JP5163424B2 - 地下水の排水構造及びその排水構造を備えたトンネルの構築方法 - Google Patents
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また、シールド機により掘削されたトンネル掘削面と覆工体の外周との間に、容易に通水可能な水みちが形成され、この水みちに地下水が流れるため、覆工体の接続部からの漏水が無くなる。
また、トンネル掘削面と覆工体の外周との間に、容易に通水可能な水みちが形成され、この水みちに地下水が流れるため、覆工体の接続部からの漏水が無くなる。
また、覆工体間に、容易に通水可能な水みちが形成され、この水みちに地下水が流れるため、埋設型枠の接続部からの漏水が無くなる。
本発明による地下水の排水構造によれば、濾過手段を備えるので、土砂等を含まない地下水のみを通過させることができる。
本発明による地下水の排水構造によれば、排水手段は、幹線集排水管と集水管と支線集排水管とを備えるので、トンネルの底盤付近を水浸しにすること無く、地下水を処理することができる。
本発明による地下水の排水構造によれば、シールド機のテールプレートの内側に伸縮可能な目地部を収縮した状態で設置することにより、テールプレートの進行によって目地部の外周面とトンネル掘削面との間に隙間が生じても、目地部が速やかに伸張してその隙間を埋めてトンネル掘削面に接地する。したがって、その隙間に異物が入り込むことなく、目地部がトンネル掘削面に接するので、地山内の地下水を目地部内に通水することができる。
本発明による地下水の排水構造によれば、通水手段は、幹線集排水管と集水管と支線集排水管とを備えるので、トンネルの底盤付近を水浸しにすること無く、地下水を処理することができる。
図1に示すように、地下水の排水構造1は、シールド機22により掘削されたトンネル掘削面に沿って構築された覆工体5と、トンネル掘削面と覆工体5の外周との間に形成された空隙部4に充填された小石、砂等からなる骨材11と、覆工体5の内周面に接するように設けられた埋設型枠6と、覆工体5及び埋設型枠6の内外を貫通するように設けられた開口部13とを備える。
覆工体5は、コンクリートの打設により構築されるコンクリートセグメントであり、トンネル3内で構築される。
骨材11は、目詰まりの式及び透水性の式(実例・経験に基づく掘削のための地下水調査法、高橋賢之助著、発行所:山海堂、1990年10月30日発行)を満たすものを選定して用いた。
Df15/De85 < 5・・・(1)
ここで、Df15:骨材11の粒径加積曲線における加積通過率が15%の粒径値、De85:地山2に存在する土砂の粒径加積曲線における加積通過率が85%の粒径値である。
この(1)式を満たす粒度分布の骨材11を用いることにより、地下水とともに流入してくる地山2の土砂分が少なくなり、骨材11間の目詰まりをほとんど生じない。
Df15/De15 > 5・・・(2)
ここで、De15:地山2に存在する土砂の粒径加積曲線における加積通過率が15%の粒径値である。
この(2)式を満たす粒度分布の骨材11を用いることにより、地下水の流入を妨げることが無く、地下水は骨材11間の隙間12を容易に通過することができる。また、これら(1)式及び(2)式の両方を満たす範囲内で粒度分布を変更することによって、空隙部4内の通水量を調整することができる。
こうして、増粘材が消失したことにより、骨材11間に形成された隙間12を地下水が通過可能となる。
埋設型枠6には、例えば、高強度ビニロン繊維が配合されたセメントボード(株式会社大林組製のスムースボード)やPVA(ポリビニルアルコール)繊維が配合されたセメントボード(株式会社クラレ製のパワロンボード)等を用いる。なお、遮水性を有し、コンクリートの硬化時にコンクリートと一体化するものであれば、どのようなものでもよい。
図2に示すように、濾過手段7は、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15を有するスクリーン保護用多孔板16と、該スクリーン保護用多孔板16のトンネル3の径方向内側に配置され、スクリーン保護用多孔板16の孔15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17と、該固液分離スクリーン17のトンネル3の径方向内側に配置され、耐圧性及び透水性を有し、内部に空隙を有するコア部19とから構成されている。
濾過手段7を通過した地下水は、トンネル3内の排水手段10にて坑外に排出される。
集水管46は、各開口部13に接続するように覆工体5の内周面に取り付けられている。
各開口部13内の濾過手段7を通過した地下水は、集水管46内及び支線集排水管21内を通過して幹線集排水管20内に集水される。幹線集排水管20内に集水された地下水は、坑外に設けられた排水設備に送水され、所定の方法で処理される。
図4に示すように、シールド機22は、土砂を掘削するためのカッターヘッド23と、カッターヘッド23の裏側に掘削土砂を取り込むためのシールドチャンバー24と、シールドチャンバー24内の土砂をシールド機22の後方へ排土するためのスクリューコンベア25及び土砂搬出コンベア26とを備える。なお、土砂を掘削し、この土砂を取り込む掘削機構及び掘削した土砂を排出する排出機構は、これらに限定されるものではなく、それぞれ他の機構を用いてもよい。
エレクタ本体34の外周には、複数の伸縮ジャッキ38が、エレクタ本体34の外周面に対して法線方向に伸縮するように設けられており、その先端は内型枠32を着脱できるようになっている。
内型枠32は、その背面側に埋設型枠6を着脱可能な吸着パットを有している。吸着パットには、外部の真空ポンプに繋がるホースが接続されており(図示しない)、真空ポンプを作動させることにより吸着パットに埋設型枠6を真空吸着し、真空ポンプを停止させることにより埋設型枠6を取り外すことができる。
これらの内型枠32を環状に組み立て、トンネル3の長手方向に複数連結して使用する。
裏込材は、掘進の際にシールド機22と地山2との間に生じる摩擦力を低減する効果も有する。
図6(A)及び図6(B)に示すように、本実施形態に係るトンネル3の施工方法では、内型枠移動工程S20と、埋設型枠設置工程S30と、充填工程S35及び覆工体構築工程S40と、開口部形成工程S50と、濾過手段設置工程S60と、排水手段設置工程S70とを繰り返すことによりトンネル3を構築していく。
そして、エレクタ本体34により脱型された内型枠32を、ガイドレール35上を移動させて前方の新たな設置位置まで搬送する。
そして、伸縮ジャッキ38を伸長させて、背面に埋設型枠6を吸着させた各内型枠32を所定の位置に設置する。
コンクリート打設後には、内型枠32の背面の吸着パットによる埋設型枠6の吸着を解除する。
図6(C)に示すように、本実施形態に係るトンネル3の他の施工方法では、内型枠移動工程S20と、埋設型枠設置工程S35と、覆工体構築工程S40と、充填工程S15と、開口部形成工程S50と、濾過手段設置工程S60と、排水手段設置工程S70とを実施する。
まず、上記と同様に、内型枠移動工程S20を実施し、内型枠32をシールド機22の後部に移動させる。
次に、上記と同様に、覆工体構築工程S40では、埋設型枠6とスキンプレート27との間にコンクリートを打設し、覆工体5を構築する。
次に、上記と同様に、開口部形成工程S50と、濾過手段設置工程S60と、排水手段設置工程S70とを実施して、排水構造を構築する。
図7及び図8に示すように、地下水の排水構造41は、覆工体5と、埋設型枠6と、覆工体5内に、トンネル3の長手方向に所定の間隔でトンネル掘削面及び埋設型枠6に接するように設けられ、透水性を有する目地部8と、一端が目地部8に接続され、目地部8内の地下水をトンネル3内に通水する通水手段14とを備える。
図10に示すように、目地部8は、トンネル掘削面に接し、伸縮可能な弾性体39と、弾性体39の内周を覆うように設けられ、通水性を有する不織布40とから構成される。
次に、目地部設置工程S80では、スキンプレート27と埋設型枠6との間に、覆工体5の切羽側端面5aに接するように、目地部8を設置する。このとき、弾性体39を収縮した状態で設置する。
そして、第一実施形態と同様に、通水手段設置工程S100では、覆工体5の内側の底盤上に、トンネル3の長手方向に沿って幹線集排水管20を敷設する。そして、目地部8を通過した地下水を集水するための集水管46を覆工体5の内周面に敷設し、その後、幹線集排水管20と集水管46とを接続する支線集排水管21を敷設する。
図12に示すように、地下水の排水構造51は、覆工体5と、埋設型枠6と、覆工体5内に、トンネル3の長手方向に所定の間隔で現場打設により形成された目地部9と、通水手段14とを備える。
充填部37は、例えば、ポーラスコンクリートやヘチマ構造体を内部に含む遮水シートからなり、透水性を有するものであれば他の材料でもよい。
目地部9内に流入した地下水は、第二実施形態と同様に、目地部9の下端部及び支線集排水管21内を通過して幹線集排水管20内に集水されて、坑外に設けられた排水設備に送水され、所定の方法で処理される。
図13に示すように、本実施形態に係るトンネル3の施工方法では、内型枠移動工程S20と、埋設型枠設置工程S30と、覆工体構築工程S40と、目地部設置工程S85と、覆工体インバート部構築工程S90と、通水手段設置工程S100と、目地部追加充填工程S120とを繰り返すことにより排水構造を備えたトンネル3を構築していく。
次に、目地部設置工程S85では、妻枠ジャッキ29を収縮させて、妻枠リング30と覆工体5の切羽側端面5aとの間に、目地部9を形成するための空間を確保する。そして、その空間にポーラスコンクリートを圧入して、目地部9を構築する。目地部9は、スキンプレート27と埋設型枠6との間に構築される。なお、目地部9の構築は、ポーラスコンクリートを打設し、この打設にともなって妻枠ジャッキ29を徐々に収縮させながら行っても良い。
次に、第二実施形態と同様に、覆工体インバート部構築工程S90では、目地部9の両端間のインバート部にコンクリートを打設し、覆工体5を構築する。
3 トンネル 4 空隙部
5 覆工体 5a 切羽側端面
6 埋設型枠 7 濾過手段
8 目地部 9 目地部
10 排水手段 11 骨材
12 隙間 13 開口部
14 通水手段 15 孔
16 スクリーン保護用多孔板 17 固液分離スクリーン
18a 注入孔 18b 注入管
18c 注入装置 18d 圧力計
19 コア部 20 幹線集排水管
21 支線集排水管 22 シールド機
23 カッターヘッド 24 チャンバー
25 スクリューコンベア 26 土砂搬出コンベア
27 スキンプレート 28 シールドジャッキ
28a 後端 29 妻枠ジャッキ
30 妻枠リング 31 隙間
32 内型枠 32a 切羽側端部
33 エレクタ装置 34 エレクタ本体
35 ガイドレール 36 駆動部
37 充填部 38 伸縮ジャッキ
39 弾性体 40 不織布
41 地下水の排水構造 44 空間
46 集水管 51 地下水の排水構造
Claims (8)
- 地山内に構築されたトンネルの周囲に存在する地下水を排水するための排水構造を備えたトンネルの構築方法において、
シールド機の胴体の外周面と当該シールド機により掘削されたトンネル掘削面との間に形成された余堀部に、前記シールド機のスキンプレートを貫通する注入孔から透水性裏込材を充填する充填工程と、
前記シールド機の後部において、前記透水性裏込材の内側に所定の隙間を隔てて埋設型枠を設置する埋設型枠設置工程と、
前記隙間にコンクリートを打設して覆工体を構築する覆工体構築工程と、
前記覆工体を貫通して、前記透水性裏込材を通じて前記トンネルの周囲の地下水を前記トンネル内に通水する開口部を形成する開口部形成工程とを備えることを特徴とするトンネルの構築方法。 - 地山内に構築されたトンネルの周囲に存在する地下水を排水するための排水構造を備えたトンネルの構築方法において、
前記シールド機の後部において、当該シールド機により掘削されたトンネル掘削面の内側に所定の隙間を隔てて埋設型枠を設置する埋設型枠設置工程と、
前記隙間にコンクリートを打設して覆工体を構築する覆工体構築工程と、
前記覆工体の切羽側端面に接するように、透水性を有する目地部を設置する目地部設置工程と、
一端が前記目地部に接続され、前記目地部を通じて前記トンネルの周囲の地下水を前記トンネル内に通水する通水手段を設置する通水手段設置工程とを備えることを特徴とするトンネルの構築方法。 - 地山内に構築されたトンネルの周囲に存在する地下水の排水構造であって、
前記トンネルを掘削するシールド機の胴体の外周面と当該シールド機により掘削されたトンネル掘削面との間に形成された余堀部に、前記シールド機のスキンプレートを貫通する注入孔から充填された透水性裏込材と、
前記透水性裏込材の内側に所定の隙間を隔てて設置された埋設型枠と、
前記隙間にコンクリートを打設して構築された覆工体と、
前記覆工体に、その内外を貫通するように設けられ、前記透水性裏込材を通じて前記トンネルの周囲の地下水を前記トンネル内に通水する開口部とを備えることを特徴とする地下水の排水構造。 - 地山内に構築されたトンネルの周囲に存在する地下水の排水構造であって、
トンネル掘削面の内側に所定の隙間を隔てて設置された埋設型枠と、
前記隙間にコンクリートを打設して構築された覆工体と、
前記覆工体内に、前記トンネルの長手方向に所定の間隔で前記トンネル掘削面及び前記埋設型枠に接するように設けられ、透水性を有する目地部と、
一端が前記目地部に接続され、前記目地部を通じて前記トンネルの周囲の地下水を前記トンネル内に通水する通水手段とを備えることを特徴とする地下水の排水構造。 - 前記開口部内に設置され、土砂を捕捉して地下水のみを通過させるための濾過手段と、
前記濾過手段を通過した地下水を排水するための排水手段とを更に備えることを特徴とする請求項3に記載の地下水の排水構造。 - 前記排水手段は、
前記トンネルの長手方向に沿って敷設され、地下水を前記トンネル外に送水するための幹線集排水管と、
前記濾過手段を通過した地下水を集水するための集水管と、
前記幹線集排水管から複数枝分かれして前記集水管に接続された支線集排水管とを備えることを特徴とする請求項5に記載の地下水の排水構造。 - 前記目地部は、伸縮可能な弾性体からなることを特徴とする請求項4に記載の地下水の排水構造。
- 前記通水手段は、
前記トンネルの長手方向に沿って敷設され、地下水を前記トンネル外に送水するための幹線集排水管と、
前記濾過手段を通過した地下水を集水するための集水管と、
前記幹線集排水管から複数枝分かれして前記集水管に接続された支線集排水管とを備えることを特徴とする請求項4に記載の地下水の排水構造。
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