(57)【要約】【課題】大深度で地下水位の高い粘性土地盤や細粒分の多い細砂層のような難透水層とその下に被圧帯水層が存在する地盤における地盤の掘削を、掘削底面の盤ぶくれやボイリングを阻止しながら安全に行うことの可能な地盤の掘削方法を提供する。【解決手段】地盤中に土留め壁１を設置する工程と、地下水位を低下させずに土留め壁１の内側を水中掘削する工程と、掘削底面に設置する仮底版２を水面上で構築する工程と、仮底版２を水中の掘削底面に沈設する工程と、水面上から水中の掘削底面にアンカー５を打設して仮底版２を固定する工程と、土留め壁１の内側をドライアップする工程と、仮床版２内に水中コンクリートを打設する工程と、仮床版２の上に床版コンクリート７を打設する工程と、塔状架台３を撤去する工程によって地盤を掘削する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤中に土留め壁を設置する工程と、 地下水位を低下させずに土留め壁の内側を水中掘削する工程と、掘削底面に設置する仮底版を水面上で構築する工程と、仮底版を水中の掘削底面に沈設する工程と、水面上から水中の掘削底面にアンカーを打設して仮底版を掘削底面に固定する工程と、土留め壁の内側をドライアップする工程と、仮床版の上にコンクリートを打設する工程とを有することを特徴とする地盤の掘削工法。
【請求項２】
掘削底面に設置する仮底版を構築する工程と、水中の掘削底面にアンカーを打設して仮底版を掘削底面に固定する工程は、水面上で行うことを特徴とする請求項１記載の地盤の掘削工法。
【請求項３】
仮床版は、鋼殻構造、ＲＣ構造、Ｓ構造またはＳＲＣ構造によって構築することを特徴とする請求項１または２記載の地盤の掘削工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地盤の掘削工法に関し、主として大深度で地下水位の高い粘性土地盤や、細砂層のような難透水層とその下に被圧帯水層が存在する地盤、あるいは地下水位が高く透水性の良い砂質地盤や砂礫質地盤における立て坑や開削トンネル等の施工に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
開削トンネルや立坑、あるいは地下構造物などの施工における地盤の掘削工法としては、鋼矢板工法、ＳＭＷ工法、地中連続壁工法などのような、周囲に土留め壁を先行施工した後、その内側を掘削する掘削土留め工が一般に知られている。  
【０００３】
ところで、これらの掘削土留め工において、特に大深度で地下水位の高い粘性土地盤や、細粒分の多い細砂層のような難透水層とその下に被圧帯水層が存在する地盤の場合、掘削底面に被水圧による盤ぶくれの現象が起こることがあり、盤ぶくれがもとでその後の施工が困難になったり、大惨事に至ることがある。
【０００４】
また、砂質地盤や砂礫質地盤のような透水性が良く、地下水位の高い地盤にあっては、掘削底面から水が噴出すボイリングの現象が起こることがあり、ボイリングは盤ぶくれと同様に大惨事を引き起こし兼ねない。
【０００５】
従来、このような盤ぶくれやボイリング防止対策として、被圧水圧と土被り荷重との均衡を図るために土留め壁の根入れを長くしたり、揚水工法によって地下水位を低下させたり、さらには根入れレベルに地盤改良体による止水層を造成する等の措置がとられていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２２０３７４号公報
【特許文献２】特開２０００−１３００６６号公報
【特許文献３】特開２００１−１８２０８８号公報
【特許文献４】特開２００６−２１９９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、土留め壁の根入れを長くする方法は、大型の掘削機械を必要とするだけでなく、掘削機械を大型化するに伴い孔壁防護工が必要になってコストが大幅に嵩むという課題があった。
【０００８】
また、揚水工法によって地下水位を低下させる方法は、揚水期間が長い上に、地盤の沈下や井戸枯れなど周辺に与える影響が懸念された。さらに、根入れレベルに地盤改良体を造成する方法は、かなり広い範囲にわたって地盤改良体を造成する必要があるためコストが嵩み、また、改良体による地盤の安定性は改良体の品質によるため、品質が悪いと湧水などの問題が発生し、補足の地盤改良を行う必要があった。
【０００９】
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、特に大深度で地下水位の高い粘性土地盤や砂質地盤などの透水性地盤のような盤ぶくれやボイリングを引き起こしやすい地盤における掘削土留め工をきわめて安全に、かつ低コストで行えるようにした地盤の掘削工法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明(請求項１)は、(1) 地盤中に土留め壁を設置する工程と、(2) 地下水位を低下させずに土留め壁の内側を水中掘削する工程と、(3)掘削底面に設置する仮底版を構築する工程と、(4)仮底版を水中の掘削底面に沈設する工程と、(5)水中の掘削底面にアンカーを打設して仮底版を掘削底面に固定する工程と、(6)土留め壁の内側をドライアップする工程と、(7)仮床版の上にコンクリートを打設する工程を有することを特徴とするものである。
【００１１】
また、仮床版の構築とアンカーの打設を水面上で行うことを特徴とし(請求項２)、さらに仮床版は、鋼殻構造、ＲＣ構造、Ｓ構造またはＳＲＣ構造によって構築することを特徴とするものである(請求項３)。
【００１２】
(1) 土留め壁の設置
鋼矢板工法、ＳＭＷ工法、地中連続壁工法など、従来一般に行われている掘削土留め工を利用することができ、施工の規模や地盤の性状などを参酌して最も適した掘削土留め工を選択すればよい。
【００１３】
(2) 土留め壁内側の水中掘削
特に地下水位を低下させないで、すなわち土留め壁の内側に水を張った状態で、かつ、この水位を維持し、クラムシェル等を用いて水中掘削を行い、土留め壁の背面からの荷重に対して水圧で抵抗させればよい。また、地下水位を低下させないため、地盤の沈下や傾斜、井戸枯れ等周辺への影響を大幅に軽減することができる。  
【００１４】
(3) 仮底版、塔状架台の構築
仮底版は仮設構造物であり、その構造は特に限定されるものではなく、鋼殻構造、ＲＣ構造、Ｓ構造、あるいはＳＲＣ構造などによって版状または井桁状、格子枠状に構築することができる。
【００１５】
いずれの場合にも、コンクリートを打設できるような型枠状に構築してもよく、また、ＲＣ構造などによって単に井桁状または格子枠状に構築してもよい。
【００１６】
例えば、仮床版を鋼殻によって型枠状に構築する場合は、形鋼などの鉄骨材によって軸組を構成し、鋼板によって側壁部と底部を構成すればよい。
【００１７】
なお、掘削面積がかなり広いときは、仮底版は複数に分けて構築し、それぞれの上に塔状架台を構築する。また、仮底版と塔状架台は水面上で構築することにより作業の安全性と確実性を図ることができる。
【００１８】
塔状架台は、仮床版を掘削底面に沈設し、かつ掘削底面にアンカーを打設して狩床版を掘削底面に固定する工程を水面上で行うための作業足場となるものであり、仮床版と共に掘削底面に沈設したときに上端部が水面上に突出する高さに構築する。また、塔状架台は仮設構造物であり、後で撤去することを考慮して比較的解体の容易なＳ構造によって構築するのが望ましい。
【００１９】
(4) 仮底版の沈設・水中コンクリートの打設
仮底版と塔状架台はその自重を利用して掘削底面に沈設することができ、必要により載荷したりジャッキを利用して仮底版を強制的に沈設してもよい。そして、版状または井桁状、格子枠状に構築した掘削底面に沈設した仮床版の上に水中コンクリートを打設する。      
【００２０】
なお、仮床版をＲＣ構造などによって単に井桁状または格子枠状としたときは、各枠内にコンクリートを打設して版状にすればよい。
【００２１】
また、塔状架台は当初より全体を構築してもよいが、仮床版と塔状架台の沈設と並行して上方に組み上げてもよい。
【００２２】
(5) アンカーの打設・ドライアップ
塔状架台の上から掘削底面の下の地盤にアンカー孔を削孔し、このアンカー孔に鋼線等を挿入し、セメントミルク等を注入して、掘削底面の下の地盤にアンカーを打設する。そして、アンカーを緊張し、その上端側を塔状架台の上端部に定着具で定着し、仮底版を塔状架台と共に掘削底面に固定する。そして、土留め壁内の水を抜いてドライアップする。
【００２３】
アンカーの緊張作業は、油圧ジャッキ等の緊張装置を塔状架台の上に設置し、塔状架台の上で行う。また、アンカーの本数については、土留め壁根入れ部の土量、仮底版および塔状架台の重量を差し引いた上向きの荷重に抵抗できる本数を配置し、計算で求めたアンカー反力に対して抵抗できるような鋼線等の仕様及び定着長を決める。
【００２４】
また、この場合、地下水位を低下させずに土留め壁の内側をドライアップすると、掘削底面に鉛直上向きの水圧が作用する。この水圧は仮底版下面に作用するが、打設したアンカーを支点として抵抗することにより、水圧はアンカー定着部の地盤に伝達されることで掘削底面の盤ぶくれやボイリング、ひいては掘削底面の破壊を防ぐことができる。
【００２５】
(6) 床版コンクリートの打設・緊張材の定着
必要により仮底版の上に補強鉄筋や補強鋼材を配置して構造的に補強し、さらにアンカーを設置することにより仮底版の曲げスパンを短くすることで、仮床版の上の床版コンクリートを薄くすることができ、また掘削ボリュームを減らすことができる。
【００２６】
また、床版コンクリートを打設することによりアンカーを仮床版に定着させることができる。さらに、仮床版の周囲にコンクリートを打設して側壁を構築し、打設した側壁のコンクリートと床版コンクリートは連続的に一体化させる。
【００２７】
なお、仮床版を鉄筋コンクリート造の床版として、水圧に構造部材として抵抗させることもできる。また、アンカーは仮床版を掘削底面の底に固定する仮設材としてのみ利用することもできる。
【００２８】
(7) 塔状架台の撤去
床版コンクリートおよび側壁コンクリートが充分に硬化したら、床版コンクリートより上に伸びるアンカーの延長部分と塔状架台を撤去して工事を完了する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、以上のような構成からなるので、次のような効果が得られる。
【００３０】
(1）地下水位を低下させないで、かつ、底盤地盤改良無しで、土留め壁内部を安全に水中掘削し、かつ、水中での掘削底面の仮底版とアンカーによる床付け完了後にドライアップするため、掘削底面の盤ぶくれやボイリング等による破壊を比較的簡易な掘削底面安定対策工で確実に防止することができ、地盤の沈下や傾斜、井戸枯れなど周辺への影響が極めて少なく、低コストで、迅速、安全、確実な地盤掘削が可能となる。
【００３１】
(2）比較的厚さの薄い仮底版をアンカーで地盤に固定するため、底盤改良工法あるいはアンカーを用いないで厚い仮底版を打設する場合に比べて、大幅なコストの低減及び工期の短縮が可能となる。
【００３２】
(3) さらに、ドライアップ後の仮底版下面に作用する水圧は、アンカーを介してアンカー定着部の地盤に伝達させることにより、従来よりも山留め壁の根入れ深さを短くすることができ、また掘削深さを特に深めにして仮床版コンクリートを厚く打設する必要もないので、工期およびコストの縮小が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の地盤の掘削方法の一実施形態を工程順（土止め壁の設置）に示す鉛直断面図である。
【図２】本発明の地盤の掘削方法の一実施形態を工程順（土止め壁内側の水中掘削）に示す鉛直断面図である。
【図３】本発明の地盤の掘削方法の一実施形態を工程順（仮床版および塔状架台の構築）に示す鉛直断面図である。
【図４】本発明の地盤の掘削方法の一実施形態を工程順（仮床版および塔状架台の沈設）に示す鉛直断面図である。
【図５】図４におけるａ部を示し、(イ)は止水チューブに固化材を充填する前の状態を示す拡大断面図、(ロ)は止水チューブに固化材を充填した後の状態を示す拡大断面図である。
【図６】本発明の地盤の掘削方法の一実施形態を工程順（アンカー打設）に示す鉛直断面図である。
【図７】本発明の地盤の掘削方法の一実施形態を工程順（ドライアップ）に示す鉛直断面図である。
【図８】本発明の地盤の掘削方法の一実施形態を工程順（床版コンクリートおよび側壁コンクリートの打設）に示す鉛直断面図である。
【図９】本発明の地盤の掘削方法の一実施形態を工程順（塔状架台の撤去）に示す鉛直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１〜図９は、本発明の地盤の掘削方法の一実施形態を示す。以下、施工手順を説明する。
【００３５】
(1) 土留め壁を設置する工程
土留め壁１は、掘削領域を囲むように地面から予定掘削底面よりも下方の所定の深さまで施工する。なお、土留め壁１には鋼矢板などを用い、また水中掘削するため土留め壁１の根入れ長さは短くしてよい。
【００３６】
(2) 土留め壁の内側を水中掘削する工程
特に地下水位を低下させず、土留め壁１の内側部に水を張った状態とし、かつ、この水位を維持して、クラムシェル等のこれまで一般に行われている掘削方法で水中掘削を行う。
【００３７】
この場合、地下水位を低下させないため、地盤の沈下や傾斜、井戸枯れなど周辺への影響を大幅に軽減することができる。また、土留め壁１の根入れ長さを短くできるため、地下水流の遮断も少なくすることができる。 
【００３８】
(3) 掘削底面に沈設する仮底版を水面上で構築する工程
仮底版２は、鋼殻構造、ＲＣ構造、Ｓ構造、あるいはＳＲＣ構造などによって版状、井桁状または格子枠状に構築する。
【００３９】
いずれの場合も、コンクリートを打設できるような型枠状に構築してもよく、また、ＲＣ構造などによって単に井桁状または格子枠状に構築してもよい。
【００４０】
例えば、仮床版２を鋼殻によって型枠状に構築する場合は、形鋼などの鉄骨材によって軸組を構成し、鋼板によって側壁部と底部を構成する。
【００４１】
また、仮床版２の外周部に止水用チューブ４を取り付ける。止水用チューブ４は、掘削底面に沈設した仮床版２の外周部と土留め壁１との間を止水する部材で、モルタル等の固化材を充填して膨張させることにより土留め壁１と仮床版２との間を止水する。
【００４２】
また、仮底版２の上に塔状架台３を構築する。塔状架台３は仮床版２と共に掘削底面に沈設したときに上端部が水面上に突出する高さに構築する。なお、塔状架台３は後で撤去することを考慮してＳ構造とするのが望ましい。
【００４３】
また、掘削面積がかなり広いときは、仮底版２は複数に分けて構築し、それぞれの上に塔状架台３を構築する。また特に、仮底版２と塔状架台３は原則として水面上で構築することにより作業の安全性を図るものとする。  
【００４４】
(4) 仮床版の沈設・水中コンクリート打設
仮底版２と塔状架台３はその自重を利用して掘削底面に沈設する。必要により、載荷したりジャッキを利用して強制的に沈設させてもよい。なお、塔状架台３は当初より全体を構築してもよいが、仮床版２と塔状架台３の沈設と並行して上方に組み上げてもよい。
そして、掘削底面に沈設した仮床版２の上に水中コンクリートを打設する。
【００４５】
特に、仮床版をＲＣ構造などによって井桁状または格子枠状に構築したときは、各枠内に水中コンクリートを打設して版状にする。
【００４６】
なお、塔状架台３は当初より全体を構築してもよいが、仮床版２と塔状架台３の沈設と並行して上方に組み上げてもよい。
【００４７】
(5) アンカーの打設・ドライアップ
塔状架台３の上から掘削底面の下の地盤にアンカー孔(図省略)を削孔し、このアンカー孔に鋼線等(図省略)を挿入し、かつセメントミルク等を注入することにより掘削底面の下の地盤にアンカー５を打設して仮底版２を塔状架台３と共に掘削底面に固定する。
【００４８】
なお、仮床版２のアンカー打設位置には、アンカー５を通すための鞘管(図省略)を予め設置しておくものとし、また、アンカー５の下部５ａは、例えば、膨張パッカー等を用いた加圧注入により掘削底面の地盤中に定着する。一方、アンカー５の上端部５ｂは、アンカー５を緊張した後、塔状架台３の上端部に定着具６によって定着する。また、止水用チューブ４にモルタル等の固化材を充填して止水用チューブ４を膨張させることにより、仮床版２と土留め壁１間を止水する。そして、土留め壁１の内側をドライアップする。
【００４９】
アンカー５の緊張は、アンカー５の上端部５ｂを塔状架台３の上端部に突出させ、塔状架台３の上に油圧ジャッキ(図省略)をセットし、塔状架台３の上で行う。また、アンカー５の本数については、仮底版２下の水圧から土留め壁の根入れ部の土量、仮底版２および塔状架台３の重量を差し引いた上向きの荷重に抵抗できる本数を配置し、計算で求めたアンカー反力に対して抵抗できるような鋼線等の仕様及び定着長を決める。
【００５０】
また、この場合、地下水位を低下させずに土留め壁１の内側をドライアップすると、掘削底面に鉛直上向きの水圧が作用する。この水圧は仮底版下面に作用するが、打設した複数のアンカー５，５を支点として抵抗することにより、水圧はアンカー定着部の地盤に伝達されることで掘削底面の盤ぶくれやボイリング、ひいては掘削底面の破壊を防ぐことができる。
【００５１】
(6) 床版コンクリートの打設・緊張材の定着する工程
仮底版２の上に床版コンクリート７を打設するに際し、必要により補強鉄筋や補強鋼材(図省略)を配置して構造的に補強し、さらにアンカー５を設置することにより仮底版２の曲げスパンを短くして、床版コンクリート７の厚さを薄くすることができ、また掘削ボリュームを減らすことができる。
【００５２】
また、仮床版２の上に床版コンクリート７を打設することによりアンカー５を仮床版２に定着させることができる。さらに、仮床版２の周囲に側壁コンクリート８を打設して側壁を構築し、側壁のコンクリート８と床版コンクリート７は連続的に一体化させる。
【００５３】
なお、仮床版２を鉄筋コンクリート造の床版として、水圧に構造部材として抵抗させてもよい。また、アンカー５は仮床版２を掘削底面の底に固定する仮設材としてのみ利用することもできる。
【００５４】
(7) 塔状架台の撤去
床版コンクリート７および側壁コンクリート８が充分に硬化したら、床版コンクリート７より上に伸びるアンカー５の延長部分と塔状架台３を撤去して工事を完了する。
【００５５】
以上のような施工手順により、本発明は、土木工事に関しては、開削トンネル工事、立坑工事、沈砂地などの浄水・下水施設工事、橋梁下部工事などの開削工事全般に適用することができ、また、建築工事に関しては、ビルの基礎、地下室、地下駐車場などの開削工事全般に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、大深度で地下水位の高い粘性土地盤や細粒分の多い細砂層のような難透水層とその下に被圧帯水層が存在する地盤における地盤の掘削を、掘削底面の盤ぶくれやボイリングを阻止しながらきわめて安全に行うことができる。
【符号の説明】
【００５７】
１  土留め壁
２  仮床版
３  塔状架台
４  止水用チューブ
５  アンカー
６  定着具
７  床版コンクリート
８  側壁コンクリート
【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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