JP7577264B2 - パネル式支保工、支保構造およびトンネル施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、パネル式支保工、支保構造およびこれを利用したトンネル施工方法に関する。

ＮＡＴＭによるトンネル施工では、トンネルの掘削により露出した地山面を、支保工により早期に閉塞する。トンネルの支保工には、地山面に吹き付けられた吹付けコンクリートと、地山面に沿って組み立てられた鋼製支保工と、必要に応じて設定されたロックボルト等により構成されているのが一般的である。支保工の設置は、掘削により露出した地山に対して一次吹付けコンクリートを吹き付けた後、あるいは吹付けコンクリートを吹き付ける前に、鋼製支保工を組み立てて、その後、吹付けコンクリート（二次吹付けコンクリート）を吹き付けることにより行う。

鋼製支保工を組み立てる際には、ドリルジャンボなどの重機を利用して、鋼製支保工を保持しつつ、左右の鋼製支保工を切羽の天端付近において、手作業にてボルトの締結作業を行うのが一般的である。一方、手作業によるボルトの締結や転倒防止用の繋ぎ材やタイロッド等の取付けは、作業に手間がかかるとともに、支保工が完成する前の露出した地山、または、一次吹付けコンクリートの直下で作業を行う必要がある。

そのため、支保工施工時の作業性の向上や、安全性の向上を目的とした施工方法が開示されている。例えば、特許文献１には、鋼製支保工の端部に形成された継手部にワンタッチジョイントを設けておき、鋼製支保工を把持可能な一対のハンドを有するエレクタ装置を利用して、左右の鋼製支保工の継手部同士を突き合せることでワンタッチジョイントを連結するとともに切羽面に沿ってアーチ状に組み立てられた鋼製支保工を建て込むトンネル構築方法が開示されている。

特許第６３７４０５１号公報

特許文献１に記載のトンネル構築方法では、鋼製支保工の建て込みはロボットを利用するものの、鋼製支保工の建て込み後、人力により新設の鋼製支保工をタイロッドまたはつなぎ材により既設の支保工に連結する必要がある。そのため、掘削により露出した地山、または、一次吹付けコンクリートの直下において作業員が作業を行う必要がある。

本発明は、支保工施工時の作業性の向上と安全性の向上を図ることを可能とした、パネル式支保工およびトンネル施工方法を提案することを課題とする。

このような課題を解決する本発明のパネル式支保工は、前後に配設された一対の支保部材と、前記支保部材同士を連結するつなぎ鋼材とを備えている。前記支保部材は、一対のフランジと一対の前記フランジを連結するウェブとにより断面コ字状を呈しており、一対の前記支保部材は、前記フランジの先端同士が対向するように設けられている。
切羽側に設けられる前記支保部材の下端に、ガイドピンが立設された底板が固定されている場合は、坑口側に設けられる前記支保部材の下端に、貫通孔が形成された底板が固定されている。また、切羽側に設けられる前記支保部材に、切羽側に突出する受金具が設けられていてもよい。

また、本発明のトンネル施工方法は、地山を掘削する掘削工程と、地山を掘削することにより露出した地山面に沿って支保工を形成する支保工程とを備えるものであって、前記支保工程は、前記パネル式支保工を建て込む建込作業と、前記地山面に向けて吹付けコンクリートを吹き付ける吹付け作業とを備えている。前記建込作業では、既設の前記パネル式支保工の切羽側の支保部材のウェブに、新設の前記パネル式支保工の坑口側の支保部材のウェブを並設させる。

かかるパネル式支保工およびこれを利用したトンネル施工方法によれば、鋼製支保工を構成する支保部材につなぎ鋼材が予め固定されているため、予め支保部材同士の間に所定の間隔が確保されており、鋼製支保工の位置決めに要する手間を省略あるいは低減することができる。また、鋼製支保工設置後の切羽近傍でのタイロッドやつなぎ材の設置作業を省略することができる。

なお、前記支保部材は、地山等級に応じた支保パターンにより設定された鋼製支保工の断面積の１／２以上の断面積と、前記鋼製支保工の断面係数の１／２以上の断面係数を有しているのが望ましい。このようにすれば、パネル式支保工の支保部材を既設のパネル式支保工の支保部材と組み合わせることで、地山等級に応じた支保パターンにより設定された鋼製支保工と同等以上の断面寸法を有した鋼製支保工が形成されることになる。
また、前記支保部材同士の間において、前記支保部材の周方向に沿って設けられた金網を備えていれば、鋼製支保工設置後の切羽近傍での金網の設置作業を省略することができる。そのため、作業性の向上と安全性の向上を図ることができる。

また、一対の前記支保部材のうちの少なくとも一方の前記ウェブに、他方の前記支保部材の反対側に突出する複数のスタッド材を備えていれば、既設のパネル式支保工の切羽側に、所定の間隔をあけてパネル式支保工を配設できる。また、スタッド材は、吹付コンクリート内において定着部材として機能するため、吹付コンクリートと支保部材との一体性を確保できる。
また、切羽側に設けられる前記支保部材の下端にガイドピンが立設された底板が固定されていて、坑口側に設けられる前記支保部材の下端に貫通孔が形成された底板が固定されている場合は、貫通孔に既設のパネル式支保工のガイドピンを挿通させた状態で、新設のパネル式支保工を設置することで位置決めが完了するため、施工の手間を大幅に削減できる。

また、切羽側に設けられる前記支保部材に、切羽側に突出する受金具が設けられている場合は、既設のパネル式支保工の受金具に新設のパネル式支保工の坑口側の支保部材を係止させることで、パネル式支保工の配置が完了するため、施工の手間を大幅に削減できる。
さらに、前記つなぎ鋼材に、エレクターにより把持可能な把手が固定されていれば、パネル式支保工をエレクターで把持するための特殊な治具等を要することなく、エレクターを利用したパネル式支保工の移動や位置決めを行える。

なお、前記建込作業では、左右一対の前記パネル式支保工同士を上端部において連結することによりアーチ状の支保構造を形成するのが望ましい。このとき、一方の前記パネル式支保工の前記支保部材の上端の継手板から、先端に接合ピンが設けられたジョイナーが突設されており、他方の前記パネル式支保工の前記支保部材の上端部に、前記ジョイナーを挿通する開口を有した継手板を備えているとともに、前記接合ピンを係合可能なスチフナが固定されていれば、接合ピンをスチフナに係合するのみで、パネル式支保工同士を連結できる。

本発明のパネル式支保工およびこれを利用したトンネル施工方法によれば、支保工施工時の作業性の向上の安全性の向上を図ることが可能となる。

第一実施形態に係るトンネルの概要を示す断面図である。 支保工の概要を示す断面図である。 トンネル施工方法の一次吹付け作業を示す断面図である。 トンネル施工方法の建込作業を示す断面図である。 パネル式支保工の正面図である。 パネル式支保工の平面図である。 パネル式支保工の一部を示す平面図である。 パネル式支保工の一部を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るパネル式支保工の設置状況を示す斜視図である。 パネル式支保工の一部を示す平面図である。 パネル式支保工の一部を示す正面図である。 第一パネル式支保工の設置状況を示す斜視図である。 第一パネル式支保工の設置状況を示す平面図である。 第二パネル式支保工の設置状況を示す平面図である。 支保部材同士の接合部を示す断面図である。 支保部材同士の接合部の概要を示す平面図である。 支保工程を示す正面図である。 第二実施形態に係るトンネルの概要を示す断面図である。 第二実施形態の支保工の概要を示す断面図である。 トンネル施工方法の一次吹付け作業を示す断面図である。 トンネル施工方法の建込作業を示す断面図である。 パネル式支保工の平面図である。 パネル式支保工の正面図である。 パネル式支保工の縦断図である。 パネル式支保工の一部を示す平面図である。 切羽側の支保部材の脚部を示す側面図である。 切羽側の支保部材の脚部を示す平断面図である。 坑口側の支保部材の脚部を示す側面図である。 坑口側の支保部材の脚部を示す平断面図である。 パネル式支保工の設置状況を示す拡大断面図である。 支保部材同士の接合部を示す正面図である。 支保部材同士の接合状況を示す正面図である。 スチフナを示す断面図である。

＜第一実施形態＞
本実施形態では、ＮＡＴＭによりトンネル施工を行う場合について説明する。トンネルＴは、図１に示すように、地山Ｇを掘削することにより露出した地山面Ｇｓを吹付けコンクリート２や鋼製支保工（パネル式支保工３）などからなる支保工１により閉塞することで安定化を図る。なお、支保工１には、必要に応じてロックボルトを含めるものとする。また、トンネル施工時には、必要に応じて先進ポーリング、パイプルール工法、薬液注入工等の補助工法を併用してもよい。

トンネル施工は、まず、地山Ｇを掘削して、掘削孔（トンネルＴ）を形成する（掘削工程）。トンネルＴの掘削方式は限定されるものではなく、例えば、発破式掘削であってもよいし、機械式掘削であってもよい。１サイクル毎のトンネルＴの掘進長は、地山状況（地山等級や土被り等）に応じて決定するが、本実施形態では、１．０～１．２ｍとする。

トンネルＴを所定延長（本実施形態では１．０～１．２ｍ）掘削したら、地山Ｇを掘削することにより露出した地山面Ｇｓに沿って支保工１を形成する（支保工程）。本実施形態の支保工１は、図２に示すように、一次吹付けコンクリート２１および二次吹付けコンクリート２２からなる吹付けコンクリート２と、鋼製支保工（支保部材４）および金網５からなるパネル式支保工３とを備えており、支保工程は、一次吹付け作業、建込作業および二次吹付け作業（吹付け作業）を備えている。

一次吹付け作業では、図３に示すように、地山Ｇの掘削により露出した地山面Ｇｓに一次吹付けコンクリート２１を吹き付ける。一次吹付けコンクリート２１は、トンネルＴの壁面（側面）に加え、切羽Ｋにも吹き付ける。一次吹付けコンクリート２１の吹付け厚さは、適宜決定すればよいが、本実施形態では５ｃｍとする。

建込作業では、図４に示すように、切羽Ｋの近傍において、一次吹付けコンクリート２１の表面（または地山面Ｇｓ）に沿ってパネル式支保工３を建て込む。なお、パネル式支保工３（金網５）の外面と一次吹付けコンクリート２１の表面との間には、掘削時の余掘りにより、パネル式支保工３の建て込み時の調整移動に必要な隙間（例えば、５ｃｍ程度の隙間）が設けられている。パネル式支保工３は、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、前後に配設された一対の支保部材４，４と、支保部材４同士の間に配設された金網５と、一対の支保部材４，４を連結する複数のつなぎ鋼材６とを備えている。パネル式支保工３の長さ（切羽Ｋ側の支保部材４の端面から坑口側の支保部材４の端面までの距離）は、地山等級に応じて設定された鋼製支保工同士の間隔（本実施形態では１．０～１．２ｍ）とする。

一対の支保部材４，４は、トンネル軸方向に間隔をあけて、切羽Ｋ側と坑口側に配設される。支保部材４は、図６Ｂに示すように、一対のフランジ４ａ，４ａと一対のフランジ４ａ，４ａを連結するウェブ４ｂとにより断面コ字状を呈した、いわゆる溝形鋼により構成されている。支保部材４の断面寸法は、地山等級に応じた支保パターンにより設定された鋼製支保工の断面積の１／２以上の断面積と、当該鋼製支保工の断面係数の１／２以上の断面係数とを有した寸法を確保できる大きさとする。例えば、地山等級に応じた支保パターンの鋼製支保工がＨ－１２５×１２５×６．５×９（断面積：３０．０ｃｍ^２、断面係数：１３４ｃｍ^３）の場合には、支保部材４に［－１２５×６５×６×８（断面積：１７．１ｃｍ^２、断面係数：６７．８ｃｍ^３）を使用すればよい。支保部材４は、図５Ａに示すように、トンネルＴの断面形状に応じた形状に曲げ加工が施されており、正面視弧状を呈している。一対の支保部材４，４は、互いのフランジ４ａの先端同士が対向するように（一対のフランジ４ａ，４ａとウェブ４ｂとにより囲まれた空間が内側になるように）設けられている。

金網５は、図５Ｂに示すように、支保部材４の周方向に沿って設けられている。本実施形態の金網５は、１５×１５ｃｍの網目を有しているが、金網５の寸法は限定されるものではない。図６Ａおよび図６Ｂに示すように、本実施形態では、支保部材４の地山Ｇ側のフランジ４ａの外面に金網５が溶接されている。金網５は、一方の支保部材４のフランジ４ａと他方の支保部材４のフランジ４ａとの間に横架されている。金網５は、前後の支保部材４，４に溶接されているので、万一の肌落ちに対しても安全性を確保する。

つなぎ鋼材６は、図６Ａに示すように、前後に配設された支保部材４同士の間に介設されている。つなぎ鋼材６を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、Ｈ形鋼、溝形鋼、Ｌ形鋼等の鋼材、鋼棒、または、鋼管等を使用してもよい。つなぎ鋼材６の一方の端部は一方の支保部材４のウェブ４ｂに溶接されていて、他方の端部は他方の支保部材４のウェブ４ｂに溶接されている。なお、つなぎ鋼材６と支保部材４との固定方法は限定されるものではなく、例えば、ボルト接合してもよい。また、つなぎ鋼材６の支保部材４への固定箇所も限定されるものではなく、例えば、内側のフランジ４ａに溶接してもよい。複数のつなぎ鋼材６，６，…は、トンネル壁面に沿って間隔をあけて配設されている。つなぎ鋼材６の本数や配設ピッチ等は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。

建込作業では、図４に示すように、既設パネル式支保工３ａの切羽Ｋ側に、新設のパネル式支保工３を建て込む。パネル式支保工３を建て込む際には、既設パネル式支保工３ａの切羽Ｋ側の支保部材４のウェブ４ｂに、新設のパネル式支保工３の坑口側の支保部材４のウェブ４ｂを重ねるとともに、両ウェブ４ｂ、４ｂを連結する。

本実施形態では、図７に示すように、左右一対のパネル式支保工３，３を配設し、パネル式支保工３同士を頂部（上端部）において組み合わせることで、アーチ状の支保構造を形成する。左右のパネル式支保工３，３を組み合わせる際には、支保部材４同士を頂部において連結する。

支保部材４同士の連結には、連結プレート７（図６参照）を使用する。連結プレート７は、左右の支保部材４，４にまたがって、両支保部材４，４のウェブ４ｂに添接する。図６Ｂに示すように、本実施形態では、連結プレート７に、断面視コ字状を呈した溝形鋼を使用する。連結プレート７は、支保部材４の断面寸法よりも小さい断面寸法を有しており、フランジ４ａ，４ａおよびウェブ４ｂに囲まれた空間に挿入可能である。連結プレート７は、既設パネル式支保工３ａの支保部材４の坑口側のウェブ４ｂと、新設のパネル式支保工３の支保部材４の切羽Ｋ側のウェブ４ｂにそれぞれ添接する。すなわち、支保部材４の頂部は、支保部材４の前後（切羽Ｋ側と坑口側）から連結プレート７により挟持する。

支保部材４を挟む一方の連結プレート７には、図６Ａに示すように、複数（本実施形態では四つ）のピン８が固定されていて、他方の連結プレート７には、図８Ｂに示すように、複数のピン８に対応する位置に貫通孔が形成されている。そして、支保部材４を挟む連結プレート７，７にピン８を挿通することで、支保部材４同士を連結する。

以下、支保部材４同士の接合部の詳細について説明する。
左右一対のパネル式支保工３，３のうち、一方のパネル式支保工３（以下、「第一パネル式支保工３１」という）の切羽Ｋ側の支保部材４（以下、「第一切羽側支保部材４１」という）の上端には、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、第一連結プレート７１が固定されている。本実施形態の第一連結プレート７１は、４００ｍｍの長さを有していて、２００ｍｍが第一切羽側支保部材４１の端部から張り出した状態で、第一切羽側支保部材４１に固定されている。第一連結プレート７１は、溝形鋼からなり、第一連結プレート７１には、４本のピン８，８，…が等間隔で固定されている。なお、第一連結プレート７１の第一切羽側支保部材４１への固定方法は限定されるものではないが、本実施形態では主にフランジ４ａ，４ａに溶接する。また、第一連結プレート７１に固定されたピン８の数およびピン８の配設ピッチは限定されるものではない。さらに、第一連結プレート７１を構成する材料および第一連結プレート７１の寸法は限定されるものではない。第一切羽側支保部材４１の上端部には、ピン８の位置に対応して、二つの貫通孔が形成されている。第一連結プレート８１は、２本のピン８を第一切羽側支保部材４１の貫通孔に貫通させた状態で第一切羽側支保部材４１に固定されている。貫通孔の形状は、ピン８を挿通可能で、かつ、係止可能なものとし、本実施形態では、ピン８の直径よりも１ｍｍ程度大きい内径とする。

第一パネル式支保工３１の坑口側の支保部材４（以下、「第一坑口側支保部材４２」の上端には、伝達プレート９が固定されている。伝達プレート９は幅約１００ｍｍ、長さ約２００ｍｍの鋼板からなり、フランジ４ａ，４ａとウェブ４ｂにより囲まれた空間内において、ウェブ４ｂの表面に添接された状態でフランジ４ａ、４ａのそれぞれに溶接されている。第一坑口側支保部材４２の上端部および伝達プレート９には、ピン８を挿通可能な貫通孔が２カ所ずつ形成されている。

また、左右一対のパネル式支保工３，３のうちの他方のパネル式支保工３（以下、「第二パネル式支保工３２」という）の切羽Ｋ側の支保部材４（以下、「第二切羽側支保部材４３」という）の上端には、図８Ａに示すように、伝達プレート９が固定されている。伝達プレート９は幅約１００ｍｍ、長さ約２００ｍｍの鋼板からなり、フランジ４ａ，４ａとウェブ４ｂにより囲まれた空間内において、ウェブ４ｂの表面に添接された状態でフランジ４ａ、４ａのそれぞれに溶接されている。第二切羽側支保部材４３の上端部および伝達プレート９には、ピン８を挿通可能な貫通孔が２カ所ずつ形成されている。

第二パネル式支保工３２の坑口側の支保部材４（以下、「第二坑口側支保部材４４」という）に上端には、第二連結プレート７２が固定されている。第二連結プレート７２は、４００ｍｍの長さを有していて、そのうち２００ｍｍの範囲が第二坑口側支保部材４４の端部から張り出した状態で、残りの２００ｍｍの範囲が第二坑口側支保部材４４に固定されている。なお、第二連結プレート７２の第二坑口側支保部材４４への固定方法は限定されるものではないが、本実施形態では主にフランジ４ａ，４ａに溶接する。第二連結プレート７２には、ピン８を挿通するための四つの貫通孔が形成されている。貫通孔は、第一連結プレート７１のピン８に対応する位置に形成されている。

パネル式支保工３を建て込む際には、まず、図９に示すように、第一パネル式支保工３１を既設パネル式支保工３ａの切羽Ｋ側に配設する。第一パネル式支保工３１は、一旦既設パネル式支保工３ａの切羽Ｋ側に隙間をあけて配置してから、坑口側に引き戻すことにより既設パネル式支保工３ａの切羽Ｋ側面に当接させる。このとき、図１０に示すように、既設パネル式支保工３ａの支保部材４の頂部に配設されたピン８を、第一パネル式支保工３１の第一坑口側支保部材４２に形成された貫通孔および伝達プレート９に形成された貫通孔に貫通させる。なお、パネル式支保工３は、重機のエレクター等により把持した状態で、所定の位置に配設および微調整を行い、保持しておく。

次に、図７および図１１に示すように、第二パネル式支保工３２を既設パネル式支保工１ａの切羽Ｋ側に配設する。第二パネル式支保工３２は、一旦既設パネル式支保工３ａの切羽Ｋ側に隙間をあけて配置してから、坑口側に引き戻すことにより既設パネル式支保工３ａの切羽Ｋ側の面に当接させる。このとき、第二切羽側支保部材４３の頂部に形成された貫通孔および伝達プレート９の貫通孔に、第一切羽側支保部材４１の頂部に固定された第一連結プレート７１のピン８を貫通させる。また、既設パネル式支保工３ａの頂部に配設されたピン８を、第二坑口側支保部材４４に形成された貫通孔、および第二連結プレート７２に形成された貫通孔に貫通させる。こうすることで、新設の左右のパネル式支保工３，３の支保部材４，４と、左右の既設パネル式支保工３ａ，３ａの支保部材４，４とが連結される。支保部材４，４は、図１２に示すように、Ｈ形状に重ねられた状態で、前後から連結プレート７，７により挟持されることで連結される。

なお、第一パネル式支保工３１の支保部材４の先端面（トンネルＴの天端側の端面）は図１３に示すように、坑口側に向かうにしたがって第二パネル式支保工３２側に近付くように、トンネル軸方向（第二パネル式支保工３２の移動方向）に対して傾斜している。一方、第二パネル式支保工３２の支保部材４の先端面は、切羽Ｋ側に向かうにしたがって、第一パネル式支保工３１側に近付くように傾斜している。このようにすることで、支保部材４の端面同士をメタルタッチさせて、支圧接合にして軸力を伝達可能な構造とする。

パネル式支保工３同士を連結したら、図１４に示すように、第二パネル式支保工３２の支保部材４の脚部を側方（地山Ｇ側）に押し出す（押し広げる）。第二パネル式支保工３２は、支保部材４の脚部を側方に押し出した際の位置が、既設パネル式支保工３ａの支保部材４と揃うように設計しておく。このとき、支保部材４は、鋼製支保工の降伏曲げ耐力の１０％程度（１５０ｋＮ／ｃｍ程度）の曲げ力がかかるように押し出すものとする。こうすることで、ピン８と貫通孔（連結プレート７やウェブ４ｂ等に形成された貫通孔）にせん断力が作用し、摩擦力により貫通孔からピン８が抜け難くなる。そのため、支保部材４同士の接合性が向上する。なお、この反力を保持するため、既設パネル式支保工３ａの支保部材４の脚部に別途ピンを配設しておき、第二パネル式支保工３２の脚部に予めあけておいた孔に差し込むとよい。支保部材４の脚部を側方に押し出す際の力は限定されるものではない。また、支保部材４の脚部は、必ずしも側方に押し出す必要はない。

なお、パネル式支保工３を設置することで、一次吹付けコンクリート２１の表面が金網５で覆われた状態となる。この状態で、切羽Ｋ近傍において、前後方向に隣接する支保部材４同士または断面方向に隣接する支保部材４同士をボルト接合してもよい。

パネル式支保工３の組み立てが完了したら、トンネルＴの側面に向けて二次吹付けコンクリート２２を吹き付ける（二次吹付け作業）。二次吹付けコンクリート２２は、支保工の脚部および前後に配設された支保部材４同士の間（図２参照）に吹き付けるものとし、本実施形態では、支保部材４の内空側面が露出する厚さ（例えば、１０ｃｍ～２５ｃｍ）で吹付を行う。なお、二次吹付けコンクリート２２の厚さは限定されるものではなく、例えば、支保部材４の内空側のフランジ２ａが露出していてもよいし、支保部材４が埋設される厚さであってもよい。

本実施形態のパネル式支保工３およびこれを利用したトンネル施工方法によれば、鋼製支保工を構成する支保部材４に金網５が予め固定されているため、鋼製支保工の設置と金網５との設置を同時に行うことができる。そのため、鋼製支保工設置後に切羽Ｋ近傍において金網５を設置する作業を省略することができ、作業性の向上と安全性の向上を図ることができる。

また、前後に配設された支保部材４同士が所定の間隔で固定されているため、鋼製支保工の位置決めに要する手間を省略あるいは低減することができる。
支保部材４同士は、つなぎ鋼材６を介して強固に連結されているため、パネル式支保工３の組み立て時は、切羽Ｋ側の支保部材４（または坑口側の支保部材４）を重機により把持して移動させることができる。

支保部材４は、既設パネル式支保工３ａの支保部材４と組み合わせることで、必要な断面寸法を確保しているため、トンネルＴの支保構造としての耐力を確保できる。
支保部材４同士の連結は、一方の連結プレート７に固定されたピン８を、支保部材４の貫通孔に貫通させて他方の連結プレート７に差し込むのみで完了するため、施工性に優れている。

左右に配設された支保部材４同士の接合部では、連結プレート７を介して力が伝達されるため、アーチ状の支保構造としての能力を十分に発揮することができる。すなわち、 第一切羽側支保部材４１および第二坑口側支保部材４４は、一体に固定された連結プレート７との間で応力が伝達される。すなわち、支保部材４（第一切羽側支保部材４１または第二坑口側支保部材４４）のフランジ４ａに作用した応力は、ウェブ４ｂおよびフランジ４ａに溶接された連結プレート７に伝達される。一方、第一坑口側支保部材４２および第二切羽側支保部材４３は、伝達プレート９がフランジ４ａに溶接されているため、支保部材４（第一坑口側支保部材４２または第二切羽側支保部材４３）のフランジ４ａに作用した応力が、ウェブ４ｂと伝達プレート９に伝達され、ピン８を介して連結プレート７に伝達される。

左右に隣り合う支保部材４同士は、支保部材４の貫通孔と複数（本実施形態では４本）のピン８とのせん断接合により連結されている。アーチ上端部（支保部材４同士の接合部）に作用する曲げ応力を複数のピン８により伝達するとともに、複数のピン８のせん断力による偶力で必要な曲げ耐力を確保している。

＜第二実施形態＞
第二実施形態では、第一実施形態と同様に、ＮＡＴＭによりトンネル施工を行う場合について説明する。トンネルＴは、図１５に示すように、地山Ｇを掘削することにより露出した地山面Ｇｓを吹付けコンクリート２や鋼製支保工（パネル式支保工３）などからなる支保工１により閉塞することで安定化を図る。

支保工１は、トンネルＴを所定延長（本実施形態では１．０～１．２ｍ）掘削する度に、地山Ｇを掘削することにより露出した地山面Ｇｓに沿って形成する。本実施形態の支保工１は、図１６に示すように、一次吹付けコンクリート２１および二次吹付けコンクリート２２からなる吹付けコンクリート２と、鋼製支保工（支保部材４）、金網５およびつなぎ鋼材６からなるパネル式支保工３とを備えている。

一次吹付けコンクリート２１は、図１７に示すように、地山Ｇの掘削により露出した地山面Ｇｓに吹き付ける。一次吹付けコンクリート２１は、トンネルＴの壁面（側面）に加え、切羽Ｋにも吹き付ける。一次吹付けコンクリート２１の吹付け厚さは、適宜決定すればよいが、本実施形態では５ｃｍとする。

パネル式支保工３は、図１８に示すように、切羽Ｋの近傍において、一次吹付けコンクリート２１の表面（または地山面Ｇｓ）に沿って建て込む。パネル式支保工３は、図１９Ａおよび図１９Ｂに示すように、前後に配設された一対の支保部材４，４と、支保部材４同士の間に配設された金網５と、一対の支保部材４，４を連結する複数のつなぎ鋼材６とを備えている。パネル式支保工３の長さ（切羽Ｋ側の支保部材４の端面から坑口側の支保部材４の端面までの距離）は、地山等級に応じて設定された鋼製支保工同士の間隔（本実施形態では０．９６～１．１６ｍ）とする。また、金網５は、必要に応じて設置すればよく、地山等級等によっては省略してもよい。

一対の支保部材４，４は、トンネル軸方向に間隔をあけて、切羽Ｋ側と坑口側に配設される。支保部材４は、図２０Ａに示すように、一対のフランジ４ａ，４ａと一対のフランジ４ａ，４ａを連結するウェブ４ｂとにより断面コ字状を呈した、いわゆる溝形鋼により構成されている。支保部材４の断面寸法は、地山等級に応じた支保パターンにより設定された鋼製支保工の断面積の１／２以上の断面積と、当該鋼製支保工の断面係数の１／２以上の断面係数とを有した寸法を確保できる大きさとする。支保部材４は、図１９Ｂに示すように、トンネルＴの断面形状に応じた形状に曲げ加工が施されており、正面視弧状を呈している。一対の支保部材４，４は、図２０Ａに示すように、互いのフランジ４ａの先端同士が対向するように（一対のフランジ４ａ，４ａとウェブ４ｂとにより囲まれた空間が内側になるように）設けられている。

図２０Ａおよび図２０Ｂに示すように、支保部材４のウェブ４ｂの外面（他方の支保部材４と反対側の面）には、複数のスタッド材４５が立設（突設）されている。本実施形態のスタッド材４５の頭部は、拡径されている。スタッド材４５は、パネル式支保工３を設置する際に、既設のパネル式支保工３と間に所定の大きさ（本実施形態では４０ｍｍ程度）の隙間を確保するための定規として機能するとともに、吹付コンクリートとの一体性を確保するための定着部材として機能する。

また、切羽Ｋ側に設けられる支保部材４には、切羽Ｋ側に突出する受金具４６が設けられている。受金具４６は、切羽Ｋ側に設けられる他のパネル式支保工３の坑口側の支保部材４と係合する。こうすることで、隣り合う支保部材４同士が受金具４６を介して連結される。本実施形態の受金具４６は、支保部材４に溶接された本体板４６ａと、本体板４６ａの先端に形成された突起４６ｂとを備えている。突起４６ｂは、受金具４６に他のパネル式支保工３の支保部材４を上載した際に、この支保部材４がズレ出て落ちることを防止するものである。突起４６ｂは、支保部材４の端面から支保部材４のフランジ４ａの幅にスタッド材４５の長さを加えた長さよりも大きな間隔を確保した位置に形成されている。本実施形態の突起４６ｂは、本体板４６ａに別部材を固定することにより形成されているが、突起４６ｂは本体板４６ａを構成する板材の端部を折り曲げることにより形成してもよい。

図２１Ａおよび図２１Ｂに示すように、切羽Ｋ側に設けられた支保部材４の下端（脚部）には、第一底板４７ａが固定されている。第一底板４７ａは、支保部材４のウェブ４ｂよりも切羽Ｋ側に突出するように支保部材４の外形よりも大きな外形を有していて、その突出部分にはガイドピン４７ｃが立設されている。また、坑口側の支保部材４の下端には、図２１Ｃおよび図２１Ｄに示すように、第二底板４７ｂが固定されている。第二底板４７ｂには、支保部材４のフランジ４ａ，４ａおよびウェブ４ｂに囲まれた空間に挿通する貫通孔４７ｄが形成されている。貫通孔４７ｄは、ガイドピン４７ｃを挿通可能である。図２１Ｅに示すように、パネル式支保工３を設置する際には、貫通孔４７ｄに既設のパネル式支保工３のガイドピン４７ｃを挿通させる。

金網５は、図１９Ａに示すように、支保部材４の周方向に沿って設けられている。図２０Ａおよび図２０Ｂに示すように、本実施形態では、支保部材４の地山Ｇ側のフランジ４ａの外面に金網５が溶接されている。金網５は、一方の支保部材４のフランジ４ａと他方の支保部材４のフランジ４ａとの間に横架されている。金網５は、前後の支保部材４，４に溶接されているので、万一の肌落ちに対しても安全性を確保する。

つなぎ鋼材６は、図２０Ａに示すように、前後に配設された支保部材４同士の間に介設されている。つなぎ鋼材６の一方の端部は一方の支保部材４のウェブ４ｂに溶接されていて、他方の端部は他方の支保部材４のウェブ４ｂに溶接されている。複数のつなぎ鋼材６，６，…は、トンネル壁面に沿って間隔をあけて配設されている。

図１９Ａおよび図１９Ｂに示すように、本実施形態のパネル式支保工３には、エレクターにより把持可能な把手６１が設けられている。把手６１は、鋼材からなり、肩部において隣り合う一対のつなぎ鋼材６，６に横架されている。把手６１は、パネル式支保工３の重心または重心の近傍において、つなぎ鋼材６と直交するように固定されている。なお、把手６１の固定箇所や向きは限定されるものではなく、例えば、支保部材４に固定してもよい。

新設のパネル式支保工３は、図１８に示すように、既設パネル式支保工３ａの切羽Ｋ側に建て込む。本実施形態では、図１９Ｂに示すように、左右一対のパネル式支保工３，３を配設し、パネル式支保工３同士を頂部（上端部）において組み合わせることで、アーチ状の支保構造３０を形成する。左右のパネル式支保工３，３を組み合わせる際には、支保部材４同士を頂部において連結する。

図２２Ａに示すように、支保部材４の先端（上端）には、継手板４８が設けられており、左右に配設された一対の支保部材４，４を連結する際には、継手板４８同士を突き合せた状態で連結する。このとき、左右一対の支保部材４，４のうちの一方の支保部材４には、継手板４８を貫通して他方の支保部材４側に突出するジョイナー７３が設けられている。ジョイナー７３は、図２２Ｂに示すように、支保部材４に溶接された鋼材であって、先端に向かうにしたがって上下幅が狭くなる形状を有している。ジョイナー７３の基端部は支保部材４に溶接されていて、ジョイナー７３の中間部は継手板４８に溶接されている。ジョイナー７３の先端には、接合ピン７４が設けられている。接合ピン７４は、ジョイナー７３の先端から突出した状態で、設けられている。

左右一対の支保部材４，４のうちの他方の支保部材４の継手板４８には、ジョイナー７３を挿通する開口が形成されている。また、他方の支保部材４には、図２２Ａおよび図２２Ｂに示すように、接合ピン７４を係合可能なスチフナ７５が固定されている。スチフナ７５は、図２２Ｃに示すように支保部材４のフランジ４ａ，４ａとウェブ４ｂにより囲まれた空間に溶接固定された板材からなり、接合ピン７４を係合可能な係合孔７６が形成されている。

パネル式支保工３は、エレクター（図示せず）のクランプにより、把手６１を掴んだ状態で、切羽Ｋまで搬入する。パネル式支保工３は、切羽手前において、エレクターにより立設させるとともに、既設パネル式支保工３ａとの相対位置の位置調整を行う。

左右一対の支保部材４，４を連結する際には、支保部材４の底板４７（第一底板４７ａ、第二底板４７ｂ）を支点として、支保部材４の上端を持ち上げることで、支保部材４の継手板４８同士の間に隙間を有した状態とする（図２２Ｂ参照）。次に、左右の支保部材４，４の上端を同時に下降させて、ジョイナー７３を他方の支保部材４の継手板４８を貫通させるとともに接合ピン７４をスチフナ７５の係合孔７６に挿入する（図２２Ａ参照）。これにより、左右一対の支保部材４が接合された状態となり、支保部材４同士の軸力方向は継手板４８，４８により支圧接合となって、ジョイナー７３を介して鉛直方向（強軸側）および水平方向（弱軸側）の曲げ力が伝達可能となる。左右一対のパネル式支保工３，３を連結すると、前後左右の脚部（第一底板４７ａ，第二底板４７ｂ）を支持点として自立する。

また、パネル式支保工３を建て込む際には、図２１Ｅに示すように、既設パネル式支保工３ａの第一底板４７ａに立設されたガイドピン４７ｃを、新設のパネル式支保工３の第二底板４７ｂに形成された貫通孔４７ｄに挿通させた状態で、パネル式支保工３を配設する。そして、既設パネル式支保工３ａの切羽Ｋ側の支保部材４のウェブ４ｂに、新設のパネル式支保工３の坑口側の支保部材４のウェブ４ｂに固定されたスタッド材４５の先端を当接させるとともに、既設パネル式支保工３ａのスタッド材４５を新設のパネル式支保工３の支保部材４のウェブ４ｂに当接させることで、ウェブ４ｂ同士の間に隙間をあけた状態とする（図２０Ａ参照）。さらに、既設パネル式支保工３ａの受金具４６に新設のパネル式支保工３の坑口側の支保部材４を係止させる（図２０Ａ参照）。

パネル式支保工３の組み立てが完了したら、トンネルＴの側面に向けて二次吹付けコンクリート２２を吹き付ける（図１６参照）。二次吹付けコンクリート２２は、支保部材４の脚部および前後に配設された支保部材４同士の間に吹き付けるものとし、本実施形態では、支保部材４の内空側面が露出する厚さ（例えば、１０ｃｍ～２５ｃｍ）で吹付を行う。なお、二次吹付けコンクリート２２の厚さは限定されるものではなく、例えば、支保部材４の内空側のフランジ２ａが露出していてもよいし、支保部材４が埋設される厚さであってもよい。本実施形態では、パネル式支保工３と既設パネル式支保工３ａとの間にも二次吹付けコンクリート２２を吹き付ける。

本実施形態のパネル式支保工３およびこれを利用したトンネル施工方法によれば、支保部材４に設けられたスタッド材４５が、パネル式支保工３同士の間に吹き付けられた吹付けコンクリートに埋め込まれることで、吹付コンクリートを介して前後に隣り合うパネル式支保工３の支保部材４同士が連結される。そのため、新設のパネル式支保工３の支保部材４と既設パネル式支保工３ａの支保部材４とが組み合わされて、鋼製支保工として必要な断面寸法を確保でき、トンネルＴの支保構造３０として必要な耐力を確保できる。

また、左右に隣り合う支保部材４同士は、頂部においてジョイナー７３を介して接合するため、支保部材４同士の軸力方向は継手板４８により支圧接合になり、ジョイナー７３により鉛直方向（強軸側）および水平方向（弱軸側）の曲げ力が伝達される。ジョイナー７３は、先端に行くにしたがって断面形状が縮小させる先細り形状なため、継手板４８に挿入しやすい。また、ジョイナー７３を継手板４８の開口部に挿入することで、接合ピン７４が係合孔７６に挿入されるように、ジョイナー７３が誘導させるため、重機（エレクター）の操作のみで容易に支保部材４同士を接合できる。また、継手板４８とスチフナ７５とが離れた位置に形成されているため、ジョイナー７３を介した支保部材４同士の連結状態が安定する。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、前記各実施形態では、支保部材４の頂部において、前後に配設された支保部材４同士（新設の支保部材４と既設の支保部材４）を連結するものとしたが、前後に隣接する支保部材４同士は、頂部以外の部分において連結してもよい。例えば、支保部材４の脚部において両支保部材４を前後から連結プレート７により挟持した状態で、ピン８により固定してもよい。

また、前記各実施形態では、ピン８または接合ピン７４を利用して支保部材４同士を連結するものとしたが、支保部材４はボルト接合してもよい。また、左右の支保部材４，４同士は、一方の支保部材４に設けられたピン８を、他方の支保部材４の継手板４８に形成された係合孔に係合することにより連結してもよい。
また、前記各実施形態では、掘進後、一次吹付けコンクリート２１を吹き付けるものとしたが、一次吹付けコンクリート２１は、地山状況に応じて施工すればよい。すなわち、比較的安定した岩盤の区間では、一次吹付けコンクリート２１を省略してもよい。

また、伝達プレート９は、必要に応じて配設すればよい。
また、前記第一実施形態では、一方の連結プレート７に固定されたピン８を他方の連結プレート７に挿通させるものとしたが、ピン８は、他方の連結プレート７に固定（嵌合、締結または機械式固定等）してもよい。

前記各実施形態では、左右のパネル式支保工３，３を組み合わせることによりアーチ状に形成するものとしたが、パネル式支保工３の形状は限定されるものではなく、例えば、一つのパネル式支保工３がアーチ状であってもよいし、三つ以上のパネル式支保工３を組み合わせることによりアーチ状に形成されるものであってもよい。
パネル式支保工３は、工場生産したものをトンネル坑内に搬入してもよいし、現場内で製造したものを使用してもよい。
金網５は、必要に応じて設置すればよく、例えば、良質な地山の区間では、省略してもよい。

１ 支保工
２ 吹付けコンクリート
３ パネル式支保工
３０ 支保構造
４ 支保部材
４５ スタッド材
４６ 受金具
４７ 底板
４７ａ 第一底板
４７ｂ 第二底板
４７ｃ ガイドピン
４７ｄ 貫通孔
４８ 継手板
５ 金網
６ つなぎ鋼材
６１ 把手
７ 連結プレート
７３ ジョイナー
７４ 接合ピン
７５ スチフナ
８ ピン
９ 伝達プレート
Ｔ トンネル

Claims (9)

1. 前後に配設された一対の支保部材と、
   前記支保部材同士を連結するつなぎ鋼材と、を備えるパネル式支保工であって、
   前記支保部材は、一対のフランジと一対の前記フランジを連結するウェブとにより断面コ字状を呈しており、
   一対の前記支保部材は、前記フランジの先端同士が対向するように設けられていて、
   切羽側に設けられる前記支保部材の下端に、ガイドピンが立設された底板が固定されており、
   坑口側に設けられる前記支保部材の下端に、貫通孔が形成された底板が固定されていることを特徴とする、パネル式支保工。
2. 前後に配設された一対の支保部材と、
   前記支保部材同士を連結するつなぎ鋼材と、を備えるパネル式支保工であって、
   前記支保部材は、一対のフランジと一対の前記フランジを連結するウェブとにより断面コ字状を呈しており、
   一対の前記支保部材は、前記フランジの先端同士が対向するように設けられていて、
   切羽側に設けられる前記支保部材に、切羽側に突出する受金具が設けられていることを特徴とする、パネル式支保工。
3. 前記支保部材が、地山等級に応じた支保パターンにより設定された鋼製支保工の断面積の１／２以上の断面積と、前記鋼製支保工の断面係数の１／２以上の断面係数を有していることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のパネル式支保工。
4. 前記支保部材同士の間において、前記支保部材の周方向に沿って設けられた金網を備えていることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のパネル式支保工。
5. 一対の前記支保部材のうちの少なくとも一方の前記ウェブに、他方の前記支保部材の反対側に突出する複数のスタッド材を備えていることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のパネル式支保工。
6. 前記つなぎ鋼材に、エレクターにより把持可能な把手が固定されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のパネル式支保工。
7. パネル式支保工同士をトンネル周方向に連結することにより形成されたアーチ状の支保構造であって、
   前記パネル式支保工は、前後に配設された一対の支保部材と、前記支保部材同士を連結するつなぎ鋼材と、を備え、
   前記支保部材は、一対のフランジと一対の前記フランジを連結するウェブとにより断面コ字状を呈しており、
   一対の前記支保部材は、前記フランジの先端同士が対向するように設けられていて、
   一方の前記パネル式支保工の前記支保部材の上端の継手板から、先端に接合ピンが設けられたジョイナーが突設されており、
   他方の前記パネル式支保工の前記支保部材の上端部に、前記ジョイナーを挿通する開口を有した継手板を備えているとともに、前記接合ピンを係合可能なスチフナが固定されていることを特徴とする、支保構造。
8. 地山を掘削する掘削工程と、
   地山を掘削することにより露出した地山面に沿って支保工を形成する支保工程と、を備えるトンネル施工方法であって、
   前記支保工程は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のパネル式支保工を建て込む建込作業と、
   前記地山面に向けて吹付けコンクリートを吹き付ける吹付け作業と、を備えており、
   前記建込作業では、既設の前記パネル式支保工の切羽側の支保部材のウェブに、新設の前記パネル式支保工の坑口側の支保部材のウェブを並設させた状態で、前記パネル式支保工を設置することを特徴とする、トンネル施工方法。
9. 前記建込作業において、左右一対の前記パネル式支保工同士を上端部において連結することによりアーチ状に形成することを特徴とする、請求項８に記載のトンネル施工方法。

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