JP2010001701A

JP2010001701A - 地下構造物の施工方法

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Publication number: JP2010001701A
Application number: JP2008163275A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hotta; 洋之堀田; Hideyuki Mano; 英之眞野; Masayuki Hasegawa; 正幸長谷川; Keiji Nakanishi; 啓二中西; Yutaka Katsura; 豊桂
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2010-01-07

Abstract

【課題】仮設設備を軽減させることができるとともに、様々な条件の場合に広く適用することができ、さらに、山留め壁の内側の空間自由度を向上させて施工性を向上させることができる地下構造物の施工方法を提供することを目的としている。
【解決手段】掘削領域の外縁に沿って山留め壁１を構築する工程と、山留め壁１の内側を掘削して山留め壁１の内面を露出させる工程と、地下構造物の外周部分の躯体１１ａを山留め壁１の内面に沿って構築する工程と、山留め壁１の内側を掘削して床付けを行う工程と、掘削された山留め壁１の内側に、外周部分の躯体１１ａと一体に地下構造物の残りの躯体を構築する工程と、を備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、地下構造物の施工方法に関する。

一般に、地下構造物を施工する際、掘削工程を行う前に掘削範囲の周りに山留め壁を構築し、その後、山留め壁の内側を段階的に掘削する。さらに、山留め壁の土圧による倒れ（水平方向の変位）を防ぐために腹起しや切梁、土留めアンカー等の仮設支保工を掘削段階毎に設置する。ところが、上記した一般的な地下構造物の施工方法では、大規模な仮設設備を設置することになるため、コストがかかるという問題がある。

そこで、従来、下記特許文献１から４に示されているような、既存の地下構造物の一部を支保工として利用する施工方法が提案されている。この施工方法は、既存地下構造物の外壁部を山留め壁として利用したり、或いは、既存地下構造物の周りに山留め壁を構築し、既存地下構造物の外周部分を、山留め壁を支持する支保工として利用したりする。この施工方法によれば、山留め壁や仮設支保工を省略することができ、コストダウンを図ることができる。

また、従来、下記特許文献５、６に示されているような、地下構造物の梁やスラブ等を順次スライドダウンさせて、山留め壁を支持する支保工として利用する施工方法が提案されている。この施工方法は、山留め壁の内側を一段分だけ掘削した後、その内側に地下構造物の１フロア分の躯体（梁やスラブ）を構築し、この躯体を、山留め壁を支持する支保工として利用する。そして、山留め壁の内側を掘削した後、上記した躯体をスライドダウンさせ、その上に１フロア分の躯体を再び構築し、この躯体及びスライドダウンさせた前記躯体によって山留め壁を支持する。このように、山留め壁の内側の掘削工程と、躯体のスライドダウン工程と、新たな１フロア分の躯体の構築工程と、を順次繰り返すことで、地下構造物を施工する。この施工方法によれば、仮設支保工を省略することができ、コストダウンを図ることができる。
特開平１１−５０４８０号公報特開２００１−２６２５９４号公報特開２００１−３０３５９９号公報特開２００４−２６３４６７号公報特開平５−２５５９４３号公報特開平１１−４３９６０号公報

しかしながら、上記した前者（特許文献１から４）の従来の地下構造物の施工方法では、既存地下構造物と新設地下構造物との位置関係等の条件が整った場合にだけ適用可能であり、既存地下構造物を山留め壁や支保工として利用できない場合があり得る。

また、上記した後者（特許文献５、６）の従来の地下構造物の施工方法では、支保工として利用する躯体をスライドダウンさせたりその躯体を介して山留め壁にプレロードを導入したりするためにジャッキ装置を設置しており、そして、そのジャッキ装置の反力を取るために、掘削領域の内側に構真柱を立設させておく必要がある。つまり、山留め壁の内側に、梁やスラブ等の躯体の他に構真柱も設置された状態となる。したがって、山留め壁の内側における空間自由度が低くなり、掘削残土の搬出や躯体構築の資機材の搬出入が行いにくく、施工性が悪いという問題がある。

本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、仮設設備を軽減させることができるとともに、様々な条件の場合に広く適用することができ、さらに、山留め壁の内側の空間自由度を向上させて施工性を向上させることができる地下構造物の施工方法を提供することを目的としている。

本発明に係る地下構造物の施工方法は、掘削領域の外縁に沿って山留め壁を構築する工程と、前記山留め壁の内側を掘削して前記山留め壁の内面を露出させる工程と、地下構造物の外周部分の躯体を前記山留め壁の内面に沿って構築する工程と、前記山留め壁の内側を掘削して床付けを行う工程と、掘削された前記山留め壁の内側に、前記外周部分の躯体と一体に前記地下構造物の残りの躯体を構築する工程と、を備えることを特徴としている。

このような特徴により、先行して構築された地下構造物の外周部分の躯体が支保工として機能し、この外周部分の躯体によって山留め壁が支持される。また、先行して構築された外周部分の躯体の内側は開放された状態となっているので、この外周部分の躯体の内側を通して、掘削残土の搬出や躯体構築の資機材の搬出入が行われる。

本発明に係る地下構造物の施工方法によれば、外周部分の躯体によって山留め壁が支持されるので、山留め壁を支持する支保工を省略することができ、仮設設備を軽減させることができる。
また、新設の地下構造物の外周部分の躯体を利用する施工方法であるので、その適用条件の制限が少なく、様々な条件の場合に広く適用することができる。
さらに、先行して構築された外周部分の躯体の内側は開放された状態となっているので、山留め壁の内側の空間自由度を向上させることができ、そして、その外周部分の躯体の内側を通して掘削残土の搬出や躯体構築の資機材の搬出入が行われるので、施工性を向上させることができる

以下、本発明に係る地下構造物の施工方法の実施の形態について、図面に基いて説明する。

［山留め工程］
まず、図１から図３に示すように、掘削領域Ｘの外縁に沿って山留め壁１を構築する山留め工程を行う。掘削領域Ｘは、後述する地下構造物１０（図１０に示す）を構築するために掘削する領域であり、地下構造物の外形に沿った形状の領域に限らず、内側に少なくとも地下構造物１０を配置させることが可能な大きさの領域である。なお、図２では、掘削領域Ｘが平面視矩形状を成しているが、掘削領域Ｘの形状は適宜変更可能であり、例えば平面視Ｌ字形状やその他の形状であってもよい。山留め壁１は、地下構造物１０の外側に配設される壁体であり、その内面が上記した掘削領域Ｘの外縁に接するように構築される。この山留め壁１の構築方法としては、例えば地中連続壁工法やソイルセメント柱列壁工法、親杭横矢板工法等の公知の山留め工法を採用することが可能である。

［１次掘削工程］
次に、図１、図４に示すように、山留め壁１の内側を掘削する一次掘削工程を行う。この工程では、山留め壁１の上部の内面を露出させるとともに、後述する１階梁スラブ１１の外周部１１ａ（図５に示す）が施工できる程度の深さまで掘削する。

［１階梁スラブ外周先行構築工程］
次に、図１、図５、図６に示すように、１階梁スラブ１１の外周部１１ａを山留め壁１の内面に沿って構築する１階梁スラブ外周先行構築工程を行う。上記した１階梁スラブ１１の外周部１１ａは、鉄筋コンクリート造の地下構造物１０の構造体であり、山留め壁１の内面に沿って平面視矩形枠（環状）に形成されている。詳しく説明すると、１階梁スラブ１１の外周部１１ａは、地下構造物１０の１階スラブ１２の外周部分１２ａと、地下構造物１０の外縁に沿って延設されて前記した１階スラブ１２の外周部分１２ａを支持する１階外周梁１３と、１階外周梁１３に直交する方向に延設されて前記した１階スラブ１２の外周部分１２ａを支持する１階内側梁１４の外端部１４ａと、から構成されている。１階梁スラブ１１の外周部１１ａを構築する方法としては、例えば、まず、山留め壁１の内面に沿って１階梁スラブ１１の外周部１１ａの図示せぬ梁スラブ型枠を建て込み、その梁スラブ型枠内に１階梁スラブ１１の外周部１１ａの図示せぬ鉄筋材を配筋し、その後、上記した梁スラブ型枠内にコンクリートを打設する。そして、そのコンクリートの固化後に上記した梁スラブ型枠を脱型し、１階梁スラブ１１の外周部１１ａを完成させる。これにより、先行して構築された１階梁スラブ１１の外周部１１ａが支保工として機能し、この外周部１１ａによって山留め壁１が支持される。

［n次以降掘削工程］
次に、図１、図７に示すように、山留め壁１の内側を掘削する２次以降の掘削工程を行う掘削工程を行う。この掘削工程では、山留め壁１の内側を段階的に掘削し、山留め壁１の内面を露出させていき、所定の深さまで掘削したところで床付けを行う。また、先行して構築された１階梁スラブ１１の外周部１１ａの内側は開放された状態となっているので、この外周部１１ａの内側を通して掘削残土の搬出が行われる。

［基礎構築工程］
次に、図１、図８に示すように、山留め壁１の内側の床付け面２上に基礎１５を構築する。基礎１５は、例えば耐圧盤などの鉄筋コンクリート造の構造体であり、床付け面２全体の上に形成される。具体的に説明すると、床付け面２上に鉄筋材を配筋した後、コンクリートを打設して基礎１５を形成する。このとき、基礎１５の鉄筋材等の資材は、先行して構築された１階梁スラブ１１の外周部１１ａの内側を通して山留め壁１内の床付け面２上に搬入する。

［地下躯体構築工程］
次に、図１、図９、図１０に示すように、山留め壁１の内側に地下階の躯体１２，１６〜１８を下階から順次構築していく。具体的に説明すると、まず、図９に示すように、上記した基礎１５の上に、Ｂ２階の柱壁１６とＢ１階の梁スラブ１７とを構築する工程を行う。次に、図１０に示すように、Ｂ１階の梁スラブ１７の上にＢ１階の柱壁１８と１階スラブ１２の残りの部分（内側部分１２ｂ）と１階内側梁１４の残りの部分（中央部分１４ｂ）とを、前記した１階梁スラブ１１の外周部１１ａと一体に構築する工程を行う。このとき、地下階の躯体１２，１６〜１８の鉄筋材や型枠等の資材、及びその施工に用いる機材は、先行して構築された１階梁スラブ１１の外周部１１ａの内側を通して山留め壁１内に搬入する。

上記した構成からなる地下構造物１０の施工方法によれば、先行して構築された１階梁スラブ１１の外周部１１ａによって山留め壁１が支持されるので、山留め壁１を支持する支保工を省略することができ、仮設設備を軽減させることができる。

また、既存の地下構造物の一部を利用するものではなく、新設の地下構造物１０の１階梁スラブ１１の外周部１１ａを利用する施工方法であるので、その適用条件の制限が少なく、様々な条件の場合に広く適用することができる。

さらに、先行して構築された１階梁スラブ１１の外周部１１ａの内側が開放された状態となっているので、山留め壁１の内側の空間自由度を向上させることができ、そして、その１階梁スラブ１１の外周部１１ａの内側を通して掘削残土の搬出や資機材の搬出入が行われるので、施工性を向上させることができる。

ここで、本発明の地下構造物の施工方法の効果を検証するための３次元有限要素法解析による検討結果について図１１から図１５に基いて説明する。
図１１は解析モデルの地盤の柱状図であり、図１２は解析モデルの平面図であり、図１３は解析モデルを表した立体図であり、図１４は後述する外周スラブ１１０の幅ｗが5ｍの場合の３次掘削終了後の地盤の状態を表した変形図であり、図１５は外周スラブ１１０の幅ｗと山留め壁１００の短辺中央及び長辺中央における壁頭変位との関係を表したグラフである。

今回の解析は、図１１に示す地盤に平面視矩形環状の山留め壁１００が設けられ、この山留め壁１００の内側を掘削した際の山留め壁１００の倒れ（水平変位）を計算したものである。山留め壁１００は、図１２、図１３に示すように、直径600ｍｍ、深さ22ｍのソイルセメント柱列壁の内側に、長さ16ｍのＨ形鋼（Ｈ500×200×10×16）からなる芯材を450ｍｍ間隔で埋設させた構成とする。また、山留め壁１００の内周面には、厚さが200ｍｍの１階スラブの外周部（外周スラブ１１０）が全周に亘って形成されている。また、掘削深さは、１次掘削で1ｍ、２次掘削で4ｍ、３次掘削（床付け）で10ｍとしている。

図１４、図１５に示すように、位置や掘削段階により傾向は異なるが、壁頭変位は、外周スラブ１１０の幅ｗ＝5ｍの場合には幅ｗ＝0ｍの場合の半分以下に抑えられており、外周スラブ１１０によって山留め壁１００の倒れ（水平変位）が低減されることが分かる。

以上、本発明に係る地下構造物の施工方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記した実施の形態では、１階梁スラブ１１の外周部１１ａだけを先行構築しているが、本発明は、地盤状況や掘削規模に応じて途中地下階の梁スラブの外周部についても順次先行構築してもよい。詳しく説明すると、図１６に示すように、１次掘削工程の後、１階梁スラブ１１の外周部１１ａを先行構築する１階梁スラブ外周先行構築工程を行い、その後、２次掘削工程を行う。この２次掘削工程では、１階梁スラブ１１の外周部１１ａの下方の山留め壁１の内面を露出させるとともに、Ｂ１階梁スラブ１７の外周部１７ａが施工できる程度の深さまで掘削する。その後、上述した１階梁スラブ１１の外周部１１ａと同様に、Ｂ１階梁スラブ１７の外周部１７ａを山留め壁１の内面に沿って構築するＢ１階梁スラブ外周先行構築工程を行う。そして、Ｂ１階梁スラブ１７の外周部１７ａの完了後に、図１６、図１７に示すように、３次掘削工程を行う。これにより、山留め壁１の倒れ（水平変位）をより確実に抑えることができる。なお、地下構造物１０の地下階が地下３階以上である場合には、上述した掘削工程と地下階の梁スラブ外周先行構築工程とを交互に繰り返し行いながら掘削を進める。

また、上記した実施の形態では、先行構築される１階梁スラブ１１の外周部１１ａが、１階梁スラブ１１の全周に亘って延設されて環状を成しているが、本発明は、図１８に示すように、地下構造物１０の外周部分のうちの一部分の躯体を先行構築してもよい。例えば、図１８（ａ）に示すように、地下構造物１０の外周部分のうち、１面側の部分を形成せずに残りの部分を先行構築し、平面視略コ字形状の外周部１１ｂを形成してもよい。また、図１８（ｂ）に示すように、地下構造物１０の外周部分のうち、隣り合う２面側の部分を形成せずに残りの部分を先行構築し、平面視略Ｌ字形状の外周部１１ｃを形成してもよい。また、図１８（ｃ）に示すように、地下構造物１０の外周部分のうち、対向する２面側の部分を形成せずに残りの部分を先行構築し、平面視において平行するＩ字形状の外周部１１ｄを形成してもよい。また、図１８（ｄ）に示すように、地下構造物１０の外周部分のうち、１面側の部分だけを先行構築し、平面視Ｉ字形状の外周部１１ｅを形成してもよい。さらに、図１９の（ａ）〜（ｃ）に示すように、地下構造物１０の平面視形状が矩形以外である場合には、その地下構造物１０の平面形状に応じて様々な平面視形状の外周部１１ｆ〜１１ｈを先行構築することが可能である。

また、上記した実施の形態では、先行構築された１階梁スラブ１１の外周部１１ａの内側に何も無く完全に開放された状態になっているが、本発明は、図２０に示すように、地下構造物１０の外周部分の躯体（１階梁スラブ１１の外周部１１ａ）の内側に中間スラブ１１ｉを架設させてもよい。
また、上記した実施の形態では、先行構築された１階梁スラブ１１の外周部１１ａだけで山留め壁１を支持しているが、本発明は、地下構造物１０の外周部分の躯体（１階梁スラブ１１の外周部１１ａ）と仮設の支保工部材を併用して山留め壁１を支持することも可能である。例えば、図２１に示すように、先行構築された１階梁スラブ１１の外周部１１ｄと、腹起し３０及び切梁３１からなる支保工と、を併用することも可能であり、或いは、図２２に示すように、先行構築された１階梁スラブ１１の外周部１１ｂと、土留めアンカー３２と、を併用することも可能である。

また、上記した実施の形態では、１次掘削工程の後、１階梁スラブ１１の外周部１１ａを構築する工程を行っているが、本発明は、１次掘削工程の後に構築する躯体は１階梁スラブ１１の外周部１１ａに限定されず、地下構造物１０の外周部分の躯体であればよい。例えば、１階梁の外周部だけを構築してもよく、或いは、地下構造物１０の外周部分に位置する地下１階壁や地下１階柱等を構築してもよい。

また、上記した実施の形態では、鉄筋コンクリート造の１階梁スラブ１１の外周部１１ａを現場打ち工法で先行構築しているが、本発明は、これに限定されず、他の工法で１階梁スラブ１１の外周部１１ａを先行構築してもよく、或いは、他の構造の１階梁スラブ１１の外周部１１ａを先行構築することも可能である。例えば、１階スラブ１２、１階外周梁１３及び１階内側梁１４のうちの何れか１つがプレキャストコンクリート（ＰＣ）からなり、ＰＣ部材を組み立てるＰＣ工法や、ＰＣ部材を組み立てた後にコンクリート打設を行うハーフＰＣ工法によって１階梁スラブ１１の外周部１１ａを先行構築することも可能である。或いは、１階スラブ１２がデッキスラブ構造のスラブであってもよく、或いは、１階外周梁１３や１階内側梁１４が鉄骨造の梁であってもよい。

その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施の形態を説明するためのフローチャート図である。本発明の実施の形態を説明するための断面図である。本発明の実施の形態を説明するための平面図である。本発明の実施の形態を説明するための断面図である。本発明の実施の形態を説明するための断面図である。本発明の実施の形態を説明するための平面図である。本発明の実施の形態を説明するための断面図である。本発明の実施の形態を説明するための断面図である。本発明の実施の形態を説明するための断面図である。本発明の実施の形態を説明するための断面図である。本発明の実施の形態の解析モデルを説明するための柱状図である。本発明の実施の形態の解析モデルを説明するための平面図である。本発明の実施の形態の解析モデルを説明するための立体図である。本発明の実施の形態の解析結果を説明するための立体図である。本発明の実施の形態の解析結果を表したグラフである。本発明の他の実施の形態を説明するためのフローチャート図である。本発明の他の実施の形態を説明するための断面図である。本発明の他の実施の形態を説明するための平面図である。本発明の他の実施の形態を説明するための平面図である。本発明の他の実施の形態を説明するための平面図である。本発明の他の実施の形態を説明するための平面図である。本発明の他の実施の形態を説明するための平面図である。

符号の説明

１山留め壁
１０地下構造物
１１ａ外周部（外周部分の躯体）

Claims

掘削領域の外縁に沿って山留め壁を構築する工程と、
前記山留め壁の内側を掘削して前記山留め壁の内面を露出させる工程と、
地下構造物の外周部分の躯体を前記山留め壁の内面に沿って構築する工程と、
前記山留め壁の内側を掘削して床付けを行う工程と、
掘削された前記山留め壁の内側に、前記外周部分の躯体と一体に前記地下構造物の残りの躯体を構築する工程と、
を備えることを特徴とする地下構造物の施工方法。