JP5099558B2 - 地下構築物の浮き上がり防止構造 - Google Patents

Description

本発明は、マンホール内における補修、清掃等の作業が安全かつスムーズに行え、地震等の振動で地盤に過剰間隙水圧が発生した時に起こるマンホール等地下構築物の浮き上がり防止構造に関するものである。

上端を地下水位上とする中空パイプや上昇管を縦設して、地震等によるマンホールの直下の過剰間隙水圧を消散し、液状化現象によるマンホールの突き上げ浮上、沈下変動等を防止するものとして特開２００７−２３６０３、特開２００７−６３９６７がある（特許文献１−２参照）。

特開２００７−２３６０３ 特開２００７−６３９６７

しかしながら、従来の技術では、以下の問題があります。
従来のマンホールの底版部から水を抜く方法の場合には、
（１）下水を流れやすくするため、底版部にはインバートコンクリートを設けるが、その厚さが一般的には４０cm程度あり、現場でこのインバートに孔あけ作業を行うことが困難であるという問題点がある。

（２）下水が流れるインバート部分に排水管を立ち上げることから、流入、流出管の大きさや位置によって排水管を設置することが困難な場合があるという問題点がある。

（３）排水管の地下水位以上の開口からの排水のみであるため、過剰間隙水圧の上昇に排水が遅れる。その結果、マンホールが上昇してしまう虞れがあるという問題点がある。

（４）特許文献1では、側壁に複数の穴を穿設して、過剰間隙水の排水技術が開示されている。しかし、排水孔各々について排水管が設置されるため、マンホール内が排水管で多く占められる結果、作業性が阻害される場合があるという問題点がある。

また、排水は、地下水位以上に設けた排水管の開口部のみからの排水のため、地震時における過剰間隙水の排水が遅れ、結果としてマンホールの浮上につながる場合があるという問題点がある。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みて発明されたもので、ステップ昇降が安全にでき、マンホール内における補修、清掃等の作業空間を確保でき、液状化によって発生する過剰間隙水圧（浮力）を地下構築物である例えば、マンホールや管渠内に取り込み，さらにオーバーフローによる排水と排水圧調整装置による排水の組み合わせで急速排水が可能な地下構築物の浮き上がり防止構造を目的としている。

前記発明が解決しようとする課題を解決するため、本発明における請求項１の発明の地下構築物の浮き上がり防止構造は、
マンホール等の地下構築物１の周壁１１に、ステップ１４位置を避けて、凹部２４及びこれに続き地中側と地下構築物内部に連通する貫通孔２５を、マンホール１の管軸方向に一直線状に複数個穿設し、該凹部２４及び貫通孔２５には、先端に掘削ヘッド２２を取り付けた集水管２を所定長さ地中に貫入させて配置し、
マンホール１の周壁11には、地中に貫入させた最下段を除く前記集水管２の基部に第１チーズ４を取り付け、最下段の前記集水管２の基部には、排水圧調整装置３４を有する第２チーズ５を取り付け、マンホール内に縦設され、上端を地下水位上に配置する誘導パイプ３に前記第１チーズ４を連結すると共に、該誘導パイプ３の下端に前記第２チーズを連結した構成とし、
所定水圧の過剰間隙水が集水管に進入した時、前記排水圧調整装置が駆動して間隙水を、第2チーズを有する排水圧調整装置から地下構築物内部に排出し、同時に誘導パイプ上端からオーバーフローによる排水を行うことを特徴としている。

本発明における請求項２の発明の地下構築物の浮き上がり防止構造は、請求項１記載の地下構築物の浮き上がり防止構造において、
誘導パイプの立ち上げ高さ及び排水圧調整装置３４の開放圧は、静水圧では排水せず、地震時において静水圧を超えた過剰間隙水圧が集水管に作用した場合にのみ排水可能に設定することを特徴としている。

本発明における請求項３の発明の地下構築物の浮き上がり防止構造は、請求項１記載の地下構築物の浮き上がり防止構造において、
集水管の貫入工程における半削孔工程に、半削孔の円周に沿って探査孔７７を複数個設けて探査棒７５を使用して探査を行う工程を追加して施工することを特徴としている。

本発明における請求項４の発明の地下構築物の浮き上がり防止構造は、請求項１記載の地下構築物の浮き上がり防止構造において、
マンホールの側壁１１には、内側面から削孔機７を用いて第１削孔６１を水平に穿設した後、該第１削孔６１の下方に多少ずらして同じ深さで同径の第２削孔６２を穿設しただるま状の集水管取付部６を形成し、該集水管取付部6に内周面を傾斜させた型材53を配置し、隙間に間詰め材54を充填した後、型材53をガイドにして集水管2を傾斜させて地中に貫入して施工することを特徴としている。

本発明における請求項５の発明の地下構築物の浮き上がり防止構造は、請求項１記載の地下構築物の浮き上がり防止構造において、
掘削ヘッド２２の先端に、半削孔によりマンホール周壁１１に残置されたコンクリート11ａの厚みよりやや深い空間を有する円筒状の飲み込み部２２ｃを設け、該掘削ヘッド２２の先端部円周にダイヤモンドビットを複数個所取り付けてなることを特徴としている。

本発明における請求項６の発明の地下構築物の浮き上がり防止構造は、請求項１記載の地下構築物の浮き上がり防止構造において、
第１、第２チーズ４，５と集水管２基部における接続部分の止水構造は、半削孔により形成された凹部24に止水エントランスゴム29を取り付け、その内側に止水リング29ａを介して集水管2を固定し、集水管の端部外周に取り付けた集水管ゴム28と止水エントランスゴム29とにより、止水リング29ａと集水管２との隙間を封止すると共に、チーズ4の集水管ねじ込み部外周に取り付けた止水ゴム26により、止水リング29ａとチーズ４との隙間を密閉状態に封止することを特徴としている。

本発明は、以下の効果を奏するものである。
地震時における過剰間隙水を急速に排水でき、その結果、マンホールの浮上を抑制することができる。

また、マンホール内の作業空間を広くとることとステップ周辺の移動作業に支障が起きない構造とすることができる。すなわち、本発明は、集水管を矩形状に配置し、集水管を縦方向に連結・配管することによって、ステップを横断して配管することを回避できるため、安全にステップの昇降ができる。また、マンホール内での補修・清掃などの作業が安全にできる。
加えて、縦列に配管すると、配管と配管との間にできる空間を利用できることから円周配管に比べて空間部がより利用可能となる。縦方向への移動の際、障害となることがないため、マンホール内における作業の安全性が向上する。

誘導パイプを縦列配管することにより、誘導パイプの最下部に排水圧調整装置としての安全弁もしくは逆止弁を取り付け可能となり、各集水管と弁とに落差の分だけ過剰間隙水圧に加えて動水勾配を大きく取ることが可能となるため、排水を急速に行うことが可能となる。

また、オーバーフローによる排水と排水圧調整装置による排水の組み合わせが可能となり、かつこれらの併用により地震時の急速排水に対応可能となる。その結果、配管部（誘導パイプのみ）からのオーバーフローのみ、リリーフバルブのみの排水量と、本願発明における誘導パイプからのオーバーフローと排水圧調整装置のリリーフバルブ（弁）を組み合わせ併用した場合の排水量の比較実験を表した図９のように、オーバーフローと水圧調整装置のリリーフバルブ（弁）を組み合わせた場合、オーバーフローのみ場合の約１．５倍の排水量となった。

さらに、集水機能の高い集水管を地中内に突出させた形態で配置しているため、過剰間隙水圧の消散効果（消散速度）を大きく発揮し、かつ消散範囲を広くできるものである。

また、過剰間隙水圧の消散効果（消散速度）を大きくし、かつ消散範囲を広くできる結果、単に地下構築物の浮上がり力を抑制するだけでなく，液状化による周辺地盤の水平地盤反力の低下（周辺地盤の液状化）を防止することが出来る。

さらには、周辺地盤の液状化を抑制または防止することによって，マンホール等地下構築物本体を水平方向姿勢に維持できるため地下構築物の安定性を確保出来るものである。

半削孔の工程にて探査棒を使って探査を行う工程を設けてあるため、集水管の貫入工程時においては、集水管の設置作業前に地下に障害物があるかを事前に調査し、集水管の貫入途中での工事中止が回避でき、工事を効率よく行うことができる。

また、集水管の貫入工程時において探査を行うに当たって、半削孔の円周に沿って探査孔を複数個設けて行う場合には、探査の精度は向上するとともに、半削孔によって残置されているマンホール周壁の残置コンクリートを集水管の先端にあるダイヤモンドビットを使用することなく、押し込み力によって残置コンクリートを除去できる。その結果、施工性が向上する。

さらに、削孔ヘッドに高価なダイヤモンドを使用する必要がないため、経済的に集水管施工を提供することが可能となる。

マンホールの周壁に対して垂直に第１半削孔を行った後、次に第２半削孔の位置を多少下方にずらしてだるま状に削孔した後、当該だるま部に土砂の流入防止パッキンを備えた斜め部材を設置し、モルタルなどの間詰め材を充填してこれを固定することで、集水管を斜めに貫入することが容易にできる。

集水管と止水リングとの間にある隙間にエントランスパッキンを介在させることによって、集水管貫入時に発生する地山からの土砂の流入を防止することが可能となり、地山の沈下を防止することが可能となる。また、エントランスパッキンの材質はゴム製あるいは塩化ビニルなど樹脂製とすることができる。

エントラスパッキンの端部を2重のひだ状に突出させることによって、施工時に発生するパッキンの破損による性能の劣化を最小限に出来る。

集水管の先端部に、残置されたコンクリートの厚さよりやや深い飲み込み部を設け、掘削ヘッド先端部円周状に沿ってダイやモンドビットを2〜4か所程度貼り付けることによって、残置コンクリートの全面をすり潰して除去する必要がなくなり、掘削を短時間で行うことが可能となる。

本発明における地下構築物の浮き上がり防止構造は、図１乃至図９を参照して説明する。
図１は本発明の第一実施例におけるマンホールの設置状態図、図２は本明の地下構築物の浮き上がり防止構造の平面図、図３は本発明の第一実施例における地下構築物の浮き上がり防止構造の一部断面図、図４は集水管が地山進入時の一部断面図、図５（ａ）〜(ｄ)は集水管取付部施工図、図６は探査棒による障害物の探査工程説明図、図７は第１チーズと集水管と誘導パイプの拡大一部断面図、図８は第２チーズ集水管と誘導パイプの拡大一部断面図及び止水エントランスゴムの拡大断面図、図９は配管部（誘導パイプのみ）からのオーバーフローのみ、リリーフバルブのみの排水量と、本願発明における誘導パイプのオーバーフローと排水圧調整装置のリリーフバルブ（弁）を組み合わせ併用した場合の排水量の比較実験結果をあらわした図である。

本発明の実施例を図１〜８を参照して説明する。
本発明の地下構築物とは、図１のようなマンホール１その他下水管、共同溝等の地下構築物を指している。
図１〜図３に図示したように、マンホール等の地下構築物１の周壁１１の地下水位Ｔより下方位置には、マンホールの昇降のため設置されるステップ１４位置を避けて、凹部２４及びこれに続き地中側と地下構築物内部に連通する貫通孔２５が、マンホール１の管軸方向に一直線状に複数個穿設されている。

また、該凹部２４及び貫通孔２５には、図５の削孔機７により、先端に掘削ヘッド２２を取り付けた集水管２が所定長さ地中に貫入させて配置されている。

前記凹部２４は、マンホールの周壁１１の厚さ約１０ｍｍ程度を残してコアビットで掘削されている。また、貫通孔２５は、集水管２が挿通可能な径に形成されるものである。

前記集水管２は、胴部に多数の孔を設けて多孔群２３を形成し、該多孔群２３を土砂の侵入を阻止し水のみを侵入させることが可能な、例えば、所定網目のメッシュ２１、スリットを設けたシート材やフエルム材等の被覆材で被覆されている。

本発明の集水管２を地中に突出（突き刺す）形態で配置した場合は、貫通孔２５より突出しない集水材と比較した場合集水面積が大きく確保でき集水管２の集水機能を高めることができる。すなわち、貫通孔２５の集水断面積は，ａ＝πｒ２（ｒ：貫通孔の半径）であるが，集水管２の集水面積は，Ａ＝πＲＬ（Ｒ：集水管の直径，Ｌ：集水管の長さ）であり、集水管の周面積が集水部になり，同じ孔径または管径でも集水管２の長さが長いほど集水機能が高くなる。
上記の理由から、集水管２は、集水範囲及び集水能力を調整可能に、該集水管２の径及び長さ、設置個数を変更して調整される。

１２はマンホールの底版、１６はマンホール底部に配置された下水管、１７はマンホールの基礎、１５はマンホールの蓋、Ｅは地中である。

また、図１、図３に図示したように、マンホール周壁１１には、最下段を除く前記集水管2を地中に水平に貫入させて、この前記集水管２の基部に第１チーズ４が取り付けられている。

さらに、最下段の集水管2は下方に傾斜させて地中に貫入させ、この集水管２の基部には、排水圧調整装置３４を有する第２チーズ５が取り付けられている。

なお、前記第１チーズ４、第２チーズ５には、回転蓋を備えた点検孔４１が配置されている（図３参照）。

また、上端を地下水位Ｔ上に配置した、マンホール１内に縦設される誘導パイプ３に、前記第１チーズ４を連結すると共に、該誘導パイプ３の下端に前記第２チーズ５が連結されている。図中、３１は前記誘導パイプ３の配管、３２はゴムパイプ、３３は締付けバンド、５１は第２チーズ５における第２のパイプ取付口、４２は第１チーズ４における第１のパイプ取付口である。

また、マンホール１の外部に水平に設置される集水管２は、地中にほぼ水平方向に突出させて設置されているが、最下段の集水管２は地中Ｅに斜め下方に配置している。この場合、地震時にはより高い過剰間隙水圧となり、集水管2を斜め下方に設置することで、下方から集水するため過剰間隙水圧の消散効果が高い。

そして、所定水圧の過剰間隙水圧が集水管２に進入した時、前記排水圧調整装置３４が駆動して間隙水を、第2チーズ５を有する排水圧調整装置３４から地下構築物１内部に排出し、同時に誘導パイプ３上端からオーバーフローによる排水を行う。

前記誘導パイプ３の立ち上げ高さ及び排水圧調整装置３４の開放圧は、静水圧では排水せず、地震時において静水圧を超えた過剰間隙水圧が集水管２に作用した場合にのみ排水可能に設定するのがよい。

排水調整弁装置３４には、例えば、安全弁又は圧力調整弁並びに逆止弁、電磁弁等の排水弁が用いられている。前記排水弁は、任意の組み合わせで使用してもよいものである。

集水管２に進入した水（過剰間隙水圧）は，排水調整弁装置３４の安全弁や圧力調整弁，または逆止弁を介して，管路施設内に排水される。この排水調整弁装置３４に使用されている安全弁や圧力調整弁，または逆止弁は、水処理プラント等で使用されているもので機能性と効果は立証されている。静水圧以上の過剰間隙水圧が発生した場合に弁が開き，間隙水圧を排水するものである。

また、この排水調整弁装置３４の設定圧力は，深度方向に『静水圧＋過剰間隙水圧』が異なることから，設置深度に応じて，排水弁の開閉圧力を調整する。

一つの管路施設には、上記３種類の排水調整弁装置３４を設置する必要はないが，目的と経済性，及び機能性を比較して使い分けるのがよい。

また、排水調整弁装置３４は、誘導パイプが何らかの理由、例えばマンホールに踊り場のようなスラブが設置されるような場合には、1つの集水管に各々設置することも可能である。

また、図６に図示した、探査棒７５による障害物の調査工程のように、集水管２の貫入工程における半削孔工程に、半削孔の円周に沿って探査孔７７を複数個設けて探査棒７５を使用して探査を行う工程を追加して施工するのがよい。なお、図５、図６におけるE1は埋戻し土、７４ａはドリルである。

図５（ａ）〜(ｄ)に図示した集水管取付部施工図、図３、図７に図示したように、マンホールの側壁１１には、内側面から削孔機７を用いて第１削孔６１を水平に穿設した後、該第１削孔６１の下方に多少ずらして同じ深さで同径の第２削孔６２を穿設しただるま状の集水管取付部６が形成されている。

また、該集水管取付部6に内周面を傾斜させた型材53を配置し、隙間に間詰め材54を充填して、型材53をガイドにして集水管2が傾斜させて地中に貫入して施工する。７２は固定板、７３はアンカー、７４はコアである。

図３、図４に図示したように、掘削ヘッド２２の先端には、半削孔によりマンホール周壁１１に残置されたコンクリート11ａの厚みよりやや深い空間を有する円筒状の飲み込み部２２ｃが設けられている。また、該掘削ヘッド２２の先端部円周にダイヤモンドビットを複数個所取り付けられている。

第１、第２チーズ４，５の集水管取付口４４，５２と集水管２の基部における接続部分の止水構造は、図７、図８に図示したように、半削孔に形成された凹部24に止水エントランスゴム29を取り付け、その内側に止水リング29ａを介して集水管2が固定されている。

また、集水管２の端部外周に取り付けた集水管ゴム28と止水エントランスゴムとにより、止水リング29ａと集水管２との隙間を封止すると共に、チーズ4の集水管ねじ込み部外周に取り付けた止水ゴム26により、止水リング29ａとチーズ４との隙間を密閉状態に封止した構造にされている。

本発明に係る地下構造物の浮き上がり防止構造の実施例の施工は、
（１）マンホール内側側壁の削孔工
（２）集水管設置工
（Ａ） 半削孔工程
（Ｂ） 探査を行う工程
（Ｃ） 集水管の貫入工程
（３）排水部設置工
の手順で行われます。

本発明の第一実施例におけるマンホールの設置状態図。 本発明の地下構築物の浮き上がり防止構造の平面図。 本発明の第一実施例における地下構築物の浮き上がり防止構造の一部断面図。 集水管が地山進入時の一部断面図。 （ａ）〜(ｄ)は集水管取付部施工図。 探査棒による障害物の探査工程説明図。 第１チーズと集水管と誘導パイプの拡大一部断面図。 第２チーズ集水管と誘導パイプの拡大一部断面図及び止水エントランスゴムの拡大断面図。 配管部（誘導パイプのみ）からのオーバーフローのみ、リリーフバルブのみの排水量と、本願発明における誘導パイプのオーバーフローと排水圧調整装置のリリーフバルブ（弁）を組み合わせ併用した場合の排水量の比較実験結果をあらわした図である。

符号の説明

Ｅ 地中
Ｔ 地下水位
Ｗ オーバーフロー排水
Ｅ 排水
Ｓ 集水
Ｕ 地下水
１ マンホール等地下構築物
１１ マンホール周壁
１１ａ マンホール周壁の残置コンクリート
１２ 底版
１３ マンホール内部
１４ ステップ
１５ マンホール蓋
１６ 下水管
１７ 基礎
２ 集水管
２１ メッシュ
２２ 掘削ヘッド
２２ａ ビット
２２ｂ ダイヤチップ
２２ｃ 飲み込み部
２３ 多孔群
２４ 凹部
２５ 貫通孔
２６ 止水ゴム
２８ 集水管ゴム
２９ 止水エントランスゴム
２９ａ 止水リング
２９ｂ ゴム押さえ
３ 誘導パイプ
３１ 配管
３２ ゴムパイプ
３３ 締付けバンド
３４ 排水圧調整装置
４ 第１チーズ
４１ 点検孔
４２ 第１のパイプ取付口
４４ 集水管取付口
５ 第２チーズ
５１ 第２のパイプ取付口
５２ 集水管取付口
５３ 型材
５４ 間詰材
６ 集水管取付部
６１ 第１半削孔
６２ 第２半削孔
７ 削孔機
７１ コアビット
７２ 固定板
７３ ハンドル
７４ コア
７４a ドリル
７５ 探査棒
７６ 障害物
７７ 探査棒
Ｅ１ 埋戻し土

Claims (6)

1. マンホール等の地下構築物の周壁に、ステップ位置を避けて、凹部及びこれに続き地中側と地下構築物内部に連通する貫通孔を、マンホールの管軸方向に一直線状に複数個穿設し、該凹部及び貫通孔には、先端に掘削ヘッドを取り付けた集水管を所定長さ地中に貫入させて配置し、
   マンホールの周壁には、地中に貫入させた最下段を除く前記集水管の基部に第１チーズを取り付け、最下段の前記集水管の基部には、排水圧調整装置を有する第２チーズを取り付け、マンホール内に縦設され、上端を地下水位上に配置する誘導パイプに前記第１チーズを連結すると共に、該誘導パイプの下端に前記第２チーズを連結した構成とし、
   所定水圧の過剰間隙水が集水管に進入した時、前記排水圧調整装置が駆動して間隙水を、第2チーズを有する排水圧調整装置から地下構築物内部に排出し、同時に誘導パイプ上端からオーバーフローによる排水を行うことを特徴とする地下構築物の浮き上がり防止構造。
2. 誘導パイプの立ち上げ高さ及び排水圧調整装置の開放圧は、静水圧では排水せず、地震時において静水圧を超えた過剰間隙水圧が集水管に作用した場合にのみ排水可能に設定することを特徴とする請求項１記載の地下構築物の浮き上がり防止構造。
3. 集水管の貫入工程における半削孔工程に、半削孔の円周に沿って探査孔を複数個設けて探査棒を使用して探査を行う工程を追加して施工することを特徴とする請求項１記載の地下構築物の浮き上がり防止構造。
4. マンホールの側壁には、内側面から削孔機を用いて第１削孔を水平に穿設した後、該第１削孔の下方に多少ずらして同じ深さで同径の第２削孔を穿設しただるま状の集水管取付部を形成し、該集水管取付部に内周面を傾斜させた型材を配置し、隙間に間詰め材を充填した後、型材をガイドにして集水管を傾斜させて地中に貫入して施工することを特徴とする請求項1記載の地下構造物の浮き上がり防止構造。
5. 掘削ヘッドの先端に、半削孔によりマンホール周壁に残置されたコンクリートの厚みよりやや深い空間を有する円筒状の飲み込み部を設け、該掘削ヘッドの先端部円周にダイヤモンドビットを複数個所取り付けてなることを特徴とする請求項１記載の地下構築物の浮き上がり防止構造。
6. 第１、第２チーズと集水管基部における接続部分の止水構造は、半削孔により形成された凹部に止水エントランスゴムを取り付け、その内側に止水リングを介して集水管を固定し、集水管の端部外周に取り付けた集水管ゴムと止水エントランスゴムとにより、止水リングと集水管との隙間を封止すると共に、チーズの集水管ねじ込み部外周に取り付けた止水ゴムにより、止水リングとチーズとの隙間を密閉状態に封止することを特徴とする請求項１記載の地下構造物の浮き上がり防止構造。

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