第二東名・名神トンネルの支保のマルチ化試験施工 - 土木学会

VI-020
土木学会第58回年次学術講演会（平成15年9月）
第二東名・名神トンネルの支保のマルチ化試験施工
日本道路公団試験研究所
正会員
伊藤
哲男
日本道路公団試験研究所
正会員
赤木
渉
１．はじめに
現在､建設中の第二東名･名神高速道路の大断面トンネルは､施行命令を受けているものでは､本坑の上下
線別で 142 本(183km)である｡また､この中で､ＴＢＭ導坑を事前に施工するものは､32 本(75km)である｡これら
の内､平成 14 年 10 月時点の掘削進捗は､本坑で 49 本に着手し 24.2%､ＴＢＭ導坑では 18 本に着手し 58.8%と
なっている｡また､既に貫通､竣功しているトンネルも数多くある｡
第二東名･名神高速道路の大断面トンネルに適用するＪＨ設計要領は､平成１３年１月に制定され､先の試
験施工結果(図-1)から安全で合理的な｢標準支保パターン｣が示されている｡しかし現段階では､地山等級(Ｂ､
ＣⅠ､ＣⅡ､ＤⅠ)に応じた４つの支保パターンが掘削工法別に示されており､(２車線断面のトンネルにおい
ては６パターンあることからも)必要な支保量に対し､余裕のある設計となるケースが考えられ､その改善の
ため標準支保パターンの細分化が求められる｡また､同要領には､設計の修正の考え方(支保の増減方向の指
標)が示されるものの､それらを支保パターン化し
H11.7 設計指針(案)↓
平成８年平成９年平成１０年平成１１年平成１２年平成１３年
トンネル
清水第三
て表すまでには至っていない｡
そこで､地山状況に応じた合理的､経済的な支保
パターンを選択できるように､新しく標準支保パ
栗東
静岡第二
ＴＢＭ導坑
ターンを追加する必要があると考え､支保のマル
本坑
H13.1 設計要領↑
清水第三TN
(中硬岩∼軟岩)
チ化案について提案するとともに､確認のため現
ＴＢＭ導坑先進拡幅掘削工法
地トンネルでの試験施工を開始した｡本報文では､
栗東TN
(硬岩∼中硬岩)
第二東名･名神トンネルの支保のマルチ化検討に
ついて､その経緯と現地で行われた試験施工の進
上半先進工法
上半中壁分割工法
中央導坑先進拡幅掘削工法
捗を報告するものである｡
図-1
静岡第二TN
(中硬岩∼軟岩)
第二東名･名神トンネルの先行試験施工
２．現行の標準支保パターン
ＪＨ設計要領(第二東名･名神 H13.1)
に示されている標準支保パターンは､表
-1 のとおりである｡また､図-2 に標準支
保パターン図を示す｡
トンネルの一般部において､表-1 に示
す２つの掘削工法が基本とされ､それぞ
れ４つの標準支保パターンが設定され
ている｡各支保部材については､高耐力､
高強度､高規格の材料を用い､軽量化､薄
肉化を図っている｡
３．支保のマルチ化の考え方
支保のマルチ化を検討するうえで､第
二東名･名神トンネルが､過去に検討さ
れた２車線トンネルでの検討時と異な
表-1
第二東名･名神トンネルの標準支保パターン
支保掘進
掘削地山
パタ長
工法等級
ーン (m)
ロックボルト(早強モルタル)
吹付け鋼アーチ支保工
長さ耐力周方向延長方向受持ち面積厚さ上半サイズ下半サイズ
(m) (kN) (m)
(m)
(m2/本) (cm)
2.5（1.25）
上半 4 170
(上半の
Ｔ
3.8 10
―
―
B
B 2.5
3.0
みSFSC)
拡
千鳥配置
下半 4 170
Ｂ
幅
上半 6 290
(上半の
Ｍ
―
1.5
2.0
2.9 15
―
ＣⅠ ＣⅠ 2.0
みSFSC)
掘
下半 4 170
導
削
上半
6
290
坑
1.2
1.5
1.8
15 HH-154 HH-154
ＣⅡ ＣⅡ 1.5
工
下半 4 170
先
法
上半
6
290
1.2
1.4
20 HH-154 HH-154
進
ＤⅠ ＤⅠ 1.2
1.2
下半 6 170
上半 4 170
(上半の
B
B 2.0
2.0
―
―
2.0
3.8 10
みSFSC)
上
下半 4 170
半
上半 6 290
ＣⅠ ＣⅠ 1.5
2.0
1.5
15 HH-154 ―
2.9
先
下半 4 170
進
上半 6 290
ＣⅡ ＣⅡ 1.2
15 HH-154 HH-154
1.2
1.8
1.6
工
下半 4 170
法
1.0
1.4
20 HH-154 HH-154
ＤⅠ ＤⅠ 1.0 上半 6 290
1.5
下半 6 170
ロックボルトの充てん材は早強モルタルを採用する
ロックボルトの 290kN は､計測結果により 170kN にすることができる
吹付けコンクリートの一軸圧縮強度：10N/mm2(材齢 1 日) 36N/mm2(材齢 28 日)
HH-154(高規格鋼アーチ支保工)：SS540 の仕様を基に引張強さ 590N/mm2 以上にし､
破断破断伸び率 17％以上
る点は､｢大断面｣かつ｢扁平｣であることから､更なる安全面での注意が必要であるとともに､施工実績数が圧
倒的に少ないという点である｡そのため､２車線トンネルでの検討時のように､実績データを分析することに
第二東名･名神トンネル標準支保パターン
マルチパターン
支保軽減
〒194-8508 東京都町田市忠生 1-4-1 TEL:042-791-1621 (FAX2380)
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試験施工
VI-020
土木学会第58回年次学術講演会（平成15年9月）
よりマルチ化の案を提示する手法は､現実的では
ない｡しかし､①｢手探りではなく､２車線トンネ
TBM拡幅
170KN
Ｂﾛｯｸﾎﾞﾙﾄ
ルでの検討過程や結果を参考とする｣､また､前述
吹付け
上半先進
Ｂ
Ｈ鋼
上半先進
CⅠ
290KN
ﾛｯｸﾎﾞﾙﾄ
のように②｢新技術の導入による新しい規格の支
TBM拡幅
CⅠ
保材料を採用したことから､現地での従来規格の
ものとの併用は､段取り替えの観点でなるべく避
ける｣ことを基本とすると､第二東名･名神トンネ
ルの支保の増減は､ある程度その幅が限られるこ
TBM拡幅
CⅡ
上半先進
CⅡ
TBM拡幅
ＤⅠ
上半先進
ＤⅠ
ととなり､表-2 に示すとおりとなる｡なお､ここで
は､標準支保が余裕のある設計となるケースを改
善するという目的から､支保の増強ではなく､軽
減ということに限定している｡
４．支保軽減案と試験施工
図-2
表-2 に示す選択肢を表-1 の標準支保パターンに当て
はめて設定した支保の軽減案を表-3 に示す｡表-3 の軽減
案については､ＦＥＭ等の数値解析手法により､支保の
軽減化の可能性について､標準支保パターンも含め確認
するとともに､概算の節減額も算出し､支保の軽減化に
表-2
標準支保パターン図
第二東名･名神トンネルの支保の軽減方法
支保の軽減化の案
軽減化しない項目
吹付けコンクリート・厚さの減(5cmずつ)
・設計圧縮強度の減
・周方向ピッチを広げる・引抜き耐力の減(一部採用)
ロックボルト
・短尺のものを採用する・打設範囲を狭める
・従来規格鋼の採用
鋼アーチ支保工
・下半のものを削除する
・SFSCへの変更
一掘進長
・延進
よる影響を整理してから現地試験施工を実施した｡
試験施工では､原則としてそれぞれ 30m 以
上の標準支保区間と軽減支保区間とを設け
た｡また､現地状況を考慮しながら､両区間の
間に 20∼30m の距離を設けた｡そして､両区
間内のそれぞれ中央付近を計測工Ｂの実施
断面とし､ＴＢＭ導坑がある場合には､先行
変位量を把握する目的から､拡幅掘削前から
のＴＢＭ導坑内の計測工Ａも実施した｡
５．試験施工の実施状況と今後の計画
試験施工区間は､その目的上､同程度の性
表-3
掘削工法､標準支保パターン別の支保の軽減案
鋼アーチ
ﾛｯｸﾎﾞﾙﾄ
吹付け
一掘進長
支保工
[周方向ﾋﾟｯﾁ]
コンクリート
15⇒10cm
1.5⇒2.0m
ＴＣ (ともに上半 2.0⇒2.2m
Ⅰ
∴ 2.9⇒3.2㎡/本
∴ 2.9⇒3.8㎡/本
Ｂ
のみSFSC)
ＭＣ
上下半 1.2⇒1.5m
拡 Ⅱ
⇒上半 ∴ 1.8⇒2.2㎡/本
幅Ｄ
1.2⇒1.5m
1.2⇒1.5m
20⇒15cm
∴ 1.4⇒1.8㎡/本
∴ 1.4⇒1.7㎡/本
Ⅰ
2.0⇒2.5m
Ｃ
∴ 2.9⇒3.5㎡/本
上 Ⅰ
2.0⇒2.2m
半
∴ 2.9⇒3.2㎡/本
先Ｃ
1.2⇒1.5m
上下半 1.6⇒2.0m
進 Ⅱ
∴ 1.8⇒2.4㎡/本 ⇒上半 ∴ 1.8⇒2.3㎡/本
Ｄ
1.0⇒1.2m
1.5⇒1.8m
20⇒15cm
Ⅰ
∴ 1.4⇒1.7㎡/本
∴ 1.4⇒1.8㎡/本
状を有する地山が連続して出現すると予想
表-4
される区間､また､土被りや力学特性等の条
件が同程度である区間が必要となる｡更に､
検証対象の地山等級の出現を待つ必要もあ
ることから､軽減案を数多く行うには限界も
あり､時間も掛かったところである｡
表-4 には､表-3 に示す軽減案の実施状況
を示す｡試験施工は､表中の着色部分に示す
岩石の地山で実施されており､一部は当初案
から少し変更した案を行っている｡
Ｔ
Ｂ
Ｍ
拡
幅
Ｃ
Ⅰ
Ｃ
Ⅱ
Ｄ
Ⅰ
Ｃ
上 Ⅰ
半
先Ｃ
進 Ⅱ
Ｄ
Ⅰ
ﾛｯｸﾎﾞﾙﾄ
[長さと耐力]
上半の長さ：6⇒4m
耐力：290⇒170KN
上半の長さ：6⇒4m
耐力：290⇒170KN
下半の長さ：6⇒4m
上半の長さ：6⇒4m
耐力：290⇒170KN
上半の長さ：6⇒4m
耐力：290⇒170KN
下半の長さ：6⇒4m
支保の軽減案の実施状況
吹付け
コンクリート
一掘進長
花崗岩
2.0⇒2.2m
∴ 2.9⇒3.2㎡/本
鋼アーチ
支保工
ﾛｯｸﾎﾞﾙﾄ
[周方向ﾋﾟｯﾁ]
ﾛｯｸﾎﾞﾙﾄ
[長さと耐力]
砂岩
砂岩、石灰岩、礫岩
砂岩
1.2⇒1.5m
上下半
∴ 1.8⇒2.2㎡/本
⇒なし
1.2⇒1.5m
花崗岩
花崗岩
∴ 1.4⇒1.7㎡/本
2.0⇒2.5m
∴ 2.9⇒3.5㎡/本
2.0⇒2.2m
∴ 2.9⇒3.2㎡/本
1.2⇒1.5m
上下半
泥岩
∴ 1.8⇒2.4㎡/本 ⇒上半
泥岩
1.0⇒1.2m
1.5⇒1.8m
20cm,25cm ∴ 1.4⇒1.7㎡/本
∴ 1.4⇒1.8㎡/本
砂岩･泥岩･礫岩
下半の長さ：6⇒4m
上半の長さ：6⇒4m
耐力：290⇒170KN
泥岩
下半の長さ：6⇒4m
現時点までの試験施工は､ほとんどの実施事例において､変位量､発生応力等､問題ない結果が得られている｡
また､検証初期に行われた軽減案の中には､後行施工の反対側チューブや他トンネルで､新しく標準支保とし
て採用されたものもある｡今後は､全ての試験施工結果のとりまとめと事後解析により､有効な支保パターン
をＪＨ設計要領に新しく標準支保パターンとして追加する予定であり､発表の際に紹介することとしたい｡
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