JP7179678B2 - 地下構造物の構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、地下構造物の構築方法に関する。

深礎杭を構築する際は、重機による削岩や爆薬等の発破を行い地盤を掘削して立坑を形成した後、重機を撤去して立坑内に足場を設け、鉄筋を立坑内で組立てる。地盤を掘削する際に生じる掘削ずりは、クレーンやベッセルにより上方へ揚重して搬出する。

鉄筋の組立て後、立坑にコンクリートを打設することで深礎杭が構築される。特許文献１、２には、このような深礎杭の構築方法の例が記載されている。

立坑は深礎杭以外の地下構造物を構築する目的で形成されることもあり、特許文献３には石油貯蔵所や放射性廃棄物の貯留所等の地下構造物を構築するために立坑を形成する例が記載されている。

特開2002－38475号公報 特開平9-25719号公報 特開2003-314187号公報

立坑を形成する際は上記のように重機による削岩や爆薬等の発破を行って地盤を掘削するが、このような作業では大きな工事騒音が生じ、周囲に騒音が伝播して近隣の住民に迷惑が掛かる恐れがあった。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、周囲に伝播する騒音を低減できる地下構造物の構築方法等を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための本発明は、地下構造物の構築方法であって、地盤を所定深さまで掘削して形成した立坑に地下構造物を構築し、前記地盤を前記所定深さまで掘削する途中において、防音機構を有する蓋体を立坑の深さ方向の途中に設けることを特徴とする地下構造物の構築方法である。

本発明では、防音機構を有する蓋体を立坑に設けることで、重機による削岩や爆薬等の発破などによる地盤の掘削時に、周囲に伝播する騒音を低減できる。

前記蓋体は、作業員または資機材が出入りするための開口を有し、前記開口が防音機構を有する扉により開閉可能であることが望ましい。
これにより、掘削用の重機の故障対応や爆薬等の発破時の作業員の退避などを行うことができ、また開口によって蓋体の防音機能が損なわれることもない。

前記蓋体は、前記立坑を照明する照明装置を有することも望ましい。また前記蓋体は、散水装置または集塵装置を有することも望ましい。さらに、前記蓋体は、重機の動きまたは立坑の出来形を計測するためのセンサを有することも望ましい。
蓋体に照明装置を設けることで立坑の暗所を照らすことができて掘削作業の助けになり、夜間施工等も可能になる。また蓋体に散水装置や集塵装置を設けることで、地盤の掘削に伴う粉塵対策が可能になる。さらに、蓋体にセンサを設けて重機の動きや立坑の出来形を計測することもでき、それらの計測データによる工事管理を行うことが可能である。

前記地盤に横坑および前記横坑から上方に延びる掘削ずりの排出用の排出孔を構築した後、前記排出孔を含む範囲の前記地盤を前記所定深さまで掘削し、前記地盤の掘削時の掘削ずりは、前記排出孔に投入して前記横坑から搬出することも望ましい。
本発明では立坑に蓋体を設けるので、従来のように掘削ずりを上方へ揚重して搬出すると作業効率が悪くなる。そこで、上記のような横坑と排出孔を先行して設けることで、掘削ずりを排出孔を介して下方の横坑へ排出し、横坑から外部に搬出することが可能になり、掘削ずりを容易に搬出できる。

前記地下構造物は、立坑にコンクリートを打設することで構築され、前記蓋体が、前記立坑の底部において前記コンクリートに埋設されることが望ましい。前記地下構造物は、例えば深礎杭である。
深礎杭のような大規模な地下構造物では地盤掘削時の工事騒音も大きくなるので、防音機構を有する蓋体により周囲への騒音の伝播を防ぐことが特に有効である。

本発明により、周囲に伝播する騒音を低減できる地下構造物の構築方法等を提供することができる。

横坑２の形成について説明する図。 グローリーホールの形成について説明する図。 グローリーホール１２を示す図。 地盤の掘削について説明する図。 防音蓋５を示す図。 水平材５１１の配置を示す図。 防音パネル５２を示す図。 防音蓋５を示す図。 地盤の掘削について説明する図。 コンクリート１７の打設について説明する図。 照明装置５５、散水装置５６、集塵装置５７、センサ５８、通信設備５９を示す図。 深礎杭１０ａ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。

図１～図１０は本発明の実施形態に係る深礎杭（地下構造物）の構築方法について説明する図である。本実施形態では、山の斜面に立坑（掘削孔）を形成し、そこに道路橋脚等の基礎として深礎杭を構築する例について説明する。

（１．横坑の形成）
本実施形態では、まず図１に示すように山１の斜面の深礎杭の形成範囲１１の下部に当たる深さで横坑２を形成する。また深礎杭の形成範囲１１の上方の斜面を整地しておく。

横坑２は、平面において深礎杭の形成範囲１１まで達するように形成される。横坑２は掘削ずりを外部に搬出するためのものであり、内部に振動フィーダ２１やベルトコンベア２２が設置される。

ただし、掘削ずりの搬出のために横坑２内でバックホウ等の重機を稼働させたり、掘削ずりの搬出にあたって横坑２内でダンプトラックを走行させたり、またベルトコンベア２２による搬出とダンプトラックによる搬出を併用することも可能である。このように、横坑２からの掘削ずりの搬出にあたっては様々な手段が考えられる。さらに、横坑２を地下水の排水に利用することも可能である。

（２．グローリーホールの形成）
本実施形態では、次に、掘削ずりの排出用のグローリーホール（排出孔）を深礎杭の形成範囲１１に形成する。この際、まず図２（ａ）に示すように深礎杭の形成範囲１１の上方の地表面にレイズボーリングマシン３を設置し、ロッド３１の先端３２に設けたビットで地盤を下方へと横坑２まで穿孔する。

その後、ロッド３１の先端３２を拡径し、図２（ｂ）に示すようにロッド３１を引き上げながら拡径部の上面に設けたビットで地盤を上方へと掘削することで、上記穿孔した孔を拡径する。

これにより、図３（ａ）に示すように、横坑２から上方へと略鉛直方向に延びるグローリーホール１２が形成される。グローリーホール１２の形成時に生じる掘削ずりは、横坑２に落ちて振動フィーダ２１からベルトコンベア２２により外部へと搬出される。この掘削ずりから、地盤が重金属などを有していないか等の事前の地質調査を原位置の土質により深礎杭の深さ範囲の全体に亘って精度よく行うことも可能である。

また本実施形態では、グローリーホール１２の孔壁保護のため、図３（ｂ）に示すようにグローリーホール１２の内面に沿って鋼管１２１を挿入する。当該内面と鋼管１２１の間には必要に応じてセメントミルク等の充填材を充填する。

（３．地盤の掘削）
本実施形態では、次に、図４（ａ）に示すようにグローリーホール１２を含む深礎杭の形成範囲１１で地盤の掘削を開始する。本実施形態では立坑１３の上端外縁（坑口）をコンクリート等によるガイドウォール１４によって補強し、地盤の掘削は重機４による削岩や爆薬等の発破によって行う。また、掘削作業と並行してコンクリート吹付による立坑１３の孔壁保護も行われる。

地盤の掘削により生じる掘削ずりは、グローリーホール１２に投入することで立坑１３から排出し、前記と同様、横坑２から外部へと搬出する。またグローリーホール１２の鋼管１２１は掘削の進行に応じて上部から順に切断して撤去してゆく。

このように地盤の掘削を行う途中で、本実施形態では図４（ｂ）に示すように立坑１３の上部に防音蓋５を設置する。防音蓋５は防音機構を有する蓋体であり、立坑１３を塞ぐように立坑１３の平面位置に配置される。

図５は防音蓋５を示す図である。図５（ａ）は防音蓋５の平面を示す図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の線ａ－ａに沿った鉛直方向の断面を示す図である。

防音蓋５は、支持部５１の上に防音パネル５２を設けて構成される。

支持部５１は、水平材５１１と斜材５１２を有する。水平材５１１や斜材５１２にはH形鋼などの鋼材が用いられる。

水平材５１１は略水平方向に配置され、図６に例示するように縦横に組み合わせて防音パネル５２を支持する平面骨組を形成する。防音蓋５の外周部に位置する水平材５１１の端部は、立坑１３の孔壁のコンクリート内に埋設される。また水平材５１１による平面骨組の中央部には平面矩形状の開口Ａが設けられる。

斜材５１２は水平材５１１による平面骨組を下方から支持する。斜材５１２の上端は、開口Ａの周囲に位置する水平材５１１に取付けられる。斜材５１２は、当該水平材５１１から外側に向かって斜め下方に延び、その下端が立坑１３の孔壁のコンクリートにアンカー等で固定される。

防音パネル５２は、水平材５１１による平面骨組の上にチャンネル材等の鋼材を介して設置される。防音パネル５２は、前記の開口Ａを避けて設けられる。

図７は防音パネル５２を示す図である。防音パネル５２は、骨組材５２１によって格子状に区画された各平面部分に吸音材５２２を配置し、これら吸音材５２２の上下に遮音板５２３を設けて構成された防音機構である。骨組材５２１としてはチャンネル材等の鋼材が用いられ、吸音材５２２としてはグラスウール等が用いられるが、これに限ることはない。遮音板５２３についても、要求される遮音性を満たすものであれば特に限定されない。

骨組材５２１の上には床材５２４が設けられる。床材５２４には例えば縞鋼板やエキスパンドメタルが用いられ、その上面に鉄筋等の資材や掘削作業に必要な機材を載置したり、作業員が移動したりできるようにする。ただし、床材５２４が上記に限ることはない。

図５に示すように、防音パネル５２の上にはレール５３と防音扉５４が設けられる。

レール５３は防音扉５４の移動用のレールである。本実施形態では、一対のレール５３が、開口Ａの対向する辺のそれぞれに沿って設けられる。これら一対のレール５３は、上記辺の方向に沿って開口Ａからその両側へと防音蓋５の外周部に向かって延びるように配置される。

防音扉５４は開口Ａを開閉するための扉であり、レール５３の上に一対設けられる。防音扉５４の構成は図７で説明したものと同様であり、吸音材５２２をはじめとする防音機構を防音パネル５２と同様に有している。

図５は開口Ａを開とした状態であり、それぞれの防音扉５４が開口Ａを避けてレール５３の両端部に設けられる。開口Ａを閉じる際は、それぞれの防音扉５４を矢印Ｂに示すように開口Ａに向かってレール５３上を移動させ、開口Ａ上に配置する。これにより、図８で平面を示すように防音蓋５の開口Ａが防音扉５４によって閉じられる。防音扉５４の移動は例えばワイヤーやウインチを用いて防音扉５４を引張ることにより行われ、防音扉５４の下面にはレール５３上を移動するための車輪（不図示）が設けられるが、防音扉５４の移動機構はこれに限らない。

防音蓋５を立坑１３に設置した後、引き続き前記した掘削方法により図９（ａ）に示すように地盤を掘り進め、図９（ｂ）に示すように所定深さまで地盤の掘削を行うと、掘削を完了する。

地盤の掘削時は、重機４による削岩や爆薬等の発破によって工事騒音が生じるが、周囲への騒音の伝播は防音蓋５によって防止される。防音蓋５の開口Ａも防音扉５４によって閉じられ、防音機能が損なわれることはない。一方、鉄筋等の資材の搬入出、重機４等の機材の搬入出、作業員の出入が必要な時は防音蓋５の開口Ａが開とされ、重機４の故障対応や爆薬等の発破時の作業員の退避などを行うことができる。爆薬等の発破時には作業員を防音蓋５上に退避させたうえで防音扉５４によって開口Ａを閉じる。また防音蓋５の防音パネル５２や防音扉５４は、資機材の設置ヤードとしても機能する。

なお、本実施形態では前記した深礎杭の形成範囲１１に加えて防音蓋５の厚さ程度の深さの余掘りを行っている。また立坑１３と干渉する横坑２の先端部分は掘削途中の適当な時点で解体し、横坑２内に設置した振動フィーダ２１やベルトコンベア２２も適当な時点で撤去して横坑２から外部に搬出する。

（４．コンクリート１７の打設）
この後、重機４等を横坑２から外部に搬出し、防音蓋５を坑内の底面の余掘り部分に吊り降して、深礎杭に必要な鉄筋（不図示）を坑内の所定位置にセットした後、図１０に示すように立坑１３および横坑２内にコンクリート１７を打設することで深礎杭１０が構築される。横坑２内のコンクリート１７は、立坑１３内のコンクリート１７よりも貧配合のコンクリートとすることも可能である。

以上説明したように、本実施形態では、防音蓋５を立坑１３に設けることで、重機４による削岩や爆薬等の発破などによる地盤の掘削時に、周囲に伝播する騒音を低減でき、昼間だけでなく夜間施工も可能になる。

また、防音蓋５は、作業員または資機材が出入りするための開口Ａを有しており、掘削用の重機４の故障対応や爆薬等の発破時の作業員の退避などを行うことができる。開口Ａは防音扉５４により開閉可能とされているので、開口Ａによって防音蓋５の防音機能が損なわれることもない。

また本実施形態では前記の横坑２とグローリーホール１２を先行して設けることで、立坑掘削時の掘削ずりをグローリーホール１２を介して下方の横坑２へ排出し、横坑２から外部に搬出することが可能になる。そのため、防音蓋５の開口Ａ等を介して掘削ずりを上方に揚重して搬出する必要はほぼ無い。仮にベッセルやバケット等を用いて防音蓋５の開口Ａから掘削ずりを上方に揚重して搬出しようとする場合、作業効率が悪くなるが、本実施形態のようにグローリーホール１２を介して掘削ずりを下方の横坑２へ排出し、横坑２から外部に搬出する場合、そのような効率面の問題は生じず、掘削ずりを容易に搬出できる。

しかしながら、本発明はこれに限らない。例えば防音蓋５は防音機構を有していればよく、防音蓋５あるいは防音機構としての防音パネル５２の構成は前記に限らない。一例として、本実施形態では防音蓋５を支持部５１によって孔壁に支持しているが、防音蓋５の支持方法はこれに限らず、例えばガイドウォール１４の上に設けた吊下装置から吊材によって吊り支持することも可能であり、孔壁に設けたブラケットに防音蓋５を支持させてもよい。また防音蓋５の平面サイズを立坑１３よりも大きくし、その周縁部をガイドウォール１４上に配置してもよい。これらの場合、前記した支持部５１を省略することも可能である。その他、開口Ａを複数箇所設け、それぞれの開口Ａを防音扉５４によって開閉可能とすることなども可能である。

また図１１に示すように、防音蓋５の下面に、照明装置５５、散水装置５６、集塵装置５７、センサ５８等を設けてもよい。防音蓋５に照明装置５５を設けることで、防音蓋５の下方の立坑１３の暗所を照らすことができて掘削作業の助けになり、夜間施工等も可能になる。また防音蓋５に散水装置５６や集塵装置５７を設けることで、地盤の掘削に伴う粉塵対策が可能になる。

センサ５８は掘削機などの重機４の動きや立坑１３の出来形を計測するためのものであり、例えばカメラやレーザースキャナなどが用いられる。防音蓋５の上にはセンサ５８の計測データを無線LAN等の無線通信手段により地上のコンピュータ（不図示）へと送信するための通信設備５９が設けられ、計測データによる工事管理を地上で行うことも可能である。例えば自動掘削機による自動掘削を行う場合、自動掘削機の動きをGPS(Global Positioning System)によって計測しようとしても防音蓋５で塞がれた立坑１３内ではGPSがうまく機能しない恐れがあるので、防音蓋５に別途上記のようなセンサ５８を設けて自動掘削機の動きを計測し、計測データをリアルタイムで地上に送信し監視するのは有効である。また、照明装置５５、散水装置５６、集塵装置５７、センサ５８、通信設備５９等に電力を供給するための発電設備を防音蓋５に設けることも可能である。

その他、防音蓋５上と防音蓋５の下方の坑内との間を作業員等が移動するためのエレベータや階段などの昇降設備を、防音蓋５を貫通するように設けてもよい。また防音蓋５を貫通するように風管を設けることもできる。さらに、防音蓋５の防音パネル５２と立坑１３の孔壁の間には実際には若干の隙間があるが、防音蓋５の外周部にゴム板等の弾性板を設け、弾性板によりこの隙間を塞いで更に高い防音機能を得ることも可能である。

また本実施形態ではコンクリート１７の打設前に重機４等を横坑２から搬出するが、重機４等を防音蓋５の開口Ａを介して上方に搬出することも可能である。また場合によっては地盤の掘削時の掘削ずりを防音蓋５の開口Ａを介して上方に搬出することも考えられ、この場合前記の横坑２やグローリーホール１２を省略することも可能である。

さらに、図１２（ａ）に示すように横坑２は深礎杭の形成範囲１１より低い位置に設けるようにしてもよく、この場合は前記と同様の工程により掘削等を行った後、図１２（ｂ）に示すように立坑１３と横坑２およびこれらの間のグローリーホール１２にコンクリート１７を打設することで深礎杭１０ａが構築される。この場合、掘削に用いた重機４等は、横坑２からではなく防音蓋５の開口Ａを介して上方へと搬出する。

さらに、本実施形態ではレイズボーリングマシン３を用いて地盤を横坑２まで下方に穿孔して孔を形成した後、上方への掘削を行い当該孔を拡径することでグローリーホール１２を容易に形成できるが、グローリーホール１２の形成方法はこれに限らない。例えば地表面から地盤を下方に掘削することで、上記のような穿孔作業を経ずに直接グローリーホール１２を形成することも可能である。地盤の掘削には、ハンマーによってビットに打撃を与え当該ビットにより地盤を掘削するダウンザホールハンマーや、ケーシングを全周回転させながら地盤に挿入しつつその内側の地盤の掘削を行う全旋回オールケーシングを用いることができ、施工条件などにもよるが短期間でグローリーホール１２を形成できる可能性がある。

また、本実施形態ではグローリーホール１２に鋼管１２１を挿入してグローリーホール１２の孔壁を鋼管１２１で保護しているが、これに限らず、グローリーホール１２の孔壁が丈夫な場合は鋼管１２１を省略することも可能である。ただし、グローリーホール１２を鋼管１２１で保護することにより掘削ずりの投入時に孔壁が徐々に崩れるのを確実に防止できる。また孔壁保護をコンクリート吹付により行う場合、爆薬等の発破時の衝撃によって孔壁が崩れる可能性があるが、鋼管１２１によって保護する場合、そのような心配もない。

また本実施形態では地下構造物として深礎杭を構築する例を説明しており、深礎杭のような大規模な地下構造物では工事騒音も大きくなるので本実施形態のように防音蓋５により周囲への騒音の伝播を防ぐことが特に有効である。ただし、地下構造物は深礎杭に限ることはなく、例えばタンクなどの容器構造物等であってもよい。また、本実施形態では防音蓋５が最終的にコンクリート１７内に埋設され、解体の手間を省略できるが、防音蓋５を地上に引き上げて解体することも可能である。

以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係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、各種の変更例また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。

１：山
２：横坑
３：レイズボーリングマシン
４：重機
５：防音蓋
１０、１０ａ：深礎杭
１２：グローリーホール
１３：立坑
５１：支持部
５２：防音パネル
５３：レール
５４：防音扉
５５：照明装置
５６：散水装置
５７：集塵装置
５８：センサ
５９：通信設備

Claims (7)

1. 地下構造物の構築方法であって、
   地盤を所定深さまで掘削して形成した立坑に地下構造物を構築し、
   前記地盤を前記所定深さまで掘削する途中において、防音機構を有する蓋体を立坑の深さ方向の途中に設けることを特徴とする地下構造物の構築方法。
2. 前記蓋体は、作業員または資機材が出入りするための開口を有し、前記開口が防音機構を有する扉により開閉可能であることを特徴とする請求項１に記載の地下構造物の構築方法。
3. 前記蓋体は、前記立坑を照明する照明装置を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の地下構造物の構築方法。
4. 前記蓋体は、散水装置または集塵装置を有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構築方法。
5. 前記蓋体は、重機の動きまたは立坑の出来形を計測するためのセンサを有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の地下構造物の構築方法。
6. 前記地盤に横坑および前記横坑から上方に延びる掘削ずりの排出用の排出孔を構築した後、前記排出孔を含む範囲の前記地盤を前記所定深さまで掘削し、
   前記地盤の掘削時の掘削ずりは、前記排出孔に投入して前記横坑から搬出することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の地下構造物の構築方法。
7. 前記地下構造物は、立坑にコンクリートを打設することで構築され、
   前記蓋体が、前記立坑の底部において前記コンクリートに埋設されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の地下構造物の構築方法。

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