(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中において密閉されるように閉ざされた閉空間を閉塞するための間詰方法であって、
空気を含む硬化性の充填材を前記閉空間に充填するための充填工程を含み、
前記充填工程では、前記充填材に含まれる空気量と前記閉空間の圧力との相関に基づいて、前記充填材の空気混入率を設定することを特徴とする間詰方法。
【請求項２】
前記充填工程では、前記閉空間における充填すべき体積をＶ０、前記充填すべき体積についての施工誤差に基づく体積変動量をΔＶ、大気圧をＰ０、前記閉空間の許容可能な過剰圧力をΔＰとしたとき、前記空気混入率の最小値である最小空気混入率ａを下式（１）により算出することを特徴とする請求項１記載の間詰方法。
ａ＝ΔＶ／（Ｖ０＋ΔＶ）×（Ｐ０＋ΔＰ）／ΔＰ×１００  …（１）
【請求項３】
前記体積変動量ΔＶは、前記充填材の流量計における計測誤差に少なくとも基づいて求められ、
前記許容可能な過剰圧力ΔＰは、前記閉空間の与条件に応じた限界過剰圧力に少なくとも基づいて求められること、を特徴とする請求項２記載の間詰方法。
【請求項４】
前記充填工程の前に、硬化性の非圧縮性充填材を、前記閉空間が閉塞されないように当該閉空間に所定量充填し固化させる前工程をさらに含むこと、を特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載の間詰方法。
【請求項５】
前記閉空間は、非開削で形成された地下空間内における構造物の上方に画設されていること、を特徴とする請求項１〜４の何れか一項記載の間詰方法。
【請求項６】
前記閉空間は、非開削で形成された地下空間内における構造物の側方に画設されていること、を特徴とする請求項１〜５の何れか一項記載の間詰方法。
【請求項７】
前記閉空間の外形を構成する面は、曲面を有すること、を特徴とする請求項１〜６の何れか一項記載の間詰方法。
【請求項８】
前記閉空間は、地中に埋設されたパイプルーフ周辺に位置すること、を特徴とする請求項１〜７の何れか一項記載の間詰方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、間詰方法に関し、特に、地中において密閉されるように閉ざされた閉空間を閉塞するための間詰方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の間詰方法としては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。この特許文献１に記載された間詰方法では、掘削された溝内に単管パイプが構築され、溝内における単管パイプの両側に現地発生土が充填されると共に、単管パイプの上方からグラウト材が充填される。これにより、溝内における単管パイプ周辺の隙間が充填され、その後、その上に路盤材が敷設される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１３０９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えばトンネル本体工の施工においては、非開削工法等により地下空間が掘削され、この地下空間内に構造物（カルバート等）が構築される場合がある。この場合、一般的には、構造物の周囲に流動化処理土やコンクリート等の充填材を充填して、当該周囲の空間を閉塞する間詰方法が用いられる。
【０００５】
しかしながら、このように、地中において密閉されるよう閉ざされた閉空間（以下、単に「閉空間」ともいう）を流動化処理土等で充填し閉塞しようとすると、閉空間の隅々まで充填するためには一定以上の圧力を加えて充填する必要があることから、その圧力が地盤へ悪影響を及ぼし、例えば地盤隆起、段差やひび割れ等の地盤変状が生じてしまうおそれがある。さらには、流動化処理土等はその充填量を測り難いことから、閉空間の体積（容積）よりも多い量が当該閉空間に充填され、圧力が上昇して地盤変状が生じるおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、地盤変状の発生を抑制することができる間詰方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、閉空間を閉塞するに際して空気を含む硬化性の充填材を採用すると、この充填材に含まれる空気の圧縮性によって、圧力を加えて充填したとしても閉空間で過剰圧力（余計な圧力）が発生するのを抑制できるという着想を得た。
【０００８】
ここで、充填材で閉空間を閉塞する場合には、隙間なく充填するために、充填すべき体積と充填量とが一致した瞬間に当該充填材の充填を停止させることが好ましい。しかし、充填材を配管等で流送しながらその充填量を精度よく把握することが容易でなく、閉空間で過剰圧力が生じる懸念が未だ見出される。そこで、本発明者らは鋭意検討をさらに重ね、次の知見を得た。
【０００９】
すなわち、閉空間では、充填材の空気が外気へ漏れないとみなして密閉状態モデルを構築できることを見出し、それ故、充填材の空気量と閉空間の圧力との間には、相関が存在し得ることに想到した。よって、かかる相関に基づいて充填材の空気混入率を設定することで、空気を含む充填材を充填することに起因した閉空間の圧力変動を制御でき、その結果、閉空間での過剰圧力の発生を抑制できるという知見を得た。本発明は、上記着想及び上記知見に基づいてなされたものである。
【００１０】
本発明に係る間詰方法は、地中において密閉されるように閉ざされた閉空間を閉塞するための間詰方法であって、空気を含む硬化性の充填材を閉空間に充填するための充填工程を含み、充填工程では、充填材に含まれる空気量と閉空間の圧力との相関に基づいて、充填材の空気混入率を設定することを特徴とする。
【００１１】
この間詰方法によれば、上記着想に示すように、空気を含む充填材を充填することによって閉空間での過剰圧力の発生を抑制できる。これと共に、上記知見に示すように、充填材に含まれる空気量と閉空間の圧力との相関に基づき充填材の空気混入率が管理されるため、閉空間の圧力変動を制御でき、よって、この点でも過剰圧力の発生を抑制できる。その結果、閉空間の圧力が地盤へ悪影響を及ぼすのを防止し、地盤変状の発生を抑制することが可能となる。
【００１２】
また、充填工程では、閉空間における充填すべき体積をＶ０、大気圧をＰ０、充填すべき体積についての施工誤差に基づく体積変動量をΔＶ、閉空間の許容可能な過剰圧力をΔＰとしたとき、空気混入率の最小値である最小空気混入率ａを下式（１）により算出することが好ましい。
ａ＝ΔＶ／（Ｖ０＋ΔＶ）×（Ｐ０＋ΔＰ）／ΔＰ×１００  …（１）
これにより、充填材の空気量と閉空間の圧力との相関を、具体的且つ好適に利用することができる。
【００１３】
このとき、体積変動量ΔＶは、充填材の流量計における計測誤差に少なくとも基づいて求められ、許容可能な過剰圧力ΔＰは、閉空間の与条件に応じた限界過剰圧力に少なくとも基づいて求められることが好ましい。これにより、充填材の空気量と閉空間の圧力との相関を、工学上の観点で展開して具体的且つ好適に利用することができる。
【００１４】
また、充填工程の前に、硬化性の非圧縮性充填材を、閉空間が閉塞されないように当該閉空間に所定量充填し固化させる前工程をさらに含むことが好ましい。この場合、閉空間において空気を含む充填材の充填量を少なくすることができる。
【００１５】
また、閉空間は、非開削で形成された地下空間内における構造物の上方に画設されている場合がある。この場合、例えば、閉空間の圧力が閉空間に加わる土被り圧以上とならないように、充填材の空気混入率を設定することができる。
【００１６】
また、閉空間は、非開削で形成された地下空間内における構造物の側方に画設されている場合がある。この場合、例えば、閉空間の圧力が静止土圧又は受働土圧以上とならないように、充填材の空気混入率を設定することができる。
【００１７】
また、閉空間の外形を構成する面は、曲面を有していてもよい。この場合でも、本発明を適用することにより、地盤変状の発生を抑制するという上記作用効果が奏される。さらにまた、閉空間は、地中に埋設されたパイプルーフ周辺に位置していてもよい。パイプルーフ周辺の閉空間は外形形状が複雑なものとなるが、この場合においても、本発明を適用することにより、地盤変状の発生を抑制するという上記作用効果が奏される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、地盤変状の発生を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態に係る間詰方法が適用されるトンネル本体工を説明する概略断面図である。
【図２】一実施形態に係る間詰方法を説明するための図１のII−II線に沿った断面図である。
【図３】一実施形態に係る間詰方法を示すフローチャートである。
【図４】一実施形態に係る間詰方法を示すフロー図である。
【図５】一実施形態に係る間詰方法における最小空気混入率の算出を説明する図である。
【図６】変形例に係る間詰方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、「上」、「下」の語は、鉛直方向の上方、下方にそれぞれ対応するものである。
【００２１】
図１は本実施形態の間詰方法が適用されるトンネル本体工を説明する概略断面図であり、図２は本実施形態の間詰方法を説明するための図１のII−II線に沿った断面図である。図１に示すように、本実施形態の間詰方法は、一例として、地下構造を構築する道路トンネル１のトンネル本体工に用いられる。具体的には、道路トンネル１は、開削で施工される開削区間Ａと、非開削で施工される非開削区間Ｂと、を含んでおり、本実施形態の間詰方法にあっては、この非開削区間Ｂに適用される。そこで、まずトンエル本体工の非開削区間Ｂにおける施工方法（構築方法）について概略説明する。
【００２２】
非開削区間Ｂは、地面から掘り返すことなく地中２を掘り抜いて成る区間であり、区間長が例えば１５０ｍとされている。図２に示すように、この非開削区間Ｂの施工では、発進立坑と到達立坑とを設け、その間にパイプ工を施工し、道路通行方向に沿って延び且つ門型に配置された複数（例えば３６本）のパイプルーフ鋼管（パイプルーフ）３を地中２に埋設する。ここでは、パイプルーフ鋼管３までの土被りを、約３．５ｍとして施工している。なお、隣接するパイプルーフ鋼管３は、その延在方向一端から他端に亘ってジョイント３ａによって互いに連結されている。
【００２３】
続いて、トンネル支保工により支保部材４を設置すると共に、パイプルーフ鋼管３で囲まれた領域を掘削し、地下空間５を形成する。その後、当該地下空間５内に、道路構造物としてのカルバート６を構築する。そして、この地下空間５においてカルバート６の周囲を、後述の間詰方法により閉塞する。
【００２４】
次に、本実施形態の間詰方法について、図３，４を参照しつつ詳細に説明する。
【００２５】
まず、図４（ａ）に示すように、地下空間５内においてカルバート６上部の隙間について、その妻側（非開削区間Ｂの始端側及び終端側）に型枠端部を配置する（Ｓ１）。これにより、カルバート６の上方に閉空間１０を画設（画するように設けること。設置、構築又は建設等とも称する）する。閉空間１０では、地中２において密閉されるように閉ざされており、つまり、外部の大気（外気）に対して略気密化されて実質的に密閉（完全密閉及び略密閉を含む）されている。
【００２６】
ここでの閉空間１０は、パイプルーフ鋼管３とカルバート６との間の空間である。具体的には、閉空間１０は、パイプルーフ鋼管３の外壁面と、ジョイント３ａと、躯体上床版であるカルバート６の上壁の壁面と、によって区切られた空間である。この閉空間１０は、上下方向を厚さ方向にする略長尺板状の外形を呈しており、その幅は例えば１．５ｍとされている。また、閉空間１０は、その土被りが例えば３．５ｍとされている。
【００２７】
続いて、図４（ｂ）に示すように、カルバート６の上方にて水平方向に沿って並設されたパイプルーフ鋼管３の下端に達するまで、流動化処理土１１を閉空間１０内に注入して打設し、その後、当該流動化処理土１１を固化させる（Ｓ２）。そして、図４（ｃ）に示すように、閉空間１０において流動化処理土１１が充填されていない残余空間（充填すべき空間）１０ａに対し、エアモルタル１２を充填する。例えば充填すべき空間１０ａの体積Ｖ０は、一例として１５ｍ３とされる。
【００２８】
このエアモルタル１２の充填においては、まず、エアモルタル１２の空気混入率を、エアモルタル１２に含まれる空気量と閉空間１０の圧力との相関に基づいて設定する（Ｓ３）。すなわち、閉空間１０に過剰圧（余計な圧力）が作用し、パイプルーフ鋼管３に加わる圧力が土被り圧以上になると、路面隆起が発生するおそれがある。そこで、閉空間１０の圧力とエアモルタル１２の空気量との関係から、パイプルーフ鋼管３に加わる圧力が土被り圧以上にならないようにエアモルタル１２中の空気混入率を設定する。
【００２９】
具体的には、閉空間１０を完全密閉状態としてモデル構築することにより、ＰＶ＝ｎ（定数）から、パイプルーフ鋼管３に加わる圧力が土被り圧以上にならないようエアモルタル１２中の最小空気混入率ａ（％）を算出する。そして、当該最小空気混入率ａ以下にならないようにエアモルタル１２中の空気量を管理する。
【００３０】
より具体的には、図５（ａ）に示すように、閉空間１０の充填すべき体積Ｖ０にエアモルタル１２が丁度充填されたとすると、エアモルタル１２中の空気の体積Ｖ０ａ及びエアモルタル１２の体積Ｖ０ｍは、下式（２）となる。
Ｖ０ａ＝（ａ／１００）×Ｖ０
Ｖ０ｍ＝（（１００−ａ）／１００）×Ｖ０  …（２）
【００３１】
また、図５（ｂ）に示すように、充填すべき体積Ｖ０の体積変動量ΔＶを考慮したエアモルタル１２の充填量を正味充填量Ｖ´とすると、エアモルタル１２中の空気の正味体積Ｖ´ａ及びモルタル１２の正味体積Ｖ´ｍは、大気圧Ｐ０下において下式（３）となる。なお、体積変動量ΔＶは、充填すべき体積Ｖ０についての施工誤差（体積計測誤差や圧送ポンプ停止後のエアモルタル１２の流動等）に基づき求められるものであり、ここでは、エアモルタル１２の充填に係る充填量誤差を含むものである。
Ｖ´ａ＝（ａ／１００）×Ｖ´
Ｖ´ｍ＝（（１００−ａ）／１００）×Ｖ´
Ｖ´＝Ｖ０＋ΔＶ                    …（３）
【００３２】
この正味充填量Ｖ´のエアモルタル１２を充填すべき体積Ｖ０に充填したとすると、図５（ｃ）に示すように、空気は圧縮される一方でモルタルは同体積なことから、エアモルタル１２中の空気の体積はＶ０−Ｖ´ｍとなり、モルタルの体積はＶ´ｍとなる。このとき、施工条件（現場条件）等の与条件によって閉空間１０の許容可能な過剰圧力ΔＰは決定され、よって、限界圧力Ｐ´は下式（４）で表される。
Ｐ´＝Ｐ０＋ΔＰ                    …（４）
【００３３】
ここで、エアモルタル１２に含まれる空気については、ＰＶ＝ｎ（定数）の関係からＰ０Ｖ´ａ＝Ｐ´（Ｖ０−Ｖ´ｍ）が成立することから、これを上式（３），（４）を用いて最小空気混入率ａで整理することにより、下式（５）が導出される。従って、許容可能な過剰圧力ΔＰ及び体積変動量ΔＶを与条件として、エアモルタル１２中の最小空気混入率ａを、下式（５）式に従い算出する。
ａ＝ΔＶ／（Ｖ０＋ΔＶ）×（Ｐ０＋ΔＰ）／ΔＰ×１００  …（５）
【００３４】
ちなみに、本実施形態では、一例として、閉空間１０は地下空間５内のカルバート６上方に画設されていることから、閉空間１０に加わる土被り圧以上とならないようエアモルタル１２の空気混入率を設定しており、限界過剰圧力を土被り圧（ここでは、０．０６ＭＰａ）としている。そして、許容可能な過剰圧力ΔＰについては、限界過剰圧力に対し安全率２を見込み、ΔＰ＝０．０６ＭＰａ÷２＝０．０３ＭＰａとしている。また、体積変動量ΔＶについては、エアモルタル１２の流量計計測誤差を±１０％とし、これを確実な充填を行うための管理上の安全側として±１５％とし、充填すべき体積Ｖ０＝１５ｍ３に対してΔＶ＝Ｖ０×１５％＝２．２５ｍ３としている。その結果、ここでは、最小空気混入率ａは、上記（５）式より５６．５％となっている。
【００３５】
続いて、算出した最小空気混入率ａ以上でエアモルタル１２を生成する（Ｓ４）。そして、生成したエアモルタル１２を例えば０．５ＭＰａのポンプ圧で圧送し、エアモルタル１２を閉空間１０の充填すべき空間１０ａへと注入し充填する（Ｓ５）。以上により、閉空間１０が閉塞されることとなる。なお、上記において、流動化処理土１１を打設し固化させる上記Ｓ２が前工程に対応し、エアモルタル１２を充填するための上記Ｓ３〜Ｓ５が充填工程に対応する。
【００３６】
以上、本実施形態の間詰方法では、エアモルタル１２の空気の圧縮性を利用することができ、圧力を加えてエアモルタル１２充填しても、このエアモルタル１２の気泡（空気）が潰れたり、当該気泡が圧力によって体積縮小したり外部へ散逸したりするため、閉空間１０での過剰圧力の発生を抑制することができる。また、エアモルタル１２は流動性に優れた材料であるため、確実に充填することが可能となる。
【００３７】
これと共に、上述したように、エアモルタル１２の空気量と閉空間１０の圧力との間に相関が見出され、当該相関に基づきエアモルタル１２の空気混入率が管理されるため、エアモルタル１２の注入圧力管理が可能となり、閉空間１０の圧力変動を制御可能となる。よって、この点でも過剰圧力の発生を抑制できる。
【００３８】
従って、本実施形態によれば、閉空間１０の圧力を施工管理上で許容限度以下に抑え、その圧力が地盤へ悪影響を及ぼすのを防止し、地盤変状の発生を抑制することが可能となる。その結果、例えばパイプルーフ鋼管３の変形を最小限に抑えることができ、ひいては、地盤隆起（路面隆起）、段差やひび割れ等の発生を回避し、一般路面交通への悪影響を防止することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、閉空間１０を密閉とみなし（仮定し）、最小空気混入率ａを上式（５）により算出している。つまり、予め打設箇所等の条件から、充填するエアモルタル１２に含まれる所定の空気量を算出し、この空気量の空気を配合したエアモルタル１２を生成し、閉空間１０の充填すべき空間１０ａに充填している。これにより、エアモルタル１２の空気量と閉空間１０の圧力との相関を、具体的且つ好適に利用することができる。
【００４０】
また、本実施形態では、上述したように、エアモルタル１２の計測誤差に少なくとも基づいて体積変動量ΔＶが求められ、閉空間１０の与条件に応じた限界過剰圧力に少なくとも基づいて求められる。これにより、エアモルタル１２の空気量と閉空間１０の圧力との相関を、工学上の観点へと展開し、より具体的且つ好適に利用できる。
【００４１】
また、本実施形態では、上述したように、エアモルタル１２を充填する前に、硬化性の非圧縮性充填材である流動化処理土１１を、閉空間１０が閉塞されないよう当該閉空間１０の途中まで所定量充填し固化させている。これにより、エアモルタル１２の充填量を少なくすることができる。さらに、エアモルタル１２は流動化処理土１１よりも一般的に高コストなことから、コストダウンを図ることが可能となる。
【００４２】
また、上述したように、閉空間１０はパイプルーフ鋼管３周辺に位置し、閉空間１０の外形形状は複雑なものとなっている。この場合においても、本実施形態の間詰方法を適用することにより、地盤変状の発生を抑制するという上記作用効果が好適に奏される。
【００４３】
ちなみに、空気混入率が過多であると、エアモルタル１２の強度が下がるため好ましくない。加えて、水につかった際に水に浮かないように、エアモルタル１２の比重は１より大きいことが好ましい。そこで、本実施形態では、このような観点をさらに考慮されており、空気混入率は５０％程度とされ、好ましいとして４０％〜６０％とされている。エアモルタル１２としては、気泡（空気）が連続するように構成された特殊エアモルタルを用いることができ、この場合、水につかった際には水が浸み込むため、エアモルタル１２の浮上を抑制できる。
【００４４】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００４５】
例えば、上記実施形態では、地下空間５内のカルバート６上方に閉空間１０が画設されているが、閉空間１０はこれに限定されるものではない。図６（ａ）に示すように、地下空間５内における構造物６の側方に閉空間１０が画設されていてもよい。この場合、閉空間１０の圧力が静止土圧又は受働土圧以上とならないようエアモルタル１２の空気混入率が設定される。
【００４６】
また、図６（ｂ）に示すように、閉空間１０は、地下空間５内の構造物６下方に画設されていてもよい。さらに、閉空間１０は、地下空間５内の構造物６の上方、側方及び下方の少なくとも１つを跨ぐように画設されていてもよい。
【００４７】
また、閉空間１０の外形は限定されるものではない。閉空間１０外形を構成する面は曲面を有していてもよく、図６（ｃ）に示すように、閉空間１０は、アーチ状の天井面を有するアーチトンネル状であってもよい。この場合でも、地盤変状の発生を抑制するという上記作用効果が奏される。
【００４８】
また、上記実施形態では、流動化処理土１１を充填しているが、これに代えて又は加えて、コンクリートを充填してもよく、要は、非圧縮性を有する硬化性の非圧縮充填材を充填すればよい。また、上記実施形態では、エアモルタル１２を用いているが、これに代えて又は加えて、例えば流動化処理土に空気を含ませたものを用いてもよく、要は空気を含む硬化性の充填材を用いればよい。
【００４９】
また、上記実施形態では、エアモルタル１２中の空気混入率ａを上式（５）を用いて設定しているが、これ限定されず、エアモルタル１２の空気量と閉空間１０の圧力との相関に基づいてエアモルタル１２の空気混入率を設定すればよい。
【符号の説明】
【００５０】
３…パイプルーフ鋼（パイプルーフ）、２…地中、５…地下空間、６…カルバート（構造物）、１０…閉空間、１２…エアモルタル（空気を含む硬化性の充填材）。
【要約】
【課題】地盤変状の発生を抑制することができる間詰方法を提供する。
【解決手段】間詰方法は、地中２において密閉されるように閉ざされた閉空間１０を閉塞するためのものであり、空気を含む硬化性の充填材であるエアモルタル１２を閉空間１０に充填するための充填工程を含んでいる。この充填工程では、エアモルタル１２の空気量と閉空間１０の圧力との相関に基づいて、エアモルタル１２の空気混入率を設定する。
【選択図】図４【図３】
0005458160.tif 000002
【図５】
0005458160.tif 000003
【図１】
0005458160.tif 000004
【図２】
0005458160.tif 000005
【図４】
0005458160.tif 000006
【図６】
0005458160.tif 000007