JPH06229199A - 地下構造物覆工への圧力導入法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】都市の深部軟岩での圧縮空気貯蔵・ガス貯蔵・
燃料貯蔵・固体廃棄物貯蔵、大深度での地下の空間構造
物・トンネル等の覆工、さらに山岳地帯の硬岩トンネル
の覆工等を 耐圧構造にするとともに、緩み領域を消去
でき、しかも解体撤去の容易な構造とできる地下構造物
覆工への圧力導入法を提供する。 【構成】掘削水没空間に、たわみ易い幕袋を型墓として
沈降させ、周辺地盤の単位体積重量とほぼ等しく調合し
た水中コンクリートと重泥水をトレミ管によって各型幕
で仕切られた水没空間に圧入し、型幕内外面を等しい流
体圧で保持して、水中コンクリートを打設し十分に固化
後、内部を淡水化か大気圧化し、コリート壁に圧力を導
入する。型幕の形状の保持は重泥水とコンクリートの流
体圧を圧力計により計測し、各区間ごとの流量と液面水
位を調整することで型幕群に張力を与え、同心円に保持
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は都市の深部軟岩での圧縮
空気貯蔵・ガス貯蔵・燃料貯蔵・固体廃棄物貯蔵、大深
度での地下の耐圧構造物および通常のトンネル等の覆工
に用いることができる覆工の補強法である。また将来の
砂礫地盤・軟質地盤での原子力用の圧力容器にも用いる
ことができる。

【０００２】（従来の技術）従来の地下構造物は、開削
した軟岩に鉄筋コンクリート壁を築造したり、連続地中
壁を多数のセグメントにより連続的に構成してからタン
ク空間を形成し、その後に天井ドームを建築する方法が
とられてきた。したがって、地盤が緩みやすかったり、
人間が地下に入る手間のかかる工事である。また覆工工
事は鋼材の消費が多く資源多消費の構造である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】軟質な岩盤の大深度に
大きな空間を構築することは課題が多いが、ここではそ
れらの内、解決しようとする課題は、従来は発生しがち
な地盤沈下に関係する現象として地中壁周辺に発生する
地盤の緩み領域を消滅させること、地下タンクの気密性
を高めるために覆工に圧力を導入すること、無人で拡幅
空間を覆工すること、地下タンク覆工に無人で補強鋼線
を導入すること、耐用年数後に地下構造物を解体撤去す
るのに便利な空間構造を設けることとさらに、覆工を鋼
構造補強でなく、セメント・泥水・炭素繊維幕等で補強
し省エネルギーを目指している。

【０００４】（課題を解決するための手段）水没地中空
間の覆工周辺地盤での緩み領域をなくす手段として、泥
水工法によって掘削の後、緩み領域を締め付ける荷重と
して、地盤の単位体積重量とほぼ等しい泥水・重油加重
液等を、掘削面に被覆幕を介し作用させる着想の結果、
掘削部のクリープに関し、地盤材料がほぼ等方的な圧力
を受け、初期の応力状態に復元されるので、地盤のせん
断応力によるクリープが阻止できる。この重液圧は同時
に、内と外からコンクリート壁の打設に型幕支持用にも
役立てる着想の結果、コンクリート固化の後、覆工内部
を淡水化あるいは大気圧化して、覆工に圧力を導入する
ことができる。

【０００５】高圧の気体をこの圧力タンクから漏らさな
いための手段として、内外の型幕を気体遮断性のフイル
ムを複合した幕材料を用い、場合により更に、コンクリ
ート内にも同心円的に気体遮断幕を内外の型幕と平行し
て水没地中空間に挿入できる。人間が地下に入らないで
圧力タンクの形状を管理する手段として、同心円状の型
幕の内部には外の型幕に作用する圧力よりやや高い重液
圧を与えることにより型幕は円形になる着想が基本にな
っている。これらの同心円の型幕の中心軸は、地下空間
の中心軸に型幕の上下で保持することにより、全体系を
軸対称形に保持することができる。型幕間の水没空間の
各室間の容量を事前に水中音波測量により計測し打設区
間ごとの流量管理に資する。

【０００６】従来は地下構造物の耐圧設計では、大きな
内圧による引っ張り応力に耐える鉄板をタンクの壁に装
着していたが、経済的でない面がある。本発明は重力の
場の液重を上手に利用して、内外の液重の比重差による
圧力差によりタンクに圧縮応力を自然に導入する着想
で、基本的には鉄筋は不用な圧力を導入できる。しかし
コンクリートに靭性を与えるため、補強鋼線と鋼繊維等
を覆工に挿入する。

【０００７】地中構造物の覆工の周辺の外溝に、重液を
充満した空間を残すことにより、耐用年数後に覆工構造
物を地上から破壊し解体・撤去することが、容易にな
る。

【０００８】

【作用】上記の構成による、軟岩中の水没状態での拡幅
掘削、水没状態での覆工、緩み領域の抑制、無人で覆工
形状を管理すること、及び覆工に適切な圧縮応力を導入
することさらに、解体・撤去の便利等の作用を以下に説
明する。軟岩中の掘削は土圧に対抗する手段として、通
常のように連続地中壁工法に用いる粘調材を混入した泥
水等を用いて掘削面の安定を図る。また水没拡幅掘削は
例えば発明者がすでに特許を取得したパンタグラフ掘削
装置（特許第１７１４０７７）を用い、ドーム状の水没
空間を形成できる。また地中区間の築造に関しても特許
第１７０６８５４、第１７０６８６０、第１７０６８５
６、第１７０６８５９等の発明を利用できる。

【０００９】水没状態の覆工のためには、掘削面の肌落
ち土砂が覆工コンクリートに混入するのを避けるため
に、例えば四ケの同心円の型幕をたわみ易くて強い炭素
繊維幕で製作し、水を排除しながら水中に型幕群を地中
に挿入する際に、最外の幕を地盤被覆幕として地盤に圧
着し、念のため、グラウト用のトレミ管もこの幕に添わ
せて挿入する。地盤被覆幕と覆工外型幕の間の外溝には
重液を、外型幕と内型幕の間には水中不分離コンクリー
トを、それぞれトレミ管により下部から連続的に圧入す
る。重液と生コンクリート等の比重は、原則として周辺
地盤の単位体積重量と等しくする。また事前に水没状態
において各空間の標高別の容量を水中音波探査等で測量
し、打設時の各標高での打設流量の施工管理に利用す
る。生コンクリートには鋼線とファイバを挿入すること
により、靭性を増すことができる。諸型幕を保持する流
体支保圧は水中コンクリートとほぼ等しい比重の重泥水
等により与え、両面型幕の形状管理には、型幕下部の中
心管定着円盤と型幕上部の幕管で位置が決まる。型幕の
同心円の形状は上記の位置ぎめとともに重泥水の比重の
均質性を維持することで管理される。また型幕面に装備
した圧力計で監視することができ圧力の微調整はそれぞ
れの水頭に差を付けることで容易に出来る。コンクリー
トには径線方向の鋼線・緯線方向の鋼索等を型幕挿入時
に型幕にそわせ、型幕の下部の定着円盤と上部の円筒に
径線方向鋼線を連結することで可能である。

【００１０】緩み領域を抑制するには、自然の地盤が持
っていた初期応力に出来るだけ近い圧力を外溝に与える
ことで達成される。その近似値は岩盤の単位体積重量と
比重が等しい重泥水等を外溝に与えることで可能にな
る。外溝は重液で満たされ、岩盤とコンクリート壁を押
し付けて両方の安定を保持している。岩盤が変形しなく
なったら、岩盤を緩めないよう外溝をセメント固化する
場合もある。外溝はより高い液体圧をバライト・鉄粉等
で与えることも可能である。泥水の水位を微調整したり
重液量の節約をはかるため、砂袋をロープで吊り下げる
ことも可能である。

【００１１】無人で覆工形状を管理するには、型幕に予
め装着した歪み計の読みが円周方向で 等しくなること
と、型幕の装着した圧力計がその標高でのコンクリート
圧と重泥水圧が等しくなることを、地上で計測・監視す
る。それらの条件からずれた時には、各トレミ管の流量
を方位によって調整する。さらに、多重的な管理方法と
しては、径線方向の鋼線間の距離を弾性波・超音波・電
磁波等で測定することも流体・固体等の密度に応じ補正
して可能である。覆工に導入した圧縮応力を調整するた
めには、外溝空間の重泥水の比重か水位を調整すればよ
い。耐用年数後に地下の圧力タンクを解体撤去するに便
利な構造として、覆工コンクリートを周辺の岩盤から重
泥水あるいは淡水・重油等の流体の入った外溝でもて隔
離した構造にする。底盤からの間隙水圧に由来する浮力
に対抗する鉛直下方むきの重液圧を空洞の上部のドーム
の天井に与えることにより、タンクは空虚時にも安定化
できる。

【００１２】

【実施例１】水没拡幅ドーム空間に圧力導入したコンク
リートタンクを軟岩に設けた 圧縮空気貯蔵タンクの建
造を図１により説明する。地盤１は地盤強度が軟岩の区
分になる地盤でその大深度に、発明者がすでに特許を取
得している掘削工法を、立て坑の下でパンタグラフ拡幅
掘削装置の運転により行い、地盤の強さに見合つた比重
の粘性的の泥水２により流体支保して掘削た地盤壁３を
支持する。この段階までは、既存の工法である。地下タ
ンク空間４に中心管５を挿入するに先立ち、その下端に
基礎コンクリート６を打設しておく。

【００１３】Ａ）中心管５の下部の基礎定着円盤７か
ら、必要数の型幕１０、１１、１２、１３を型幕管１５
から１８に連結し、基礎定着円盤７および中心管５とと
もに沈降していく。型幕１０から１３等はたわみ易い繊
維補強した気体遮断幕で構成する。型幕１０から１３は
立て坑１４の内部に内蔵されるよう地上でたたみこんだ
状態で降下する。 Ｂ）降下の後、型幕管１５から１８、重泥水トレミ管１
９、水中不分離生コンクリートのトレミ管２０、補強鋼
線（図２）、圧力計２２およびも拡幅空間の泥水空間２
に内蔵される。

【００１４】Ｃ）型幕の形状管理のためには地上で予め
型幕に取り付けた圧力計２２で各部の静水圧を計測し、
内部の室ほどやや高い水圧を作用させるよう地上で水面
を調節することによって、型幕１０から１３を所定の位
置に静止でき、また所定の各室の流量を、トレミ管１
９、２０内の流量と濃度でそれぞれ調整できる。 Ｄ）水中不分離の生コンクリート２３を下部から圧入し
予め冷却した骨材をもちいることと、生コンクリートに
は引っ張り強度を付与するために、鋼繊維を混入する。 Ｅ）重泥水２４の比重は岩盤単位体積重量に合わせるこ
とを基本とし、型幕１０から１２の真円の保持を確実に
するためには内部空間ほど、液圧をあげるが、いま岩盤
単位体積重量が１．９の場合は重泥水の成分調合として
清水１００リツトル当たり、ベントナイトクニーゲルＶ
１を８ｋｇ・ｆ，テルポリマＬ０．３ｋｇ・ｆ，テルナ
イトＢを０．３ｋｇ、バライト１６０ｋｇで出来上がり
１４０リットルの重泥水を製造できる。重泥水２４の循
環のため、基礎定着円盤７のなかに必要に応じ泥水循環
孔をあける。

【００１５】Ｆ）覆工コンクリート２３を打設し泥水圧
とコンクリート圧の均衡を圧力計で確かめながら打ちあ
がる。 Ｇ）外溝の泥水圧はコンクリート圧よりやや低くする。
立て坑部は変形しにくい鋼管で支持するが、上下方向に
は変位しやすいよう吊り下げた状態でコンクリートと重
泥水を打設する。 Ｈ）立て坑の上部まで打設したのち、十分にコンクリー
トを固化させた後、あらかじめ設けてあるトレミ管で内
部の泥水を揚水し、淡水２８に入れ替える。内部を淡水
化することにより、覆工構造物２３に圧力を導入でき
る。 Ｉ）地下タンクの開放点検には内部２８の淡水を地上に
排水し大気２９にするが、浮力に耐えるためタンクの頂
部のドームの外溝２５での泥水２４の比重を重くする必
要がある。ただし、それだけ覆工コンクリート２３には
高い圧力が導入されるのでコンクリートの圧縮強度の確
保には注意を払う。 Ｊ）淡水を充満後に、中心管５の外管から深夜電力によ
り圧縮空気を圧入し、淡水２８を地上に押し出すことに
より、圧縮空気２７を導入する。 Ｋ）深夜には貯蔵圧縮空気２７が貯蔵されると、覆工コ
ンクリート２３に蓄えられたプレストレスの圧力は減少
するが、引っ張り応力にならないように、十分な圧力を
重泥水２４により外溝２５に与える。地盤と覆工が安定
したら、外溝はトレミ管により膨張性コンクリートで置
き挽えることも行える。

【００１６】

【実施例２】 図４のように、地上でコンクリート圧力
容器２３をを重コンクリート等を用いプレキャストリン
クを連結して建造し、水没円形立て坑１４に、基礎コン
クリート６を打設の後、沈降し定着後、外溝２５を重泥
水で置き換えることにより、覆工２３に圧力を導入でき
る。外溝は長期に安定を確認してから、セメント・アス
ファルト等で充填することもある。

【００１７】

【実施例３】 図５のように、水平トンネル２９に人間
が入って内型幕管１５をやや剛な管をスペーサ２６を介
して設置し、同時に設置しておいたトレミ管１９と２０
により、重泥水２４と水中不分離コンクリート２３を内
型幕を介して圧力討で計測しながら、液面を管理しなが
ら打設する。必要に応じ、空気抜きの管も設ける。覆工
コンクリート２３が固化後に内部を淡水化し、圧力を導
入する。必要に応じ、裏ごめのグラウト管も設けてお
き、裏ごめ注入も行う。軟弱地盤に水没トンネルを予め
機械掘削し、型幕管１５をスペーサ２６とともに水中に
送り込み、、同様の手順を踏むことも可能である。

【００１８】

【実施例４】 図６のように、水平トンネル２９にプレ
キャストのヒューム管２３を継ぎ目を設けて連結し、ス
ペーサ２６を介し設置してから、外溝２５に重泥水２４
を流しこみ、圧力を導入するか、重コンクリート２３を
流し込み圧入後に固化させる。

【００１９】

【発明の効果】本発明は次の効果がある。 １） 軟質岩盤の深部に圧気貯蔵・高圧ガス貯蔵等のた
めのコンクリートの圧力タンクが、無人で地盤沈下なく
構築できる。軟弱な地盤でも、その単位体積重量と等比
重の生コンクリートと重泥水で工事を行い、沈下を避け
地下空間が形成でき、燃料貯蔵・地下駅空間が可能にな
る。 ２） 深部で拡幅したタンクに気密性を高める覆工圧力
を導入できるので、気体の圧力を高め、貯蔵ガスのエネ
ルギー量を直管に比べ増加できる。 ３） 立て型タンク周辺の地震時の地盤波動を外溝泥水
で遮断でき、耐震性を向上できる機能と、耐圧タンクの
気圧漏れが生じれば外溝から気泡が上昇するので漏れ口
を発見しやすく、またタンク底部からの浮力に対抗でき
る下向泥圧をドーム部外溝での重泥水比重により与える
ことができる。また外溝を残置して置くと 耐用年数後
に地下構造物を解体撤去しやすい。 ４） 硬い岩盤での水力発電用の圧力トンネルの場合と
か大深度でのＮＡＴＭ法によるトンネル空間を耐圧トン
ネルに改造する場合等に利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 軟岩中での水没拡幅地下タンクの覆工に圧
力を導入する手順Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，およびＦの模式
図

【図２】 軟岩中での水没拡幅地下タンクの覆工に圧
力を導入する手順Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ、およびＫの模式
図

【図３】 補強鋼線を中心管に結合し、水没空間に降
下し、所定の形状に展開する様子の模式図

【図４】 水没円形立て坑にプレキャスト コンクリ
ートタンクを沈設し、圧力を導入する手順の模式図

【図５】 乾式掘削のトンネルの覆工に型幕管を用い
圧力を導入する方法の手順の模式図

【図６】 通常のトンネルのプレキャストコンクリー
トと周辺岩盤に圧力を導入する方法の模式図

【符号の説明】

１ 地盤 Ａ 水没空間 ２ 泥水 Ｂ 型幕沈降 ３ 地盤壁 Ｃ 水位差で同心円
化 ４ 地下タンク空間 Ｄ 重泥水と生コン ５ 中心管 Ｅ 外溝も重泥水 ６ 基礎コンクリート Ｆ 中高部に打設 ７ 基礎定着円盤 Ｇ 上部に打設 ８ 泥水循環孔 Ｈ 頂部に打設 ９ 流通孔 Ｉ 淡水化し圧力導
入 １０ 内型幕 Ｊ 大気圧化し内
装 １１ 中間幕 Ｋ 圧縮空気を導
入 １２ 外型幕 Ｌ 圧縮空気を使
用 １３ 地盤壁被覆幕 １４ 立て坑 １５ 内型幕管 １６ 中間幕管 １７ 外型幕管 １８ 地盤被覆幕管 １９ 重泥水トレミ管 ２０ コンクリートトレミ管 ２１ 補強鋼線 ２２ 圧力計 ２３ 覆工コンクリート ２４ 重泥水 ２５ 外溝 ２６ スペーサ ２７ 圧縮空気 ２８ 淡水 ２９ 大気

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削水没空間に、幕袋か薄い円管を単数
   か複数の型幕として挿入し、周辺地盤の単位体積重量と
   ほぼ等しく調合した水中コンクリートをトレミ管方式に
   よって内型幕の外に覆工用コンクリートとして下端から
   圧入しつつ、同時に型幕の形状を保持するために、内型
   幕の内側の水没タンク空間には水中コンクリトと同比重
   かやや重い重液を圧入しつつ、さらに同時に、外型幕の
   外の水没外溝空間に水中コンクリートと等しいか、やや
   軽い重液圧を作用させることによつて、同心状のコンク
   リート管形状になる型幕群を水中コンクリート圧、内重
   液圧および外重液圧と各室流量を管理しつつ水中コンク
   リートを連続打設し固化させ、外溝を重泥水・重液・重
   油等の流体か粘性体で充満するか、外溝の重液をさらに
   加重液に置換し、コンクリート壁に加重液荷重を作用さ
   せたのちに内部重液を淡水化か揚水することで、内外の
   液体の比重差と水頭差に応じプレストレスを圧力として
   コンクリート壁に導入するか、必要に応じ、外溝空間を
   重コンクリートで置き換え、固化し、岩盤に支持するこ
   とを特徴とする地下構造物覆工への圧力導入法
2. 【請求項２】請求項１において、型幕に添わせて、補強
   鋼線等を覆工内に挿入する他、型幕に歪み計・圧力計・
   超音波、電磁波、弾性波等のセンサを装着し地上から計
   測し、遠隔的にコンクリートの形状管理を特徴とする地
   下構造物覆工への圧力導入法
3. 【請求項３】 請求項１において、外型幕の外の溝に注
   入した加重重液をコンクリートで置換える際に、膨張性
   セメントを含むコンクリートで置き換えることで、膨張
   圧力を覆工コンクリートと岩盤に与えることを特徴とす
   る地下構造物覆工への圧力導入法
4. 【請求項４】 請求項１において、型幕間に半径方向の
   幕を取り付ることにより半径方向のコンクリート収縮継
   ぎ目を形成したり、内外の型幕間に中間型幕を気体遮断
   性の特殊幕材料を用い、気密性の覆工コンクリートを形
   成することを特徴とする地下構造物覆工への圧力導入法
5. 【請求項５】請求項１において、地盤壁被覆幕に添わせ
   てグラウト管を水没地下空間に挿入することを特徴とす
   る地下構造物覆工への圧力導入法
6. 【請求項６】 円筒状掘削水没空間に、鋼かＦＲＰ等の
   円管を単数か複数の型枠として挿入し、地盤の単位体積
   重量に等しく調合したコンクリートを地上においてタン
   クの覆工用コンクリートとして打設しつつ、同時に地上
   から内型幕の内側の水没タンク空間にやや重い比重に調
   合した重液を圧入し、さらに同時に外型枠の外の溝に
   は、やや軽い重液を流しつつ、所定のコンクリート壁を
   水没地中空間にに打設し沈降し、十分に固化したのち
   に、内部空間の液を淡水化するか、揚水することによ
   り、覆工に圧力を導入するか、あるいは、円筒状のプレ
   キャストされたコンクリート管体を円筒軸方向に地上で
   水密継ぎ目を介し接合しながら、次第に水没地中空間の
   底部まで沈降して定着ののち、外溝空間に重液を地盤被
   覆幕をを介して作用させることにより圧力タンクを形成
   することを特徴とする地下構造物覆工への圧力導入法
7. 【請求項７】請求項１において、型幕として合成樹脂幕
   ・薄い鋼鉄箔・形状記憶合金箔等を用いることを特徴と
   する地下構造物への圧力導入法
8. 【請求項８】請求項１から請求項７においての地下構造
   物が主として鉛直軸の周りの軸対称構造であるのとは別
   に、水平又は斜向の円形コンクリート管をスペーサを介
   して外溝を残置して通常の掘削トンネル内に設置した後
   に、外溝に重液をを注入し、コンンクリート覆工に液重
   に見会った圧力を導入できるトンネル覆工への圧力導入
   法