建設後に変状を生じたトンネルにおける施工時の計測

51．建設後に変状を生じたトンネルにおける施工時の計測データに関する考察
Study on the measurement data during tunnel construction of the deformed tunnel after construction
○岡﨑健治・大日向昭彦・伊東佳彦（土木研究所寒地土木研究所），丹羽廣海・村山秀幸（フジタ技術センター）
Kenji Okazaki, Akihiko Obinata, Yoshihiko Ito，Hiroumi Niwa, Hideyuki Murayama
1．はじめに
端沈下量より大きい傾向にある．また，TD0～200 と
TD2,500～2,800 で 20～30mm を示すが，概ね 10mm 以
近年，トンネルの建設後に盤ぶくれや側壁の押出し
されて
下である．変状区間（変状前）の値は，区間②で 40mm
おり，車両通行への障害，補修対策コストの観点から
を超過する断面はあるが，その前後の値と比べて大き
大きな課題となっている．
な違いはみられない．切羽評価点は，変状区間の前後
等の時間遅れで生じる変状の発生事例が報告
１）
の値と比べで大きな違いはみられない５）．
本報告では，熱水変質を受けた安山岩質の地山から
なる北海道の国道トンネルにおいて，支保の完成後に
以上のことから，本トンネルの地質では，掘削変位
変状が生じた２つの区間を対象に，その施工時の計測
量と切羽評価点によって，施工時に時間依存性を有す
データである切羽観察記録，掘削変位量，先進ボーリ
る変状の発生を評価は難しく，新たに評価するための
ング調査２）および岩石の吸水膨張試験３）の結果をも
指標について検討が必要といえる．
次に，切羽での湧水量は，デイサイトと安山岩の境
とに時間依存性を有する変状との関係を分析した結果
界部周辺の TD1,800～2,300 において，1,500（L/min）
について述べる．
以上の湧水を示し，TD1,800 付近で低下した．また，
2．調査概要
同箇所周辺では，施工時の先進ボーリング調査におい
対象としたトンネルの主な地質は，自破砕部を含む
ても 1,500（L/min）以上の湧水が確認されている６）．
デイサイト，安山岩溶岩および火砕岩からなる．本ト
この箇所は変状区間②の近くである．また，デイサイ
ンネルでは，貫通直後に，貫通点近くの土被り厚の大
トと安山岩溶岩の境界付近である．湧水は，掘削に伴
きい２つの区間（（図－1 の黒枠）で盤ぶくれが発生し，
う地下水の低下によって減少したと考えられる．
縫返し掘削が行われた４）．
3．2
変状が発生した区間の地山は，ともに熱水変質作用
を受けた自破砕部を含むデイサイトであり，多量のス
変状区間の岩石の膨張と粘土鉱物
表－1 に岩石の吸水による最大膨張応力，測定日数，
メクタイトが確認されている．変状は，掘削に伴う周
膨張率およびスメクタイト含有量を示す．
辺のゆるみと粘土鉱物の膨張圧が複合的に作用したこ
試験の結果，岩石の状態に関わらず，膨張すること
とが原因と推測されている４）．
がわかる．岩石の状態別に最大膨張応力と最大膨張応
そこで本報告では，はじめに，トンネル施工時の切
力に至る日数を平均値で比べると，軟質と硬質では大
羽観察記録，掘削変位量，湧水量を整理し，変状が生
きな差はみられない．日当たりの応力を平均で比べる
じた区間における施工時の値を再度見直すことで，施
と，軟質で大きく，硬質で小さい．次に，一定応力に
工時に着目すべき点の抽出を試みた．
至るまでの日数は，硬質で大きく，軟質で小さいこと
がわかる．また，膨張率は，スメクタイト含有量の多
次に，変状が発生した区間で採取したハンマーで割
い軟質な岩石で高い傾向にある．
れる比較的硬質な岩石と，先進ボーリングの掘削から
1 週間後に劣化が進行してハンマーでボロボロに砕け
以上のことから，変状を生じる区間においては，比
る軟質となった岩石を試料採取し，吸水膨張試験によ
較的硬質な岩石であっても，時間の経過に応じて劣化
る吸水膨張率を求めた．ここで，岩石の一軸圧縮強度
や膨張が進行することを確認することができた．ただ
は，軟質で 1,000KN/㎡程度，硬質で 1,000～30,000KN/
し，スメクタイト含有量は，現状の膨張性判定の指標
㎡である．また，最大膨張応力および最大膨張応力に
に示される値６）である 20wt％を超えるが，非変状区
至るまでの測定日数の関係を分析し，時間依存性を有
間における岩石においても 20wt％を超える値を確認
する劣化や膨張現象のメカニズムを分析した．
していることから，素因としてのスメクタイト含有量
の他の誘因が関与することで，変状の発生に至ること
3．調査結果
3．1
が推測される．
施工時の計測データの分析
4．おわりに
図－1 にトンネルの地質断面図，掘削変位量，切羽
評価点および切羽で確認した湧水量を示す．
本調査の結果，時間遅れを有するトンネルの変状に
まず掘削変位量は，トンネル全体の内空変位量が天
関わる地山岩石の劣化や膨張の現象解明に向けた試験
101
貫通点
標⾼(m)
地質断⾯図
450
400
350
⾃破砕溶岩
⼀部堆積岩
300
250
200
掘削変位量(mm)
60
デイサイト
0
500
＋天端沈下量
40
安⼭岩
変状区間① ②
1,000
1,500
2,000
2,500
○内空変位量
20
0
80
0
500
1,000
1,500
2,000
2,500
TD(ｍ)
0
500
1,000
1,500
2,000
2,500
TD(ｍ)
0
500
1,000
1,500
2,000
2,500
TD(ｍ)
切⽻評価点
60
40
20
湧⽔量(l/min)
0
2500
2000
1500
1000
500
0
図－1
表－1
岩石の状態
軟質
膨張応力
（KN/㎡）
トンネルの地質断面図と施工時の計測データ
変状区間の岩石の試験結果
測定日数応力/日数
日数/応力
×100
膨張率
（％）
スメクタイト
含有量
（wt/％）
1
25
28
21
8
7
31
-
10.4
10.6
31
37
32
294
464
176
14
40
44
16
-
3
115
50
3
3
3
5
-
98
4
4
5
13
15
3
-
軟質（平均値）
150
26
20
17
10.5
33
硬質
205
239
259
531
4
5
194
12
6
3
-
26
135
30
70
3
3
30
5
5
3
-
8
2
9
8
1
2
6
2
1
1
-
13
56
12
13
75
60
15
42
83
100
-
6.4
18.3
3.6
0.6
23
31
16
13
146
31
4
47
7.2
21
硬質（平均値）
TD(ｍ)
時間の経過に応じて劣化や膨張が進行することを確認
することができ，先進ボーリングコアの観察時に留意
が必要であることがわかった．
本調査の実施にあたり，資料提供ならびに現地調査
にご協力いただいた国土交通省北海道開発局の関係各
位に，ここに記して深謝致します．なお，本調査研究
は，国土交通省建設技術研究開発助成制度における「変
状を伴う老朽化トンネルの地質評価・診断技術の開発」
の補助金で実施した．
文献
1）例えば，土木学会（2013）：山岳トンネルのインバ
ート，トンネルライブラリー第 25 号．
2）国土交通省北海道開発局（2014）：道路設計要領．
3）地盤工学会（JSG2121）：岩石の吸水膨張試験．
4）佐々木隆・宇治川徳夫・石黒聡（2013）：熱水変質
軟弱層による施工中の盤膨れを縫返し工で克服，ト
ンネルと地下，Vol.44，No.11，pp.7-15．
を行い，本トンネルのような地質では，掘削変位量と
5）伊東佳彦・岡﨑健治・大日向昭彦・村山秀幸・丹羽
切羽評価点によって，施工時に時間遅れを有する変状
廣海（2014）：先進ボーリングコア情報によるトン
の発生を評価は難しく，新たに評価するための指標に
ネルの時間遅れ変状機構に関する考察，（社）日本
ついての検討が必要であることがわかった．また，
応用地質学会平成 26 年度研究発表会（投稿中）．
変状を生じる区間では，比較的硬質な岩石であっても，
102
6）土木学会（2006）：トンネル標準示方書．

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