JP2019148070A - 地下構造物の構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工期を短縮できる地下構造物の構築方法を提供する。【解決手段】深礎杭を構築する際に、まず地盤に横坑２および横坑から上方に延びるグローリーホール１２を構築する。そして、グローリーホール１２を含む深礎杭の形成範囲１１の地盤を掘削し、掘削ずりをグローリーホール１２に投入して横坑２から搬出する。地盤を所定深さまで掘削する途中において、掘削孔１３の平面位置で架台５を設置し、深礎杭に必要な鉄筋６を架台５上に組立て、地盤を所定深さまで掘削した後に、架台５を所定深さまで吊り降ろして鉄筋６をセットする。その後、掘削孔１３と横坑２にコンクリートを打設し、鉄筋６および架台５をコンクリートに埋設する。【選択図】図６

Description

本発明は、地下構造物の構築方法に関する。

深礎杭を構築する際は、重機による削岩や爆薬等の発破を行い地盤を掘削して掘削孔を形成した後、重機を撤去して掘削孔に足場を設け、深礎杭を構成する構造体である鉄筋を掘削孔内で組立てて設置する。地盤を掘削する際に生じる掘削ずりは、クレーンやベッセルにより上方へ揚重して搬出する。

鉄筋の設置後、足場を解体して撤去し、掘削孔にコンクリートを打設することで深礎杭が構築される。特許文献１、２には、鉄筋の設置時やコンクリート打設時等の作業足場として吊り足場（スカフォード）を用いる例が記載されている。

特開2002−38475号公報 特開平9-25719号公報

しかしながら、上記した従来の工法では、地盤の掘削工程と鉄筋の設置工程がそれぞれクリティカルパスとなり、工期短縮が難しかった。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、工期を短縮できる地下構造物の構築方法を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための本発明は、地下構造物の構築方法であって、地盤に横坑および前記横坑から上方に延びる掘削ずりの排出用の排出孔を構築する工程と、前記排出孔を含む範囲の地盤を掘削し、掘削ずりを前記排出孔に投入して前記横坑から搬出する工程と、前記地盤を所定深さまで掘削する途中において、掘削孔の平面位置で架台を吊設し、前記地下構造物の構造体を前記架台上に設置する工程と、前記地盤を所定深さまで掘削した後に、前記架台を下降させて前記構造体を所定位置にセットする工程と、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。

前記構造体は例えば鉄筋であり、前記鉄筋をセットした後、前記掘削孔にコンクリートを打設し、前記鉄筋および前記架台を前記コンクリートに埋設する。
また前記地下構造物は例えば深礎杭である。

本発明によれば、掘削孔の平面位置に配置した架台の上下において、鉄筋等の構造体の設置と地盤の掘削を並行して行うことで、前記したクリティカルパスをラップさせることが可能となり、大幅な工期短縮が可能となる。掘削の完了後は、架台を吊り降ろすだけで鉄筋等を必要な位置に容易にセットできる。また、掘削孔の平面位置に架台がある状態では従来のように掘削ずりを上部へ揚重して搬出することが難しいが、本発明では、先行設置した排出孔を介して掘削ずりを下方の横坑へ排出し、横坑から外部に搬出することが可能である。

深礎杭のような大規模な地下構造物では必要な鉄筋も大掛かりになるが、本発明では上記の手法により掘削と並行して架台上に鉄筋を組んでおくことで施工時の工期短縮につながる。

前記架台は、前記地盤の掘削の進行に応じて吊り降ろすことが望ましい。また前記架台を吊り降ろした後、前記構造体の上に新たな構造体を設置することも望ましい。
このように、本発明では単なる作業用のスカフォードではなく、鉄筋等の構造体を吊り降ろすための架台を吊設して、掘削の進行に応じて架台を吊り降ろしつつその上で鉄筋等を継ぎ足して設置することにより、鉄筋等の設置と掘削の並行作業を好適に行うことが可能となり、鉄筋等の設置作業も地表面で行うことが可能になる。

前記横坑に、掘削ずりの搬出用のベルトコンベアを設置することが望ましい。
これにより、横坑内において、掘削ずりを好適に外部に搬出することができる。

本発明により、工期を短縮できる地下構造物の構築方法を提供することができる。

横坑２の形成について説明する図。 グローリーホール１２の形成について説明する図。 グローリーホール１２を示す図。 地盤の掘削について説明する図。 架台５の設置について説明する図。 地盤の掘削と鉄筋６の組立について説明する図。 地盤の掘削について説明する図。 鉄筋６のセットについて説明する図。 コンクリート１７の打設について説明する図。 深礎杭１０ａを示す図。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１〜図９は本発明の実施形態に係る深礎杭（地下構造物）の構築方法を示す図である。本実施形態では、山の斜面に掘削孔（立坑）を形成し、そこに道路橋脚等の基礎として深礎杭を構築する例について説明する。

（１．横坑の形成）
本実施形態では、まず図１に示すように山１の斜面の深礎杭の形成範囲１１の下部に当たる深さで横坑２を形成する。また深礎杭の形成範囲１１の上方の斜面を整地しておく。

横坑２は、平面において深礎杭の形成範囲１１まで達するように形成される。横坑２は掘削ずりを外部に搬出するためのものであり、内部に振動フィーダ２１やベルトコンベア２２が設置される。ただし、掘削ずりの搬出のために横坑２内でバックホウ等の重機を稼働させたり、掘削ずりの搬出にあたって横坑２内でダンプトラックを走行させたり、またベルトコンベア２２による搬出とダンプトラックによる搬出を併用することも可能であり、横坑２からの掘削ずりの搬出にあたっては様々な手段が考えられる。さらに、横坑２を地下水の排水に利用することも可能である。

（２．グローリーホールの形成）
本実施形態では、次に、掘削ずりの排出用のグローリーホール（排出孔）を深礎杭の形成範囲１１に形成する。この際、まず図２（ａ）に示すように深礎杭の形成範囲１１の上方の地表面にレイズボーリングマシン３を設置し、ロッド３１の先端３２に設けたビットで地盤を下方へと横坑２まで穿孔する。

その後、ロッド３１の先端３２を拡径し、図２（ｂ）に示すようにロッド３１を引き上げながら拡径部の上面に設けたビットで地盤を上方へと掘削することで、上記穿孔した孔を拡径する。

これにより、図３（ａ）に示すように、横坑２から上方へと略鉛直方向に延びるグローリーホール１２が形成される。グローリーホール１２の形成時に生じる掘削ずりは、横坑２に落ちて振動フィーダ２１からベルトコンベア２２により外部へと搬出される。この掘削ずりから、地盤が重金属などを有していないか等の事前の地質調査を原位置の土質により深礎杭の深さ範囲の全体に亘って精度よく行うことも可能である。

また本実施形態では、グローリーホール１２の孔壁保護のため、図３（ｂ）に示すようにグローリーホール１２の内面に沿って鋼管１２１を挿入する。当該内面と鋼管１２１の間には必要に応じてセメントミルク等を充填する。

（３．地盤の掘削）
本実施形態では、次に、図４に示すようにグローリーホール１２を含む深礎杭の形成範囲１１で地盤の掘削を開始する。本実施形態では掘削孔１３の上端外縁（坑口）をコンクリート等によるガイドウォール１４によって補強し、地盤の掘削は重機４による削岩や爆薬等の発破によって行う。また、掘削作業と並行してコンクリート吹付等による孔壁保護も行われる。

地盤の掘削により生じる掘削ずりは、グローリーホール１２に投入することで掘削孔１３から排出し、前記と同様、横坑２から外部へと搬出する。またグローリーホール１２の鋼管１２１は掘削の進行に応じて上部から順に切断して撤去してゆく。以上はこの後の工程においても同様である。

このように地盤の掘削を行う途中で（例えば10m程度の深さまで掘削した段階で）、本実施形態では図５（ａ）に示すように掘削孔１３の平面位置において掘削孔１３の上端付近に昇降自在な架台５を設置し、図５（ｂ）に示すように架台５の上で深礎杭の鉄筋６（深礎杭の構造体）を組立てて設置する。鉄筋６は、主筋６１の周囲に帯筋６２を設けた鉄筋籠であるが、特に限定されることはない。

架台５は、鉄筋６の吊り降ろし用の架台であり、ガイドウォール１４の上に設けた吊下装置１５から吊材１６によって吊設される。架台５の吊設は所定の安全率を確保するように複数の吊下装置１５により行われるが、吊下装置１５や吊材１６の構成は特に限定されない。例えば吊材１６としては通常のワイヤやPC鋼線等を用いることができる。

架台５は例えば鉄骨等を格子状に組み、その上に網状の床材を設けることによって形成され、図５（ａ）に示すように作業員や資機材等が出入りするための開閉可能な出入口５１も設けられる。これにより、重機４の故障対応や発破時の作業員の退避を行うことができる。

また架台５の下面には、工事騒音防止のための防音材５３や、架台５の下方の掘削孔１３の暗所を照明するための照明装置５４、掘削時の粉塵対策のための散水装置５５や集塵装置５６等が設けられる。

本実施形態では、図６（ａ）、（ｂ）に示すように地盤の掘削の進行に応じて架台５を吊り降ろし、架台５を吊り降ろした後、鉄筋６の上に新たな鉄筋６を継ぎ足して設置し、鉄筋６を上方に組み上げてゆく。この作業は掘削孔１３の周囲の地表面において行うことができる。また必要に応じて掘削孔１３の孔壁保護等の作業を行うための足場も架台５に形成し、架台５上での作業を行えるようにしておく。

上記の工程を繰り返し、図７に示すように所定深さまで地盤の掘削を行うと、掘削を完了する。本実施形態では、前記した深礎杭の形成範囲１１に加えて架台５の厚さ程度の深さの余掘りを行っている。掘削を完了した時点で、深礎杭に必要な鉄筋６は全て組み終えて完成した状態で架台５上に存在している。なお、掘削孔１３と干渉する横坑２の先端部分は掘削途中の適当な時点で解体し、また横坑２内に設置した振動フィーダ２１やベルトコンベア２２も適当な時点で撤去して横坑２から外部に搬出する。

（４．コンクリート１７の打設）
この後、重機４等を横坑２から外部に搬出し、図８に示すように架台５を所定深さ（掘削孔１３の底部）まで下降させて鉄筋６を所定位置にセットする。架台５は上記の余掘り部分に配置される。なお、重機４等は前記した架台５の出入口５１から上方に搬出することも可能である。

この後、吊下装置１５や吊材１６、および必要に応じて足場等の解体、撤去を行い、図９に示すように掘削孔１３および横坑２にコンクリート１７を打設して深礎杭１０が形成される。深礎杭１０は、鉛直方向の各位置での水平断面が略等しい形状および大きさの断面となるような構成を有している。なお、横坑２内のコンクリート１７は、掘削孔１３のコンクリートよりも貧配合のコンクリートとしてよい。また本実施形態では鉄筋６に加えて架台５もコンクリート１７内に埋設される。

以上説明したように、本実施形態によれば、掘削孔１３の平面位置に配置した架台５の上下において、鉄筋６の設置と地盤の掘削を並行して行うことで、前記したクリティカルパスをラップさせることが可能となり、大幅な工期短縮が可能となる。掘削の完了後は、架台５を吊り降ろすだけで鉄筋６を必要な位置に容易にセットできる。

また、掘削孔１３の平面位置に架台５がある状態では従来のように掘削ずりを上部へ揚重して搬出することが難しいが、本実施形態では、先行設置したグローリーホール１２を介して掘削ずりを下方の横坑２へ排出し、横坑２から外部に搬出することが可能である。そのため、架台５の出入口５１等を介して掘削ずりを上方に揚重して搬出する必要はほぼ無い。例えば、仮にベッセルやバケット等を用いて架台５の出入口５１等から掘削ずりを上方に揚重して搬出しようとする場合、作業効率が悪く、また一時的にであっても鉄筋組立との上下作業になるため安全面の問題が生じるが、本実施形態のようにグローリーホール１２を介して掘削ずりを下方の横坑２へ排出し、横坑２から外部に搬出する場合、そのような効率面や安全面の問題は生じない。

また深礎杭１０のような大規模な地下構造物では必要な鉄筋６も大掛かりになるが、本実施形態では上記の手法により掘削と並行して架台５上に鉄筋６を組んで設置しておくことで施工時の工期短縮につながる。

また、本実施形態では単なる作業用のスカフォードではなく、鉄筋吊り降ろし用の架台５を吊設して、掘削の進行に応じて架台５を吊り降ろしつつその上で鉄筋６を継ぎ足して設置することにより、鉄筋６の設置と掘削の並行作業を好適に行うことが可能となり、鉄筋６の設置作業も地表面で行うことが可能になる。

さらに、本実施形態では掘削ずりの搬出用のベルトコンベア２２を横坑２内に設置することで、横坑２内において掘削ずりを好適に外部に搬出することができる。ただし、前記したように横坑２からの掘削ずりの搬出にあたっては様々な手段が考えられ、ベルトコンベア２２に限られることはない。

グローリーホール１２は、レイズボーリングマシン３等を用い、地盤を横坑２まで下方に穿孔した後、上方への掘削を行って穿孔した孔を拡径することで容易に形成することができる。さらに、本実施形態ではグローリーホール１２に鋼管１２１を挿入してグローリーホール１２の孔壁を鋼管１２１で保護することで、掘削ずりの投入時に孔壁が徐々に崩れるのを防止できる。孔壁保護をコンクリート吹付により行う場合、爆薬等の発破時の衝撃によって孔壁が崩れる可能性があるが、鋼管１２１によって保護する場合、そのような心配もない。ただし、グローリーホール１２の孔壁が丈夫な場合は鋼管１２１を省略することも可能である。

さらに、本実施形態では防音材５３によって架台５に防音性能を付加することにより、架台５の下方で行われる重機４による削岩や発破等に伴う工事騒音の低減が図れる。

また架台５に照明装置５４を設けることで、下方の掘削孔１３の暗所を照らすことができて掘削作業の助けになり、夜間施工等も可能になる。

さらに、架台５には作業員または資機材が出入りするための出入口５１が設けられるので、重機４の故障対応や発破時の作業員の退避を行うことができる。

加えて、架台５に散水装置５５や集塵装置５６を設けることで、掘削に伴う粉塵対策も可能になる。

しかしながら、本発明はこれに限らない。例えば架台５の構成は前記したものに限ることはなく、架台５の側面に反力装置を設け、架台５の下面に下向きの掘削機を設置して掘削に用いることも可能である。また架台５と掘削孔１３の底部との間を作業員が移動するための昇降設備を設けることも可能である。

さらに、図１０（ａ）に示すように横坑２は深礎杭の形成範囲１１より低い位置に設けるようにしてもよく、この場合は前記と同様の工程により掘削等を行った後、図１０（ｂ）に示すように掘削孔１３と横坑２およびこれらの間のグローリーホール１２にコンクリート１７を打設することで深礎杭１０ａが形成される。なお、掘削に用いた重機４等は、前記したように架台５の出入口５１から上方へと搬出することができる。

また、本実施形態では掘削の進行に応じて架台５を段階的に下降させるが、これに限ることはない。例えば掘削の途中で架台５の下降を停止し、掘削の完了後に架台５を掘削孔１３の底部まで一度に下降させてもよい。この場合は、架台５の下降を停止するまでは高い安全率をもって架台５を吊設するが、架台５の下降を停止した後に吊下装置１５や吊材１６の盛り替えを行って上記の安全率より若干低い安全率で架台５を吊設する構成とすることも可能である。

さらに、掘削中には架台５を下降させず、掘削の完了後に架台５を掘削孔１３の底部まで一度に下降させることも可能である。いずれにせよ、掘削が完了した時点で架台５が掘削孔１３の平面位置にあり、必要な鉄筋６が組み終えた状態で架台５上に存在していればよい。また鉄筋６の設置方法も特に限定されず、例えば鉄筋籠をユニット化して各ユニットを連結するなどの手法も可能である。

さらに、本実施形態において、グローリーホール１２は、レイズボーリングマシン３等を用いて地盤を横坑２まで下方に穿孔した後、上方への掘削を行って穿孔した孔を拡径して形成するが、グローリーホール１２の形成方法はこれに限らない。地表面から地盤を下方に掘削することで、上記のような穿孔作業を経ずに直接グローリーホール１２を形成することも可能である。地盤の掘削には、ハンマーによってビットに打撃を与え当該ビットにより地盤を掘削するダウンザホールハンマーや、ケーシングを全周回転させながら地盤に挿入しつつその内側の地盤の掘削を行う全旋回オールケーシングを用いることができ、施工条件などにもよるが短期間でグローリーホール１２を形成できる可能性がある。

また本実施形態では地下構造物として深礎杭を構築する例を説明したが、地下構造物は深礎杭に限ることはなく、例えばタンクなどの容器構造物等であってもよい。また、地下構造物の規模にもよるが、場合によっては地下構造物の構造体として鉄筋６の代わりにプレキャストブロック等を上記と同様の手法で架台５上に設置することも可能である。

以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示し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。

１：山
２：横坑
３：レイズボーリングマシン
４：重機
５：架台
６：鉄筋
１０、１０ａ：深礎杭
１２：グローリーホール
１３：掘削孔
１４：ガイドウォール
１５：吊下装置
１６：吊材
１７：コンクリート
２１：振動フィーダ
２２：ベルトコンベア
５１：出入口
５３：防音材
５４：照明装置
５５：散水装置
５６：集塵装置
１２１：鋼管

Claims (6)

1. 地下構造物の構築方法であって、
   地盤に横坑および前記横坑から上方に延びる掘削ずりの排出用の排出孔を構築する工程と、
   前記排出孔を含む範囲の地盤を掘削し、掘削ずりを前記排出孔に投入して前記横坑から搬出する工程と、
   前記地盤を所定深さまで掘削する途中において、掘削孔の平面位置で架台を吊設し、前記地下構造物の構造体を前記架台上に設置する工程と、
   前記地盤を所定深さまで掘削した後に、前記架台を下降させて前記構造体を所定位置にセットする工程と、
   を具備することを特徴とする地下構造物の構築方法。
2. 前記構造体は鉄筋であり、
   前記鉄筋をセットした後、前記掘削孔にコンクリートを打設し、前記鉄筋および前記架台を前記コンクリートに埋設する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. 前記地下構造物は深礎杭であることを特徴とする請求項２に記載の地下構造物の構築方法。
4. 前記架台を、前記地盤の掘削の進行に応じて吊り降ろす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. 前記架台を吊り降ろした後、前記構造体の上に新たな構造体を設置することを特徴とする請求項４記載の地下構造物の構築方法。
6. 前記横坑に、掘削ずりの搬出用のベルトコンベアを設置することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の地下構造物の構築方法。

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