JP4990041B2 - 地中管の構築方法及びこの方法により構築された地中管 - Google Patents

Description

本発明は、地山の補強方法及び補強構造に関するものである。

一般的に、推進工法は、発進立坑に設けた推進ジャッキにより推進機を貫入して地山を掘進させつつ、この推進機の後部に推進管を順次継ぎ足して所定の地中管を構築する方法であり、重要構造物の下方にトンネルや地下構造物を構築する際の補助工法として使用される。この推進機の掘進時に、推進機の貫入により地山が緩む。この状態を放置すると地山が崩落し、地表面が沈下する可能性があるために、地山に補強材を注入して地山を保持している。

この補強材として、例えば、特許文献１には、高吸水性樹脂と、ベントナイトと、セメントと、遅延硬化剤とを混合した補強材が開示されている。この補強材は、推進施工中（例えば、１〜４週間程度）は流動状態で推進管と地山との摩擦を低減する性能を有し、施工後は地山と同程度の強度に硬化して地山を保持する性能を発現するものである。推進管と地山との摩擦を低減する性能を維持する期間は、遅延硬化材の添加量を調整することにより適宜変更可能である。
特開平７−８２９８３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の補強材では、次のような問題点があった。（１）地山に注入されて約１ヶ月程度は滑材としての性能を有するものの、地山を補強する性能を有していないので、推進施工中は地山が崩落する可能性がある。（２）地山に注入された補強材が地下水に希釈されて配合割合が変化し、滑材としての性能や裏込め材としての性能が低下してしまう可能性がある。（３）補強材を注入した後にトラブル等で推進機が長期間停止すると、補強材には遅延硬化材が添加されているために、補強材が硬化して補強材と推進管とが一体化してしまい、推進機が推進できなくなる可能性がある。（４）推進施工中の補強材は地山を保持する性能を有していないので、線路、道路、ビル等の重要構造物の直下や低土被り区間等の数ｍｍの沈下をも許容されない厳しい条件下では、安全面から推進工法を適用することができない。

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、推進工法により地中管を構築する場合において緩んだ地盤を補強するにあたり、補強材を流動状態とすることで地山への注入を円滑に行うことができると共に、注入した補強材を固体状態とすることにより地山を補強することができ、さらに、注入した補強材を必要に応じて流動状態に戻すことができるようにすることを目的とする。

本発明の地中管の構築方法は、推進装置により推進機を地山に進入させつつ、該推進機の後部に推進管を順次継ぎ足すことにより地中管を構築する地中管の構築方法において、前記推進機の停止時は、前記地山内の通常温度では固体状態であり、該通常温度よりも高い所定の温度になると流動状態になる補強材を前記推進機の進入によって緩んだ地山に流動状態で注入して、冷却されて固体状態となった前記補強材により地山を補強し、前記推進機の進入再開時には、前記固体状態となった補強材を前記所定の温度以上に加熱することにより流動状態にすることを特徴とする。

本発明の地中管の構築方法によれば、補強材を加熱して流動状態とすることで地山への注入を円滑に行えると共に、注入した補強材を冷却させて固体状態とすることにより地山を補強することができ、さらに、必要に応じて、固体状態となった補強材を加熱することにより補強材を流動状態に戻すことができる。

以下、本発明に係る地山の補強方法及び補強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。本実施形態においては、線路の下方に地下構造物を構築する際に使用される推進工法の一つであるパイプルーフ工法でオーガータイプの掘進機を用いて地山を掘削する場合について説明するが、この工法及び掘進機に限定されるものではなく、推進工法全般に適用可能であり、また、この推進工法に用いられる一般的な掘進機に適用可能である。

図１は、本発明の第一実施形態に係る推進機１にて線路３の下方に構築された地中管７の縦断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ’矢視図である。なお、以下の図において、本発明の説明に不要な部分の図示は省略している。

図１及び図２に示すように、推進機１の進入によって緩んだ地山１３の土粒子間の間隙９に補強材１１が注入されている。本実施形態においては、補強材１１として、高級アルコールのラウリルアルコール（例えば、カルコール２０９８（製品名、カルコール：登録商標、花王株式会社製））を用いた。

地山１３内の通常温度である２０℃前後では、ラウリルアルコール（本実施形態においては、カルコール２０９８）は固体状態で、地山１３と同程度の一軸圧縮強度（例えば、０．５〜１．０ＭＰａ程度）を有しているために、固体状態の補強材１１は地山１３を補強するとともに、地山１３を保持し、地山１３の崩落を防止する。

また、地山１３内が通常温度よりも高くなりラウリルアルコールの融点（本実施形態においては、カルコール２０９８の融点である２３．５℃〜２６．５℃）以上になるとラウリルアルコールが液化するために、補強材１１は流動状態となる。そこで、補強材１１は上記融点以上で保温され、流動状態で間隙９に注入される。

次に、本実施形態に係る補強材１１の注入方法について施工手順にしたがって説明する。本実施形態においては、地上を電車が走行しない夜間のみに地中管７の構築作業を行い、電車が走行する昼間は構築作業を停止する場合について説明する。

図３は、本実施形態に係る推進設備４の概略全体図である。図３に示すように、地中管７は、発進立坑５内に設けた推進ジャッキ６により推進機１を押圧して地山１３内を掘進させつつ、この推進機１の後部に推進管１７を順次継ぎ足して構築される。

推進機１は、切羽対向面に回転するとともに地山１３を掘削するカッター１５と、カッター１５で掘削した掘削土砂を後方へ排出するためのスクリュー１９と、これらの装置を内包するための筒状の推進管１７とから構成される。

推進管１７は、間隙９に補強材１１を注入するための注入孔２９と、一端が補強材用注入ポンプ３８（後述する）に、他端が注入孔２９に接続され、補強材１１を注入孔２９に送給するための注入管３１と、注入孔２９付近に設けられ、間隙９内の圧力を測定する圧力計（図示しない）と、加熱装置である電熱線４１とを備える。注入孔２９は、推進管１７の上方部及び下方部に複数設けられている。また、注入管３１は、掘削土砂の排出を妨げないように、推進管１７内に埋め込まれている。そして、電熱線４１は、推進管１７の内周面に貼付されており（図２参照）、電熱線４１に通電することにより、推進管１７の外殻全体が温められる。

一方、地上には、補強材１１を製造・供給するための注入装置２３が設けられている。注入装置２３は、補強材１１を貯留するとともに温度管理を行うための温度調節器付き補強材用プラント３７と、この補強材１１を注入管３１及び注入孔２９を介して間隙９に供給するための補強材用注入ポンプ３８とから構成される。
温度調節器付き補強材用プラント３７の内部は、補強材１１が流動状態に保持されるように、例えば、約２６℃程度に設定されている。

上記のように構成した推進機１にて地中管７を構築するとともに、推進機１を推進ジャッキ６の押圧にて推進させると、推進管１７の周囲の地山１３が緩んで土粒子間に新たな間隙９が生じたり、従来より存在していた間隙９が大きくなる。この間隙９を放置すると地山１３の緩みが進行し、地山１３が崩落して地表面が沈下する可能性があるので、所定の距離だけ掘進すると掘進作業を停止し、間隙９に補強材１１を注入する。

図４は、間隙９に補強材１１を注入した状態を示す地中管７の側断面図であり、推進管１７の外周面近傍を拡大したものである。
図４に示すように、流動状態に保温された補強材１１を注入管３１から注入孔２９を介して間隙９に注入する。このとき、複数の注入孔２９からそれぞれ補強材１１が間隙９に注入されるために、推進管１７の全外周にわたって良好に補強材１１の注入が行われる。

補強材１１を注入する際は、注入圧が、予め設計等により決定された所定の圧力となるように圧力計にて確認しながら注入するとともに、地盤沈下計等（図示しない）の測定器にて計測される地表面の変状に応じて適宜圧力を調整し、地山１３の変形を防止する。また、補強材１１の注入量も同様に、地盤沈下計等の測定器にて計測される地表面の変状に応じて適宜調整する。

間隙９内に注入された補強材１１は、例えば、２０℃程度の周囲の地山１３により冷却されることにより固化して、固体状態となる。固体状態の補強材１１は、間隙９から流出することが無く、また、地山１３と同等の一軸圧縮強度を有するために、地山１３を保持することができる。
補強材１１が固体状態になったことを確認した後に、作業を中止し、これにより地上での電車の走行が可能となる。

そして、夜になって最終電車が終了すると、新たな推進管１７を地山１３に埋設された推進管１７の後部に接続し、再び掘進作業を開始する。掘進作業の開始時は、これに先だって電熱線４１に通電し、推進管１７を介して補強材１１を加熱する。

図５は、補強材１１を加熱した状態を示す地中管７の側断面図であり、推進管１７の外周面近傍を拡大したものである。

図５に示すように、推進管１７の内周面に設けられた電熱線４１で、推進管１７を介して補強材１１を加熱すると、推進管１７の外周面に接する部分の補強材１１から次第に液化し、流動状態になる。推進管１７の外周面近傍の補強材１１が流動状態になったらカッター１５を回転させるとともに推進機１を押圧して推進させ、掘進を開始する。推進管１７の外周面近傍の補強材１１が流動状態であるために、推進管１７の外周面と補強材１１との間に生じる摩擦抵抗が小さく、推進管１７はスムーズに推進する。推進管１７を推進させるためには、すべての補強材１１を流動状態にする必要は無く、少なくとも推進管１７の外周面と接する部分のみを流動状態にすればよい。そして、掘進作業中は電熱線４１による加熱を停止する。

図６は、本実施形態における推進時の補強材１１の状態を示す図である。
図６に示すように、電熱線４１による加熱を停止すると補強材１１の温度が低下して、やがて固体状態になるものの、推進機１は推進しているので、補強材１１は、推進管の外周面に固着して推進管とともに推進する部分１１ａと地山１３に固着して推進管が推進しても動かない部分１１ｂとに分離され、これらの接触する面には滑り面が形成される。この滑り面は、補強材１１同士の接触面であるため、摩擦抵抗は小さく、推進管１７はスムーズに推進することができる。

そして、所定の距離だけ掘進すると、上述したように、掘進作業を停止し、新たに形成された間隙９に補強材１１を注入して地山１３を保持する。再び推進機１を推進させる際には、新たに補強材１１を注入した間隙９に位置する推進管１７のみを電熱線４１で加熱して推進管１７の外周面に接する部分の補強材１１を流動状態にする。以前に注入した間隙９には上記滑り面がすでに形成されているので、以前に注入した間隙９を加熱する必要は無い。

上述したように、発進立坑５に設けた推進ジャッキ６により推進管１７を押圧することにより推進機１を掘進させ、この掘進により生じた間隙９に補強材１１を注入し、推進管１７の後部に新たな推進管１７を継ぎ足し、新たに形成された間隙９に注入した補強材１１を流動状態にして、再び推進機１を掘進させるという一連の作業を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返し、図７、図８に示すように、地中管７を構築する。

そして、推進機１が図示しない到達立坑に到達し、目的の区間に推進管１７が埋設された後に推進機１及び推進ジャッキ６を撤去すると工事が完了する。

以上説明したように、本実施形態の地山１３の補強方法によれば、線路３、道路、ビル等の重要構造物の下方をパイプルーフ工法にて地中管７を構築する場合には、地山１３内の通常温度約２０℃では固体状態である補強材１１を推進機１の進入によって緩んだ地山１３の土粒子間の間隙９に注入するために、地山１３が補強される。したがって、推進機１を通過させても地山１３を確実に保持し、地表面の沈下を防止することが可能となる。また、推進機１の推進時に補強材１１は流動状態であるために、補強材１１と推進管１７の外周面との摩擦抵抗が小さくなり、容易に推進することが可能となる。さらに、補強材１１を間隙９へ流動状態で注入するために、注入作業も容易となる。

また、補強材１１のラウリルアルコールは生分解性を有するために、時間が経過すると水と空気に分解されて消失し、地山１３中に残存せず、環境に悪影響を与えない。そして、ラウリルアルコール及び砂や粘土は一般的な原料であるために、原料の入手が容易である。

さらに、推進管１７は補強材１１を加熱するための電熱線４１を備えるために、補強材１１を加熱して流動状態にすることが可能となる。また、推進管１７の内周面に電熱線４１を設置することにより、補強材１１を効率的に加熱することができるために、短時間で補強材１１を流動状態にすることが可能となる。さらに、補強材１１の融点が地山１３内の通常温度約２０℃よりも数度程度高い２３．５℃〜２６．５℃であるために、補強材１１を加熱して流動状態にするための電熱線４１の設備が小規模でよく、設備投資を少なくすることが可能となる。

また、本実施形態においては、推進機１の推進再開時に、新たに形成された間隙９に注入された補強材１１のみを流動状態にする方法について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、すべての推進管１７に電熱線４１を取り付けて、間隙９に注入されたすべての補強材１１を加熱して流動状態にしてもよい。

次に、本発明の第二実施形態に係る補強材１１の注入方法について施工手順にしたがって説明する。以下の説明において、第一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推進管１７は加熱装置及び冷却装置を備えたものである。

図９は、本発明の第二実施形態に係る推進管２７の側断面図である。図９に示すように、推進管２７の内周面には加熱及び冷却可能なペルチェ素子４３が設けられている。ペルチェ素子４３は、推進管２７の内周面に貼付されており、ペルチェ素子４３に流れる電流の向きを変えることにより、推進管２７の内周面に接する接触面４３ａを加熱又は冷却するものである。

第一実施形態と同様に、推進機１にて地中管７を構築し、間隙９に補強材１１を注入する。
補強材１１を注入後、ペルチェ素子４３の接触面４３ａを冷却するように通電し、推進管１７本体を介して補強材１１を冷却する。補強材１１は、冷却されることにより、短時間で固体状態となり、地山１３を保持する。

そして、掘進作業の開始時は、これに先だって接触面４３ａを加熱するようにペルチェ素子４３に通電し、推進管１７を介して補強材１１を加熱する。推進管１７の外周面近傍の補強材１１が流動状態になるとカッター１５を回転させて掘進を開始する。

以上説明したように、本実施形態の地山１３の補強方法によれば、地山１３内の通常温度約２０℃では固体状態である補強材１１を間隙９に注入するために、地山１３が補強される。したがって、推進機１を推進させても地山１３を確実に保持し、地山１３の間隙９での崩落を防止することが可能となる。

また、推進管１７は補強材１１を加熱及び冷却可能なペルチェ素子４３を備えるために、補強材１１を容易に流動状態及び固体状態にすることが可能となる。そして、推進管１７の内周面にペルチェ素子４３を設置することにより、補強材１１を効率的に加熱又は冷却することができるために、短時間で補強材１１を流動状態又は固体状態にすることが可能となる。

なお、上述した各実施形態においては、補強材１１として高級アルコールのラウリルアルコールを用いる方法について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、高級脂肪酸のラウリン酸（例えば、ルナックＬ−７０（製品名、ルナック：登録商標、花王株式会社製））や脂肪酸エステルのステアリン酸エステル等を用いてもよく、これらは、地山１３内の通常温度である２０℃前後では、固体状態となり、地山１３と同程度の一軸圧縮強度（例えば、０．５〜１．０ＭＰａ程度）を有するともに、地山１３内が通常温度よりも高くなり融点（例えば、ルナックＬ−７０の場合は３２℃〜３６℃）以上になると、それぞれ流動状態となるので、高級アルコールのラウリルアルコールと同様に取り扱うことができる。また、高級脂肪酸のラウリン酸及び脂肪酸エステルのステアリン酸エステルも生分解性を有するために、時間が経過すると水と空気に分解されて消失し、環境に悪影響を与えない。

また、上述した各実施形態においては、ラウリルアルコールのみからなる補強材１１を用いる方法について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、ラウリルアルコールに砂や粘土等の粉粒体を添加して補強材１１としてもよく、このとき、補強材１１に占めるラウリルアルコールの体積割合が地山１３の間隙率（例えば、一般的な砂層の場合約３０〜６０％程度）と同程度になるように混合することが望ましい。ここで、ラウリルアルコールを地山１３の間隙率と同程度となるように補強材１１に混合すると、砂や粘土は補強材１１中に地山１３の土粒子と同程度の体積割合で含まれるために、生分解性を有するラウリルアルコールが時間の経過により消失した場合にも、砂や粘土により地山１３と同程度の圧縮強度を有し、地山１３を保持することが可能となる。また、粉粒体は、砂や粘土に限定されるものではなく、例えば、フライアッシュ、高炉スラグ、ベントナイト、廃ガラス等を用いてもよく、また、粉粒体を単体で用いるだけでなく、組み合わせて用いてもよい。

そして、上述した各実施形態においては、線路３の下方に地中管７を構築する場合について説明したが、線路３に限定されるものではなく、道路、建物等の構造物の下方に地中管７を構築する場合について適用することが可能である。

また、上述した各実施形態においては、注入孔２９は推進管１７の上方及び下方に設けたが、これらの位置に限定されるものではなく、地中管７の構築断面規模に応じて注入孔２９の数及び位置は適宜変更することが可能である。

なお、上述した各実施形態においては、円形断面の推進機１を用いた方法について説明したが、円形断面の推進機１に限定されるものではなく、例えば、矩形断面等の様々な推進機１に広く適用が可能である。

また、上述した各実施形態においては、本発明の地山１３の補強方法が推進工法における地山１３の補強に適用された場合について説明したが、これに限定されるものではなく、地山１３が緩んで土砂間に隙間が生じた場所を補強する場合等に広く適用が可能である。

本発明の第一実施形態に係る推進機にて線路の下方に構築された地中管の縦断面図である。 図１のＡ−Ａ’矢視図である。 本実施形態に係る推進設備の概略全体図である。 間隙に補強材を注入した状態を示す地中管の側断面図であり、推進管の外周面近傍を拡大したものである。 補強材を加熱した状態を示す地中管の側断面図であり、推進管の外周面近傍を拡大したものである。 本実施形態における推進時の補強材の状態を示す図である。 本実施形態に係る推進機にて線路の下方を推進する状態を示す図である。 本実施形態に係る推進機にて線路の下方を推進する状態を示す図である。 本発明の第二実施形態に係る推進管の側断面図である。

符号の説明

１ 推進機
３ 線路
４ 推進設備
５ 発進立坑
６ 推進ジャッキ
７ 地中管
９ 間隙
１１ 補強材
１３ 地山
１５ カッター
１７ 推進管
１９ スクリュー
２３ 注入装置
２７ 推進管
２９ 注入孔
３１ 注入管
３７ 温度調節器付き補強材用プラント
３８ 補強材用注入ポンプ
４１ 電熱線
４３ ペルチェ素子

Claims (2)

1. 推進装置により推進機を地山に進入させつつ、該推進機の後部に推進管を順次継ぎ足すことにより地中管を構築する地中管の構築方法において、
   前記推進機の停止時は、前記地山内の通常温度では固体状態であり、該通常温度よりも高い所定の温度になると流動状態になる補強材を前記推進機の進入によって緩んだ地山に流動状態で注入して、冷却されて固体状態となった前記補強材により地山を補強し、
   前記推進機の進入再開時には、前記固体状態となった補強材を前記所定の温度以上に加熱することにより流動状態にすることを特徴とする地中管の構築方法。
2. 請求項１に記載された地中管の構築方法により構築されたことを特徴とする地中管。

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