(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被圧地下水地盤に立坑を設置する方法であって、
所定深さの立坑底面の下方に根入れした、立坑掘削域を取り囲む連続地中壁を築造すること、
所定深さの立坑底面に達するまで、前記連続地中壁内の地盤をドライ掘削、次いで注水しての水中掘削により掘削すること、
掘削後、前記立坑底面に達する少なくとも１つの細長い鋼製架構を立坑内に建て込み、該鋼製架構の上端部に加圧手段を取り付けること、
前記立坑底面に底床コンクリートを打設すること、
該底床コンクリートの硬化後、前記加圧手段により前記鋼製架構を介して前記立坑底面を加圧する間に前記立坑から排水すること、
排水後、前記連続地中壁の底部内周面に突起物を固定し、該突起物に付着する押えコンクリートを前記底床コンクリート上に打設すること、
その後、前記加圧手段による加圧を解除し、前記鋼製架構を前記押えコンクリート中に埋没した下方部分とその上方部分とに分離し、該上方部分及び前記加圧手段を前記立坑から撤去することを含む、立坑設置方法。
【請求項２】
掘削底面がボイリング、パイピング、盤膨れ等の地下水圧による不安定化が生じていない状態にある間前記連続地中壁内の地盤をドライ掘削し、その後前記連続地中壁内に注水して該連続地中壁内の地盤を水中掘削する、請求項１に記載の立坑設置方法。
【請求項３】
前記水中掘削のために、前記被圧地下水が前記掘削底面に及ぼす上向き力に対抗する下向き力を前記掘削底面に及ぼす水位を維持するように注水する、請求項１に記載の立坑設置方法。
【請求項４】
排水重量に相当する下向き力を前記加圧手段により前記鋼製架構を介して前記立坑底面に及ぼしつつ排水する、請求項１に記載の立坑設置方法。
【請求項５】
前記立坑底面に作用する被圧地下水による上向きの揚圧力と、立坑内の水の重量及び加圧手段による下向きの力とを釣り合わせながら立坑内の水を排水する、請求項１に記載の立坑設置方法。
【請求項６】
被圧地下水地盤に立坑を設置する方法であって、
所定深さの立坑底面の下方に根入れした、立坑掘削域を取り囲む連続地中壁を築造すること、
所定深さの立坑底面に達するまで前記連続地中壁内の地盤を水中掘削により掘削すること、
掘削後、前記立坑底面に達する少なくとも１つの細長い鋼製架構を立坑内に建て込み、該鋼製架構の上端部に加圧手段を取り付けること、
前記立坑底面に底床コンクリートを打設すること、
該底床コンクリートの硬化後、前記加圧手段により前記鋼製架構を介して前記立坑底面を加圧する間に前記立坑から排水すること、
排水後、前記連続地中壁の底部内周面に突起物を固定し、該突起物に付着する押えコンクリートを前記底床コンクリート上に打設すること、
その後、前記加圧手段による加圧を解除し、前記鋼製架構を前記押えコンクリート中に埋没した下方部分とその上方部分とに分離し、該上方部分及び前記加圧手段を前記立坑から撤去することを含む、立坑設置方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地下水が被圧状態にある地盤すなわち被圧地下水地盤に立坑を設置する方法に関し、特に、被圧地下水の水位が高い地盤に大深度の立坑を設置する方法に関する。この立坑には、例えば、地表下数１０メートルの深さ位置から発進するシールドトンネル掘削機のための発進立坑が含まれる。
【０００２】
【従来の技術】
被圧地下水の水位が高い地盤に立坑を設置する際に常に問題となるのは、ボイリング、パイピング、盤膨れ等の地下水圧による掘削底面の不安定化である。地下水圧による掘削底面の不安定化を防止するために、一般に、遮水工法、底面地盤改良工法及び地下水低下工法が単独で又は組み合わされて採用されている。
【０００３】
しかし、これらの工法には、次のような問題がある。まず、遮水工法は、遮水性の土留壁の根入れを不透水層まで延ばすか、薬液注入によって透水層に遮水壁を造るかして被圧地下水を遮断する工法であるが、粘着力が大きく、クラックのない強固な不透水層がある程度の深度までしかも５ｍ以上の層厚がないと採用できない。また、仮に、適当な不透水層がある場合でも、被圧地下水により揚圧力に対しする抵抗力は、土の重量と剪断抵抗によるものであるため、安全率を満たす抵抗力を得るためには土留壁の根入れを長くする必要があり、経済性に劣る。さらに、薬液注入によって透水層に遮水壁を造る場合、注入位置が深いとき、均一で確実な遮水壁を造ることは困難である。特に、細粒分の多い砂層では薬液の浸透に難がある。
【０００４】
次に、底面地盤改良工法は、被圧地下水に抵抗するように、立坑底面周辺地盤に遮水性のある人工地盤を造る工法で、掘削底面下に適当な不透水層がない場合に採用されるが、掘削深度が深くなると地盤改良径の確保、ボーリング精度等に問題があり、施工の確実性において劣る。また、掘削面積が大きい場合には、かなり厚い改良厚さとなり、不経済な設計となる。
【０００５】
最後に、地下水低下工法は、井戸での揚水によって水圧（水位）を低下させる工法であるが、昨今の５０ｍを超える大深度の立坑掘削のために、これに見合う大規模な水位の低下を得ることはほとんど不可能である。また、帯水層の透水性が大きい場合、揚水量は膨大な量となり、河川等の適当な放流先がない場合、揚げた水を下水道に放流することになる。その場合、高額な下水道料金の支払いを余儀なくされる。さらに、帯水層の透水性が小さい場合、井戸に水が集まりにくいため、水位低下曲線が急勾配となり、水位低下が必要な部位で低下しない場合が生じる。さらに、軟弱な沖積粘土層が上部にあるような地盤では、圧密による地盤沈下が深刻な問題となるおそれがあり、大深度掘削ではこの工法を単独で使用することはできない。
【０００６】
上記の理由で、地下水圧による掘削底面の安定化のために一般に採用されている遮水工法、底面地盤改良工法及び地下水低下工法は、被圧地下水地盤に大深度の立坑を設置するためには採用できない。
【０００７】
特開昭５７−１５８４９５号公報に、シールド発進用大深度立坑の施工法が開示されている。この施工法は、地下連続壁で囲まれる地盤を泥水工法を用いて水中掘削し、掘削底面に水中コンクリートの打設によって基礎底板を施工し、鋼製半球殻体に立坑駆体を継ぎ足し、基礎底板まで沈下させ、地下連続壁と立坑駆体との間を硬化材のグラウトにより充填するもので、掘削中は、被圧地下水により立坑底面に作用する上向き力に対し泥水の重量をもって対抗し、掘削後は、立坑底面の安定を維持するというのではなく、むしろ、地下連続壁内に殻体と立坑駆体とによる立坑を規定するというものである。次に、特開昭６３−２２６４９４号公報には、連続地中壁による筒状構造物を構築し、該筒状構造物内を水中掘削し、底部に水中コンクリートを打設して底版を造成する立坑構築工法が記載されている。このコンクリート底板は、重力タイプ又は底部地盤に予め打ち込んだアンカー及び鉄筋に結合された強化版タイプであるが、その施工は、いずれも深い地中での水中作業によるもので、確実性及び工費に問題があり、また、コンクリート底版と地中壁とは一体的に結合されていないために、深度によっては排水後の立坑底面の安定になお問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、被圧地下水地盤に立坑を設置するに際して、遮水工法、底面地盤改良工法、地下水低下工法等の在来工法を使用することなく、ボイリング、パイピング、盤膨れ等の被圧地下水による掘削底面の不安定化を防止することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明は、掘削に際して所定深さの立坑底面の下方に根入れした連続地中壁内の掘削底面に注水によって下向き力を及ぼし、排水に際して加圧手段により架構を介して立坑底面に下向き力を及ぼし、また、架構の撤去に際して立坑底部において連続地中壁と強固に一体化するコンクリートを打設し、これにより掘削底面又は立坑底面に作用する被圧地下水による上向き力に対抗し、盤膨れのような掘削底面の不安定化を防止することを基本構想とする。ために、本発明にかかる立坑設置方法は、基本的に、所定深さの立坑底面の下方に根入れした、立坑掘削域を取り囲む連続地中壁を築造し、該連続地中壁内の掘削底面に注水によって下向き力を及ぼしながら水中掘削し、細長い架構を介して立坑底面に加圧力を及ぼしながら立坑から排水し、立坑底部において連続地中壁と強固に一体化するコンクリートを打設し、その後、前記加圧力を解除し、前記架構を撤去することを特徴とする。
【００１０】
本発明にかかる被圧地下水地盤に立坑を設置する方法は、所定深さの立坑底面の下方に根入れした、立坑掘削域を取り囲む連続地中壁を築造すること、所定深さの立坑底面に達するまで、前記連続地中壁内の地盤をドライ掘削、次いで注水しての水中掘削により掘削すること、掘削後、前記立坑底面に達する少なくとも１つの細長い鋼製架構を立坑内に建て込み、該鋼製架構の上端部に加圧手段取り付けること、前記立坑底面に底床コンクリートを打設すること、該底床コンクリートの硬化後、前記加圧手段により前記鋼製架構を介して前記立坑底面を加圧する間に前記立坑から排水すること、排水後、前記連続地中壁の底部内周面に突起物を固定し、該突起物に付着する押えコンクリートを前記底床コンクリート上に打設すること、前記鋼製架構を前記押えコンクリート中に埋没した下方部分とその上方部分とに分離し、該上方部分及び前記加圧手段を前記立坑から撤去することを含む。
【００１１】
実施上、掘削底面が安定状態にある間、前記連続地中壁内の地盤をドライ掘削し、その後前記連続地中壁内に注水して該連続地中壁内の地盤を水中掘削する。また、鋼製架構を立坑に建て込むには、前記立坑底面と前記注水した水の水位の上方位置との間に建て込む。さらに、前記鋼製架構は、複数のトラス構造物を連結してなりかつ下端部に押え金物が取り付けられており、前記押え金具は、Ｈ形鋼が井桁状に組まれてなる。
【００１２】
前記水中掘削のために、前記被圧地下水が前記立坑底面に及ぼす上向き力に対抗する下向き力を前記立坑底面に及ぼす水位に注水する。また、排水重量に相当する下向き力を前記油圧ジャッキにより前記鋼製架構を介して前記立坑底面に及ぼしつつ排水する。
【００１３】
所定深さの立坑底面に達するまでの、前記連続地中壁内の地盤の掘削は、初めから水中掘削によることもできる。
【００１４】
【発明の作用効果】
本発明によれば、掘削時における注水量に応じた下向き力、排水時における排水量に応じた加圧力による下向き力、架構の撤去時における連続地中壁と一体化したコンクリートの抵抗により、掘削底面又は立坑底面に作用する被圧地下水による上向き力に対抗し、盤膨れのような掘削底面の不安定化を確実に防止することができ、しかも、遮水工法、底面地盤改良工法、地下水低下工法等の在来工法を使用しないことから、工期の短縮及び経済性に優れている。また、地中壁への突起物すなわち剪断補強材の固定及び押えコンクリートの打設は、排水後の坑底における作業員視認下の直接作業であり、施工を確実にすることができる。
【００１５】
【実施の形態】
本発明に従って設置された立坑を示す図１は、後に説明するように、Ｈ形矢板又はＩ形矢板１０を芯材とするコンクリート製連続地中壁１２内での水中掘削、立坑底面１４への基礎コンクリート１６の打設、鋼製架構１８の立坑内への建て込み、鋼製架構１８の上端部への油圧ジャッキ２０の取り付け及び該油圧ジャッキの連続地中壁１２への固定、基礎コンクリート１６上への底床コンクリート２２の打設、油圧ジャッキ作動下での立坑からの排水、地中壁１２の内面に固定した突起物２４を介して該地中壁と一体化される押えコンクリート２６の打設を順次に完了し、鋼製架構１８を押えコンクリート２６中に埋没した下方部分とその上方部分とを分離してその上方部分及び油圧ジャッキ２０を立坑から撤去する前の状態を示している。油圧ジャッキ２０は加圧手段を構成する。加圧手段は、油圧ジャキに代え、鋼製架構１８上に取り付けられ、立坑からの排水を受け入れる水槽（図示せず）によって構成することができ、また、鋼製架構１８上に取り付けられかつ順次載置される多数の重錘（図示せず）によって構成することもできる。以下に説明する図示の例では、加圧手段として油圧ジャッキを使用している。基礎コンクリート１６の打設は立坑底部に堆積したスライムに対する処置であり、コンクリート打設に代え、立坑底部からスライムを除去し、または、立坑底部に採石を敷設してもよい。
【００１６】
以下、本発明の立坑設置方法を図２以下を参照して説明するに、まず、液密性のジョイント構造を備えるＨ形矢板又はＩ形矢板１０を芯材とするコンクリート製の連続地中壁１２を築造する。この地中壁１２は、所定深さの立坑底面１４の下方に根入れした、掘削域を取り囲む連続地中壁である。この地中壁１２の地表近傍部分では、芯材１０は露出している。
【００１７】
所定深さの立坑底面１４に達するまで、地中壁１２内の地盤を初めはドライ掘削により、次いで注水しての水中掘削により掘削する。すなわち、掘削底面が安定状態にある間ドライ掘削し、その後地中壁１２内に注水して水中掘削する。水中掘削のためにする注水は、被圧地下水が掘削底面に及ぼす上向き力に対抗する下向き力を掘削底面に及ぼす水位を維持するようにする。
【００１８】
図２に示す例では、掘削底面３０までドライ掘削する。この掘削底面３０は、立坑底面１４に作用する被圧地下水による上向きの揚圧力と、地中壁内の土の重量とが、安全率を考慮して、釣り合い状態にある深さである。例えば、不透水層が地表下３９．０ｍまであり、その下の透水層の被圧地下水の水位３２が地表下５．０ｍであり、安全率を１．０５とする場合、計算上、揚圧力は地表下１９．２ｍまでは土の重量を上回らない。このため、地表下１９．２ｍまでドライ掘削し、それ以下を水中掘削する。勿論、この場合、最初から水中掘削することができ、また、地表下１９．２ｍに達する前にドライ掘削を水中掘削に切り換えてもよい。
【００１９】
所定深さの立坑底面１４までの水中掘削が完了した後、図３に示すように、立坑底面１４に基礎コンクリート１６を打設する。この基礎コンクリートの打設は、トレミーを用いて行う。
【００２０】
基礎コンクリート１６が硬化し、強度が発現した後、図４に示すように、立坑内において基礎コンクリート１６に達し、これに支持される細長い鋼製架構１８を基礎コンクリートと注水した水の水位３４の上方位置との間に建て込む。
【００２１】
この鋼製架構１８は、図１及び図５に示すように、トラス構造物である架構単体１８１が連結されてなる。図示の例では４つの架構単体が連結されて１つの鋼製架構１８を構成している（図４）。各架構単体１８１は、４本の柱材１８２、これらを連結しかつ補強する水平材１８３及び斜材１８４からなる。また、図示の例では、２組の鋼製架構１８が立坑内に建て込まれている（図５）。
【００２２】
図１、図５及び図６に示すように、各鋼製架構１８の下端には押え金物３６が取り付けられており、該押え金物は井桁状に組まれたＨ形鋼３６１、付加的に配置されたＨ形鋼３６２及びスペーサとして配置されたＨ形鋼３６３，３６４を含む。これらのＨ形鋼は互いに溶接されている。また、押え金物３６は、全体に、Ｈ形鋼３６３を介して鋼製架構１８の下端部、すなわち各柱材１８２の下端部に溶接されている。
【００２３】
他方、鋼製架構１８の上端部、すなわち各柱材１８２の上端部には、油圧ジャッキ２０が取り付けられ、該油圧ジャッキは連続地中壁１２の芯材１０にブラケット４０を介して固定される。ブラケット４０は、芯材１０に着脱可能に取り付けられている。
【００２４】
その後、基礎コンクリート１６上に底床コンクリート２２をトレミーを用いて打設する。この底床コンクリートの打設により、該底床コンクリート中に押え金物３６及び鋼製架構１８の柱材１８２の一部が埋没する。
【００２５】
底床コンクリート２２の硬化後、油圧ジャッキ２０を作動し、鋼製架構１８、底床コンクリート２２、押え金物３６及び基礎コンクリート１６を介して立坑底面１４を加圧する。その間に、主として水中掘削のために注入された水を立坑から排水する。この排水は、排水重量に相当する下向き力を油圧ジャッキ２０により鋼製架構１８等を介して立坑底面１４に及ぼしながら行う。
【００２６】
排水後、立坑内に入った作業員により、図１及び図６示すように、地中壁１２の底部内周面に後に打設される押えコンクリート２６のための剪断補強材としての突起物２４を固定する。この突起物２４は、ジベル、スタッド、シャーコネクター、アンカー等であり、図示の例では複数の棒状鉄筋である。この鉄筋は間隔をおいて配置され、その一端が地中壁１２の芯材１０に溶接により固定され、片持ち支持される。
【００２７】
突起物２４が地中壁１２に固定された後、突起物及び地中壁に付着する押えコンクリート２６を底床コンクリート２２上に打設し、地中壁１２と押えコンクリートとを強固に一体化する。この押えコンクリート２６の打設により、鋼製架構１８の柱材１８２はその一部が該押えコンクリートに埋没する。
【００２８】
油圧ジャッキ２０による加圧を解除し、鋼製架構１８の柱材１８２を押えコンクリート２６に埋没した下方部分とその上方部分とに分離する。この分離は、溶断によって行う。その後、鋼製架構１８の分離された上方部分及び油圧ジャッキ２０を立坑から撤去する。これにより、図７に示すように、基礎コンクリート１６と、押え金物３６で補強された底床コンクリート２２と、地中壁１２と剪断補強材を介して強固に一体化された押えコンクリート２６とにより被圧地下水による揚圧力に抵抗し、立坑底面１４を安定的に維持する底版を備えた立坑が完成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って建て込まれた鋼製架構の撤去前の立坑内の状況を示す図。
【図２】ドライ掘削完了後の掘削底面と被圧地下水の水位と所定の立坑底面との関係を示す図。
【図３】基礎コンクリート打設後の立坑内の状況を示す図。
【図４】鋼製架構建て込み後の立坑内の状況を示す図。
【図５】基礎コンクリート上に載る押え金物を示す、図１の線５−５に沿って得た横断面図。
【図６】排水後の立坑底部の部分断面図。
【図７】完成した立坑底部の部分断面図。
【符号の説明】
１２  連続地中壁
１４  所定の立坑底面
１６  基礎コンクリート
１８  鋼製架構
２０  油圧ジャッキ
２２  底床コクリート
２４  突起物（剪断補強材）
２６  押えコンクリート
３６  押え金物
【図１】
0003614587.tif 000002
【図２】
0003614587.tif 000003
【図３】
0003614587.tif 000004
【図４】
0003614587.tif 000005
【図５】
0003614587.tif 000006
【図６】
0003614587.tif 000007
【図７】
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