JP4962140B2 - シールドトンネルによる地下水の流動阻害を防止する構造及びシールドトンネル - Google Patents

Description

本発明は、地下構造物を構築することにより生じる地下水の流動阻害の防止構造に関する。

地盤の透水層内にシールドトンネルを掘削すると、シールドトンネルの内周とシールドトンネルの内周部に敷設される覆工体との間に形成されるテールボイド部に不透水性の裏込め材が充填されるので、地下水の流動を阻害してしまい、下流側の地下水位が低下して地盤沈下や井戸枯れが生じてしまう。

そこで、例えば、特許文献１には、図１５に示すように、覆工体５の上流側及び下流側にそれぞれ排水口６０、６１を設け、上流側の排水口６０に土砂の流入を防止するための金網等の土砂流入防止材６２を設置し、両排水口６０、６１を排水管６３で連結して、この排水管６３内に地下水を通過させることにより上流側の地下水を下流側に流す方法が開示されている。
特開平１０−２８０８８８号公報

しかしながら、上述した覆工体５の上流側及び下流側にそれぞれ排水口６０、６１を設ける方法では、上流側の排水口６０に設けられた土砂流入防止材６２の金網等が目詰まりすると地下水が流れなくなるという問題点があった。また、この土砂流入防止材６２を洗浄するために、脱着等の作業を行う際は、被圧状態の地下水が排水口６０から湧出するので大変危険であるという問題点もあった。

そこで、本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、メンテナンスが容易な地下水の流動阻害を防止する構造を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の地下水の流動阻害を防止する構造は、シールドトンネルよりも上流側の地下水を取水して該シールドトンネルよりも下流側に放水する通水手段を有する地下水の流動阻害を防止する構造であって、前記通水手段を洗浄するための洗浄システムを備え、前記洗浄システムは、水を貯留するための貯留槽と、前記貯留槽内の水を前記通水手段に供給するためのポンプと、前記ポンプから吐出される水を前記通水手段に送水するための洗浄管と、前記通水手段の洗浄後の排水を排出するための排水管とを備えることを特徴とする。
本発明による地下水の流動阻害を防止する構造によれば、洗浄システムを備えているので通水手段を洗浄することが可能となる。したがって、通水手段の目詰まり等を解消することが可能となる。

また、洗浄システムは、ポンプを備えており、このポンプの吐出圧力を利用して通水手段を洗浄するので、効率的に洗浄することができる。
また、洗浄用の水を送水する洗浄管と、洗浄後の排水を排出する排水管とをそれぞれ備えているので、洗浄用の水と洗浄後の排水とが混合することがない。したがって、通水手段を効率的に洗浄することが可能となる。

本発明において、前記洗浄システムは、前記排水管から排出された泥水が送水され、該泥水を浄化するための水槽と、前記水槽にて浄化された水を前記貯留槽に通水するための通水管とを更に、備えることとしてもよい。
このようにすれば、洗浄システムは、前記排水管から排出された泥水を浄化するための水槽を備えているので、通水手段を洗浄した後の水を再利用することが可能となる。したがって、洗浄毎に地下水を集水する必要がなくなる。

また、本発明において、前記洗浄システムは、前記シールドトンネル内に設置されることとすれば、トンネル内の温度、湿度は一年を通してほぼ一定なので、洗浄システムの管理が容易である。

また、本発明のシールドトンネルは、地下水の流動阻害を防止するために、該シールドトンネルよりも上流側の地下水を取水して該シールドトンネルよりも下流側に放水する通水手段を有するシールドトンネルであって、前記通水手段を洗浄するための洗浄システムを備え、前記洗浄システムは、水を貯留するための貯留槽と、前記貯留槽内の水を前記通水手段に供給するためのポンプと、前記ポンプから吐出される水を前記通水手段に送水するための洗浄管と、前記通水手段の洗浄後の排水を排出するための排水管とを備えることを特徴とする。

本発明の地下水の流動阻害を防止する構造を用いることにより、長期間にわたって地下水の通水機能を維持できるとともに、通水手段を容易にメンテナンスすることができる。

以下、本発明に係る地下水の流動阻害を防止する構造の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の第一実施形態に係る地下水の流動阻害を防止する構造を備えたシールドトンネルの軸方向に対して垂直な断面を示す図であり、図２は、図１のＡ矢視図である。

図１及び図２に示すように、地下水の流動阻害を防止する構造１は、シールドトンネル３の内周部に敷設された覆工体５と該覆工体５を囲うように充填される裏込め材１３とを貫通するように設置され、シールドトンネル３よりも上流側の地下水を取水してシールドトンネル３よりも下流側に放水するための通水手段９を備える。

覆工体５は、複数のセグメントピースをシールドトンネル３の内周面に沿って周方向及び長手方向に連結して構築される。この覆工体５とシールドトンネル３の内周面との間に形成されるテールボイド部に不透水性の裏込め材１３が充填される。

通水手段９は、シールドトンネル３よりも上流側（図１におけるシールドトンネル３の左側）の地下水を取水するための取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃと、これら取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃで取水した地下水をシールドトンネル３よりも下流側（図１におけるシールドトンネル３の右側）に放水するための放水部９Ｌａ、９Ｌｂ、９Ｌｃと、取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃで取水した地下水を放水部９Ｌａ、９Ｌｂ、９Ｌｃに通水するための通水兼洗浄管３１と、取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃ及び放水部９Ｌａ、９Ｌｂ、９Ｌｃを洗浄するための洗浄装置１１とを備える。

取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃ及び放水部９Ｌａ、９Ｌｂ、９Ｌｃは、覆工体５を貫通するように設けられた開口部７内に取り付けられている。

なお、本実施形態においては、取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃ及び放水部９Ｌａ、９Ｌｂ、９Ｌｃをシールドトンネル３の上方部、中央部及び下方部にそれぞれ設けたが、この数及び設置箇所に限定されるものではなく、シールドトンネル３の径、地下水の水位、地下水の流量等に基づいて設計により決定される。

図３及び図４は、それぞれ本実施形態に係る取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃの斜視図及び断面図である。また、図５は、図４のＢ−Ｂ断面図である。

図３〜図５に示すように、取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃは、開口部７内に、取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃが裏込め材１３よりもシールドトンネル３の径方向外側に突出するようにボルト・ナット１５にて取り付けられている。

また、図示はしないが、放水部９Ｌａ、９Ｌｂ、９Ｌｃも取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃと同様に開口部７内に、放水部９Ｌａ、９Ｌｂ、９Ｌｃが裏込め材１３よりもシールドトンネル３の径方向外側に突出するように取り付けられている。

取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃは、地盤１７内の土砂を捕捉し、地下水を通過させる固液分離体１９と、固液分離体１９を通過した水を図４中右向きに通水するとともに、固液分離体１９を洗浄するための水を図４中左向きに送水する通水兼洗浄管３１と、洗浄後の泥水を排出するための排水管３３と、排水管３３に取り付けられた排水管用バルブ３４とから構成される。

固液分離体１９は、地盤１７からの土圧を支持するとともに、小石、石等の流入を防止しつつ地下水を通過させるための孔２９を有するスクリーン保護用多孔板２１と、該スクリーン保護用多孔板２１のシールドトンネル３の径方向内側に配置され、スクリーン保護用多孔板２１の孔２９を通過した土砂混じりの地下水を土砂と地下水とに分離するための箱型の固液分離スクリーン２３と、該固液分離スクリーン２３内に内包され、耐圧性及び透水性を有し、内部に空隙２７を有するコア部２５とから構成されている。

スクリーン保護用多孔板２１は、例えば、径３０ｍｍの孔２９を４０ｍｍ間隔で三角配置したパンチングメタル（開口換算率で５１％）を用いたが、これに限定されるものではなく、地質等に応じた径のものを用いるが、スクリーン保護用多孔板２１の孔２９の径を排水管３３の径よりも小さくすることが望ましい。

また、固液分離スクリーン２３は、例えば、目合い０．２ｍｍのスクリーンのアローキャッチ（製品名：東洋紡株式会社製、登録商標）を用いたが、これに限定されるものではなく、地質等に応じた目合いのものを用いる。

そして、コア部２５は、取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃが設置された深さ位置の水圧に対して、内部に形成された空隙２７を保持できる程度の耐圧性を有する。本実施形態においては、コア部２５は、コスモジオ（製品名：東洋紡株式会社製、登録商標）を用いたが、これに限定されるものではなく、透水性及び耐圧性を有するものであれば他のものでもよい。

また、図示しないが、放水部９Ｌａ、９Ｌｂ、９Ｌｃも取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃと同様に、通水兼洗浄管３１と、排水管３３と、排水管用バルブ３４とから構成される。

図１に示すように、通水兼洗浄管３１の一端側は上流側の取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃに、他端側は下流側の放水部９Ｌａ、９Ｌｂ、９Ｌｃに接続されている。

また、図１及び図２に示すように、洗浄システム１１は、洗浄用の水を貯留するための貯留槽３５と、この水を取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃ及び放水部９Ｌａ、９Ｌｂ、９Ｌｃに供給するためのポンプ３７と、一端が送水管用バルブ３９を介して通水兼洗浄管３１に、他端がポンプ３７にそれぞれ接続されて、ポンプ３７から供給される水を取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃ及び放水部９Ｌａ、９Ｌｂ、９Ｌｃに送水するための送水管４１と、洗浄後の泥水を排出するための排水管３３（図４）と、排水管３３に取り付けられた排水管用バルブ３４（図４）と、排水管３３を介して排出される泥水に含まれる土砂を沈殿させて浄化された水を貯留するための水槽５５と、水槽５５の水を貯留槽３５に通水するための通水管５７とから構成されている。

貯留槽３５に貯留されている水は、取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃから取水された水を、一時的に送水管用バルブ３９を開放し、送水管４１を介して貯留槽３５内に流入させることにより、集水したものであるが、これに限定されるものではなく、例えば、地上から送水管（図示しない）を介して貯留槽３５内へ送水してもよい。

次に、上述した流動阻害を防止する構造１を適用した場合の通常時における地下水の流れについて説明する。

図６及び図７は、それぞれ図１及び図２に本実施形態における通常時の地下水の流れを記入した図である。また、図８は、本実施形態における通常時の取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃ内の地下水の流れを示す図である。

図６及び図７に示すように、通常時は、取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃで取水された地下水は、通水兼洗浄管３１内を通過して放水部９Ｌａ、９Ｌｂ、９Ｌｃに供給され、地盤１７内に放水される。具体的には、上流側の地下水は、図８に示すように、スクリーン保護用多孔板２１の外方のマッドケーキ層４３が除去された部分ＣＬよりスクリーン保護用多孔板２１の孔２９を介して取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃ内に流入する。ここで、地下水と混合している砂、土粒子は固液分離スクリーン２３の目合いの大きさに応じてこの固液分離スクリーン２３に捕捉され、その捕捉された砂、土粒子が取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃの下に沈殿し、捕捉されなかった微小径の土粒子及び地下水がコア部２５、通水兼洗浄管３１を通過する。このとき、地下水が排水管３３及び送水管４１（図１）に流入しないように排水管用バルブ３４及び送水管用バルブ３９（図１）は閉止されている。そして、下流側の放水部９Ｌａ、９Ｌｂ、９Ｌｃに到達した地下水は、コア部２５、固液分離スクリーン２３及びスクリーン保護用多孔板２１の孔２９を介して下流側のマッドケーキ層４３が除去された部分ＣＬに流入し、ここから更に、地盤１７内に放水される。

次に、上述した流動阻害を防止する構造１を適用した場合の取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃの洗浄方法について説明する。なお、以下の説明では、取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃに適用した場合についてのみ説明するが、放水部９Ｌａ、９Ｌｂ、９Ｌｃにも適用することができる。

図９及び図１０は、それぞれ図１及び図２に本実施形態における洗浄時の地下水の流れを記入した図である。また、図１１は、本実施形態における洗浄時の取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃ内の地下水の流れを示す図である。

図９及び図１０に示すように、砂、土粒子等により目詰まりした取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃを洗浄するときは、まず、排水管用バルブ３４及び送水管用バルブ３９を開放し、ポンプ３７を駆動させて、送水管４１及び通水兼洗浄管３１を介して貯留槽３５内の水を取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃに圧送する。そして、図１１に示すように、圧送された水で取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃの下に沈殿した砂、土粒子を除去する。

次に、ポンプ３７を駆動させて水を圧送した状態のままで排水管用バルブ３４を閉止して、固液分離スクリーン２３及びスクリーン保護用多孔板２１を洗浄し、固液分離スクリーン２３に捕捉された土粒子及びスクリーン保護用多孔板２１の孔２９を塞いでいる小石等を除去する。

洗浄後の砂、土粒子等を含む泥水は、排水管３３より排出され、覆工体５で囲まれた内部に設けられた水槽５５に送水され、泥水に含まれる砂、土粒子等を沈殿させて浄化する。浄化された水は、通水管５７を介して貯留槽３５に通水されて再び洗浄用の水として貯留される。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。以下の説明において、上記の実施形態に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。

第二実施形態における地下水の流動阻害を防止する構造５１は、裏込め材として透水性を有する透水性裏込め材５３を用いたものである。

図１２及び図１３は、それぞれ本発明の第二実施形態に係る取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃの斜視図及び断面図である。

図１２及び図１３に示すように、取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃは、開口部７内にボルト・ナット１５にて取り付けられている。この取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃ及び覆工体５の外周を囲うように透水性裏込め材５３が充填されている。

図１４は、本実施形態における通常時の取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃ内の地下水の流れを示す図である。図１４に示すように、上流側の地下水は、透水性裏込め材５３を通過し、スクリーン保護用多孔板２１の孔２９を介して取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃ内に流入する。ここで、第一実施形態と同様に、地下水と混合している砂、土粒子は固液分離スクリーン２３の目合いの大きさに応じてこの固液分離スクリーン２３に捕捉され、その捕捉された砂、土粒子が取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃの下に沈殿し、捕捉されなかった微小径の土粒子及び地下水がコア部２５、通水兼洗浄管３１を通過する。そして、放水部９Ｌａ、９Ｌｂ、９Ｌｃに到達した地下水は、コア部２５、固液分離スクリーン２３、スクリーン保護用多孔板２１の孔２９及び透水性裏込め材５３を通過して地盤１７内に放水される。

以上説明したすべての実施形態における地下水の流動阻害を防止する構造１、５１によれば、洗浄システム１１を備えているので取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃ及び放水部９Ｌａ、９Ｌｂ、９Ｌｃを洗浄することが可能となる。したがって、取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃ及び放水部９Ｌａ、９Ｌｂ、９Ｌｃの固液分離体１９の目詰まりを解消することが可能となる。

また、この洗浄システム１１は、ポンプ３７を備えており、このポンプ３７の吐出圧力を利用して取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃ及び放水部９Ｌａ、９Ｌｂ、９Ｌｃを洗浄するので、効率的に洗浄することができる。そして、洗浄用の水を送水する通水兼洗浄管３１と、洗浄後の排水を排出する排水管３３とを備えているので、洗浄用の水と洗浄後の排水とが混合することがない。さらに、泥水に含まれる土砂を沈殿させて浄化された水を貯留する水槽５５を備えているので、取水部９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃ及び放水部９Ｌａ、９Ｌｂ、９Ｌｃを洗浄した後の水を再利用することが可能となる。したがって、洗浄毎に地下水を集水する必要がなくなる。

そして、シールドトンネル３内の温度、湿度は一年を通してほぼ一定なので、洗浄システム１１の管理が容易である。

本発明の第一実施形態に係る地下水の流動阻害を防止する構造を備えたシールドトンネルの軸方向に対して垂直な断面を示す図である。 図１のＡ矢視図である。 本実施形態に係る取水部の斜視図である。 本実施形態に係る取水部の断面図である。 図４のＢ−Ｂ断面図である。 図１に本実施形態における通常時の地下水の流れを記入した図である。 図２に本実施形態における通常時の地下水の流れを記入した図である。 本実施形態における通常時の取水部内の地下水の流れを示す図である。 図１に本実施形態における洗浄時の地下水の流れを記入した図である。 図２に本実施形態における洗浄時の地下水の流れを記入した図である。 本実施形態における洗浄時の取水部内の地下水の流れを示す図である。 本発明の第二実施形態に係る取水部の斜視図である。 本発明の第二実施形態に係る取水部の断面図である。 本実施形態における通常時の取水部内の地下水の流れを示す図である。 従来の地下水の流れを示すシールドトンネルの縦断面図である。

符号の説明

１ 流動阻害を防止する構造
３ シールドトンネル ５ 覆工体
７ 開口部 ９ 通水手段
９Ｕａ、９Ｕｂ、９Ｕｃ 取水部 ９Ｌａ、９Ｌｂ、９Ｌｃ 放水部
１１ 洗浄システム １３ 裏込め材
１５ ボルト・ナット １７ 地盤
１９ 固液分離体 ２１ スクリーン保護用多孔板
２３ 固液分離スクリーン ２５ コア部
２７ 空隙 ２９ 孔
３１ 通水兼洗浄管 ３３ 排水管
３４ 排水管用バルブ ３５ 貯留槽
３７ ポンプ ３９ 送水管用バルブ
４１ 送水管 ４３ マッドケーキ層
５１ 流動阻害を防止する構造 ５３ 透水性裏込め材
５５ 水槽 ５７ 通水管

Claims (4)

1. シールドトンネルよりも上流側の地下水を取水して該シールドトンネルよりも下流側に放水する通水手段を有する地下水の流動阻害を防止する構造であって、
   前記通水手段を洗浄するための洗浄システムを備え、
   前記洗浄システムは、
   水を貯留するための貯留槽と、
   前記貯留槽内の水を前記通水手段に供給するためのポンプと、
   前記ポンプから吐出される水を前記通水手段に送水するための洗浄管と、
   前記通水手段の洗浄後の排水を排出するための排水管とを備えることを特徴とする地下水の流動阻害を防止する構造。
2. 前記洗浄システムは、
   前記排水管から排出された泥水が送水され、該泥水を浄化するための水槽と、
   前記水槽にて浄化された水を前記貯留槽に通水するための通水管とを更に、備えることを特徴とする請求項１に記載の地下水の流動阻害を防止する構造。
3. 前記洗浄システムは、前記シールドトンネル内に設置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の地下水の流動阻害を防止する構造。
4. 地下水の流動阻害を防止するために、該シールドトンネルよりも上流側の地下水を取水して該シールドトンネルよりも下流側に放水する通水手段を有するシールドトンネルであって、
   前記通水手段を洗浄するための洗浄システムを備え、
   前記洗浄システムは、
   水を貯留するための貯留槽と、
   前記貯留槽内の水を前記通水手段に供給するためのポンプと、
   前記ポンプから吐出される水を前記通水手段に送水するための洗浄管と、
   前記通水手段の洗浄後の排水を排出するための排水管とを備えることを特徴とするシールドトンネル。

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