JP2023060677A - 管状部材除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地盤に埋設された管状部材を効率的に除去する。【解決手段】地盤１に形成された地中孔１０内に埋設されたパイプ材１２を除去する管状部材除去方法は、パイプ材１２の内周面１２ｂによりパイプ材１２の軸方向に沿って案内されるガイド部２２と、ガイド部２２に連続して形成されパイプ材１２の軸方向端面を切削可能な切削部２３と、を有する切削ロッド２１が先端に取り付けられた切削ロッドアッシー２０を、回転させながらパイプ材１２に押し付けることによりパイプ材１２を切削する切削工程を含む。【選択図】図２

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り 学会名：令和３年度土木学会全国大会第７６回年次学術講演会、掲載アドレス：ｈｔｔｐｓ：／／ｃｏｎｆｉｔ．ａｔｌａｓ．ｊｐ／ｇｕｉｄｅ／ｅｖｅｎｔ／ｊｓｃｅ２０２１／ｓｕｂｊｅｃｔ／ＶＩ－３７５／ｔａｂｌｅｓ？ｃｒｙｐｔｏＩｄ＝（第ＶＩ部門 シールドトンネル（２） ［ＶＩ－３７５］シールド工事における地中変位リアルタイム可視化技術の適用事例―水平ボーリング削孔の施工実績―）、掲載日：令和３年８月２日、学会名：令和３年度土木学会全国大会第７６回年次学術講演会、掲載アドレス：ｈｔｔｐｓ：／／ｃｏｎｆｉｔ．ａｔｌａｓ．ｊｐ／ｇｕｉｄｅ／ｅｖｅｎｔ／ｊｓｃｅ２０２１／ｓｕｂｊｅｃｔ／ＶＩ－３７６／ｔａｂｌｅｓ？ｃｒｙｐｔｏＩｄ＝（第ＶＩ部門 シールドトンネル（２） ［ＶＩ－３７６］シールド工事における地中変位リアルタイム可視化技術の適用事例―光ファイバを用いた地中変位計測実績―）、掲載日：令和３年８月２日、学会名：令和３年度土木学会全国大会第７６回年次学術講演会（Ｗｅｂ会議システム「Ｚｏｏｍ」を使用したライブ形式（リアルタイムでの発表）で実施。第ＶＩ部門 シールドトンネル（２） ２０２１年９月９日（木）１１：１０～１２：３０ ＶＩ－６（Ｒｏｏｍ３１）［ＶＩ－３７５］シールド工事における地中変位リアルタイム可視化技術の適用事例―水平ボーリング削孔の施工実績―）、開催日：令和３年９月９日 学会名：令和３年度土木学会全国大会第７６回年次学術講演会（Ｗｅｂ会議システム「Ｚｏｏｍ」を使用したライブ形式（リアルタイムでの発表）で実施。第ＶＩ部門 シールドトンネル（２） ２０２１年９月９日（木）１１：１０～１２：３０ ＶＩ－６（Ｒｏｏｍ３１）［ＶＩ－３７６］シールド工事における地中変位リアルタイム可視化技術の適用事例―光ファイバを用いた地中変位計測実績―）、開催日：令和３年９月９日

本発明は、地盤に埋設された管状部材を除去する方法に関する。

トンネルや地下空洞を構築する際に、線状の地中変位計を地盤内に設置し、地中変位計を用いてトンネルや地下空洞の周囲の地盤の状態を検出することがある。特許文献１には、地盤の変位を測定可能な線状の地中変位計を地盤内に埋設された管状部材に沿って設置する方法が開示されている。

特開２００２－１５６２１５号公報

特許文献１に記載の方法では、埋設された管状部材は、地盤の状態を検出する必要がなくなった後も地盤内に放置される。このように地盤内に管状部材が放置されると、別のトンネルや地下空洞を構築する際に行われる掘削の妨げとなることから、不要となった管状部材を除去することが求められる。しかしながら、地中に埋設された管状部材を掘り出して除去し、さらに管状部材が掘り出された箇所を埋め戻すことには、多大な時間と労力を要する。

本発明は、地盤に埋設された管状部材を効率的に除去することを目的とする。

本発明は、地盤に形成された地中孔内に埋設された管状部材を除去する管状部材除去方法であって、前記管状部材の内周面または外周面により前記管状部材の軸方向に沿って案内されるガイド部と、前記ガイド部に連続して形成され前記管状部材の軸方向端面を切削可能な切削部と、を有する切削ロッドが先端に取り付けられたロッド部材を、回転させながら前記管状部材に押し付けることにより前記管状部材を切削する切削工程を含む。

本発明によれば、地盤に埋設された管状部材を効率的に除去することができる。

本発明の実施形態に係る管状部材除去方法により除去される管状部材を示す図である。 本発明の実施形態に係る管状部材除去方法において用いられる部材を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る管状部材除去方法について説明する。

図１及び図２を参照して、本発明の実施形態に係る管状部材除去方法によって地盤内に形成された地中孔内に埋設された管状部材を除去する工程及び管状部材除去方法において用いられる部材について説明する。ここでは、管状部材が、地盤の状態を検出可能な線状体が挿入される線状体挿入管として用いられる場合について説明する。

例えば、シールド掘進機によって地盤内にトンネル等の地下空間を構築する際、シールド掘進機の直上の地盤の変位を把握することは、地盤の沈下や隆起を防止するために重要である。このため、図１に示すように、地盤１内にトンネルＴを構築するシールド掘進機４の予定進路３の直上に、地盤１の変位を検出可能な線状体として地中変位計１４を設置することがある。

地中変位計１４が設置される地中孔１０は、シールド掘進機４が発進する立坑２から水平方向及び垂直方向において予定進路３と同じ方向に曲がる曲線部を有するように、シールド掘進機４の予定進路３に対して略平行に予め削孔される。

また、線状の地中変位計１４を地中孔１０内に円滑に挿入するために、地中孔１０内には、図１に示すように、パイプ材（管状部材）１２が埋設される。

パイプ材１２に挿入される地中変位計１４としては、例えば、加速度センサや圧力センサ、歪みセンサ、傾斜センサが取り付けられた検出ユニットを長手方向において複数連結することにより線状に形成されたものや光ファイバケーブルが用いられる。

このような地中変位計１４による地盤１の変位の検出は、シールド掘進機４の掘進が開始される前から行われ、シールド掘進機４によって地盤１内にトンネルＴが構築された後、地盤１が比較的安定した状態となるまで継続される。

その後、地盤１の変位を検出することが不要になると、地中変位計１４は、パイプ材１２内から引き抜かれ、他の掘進作業現場等において再利用される。

ここで、地中変位計１４が引き抜かれたパイプ材１２は、地盤１の状態を検出する必要がなくなった後も地盤１内に埋設されたままとなる。このように地盤１内にパイプ材１２が放置されると、別のトンネルや地下空洞を構築する際に行われる掘削の妨げとなることから、不要となったパイプ材１２は除去されることが好ましい。しかしながら、比較的長い距離に渡って地中に埋設されたパイプ材１２を掘り出して除去し、さらにパイプ材１２が掘り出された箇所を埋め戻すことには、多大な時間と労力を要する。

このような課題を解決するために、本実施形態に係る管状部材除去方法では、図２に示される切削ロッドアッシー２０を用いて、地盤１に埋設されたパイプ材１２を効率的に除去している。図２は、切削ロッドアッシー（ロッド部材）２０によってパイプ材１２を切削除去している状態を示す図である。

まず、図２を参照し、管状部材除去方法に用いられる切削ロッドアッシー２０について説明する。

切削ロッドアッシー２０は、地中孔１０を削孔した際に用いられた図示しない削孔機によって回転駆動されるロッド状構造体であり、パイプ材１２を切削可能に形成された切削ロッド２１と、削孔機が生じる回転力を切削ロッド２１へと伝達する複数の中継ロッド２８と、により構成される。

切削ロッド２１は、パイプ材１２の内周面１２ｂによってパイプ材１２の軸方向に沿って案内されるガイド部２２と、ガイド部２２に連続して形成されパイプ材１２の軸方向端面を切削可能な切削部２３と、切削部２３を挟んでガイド部２２とは反対側に設けられ中継ロッド２８に連結される連結部２４と、を有する。

ガイド部２２は、図２に示すように、パイプ材１２内に所定の長さＬ１に渡って挿入される円柱状に形成された部分であって、その外径である第１外径Ｄ１の大きさは、パイプ材１２の内径ｄ１よりも小さく設定されている。なお、ガイド部２２の長さＬ１は、第１外径Ｄ１の２倍以上、好ましくは５～７倍程度に設定される。また、ガイド部２２の先端部は、パイプ材１２内に挿入されやすいように、先端に向かって外径が小さくなる半球形や円錐形に形成される。

切削部２３は、ガイド部２２の基端部から径方向外側に向かって拡径する部分であって、その外径である第２外径Ｄ２の大きさは、パイプ材１２の外径Ｄ３よりも大きく設定されている。また、図２に示すように、パイプ材１２の外周面１２ｃと地中孔１０の内壁面との間に充填材１６が充填されている場合、第２外径Ｄ２の大きさは、充填材１６の外径Ｄ４、すなわち、地中孔１０の内径ｄ２よりも小さく設定される。なお、第２外径Ｄ２を充填材１６の外径Ｄ４、すなわち、地中孔１０の内径ｄ２より大きく設定した場合、充填材１６を切削ないし破砕することが可能となる。

パイプ材１２の軸方向端面と軸方向において対向する切削部２３の対向面２３ａには、パイプ材１２を切削ないし粉砕するための突起が周方向及び径方向に沿って複数設けられている。

対向面２３ａは、パイプ材１２の軸方向に対して垂直な平面であってもよいが、図２に示すように、ガイド部２２から連結部２４に向かうにつれて徐々に拡径するように傾いて形成された傾斜面とすることが好ましい。このように対向面２３ａを傾けることによって、切削により生じたパイプ材１２の切り屑を、対向面２３ａに沿って径方向外側へと移動させ易くなる。

切削部２３に連続して形成された連結部２４は、その外径が切削部２３の第２外径Ｄ２よりも小さく設定される。このため、切削部２３の切削によって形成される除去孔３０の内周面と連結部２４の外周面との間にはわずかな隙間が形成される。このような隙間が形成されることによって、対向面２３ａに沿って径方向外側へと移動したパイプ材１２の切り屑を、当該隙間を通じて地中孔１０の外へと排出させ易くなる。

また、切削ロッド２１内には、切削部２３に供給される加圧水や除去孔３０内に充填されるグラウト（充填材）を地中孔１０内へと注入するための注入孔２５が設けられる。注入孔２５は、ガイド部２２の切削部２３寄りの部分において径方向に貫通して形成された第１注入孔２５ａと、切削部２３及び連結部２４に渡って軸方向に形成され、一端が第１注入孔２５ａに接続され、他端が連結部２４の端面において開口する第２注入孔２５ｂと、を有する。

第１注入孔２５ａと第２注入孔２５ｂとの接続部には逆止弁２７が設けられており、注入孔２５を通る流れは、第２注入孔２５ｂから第１注入孔２５ａに向かう流れのみが許容される。換言すれば、逆止弁２７が設けられることによって、地中孔１０内の地下水等が注入孔２５に流入することが防止される。

中継ロッド２８は、切削ロッド２１の連結部２４と同等の外径を有し、その両端部は、切削ロッド２１や他の中継ロッド２８と連結可能な構成となっている。また、中継ロッド２８内には、外部から供給される加圧水やグラウトが流れる注入孔２８ａが軸方向に貫通して形成される。注入孔２８ａは、切削ロッド２１の注入孔２５や他の中継ロッド２８の注入孔２８ａと連通する。

続いて、図１及び図２を参照し、上記構成の切削ロッドアッシー２０を用いて行われる管状部材除去方法について説明する。なお、以下では、除去対象となるパイプ材１２（管状部材）が、充填材１６を介して地中孔１０内に埋設されており、図１に示すように、パイプ材１２には、地盤の状態を検出可能な地中変位計（線状体）１４が挿入されている場合について説明する。

切削ロッドアッシー２０によってパイプ材１２を切削する切削工程の前に、まず、パイプ材１２に挿入された地中変位計１４を引き抜いて回収する回収工程が行われる。

回収工程では、立坑２内に設置された図示しないリールに線状の地中変位計１４が巻き取られる。地中変位計１４は、パイプ材１２とともに切削除去されてもよいが、切削工程の前に回収しておくことで再利用することが可能となる。

地中変位計１４の回収が完了すると、続いて、切削工程が行われる。

切削工程では、まず、切削ロッドアッシー２０の先端に取り付けられた切削ロッド２１のガイド部２２が、地中変位計１４が引き抜かれたことで空洞となったパイプ材１２内に挿入される。

そして、切削部２３の対向面２３ａがパイプ材１２の軸方向端面に押し付けられた状態で、切削ロッドアッシー２０が削孔機によって回転駆動される。これにより対向面２３ａが接する部分、すなわち、パイプ材１２及び充填材１６の径方向内側の部分が切削除去され、除去孔３０が形成される。

なお、上述のように、切削部２３の第２外径Ｄ２の大きさは、充填材１６の外径Ｄ４、すなわち、地中孔１０の内径ｄ２よりも小さく設定されている。このため、切削工程において除去孔３０が形成されたとしても、地盤１が露出してしまうことはない。したがって、土砂が除去孔３０内に引き込まれて地盤１に緩みが生じてしまうことを回避することができる。

また、切削部２３により切削が行われる間、切削部２３には加圧水が送水される。具体的には、立坑２内に設置された図示しない送水ポンプから吐出された加圧水が、中継ロッド２８の注入孔２８ａ及び切削ロッド２１の注入孔２５を通り、ガイド部２２の外周面において開口する第１注入孔２５ａの開口端から対向面２３ａに向けて注水される。

切削部２３に供給された加圧水は、パイプ材１２に押し付けられる対向面２３ａを冷却する冷却水として機能するとともに、切削により生じたパイプ材１２の切り屑を地中孔１０の外へと排出する排出媒体として機能する。

このため、切削により生じた切り屑は、除去孔３０の内壁面と切削ロッドアッシー２０の外周面との間の隙間を通じて、加圧水と共に地中孔１０外へと排出されることになる。

なお、切削ロッドアッシー２０は、立坑２の地中壁５に設けられた図示しない止水箱（例えば、ソイルセメント造の地中壁５内に芯材として埋設されたＨ形鋼に溶接固定された止水箱）を介して地中孔１０へと挿入されている。このため、切削によって生じた切り屑等が立坑２内に漏れ出ることは防止される。

また、パイプ材１２は、時間の経過とともに土中の微生物によって水と二酸化炭素に分解される生分解性プラスチックで形成されている。このため、切り屑が地盤１内に残留したとしても水と二酸化炭素に分解されることになる。なお、パイプ材１２は、ポリ塩化ビニル等の樹脂で形成されていてもよい。

ここで、パイプ材１２は、地中孔１０と同様にシールド掘進機４の予定進路３に合わせた曲線部を有している。このため、パイプ材１２を切削除去するには、切削ロッドアッシー２０もパイプ材１２の配置に合わせて曲線状に進行させる必要がある。

しかしながら上述のように、パイプ材１２の切削が行われている間、切削ロッドアッシー２０の先端に取り付けられた切削ロッド２１のガイド部２２は、パイプ材１２内に挿入された状態となっている。つまり、パイプ材１２内にガイド部２２が挿入された状態を維持することで、切削ロッドアッシー２０は、自ずとパイプ材１２に追従して進行することになる。

したがって、ガイド部２２がパイプ材１２から抜け出てしまわない程度に切削ロッドアッシー２０をパイプ材１２に対して押し付け続けることによって、特段の進行方向制御や切削ロッドアッシー２０の先端位置計測を行うことを要せずに、曲がりくねって配置されたパイプ材１２に沿って切削ロッドアッシー２０を進行させることが可能である。

なお、パイプ材１２に対する追従性を向上させるためには、ガイド部２２の長さＬ１を長くすることが好ましいが、ガイド部２２の長さＬ１を長くしすぎると、パイプ材１２が比較的曲率が大きい状態で曲線的に配置されている場合には切削ロッドアッシー２０を追従させることが困難となる。

同様に、パイプ材１２に対する追従性を向上させるためには、ガイド部２２の第１外径Ｄ１を大きくすることが好ましいが、ガイド部２２の第１外径Ｄ１を大きくしすぎると、パイプ材１２が比較的曲率が大きい状態で曲線的に配置されている場合には切削ロッドアッシー２０を追従させることが困難となる。

このため、ガイド部２２の長さＬ１及び第１外径Ｄ１は、パイプ材１２が配置される曲率等を考慮し最適な大きさに適宜設定される。

このようにパイプ材１２に沿って切削ロッドアッシー２０を進行させ、切削ロッド２１によるパイプ材１２の切削と、中継ロッド２８の継ぎ足しと、を繰り返し、ガイド部２２の先端がパイプ材１２の閉塞端１２ａに当接した段階で切削工程が完了する。

パイプ材１２の切削が完了すると、続いて、切削によって形成された除去孔３０をセメントベントナイト等のグラウト（充填材）で充填する充填工程が行われる。

充填工程では、切削工程において、加圧水の供給が行われていた注入孔２５，２８ａを利用し、グラウトの供給が行われる。

具体的には、切削ロッドアッシー２０が地中孔１０内から徐々に抜き出されるのに伴って、立坑２内に設置された図示しないグラウト供給ポンプから吐出されたグラウトが、中継ロッド２８の注入孔２８ａ及び切削ロッド２１の注入孔２５を通り、ガイド部２２の外周面において開口する第１注入孔２５ａの開口端から除去孔３０内へと注入される。なお、注入されるグラウトとしては、地盤１と同程度の強度を有するグラウトが用いられる。

これにより地中孔１０内は、もともと充填されていた充填材１６に加えて新たに充填されたグラウトによって満たされることになる。

このように上記各工程を経て、地中孔１０内に配置されたパイプ材１２は除去される。これにより、地盤１内に残されたパイプ材１２が、別のトンネルや地下空洞を構築する際に行われる掘削の妨げとなってしまうことが避けられる。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

本実施形態に係る管状部材除去方法によれば、パイプ材１２に挿入されパイプ材１２により軸方向に案内されるガイド部２２と、ガイド部２２に連続して形成される切削部２３と、を有する切削ロッド２１が先端に取り付けられた切削ロッドアッシー２０を、回転させながらパイプ材１２に押し付けることによって、パイプ材１２は切削除去される。

このようにパイプ材１２によって案内されるガイド部２２を切削ロッド２１に設けておくことで、特段の進行方向制御や切削ロッドアッシー２０の先端位置計測を行うことを要せずに、曲がりくねって配置されたパイプ材１２に沿って切削ロッドアッシー２０を進行させて、パイプ材１２を順次切削除去することが可能である。これにより地盤１に埋設されたパイプ材１２を効率的に除去することができる。

また、本実施形態に係る管状部材除去方法によれば、切削ロッドアッシー２０に設けられた注入孔２５，２８ａを通じて、切削工程では加圧水が切削部２３に供給され、充填工程ではグラウトが除去孔３０に充填される。このように、切削ロッドアッシー２０に設けられた注入孔２５，２８ａを送水とグラウト注入とに流用することによって、地盤１に埋設されたパイプ材１２を効率的に除去するとともに、除去によって生じた除去孔３０を効率的に埋め戻すことができる。

また、本実施形態に係る管状部材除去方法によれば、切削ロッドアッシー２０によってパイプ材１２を切削する前に、パイプ材１２に挿入された地中変位計１４が回収される。このようにパイプ材１２に挿入された部材をパイプ材１２とともに切削除去してしまうことなく、切削工程の前に回収しておくことによって、当該部材を再利用することができる。

また、本実施形態に係る管状部材除去方法によれば、パイプ材１２は、生分解性を有する材料によって形成される。このため、パイプ材１２を切削することで生じた切り屑が地盤１内に残留したとしても水と二酸化炭素に分解されることになり、結果として、環境への影響を低減させることができる。

なお、次のような変形例も本発明の範囲内である。

上記実施形態では、パイプ材１２は、地盤１の状態を検出可能な線状の地中変位計１４が挿入される線状体挿入管として用いられている。除去対象とされるパイプ材１２は、これに限定されず、埋設された管状部材であればどのようなものであってもよく、例えば、通信用ケーブル類の保護パイプや上下水道用のパイプ材であってもよい。

また、上記実施形態では、ガイド部２２は、パイプ材１２の内周面１２ｂによって案内されている。これに代えて、パイプ材１２の外側に充填材１６が充填されていない場合は、パイプ材１２の外周面１２ｃによってガイド部が案内されていてもよい。この場合、ガイド部は、切削部２３の径方向外側に、パイプ材１２の外径Ｄ３よりも大きい内径を有する環状部材または円弧状部材として形成される。

また、上記実施形態では、地中孔１０内への加圧水の供給とグラウトの供給とが同じ注入孔２５，２８ａを通じて行われている。これに代えて、加圧水の供給とグラウトの供給とは、切削ロッドアッシー２０に別々に設けられた注入孔を通じて行われてもよい。なお、上記実施形態のように、注入孔２５，２８ａを流用した場合の方が、切削ロッドアッシー２０の構成が簡素化されることで施工コストを低減させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１・・・地盤
１０・・・地中孔
１２・・・パイプ材（管状部材）
１４・・・地中変位計（線状体）
１６・・・充填材
２０・・・切削ロッドアッシー（ロッド部材）
２１・・・切削ロッド
２２・・・ガイド部
２３・・・切削部
２５・・・注入孔
２５ａ・・・第１注入孔（注入孔）
２５ｂ・・・第２注入孔（注入孔）
２７・・・逆止弁
２８・・・中継ロッド
２８ａ・・・注入孔
３０・・・除去孔

Claims (4)

1. 地盤に形成された地中孔内に埋設された管状部材を除去する管状部材除去方法であって、
   前記管状部材の内周面または外周面により前記管状部材の軸方向に沿って案内されるガイド部と、前記ガイド部に連続して形成され前記管状部材の軸方向端面を切削可能な切削部と、を有する切削ロッドが先端に取り付けられたロッド部材を、回転させながら前記管状部材に押し付けることにより前記管状部材を切削する切削工程を含む、
   管状部材除去方法。
2. 前記切削工程では、前記ロッド部材に設けられた注入孔を通じて前記切削部に水が送水される、
   請求項１に記載の管状部材除去方法。
3. 前記ロッド部材を前記地中孔から抜き出す際、前記ロッド部材に設けられた注入孔を通じて前記地中孔内に充填材を充填する充填工程をさらに含む、
   請求項１または２に記載の管状部材除去方法。
4. 前記管状部材は、地盤の状態を検出可能な線状体が挿入される線状体挿入管として用いられ、
   前記切削工程の前に、前記管状部材内に挿入された前記線状体を引き抜いて回収する回収工程をさらに含む、
   請求項１から３の何れか１つに記載の管状部材除去方法。
   
   

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