JP6252850B2 - 凍結工法における凍上圧抑制方法 - Google Patents
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Description
本発明は、凍結工法における凍上圧抑制方法に関する。
従来、シールド工法や山岳工法によってトンネル工事を行う際には、拡幅部などの異形断面部、シールド坑と立坑の接合部、地質不良部などに対し地山補強工法を適用しながら地山掘削作業を行うようにしている。また、地山補強工法として、地山（地盤、岩盤）内にボーリング孔を穿設し、このボーリング孔を介して冷却液（冷媒）を供給、循環させることで地山を凍結させて地山強度を増大させる凍結工法が多用されている（例えば、特許文献１参照）。
さらに、例えば、トンネルの分岐・合流部や鉄道トンネルのトンネル内駅舎部等を構築する場合等、小口径のシールド内から周辺地山を掘削して拡幅し、所望の口径のトンネルを構築する場合に、凍結工法が地山補強工法として選択されるケースが多い。
ここで、凍結工法で既設の構造物周囲の地山を凍結させる場合、凍結に伴い発生する凍結膨張圧（凍上圧）が既設構造物に作用するおそれがある。そして、トンネル工事においても、セグメントや覆工コンクリートなどの既設構造物に凍上圧が作用し、変位を生じさせるおそれがある。このため、従来、凍上圧対策として、凍結範囲に設置する構造物を予め補強しておく手法や凍上圧を抑制する手法を講じるようにしている。
しかしながら、凍結範囲に設置する構造物を予め補強しておく手法を適用すると、高コストになるという問題がある。
一方、凍結線（地盤温度分布図における摂氏０℃等温線）付近に周辺地山内の地下水が移動し、この付近で凍結して「アイスレンズ」を形成することが凍上圧の発生機構であると考えられている。そして、凍結線付近への水分の浸入を遮断することにより凍上圧を抑制できることが知られている。
このため、従来、凍上圧を抑制する手法として、凍結線付近への水分の浸入を遮断することで凍上圧を抑制する遮水工法が多用されている。
しかしながら、グラウト注入などにより地中に遮水層を形成する方法では、凍結領域が大きくなるほど高コスト化し、且つ確実な遮水が困難になるという問題がある。
また、地下水を排水することにより凍上圧を抑制する方法では、地下深部のトンネル周囲の地下を排水する際にディープウェル工法等を用いる必要が生じ、さらに高コスト化するという問題がある。
本発明は、上記事情に鑑み、凍結領域周辺の地下水を排水し、比較的安価な施工コストで且つ確実、効果的に凍上圧の発生を抑制することを可能にする凍結工法における凍上圧抑制方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明の凍結工法における凍上圧抑制方法は、トンネル内から地山に、長尺のボーリング孔と短尺のボーリング孔を穿設するボーリング削孔工程と、前記短尺のボーリング孔に凍結管を配置し、前記長尺のボーリング孔から地下水を排水しながらトンネル内側周囲に凍結領域を形成する第一凍結工程と、前記第一凍結工程が完了した段階で、前記長尺のボーリング孔に凍結管を配置し、トンネル外側周囲に凍結領域を形成する第二凍結工程とを備えることを特徴とする。
本発明の凍結工法における凍上圧抑制方法においては、第一凍結工程と第二凍結工程の二段階に分けて地山を凍結処理するようにしたことで、確実且つ効果的に、近傍の地下水を排水することで凍上圧（凍結膨張圧）の発生を抑制でき、既設構造物に作用する外力を低減することができ、凍結工法を用いて好適に地山を補強することが可能になる。
また、容易に凍上圧（凍結膨張圧）の発生を抑制でき、既設構造物に作用する外力を低減することができるため、従来と比較し、設計の合理化、施工の低コスト化を図ることが可能になる。
さらに、凍結管を挿入配置するボーリング孔（長尺のボーリング孔）を地下水の排水用として兼用することで、グラウトなどによる遮水工法を用いたり、専用の排水孔などを設ける必要がなく、この点からも、安価な施工コストで確実且つ効果的に凍上圧の発生を抑制することが可能になる。
以下、図１から図４を参照し、本発明の一実施形態に係る凍結工法における凍上圧抑制方法について説明する。
はじめに、本実施形態の凍結工法における凍上圧抑制方法は、シールド工法や山岳工法によるトンネル工事の拡幅部、地山不良部等の止水や補強を目的として凍結工法を適用するにあたり、凍結領域周辺の地下水を排水することで凍上圧の発生を抑制し、セグメントや覆工などの既設構造物に作用する外力を低減する方法に関するものである。
具体的に、本実施形態の凍結工法における凍上圧抑制方法においては、図１及び図２に示すように、はじめに、地山（地盤）Ｇの所定位置にボーリングによって削孔し、ボーリング孔（挿入孔）１、２を穿設する（ボーリング削孔工程）。また、このとき、ボーリング孔は、トンネルＴの周方向Ｓ１に所定の間隔をあけて等間隔に配設する。さらに、長尺のボーリング孔１と短尺のボーリング孔２をトンネル周方向Ｓ１に交互に配設する。なお、トンネル軸Ｏ１方向Ｓ２にも長尺のボーリング孔１と短尺のボーリング孔２を略交互に配設することが好ましい。
次に、短尺のボーリング孔２に、地山Ｇを凍結するためのブライン（冷却液）を循環させるための凍結管を挿入する。そして、長尺のボーリング孔１から排水を行いながら、短尺のボーリング孔２内に配置した凍結管にブラインを循環させて冷却を行う（第一凍結工程）。
これにより、長尺のボーリング孔１からの排水により、トンネルＴの外側周囲に不飽和領域Ｒ１が形成され、内側の短尺のボーリング孔２が配設されたトンネルＴ近傍の内側周囲に凍結領域Ｒ２が形成される。そして、このように外側に不飽和領域、内側に凍結領域を形成することで、地下水の移動が抑制され、凍上圧の発生が抑制される。
次に、本実施形態の凍結工法における凍上圧抑制方法においては、図３及び図４に示すように、短尺のボーリング孔２が配設された内側周囲に凍結領域Ｒ２が十分に形成された段階で、長尺ボーリング孔１に凍結管を挿入配置し、冷却を行う（第二凍結工程）。このとき、トンネル内側周囲の凍結領域Ｒ２の地山強度が既に増大しているため、長尺ボーリング孔１の凍結管にブラインを循環させ、外側周囲を凍結させた際に、内側周囲の凍結領域Ｒ２によって凍上圧がセグメントや覆工などの既設構造物３に作用することが抑制される。
本実施形態の凍結工法における凍上圧抑制方法では、上記のように、シールド工法や山岳工法によるトンネル工事の拡幅部、地山不良部等の止水や補強を目的として凍結工法を適用するにあたり、長尺のボーリング孔１と短尺のボーリング孔２を交互に穿設し、第一段階（第一凍結工程）で短尺のボーリング孔２に凍結管を配置し、長尺のボーリング孔１から地下水を排水しながらトンネル内側周囲に凍結領域Ｒ２を形成し、第二段階（第二凍結工程）で長尺のボーリング孔１に凍結管を配置し、トンネル外側周囲に凍結領域Ｒ３を形成する。
これにより、本実施形態の凍結工法における凍上圧抑制方法においては、確実且つ効果的に、近傍の地下水を排水することで凍上圧（凍結膨張圧）の発生を抑制でき、既設構造物３に作用する外力を低減することができ、凍結工法を用いて好適に地山Ｇを補強することが可能になる。
また、本実施形態の凍結工法における凍上圧抑制方法によれば、凍結工法の施工工程を上記のように第一段階と第二段階に分けて行うことで、容易に凍上圧（凍結膨張圧）の発生を抑制でき、既設構造物３に作用する外力を低減することができるため、従来と比較し、設計の合理化、施工の低コスト化を図ることが可能になる。
さらに、凍結管を挿入配置するボーリング孔（長尺のボーリング孔１）を地下水の排水用として兼用することで、グラウトなどによる遮水工法を用いたり、専用の排水孔などを設ける必要がなく、この点からも、安価な施工コストで確実且つ効果的に凍上圧の発生を抑制することが可能になる。
以上、本発明に係る凍結工法における凍上圧抑制方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
１ 長尺のボーリング孔
２ 短尺のボーリング孔
３ 既設構造物
Ｇ 地山
Ｏ１ トンネルの軸
Ｒ１ 不飽和領域
Ｒ２ 凍結領域
Ｒ３ 凍結領域
Ｓ１ トンネル周方向
Ｓ２ トンネル軸方向
Ｔ トンネル
２ 短尺のボーリング孔
３ 既設構造物
Ｇ 地山
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Ｔ トンネル
Claims (1)
- トンネル内から地山に、長尺のボーリング孔と短尺のボーリング孔を穿設するボーリング削孔工程と、
前記短尺のボーリング孔に凍結管を配置し、前記長尺のボーリング孔から地下水を排水しながらトンネル内側周囲に凍結領域を形成する第一凍結工程と、
前記第一凍結工程が完了した段階で、前記長尺のボーリング孔に凍結管を配置し、トンネル外側周囲に凍結領域を形成する第二凍結工程とを備えることを特徴とする凍結工法における凍上圧抑制方法。
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| JP2014028391A JP6252850B2 (ja) | 2014-02-18 | 2014-02-18 | 凍結工法における凍上圧抑制方法 |
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