特許 7578978 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】2024-10-29

(45)【発行日】2024-11-07

(54)【発明の名称】地山補強工法

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/04 20060101AFI20241030BHJP

【ＦＩ】

E21D9/04 F

E21D9/04 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021064948

(22)【出願日】2021-04-06

(65)【公開番号】P2022160291

(43)【公開日】2022-10-19

【審査請求日】2024-01-11

(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

(74)【代理人】

【識別番号】100094190

【弁理士】

【氏名又は名称】小島 清路

(74)【代理人】

【氏名又は名称】平岩 康幸

(74)【代理人】

【識別番号】100151127

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 勝雅

(72)【発明者】

【氏名】浅井 勉

【審査官】柿原 巧弥

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－００３２７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１３０８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－２７４０１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０２８９３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２４８７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０７５４７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１２１０７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２５２１０４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ ９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トンネルの未掘削地山に複数の長尺鋼管を打設し、前記長尺鋼管の内空を通じて前記長尺鋼管の外周に設けられた吐出孔からウレタン注入材を周辺地山の亀裂に浸透させ地山を補強する工法において、
地山へのウレタン注入材の注入に先立って、打設された前記長尺鋼管に隣接して検知用長尺鋼管を打設し、前記検知用長尺鋼管内には温度センサーを設置し、前記長尺鋼管から地山へウレタン注入材を注入した後に前記温度センサーで温度を測定することによって地山内の改良領域を把握し、未改良領域と判断される箇所には前記検知用長尺鋼管を通じて補足注入を行うことを特徴とする地山補強工法。

【請求項2】

前記検知用長尺鋼管は前記長尺鋼管より口径が小さい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】

前記検知用長尺鋼管は前記長尺鋼管と平行に打設することを特徴とする請求項１又は２に記載の地山補強工法。

【請求項4】

前記温度センサーは、前記検知用長尺鋼管の長手方向に沿って複数設置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の地山補強工法。

【請求項5】

前記検知用長尺鋼管内に設置される前記温度センサーは、温度を測定した後に回収し、前記検知用長尺鋼管を地山への補足注入に使用するために地山内に残置することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の地山補強工法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はトンネル掘削時の先行地山補強工に関する。

【背景技術】

【0002】

トンネル掘削に際し、トンネルの周囲の前方地山に長尺鋼管を打設し、この長尺鋼管内から地山改良材を注入して地山を改良する、いわゆる長尺鋼管フォアパイリングが知られている。
例えば特許文献１に示す工法では、図９に示すように、３ｍ程度の複数本の鋼管を接続することで１０～２０ｍ程度の長尺鋼管１をトンネルの外周に複数打設し、長尺鋼管１の打設後に各長尺鋼管１内に地山改良材１０を注入する。長尺鋼管１内に注入された地山改良材１０は、長尺鋼管１の外周に設けられた複数の吐出孔を通じて長尺鋼管１周辺の地山の空隙や亀裂に浸透して固結することで、地山を補強する。この地山改良材１０としては改良効果や施工性の面からウレタン注入材が広く用いられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平０８－１２１０７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、このような先行地山補強工を必要とする地山は不均一性が高く、地山に亀裂の多い領域や大きな空隙や亀裂のある領域が存在することがある。このような場合、例えば、図１０に示すように、設定された量の注入材１０を注入しても注入材１０が補強範囲外の空隙や亀裂に逸走してしまい、所定の補強範囲に十分に注入されなくなるため、長尺鋼管１の周辺地山に未改良領域Ｓが形成されてしまうことがある。このような未改良領域Ｓが長尺鋼管１の長手方向に多く形成されると、トンネル掘削時に長尺鋼管１の周辺地山の未改良領域Ｓからの崩落Ｃが発生し、トンネル掘削の安全性に大きな影響を与えることとなる。

【0005】

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、先行地山補強工に際し、トンネルの未掘削地山に注入された注入材の充填状況を簡便かつ確実に把握し、かつ未改良領域を補強することにより、トンネル掘削時の地山の崩落を未然に防止してトンネル掘削の安全性を確保することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は以下の通りである。
１．トンネルの未掘削地山に複数の長尺鋼管を打設し、前記長尺鋼管の内空を通じて前記長尺鋼管の外周に設けられた吐出孔からウレタン注入材を周辺地山の亀裂に浸透させ地山を補強する工法において、
地山へのウレタン注入材の注入に先立って、打設された前記長尺鋼管に隣接して検知用長尺鋼管を打設し、前記検知用長尺鋼管内には温度センサーを設置し、前記長尺鋼管から地山へウレタン注入材を注入した後に前記温度センサーで温度を測定することによって地山内の改良領域を把握し、未改良領域と判断される箇所には前記検知用長尺鋼管を通じて補足注入を行うことを特徴とする地山補強工法。
２．前記検知用長尺鋼管は前記長尺鋼管より口径が小さいことを特徴とする上記１．に記載の地山補強工法。
３．前記検知用長尺鋼管は前記長尺鋼管と平行に打設することを特徴とする上記１．又は２．に記載の地山補強工法。
４．前記温度センサーは、前記検知用長尺鋼管の長手方向に沿って複数設置されることを特徴とする上記１．乃至３．のいずれか一項に記載の地山補強工法。
５．前記検知用長尺鋼管内に設置される前記温度センサーは、温度を測定した後に回収し、前記検知用長尺鋼管を地山への補足注入に使用するために地山内に残置することを特徴とする上記１．乃至４．のいずれか一項に記載の地山補強工法。

【0007】

本発明では、地山へのウレタン注入材の注入に先立って打設された長尺鋼管に隣接して検知用長尺鋼管を打設し、検知用長尺鋼管内には温度センサーを設置し、長尺鋼管から地山へウレタン注入材を注入した後に温度センサーで温度を測定することによって地山内の改良領域を把握し、未改良領域と判断される箇所には検知用長尺鋼管を通じて補足注入を行うことを特徴としている。
この構成によれば、長尺鋼管内にウレタン注入材を注入すると、長尺鋼管の吐出孔から流出したウレタン注入材が当該長尺鋼管の周辺地山の亀裂に浸透して硬化する。ウレタン注入材は注入後約１分程度で硬化し、硬化反応によって１００℃程度の反応熱が発生するため、反応熱は地山を介して長尺鋼管に隣接して打設された検知用長尺鋼管内に設置された温度センサーに伝達される。この温度センサーで温度を測定することで、長尺鋼管から流出したウレタン注入材の浸透範囲を把握することができ、地山の改良領域と未改良領域を認知することができる。次にここで認知された未改良領域は、検知用長尺鋼管内の温度センサーを回収したのちに地山に残置された当該検知用長尺鋼管に注入用資材を設置し、未改良領域に対してウレタン注入材を補足注入することで改良をすることができる。

【0008】

また、検知用長尺鋼管は注入される長尺鋼管より口径を小さくすることで、当該検知用長尺鋼管に設置される温度センサーを当該検知用長尺鋼管の内壁と確実に接触させることができ、地山内を伝達するウレタン注入材の温度を正確に測定することができる。併せて当該検知用長尺鋼管の口径が小さいことにより打設時間を短縮することができ、先行地山補強工の施工時間に対する影響を抑制することができる。

【0009】

また、検知用長尺鋼管を長尺鋼管と平行に打設することで、ウレタン注入材の充填状況をより正確に把握することができる。

【0010】

さらに、温度センサーを、検知用長尺鋼管の長手方向に沿って複数設置することで、ウレタン注入材の充填状況をより正確に把握することができる。

【0011】

なお、検知用長尺鋼管内に設置する温度センサーは、温度を測定した後に回収するものとすることで、検知用長尺鋼管を地山に残置して未改良領域への補足注入用に使用することが可能となる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、先行地山補強工における地山の改良領域と未改良領域を簡便かつ確実に把握し、かつ上記未改良領域を補強することにより、トンネル掘削時の地山の崩落を未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

本発明について、本発明による典型的な実施形態の非限定的な例を挙げ、言及された複数の図面を参照しつつ以下の詳細な記述にて更に説明するが、同様の参照符号は図面のいくつかの図を通して同様の部材を示す。

【図1】実施例の地山補強工法を説明するための説明図であり、（ａ）はトンネルの周囲の前方地山に複数の長尺鋼管を打設した状態を示し、（ｂ）は長尺鋼管に隣接して検知用長尺鋼管を打設した状態を示す。

【図2】実施例の地山補強工法を説明するための説明図であり、（ａ）は検知用長尺鋼管内に温度センサーを設置した状態を示し、（ｂ）は長尺鋼管から地山へウレタン注入材を注入した状態を示す。

【図3】上記温度センサーを説明するための説明図である。

【図4】上記温度センサーで測定された温度の表示形態を説明するための説明図であり、（ａ）は縦軸を温度とし横軸を各温度センサーの位置とした形態を示し、（ｂ）縦軸を温度とし横軸を時間とした形態を示す。

【図5】実施例の地山補強工法を説明するための説明図であり、（ａ）は検知用長尺鋼管内に注入用資材を設置した状態を示し、（ｂ）は検知用長尺鋼管を通じて捕捉注入を行った状態を示す。

【図6】実施例の地山補強工法を説明するための説明図であり、検知用長尺鋼管を通じて捕捉注入を行った状態を示す。

【図7】上記注入用資材を説明するための説明図である。

【図8】実施例の地山の充填状況の確認方法を説明するための説明図である。

【図9】一般的な地山補強工法を説明するための説明図であり、（ａ）は横断面図を示し、（ｂ）は縦断面拡大図を示す。

【図10】従来の地山補強工法を説明するための説明図であり、注入材が補強範囲外の空隙や亀裂に逸走した状態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0014】

ここで示される事項は例示的なものおよび本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。

【0015】

以下、図面を用いて実施例により本発明を具体的に説明する。

【0016】

本実施例の地山補強工法では、図１（ａ）に示すように、トンネルの掘削に先立ってトンネル外周の前方地山に複数の長尺鋼管１を既知の方法で打設する（図９（ａ）参照）。これら各長尺鋼管１は、掘削箇所の直近に敷設した支保工２の内側のトンネル断面内から前方地山に向けて仰角８～１０度で打設される。一般的には打設長を１２．５ｍとし、約３ｍの鋼管を接続しながら所定長を打設する。
なお、図中の符号「Ｐ」はトンネルの掘削方向を示す。

【0017】

次に、図１（ｂ）に示すように、長尺鋼管１と隣接して検知用長尺鋼管３を既知の方法で打設する。この検知用長尺鋼管３は、打設された長尺鋼管１のいくつかを選択し、望ましくは隣接する長尺鋼管１の中間位置に長尺鋼管１と平行に打設する。具体的に、検知用長尺鋼管３は、長尺鋼管１と同じ長さとされ、隣接する長尺鋼管１と略同じ高さで打設する。さらに、検知用長尺鋼管３の口径は長尺鋼管１よりも小さいもの、施工性の観点から直径７６．３ｍｍ以下であることが望ましい。
なお、すべての長尺鋼管１と隣接して検知用長尺鋼管３を打設する必要はなく、トンネル断面に現れる地山状況を勘案して、例えば崩落しやすい地山が分布している範囲や地山の層境などを適宜選択して検知用長尺鋼管３を打設する。

【0018】

次いで、図２（ａ）に示すように、検知用長尺鋼管３内の長尺方向に沿って複数（図中３つ）の温度センサー５ａ、５ｂ、５ｃを設置する。これら各温度センサー５ａ～５ｃは、塩ビ管などの芯材６に取り付けられている。また、各温度センサー５ａ～５ｃから延びるケーブル７が表示部８に接続されている（図３参照）。この表示部８は、各温度センサー５ａ～５ｃで測定された温度を表示可能である。また、温度センサー５ａ～５ｃは、市販のものが使用できるが、熱電対や白金測温抵抗体によるものが望ましい。さらに、温度センサー５ａ～５ｃは、検知用長尺鋼管３の内壁に接するか又は僅かな隙間をもって対向することが望ましい。

【0019】

その後、図２（ｂ）に示すように、長尺鋼管１から既知の方法でウレタン注入材１０を注入する。具体的に、長尺鋼管１にチューブ（図示省略）などの注入用資材を挿入し、チューブの末端部に取り付けた注入アダプターからウレタン注入材１０を注入する。長尺鋼管１内に注入されたウレタン注入材１０は、長尺鋼管１の外周に設けられた吐出孔（図示省略）から地山内の空隙や亀裂に充填され、硬化することで地山を補強する。ただし、地山に亀裂の多い領域や大きな空隙や亀裂のある領域が存在する場合、設定された量のウレタン注入材１０を注入しても注入材１０が補強範囲外の空隙や亀裂に逸走してしまい、所定の補強範囲に十分に注入されなくなるため、長尺鋼管１の周辺地山に未改良領域Ｓが形成されてしまう。

【0020】

ウレタン注入材１０は注入後約１分程度で硬化し、硬化反応によって１００℃程度の反応熱が発生するため、反応熱は地山を介して長尺鋼管１に隣接して打設された検知用長尺鋼管３内に設置された各温度センサー５ａ～５ｃに伝達される。これら各温度センサー５ａ～５ｃが伝達された温度を測定し、その測定した温度は表示部８に数値またはグラフとして表示される（図４参照）。各温度センサー５ａ～５ｃの温度の相違によって、地山の長手方向におけるウレタン注入材１０の浸透範囲を把握することができる。例示の場合は、温度センサー５ｂで測定される中間位置の温度が上昇していないため、ここに未改良領域Ｓ（図２（ｂ）参照）が存在すると判断される。

【0021】

次に、図５（ａ）に示すように、検知用長尺鋼管３から温度センサー５ａ～５ｃを回収し、注入用資材１１を設置する。この注入用資材１１は、検知用長尺鋼管３内を長手方向に仕切るパッカー１２と、各パッカー１２間に先端が開口した注入チューブ１３を束ねたものと、を備えている（図７参照）。検知用長尺鋼管３には全長にわたって注入材１０’を地山に浸透させるための吐出孔（図示省略）が設けられている。

【0022】

次いで、図５（ｂ）に示すように、検知用長尺鋼管３を通じて未改良領域Ｓに既知の方法で注入材１０’を捕捉注入する。このように未改良領域Ｓを補強することにより、トンネル掘削時の地山の崩落を未然に防止できる（図６参照）。
なお、注入材１０’は、ウレタン注入材１０であってもよいし、ウレタン注入材１０とは異なる種類であってもよい。

【0023】

ここで、温度の伝達による地山の充填状況の確認方法について説明する。図８に示すように、砂質土、土砂、破砕質岩盤などをモデル化した模擬地山に温度センサー５を設置し、温度センサー５から所定の間隔Ｌに熱源１５を設置する。ウレタン注入材１０の硬化による反応熱は約１００℃となるため、熱源１５の温度を１００℃に設定し、熱源１５と温度センサー５との間隔Ｌを変え、各々の間隔Ｌにおける温度センサー５が検知する温度を測定する。この結果をデータベース化することで、上記の地山補強工法において、検知用長尺鋼管３内に設置した温度センサー５ａ～５ｃで検知した温度から温度センサー５ａ～５ｃと地山内のウレタン注入材１０の固結体、すなわち地山改良域との間隔を把握でき、この間隔に基づいて地山の未改良領域Ｓを判断することができる。
なお、地山の未改良領域Ｓの判断は、作業者が行ってもよいし、コンピュータ等の制御部が行ってもよい。

【0024】

尚、本発明においては、実施例に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更することができる。すなわち、上記実施例では、本発明をトンネルの外周に沿って前方地山を補強する長尺鋼管フォアパイリングに適用した形態を例示したが、これに限定されず、例えば、本発明は同様の長尺鋼管を使用する長尺鏡補強工、サイドパイル、レッグパイルにも適用可能である。

【0025】

また、上記実施例では、長尺鋼管１より口径が小さい検知用長尺鋼管３を採用したが、これに限定されず、例えば、長尺鋼管１と同じ口径や長尺鋼管１より大きな口径の検知用長尺鋼管３を採用してもよい。

【0026】

また、上記実施例では、検知用長尺鋼管３を長尺鋼管１と平行に打設する形態を例示したが、これに限定されず、例えば、検知用長尺鋼管３を長尺鋼管１に対して僅かに傾斜（例えば、±５度の傾斜）して打設するようにしてもよい。

【0027】

さらに、上記実施例では、複数の温度センサー５ａ～５ｃを検知用長尺鋼管３内で長手方向に沿って設置する形態を例示したが、これに限定されず、例えば、検知用長尺鋼管３の長さが比較的短い場合には、単一の温度センサーを検知用長尺鋼管３内に設置するようにしてもよい。

【0028】

なお、参考例の地山補強工法として、トンネルの未掘削地山に複数の長尺鋼管を打設し、長尺鋼管の内空を通じて長尺鋼管の外周に設けられた吐出孔からウレタン注入材を周辺地山の亀裂に浸透させ地山を補強する工法において、地山へのウレタン注入材の注入に先立って打設された長尺鋼管に隣接して検知用孔を穿孔し、検知用孔内には温度センサーを設置し、長尺鋼管から地山へウレタン注入材を注入した後に温度センサーで温度を測定することによって地山内の改良領域を把握し、未改良領域と判断される箇所には検知用孔に設置した長尺鋼管を通じて補足注入を行うことを特徴とする地山補強工法が挙げられる。

【産業上の利用可能性】

【0029】

本発明は、地山補強工法に関する技術として広く利用される。

【符号の説明】

【0030】

１；長尺鋼管、３；検知用長尺鋼管、５ａ～５ｃ；温度センサー、１０；ウレタン注入材、１１；注入用資材、Ｓ；未改良領域。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】