JP4111898B2

JP4111898B2 - 地中連続壁の施工方法

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Publication number: JP4111898B2
Application number: JP2003334286A
Authority: JP
Inventors: 修上田; 正樹畠山
Original assignee: Honma Corp
Current assignee: Honma Corp
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2023-09-25
Also published as: JP2005097989A

Description

本発明は、土木建築工事において構築する地中連続壁の施工方法に関するものである。

地中連続壁の施工性の向上を図ったものとして、掘削刃を備えたエンドレスチェーンがカッターポストに設けられた駆動輪と誘導輪との間に掛け渡されて成るチェーン式カッターをガイドに取付け、このチェーン式カッターを地中に挿入した状態で、同カッターを回転させながら上記ガイドにより水平に移動させて地中に連続壁を掘削し、この掘削された連続溝内に固化材を注入することによって地中に連続壁を造成する施工方法（例えば特許文献１）が知られている。

上記の施工方法では、カッターにより掘削しながら、掘削孔内において掘削土砂と注入した固化材とを混合して連続壁を構築することができ、掘削土砂を連続壁の材料とするため、排土が少ない利点がある。

しかし、発明者らは、実際の施工を通して、連続壁の構築場所の一部に岩盤などがあると、チェーン式カッターでは岩盤を掘削することができないことを見出した。そこで、岩盤などの掘削に用いられているロックオーガーにより、岩盤部分の掘削を行ったが、ロックオーガーは一般的に高さ寸法が大のため、上方空間に制約のある現場で使用することができず、十分な施工空間を取れないと施工ができない問題が予想される。さらに、チェーン式カッターの使用により、排土が少ないという利点が得られるのに対して、ロックオーガーを使用すると、排土が発生し、その排土を処理しなければならない問題が発生することなどが予想される。
特開平７−１８０１５４号公報

そこで、本発明は、排土が少なく、効率的な施工が可能で、環境負荷の低減が可能な地中連続壁の施工方法を提供することを目的とし、加えて、上部空間に制約のある現場での施工を可能とする地中連続壁の施工方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、チェーン式カッターを地中に建て込んだ状態で、カッターを回転させると共に、該カッターを移動させることにより一定幅の溝を連続して掘削し、この掘削された溝内に固化材を注入して地中壁を形成する地中連続壁の施工方法において、掘削土砂を掘削孔に圧密する軸回転式掘削装置の掘削ロッドにより地中を掘削し、前記軸回転式掘削装置に備えた回転駆動負荷計測手段で計測する回転駆動負荷が基準範囲外であれば、前記掘削孔周辺の間隙率が低下するまでその位置で前記掘削ロッドを回転させた状態で上下動させ、掘削孔壁の圧密を行った後、前記カッターによる掘削を行う施工方法である。

また、請求項２の発明は、前記掘削ロッドは、彎曲面を有する圧密コテを備える施工方法である。

また、請求項３の発明は、リーダーに前記掘削ロッドの駆動装置を昇降自在に設け、掘削ロッドを地中に挿入した後、この掘削ロッドの上部と前記駆動装置側との間で継ぎ足しロッドを接続する施工方法である。

請求項１の構成によれば、軸回転式掘削装置の掘削ロッドにより岩盤などの固い地盤を掘削し、その際、掘削ロッドは掘削土砂を掘削孔に圧密するから、地上への排土が少なく、且つカッターにより掘削する溝の壁面が予め圧密されているから、後のカッター掘削移動時の抵抗が少なく、施工性の向上を図ることができる。

また、請求項２の構成によれば、掘削ロッドの回転により、圧密コテが掘削孔の内面に掘削土砂を擦り付けるようにして圧密される。

また、請求項３の構成によれば、ロッドを継足しながら掘削を行うから、リーダーの高さ寸法を低く抑えることができ、上部空間に制約のある現場での施工に適したものとなる。

本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。各実施例では、従来とは異なる新規な施工方法を採用することにより、従来にない機能を付加した地中連続壁の施工方法が得られ、その施工方法を夫々記述する。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。図１〜図６は本発明の第１実施例を示す。図１〜図４に示すように、11は地盤、12は自走車両、13はそのクローラ、14は旋回台、15は運転室、16は後部に設けた油圧ユニットである。本実施例においては、上部水平部材17と、下部水平部材18と、４本の垂直部材19を枠組みしてフレーム20を形成し、このフレーム20を車両12の一側に垂直に立てて固定する。すなわち21は一方のクローラ13の外側面に突設した２個のブラケットで、このブラケット21にフレーム20の下部水平部材18を固定すると共に、フレーム20の上部水平部材17の後面に突設したブラケット22に連結したステー23の後端部を、他のクローラ13の外側に突設したブラケット24に連結してフレーム20を固定する。

また、フレーム20の上下の水平部材17，18をガイドとして垂直フレーム25を横方向に摺動自在に設ける。25ａは上部水平部材17のガイド部と摺動自在に係合するブラケット部であり、25ｂは下部水平部材18のガイド部と摺動自在に係合するブラケット部である。また上部水平部材17に油圧シリンダー26の基部を枢支すると共に、このピストンロッド26ａの先端部を連結部材27を介して垂直フレーム25の上部に連結し、下部水平部材18に油圧シリンダー28の基部を枢支すると共に、このピストンロッド28ａの先端部を連結部材29を介して垂直フレーム25の下部に連結する。

また、垂直フレーム25に対してカッター支持ポスト30を昇降自在に設ける。31（図２参照）はその昇降用油圧シリンダーである。そしてこのカッター支持ポスト30に対してエンドレスチエーン式カッター32を垂直に設ける。33はこのカッター32のカッターポストであって上下に長い箱形フレームからなり、34はカッターポスト33の上端部に設けたスプロケット、35はポスト33の下端部に設けたスプロケット、36はこれら上下のスプロケット34，35にかけ渡した掘削刃付きエンドレスチエーンである。また、37はこのカッター駆動用のモータであり、38はその伝動装置である。図中51は掘削した溝Ｇにセメント液（セメントスラリー）などの固化材Ｂを注入する注入装置である。尚、前記カッター32の下端側からセメント液（セメントスラリー）などの固化材Ｂを注入するようにしてもよい。

次に、軸回転式掘削装置について説明すると、図５〜６に示すように、先端にビット109を設置した掘削ヘッド108を接続する圧密コテ113付のスクリューロッド111に圧密コテもスクリューもない棒状の継ぎ足しロッド114を継続させるオーガである。そして、前記スクリューロッド111が掘削ロッドである。このスクリューロッド111は本実施例では、約半ピッチ分のスクリュー羽根112を断続的に設けるもので、ロッド軸方向の圧密コテ113は上下段のスクリュー羽根112の外周先端部相互に渡すように適宜個所に設けた湾曲縦板による。かかるオーガは、重機115に設けたリーダー116を上下する駆動装置119に上端を接続し、ここから垂下して回転駆動される。

オーガの回転駆動負荷計測手段117として電流計（駆動装置119が電動モータの場合）または油圧計（駆動装置119が油圧モータの場合）を設け、また、掘削ヘッド108への荷重計測手段（図示せず）としてオーガおよびセットしたスクリューの重量を図るロードセルを設けた。この掘削ヘッド108への荷重計測手段118として、前記ロードセルの他に他の実施形態としては、重機115に設けたウインチ120から繰り出される駆動装置119を吊り下げるワイヤーロープ121の張力を図る張力計、もしくは掘削ヘッド118のビット109等に設ける面圧計をもってこれに代えてもよい。

また、掘削深度距離計122としてワイヤーロープ121の移動量をパルス発信させ、これを変換することにより掘削深度・掘削速度を計測するエンコーダをトップシーブに設けた。これら回転駆動負荷計測手段117、荷重計測手段118、掘削深度距離計122はそれぞれ掘削の自動制御を行うための制御装置としてのコンピュータ（図示せず）に接続される。

次に、このような軸回転式掘削装置を用いて行う本発明の掘削制御方法についで説明する。駆動装置119を駆動して掘削ヘッド108、スクリューロッド111、ロッド114を回転させこれを地盤に錐揉み状に挿入して掘削を行う場合、掘削ヘッド108のビット109での切削された土砂は掘削ヘッド108から上部のロッド111に至り、圧密コテ113の外周面で孔壁に圧密される。

通常、このような掘削ロッドにかかる土圧（摩擦抵抗）土の粒子の崩壊運動によるものと考えられる。なお、土の粒子と間隙率の関係は以下の通りである。
（Ａ）土の粒子０.004mm以下の場合間隙率は６０〜７０％
（Ｂ）土の粒子０.0048 〜１.9mm以下の場合間隙率は３５〜５０％
（Ｃ）土の粒子２.0mm以上の場合間隙率は２５〜４０％
（玉石から転石）
崩壊の無い掘削孔61を造成するには、孔壁周辺の地層の間隙率を下げる。このようにして軸回転式掘削装置を使用することにより掘削土砂を従来のようにら旋型スクリューで地上に排出するのではなく、圧密コテ113で孔壁周辺に押入し、ボイド率（間隙率）を下げながら掘削するため、孔壁は崩壊しないものとなる。また、掘削土砂は地上に排出しない。従って、スクリューロッド111に掛かる土圧（摩擦抵抗）がなくなり、地盤の掘削に重要な掘削ヘッド108の先端ビット109の面圧の調整が計れる。先端ビット109の調整ができれば、掘削速度を上げ、先端ビット109の消耗率を下げ、工期を短縮し経済的に完全な掘削作業ができる。

このような掘削制御を行うのに、第１の工程として、本発明は軸回転式掘削装置の回転駆動負荷計測手段117で計測する許容電流（または油圧）を基準とし、かかる許容電流（または油圧）が予め設定した基準範囲内であれば圧密コテ113での圧密で掘削孔周辺の間隙率がスムーズに低下しているものとして、掘削ヘッド108への荷重計測手段118で把握する掘削ヘッド108への荷重を高めるように掘削速度を上げる。回転駆動負荷計測手段117の測定値は計器（図示せず）に、荷重計測手段118の測定値は計器（図示せず）に表示するようにしたが、回転駆動負荷計測手段117を間隙率計とて用いることによりその値を間隙率を示す計器（図示せず）に表示するようにしてもよい。また、荷重計測手段118の測定値を面圧計の計器（図示せず）に表示するようにしてもよい。なお、前記許容電流（または油圧）の予め設定した基準範囲は柱状図を基に地層の状態によって基準値が異なるが、これを経験則で決定しておく。また、掘削速度が上がったことの確認は掘削深度距離計122でできる。

一方、第２の工程として、軸回転式掘削装置の回転駆動負荷計測手段117で計測する許容電流（または油圧）が基準範囲外であれば、圧密コテ113での圧密が不十分であり、掘削孔周辺の間隙率が低下するまでその位置でスクリューロッド111を回転させた状態で上下動させ、孔壁の圧密を行う。前記第１の工程と第２の工程とを適宜繰り返しながら掘削を続行する。

前記荷重計測手段118の役割は、地盤（柱状図により）に応じた推進力を維持するため、ワイヤーロープ121に設定された範囲の張力を維持するようにウインチ120の速度を制御することにもある。例えば、オーガの回転駆動負荷計測手段117で計測する許容電流（または油圧）が基準範囲内であるが、ワイヤーロープ121がゆるんでいる状態ではウインチ120を止めるか、巻き取るかさせ、一定の推力を維持させるようにしないと、食い込み過ぎたり、回転負荷が急速に上昇し、オーガの回転停止等が生じるおそれがあるからである。また、このような事態は切削刃の破損の原因ともなる。

なお、通常にスムーズに掘削が行われている場合は掘削深度が深くなってもスクリューロッド111にかかる羽根への摩擦面積は変わらず一定しており、ロッド114には摩擦が加えられることはないので、前記のごとく回転駆動負荷計測手段117を間隙率計として用いることにより地層の間隙率の計測も可能である。

また、上記軸回転式掘削装置は、駆動装置119によりスクリューロッド111を回転し、その駆動装置119がリーダー116に沿って降下駆動することにより、スクリューロッド111を地中に押し込み。所定深さだけスクリューロッド111を降下したら、駆動装置119による回転と降下を停止し、スクリューロッド111を駆動装置119から切り離し、駆動装置119をリーダー116に沿って上昇駆動し、継ぎ足しロッド114を継ぎ足し、すなわち、継ぎ足しロッド114の上端を駆動装置119に接続し、下端を地中に挿入したスクリューロッド111の上端に接続する。このように継ぎ足しロッド114を継ぎ足しながら掘削を行うことにより、リーダー116の高さ寸法を抑えることができ、これは、本装置では、先端側のみにスクリュー羽根112と圧密コテ113を設ければよく、継ぎ足しロッド114はそれらスクリュー羽根112と圧密コテ113が不要であるため、継ぎ足しを容易に行うことができる。

次に、前記構成につき、その作用を説明する。地中連続壁を構築しようとする地盤11に岩盤11Ａなどの固い地盤があり、カッター32だけでは掘削ができない場合は、まず、上記軸回転式掘削装置により掘削を行い、図７の平面図に示すように、スクリューロッド111の掘削により、溝Ｇに対応して、隣り合う掘削孔61が連続するように掘削を行う。この軸回転式掘削装置によれば、上述したように圧密コテ113で掘削孔61の壁周辺に押入し、ボイド率（間隙率）を下げながら掘削するため、掘削孔壁は崩壊しないものとなり、掘削孔61の壁面が予め圧密されてた状態となり、また、掘削土砂は地上に排出しない。

次に、図１（Ａ）に示すように、地中壁施工位置の始端側の掘削孔61にカッター32を吊し下げて挿入すると共に、このカッター32を垂直フレーム25に取り付ける。つぎに、油圧シリンダー26，28を縮めた状態で、フレーム20の上下部の水平部材17，18によるガイド方向を構築しようとするソイルセメント壁１の方向と一致させ、必要があればクローラ13が移動しないように地盤11に対してアンカー等によって固定し、この状態でカッター32のチエーン36をモータ37によって駆動しながら、油圧シリンダー26，28に圧力油を供給して、各ピストンロッド16ａ，18ａを押し出すことによって、垂直フレーム25を介してカッター32を図１（Ａ）の矢印の方向へ地盤１を掘削しながら移動させる。

そして、各油圧シリンダー26，28のピストンロッド26ａ，28ａが伸びきったならば、そのピストンロッド26ａ，28ａを後退させると共に、自走車両12を図１（Ｂ）に示すように、図中右方向へ移動させて、再び前記した操作を繰り返し行って、所定の長さの地中壁用の溝Ｇを掘削する。また、掘削した溝Ｇに注入装置51から固化材Ｂを注入し、固化材Ｂと溝Ｇ内の土砂の一部を撹拌する。この場合、カッター32を図中左側に戻して溝Ｇ内を撹拌することができる。

この場合、地中壁となる地中の両側面がスクリューロッド111の掘削により、溝Ｇの壁面が予め圧密されているため、まず、カッター32の掘削前に連続掘削孔61の側面が安定しており、カッター32の使用時における抵抗も少なく、施工性の大幅な向上を図ることができる。また、上記の施工方法によればほぼ一定厚さのソイルセメント壁１を形成できる。しかも、軸回転式掘削装置は、掘削孔61の圧密と同じに地上への排土の発生を防止するため、地上における作業も効率良く行うことができる。

本実施例では、ソイルセメント地中連続壁の築造において、対象とする地盤が固く、カッター32のみでの掘削が困難な場合、無排土型の軸回転式掘削装置を用いて先行掘削するので、排土の発生がなく、排土処理する工程がないため、効率的な施工の進捗が図れる。また、排土処理にかかわる費用の支出がないため、経済的である。また、排土の発生がないため、施工現場の景観の向上を図ることができると共に、環境負荷の軽減を図ることができる。また、軸回転式掘削装置は、高さ寸法を抑えたものであるから、低重心で安定すると共に、空頭制限下における作業に障害を生じない。また、山間地などで施工する場合、施工機械がコンパクトなので輸送にかかわるコストが削減できる。

このように本実施例では、請求項１に対応して、チェーン式カッター32を地中に建て込んだ状態で、カッター32を回転させると共に、該カッター32を平行に移動させることにより一定幅の溝Ｇを連続して掘削し、この掘削された溝Ｇ内に固化材Ｂを注入して地中壁たるソイルセメント壁１を形成する地中連続壁の施工方法において、掘削土砂を掘削孔61に圧密する軸回転式掘削装置の掘削ロッドたるスクリューロッド111により地中を掘削し、前記軸回転式掘削装置に備えた回転駆動負荷計測手段117で計測する回転駆動負荷が基準範囲外であれば、前記掘削孔61周辺の間隙率が低下するまでその位置で前記スクリューロッド111を回転させた状態で上下動させ、掘削孔壁の圧密を行った後、カッター32による掘削を行うから、軸回転式掘削装置のスクリューロッド111により岩盤11Ａなどの固い地盤を掘削し、その際、スクリューロッド111は掘削土砂を掘削孔61に圧密するから、排土が少なく、且つカッター32により掘削する溝Ｇの壁面が予め圧密されているから、後のカッター32掘削移動時の抵抗が少なく、施工性の向上を図ることができる。

また、このように本実施例では、請求項２に対応して、掘削ロッドたるスクリューロッド111は、彎曲面を有する圧密コテ113を備えるから、スクリューロッド111の回転により、圧密コテ113が掘削孔61の内面に掘削土砂を擦り付けるようにして圧密し、地上への排土の発生を防止できる。

また、このように本実施例では、請求項３に対応して、軸回転式掘削装置は、リーダー116に掘削ロッドたるスクリューロッド111の駆動装置119を昇降自在に設け、スクリューロッド111を地中に挿入した後、このスクリューロッド111の上部と駆動装置119側との間で継ぎ足しロッド114を接続するから、ロッドを継足しながら掘削を行うから、リーダー116の高さ寸法を低く抑えることができ、上部空間に制約のある現場での施工に適したものとなる。

また、実施例上の効果として、溝Ｇの方向に掘削孔61を連続して形成、すなわち隣り合う掘削孔61が連通するように掘削したから、排土を完全に防止でき、且つカッター32の抵抗を低く抑えることができる。

また、実施例上の効果として、先端に掘削ヘッド108を接続する圧密コテ113付のスクリューロッド111に圧密コテもスクリューもない棒状の継ぎ足しロッド114を継続させ、重機に設けたリーダー116を上下する駆動装置119に上端を接続し、ここから垂下して回転駆動する軸回転式掘削装置を用いて、駆動装置119を駆動して掘削ヘッド108、スクリューロッド111、ロッドを回転させこれを地盤に錐揉み状の挿入して掘削を行い、掘削ヘッド108のビット109での切削された土砂を圧密コテ113の外周面で掘削孔61の壁面に圧密させて、ボイド率（間隙率）を下げながら掘削する場合において、軸回転式掘削装置の回転駆動負荷計測手段117と、掘削ヘッド108への荷重計測手段118とを備え、回転駆動負荷計測手段117で計測する回転駆動負荷が基準範囲内であれば掘削孔61周辺の間隙率が低下したものとして、掘削ヘッド108への荷重計測手段118で把握する掘削ヘッド108への荷重を高めるように掘削速度を上げ、また、軸回転式掘削装置の回転駆動負荷計測手段117で計測する回転駆動負荷が基準範囲外であれば、掘削孔61周辺の間隙率が低下するまでその位置でスクリューロッド111を回転させた状態で上下動させ、掘削孔壁の圧密を行うから、スクリューにかかる抵抗を無くしながら掘削効率を上げることができ、掘削ヘッド108の消耗率を下げ、工期を短縮し、経済的に完全な掘削作業を、オペレータの経験とカンに頼ることなく、自動化して容易に行うことができる。

図８は本発明の第２実施例を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例は掘削ロッドの変形例を示すものであるが、スクリューロッド111の圧密コテ113は、ロッドの表面から湾曲する周面を有するような張出部材を上下に厚さ幅のあるスクリュー羽根状に設けるものとしてもよい。この圧密コテ113の周面は特殊鋼棒による表面ハードフェイシングとして形成した。この例においても、掘削孔61の壁面を圧密すると共に、地上への排土のない掘削を行うことができる。

なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、前面ブロックの大きさや形状などは適宜選定可能である。例えば、軸回転式掘削装置は掘削土砂を掘削孔に圧密するものであれば、各種のものを用いることができる。また、ビット109の配置などは適宜選定可能である。さらに、実施例では、溝Ｇの始端側から、掘削孔61を形成し、この掘削孔61の隣りを掘削するというように、溝Ｇに順次連続して掘削孔61を形成したが、掘削孔61位置から、１つの掘削孔61幅だけ飛ばして次の掘削孔61を形成し、その後、両側の掘削孔61，61間を掘削して掘削孔61，61，61が連続するように施工してもよく、最終的に岩盤などの固い地盤個所で掘削孔61が連続すればよい。もちろん岩盤などの固い地盤の個所では、必ずしも掘削孔61を形成しなくてもよいことは言うまでもなく、少なくともカッターで掘削が困難な個所を軸式回転掘削装置で掘削すればよい。また、本発明による地中連続壁は、高速道路工事や地下鉄駅舎工事に付随する土留め止水壁，沈埋トンネル用立坑工事やポンプ場工事に付随する土留め止水壁，産業廃棄物施設を囲む仕切壁，低水護岸工事などの止水壁、河川改修工事や治水ダム工事や遊水池に設ける止水壁など各種のものに適用可能である。

以上のように、本発明に係わる地中連続壁の施工方法は、排土が少なく、効率的な施工が可能で、環境負荷の低減が可能とし、加えて、上部空間に制約のある現場での施工を可能とする地中連続壁の施工方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態を示す施工方法を説明する断面図であり、図１（Ａ）はカッターを垂直フレームに取り付けて地中に建て込んだ状態を示し、図１（Ｂ）は、カッターによる掘削と固化材等の撹拌工程を示し、図１（Ｃ）は溝に地中熱交換器を挿入する工程を示す。同上、施工装置を正面から見た施工時の断面図である。同上、施工装置を側面から見た施工時の断面図である。同上、施工装置の平面図である。同上、軸回転式掘削装置の側面図である。同上、掘削ロッドの側面図である。同上、軸回転式掘削装置により掘削した掘削孔の平面図である。本発明の第２実施形態を示す掘削ロッドの側面図である。

符号の説明

１ソイルセメント壁（地中壁）
11 地盤
11Ａ岩盤
61 掘削孔
111 スクリューロッド（掘削ロッド）
113 圧密コテ
114 継ぎ足しロッド
116 リーダー
117 回転駆動負荷計測手段
119 駆動装置
Ｇ溝
Ｂ固化材

Claims

チェーン式カッターを地中に建て込んだ状態で、カッターを回転させると共に、該カッターを移動させることにより一定幅の溝を連続して掘削し、この掘削された溝内に固化材を注入して地中壁を形成する地中連続壁の施工方法において、掘削土砂を掘削孔に圧密する軸回転式掘削装置の掘削ロッドにより地中を掘削し、前記軸回転式掘削装置に備えた回転駆動負荷計測手段で計測する回転駆動負荷が基準範囲外であれば、前記掘削孔周辺の間隙率が低下するまでその位置で前記掘削ロッドを回転させた状態で上下動させ、掘削孔壁の圧密を行った後、前記カッターによる掘削を行うことを特徴とする地中連続壁の施工方法。
前記掘削ロッドは、彎曲面を有する圧密コテを備えることを特徴とする請求項１記載の地中連続壁の施工方法。
軸回転式掘削装置は、リーダーに前記掘削ロッドの駆動装置を昇降自在に設け、掘削ロッドを地中に挿入した後、この掘削ロッドの上部と前記駆動装置側との間で継ぎ足しロッドを接続することを特徴とする請求項１又は２記載の地中連続壁の施工方法。