JP6661448B2 - 地中連続壁の構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、撤去可能な障害物が埋設されている地盤における地中連続壁の構築方法に関するものである。

特許文献１には、既設地下トンネルの拡幅施工法が開示されている。地下トンネルの一般部は、シールド工法によって円筒形に掘削されることが多いが、分岐合流部や駅部においては、一般部より大断面の地下構造物が構築されることになる。

特許文献１では、既設地下構造物を拡幅するに際して、既設地下構造物及び拡幅部を含む施工予定箇所の側方に、土留め壁として使用するために鉄筋コンクリート製の地中連続壁を設ける。

ところで地盤には、特許文献２に開示されている汚染土壌や瓦礫のように、地中連続壁の施工に対して障害となる障害物が埋設されていることがあり、地中連続壁の構築に先立って撤去しなければならない場合がある。

一方、特許文献３には、土砂揚泥装置によって掘削溝内の礫や玉石などの障害物を掘削前に除去することで、効率的に掘削が行えるうえに、地中連続壁の芯材を確実に挿入できるようにした地下連続壁工法が開示されている。

特開２００６−３４８４７２号公報 特開２０１４−７４３０９号公報 特開２００７−１２００７５号公報

しかしながら地中連続壁の構築に際しては、障害物の撤去から地中連続壁の構築に至るまで、可能な限り効率的に実施できるうえに、既設の地下構造物などが隣接している場合は、それらへの影響が極力、抑えられる施工方法が望まれる。

そこで、本発明は、障害物の撤去から地中連続壁の構築までが効率的に実施できるうえに、地表面や既設地下構造物等への影響を極力、抑えることが可能な地中連続壁の構築方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の地中連続壁の構築方法は、撤去可能な障害物が埋設されている地盤における地中連続壁の構築方法であって、大口径掘削機によって前記障害物を撤去する第１掘削工程と、補強領域部を形成するために前記第１掘削工程よりも深部まで、前記大口径掘削機によって溝状に掘削する第２掘削工程と、前記第１掘削工程及び第２掘削工程によって掘削された溝部に周辺地盤より強度の高い流動化処理土を充填して前記補強領域部を構築する埋戻し工程と、前記補強領域部を貫通させて地中連続壁を構築する連壁構築工程とを備えたことを特徴とする。

ここで、前記連壁構築工程では、水平多軸掘削機により前記補強領域部に溝状の掘削を行い、掘削された溝に場所打ち鉄筋コンクリートにより地中連続壁を構築することができる。

また、前記地中連続壁が構築される地盤には、前記補強領域部に隣接して既設地下構造物が設けられていてもよい。

このように構成された本発明の地中連続壁の構築方法は、障害物を撤去するための第１掘削工程に使用した大口径掘削機によって、補強領域部を形成するための第２掘削工程を引き続き行う。

そして、第１掘削工程及び第２掘削工程によって掘削された溝部に、周辺地盤より強度の高い流動化処理土を充填して補強領域部を構築した後に、地中連続壁を構築する。

このため、障害物の撤去から地中連続壁の構築までが効率的に実施できるうえに、補強領域部を構築することによって地表面や既設地下構造物等への影響を極力、抑えることができる。

また、水平多軸掘削機であれば、周辺地盤よりも強度の高い補強領域部を効率的に切削することができる。さらに、水平多軸掘削機は掘削の鉛直精度が高いため、正確な位置に地中連続壁を構築することができる。

また、既設地下構造物が存在する地盤においても、隣接して補強領域部を設けておくことで、補強領域部によって保護された状態となって、既設地下構造物への影響を最小限に抑えることができる。

本実施の形態の地中連続壁の構築方法を説明するための断面図である。 第１掘削工程及び第２掘削工程を説明するための断面図である。 埋戻し工程を説明するための断面図である。 連壁用溝部を掘削する工程を説明するための断面図である。 地中連続壁の構築方法を説明するための平面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の地中連続壁２の構築方法を説明するための図であり、図５は、地中連続壁２の構築方法が実施される現場の一部を示した平面図である。

本実施の形態では、図１に示すように、地盤Ｇに設けられた既設地下構造物である既設トンネル１の駅部を拡幅する場合を例に説明する。この例では、ボックスカルバート状の既設トンネル１を、１．５倍程度の幅を有する拡幅部１１に広げる場合を示している。

この地盤Ｇには、地中に既設トンネル１が設けられるとともに、下水管や上水管などの配管や、電線などが収容された共同溝などの埋設物１２が埋設されている。

この埋設物１２は、工事の支障になる箇所では、必要に応じて迂回させるなどして対応することができる。一方、瓦礫、玉石、汚染土壌、未使用既存構造物など、地盤Ｇには撤去可能な障害物が埋設されていることがある。このような障害物は、地中連続壁２の構築に支障となるため撤去される。

図２に示すように、地盤Ｇの地表面から一定の深さに至るまで、撤去可能な障害物が埋設された障害物埋設部１３が存在しているとする。この障害物埋設部１３の障害物は、地盤Ｇとともに掘削されて排出される。

障害物埋設部１３を掘削する第１掘削工程は、大口径掘削機４によって行われる。大口径掘削機４は、油圧駆動式のベースマシン４１に対して、オーガドリル、回転バケット、ケーシングチューブ、ハンマビット、ローラビット、コアチューブなどの様々なアタッチメントツールが交換可能に装着される万能大口径削孔機である。

アタッチメントツールは、撤去対象となる障害物や地盤の硬さ、状態などに応じて選択される。例えば、玉石や瓦礫などの強度の高い（硬い）障害物の撤去や、汚染土壌のようにそのままの状態で取り除きたい障害物には、ケーシングチューブ４２が使用される。

一方、障害物埋設部１３より下方の地盤Ｇは、障害物が埋設されていない追加掘削部１４となる。図２では、第１掘削工程で掘削される第１掘削範囲Ｓ１の下方に、障害物が埋設されていない第２掘削範囲Ｓ２が存在している。

この第１掘削範囲Ｓ１と第２掘削範囲Ｓ２の判定のために、ボーリング孔１５の位置で事前に土質調査が行われている。第１掘削範囲Ｓ１は、既設トンネル１に隣接して地中連続壁２を構築するために、障害物を撤去しなければならない掘削範囲である。

これに対して第２掘削範囲Ｓ２は、障害物を撤去する必要はないが、既設トンネル１に隣接して地中連続壁２を構築するために、掘削しなければならない掘削範囲である。

第１掘削範囲Ｓ１及び第２掘削範囲Ｓ２は、円筒形のケーシングチューブ４２の押し込みと引き抜き、及び横移動を繰り返すことによって、大口径掘削機４による円筒形状の掘削孔が重なり合った溝部３ａに形成される。

このようにして地盤Ｇに掘削された溝部３ａには、図３に示すように、流動化処理土が充填されて補強領域部３が形成される。補強領域部３は、図５の平面図に示すように、既設トンネル１に沿って延伸される。

流動化処理土は、土砂と水分と固化材とを混合することによって製造される埋戻し材料である。土砂には、砂礫質土などが使用され、固化材にはセメントやセメント系固化材が使用される。

補強領域部３に充填される流動化処理土の強度は、周辺地盤の強度より高くなるように設定される。補強領域部３の強度が高ければ、地中連続壁２を構築するために大型重機を近付けたとしても、地表面の沈下や既設トンネル１への影響などを抑えることができる。

地中連続壁２を構築するための連壁用溝部２１の掘削には、図４に示すように、水平多軸掘削機５が使用される。水平多軸掘削機５は、ベースマシン５１と、回転カッタ部５２とによって主に構成される。

回転カッタ部５２には、回転軸を水平方向に向けた複数のドラムカッタが並んで配置されている。ドラムカッタを回転駆動させることによって、補強領域部３を切削して溝状に掘削させることができる。

回転カッタ部５２は、補強領域部３の地表に設けられたガイドウォール部２３から挿入される。回転カッタ部５２によって掘削された連壁用溝部２１には、安定液２１１が注入される。

安定液２１１は、掘削された掘削面（孔壁）の崩壊を液圧やマッドケーキなどによって防ぐために注入される。例えば、ベントナイトと水とを混合させた泥水などが、安定液２１１として使用される。

連壁用溝部２１が掘削されて応力が開放されると、連壁用溝部２１に向けてすべりが発生して地表面の沈下が生じるおそれがある。特に、重量の大きな水平多軸掘削機５が上載荷重として加わると、すべり崩壊が起きやすい状況になる。

ところが本実施の形態では、連壁用溝部２１の両側が補強領域部３となって補強されているので、補強された部分が抵抗となってすべりが発生しにくい状態にできる。

この補強領域部３は、地表付近や既設トンネル１に隣接する範囲に少なくとも設けられる。既設トンネル１に隣接する範囲に補強領域部３が設けられていれば、連壁用溝部２１周辺の自立性が高められるため、既設トンネル１に作用する側方圧が増加するなどという影響を極力、抑えることができる。

連壁用溝部２１は、補強領域部３の下端部３１を通過して、図１に示すように、より深部まで掘削される。地盤Ｇの深部での掘削は、地表面に影響を与えることが少ないうえに、既設トンネル１も離れたところでの掘削から受ける影響が少ないため、補強領域部３を地中連続壁２の構築範囲の全域にわたって設ける必要はない。

連壁用溝部２１の下部には、モルタルだけで形成された、又はベントナイト液を固化させた遮水部２２が設けられる。遮水部２２の上方には、鉄筋籠とコンクリートとによって主に構成される場所打ち鉄筋コンクリート製の地中連続壁２が形成される。

次に、本実施の形態の地中連続壁２の構築方法、及びその作用について説明する。

まず図２に示すように、既設トンネル１に隣接した位置にボーリング孔１５を削孔して、採取された土砂などから地盤Ｇの状況を判定する。本実施の形態では、通常の土質調査に加えて、第１掘削範囲Ｓ１の設定と第２掘削範囲Ｓ２の設定が行われる。

続いて大口径掘削機４を据え付けて、ケーシングチューブ４２によって障害物埋設部１３の掘削を行う。障害物埋設部１３の掘削は、第１掘削範囲Ｓ１までであるが、その下方の第２掘削範囲Ｓ２の掘削も連続して行うことができる。

これに対して、障害物埋設部１３を先に溝状に掘削した後に、掘削された溝を利用してそれよりも深部の追加掘削部１４の掘削を行うこともできる。例えば、障害物埋設部１３の排土と追加掘削部１４の排土とを混合させたくない場合は、別々に掘削を行う。

第１掘削範囲Ｓ１及び第２掘削範囲Ｓ２の掘削によって形成された連続した円筒形状の溝部３ａには、図３に示すように、流動化処理土を充填した補強領域部３を構築する。

流動化処理土に使用する土砂の一部には、追加掘削部１４の排土を利用することができる。また、障害物埋設部１３の排土も、再利用可能な状態であれば使用することができる。

そして、補強領域部３が所定の強度に達した後に、図４に示すように、補強領域部３に隣接した位置に、水平多軸掘削機５を据え付ける。また、補強領域部３の幅方向の略中央の地中連続壁２の上端となる位置には、ガイドウォール部２３が設けられる。

続いてガイドウォール部２３に水平多軸掘削機５の回転カッタ部５２を挿入し、補強領域部３を溝状に掘削する。水平多軸掘削機５による掘削は、安定液２１１を注入して孔壁を安定させながら行われる。

水平多軸掘削機５による掘削は、回転カッタ部５２を引き上げたり降ろしたりを繰り返さなくてもよいため、安定液２１１の水位が一定に保たれ、孔壁の崩壊が起き難い掘削方法と言える。

連壁用溝部２１の掘削は、図１に示すように、補強領域部３を貫通して遮水部２２の底部となる溝底２１２まで行われる。水平多軸掘削機５による掘削後は、回転カッタ部５２が連壁用溝部２１から引き上げられ、底浚いが行われる。

そして、連壁用溝部２１の下部に水中モルタルが充填されて遮水部２２が構築される。続いてガイドウォール部２３から鉄筋籠が挿入され、トレミー管を使って下方からコンクリートが打ち上げられる。

こうして場所打ち鉄筋コンクリート製の地中連続壁２を構築した後に、ガイドウォール部２３の開口を蓋部２３１で塞ぎ、地表から地中連続壁２，２間の開削を行う。

開削によって露出した既設トンネル１に対して、拡幅部１１を設けて双方を連通させることで、一体の駅部等にする。拡幅部１１の構築後は、地中連続壁２，２間を埋め戻す。

このように構成された本実施の形態の地中連続壁２の構築方法は、障害物を撤去するための第１掘削工程に使用した大口径掘削機４によって、補強領域部３を形成するための第２掘削工程を引き続き行う。

そして、第１掘削工程及び第２掘削工程によって掘削された溝部３ａに、周辺地盤より強度の高い流動化処理土を充填して補強領域部３を構築した後に、地中連続壁２を構築する。

このため、障害物埋設部１３の掘削及び排土から地中連続壁２の構築までが効率的に実施できるうえに、補強領域部３を構築することによって地表面や既設トンネル１への掘削による影響を極力、抑えることができる。

また、水平多軸掘削機５であれば、周辺地盤よりも強度の高い補強領域部３を効率的に切削することができる。すなわち水平多軸掘削機５の回転カッタ部５２は、切削能力が高いので、流動化処理土が硬くなりすぎてしまった場合でも、連壁用溝部２１を掘削することができる。

さらに、水平多軸掘削機５は掘削の鉛直精度が高いため、正確な位置に地中連続壁２を構築することができる。また、鉛直精度の低い掘削機を使用する場合は、補強領域部の幅を広げて傾きに対応させなければならないが、水平多軸掘削機５を使用することによって補強領域部３の範囲を低減してコスト及び工期を削減することができる。

さらに、既設トンネル１が存在する地盤Ｇにおいても、隣接して補強領域部３を設けておくことで、補強領域部３によって既設トンネル１の側方が保護された状態となって、作用土圧の増加などの影響を最小限に抑えることができる。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態では、既設トンネル１を拡幅する場合に、既設トンネル１に隣接して地中連続壁２を構築する例について説明したが、これに限定されるものではなく、障害物の撤去と地中連続壁の構築が必要な場合であれば本発明を適用することができる。

また、前記実施の形態では、水平多軸掘削機５を使用して連壁用溝部２１を掘削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、補強領域部の強度によってはバケットによっても溝状の掘削を行うことができる。

さらに、前記実施の形態では、補強領域部３に場所打ち鉄筋コンクリート製の地中連続壁２を構築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、多軸オーガによって構築されるソイルミキシングウォールを地中連続壁とすることもできる。

１ 既設トンネル（既設地下構造物）
１３ 障害物埋設部（撤去可能な障害物）
２ 地中連続壁
２１ 連壁用溝部
３ 補強領域部
３ａ 溝部
４ 大口径掘削機
５ 水平多軸掘削機
Ｇ 地盤
Ｓ１ 第１掘削範囲
Ｓ２ 第２掘削範囲

Claims (3)

1. 撤去可能な障害物が埋設されている地盤における地中連続壁の構築方法であって、
   大口径掘削機によって前記障害物を撤去する第１掘削工程と、
   補強領域部を形成するために前記第１掘削工程よりも深部まで、前記大口径掘削機によって溝状に掘削する第２掘削工程と、
   前記第１掘削工程及び第２掘削工程によって掘削された溝部に周辺地盤より強度の高い流動化処理土を充填して前記補強領域部を構築する埋戻し工程と、
   前記補強領域部を貫通させて地中連続壁を構築する連壁構築工程とを備えたことを特徴とする地中連続壁の構築方法。
2. 前記連壁構築工程では、水平多軸掘削機により前記補強領域部に溝状の掘削を行い、掘削された溝に場所打ち鉄筋コンクリートにより地中連続壁を構築することを特徴とする請求項１に記載の地中連続壁の構築方法。
3. 前記地中連続壁が構築される地盤には、前記補強領域部に隣接して既設地下構造物が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の地中連続壁の構築方法。