JPH108873A

JPH108873A - 地盤中への管挿入時に於ける止水方法

Info

Publication number: JPH108873A
Application number: JP15991296A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ito; 洋伊藤; Katsuhiko Sakaguchi; 雄彦坂口; Harufumi Miwa; 晴文三輪; Kazunari Mitsuishi; 一成光石; Tomoyuki Mizuta; 知幸水田
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 1996-06-20
Filing date: 1996-06-20
Publication date: 1998-01-13

Abstract

(57)【要約】【課題】開削孔から地盤中へ管を挿入する場合に、地
下水が開削孔へ湧水するのを簡易、且つ、確実に防止す
る。【解決手段】山留壁１２の一部を切除し、更にその奥
の地盤１３を水平方向に所定深さだけ手掘して先掘部１
４を形成する。そして、該先掘部１４に凍結治具２１を
設置する。該凍結治具２１の鋼板２２は、パイプルーフ
鋼管３１の外周に合わせて略半円環状に形成されてい
る。また、該鋼板２２の内周面には流速抵抗材２４を配
設するとともに、外周面には凍結管２５を配管してあ
る。該凍結管２５に液体窒素を導入すれば、凍結治具２
１の周辺が局所的に冷却されて凍結領域Ｒを形成する。
そして、地盤１３中の地下水が先掘部１４へ流れ込んで
来ると、この凍結領域Ｒに捕獲されて凍結することとな
る。斯くして、パイプルーフ鋼管発進部２０から開削孔
１１への湧水が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、開削孔から管を
地盤中へ挿入する時に管発進部から湧水しないように止
水する方法に関するものであり、特に、パイプルーフ工
法に於ける管挿入時に適用される止水方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】パイプ
ルーフ工法は、比較的土被りが小さく、上方に既存構造
物の基礎等がある場合に用いられるトンネル掘削工法で
ある。この工法は図７及び図８に示すように、掘削領域
Ｐの上部に沿って屋根を作るように、開削立坑１から水
平にパイプルーフ鋼管２，２…を挿入して地山の崩れを
防止した後、前記掘削領域Ｐを掘削するものである。

【０００３】斯かるパイプルーフ工法の如く、開削孔か
ら管を地盤中へ挿入する場合、地下水位Ｌが高いような
ときは、地下水が管の外周を伝って開削孔の管発進部か
ら湧水が発生する可能性がある。そのため、従来から薬
液やグラウト注入又は凍土形成等の地盤改良による止水
対策が講じられている。しかし、このような地盤改良措
置はかなり広範囲に行う必要があり、工事の遅延や費用
の増大を招いている。また、泥岩層や軟岩層の地盤に対
しては効果があまり期待できない。

【０００４】そこで、地盤中への管挿入時に於ける簡
易、且つ、確実な止水方法を提供するために解決すべき
技術的課題が生じてくるのであり、本発明は該課題を解
決することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために提案されたものであり、開削孔から地盤中へ
挿入される管の外周に合わせて形成した鋼板に凍結管を
配管して凍結治具を形成し、該凍結治具を開削孔の管発
進部に設置して、その凍結管に凍結剤を導入するととも
に、該凍結治具内に管を挿通しつつ、該管を地盤中へ挿
入する地盤中への管挿入時に於ける止水方法を提供する
ものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
乃至図６に従って詳述する。図１に於いて１１は開削孔
であり、１２はその山留壁である。パイプルーフ工法に
於いては、先ずこの山留壁１２の一部を切除し、更に、
その奥（紙面右）の地盤１３を水平方向に所定深さ（１
〜２ｍ程度）だけ手掘することにより先掘部１４を形成
する。そして、該先掘部１４の切羽に掘削機１５を装填
する。

【０００７】また、前記山留壁１２の表面には前記先掘
部１４の入口に沿って鋼製型枠１６を設置する。該鋼製
型枠１６の中央には前記先掘部１４と連通するように孔
部１７が開穿されており、更に、該孔部１７の内周縁に
沿ってスポンジ１８が配設されている。その後、該鋼製
型枠１６内にモルタル１９を充填する。斯くして、パイ
プルーフ鋼管発進部２０が形成される。

【０００８】尚、前記モルタル１９はスポンジ１８内に
も浸み込むことになる。こうして硬化したスポンジ１８
は、パイプルーフ掘進中に切羽へ送られる泥水や掘進終
了後に注入されるグラウト剤が開削孔１１内へ漏出しな
いようにする栓としての役割を果たす。しかし、地下水
のような粘性が低い流体に対しては遮蔽性が充分でな
く、耐水圧限界は０．３kgｆ／cm²程度であり、その十
倍以上の圧力になる地下水を止水することはできない。

【０００９】そこで、この地下水を完全に止水すべく、
前記パイプルーフ鋼管発進部２０に上下一対の凍結治具
２１，２１を設置する。ここではパイプルーフ鋼管発進
部２０に於ける先掘部１４内に設置することとするが、
前記スポンジ１８の位置に該スポンジ１８に代えて設置
することとしても良い。また、図示は省略するが、前記
先掘部１４内に設置した凍結治具２１，２１はアンカー
によって地盤１３に定着する。

【００１０】図２はこの一対の凍結治具２１，２１を示
し、夫々鋼板２２が後述するパイプルーフ鋼管の外径よ
りも若干大きな曲率半径の略半円環状に形成され、それ
を２個上下に一定の間隙２３だけ隔てて対向することに
よって円環状になる。また、前記鋼板２２の周面には流
速抵抗材２４が配設されている。この流速抵抗材２４は
地下水の流れを滞らせるものであれば良く、高吸水性繊
維布若しくは不織布、グラスウール、ワイヤブラシ又は
鋼材等にて形成されている。

【００１１】そして、前記鋼板２２の外周面には凍結管
２５が配管されている。この凍結管２５は前記鋼板２２
の外周面全体を網羅するように、該鋼板２２を周方向に
辿りながら軸方向に幾重にも蛇行し、更に、その両端は
前記鋼板２２の左右前端縁から手前へ引き出されてい
る。そして、図１に示すように該凍結管２５の両端は先
掘部１４から開削孔１１内へ延出した後、上方へ折曲し
て地上へ至る。

【００１２】更に、図３に示すように、該凍結管２５の
両端のうちの一つは断熱配管２６を介して液体窒素ボン
ベ２７に接続する。前記断熱配管２６には電磁弁２８が
介装されており、コントローラ２９にて該電磁弁２８を
開口すると、前記液体窒素ボンベ２７から液体窒素が断
熱配管２６を経由して前記凍結管２５へ導入される。

【００１３】そして、この液体窒素は前記凍結管２５の
蛇行部分を通過しながら凍結治具２１の周辺を冷却して
凍結していく。そして更に、地上に解放した前記凍結管
２５の他端へ導かれて、大気中へ気化放出される。

【００１４】ここで、前記凍結管２５の他端を開削孔１
１内で止めずに地上まで延出して解放することとしたの
は、開削孔１１内で解放すると該開削孔１１内の窒素濃
度が異常に高くなり危険だからである。

【００１５】また、前記凍結治具２１の近傍には温度セ
ンサ３０を設置し、その出力を前記コントローラ２９へ
接続する。該コントローラ２９には冷却温度目標値が設
定されており、前記出力がこの目標値に達した場合は、
前記電磁弁２８を閉成して液体窒素の投入を停止する。
その後、前記凍結治具２１周辺の温度が上昇して前記出
力が前記目標値を上回った場合には、再び前記電磁弁２
８を開口して、液体窒素を再投入する。このように自動
制御にて液体窒素を間欠的に投入しつつ、前記凍結治具
２１周辺の温度管理を行う。

【００１６】こうして図１に示す如く、該凍結治具２１
の周辺に局所的な凍結領域Ｒが形成される。そして、地
盤１３中の地下水がパイプルーフ鋼管発進部２０へ流れ
込んで来ると、この凍結領域Ｒに捕獲されて凍結するこ
ととなる。

【００１７】而して、該凍結領域Ｒ及び前記一対の凍結
治具２１，２１を貫通するように、パイプルーフ鋼管３
１をパイプルーフ鋼管発進部２０へ挿入し、その先端を
前記掘削機１５に連結する。然る後に、該掘削機１５を
駆動して該掘削機１５による掘削孔３２を形成してい
く。前記パイプルーフ鋼管３１の後方には掘進ジャッキ
（図示せず）を設け、掘進の反力をとる。斯くして、前
記掘削機１５と共にパイプルーフ鋼管３１が地盤１３の
水平奥方向へ押し込まれていく。

【００１８】このように、凍結領域Ｒを形成しても該凍
結領域Ｒを貫通するパイプルーフ鋼管３１が動くので、
両者が完全に固着する訳ではない。また、前記掘削機１
５の外径の方がパイプルーフ鋼管３１の外径よりも若干
大きいので、該パイプルーフ鋼管３１と掘削孔３２との
間には多少の隙間ができる。従って、該パイプルーフ鋼
管３１の外周面に沿った水みちが形成され得る。

【００１９】しかし、そのような水流が発生しても、前
記凍結治具２１を通過する際に前記流速抵抗材２４によ
り流れを妨げられ、且つ、液体窒素による殆ど直接的な
冷却を受けるので、急速に凍結し、開削孔１１まで至る
ことはできない。斯くして、該開削孔１１への湧水が発
生することはない。

【００２０】尚、前記凍結領域Ｒは水が凍る程度の温度
であれば良く、比較的軟らかな凍結状態でも余程水流が
大きくない限り充分な止水機能を有する。従って、前記
冷却温度目標値を極低温に設定する必要はなく、液体窒
素を節約することができる。また、前記掘削機１５を傷
めるおそれもない。

【００２１】このような凍結止水措置は、地盤１３中へ
挿入される各パイプルーフ鋼管３１毎に行う。そして、
図４に示す如く、多数本のパイプルーフ鋼管３１，３１
…を並設してパイプルーフ３３を形成すれば、前記パイ
プルーフ鋼管発進部２０に於けるパイプルーフ３３の上
下両側に凍結領域Ｒが周設されることになる。

【００２２】同図に於いて、３１ａは一番初めに挿入さ
れるパイプルーフ鋼管であり、該パイプルーフ鋼管３１
ａの左右両外側面には管軸方向（紙面に対して垂直方
向）に雌継手３４，３４が突設されている。一方、その
他のパイプルーフ鋼管３１は左右何れか一側に雌継手３
４が突設され、その反対側には雄継手３５が突設されて
いる。これら雌継手３４及び雄継手３５は前記一対の凍
結治具２１，２１の間隙２３を介して外方へ突出するこ
とになる。そして、前記パイプルーフ鋼管３１ａを中心
にして左右に順次一本づつ、先行して設置された隣のパ
イプルーフ鋼管３１（３１ａ）の雌継手３４に新しく設
置するパイプルーフ鋼管３１の雄継手３５を嵌合させつ
つ挿入していく。

【００２３】また、前記雌継手３４内には予め発泡スチ
ロール３６を詰めておく。これは、地盤１３中に挿入す
る際に該雌継手３４内に土砂が侵入すると、次のパイプ
ルーフ鋼管３１を挿入する時、その雄継手３５を前記雌
継手３４に嵌合するのが困難になるので、そのような事
態を防止するためである。そして、雄継手３５は前記発
泡スチロール３６を破砕しながら雌継手３４に嵌合して
いく。

【００２４】このような雌継手３４と雄継手３５とによ
る継手構造には止水機能が殆どない。そこで、この継手
部分に別の凍結治具３７を設置すれば、この継手部分に
も凍結が及び、前記凍結治具２１の作用と相俟って止水
効果が更に高まる。

【００２５】図５はその凍結治具３７を示し、幅狭薄肉
の鋼製平板３８の一側面にＵ字型凍結管３９を配管して
ある。該凍結治具３７は前記パイプルーフ鋼管発進部２
０に於ける前記雄継手３５の各片間に挿入設置される。
Ｕ字型凍結管３９の両端のうち一端を液体窒素ボンベに
接続し他端を解放すること、及びコントローラにて温度
管理を行うことについては、前記凍結治具２１の場合と
同様である。

【００２６】以上のような凍結止水措置を施しても、地
下水圧が極めて高かったり、地下水量が多量であったり
した場合には掘進中に突発的な湧水が発生することも考
えられる。然る時は、図６に示す如くそのパイプルーフ
鋼管３１の内腔奥に凍結治具４０を設置する。該凍結治
具４０は前記凍結治具２１と略同一形状をしているが、
鋼板４１の曲率半径はパイプルーフ鋼管３１内へ挿入す
ることができるように前記鋼板２２のそれよりも小さく
なっている。

【００２７】そして、該鋼板４１の外周面に配管された
凍結管４２をパイプルーフ鋼管３１の内周面に密着す
る。斯くして、該凍結管４２に液体窒素を導入すれば、
該凍結管４２を設置した周辺の土壌が凍結して湧水を止
めることができる。但し、この場合は湧水が止むまで温
度管理を行わず、液体窒素を連続投入する。

【００２８】尚、前記パイプルーフ鋼管３１が地盤１３
の向こう側の開削孔に到達した時は、その到達部につい
ても前記凍結治具２１を設置して凍結領域を形成すると
良い。これにより該到達側の開削孔への湧水も防止する
ことができる。

【００２９】而して、本発明は、本発明の精神を逸脱し
ない限り種々の改変を為すことができる。例えば、凍結
剤として液体窒素ではなくブラインを使用しても良い。
（その場合は凍結管を閉回路にして、投入したブライン
を回収冷却して再循環させる。）また、パイプルーフ工
法のみならず、地盤中に管状のものを挿入するあらゆる
工法（シールド、鋼管止水壁等）にも適用することがで
きる。そして、本発明がそれらのものに及ぶことは当然
である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、管発進
部を局所的に凍結して該管発進部周辺に凍結領域を形成
するものである。これにより、たとえ泥岩層や軟岩層の
ような地盤であっても開削孔内への湧水を確実、且つ、
迅速に止水することができる。

【００３１】また、単に管発進部に凍結治具を設置して
凍結剤を導入するだけであるので、従来の薬液やグラウ
ト注入等の手段に比較すれば、極めて簡易に施工するこ
とができ、工期短縮及び工費低減にも寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示し、その側面断面
図。

【図２】図１に於ける一対の凍結治具の斜視図。

【図３】液体窒素を間欠投入して、凍結領域の温度管理
を行う自動制御システムの構成を示す解説図。

【図４】パイプルーフ鋼管発進部を切断面としたパイプ
ルーフ及びその周辺地盤の正面断面図。

【図５】図４に於ける継手部分に設置する凍結治具の平
面図。

【図６】突発的な湧水が発生した場合に於けるその湧水
したパイプルーフ鋼管の管軸方向奥部分を切断面とした
該パイプルーフ鋼管及びその周辺地盤の正面断面図。

【図７】パイプルーフ工法の解説図であり、パイプルー
フ鋼管を挿入後、掘削領域を掘削する前の側面断面解説
図。

【図８】図７に於いて、掘削領域を掘削後の正面断面解
説図。

【符号の説明】

１１開削孔１３地盤１４先掘部１５掘削機２０パイプルーフ鋼管発進部２１凍結治具２２鋼板２５凍結管２７液体窒素ボンベ３１パイプルーフ鋼管３３パイプルーフＲ凍結領域

フロントページの続き (72)発明者光石一成神奈川県横浜市神奈川区富家町１番地１株式会社熊谷組横浜支店内 (72)発明者水田知幸神奈川県横浜市神奈川区富家町１番地１株式会社熊谷組横浜支店内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】開削孔から地盤中へ挿入される管の外周
に合わせて形成した鋼板に凍結管を配管して凍結治具を
形成し、該凍結治具を開削孔の管発進部に設置して、そ
の凍結管に凍結剤を導入するとともに、該凍結治具内に
管を挿通しつつ、該管を地盤中へ挿入することを特徴と
する地盤中への管挿入時に於ける止水方法。