JPH112087A - 地盤中への管挿入時に於ける止水方法 - Google Patents

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２つ割円環状鋼板から成る
凍結板２２，２２には凍結管２３と吸水性膨張材２４ａ
とが配設されるとともに、凍結板２２の先端は該凍結管
２３及び吸水性膨張材２４ａよりも地盤奥方向へ突出
し、先端縁に他の吸水性膨張材２４ｂが配設されてい
る。また、下方の凍結板２２の下側部には排水管２６が
配管され、その先端が前記凍結管２３及び吸水性膨張材
２４ａと前記他の吸水性膨張材２４ｂとの間隙部２５に
位置している。そして、該排水管２６を湧水の逃げ道と
しつつ、凍結管２３に液体窒素を導入して凍結治具２１
周辺に凍結領域Ｒを形成する。

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
法等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６及び図７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、地下水が管の外周や継手部分を伝って開削孔の
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、凍結板に凍結管と吸
水性膨張材とを配設し、且つ、凍結板の先端を該凍結管
及び吸水性膨張材よりも突出させて、該凍結板の先端縁
に他の吸水性膨張材を配設することにより凍結治具を形
成し、この凍結治具を開削孔から地盤中へ挿入する管の
発進部に、その先端を地盤奥へ向けて設置し、且つ、排
水管の取水口を前記凍結管及び吸水性膨張材と前記他の
吸水性膨張材との間に位置させて、該排水管を湧水の逃
げ路にしつつ前記凍結管に凍結剤を導入して、凍結治具
周辺に凍結領域を形成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５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
も浸み込んで硬化し、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、粘性の低い地下水に対する止水効果は期待
できない。

【０００９】そこで、前記パイプルーフ鋼管発進部２０
に凍結治具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。

【００１０】図２に示す如く、凍結治具２１は半割円環
状の鋼板から成る２枚の凍結板２２，２２を対向させた
２つ割り円環状に形成されており、各凍結板２２の外周
面手前寄り部分（図中左手前）に葛折り状の凍結管２３
が配管され、更に、該凍結管２３上に２列の吸水性膨張
材２４ａ，２４ａが被装されている。また、凍結板２２
の先端縁（図中右奥）には他の吸水性膨張材２４ｂが被
装され、該他の吸水性膨張材２４ｂと前記凍結管２３及
び吸水性膨張材２４ａ，２４ａとの間には一定の間隙部
２５が設けられている。そして、下方の凍結板２２の下
側部に配管された左右２本の排水管２６，２６の先端
（取水口２６ａ）が、丁度前記間隙部２５に位置してい
る。

【００１１】ここで、前記吸水性膨張材２４ａ，２４
ａ，２４ｂは高分子材料を繊維状に編み込んで形成した
ものであり、紙おむつに類似しているがそれよりも強度
が高く、吸水性に富み膨張率も大きい。また、排水管２
６については湧水量に応じてその管径や本数を調節す
る。

【００１２】前記凍結管２３の往路２３ａ及び復路２３
ｂ並びに前記排水管２６は、共に凍結板２２から手前方
向へ引き出され、図１に示した如く、先掘部１４から開
削孔１１へ延出して上方へ折曲し、地上へ配管されてい
る。図３に示す如く、地上へ至った凍結管２３の往路２
３ａは断熱配管２７に接続している。該断熱配管２７に
は電磁弁２８が介装されるとともに、その基端は液体窒
素ボンベ２９に接続している。一方、該凍結管２３の復
路２３ｂの先端は地上で開放されている。また、前記排
水管２６の出口端部付近にはバルブ３０が介装されてい
る。

【００１３】而して、地下水位Ｌが高い場合には、前記
先掘部１４から地下水が開削孔１１へ向けて流出してく
る。この地下水を前記吸水性膨張材２４ａ，２４ａ，２
４ｂが吸収して膨張し、凍結治具２１と先掘部１４との
隙間に該吸水性膨張材２４ａ，２４ａ，２４ｂが隅々ま
で行き亘るようになる。これによって該吸水性膨張材２
４ａ，２４ａ，２４ｂを配設した部分からの漏水は殆ど
なくなり、前記バルブ３０を開口しておくと、排水管２
６，２６に主な流れが集中する。

【００１４】そして、前記電磁弁２８を開口して、液体
窒素ボンベ２９から液体窒素を凍結管２３へ導入すれ
ば、排水管２６，２６の管内以外はほぼ静水状態になっ
ているので、急速に凍結治具２１の周辺が凍結されてい
く。凍結管２３を通過した液体窒素はその復路２３ｂの
先端開放部から大気中へ気化放出される。従って、開削
孔１１内の窒素濃度が異常に高くなることはない。

【００１５】ところで、凍結治具２１に先端縁の吸水性
膨張材２４ｂが無く、手前側の吸水性膨張材２４ａ，２
４ａだけが設けられていたとすると、地下水圧が低いと
きは問題ないが、地下水圧が高いときは該吸水性膨張材
２４ａ，２４ａを配設した部分等から漏水して、水が流
れをもつようになるので、いくら液体窒素を投入しても
之を凍結させるのは困難である。

【００１６】これに対して、本発明では直接凍結管２３
に接触している吸水性膨張材２４ａ，２４ａとは別に、
その奥方向にも間隙部２５を介して他の吸水性膨張材２
４ｂを設けてあるので、地盤の奥から先掘部１４へ流れ
込んで来た地下水は先ず該他の吸水性膨張材２４ｂによ
って減圧・減水された後に、前記間隙部２５を通過して
前記吸水性膨張材２４ａ，２４ａへ至ることになる。し
かも、間隙部２５には流水の逃げ路となる排水管２６，
２６の取水口２６ａが位置しているので、殆どが該排水
管２６，２６内へ流れ込んで吸水性膨張材２４ａ，２４
ａの部分ではほぼ静水状態が保たれる。

【００１７】即ち、本発明では凍結管２３及び吸水性膨
張材２４ａ，２４ａから成る凍結止水ゾーンＺの奥に他
の吸水性膨張材２４ｂから成る減圧・減水ゾーンＺ′を
設けることにより、地下水圧が直接凍結止水ゾーンＺに
作用しないように構成したものである。（発明者が吸水
性膨張材（商品名ベルオアシス）を用いて減圧・減水実
験をした結果、内部水圧１．０kgf ／cm² までの耐久性
及び３〜４割の漏水減少を確認した。また、そのときの
透水係数は約２．５×１０^-1cm／s であった。） 斯くして、凍結止水ゾーンＺに於いては極めて簡単に氷
が生成され、且つ、急速に成長する。そして、凍結治具
２１の周辺に凍結領域Ｒが形成されてパイプルーフ鋼管
発進部２０に於ける地下水の流路を閉塞し、地下水は排
水管２６，２６からしか流出することができなくなる。

【００１８】この凍結領域Ｒが充分に成熟したときは前
記バルブ３０を閉じる。これにより排水管２６，２６に
よる逃げ路が絶たれ、全地下水圧が凍結領域Ｒに作用す
ることとなるが、もはや該凍結領域Ｒを突き破ることは
できない。斯くして、パイプルーフ鋼管発進部２０が完
全に止水される。尚、地下水圧が極めて高いときは前記
他の吸水性膨張材２４ｂを複数個並設する等して、減圧
・減水ゾーンＺ′を多段構成にするとよい。

【００１９】凍結治具２１の近傍には温度センサ３１を
設置して、その検出値をコントローラ３２へ出力する。
該コントローラ３２には冷却温度目標値が設定されてお
り、前記検出値がこの目標値に達したときは、該コント
ローラ３２にて電磁弁２８を閉止して液体窒素の投入を
停止する。その後、前記検出値が目標値よりも高温にな
ったときは、再び電磁弁２８を開口して液体窒素を再投
入する。これにより必要最小限の液体窒素で凍結領域Ｒ
を維持することができる。

【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圧が
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】そして、図１に示した如く、先掘部１４に
パイプルーフ鋼管３３を挿入して、その先端を掘削機１
５に連結する。このとき、該パイプルーフ鋼管３３は２
つ割り円環状の凍結板２２，２２の内腔に貫挿される。
然る後に、掘削機１５を駆動して掘進を開始する。パイ
プルーフ鋼管３３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。これにより、掘削機１５と
共にパイプルーフ鋼管３３が地盤１３の水平奥方向へ押
し込まれていく。

【００２２】而して、前述した凍結止水措置は、地盤１
３中へ挿入される各パイプルーフ鋼管３３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３
３，３３…を並設してパイプルーフ３４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
３４の上下両側に凍結領域Ｒが周設されることになる。

【００２３】同図に於いて、３３ａ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３３
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３５，３５が突設されている。一方、その
他のパイプルーフ鋼管３３は左右何れか一側に雌継手３
５が突設され、その反対側には雄継手３６が突設されて
いる。これら雌継手３５及び雄継手３６は前記一対の凍
結板２２，２２の両側端縁間の間隙３７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３
３ａ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３３（３３ａ）の雌継手３５
に新しく設置するパイプルーフ鋼管３３の雄継手３６を
嵌合させつつ挿入していく。

【００２４】また、前記雌継手３５内には予め発泡スチ
ロール３８を詰めておく。これは、パイプルーフ鋼管３
３を地盤１３中に挿入する際にその雌継手３５内に土砂
が侵入すると、次に挿入するパイプルーフ鋼管３３の雄
継手３６を前記雌継手３５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３６は前記発泡スチロール３８を破砕しながら雌継
手３５に嵌合していく。

【００２５】このような雌継手３５と雄継手３６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３９を設置すれば、この継手部分も
凍結の発生源になるので、パイプルーフ３４全体を完全
に止水することができる。

【００２６】図５はその凍結治具３９を示し、幅狭薄肉
の鋼製平板から成る凍結板４０の一側面にＵ字型凍結管
４１を配管するとともに、該Ｕ字型凍結管４１上に吸水
性膨張材４２ａを被装し、更に、凍結板４０の先端縁に
は他の吸水性膨張材４２ｂを被装してある。図４に示し
た如く、この凍結治具３９は雄継手３６の各片間に挿入
設置される。また、雌継手３５内の一隅に排水管４３を
配管してある。そして、前記凍結治具２１と同様に、排
水管４３を湧水の逃げ路にしつつＵ字型凍結管４１に液
体窒素を導入して継手部分を凍結する。

【００２７】尚、前記パイプルーフ鋼管３３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及び排水管２６並びに凍結治具３
９及び排水管４３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。

【００２８】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。特に、ＭＦシールドカモメ部等のように形状が複
雑であっても、吸水性膨張材が水分を吸収すれば、その
複雑な形状の隅々まで膨張して行き亘るようになるの
で、適応性が極めて高い。そして、本発明がそれらのも
のに及ぶことは当然である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、凍結管
及び吸水性膨張材から成る凍結止水ゾーンの奥に他の吸
水性膨張材から成る減圧・減水ゾーンを設けることによ
り、地下水圧が直接凍結止水ゾーンに作用しないように
構成されている。また、凍結止水ゾーンと減圧・減水ゾ
ーンとの間に排水管の取水口を位置させて湧水を排水管
へ逃がすことにより、凍結止水ゾーンを静水状態に保つ
ことができる。これにより、地下水圧が大きい場合であ
っても凍結止水ゾーンに於いては極めて容易に氷が生成
され、且つ、急速に成長する。斯くして、管発進部に凍
結領域が形成され湧水を完全に止水することができる。

【００３０】而して、本発明を従来の薬液やグラウト注
入等の手段と比較すれば、施工が極めて簡単であり、工
期短縮及び工費低減にも寄与することができる。また、
泥岩層や軟岩屑等に対しても極めて有効である。更に、
吸水性膨張材が水分を含んで膨張し、隅々まで行き亘る
こととなるので、管形状がいかに複雑であっても充分に
適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示し、パイプルーフ鋼管
発進部周辺の側面断面図。

【図２】図１に於ける凍結治具及び排水管の斜視図。

【図３】図１に於けるパイプルーフ鋼管発進部と地上設
備との側面解説図。

【図４】図１に於ける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】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７】図６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 凍結板 ２３ 凍結管 ２４ａ 吸水性膨張材 ２４ｂ 他の吸水性膨張材 ２５ 間隙部 ２６ 排水管 ２６ａ 取水口 ２８ 液体窒素ボンベ ３３ パイプルーフ鋼管 ３４ パイプルーフ Ｒ 凍結領域 Ｚ 凍結止水ゾーン Ｚ′ 減圧・減水ゾーン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 凍結板に凍結管と吸水性膨張材とを配設
   し、且つ、凍結板の先端を該凍結管及び吸水性膨張材よ
   りも突出させて、該凍結板の先端縁に他の吸水性膨張材
   を配設することにより凍結治具を形成し、この凍結治具
   を開削孔から地盤中へ挿入する管の発進部に、その先端
   を地盤奥へ向けて設置し、且つ、排水管の取水口を前記
   凍結管及び吸水性膨張材と前記他の吸水性膨張材との間
   に位置させて、該排水管を湧水の逃げ路にしつつ前記凍
   結管に凍結剤を導入して、凍結治具周辺に凍結領域を形
   成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。