JP5409302B2 - 地下水の流動阻害を防止する通水構造、地下水の流動阻害を防止する方法 - Google Patents
地下水の流動阻害を防止する通水構造、地下水の流動阻害を防止する方法 Download PDFInfo
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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を防止する通水構造に関する。
地盤内にトンネルを構築し、トンネルの掘削面とセグメントの外周面との間に不透水性の裏込材を充填すると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、トンネルの掘削面とセグメントの外周面との間に、硬化後に透水性を発現する裏込材を充填して、地下水を下流側に通水させる技術が用いられている。
そこで、トンネルの掘削面とセグメントの外周面との間に、硬化後に透水性を発現する裏込材を充填して、地下水を下流側に通水させる技術が用いられている。
例えば、特許文献１及び特許文献２には、シールド工法により地山を掘削した後、トンネルの掘削面とセグメントの外周面との間に、それぞれ水に希釈されると消出する増粘材及び生分解性を有する増粘材を、粒度調整した砂や礫とともに裏込材として充填する技術が開示されている。これは、砂や礫とともに粘性を有する増粘材が配合されていることにより、充填直後には、砂や礫の間に増粘材が介在することで透水性が低く止水効果が高いため、地山の緩みや漏水を抑制し、時間が経過するにつれて増粘材が地下水により希釈されたり、生分解したりして消出することによって砂や礫の間に隙間が生じることで、裏込材が透水性を発現するというものである。
また、特許文献３には、砂や砂利等の骨材とセメントと水とを混合したコンクリートの基材に、ゼラチンやニカワなどのコラーゲンからなる水溶性若しくは熱溶解性を有する溶解性繊維を水で膨潤させたものを加えて、裏込材として使用する技術が開示されている。これは、トンネルの掘削面とセグメントの外周面との間に充填された裏込材内に分散する溶解性繊維が、その充填後に溶解して空隙を形成することによって、裏込材が透水性を発現するというものである。
また、特許文献４には、袋体を有するセグメントをトンネルの軸方向に所定の間隔で配置し、その袋体内に空気や水等を注入してトンネルの掘削面及びセグメントの外周面に密着させることによりシールし、トンネルの掘削面とセグメントの外周面との間で、かつ、隣接する袋体間に気泡材及び消泡材を含む裏込材を充填する方法が開示されている。これは、ゴムやビニールからなる袋体を膨張させてトンネルの掘削面及びセグメントの外周面に密着させることにより、袋体間に一般の透水性を有しない裏込材が流入することを防止し、当該袋体間には気泡材及び消泡材等を含む裏込材を充填して、気泡材が発泡した状態で固化材等が硬化し、その後、消泡材がその気泡を消滅することによって空隙が生じることで、裏込材が透水性を発現するというものである。
しかしながら、特許文献１及び２に記載の増粘材を含む裏込材を用いる方法では、増粘材が地下水により希釈されて消出するまでの時間や生分解される時間を予測するのは困難であり、透水性の発現時期を確定できない。
また、特許文献３に記載の溶解性繊維を含む裏込材を用いる方法では、溶解性繊維を水で膨潤させる際に低温に温度管理しなければならないが、その管理には大がかりな設備が必要になるとともに、多大な手間がかかる。
また、特許文献４に記載の隣接する袋体間に裏込材を充填する方法では、充填性に不安が残る。さらに、気泡の消滅状態も確認できないので、透水性の発現程度が不明確である。
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、裏込材を充填後、手間をかけること無く、短時間で確実に透水性を発現することが可能な通水構造及び通水層の形成方法を提供することを目的とする。
本発明は、トンネルの構築による地下水の流動阻害を防止する通水構造であって、
前記トンネル内の覆工体の外周面に取り付けられた通気性及び通水性を有する袋体に、骨材のみが充填され、当該袋体が前記覆工体の外周面と前記トンネルの掘削面との間にそれらに密着するように設けられてなり、前記覆工体には、当該覆工体の内側から前記袋体に前記骨材を注入するための注入孔が設けられていることを特徴とする。
前記トンネル内の覆工体の外周面に取り付けられた通気性及び通水性を有する袋体に、骨材のみが充填され、当該袋体が前記覆工体の外周面と前記トンネルの掘削面との間にそれらに密着するように設けられてなり、前記覆工体には、当該覆工体の内側から前記袋体に前記骨材を注入するための注入孔が設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、覆工体の外周面とトンネルの掘削面との間に設けられて通気性及び通水性を有する袋体内に砂、礫、スラグ等の骨材のみが充填されており、骨材間には地下水が通過可能な隙間が存在するので、地下水の流動阻害を防止することができる。
また、骨材は袋体内から外に流出しないので、長期間にわたって確実に地下水を通水することができる。
また、袋体内には骨材が充填されているので、地山を確実に保持し、地山の崩落を防止することが可能となる。したがって、地表面が沈下することが無い。充填された骨材は地山と同程度の圧縮強度を有することとなり、急曲線施工区間においてシールド機を推進させる際の反力材の一部として利用することができる。
また、骨材は袋体内から外に流出しないので、長期間にわたって確実に地下水を通水することができる。
また、袋体内には骨材が充填されているので、地山を確実に保持し、地山の崩落を防止することが可能となる。したがって、地表面が沈下することが無い。充填された骨材は地山と同程度の圧縮強度を有することとなり、急曲線施工区間においてシールド機を推進させる際の反力材の一部として利用することができる。
また、本発明は、トンネルの構築による地下水の流動阻害を防止する通水構造であって、前記トンネル内の覆工体の外周面に取り付けられた通気性及び通水性を有する袋体に、骨材のみが充填され、当該袋体が前記覆工体の外周面と前記トンネルの掘削面との間にそれらに密着するように設けられてなり、前記袋体は、前記トンネルの軸方向に所定の間隔で複数設けられ、前記トンネルの掘削面と前記覆工体の外周面との間で、かつ、前記トンネルの軸方向に隣接する前記袋体間に、前記骨材のみが充填されてなることを特徴とする。
本発明によれば、トンネルの軸方向に隣接する袋体間にも骨材のみが充填されており、骨材間には地下水が通過可能な隙間が存在するので、地下水の流動阻害を防止することができる。したがって、袋体のみを用いる場合よりも多くの量を通水することができる。
また、隣接する袋体間には骨材が充填されているので、地山を確実に保持し、地山の崩落を防止することが可能となる。したがって、地表面が沈下することが無い。
また、隣接する袋体間には骨材が充填されているので、地山を確実に保持し、地山の崩落を防止することが可能となる。したがって、地表面が沈下することが無い。
また、本発明は、トンネルの構築による地下水の流動阻害を防止する方法において、
前記覆工体の外周面に取り付けられた通気性及び通水性を有する袋体に、骨材と気泡材とを含む裏込材を圧力をかけながら充填して前記袋体を前記トンネルの掘削面及び前記覆工体の外周面に密着させるとともに、前記袋体にその周囲から圧力を加えることにより前記袋体内の前記気泡材を排出して、前記袋体内を通水可能にすることを特徴とする。
前記覆工体の外周面に取り付けられた通気性及び通水性を有する袋体に、骨材と気泡材とを含む裏込材を圧力をかけながら充填して前記袋体を前記トンネルの掘削面及び前記覆工体の外周面に密着させるとともに、前記袋体にその周囲から圧力を加えることにより前記袋体内の前記気泡材を排出して、前記袋体内を通水可能にすることを特徴とする。
本発明によれば、骨材と気泡材とを含む裏込材を袋体内に圧力をかけながら充填し、袋体にその周囲から圧力を加えることにより袋体内の気泡を外へ排出するので、充填作業終了後、袋体内には骨材のみが充填されることとなり、直ちに地下水が通過可能な状態となる。一方、骨材は袋体内から外に流出しないので、長期間にわたって確実に地下水を通水することができる。
また、袋体内には骨材が充填されているので、地山を確実に保持し、地山の崩落を防止することが可能となる。したがって、地表面が沈下することが無い。
また、袋体内には骨材が充填されているので、地山を確実に保持し、地山の崩落を防止することが可能となる。したがって、地表面が沈下することが無い。
また、本発明において、前記トンネルの掘削面と前記覆工体の外周面との間で、かつ、前記トンネルの軸方向に隣接する前記袋体間に、前記裏込材を充填することとしてもよい。
本発明によれば、裏込材を充填後、手間をかけること無く、短時間で確実に透水性を発現することが可能な通水構造及び通水層の形成方法を提供できる。
以下、本発明に係る地下水の通水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、シールド工法を用いてトンネルを構築する場合について説明するが、この工法に限定されるものではなく、覆工体を有するトンネルを構築する工法、例えば、推進工法等にも適用可能である。
図１は、本実施形態に係る地下水を通水可能な通水構造１を備えたトンネル２の軸方向に対して垂直な断面を示す図である。
図１に示すように、トンネル２よりも上流側の地下水を下流側へ通水する通水構造１は、骨材３のみが互いに接触するように充填された袋体４が、トンネル２の掘削面及び覆工体であるセグメント５の外周面に密着するように、トンネル２の掘削面とセグメント５との間のテールボイド部６に設けられてなる。そして、トンネル２よりも上流側の地下水を袋体４の隙間４ｃ及び骨材３間に形成されている隙間７を介して、トンネル２よりも下流側に通水するための機能を備える。
図１に示すように、トンネル２よりも上流側の地下水を下流側へ通水する通水構造１は、骨材３のみが互いに接触するように充填された袋体４が、トンネル２の掘削面及び覆工体であるセグメント５の外周面に密着するように、トンネル２の掘削面とセグメント５との間のテールボイド部６に設けられてなる。そして、トンネル２よりも上流側の地下水を袋体４の隙間４ｃ及び骨材３間に形成されている隙間７を介して、トンネル２よりも下流側に通水するための機能を備える。
セグメント５は、シールド機８による地山９の掘削に合わせて、シールド機８のテール部１０内で、複数のセグメントピースをトンネル２の掘削面に沿って周方向及び軸方向に連結して構築される。そして、シールド機８が推進するとセグメント５がその位置に残置される。本実施形態においては、セグメント５としてＲＣセグメントを用いた。
袋体４は、各セグメントピースの外周面に取り付けられており、テール部１０で構築されたセグメント５内から裏込材１１を袋体４に充填することができる。袋体４は、裏込材１１を充填する際に伸縮可能な性質を有するとともに、通気性及び通水性を有している。
本実施形態においては、袋体４としてＲＣクロス（前田工繊株式会社製）を用いた。ＲＣクロスは、シート４ａとネット４ｂとを積層した構成を有し、これらのシート４ａ及びネット４ｂには、液体及び気体を透過可能な隙間４ｃが形成されている。なお、袋体４は、このＲＣクロスに限定されるものではなく、伸縮性、通気性及び通水性を有するものであればよく、例えば、不織布を用いてもよい。
本実施形態においては、袋体４としてＲＣクロス（前田工繊株式会社製）を用いた。ＲＣクロスは、シート４ａとネット４ｂとを積層した構成を有し、これらのシート４ａ及びネット４ｂには、液体及び気体を透過可能な隙間４ｃが形成されている。なお、袋体４は、このＲＣクロスに限定されるものではなく、伸縮性、通気性及び通水性を有するものであればよく、例えば、不織布を用いてもよい。
骨材３は、地下水の流入を妨げることが無く、流入した地下水が骨材３間を容易に通水することができるように、砂、礫、スラグ等を用いた。なお、地下水の流量が多い場合には、多孔質のシラスや粒状軽石等を用いて、その孔内にも通水させることとしてもよい。
そして、骨材３を気泡材１２と混合して裏込材１１を作製し、袋体４内に充填する。充填作業は、袋体４がトンネル２の掘削面及びセグメント５の外周面に密着するまで行う。このとき、骨材３は、袋体４内に占める骨材３の体積割合が地山９内の土粒子の体積割合と同等になるように配合されている。つまり、裏込材１１に占める気泡材１２の体積割合が地山９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。
次に、本発明の裏込材１１の充填方法について施工手順にしたがって説明する。
図２は、本実施形態に係るシールド機８の側断面図である。図２に示すように、シールド機８は、地山９を掘削するためのカッター１３を備えたフード部１４と、カッター１３の駆動装置１５、このカッター１３により掘削された土砂を排出するための排土機構（図示しない）及びシールド機８を前進させるための複数のシールドジャッキ１６を備えたガーダ部１７と、シールドジャッキ１６によりガーダ部１７と連結され、セグメント５を組み立てるためのエレクタ１８を備えたテール部１０とから構成されている。
セグメント５には、このセグメント５の内側から袋体４に裏込材１１を注入するための注入孔１９と、一端が各注入孔１９にそれぞれ接続される注入管２０と、これらの注入管２０の他端に接続され、各注入管２０及び各注入孔１９を介して袋体４に裏込材１１を供給する注入装置２１と、各注入孔１９付近に設けられ、袋体４内の圧力を測定する圧力計（図示しない）とが設けられている。注入孔１９は、例えば、各セグメントピースに１箇所ずつ設けられる。
注入装置２１は、裏込材１１を貯留するためのタンク２２と、タンク２２に貯留された裏込材１１を注入管２０へ送給するための充填材用注入ポンプ２４とを備えている。
各注入管２０には開閉バルブ２３が接続されており、各開閉バルブ２３の開閉により、裏込材１１を注入する注入孔１９を個別に選択することができる。
図３は、袋体４付きセグメント５を設置した状態を示すトンネル２の平断面図である。
図３に示すように、透水層に対応する位置に袋体４付きセグメント５を設置する。そして、本実施形態においては、非透水層に対応する位置には、袋体４を備えていないセグメント２５を設置し、一般の透水性を有しない裏込材２６を充填した。
図３に示すように、透水層に対応する位置に袋体４付きセグメント５を設置する。そして、本実施形態においては、非透水層に対応する位置には、袋体４を備えていないセグメント２５を設置し、一般の透水性を有しない裏込材２６を充填した。
図４は、袋体４に裏込材１１を充填した状態を示すトンネル２の側断面図である。
図４に示すように、骨材３と気泡材１２とを混合して、タンク２２内で流動状態にされた裏込材１１を充填材用注入ポンプ２４にて供給し、注入管２０及び注入孔１９を介して袋体４内に充填する。裏込材１１を充填する際は、注入圧を圧力計にて常時監視し、充填材用注入ポンプ２４にて圧力を調整する。セグメント５に設けられた注入孔１９からそれぞれ裏込材１１が袋体４に注入される。また、袋体４の大きさに応じて設計等により決定された所定の量の裏込材１１を注入する。これにより、セグメント５の全外周にわたって良好に裏込材１１の注入が行われる。
図４に示すように、骨材３と気泡材１２とを混合して、タンク２２内で流動状態にされた裏込材１１を充填材用注入ポンプ２４にて供給し、注入管２０及び注入孔１９を介して袋体４内に充填する。裏込材１１を充填する際は、注入圧を圧力計にて常時監視し、充填材用注入ポンプ２４にて圧力を調整する。セグメント５に設けられた注入孔１９からそれぞれ裏込材１１が袋体４に注入される。また、袋体４の大きさに応じて設計等により決定された所定の量の裏込材１１を注入する。これにより、セグメント５の全外周にわたって良好に裏込材１１の注入が行われる。
裏込材１１を充填する際は、充填圧が土被り圧よりやや高め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、地表面の変状に応じて適宜圧力を調整し、地山９の変形を防止する。
係る状態では、袋体４内に注入されて発泡した気泡材１２は、充填圧力にて袋体４内から隙間４ｃを介して外へ排出される。また、上記所定の量の裏込材１１を注入した後に、裏込材１１を注入した圧力よりも大きい圧力の圧縮空気を送気する。これにより、骨材３間の気泡材１２を袋体４内から短時間で排出することができるので、充填作業終了後、直ちに袋体４内が通水可能な状態となる。なお、本実施形態においては、圧縮空気を供給して袋体４内から気泡材１２を排出する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、水を供給して気泡材１２を排出してもよい。
図５は、裏込材１１に含まれる気泡材１２が排出されて骨材３のみが袋体４に充填された状態を示すトンネル２の側断面図である。
図５に示すように、裏込材１１に含まれる気泡材１２は、袋体４内から隙間４ｃを介して排出されるために、骨材３のみが互いに接触するように残置される。そして、気泡材１２が排出されたことにより、骨材３間に形成された隙間７を地下水が通過可能となる。残置された骨材３は、袋体４内から外へ流出することが無いので、地山９を保持してその崩落を防止する。
図５に示すように、裏込材１１に含まれる気泡材１２は、袋体４内から隙間４ｃを介して排出されるために、骨材３のみが互いに接触するように残置される。そして、気泡材１２が排出されたことにより、骨材３間に形成された隙間７を地下水が通過可能となる。残置された骨材３は、袋体４内から外へ流出することが無いので、地山９を保持してその崩落を防止する。
以上説明した本実施形態における通水構造１によれば、セグメント５に取り付けられた袋体４がトンネル２の掘削面及びセグメント５の外周面に密着し、その袋体４内に砂、礫、スラグ等の骨材３のみが充填されており、骨材３間には地下水が通過可能な隙間７が存在するので、トンネル２の上流側の地下水を下流側に通水することができる。
また、骨材３は袋体４内から外に流出しないので、長期間にわたって確実に地下水を通水することができる。
また、気泡材１２と骨材３とを混合して流動状態で充填するので、一般的な裏込材１１の充填方法、例えば、ポンプ等を用いた圧入方法で充填することができる。したがって、充填作業を容易に行うことができる。
また、袋体４内には砂、礫、スラグ等の骨材３が互いに接触するように充填されているので、地山９を確実に保持し、地山９の崩落を防止することが可能となる。したがって、地表面が沈下することが無い。
また、骨材３を地山９内の土粒子の体積割合と同等となるように充填しているので、充填された骨材３は地山９と同程度の圧縮強度を有することとなり、これにより地山９を保持することができる。さらに、急曲線施工区間においてシールド機８を推進させる際の反力材の一部として利用することができる。
なお、本実施形態においては、透水層に対応する位置に袋体４付きのセグメント５を配置する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、例えば、図６に示すように、透水層が広い範囲におよぶ場合には、透水層の両端部にそれぞれ袋体４付きのセグメント５を配置し、これらの袋体４間には、テールボイド部６内に直接、裏込材１１を充填してもよい。テールボイド部６の袋体４間に裏込材１１を充填する際は、上述したように、骨材３と気泡材１２とを混合して、タンク２２内で流動状態にされた裏込材１１を充填材用注入ポンプ２４にて供給し、注入管２０及び注入孔１９を介して充填する。係る場合には、テールボイド部６の袋体４間の広さに応じて設計等により決定された所定の量の裏込材１１を注入し、気泡材１２を地山９内に排出することにより、砂、礫、スラグ等の骨材３のみが充填された状態となる。
１ 通水構造
２ トンネル
３ 骨材
４ 袋体
４ａ シート
４ｂ ネット
４ｃ 隙間
５ セグメント
６ テールボイド部
７ 隙間
８ シールド機
９ 地山
１０ テール部
１１ 裏込材
１２ 気泡材
１３ カッター
１４ フード部
１５ 駆動装置
１６ シールドジャッキ
１７ ガーダ部
１８ エレクタ
１９ 注入孔
２０ 注入管
２１ 注入装置
２２ タンク
２３ 開閉バルブ
２４ 充填材用注入ポンプ
２５ セグメント
２６ 裏込材
２ トンネル
３ 骨材
４ 袋体
４ａ シート
４ｂ ネット
４ｃ 隙間
５ セグメント
６ テールボイド部
７ 隙間
８ シールド機
９ 地山
１０ テール部
１１ 裏込材
１２ 気泡材
１３ カッター
１４ フード部
１５ 駆動装置
１６ シールドジャッキ
１７ ガーダ部
１８ エレクタ
１９ 注入孔
２０ 注入管
２１ 注入装置
２２ タンク
２３ 開閉バルブ
２４ 充填材用注入ポンプ
２５ セグメント
２６ 裏込材
Claims (4)
- トンネルの構築による地下水の流動阻害を防止する通水構造であって、
前記トンネル内の覆工体の外周面に取り付けられた通気性及び通水性を有する袋体に、骨材のみが充填され、当該袋体が前記覆工体の外周面と前記トンネルの掘削面との間にそれらに密着するように設けられてなり、前記覆工体には、当該覆工体の内側から前記袋体に前記骨材を注入するための注入孔が設けられていることを特徴とする地下水の流動阻害を防止する通水構造。 - トンネルの構築による地下水の流動阻害を防止する通水構造であって、
前記トンネル内の覆工体の外周面に取り付けられた通気性及び通水性を有する袋体に、骨材のみが充填され、当該袋体が前記覆工体の外周面と前記トンネルの掘削面との間にそれらに密着するように設けられてなり、
前記袋体は、前記トンネルの軸方向に所定の間隔で複数設けられ、
前記トンネルの掘削面と前記覆工体の外周面との間で、かつ、前記トンネルの軸方向に隣接する前記袋体間に、前記骨材のみが充填されてなることを特徴とする地下水の流動阻害を防止する通水構造。 - トンネルの構築による地下水の流動阻害を防止する方法において、
前記覆工体の外周面に取り付けられた通気性及び通水性を有する袋体に、骨材と気泡材とを含む裏込材を圧力をかけながら充填して前記袋体を前記トンネルの掘削面及び前記覆工体の外周面に密着させるとともに、前記袋体にその周囲から圧力を加えることにより前記袋体内の前記気泡材を排出して、前記袋体内を通水可能にすることを特徴とする地下水の流動阻害を防止する方法。 - 前記トンネルの掘削面と前記覆工体の外周面との間で、かつ、前記トンネルの軸方向に隣接する前記袋体間に、前記裏込材を充填することを特徴とする請求項３に記載の地下水の流動阻害を防止する方法。
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