JP7153603B2 - 地下構造物の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、地下構造物の施工方法に関するものである。

従来、地盤を開削せずに構造物を施工する方法として、トンネル計画位置の上方の外周の地盤に周方向に所定の間隔で長尺材を押し込み、トンネル計画位置の外周を囲むように地盤改良を行った後、トンネル計画位置を掘削し、場所打ちコンクリートによってトンネルを構築する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

また、立坑からパイプルーフとガイド導坑を施工し、ガイド導坑からパイプルーフの内側を地盤改良した後、ガイド導坑に牽引部材を挿入し、先端に刃口を取り付けたプレキャスト製のコンクリート函体を牽引して地中に引き込む方法がある（例えば、特許文献２参照）。

特許第５３０８１１６号公報 特許第３８３４５７１号公報

しかし、非開削部において場所打ちコンクリートによって地下にトンネル等の構造物を構築すると、現地での作業時間が長くなり、多くの作業人員が必要であった。また、プレキャストコンクリート製のコンクリート函体を用いる場合、地下での土圧や水圧に耐えるために所定以上の肉厚が必要であり、製造から運搬、設置過程などにおいて、必ずしも効率的ではなかった。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすることは、部材の厚みを薄くすることが可能で、非開削部に短期間で地下構造物を施工できる地下構造物の施工方法を提供することである。

前述した目的を達成するために、本発明は、地盤に構築した立坑から、断面が略円形の地下構造物の施工予定位置の少なくとも上半部の外側に沿って複数の鋼管を圧入する工程ａと、前記施工予定位置に横坑を掘削しつつ、前記立坑に建て込んだリング状構造体を前記横坑に圧入する工程ｂと、を具備し、前記工程ａで、前記施工予定位置の内部に、前記鋼管と平行に複数の中段支持鋼材を設置し、前記工程ｂで、前記リング状構造体の内部に作業用ステージを設け、前記中段支持鋼材の端部を前記作業用ステージで支持しつつ前記作業用ステージを用いて前記横坑を掘削することを特徴とする地下構造物の施工方法である。

本発明によれば、リング状構造体を用いるので部材の厚みを薄くすることが可能である。また、地下構造物の施工予定位置の少なくとも上半部の地盤を複数の鋼管によって支持しつつ、横坑を掘削してリング状構造体を圧入するので、非開削部に短期間で地下構造物を施工できる。

また、鋼管と平行に複数の中段支持鋼材を設置することで、地下構造物が大型である場合などに、施工予定位置の内部の地盤を中段支持鋼材で支持して掘削面の滑りを抑止できる。

また、作業用ステージを設けることにより、横坑を掘削する際に作業用ステージ上にも重機等を配置することができる。また、中段支持鋼材の端部を作業用ステージで支持することにより、横坑の掘削によって露出した中断支持鋼材が片持ち状態となることを防止できる。

第２の発明は、地盤に構築した立坑から、断面が略円形の地下構造物の施工予定位置の少なくとも上半部の外側に沿って複数の鋼管を圧入する工程ａと、前記施工予定位置に横坑を掘削しつつ、前記立坑に建て込んだリング状構造体を前記横坑に圧入する工程ｂと、を具備し、前記工程ａで、前記施工予定位置の内部に、前記鋼管と平行に複数の中段支持鋼材を設置し、前記工程ｂで、前記施工予定位置の前記中段支持鋼材より上方の地盤を所定の距離まで掘削した後、前記中段支持鋼材より下方の地盤を掘削面が前記上方の地盤と連続するように掘削することを特徴とする地下構造物の施工方法である。
これにより、掘削面の崩落のリスクを低減し、安全に横坑を掘削できる。

前記工程ａで、前記施工予定位置の全周の外側に沿って前記鋼管を圧入してもよい。
これにより、施工予定位置の周辺地盤からの外圧をリング状に配置された鋼管で支えることができる。

前記工程ｂで、前記横坑を掘削した後、前記横坑内から前記鋼管同士の間に継手部分を設置してパイプルーフを形成してもよい。
これにより、継手付きの鋼管の圧入が困難であっても、止水性が確保されたパイプルーフを形成できる。

本発明によれば、部材の厚みを薄くすることが可能で、非開削部に短期間で地下構造物を施工できる地下構造物の施工方法を提供できる。

地盤１に鋼管９を圧入した状態を示す図。 鋼管９周辺の拡大図。 横坑の掘削を開始した状態を示す図。 作業用ステージ２１の斜視図。 スライド機構２７を設置した状態を示す図。 リング状構造体１９を圧入した状態を示す図。 施工予定位置を上下に分割して掘削する方法を示す図。 施工予定位置を上下に分割して掘削する方法を示す図。 他の作業用ステージ２１ａを示す図。 作業用ステージ２１ａを用いて地下構造物を施工する例を示す図。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。本実施形態では、断面が略円形の地下構造物を施工する。

図１は、地盤１に鋼管９を圧入した状態を示す図である。図１（ａ）は施工予定位置の軸方向の断面を示す図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す矢印Ａ－Ａによる断面を示す図である。

図１に示す工程では、まず、地盤１に発進立坑３および到達立坑５を構築する。地下構造物は発進立坑３から到達立坑５に向けて構築され、以下、「前方」は到達立坑５側に、「後方」は発進立坑３側に対応する。そして、発進立坑３と到達立坑５の坑口形成予定位置付近に改良地盤７を形成する。改良地盤７は、地盤１から発進立坑３や到達立坑５内への地下水の流入を防止する。

次に、発進立坑３と到達立坑５との間に複数の鋼管９を圧入する。鋼管９は、断面が略円形の地下構造物の施工予定位置の全周の外側に沿って圧入される。鋼管９内には図示しない中詰めコンクリートを充填する。鋼管９は、施工予定位置の周囲の地盤１を支持する。

また、鋼管９の圧入と前後して、施工予定位置の内部に、鋼管９と平行に複数の中段支持鋼材１１を設置する。中段支持鋼材１１は、例えば鋼管である。中段支持鋼材１１は、例えば施工予定位置の高さ方向の中央付近、すなわち施工予定位置の周方向断面において水平方向の幅が最も大きくなる部分に設置される。中段支持鋼材１１は、一定間隔で設置してもよいし、周方向断面の中央部分が外側部分より密になるように設置してもよい。中段支持鋼材１１は、施工予定位置の内部の地盤１を支持する。

鋼管９を施工予定位置の全周の外側に沿って圧入したら、複数の鋼管９で囲まれた部分の周囲に改良地盤１３を形成する。改良地盤１３は、発進立坑３と到達立坑５との間の全長に亘って形成される。

図２は、図１（ｂ）における鋼管９周辺の拡大図である。図２に示すように、鋼管９は外周の２ケ所にアングル材１０が設けられ、隣り合う鋼管９のアングル材１０同士が近接するように地盤１に圧入される。改良地盤１３を形成するには、隣り合う鋼管９のアングル材１０同士の間に注入管１２を設置し、注入管１２から薬液を注入する。

図３は、横坑の掘削を開始した状態を示す図である。図３（ａ）は施工予定位置の軸方向の断面を示す図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示す矢印Ｂ－Ｂによる断面を示す図である。図４は、作業用ステージ２１の斜視図である。

図３に示す工程では、発進立坑３内に複数のリング状構造体１９を建て込む。リング状構造体１９は、例えば地上で１リングずつ組み立てられて発進立坑３内に吊り下ろされる。

発進立坑３内にリング状構造体１９を建て込んだら、リング状構造体１９の底部上に配置した重機等を用いて発進立坑３の鏡面１５（図１参照）の鏡割りを行い、施工予定位置の地盤１を所定の距離まで掘削して横坑１７を形成する。

改良地盤１３は地盤１から横坑１７への地下水の流入を防止する。横坑１７の掘削で発生した掘削土は、必要に応じてリング状構造体１９内の埋戻し土３９（図６参照）などに用いられる。不要な掘削土は発進立坑３から地上に排出される。

所定の距離まで横坑１７を形成したら、リング状構造体１９の内部に作業用ステージ２１を設置する。図４に示すように、作業用ステージ２１は、鋼管２１１、桁２１２ａ、桁２１２ｂ、覆工板２１３、脚２１４等からなる。脚２１４は、前記した中段支持鋼材１１と直交する方向に配置された桁２１２ｂを支える。桁２１２ｂは、中段支持鋼材１１の延長上の位置に配置された鋼管２１１、鋼管２１１同士の間に鋼管２１１と平行に配置された桁２１２ａを支える。

作業用ステージ２１は、脚２１４がリング状構造体１９上に設置され、前方側の桁２１２ｂから鋼管２１１、桁２１２ａ、覆工板２１３が突出するように配置される。また、横坑１７の掘削時に露出した中段支持鋼材１１の端部が作業用ステージ２１の鋼管２１１内に挿入される。これにより、中段支持鋼材１１の端部が作業用ステージ２１で支持される。

なお、リング状構造体１９を建て込む工程、鏡割りを行う工程、横坑１７を掘削する工程、作業用ステージ２１を設置する工程を実施する順序は、上記の通りでなくてもよい。例えば、鏡割りを行った後、リング状構造体１９を建て込んでもよい。

図３に示す工程では、作業用ステージ２１を設置した後、作業用ステージ２１を用いて横坑１７内から鋼管９同士の間に継手部分であるジャンクションモルタル２３を設置する。これにより、鋼管９とジャンクションモルタル２３とからなるパイプルーフ２５が形成される。横坑１７の掘削面３７には地盤１の滑り防止のために傾きがもたせてある。そのため、横坑１７の上半部では、下半部よりも長い区間にパイプルーフ２５が形成される。

図５は、スライド機構２７を設置した状態を示す図である。図５（ａ）は施工予定位置の軸方向の断面を示す図、図５（ｂ）はスライド機構２７を設置した部分の断面斜視図である。また、図６は、リング状構造体１９を圧入した状態を示す図である。図６（ａ）は施工予定位置の軸方向の断面を示す図、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す矢印Ｃ－Ｃによる断面を示す図である。

図５に示す工程では、横坑１７の下半部のパイプルーフ２５上にスライド機構２７を設置する。

スライド機構２７は、図５（ｂ）に示すように、例えばレール２９と短管３１とからなる。レール２９は鋼管９の延伸方向に配置される。短管３１は、断面が円形で長さがレール２９の幅以下であり、レール２９上に並べて配置される。

スライド機構２７を設置したら、発進立坑３内に設置した圧入装置３３を用いてリング状構造体１９の端面を前方に押し、図６（ａ）に示すようにリング状構造体１９の一部を発進立坑３から横坑１７に圧入する。

ここで、図６（ｂ）に示すように、リング状構造体１９は底部付近に脚部２０を有し、スライド機構２７は脚部２０に対応する位置に設けられる。そのため、圧入装置３３でリング状構造体１９を押すと、リング状構造体１９の脚部２０がスライド機構２７上で短管３１の回転によってレール２９の延伸方向に移動して、発進立坑３内のリング状構造体１９の一部が横坑１７内に配置される。リング状構造体１９内に設置された作業用ステージ２１も同時に移動する。

図５（ａ）に示す発進立坑３内のリング状構造体１９の一部の横坑１７内への圧入が終わったら、図６（ａ）に示すように発進立坑３内にリング状構造体１９をさらに建て込み、リング状構造体１９を後方に延伸する。

その後、横坑１７をさらに掘削するが、このとき施工予定位置の中段支持鋼材１１より上方の地盤と下方の地盤とに分割して掘削してもよい。

図７、図８は、施工予定位置を上下に分割して掘削する方法を示す図である。施工予定位置を上下に分割して掘削する場合、まず、図７（ａ）に示すように、作業用ステージ２１上に配置した重機等を用いて、中段支持鋼材１１より上方の地盤１ａを所定の距離まで掘削する。これにより、上方の地盤１ａのみ横坑１７が延伸され、上方の地盤１ａの掘削面３７と下方の地盤１ｂの掘削面３７とが不連続となる。そして、横坑１７の上半部にジャンクションモルタル２３を設置してパイプルーフ２５を形成する。

上方の地盤１ａを掘削したら、図７（ｂ）に示すように、リング状構造体１９の底部上に配置した重機等を用いて、中段支持鋼材１１より下方の地盤１ｂを掘削面３７が上方の地盤１ａの掘削面３７と連続するように掘削する。これにより、下方の地盤１ｂにも横坑１７が延伸される。そして、横坑１７の下半部にジャンクションモルタル２３を設置してパイプルーフ２５を形成し、パイプルーフ２５上にスライド機構２７を設置する。

その後、図８に示すように発進立坑３内のリング状構造体１９を横坑１７に圧入して、発進立坑３に新たなリング状構造体１９を建て込む。圧入による作業用ステージ２１の移動に伴って作業用ステージ２１から後方側に突出した中段支持鋼材１１（図８に破線で示す部分）は、切断して撤去する。

以降、横坑１７をさらに掘削する工程と、新たに掘削した区間にパイプルーフ２５を形成してスライド機構２７を設置する工程と、リング状構造体１９を横坑１７に圧入して新規のリング状構造体１９を発進立坑３に建て込む工程とを繰り返して、発進立坑３と到達立坑５との間の全長に亘ってリング状構造体１９を配置する。そして、立坑からリング状構造体１９とパイプルーフ２５との間に流動化処理土を充填して地下構造物を完成する。

ここで、一回の掘削工程における横坑１７の掘削距離はパイプルーフ２５を形成せずに坑壁の安定をある程度保つことが可能な距離であり、一回の圧入工程におけるリング状構造体１９の圧入数は掘削工程における横坑１７の掘削距離に応じて決定される。横坑１７の掘削距離を短くすれば、掘削後の早期にパイプルーフ２５を形成してリング状構造体１９を圧入することができるので、これらを用いて横坑１７の周囲の地盤１を確実に支えることができる。

なお、横坑１７の上半部にパイプルーフ２５を形成する際には、必要に応じて作業用ステージ２１の前方に図示しない延長ステージを設置してもよい。この場合、掘削面３７にぶつからないように延長ステージを撤去してからリング状構造体１９を圧入する。

このように、本実施形態によれば、リング状構造体１９を用いるので部材の厚みを薄くすることが可能である。また、地下構造物の施工予定位置の外周部の地盤１からの外圧をリング状に配置された複数の鋼管９によって支持した状態で横坑１７を掘削しつつ、横坑１７にリング状構造体１９を圧入するので、非開削部に短期間で地下構造物を施工できる。

本実施形態では、施工予定位置の内部に複数の中段支持鋼材１１を設置して地盤１を支持することにより、掘削面３７の滑りを抑止でき、中段支持鋼材１１を設けない場合と比較して掘削面３７の傾きを急にすることができる。また、リング状構造体１９の内部に作業用ステージ２１を設けることにより、リング状構造体１９の底部だけでなく作業用ステージ２１上にも重機等を配置して横坑１７を掘削することができる。さらに、中段支持鋼材１１の端部を作業用ステージ２１で支持できるので、中段支持鋼材１１が片持ち状態となることを防止できる。

本実施形態では、横坑１７内から鋼管９同士の間にジャンクションモルタル２３を設置することにより、継手付きの鋼管の圧入が困難な地盤にも止水性が確保されたパイプルーフ２５を形成できる。また、施工予定位置の上方の地盤１ａと下方の地盤１ｂとを分割して掘削することにより、掘削面３７の崩落のリスクを低減して安全に横坑１７を掘削できる。

なお、作業用ステージは上記した構成に限らず、掘削用の重機等を設置したり走行させたりできるとともに、中段支持鋼材１１の端部を支持できるような構成であればよい。

図９は、他の作業用ステージ２１ａを示す図である。作業用ステージ２１ａは、鋼管２１１、桁２１２ｃ、覆工板２１３、脚２１４等からなる。脚２１４は、前記した中段支持鋼材１１と直交する方向に配置された桁２１２ｃを支える。桁２１２ｃは、覆工板２１３を支える。中段支持鋼材１１の延長上の位置に配置された鋼管２１１は、桁２１２ｃのウェブに設けた孔に挿通される。

図１０は、作業用ステージ２１ａを用いて地下構造物を施工する例を示す図である。図１０に示すように、リング状構造体１９内に作業用ステージ２１ａを設け、作業用ステージ２１ａの鋼管２１１に中段支持鋼材１１を通した場合にも、上記の実施形態と同様の効果が得られる。

作業用ステージ２１ａを用いる場合、必要に応じて発進立坑３側に脚２１４、桁２１２ｃ及び覆工板２１３を追加してもよい。これにより、重機等の作業スペースを後方に延長できる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、本実施形態では施工予定位置の全周の外側に沿って鋼管９を圧入したが、鋼管９の圧入範囲はこれに限らない。鋼管９の圧入範囲は地盤１の条件によって決定される。鋼管９は、少なくとも施工予定位置の上半部の外側に沿って圧入されればよい。

また、リング状構造体１９の底部上に設置した重機で横坑１７の全面を掘削できる場合は、作業用ステージ２１を設けなくてもよい。さらに、横坑１７の掘削時に掘削面３７が崩落する可能性がなければ中段支持鋼材１１を省略してもよい。

本実施形態ではパイプルーフ２５の継手部分にジャンクションモルタル２３を用いたが、継手部分の構成はこれに限らない。鋼管９同士の間隔が狭く地下水が多い場合には本実施形態で示した継手部分が有効であるが、鋼管９同士の間隔が広く地下水が少ない場合には、例えば、鋼管９同士を鋼材でつないで鋼材の外周側に木矢板を設置した構成の継手部分を用いることもできる。

１、１ａ、１ｂ………地盤
３………発進立坑
５………到達立坑
７、１３………改良地盤
９………鋼管
１０………アングル材
１１………中段支持鋼材
１２………注入管
１５………鏡面
１７………横坑
１９………リング状構造体
２０………脚部
２１、２１ａ………作業用ステージ
２３………ジャンクションモルタル
２５………パイプルーフ
２７………スライド機構
２９………レール
３１………短管
３３………圧入装置
３５………クレーン
３７………掘削面
３９………埋戻し土
２１１………鋼管
２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ………桁
２１３………覆工板
２１４………脚

Claims (4)

1. 地盤に構築した立坑から、断面が略円形の地下構造物の施工予定位置の少なくとも上半部の外側に沿って複数の鋼管を圧入する工程ａと、
   前記施工予定位置に横坑を掘削しつつ、前記立坑に建て込んだリング状構造体を前記横坑に圧入する工程ｂと、
   を具備し、
   前記工程ａで、前記施工予定位置の内部に、前記鋼管と平行に複数の中段支持鋼材を設置し、
   前記工程ｂで、前記リング状構造体の内部に作業用ステージを設け、前記中段支持鋼材の端部を前記作業用ステージで支持しつつ前記作業用ステージを用いて前記横坑を掘削することを特徴とする地下構造物の施工方法。
2. 地盤に構築した立坑から、断面が略円形の地下構造物の施工予定位置の少なくとも上半部の外側に沿って複数の鋼管を圧入する工程ａと、
   前記施工予定位置に横坑を掘削しつつ、前記立坑に建て込んだリング状構造体を前記横坑に圧入する工程ｂと、
   を具備し、
   前記工程ａで、前記施工予定位置の内部に、前記鋼管と平行に複数の中段支持鋼材を設置し、
   前記工程ｂで、前記施工予定位置の前記中段支持鋼材より上方の地盤を所定の距離まで掘削した後、前記中段支持鋼材より下方の地盤を掘削面が前記上方の地盤と連続するように掘削することを特徴とする地下構造物の施工方法。
3. 前記工程ａで、前記施工予定位置の全周の外側に沿って前記鋼管を圧入することを特徴とする請求項１または請求項２記載の地下構造物の施工方法。
4. 前記工程ｂで、前記横坑を掘削した後、前記横坑内から前記鋼管同士の間に継手部分を設置してパイプルーフを形成することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の地下構造物の施工方法。

Images