JP5051752B2

JP5051752B2 - 地中構造物近傍の地盤改良方法

Info

Publication number: JP5051752B2
Application number: JP2007094144A
Authority: JP
Inventors: 亮澤田; 健治渡辺; 伊藤　　晋
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: JP2008248649A

Description

本発明は、主として地表に軌道が敷設される場合における地中構造物近傍の地盤改良方法に関する。

交通トンネル、下水道トンネル、都市内共同溝その他地盤内に構築されるトンネル状の地中構造物は、さまざまな用途・規模で構築されているが、それらの構築工法としては、概ね開削工法と非開削工法とに大別される。

開削工法は、山留め壁を構築してそれらの間を掘り下げた後、根切り底に地中構造物を敷設し、次いで周囲を埋め戻す工法である。

一方、非開削工法は、地上に存在する道路や線路その他の事情で開削工法を採用することができない場合に採用されるものであり、シールド工法、推進工法、牽引工法等に分類される。

特開平１−２２６９１３号公報

ここで、開削工法にしろ非開削工法にしろ、地中構造物が構築されている地盤面に軌道を敷設すると、車両が通過する際の移動荷重で地盤沈下が生じることがある。

このような場合には、車両の走行安全性の観点から、地中構造物の周囲に拡がる地盤を改良し、地盤強度を高めなければならない。

しかしながら、従来においては、地中構造物の周囲をどの程度の範囲にわたって地盤改良すればよいのか具体的な目安がなく、それゆえ、安全側に過ぎる地盤改良を行い、結果として不経済な施工にならざるを得ないという問題を生じていた。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、地盤改良範囲を適切に定めることが可能な地中構造物近傍の地盤改良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、本発明に係る地中構造物近傍の地盤改良方法は請求項１に記載したように、地中構造物の周囲に拡がる地盤を改良する地盤改良方法において、
前記地中構造物が施工された工法を調査し、
前記工法が開削工法であった場合、施工時に建て込まれた山留め壁の下縁から前記地中構造物と反対側の地表面に向かって斜め上方に延びる仮想斜面を想定し、該仮想斜面と前記山留め壁が建て込まれていた鉛直面と地表面とに囲まれた三角形状断面領域を地盤改良エリアとし、
前記工法が非開削工法であった場合、前記地中構造物の周面から該地中構造物の壁厚に相当する距離だけ離間した位置までの間に拡がる筒状断面領域を地盤改良エリアとし、
前記地盤改良エリアを地盤改良するものである。

また、本発明に係る地中構造物近傍の地盤改良方法は、前記仮想斜面と水平面とのなす角度を前記三角形状断面領域内の地盤の土質性状から定める内部摩擦角又は安息角としたものである。

また、本発明に係る地中構造物近傍の地盤改良方法は、前記地中構造物をボックスカルバートとしたものである。

また、本発明に係る地中構造物近傍の地盤改良方法は請求項４に記載したように、開削工法で施工された地中構造物の周囲に拡がる地盤を改良する地盤改良方法において、
施工時に建て込まれた山留め壁の下縁から前記地中構造物と反対側の地表面に向かって斜め上方に延びる仮想斜面を想定し、該仮想斜面と前記山留め壁が建て込まれていた鉛直面と地表面とに囲まれた三角形状断面領域を地盤改良エリアとして地盤改良を行うものである。

また、本発明に係る地中構造物近傍の地盤改良方法は請求項５に記載したように、非開削工法で施工された地中構造物の周囲に拡がる地盤を改良する地盤改良方法において、
前記地中構造物をボックスカルバートとし、該ボックスカルバートの周面からその壁厚に相当する距離だけ離間した位置までの間に拡がる筒状断面領域を地盤改良エリアとして地盤改良を行うものである。

本発明に係る地中構造物近傍の地盤改良方法においては、まず、地中構造物が施工された工法を必要に応じて調査し、開削工法で施工されたのか、非開削工法で施工されたのかを特定する。

ここで、開削工法とは、山留め壁を構築して掘削を行い、次いで掘削された空間に地中構造物を構築した後、掘削空間を埋め戻す工法であり、地中構造物の構築予定領域の両側に山留め壁を建て込んで地中構造物を構築するのが一般的ではあるが、既存構造物を利用した土留めが可能である場合には、必ずしも両側に山留め壁を建て込む必要はなく、構築予定領域の片側だけに山留め壁を建て込んで地中構造物を構築する場合も本発明の開削工法に含まれる。

非開削工法にはシールド工法、推進工法及び牽引工法が含まれる。ここで、シールド工法においては、シールドマシンが前進するときに引き起こされる周辺地盤の攪乱による強度低下を改善することが、推進工法及び牽引工法においては、函体やエレメントを圧入又は牽引する際に生じる周辺地盤の攪乱による強度低下を改善することがそれぞれ地盤改良の目的となる。

シールド工法は、前方の地山をシールドマシンで掘進しながら、セグメントをテール側から組み上げていく工法であり、函体による推進工法は、既製の函体を発進立坑に据え付けた油圧推進ジャッキで地盤に押し込むとともに、その先端の地山を掘削することにより、函体を後端で連結させながら次々に地盤内に押し込んでいく工法であり、エレメントによる牽引工法は、複数のエレメントをＰＣ鋼線等で順次牽引し、最終的に例えばボックス断面状に相互連結してそれらで囲まれた空間に中空空間を形成する工法である。なお、エレメントは、牽引のみならず推進によって地盤中に圧入する方法でもかまわない。

函体とは、材軸方向に連続的に接合できるように構成してあるとともに接合状態において内部に中空通路が一体形成される筒状部材を意味し、例えばボックスカルバートや管体が該当する。

地中構造物が施工された工法を特定したならば、それらのいずれであるかに応じて、それぞれ以下のように地盤改良エリアを決定する。

すなわち、地中構造物が開削工法で施工されたのであれば、施工時に建て込まれた山留め壁の下縁から地中構造物と反対側の地表面に向かって斜め上方に延びる仮想斜面を想定し、該仮想斜面と山留め壁が建て込まれていた鉛直面と地表面とに囲まれた三角形状断面領域を地盤改良エリアとする。

ここで、仮想斜面と水平面とのなす角度は、三角形状断面領域内の地盤の土質性状から定める内部摩擦角とし、より安全側には安息角とする。

一方、地中構造物が非開削工法で施工されたのであれば、地中構造物の周面から該地中構造物の壁厚に相当する距離だけ離間した位置までの間に拡がる筒状断面領域を地盤改良エリアとする。

次に、特定された地盤改良エリアに対して地盤改良を行う。

このようにすると、緩みが生じている地盤領域を工法に応じて適切に設定することが可能となり、必要十分な地盤領域を改良することができる。

以下、本発明に係る地中構造物近傍の地盤改良方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る地中構造物近傍の地盤改良方法を示したフローチャートである。同図でわかるように、本実施形態に係る地盤改良方法においては、まず、地中構造物が施工された工法を調査し、開削工法で施工されたのか、非開削工法で施工されたのかを特定する（ステップ１０１）。

図２(a)は、地中構造物であるボックスカルバート１が開削工法で施工された場合における施工当時の状況を示した断面図である。開削工法でボックスカルバート１を施工するには、山留め壁２，２を構築し、次いで該山留め壁で囲まれた空間を掘り下げた後、掘削された空間にボックスカルバート１を構築し、最後に掘削空間を埋め戻す。

同図(b)は、ボックスカルバート１を非開削工法である推進工法で施工した場合における施工当時の状況を示した断面図である。非開削工法である推進工法でボックスカルバート１を施工するには、発進立坑に据え付けられた推進ジャッキ（図示せず）でボックスカルバート１の構成要素であるブロック体を地盤に押し込むとともに、その先端の地山を掘削することにより、ブロック体を後端で連結させながら次々に地盤内に押し込んでいく。

ボックスカルバート１が施工された工法を特定したならば、それらのいずれであるかに応じて、それぞれ以下のように地盤改良エリアを決定する。

すなわち、ボックスカルバート１が開削工法で施工されたのであれば（ステップ１０２, YES）、施工時に建て込まれた山留め壁２の下縁からボックスカルバート１と反対側の地表面に向かって斜め上方に延びる仮想斜面３を想定し、該仮想斜面と山留め壁２が建て込まれていた鉛直面と地表面とに囲まれた三角形状断面領域を地盤改良エリア４ａとする（ステップ１０３）。

ここで、仮想斜面３と水平面とのなす角度θは、三角形状断面領域内の地盤の土質性状から定める内部摩擦角、より安全側には安息角とし、例えば３０度とすることができる。

なお、山留め壁２，２に挟まれた埋戻し領域４ｂは、当然ながら地盤改良の対象となる。

一方、ボックスカルバート１が推進工法で施工されたのであれば（ステップ１０２, NO）、ボックスカルバート１の周面から該ボックスカルバートの壁厚に相当する距離ｄだけ離間した位置までの間に拡がる筒状断面領域を地盤改良エリア５とする（ステップ１０４）。

次に、開削工法の場合には地盤改良エリア４ａ及び埋戻し領域４ｂに対して、非開削工法の場合には地盤改良エリア５に対して、それぞれ地盤改良を行う（ステップ１０５）。地盤改良に用いる注入材や注入方法については、公知のものから適宜選択することが可能である。例えば、注入材としては、高分子系、水ガラス系等の薬剤系や、セメントミルクやベントナイトといった非薬剤系から適宜選択すればよい。

なお、地盤改良は、ボックスカルバート施工時の掘削や攪乱による土の緩みを、施工前の状態に戻す程度で足り、それ以上の改良については必要に応じて適宜行えばよい。

以上説明したように、本実施形態に係る地中構造物近傍の地盤改良方法によれば、ボックスカルバート１が施工された工法が開削工法であるか非開削工法であるかに応じて、地盤改良エリア４ａ又は４ｂを選択決定するようにしたので、緩みが生じている地盤領域を工法に応じて適切に設定することが可能となり、必要十分な地盤領域を改良することができる。

次に、本発明に係る地盤改良方法を実証した室内実験について説明する。

実験模型を図３に示す。同図に示すように、実験は、幅２１０ｃｍ、高さ６０ｃｍ、奥行き１００ｃｍの固定土槽に、珪砂６号（Ｇｓ＝２．６５２，ｅｍａｘ＝０．９０３，ｅｍｉｎ＝０．５８２）を用いて、高さ２５ｃｍ、のり勾配１：１．５の模型盛土を作成し、その中央部に幅４０ｃｍ、高さ２０ｃｍ、奥行き６０ｃｍの線路下横断構造物模型を設置して実施した。

ここで、線路下横断構造物模型の周囲には１６個の分割２方向ロードセルを配置し、構造物に作用する法線方向力、接線方向力を計測した。また、盛土には加速度計、変位計を設置して動的挙動を計測した。なお、サンプリング周波数は、５００Ｈｚである。

実験は、構造物周囲の地盤条件の異なる３ケースについて実施し、盛土性状及び線路下構造物の設置位置の違いによる線路下横断構造物への作用外力の特性について検証した。入力波には正弦波(３Ｈｚ)を用い，加速度は１００ｇａｌを初期値として１０波ごとに連続的に４００ｇａｌまで増加させた。加振方向は線路方向である。

盛土は湿潤砂（含水比１０％）で相対密度Ｄｒ＝８０％を目標に作成した。ゆるみ領域についてはＤｒ＝４０％を目標に作成した。

加振時間と沈下率との関係を示したグラフを図４に示す。同図でわかるように、２０秒の加振では、沈下率は、開削工法でおよそ０．００３、非開削工法でおよそ０．００１となるが、地盤改良を行った場合、０．０００２程度にまで改善されることがわかる。

図５は、上述した実験を解析した結果を示したグラフである。同図(a)でわかるように、開削工法においては、地盤は、山留め壁近傍で−３０ｍｍ程度沈下し、山留め壁から離れるにつれて沈下量が小さくなって、１５ｍ程度離れるとほぼ無視し得る程度になっているが、別途行った解析による結果は、この実験結果をよく表しているといえる。

また、同図(b)でわかるように、非開削工法においては、地中構造物の中央で沈下量が最大の−２０ｍｍとなり、中央から遠ざかるにつれて小さくなって、地中構造物の側壁から該地中構造物の壁厚程度離れると、概ね無視し得る程度になっているが、別途行った解析による結果は、開削工法と同様、実験結果をよく表しているといえる。

本実施形態では、地中構造物が施工された工法を調査し、工法が開削工法であるか非開削工法であるかに応じて、地盤改良エリアを別々に定めるようにしたが、施工された工法が既にわかっている場合には、工法を調査するステップを省略してもかまわない。

かかる構成においては、それぞれの工法に対応した定め方で地盤改良エリアを特定し、該特定された地盤改良エリアに対して地盤改良を行えばよい。

本実施形態に係る地盤改良方法の手順を示したフローチャート。地盤領域エリアの定め方を示した説明図。実験に用いた固定土槽及び線路下構造物模型を示した図であり、(a)は平面図、(b)はＡ−Ａ線に沿う断面図、(c)はＢ−Ｂ線に沿う断面図。加振時間と沈下率の関係を示したグラフ。実験及び解析で得られた沈下量を示したグラフであり、(a)は開削工法の沈下量を示したグラフ、(b)は非開削工法の沈下量を示したグラフ。

符号の説明

１ボックスカルバート（地中構造物）
２山留め壁
３仮想斜面
４ａ地盤改良エリア
５地盤改良エリア

Claims

地中構造物の周囲に拡がる地盤を改良する地盤改良方法において、
前記地中構造物が施工された工法を調査し、
前記工法が開削工法であった場合、施工時に建て込まれた山留め壁の下縁から前記地中構造物と反対側の地表面に向かって斜め上方に延びる仮想斜面を想定し、該仮想斜面と前記山留め壁が建て込まれていた鉛直面と地表面とに囲まれた三角形状断面領域を地盤改良エリアとし、
前記工法が非開削工法であった場合、前記地中構造物の周面から該地中構造物の壁厚に相当する距離だけ離間した位置までの間に拡がる筒状断面領域を地盤改良エリアとし、
前記地盤改良エリアを地盤改良することを特徴とする地中構造物近傍の地盤改良方法。
前記仮想斜面と水平面とのなす角度を前記三角形状断面領域内の地盤の土質性状から定める内部摩擦角又は安息角とした請求項１記載の地盤改良方法。
前記地中構造物をボックスカルバートとした請求項１又は請求項２記載の地中構造物近傍の地盤改良方法。
開削工法で施工された地中構造物の周囲に拡がる地盤を改良する地盤改良方法において、
施工時に建て込まれた山留め壁の下縁から前記地中構造物と反対側の地表面に向かって斜め上方に延びる仮想斜面を想定し、該仮想斜面と前記山留め壁が建て込まれていた鉛直面と地表面とに囲まれた三角形状断面領域を地盤改良エリアとして地盤改良を行うことを特徴とする地中構造物近傍の地盤改良方法。
非開削工法で施工された地中構造物の周囲に拡がる地盤を改良する地盤改良方法において、
前記地中構造物をボックスカルバートとし、該ボックスカルバートの周面からその壁厚に相当する距離だけ離間した位置までの間に拡がる筒状断面領域を地盤改良エリアとして地盤改良を行うことを特徴とする地中構造物近傍の地盤改良方法。