(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下開削構築物の造築に際し施工される遮水壁によって遮断された地下水流の保全のために、遮水壁が地下水流を遮断している部分に任意の時期に通水孔を形成するため遮水壁の杭芯材として設けられた通水孔形成装置であって、
前記通水孔形成装置は、上下が密閉された杭芯中空鋼管であって、鋼管内部中央に内部隔壁で仕切られた止水室と、該止水室に仕切られた両側に、地上から加圧溶液を供給する加圧パイプに連結された圧力室とから構成され、前記圧力室から外部に開口した通水孔と、該通水孔を塞ぐように設けられた膨張破裂部と、前記内部隔壁に開口された連絡孔と、該連絡孔を塞ぐように設けられ止水室内を上部に引き抜き可能な止水ゲートとを備え、
前記膨張破裂部は、圧力室の加圧溶液の圧力により外部に向かって膨張し、膨張限界に達すると破裂して通水孔の閉鎖を開放する弾性材を備えることを特徴とする遮水壁の地下水流保全通水孔形成に用いる通水孔形成装置。
【請求項２】
地下開削構築物の造築に際し施工される遮水壁によって遮断された地下水流の保全のために、遮水壁が地下水流を遮断している部分に任意の時期に通水孔を形成するため、前記遮水壁が地下水流を遮断する深度に位置するように上下の杭芯材に連結して配設された通水孔形成装置であって、
前記通水孔形成装置は、地上から加圧溶液を供給する加圧パイプに連結された上下２つの圧力室と、上下の圧力室の隣接隔壁に開口された連絡孔と、該連絡孔を塞ぐように隔壁と絶縁されて設けられ電極電線に接続された電食隔壁と、それぞれの前記圧力室から外部に開口した通水孔と、該通水孔を塞ぐように設けられた膨張破裂部とから構成され、
前記膨張破裂部は、圧力室の加圧溶液の圧力により外部に向かって膨張し、膨張限界に達すると破裂して通水孔の閉鎖を開放する弾性材で形成されていることを特徴とする遮水壁の地下水流保全通水孔形成に用いる通水孔形成装置。
【請求項３】
前記膨張破裂部の弾性材は、ゴム板であることを特徴とする請求項１又は２いずれかに記載の遮水壁の地下水流保全通水孔形成に用いる通水孔形成装置。
【請求項４】
前記止水室は、通水孔が形成された時、地下水流の有害物質を濾過するフィルター材が充填されることを特徴とする請求項１，２又は３のいずれかに記載の遮水壁の地下水流保全通水孔形成に用いる通水孔形成装置。
【請求項５】
地下開削構築物の造築に際し施工される遮水壁によって遮断された地下水流の保全のために、遮水壁が地下水流を遮断している部分に任意の時期に通水孔を形成するため遮水壁の杭芯材として設けられた請求項１記載の通水孔形成装置を用いた通水孔形成方法であって、
遮水壁に杭芯材を建込みソイルモルタルを充填し、そのソイルモルタルの硬化途中で、前記加圧パイプから加圧溶液を圧力室に充填し、前記膨張破裂部を圧力室の外部に押し出し周囲のソイルモルタルを排除させると共に、膨張限界で破裂させて通水孔を開放し、その後、任意の時期に前記止水ゲートを地上から引き抜き連絡孔を開放し通水可能にすることを特徴とする通水孔形成方法。
【請求項６】
地下開削構築物の造築に際し施工される遮水壁によって遮断された地下水流の保全のために、遮水壁が地下水流を遮断している部分に任意の時期に通水孔を形成するため、前記遮水壁が地下水流を遮断する深度に位置するように上下の杭芯材に連結して配設された請求項２記載の通水孔形成装置を用いた通水孔形成方法であって、
遮水壁に杭芯材を建込みソイルモルタルを充填し、そのソイルモルタルの硬化途中で、前記加圧パイプから加圧溶液を圧力室に充填し、前記膨張破裂部を圧力室の外部に押し出し周囲のソイルモルタルを排除させると共に、膨張限界で破裂させて通水孔を開放し、その後、任意の時期に前記加圧パイプを介して電解質溶液を圧力室に充填し、直流電源の負極を杭芯材に、正極を前記電食隔壁に接続して電圧を印加することにより、前記電食隔壁をアノード溶解させて上下の圧力室を通水可能にすることを特徴とする通水孔形成方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載の通水孔形成方法において、通水可能にした後、止水室又は圧力室にフィルター材を充填し、地下水流の有害物質を濾過させることを特徴とする請求項５又は６に記載の通水孔形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木または建築構造物の地下部分を施工するための遮水壁によって遮断される地下水流の通水保全技術に関し、詳しくは、遮水壁の地下水流保全通水孔形成に用いる通水孔形成装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地下鉄や地下道路など線状の地下構築物を造築する場合、大深度の遮水壁を連続して施工した場合、地域の自由な地下水流を遮断することがある。図７は、遮水壁１００ａ、１００ｂにより地下水流が遮断される状態を示す模式図である。ここで遮水壁１００ａ、１００ｂは掘削底面地盤を安定させるため床付け１０７よりも深く、透水層１０５ａ，１０５ｂを貫通して不透水層１０６ｂまでの長い根入れ１０８とされている。このため地下水流１６０ａ，１６０ｂは上流側の遮水壁１００ｂに遮られる。
【０００３】
遮水壁１００ａ、ｂによって地下水流１６０ａ、ｂが遮られることにより、下流側の地表１５０ａは地下水位の低下に伴う地盤沈下をおこす。また地下水位の低下により立木１３０ａの立枯れ、井戸１２０の井戸枯れが発生する。さらに、建物などの構造物１１０ａの沈下などの影響がでる。
【０００４】
遮水壁１００ｂの上流側では、地下水流が堰き止められることにより、水位の上昇をきたし、上流側地表１５０ｂの地盤湿潤化により立木１３０ｂに根腐れの障害を起こしたり、構造物１１０ｂの地下部分の漏水などが発生することがある。また、地下水流の循環がなくなるため地下水そのものの水質が低下することもある。このような周辺環境への影響が施工中から現れる。
【０００５】
また、遮水壁１００ａ、ｂは、床付け１０７がその下部の地下水の影響で地下構造物が浮き上がる浮上現象が起きないよう、床付け１０７より深い部分の透水層１０５ｂを貫通して不透水層１０６ｂまで根入されている。このため、構造物の造築のため開削される床付け１０７より深い地下水流１６０ｂも遮断される。
【０００６】
前述の問題を解決するため、地下構築物の完成後に構築物の上部の遮水壁を撤去する方法で構築物の上部の地下水流を復旧する方法。
遮水壁の開削部の壁面を削孔し上流側の透水層地盤に集水パイプを挿入し下流側の透水層地盤に挿入した排水パイプと連結して地下水流を復旧させる方法。
遮水壁の開削部の両側に集排水井戸を掘り上流側の井戸と下流側の井戸を地中で連結して地下水流を復旧させる方法が知られている。
しかし、これらの地下水流動保全工法では、開削された床付け１０７の上部の地下水流１６０ａを復旧させることはできるが床付け１０７より深い部分の地下水流１６０ｂの復旧はできない問題があった。
【０００７】
また、施工後の井戸の目詰まりなどのメンテナンスに費用がかかる問題があった。
【０００８】
発明者は前述の問題解決のため、任意の時期に通水孔を形成する地下水流保全機能を有する山留め壁とその施工方法を特願２０００−２０５４５６で提案した。しかし、強度を必要とする杭芯材本体をアノード溶解して破壊するために時間がかかり、さらに杭芯材を囲む固化ソイルモルタルを破砕する必要があり、確実な通水孔形成が困難である問題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述の問題に鑑みてなされたものであり、地下開削構築物の造築に際し施工されるソイルモルタル遮水壁によって遮断された地下水流の保全のために、地下水流を遮断している遮水壁部分に任意の時期に通水孔を形成するための通水孔形成装置及びその通水孔形成方法の提供を課題とする。
【００１０】
特に、ソイルモルタル遮水壁の任意の深度に通水孔を形成することが容易に、経済的にできる通水孔形成装置を提供する。
【００１１】
また、通水孔形成後、地下水流の有害物質を浄化可能な通水孔形成装置を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、請求項１の遮水壁の地下水流保全通水孔形成に用いる通水孔形成装置は、地下開削構築物の造築に際し施工される遮水壁によって遮断された地下水流の保全のために、遮水壁が地下水流を遮断している部分に任意の時期に通水孔を形成するため遮水壁の杭芯材として設けられた通水孔形成装置であって、
前記通水孔形成装置は、上下が密閉された杭芯中空鋼管であって、鋼管内部中央に内部隔壁で仕切られた止水室と、該止水室に仕切られた両側に、地上から加圧溶液を供給する加圧パイプに連結された圧力室とから構成され、前記圧力室から外部に開口した通水孔と、該通水孔を塞ぐように設けられた膨張破裂部と、前記内部隔壁に開口された連絡孔と、該連絡孔を塞ぐように設けられ止水室内を上部に引き抜き可能な止水ゲートとを備え、
前記膨張破裂部は、圧力室の加圧溶液の圧力により外部に向かって膨張し、膨張限界に達すると破裂して通水孔の閉鎖を開放する弾性材を備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項２の遮水壁の地下水流保全通水孔形成に用いる通水孔形成装置は、地下開削構築物の造築に際し施工される遮水壁によって遮断された地下水流の保全のために、遮水壁が地下水流を遮断している部分に任意の時期に通水孔を形成するため、前記遮水壁が地下水流を遮断する深度に位置するように上下の杭芯材に連結して配設された通水孔形成装置であって、
前記通水孔形成装置は、地上から加圧溶液を供給する加圧パイプに連結された上下２つの圧力室と、上下の圧力室の隣接隔壁に開口された連絡孔と、該連絡孔を塞ぐように隔壁と絶縁されて設けられ電極電線に接続された電食隔壁と、それぞれの前記圧力室から外部に開口した通水孔と、該通水孔を塞ぐように設けられた膨張破裂部とから構成され、
前記膨張破裂部は、圧力室の加圧溶液の圧力により外部に向かって膨張し、膨張限界に達すると破裂して通水孔の閉鎖を開放する弾性材で形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明であって、前記膨張破裂部の弾性材は、ゴム板であることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３のいずれかに記載の発明であって、前記止水室は、通水孔が形成された時、地下水流の有害物質を濾過するフィルター材が充填されることを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明は、地下開削構築物の造築に際し施工される遮水壁によって遮断された地下水流の保全のために、遮水壁が地下水流を遮断している部分に任意の時期に通水孔を形成するため遮水壁の杭芯材として設けられた請求項１記載の通水孔形成装置を用いた通水孔形成方法であって、
遮水壁に杭芯材を建込みソイルモルタルを充填し、そのソイルモルタルの硬化途中で、前記加圧パイプから加圧溶液を圧力室に充填し、前記膨張破裂部を圧力室の外部に押し出し周囲のソイルモルタルを排除させると共に、膨張限界で破裂させて通水孔を開放し、その後、任意の時期に前記止水ゲートを地上から引き抜き連絡孔を開放し通水可能にすることを特徴とする。
【００１７】
請求項６の発明は、地下開削構築物の造築に際し施工される遮水壁によって遮断された地下水流の保全のために、遮水壁が地下水流を遮断している部分に任意の時期に通水孔を形成するため、前記遮水壁が地下水流を遮断する深度に位置するように上下の杭芯材に連結して配設された請求項２記載の通水孔形成装置を用いた通水孔形成方法であって、
遮水壁に杭芯材を建込みソイルモルタルを充填し、そのソイルモルタルの硬化途中で、前記加圧パイプから加圧溶液を圧力室に充填し、前記膨張破裂部を圧力室の外部に押し出し周囲のソイルモルタルを排除させると共に、膨張限界で破裂させて通水孔を開放し、その後、任意の時期に前記加圧パイプを介して電解質溶液を圧力室に充填し、直流電源の負極を杭芯材に、正極を前記電食隔壁に接続して電圧を印加することにより、前記電食隔壁をアノード溶解させて上下の圧力室を通水可能にすることを特徴とする
【００１８】
請求項７の発明は請求項５又は６いずれか記載の通水孔形成方法において、通水可能にした後、止水室又は圧力室にフィルター材を充填し、地下水流の有害物質を濾過させることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の通水孔形成装置の構成を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面断面図である。
【００２０】
図１（ａ）に示す通水孔形成装置１０は、杭芯中空鋼管２０が、その上部に密閉ボルト２１ｂで固定された密閉蓋２１と、底部に設けられた底板２９により密閉され、前記密閉蓋２１にはバルブ３ｂを介して加圧パイプ３ａが連結されている。また、打設された杭芯中空鋼管２０が地下水流を遮断する位置に膨張破裂部２２で塞がれた通水孔１を備える。膨張破裂部２２は、弾性材固定枠２３ａでゴム板などの弾性材２３を杭芯中空鋼管２０に捻子２３ｂ止めし、通水孔を塞ぐ構成とされている。
【００２１】
図１（ｂ）は、通水孔形成装置１０の断面を示す図である。杭芯中空鋼管２０の内部には、内部隔壁２７，２７で仕切られた止水室２５と、その両側に、地上から加圧溶液を供給する加圧パイプ３ａに連結された圧力室２４，２４と、該圧力室２４から外部に開口した通水孔１と、通水孔１を塞ぐように設けられた膨張破裂部２２と、前記止水室２５の内部隔壁２７に開口された連絡孔２と、該連絡孔２を塞ぐように設けられ上部に引き抜き可能な止水ゲート２ａから構成されている。
【００２２】
前記止水ゲート２ａは、連絡孔２の開口を塞ぐ大きさに形成されて、連絡孔２を密閉するゴム製栓で、地上から引き上げるためのゲート開放用引き抜きロッド２ｂが接続され引き抜きロッド２ｂが杭芯中空鋼管２０の上部まで延設されている。
【００２３】
次に、図２を用いて通水孔１部分を詳細に説明する。図２（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ断面を示す。杭芯中空鋼管２０の内部は、中央に内部隔壁２７，２７で仕切られた止水室２５と、その両側の圧力室２４に仕切られている。
【００２４】
圧力室２４には外側に開口した通水孔１が設けられ、膨張破裂部２２で塞がれている。
また、止水室２５には内部隔壁２７に開口した連絡孔２が設けられ、止水ゲート２ａで塞がれている。
【００２５】
前記膨張破裂部２２は、通水孔１を覆う大きさのゴム板などの弾性材２３を、弾性材固定枠２３ａで杭芯中空鋼管２０に捻子２３ｂで固定した構成である。
【００２６】
図２（ｂ）は、圧力室２４に加圧した状態を示す図である。加圧パイプ３ａを介して加圧水を注入することによって、膨張破裂部２２の弾性材２３は膨張し、外に膨らむ。外に膨らむ時、周囲に充填された固化途中のソイルモルタル４５（図３参照）を押しのける働きを行ない、さらに加圧していくと、膨張限界を超えて破裂する。膨張限界の様子を仮想線で図示している。
【００２７】
図３は、遮水壁１００に配設された本発明の通水孔形成装置１０による通水孔形成状態を示す断面図である。通常遮水壁１００には杭芯としてＨ形鋼４０が使用されているが、地下水流を遮断する場所に通水孔形成装置１０が建込まれ、透水層１０５を遮断する位置に通水孔１が設けられている。図では、膨張破裂部２２（図２参照）の弾性材２３が膨張限界を超えて破裂して通水孔１を開口し、図２に示す止水室２５の止水ゲート２ａが引き抜かれ連絡孔２が開口して地下水流１６０が通過できる状態を示す。図において４５は杭芯の周囲に流しこまれたソイルモルタルを示す。４６は圧力室に充填された小砂利、４７は止水室に充填された浄水用のフィルター材であって、通水孔１と連絡孔２の開放後に密閉蓋２１を外して地上から投入して充填する。
【００２８】
次に、本発明の通水孔形成装置１０を用いた通水孔の形成過程を図４を用いて説明する。なお、符号については図１、２、３を参照して説明する。まず、
▲１▼遮水壁設置個所を掘削する。掘削孔５０を示す。
▲２▼本発明の通水孔形成装置１０を杭芯材として掘削孔に建込む。
▲３▼杭芯材周囲にソイルモルタル４５を流しこむ。
▲４▼ソイルモルタル４５の硬化途中で、地上の加圧溶液供給装置３を稼働させ、加圧パイプ３ａを通じて加圧水を供給する。圧力室２４の圧力により膨張破裂部２２の弾性材２３が外部のソイルモルタル４５を押し分け膨張する。
▲５▼弾性材２３が膨張限界で破裂して通水孔１が開口する。ここで地山透水層と圧力室が通水状態となる。
▲６▼地下水流の復旧時期に、止水室２５内の止水ゲート２ａを地上から引き抜き、連絡孔２を開放することにより地下水流路が形成されて、地下水流が保全される。
▲７▼さらに、地上から圧力室２４内に小砂利４６などの透水材、止水室２５内に浄水フィルター材４７を充填することにより地下水流を浄化して水流を復旧させる。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施の形態を図５を参照して説明する。図５（ａ）は第２の実施の形態の通水孔形成装置１０Ａの断面図である。この実施の形態では、矩形の通水孔筐体２０Ａの両側面に杭芯材連結部２６を備え、ソイルモルタル遮水壁１００（図３参照）の杭芯材として一般的に使用されるＨ形鋼４０に連結して地中の透水層に埋設できる構造としている。
【００３０】
通水孔筐体２０Ａは、隣接隔壁２８で上下に仕切られ圧力室２４、２４を形成し、上下の圧力室２４は、地上から加圧溶液を供給する加圧パイプ３ａが連結されている。又、隣接隔壁２８には開口された連絡孔２と、該連絡孔２を塞ぐ電食隔壁２８ａを備える。前記電食隔壁２８ａは、隣接隔壁２８と絶縁するための絶縁材２８ｂを介して固定され、前記加圧パイプ３ａ内を挿通された電極電線１３に接続されている。
【００３１】
圧力室２４は、外部に開口した通水孔１が設けられ、通水孔１は膨張破裂部２２で塞がれている。膨張破裂部２２は、通水孔１を覆う大きさのゴム板などの弾性材２３を、弾性材固定枠２３ａで通水孔筐体２０Ａに捻子で固定した構成である。
【００３２】
上下の圧力室２４，２４の通水孔１は、一方は地山側に開口し、一方は開削側に開口するように反対向きに設けられる。
【００３３】
図５（ｂ）は、第二の実施の形態の通水孔形成装置の施工過程を示す模式図である。掘削、通水孔形成装置２０Ａ付杭芯材の建込み、ソイルモルタル４５の流し込み、ソイルモルタル４５の硬化途中での圧力室２４への加圧水充填、膨張破裂部２２によるソイルモルタル押し分け、弾性材２３の破裂による通水孔１の開放は第１の実施の形態の説明図４の▲１▼から▲５▼と同様な工程となるので説明を省略する。
【００３４】
次に任意の地下水流の復旧時期に、加圧溶液供給装置３から電解質溶液４を圧力室２４に充填し、地上の直流電源５から電極電線１３を介して電食隔壁２８ａに負極、Ｈ形鋼を介して圧力室に正極を接続し電圧を印加することにより、電食隔壁２８ａ（図５（ａ））をアノード溶解により破壊して連絡孔２（図５（ａ））を開放する。
【００３５】
すでに開放されていた上下の圧力室２４の通水孔１からの地下水流路が形成されて、地下水流が保全される。
【００３６】
さらに、加圧パイプ３ａを介して地上から圧力室２４内に浄水フィルター材を充填することにより地下水流を浄化して復旧させることもできる。（図５（ａ）参照）
【００３７】
図６は、本発明の通水孔形成装置による通水孔の施工後の地下水流の復旧状況を示す模式図である。
【００３８】
施工中は、遮水壁１００，１００により遮水した状態で地下構築物１１０ｃを造築し、開削した構築物１１０ｃの上部を埋め戻した状態を示す。図のように透水層１０５ａに接する遮水壁１００に通水孔１が貫通され、通水パイプ３０を配置して埋め戻すことにより地下水流１６０ａを復旧させている。
【００３９】
また、床付け１０７より深い透水層１０５ｂに接する通水孔１は、地下水流１６０ｂを復旧させている。これらの通水孔の形成は、工事の進捗、地下水流回復の必要時期の応じて行なうことができる。
【００４０】
以上の実施の形態で、杭芯中空鋼管２０は、角柱状の鋼管で説明したが、内部が中空形状であれば円柱形状、多角形形状の何れであっても良い。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の地下水流保全通水孔形成に用いる通水孔形成装置は、地下構築物の造築後に、透水層に設けられた遮水壁に容易に且つ経済的に通水孔を形成することができる。特に、遮水壁の任意の深度、位置に通水孔を形成することができる。
【００４２】
また、ソイルモルタルの硬化途中で透水層地山までの通水孔を形成できるため、確実な地下水流保全を行なうことができる。
【００４３】
また、予め外部との通水流路を形成しておき、任意の時期に止水ゲートの引き抜きまたは電食隔壁をアノード溶解して連絡孔を開放させることにより、さらに確実な地下水流の復旧コントロールを行なうことができる。
【００４４】
さらに、圧力室又は止水室内部に浄水フィルターを配設することができるため、地下水流の復旧と共に、水質浄化を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の通水孔形成装置の構成を示し，（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】（ａ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ断面図，（ｂ）は（ａ）の圧力室に加圧した状態を示す断面図である。
【図３】遮水壁に配設された本発明の通水孔形成装置による通水孔形成状態を示す断面図である。
【図４】本発明の通水孔形成過程を示す模式図である。
【図５】（ａ）は本発明の第２の実施の形態の通水孔形成装置の断面図、（ｂ）は第２の実施の形態の施工過程を示す模式図である。
【図６】本発明の通水孔形成装置による通水孔の施工後の地下水流の復旧状況を示す模式図である。
【図７】遮水壁により地下水流が遮断される状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１          通水孔
２          連絡孔
２ａ        止水ゲート
２ｂ        ゲート開放用引き抜きロッド
３          加圧溶液供給装置
３ａ        加圧パイプ
３ｂ        バルブ
４          電解質溶液
５          直流電源
１０、１０Ａ  通水孔形成装置
１３          電極電線
２０          杭芯中空鋼管
２０Ａ        通水孔筐体
２１          密閉蓋
２１ｂ        密閉ボルト
２２          膨張破裂部
２３          弾性材（ゴム板）
２３ａ        弾性材固定枠
２３ｂ        捻子
２４          圧力室
２５          止水室
２６          杭芯材連結部
２７          内部隔壁
２８          隣接隔壁
２８ａ        電食隔壁
２８ｂ        絶縁材
２９          底板
３０          通水パイプ
４０          Ｈ形鋼
４５          ソイルモルタル
４６          小砂利
４７          フィルター材
５０          掘削孔
１００、１００ａ、１００ｂ        遮水壁、ソイルモルタル遮水壁
１０５，１０５ａ、１０５ｂ        透水層
１０６，１０６ａ，１０６ｂ        不透水層
１６０ａ、１６０ｂ                地下水流
１０７                            床付け
１０８                            根入れ
１１０ａ，１１０ｂ、１１０ｃ      構造物
１３０，１３０ａ，１３０ｂ        立木
１５０、１５０ａ、１５０ｂ        地表、地上部
【図１】
0003650809.tif 000002
【図２】
0003650809.tif 000003
【図３】
0003650809.tif 000004
【図４】
0003650809.tif 000005
【図５】
0003650809.tif 000006
【図６】
0003650809.tif 000007
【図７】
0003650809.tif 000008