飛島建設

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無粉塵・無水鉛直二重管式削孔による長尺ロックボルト打設技術の開発と実証実験の実施

- 供用下の道路トンネルにおける盤膨れ対策工 -

 飛島建設株式会社(代表取締役社長:乘京 正弘)、鉱研工業株式会社(代表取締役社長:木山 隆二郎)は、供用下の道路トンネルにおける盤膨れ対策工として、無粉塵・無水鉛直二重管式削孔による長尺ロックボルト打設技術を開発しました。なお、本技術は、現在、特許出願中です。

 高速道路や一般道の山岳トンネルにおいて、膨張性を示す地山では、トンネル施工時にインバートコンクリートを設置します。トンネルの設計基準は時代とともに変遷しており、インバートの設置基準も多くの事例を踏まえ、リスクのある地山では設置することが標準となりつつあります。一方で、かつてインバートを設けなかったことで、長期的な風化変状により路盤面が隆起する「盤膨れ現象」が顕在化し、盤膨れ対策工を必要とするトンネルが増えてきました。
 盤膨れ対策工として、以下があげられます。
 ・インバートコンクリートの新設
 ・ロックボルトや鋼管の打設
 前者は、インバートが設けられていない区間で、インバートを新設するため、効果はありますが、多大な費用がかかること、通行止めを含む道路規制による社会的な負荷が大きいこと、等の課題があります。一方、ロックボルトや鋼管の施工は、地山条件にもよりますが、一定の効果が得られ、短期間で、かつ1車線供用下で、社会的な負荷も抑制しながら、施工できることが利点です。
 通常、山岳トンネルでのロックボルトの打設は、削岩機にロッド・ビットを接続、削孔水を注入しながら、打撃・回転し、挿入孔を形成します。その後、モルタルを注入、ロックボルトを挿入します。しかしながら、「盤膨れ対策工」としてのロックボルトは、従来のNATMでのロックボルトとは異なり、以下の性能が求められます。
 ①膨張性を示す地山での下向き施工で、ロックボルトを含む確実なモルタル杭を地山に密着して形成すること。また、膨張を抑制し、深部からのアンカー効果を期待するため、10mを超える長尺のロックボルトを施工すること。
 ②崩れやすい軟質な泥岩や凝灰岩が対象で、場合によっては地下水が賦存する地山において、削孔水を大量に地山に注入することで、地山の膨張を促進させないこと。また、モルタルを注入し、ロックボルトを設置するまで、安定的に孔壁が維持されること。
 ③供用化のトンネルで、例えば1車線でも一般車を走行させながら施工するため、無粉塵で施工ができること。
 今回、ご紹介する新たなロックボルトの打設技術は、これら要求性能の実現を達成しました。

 盤膨れが懸念されるトンネルにおいて、専用機を用い、鉛直下向きにロックボルトを打設することで変形を抑制する技術です。本工法は、削孔水を用いないため、地山を傷めることなく削孔が行え、二重管式削孔のため、アウターロッドによって、孔壁の崩壊を抑えながら、充填材を注入、鉄筋を挿入し、地山に密着した確実なロックボルトの打設を行います。さらに粉塵をほとんど発生させることがなく、供用下の通行車両に影響を与えることがありません。

・急速削孔の可能なボーリングマシン『アロードリル(鉱研工業㈱)』によるロータリーパーカッション方式の掘削機に、高トルクのドリルヘッド『KD-450B』を搭載したRPD-40Cを採用。道路二車線トンネルの片側車線の占用での施工を可能にした。
・二重管式削孔で孔壁の崩壊を防ぎ、回転トルクの増大を極力抑え、エアにてスライムを排除する。
・削孔径φ100~120に対応したアウタービットを有し、深度15mまで対応可能。
・長さ1mまたは1.5mのアウターロッド、インナーロッドのセットを、同時に連続して脱着できる機構を有している。
・鋼棒は、φ51のものまでが適用可。充填材は高強度高性能モルタルを使用し、アウターロッドの引き抜きの容易性、ロックボルト周辺への充填性、地山との密着性に対応した。また、地下水がある場合でも水中での不分離性が確保できる。
・スライム混じりのエアは、削岩機のスイベルと、地盤とロッドの間に装置する口元処理装置により回収し、中間粉塵収集Boxを経由し、集塵機において、粉塵を分離回収する。
・削孔~モルタル注入~鋼棒挿入~アウターロッド引抜:1サイクル1時間程度(削孔長10mの場合)

 二重管削孔において、エアで削岩し、くり粉(削孔時の切削粉)を排出するためのルートを図-5に示す。エアの供給は、図中の黄色のルートで、削岩機を介し、インナーロッドの先端から供給される。削岩後、赤色で示すように、くり粉混じりのエアは、インナーロッドとアウターロッドの間(第1ルート)、アウターロッドと地山の間(第2ルート)の2ルートから排出される。

 第1ルートは削岩機を経由し、粉塵処理プラント側へ、第2ルートは口元処理装置を経由し、粉塵処理プラントへ送られる。粉塵処理プラントは、中間粉塵収集BOXと集塵機からなり、中間粉塵収集BOXで切削ずりを沈降回収し、集塵機で残留する粉塵を除去する。何れのルートも外部に粉塵が漏れない機構となっている。第2ルートの「口元処理装置」を図-6、図-7に示す。地山とアウターロッドの間の空間を完全に閉塞し、そこから発生する粉塵混じりのエアを効率よく排出するため、補助エアを供給できる機構を有している。

 埼玉県寄居の砕石場にて、試験施工を実施しました。深さ10mの深度に対し、トンネル内での施工を想定した施工設備を準備し、1m毎にインナーロッドとアウターロッドを連続的に継足しながら、所定深度を削孔、施工サイクル、粉塵の発生状況を確認しました。

図-10 集塵システム

左から、発電機、コンプレッサ(2.5m3/min)、同(7.5m3/min)、集塵機、中間粉塵収集Box

 削孔開始~完了、モルタル充填、アウターロッドの引抜までの1サイクルを1時間程度で完了し、開始から完了までに、一切の粉塵を発生させることなく施工ができました。

 なお、実施工では、設備をコンパクト化し、オントラックにすることで、仮設備の設置撤去時間が短縮でき、夜間規制の作業のみの場合でも、作業可能時間の最大化が図れます。

・飛島建設株式会社 企画本部 広報室 TEL 03-6455-8312
・鉱研工業株式会社 エンジニアリング本部 エンジニアリング部 TEL 03-6907-7512

・飛島建設株式会社 土木事業本部 リニューアル統括部 TEL 03-6455-8324