JPS5810529B2 - 風化岩盤の強化方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は含水比が低く、水が充満されていない強度的に
不均質で脆く変形し易い風化岩盤を、全体的な強度が高
く且つ変形しにくく、然もこれらの性質を各部均質にす
る方法に関するものである。

風化岩盤は地盤の土質構成が複雑で強度が不均一な上に
脆弱である。

従ってこのように脆弱で含水比が低く、水が充満されて
いない風化岩盤にトンネル等の構造物を構築しようとす
る場合、何ら防護策を採らずに該岩盤を掘削すると、該
岩盤の変形が大きくなって、周囲の構造物に影響を与え
るおそれがあり、極端な場合には崩壊することもあるの
で、極めて危険でもある。

本発明の発明者は上記の含水比が低く、水が充満されて
いない、強度的に不均質で脆く変形し易い風化岩盤を、
全体的な強度が高く且つ変形しにくく、然もこれらの性
質を各部均質にする工法を開発することを目的として鋭
意研究の結果、前記岩盤はその中に含まれる水の量が少
ないため、唯単なる凍結工法では、岩盤及び土粒子を結
合させる氷層が充分に形成されないので、これを強化す
ることができないが、凍結に先立って、該岩盤の凍結す
べき領域に水分を充分に供給し、岩盤のクラック等に水
を充満させた状態にして、凍結すれば、水分が凍結する
と共にそれが強度の不均質な部分において接着剤の役割
を果し、その結果、前記の凍結すべき領域全体の強度が
高く且つ変形しにくく、然もこれらの性質が各部均質な
凍結岩に形成できることを知得し、本発明をなしとげた
のである。

即ち、本発明は、含水比が低く水が充満されていない風
化岩盤に水分を供給し、前記岩盤に吸水させると共にそ
のクラック等に水を充満させた状態で凍結することによ
り該岩盤を全体的な強度が高く、且つ変形しにくく、然
もこれらの性質が各部均質な凍結者に形成することを主
な特徴とするものであり、更に具体的には、含水比が低
く水が充満されていない風化岩盤の強化すべき領域に適
宜数の凍結管を埋設すると共に該凍結管から適宜距離離
隔させて適宜数の注水管を埋設し、前記注水管から前記
領域に適量の水を注入散布して該領域に水分を充分に供
給した後、更に適量の水を供給しながら、前記凍結管に
冷媒を流通させて、前記領域の地盤と水を一体に凍結す
ることにより前記領域を全体的な強度が高く且つ変形し
にくく、然もこれらの性質が各部均質な凍結者に形成す
ることを特徴とするものである。

次に本発明の実施例を図に拠り説明する。

Ｇは強化してトンネル等を掘削すべき含水比の低い風化
岩盤、１は該風化岩盤Ｇを強化するだめの工事を施工し
ようとする該岩盤Ｇの施工面及びその近隣の掘削面に配
設した止水壁、２は該止水壁１から前記岩壁Ｇの強化す
べき領域Ａに向は水平方向に多数埋設した凍結管、３は
前記凍結管２の上方に肢管と同様に埋設した注水管で、
凍結管２、注水管３はともにそれらの口元と止水壁１と
の間はコーキングＣにより止水処理を施すものとする。

Ｈは風化岩盤Ｇの掘削すべき領域である。而して、風化
岩盤Ｇを強化するには、まず、強化すべき領域Ａに注水
管３から水を充分に注水散布して該領域Ａに充分湿り気
を与えると共に該領域Ａ中の岩盤の小さなりラック内に
水が充満するようにする。

次いで、凍結管２に冷媒を流通させて凍結を開始すると
共に、注水管３からの注水散布量を減らし、最終的には
凍結に支障がない程度の少量に制御しながら作業を続け
る払領域Ａの岩盤は、凍結管２の周囲の小さなりラック
から氷結し始めて徐々に該クラックを閉塞し、注水され
た水の流れる通路は徐々に挟まり、やがてこの狭められ
た水路も氷結し閉塞されて、領域Ａの岩盤は、凍結した
水が該岩盤の強度が不均質な部分において接着剤の役割
を果す結果、全体的な強度が高く且つ変形しに＜＜、然
もこれらの性質が各部均質な凍結者Ｆに形成されるので
ある。

尚、上記において、凍結開始後、注水散布量を減らし、
最終的には凍結に支障がないように制御するのは、注水
散布量を減らさない場合、凍結開始後、凍結管２周囲の
小さなりラックから氷結し始めると、注水された水の通
路が徐々に狭められて、領域Ａの岩盤中に水が蓄えられ
、この蓄えられた水の量が増すと、水圧が上昇して幾筋
かの水路に絞られ、その部分の流速が早くなって、注水
された水が持込む熱量のためにその部分がなかなか氷結
せず、閉塞しにくくなるからで、注水散布量は最終的に
は水が持込む熱量よりも凍結管２が奪う熱量の方が勝る
ようにすればよく、その実際の量は岩盤の種類、質によ
り異なるが、例えば、風化花崗岩盤の場合は、凍結管２
付近の水の動きが２００ｃｃ／ｍｉｎ／ｍ２以下になる
ようにすることが望ましい。

また、注水散布する水に単なる清水を用いないで、ＣＭ
Ｃ０よう増粘剤を混合した水を用いると、岩盤の保水性
を高めることができて流量の調整が容易になる。

而して、本発明方法を実施するに際して有用な注水散布
方法は、注水管３を内管３１．外管３２から成る二重管
とし、外管３２に多数のスリット状の注水孔３３を設け
て内管３１に供給した水が該内管３１と外管３２の間に
流入し、前記注水孔３３から領域Ａ中に注水散布される
ようにすると共に、前記内管３１に、水頭差又はポンプ
等を利用して加圧した水又は増粘剤を混合した水を、凍
結の進行に支障を与えないようにその量を調節制御しな
がら供給する方法であって、水頭差を利用する場合は、
水頭差が少なくとも、１．５ｍになるようにタンクＴを
配設してその中に清水又は増粘剤を混合して所定の粘度
に調整した水を収容し、該タンクＴと注水管３との間に
分注用のヘッダー４を配して該ヘッダー４に設けた多数
の送水管Ｓを個々に注水管３の内管３１に接続し、該内
管３１にタンクＴからの水を前記送水管Ｓを介し供給し
て、外管３２の注水孔３３から領域Ａに注水散布するの
であり、各送水管Ｓには流量計５と弁６を設け、また、
注水管３の外管３２には圧力計７を設けて、弁６により
流量及び圧力を適宜調整するようにし、一方、ポンプを
利用する場合は、適宜水源からの水をタンクＴ１に収容
し、該タンクＴ１からポンプ８によりタンクＴ２に送り
込むようにし、タンクＴ２と注水管３との間に分注用の
ヘッダー４を設けると共にタンクＴ２とヘッダー４との
間にポンプ９と逃がし弁Ｒを設けて、ポンプ９によりタ
ンクＴ２内の水をヘッダー４に送り込みヘッダー４から
前の場合と同様にして注水管３の内管３１に清水を供給
するか、または、タンクＴセの水を別に設けたタンクＴ
３にポンプ８により送り込む一方、ミキサーＭにおいて
ＣＭＣを比較的多量に混合した水をつくり、それをポン
プ１０によりタンクＴ８に送り込み、該タンクＴ８にお
いて所定濃度のＣＭＣ混合水とし、これをタンクＴ２に
送り込んでから、前記と同様にヘッダー４から注水管３
の内管３１に供給するのであるが、ポンプ９による水の
圧力が所定圧力以上ヘッダー４にかからないように、逃
がし弁Ｒにより調整すると共に弁６によりヘッダー４か
らの流量及び外％２内の圧力を適宜調整するようにする
。

上記のようにして、注水管３に水を供給し、風化岩盤Ｇ
の強化ずべき領域Ａに注水するのであるが、こうするこ
とにより極めて円滑に前記領域Ａに水を供給することが
できる。

本発明は上述の通りであって、含水比が低く水が充満さ
れていない風化岩盤に水分を供給し、前記岩盤に吸水さ
せると共にそのクラック等に水を充満させた状態で凍結
して、該岩盤を全体的な強度が高く且つ変形しにくく、
然もこれらの性質が各部均質な凍結者に形成することに
より含水比が低く水が充満されていない風化岩盤を強化
する方法であるから、比較的容易に含水比が低く水が充
満されていない風化岩盤を強化でき、従って該岩盤にト
ンネル等の構造物を構築する際に、本発明方法を採用し
て該岩盤を強化すれば、周囲の構造物への影響を低減さ
せると共に工事を安全に行なうことができる。

而して、実際に、兵庫県神戸市布引の風化花崗岩盤にお
いて、地下水の水準より上位に位置する岩盤の強化に本
発明方法を採用しく水にＣＭＣを０．１％混合したもの
を用いた）、高さ２ｍ、幅３ｍ、奥行１２ｍの坑を掘削
して、その結果を調べたところ、次の通り極めて有効に
強化されたことが判明した。

１）弾性係数調査試験 坑口から約４ｍの地点における凍結前の弾性係数は９．
１２Ｘ１０３（Ｋｔ／ｃｍ２）であったのに対し、凍結
後は２．４６Ｘ１０４（Ｋｆ／ｃｍ２）で、凍結時の弾
性係数は凍結前に比べ約３倍となっており、凍結によっ
て地山の剛性即ち変形しにくさが増大していることが判
明した。

２）Ｐ波調査 杭上部のＰ波調査の結果、Ｐ波速度は凍結前に比べ凍結
後において約２．２５倍に上昇しており、更に、凍結前
では坑口から９ｍ付近でＰ波速度に変化が見られたが、
凍結後では坑口から１２ｍ付近まで一様な値を示した。

このことは凍結後の地山が一様になっていることを物語
るものである。

３）一軸圧縮試験 凍土が低温になるに従って、一軸圧縮強度（ｑｕ）は増
大し、−１０℃の強度（ｑｕ）は約２００Ｋｆ／ｃｍ２
で、常温（１５℃）時の約６０に７／ｃｍ２に比べ、３
倍以上に増加していることが判明した。

４）その他 凍結に伴う変位は見られなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は強化すべき風化岩盤に止水壁を設置し、凍結管
及び注水管を埋設した状態の正面図、第２図は凍結によ
る強化工事を行なっている状態の縦断側面図、第３図は
注水管の断面図、第４図は水頭差により注水管に水を供
給する例の概略図、第５図はポンプにより水を供給する
例の概略図である。 Ｇ……風化岩盤、Ａ……風化岩盤の強化すべき領域、Ｆ
……凍結岩、１……止水壁、２……凍結管、３……注水
管、３１……内管、３２……注水孔、４……ヘソグー、
Ｓ……送水管、５……流量計、６……弁、７……圧力計
、８，９，１０……ポンプ、Ｔ、Ｔｉ９Ｔ２？Ｔ８……
タンク、Ｍ……ミキサー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 含水比が低く水が充満されていない風化岩盤に水分
   を供給し、前記岩盤に吸水させると共にそのクラック等
   に水を充満させた状態で凍結することにより該岩盤を全
   体的な強度が高く且つ変形しにくく、然もこれらの性質
   が各部均質な凍結岩に形成することを特徴とする風化岩
   盤の強化方法。 ２ 含水比が低く水が充満されていない風化岩盤の強化
   すべき領域に適宜数の凍結管を埋設すると共に該凍結管
   から適宜距離離隔させて適宜数の注水管を埋設し、前記
   注水管から前記領域に適量の水を注入散布して該領域に
   水分を充分に供給した後、更に適量の水を供給しながら
   、前記凍結管に冷媒を流通させて、前記領域の岩盤と水
   を一体に凍結することにより前記領域を、全体的な強度
   が高く且つ変形しにくく、然もこれらの性質が各部均質
   な凍結岩に形成することを特徴とする風化岩盤の強化方
   法。 ３ 含水比が低く水が充満されていない風化岩盤に供給
   する水分として、増粘剤を混合した水を用いる特許請求
   の範囲第１項又は第２項に記載の風化岩盤の強化方法。