JPH09279985A - 凍結膨張圧低減構造体およびその構築方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 凍結領域の凍結膨張圧による立坑壁体等の既
存構造物の応力増加を防止する。 【解決手段】 凍結領域２と立坑壁体１１との間の地盤
内に構築され、凍結領域２が凍結膨張した際に、その一
部が塑性変形して膨張圧を吸収し立坑壁体１１の付加応
力の増加を阻止するようにビーズ混合処理土からなる変
形吸収壁２０を凍結膨張圧低減構造体として設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は凍結膨張圧低減構造体お
よび同壁の構築方法に係り、特にシールド掘削機が発
進、到達するために設けられるシールド立坑の壁体や既
存構造物への凍結膨張による荷重作用を軽減することが
できる凍結膨張圧低減構造体および同壁の構築方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シールド発進立坑のような地盤掘
削構造物では、掘削に伴って生じる構造物周辺の地山の
緩みによる崩落事故、地表面の沈下等を防止するため
に、種々の補助工法がとられている。これらの補助工法
のうち凍結工法は、埋設した凍結管を芯部として所定の
強度と剛性を有する凍土壁を造成、構築する工法であ
る。凍結工法は薬液注入工法等と異なり、地下水汚染等
のおそれがなく、シールド発進、到達立坑等の補強に使
用された例も多い。以下、シールド発進立坑を例に凍結
工法について説明する。

【０００３】図３、図４は、従来の凍結工法により凍土
壁を構築したシールド立坑の補強例を示した断面図であ
る。同図において、符号５０はシールド立坑５１を掘削
するために施工された連続地中壁で、シールド立坑５１
内には発進前のシールド掘削機５２が設置されている。
このシールド掘削機５２の前方の壁面にはシールド掘削
機５２の外径より僅かに大きな直径を有する仮壁５３が
形成されている。この仮壁５３の背面地山部分には凍結
工法により壁状の凍土領域５４が造成されている。この
凍土領域５４は、図３、図４に示したように、連続地中
壁５０の背面に所定の間隔をあけて埋設された凍結管５
５を中心として形成された複数の凍土柱が成長して１枚
の連続壁状になったものである。この壁状をなす凍土領
域５４の造成凍土厚Ｄは、シールド掘削機５２の下端深
さの作用側圧を荷重とした等分布荷重を受ける周辺固定
円板として設計されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近のよう
に大深度での人工地盤凍結工法のような適用例が増える
と、必要となる造成凍土厚が大幅に増加する。このた
め、造成された凍土領域が膨張（凍結膨張という。）す
ることにより、隣接した非凍結領域に作用する圧力（以
下、凍結膨張圧と記す。）も非常に大きくなる。これに
より、隣接する立坑壁体等の非凍結領域や近傍地盤内に
埋設された管路等の既存構造物に過大な付加応力が生じ
るおそれがある。そこで、非凍結領域や既存構造物への
悪影響を回避するために、凍結膨張圧を軽減する補助工
法が必要となる。従来は、非凍結領域と凍土領域との間
に変位吸収溝や変位吸収孔等を構築したり、図３、４に
示したように、立坑壁体と凍土領域との間に地山抜き取
りボーリング６０を施したりしていた。この地山抜き取
りボーリング工法では、凍結膨張の進行に応じて地山６
１部分の抜き取りを行っていき、凍結膨張によって生じ
た地山変位を吸収したり、発生応力を解放させたりして
立坑壁体に付加応力が生じるのを防止している。しか
し、以上の各補助工法では、凍結作業の施工管理を、常
時行って凍結領域の進行に応じて吸収溝内からの地山抜
き取りやボーリングによる地山抜き取りを行わなければ
ならず、施工が煩雑になり、工事コストの増加につなが
る。

【０００５】そこで、本発明の目的は上述した従来の技
術が有する問題点を解消し、立坑壁体等への凍土領域か
らの凍結膨張圧による影響を低減し、周辺地盤への凍結
膨張の影響を最小限にするようにした凍結膨張圧低減構
造体および同壁の構築方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は凍結予定領域と既存構造物との間の地盤内
に構築され、前記凍結予定領域が凍結膨張した際に、そ
の一部が塑性変形して膨張圧を吸収し前記既存構造物の
付加応力の増加を阻止するようにした変形吸収壁からな
ることを特徴とするものである。

【０００７】前記変形吸収壁は、ビーズ混合処理土を地
盤内に充填して造成した壁体構造であることが好まし
い。

【０００８】前記変形吸収壁は、壁体内部に繊維補強樹
脂ロッドを縦横に配置した補強筋かごを埋設することが
好ましい。

【０００９】凍結膨張圧低減構造体の構築方法として、
既存構造物と凍結予定領域との間の地盤内に溝状孔を掘
削し、該溝状孔内にビーズ混合処理土を充填して前記既
存構造物と凍結予定領域との間に変形吸収壁を構築した
ことを特徴とするものである。

【００１０】

【実施の態様】以下、本発明による凍結膨張圧低減構造
体の一実施の形態を、添付図面を参照して説明する。図
１は、凍結膨張圧低減構造体としての変形吸収壁と凍土
領域との関係を説明するために、シールド掘削機の発進
立坑近傍を示した断面図である。この発進立坑１０を取
り囲む連続地中壁１１の一面には仮壁１２が設けられて
いる。この仮壁１２は、既設の壁体１１の一部を鋼材等
で置き換えて仮設構造として構築したものである。ま
た、仮壁１２の背面側には変形吸収壁２０が造成されて
いる。この変形吸収壁２０は、連続地中壁１１の背面位
置の所定厚さの地盤部分を、ビーズ混合処理土と置換し
て造成された低強度壁体である。さらに、変形吸収壁２
０の外側には、凍土領域２が造成されている。この凍土
領域２は、外部凍結管４０（後述）の運転により地盤内
に造成された地盤補強領域で、シールド掘削機１が発進
立坑から発進した際に、立坑近傍の地山の緩みを最小限
に抑えることを目的としている。

【００１１】立坑側から正面視した変形吸収壁２０の寸
法は、シールド掘削機１の貫通する仮壁１２部分を確実
に塞ぐ程度に設定されている。また、図１（ａ）に示し
たように、変形吸収壁２０の天端より浅い土被り部分は
埋戻し土２１で埋め戻されている。また変形吸収壁２０
内部には補強筋かご２４が埋設されている。この補強筋
かご２４は、複数本のガラス繊維補強樹脂（以下、ＦＲ
Ｐと記す。）ロッド２２を所定間隔で配置して縦筋と
し、細径ＦＲＰロッド２３を横筋として組み立てられて
いる。

【００１２】ここで、変形吸収壁２０の構成について説
明する。変形吸収壁２０は、ビーズ混合処理土を所定幅
に掘削した溝内に充填して造成した低強度壁体である。
このビーズ混合処理土は、地上のプラントにおいて製造
され、送泥ポンプにより、掘削された溝内に供給され
る。ビーズ混合処理土は、原則として現地発生土とビー
ズとを所定の容積混合比で混合して製造している。しか
し、現地発生土が砂質土の場合には送泥中の材料分離を
防止するために、粘性土をさらに混合して材料分離を防
止することが望ましい。現地発生土と混合するビーズは
「発泡ビーズ」と呼ばれている粒径１〜１０ｍｍ程度の
発泡ポリスチレン球状体である。発泡ポリスチレンのほ
かに適用可能な樹脂種類としては発泡ポリエチレン、発
泡ポリプロピレン等が好適である。

【００１３】次に、凍結管３０、４０の構成について説
明する。連続地中壁１１の内部には、図１、２に示した
内部凍結管３０が配管されている。この内部凍結管３０
は、連続地中壁１１の鉄筋かご（図示せず）の外側鉄筋
の被り部分に設けられたスペーサ（図示せず）に固定さ
れている。本実施の態様では、内部凍結管３０は、図１
（ｂ）に示したように、シールド掘削機１の外径寸法よ
り僅かに大きい直径のリング状最小径配管３１とし、外
方に向かって所定間隔をあけて配置された４本の同心円
状のリング状管からなる。各内部凍結管３０は配管用炭
素鋼鋼管（ＳＧＰ）を曲げ加工してリング状に組み立て
られている。リング状管３２の所定位置には送り管３３
及び戻り管３４となる直管が接続されている。各管３
３、３４の管端は地上部まで延設され、地上に設置され
た冷凍ユニット３５に接続されている。冷凍ユニット３
５からの不凍液は送り管３３を介してリング状管部３２
に供給され、戻り管３４により冷凍ユニット３５に回収
されるようになっている。

【００１４】一方、周辺地盤位置には外部凍結管４０が
埋設されている。この外部凍結管４０は、直管構造の限
定式凍結管で、図１（ａ）、（ｂ）に示した周辺地盤の
所定領域のみに凍土領域２が造成される。外部凍結管４
０は内部凍結管３０と冷凍ユニット３５を共有してい
る。内外の凍結管３０、４０は、単独あるいは同時に運
転できるように図示しない制御部により運転モードを設
定することができる。

【００１５】ここで、変形吸収壁２０の特徴について説
明する。変形吸収壁２０のために製造されるビーズ混合
処理土は、混合設計においてビーズ量を調整することで
強度及び密度を変化せることができる。これにより１軸
圧縮強度をσq＝３kgf/cm2程度までの任意に設定でき
る。また、さらに強度を高めるためにはセメント系ある
いは石灰系の安定材を添加してもよい。安定材の作用に
より固化した後は自立可能で、壁体構造として立坑壁体
に隣接して構築した場合に、立坑壁体へ作用する土圧を
軽減できるという効果も見込める。

【００１６】さらにこの状態から変形吸収壁２０の外側
の地盤内に設置された外部凍結管４０を運転すると、凍
土領域２は凍結膨張し始め、凍土領域２の一部が変形吸
収壁２０側にはらみ出すように成長する。この凍土領域
２の成長に対して変形吸収壁２０の一部は圧壊するよう
に塑性変形して対応する。このような塑性変形が生じる
と、凍土領域２側からの凍結膨張圧は変形吸収壁２０部
分で吸収されてしまい、立坑壁体に凍結膨張圧は作用し
なくなる。このため、立坑壁体の応力増加は抑制され
る。

【００１７】次いで、シールド掘削機１の発進により連
続地中壁１１の一部に設けられた仮壁１２が撤去される
と、変形吸収壁２０のビーズ混合処理土と、変形吸収壁
２０内部に配筋された補強筋かご２４とは、シールド掘
削機１のカッタービットにより容易に破砕、破断され
る。これにより、シールド掘削機１は通常の掘進動作に
より変形吸収壁２０を容易に貫通できる。

【００１８】以上のように構成された凍結膨張圧低減構
造体としての変形吸収壁２０を構築する方法について、
その手順を追って説明する。まず、立坑壁体としての連
続地中壁１１を公知の方法により構築する。このとき溝
内に設置する鉄筋かご（図示せず）の外側鉄筋の被り位
置に、内部凍結管３０を取り付ける。この内部凍結管３
０の一部には、シールド掘削機１の外径寸法より僅かに
大きな曲率半径で曲げ加工したリング状管３２が設けら
れている。そしてリング状管３２の中心位置がシールド
掘削機１の軸方向中心線位置と一致するように位置決め
して、鉄筋かごを安定液内に沈める。その後、壁体コン
クリートを安定液と置換させながら打設し、連続地中壁
１１を構築する。連続地中壁１１が完成したら、シール
ド掘削機１の仮壁１２が位置する連続地中壁１１の地山
側に変形吸収壁２０用の溝を掘削する。この溝掘削にお
いても、地山の崩壊を防止するために溝内を安定液で満
たすようにすることが好ましい。次いで、ＦＲＰロッド
を組み立てて構成した補強筋かごを、安定液内に沈め
る。その後、安定液と置換するように、ビーズ混合処理
土を所定の壁高まで溝内に充填する。ビーズ混合処理土
は、地上に設置されたプラントで製造し、送泥ポンプに
より溝内に圧送する。所定の深度までビーズ混合処理土
を充填して変形吸収壁２０とする。次いで、変形吸収壁
２０の天端より浅い部分を、現地発生土で埋め戻して変
形吸収壁２０の構築を完了する。この作業と同時、ある
いは前後して外部凍結管４０を凍結予定領域となる所定
の地盤内に埋設し、冷凍ユニット３５との接続を行う。

【００１９】変形吸収壁２０のビーズ混合処理土が所定
強度に達したら、地上部の冷凍ユニット３５の運転を開
始し、内部凍結管３０及び外部凍結管４０内に冷却液を
循環させて地盤内に凍土領域２を造成するとともに、仮
壁を囲むようにリング状の凍結領域を造成する。

【００２０】このように連続地中壁１１の一部とシール
ド掘削機１の進行方向位置の地盤とを凍結させた状態で
連続地中壁１１のシールド掘削機１の発進位置の仮壁１
２を撤去する。このとき凍結膨張により変形した変形吸
収壁２０が所定の強度を保持し、さらに進行方向に凍土
領域２が造成されているので、切羽解放部分の山留め等
の補強を行う必要はない。なお、開口部の内周縁にエン
トランスパッキン等を装着することにより、変形吸収壁
２０貫通後に、立坑内に地下水が流入しないようにする
ことができる。仮壁１２が撤去されたら、シールド掘削
機１を変形吸収壁２０位置まで前進させ、シールド掘削
機１の前面カッタ部を運転させながら推進して変形吸収
壁２０部分を掘進する。この変形吸収壁２０はシールド
掘削機１のカッタービットにより容易に破砕、破断可能
なモルタル部分と引張材（ＦＲＰロッド）とから構成さ
れている。このため、シールド掘削機１は安定した状態
で変形吸収壁２０部分を貫通して掘進することができ
る。

【００２１】また、以上の説明はシールド発進立坑を例
に説明したが、シールド到達立坑のシールド掘削機到達
部分の壁体の補強や、凍結領域の近傍に位置する管路等
の既存構造物の防護のためにも適用できることは言うま
でもない。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、凍結膨張圧による非凍結領域および既存構造
物の付加応力の増加を、最小限にした状態でシールド掘
削機の発進を安全に行うことができ、その際の補強のた
めの工費も従来より十分安価なものとすることができる
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による凍結膨張圧低減構造体の一実施の
態様を示した断面図。

【図２】図１に示した凍結膨張圧低減構造体のII-II断
面線に沿って示した断面図。

【図３】従来のシールド立坑の凍結工法における凍結膨
張圧低減手段の一例を示した断面図。

【図４】図３に示した凍結膨張圧低減手段をIV-IV断面
線に沿って示した断面図。

【符号の説明】

１ シールド掘削機 ２ 凍結領域 １０ シールド立坑 １１ 連続地中壁 ２０ 補強壁 ２４ 補強筋かご ３０ 内部凍結管 ３５ 冷凍ユニット ４０ 外部凍結管

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】凍結予定領域と既存構造物との間の地盤内
   に構築され、前記凍結予定領域が凍結膨張した際に、そ
   の一部が塑性変形して膨張圧を吸収し前記既存構造物の
   付加応力の増加を阻止するようにした変形吸収壁からな
   ることを特徴とする凍結膨張圧低減構造体。
2. 【請求項２】前記変形吸収壁は、ビーズ混合処理土を地
   盤内に充填して造成した壁体構造であることを特徴とす
   る請求項１記載の凍結膨張圧低減構造体。
3. 【請求項３】前記変形吸収壁は、壁体内部に繊維補強樹
   脂ロッドを縦横に配置した補強筋かごが埋設されたこと
   を特徴とする請求項１記載の凍結膨張圧低減構造体。
4. 【請求項４】既存構造物と凍結予定領域との間の地盤内
   に溝状孔を掘削し、該溝状孔内にビーズ混合処理土を充
   填して前記既存構造物と凍結予定領域との間に変形吸収
   壁を構築したことを特徴とする凍結膨張圧低減構造体の
   構築方法。