JPH10317897A5 - - Google Patents

Description

【書類名】明細書
【発明の名称】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
【特許請求の範囲】
【請求項１】 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】 前記地下構造物に内部空洞を横切る横断通水路を設ける請求項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】 地下構造物の周壁を構成するセグメントピースにおいて、地下構造物の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】 地下構造物の周壁を構成するセグメントリングにおいて、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。
【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、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１００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次のとおりである。
＜請求項１項記載の発明＞
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】
＜請求項２項記載の発明＞
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である。
【００１２】
＜請求項３項記載の発明＞
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である。
【００１３】
＜請求項４項記載の発明＞
前記地下構造物に内部空洞を横切る横断通水路を設ける請求項１〜３のいずれか１項記載の地下水の流動阻害防止構造である。
【００１４】
＜請求項５項記載の発明＞
地下構造物の周壁を構成するセグメントピースにおいて、地下構造物の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である。
【００１５】
＜請求項６項記載の発明＞
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である。
【００１６】
＜請求項７項記載の発明＞
地下構造物の周壁を構成するセグメントリングにおいて、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である。
【００１７】
【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。
【００１８】
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２Ａ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。
【００１９】
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２Ｃ）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。
【００２０】
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）も提案する。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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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でなくなる点でも好ましい。
【００２６】
セグメントピース１１は、単位通水管１３ａ有する点以外は基本的には公知のものと異ならず、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。
【００２７】
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１５，１５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。
【００２８】
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１５，１５）を嵌め込む。２５，２５…はキャップである。
【００２９】
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。
【００３０】
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１３ａ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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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）。
【００３４】
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）。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
＜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。
【００４２】
（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。
【００４３】
（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。
【００４４】
（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。
【００４５】
（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２５によって蓋をされた通水管と集水管または放水管の連通部において、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。
【００４６】
（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。
【００４７】
（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。
【００４９】
（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ことができる。
【００５０】
【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、２Ｄ…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…横断通水管。