JP6936720B2 - 地下管路充填工法 - Google Patents

Description

この発明は、地下管路充填工法に係り、特に、地中に埋設された排水管等の空間を、粗粒材を用いて埋め戻す技術に関する。

地盤沈下の防止等のために地下管路を埋め戻す工法としては、これまでも種々提案されている。
例えば特許文献１においては、地下水で満たされた地下管路の限定区間の両端を第１の充填材を用いて閉塞した後、限定区間内に第２の充填材を中詰め充填する技術が開示されている。
また、特許文献２においても同様に、水のある地下管路に所定間隔で第１充填材を充填して隔壁を形成した後、この隔壁間に第２充填材を充填して地下管路を閉塞する技術が開示されている。

これらの工法によれば、最初に地下管路の一定区間の両端が第１の充填材によって閉塞されるため、第２の充填材の無用な拡散が防止され、材料のロスや環境への悪影響を抑制することが可能となる。

特開２０００−２６５８００号公報 特開２００８−０１３９１０号公報

しかしながら、従来の工法は何れも第２の充填材の流動性を抑制することを前提としているため、比較的長い区間を第２の充填材で埋め戻すには、多数の縦孔を穿設し、それぞれに注入管を装填して地下管路に連通させる必要がある。
このため、全体の工程が煩雑化するのはもちろんのこと、地上に住宅や公共施設等の建物が密に存在している地域においては、多数の縦孔を穿設したり、その近傍に充填用の装置類を設置すること自体が困難となる。

また、これら従来工法の場合、第２の充填材が何れもセメントを含む材料よりなるため、埋め戻した後には透水性が損なわれるという問題が生じる。
もちろん、廃坑の埋め戻しのように陥没防止のみが目的であれば、セメント系の材料で固めてしまえば一件落着となるが、施工地域の事情によっては埋め戻し後にも透水性を確保する必要性がある。
例えば、谷底に形成された集落など、地下水の集まりやすい地域の場合、老朽化した排水管を埋め戻して陥没を防止すると同時に、それまでの排水性を維持することが求められる。

この発明は、このような従来技術の問題点を解決するために案出されたものであり、既設孔を利用する場合や縦孔の穿設数を最小限に抑えた場合も、比較的長い距離の地下管路を埋め戻すことを可能にすると共に、施工後においても高い排水性を保持することを可能とする技術の提供を目的としている。

上記の目的を達成するため、請求項１に記載した地下管路充填工法は、地表のある地点から地下管路に向けて、当該地下管路に連通する投入孔を形成し、上記地点から所定の距離を隔てた他の地点から上記地下管路に向けて、当該地下管路に連通する揚水孔を形成する第１の工程と、上記揚水孔から粗粒材で構成する間仕切り材を投入し、地下管路の一端を間仕切りで閉塞する第２の工程と、上記投入孔から、粗粒材に不分離性材料と微細な気泡を混合することによって圧力によらず自重で流動して充填領域を拡大するセルフレベリング性並びに水中で材料分離を遅らせ、長距離まで運搬ができる水中不分離性を付与した充填材を上記地下管路に投入し、上記揚水孔側に広げる第３の工程からなり、この第３の工程を必要回数繰り返すことにより、上記地下管路内を不分離性材料と粗粒材と水と微細な気泡からなる充填材で満たすことを特徴としている。

また、請求項２に記載した地下管路充填工法は、請求項１の工法であって、さらに、所定量（例えば層ごと）の充填材を投入した時点で、上記投入孔から分離促進剤を投入し、地下管路内に堆積した充填材中の不分離性材料を強制的に分離することにより、粗粒材を沈降させることを特徴としている。

請求項３に記載した地下管路充填工法は、請求項１、２の何れかの工法であって、さらに、上記揚水孔に揚水管を挿入し、地下管路内の水を地上に汲み出すことにより、地下管路内に上記投入孔から揚水孔に向かう水流を形成することを特徴としている。

請求項４に記載した地下管路充填工法は、請求項１〜３の工法であって、さらに、上記投入孔に送水管を挿入し、地上から上記地下管路に補助水を供給することを特徴としている。

請求項５に記載した地下管路充填工法は、請求項１〜４の工法であって、さらに、上記投入孔から上記間仕切り材を投入し、上記地下管路の他端を間仕切りで閉塞する工程を有することを特徴としている。

請求項６に記載した地下管路充填工法は、請求項１〜５の工法であって、さらに、第３の工程を繰り返す際に、充填材に含まれる不分離性材料の濃度を段階的に高めることによって充填材の水中不分離性を調整し、上記地下管路内における充填材の到達距離を制御することを特徴としている。

請求項７に記載した地下管路充填工法は、請求項１〜６の工法であって、さらに、上記充填材に含まれる微細な気泡の混入量を調整することによって充填材の比重を加減し、上記地下管路内における充填材の到達距離を制御することを特徴としている。

請求項８に記載した地下管路充填工法は、請求項１〜７の工法であって、さらに、上記地下管路内を閉塞する間仕切りを高圧噴流により切削して流路を確保することを特徴としている。

この発明に係る地下管路充填工法は、充填材として砂や礫等の粗粒材に不分離性材料と微細な気泡と水を混練することにより、セルフレベリング性及び水中不分離性を付与したものを用いているため、投入孔から放出された充填材は、地下管路内の比較的遠くまで搬送可能となる。
この結果、地表から地下管路に向けて多数の縦孔を形成することなく、少なくとも２箇所の縦孔によって比較的長い距離を埋め戻すことが可能となる。
充填材中の粗粒材は、次第に不分離性材料と分離して沈降し、本来の透水性及び密度が回復されるため、地下管路の排水性を維持できると共に、長期に亘って体積変化が生じることもない。
地下管路内に水流を形成することにより、充填材の到達距離をさらに伸ばすことが可能となる。
また、投入孔から分離促進剤を投入することにより、粗粒材を任意のタイミングで強制的に沈降させることが可能となる。

以下、図面に従ってこの発明に係る地下管路充填工法の具体例を説明する。
まず、図１に示すように、地中に埋設された地下管路10に向けて、地表12から投入孔14を形成する。
同様に、地表12から地下管路10に向けて揚水孔16を形成する。
地下管路10内は、地下水で満たされている。

投入孔14及び揚水孔16の口径は、穿設の場合は１００mm〜３００mm程度であり、既設の場合は、１００mm程度である。それぞれにはパイプ18が嵌装されている。
投入孔14と揚水孔16との間の距離は、３００m以上にまで広げることができる。

つぎに、図２に示すように、投入孔14及び揚水孔16に充填用配管20を挿入し、地上に設置したタンク22から間仕切り材を供給する。
この間仕切り材は、砂や礫、またはこれらの混合物よりなる粗粒材に、不分離性材料を混合したものよりなり、不分離性材料が個々の粗粒材の周囲をカエルの卵状に包み込むことにより、流動性と水中不分離性を備えている。
この不分離性材料としては、例えばアニオン性芳香族化合物を主成分とした水溶液と、アルキルトリメチルアンモニウムクロライドを主成分とした水溶液を混合したものよりなる。

この間仕切り材は、充填用配管20内を自重で落下し、投入孔14及び揚水孔16の下端開口部から地下管路10内に放出される。
この時点で用いる間仕切り材としては、不分離性材料の濃度を比較的低く設定したもの（例えば間仕切り材中の水に対する３重量％未満）が用いられているため、比較的短時間で水と混合して不分離性材料が分離し、砂等の粗粒材がその場に沈降する。

この結果、地下管路10内には粗粒材が山状に堆積し、投入孔14の下端開口及び揚水孔16の下端開口が粗粒材からなる間仕切り24a, 24bによって閉塞される。
また、地下管路10内には、間仕切り24a, 24bによって両端が閉塞された状態となっている。

つぎに、図３に示すように、投入孔14及び揚水孔16に噴射ロッド26を挿入し、地上に設置した高圧ポンプ28から高圧噴流を供給すると、噴射ロッド26のノズルから高圧ジェット噴流が周囲に放出され、間仕切り24a, 24bの内側を切削して流路が確保される。

この結果、図示の通り、間仕切り24a, 24bは、それぞれ対向面側が削り取られ、投入孔14の下端開口及び揚水孔16の下端開口は、地下管路10に対する連通状態を回復する。
これに対し、地下管路10の閉鎖区間は、間仕切り24a, 24bの残留部分によって堰き止められたままとなっている。

つぎに、図４に示すように、上端が送水ポンプ30に接続された送水管32の下端を投入孔14に挿入すると共に、上端が揚水ポンプ34に接続された揚水管36の下端を揚水孔16に挿入する。
この状態で送水ポンプ30及び揚水ポンプ34を稼動させると、投入孔14から補助水が地下管路10の閉塞区間内に供給されると同時に、揚水孔16から地下管路10内の水が地上に汲み上げられることとなり、図中の矢印が示すように、地下管路10の閉鎖区間に投入孔14から揚水孔16に向かう水流が形成される。

つぎに、投入孔14に充填用配管20を挿通し、地上に設置したタンク22から充填材を供給する。
この充填材は、粗粒材と、不分離性材料、水及び微細な気泡を混練したものよりなるが、不分離性材料の濃度が上記よりも高めに設定されているため（例えば充填材中の水に対する４重量％以上５重量％未満）、間仕切り24a, 24bを形成した際の間仕切り材に比べて、セルフレベリング性と水中不分離性が高められている。
このため、充填材は地下管路10内の水流にも後押しされる形で地下管路10内に広がって行き、揚水孔16の近傍まで到達する。

所定分量の充填材を供給し終えた時点で、今度は投入孔14内の充填用配管20から分離促進剤を地下管路10内に供給する。
この分離促進剤は、例えば非イオン性界面活性剤よりなり、上記水流に乗って地下管路10内を移動し、地下管路10の内面に堆積した充填材の不分離性材料を強制的に分離させる。

この結果、充填材中の粗粒材がその場で沈降して本来の透水性を回復し、第１の粗粒材層40が形成される。
分離によって生じた液体は、水流によって揚水孔16に運ばれ、揚水管36を介して地上に汲み上げられる。

つぎに、図５に示すように、充填用配管20を介して再度、充填材を供給する。
この充填材も上記と同様、粗粒材、不分離性材料、水及び微細な気泡を混合したものよりなるが、不分離性材料の濃度が前回よりも高めに設定されているため（例えば充填材中の水に対する５重量％以上６重量％未満）、より高い水中不分離性を備えている。
このため、地下管路10内の水流にも後押しされる形で、地下管路10内のより遠くにまで到達することができる。

所定分量の充填材を地下管路内に供給し終えた時点で、上記と同様、投入孔14の充填用配管20から分離促進剤を供給する。
この結果、充填材中の粗粒材等がその場で沈降して透水性を回復し、第２の粗粒材層42が形成される。

図６においては、上記の工程をあと２回数繰り返すことにより、第２の粗粒材層42の上に第３の粗粒材層44及び第４の粗粒材層46を形成した例が示されている。
因みに、第３の粗粒材層44を形成する際に用いる不分離性材料の濃度は、例えば充填材中の水に対する６重量％以上７重量％未満に設定されると共に、第４の粗粒材層46を形成する際に用いる不分離性材料の濃度は、例えば充填材中の水に対する７重量％以上８重量％未満に設定される。

以上のように、「充填材の投入→分離促進剤の添加→粗粒材層の形成」を複数回繰り返すことにより、地下管路10内の大部分を粗粒材で満たすことができる。
ただし、空洞内に水流がある以上、図７(a)に示すように、水の通り道としての僅かな未充填領域48が、地下管路10の断面頂部に残されることとなる。

そこで、上記充填用配管20を介して最後の充填材を供給するに際しては、エアレーション装置（図示省略）を用いて不分離性材料中に大量の微細な気泡を混入させることにより、充填材全体の比重が１未満となるように調整する。
この結果、充填材は水に浮くようになり、地下管路10の内面または粗粒材層に接触しないため摩擦も少なくなり、水流に乗って未充填領域48を埋め尽くすことが可能となる。
この場合の不分離性材料の濃度は、例えば充填材中の水に対する８重量％以上に設定される。

つぎに、投入孔14の充填用配管20から分離促進剤を供給する。
この際、地下管路10内には分離促進剤を流すだけの隙間は残されていないが、未充填領域48の下に充填された第４の粗粒材層46を伝って分離促進剤が拡散するため、未充填領域48内の充填材を沈降させることができる。

以上の結果、図７(b)に示すように、未充填領域48に第５の粗粒材層50が形成されることとなり、地下管路10内のほぼ全域を粗粒材で埋め尽くすことができる。

この工法においては、充填材の到達距離を制御することが重要となるが、そのための要因として以下のものが挙げられる。
(1) 不分離性材料の水に対する薬液濃度
この濃度が高いほど、粗粒材の水中不分離性が高まり、その分、水流によって遠くまで運搬可能となる。
複数回に亘って充填材を供給する場合には、上記したように、順次、不分離性材料の対水濃度を高めることが望ましい。

(2) 充填材の比重
この比重が小さくなるほど、水流によって流されやすくなり、充填材の到達距離を伸ばすことが可能となる。特に、充填材の比重が１を下回ると水に浮くようになり、より遠くまで到達させることができる。
比重の調整は、微細な気泡の充填材への混入量を調整することによって実現される。

(3) 水流の速度
一般論としては、地下管路10内に形成された水流の速度が速くなるほど、充填材の到達距離が伸びるといえる。
ただし、充填材の吐出量と補助水の送水量との差が一定以上になると、合流地点及び管内下流部分で流れに乱れが発生し、充填材の表面が浸食されて粗粒材と不分離性材料との分離が促進されてしまうため、到達距離が却って短くなるという現象が生じる。
実験によれば、充填材の吐出量を１６リットル／分とし、補助水の送水量を１０リットル／分とした場合に、好適な結果が得られた。

(4) 粗粒材と不分離性材料の比率
同じ量の粗粒材を送る場合であっても、粗粒材に対する不分離性材料の比率を下げることによって到達距離を比較的短くでき、同比率を上げることによって到達距離を比較的長くすることができる。

上記のように、充填材は不分離性材料の添加によって高い流動性を有するセルフレベリング性を具備しており、地下管路10内には水流も形成されているため、ポンプ圧送によることなく、３００m超の長距離にまで充填材を到達させることが可能となる。
なお、投入孔14と揚水孔16との間の距離が比較的に短い場合には、水流による後押しの力を借りることなく、そのセルフレベリング性のみによって、充填材を投入孔14から揚水孔16まで到達させることもできる。

また、分離促進剤の添加によって充填材中の粗粒材が迅速に分離・沈降し、本来の透水性及び密度が回復されるため、埋め戻しが完了した後にも地下管路10内に排水性が確保されると共に、体積の長期安定性を実現できる。

上記においては、一対の間仕切り24a, 24bによって地下管路10の一定区間を堰き止めて閉鎖区間を形成する例を示したが、この発明はこれに限定されるものではなく、例えば図８に示すように、揚水孔16の側にのみ間仕切り24bを設け、投入孔14の側の間仕切り24aを省略することもできる。

また、図９に示すように、地下管路10が所定の角度で傾斜しており、投入孔14から揚水孔16に向かう地下水の流れが元から存在しているような場合には、投入孔14の側の間仕切り24aを省略すると共に、投入孔14側の送水管32や送水ポンプ30を省略することもできる。

上記においては、投入孔14及び揚水孔16が一つずつの場合を例に挙げて説明したが、この発明はこれに限定されるものではない。
すなわち、地下管路10がＹ字型に分岐している場合、あるいはそれ以上に複雑に分岐しているような場合には、複数の投入孔14が設けられたり、複数の揚水孔16が設けられたりすることもある。

この発明に係る地下管路充填工法において、投入孔及び揚水孔を地盤に形成した状態を示す横断面図である。 投入孔及び揚水孔の下端開口近傍に粗粒材からなる間仕切りを形成した状態を示す横断面図である。 投入孔及び揚水孔の下端開口近傍に堆積された間仕切りの一部を高圧ジェット噴流で切削する様子を示す横断面図である。 地下管路内に水流を形成すると共に、第１の粗粒材層を形成した状態を示す横断面図である。 地下管路内に第２の粗粒材層を形成した状態を示す横断面図である。 地下管路内に第３の粗粒材層及び第４の粗粒材層を形成した状態を示す横断面図である。 地下管路の頂部に残された隙間が埋め戻される様子を示す縦断面図である。 投入孔の側の間仕切りの設置を省略した例を示す縦断面図である。 地中の地下管路が傾斜している例を示す横断面図である。

10 地下管路
12 地表
14 投入孔
16 揚水孔
20 充填用配管
22 タンク
24a 間仕切り
24b 間仕切り
26 噴射ロッド
28 高圧ポンプ
30 送水ポンプ
32 送水管
34 揚水ポンプ
36 揚水管
40 第１の粗粒材層
42 第２の粗粒材層
44 第３の粗粒材層
46 第４の粗粒材層
48 未充填領域
50 第５の粗粒材層

Claims (8)

1. 地表のある地点から地下管路に向けて、当該地下管路に連通する投入孔及び揚水孔を形成する第１の工程と、
   上記揚水孔から粗粒材で構成する間仕切り材を投入し、地下管路の一端を間仕切りで閉塞する第２の工程と、
   上記投入孔から、粗粒材に不分離性材料と微細な気泡を混合することによってセルフレベリング性及び水中不分離性を付与した充填材を上記地下管路に投入し、上記揚水孔側に広げる第３の工程からなり、
   この第３の工程を必要回数繰り返すことにより、上記地下管路内を充填材で満たすことを特徴とする地下管路充填工法。
2. 所定量の充填材を投入した時点で、上記投入孔から分離促進剤を投入し、地下管路内に堆積した充填材中の不分離性材料を強制的に分離することにより、粗粒材を沈降させることを特徴とする請求項１に記載の地下管路充填工法。
3. 上記揚水孔に揚水管を挿入し、地下管路内の水を地上に汲み出すことにより、地下管路内に上記投入孔から揚水孔に向かう水流を形成することを特徴とする請求項１、２の何れかに記載の地下管路充填工法。
4. 上記投入孔に送水管を挿入し、地上から上記地下管路に補助水を供給することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の地下管路充填工法。
5. 上記投入孔から上記間仕切り材を投入し、上記地下管路の他端を間仕切りで閉塞する工程を有することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の地下管路充填工法。
6. 上記第３の工程を繰り返す際に、充填材に含まれる不分離性材料の濃度を段階的に高めることによって充填材の水中不分離性を調整し、上記地下管路内における充填材の到達距離を制御することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の地下管路充填工法。
7. 上記充填材に含まれる微細な気泡の混入量を調整することによって充填材の比重を加減し、上記地下管路内における充填材の到達距離を制御することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の地下管路充填工法。
8. 上記地下管路内を閉塞する間仕切りを高圧噴流により切削して流路を確保することを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の地下管路充填工法。

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