JP2010031556A - 大深度高水圧下におけるトンネルの施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】完全な「排水」を行わず、「導水」することによって、地下水を保全しつつ、本トンネルを通常の低水圧下での掘削機を使用して施工する方法を提供する。
【解決手段】大深度において高水圧下で本トンネルに平行し、かつ先行して、先進導坑を掘進する。この先進導坑からボーリングを行って導水路を設ける。この導水路は、本トンネルの上部を覆う状態で、横断面視的に傘型に形成する。この導水路から本トンネルの上部に位置する地下水を排水して、前記の傘型導水路の下に低水圧ブロック４を形成する。この低水圧ブロックを貫通する状態で従来のトンネル工法によって本トンネルを掘削する。
【選択図】図１

Description

本発明は、大深度高水圧下におけるトンネルの施工方法に関するものである。

地下数百メートル以深の大深度における高水圧トンネルの施工においては、高水圧の湧水、多量の湧水の発生が予想される。
湧水によるトンネル工事の損害を防ぐために、従来はトンネルの切羽や週面の安定を図る水抜きボーリングが行うか、あるいは地下水を排除するために薬液注入を行う工法が採用されている。
特開２００６−３７４９６号公報。

前記した従来の大深度高水圧下におけるトンネルの施工方法にあっては、次のような問題点がある。
＜イ＞ トンネル掘削において、地下水圧によって切羽が不安定になり、土砂が流出するなど、工事に損害が発生することが懸念される場合がある。その場合には、原因となる地下水を排除したり、その発生量の抑制を図る必要がある。
＜ロ＞ 大深度での掘進において、高水圧、大容量の湧水が想定される環境では、その地下水を完全に排水することはほとんど不可能な場合がある。
＜ハ＞ 可能な範囲で大容量の地下水を排除すると、地表面での井戸枯れ、沢枯渇などの環境被害を広範囲で発生させる恐れがある。
＜ニ＞ 薬液などの注入工法を採用する場合には、高圧で地下水が湧出してくる状態の下での注入はきわめて困難である。
＜ホ＞ 地下水の水圧以上の高圧で薬液を注入したとしても高い止水効果を得がたく、経済的な面からも現実的ではない場合が多い。

上記のような従来の施工上の課題を解決した本発明の大深度高水圧下におけるトンネルの施工方法は、大深度において本トンネルを構築するに際して、本トンネルに平行し、かつ先行して、先進導坑を掘進し、この先進導坑からボーリングを行って導水路を設け、この導水路は、本トンネルの上部を覆う状態で、横断面視的に傘型に形成し、この導水路から本トンネルの上部に位置する地下水を排水して、前記の傘型導水路の下に低水圧ブロックを形成し、この低水圧ブロックを貫通する状態で従来のトンネル工法によって本トンネルを掘削する大深度高水圧下におけるトンネルの施工方法を特徴としたものである。

本発明の大深度高水圧下におけるトンネルの施工方法は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜イ＞ 本トンネルの上部に断面視「傘」型に導水路を形成して地下水の流れを、本トンネルの周辺で迂回させることによって、本トンネルの施工前に低水圧ブロックを構築し、その低水圧ブロックの内部を貫通する状態で本トンネルを掘進する方法である。そのために本トンネルの掘進時にはすでに本トンネルの周辺の水圧が低下しており、湧水を抑制することができる。
＜ロ＞ 地下水の処理の概念を、従来の「排水」から「導水」に変え、導水路で包囲された範囲に低水圧ブロックを構築し、その低水圧ブロックを貫通して本トンネルを構築する施工方法である。そのために、地下水を完全に排出するのではなく、地下水を保全しつつ、本トンネルを通常の低水圧下での掘削方法を使用して施工することができ、特別な高水圧対応の掘削機を必要とせず、きわめて経済的な施工を行うことができる。
＜ハ＞ 高水圧、大容量の地下水を排除するのではなく、本トンネルの周囲だけに事前に低水圧ブロックを形成するだけであるから、地表面の井戸枯れや沢の枯渇といった環境被害を発生させることがない。
＜ニ＞ 低水圧ブロックを限定することにより、周辺の地下水位が低下する以前に掘削個所の水圧を低下させることが可能となるため、同工法を採用しない場合と比較して、早期に本トンネルの掘削を開始できる。
＜ホ＞ 本トンネルの工事に先んじて導水ボーリングを実施するため、本トンネルが到達する前に水圧や透水性が大きい個所を特定することができる。そのために、例えば導水ボーリングの追加、本トンネルの掘削方法などの事前の対策に反映させることができる。
＜ヘ＞ 突発湧水や高水圧による地山の不安定化が無くなるため、施工環境の安全性が高まる。
＜ト＞導水ボーリングや導水配管の設置作業は、本トンネルとは別の断面（先進導坑）で実施するので、本トンネルの工事と錯綜することがない。このため、導水作業は、本トンネルの工事工程に影響せず、本トンネル工事の安全性を低下させることもない。
＜チ＞本トンネルからの湧水は、工事用水や掘削ずりとの混濁により排水の水質や濁度等が排水基準を上回り、坑外に排水する際に濁水処理が必要となる場合がある。本発明の技術では、導水ボーリングにより直接排水するため、地下水と工事用水の混濁を防ぎ、「清水」のまま坑外に排出することができる。このため、濁水処理に要する費用・エネルギーを大幅に減少させることができる。
＜リ＞完成後は、導水ボーリングで集水した清浄な地下水を、飲料、灌漑、発電などの目的で活用できる。

以下図面を参照しながら本発明の大深度高水圧下におけるトンネルの施工方法の実施例を説明する。

＜１＞ 本トンネルの掘進位置。
本発明の施工法の対象とする本トンネル１は、例えば地下数百メートルに構築するような大深度における高水圧トンネルである。
そのような大深度の位置にトンネルを構築する場合には、前記したように高圧の地下水が大量に湧出してくる可能性が高い。

＜２＞先進導坑の施工。
そこで本発明の施工方法においては、本トンネル１の掘進より前に、本トンネルの掘進予定位置の両側に、あるいは片側に先進導坑２を掘進する。
先進導坑２の掘進方向は、掘進予定の本トンネル１と平行であり、多少の距離だけ本トンネル１よりも先行させて掘進する。
この先進導坑２は、本トンネル１の断面に比較して十分に小断面のトンネルである。
しかしすくなくとも後述する導水路３を行うボーリング装置を設置でき、作業員が往復でき、配水管や排水路を設置できるだけの断面を採用する必要がある。
このように先進導坑２は小断面のトンネルであるから、本トンネル１と同様の高圧水の湧出があっても、湧水が原因でトンネルが崩壊したり、施工が困難となる可能性が低く、比較的容易な作業によって施工することができる。
先進導坑２を掘進する深度は、本トンネル１の中心の深度に近い深度、あるいはそれよりも浅い深度、深い深度に施工する。
先進導坑２の掘進位置は、掘進予定の本トンネル１の位置と離れることがなく、かつ本トンネルの掘削時に不安定化を生じるほど近すぎず、後述する傾斜させた導水路３が十分に本トンネル１に届くだけの位置であり、導水路３の方向や設置距離によって選択する。

＜３＞導水路の設置。
この先進導坑２から導水ボーリングを行う。
先進導坑２からボーリングマシンで地中に削孔する。
孔が自立する場合はパイプを挿入しない裸孔を導水路３として使用する。
孔が自立性しない場合は、孔の閉塞を防ぐ目的で孔の内部に、多数の小径の孔を開口した孔開きの導水パイプを挿入して、これを導水路３として使用する。
裸孔の場合は、パッカーを孔口付近の孔内に設置しパッカー内部の通水配管により孔内水を導水する。
ここでパッカーとは、パッカー内部に通水配管を設けて、水圧等によりゴム製の袋を膨張しボーリングを止水する装置のことである。
孔内に孔開きの導水パイプを設置する場合においても、裸孔の場合と同様に、口元にパッカーを設置して地下水を孔外に導水してもよい。
この導水路３の導水パイプの孔から地下水を導入して、先進導坑２の内部の配水管、あるいは排水路に取り入れて先進導坑２の外部に排出する。

＜４＞導水路の設置方向。
この導水路３は、先進導坑２の内部から斜め方向で、かつ本トンネル１の掘進予定位置の方向に向かって設置する。
先進導坑２を本トンネル１の予定位置の両側に構築した場合（図２）には、両側の先進導坑２から、本トンネル１の上部を覆う状態で導水路３を設置する。
したがって、本トンネル１を横断面で切断した図によれば、本トンネル１の上部に両側からの導水路３が傘型に形成して設置されることになる。
先進導坑２を本トンネル１の掘進予定位置の片側だけに平行して構築した場合（図３）には、導水路３は、その先進導坑２から本トンネル１の上部に向けて、横断面視的に傘型に曲線ボーリングを削孔し、それを曲線導水路３として使用する。

＜５＞低水圧ブロックの構築。
先進導坑２の内部には配水管を配置する。
その配水管によって導水路３から取り込んだ地下水を、先進導坑２の坑口から地上に排出する。
すると、本トンネル１の上部に位置する地下水の一部を排水することができ、本来、本トンネルに向かって流れるはずの地下水の流れの方向が変わり、導水路３の下の区域、すなわち本トンネル１の掘進予定位置の周囲だけに低水圧ブロック４が形成される。
ただし導水路３から取り込む地下水の量は、後に施工する本トンネル１からの湧水を完全になくすほどの量ではない。
したがって本トンネル１への湧水は完全に阻止されるものではなく、通常の深度のトンネル程度の湧水は許容することになる。

＜６＞本トンネルの掘進。
事前に地中に形成した低水圧ブロック４の中を貫通する状態で、本トンネル１を掘進して構築する。
低水圧ブロック４は完全に湧水を止めているものではないが、導水によって低水圧状態のブロック４として形成されている。
そのため、低水圧ブロック４に侵入し貫通する状態で本トンネルを構築するための装置は、高水圧に対応させた特殊なトンネル掘削機ではなく、深度が数メートルから数十メートルの通常の深度で使用されている標準的なトンネル掘削機によることが可能であり、それよって深度が百メートルを超えるような本トンネル１を掘削することができる。
しかも、低水圧ブロック４は本トンネル１への湧水を完全に排除するものではないから、地表面での井戸枯れや沢の枯渇のような環境に影響を与える問題も生じない。

＜７＞導水路からの排水制御方法。
上記の[０００９]で述べたように、口元に通水配管付きのパッカーを設置する場合は、配管にバルブを取り付けることにより、任意の導水路３からの排水を停止することができる。
このような機構を採用すると、例えば、本トンネル１の掘削が完了し、水圧低下の必要がなくなった個所の排水を停止することができる。
またパッカーを使用して排水個所を本トンネル１掘削個所付近のみに限定すると、排水量を抑制することができ、その結果、環境への影響をさらに低減することができる。

＜８＞発破工法による本坑トンネルの掘削。
本トンネル１の施工法として、上記の[００１２]で述べたトンネル掘削機ではなく、従来の発破工法を採用することもできる。
その場合でも、本トンネル１の構築に先行して低水圧ブロック４が形成してあるから、地下水圧によるトンネル切羽の不安定化や、装薬孔からの湧水などの問題が解消されるため、効率的なトンネル掘削が可能となる。

本発明の大深度高水圧下におけるトンネルの施工方法であって、本トンネルの構築に先行して地中に形成する低水圧ブロックの説明図。 地中に低水圧ブロックを形成するために、本トンネルの両側に先進導坑を構築する場合の実施例の説明図。 地中に低水圧ブロックを形成するために、本トンネルの片側に先進導坑を構築する場合の実施例の説明図。 本トンネルの両側に先進導坑を設けた場合の、低水圧ブロック周囲の地下水の流れの説明図。 本トンネルの片側に先進導坑を設けた場合の、低水圧ブロック周囲の地下水の流れの説明図。

符号の説明

１：本トンネル
２：先進導坑
３：導水路
４：低水圧ブロック

Claims (3)

1. 大深度において本トンネルを構築するに際して、
   本トンネルに平行し、かつ先行して、先進導坑を掘進し、
   この先進導坑からボーリングを行って導水路を設け、
   この導水路は、本トンネルの上部を覆う状態で、横断面視的に傘型に形成し、
   この導水路から本トンネルの上部に位置する地下水を排水して、前記の傘型導水路の下に低水圧ブロックを形成し、
   この低水圧ブロックを貫通する状態で従来のトンネル工法によって本トンネルを掘削する、
   大深度高水圧下におけるトンネルの施工方法。
   
2. 先進導坑を、本トンネルの両側に平行して構築した場合には、
   両側の先進導坑から本トンネルの上部に向けて導水ボーリングを行って導水路を設けて行う、
   請求項１記載の、大深度高水圧下におけるトンネルの施工方法。
   
3. 先進導坑を、本トンネルの一側だけに平行して構築した場合には、
   その先進導坑から本トンネルの上部に向けて、横断面視的に傘型に導水ボーリングを行って導水路を設けて行う、
   請求項１記載の、大深度高水圧下におけるトンネルの施工方法。

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