JP2009174178A - 地下構造物の構築方法 - Google Patents

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幸信 佐々木
豊 佐々木
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淳一 川端
博 柳沢
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憲二 神田
道裕 稲生
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Abstract

【課題】周辺環境に負荷を与えることなく地下に大空間を施工できる地下構造物の構築方法を提供すること。
【解決手段】横坑部湧水探査ボーリング7により横坑11の掘削予定位置の地山1の状況を確認した後、トンネル3の軸方向に所定の間隔13をおいて、トンネル3から地下構造物の構築予定位置9を包含する範囲まで横坑11を掘削する。次に、導坑部湧水探査ボーリング17により導坑19の掘削予定位置の地山1の状況を確認した後、隣接する横坑11の先端付近を繋ぐ導坑19を掘削する。そして、深礎部湧水探査ボーリング25により深礎杭25の構築予定位置の地山1の状況を確認した後、導坑19の軸方向に所定の間隔29をおいて鉛直方向に深礎杭27を構築する。さらに、トンネル3と導坑19との間を掘削して頂版コンクリート33を、トンネル3と深礎杭27との間を掘削して底版コンクリート37および側壁コンクリート41を打設する。
【選択図】図2

Description

本発明は、地下構造物の構築方法に関するものである。

従来、開削工法が適さない条件下で地下構造物を構築する際、地下構造物の構築予定位置の上部両端側に掘削したシールド孔から形成した杭または地中連続壁と、これらのシールド孔を1つの空間に連通させて構築した頂版とからなる門型架構を土留め構造物とし、構築予定位置の地盤を掘削して地下構造物を構築する方法があった(例えば、特許文献1参照)。

特許第3646698号公報

しかしながら、地下水対策を講じずにシールド孔を用いて地下に大空間を構築した場合、周辺環境に悪影響を与える場合があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、周辺環境に負荷を与えることなく地下に大空間を施工できる地下構造物の構築方法を提供することである。

前述した目的を達成するための本発明は、トンネル坑内から、前記トンネルの軸方向に所定の間隔をおいて、地下構造物の構築予定位置を包含する範囲まで横坑を掘削する工程(a)と、隣接する横坑の先端付近を繋ぐ導坑を掘削する工程(b)と、前記導坑内から、前記導坑の軸方向に所定の間隔をおいて鉛直方向に杭を構築する工程(c)と、前記トンネルと前記導坑との間を掘削して頂版を設ける工程(d)と、前記トンネルと前記杭との間を掘削して底版および側壁を設ける工程(e)と、を具備することを特徴とする地下構造物の構築方法である。

本発明では、工程(a)の前に、トンネル坑内から探査ボーリングを行い、横坑の掘削予定位置またはその近傍の地山の湧水探査や地質調査を行うことが望ましい。また、工程(b)の前に、横坑内から探査ボーリングを行い、導坑の掘削予定位置またはその近傍の地山の湧水探査や地質調査を行うことが望ましい。さらに、工程(c)の前に、導坑内から探査ボーリングを行い、杭の構築予定位置またはその近傍の地山の湧水探査や地質調査を行うことが望ましい。

工事着手前に設置した観測井戸の水位、または、工程(a)から工程(c)の前に行った探査ボーリングにおける湧水量が所定の閾値を超える場合には、横坑や導坑の掘削予定位置、杭の構築予定位置またはそれらの近傍の地山の地盤改良を行う。閾値は、例えば、工事計画時点であれば、公開されている付近の井戸の水位や地質縦断図他のデータから推算する。工事が始まれば、地下構造物構築工事前の準備工事で設置した観測井戸の地下水位、または、工程(a)から工程(c)の前に行った探査ボーリングにより順次入手したデータを用いて更新推算される。

工程(c)では、杭の間に梁状または板状の部材を用いて止水壁を設けてもよい。工程(d)では、例えば、トンネルと導坑との間を掘削し、支保工を設置して、固化材料を吹き付け、コンクリートを打設し、隙間部を流動化処理土またはエアーモルタル等の充填材で充填することにより、頂版を形成する。

工程(e)では、トンネルと杭と止水壁との間で切梁を設けつつ、トンネルと杭との間を鉛直に掘り下げることが望ましい。そして、工程(e)の後、切梁とトンネル本体のセグメントの所定の部分を撤去する。

本発明によれば、周辺環境に負荷を与えることなく地下に大空間を施工できる地下構造物の構築方法を提供できる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は、横坑部湧水探査ボーリング7を行った状態でのトンネル3周辺の垂直断面図、図2は、横坑11、導坑19、深礎杭27を形成した状態でのトンネル1の斜視図である。

図1に示すトンネル3は、本線シールドである。トンネル3の内部には、図示しない仮枕木、中柱、支保工などが設置される。本実施の形態では、図1に示すトンネル3を拡幅し、拡幅部分に地下構造物を構築する。

本実施の形態では、まず、工事着手前に観測井戸(図示せず)の設置を行い、取得した地下水の水位及び公開されている付近の井戸の水位や地質縦断図他のデータを用いて周辺環境への影響を推算する。データが不足している場合には、新たにボーリングを行い土質データを入手しても良い。そして、地下水対策が必要との推算結果出た場合には、図1に示す工程のように、トンネル3の内部5から止水薬液を注入し、地下構造物の構築予定位置9の上部の地盤改良2を行う。次に、図1、図2に示すように、トンネル3の内部5から横坑11の掘削予定位置に横坑部湧水探査ボーリング7を行い、湧水量(○○cc/分)を計測して地盤改良2による地山1の止水状況を確認する。

工事着手前に設置した観測井戸(図示せず)の水位、または、横坑部湧水探査ボーリング7を行って計測した湧水量が所定の閾値(管理基準)以内であれば、止水状況が良好であり、横坑11の掘削時に周辺環境に負荷を与えるような地下水の移動は生じないため、次の工程に進んでよいと判断する。観測井戸(図示せず)の水位または計測した湧水量が所定の閾値(管理基準)を超える場合には、地盤改良2による止水状況が良好でなく、横坑11の掘削が周辺環境に悪影響を与える可能性があるため、追加の地盤改良と水位または湧水量の計測とを、水位または湧水量が所定量以下となるまで繰り返す。そして、水位または湧水量が所定量以下となったことを確認して、次の工程に進んでよいと判断する。

なお、水位または湧水量の閾値(管理基準)は、周辺環境に負荷を与えない地下水の移動をシミュレーションし、横坑11の掘削が周辺環境に悪影響を与えないような値に設定する。閾値は、工事着手前に設置した観測井戸(図示せず)の地下水の水位、または、工事着手後に横坑部湧水探査ボーリング7により順次入手したデータを用いて更新推算される。追加の地盤改良は、トンネル3の内部5から非開削領域に向けて充填材を注入する方法、または、凍結による方法のいずれかを選択して行う。

図1に示す工程では、さらに、横坑部湧水探査ボーリング7のボーリング孔を利用して、S波トモグラフィなどにより、横坑11の掘削前に非開削部の地山1の地質情報を得る。

図3は、横坑11を掘削した状態でのトンネル3周辺の垂直断面図を示す。横坑11は、図2に示すように、トンネル3の軸方向(矢印Aに示す方向)に所定の間隔13をおいて掘削される。図1に示す工程で、工事着手前に設置した観測井戸(図示せず)の水位または横坑湧水探査ボーリング7による湧水量の計測の結果、次の工程に進んでよいと判断した場合、図3に示すように、トンネル3の内部5から、地下構造物の構築予定位置9を包含する範囲まで横坑11を掘削する。

図4は、導坑19を掘削し、地盤改良21を行った状態でのトンネル3周辺の垂直断面図を示す。図2に示すように、導坑19は隣接する横坑11の先端を繋ぐように掘削されるが、図4に示す工程では、まず、導坑19の掘削予定位置での地山1の止水状況を確認するため、横坑11の先端付近から隣接する他の横坑11の先端付近に向けて導坑部湧水探査ボーリング17を行い、湧水量(○○cc/分)を計測する。

工事着手前に設置した観測井戸(図示せず)の水位、または、導坑部湧水探査ボーリング17を行って計測した湧水量が所定の閾値(管理基準)以内であれば、止水状況が良好であるため、次の工程に進んでよいと判断する。観測井戸(図示せず)の水位または計測した湧水量が所定の閾値(管理基準)を超える場合には、止水状況が良好でないと考えられるため、追加の地盤改良と水位または湧水量の計測とを、水位または湧水量が所定量以下となるまで繰り返す。そして、水位または湧水量が所定量以下となったことを確認して、次の工程に進んでよいと判断する。

なお、水位または湧水量の閾値(管理基準)は、周辺環境に負荷を与えない地下水の移動をシミュレーションし、導坑19の掘削が周辺環境に悪影響を与えないような値に設定する。閾値は、工事着手前に設置した観測井戸(図示せず)の地下水の水位、または、工事着手後に導坑部湧水探査ボーリング17により順次入手したデータを用いて更新推算される。追加の地盤改良は、トンネル3の内部5から非開削領域に向けて充填材を注入する方法、または、凍結による方法のいずれかを選択して行う。

図4に示す工程では、導坑部湧水探査ボーリング17のボーリング孔を利用して、S波トモグラフィなどにより、導坑19の掘削前に非開削部の地山1の地質情報を得る。

観測井戸(図示せず)の水位または導坑部湧水探査ボーリング17による湧水量の計測の結果、次の工程に進んでよいと判断した場合、横坑11の先端内から、隣接する他の横坑11の先端に向け、導坑17を掘削する。

さらに、工事着手前に観測井戸(図示せず)の地下水の水位を用いて周辺環境への影響を推算した結果、地下水対策が必要とされていた場合には、トンネル3の内部5から止水薬液を注入し、地下構造物の構築予定位置9の下部の地盤改良21を行う。

図5は、深礎杭27を構築した状態でのトンネル3周辺の垂直断面図を示す。図2に示すように、深礎杭27は導坑19の軸方向(矢印Bに示す方向)に所定の間隔29をおいて構築されるが、図5に示す工程では、まず、深礎杭27の構築予定位置での地山1の止水状況を確認するため、導坑19の内部から鉛直方向に向けて深礎部湧水探査ボーリング25を行い、湧水量(○○cc/分)を計測する。

工事着手前に設置した観測井戸(図示せず)の水位、または、深礎部湧水探査ボーリング25を行って計測した湧水量が所定の閾値(管理基準)以内であれば、止水状況が良好であるため、次の工程に進んでよいと判断する。観測井戸(図示せず)の水位または計測した湧水量が所定の閾値(管理基準)を超える場合には、止水状況が良好でないと考えられるため、追加の地盤改良と水位または湧水量の計測とを、水位または湧水量が所定量以下となるまで繰り返す。そして、水位または湧水量が所定量以下となったことを確認して、次の工程に進んでよいと判断する。

なお、水位または湧水量の閾値(管理基準)は、周辺環境に負荷を与えない地下水の移動をシミュレーションし、深礎杭27の構築が周辺環境に悪影響を与えないような値に設定する。閾値は、工事着手前に設置した観測井戸(図示せず)の地下水の水位、または、工事着手後に深礎部湧水探査ボーリング25により順次入手したデータを用いて更新推算される。追加の地盤改良は、トンネル3の内部5から非開削領域に向けて充填材を注入する方法、または、凍結による方法のいずれかを選択して行う。

図5に示す工程では、深礎部湧水探査ボーリング25のボーリング孔を利用して、S波トモグラフィなどにより、深礎杭27の構築前に非開削部の地山1の地質情報を得る。

観測井戸(図示せず)の水位または深礎部湧水探査ボーリング25による湧水量の計測の結果、次の工程に進んでもよいと判断した場合、導坑内23から鉛直方向に地山1を掘削してコンクリートを充填し、深礎杭27を構築する。深礎杭27の間には、必要に応じて、図2に破線で示すような梁状の部材24または板状の部材26を用いて止水壁が設けられる。また、深礎杭27に凍結管(図示せず)を沿わせて施工し、トンネル3および導坑19から事前に凍結用凍結管を設置してもよい。

上述したように、深礎杭27は、導坑19の軸方向に所定の間隔29をおいて構築される。深礎杭27は、図6に示す工程で施工される頂版コンクリート33を支持する。

図5に示す工程では、深礎杭27の構築後、導坑19を左右に分割した2つの部分のうち、トンネル3と対向しない部分(図5では導坑19の右半部)にコンクリート30を充填する。

図6は、頂版コンクリート33を打設した状態でのトンネル3周辺の垂直断面図を示す。図6に示す工程では、まず、トンネル3と導坑19との間の掘削範囲28(図5)の地山1を掘削し、掘削した空間内に支保工(図示せず)を設置する。そして、空間の上面に固化材料の吹きつけ31を行った後、頂版コンクリート33を打設する。

次に、吹きつけ31と頂版コンクリート33との間に流動化処理土35を充填する。また、導坑内23の吹きつけ31と地山1との隙間にも流動化処理土35を充填する。なお、流動化処理土35の代わりにエアーモルタル等の他の充填材を充填してもよい。

図7は、底版コンクリート37を打設した状態でのトンネル3周辺の垂直断面図を示す。図7に示す工程では、トンネル3と深礎杭27との間の掘削範囲36(図6)の地山1を鉛直に掘削し、トンネル3と深礎杭27との間に切梁39を設置する。なお、図5に示す工程で止水壁を設けた場合には、切梁39は、トンネル3と深礎杭27と止水壁との間に設置される。

掘削範囲36(図6)を掘削する際には、まず、掘削範囲36a(図6)を掘削し、掘削した空間内に切梁39aを設置する。次に、掘削範囲36b(図6)を掘削し、掘削した空間内に切梁39bを設置する。その後、掘削範囲36cを掘削する。図7に示す工程では、掘削範囲36(図6)の掘削後、底版コンクリート37を打設する

図8は、側壁コンクリート41を打設し、トンネル3の所定のセグメントを撤去した状態でのトンネル3周辺の垂直断面図を示す。図8に示す工程では、深礎杭27のトンネル3側に側壁コンクリート41を打設し、地下構造物45の躯体部分を完成する。そして、切梁39と、トンネル3の内部5に設置した支保工等(図示せず)とを撤去する。また、トンネル3の所定の範囲43のセグメントも撤去する。

このように、本実施の形態では、横坑11の掘削、導坑19の掘削、深礎杭27の構築の前に、それぞれ、横坑部湧水探査ボーリング7、導坑部湧水探査ボーリング17、深礎部湧水探査ボーリング25を行う。ボーリングを行って、地山1の止水状況を確認し、地質情報を得ることにより、周辺環境に負荷を与えることなく地下に大空間を施工できる。

なお、本実施の形態では、横坑11の掘削予定位置の地山1に横坑部湧水探査ボーリング7を行ったが、横坑部湧水探査ボーリングの実施位置はこれに限らない。横坑部湧水探査ボーリングは、横坑11の掘削予定位置近傍の地山1で実施してもよい。図9は、横坑11の掘削予定位置近傍で横坑部湧水探査ボーリング7aを行った例を示す図である。

図9に示す例では、横坑11の掘削予定位置近傍の地山1に横坑部湧水探査ボーリング7aを行って地山の湧水量(○○cc/分)を計測し、地盤改良2による止水状況を確認する。また、横坑部湧水探査ボーリング7aのボーリング孔を利用して、S波トモグラフィなどにより、横坑11の掘削前に非開削部の地山1の地質情報を得る。そして、地山1の止水状況が良好であると判断した後、横坑11を掘削する。

同様に、導坑部湧水探査ボーリング17、深礎部湧水探査ボーリング25も、それぞれ、導坑17の掘削予定位置近傍の地山1、深礎杭27の構築予定位置近傍の地山1で実施してもよい。また、横坑部湧水探査ボーリング7、導坑部湧水探査ボーリング17、深礎部湧水探査ボーリング25は必ずしも全て行う必要はなく、例えば事前に地盤等が既知であれば、その一部または全てを省略することもでき、施工位置に応じて湧水探査ボーリングを行うこととすることもできる。

以上、添付図面を参照しながら本発明にかかる地下構造物の構築方法の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

横坑部湧水探査ボーリング7を行った状態でのトンネル3周辺の垂直断面図 横坑11、導坑19、深礎杭17を形成した状態でのトンネル1の斜視図 横坑11を掘削した状態でのトンネル3周辺の垂直断面図 導坑19を掘削し、地盤改良21を行った状態でのトンネル3周辺の垂直断面図 深礎杭27を構築した状態でのトンネル3周辺の垂直断面図 頂版コンクリート33を打設した状態でのトンネル3周辺の垂直断面図 底版コンクリート37を打設した状態でのトンネル3周辺の垂直断面図 側壁コンクリート41を打設し、トンネル3の所定のセグメントを撤去した状態でのトンネル3周辺の垂直断面図 横坑11の掘削予定位置近傍で横坑部湧水探査ボーリング7aを行った例を示す図

符号の説明

1………地山
2、21………地盤改良
3………トンネル
7、7a………横坑部湧水探査ボーリング
9………地下構造物の構築予定位置
11………横坑
17………導坑部湧水探査ボーリング
19………導坑
24………梁状の部材
25………深礎部湧水探査ボーリング
26………板状の部材
27………深礎杭
31………吹きつけ
33………頂版コンクリート
35………流動化処理土
37………底版コンクリート
41………側壁コンクリート

Claims (10)

  1. トンネル坑内から、前記トンネルの軸方向に所定の間隔をおいて、地下構造物の構築予定位置を包含する範囲まで横坑を掘削する工程(a)と、
    隣接する横坑の先端付近を繋ぐ導坑を掘削する工程(b)と、
    前記導坑内から、前記導坑の軸方向に所定の間隔をおいて鉛直方向に杭を構築する工程(c)と、
    前記トンネルと前記導坑との間を掘削して頂版を設ける工程(d)と、
    前記トンネルと前記杭との間を掘削して底版および側壁を設ける工程(e)と、
    を具備することを特徴とする地下構造物の構築方法。
  2. 前記工程(a)の前に、前記トンネル坑内から探査ボーリングを行い、前記横坑の掘削予定位置またはその近傍の地山の湧水探査や地質調査を行うことを特徴とする請求項1記載の地下構造物の構築方法。
  3. 前記工程(b)の前に、前記横坑内から探査ボーリングを行い、前記導坑の掘削予定位置またはその近傍の地山の湧水探査や地質調査を行うことを特徴とする請求項1または請求項2記載の地下構造物の構築方法。
  4. 前記工程(c)の前に、前記導坑内から探査ボーリングを行い、前記杭の構築予定位置またはその近傍の地山の湧水探査や地質調査を行うことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の地下構造物の構築方法。
  5. 工事着手前に設置した観測井戸の水位、または、前記探査ボーリングにおける湧水量が所定の閾値を超える場合には、前記地山の地盤改良を行うことを特徴とする請求項2から請求項4のいずれかに記載の地下構造物の構築方法。
  6. 前記閾値が、前記観測井戸の地下水位、または、前記探査ボーリングにより順次入手したデータを用いて推算されることを特徴とする請求項5記載の地下構造物の構築方法。
  7. 前記工程(c)で、前記杭の間に梁状または板状の部材を用いて止水壁を設けることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の地下構造物の構築方法。
  8. 前記工程(d)で、支保工を設置して、固化材料を吹き付け、コンクリートを打設し、隙間部を流動化処理土またはエアーモルタル等の充填材で充填することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載の地下構造物の構築方法。
  9. 前記工程(e)で、前記トンネルと前記杭と前記止水壁との間で切梁を設けつつ、前記トンネルと前記杭との間を鉛直に掘り下げることを特徴とする請求項7または請求項8記載の地下構造物の構築方法。
  10. 前記工程(e)の後、前記切梁と前記トンネル本体のセグメントの所定の部分を撤去することを特徴とする請求項9記載の地下構造物の構築方法。
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