におけるベースプレート位置からの所定寸法だけ高い位置に設定しても良い。

【0045】

また、新設区間における目標打設位置ＰＴは、１つ前の掘進サイクル区間に打設した地山補強用芯材１４の目標打設位置ＰＴからトンネル掘進方向ＤＴ（トンネル軸ＣＬ１方向）に補強部形成ピッチＲＰだけ前方の位置に設定される。また、準備工においてトンネルＴの新設区間に２次吹付けコンクリート層５を形成する際、目標打設位置ＰＴを含む一定範囲（以下、「芯材打設周辺領域」という）Ｒにおける２次吹付けコンクリート層５の厚さを規定厚さよりも薄くしておく。

【0046】

次に、トンネルＴにおける側壁部６（側壁部６を構成する２次吹付けコンクリート層５の表面）にマーキングした目標打設位置ＰＴから側方地山１ａ内へと地山補強用芯材１４を打設する。なお、新設区間の後方側に位置する既設区間においては、地山補強構造体１１Ｌ，１１Ｒにおける複数の地山補強部１２が補強部形成ピッチＲＰで既に形成されてい
る。

【0047】

図１０は、実施形態１に係るトンネルＴの新設区間において、側壁部６における目標打設位置ＰＴから地山補強用芯材１４を側方地山１ａに打設する状況を示す図である。地山補強用芯材１４の打設は、図４で説明した地山補強用芯材１４のシャンクスリーブ１４５を、例えばドリルジャンボ等の重機に搭載されたドリフターのアタッチメントによって把持した状態で行われる。ドリフターを用いた地山補強用芯材１４の打設は、地山補強用芯材１４を回転させつつシャンクスリーブ１４５を打撃しながら行われても良い。

【0048】

ここで、地山補強用芯材１４は、トンネルＴの側壁部６における目標打設位置ＰＴから、図１０に示す「地山削孔方向Ｄｂ」に向かって直線状に打設される。地山削孔方向Ｄｂは、当該地山削孔方向Ｄｂとトンネル掘進方向ＤＴ（トンネル軸ＣＬ１）とがなす角度（以下、「地山削孔角度」という）θ１が鋭角になるように設定されている。図１０は、地山削孔角度θ１が４５°に設定されている場合を例示している。また、地山補強用芯材１４は、トンネルＴの側壁部６における目標打設位置ＰＴから側方地山１ａ内に水平に打設される。なお、側方地山１ａの内側には、１次吹付けコンクリート層３及び２次吹付けコンクリート層５が形成されているため、地山補強用芯材１４は各コンクリート層を貫通した上で側方地山１ａへと打設される。

【0049】

図１１は、実施形態１に係るトンネルＴの新設区間において左右一組の地山補強用芯材１４の打設が完了した状況を示す図である。なお、図１０においては、トンネルＴにおける右側の側方地山１ａに地山補強用芯材１４を打設する状況を図示したが、左側の側方地山１ａに対しても同様に、地山削孔角度θ１が鋭角となるように予め設定された角度（ここでは、４５°）となるように地山補強用芯材１４の打設が行われる。

【0050】

ここで、地山補強用芯材１４は、自穿孔型注入式の鋼製ロックボルトによって形成されているため、トンネルＴにおける側壁部６から側方地山１ａ内に地山補強用芯材１４を打設することで、側方地山１ａに対する削孔１３の形成と、削孔１３への地山補強用芯材１４の挿入が同時に行われる。本実施形態においては、地山補強用芯材１４の地山削孔方向Ｄｂとトンネル掘進方向ＤＴ（トンネル軸ＣＬ１）とがなす地山削孔角度θ１を鋭角に設定することで、地山補強用芯材１４（削孔１３）がトンネルＴの側壁部６から切羽前方地山１ｂに向かって斜め前方に向かって延伸配置される。これにより、地山補強用芯材１４（削孔１３）の先端側を含む少なくとも一部を切羽前方地山１ｂに到達させ、切羽前方地山１ｂに延在させることができる。

【0051】

トンネルＴの新設区間において左右一組の地山補強用芯材１４の打設が完了した後、続くステップＳ１０３において注入工を行う。ここでは、地山補強用芯材１４の後端からシャンクスリーブ１４５を取り外し、図５で説明した注入ユニット１７を地山補強用芯材１４に装着する。具体的には、注入ユニット１７における第１インナーチューブ１７１及び第２インナーチューブ１７２を、地山補強用芯材１４における第２ロックボルト本体１４２の後端から中空部１４０内に挿入し、地山補強用芯材１４（第２ロックボルト本体１４２）の後端に取付アダプター１７３を取り付ける。

【0052】

図１２は、実施形態１に係る注入ユニット１７を地山補強用芯材１４に装着した状態を示す図である。本実施形態においては、地山補強用芯材１４（第２ロックボルト本体１４２）の後端に取付アダプター１７３を取り付けることで、地山補強用芯材１４の中空部１４０内に挿入された第１インナーチューブ１７１及び第２インナーチューブ１７２が自動的に位置決めされるようになっている。これにより、第１インナーチューブ１７１の連通孔１７１ｂ（図８を参照）と第１ロックボルト本体１４１の吐出口１４１ｃ（図４を参照）の位置を、第１ロックボルト本体１４１のボルト軸方向に沿って概ね合致させることが
できる。同様に、第２インナーチューブ１７２の連通孔１７２ｂ（図８を参照）と第２ロックボルト本体１４２の吐出口１４２ｃ（図４を参照）の位置を、第２ロックボルト本体１４２のボルト軸方向に沿って概ね合致させることができる。

【0053】

上記のように注入ユニット１７を地山補強用芯材１４に装着した後は、注入機１９における第１圧送ユニット１９１及び第２圧送ユニット１９２の各第３デリバリーホース１９７を、それぞれ第１インナーチューブ１７１及び第２インナーチューブ１７２の注入アダプター１７７に接続する。これにより、注入機１９及び注入ユニット１７を用いて地山補強用芯材１４の中空部１４０に固結材１５を圧送するための準備が完了する。

【0054】

その後、注入機１９における第１圧送ポンプ１９６Ａ及び第２圧送ポンプ１９６Ｂを作動させると、第１圧送ユニット１９１及び第２圧送ユニット１９２から圧送された固結材１５が、第１インナーチューブ１７１及び第２インナーチューブ１７２の各注入アダプター１７７から流通路Ｐ１へと流入する。各流通路Ｐ１内に供給された固結材１５は、各流通路Ｐ１の先端側に配置されたミキサー１８の攪拌羽根部１８２を通過する際に十分に攪拌される。このようにミキサー１８において十分された固結材１５は、第１インナーチューブ１７１及び第２インナーチューブ１７２の先端に形成された連通孔１７１ｂ，１７２ｂから地山補強用芯材１４の中空部１４０へと流出する。

【0055】

第１インナーチューブ１７１の連通孔１７１ｂから第１ロックボルト本体１４１の中空部１４０に流出した固結材１５は、第１ロックボルト本体１４１における中空部１４０の空間を埋めるように充填されると共に、第１ロックボルト本体１４１の吐出口１４１ｃから第１ロックボルト本体１４１の外部へと吐出される。また、第２インナーチューブ１７２の連通孔１７２ｂから流出した固結材１５は、第２ロックボルト本体１４２における中空部１４０の空間を埋めるように充填されると共に、第２ロックボルト本体１４２の吐出口１４２ｃから円滑に第２ロックボルト本体１４２の外部へと吐出される。

【0056】

ここで、第１インナーチューブ１７１の連通孔１７１ｂと第１ロックボルト本体１４１の吐出口１４１ｃの相互位置は概ね合致しているため、第１インナーチューブ１７１の連通孔１７１ｂから流出した固結材１５を第１ロックボルト本体１４１の吐出口１４１ｃから円滑に外部へと吐出させることができる。同様に、第２インナーチューブ１７２の連通孔１７２ｂと第２ロックボルト本体１４２の吐出口１４２ｃの相互位置は概ね合致しているため、第２インナーチューブ１７２の連通孔１７２ｂから流出した固結材１５を第２ロックボルト本体１４２の吐出口１４２ｃから円滑に外部へと吐出させることができる。

【0057】

なお、第１ロックボルト本体１４１の吐出口１４１ｃは、第１ロックボルト本体１４１の先端以外の部位に設けられていても良く、第１ロックボルト本体１４１のボルト軸方向に沿って一定間隔毎に配列されていても良い。同様に、第２ロックボルト本体１４２の吐出口１４２ｃは、第２ロックボルト本体１４２の先端以外の部位に設けられていても良く、第２ロックボルト本体１４２のボルト軸方向に沿って一定間隔毎に配列されていても良い。また、第１ロックボルト本体１４１の削孔ビット１４４は吐出孔１４４ａを有しているため、当該吐出孔１４４ａから固結材１５を削孔１３内に吐出することもできる。

【0058】

以上のように、地山補強用芯材１４（第１ロックボルト本体１４１、第２ロックボルト本体１４２）における各吐出口１４１ｃ，１４２ｃから所定の圧力で吐出された固結材１５は、削孔１３と地山補強用芯材１４の間に形成された隙間に充填されると共に、地山補強用芯材１４の周辺（周囲）に存在する周辺地山に注入、浸透する。その結果、図１３に示すように、削孔１３と地山補強用芯材１４との隙間に充填された固結材１５が硬化することで定着領域１６ａが形成され、周辺地山に注入された固結材１５が硬化することで地山改良領域１６ｂが形成される。ここで、定着領域１６ａは、地山補強用芯材１４と周辺
地山とを一体に定着する領域である。また、地山改良領域１６ｂは、周辺地山が固結改良された領域である。本実施形態の地山補強構造１０において、地山補強部１２の固結補強部１６は、定着領域１６ａ及び地山改良領域１６ｂを含んで構成されている。

【0059】

注入工においては、予め設定しておいた量の固結材１５が注入されたことを確認した時点で、第１圧送ポンプ１９６Ａ及び第２圧送ポンプ１９６Ｂの作動を停止し、固結材１５の注入作業を終了する。注入機１９による固結材１５の注入速度については特に限定されないが、例えば５ｋｇ／分程度の注入速度とする態様が例示できる。なお、注入工においては、地山補強用芯材１４の後端側に膨張式のラバーパッカー等を設置しても良く、固結材１５の注入と同時にラバーパッカーを膨張させることで、固結材１５が地山補強用芯材１４の後端側から漏洩することを抑制しても良い。なお、注入工において注入機１９から供給する固結材１５の注入量は、地山補強用芯材１４の中空部容積、削孔１３と地山補強用芯材１４との間に形成される定着領域１６ａの容積、地山を固結改良する地山改良領域１６ｂの容積等に基づいて設定することができる。また、本実施形態における第１インナーチューブ１７１及び第２インナーチューブ１７２の先端側にはミキサー１８が設けられ、当該ミキサー１８の攪拌羽根部１８２において固結材１５を十分に混合、攪拌することができる。このように、地山への注入直前の位置で固結材１５の混合、攪拌を行うことで、固結材１５が地山補強用芯材１４の中空部１４０が閉塞することを好適に抑制できる。

【0060】

固結材１５の注入作業が終了すると、ステップＳ１０４において後端部吹付け処理を行う。後端部吹付け処理は、トンネルＴの側壁部６における芯材打設周辺領域Ｒに吹付けコンクリートを吹付ける。なお、芯材打設周辺領域Ｒに対する吹付けコンクリートの吹き付けに先立ち、取付アダプター１７３の後端位置で第１インナーチューブ１７１及び第２インナーチューブ１７２を切断しても良い。その後、トンネルＴの側壁部６における芯材打設周辺領域Ｒに露出する地山補強用芯材１４の取付アダプター１７３が埋没するように、芯材打設周辺領域Ｒに対して吹付けコンクリートを規定厚さまで吹付ける。そして、上記の後端部吹付け処理が終了することで、図２及び図３に示すように、トンネルＴの新設区間に対して左右一対の地山補強部１２が構築される。このようにして、新設区間に左右一対の地山補強部１２を新たに構築した後は、次の掘進サイクル区間の地山掘削を行う。本実施形態においては、掘進サイクル区間毎に、新設区間に対する支保構造と地山補強構造１０の施工を交互に繰り返すことで、側方地山１ａの沈下を抑制しつつ切羽前方地山１ｂに対しては掘削前に補強を施すことができる。

【0061】

以上のように、本実施形態における地山補強工法においては、トンネルＴの側壁部６から側方地山１ａに地山補強用芯材１４を打設する際、地山削孔方向Ｄｂとトンネル掘進方向ＤＴとのなす地山削孔角度θ１を鋭角に設定し、新設区間において構築される地山補強部１２をトンネルＴの側壁部６から切羽２より前方に位置する切羽前方地山１ｂに向かって斜め前方に向かって延伸配置するようにした。これによれば、地山補強部１２の少なくとも一部（本実施形態では、図３に示すように大部分）を切羽前方地山１ｂに延在させることができる。これにより、次の掘進サイクル区間において切羽前方地山１ｂの掘削を行う前に、地山補強部１２の地山補強用芯材１４の剛性と、固結補強部１６の強度によって切羽前方地山１ｂを事前に補強することができる。その結果、トンネルＴにおける切羽前方地山１ｂの拘束力が高められ、切羽前方地山１ｂを掘削する際にトンネルＴが沈下することを好適に抑制できる。

【0062】

また、本実施形態における地山補強工法によれば、掘進サイクル区間毎にトンネルＴの左右の側方地山１ａに一組の地山補強部１２が形成されるため、トンネルＴにおける左右の側方地山１ａを好適に補強することができる。

【0063】

また、本実施形態における地山補強工法は、トンネルＴの側壁部６から側方地山１ａ内
へと水平方向に向けて地山補強部１２を形成するようにしたので、トンネルの沈下を好適に抑制できる。更に、本実施形態においては、図３に示すように、側方地山１ａのすべり線を横断するように地山補強部１２を形成するようにしたので、側方地山１ａの緩みが生じることを好適に抑制できる。また、本実施形態に係る地山補強工法においては、地山１内に形成する地山補強部１２の高さを、鋼製支保工４の脚部近傍に対応させるようにした。このように地山１の荷重が集中する鋼製支保工４の脚部近傍の高さに地山補強部１２を構築することで、トンネルの沈下をより一層好適に抑制できる。但し、本実施形態の地山補強工法において、トンネルＴの側壁部６から地山１内に地山補強部１２を形成すれば良く、地山１内に構築される地山補強部１２が必ずしも鋼製支保工４の脚部近傍に対応している必要は無い。

【0064】

また、本実施形態における地山補強工法においては、トンネル掘進方向ＤＴに切羽前方地山１ｂを一定区間掘削する掘進サイクル区間毎に地山補強部１２が形成される。これによれば、トンネルＴの側方地山１ａに、トンネル掘進方向ＤＴに沿って補強部形成ピッチＲＰ毎に連設することができる。これによれば、トンネル掘進方向ＤＴに連設される地山補強部１２の集合体である地山補強構造体１１が強固なものとなり、より大きな地山荷重を地山補強構造体１１によって支持することができ、トンネルＴの沈下をより好適に抑制することができる。

【0065】

特に、本実施形態においては、地山削孔方向Ｄｂとトンネル掘進方向ＤＴとのなす地山削孔角度θ１が鋭角に設定されるため、地山削孔方向Ｄｂをトンネル掘進方向ＤＴと直交方向に設定する場合（すなわち、トンネル掘進方向ＤＴと直交する方向に地山補強用芯材１４を打設する場合）に比べて、側方地山１ａ内において隣接する地山補強部１２の中心軸同士の間隔（以下、「補強部中心軸ピッチ」という）Ｗ１を小さくすることができる。

【0066】

ここで、図１４は、実施形態１に係る地山補強部１２の補強部中心軸ピッチＷ１を説明する図である。図１４における符号ＣＬ２は、地山補強部１２の中心軸である。ここで、地山補強部１２の中心軸ＣＬ２は、地山補強用芯材１４の中心軸ということもできる。また、地山補強部１２の中心軸ＣＬ２は、地山削孔方向Ｄｂと平行である。また、補強部中心軸ピッチＷ１は、地山補強部１２の中心軸ＣＬ２と直交方向における地山補強部１２の中心軸ＣＬ２同士の間隔を指す。また、図１４においても、地山削孔方向Ｄｂとトンネル掘進方向ＤＴとのなす地山削孔角度θ１を４５°に設定した例を図示している。また、図１４において削孔１３の図示を省略している。

【0067】

本実施形態においては、地山削孔角度θ１が鋭角であるため、図１４に示すように補強部中心軸ピッチＷ１が補強部形成ピッチＲＰよりも小さくなる。図１４に示す例では、地山削孔角度θ１が４５°であるため、補強部中心軸ピッチＷ１は、補強部形成ピッチＲＰの１／√２倍（約０．７倍）となる。これに対して、地山削孔角度θ１を直角に設定した場合（トンネル掘進方向ＤＴと直交する方向に地山補強用芯材１４を打設する場合）、地山補強部１２の中心軸ＣＬ２はトンネル掘進方向ＤＴと直交することになるため、地山補強部１２の補強部中心軸ピッチＷ１は補強部形成ピッチＲＰと等しくなる。

【0068】

従って、本実施形態のように、地山削孔角度θ１を鋭角にすることで、地山補強部１２の補強部中心軸ピッチＷ１（地山補強用芯材１４の中心軸間隔）を補強部形成ピッチＲＰよりも狭めることができる。その結果、上述した注入工における固結材１５の注入量が同じ条件であれば、地山１内で隣接する地山補強部１２同士の離間寸法Ｗ２も、地山削孔角度θ１を直角に設定した場合（トンネル掘進方向ＤＴと直交する方向に地山補強用芯材１４を打設する場合）に比べて小さくすることができる。つまり、地山補強部１２同士の間に位置する地山の未補強領域の幅を狭めることができる。これにより、密に配置された地山補強部１２によって面状の地山補強構造体１１を地山１内に構築することができ、地山
１の補強効果が非常に優れたものとなる。従って、本実施形態における地山補強構造体１１によれば、より大きな地山荷重を支持することができ、トンネルＴの沈下を好適に抑制できる。

【0069】

なお、実施形態１に係る地山補強工法において、地山補強構造体１１において互いに隣接する地山補強部１２の固結補強部１６（地山改良領域１６ｂ）同士が繋がるように地山補強部１２を形成しても良い。このようにすることで、地山補強構造体１１に含まれる各地山補強部１２が一体化された面状の地山補強構造体１１を地山内に構築することができ、地山の補強効果が極めて優れたものとなる。なお、上記のように互いに隣接する地山補強部１２における地山改良領域１６ｂ同士を連続させるには、地山削孔角度θ１、補強部形成ピッチＲＰ、注入工における固結材１５の注入量等を調整することで実現することができる。

【0070】

更に、本実施形態における地山補強工法においては、各掘進サイクル区間における地山補強部１２が、トンネルＴの横断面視において同一の位置に形成されている。これによれば、各掘進サイクル区間における地山補強部１２をより一層密に配置することができる。その結果、地山１の補強効果をより一層高めることができる。なお、本実施形態においては、各掘進サイクル区間における地山補強部１２を水平方向に延伸配置しているがこれには限られない。例えば、各掘進サイクル区間における地山補強部１２同士の仰角又は俯角が相互に等しくなるように、各地山補強部１２を構築しても良い。

【0071】

また、本実施形態における地山補強工法によれば、各掘進サイクル区間における地山補強部１２の各々は、地山削孔角度θ１が互いに等しい。これによれば、新設区間において地山補強用芯材１４を側方地山１ａに打設する際、当該地山補強用芯材１４が既設の地山補強部１２と干渉したり、既設の地山補強部１２を損傷することを抑制できる。

【0072】

なお、本実施形態において、側方地山１ａに地山補強用芯材１４を打設する際の地山削孔角度θ１は鋭角であれば良く、特定の角度に限定されないが、３０°～６０°の範囲に設定されることが好ましい。ここで、地山補強用芯材１４の全長が等しい場合、地山削孔角度θ１が小さいほど、地山補強用芯材１４におけるトンネル掘進方向ＤＴへの打設長である掘進方向打設長さＬ２を大きく確保できる反面、地山補強用芯材１４におけるトンネル横断方向への打設長である横断方向打設長さＬ３は小さくなる。逆に、地山削孔角度θ１が大きいほど、地山補強用芯材１４におけるトンネル掘進方向ＤＴへの打設長である掘進方向打設長さＬ２が小さくなる反面、地山補強用芯材１４におけるトンネル横断方向への打設長である横断方向打設長さＬ３を大きく確保することができる。そして、掘進方向打設長さＬ２が大きいほど、新設区間において地山補強部１２を構築する際、切羽前方地山１ｂを補強可能な範囲を拡大することができる。そこで、地山補強部１２に側方地山１ａのすべり線を横断させることができるような横断方向打設長さＬ３を設定し、そのような範囲内でできるだけ地山削孔角度θ１を小さな角度に設定しても良い。これにより、側方地山１ａの沈下を抑制しつつ、切羽前方地山１ｂの補強量及び補強範囲を最大限確保することができる。なお、本実施形態において、地山補強構造体１１Ｌにおける各地山補強部１２の地山削孔角度θ１と、地山補強構造体１１Ｒにおける各地山補強部１２の補強部延伸角度θ１を異なる角度に設定しても良い。

【0073】

また、本実施形態における地山補強用芯材１４の母材としては、降伏耐力が４００ｋＮ／本以上、破断耐力が６００ｋＮ／本以上、せん断耐力が２００ｋＮ／本以上であることが好ましい。このような高剛性・高強度の地山補強用芯材１４を使用することで、サイドパイルとして一般に用いられる鋼管と同等以上の剛性、強度を確保しつつ、鋼管を用いる場合と比較して地山への打設時間を大幅に短縮することができる。その結果、施工性を向上させることができ、工費の低減を図ることができる。また、本実施形態における地山補
強用芯材１４によれば、地山への打設時間を短縮することができるため、地山に削孔水や振動の影響が及ぶことを低減できる。例えば、機械構造用炭素鋼鋼材Ｓ４５Ｃによって形成されたＫＡＴ－Ｒ５１（カテックス社製）を地山補強用芯材１４として好適に用いることができる。なお、ＫＡＴ－Ｒ５１は外径が約５０ｍｍ、肉厚が約８ｍｍ、重量が約８．５ｋｇ／ｍであり、サイドパイルとして一般に用いられる鋼管に比べて非常に軽量であり、施工時間の低減や施工性の向上を図ることができる。

【0074】

また、固結材１５の種類は特に限定されず、例えば地山の状態や湧水の状態によってセメント系固結材、ウレタン系固結材を適宜選択しても良い。なお、セメント系固結材に比べて強度が高い、硬化が速く且つ硬化からの強度発現が速い、地山の空隙に浸透しやすい等の性能に優れたウレタン系固結材を用いると好適である。

【0075】

＜変形例＞
本実施形態における地山補強工法は、種々の変更を加えることができる。例えば、図１５に示すように、側方地山１ａの高さ方向に地山補強部１２を複数段に配置しても良い。このようにすることで、地山補強効果をより一層高めることができる。なお、図１５に示す例では、トンネルの同一横断面において地山補強部１２を２段配置しているが、３段以上配置しても良い。また、上記実施形態１においては地山補強用芯材１４に自穿孔方式の中空ロックボルトを使用する場合を例に説明したが、挿入方式の中空ロックボルトを使用しても良い。この場合、側方地山１ａに削孔した後、削孔１３に中空ロックボルトを挿入する。そして、削孔１３に中空ロックボルトを挿入した状態で上述した注入ユニット１７及び注入機１９を用いて固結材１５を削孔１３内に注入することで、地山補強部１２を形成することができる。

【0076】

また、本発明に適用される地山補強用芯材１４は、注入式の中空ロックボルトに限定されない。例えば、地山補強用芯材として中実型ロックボルトを使用しても良い。この場合、トンネルＴの切羽２近傍に位置する新設区間における側壁部６から側方地山１ａに削孔を形成し、その削孔内に固結材を定着材として充填した後に当該削孔内に中実型ロックボルトを挿入することで地山内に地山補強部を形成しても良い。以下、実施形態２について説明する。

【0077】

＜実施形態２＞
図１６及び図１７は、実施形態２に係る地山補強工法によって構築された地山補強構造１０Ａの概略構造図である。図１６に、トンネルＴの横断面方向における地山補強構造１０Ａの概略構造を示し、図１７に、地山補強構造１０Ａの平面構造を示す。実施形態１と共通する部材、構造、用語等については同一符号を用いることで詳しい説明を省略する。

【0078】

地山補強構造１０Ａは、トンネルＴの左側の側方地山１ａに構築された地山補強構造体１１Ｌ及び右側の側方地山１ａに構築された地山補強構造体１１Ｒを含んで構成されている。地山補強構造体１１Ｌ，１１Ｒは、掘進サイクル区間毎に連接された地山補強部１２Ａの集合体である。本実施形態における地山補強構造１０Ａは、地山補強部１２Ａの構造が実施形態１に係る地山補強部１２と相違する点を除いて実施形態１と同様である。

【0079】

図１８は、実施形態２に係る地山補強部１２Ａを説明する概略図である。地山補強部１２Ａは、側方地山１ａに形成された削孔１３と、削孔１３内に挿入された地山補強用芯材１４Ａと、削孔１３に充填された固結材１５が硬化することによって形成された固結補強部１６Ａを含む。地山補強部１２Ａは、例えば、実施形態１の地山補強部１２と同様、トンネルＴの新設区間における支保構造を構築した後、図９で説明した準備工を行い、トンネルＴの側壁部６における目標打設位置ＰＴから側方地山１ａに削孔する。側方地山１ａへの削孔は、油圧ドリフター等を用いて行うことができ、実施形態１と同様に地山削孔方
向Ｄｂに沿って削孔１３を形成する。本実施形態においても、地山削孔方向Ｄｂとトンネル掘進方向ＤＴ（トンネル軸ＣＬ１）とがなす地山削孔角度θ１は鋭角に設定されている。従って、トンネルＴの側壁部６から切羽前方地山１ｂに向かって斜め前方に向かって延伸する削孔１３の少なくとも一部は、切羽前方地山１ｂに到達すると共に切羽前方地山１ｂ内に延在することとなる。

【0080】

次に、削孔１３内に所定量の固結材（定着材）１５を充填した後、地山補強用芯材１４Ａを削孔１３内に挿入する。本実施形態において、地山補強用芯材１４Ａは中実型の全ネジ式ロックボルトを使用しているが、使用するロックボルトは特に限定されない。また、地山補強用芯材１４Ａは複数のボルトを連結して形成されても良い。また、固結材（定着材）１５は特に限定されないが、セメント系の固結材（定着材）であっても良い。固結材１５の養生後、地山補強用芯材１４Ａの後端側に座金１４７、ベルワッシャー（図示せず）等を設置し、トルクレンチ等によってナット１４８を定着させることで、地山補強部１２Ａの構築が完了する。削孔１３内に充填された固結材１５が硬化することで固結補強部１６Ａが形成され、固結補強部１６Ａによって削孔１３（地山補強用芯材１４Ａ）の周辺地山と地山補強用芯材１４Ａが定着される。

【0081】

これにより、図１７に示すように、少なくとも一部を切羽前方地山１ｂに延在するように地山内に形成された地山補強部１２ＡをトンネルＴの新設区間に新設することができる。これにより、次の掘進サイクル区間において切羽前方地山１ｂの掘削を行う前に、地山補強部１２Ａの地山補強用芯材１４Ａの剛性と、固結補強部１６Ａの強度によって切羽前方地山１ｂを事前に補強することができる。その結果、トンネルＴにおける切羽前方地山１ｂの拘束力が高められ、切羽前方地山１ｂを掘削する際にトンネルＴが沈下することを好適に抑制できる。

【0082】

以上、本発明による地山補強工法の実施形態及び変形例について説明したが、本発明は上記の実施形態及び変形例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記実施形態及び変形例においては、トンネル上半の施工に適用する例を説明したが、本発明に係る地山補強工法はトンネル下半の施工に適用しても良い。

【符号の説明】

【0083】

Ｔ・・・トンネル
１・・・地山
２・・・切羽
３・・・一次吹付けコンクリート層
４・・・鋼製支保工
５・・・二次吹付けコンクリート層
６・・・側壁部
１０・・・地山補強構造
１１・・・地山補強構造体
１２・・・地山補強部
１３・・・削孔
１４・・・地山補強用芯材
１５・・・固結材
１６・・・固結補強部

【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14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】