JP2009287261A - 地盤改良装置及び地盤改良工法 - Google Patents

Abstract

【課題】細粒砂質土に対してトンネルを掘削する際においても、切羽の自立を維持させる。
【解決手段】この地盤改良装置には、先端部に透水性のストレーナ部を有し地盤に埋設されるストレーナ管と、ストレーナ部を覆うようにストレーナ管の周囲に配置されたフィルター部と、ストレーナ管内に配置された排水ポンプにより、ストレーナ管内の地下水を地上まで排水するための排水管と、ストレーナ管内部と真空ポンプとを連通可能にするための真空ポンプ接続部と、ストレーナ管内部とコンプレッサーとを連通可能にするためのコンプレッサー接続部とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、地盤改良装置及び地盤改良工法に関する。

従来、切羽が湧水によって崩れるのを防止するため、事前に切羽よりも前方にある湧水面を把握して、トンネル側面から湧水面に向けて水抜きボーリングを施工する水抜き方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−１８６８４８号公報

しかしながら、上記の方法により水抜きがされたとしても、切羽を形成する地盤内には水が浸透しているので、切羽から僅かながら湧水が出る場合がある。特に地盤が細粒砂質土であると僅かな湧水であっても崩れてしまうおそれがあった。

本発明の課題は、細粒砂質土に対してトンネルを掘削する際においても、切羽の自立を維持させることである。

請求項１記載の発明に係る地盤改良装置は、
先端部に透水性のストレーナ部を有し地盤に埋設されるストレーナ管と、
前記ストレーナ部を覆うように前記ストレーナ管の周囲に配置されたフィルター部と、
前記ストレーナ管内に配置された排水ポンプにより、前記ストレーナ管内の地下水を地上まで排水するための排水管と、
前記ストレーナ管内部と真空ポンプとを連通可能にするための真空ポンプ接続部と、
前記ストレーナ管内部とコンプレッサーとを連通可能にするためのコンプレッサー接続部とを備え、
前記真空ポンプが前記真空ポンプ接続部に接続されて駆動すると、前記ストレーナ管内が排気されることになり、地下水は前記フィルター部を透過して前記ストレーナ部から前記ストレーナ管内に流入し、
前記コンプレッサーが前記コンプレッサー接続部に接続されて駆動すると、前記ストレーナ管内に圧縮空気が供給されることになり、前記ストレーナ部から前記フィルター部を介して地盤内に圧縮空気が注入されることを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の地盤改良装置において、
ストレーナ管内部と給水ポンプとを連通可能にするための給水ポンプ接続部を備え、
前記給水ポンプが前記給水ポンプ接続部に接続されて駆動すると、前記ストレーナ管内に水が供給されることになり、前記ストレーナ部から前記フィルター部を介して地盤内に水が注入されることを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の地盤改良装置において、
前記ストレーナ管に沿うように、当該ストレーナ管近傍に埋設される排気管と、
前記排気管に接続される排気ポンプとを備え、
前記排気管には、前記排気ポンプが駆動すると地盤中の空気を吸引する複数の吸気孔が、少なくとも前記ストレーナ部に対向する範囲に形成されていることを特徴としている。

請求項４記載の発明に係る地盤改良工法は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の地盤改良装置を用いた地盤改良工法であって、
トンネル計画位置の側方に、複数の前記地盤改良装置をトンネルの掘削方向に沿って所定間隔あけて配列し、前記ストレーナ管が略垂直方向に延在するように当該地盤改良装置を埋設する工程と、
切羽に対する前記掘削方向の先方側及び後方側の少なくとも一方で、前記切羽に最も近い前記地盤改良装置では前記コンプレッサー接続部に接続された前記コンプレッサーを駆動する工程と、
前記コンプレッサーが駆動された前記地盤改良装置以外の地盤改良装置では、前記真空ポンプ接続部に接続された前記真空ポンプを駆動する工程とを備えることを特徴としている。

請求項５記載の発明に係る地盤改良工法は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の地盤改良装置を用いた地盤改良工法であって、
前記ストレーナ管がトンネルの掘削方向に延在するように、切羽から第１の前記地盤改良装置を埋設する工程と、
前記ストレーナ部がトンネル計画位置の側方で、なおかつ前記第１の前記地盤改良装置の周囲に配置されるように、前記切羽若しくはトンネル側面から第２の前記地盤改良装置を埋設する工程と、
前記第１の前記地盤改良装置では、前記コンプレッサー接続部に接続された前記コンプレッサーを駆動する工程と、
前記第２の前記地盤改良装置では、前記真空ポンプ接続部に接続された前記真空ポンプを駆動する工程とを備えることを特徴としている。

請求項６記載の発明に係る地盤改良工法は、
先端部に透水性のストレーナ部を有し地盤に埋設されるストレーナ管と、前記ストレーナ部を覆うように前記ストレーナ管の周囲に配置されたフィルター部と、前記ストレーナ管内に配置された排水ポンプにより、前記ストレーナ管内の地下水を地上まで排水するための排水管と、前記ストレーナ管内部と真空ポンプとを連通可能にするための真空ポンプ接続部と、を有する地盤改良装置を、前記ストレーナ管が略垂直方向に延在するように切羽の先方に埋設する工程と、
前記真空ポンプ接続部に接続された前記真空ポンプを駆動させて、前記ストレーナ管内を排気させることで、前記フィルター部を介して前記ストレーナ部から前記ストレーナ管内に地下水を流入させる工程とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、切羽を形成する地盤を不飽和地盤とすることができ、当該地盤内に水が浸透することを抑制することができる。したがって、切羽からの湧水も低減され、細粒砂質土に対してトンネルを掘削する際においても、切羽の自立を維持することが可能となる。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る地盤改良装置の概略構成を示す説明図である。この図１に示すように地盤改良装置１には、地盤Ｇに埋設されるストレーナ管２と、ストレーナ管２の周囲に配置されたフィルター部３と、ストレーナ管２の上部に連結される基台４とが設けられている。

ストレーナ管２は、例えば鋼管等の非透水性のものからなり、その先端部（図１における下端部）には外周に複数の穴２１をあけて水が通るようにしたストレーナ部２２が設けられている。ストレーナ管２の内部には、当該ストレーナ管２内に流入した地下水を排水するための排水管５と、排水管５の先端部に取り付けられ、複数の穴２１よりも上方に配置される排水ポンプ６とが設けられている。排水ポンプ６が駆動することにより、ストレーナ管２内の地下水は排水管５を介して排水されることになる。

排水管５は、ストレーナ管２の長さ方向に延在していて、その上部に逆止弁（図示省略）が設けられている。逆止弁は、排水管５内の地下水が基端側（図１における上方）に向かう方向に流れるときに開き、先端側（図１における下方）に逆流するときに閉じるようになっている。

フィルター部３は、ストレーナ部２２の穴２１を覆うようにストレーナ管２の周囲に埋設されており、透水性を有する。フィルター部３としては砂利や巻線等を用いることができる。周囲の地盤Ｇからフィルター部３内に浸透した地下水は、ストレーナ部２２の穴２１を介してストレーナ管２内に流入することになる。

基台４は、ストレーナ管２と同径の非透水性の管状部材である。基台４の先端部にはストレーナ管２が連結されている。他方、基台４の基端部（図１における上端部）には、蓋板４１が取り付けられていて、この蓋板４１により遮蔽されている。蓋板４１には、ストレーナ管２内部と真空ポンプ７とを連通可能にするための真空ポンプ接続部４２と、外部の受水槽８と排水管５とを連通可能にするための受水槽接続部４３とが設けられている。また、基台４の周面には、ストレーナ管２内部とコンプレッサー９とを連通可能にするためのコンプレッサー接続部４４が設けられている。これら各接続部４２，４３，４４には、それぞれ開閉状態を切り替えるコック４２ａ，４３ａ，４４ａが設けられている。

真空ポンプ７には、吸引物を気体と水とに分離するための気液分離装置１０が連結されている。気液分離装置１０には受水槽８と活性炭吸着装置１１とが連通されている。そして、気液分離装置１０により分離された水は受水槽８に送られ、気体は活性炭吸着装置１１を通過して大気に放出されるようになっている。

次に、本実施形態の地盤改良装置の作用について説明する。
まず、作業者は、真空ポンプ７と真空ポンプ接続部４２とを配管１５ａを介して接続する。同様に、受水槽８と受水槽接続部４３とを配管１５ｂを介して接続し、コンプレッサー９とコンプレッサー接続部４４とを配管１５ｃを介して接続する。

その後、作業者は、真空ポンプ接続部４２のコック４２ａと、受水槽接続部４３のコック４３ａとを開状態、コンプレッサー接続部４４のコック４４ａを閉状態にしてから、真空ポンプ７及び排水ポンプ６を駆動する。

ここで、図１においては、ストレーナ管２の右半分部分では、真空ポンプ７及び排水ポンプ６の駆動時（吸引時）における地下水及び空気の動きを示し、左半分部分では、コンプレッサー９の駆動時（圧送時）における空気の動きを示している。

真空ポンプ７の駆動によって、ストレーナ管２内が減圧されて排気されると、地盤Ｇ内の地下水はフィルター部３を透過してストレーナ部２２の穴２１からストレーナ管２内に流入することになる（矢印Ｗ１参照）。ストレーナ管２に流入した地下水は排水ポンプ６により排水管５から受水槽８まで排水される（矢印Ｗ２参照）。

さらに、真空ポンプ７の駆動を継続すると、ストレーナ管２の周囲の地盤Ｇから土壌ガスも吸引されて（矢印Ａ１参照）、当該地盤Ｇ内に負圧が伝播することになる。地盤Ｇ内が大気圧よりも負圧になると、水の沸点も下がるために地盤Ｇ内の地下水は水蒸気となってストレーナ管２内に吸引される。これにより、ストレーナ管２周囲の地盤Ｇでは擬似的な真空状態が発生する。

真空ポンプ７により吸引された水蒸気及び土壌ガスは、ストレーナ管２を通過して、気液分離装置１０に送られる（矢印Ａ２参照）。気液分離装置１０では、水蒸気及び土壌ガスが水と気体に分離され、水は受水槽８に送られ、気体は活性炭吸着装置１１に送られる。活性炭吸着装置１１では、気体が浄化されて大気に放出される。

その後、作業者は、真空ポンプ７及び排水ポンプ６の駆動を停止する。そして、作業者は、真空ポンプ接続部４２のコック４２ａと、受水槽接続部４３のコック４３ａとを閉状態、コンプレッサー接続部４４のコック４４ａを開状態にしてから、コンプレッサー９を駆動する。

コンプレッサー９が駆動すると、ストレーナ管２内に圧縮空気が供給されることになり（矢印Ａ３参照）、ストレーナ部２２の穴２１からフィルター部３を介して地盤Ｇ内に圧縮空気が注入されることになる（矢印Ａ４参照）。このとき、地盤Ｇ内は擬似的な真空状態であるために、圧縮空気はスムーズに地盤Ｇ内に浸透する。これにより、ストレーナ管２の周囲の地盤Ｇを、均一に不飽和地盤とすることができる。

以上のように、第１の実施の形態に係る地盤改良装置１によれば、ストレーナ管２の周囲の地盤Ｇを均一に不飽和地盤にすることができる。ここで、不飽和地盤は、飽和地盤よりも透水係数が１／１０〜１／１００に小さくなると言われており、ストレーナ管２の周囲の地盤Ｇが不飽和地盤になるとそれだけ地下水の浸透を防止することが可能となる。つまり、本実施形態の地盤改良装置１で切羽近傍の地盤Ｇを不飽和地盤にすれば、切羽からの湧水を低減でき、細粒砂質土に対してトンネルを掘削する際においても切羽の自立を維持することが可能となる。

また、本実施形態の地盤改良装置１は、切羽の自立維持だけでなく地すべり対策にも有効である。具体的には、例えば、図２に示すように地すべりのおそれのある斜面に対して地盤改良装置１を埋設する。この際、ストレーナ部２２がすべり面Ｓの直上に配置されるように、ストレーナ管２を埋設することが好ましい。この位置で、真空ポンプ７、排水ポンプ６及びコンプレッサー９を上記したように駆動させて、ストレーナ管２の周囲の地盤を不飽和地盤にすると、すべり面Ｓ近傍も不飽和地盤Ｔになる。これにより、すべり面Ｓに地下水が浸透しにくくなって、すべり面Ｓに対する地下水の影響を低減でき、地すべりを抑制することが可能となる。

［第２の実施の形態］
この第２の実施の形態では、上記第１の実施の形態で例示した地盤改良装置１に対して、さらにストレーナ管２内部と給水ポンプとを連通可能にするための給水ポンプ接続部を設けた地盤改良装置について説明する。なお、以下の説明において、第１の実施の形態と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。

図３は、第２の実施の形態に係る地盤改良装置１Ａの概略構成を示す説明図である。この図３に示すように、ストレーナ管２における基台４の周面には、ストレーナ管２内部と給水ポンプ１２とを連通可能にするための給水ポンプ接続部４５が設けられている。この給水ポンプ接続部４５には、開閉状態を切り替えるコック４５ａが設けられている。コック４５ａが開状態で、給水ポンプ接続部４５に接続された給水ポンプ１２が駆動すると、ストレーナ管２内に水が供給されることになり、ストレーナ部２２の穴２１からフィルター部３を介して地盤Ｇ内に水が注入されることになる。

なお、受水槽８に貯まった排水は、地下水処理プラント１３により浄化され、清水槽１４に貯留される。清水槽１４中の清水は、給水ポンプ１２によってストレーナ管２内部に供給されることになる。つまり、排水は再利用されるようになっている。

次に、第２の実施の形態に係る地盤改良装置１Ａの作用について説明する。
まず、作業者は、真空ポンプ７と真空ポンプ接続部４２とを配管１５ａを介して接続する。同様に、受水槽８と受水槽接続部４３とを配管１５ｂを介して接続し、コンプレッサー９とコンプレッサー接続部４４とを配管１５ｃを介して接続し、給水ポンプ１２と給水ポンプ接続部４５とを配管１５ｄを介して接続する。

その後、作業者は、真空ポンプ接続部４２のコック４２ａと、受水槽接続部４３のコック４３ａとを開状態、コンプレッサー接続部４４のコック４４ａと、給水ポンプ接続部４５のコック４５ａとを閉状態にしてから、真空ポンプ７及び排水ポンプ６を駆動する。

ここで、図３においては、ストレーナ管２の右半分部分では、真空ポンプ７及び排水ポンプ６の駆動時における地下水及び空気の動きを示し、左半分部分では、コンプレッサー９及び給水ポンプ１２の駆動時における水及び空気の動きを示している。

真空ポンプ７の駆動によって、ストレーナ管２内が減圧されて排気されると、地盤Ｇ内の地下水はフィルター部３を透過してストレーナ部２２の穴２１からストレーナ管２内に流入することになる（矢印Ｗ３参照）。ストレーナ管２に流入した地下水は排水ポンプ６により排水管５から受水槽８まで排水される。受水槽８に達した地下水は、地下水処理プラント１３によって浄化され、清水槽１４に貯留される（矢印Ｗ４参照）。

さらに、真空ポンプ７の駆動を継続すると、ストレーナ管２の周囲の地盤Ｇから土壌ガスも吸引されて（矢印Ａ５参照）、当該地盤Ｇ内に負圧が伝播することになる。地盤Ｇ内が大気圧よりも負圧になると、水の沸点も下がるために地盤Ｇ内の地下水は水蒸気となってストレーナ管２内に吸引される。これにより、ストレーナ管２周囲の地盤Ｇでは擬似的な真空状態が発生する。

真空ポンプ７により吸引された水蒸気及び土壌ガスは、ストレーナ管２を通過して、気液分離装置１０に送られる（矢印Ａ６参照）。気液分離装置１０では、水蒸気及び土壌ガスが水と気体に分離され、水は受水槽８に送られ、気体は活性炭吸着装置１１に送られる。活性炭吸着装置１１では、気体が浄化されて大気に放出される。

その後、作業者は、真空ポンプ７及び排水ポンプ６の駆動を停止する。そして、作業者は、真空ポンプ接続部４２のコック４２ａと、受水槽接続部４３のコック４３ａとを閉状態、コンプレッサー接続部４４のコック４４ａと、給水ポンプ接続部４５のコック４５ａとを開状態にしてから、コンプレッサー９及び給水ポンプ１２を駆動する。

コンプレッサー９が駆動すると、ストレーナ管２内に圧縮空気が供給されることになり（矢印Ａ７）、ストレーナ部２２の穴２１からフィルター部３を介して地盤Ｇ内に圧縮空気が注入されることになる（矢印Ａ８参照）。
一方、給水ポンプ１２が駆動すると、清水槽１４からストレーナ管２内に清水が供給されることになり（矢印Ｗ５）、ストレーナ部２２の穴２１からフィルター部３を介して地盤Ｇ内に清水が注入されることになる（矢印Ｗ６参照）。

このとき、地盤Ｇに対しては圧縮空気と清水とが同時に供給されるために、それらの相乗効果によって、地盤Ｇに対しては大きな衝撃が加えられることになる。これにより、単に清水のみを供給した場合と比較しても、地盤Ｇ内に効果的にみず道を形成でき、清水の浸透度合いが高められることになる。

そして、上記した真空ポンプ７及び排水ポンプ６の駆動と、コンプレッサー９及び給水ポンプ１２の駆動とを繰り返すことで、地盤Ｇ内に浸透した清水を繰り返し回収し、地盤Ｇ内の汚染物質（例えば重金属等）を除去することができ、地盤Ｇの洗浄が可能となる。

以上のように、第２の実施の形態に係る地盤改良装置１Ａによれば、擬似的な真空状態となった地盤Ｇ内に、コンプレッサー９と給水ポンプ１２とによって圧縮空気と清水が供給されるので、地盤Ｇ内に効果的にみず道を形成でき、清水の浸透度合いを高めることができる。そして、地盤Ｇに対して、地下水及び土壌ガスの吸引と、圧縮空気及び清水の供給とを繰り返し行えば、広範囲にわたって地盤Ｇ内を洗浄することが可能となる。さらに、洗浄後においては地盤Ｇに対して高い締め固め効果が得られることがわかった。つまり、切羽近傍に地盤改良装置１Ａを埋設し、地下水及び土壌ガスの吸引と、圧縮空気及び清水の供給とを繰り返せば、切羽をより締め固めることができ、切羽の自立を長期にわたって維持することも可能になる。

［第３の実施の形態］
この第３の実施の形態では、上記第１の実施の形態で例示した地盤改良装置１に対して、さらにストレーナ管２に沿うように、当該ストレーナ管２近傍に埋設される排気管と、排気管に接続される排気ポンプとを設けた地盤改良装置について説明する。なお、以下の説明において、第１の実施の形態と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。

図４は、第３の実施の形態に係る地盤改良装置１Ｂの概略構成を示す説明図である。この図４に示すように、ストレーナ管２の近傍には、当該ストレーナ管２に沿うように排気管３５が埋設されている。排気管３５と、ストレーナ管２との地表面近辺には、コンクリートＣが流し込まれている。

また、排気管３５の上端部は地上に露出していて、当該上端部には排気ポンプ３６が接続されている。また、排気管３５には、排気ポンプ３６が駆動すると地盤Ｇ中の空気を吸引する複数の吸気孔３７が形成されている。複数の吸気孔３７は、ストレーナ部２２から、フィルター部３の上端部を除いた位置に対向する範囲に形成されている。

ここで、排気管３５及び排気ポンプ３６を省略した地盤改良装置１Ｃと、上記の地盤改良装置１Ｂのそれぞれの地下水吸引時について説明する。図５は、地盤改良装置１Ｃと地盤改良装置１Ｂのそれぞれの地下水吸引時の状態を示す説明図であり、（ａ）は地盤改良装置１Ｃ、（ｂ）は地盤改良装置１Ｂを示している。

図５（ａ）に示すように、地盤改良装置１Ｃで真空ポンプ７及び排水ポンプ６を駆動すると、ストレーナ管２内が減圧されて、地盤Ｇ内の地下水はフィルター部３を透過してストレーナ部２２の穴２１からストレーナ管２内に流入する。これにより、ストレーナ管２の周囲の地下水位Ｌ１は、穴２１に向かってなだらかに傾斜することになる。そして、穴２１の一部が地下水位Ｌ１の上方に位置することにもなるため、地盤Ｇ内の気体（土壌ガスや空気）もストレーナ部２２の穴２１からストレーナ管内に流入する。ストレーナ管２内には地下水だけでなく気体も混在することになるので、排水ポンプ６には地下水とともに気体も吸引されることになる。これが排水効率を低下させる要因になっていた。

一方、図５（ｂ）に示すように、地盤改良装置１Ｂでは、真空ポンプ７及び排水ポンプ６とともに排気ポンプ３６も駆動している。排気ポンプ３６が駆動していると、排気管３５の吸気孔３７からストレーナ管２周囲の気体が排出されるので、その近傍は負圧となる。負圧であると、地下水位Ｌ２は、ストレーナ管２の周囲で上昇し、ストレーナ部２２の穴２１が地下水位Ｌ２の下方に位置することになる。これにより、ストレーナ管２内には地下水だけが流入するので、排水ポンプ６は地下水のみを吸引することになり、排水効率が高められる。

また、図５（ｂ）においては、排気管３５と、ストレーナ管２との地表面近辺が、コンクリートＣにより封止されているので、真空ポンプ７の駆動によってストレーナ管２及び排気管３５の地表面付近から大気が地盤Ｇ中に流入することが防止される。これにより、地盤Ｇ中におけるストレーナ管２の周囲をより負圧状態に維持することが可能となる。

以上のように、第３の実施の形態に係る地盤改良装置１Ｂによれば、ストレーナ部２２の穴２１からストレーナ管２内に気体が流入することを防止しているので、排水ポンプ６が地下水のみを吸引することになり、排水効率を高めることができる。

［第４の実施の形態］
第１〜第３の実施の形態では地盤改良装置について説明したが、この第４の実施の形態からは、上記の地盤改良装置を用いた地盤改良工法について説明する。なお、本実施形態に係る地盤改良工法においては、上記の地盤改良装置１，１Ａ，１Ｂのうち、どれでも適用可能であるが、以下の説明では地盤改良装置１を用いた場合を例示して説明する。

図６，７は、第４の実施の形態に係る地盤改良工法を説明するための説明図であり、図６は平面図、図７は断面図である。

まず、作業者は、図６，７に示す通り、トンネル計画位置Ｐ上方の地表面から、ストレーナ管２が略垂直方向に延在するように複数の地盤改良装置１を埋設する。このとき、トンネル計画位置Ｐの側方でトンネルの掘削方向Ｈに沿って所定間隔あけて配列するように、複数の地盤改良装置１を埋設する。なお、ストレーナ部２２がトンネル計画位置Ｐの下方に位置するように地盤改良装置１を埋設することが好ましい。

また、図６に示すように本実施形態では、複数の地盤改良装置１が掘削方向Ｈに沿って千鳥状になるように配列される場合を例示しているが、これは各地盤改良装置１による地下水及び土壌ガスの吸引や、圧縮空気の供給を、切羽に対して極力均一に作用させるためのものである。地盤形状やトンネル形状によって、千鳥状に配列するのが困難な場合は、千鳥状でなくとも地盤改良装置１が掘削方向Ｈに沿って配列されていればよい。

さらに、作業者は、掘削方向Ｈにおける各地盤改良装置１の間に、地盤Ｇ内の絶対圧力を計測するための絶対圧力計３０を埋設する。これにより、絶対圧力計３０もトンネル計画位置Ｐの側方に配置されることになる。絶対圧力計３０は、コンプレッサー９を制御する制御部４０に接続されている。制御部４０は、絶対圧力計３０の計測結果を基にコンプレッサー９を制御するようになっている。

なお、以下の説明において、便宜上、各地盤改良装置１の符号の末尾に、図６，７の掘削方向Ｈの上流側から順に、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを付す。

ここで、例えば切羽Ｋが図６，７における位置にある場合、作業者は、切羽Ｋに対する掘削方向Ｈの先方側及び後方側で、切羽Ｋに最も近い地盤改良装置１ｂ，１ｃのコンプレッサー接続部４４に対してコンプレッサー９を接続する。そして、作業者は、地盤改良装置１ｂ，１ｃにおけるコンプレッサー接続部４４のコック４４ａを開状態とし、真空ポンプ接続部４２のコック４２ａと受水槽接続部４３のコック４３ａを閉状態とする。

一方、コンプレッサー９が接続された地盤改良装置１ｂ，１ｃ以外の地盤改良装置１ａ，１ｄ，１ｅに対しては、作業者は真空ポンプ接続部４２に真空ポンプ７を、受水槽接続部４３に受水槽８を接続する。そして、作業者は、地盤改良装置１ａ，１ｄ，１ｅにおけるコンプレッサー接続部４４のコック４４ａを閉状態とし、真空ポンプ接続部４２のコック４２ａと受水槽接続部４３のコック４３ａを開状態とする。

そして、作業者は地盤改良装置１ａ，１ｄ，１ｅに接続された真空ポンプ７及び排水ポンプ６を駆動させる。これにより、各地盤改良装置１ａ，１ｄ，１ｅでは地下水が吸引されるとともに地盤Ｇ内の気体が吸引され、地盤Ｇ内が負圧となる。この負圧は切羽Ｋの近傍まで伝播することになり、切羽Ｋをなす地盤Ｇは擬似的な真空状態となる。

一方、作業者は地盤改良装置１ｂ，１ｃに接続されたコンプレッサー９も駆動させる。これにより、擬似的な真空状態となっている切羽Ｋ周辺の地盤Ｇ内に圧縮空気が供給され、当該地盤Ｇが不飽和地盤となる。また、このとき、制御部４０は、絶対圧力計３０の計測結果が大気圧よりも高い圧力を示すまでコンプレッサー９を駆動させる。

コンプレッサー９、真空ポンプ７及び排水ポンプ６の駆動が所定時間経過すると、作業者はコンプレッサー９、真空ポンプ７及び排水ポンプ６を停止させる。ここで、制御部４０は常に絶対圧力計３０の計測結果を監視しており、当該計測結果が大気圧よりも低い圧力になると、再度絶対圧力計３０の計測結果が大気圧よりも高い圧力を示すまでコンプレッサー９を駆動させる。

以上のように、第４の実施の形態に係る地盤改良工法によれば、切羽Ｋをなす地盤Ｇを不飽和地盤とすることができるので、切羽Ｋからの湧水を低減でき、細粒砂質土に対してトンネルを掘削する際においても切羽の自立を維持することが可能となる。

［第５の実施の形態］
第４の実施の形態では、トンネル計画位置Ｐ上方の地表面から地盤改良装置１を埋設して湧水対策を施す地盤改良工法について説明したが、この第５の実施の形態では、トンネル内から地盤改良装置１を埋設して湧水対策を施す地盤改良工法について説明する。なお、本実施形態に係る地盤改良工法においては、上記の地盤改良装置１，１Ａ，１Ｂのうち、どれでも適用可能であるが、以下の説明では地盤改良装置１を用いた場合を例示して説明する。

図８，９は、第５の実施の形態に係る地盤改良工法を説明するための説明図であり、図８は平面図、図９は断面図である。

まず、作業者は、図８，９に示す通り、切羽Ｋから、ストレーナ管２が掘削方向Ｈに沿うように、２つの地盤改良装置１を埋設する。以下の説明においてはこれら２つの地盤改良装置１を第１の地盤改良装置１ｆと称す。２つの第１の地盤改良装置１ｆは、水平方向及び垂直方向にそれぞれ所定間隔あけて配置されている。

その後、さらに作業者は、切羽Ｋ若しくはトンネル側面Ｋ１から、ストレーナ部２２がトンネル計画位置Ｐの側方で、なおかつ第１の地盤改良装置１ｆの周囲に配置されるように、２つの地盤改良装置１を埋設する。以下の説明においてはこれら２つの地盤改良装置１を第２の地盤改良装置１ｇと称す。第２の地盤改良装置１ｇは、その基端部が第１の地盤改良装置１ｇよりも外側に配置されるとともに、その先端部（ストレーナ部２２）が水平方向及び垂直方向のそれぞれでトンネル計画位置Ｐの外側に配置されるように、掘削方向Ｈに対して斜めに配置されている。

そして、作業者は、第１の地盤改良装置１ｆのコンプレッサー接続部４４に対してコンプレッサー９を接続する。そして、作業者は、第１の地盤改良装置１ｆにおけるコンプレッサー接続部４４のコック４４ａを開状態とし、真空ポンプ接続部４２のコック４２ａと受水槽接続部４３のコック４３ａを閉状態とする。

一方、第２の地盤改良装置１ｇに対しては、作業者は真空ポンプ接続部４２に真空ポンプ７を、受水槽接続部４３に受水槽８を接続する。そして、作業者は、第２の地盤改良装置１ｇにおけるコンプレッサー接続部４４のコック４４ａを閉状態とし、真空ポンプ接続部４２のコック４２ａと受水槽接続部４３のコック４３ａを開状態とする。

そして、作業者は第２の地盤改良装置１ｇに接続された真空ポンプ７及び排水ポンプ６を駆動させる。これにより、第２の地盤改良装置１ｇでは地下水が吸引されるとともに地盤Ｇ内の気体が吸引され、地盤Ｇ内が負圧となる。この負圧は切羽Ｋの近傍まで伝播することになり、切羽Ｋをなす地盤Ｇは擬似的な真空状態となる。

一方、作業者は第１の地盤改良装置１ｆに接続されたコンプレッサー９も駆動させる。これにより、擬似的な真空状態となっている切羽Ｋ周辺の地盤Ｇ内に圧縮空気が供給され、当該地盤Ｇが不飽和地盤となる。

以上のように、第５の実施の形態に係る地盤改良工法によれば、切羽Ｋをなす地盤Ｇを不飽和地盤とすることができるので、切羽Ｋからの湧水を低減でき、細粒砂質土に対してトンネルを掘削する際においても切羽の自立を維持することが可能となる。

［第６の実施の形態］
第４，５の実施の形態では、複数の地盤改良装置１を用いて、切羽Ｋの自立維持対策を講じた場合を例示して説明したが、この第６の実施の形態では、１つの地盤改良装置１だけであっても、切羽Ｋの自立維持が可能な地盤改良工法について説明する。

図１０は、第６の実施の形態に係る地盤改良工法で用いられる地盤改良装置１００の概略構成を示す説明図である。図１０に示すように、地盤改良装置１００には、地盤Ｇに埋設されるストレーナ管１０２と、ストレーナ管１０２の周囲に配置されたフィルター部１０３と、ストレーナ管１０２の上部に連結される基台１０４とが設けられている。

ストレーナ管１０２は、例えば鋼管等の非透水性のものからなり、その先端部には外周に複数の穴１２１をあけて水が通るようにしたストレーナ部１２２が設けられている。ストレーナ管１０２の内部には、当該ストレーナ管１０２内に流入した地下水を排水するための排水管１０５と、排水管１０５の先端部に取り付けられ、複数の穴１２１よりも上方に配置される排水ポンプ１０６とが設けられている。排水ポンプ１０６が駆動することにより、ストレーナ管１０２内の地下水は排水管１０５を介して排水されることになる。

排水管１０５は、ストレーナ管１０２の長さ方向に延在していて、その上部に逆止弁（図示省略）が設けられている。逆止弁は、排水管１０５内の地下水が基端側（図１０における上方）に向かう方向に流れるときに開き、先端側（図１０における下方）に逆流するときに閉じるようになっている。

フィルター部１０３は、ストレーナ部１２２の穴１２１を覆うようにストレーナ管１０２の周囲に埋設されており、透水性を有する。フィルター部１０３としては砂利や巻線等を用いることができる。周囲の地盤Ｇからフィルター部１０３内に浸透した地下水は、ストレーナ部１２２の穴１２１を介してストレーナ管１０２内に流入することになる。

基台１０４は、ストレーナ管１０２と同径の非透水性の管状部材である。基台１０４の先端部（図１０における下端部）にはストレーナ管１０２が連結されている。他方、基台１０４の基端部（図１０における上端部）には、蓋板１４１が取り付けられていて、この蓋板１４１により遮蔽されている。蓋板１４１には、ストレーナ管１０２内部と真空ポンプ１０７とを連通可能にするための真空ポンプ接続部１４２と、外部の受水槽１０８と排水管１０５とを連通可能にするための受水槽接続部１４３とが設けられている。これら各接続部１４２，１４３には、それぞれ開閉状態を切り替えるコック１４２ａ，１４３ａが設けられている。

真空ポンプ１０７には、吸引物を気体と水とに分離するための気液分離装置１１０が連結されている。気液分離装置１１０には受水槽１０８と活性炭吸着装置１１１とが連通されている。そして、気液分離装置１１０により分離された水は受水槽１０８に送られ、気体は活性炭吸着装置１１１を通過して大気に放出されるようになっている。

次に、本実施形態に係る地盤改良工法について図１１を参照して説明する。図１１は、本実施形態に係る地盤改良工法を説明するための断面図である。

まず、作業者は、図１１に示す通り、切羽Ｋの先方におけるトンネル計画位置Ｐ上方の地表面から、ストレーナ管１０２が略垂直方向に延在するように地盤改良装置１００を埋設する。このとき、ストレーナ部１２２がトンネル計画位置Ｐの下方に位置するように地盤改良装置１００を埋設することが好ましい。

その後、作業者は、地盤改良装置１００の真空ポンプ接続部１４２に真空ポンプ１０７を、受水槽接続部１４３に受水槽１０８を、それぞれ配管１１５ａ，１１５ｂを介して接続する。そして、作業者は、地盤改良装置１００における真空ポンプ接続部１４２のコック１４２ａと受水槽接続部１４３のコック１４３ａを開状態とする。

そして、作業者は地盤改良装置１００に接続された真空ポンプ７及び排水ポンプ６を駆動させる。これにより、地盤改良装置１００では地下水が吸引されるとともに地盤Ｇ内の気体が吸引され、地盤Ｇ内が負圧となる。この負圧は切羽Ｋの近傍まで伝播する。ここで、トンネル内においては大気圧であるために、トンネル内の空気は、切羽Ｋやトンネル側面Ｋ１を介して地盤Ｇ内に浸透する。これにより、切羽Ｋ近傍の地盤Ｇが不飽和地盤となる。

以上のように、第６の実施の形態に係る地盤改良工法によれば、複数の地盤改良装置１００を用いなくとも、切羽Ｋをなす地盤Ｇを不飽和地盤とすることができるので、切羽Ｋからの湧水を低減でき、細粒砂質土に対してトンネルを掘削する際においても切羽Ｋの自立を維持することが可能となる。

また、第６実施の形態に係る地盤改良工法に、前述した第１〜第３の実施の形態に係る地盤改良装置１，１Ａ，１Ｂを適用することも可能である。この場合、地盤改良装置１，１Ａ，１Ｂにコンプレッサー９を接続せずに使用したり、接続されていたとしてもコンプレッサー９を停止させて使用すればよい。
なお、本発明は上記実施形態に限らず適宜変更可能であるのは勿論である。

第１の実施の形態に係る地盤改良装置１の概略構成を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る地盤改良装置１を地すべりのおそれのある斜面に適用した場合を示す断面図である。 第２の実施の形態に係る地盤改良装置１Ａの概略構成を示す説明図である。 第３の実施の形態に係る地盤改良装置１Ｂの概略構成を示す説明図である。 地盤改良装置１Ｃと地盤改良装置１Ｂのそれぞれの地下水吸引時の状態を示す説明図であり、（ａ）は地盤改良装置１Ｃの場合、（ｂ）は地盤改良装置１Ｂの場合を示している。 第４の実施の形態に係る地盤改良工法を説明するための平面図である。 第４の実施の形態に係る地盤改良工法を説明するための断面図である。 第５の実施の形態に係る地盤改良工法を説明するための平面図である。 第５の実施の形態に係る地盤改良工法を説明するための断面図である。 第６の実施の形態に係る地盤改良工法で用いられる地盤改良装置１００の概略構成を示す説明図である 第６の実施の形態に係る地盤改良工法を説明するための断面図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１００ 地盤改良装置
２ ストレーナ管
３ フィルター部
４ 基台
５ 排水管
６ 排水ポンプ
７ 真空ポンプ
８ 受水槽
９ コンプレッサー
１２ 給水ポンプ
２１ 穴
２２ ストレーナ部
３５ 排気管
３６ 排気ポンプ
４２ 真空ポンプ接続部
４３ 受水槽接続部
４４ コンプレッサー接続部
４５ 給水ポンプ接続部

Claims (6)

1. 先端部に透水性のストレーナ部を有し地盤に埋設されるストレーナ管と、
   前記ストレーナ部を覆うように前記ストレーナ管の周囲に配置されたフィルター部と、
   前記ストレーナ管内に配置された排水ポンプにより、前記ストレーナ管内の地下水を地上まで排水するための排水管と、
   前記ストレーナ管内部と真空ポンプとを連通可能にするための真空ポンプ接続部と、
   前記ストレーナ管内部とコンプレッサーとを連通可能にするためのコンプレッサー接続部とを備え、
   前記真空ポンプが前記真空ポンプ接続部に接続されて駆動すると、前記ストレーナ管内が排気されることになり、地下水は前記フィルター部を透過して前記ストレーナ部から前記ストレーナ管内に流入し、
   前記コンプレッサーが前記コンプレッサー接続部に接続されて駆動すると、前記ストレーナ管内に圧縮空気が供給されることになり、前記ストレーナ部から前記フィルター部を介して地盤内に圧縮空気が注入されることを特徴とする地盤改良装置。
2. 請求項１記載の地盤改良装置において、
   ストレーナ管内部と給水ポンプとを連通可能にするための給水ポンプ接続部を備え、
   前記給水ポンプが前記給水ポンプ接続部に接続されて駆動すると、前記ストレーナ管内に水が供給されることになり、前記ストレーナ部から前記フィルター部を介して地盤内に水が注入されることを特徴とする地盤改良装置。
3. 請求項１又は２記載の地盤改良装置において、
   前記ストレーナ管に沿うように、当該ストレーナ管近傍に埋設される排気管と、
   前記排気管に接続される排気ポンプとを備え、
   前記排気管には、前記排気ポンプが駆動すると地盤中の空気を吸引する複数の吸気孔が、少なくとも前記ストレーナ部に対向する範囲に形成されていることを特徴とする地盤改良装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の地盤改良装置を用いた地盤改良工法であって、
   トンネル計画位置の側方に、複数の前記地盤改良装置をトンネルの掘削方向に沿って所定間隔あけて配列し、前記ストレーナ管が略垂直方向に延在するように当該地盤改良装置を埋設する工程と、
   切羽に対する前記掘削方向の先方側及び後方側の少なくとも一方で、前記切羽に最も近い前記地盤改良装置では前記コンプレッサー接続部に接続された前記コンプレッサーを駆動する工程と、
   前記コンプレッサーが駆動された前記地盤改良装置以外の地盤改良装置では、前記真空ポンプ接続部に接続された前記真空ポンプを駆動する工程とを備えることを特徴とする地盤改良工法。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の地盤改良装置を用いた地盤改良工法であって、
   前記ストレーナ管がトンネルの掘削方向に延在するように、切羽から第１の前記地盤改良装置を埋設する工程と、
   前記ストレーナ部がトンネル計画位置の側方で、なおかつ前記第１の前記地盤改良装置の周囲に配置されるように、前記切羽若しくはトンネル側面から第２の前記地盤改良装置を埋設する工程と、
   前記第１の前記地盤改良装置では、前記コンプレッサー接続部に接続された前記コンプレッサーを駆動する工程と、
   前記第２の前記地盤改良装置では、前記真空ポンプ接続部に接続された前記真空ポンプを駆動する工程とを備えることを特徴とする地盤改良工法。
6. 先端部に透水性のストレーナ部を有し地盤に埋設されるストレーナ管と、前記ストレーナ部を覆うように前記ストレーナ管の周囲に配置されたフィルター部と、前記ストレーナ管内に配置された排水ポンプにより、前記ストレーナ管内の地下水を地上まで排水するための排水管と、前記ストレーナ管内部と真空ポンプとを連通可能にするための真空ポンプ接続部と、を有する地盤改良装置を、前記ストレーナ管が略垂直方向に延在するように切羽の先方に埋設する工程と、
   前記真空ポンプ接続部に接続された前記真空ポンプを駆動させて、前記ストレーナ管内を排気させることで、前記フィルター部を介して前記ストレーナ部から前記ストレーナ管内に地下水を流入させる工程とを備えることを特徴とする地盤改良工法。

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