JP6624443B2 - Freezing method - Google Patents
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Description
本発明は、地盤を凍結させ、地盤の止水性能及び強度性能を向上させる凍結工法に関する。 The present invention relates to a freezing method for freezing the ground and improving the water stopping performance and the strength performance of the ground.
従来、地盤の安定化、防水層の形成などを目的とした防護工として凍結工法が用いられている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a freezing method has been used as a protective method for the purpose of stabilizing the ground, forming a waterproof layer, and the like (for example, see Patent Document 1).
例えば、トンネル掘進機で地盤を掘削してトンネルを構築する際、特に、道路トンネルの分岐・合流部や鉄道トンネルの渡り線部などの大断面トンネルを構築する際の発進・到達時やセグメント切り開き時(シールドトンネルの地中拡幅時)などに、凍結工法が用いられている。 For example, when constructing a tunnel by excavating the ground with a tunnel machine, especially when constructing a large cross-section tunnel such as a branch / merge section of a road tunnel or a crossover section of a railway tunnel, or opening a segment At times (when the shield tunnel is widened underground), the freezing method is used.
ここで、大断面トンネルを構築する際などの大規模な凍土造成を行う場合や凍結対象地盤に粘性土が含まれている場合には、地盤の凍結による膨張圧が大きくなり、組み立てたセグメント(周囲の構造物など)に凍結膨張圧による過大な荷重が作用してセグメントボルトが破断したり、セグメントが破損するおそれがある。 Here, when a large-scale frozen soil is created, such as when constructing a large section tunnel, or when the ground to be frozen contains viscous soil, the expansion pressure due to the freezing of the ground increases, and the assembled segment ( Excessive load due to the freezing expansion pressure acts on the surrounding structures, etc.), so that the segment bolt may be broken or the segment may be damaged.
これに対し、凍結膨張圧対策手法としては、1)凍結管列の外側への温水管を設置し凍結領域を制御する方法、2)凍土周囲の地山を抜き取って凍結膨張圧を低減させる方法、3)凍結膨張圧に対応したセグメントの補強を講じる方法、4)凍結運転制御(間引き運転等)による凍土の成長抑制方法などが提案、実用化されている。 On the other hand, as a measure against the freezing expansion pressure, 1) a method of installing a hot water pipe outside the row of freezing pipes to control the freezing area, and 2) a method of extracting the ground around the frozen soil to reduce the freezing expansion pressure. 3) A method of reinforcing the segment corresponding to the freezing expansion pressure, 4) A method of suppressing the growth of frozen soil by freezing operation control (thinning operation or the like) has been proposed and put to practical use.
しかしながら、1)凍結管列の外側への温水管を設置し凍結領域を制御する方法、2)凍土周囲の地山を抜き取って凍結膨張圧を低減させる方法、3)凍結膨張圧に対応したセグメントの補強を講じる方法においては、対策コストや工期の大幅な増大を招く。また、4)凍結運転制御による凍土の成長抑制方法においては抑制効果が小さいという不都合がある。 However, 1) a method of controlling the freezing area by installing a hot water pipe outside the row of freezing pipes, 2) a method of extracting the ground around the frozen soil to reduce the freezing expansion pressure, and 3) a segment corresponding to the freezing expansion pressure Reinforcement of the method leads to a significant increase in the cost of measures and the construction period. In addition, 4) In the method for suppressing the growth of frozen soil by freezing operation control, there is an inconvenience that the suppression effect is small.
本発明は、上記事情に鑑み、確実且つ簡便に凍結膨張圧を制御でき、工期短縮、コストダウンを可能にする凍結工法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a freezing method capable of reliably and easily controlling the freezing and inflation pressure, shortening the construction period, and reducing costs.
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。 In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
本発明の凍結工法は、地盤を凍結させ、地盤の止水性能及び強度性能を向上させる凍結工法において、凍結運転開始から所定領域の凍土が連続的に繋がって止水性能が確保された段階と、必要な凍土厚の凍土壁が造成されて強度性能が確保された段階との間の任意のタイミングで、前記凍土壁に対して内側の領域の一部の地盤を先行掘削することを特徴とする。 The freezing method of the present invention freezes the ground, and in the freezing method of improving the water stopping performance and strength performance of the ground, at the stage where the frozen water in a predetermined area is continuously connected from the start of the freezing operation and the water stopping performance is secured. At an arbitrary timing between the stage where the permafrost wall of the required permafrost thickness is created and the strength performance is ensured, a preliminary excavation of a part of the ground in an area inside with respect to the permafrost wall is characterized in that I do.
本発明の凍結工法においては、止水性能が確保される段階から強度性能が確保される段階までの間の任意のタイミングで、凍土壁の内側の領域の一部の地盤を先行掘削することによって、凍結膨張圧の一部を開放させることができ、凍結膨張圧の低減を図ることが可能になる。 In the freezing method of the present invention, at an arbitrary timing between the stage at which the water stopping performance is secured and the stage at which the strength performance is secured, by excavating part of the ground inside the area of the frozen soil wall in advance. In addition, a part of the freezing expansion pressure can be released, and the freezing expansion pressure can be reduced.
また、このように止水性能が確保される段階から強度性能が確保される段階までの間の任意のタイミングで凍結膨張圧の一部を開放させることにより、強度的に十分な凍土壁が形成された段階における凍結膨張圧(最終的に凍土が必要(最大)凍土厚に達した時点の凍結膨張圧)も低減させることが可能になる。 In addition, by releasing a part of the freezing and expanding pressure at an arbitrary timing between the stage where the water stopping performance is secured and the stage where the strength performance is secured, a sufficiently strong frozen soil wall is formed. It is also possible to reduce the freezing expansion pressure at the specified stage (the freezing expansion pressure when the frozen soil finally reaches the required (maximum) frozen soil thickness).
以下、図1から図6を参照し、本発明の一実施形態に係る凍結工法について説明する。 Hereinafter, a freezing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
ここで、本実施形態では、例えば、道路トンネルの分岐・合流部や鉄道トンネルの渡り線部などの大断面トンネルを構築する際の発進・到達時やセグメント切り開き時(シールドトンネルの地中拡幅時)などに対し凍結工法を用いるものとして説明を行う。
但し、本発明の凍結工法は、土木建築分野において、地盤を凍結させて凍土壁(凍結領域)等を形成するあらゆるケースに適用可能である。
Here, in the present embodiment, for example, at the time of starting and reaching when constructing a large-section tunnel such as a branching / merging portion of a road tunnel or a crossover portion of a railway tunnel, or at the time of segment opening (during underground widening of a shield tunnel, ) Etc. will be described as using the freezing method.
However, the freezing method of the present invention can be applied to any case where the ground is frozen to form a frozen soil wall (freezing region) in the field of civil engineering and construction.
はじめに、図1から図4に示すように、道路トンネルの分岐・合流部などの大断面トンネルを構築する際には、例えば、本線シールド1、ランプシールド2(2本の導坑)を横方向に間隔をあけて先行構築するとともに、本線シールド1を通じ、凍結工法で環状や門型の凍土壁5を形成して地盤の安定化を図りつつ地中発進基地3を構築し、この地中発進基地3から本線シールド1、ランプシールド2を囲繞するように小径のトンネル掘進機で複数の外殻シールド4を構築する。
First, as shown in FIGS. 1 to 4, when constructing a large-section tunnel such as a branch or a junction of a road tunnel, for example, the main shield 1 and the lamp shield 2 (two pits) are placed in a horizontal direction. At the same time, the
さらに、凍結工法を用いて凍土壁5を形成しつつ隣り合う外殻シールド4を切り開いて連通させ、本線シールド1、ランプシールド2を囲繞する本設覆工6を構築する。そして、本線シールド1から本設覆工6で囲まれた地盤を掘削して連通させ、分岐・合流部となる大断面トンネルを構築する。
Further, the adjacent outer shell shields 4 are cut open to communicate with each other while the frozen
また、凍結工法で凍土壁5を形成する際には、凍結管7と測温管を地盤内に設置し、凍結管7にブラインを循環供給するための配管設備、冷凍機設備を設置し、測温管に計装設備等を設置する。そして、凍結管5にブラインを循環させて凍土造成を開始する。このとき、測温管で地中温度をリアルタイムで計測し、凍土造成の進行状況や凍土の維持状況を捉え、施工管理を行う。
When the frozen
一方、図5に示すように、凍結工法では、凍結管7にブラインを循環させるとともに凍結管7の周囲に凍土が造成されて膨張が生じる(凍土領域10)。ブライン流通方向上流側の凍土が先行して造成され(凍土領域11)、次第に下流側の凍土が造成され(凍土領域12)、凍土が繋がり、止水性能をもつ凍土壁が形成される。さらに、必要凍土厚まで凍土造成され、所望の強度性能をもつ凍土壁5が形成される。凍土の維持を図ることにより、さらに凍土が内側、外側に造成され(凍土領域13、凍土領域14)、凍土壁5が増厚してゆく。
On the other hand, as shown in FIG. 5, in the freezing method, brine is circulated through the
なお、測温管による温度計測によって、例えば平均温度−5℃の領域が連続的に形成されれば止水性能を有する(止水性能を確保した)凍土領域11、12が形成されたことを検知することができる。また、例えば平均温度−10°の領域が連続的に形成されれば、強度性能を有する(所望の強度性能を確保した)凍土壁5が形成されたことを検知することができる。
In addition, the temperature measurement by the temperature measuring tube indicates that the frozen
ここで、凍土の強度に期待し、耐力壁としての凍土壁5を施工する場合には、一般に、構造計算により決定した必要凍土厚まで凍土を造成した後にトンネル掘削を行う。また、凍結膨張圧は凍土の成長に応じて大きくなるため、トンネル掘削前には必要凍土厚に応じた凍結膨張圧が発生する。
Here, when the frozen
一方、凍土の遮水性(止水性)に期待し、遮水壁として凍土壁5を施工する場合には、連続性を保った凍土壁が形成されていればよく、その凍土厚は施工誤差を考慮しても耐力壁で必要となるものよりも小さい。
On the other hand, in the case where the frozen
本実施形態の凍結工法においては、この点に着目し、図凍土の成長過程を、運転開始から凍土が繋がって止水性能が確保されるまでの第一段階、凍土が繋がって必要な凍土厚が造成されて強度性能が確保されるまでの第二段階、凍結維持期間の第三段階に区分する。 Focusing on this point, the freezing method of the present embodiment focuses on this point, and illustrates the growth process of the frozen soil in the first stage from the start of operation to the connection of the frozen soil and the water stopping performance, the required frozen soil thickness by the connection of the frozen soil. Is divided into a second stage until the strength performance is ensured and a third stage of the freezing maintenance period.
そして、止水性能が確保されるまでの第一段階から強度性能が確保される第二段階までの任意のタイミングで、地盤先行掘削工程によって凍土壁5の内側の一部の地盤を先行掘削(一次掘削)する。
Then, at an arbitrary timing from the first stage until the water stopping performance is secured to the second stage where the strength performance is secured, a partial ground inside the frozen
すなわち、本実施形態の凍結工法においては、地盤先行掘削工程を備え、例えばトンネル掘削の一部(止水性能を担保した凍土壁5の内側のセグメント近傍)を構造安定性に影響を及ぼさない範囲で先行掘削することにより、凍結膨張圧の一部を開放し、凍結膨張圧を低減することができる。
That is, the freezing method according to the present embodiment includes a ground excavation step, for example, a part of the tunnel excavation (in the vicinity of the inner segment of the frozen
また、この止水性能を担保した内側の一部の地盤を先行掘削することによって、凍土を造成して増厚させ、強度的に十分な凍土壁を形成した段階の凍結膨張圧、すなわち、最終的に凍土が必要(最大)凍土厚に達した時点の凍結膨張圧も低減させることができる。 In addition, by excavating a part of the inner ground which secured the water stopping performance in advance, the frozen expansion pressure at the stage where the frozen soil was formed and thickened to form a frozen soil wall having sufficient strength, that is, the final expansion pressure, The freezing expansion pressure at the time when the frozen soil reaches the necessary (maximum) frozen soil thickness can also be reduced.
なお、実際の検討事例において、最大凍土厚6.6mを施工した時点における一次掘削を行わない場合の最大凍結膨張圧668kN/m2に対し、一次掘削を行うことで最大凍結膨張圧が369kN/m2に低減できることが実証されている。 Incidentally, in an actual study cases, with respect to the maximum freezing inflation pressure 668kN / m 2 in the case of not performing primary drilling at the time of the construction of the maximum frozen soil thickness 6.6 m, the maximum freezing inflation pressure by performing primary drilling 369KN / it has been demonstrated that can be reduced to m 2.
よって、本実施形態の凍結工法によれば、従来の凍結管列の外側への温水管を設置し凍結領域を制御する方法、凍土周囲の地山を抜き取って凍結膨張圧を低減させる方法、凍結膨張圧に対応したセグメントの補強を講じる方法、凍結運転制御(間引き運転等)による凍土の成長抑制方法と比較し、確実且つ簡便に凍結膨張圧を制御でき、工期短縮、コストダウンを実現することが可能になる。 Therefore, according to the freezing method of the present embodiment, a conventional method of installing a hot water pipe outside the row of freezing pipes to control the freezing area, a method of extracting the ground around the frozen soil to reduce the freezing expansion pressure, Compared with the method of reinforcing the segments corresponding to the expansion pressure and the method of controlling the growth of frozen soil by freezing operation control (thinning operation, etc.), it is possible to control the freezing expansion pressure more reliably and easily, and to shorten the construction period and reduce costs. Becomes possible.
以上、本発明による凍結工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。 As described above, one embodiment of the freezing method according to the present invention has been described, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the gist thereof.
1 本線シールド
2 ランプシールド
3 地中発進基地
4 外殻シールド
5 凍土壁
6 本設覆工
7 凍結管
10 凍土領域
11 凍土領域
12 凍土領域
13 凍土領域
14 凍土領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (1)
凍結運転開始から所定領域の凍土が連続的に繋がって止水性能が確保された段階と、必要な凍土厚の凍土壁が造成されて強度性能が確保された段階との間の任意のタイミングで、前記凍土壁に対して内側の領域の一部の地盤を先行掘削することを特徴とする凍結工法。 In the freezing method to freeze the ground and improve the water stopping performance and strength performance of the ground,
At any time between the stage where the frozen soil in the predetermined area is continuously connected from the start of the freezing operation and the water stopping performance is secured, and the stage where the frozen soil wall of the required frozen soil thickness is created and the strength performance is secured, A freezing method characterized by excavating a part of the ground in an area inside the frozen soil wall in advance.
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