(57)【要約】【課題】地盤改良とトンネル工事を効率的に施工できる。【解決手段】排水構造５におけるシールドトンネル１も穴に装着したライザーパイプ６及びウェルポイント７は、地中のシールドトンネル１と地表との間の軟弱地盤に延びている。ウェルポイント工法は、地中にシールドトンネル１を設置する工程と、シールドトンネル１の上側のセグメントに形成された穴から軟弱地盤を削孔する工程と、穴及び削孔内にライザーパイプ６及びウェルポイント７を設置する工程と、ウェルポイント７によって吸水することで周囲地盤から水を抜く工程と、を備えている。セグメントに形成した穴及び地盤の削孔はシールドトンネル１の軸線に対して斜め方向に形成され、穴内にライザーパイプ６及びウェルポイント７を斜め方向に挿入した。【選択図】図１
2020084416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中にシールドトンネルを設置する工程と、
前記シールドトンネルのセグメントに形成された穴から周囲地盤を削孔する工程と、
前記穴及び削孔内にウェルポイントを設置する工程と、
前記ウェルポイントによって吸水することで前記周囲地盤から水を抜く工程と、
を備えたことを特徴とするウェルポイント工法。
【請求項２】
前記穴及び前記削孔は前記シールドトンネルの軸線に対して斜め方向に形成されており、
前記穴及び削孔内に前記ウェルポイントを斜め方向に挿入するようにした請求項１に記載されたウェルポイント工法。
【請求項３】
前記ウェルポイントは地中の前記シールドトンネルと地表との間の前記周囲地盤に設置されている請求項１または２に記載されたウェルポイント工法。
【請求項４】
地中に設置されたシールドトンネルと、
前記シールドトンネルを構成するセグメントの穴から周囲地盤中に設置されていて前記周囲地盤から吸水するためのウェルポイントと、
を備えたことを特徴とする排水構造。
【請求項５】
前記周囲地盤の削孔内にはライザーパイプと、前記ライザーパイプの先端に装着された前記ウェルポイントと、を備えた請求項４に記載された排水構造。
【請求項６】
シールドトンネル用のセグメントにおいて、地中の水を吸水するウェルポイントを外部に設置するための斜めの穴が形成されていることを特徴とするセグメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟弱地盤から地下水等の水を吸水して地盤改良するためのウェルポイント工法、排水構造及びセグメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば海底や湖底、川底、埋立地、干拓地等の地下水の多い軟弱地盤から地下水を吸水して地盤改良する方法としてウェルポイント工法が知られている。この工法は地上から軟弱地盤にウェルポイントを打ち込む際、例えば削孔機で削孔して地盤中にウェルポイントとライザーパイプを押し込み、埋め戻した後、真空ポンプによって吸水する。ウェルポイントで吸水された水はライザーパイプやヘッダーパイプを介して地上に排水され、これによって軟弱地盤を改良している。
例えば、特許文献１に記載された地下水処理工法では、トンネルの掘削部である切羽付近の支保工から地下に向かって挿入孔を掘削する。ウェルポイントを接続した吸引管を挿入孔内に挿入して、ウェルポイントポンプでウェルポイントから地下水を吸引して排出することで地盤改良を行っている。
【０００３】
また、特許文献２に記載されたウェルポイント工法では、地山のトンネル施工時に切羽の前方の踏前より斜め下向きの地中をボーリングマシンで削孔し、削孔内にスリット型ストレーナーを挿入し、ストレーナーに接続したウェルポイントポンプで連続して揚水するようにした。そして、地盤改良した切羽の奥側の地山を掘削してトンネルを施工している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−２４３９００号公報
【特許文献２】特開平３−８１４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したウェルポイント工法では、地表に設置した真空ポンプやヘッダーパイプから地中にライザーパイプ及びウェルポイントを挿入した状態で吸水するため、吸水途中で地上の工事を行う場合、吸水作業を中止して地表から真空ポンプやヘッダーパイプ等を撤去しないと地表での工事等ができなかった。そのため、長期に亘って地下水の吸排水と地盤改良を行う場合、その間に地表での工事ができないという問題があった。
また、特許文献１及び２に記載されたウェルポイント工法では、地山の切羽付近での地盤改良と改良後のトンネル施工工事とを交互に行いながら前進施工する必要があるため、工期が長くなり施工コストが上昇するという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、地盤改良とトンネル工事を効率的に施工できるウェルポイント工法、排水構造及びセグメントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
即ち、本発明に係るウェルポイント工法は、地中にシールドトンネルを設置する工程と、シールドトンネルのセグメントに形成された穴から周囲地盤を削孔する工程と、穴及び削孔内にウェルポイントを設置する工程と、ウェルポイントによって吸水することで周囲地盤から吸水する工程と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、先にシールドトンネルを設置した後で、セグメントの穴及び周囲地盤に形成した削孔にウェルポイントを設置することで、周囲地盤の水をシールドトンネル内に吸水することができるため、シールドトンネルの設置と周囲地盤からの吸水とを連続して行うことができて、集水効率が良く施工コストを低廉にすることができる。しかも、シールドトンネルの施工と周囲地盤からの集水工事は地下で行われるため、地表での工事を並行して進めることができる。
【０００８】
また、穴及び削孔はシールドトンネルの軸線に対して斜め方向に形成されており、穴及び削孔内にウェルポイントを斜め方向に挿入することが好ましい。
シールドトンネルの内径が小径であっても、セグメントの穴を斜めに形成してウェルポイントを斜めに穴及び削孔内に挿入することで周囲地盤からの吸水を効率的に行える。
【０００９】
また、ウェルポイントは地中のシールドトンネルと地表との間の周囲地盤に設置されていることが好ましい。
シールドトンネルと地表との間の軟弱な周囲地盤にウェルポイントを設置することで、地表に近い軟弱地盤の地盤改良を行える。
【００１０】
本発明による排水構造は、地中に設置されたシールドトンネルと、シールドトンネルを構成するセグメントに形成された穴から周囲地盤中に設置されていて周囲地盤から吸水するためのウェルポイントと、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、シールドトンネルを設置した後で、セグメントの穴を通して周囲地盤にウェルポイントを設置することで、シールドトンネル内に周囲地盤の水を吸水する作業を連続して行うことができる。
【００１１】
また、周囲地盤の削孔内にはライザーパイプと、ライザーパイプの先端に装着されたウェルポイントと、を備えたことが好ましい。
シールドトンネルのセグメントに形成した穴から周囲地盤の適宜位置までウェルポイントを突出させて設置することができる。
【００１２】
本発明によるセグメントは、シールドトンネル用のセグメントにおいて、地中の水を吸水するウェルポイントを外部に設置するための斜めの穴が形成されていることを特徴とする。
シールドトンネルの内径が小径であっても、セグメントの穴を斜めに形成することでウェルポイントを周囲地盤の所要の位置まで延ばして設置できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によるウェルポイント工法及び排水構造によれば、地中にシールドトンネルを施工した後で、シールドトンネルのセグメントの穴から周囲地盤を削孔してウェルポイントを設置して吸水するため、シールドトンネルの施工と地盤の改良とを効率的に行うことができる。
【００１４】
また、本発明によるセグメントによれば、壁面に斜めに穴を形成したため、周囲地盤の改良に際してセグメントの穴を通してウェルポイントを設置して周囲地盤からシールドトンネル内に吸水することができ、効率的な吸水作業を行うことができる。しかも、セグメントの穴をシールドトンネルの軸方向に対して斜めに形成したため、シールドトンネルの内径が小さくてもウェルポイントやライザーパイプ等の施工が行える。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第一実施形態によるシールドトンネルのウェルポイント工法を示す説明図である。
【図２】図１に示すシールドトンネルから上方の周囲地盤にウェルポイントを設置した状態の説明図である。
【図３】図２とは異なる角度位置にウェルポイントを設置した状態の説明図である。
【図４】セグメントの平面図である。
【図５】図４に示すセグメントのＡ−Ａ線断面図である。
【図６】シールドトンネルのセグメントから周囲地盤にウェルポイントを設置した説明図である。
【図７】第二実施形態によるシールドトンネルのウェルポイント工法を示す説明図である。
【図８】図７に示すシールドトンネルから下方の周囲地盤にウェルポイントを設置した状態の説明図である。
【図９】図８とは異なる角度位置にウェルポイントを設置した状態の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態によるシールドトンネルのウェルポイント工法と排水構造について添付図面に基づいて説明する。
図１乃至図６は本発明の第一実施形態によるウェルポイント工法及び排水構造を示すものである。
図１は本実施形態によるシールドトンネル１の排水構造５を示すものである。図１において、軟弱地盤の地中にシールドトンネル１が施工されている。シールドトンネル１は図４に示すセグメント２を周方向に連結したセグメントリング３を軸方向に連結することで略円環状に形成されている。地中におけるシールドトンネル１の設置領域とその地表側の上部領域（周囲地盤）は軟弱地盤とされている。このシールドトンネル１は例えば内径１．６ｍ〜２．０ｍ程度の小径のトンネルであり、セグメントリング３の上部領域の各セグメント２にはライザーパイプ６を介してウェルポイント７が接続されている。
【００１７】
ライザーパイプ６とウェルポイント７はシールドトンネル１の上方の軟弱地盤に斜め前方に向けて設置されている。ライザーパイプ６の基部はスイングジョイント８を介してシールドトンネル１内の長手方向に配設されたヘッダーパイプ１０に接続されている。ヘッダーパイプ１０は、例えば立て坑１１に設置されたウェルポイントポンプとしての真空ポンプ１２に接続され、立て坑１１から地表に向けて排水チューブ１３が接続されている。
【００１８】
図２に示すように、ウェルポイント７及びライザーパイプ６は１つのセグメントリング３の上部周方向に所定間隔を開けて１本または複数本、例えば３本設置されている。各３本のライザーパイプ６及びウェルポイント７は、シールドトンネル１の軸方向における１つ置きの各セグメントリング３にそれぞれ設置されている。
しかも、図２及び図３に示すように、各セグメントリング３における各３本のウェルポイント７及びライザーパイプ６の設置位置は、周方向の設置間隔の１／２の角度だけ左右方向に交互にずれて設置されることで、広い範囲に亘って軟弱地盤から集水できるようにしている。
【００１９】
次に、図４乃至図６により、セグメント２とライザーパイプ６及びウェルポイント７との接続構造について説明する。
図４及び図５に示すように、セグメント２は平面視長方形で略円弧版状に形成されている。このセグメント２は対向する短辺が継手面１５とされ、長辺が主桁面１６とされている。セグメントリング３はセグメント２の継手面１５同士を連結することで形成され、しかも軸線方向に主桁面１６同士で連結されている。セグメント２の中央部には表裏面を貫通する穴１７が形成され、この穴１７はライザーパイプ６及びウェルポイント７を挿通させて固定するものである。図５及び図６に示すように、穴１７は対向する主桁面１６方向にシールドトンネル１の軸線に対して鋭角の所定角度をなすように傾斜して形成されている。
【００２０】
シールドトンネル１の軸線方向において、１つ置きに配列されたセグメントリング３では、上方の３枚のセグメント２にそれぞれ１つずつ形成された穴１７に、先端にウェルポイント７が接続されたライザーパイプ６が固定されている。例えばライザーパイプ６の基部は拡径された雄ねじ付きの筒部を形成し、穴１７に形成された雌ねじに螺合して固定される。しかも、螺合されたライザーパイプ６と穴１７とは、例えばパッカー等のシール部材１８を介して液密にシールされている。
本実施形態において、セグメント２は上側の３個にそれぞれ穴１７が形成され、下側のセグメント２には穴１７は形成されていないが、形成されていてもよい。なお、軸方向の各セグメントリング３に設置される各３本のライザーパイプ６及びウェルポイント７は必ずしも周方向にずれていなくてもよい。また、セグメント２に形成された穴１７は１個に限定されることなく、複数個形成されていてもよい。
【００２１】
本実施形態によるウェルポイント工法とその排水構造５は上述した構成を有しており、次に排水構造５を用いたウェルポイント工法について説明する。
まず、軟弱地盤の地中にシールド工法によって、始点の立て坑１１から次の立て坑１１までシールドトンネルを施工する。シールドトンネル１の軸方向の１つ置きの各セグメントリング３における上方の３枚のセグメント２にはそれぞれ軸線方向に対して鋭角に傾斜する穴１７が形成されているものとする。
なお、シールドトンネル１は集水の必要な軟弱地盤の領域にのみ施工するものとし、密閉型のシールドでトンネル掘進を完了する。このシールドトンネル１は地盤改良のための仮設トンネルでもよいが、好ましくは他の用途等に用いることのできる恒久的なトンネル設備とする。
【００２２】
次に、シールドトンネル１における各穴１７から地表に向かって削孔機によって削孔２０（挿入孔）を斜めに掘削する。各削孔２０内には穴１７を通して先端にウェルポイント７を接続したライザーパイプ６を挿入しその基部を穴１７に螺合する。ライザーパイプ６の基部と穴１７との隙間はパッカー等のシール部材１８で液密にシールすることが好ましい。ライザーパイプ６はスイングジョイント８を介してヘッダーパイプ１０に接続され、ヘッダーパイプ１０は立て坑１１に設置された真空ポンプ１２に接続する。
【００２３】
そして、真空ポンプ１２を駆動することで、各ウェルポイント７によって地表とシールドトンネル１との間の広い範囲の軟弱地盤から地下水を吸水し、ライザーパイプ６及びヘッダーパイプ１０を通してヘッダーパイプ１０に集水する。真空ポンプ１２で集水された地下水は排水チューブ１３を介して地表に移送されて排出される。
そのため、軟弱地盤は地表とは無関係に水抜きされて高強度に地盤改良され、シールドトンネル１を設置した地盤も高強度になる。
【００２４】
上述したように本実施形態によるウェルポイント工法及びその排水構造５によれば、地中にシールドトンネル１を施工した後で、シールドトンネル１のセグメント２の穴１７から周囲地盤を削孔してウェルポイント７を設置して吸水するため、シールドトンネル１の施工と軟弱地盤の改良とを容易且つ効率的に行うことができる。
しかも、本実施形態による排水構造５は地下でトンネル施工及び吸水作業を行うため、あらゆる箇所に設置可能である上に地上には配管せず、吸水作業等に並行して地上での滑走路の施工や施設設置工事等の各種の工事が行える。
【００２５】
また、セグメント２に斜めに穴１７を形成したため、周囲地盤の改良に際してセグメント２の穴１７を通してライザーパイプ６及びウェルポイント７を斜めに設置してシールドトンネル１内のヘッダーパイプ１０を通して吸水を行うことができる。そのため、シールドトンネル１の内径が例えば１．６ｍ〜２．０ｍと小さくてもウェルポイント７及びライザーパイプ６の取り付け施工が容易に行える。  
【００２６】
以上、本発明の実施形態によるウェルポイント工法及び排水構造５、そしてセグメント２について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の変更や置換等が可能であり、これらはいずれも本発明に含まれる。以下に、本発明の他の実施形態や変形例等について説明するが、上述した実施形態と同一または同様な部分、部材には同一の符号を用いて説明を省略する。
例えば上述した実施形態では、シールドトンネル１の施工後にウェルポイント７及び真空ポンプ１２等によって吸水作業を行うようにしたが、シールドトンネル１の施工工事と並行してライザーパイプ６及びウェルポイント７を設置して給水作業を行うようにしてもよい。
【００２７】
次に本発明の第二実施形態による排水構造５Ａを図７乃至図９により説明する。
本第二実施形態による排水構造５Ａでは、地表に近い位置に軟弱地盤があるとして、地表に近い側にシールドトンネル１が設置され、その下側の軟弱地盤を改良する構成を有している。そのため、シールドトンネル１の各セグメントリング３の下側領域に配設された例えば各３枚のセグメント２にそれぞれ斜めの穴１７が形成されている。各穴１７に固定されたライザーパイプ６及びウェルポイント７は斜め下方向に配設されている。
各穴１７に固定されたライザーパイプ６及びウェルポイント７は、図８及び図９に示すように、軸方向における例えば１つ置きのセグメントリング３に３本ずつ設けられている。しかも、軸方向に隣り合う前後位置で、各３本のライザーパイプ６及びウェルポイント７の周方向の位置がウェルポイント７の間隔の例えば１／２の角度だけずれている。
【００２８】
また、上述した各実施形態において、シールドトンネル１の穴１７に設置される軸方向に斜めのライザーパイプ６及びウェルポイント７は、シールドトンネル１の掘進方向の前側に傾斜してもよいし、後ろ側に傾斜してもよい。
なお、上述した各実施形態による排水構造５、５Ａ及びそのウェルポイント工法によれば、シールドトンネル１を例えば内径１．６ｍ〜２．０ｍの小径に形成してセグメント２の斜めの穴１７を通してライザーパイプ６及びウェルポイント７を斜め方向に突出させて軟弱地盤に設置した。しかし、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、シールドトンネル１の内径が５ｍ等、より大径であれば、セグメント２の穴１７は斜めに形成する必要はない。例えば、軸方向に略垂直に穴１７を形成してもよく、この場合には、ライザーパイプ６及びウェルポイント７はシールドトンネル１の軸方向に略垂直な方向に突出させて軟弱地盤に配置することができる。
【００２９】
上述した各実施形態では、地中に設置したシールドトンネル１の地表側または下側にライザーパイプ６及びウェルポイント７を突出させるように構成したが、これに代えてシールドトンネル１の左右の横方向にライザーパイプ６及びウェルポイント７を突出させて軟弱地盤から吸水してもよい。或いは、斜め上方向や斜め下方向にライザーパイプ６及びウェルポイント７を突出させてもよい。
なお、上述の各実施形態では、セグメント２の穴１７にライザーパイプ６及びウェルポイント７を装着したが、ウェルポイント７だけを装着するようにしてもよい。また、ライザーパイプ６及びウェルポイント７、またはウェルポイント７の本数や軟弱地盤に対する取り付け角度等は任意に設置できる。
【符号の説明】
【００３０】
１  シールドトンネル
２  セグメント
３  セグメントリング
５、５Ａ  排水構造
６  ライザーパイプ
７  ウェルポイント
１０  ヘッダーパイプ
１１  立て坑
１２  真空ポンプ
１７  穴
２０  削孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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