JP2020037808A - 立坑の構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 作業効率の改善等を図ることができる立坑の構築方法を提供する。【解決手段】（１）立坑の構築予定箇所を囲むように、仮想境界線に沿って、先行掘削溝１を形成する。（２）先行掘削溝１内にコンクリートを打設して、コンクリート壁２を形成する。（３）コンクリート壁２により囲まれる内部領域を掘削して、コンクリート壁２を露出させる。（４）コンクリート壁２の露出面から地山に水平方向にロックボルト３を打ち込む。上記（１）の先行掘削工程は、（１−１）前記仮想境界線上に所定の間隔で、鉛直方向に延びる複数のボーリング孔を形成するボーリング工程と、（１−２）切削ワイヤを用いて、隣り合う一対のボーリング孔間の地山を切削する溝切り工程と、を含んで、立坑の構築予定深度まで、先行掘削溝１を形成する。そして、上記（１）、（２）の工程の終了後、単位深度ずつ、上記（３）、（４）の工程を繰り返す。【選択図】 図１

Description

本発明は、縦型ＮＡＴＭ工法による立坑の構築方法に関する。

軟岩中に立坑を構築する方法として、縦型ＮＡＴＭ工法（New Austrian Tunnel Method）がある。ここでいう軟岩は、自立性を有するものの、ロックボルトなどによる掘削面の補強（土留）が必要となる、土丹層などに代表される固結シルト層である。

縦型ＮＡＴＭ工法では、一般に、地盤面下に縦穴を単位深度（１．５〜２．０ｍ）ずつ掘削し、その掘削面（縦穴の壁面）に吹付コンクリートを施工し、更に吹付コンクリートの表面から地山に水平方向にロックボルトを打設し、このロックボルトを介して吹付コンクリートと地山とを一体化させることで、軟岩掘削面の風化抑制、亀裂の発生抑制、剥落防止を図り、掘削面の補強（土留）を行っている。

また、特許文献１、２には、縦穴の掘削（内部掘削）に先立って縦穴の外縁に沿う先行掘削溝を形成することを前提にした立坑の構築方法が提案されており、以下これらについて説明する。

特許文献１では、次のようにして、立坑を構築する。
（１）立坑の掘削予定箇所を囲むように、チェーンカッターにより、先行掘削溝を形成する（先行掘削）。
（２）前記先行掘削溝により囲まれる領域をブレーカー、リッパー等で掘削して、前記先行掘削溝を露出させる（内部掘削）。
（３）前記先行掘削溝の露出面に吹付コンクリートを施工する（吹付コンクリート）。
（４）前記吹付コンクリートの表面から地山に水平方向にロックボルトを打ち込む（ロックボルト打設）。
そして、上記（１）〜（４）の先行掘削、内部掘削、吹付コンクリート、ロックボルト打設という作業サイクルを、チェーンカッターの長さに対応する単位深度ごとに、繰り返すことで、所望の構築予定深度の立坑を構築する。

特許文献２では、次のようにして、立坑を構築する。
（１）立坑の掘削予定箇所を囲むように、チェーンカッターにより、先行掘削溝を形成する（先行掘削）。
（２）前記先行掘削溝内にコンクリートを打設して、コンクリート壁（土留壁）を形成する（コンクリート打設）。
（３）前記コンクリート壁に囲まれる領域を掘削し、前記コンクリート壁を露出させる（内部掘削）。
（４）前記コンクリート壁の露出面から地山に水平方向にロックボルトを打ち込む（ロックボルト打設）。
そして、上記（１）〜（４）の先行掘削、コンクリート打設、内部掘削、ロックボルト打設という作業サイクルを、チェーンカッターの長さに対応する単位深度ごとに、繰り返すことで、所望の構築予定深度の立坑を構築する。

特開平３−１８０６１４号公報 特開平５−１４８８３８号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載の立坑の構築方法では、先行掘削溝をチェーンカッターにより形成するため、次のような問題があった。
先行掘削溝の掘削可能な深さが、チェーンカッターの長さにより決まる。
従って、特許文献１、２のいずれにおいても、チェーンカッターの長さにより決まる単位深度ずつ、上記（１）〜（４）の全ての工程を繰り返す必要があり、作業効率が悪い。

また、特許文献１、２のいずれにおいても、先行掘削を単位深度ずつ繰り返すことから、形成される先行掘削溝の深さ方向の連続性に問題がある。すなわち、１段目の先行掘削溝に連続させて、２段目の先行掘削溝を形成する場合、１段目の先行掘削溝にはコンクリート壁が形成されているため、１段目の位置につなげて２段目の先行掘削溝を形成することが難しい。尚、特許文献２には、先行掘削溝を深さ方向に連続させるために、ベント型チェーンカッターを使用することが記載されているが、難しさを解消するには至らない。先行掘削溝の連続性の欠如は、土留壁としての信頼性の低下を招く。

本発明は、このような実状に鑑み、先行掘削溝をより十分な深さ（立坑の構築予定深度）まで、まとめて形成できるようして、作業効率の改善、並びに先行掘削溝の深さ方向の連続性の担保による土留壁の信頼性向上を図ることができる、立坑の構築方法を提供することを課題とする。

本発明に係る立坑の構築方法は、
（１）立坑の構築予定箇所を囲むように、地盤の開削側と地山側との仮想境界線に沿って、先行掘削溝を形成する先行掘削工程と、
（２）前記先行掘削溝内にコンクリートを打設して、コンクリート壁（土留壁）を形成するコンクリート打設工程と、
（３）前記コンクリート壁により囲まれる領域を掘削して、前記コンクリート壁を露出させる内部掘削工程と、
（４）前記コンクリート壁の露出面から地山に水平方向にロックボルトを打ち込むロックボルト打設工程と、
を含む。
前記先行掘削工程（１）は、
（１−１）前記仮想境界線上に所定の間隔で、それぞれ鉛直方向に延びる複数のボーリング孔を形成するボーリング工程と、
（１−２）隣り合う一対のボーリング孔に挿入可能な一対の支持部材、及び、これら一対の支持部材間に一部が張設されて循環移動する切削ワイヤを用い、前記一対の支持部材を前記一対のボーリング孔に挿入しつつ、前記切削ワイヤの前記一対の支持部材間の切削部により、前記一対のボーリング孔間の地山を切削する溝切り工程と、
を含んで、立坑の構築予定深度まで、前記先行掘削溝を形成する。
そして、前記先行掘削工程（１）及び前記コンクリート打設工程（２）の終了後、単位深度ずつ、前記内部掘削工程（３）及び前記ロックボルト打設工程（４）を繰り返すことを特徴とする。
尚、「切削ワイヤ」とは、ワイヤソー（システム）のワイヤ部分をいい、一般的にはダイヤモンドワイヤ（ダイヤモンド埋め込みワイヤ）であるが、軟岩を切削の対象とする場合は強度が低いことから硬質金属を埋め込んだワイヤなどであってもよい。

ここにおいて、前記切削ワイヤの切削部は、形成する先行掘削溝の溝幅方向にずらして複数設けるとよい。
前記切削ワイヤの切削部は、また、前記支持部材の挿入方向（形成する先行掘削溝の深さ方向）にずらして複数設けるとよい。

また、前記切削ワイヤの切削部は、形成する先行掘削溝の溝幅方向の両端に位置してそれぞれ溝の長さ方向に延びる２つの溝側部切削部と、前記２つの溝側部切削部の間に位置して溝の長さ方向に延びる少なくとも１つの溝内切削部と、を含むとよい。
前記溝内切削部は、少なくとも１つが、前記支持部材の挿入方向で見て、前記溝側部切削部と同じ位置に設けられてもよい。
前記溝内切削部は、また、少なくとも１つが、前記支持部材の挿入方向で見て、前記溝側部切削部より後方の位置に設けられてもよい。
また、前記溝内切削部（特に後方の溝内切削部）は、形成する先行掘削溝内にて一方の側部から他方の側部に向かうように斜めに配置されるとよい。

また、前記切削ワイヤの循環移動用に、前記一対の支持部材の挿入方向前側の一対のプーリと、挿入方向後側の一対のプーリとを備え、１本の切削ワイヤを、前記挿入方向前側の一対のプーリにｎ巻きし（ｎは２以上の整数）、前記挿入方向後側の一対のプーリにｎ−１巻きするとよい。

また、上記の先行掘削工程を含んで、次のような別の立坑の構築方法とすることも可能である。
この別の立坑の構築方法は、
（１）立坑の構築予定箇所を囲むように、地盤上の開削側と地山側との仮想境界線に沿って、先行掘削溝を形成する先行掘削工程と、
（２）前記先行掘削溝により囲まれる領域を掘削して、前記先行掘削溝を露出させる内部掘削工程と、
（３）前記先行掘削溝の露出面に吹付コンクリートを施工する吹付コンクリート工程と、
（４）前記吹付コンクリートの表面から地山に水平方向にロックボルトを打ち込むロックボルト打設工程と、
を含む。
前記先行掘削工程（１）は、
（１−１）前記仮想境界線上に所定の間隔で、それぞれ鉛直方向に延びる複数のボーリング孔を形成するボーリング工程と、
（１−２）隣り合う一対のボーリング孔に挿入可能な一対の支持部材、及び、これら一対の支持部材間に一部が張設されて循環移動する切削ワイヤを用い、前記一対の支持部材を前記一対のボーリング孔に挿入しつつ、前記切削ワイヤの前記一対の支持部材間の切削部により、前記一対のボーリング孔間の地山を切削する溝切り工程と、
を含んで、立坑の構築予定深度まで、前記先行掘削溝を形成する。
そして、前記先行掘削工程（１）の終了後、単位深度ずつ、前記内部掘削工程（２）、前記吹付コンクリート工程（３）及び前記ロックボルト打設工程（４）を繰り返すことを特徴とする。
尚、この別の立坑の構築方法では、先行掘削は軟岩の切断が目的であるので、先行掘削溝は切れ目として存在すればよく、その幅は０に近くてもよい。従って、ここでの切削ワイヤによる切削部は、溝幅方向や挿入方向に複数設ける必要はなく、１本の切削ワイヤによる１つの切削部で、切削ワイヤの径に相当する幅の溝が形成されるようにするだけでもよい。

本発明に係る立坑の構築方法によれば、先行掘削溝を切削ワイヤにより掘削（切削）するため、先行掘削溝を所定の深さ（立坑の構築予定深度）まで、まとめて形成することができる。
従って、先行掘削溝を所定深度まで形成した後、その内部にコンクリートを打設してから、単位深度ずつ、内部掘削及びロックボルト打設を繰り返すことにより、又は、先行掘削溝を所定深度まで形成した後、単位深度ずつ、内部掘削、吹付コンクリート及びロックボルト打設を繰り返すことにより、作業効率を改善することができる。
また、先行掘削溝の連続性が担保されることで、土留壁の連続性が担保され、土留壁の信頼性を向上させることができる。
また、先行掘削溝を切削ワイヤにより削溝するため、等厚で、凹凸の無い平滑面状の削溝を行うことができる。このため、特に先行掘削溝内にコンクリートを打設する場合は、等厚のコンクリート壁（土留壁）を造成することができ、しかも吹付コンクリートのような飛散ロスを生じない。
更には、切削ワイヤの切削部の配置方法や巻き掛け方法の工夫により、切削ワイヤを用いた先行掘削溝の形成を良好なものとすることができる。

本発明の一実施形態として立坑の構築手順を示す縦断面図 先行掘削工程の手順を示す平面図 溝切り装置（溝切り用ワイヤソーシステム）の構成例を示す概略図 支持部材及びプーリの詳細図 切削ワイヤの巻き掛け例１を示す図 巻き掛け例１の概略斜視図 切削ワイヤの巻き掛け例２を示す図 巻き掛け例２の概略斜視図 ロックボルト定着部の詳細図 他の実施形態として立坑の構築手順を示す縦断面図

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態として立坑の構築手順を示す縦断面図、図２は図１（Ａ）の先行掘削工程の手順を示す平面図である。

本実施形態では、内部に円筒形の地下構造物を構築するために、円筒形の立坑４を地盤（軟岩）中に構築するものとする。構築する立坑４の内径は例えば２０ｍ、深さは例えば４０ｍとする。
立坑４（図１（Ｄ））の構築手順は、次の（１）〜（４）の通りである。

（１）先行掘削工程
図１（Ａ）に示すように、立坑の構築予定箇所を囲むように、地盤の開削側と地山側との仮想境界線に沿って、先行掘削溝１を形成する。
本実施形態では、構築予定の立坑（地下構造物）の平面形状が円であることから、平面視で円形の仮想境界線に沿って、円形（環状）の先行掘削溝１を形成する。

先行掘削溝１の幅は、その内部に打設されるコンクリートにより、立坑の土留壁として機能し得る幅、例えば１０〜２０ｃｍとする。
先行掘削溝１の深さは、立坑の構築予定深度、従って構築する地下構造物の床付面までの深さとし、例えば４０ｍとする。

上記（１）の先行掘削工程は、詳しくは、下記（１−１）〜（１−２）の工程を含む。これについて、図２を参照して説明する。

（１−１）ボーリング工程
図２（Ａ）に示すように、立坑の構築予定箇所を囲むように、地盤の開削側と地山側との仮想境界線ＢＬ上に、所定の間隔（例えば１．５〜２．０ｍ間隔）で、それぞれが鉛直方向に延びる複数のボーリング孔１０を形成する。但し、ボーリング孔１０が構築予定の地下構造物の躯体と干渉しないように、前記仮想境界線ＢＬは、前記躯体の外形線ＯＬより外側に設定される。

ボーリング孔１０は、先行掘削溝１の形成用で、その一部をなすものであるが、深さは、後述する溝切り装置２０のガイドのため、形成予定の先行掘削溝１の深さより２〜３ｍ程度深く形成する。
ボーリング孔１０の削孔径は、構築する先行掘削溝１の幅より５ｃｍ程度大きくし、例えば１５〜２５ｃｍとする。
尚、地盤等の関係でボーリング孔１０が安定しない場合（例えば埋戻し土や沖積層などのやや弱い地盤があり、その下に軟岩がある場合）は、弱い地盤部分を予め地盤改良する。また、削孔したボーリング孔１０の安定を図るため、その内部に塩ビ管などを挿入してもよい。

（１−２）溝切り工程
図２（Ｂ）に示すように、隣り合う一対のボーリング孔１０、１０をつなぐように、これらの間を立坑の構築予定深度まで掘削（切削）し、所定幅の先行掘削溝１を形成する。尚、塩ビ管を挿入してある場合は、塩ビ管ごと掘削することになる。
そして、ボーリング孔１０の配列方向に、隣り合う一対のボーリング孔１０、１０間の溝切りを繰り返し、図２（Ｃ）に示すように、全周にわたる先行掘削溝１を完成させる。
ここでの溝切り方法（及び溝切り装置）については、図３〜図８により、後述する。

（２）コンクリート打設工程
図１（Ｂ）に示すように、先行掘削溝１内にコンクリートを打設（場所打ち）して、コンクリート壁（土留壁）２を形成する。
詳しくは、先ず、溶接鉄筋（図示省略）を吊り下げて、コンクリート打設用の型枠をなす先行掘削溝１内に、特にその溝幅方向中間に位置するように、配置する。溶接鉄筋は、例えば５ｍｍ径の鉄筋を縦横に例えば１５ｃｍ角で交差させて溶接した鉄筋（ラス網ともいう）であり、厚さは１ｃｍ程度である。次いで、溶接鉄筋を囲繞するように、先行掘削溝１内にコンクリートを打設し、硬化させて、コンクリート壁２を形成する。
これにより構築予定の地下構造物に対する土留壁をなすコンクリート壁２が完成する。

上記（１）の先行掘削工程（特に（１−２）の溝切り工程）と、上記（２）のコンクリート打設工程は、完全に分離させる必要はなく、ボーリング孔１０の配列方向に、溝切りを進めつつ、溝切りが終わったところにコンクリートを打設するように、並列的に進行させるようにしてもよい。この場合、コンクリートの打設に際しては、打設範囲を区画するように、打設範囲両端のボーリング孔に打設範囲規定用の型枠を配置するとよい。

（３）内部掘削工程
図１（Ｃ）に示すように、所定の単位深度ずつ、コンクリート壁２により囲まれる領域を掘削する。すなわち、コンクリート壁２により囲まれる領域の地盤面下を、鉛直方向に、所定の単位深度、例えば１．５〜２．０ｍずつ、掘削する。かかる掘削は、掘削範囲が打設済みのコンクリート壁２により画成されているので、効率良く行うことができる。そして、かかる内部掘削によって、コンクリート壁２を単位深度ずつ露出させることができる。

（４）ロックボルト打設工程
同じく図１（Ｃ）に示すように、単位深度ずつ掘削する毎に、すなわち、コンクリート壁２を単位深度ずつ露出させる毎に、コンクリート壁２の露出面（１段ずつの露出面の深さ方向中間位置）から、地山に、水平方向に複数本のロックボルト３を打ち込む。

複数本のロックボルト３は、横方向に所定の間隔、例えば１．５〜２．０ｍをあけて、平面視で放射状に打ち込む。尚、１段の深さが１．５〜２．０ｍである場合、ロックボルトの深さ方向の間隔も１．５〜２．０ｍとなる。

また、ロックボルト３は、その先端部が、掘削により生じる緩み領域の外側に達するように、長さを設定して、打ち込む。緩み領域とは、掘削の影響を受けて（掘削に伴う応力解放により、既存の節理や亀裂が開口したり、新規に亀裂が発生するなどして）、地山の力学特性（剛性等）が、掘削前の特性から変化する領域をいう。実際には、有限要素法（ＦＥＭ）による岩盤安定解析によって計算、あるいは経験的に推定され、円筒形掘削の場合には所定半径の円として定められる。

上記（４）のロックボルト打設工程は、詳しくは、下記（４−１）〜（４−４）の工程を含む。これについて、図９を参照して説明する。

（４−１）水平削孔
コンクリート壁２の露出面から地山に水平ボーリングを行い、ロックボルト挿入用の削孔３ａを形成する。このとき、水平方向に対し５°程度の下り勾配を持たせる。

（４−２）セメントミルク注入
前記削孔３ａにセメントミルク３ｂを注入する。この際に、前記削孔３ａが下り勾配を有していることで、セメントミルク３ｂの注入（充填）が容易となる。

（４−３）ロックボルト挿入
セメントミルク３ｂが注入された削孔３ａにロックボルト３を挿入する。ここで使用するロックボルト３は、例えばＤ２５の鉄筋で、挿入側の先端部とは反対側の基端部（頭部）にメネジを切ったものでよい。

（４−４）ロックボルト定着
コンクリート壁２より突出するロックボルト３の頭部に、例えば１５ｃｍ×１５ｃｍの大きさのベアリングプレート３ｃを嵌め、更にベアリングワッシャ３ｄを嵌め、ナット３ｅを螺合して、ロックボルト３の頭部を定着する（図９参照）。

上記（３）の内部掘削工程と上記（４）のロックボルト打設工程は、上記（１）の先行掘削工程と上記（２）のコンクリート打設工程の終了後に、１段の掘削深度（１．５〜２．０ｍ）毎に、繰り返す。かかる繰り返しは立坑の構築予定深度（計画掘削深度）に達するまで行われ、これにより、図１（Ｄ）に示すように、立坑４の構築が完了する。

本実施形態に係る立坑の構築方法によれば、先行掘削溝１を所定深度までまとめて形成した後、その内部にコンクリートを打設してから、単位深度ずつ、内部掘削及びロックボルト打設を繰り返すことにより、作業効率を改善することができる。
また、先行掘削溝１の連続性が担保されることで、土留壁の連続性が担保され、土留壁の信頼性を向上させることができる。

また、コンクリート壁を吹付ではなく、場所打ちで形成することにより、次のような効果が得られる。吹付コンクリートは、４割程度が周囲に飛散してロスになるとされており、これがコストアップの要因となり、また吹付時のモルタルの飛沫が作業環境悪化の要因となる。それ故、吹付コンクリート施工の廃止により、コストダウン、作業環境改善を図ることができる。

上記（１）の先行掘削工程、特に上記（１−２）の溝切り工程での、溝切り方法、及び、これに用いる溝切り装置について、図３〜図８により、説明する。

図３は溝切り装置（溝切り用ワイヤソーシステム）の構成例を示す概略図である。
溝切り装置２０は、ワイヤソー用の切削ワイヤ（一般的にはダイヤモンドワイヤ）を用いて、溝切り用ワイヤソーシステムを構成してなる。
溝切り装置２０は、隣り合う一対のボーリング孔１０、１０に挿入可能な一対の支持部材２１Ａ、２１Ｂと、これら一対の支持部材２１Ａ、２１Ｂ間に一部が張設されて循環移動する切削ワイヤ２２と、を含んで構成される。溝切り装置２０は、また、一対の支持部材２１Ａ、２１Ｂを互いに連結固定する連結部材２３と、支持部材２１Ａ、２１Ｂに回動可能に取付けられて切削ワイヤ２２を案内するプーリ２４Ａ〜２４Ｆと、を含んで構成される。

図４は、支持部材２１（２１Ａ、２１Ｂ）、及び、支持部材２１に対するプーリ２４（２４Ａ〜２４Ｆ）の取付構造の詳細図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
支持部材２１は、Ｈ形鋼からなる。そして、Ｈ形鋼のウェブに矩形の切欠き２５を設け、この切欠き２５内に位置させたプーリ２４の軸をＨ形鋼の両フランジに設けた軸受部２６に支持させている。
また、図４から解るように、プーリ２４（特に２４Ａ〜２４Ｄ）として、本実施形態では、３連プーリを用いている。

図３に戻って、左右一対の支持部材２１Ａ、２１Ｂにおけるプーリの配置について説明する。
プーリとしては、左右一対の支持部材２１Ａ、２１Ｂの先端側（ボーリング孔１０への挿入方向で見て先端側）に、挿入方向にずらして、前側の左右一対のプーリ（前側プーリ）２４Ａ、２４Ｂと、後側の左右一対のプーリ（後側プーリ）２４Ｃ、２４Ｄと、が配置される。また、左右一対の支持部材２１Ａ、２１Ｂの後端側に、左右一対のプーリ２４Ｅ、２４Ｆが配置される。

ここにおいて、支持部材２１Ａ、２１Ｂは、前側プーリ２４Ａ、２４Ｂの位置より先端側に２〜３ｍ程度突出している。溝切り開始時（前）に、この突出部によって、ボーリング孔１０にガイドさせるためである。それ故、ボーリング孔１０は、形成する先行掘削溝１より深く形成するのである。

次に、切削ワイヤ２２の巻き掛け例について、図５及び図６により説明する。
切削ワイヤ２２の幅は１１ｍｍ程度であり、１本の切削ワイヤ２２をそのまま使用しただけでは、１１ｍｍの幅の溝しか掘削できない。このため、１０〜２０ｃｍ幅の溝を掘削できるように、切削ワイヤ２２の巻き掛け方を工夫している。それ故、前側プーリ２４Ａ、２４Ｂ及び後側プーリ２４Ｃ、２４Ｄとして、３連プーリを使用する。よって、図６に示されるように、例えばプーリ２４Ａは、３つのプーリ（プーリ溝）２４Ａ−１、２４Ａ−２、２４Ａ−３から構成される。

左側の支持部材２１Ａの後端側のプーリ２４Ｅにより案内される切削ワイヤ２２は、左側の支持部材２１Ａの後側プーリ２４Ｃの第１プーリ（２４Ｃ−１）を通過させた後、前側プーリ２４Ａの第１プーリ（２４Ａ−１）に巻き掛けて、水平方向に向きを変え、次に右側の支持部材２１Ｂの前側プーリ２４Ｂの第１プーリ（２４Ｂ−１）に巻き掛ける。これにより、前側プーリ２４Ａ−１、２４Ｂ−１間に張設される切削ワイヤ２２により、第１の前側切削部（ＦＣ−１）が構成される。

右側の支持部材２１Ｂの前側プーリ２４Ｂの第１プーリ（２４Ｂ−１）により上方向に向きを変えられた切削ワイヤ２２は、後側プーリ２４Ｄの第１プーリ（２４Ｄ−１）に巻き掛けて、水平方向に向きを変え、次に右側の支持部材２１Ａの後側プーリ２４Ｃの第２プーリ（２４Ｃ−２）に巻き掛ける。これにより、後側プーリ２４Ｄ−１、２４Ｃ−２間に切削ワイヤ２２が平面視で斜めに張設され、これが第１の後側切削部（ＲＣ−１）を構成する。

左側の支持部材２１Ａの後側プーリ２４Ｃの第２プーリ（２４Ｃ−２）により下方向に向きを変えられた切削ワイヤ２２は、前側プーリ２４Ａの第２プーリ（２４Ａ−２）に巻き掛けて、水平方向に向きを変え、次に左側の支持部材２１Ｂの前側プーリ２４Ｂの第２プーリ（２４Ｂ−２）に巻き掛ける。これにより、前側プーリ２４Ａ−２、２４Ｂ−２間に張設される切削ワイヤ２２により、第２の前側切削部（ＦＣ−２）が構成される。

右側の支持部材２１Ｂの前側プーリ２４Ｂの第２プーリ（２４Ｂ−２）により上方向に向きを変えられた切削ワイヤ２２は、後側プーリ２４Ｄの第２プーリ（２４Ｄ−２）に巻き掛けて、水平方向に向きを変え、次に右側の支持部材２１Ａの後側プーリ２４Ｃの第３プーリ（２４Ｃ−３）に巻き掛ける。これにより、後側プーリ２４Ｄ−２、２４Ｃ−３間に切削ワイヤ２２が平面視で斜めに張設され、これが第２の後側切削部（ＲＣ−２）を構成する。

左側の支持部材２１Ａの後側プーリ２４Ｃの第３プーリ（２４Ｃ−３）により下方向に向きを変えられた切削ワイヤ２２は、前側プーリ２４Ａの第３プーリ（２４Ａ−３）に巻き掛けて、水平方向に向きを変え、次に左側の支持部材２１Ｂの前側プーリ２４Ｂの第３プーリ（２４Ｂ−３）に巻き掛ける。これにより、前側プーリ２４Ａ−３、２４Ｂ−３間に張設される切削ワイヤ２２により、第３の前側切削部（ＦＣ−３）が構成される。

右側の支持部材２１Ｂの前側プーリ２４Ｂの第３プーリ（２４Ｂ−３）により上方向に向きを変えられた切削ワイヤ２２は、後側プーリ２４Ｄの第３プーリ（２４Ｄ−２）を通過させた後、右側の支持部材２１Ｂの後端側のプーリ２４Ｆに案内させる。

前記一対の支持部材２１Ａ、２１Ｂの後端側のプーリ２４Ｅ、２４Ｆにより案内される切削ワイヤ２２の図示の端部は、図外にて無端ループを形成すると共に、ワイヤソーマシン（図示せず）の駆動プーリに巻き掛けられている。ワイヤソーマシンは、張力調整用のテンショナーを有すると共に、支持部材２１Ａ、２１Ｂの挿入方向の移動に伴って張力を調整できるように自身が移動可能である。これにより、切削ワイヤ２２を循環移動させることができる。

本実施形態の溝切り装置では、上記のワイヤソーマシンにより、切削ワイヤ２２を循環移動させつつ、一対の支持部材２１Ａ、２１Ｂを隣り合うボーリング孔１０、１０に押し入れる。これにより、ボーリング孔１０、１０間の地盤を、先ず、前側プーリ２４Ａ、２４Ｂ間に張設される切削ワイヤ２２の３列の第１〜第３の前側切削部ＦＣ−１〜ＦＣ−３により、切削し、次いで、後側プーリ２４Ｃ、２４Ｄ間に張設される切削ワイヤ２２の斜めの２列の第１及び第２の後側切削部ＲＣ−１、ＲＣ−２により、更に切削することができる。

従って、第１の前側切削部ＦＣ−１と第３の前側切削部ＦＣ−３との間隔を先行掘削溝１の所望の幅に合わせることにより、溝側部切削部としての、第１及び第３の前側切削部ＦＣ−１、ＦＣ−３で、先行掘削溝１の両側部を切削し、更に、これらの内側を、溝内切削部としての、中間の第２の前側切削部ＦＣ−２と、斜めの第１及び第２の後側切削部ＲＣ−１、ＲＣ−２とで、切り崩すことで、所望の幅の先行掘削溝１を形成することができる。

本実施形態によれば、先行掘削溝１を切削ワイヤ２２により掘削（切削）するため、先行掘削溝１をより十分な深さ（立坑の構築予定深度）まで、まとめて形成することができる。しかも、凹凸や継ぎ目もない、平滑な掘削面を得ることができ、余分な掘削、仕上げ掘削の必要もない。従って、立坑構築の作業効率を改善できると共に、先行掘削溝１の連続性を担保することができる。

また、本実施形態によれば、切削ワイヤ２２の切削部は、形成する先行掘削溝１の溝幅方向にずらして複数設けている（ＦＣ−１〜３）。これにより、所望の幅の先行掘削溝１を形成することが可能となる。

また、本実施形態によれば、切削ワイヤ２２の切削部は、支持部材２１Ａ、２１Ｂの挿入方向（形成する先行掘削溝１の深さ方向）にずらして複数設けている（前側切削部ＦＣ−１〜３と後側切削部ＲＣ−１、２）。これにより、より確実な掘削が可能となる。

また、本実施形態によれば、切削ワイヤ２２の切削部は、形成する先行掘削溝１の溝幅方向の両端に位置してそれぞれ溝の長さ方向に延びる２つの溝側部切削部（第１及び第３の前側切削部ＦＣ−１、３）と、前記２つの溝側部切削部の間に位置して溝の長さ方向に延びる少なくとも１つの溝内切削部（第２の前側切削部ＦＣ−２及び第１及び第２の後側切削部ＲＣ−１、２）と、を含む。これにより、所望の幅の先行掘削溝１を確実に形成することが可能となる。

また、本実施形態によれば、前記溝内切削部は、少なくとも１つ（ＦＣ−２）が、支持部材２１Ａ、２１Ｂの挿入方向で見て、前記溝側部切削部（ＦＣ−１、３）と同じ位置に設けられる。前記溝内切削部は、また、少なくとも１つ（ＲＣ−１、２）が、支持部材２１Ａ、２１Ｂの挿入方向で見て、前記溝側部切削部（ＦＣ−１、３）より後方の位置に設けられる。このような種々の工夫により、所望の幅の先行掘削溝１を確実に形成することが可能となる。

また、本実施形態によれば、前記溝内切削部（ＲＣ−１、２）は、形成する先行掘削溝１内にて一方の側部から他方の側部に向かうように斜めに配置される。このような配置により溝内の切り崩しを確実なものとすることができる。

また、本実施形態によれば、切削ワイヤ２２の循環移動用に、一対の前側プーリ２４Ａ、２４Ｂと、一対の後側プーリ２４Ｃ、２４Ｄとを備え、１本の切削ワイヤ２２を、前側プーリ２４Ａ、２４Ｂに３巻きし、後側プーリ２４Ｃ、２４Ｄに２巻きする。これによっても、所望の幅の先行掘削溝１を確実に形成することが可能となる。

次に、切削ワイヤ２２の別の巻き掛け例について、図７及び図８により説明する。
図５及び図６の巻き掛け例１では、３連プーリを用い、前側プーリ２４Ａ、２４Ｂに３巻きし、後側プーリ２４Ｃ、２４Ｄに斜めに２巻きする構成として、第１〜第３の前側切削部ＦＣ−１〜３と、第１及び第２の後側切削部ＲＣ−１、２とを形成している。
これに対し、図７及び図８の巻き掛け例２では、２連プーリを用い、前側プーリ２４Ａ、２４Ｂに２巻きし、後側プーリ２４Ｃ、２４Ｄに斜めに１巻きする構成として、溝側部切削部としての、第１及び第２の前側切削部ＦＣ−１、２と、溝内切削部としての、１つの後側切削部ＲＣとを形成している。

従って、巻き掛け例２では、ボーリング孔１０、１０間の地盤を、先ず、前側プーリ２４Ａ、２４Ｂ間に張設される切削ワイヤ２２の２列の第１及び第２の前側切削部ＦＣ−１、ＦＣ−２により、溝の両側部分を切削し、次いで、後側プーリ２４Ｃ、２４Ｄ間に張設される切削ワイヤ２２の斜めの１列の後側切削部ＲＣにより、溝の内部を切り崩すように切削することができる。

図５及び図６の巻き掛け例１は、形成しようとする先行掘削溝１の幅が比較的大きい場合（例えば１５〜２０ｃｍ程度の場合）に適し、図７及び図８の巻き掛け例２は、形成しようとする先行掘削溝１の幅が比較的小さい場合（例えば１０ｃｍ程度の場合）に適するものと考えられる。

また、図７に示されるように、巻き掛け例２では、後側切削部ＲＣの切削ワイヤを案内するプーリ２４Ｃ、２４Ｄの後方で、かつ隣接する位置に、プーリ２４Ｇ、２４Ｈを設けている。これは、後側切削部ＲＣの切削ワイヤが１巻きであるために、押し切り時に後方への湾曲量が大きくなり、プーリ２４Ｃ、２４Ｄから外れてしまうのを防止するためである。
もちろん、このような外れ防止用のプーリ２４Ｇ、２４Ｈは、図５の巻き掛け例１に設けることも可能である。

尚、上記の巻き掛け例１、２では、いずれにしても１本の切削ワイヤ２２を用い、掛け回し方を工夫することで、複数の切削部を形成しているが、それぞれ独立した複数の切削ワイヤを用い、並列に配置することで、複数の切削部を形成するようにしてもよい。

次に、上記の溝切り装置２０を用いる場合の切削ずり対策について述べる。
上記の溝切り装置２０により上から下に向かって切削していく場合、戻り側の切削ワイヤ２２によって切削ずりの一部は排出され、ある量は両側のボーリング孔１０内にたまっていくものと考えられる。
かかる切削ずり対策としては、次のような方法が考えられる。

方法１：切削ずりがボーリング孔にたまった時点で、切削ワイヤによる切削を中断し、ボーリング孔内にジェット水の注入による排土を行い、排土終了後に切削ワイヤによる切削を再開する。また、所望深さの先行掘削溝の削溝が完了した時点では、削溝部、及び、ボーリング孔の清掃（ジェット水による清掃、ボーリング孔に設置するサンドポンプでの排土による清掃）を行う。

方法２：ボーリング孔、切削ワイヤによる削溝部を水で満たした状態で、切削ワイヤによる切削を行う。すなわち、給水管により水を供給しながら切削ワイヤによる切削を行う。充填水と切削ワイヤの急速な回転（戻り側の上向きの移動）で上昇流が生じ、かなりの切削ずりが排出されると考えられる。この場合も削溝完了後にジェット水による清掃は行う。

次に、立坑の構築方法の他の実施形態について、図１０により説明する。
図１０は立坑の構築手順を示す縦断面図である。

図１０の実施形態では、図１の実施形態と同様の先行掘削工程を含むものの、異なる手順で、立坑を構築する。
本実施形態での立坑４（図１０（Ｄ））の構築手順は、次の（１）〜（４）の通りである。

（１）先行掘削工程
図１０（Ａ）に示すように、立坑の構築予定箇所を囲むように、地盤の開削側と地山側との仮想境界線に沿って、先行掘削溝１を形成する。
先行掘削溝１の深さは、立坑の構築予定深度、従って構築する地下構造物の床付面までの深さとする。
先行掘削溝１の形成方法は、図１（Ａ）及び図２で説明した方法と同様であり、（１−１）のボーリング工程と、（１−２）の溝切り工程とを含む。

但し、本実施形態での先行掘削溝１は、その後の内部掘削を容易にすると共に、内部掘削後に凹凸の無い平滑な掘削面を露出させるのが目的であるので、先行掘削溝１は、切れ目として存在すればよく、その幅は０に近くてもよい。
従って、ここで用いる溝切り装置は、一対の支持部材間に張設される切削ワイヤによる切削部を溝幅方向に複数設ける必要はなく、１本の切削ワイヤによる１つの切削部で、切削ワイヤの径（例えば１１ｍｍ程度）に相当する幅の溝が形成されるようにしてもよい。

（２）内部掘削工程
立坑の構築予定深度までの先行掘削溝１の形成完了後、図１０（Ｂ）に示すように、所定の単位深度ずつ、先行掘削溝１により囲まれる領域を掘削する。すなわち、先行掘削溝１により囲まれる領域の地盤面下を、鉛直方向に、所定の単位深度、例えば１．５〜２．０ｍずつ、掘削する。かかる掘削は、掘削範囲が先行掘削溝１により画成されているので、効率良く行うことができる。そして、かかる内部掘削によって、先行掘削溝１を単位深度ずつ露出させることができる。

（３）吹付コンクリート工程
図１０（Ｃ）に示すように、単位深度ずつ内部掘削する毎に、すなわち、先行掘削溝１を単位深度ずつ露出させる毎に、露出させた先行掘削溝１の露出面（１段ずつの露出面）に、吹付コンクリート２Ｆを施工する。
詳しくは、１段分の露出面に釘などのアンカーで浮かせて溶接鉄筋を配置した後、溶接鉄筋を囲繞するように吹付コンクリート２Ｆを施工し、１０〜２０ｃｍ厚のコンクリート層を形成する。又は、露出面に設けるアンカーに簡易な型枠を設置し、コンクリートを打設してもよい。

（４）ロックボルト打設工程
同じく図１０（Ｃ）に示すように、単位深度ずつ内部掘削し、吹付コンクリート２Ｆを施工する毎に、吹付コンクリート２Ｆの表面（１段ずつの吹付コンクリート２Ｆの深さ方向中間位置）から、地山に、水平方向に複数本のロックボルト３を打ち込む。
ロックボルトの打設方法は、図１（Ｃ）で説明した方法と同じであり、（４−１）の水平削孔工程、（４−２）セメントミルク注入工程、（４−３）ロックボルト挿入工程、及び、（４−４）ロックボルト定着工程を含む。

上記（２）の内部掘削工程と上記（３）の吹付コンクリート工程と上記（４）のロックボルト打設工程は、上記（１）の先行掘削工程の終了後に、１段の掘削深度（１．５〜２．０ｍ）毎に、繰り返す。かかる繰り返しは立坑の構築予定深度（計画掘削深度）に達するまで行われ、これにより、図１０（Ｄ）に示すように、立坑４の構築が完了する。

本実施形態に係る立坑の構築方法によれば、先行掘削溝１を所定深度までまとめて形成した後、単位深度ずつ、内部掘削、吹付コンクリート及びロックボルト打設を繰り返すことにより、作業効率を改善することができる。
また、先行掘削溝１の連続性が担保されることで、土留壁の連続性が担保され、土留壁の信頼性を向上させることができる。

次に、構築された立坑の内部に地下構造物を構築する場合について説明する。
この場合は、図１（Ｄ）あるいは図１０（Ｄ）の立坑４の完成後のコンクリート壁２（あるいは吹付コンクリート２Ｆ）を、地下構造物の躯体コンクリート打設用の外型枠として利用する。従って、コンクリート壁２（あるいは吹付コンクリート２Ｆ）の表面に、必要により防水シートを貼り付けた上で、これを外型枠として、コンクリートを打設することで、地下構造物の躯体を構築する。

以上説明した実施形態は、円筒形の地下構造物を構築する場合の立坑の掘削として最適であるが、矩形構造物用の立坑の掘削など、他の平面形状の立坑の掘削においても、躯体外側面が鉛直な構造物用の立坑の掘削であれば、本発明を適用することが可能である。

また、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

１ 先行掘削溝
２ コンクリート壁（２Ｆ 吹付コンクリート）
３ ロックボルト
３ａ 削孔
３ｂ セメントミルク
３ｃ ベアリングプレート
３ｄ ベアリングワッシャ
３ｅ ナット
４ 立坑
１０ ボーリング孔
２０ 溝切り装置
２１Ａ、２１Ｂ 支持部材
２２ 切削ワイヤ
２３ 連結部材
２４Ａ、２４Ｂ 前側プーリ
２４Ｃ、２４Ｄ 後側プーリ
ＦＣ−１〜ＦＣ−３ 第１〜第３の前側切削部
ＲＣ−１、ＲＣ−２ 第１、第２の後側切削部

Claims (9)

1. 立坑の構築方法であって、
   立坑の構築予定箇所を囲むように、地盤の開削側と地山側との仮想境界線に沿って、先行掘削溝を形成する先行掘削工程と、
   前記先行掘削溝内にコンクリートを打設して、コンクリート壁を形成するコンクリート打設工程と、
   前記コンクリート壁により囲まれる領域を掘削して、前記コンクリート壁を露出させる内部掘削工程と、
   前記コンクリート壁の露出面から地山に水平方向にロックボルトを打ち込むロックボルト打設工程と、
   を含み、
   前記先行掘削工程は、
   前記仮想境界線上に所定の間隔で、それぞれ鉛直方向に延びる複数のボーリング孔を形成するボーリング工程と、
   隣り合う一対のボーリング孔に挿入可能な一対の支持部材、及び、これら一対の支持部材間に一部が張設されて循環移動する切削ワイヤを用い、前記一対の支持部材を前記一対のボーリング孔に挿入しつつ、前記切削ワイヤの前記一対の支持部材間の切削部により、前記一対のボーリング孔間の地山を切削する溝切り工程と、
   を含んで、立坑の構築予定深度まで、前記先行掘削溝を形成し、
   前記先行掘削工程及び前記コンクリート打設工程の終了後、単位深度ずつ、前記内部掘削工程及び前記ロックボルト打設工程を繰り返すことを特徴とする、立坑の構築方法。
2. 前記切削ワイヤの切削部は、形成する先行掘削溝の溝幅方向にずらして複数設けることを特徴とする、請求項１記載の立坑の構築方法。
3. 前記切削ワイヤの切削部は、前記支持部材の挿入方向にずらして複数設けることを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の立坑の構築方法。
4. 前記切削ワイヤの切削部は、形成する先行掘削溝の溝幅方向の両端に位置してそれぞれ溝の長さ方向に延びる２つの溝側部切削部と、前記２つの溝側部切削部の間に位置して溝の長さ方向に延びる少なくとも１つの溝内切削部と、を含むことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の立坑の構築方法。
5. 前記溝内切削部は、少なくとも１つが、前記支持部材の挿入方向で見て、前記溝側部切削部と同じ位置に設けられることを特徴とする、請求項４記載の立坑の構築方法。
6. 前記溝内切削部は、少なくとも１つが、前記支持部材の挿入方向で見て、前記溝側部切削部より後方の位置に設けられることを特徴とする、請求項４又は請求項５記載の立坑の構築方法。
7. 前記溝内切削部は、形成する先行掘削溝内にて一方の側部から他方の側部に向かうように斜めに配置されることを特徴とする、請求項４〜請求項６のいずれか１つに記載の立坑の構築方法。
8. 前記切削ワイヤの循環移動用に、前記一対の支持部材の挿入方向前側の一対のプーリと、挿入方向後側の一対のプーリとを備え、１本の切削ワイヤを、前記挿入方向前側の一対のプーリにｎ巻きし（ｎは２以上の整数）、前記挿入方向後側の一対のプーリにｎ−１巻きすることを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の立坑の構築方法。
9. 立坑の構築方法であって、
   立坑の構築予定箇所を囲むように、地盤の開削側と地山側との仮想境界線に沿って、先行掘削溝を形成する先行掘削工程と、
   前記先行掘削溝により囲まれる領域を掘削して、前記先行掘削溝を露出させる内部掘削工程と、
   前記先行掘削溝の露出面に吹付コンクリートを施工する吹付コンクリート工程と、
   前記吹付コンクリートの表面から地山に水平方向にロックボルトを打ち込むロックボルト打設工程と、
   を含み、
   前記先行掘削工程は、
   前記仮想境界線上に所定の間隔で、それぞれ鉛直方向に延びる複数のボーリング孔を形成するボーリング工程と、
   隣り合う一対のボーリング孔に挿入可能な一対の支持部材、及び、これら一対の支持部材間に一部が張設されて循環移動する切削ワイヤを用い、前記一対の支持部材を前記一対のボーリング孔に挿入しつつ、前記切削ワイヤの前記一対の支持部材間の切削部により、前記一対のボーリング孔間の地山を切削する溝切り工程と、
   を含んで、立坑の構築予定深度まで、前記先行掘削溝を形成し、
   前記先行掘削工程の終了後、単位深度ずつ、前記内部掘削工程、前記吹付コンクリート工程及び前記ロックボルト打設工程を繰り返すことを特徴とする、立坑の構築方法。