JPH10317897A

JPH10317897A - 地下水の流動阻害防止構造、およびそのためのセグメントピース並びにセグメントリング

Info

Publication number: JPH10317897A
Application number: JP9132575A
Authority: JP
Inventors: Toshio Kodama; 敏雄児玉; Kenkichi Moriyama; 健吉森山; Koushirou Saiki; 公嗣良斎木; Norio Unno; 紀夫海野; Kunihiro Hirayama; 国弘平山; Toru Moriyama; 亨守山
Original assignee: Sato Kogyo Co Ltd
Current assignee: Sato Kogyo Co Ltd
Priority date: 1997-05-22
Filing date: 1997-05-22
Publication date: 1998-12-02
Anticipated expiration: 2017-05-22
Also published as: JP3846972B2

Abstract

(57)【要約】【課題】地下水の流動阻害を防止する。【解決手段】地中掘削によって構築される地下構造物１
Ａの周壁内部に、周方向に沿う環状の通水管２Ａを設
け、地下構造物１Ａの地下水の流動方向で上流側に、通
水管２Ａに通じ地中内に突出する集水手段４，４と、そ
の反対の下流側に通水管２Ａに通じ地中内に突出する放
水手段５，５を設ける。地下構造物１Ａの上流側の地下
水は、集水手段４，４により集水され通水管２Ａに導入
された後、通水管２Ａを介して放水手段５，５に達し、
ここから下流側に放水される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非開削の状態での
地中掘削に基づいて構築した地下構造物において生ず
る、地下水の流動阻害の防止構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】地下水流動のある地盤において、道路用
トンネル、鉄道用トンネル等の地下構造物を構築した場
合、短期的あるいは長期的な地下水の流動阻害が生じ、
これによる周辺地盤の沈下や井戸水確保の困難化などが
問題となる。

【０００３】例えば図１４に示すように、地下構造物１
００が透水層と難透水層または不透水層（以下、単に難
透水層という）とに跨がって、地下水流動を堰き止める
位置にある場合、地下水の流動が阻害される。図示の例
では、地下構造物１００を挟んで上流側の地下水面ｈ１
が当該地下構造物１００の最上部を越える位置ｈ２まで
上昇する一方、下流側の地下水面ｈ３はその上昇分だけ
下方の位置ｈ４まで下降することになる。このため、地
下構造物１００の地下水流動方向に下流側において地盤
沈下や井戸水確保の困難化を生ずる。

【０００４】また、地下構造物が透水層と難透水層また
は不透水層とに跨がっていなくとも、例えば地下構造物
が地下水流動経路に位置する場合には、地下水の流動は
阻害される。

【０００５】従来、地下構造物の構築を開削工法により
行う場合には、図１５に示すように、地下構造物１１０
を挟んで上流側および下流側に集水用および放水用の縦
坑１１１，１１２をそれぞれ形成し、これらを地下構造
物１１０の下方側の難透水層に形成した横坑１１３によ
り通じさせて、地下水の流動阻害を防止していた。ま
た、地下構造物の外周に沿って通水管を設けたり同様に
透水領域を形成することも行われていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、含水未
固結地盤においては、一般にシールド工法等の地中掘削
によって地下構造物を構築する工法が採用されるにもか
かわらず、かかる工法によって構築された地下構造物に
より生ずる地下水の流動阻害を防止するための有効な提
案はなかった。

【０００７】すなわち、開削工法により地下構造物を構
築する際には、その地下構造物の外周に沿って通水管を
設けたり透水領域を形成することは比較的容易である
が、これを非開削状態での地中掘削により地下構造物の
構築を行う工法に適用することはできない。

【０００８】また、地中掘削により地下構造物の構築を
行う場合であっても、前述した従来例のように通水のた
めの縦坑および横坑を形成することはできるが、作業が
大規模になるため好ましくない。

【０００９】そこで、本発明の主たる課題は、地中掘削
によって構築される地下構造物による地下水の流動阻害
を防止し、もって、周辺地盤の地下水環境の保全を図る
ことにある。また、他の課題は、地下水の流動阻害の防
止を図る上での作業の簡素化を図ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明は、地中掘削に基づいて構築される地下構造物の一方
側から他方側へ通じる通水路を形成したことを特徴とす
る地下水の流動阻害防止構造である。

【００１１】この発明において、前記通水路を、通水管
および透水性材料からなる層の少なくとも一方によって
構築するのが好ましい。また、前記通水路に通じ、かつ
前記地下構造物の一方側において地下水の集水を行う集
水手段、および前記通水路に通じ、かつ前記地下構造物
の他方側において地下水の放水を行う放水手段の、少な
くとも一方を設けるのは好ましい。さらに、前記地下構
造物は、シールド工法によって構築されるシールドトン
ネル、またはコンクリート類吹付工法によって構築され
るトンネルである場合が提案される。

【００１２】一方、シールド工法により構築されるシー
ルドトンネルに対して、本発明の地下水の流動阻害の防
止構造を適用するための装置として、一方側の周方向連
結面近傍から他方側の周方向連結面近傍まで延在する通
水管を備えることを特徴とするセグメントピースが提案
される。

【００１３】また、このセグメントピースにおいて、少
なくとも地山側面に開口し、かつ前記通水管に通じる通
水孔を設けたものも提案される。

【００１４】さらに、周壁に、周方向に延在する一体的
な通水管を備えるとともに、少なくとも地山側面に開口
し、かつ前記通水管に通じる通水孔を備えることを特徴
とするセグメントリングも提案される。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明に係る地下水の流動阻害の
防止構造は、前述したように、地中掘削に基づいて構築
される地下構造物（本発明にいう地下構造物は、断面形
状に限定されず、例えば円形であっても異形であっても
良い）の一方側から他方側へ通じる通水路を形成したも
のであり、地下構造物内に通水路を形成する態様および
地下構造物の外側近傍に通水路を形成する態様が考えら
れる。

【００１６】すなわち、先ず地下構造物内に通水路を形
成するものとして、図１に示すように、地下構造物１Ａ
の周壁内部に、周方向に延在して環状とされた通水管２
Ａを設ける態様（第１の態様）が考えられる。図示の例
では、地下構造物１Ａの地下水流動方向で上流側に、通
水管２Ａに通じかつ地中内に突出する集水手段４，４が
設けられ、その反対の下流側に通水管２Ａに通じかつ地
中内に突出する放水手段５，５が設けられている。この
場合、地下構造物１Ａの上流側の地下水は、集水手段
４，４により集水されて通水管２Ａに導入された後、通
水管２Ａを介して放水手段５，５に達し、ここから下流
側に放水される。

【００１７】この態様の変形例として、図２に示すよう
に、地下構造物１Ｂの内部空洞側に、周方向に延在して
環状とされた通水管２Ｂを設ける態様（第２の態様）が
考えられる。また、これとは逆に、図３に示すように地
下構造物１Ｃの外側に環状の通水管２Ｃを設ける態様
（第３の態様）も考えられる。これらの態様において
も、地下水は、地下構造物１Ｂ（または１Ｃ）の上流側
の地下水は、集水手段４，４、通水管２Ｂ（または２
Ｃ）および放水手段５，５の順に通水されて下流側に放
水される。尚、これら第２および第３の態様には、通水
管を地下構造物の周壁外面あるいは周壁内面に埋め込ん
だものも含まれる。

【００１８】また、地下構造物に内部空洞を横切る横断
通水路を設ける態様（第４の態様）も考えられる。例え
ば、図４に示すように、上記第２の態様に従って環状の
通水管２Ｂ’を地下構造物１Ｂ’の内部空洞側に設ける
とともに、内部空洞を上下２段に分ける仕切壁６の内部
に、通水管２Ｂ’における地下水の流動方向で上流側の
部分および下流側の部分を結ぶ横断通水管７を設ける。
この場合、横断通水管は仕切壁の外面に沿わせて設けて
も良い。また上記第１の態様および第３の態様に従って
通水路を構築する場合、および次述する第５の態様に従
って通水路を形成した場合であっても、ここにいう横断
通水路を設けることができる。

【００１９】地下構造物の外側近傍に通水路を形成する
態様としては、図５に示すように、地下構造物１Ｄの外
側を囲んで、透水性材料からなる層２Ｄを設ける態様
（第５の態様）が考えられる。透水性材料としては、山
砂等の透水性の高い砂、透水性コンクリート等が考えら
れる。この場合、同図中に矢印で示すように、地下構造
物１Ｄの上流側の地下水は、透水性材料からなる層２Ｄ
を介して下流側に通水される。

【００２０】これら図示した態様では、地下構造物の上
側および下側の両方に通水路を形成しているが、本発明
はこれに限定されず、例えば地下構造物の上側のみある
いは下側のみに通水路を形成することができる。前述の
横断通水路のみを設けても良い。通水性の観点からは、
少なくとも地下構造物の下側には通水路を形成するのが
好ましい。また、上述の地下構造物の上側のみあるいは
下側のみに通水路を形成する態様等や、前述の第１〜第
５の態様を、適宜、組み合わせることもできる。例え
ば、第１の態様（第２、第３または第４の態様）におけ
る通水管を設けるとともに第５の態様の透水性材料から
なる層を形成したり、あるいは第１の態様における通水
管を設けるとともに第２の態様（または第３の態様）の
通水管を設けることができる。尚、本発明では、地下水
の流動方向と通水路の通水方向（通水路における集水部
分と放水部分とを結ぶ方向）とのなす角度は適宜定める
ことができる。

【００２１】一方、これらの態様は、シールド工法によ
り構築されるシールドトンネルや、ＮＡＴＭ工法等のコ
ンクリート類吹付工法により構築されるトンネル等の、
非開削の状態での地中掘削に基づいて構築される地下構
造物に対して適用される。そこで、次に、シールド工法
により構築されるシールドトンネルに対して、上記第１
の態様の通水路を形成する場合について、さらに具体的
に説明する。

【００２２】先ず、通常のシールド工法と同様に、現場
施工に先立ってセグメントピースを製造する。セグメン
トの種類としては、鉄筋コンクリート（ＲＣ）セグメン
ト、合成セグメント、スチールセグメント、ダグタイル
セグメントのいずれであっても良い。

【００２３】本発明に係るセグメントピース１１は、図
６および図７に示すように単位通水管１３ａを内装す
る。単位通水管１３ａは、略、セグメントピース１１に
おける一方側の周方向連結面から他方側の周方向連結面
まで延在するが、その両端は各連結面には達しない。こ
れと異なり、通水管を一方側の周方向連結面から他方側
の周方向連結面まで延在させることもできる。この場
合、後述するセグメントピースの連結によって、自動的
に、一方のセグメントピースの通水管の端部を、これに
連結される他方のセグメントピースの通水管の端部に連
結させることができるため好ましい。また、後述の連結
ボックス２３や連結管２４を使用しないため、これに伴
う連結作業が必要なくなる点でも好ましい。

【００２４】セグメントピース１１は、単位通水管１３
ａ有する点以外は基本的には公知のものと異ならなず、
その略中央においてセグメント内空側および地山側に連
通するグラウトホール２２、周方向側面にあって他のセ
グメントピースとの連結を可能ならしめる周方向継手
（いわゆるセグメント間継手）２０，２０…、およびト
ンネル延長方向側面にあって他のセグメントリングとの
連結を可能ならしめるいわゆるリング間継手２１，２１
…を備える。単位通水管１３ａは、グラウトホール２２
に通じるように設けられる。また、図８にも示すよう
に、他のセグメントピースの単位通水管１３ａとの連結
のため、両側の周方向側部には単位通水管１３ａの端部
が露出するようにセグメント内空面に開口する連結ボッ
クス２３が設けられる。例えば、鉄筋コンクリートセグ
メントの場合、図９に示すように鉄筋Ｆの間に単位通水
管１３ａを通せば良い。

【００２５】現場での施工においては、通常のシールド
工法と同様に、このセグメントピース１１をシールド機
の後方に搬入し、各々の周方向継手２０，２０…を連結
してセグメントリング１２を構築する（図１０参照）。
本例では、集水管１４，１４および放水管１５，１５
は、グラウトホール２２，２２…を利用して取付けるた
め、地下水流動の上流側および下流側の適宜の位置にグ
ラウトホール２２，２２…がくるようにセグメントリン
グ１２を組み立てる。集水管１４，１４および放水管１
５，１５の取付け孔は、グラルトホール２２，２２…と
は別の任意の位置に設けることもできる。

【００２６】次に、図１１にも示すように、各グラウト
ホール２２，２２…を介してグラウト材Ｇを裏込注入し
た後、各グラウトホール２２，２２…から集水管１４，
１４（または放水管１５，１５）の長さに応じた深さに
まで削孔機を用いて削孔する。この場合において、地質
が岩の場合には削岩機を用いることができる。また必要
に応じて手掘りで孔開けを行っても良い。これによって
形成された孔には、集水管１４，１４（または放水管１
５，１５）を嵌め込む。２５，２５…はキャップであ
る。

【００２７】続いて（あるいは併行して）、隣合う単位
通水管１３ａ，１３ａの端部同士を連結して、セグメン
トリング１２の周壁内部に、一体的な環状の通水管１３
を構築する。具体的には、図１２および図１３に詳しい
ように、連結ボックス２３，２３…内に突き出た単位通
水管１３ａ，１３ａの端部同士を、連結管２４を介して
連結する。連結を容易にするために、連結管２４には可
撓性の管を用いるのが好ましい。通水管同士の連結が終
了したならば、連結ボックス２３，２３…内にモルタル
を打設して連結部分を埋め殺す。

【００２８】さらに、内面の平滑化及び化粧、シールド
施工時に生じた蛇行の修正、セグメントの補強、トンネ
ルの防蝕等、必要に応じて、セグメント内面の二次覆工
等を行う。以降、シールド機の掘進に伴って前述の作業
を繰り返し行って、シールドトンネル１０が完成する。
完成したシールドトンネル１０は、その上流側の地下水
が、集水管１４，１４によって通水管１３に導かれた
後、図示の場合には主に下側の通水管１３を介して反対
側の放水管１５，１５に達し、ここから再度地中に放出
される。このため、前述した図１に示す例と同様に、シ
ールドトンネル１０が透水層と難透水層に跨がって位置
している場合であっても、地下水の流動は阻害されな
い。またセグメントピース１１には予め単位通水管１３
ａが内装されているため、現場での作業の簡素化が図ら
れる。

【００２９】ここでは、前述した第１の態様に従って、
シールドトンネルの周壁内部に通水管を設けた例につい
て説明した。前述の第２の態様および第３の態様に従っ
て通水管を設ける場合でも略同様である。

【００３０】すなわち、図示しないが、通水管をセグメ
ントピースの内面または外面に沿わせて設ければ良い。
但し、通水管をセグメントピースの外面に沿わせて設け
る場合には、セグメントピース組み立て時における通水
管の連結のため、連結ボックスを地山側に開口させてお
く必要がある。また、通水管をセグメントピースの内面
に沿わせて配する場合（内面に埋め込む場合を除く）に
は、連結ボックスは必要ない。特に、この場合、現場
で、例えばセグメントリング組み立て後に通水管を配置
することもできる。

【００３１】第４の態様に従って横断通水路を構築する
場合には、仕切壁を構築するに当たり、前もって仕切壁
の内部に若しくは外面に沿わせて横断通水管を配設して
おき、これを通水管や、集水手段、放水手段に連結すれ
ば良い。また、仕切壁構築後に、仕切壁の外面に沿わせ
て横断通水管を配設し、これを通水管や集水手段、放水
手段に連結しても良い（図示せず）。

【００３２】第５の態様に従って外面側に透水性材料か
らなる層を有するシールドトンネルを構築する場合に
は、通常のシールド工法と同様のセグメントピースを用
いるとともに、通常用いられるグラウト剤の代わりに、
山砂等の透水性の高い砂や、透水性コンクリートとなる
注入剤を用い、通常のシールド工法と同様に裏込注入を
行えば良い（図示せず）。

【００３３】一方、本発明の地下水の流動阻害の防止構
造を、ＮＡＴＭ工法等のコンクリート類吹付工法に適用
する場合であっても、前述の第１から第５の態様に示す
通水路を構築することができる。

【００３４】すなわち、コンクリート類吹付工法におい
て第１の態様の通水路を構築するには、トンネル掘削面
に対して一次吹付を行った後、かつ二次吹付の前におい
て、一次吹付面の適宜の位置に集水管および放水管の取
付け孔を削孔し、この取付け孔に集水管および放水管を
取付けるとともに、これら集水管および放水管に連通す
る通水管をトンネル周方向に配置する。これによって、
一次吹付面と二次吹付面との間、つまりトンネルの周壁
内部に通水管を設けることができる。

【００３５】第２の態様の通水路を構築するには、通常
の施工方法と同様にして少なくとも二次吹付までを行っ
た後に、二次吹付面に対して、適宜の位置に集水管およ
び放水管の取付け孔を削孔し、この取付け孔に集水管お
よび放水管を取付けるとともに、これら集水管および放
水管に連通する通水管をトンネル周方向に配置する。

【００３６】これによって、二次吹付面の内面側に、つ
まりトンネルの周壁内面に沿って通水管を設けることが
できる。

【００３７】第３の態様の通水路を構築するには、トン
ネル掘削面に対して、適宜の位置に集水管および放水管
の取付け孔を削孔し、この取付け孔に集水管および放水
管を取付けるとともに、これら集水管および放水管に連
通する通水管をトンネル周方向に配置した後、通常の施
工方法と同様にして一次吹付、および二次吹付等を行
う。これによって、一次吹付面の外面側、つまりトンネ
ルの周壁外面に埋め込まれた通水管を設けることができ
る。

【００３８】コンクリート類吹付工法において前述の第
４の態様の通水路を構築する場合については、前述のシ
ールドトンネルの場合と同様である。

【００３９】第５の態様の通水路を構築するには、トン
ネル掘削面に対する一次吹付として、あるいは一次吹付
の前の予備的な吹付として、透水性コンクリートを吹き
付けることによって、トンネルの周壁の外側部分として
あるいはトンネルの周壁外面側に透水性コンクリートか
らなる層を設けることができる。

【００４０】＜その他＞（１）本発明にいう通水管としては、ゴム製のフレキシ
ブルホース等の可撓性の管や、ＦＲＰ、塩化ビニル樹脂
等の非可撓性の管、ステンレス等の金属製の管等を用い
ることができる。これらのうちでも、酸や錆に強く経時
劣化の少ないものが望ましい。尚、本発明にいう通水管
には、これら部材としての管とは異なり、地下構造物の
周壁に設けた孔（すなわち内壁に周壁材料が露出する
孔）により形成される管状路も含まれる。

【００４１】（２）本発明にいう集水管、放水管として
は、管の周壁に多数の連通孔を有する、いわゆるストレ
ナーパイプを用いることができる。

【００４２】（３）本発明では、通水管に砂等が流入し
たり、これによって目詰まりしたりするのを防止するた
めに、集水管・放水管にフィルターを内装することがで
きる。フィルターの材料としては、各種の、砂・活性炭
・布（不織布等含む）等を用いることができる。

【００４３】（４）集水管・放水管にフィルターを内装
する場合には、フィルターの目詰まりが生じることが想
定される。このため、カートリッジ式のフィルターを用
い、必要に応じて交換することができるようにするのが
好ましい。例えば、上記シールドトンネルの例におい
て、カートリッジ式のフィルターを用いるとともに、キ
ャップ２５を着脱自在にする。特に二次覆工を行う場合
には、キャップ２５の部分は覆工しないでおく。これに
よって、フィルターが目詰まりしたときには、このキャ
ップ２５を外してフィルターを交換することが可能とな
る。

【００４４】（５）本発明では、通水路の適宜の位
置、例えば上記シールドトンネルの例では、キャップ２
５によって蓋された通水管と集水管または放水管の連通
部部において、ポンプを設置して、強制的に通水を行う
ことができる。また、このポンプを利用して、地盤沈下
防止、井戸水保護、および地下水流量の調整等のために
集水側と同じ側に復水させることもできる。

【００４５】（６）本発明では、集水管・放水管にフ
ィルターを内装した場合には、通水路の適宜の位置、前
述（５）にいう連通部に、ポンプを設置して地下水を通
水方向と反対に逆流させ、フィルターに目詰まりした砂
を取り除くこともできる。この場合、前述の強制通水・
復水用のポンプを併用することもできる。

【００４６】（７）本発明では、通水路にマノメータ
等を設置して、集水側と放水側の水頭を測定することが
できる。さらに、通水路に間隙水圧計や流量計を設けれ
ば地下水の流量、流速等を測定できる。また、特に前述
した第２の態様のように、地下構造物の内面に沿わせて
通水管を配置する場合、透明な通水管を用いることによ
って、通水の確認および水質の観測を行うことができ
る。

【００４７】（８）本発明では、地下構造物に対する
通水経路および通水手段（通水管・透水性材料からなる
層）の選定、集水管・放水管の設置の可否、フィルター
の設置の可否、フィルターの目詰まり防止手段の設置の
可否、ポンプの設置の可否等については、地山の土質条
件（透水係数、地下水圧、地層構成、水質等）や、周辺
環境（河川、井戸、湧水源に近接している等の他、地下
構造物と地下水の流動方向との位置関係も含む）によっ
て適宜定めるることができる。

【００４８】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、地中掘
削によって構築される地下構造物による地下水の流動阻
害を防止し、もって周辺地盤の地下水環境の保全を図る
ことができ、また、これに伴う作業の簡素化を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の態様の説明図である。

【図２】本発明の第２の態様の説明図である。

【図３】本発明の第３の態様の説明図である。

【図４】本発明の第４の態様の説明図である。

【図５】本発明の第５の態様の説明図である。

【図６】セグメントピースの平面および横断面を示す図
である。

【図７】セグメントピースの側面および縦断面を示す図
である。

【図８】図６のII−II矢視図である。

【図９】図６のIII −III 断面図である。

【図１０】シールドトンネルの縦断面図である。

【図１１】図１０のIV部拡大図である。

【図１２】図１０のＶ部拡大図である。

【図１３】図１２の平面図である。

【図１４】地下水の流動阻害の説明図である。

【図１５】従来例の説明図である。

【符号の説明】

１Ａ〜１Ｄ…地下構造物、２Ａ〜２Ｃ…通水管、２Ｃ…
透水性材料からなる層、４…集水手段、５…放水手段、
６…仕切壁、７…横断通水路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者海野紀夫東京都新宿区西新宿６丁目14番１号佐藤工業株式会社東京支店内 (72)発明者平山国弘東京都新宿区西新宿６丁目14番１号佐藤工業株式会社東京支店内 (72)発明者守山亨東京都新宿区西新宿６丁目14番１号佐藤工業株式会社東京支店内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地中掘削に基づいて構築される地下構造物
の一方側から他方側へ通じる通水路を形成したことを特
徴とする地下水の流動阻害防止構造。
【請求項２】前記通水路を、通水管および透水性材料か
らなる層の少なくとも一方によって構築した請求項１記
載の地下水の流動阻害防止構造。
【請求項３】前記通水路に通じ、かつ前記地下構造物の
一方側において地下水の集水を行う集水手段、および前
記通水路に通じ、かつ前記地下構造物の他方側において
地下水の放水を行う放水手段の、少なくとも一方を設け
た請求項１または２記載の地下水の流動阻害防止構造。
【請求項４】前記地下構造物は、シールド工法によって
構築されるシールドトンネル、またはコンクリート類吹
付工法によって構築されるトンネルである請求項１〜３
のいずれか１項記載の地下水の流動阻害防止構造。
【請求項５】一方側の周方向連結面近傍から他方側の周
方向連結面近傍まで延在する通水管を備えることを特徴
とするセグメントピース。
【請求項６】少なくとも地山側面に開口し、かつ前記通
水管に通じる通水孔を設けた請求項５記載のセグメント
ピース。
【請求項７】周壁に、周方向に延在する一体的な通水管
を備えるとともに、少なくとも地山側面に開口し、かつ
前記通水管に通じる通水孔を備えることを特徴とするセ
グメントリング。