JP4274898B2

JP4274898B2 - 地下水流動保全工法

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Publication number: JP4274898B2
Application number: JP2003364543A
Authority: JP
Inventors: 均浅野; 誠請川; 毅柳楽
Original assignee: Toda Corp
Current assignee: Toda Corp
Priority date: 2003-10-24
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2023-10-24
Also published as: JP2005127042A

Description

本発明は、地下水流動保全工法に関し、特に、地下構造物を開削工法で施工する場合の地下水流動保全工法に関する。

一般に、地下鉄や地下道路等の地下構造物を構築する場合、構築予定位置の両側に地中連続壁などからなる土留め壁を構築し、その間を掘削して地下構造物を構築する、いわゆる開削工法が広く採用されている。

特に、大都市での地下空間の有効利用に伴って、大断面・大深度の線状地下構造物を構築する事例が増加しつつある。

ところが、このような大断面・大深度の地下構造物は、通常、土留め壁を含めて不透水性材料を用いて構築されるため、地下水の流路を遮断することになる。

従って、この地下構造物の上流側では、地下水の上昇、下流側では地下水の低下が生じ、井戸枯れや地盤沈下、あるいは生態系の変化や地下水の汚染などの被害を発生させることもある。

このような現象は、一時的なものではなく、恒久的に生じる現象であって、そのため、本願出願人は、先に特許文献１に示されるような提案を行った。

この提案は、地下構造物により遮断された地下水流の上流側の地山に鉛直集水管を適宜間隔毎に設け、この鉛直集水管のそれぞれと対をなして下流側の地山に鉛直排水管を設け、これらの鉛直集水管と鉛直配水管との一対ずつを水平導水管で接続することで、土留め壁の構築後においても地下水の通水路を形成することができるようにしている。
特許第２９５８３２３号公報

前述の提案によれば、複数の透水層毎に独立した地下水流動の確保及び目詰まり対策を可能としているが、掘削底面以深を対象とした地下水流動の保全ができず、鉛直集水管及び鉛直排水管が土留め壁の外側に位置するため、特別な用地が必要となり、さらに、複数の鉛直集水管及び鉛直排水管を設けるための掘削が必要となり、コスト高になるという問題があった。

本発明の目的は、複数の透水層毎に独立した地下水流動の確保及び目詰まり対策を含めた長期安定性を確保しつつ、掘削底面以深を対象とした地下水流動の保全、特別な用地の不要化及び低コスト化を図ることのできる地下水流動保全工法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の地下水流動保全工法は、地下に透水層を有する地山を掘削して地中連続壁を構築し、この地中連続壁にて遮水した状態で地中連続壁に囲まれた地山を開削して地下構造物を構築した後または構築中において、地下水の流動を図る地下水流動保全工法であって、前記地中連続壁の構築時に、Ｈ型鋼からなる仮設の２本の芯材に遮水鋼板を溶接して一体化した矩形芯材の前記遮水鋼板の通水孔予定位置に切削可能な材料からなる切削板を取り付け、かつ、底部に鋼板を溶接して密閉し、内部に安定液を充填した筒体を鉛直方向に挿入して前記地中連続壁内に中空部を形成する工程と、ソイルセメントや打設コンクリート等の遮材が固化して前記地中連続壁が形成された後、前記筒体内に安定液を充填した状態で切削機を必要位置まで吊り降ろしジャッキで固定しながら前記筒体内から前記透水層対応位置の地中連続壁を切削して通水孔を形成し地下水の流動化を図る工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、地中連続壁の構築時に、筒体を鉛直方向に挿入して地中連続壁内に中空部を形成し、地中連続壁の固化後、筒体内から透水層対応位置の地中連続壁を切削して通水孔を形成することで、透水層対応位置に独立した地下水流動を確保し、しかも、地下構造物の掘削底面以深であっても、筒体内からの切削により通水孔を形成して地下水の流動化を図ることができる。

また、筒体が地中連続壁の厚さ内に挿入され、地中連続壁内に中空部を形成するため、地中連続壁の外側に特別の用地を必要とすることがなく、中空部は地中連続壁の構築時に形成されるため、新たに流動性を確保するための掘削をおこなう必要がなくコストの低減を図ることができる。
さらに、例えばＨ型鋼などの地中連続壁構築用の芯材により中空部を形成することで、別途井戸を設置するような場合に比べより経済性を追求することが可能となる。

本発明においては、前記筒体内には、前記通水孔形成後、透水材が充填され、
前記透水材には、必要に応じて前記地下水の浄化材を混合することができる。

このような構成とすることにより、浄化材によって地下水を浄化して地中連続壁を通水浄化壁として用いることが可能となる。

本発明においては、前記筒体内には、前記筒体内を洗浄するための洗浄管を配設することができる。

このような構成とすることにより、筒体内の洗浄を確実に行うことができ、構築後将来的に通水機能が低下した場合でも洗浄管により通水部を洗浄することで、通水機能の改善を図ることができ、また、複数の透水層を有する場合でも、各透水層毎に洗浄管を配置することで各透水層の通水機能の改善を得ることができる。

さらに、洗浄管を用いて通水孔の切削形成時における通水効果を確認できるので、通水施工の確実性を向上させることができる。

本発明においては、前記透水層が複数存在し、
前記通水孔は、前記透水層対応位置に複数形成されるようにすることができる。

このような構成とすることにより、複数の透水層に対して確実に地下水の流動保全を確保することが可能となる。

本発明においては、前記通水孔は、前記地下構造物の掘削底面以深における透水層対応位置にも形成されるようにすることができる。

このような構成とすることにより、これまで不可能とされていた地下構造物の掘削底面以深においても地下水流動保全を確保することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１〜図７は、本発明の一実施の形態に係る地下水流動保全工法を示す図である。

図１は、この実施の形態における地下水流動保全工法を用いて地下構造物を構築した状態を示す断面図である。

この地下構造物１０は、地下鉄道や地下道路等に用いられるもので、開削工法によって土留め壁である地中連続壁１２の間に構築される。

この地中連続壁１２は、ソイルセメントによって構築されたもので、地下構造物１０の上方を流れる第１の透水層１４と、地下構造物１０の構築部分を流れる第２の透水層１６と、地下構造物１０の下方を流れる掘削底面５４以深の第３の透水層１８とを遮断して構築され、遮水を行った状態で地中連続壁１２に囲まれる地盤を開削して地下構造物１０を構築し得るようになっている。

また、地中連続壁１２には、通常の土留め用の芯材の他に所定間隔で筒体２０が所定間隔で配設され、内部に透水材２２が充填されている。

この透水材２２には、必要に応じて浄化材を混合することにより、地中連続壁１２を通水浄化壁として用いることができるようになっている。

そして、第１及び第３の透水層１４、１８対応位置において、各地中連続壁１２の筒体２０の埋設位置の上流側及び下流側にそれぞれ通水孔２４ａ、２４ｂを形成し、第１の透水層１４及び第３の透水層１８の地下水の流動化を図るようにしている。

また、第２の透水層１６対応位置においては、地下構造物１０に、各地中連続壁１２の筒体２０同士を連結する連結管２６を配設し、一方の地中連続壁１２の上流側に通水孔２４ａを形成し、他方の地中連続壁１２の下流側に通水孔２４ｂを形成することで第２の透水層１６における地下水の流動化を図るようにしている。

さらに、第１の透水層１４と第２の透水層１６との間及び第２の透水層１６と第３の透水層１８との間における筒体２０内に不透水材２８を充填し、第１の透水層１４、第２の透水層１６及び第３の透水層１８における地下水が独立して流動化できる状態としている。

なお、地下構造物１０の上方部分は、埋め戻しを行う際に、透水マット３０を敷設して埋め戻しを行うようにしている。

この透水マット３０に代えて、透水材を用いて埋め戻しを行うようにしてもよい。

次に、このような地下構造物１０を構築する際の地下水流動保全工法について、図２〜図７を用いて説明する。

まず、図２に示すように、地中連続壁の構築位置の地山に、施工機械３２を用いてソイルセメント連続壁３４を形成し、Ｈ型鋼からなる仮設の芯材３６を建て込む。

この場合、地下水流動保全に必要と想定されるピッチ毎に、筒体２０を鉛直方向に挿入して地中連続壁内に鉛直方向に延びる中空部を形成する。

この筒体２０は、図３に示すように、Ｈ型鋼からなる仮設の２本の芯材３６に遮水鋼板３８を溶接して一体化した専用の矩形芯材とされており、この遮水鋼板３８部分には通水孔予定位置に切削容易な材料からなる切削板４０を取り付けておき、かつ、筒体２０の内部にソイルセメントが入らないように底部に図示せぬ鋼板を溶接して密閉した状態となっている。

また、筒体２０の内部には、通水個所分の洗浄管４２を各通水個所に到達する長さで内装してある。

そして、この筒体２０をまだ固まらないソイルセメント連続壁３４内に挿入するのであるが、この建て込み時の浮力に対して筒体２０内に泥水などの安定液を充填することで対処するとともに、挿入時の抵抗に対し、筒体２０の先端に尖塔状のキャップ（図示せず）を取り付けて、挿入を容易にしている。

この状態で、図４の左側及び図５（１）の状態となる。

ついで、ソイルセメント４４が固化した後、図４中央に示すように、施工時の地下水流動を図るために、外側のソイルセメント壁のみを切削機４８にて切削して一部の筒体２０を井戸として利用する。

この場合、複数の第１〜第３の透水層１４、１６、１８に対しては、それぞれの専用の筒体２０により独立通水を行う。

例えば、第３の透水層１８を通水させる場合、図７に示すように、一方の地中連続壁１２の外側（上流側）のソイルセメント壁を切削して通水孔２４ａを形成し、他方の地中連続壁１２の外側（下流側）のソイルセメント壁を切削して通水孔２４ｂを形成するとともに、この第３の透水層１８用の洗浄管４２を上端部で仮設連結管４６により連結し、ポンプによる揚水を行うことで、第３の透水層１８の流動性を確保することが可能となり、同様の通水状態を第１の透水層１４及び第２の透水層１６においても行うようにしている。

この場合、図６に示すように、小型の切削機４８を必要位置に吊り降ろし、ジャッキ５０で固定しながら切削するようにしており、この切削に際しては地盤側の土水圧に対抗するため、建て込み時に充填した泥水などの安定液中で施工するようにしている。

そして、所定位置の切削完了後に切削部に透水材２２を充填し、洗浄管４２による通水により泥水などの安定液を排除するようにしている。

次に、揚水による通水を行いながら、図７に示すように、地中連続壁１２によって囲まれた地山の掘削を開始する。

地下構造物１０の構築時には、第２の透水層１６の通水に必要な連結管２６配設を行って第２の透水層１６の筒体２０同士の連結を行い、地下構造物１０の構築後に透水マット３０の敷設または透水材料による埋戻しを行いながら、地表までの埋め戻しを完了する（図１参照）。

次に、井戸として用いていない供用時用の筒体２０に切削機４８を吊り降ろし、下から上に向かって第３の透水層１８対応位置では、両側のソイルセメント壁を切削し、第２の透水層１６対応位置では外側のソイルセメント壁を切削し、さらに、第１の透水層１４対応位置では両側のソイルセメント壁を切削するようにしている（図４右側及び図５（２）参照）。

この切削に際しては、切削すると同時に、直ちに透水材２２を充填し、第１〜第３の通水層１４、１６、１８間の切削通水しない範囲を不透水材２８で充填し、第１〜第３の透水層１４、１６、１８の独立通水を図って、各透水層１４、１６、１８の地下水の混合を防ぐようにしている（図１参照）。

なお、この施工は、筒体２０内に泥水などの安定液を充填した状態での切削であるため、各通水層位置での洗浄は、予め配置した洗浄管４２からの通水で行うようにしている。

そして、供用時用の筒体２０における通水作業終了後、施工時用の井戸として用いていた筒体２０も内側のソイルセメント壁を順次切削し、供用時利用できるようにしている。

このように、地中連続壁１２の構築時に、筒体２０を鉛直方向に挿入して地中連続壁１２内に中空部を形成し、地中連続壁のソイルセメント固化後、筒体２０内から第１〜第３の透水層１４、１６、１８対応位置の地中連続壁を切削して透水孔２４ａ、２４ｂを形成することで、透水層対応位置に独立した地下水流動を確保し、しかも、第３の透水層１８のように地下構造物１０の掘削底面５４以深であっても、筒体２０内からの切削により通水孔２４ａ、２４ｂを形成して地下水の流動化を図ることができる。

また、筒体２０が地中連続壁１２の厚さ内に挿入されるため、地中連続壁１２の外側に特別の用地を必要とすることがなく、中空部は地中連続壁１２の構築時に形成されるため、新たに流動性を確保するための掘削を行う必要がなくコストの低減を図ることができる。

また、筒体２０は、Ｈ型鋼などの地中連続壁１２構築用の芯材３６により中空部を形成することで、別途井戸を設置するような場合に比べ、より安価にして経済性を追求することが可能となる。

また、筒体２０内に配置した洗浄管４２により、筒体２０内の洗浄を確実に行うことができ、構築後将来的に通水機能が低下した場合でも、洗浄管４２により通水部を洗浄することで、通水機能の改善を図ることができ、しかも、洗浄管４２を用いて通水孔２４ａ、２４ｂの切削形成時に通水効果を確認できるので、通水施工の確実性を向上させることができる。

図８は、本発明の他の実施の形態に係る地下水流動保全工法を示す図である。

この実施の形態では、地中連続壁１２としてＲＣ連続壁を用いた場合を示すもので、この地中連続壁１２を構築する場合、鉄筋篭５２を沈設するとともに、所定の間隔でＨ型鋼芯材を組み合わせて形成した筒体２０を挿入して地中連続壁１２内に中空部を形成するようにしている（同図（１）参照）。

この筒体２０を用いた通水孔２４ａ、２４ｂの形成（同図（２）参照）は、前記実施の形態と同様につき説明を省略する。

本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において、種々の形態に変形可能である。

例えば、前記実施の形態では、３つの透水層の地下水流動保全を行う場合について説明したが、この例に限られるものではなく、１または２あるいは４以上の透水層に対しても適用し得るものである。

また、前記実施の形態では、筒体をＨ型鋼芯材を組み合わせて形成した場合について説明したが、この例に限定されるものではなく、切削可能な鋼管や塩ビ管などを用いることも可能である。

さらに、前記実施の形態では、ソイルセメント連続壁を用いて土留めを行う場合について説明したが、この例に限らず、鉄筋篭を沈設してコンクリート等の遮材を打設する地中連続壁等についても適用可能である。

本発明の一実施の形態における地下水流動保全工法を用いて地下構造物を構築した状態を示す断面図である。地中に形成した、まだ固まらないソイルセメント連続壁内に筒体を挿入する状態を示す断面図である。図２において挿入される筒体の状態を示す部分斜視図である。地中連続壁に通水孔を形成するまでの過程を示す断面図である。（１）は筒体を有する地中連続壁の状態を示す断面図で、（２）はその筒体を用いて地中連続壁に通水孔を形成して通水可能にした状態を示す断面図である。切削機を用いて筒体内から地中連続壁に通水孔を形成する状態を示す断面図である。施工中において、第３の通水層を揚水により通水可能にした状態を示す断面図である。本発明の他の実施の形態を示すもので、（１）はＲＣ連続壁の施工中における断面図で、（２）は施工後において通水孔を形成して通水可能にした状態を示す断面図である。

符号の説明

１０地下構造物
１２地中連続壁
１４第１の透水層
１６第２の透水層
１８第３の透水層
２０筒体
２２透水材
２４ａ、２４ｂ通水孔
３４ソイルセメント連続壁
３６芯材
４２洗浄管
４４コンクリート
４８切削機

Claims

地下に透水層を有する地山を掘削して地中連続壁を構築し、この地中連続壁にて遮水した状態で地中連続壁に囲まれた地山を開削して地下構造物を構築した後または構築中において、地下水の流動を図る地下水流動保全工法であって、
前記地中連続壁の構築時に、Ｈ型鋼からなる仮設の２本の芯材に遮水鋼板を溶接して一体化した矩形芯材の前記遮水鋼板の通水孔予定位置に切削可能な材料からなる切削板を取り付け、かつ、底部に鋼板を溶接して密閉し、内部に安定液を充填した筒体を鉛直方向に挿入して前記地中連続壁内に中空部を形成する工程と、
ソイルセメントや打設コンクリート等の遮材が固化して前記地中連続壁が形成された後、前記筒体内に安定液を充填した状態で切削機を必要位置まで吊り降ろしジャッキで固定しながら前記筒体内から前記透水層対応位置の地中連続壁を切削して通水孔を形成し地下水の流動化を図る工程と、
を含むことを特徴とする地下水流動保全工法。
請求項１において、
前記筒体内には、前記通水孔形成後、透水材が充填され、
前記透水材には、必要に応じて前記地下水の浄化材を混合することを特徴とする地下水流動保全工法。
請求項１または２において、
前記筒体内には、前記筒体内を洗浄するための洗浄管が配設されていることを特徴とする地下水流動保全工法。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記透水層が複数存在し、
前記通水孔は、前記透水層対応位置に複数形成されることを特徴とする地下水流動保全工法。
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記通水孔は、前記地下構造物の掘削底面以深における透水層対応位置にも形成されることを特徴とする地下水流動保全工法。