JP6295454B2 - 透水管及び複合透水管並びに推進工法によるこれらの施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、液状化現象を防止するために地盤内に埋設される複合透水管、及び、当該複合透水管の推進工法を用いた当該複合透水管の埋設（施工）方法に関する。

砂や粘土分等を大量に含む砂質の土層からなる軟弱地盤や埋立地の地盤は水平変位に対する剪断抵抗力が小さいため、大地震の発生時には地下水位以下の土粒子間に過剰間隙水圧が発生して地表へ地下水が土砂と共に噴き上げるといった地盤の液状化現象が起こることが知られており、建物等の構造物に倒壊等の被害が発生することが問題となっている。

これに対し、例えば特許文献１（特開２００７−１３２０６１号公報）では、外周を遮水壁に囲まれた地盤の一側に地盤中へ溶液を注入する注入管を埋設し、他側には地盤中の地下水を汲み上げる揚水管を設置し、揚水管を通じて地下水を汲み上げ地盤中に水平方向に動水勾配を形成しつつ、注入管を通じて混合、反応により微粒物質を析出する２種の溶液を注入し地盤中で混合、反応させて微粒物質を析出させ地盤中に水平方向に難透水層を形成すること、及び、地盤中の前記難透水層より下側へ届く空気注入管を埋設し、難透水層より下側の地盤中に空気を注入して地盤内の不飽和度を高めること、を特徴とする地盤の液状化抑止方法が提案されている。

上記特許文献１に記載の液状化対策構造においては、地盤中に水平方向に難透水層を予め形成し、難透水層より下側の地盤中へ空気を注入することにより、注入空気は鉛直方向へ抜け難く、水平方向に拡散、浸透しやすく、空気が地盤内にトラップされやすくして、注入効率を高め、不飽和状態を長期にわたり維持でき、空気注入管の設置本数および空気注入手段の能力、規模を削減できるとしている。

また、例えば特許文献２（特開２０１３−２９００１号公報）では、長期耐久性を有するコロイダルシリカ系またはシリカゾル系の溶液型薬液を地盤中に注入することにより地盤中に固結体を形成する液状化防止工法において、溶液型薬液に気泡を混入することにより地盤を飽和化および固結化することを特徴とする液状化防止工法（不飽和化工法）が提案されている。

上記特許文献２に記載の液状化防止工法（不飽和化工法）においては、既設構造物の周辺や直下、あるいは地下水流のある地盤において、地盤中の砂粒子間に人工的に気泡をつくり不飽和化することにより、地震時などの繰り返しせん断荷重を受けても過剰間隙水圧の発生を防止することができ、液状化を未然に防止することができるとしている。

特開２０１３−８７５５４号公報 特開２０１３−２９００１号公報

しかしながら、上記特許文献１及び上記特許文献２に記載の液状化対策方法（汲み上げ井戸方式及び不飽和化工法）は、全ての地域における地盤に適用できるとは限らず、地下水位が深い場合や地下水量が多い場合等には適用が困難である。湧き上がる地下水量が多い場合は水位を目標まで下げるには大量のポンプを設置する必要があり、工事費が高額となることに加え、地下水の排出先の確保も困難である。

そこで、本発明の目的は、上記のような従来工法の問題点に鑑み、地下水位が深い場合や地下水量が多い場合であっても適用が可能であり、種々の地盤に対して施工可能な、液状化現象を防止するために地盤内に埋設される透水管及び複合透水管並びに推進工法を用いた当該複合透水管の埋設（施工）方法を提供することにある。

本発明者は、上記の目的を達成すべく鋭意検討した結果、構造を最適化した透水管及び複合透水管を用い、立坑形成を伴う推進工法を用いて、当該複合透水管を施工することが極めて効果的であることを見出し、本発明に到達した。

即ち、本発明は、多数の孔を有する金属製の筒部材で構成されていること、を特徴とする推進工法施工用透水管、を提供するものである。

上記本発明の推進工法施工用透水管においては、前記筒部材の一方の開口端側に設けられた小径部と、前記筒部材の他方の開口端側に設けられた大径部と、を有し、前記透水管同士を連結可能な構成を有すること、が好ましい。

また、上記本発明の推進工法施工用透水管においては、前記筒部材の開口率が４０％以上であること、が好ましく、前記筒部材の内周面において周方向及び／又は長さ方向に沿って設けられたリブを有すること、が好ましい。

また、本発明は、上記本発明の推進工法施工用透水管と、前記透水管の内部に配置された、立体網目構造を有する熱可塑性樹脂製の筒部材で構成されているドレーン材と、 前記透水管と前記ドレーン材との間に配置された砕石と、前記砕石と前記透水管との間に配置されたフィルタと、を有すること、を特徴とする推進工法施工用複合透水管を提供する。

上記本発明の推進工法施工用複合透水管においては、前記ドレーン材の開口率が６５％以上であること、が好ましく、前記砕石が、１．０〜１．２ｋｇ/ｍ^３の密度及び１０〜２０ｍｍの粒径を有すること、が好ましい。

更に、本発明は、地表の所定の領域において下方に発進坑及び到達坑を掘削する立坑形成工程と、前記発進坑の内側壁から前記到達坑に向かって、上記本発明の複合透水管を連結しながら順次挿入していき、前記発進坑から前記到達坑まで繋がる複合透水管列を形成する複合透水管列形成工程と、を有すること、を特徴とする推進工法による複合透水管の施工方法を提供する。

上記本発明の複合透水管の施工方法においては、前記複合透水管列形成工程の前に、前記発進坑の内側壁から前記到達坑に向かって、地盤内に掘進機及び埋設管を推進させていき、前記発進坑から前記到達坑まで繋がる埋設管列を形成する埋設管列形成工程を有し、前記複合透水管列形成工程において、前記埋設管内に、前記発進坑から前記到達坑まで繋がる複合透水管列を形成すること、が好ましい。

上記のような構成を有する透水管及び複合透水管並びに推進工法によるこれらの施工方法によれば、２つの立坑を連通するように透水性及び耐久性に優れた複合透水管を設置するため、地下水位が深い場合や地下水量が多い場合においても比較的簡便に施工可能であり、様々な地盤の液状化現象を効果的に防止することができる。

本発明の一実施形態に係る透水管１の側面図である。 図１に示す透水管１の正面図である。 図１及び図２に示す透水管１におけるＸ領域の部分拡大図である。 本発明の一実施形態に係る透水管１の試作品の写真である。 本発明の一実施形態に係る複合透水管２０の縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る複合透水管２０の施工方法の工程図である。

以下において、図面を参照しながら本発明の透水管及び複合透水管並びに推進工法によるこれらの施工方法の一実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明は、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。また、図面は、本発明の特徴部分を概念的に説明するものであるから、表された各構成要素の寸法やそれらの比は実際のものとは異なる場合もあり、当該特徴部分を具備しつつ種々の設計変更が可能であり、それら設計変更された態様も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）透水管
図１は、本発明の一実施形態に係る透水管１の側面図であり、図２は、図１における矢印Ａの方向からみた当該透水管１の正面図である。また、図３は、当該透水管１のＸ領域の部分拡大図である。透水管１は、筒部材２の一方の開口端側に設けられた小径部４と、筒部材２の他方の開口端側に設けられた大径部６と、を有している（ここでは大径部６は筒部材２の径と略同一である。）。大径部６に他の隣接する透水管１の小径部４を挿入することで、２つ以上の透水管１を簡便に連結することができる。従来公知の技術により連結を確実にするための凹凸部や嵌合部を設けてもよい。

透水管１の筒部材２には、図３に示すように、多数の孔８が設けられており、筒部材２の開口率は４０％以上であることが好ましい。筒部材２の開口率を４０％以上とすることで、外部からの水を効率的に透水管１の内部に取り込むことができ、また、取り込んだ水を効率的に排水することができる。なお、開口率の上限は特に限定されず、透水管１に必要な剛性及び曲げ強度等の機械的特性に応じて適宜設定すればよい。また、個々の孔の寸法は、略円状孔であれば径が３〜９ｍｍであればよい。

孔８の形状は本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されないが、透水管１への印加応力を等方的に分散できる円形が好ましい。また、孔８の大きさも本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されないが、透水管１の機械的特性及び外部から透水管１への砂利の侵入を抑制する観点等から、適宜設定すればよい。

透水管１は、図示しないが、筒部材２の内周面において周方向に沿って設けられたリブ（例えば環状の板の構造を有するリブ）を有することが好ましい。当該リブによって透水管１の剛性及び曲げ強度等の機械的特性を効率的に向上させることができ、透水管１の設計自由度を大幅に高めることができる。また、補強リブ構造を用いることで、土被の深い位置での施工にも対応することができる。

透水管１の素材は本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されないが、耐食性に優れたステンレス鋼材を用いることが好ましい。透水管１に用いることができるその他の材料としては、例えば、チタン等の金属、又は、ガラス繊維や炭素繊維等で強化されたプラスチック等を挙げることができる。金属の場合は、外面又は内面が耐食性金属層で被覆されていてもよい。

なお、図４は、本発明の一実施形態に係る透水管の試作品の写真である。

（２）複合透水管
図５は、本発明の一実施形態に係る複合透水管２０の縦断面図である。複合透水管２０は、透水管１の内部に配置された、立体網目構造を有する熱可塑性樹脂製の筒部材で構成されているドレーン材２２と、透水管１とドレーン材２２との間に配置された砕石２４と、砕石２４と透水管１との間に配置されたフィルタ２６と、を有している。複合透水管２０はドレーン材２２及び砕石２４等が一体化されているため、開削をする必要がなく、推進工法での施工が可能となる。

ドレーン材２２の開口率は６５％以上であることが好ましい。ドレーン材２２の開口率を６５％以上とすることで、外部からの水を効率的にドレーン材２２の内部に取り込むことができる。また、地下埋設時に下部からの被圧水にも対応することができる。ドレーン材２２の開口率の上限は特に限定されず、ドレーン材２２に必要な剛性及び曲げ強度等の機械的特性に応じて適宜設定すればよい。

ドレーン材２２は、ポーラス状に形成された立体網目状構造を有することが好ましい。ポーラス状に形成された立体網目状構造は表面開口率と内部空隙率が極めて高いため、集排水能力に優れたドレーン材２２を得ることができる。

ドレーン材２２は、例えば、加熱溶融した熱可塑性樹脂を線状に押出し、ポーラス状に形成し、線状熱可塑性樹脂の接点を相互溶融した立体網目構造のものを使用することができる。線状熱可塑性樹脂の接点加工を熱融着とすることで、接着剤等の剥離変形や破壊等がなく、耐圧性能及び柔軟性に優れたドレーン材２２を得ることができる。

ドレーン材２２は地中に長期間設置された場合でも著しい劣化、変形及び浸食等がなく、半永久的に使用できる必要があるため、熱可塑性樹脂製であることが好ましく、ポリプロピレン製であることがより好ましい。ドレーン材２２をポリプロピレン製とすることで、耐酸性、耐アルカリ性、及び耐腐食性を担保することができる。

上記各特性を有するドレーン材２２として、例えば、ＫＥＭＡＮ ＰＬＡＳＴＩＣ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ社製の「ヌードルン」又は株式会社ココム製の「ヌードルン」等を好適に用いることができる。

砕石２４は、１．０〜１．２ｋｇ/ｍ^３の密度及び１０〜２０ｍｍの粒径を有すること、が好ましい。砕石２４の密度を１．０〜１．２ｋｇ/ｍ^３とすることで、複合透水管２０を軽量とすることができ、施工の労力を大幅に低減することができる。また、砕石２４の粒径を１０〜２０ｍｍとすることで、砕石２４からなる層に適度な透水性を付与することができる。

フィルタ２６は、細粒の土粒子を遮断し、全周面から集排水を可能とするものが好ましい。かかるフィルタ２６としては例えば種々の材質の不織布を用いることができる。フィルタ２６を用いることで、土砂集中による目詰まりを防止することができ、複合透水管２０の集排水機能を損なうことがない。この結果、設置後の複合透水管２０について、基本的に維持管理が不要となる。ここで用いる不織布としては、上記作用効果を奏するために、例えば、透水係数が１．０４×１０^−２〜５．２５×１０^−３ｃｍ／ｓで、目付が８０〜１５０ｇ／ｍ^２の不織布が好ましい。

複合透水管２０の最外周部分は透水管１であり、複合透水管２０の連結は上記の小径部４と大径部６との差込み式で達成することができる。このため、接続部に隙間が生じることがなく、土砂等の複合透水管内への侵入を防止することができる。なお、複合透水管２０の内部でドレーン材２２を連結する場合は、円筒状のドレーン材２２を用い、ドレーン材２２の内径に嵌合可能な差込み式の接合用部材を用いればよい。

（３）施工方法
図６は、本発明の一実施形態に係る複合透水管２０の施工方法の工程図である。本発明の複合透水管２０の施工方法は、地表の所定の領域から土壌内に、略鉛直方向下方に発進坑３０及び到達坑３２を掘削する立坑形成工程（図６の（１））と、発進坑３０から到達坑３２まで繋がる埋設管列３６を土壌内に形成する埋設管列形成工程（図６の（２））と、発進坑３０の内側壁から到達坑３２に向かって略水平方向に、複合透水管２０を連結しながら順次挿入していき、発進坑３０から到達坑３２まで繋がる複合透水管列３４を土壌内に形成する複合透水管列形成工程（図６の（３））と、を有している。

即ち、本実施形態の複合透水管の施工方法においては、複合透水管列形成工程の前に、発進坑３０から到達坑３２まで繋がる埋設管列３６を形成し、その後、複合透水管列形成工程において、埋設管列３６内に、発進坑３０から到達坑３２まで繋がる複合透水管列３４を形成する（但し、事前の埋設管列３６を形成することなく、土壌内に直接、複合透水管列３４を形成してもよいが、この場合は、透水管１及び複合透水管２０の強度に注意を要する。）。

埋設管列３６は、複数の埋設管３８から構成される。埋設管３８の素材は特に制限されないが、軽量かつ耐食性及び機械的強度に優れた、金属製や塩化ビニル製のものを好適に用いることができる。また、埋設管３８の内部を複合透水管２０が通過する必要があるため、埋設管３８の内径は複合透水管２０の外形よりも大きくする必要がある。

埋設管列形成工程においては、発進坑３０の埋設管３８を挿入していく内側壁の反対側内側壁に反力板を設置し、当該反力板の前方に掘進機構、推進ジャッキ、及びこれらを設置するガイドフレームを設置する。加えて、掘進のための先導管をセットする。

次に、地上でケーシング及びスクリューをセットした埋設管３８を発進坑３０内に降ろし、掘進機構に接続する。その後、埋設管３８の進行方向を適宜確認しつつ、方向修正を行いながら埋設管３８を順次推進していく。複数の埋設管３８について当該作業を繰り返し、最初に推進させた埋設管３８を到達坑３２に到達させる。

埋設管３８が到達坑３２に到達後、到達坑３２より先導管を回収し、スクリュー及びケーシング等は発進坑３０へ引き抜くことで、埋設管列３６の設置が完了する。

複合透水管列形成工程においては、推進機を用いて埋設管列３６の内部に複合透水管２０を挿入していく。発進坑３０から到達坑３２まで複合透水管２０を繋げることで、複合透水管列３４が形成される。

上記掘進機構は、管を地中に推進させるために、オーガーヘッドとスクリューを回転させる機能と、管を押し込む機能を有するものである。掘進機構としては、例えば、電動機で発生した回転動力を平歯車、遊星歯車、及びチェーン等により減速し、オーガー駆動用の出力軸を回転させていくものを使用することができる。

電動機の回転は、インバータ制御を使用し、地盤に合わせた効率的な回転数が得られることが好ましい。また、オーガーの出力軸は、調整機構により前後に移動でき、また、後方にはスイベル装置が取り付けられ、ヘッド先端への滑材や水が注入できることが好ましい。

また、推進装置は、掘削装置及びケースと一体化し、この両側に推進シリンダとガイドローラが取り付けられ、管を精度よく推進できるものが好ましい。更に、１回の作業につき前後の切り換えが１回ですむように、推進シリンダストロークは、推進装置全移動量の半分あることが好ましい。

上記ガイドフレームは、推進装置の前後の移動をガイドする基準となるものであり、主材料に角パイプを使用し、剛性及び精度が高いものが好ましい。

上記先導管は、設置する管を案内するもので、ターゲットや油圧シリンダ等の方向修正装置が組み込まれている。先導管としては、例えば、ケーシングで先導管の推進力を伝達する構造を有するものを用いることができる。また、先導管は、到達坑３２での回収が可能なように、複数の部品に分解できる構造を有していることが好ましい。

以上、本発明の透水管及び複合透水管並びに推進工法によるこれらの施工方法の代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではなく、種々の設計変更が可能であり、それら設計変更は全て本発明の技術的範囲に含まれる。

１・・・透水管、
２・・・筒部材、
４・・・小径部、
６・・・大径部、
８・・・孔、
２０・・・複合透水管、
２２・・・ドレーン材、
２４・・・砕石、
２６・・・フィルタ、
３０・・・発進坑、
３２・・・到達坑、
３４・・・複合透水管列、
３６・・・埋設管列
３８・・・埋設管。

Claims (7)

1. 多数の孔を有する金属製の筒部材で構成されており、前記筒部材の一方の開口端側に設けられた小径部と、前記筒部材の他方の開口端側に設けられた大径部と、を有し、前記透水管同士を連結可能な構成を有する推進工法施工用透水管と、
   前記透水管の内部に配置された、立体網目構造を有する熱可塑性樹脂製の筒部材で構成されているドレーン材と、
   前記透水管と前記ドレーン材との間に配置された砕石と、
   前記砕石と前記透水管との間に配置された不織布からなるフィルタと、を有すること、
   を特徴とする推進工法施工用複合透水管。
2. 前記筒部材の開口率が４０％以上であること、
   を特徴とする請求項１に記載の推進工法施工用複合透水管。
3. 前記筒部材の内周面において周方向及び／又は長さ方向に沿って設けられたリブを有すること、
   を特徴とする請求項１又は２に記載の推進工法施工用複合透水管。
4. 前記ドレーン材の開口率が６５％以上であること、
   を特徴とする請求項１〜３のうちのいずれかに記載の推進工法施工用複合透水管。
5. 前記ドレーン材が、線状熱可塑性樹脂からなるポーラス状の立体網目状構造物で構成されていること、
   を特徴とする請求項１に記載の推進工法施工用複合透水管。
6. 地表の所定の領域において下方に発進坑及び到達坑を掘削する立坑形成工程と、
   前記発進坑の内側壁から前記到達坑に向かって、請求項１〜５のうちのいずれかに記載の複合透水管を連結しながら順次挿入していき、前記発進坑から前記到達坑まで繋がる複合透水管列を形成する複合透水管列形成工程と、を有すること、
   を特徴とする推進工法による複合透水管の施工方法。
7. 前記複合透水管列形成工程の前に、前記発進坑の内側壁から前記到達坑に向かって、地盤内に掘進機及び埋設管を推進させていき、前記発進坑から前記到達坑まで繋がる埋設管列を形成する埋設管列形成工程を有し、
   前記複合透水管列形成工程において、前記埋設管内に、前記発進坑から前記到達坑まで繋がる複合透水管列を形成すること、
   を特徴とする請求項６に記載の推進工法による複合透水管の施工方法。