JP4660820B2

JP4660820B2 - グラウチング方法

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Publication number: JP4660820B2
Application number: JP2005364393A
Authority: JP
Inventors: 国一郎宮下
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2025-12-19
Also published as: JP2007169881A

Description

本発明は、岩盤にグラウト材を注入するグラウチング方法に関し、とくに不必要範囲へのグラウト材の浸透を防止するグラウチング方法に関する。

従来、地下水位以下の地盤や岩盤内等にトンネル或いは地下空洞等の地下構造物を建設する際には、通常、それらの掘削に伴って掘削面から掘削した空間内に湧水が生じて地下水位が低下する。このため、水封式地下貯槽などの構造体として地下水位の低下を抑制する場合や、周辺環境への影響の観点から湧水による顕著な水位低下を避ける必要がある場合、或いは湧水が掘削工事自体に支障を及ぼすような場合などには、一般には、グラウチングにより周辺岩盤における透水性（以下、「岩盤透水性」とする）を改良して湧水を抑制する工法が採用される（例えば、特許文献１参照）。
グラウチングには、トンネルの掘削予定域に対して、掘削に先立って岩盤透水性を改良するプレグラウトと、掘削後に、坑壁に湧水の生じているトンネル周囲に行なうポストグラウトがある。グラウトの効果は、一般的にプレグラウトのほうが高いと考えられ、過剰な湧水や顕著な地下水位の低下を未然に防ぐためには、プレグラウトを行なうのが良いとされている。
プレグラウトは、一般的にはトンネルの切羽面から放射状にグラウト孔を削孔して、これにセメントミルク等のグラウト材を圧入し、岩盤の割れ目に浸透させて岩盤透水性を改良するものである。グラウトの効果は、チェック孔による湧水量やルジオン値（浸透し易さの目安）により確認され、必要な場合には、追加で二次グラウト孔の設置や、さらにその内側に同じように放射状のグラウト孔を設けるなどの追加処置がなされ、所定の湧水量、透水性に改良している。
特開平８−１１３９３８号公報

しかしながら、従来のグラウチング方法では、下記のような問題があった。
従来のグラウチング方法では、割れ目に対するグラウト材の浸透範囲について、グラウト注入領域に複数存在する割れ目の状況（開口幅、連続性、粘土などの挟在物の有無など）や、注入方式（注入圧力、注入材料、注入方法など）などによって異なり、実際にはよく把握できないというのが実情である。したがって、現行のグラウチング方法では、グラウト材の注入領域を制御して確実なグラウト施工範囲をもってグラウチングすることが困難であるという問題があった。
このため、施工条件によっては、あるグラウト施工範囲以上にグラウト材が浸透することを避ける必要がある場合があり、例えば、上述した水封式の地下貯槽周辺のグラウチングにおいては、貯槽周囲に設けられる水封トンネルや水封ボーリングなどの水封設備に施工したグラウト材が浸透すると、これらの水封設備が破壊されるという恐れがあった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、グラウト材の注入領域を限定することで、効率的且つ確実にグラウチングできるようにしたグラウチング方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るグラウチング方法は、坑道から周囲岩盤に向けてグラウト孔を形成し、グラウト孔よりグラウチングしてグラウト注入領域を形成するグラウチング方法であって、坑道の坑壁から坑道の軸方向で前方に向かうにしたがって漸次坑道の径方向外方に広がるようにして坑道の全周又は部分周部にわたって放射状に凍結孔を形成し、複数の凍結孔の周囲岩盤を凍結工法により凍結させた断面視でリング状の凍結壁を形成する第一工程と、凍結壁の内周側で坑道よりグラウト孔を形成し、グラウト孔よりグラウチングする第二工程とを備えていることを特徴としている。
本発明では、凍結工法により岩盤を凍結させて凍結壁を形成することで、凍結された岩盤の割れ目が閉塞して地下水の流動が制限される。そして、凍結壁の内周側のグラウト孔より周囲岩盤にグラウチングすることで、注入したグラウト材の浸透が凍結壁で規制されることになり、グラウト材が凍結壁の外側に浸透することなくグラウチングすることができる。また、凍結壁の内周側の領域には、凍結壁の外部から地下水が流入しないことから、グラウト孔内へ流入する水の抵抗が少なくなり、グラウチングの注入圧力を小さくすることができる。

また、本発明に係るグラウチング方法では、形成されたグラウト孔の注入領域のさらに内周側にグラウト注入領域を形成することが好ましい。
本発明では、放射状の凍結壁が形成され、その内周側で同様に略放射状のグラウト注入領域を形成でき、その形成されたグラウト注入領域のさらに内周側に順次グラウト注入領域を施工することができる。

また、本発明に係るグラウチング方法では、第一工程と第二工程とを順次繰り返して施工することで複数のグラウト注入領域を形成し、坑道の軸方向に形成されたグラウト注入領域同士が夫々オーバーラップしていることが好ましい。
本発明では、複数箇所の各グラウト注入領域がオーバーラップしているため、予定されるグラウト施工範囲において隙間なく確実なグラウチングができる。

また、本発明に係るグラウチング方法では、凍結壁は、坑道に直交する断面視で複数の凍結孔より凍結してなる凍結領域が連続することで一体化されていることが好ましい。
本発明では、凍結壁が連続して形成されるため、注入したグラウト材が凍結壁の外側に浸透することなくグラウチングできる。

本発明のグラウチング方法によれば、凍結壁が形成されていることで、注入したグラウト材の浸透が凍結壁によって規制され、グラウト材が凍結壁より外側に浸透しなくなる。このように、凍結壁を所定の形状、範囲で設定することで、グラウト注入領域を限定して効率的且つ確実にグラウチングできる。このため、不必要範囲にグラウト材が浸透することを防止できる。これにより、例えば水封式の地下貯槽の周囲に施工された水封トンネルや水封ボーリングなどの水封設備の周囲岩盤にグラウチングする場合に、グラウチングによるグラウト材のこれらの水封設備への浸透によって水封設備を破壊してしまうことを防止できる。
また、凍結壁の形成により、グラウト施工範囲における地下水の流れが制限され、グラウト孔内に流入する水を減少できることから、グラウチング時の注入圧力を低減して注入設備を縮小できる効果を奏し、コスト低減が図れる。
さらに、グラウチング方法では、グラウト材が水の抵抗を受けることなく岩盤の割れ目に浸透することから、岩盤の割れ目に対して確実なグラウト注入を行うことができる。

以下、本発明のグラウチング方法の実施の形態について、図１乃至図４に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態によるグラウチング方法の概要を示す側面図、図２は図１に示すＡ−Ａ線断面図、図３（ａ）〜（ｄ）はグラウチング方法の施工手順を示す工程説明図、図４は凍結管の設置状態を示す側断面図である。

図１に示すように、本実施の形態によるグラウチング方法は、掘進中の坑道１の周囲岩盤に所定のグラウト施工範囲Ｒをもってグラウト材を注入するものである。
なお、以下の説明では、必要に応じて坑道１の掘進方向（図１で左側から右側に向かう方向）を「前方」とし、その反対側を「後方」とする。

図１及び図２に示すように、グラウチング方法は、先ず、坑道１の切羽面１Ａからグラウト材を注入するための複数のグラウト孔１０、１０、・・・（以下、「グラウト孔群１０Ａ」と総称する）を削孔形成すると同時に、その切羽面１Ａより少し後ろ側の坑壁１Ｂから凍結工法（後述）を行なうための複数の凍結孔２０、２０、・・・（以下、「凍結孔群２０Ａ」と総称する）を削孔形成する。なお、この時点では、各グラウト孔１０及び各凍結孔２０内には、周囲岩盤中の地下水が流入する状態となっている。

図３（ａ）に示すように、各グラウト孔１０は、掘進中における坑道１の切羽面１Ａから前方に向かうにしたがって漸次坑道１の径方向外方に広がるように放射状に形成されている（図２参照）。グラウト孔群１０Ａが形成される領域は、図２に示すように、グラウト孔群１０Ａの外周縁がグラウト施工範囲Ｒの内側となる。

図３（ａ）に示すように、各凍結孔２０は、グラウト孔群１０Ａの外側の位置に配置され、掘進中における坑道１の坑壁１Ｂから前方に向かうにしたがって漸次坑道１の径方向外方に広がるようにして外側全周にわたって放射状に形成されている。そして、図３（ｂ）に示すように、これらの複数の凍結孔２０を使用し、凍結工法により凍結壁Ｔを形成させる。

ここで、凍結孔２０より施工される凍結工法について図４に基づいて説明する。
なお、図４に示す凍結孔２０は、坑道１の坑壁１Ｂに対して略直交方向に岩盤に削孔形成された状態を示したものである。
図４に示すように、各凍結孔２０内に内管２１Ａと外管２１Ｂとの二重管からなる凍結管２１を挿入し、凍結管２１の口元（坑壁１Ｂ側）には凍結孔２０と外管２１Ｂとを固定するためのパッカー２２を装着させる。そして、凍結管２１を配置した後、液体窒素などを、内管２１Ａ内に流入してその先端まで充満させ、さらに内管２１Ａと外管２１Ｂとの間から流出させて凍結管２１内を循環させる。これにより、凍結孔２０の周囲岩盤を凍結させ、凍結壁Ｔの範囲において、岩盤の割れ目を閉塞して地下水の流動を止めることができる（図３（ｂ）参照）。

このように構成される凍結工法で形成される凍結壁Ｔは、図２に示すように、坑道１に直交する断面視で隣り合う凍結孔２０、２０の凍結領域同士が互いの隙間を閉塞するように連続することで一体化されて形成されている。すなわち、凍結壁Ｔは、坑道１の外方で断面略リング状に所定間隔をもって配置されるグラウト孔群１０Ａよりさらに外方周囲に断面略リング状に連続して施工されている。
ここで、凍結孔２０による岩盤の凍結状態の管理方法としては、予め熱伝導解析を実施しておき、隣り合う凍結孔２０、２０の間の岩盤が凍結して繋がる時間を算定しておき、概ねその時間が経過したところで、凍結壁Ｔの内側に形成された各グラウト孔１０内に流入する地下水の状態を確認し、この流入が概ね止まったところで冷却を停止する。

次に、凍結作業が完了後、図３（ｃ）に示すように、凍結壁Ｔの内周側の各グラウト孔１０にセメントミルクなどのグラウト材を所定の注入圧力をもってグラウチングし、グラウト孔１０の周囲の岩盤にグラウト材を浸透させる。
このときのグラウチングの注入圧力は、湧水圧力以上の圧力とする必要があるが、凍結壁Ｔの形成により凍結壁Ｔの内周側の地下水圧が減少されるため、通常のグラウチングと比較して注入圧力を低減させることができる。
そして、グラウト孔群１０Ａの外側に凍結壁Ｔが形成されているため、注入したグラウト材の浸透が凍結壁Ｔによって規制されることになり、グラウト材が凍結壁Ｔの外側に浸透することなく施工できる。一方、グラウト孔群１０Ａより内側（坑道１の中心軸方向）へのグラウト材の浸透範囲は、とくに規制されることはないが、予定されるグラウト施工範囲Ｒに注入される予定注入量となったときにグラウチングを停止する。また、グラウト孔１０の先端部１０ａの位置は、そのグラウト注入領域Ｓの外周先端Ｓａがグラウト施工範囲Ｒの外周部となるように配置させるようにする。
凍結壁Ｔの範囲は、凍結孔２０を好ましくはグラウト孔１０より長くなるように形成する。このように範囲を設定することで、グラウト注入領域Ｓを制御することができ、グラウト施工範囲Ｒを限定したグラウチングを行うことできる。

なお、グラウチング中は、グラウト孔１０内への地下水の流入状態に応じて冷却作業の再開、停止を適宜行ない、凍結壁Ｔの形成状態を確認することで、必要以上のグラウト施工範囲Ｒに凍結が浸透しないように管理しておく。
そして、図２に示すように、凍結作用が減少して隣り合う凍結孔２０、２０間の凍結が途切れて凍結壁Ｔの連続性がなくなるまでの時間或いはその後の再冷却に必要な時間などについては予め熱伝導解析などによって算定しておき、凍結孔２０の冷却作業を停止或いは再開できる時間を管理するようにする。また、必要に応じて、凍結管２１の外周部に図示しない温度測定センサを配置し、岩盤温度の変化状況を監視することが好ましい。
凍結孔２０の孔間隔は、凍結所要時間の短縮が図れるといった利点から狭くすることが好ましいが、岩盤条件、工期、工費を勘案し、熱伝導解析の結果を参考に最適な間隔を設定するべきであることは言うまでもない。

また、図３（ｃ）に示すように、本グラウチング方法では、凍結壁Ｔの内周側の領域には凍結壁Ｔの外部から地下水が流入しないことから、グラウト孔１０内へ流入する水の抵抗が少なくなり、グラウチングの注入圧力を小さくすることができる。
また、凍結した岩盤の割れ目は、グラウチングの注入圧力によって再び割れ目が発生することも考えられるが、仮に新たな割れ目が生じてもその周囲が凍結していることから、その割れ目も再度凍結して閉塞することになる。
そして、グラウト注入後のグラウト材の止水効果については、グラウト注入領域Ｓにチェック孔（図示省略）を設けて浸透し易さの目安となるルジオン値を測定するなどして確認すればよい。
さらに、図２に示すように、必要に応じて二次グラウト孔１１を追加設置したり、グラウト孔１０，１１の内側に同じように放射状のグラウト孔１２を設けるなどの追加処置がなされ、周辺岩盤に対して所定の湧水量、透水性に改良するようにする。

続いて、グラウト終了後は、凍結孔２０内の凍結管２１に温水を循環させるか、或いは凍結管２１にヒータ（図示省略）を取り付けておき、凍結壁Ｔの凍結を解除する（図４参照）。
その後、図３（ｄ）に示すように、次の坑道１の掘進を行ない、掘進停止後の位置で上述したグラウト孔１０と凍結孔２０の削孔を行う工程から、凍結壁Ｔを形成する工程、そしてグラウチングする工程までの施工を行い、以降、グラウト施工範囲Ｒを坑道１の掘進と共に順次繰り返して施工する。このように掘進毎に施工される各グラウト注入領域Ｓは、グラウト施工範囲Ｒにおいて坑道１の掘進方向にオーバーラップさせて隙間なく施工されている。

上述した本実施の形態によるグラウチング方法では、凍結壁Ｔが形成されていることで、注入したグラウト材の浸透が凍結壁Ｔによって規制され、グラウト材が凍結壁Ｔより外側に浸透しなくなる。このように、凍結壁Ｔを所定の形状、範囲で設定することで、グラウト注入領域Ｓを限定して効率的且つ確実にグラウチングできる。このため、不必要範囲にグラウト材が浸透することを防止できる。これにより、例えば水封式の地下貯槽の周囲に施工された水封トンネルや水封ボーリングなどの水封設備の周囲岩盤にグラウチングする場合に、グラウチングによるグラウト材の浸透によってこれらの水封設備を破壊してしまうことを防止できる。
また、凍結壁Ｔの形成により、グラウト施工範囲Ｒにおける地下水の流れが制限され、グラウト孔１０内に流入する水を減少できることから、グラウチング時の注入圧力を低減して注入設備を縮小できる効果を奏し、コスト低減が図れる。
さらに、グラウチング方法では、グラウト材が水の抵抗を受けることなく岩盤の割れ目に浸透することから、岩盤の割れ目に対して確実なグラウト注入を行うことができる。

以上、本発明によるグラウチング方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態のグラウチング方法では掘進中の坑道１の前方に向けてグラウチングするプレグラウトに適用しているが、掘進後にグラウチングするポストグラウトに適用してもかまわない。
また、本実施の形態のような坑道内からのグラウチングに限らず他の坑道から該当する坑道周囲に対して行なうグラウチングや地表から岩盤内に対して行なうグラウチングなど、その形態の如何にかかわらず広く適用することが可能である。
さらに、凍結壁Ｔに関しては、本実施の形態のように坑道１の外側全周（断面視リング状）にわたって凍結壁Ｔを形成する範囲に限定されることはない。例えば、グラウチングを坑道１の上方部分のみに実施する場合などは、上方側の範囲のみを凍結させた凍結壁を形成してもよく、要は、グラウト施工範囲Ｒに応じて、その制限したい方向に対して凍結壁Ｔの形状や範囲を設定すればよいのである。
さらにまた、本実施の形態ではグラウト孔１０及び凍結孔２０を坑道１から放射状に形成させているが、これに限定されることはなく、例えば坑道１の外周に坑道軸方向に略平行となるようにグラウト孔１０及び凍結孔２０を配置させてもかまわない。すなわち、制限が必要と考えられるところに凍結孔２０を適切な形に配置することで本発明の適用が可能となる。

本発明の実施の形態によるグラウチング方法の概要を示す側面図である。図１に示すＡ−Ａ線断面図である。（ａ）〜（ｄ）はグラウチング方法の施工手順を示す工程説明図である。凍結管の設置状態を示す側断面図である。

符号の説明

１坑道
１Ａ切羽面
１０グラウト孔
１０Ａグラウト孔群
２０凍結孔
２０Ａ凍結孔群
２１凍結管
Ｒグラウト施工範囲
Ｓグラウト注入領域
Ｔ凍結壁

Claims

坑道から周囲岩盤に向けてグラウト孔を形成し、該グラウト孔よりグラウチングしてグラウト注入領域を形成するグラウチング方法であって、
前記坑道の坑壁から坑道の軸方向で前方に向かうにしたがって漸次坑道の径方向外方に広がるようにして前記坑道の全周又は部分周部にわたって放射状に凍結孔を形成し、複数の該凍結孔の周囲岩盤を凍結工法により凍結させた断面視でリング状の凍結壁を形成する第一工程と、
前記凍結壁の内周側で前記坑道より前記グラウト孔を形成し、該グラウト孔よりグラウチングする第二工程と、
を備えていることを特徴とするグラウチング方法。
形成されたグラウト孔注入領域のさらに内周側にグラウト注入領域を設けることを特徴とする請求項１に記載のグラウチング方法。
前記第一工程と第二工程とを順次繰り返して施工することで複数の前記グラウト注入領域を形成し、前記坑道の軸方向に形成された前記グラウト注入領域同士が夫々オーバーラップしていることを特徴とする請求項１又は２に記載のグラウチング方法。
前記凍結壁は、前記坑道に直交する断面視で複数の前記凍結孔より凍結してなる凍結領域が連続することで一体化されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のグラウチング方法。