(57)【要約】【課題】地盤への影響範囲を狭めることが可能なガス除去方法及びトンネル掘進方法を提供する。【解決手段】ガス除去方法は、ストレーナ部４ａを少なくとも下端側に備えた通水管４を、この下端側が滞水層Ｇ１に位置するよう配置し、ストレーナ部４ａを介して通水管４内に地下水を流入させる通水管配置工程と、帯水層Ｇ１の地下水の水頭と釣り合うときの通水管４内の水の孔内水頭ｈを基準水頭とし、孔内水頭ｈが基準水頭ｈａより予め定める水頭差Δｈ0だけ低くなるように通水管４内の水を揚水して通水管４内の水位を低下させる水位低下工程とを備え、滞水層内のガスを通水管内に導いて除去する。  トンネル掘進方法は、上記ガス除去方法によって、地盤の滞水層Ｇ１からガスを除去した後、地盤を掘進する構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスと地下水を含む帯水層を有する地盤からガスを除去するガス除去方法であって、
ストレーナ部を少なくとも下端側に備えた通水管を、該下端側が前記帯水層に位置するように配置し、前記帯水層から前記ストレーナ部を介して前記通水管内に地下水を流入させる通水管配置工程と、
前記帯水層の地下水の水頭と釣り合うときの前記通水管内の水の水頭を基準水頭とし、前記通水管内の水の水頭が前記基準水頭より予め定める水頭差だけ低くなるように、前記通水管内の水を揚水して前記通水管内の水位を低下させる水位低下工程と、
を備え、前記通水管内の水位を低下させることにより前記帯水層内のガスを前記通水管内に導いて除去することを特徴とする地盤からのガス除去方法。
【請求項２】
前記通水管配置工程は、前記地盤の地表から前記帯水層まで削孔されたボーリング孔内に前記通水管を挿通することで、前記通水管の前記下端側を前記帯水層に位置させ、前記地下水の圧力によって、前記帯水層から前記ストレーナ部を介して前記通水管内に地下水を流入させる構成とし、更に、前記通水管内の水の水頭を前記帯水層の地下水の水頭と釣り合わせる水頭釣り合わせ工程を含む、請求項１に記載の地盤からのガス除去方法。
【請求項３】
前記通水管配置工程は、前記通水管の下端側を前記帯水層に位置させた後、該通水管内を加圧し、該加圧を前記水頭釣り合わせ工程の前に解除する加圧工程を更に含む、請求項２に記載の地盤からのガス除去方法。
【請求項４】
前記通水管配置工程は、前記通水管を前記地盤に圧入することで、前記通水管の前記下端側を前記帯水層に位置させ、前記通水管内の土砂を掘削しつつ該通水管内に泥水を供給し該通水管内の掘削土砂を前記泥水と共に該通水管を介して地表側へ排出することで、前記帯水層から前記ストレーナ部を介して前記通水管内に地下水を流入させる構成とする、請求項１に記載の地盤からのガス除去方法。
【請求項５】
前記水位低下工程において、前記水頭差は前記通水管を中心とするガス除去の対象範囲円の半径に応じて定められる、請求項１〜４のいずれか１つに記載の地盤からのガス除去方法。
【請求項６】
前記地盤において所定間隔ずつ離間して複数位置でガス除去を行う構成とし、
前記地盤の第１の位置において、前記所定間隔の半分に一致させた前記半径に応じて定めた前記水頭差で、前記水位低下工程を行った後、前記第１の位置から前記所定間隔だけ離間させた第２の位置で、前記通水管配置工程を行い、
前記第２の位置でガスが発生し又は帯水層が存在する場合には、該第２の位置において、前記所定間隔の半分に一致させた前記半径に応じて定めた前記水頭差で、前記水位低下工程を行う一方、
前記第２の位置でガスが発生せずかつ帯水層が存在しない場合には、前記第１の位置において、前記所定間隔に一致させた前記半径に応じて定めた前記水頭差で前記水位低下工程を行う、請求項５に記載の地盤からのガス除去方法。
【請求項７】
前記地盤は、前記帯水層の上方に隣接し該帯水層より透水性の低い層を含む、請求項１〜６のいずれか１つに記載の地盤からのガス除去方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の地盤からのガス除去方法によって、前記地盤の前記帯水層からガスを除去した後、前記地盤を掘進することを特徴とするトンネル掘進方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤からガスを除去するガス除去方法及び地盤へのトンネル掘進方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル工事としては、例えば、シールド掘進機で地盤を掘削して横坑を形成すると共に、この横坑周壁にセグメントリングを構築しつつトンネルを掘進するシールド工法が一般的に採用されている。この工法では、シールド掘進機の後方にて次々にセグメントをトンネル周方向に連結してセグメントリングを構築すると共に、隣接するセグメントリング同士をトンネル軸方向で連結することで円筒状の覆工体を構築する。この工法において、掘削中に、シールド掘進機の胴体となる筒状のシールド本体内に可燃性ガスが流入すると、シールド本体内に配置されている動力及び制御用の電気機器等が発する火花により、シールド本体内でガス爆発を起こすおそれがあるため、各種防爆対策が行われている。
【０００３】
特許文献１には、シールド工法において、防爆対策がなされた一例が開示されている。
具体的には、特許文献１には、シールド掘進機のシールド本体の前方に隔壁を介してカッタヘッドを設けると共に、シールド本体の後方と構築したセグメントリングとの間をシールするテールシール及びエアカーテンを設けることにより、シールド本体内へのガスの流入を抑制し、シールド本体内の安全を図る技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３６４２８８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、特許文献１に開示された技術では、シールド掘進機のシールド本体内へのガスの流入を抑制するものの、可燃性ガス等が存在しうる地盤の領域で工事を行う状況については変わりがない。
このため、ガスの発生源を処置して根本的な対策を行うことが望まれており、例えば、地下水を揚水してガスを除去することが考えられる。この場合、地下水の揚水による地盤等への影響範囲を可能な限り狭める必要があり、その工夫が求められている。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、地下水の揚水による地盤等への影響範囲を可能な限り狭めることが可能な地盤からのガス除去方法及びトンネル掘進方法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】
上記課題に対して、本発明に係る地盤からのガス除去方法は、その一態様として、ガスと地下水を含む帯水層を有する地盤からガスを除去するガス除去方法であって、ストレーナ部を少なくとも下端側に備えた通水管を、該通水管の上端側が前記地盤の地表から突設され、前記下端側が前記帯水層に位置するように配置し、前記帯水層から前記ストレーナ部を介して前記通水管内に地下水を流入させる通水管配置工程と、前記帯水層の地下水の水頭と釣り合うときの前記通水管内の水の水頭を基準水頭とし、前記通水管内の水の水頭が前記基準水頭より予め定める水頭差だけ低くなるように、前記通水管内の水を揚水して前記通水管内の水位を低下させる水位低下工程と、を備え、前記通水管内の水位を低下させることにより前記帯水層内のガスを前記通水管内に導いて除去する構成とした。
【０００８】
また、本発明に係るトンネル掘進方法は、その一態様として、上記一態様のガス除去方法によって、前記地盤の前記帯水層からガスを除去した後、前記地盤を掘進する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る地盤からのガス除去方法の上記一態様によると、ストレーナ部を少なくとも下端側に備えた通水管を、その下端側が帯水層に位置するように配置し、帯水層からストレーナ部を介して通水管内に地下水を流入させ、通水管内の水の水頭が帯水層の地下水の水頭と釣り合うときの通水管内の水の水頭を基準水頭とし、通水管内の水頭が基準水頭より予め定める水頭差だけ低くなるように揚水して、帯水層からガスを除去している。これにより、地下水が通水部内に、例えば自然流入等して通水管内の水の水頭と帯水層の地下水の水頭とが釣り合う状態を基準とし、この基準状態から水頭差をつけることができるため、通水部内と帯水層との間に意図する水頭差を適切につけることができる。したがって、この水頭差を、例えば、通水管を中心とするガス除去の対象範囲円の半径に応じて定めることにより、地下水の揚水による地盤等への影響範囲をガス除去に必要な範囲内に収めることができる。
このようにして、地下水の揚水による地盤等への影響範囲を可能な限り狭めることが可能な地盤からのガス除去方法を提供することができる。
【００１０】
本発明に係るトンネル掘進方法の上記一態様によると、上記一態様の地盤からのガス除去方法によって、地盤の帯水層からガスを除去した後、地盤を掘進する構成であるため、地下水の揚水による地盤等への影響範囲を可能な限り狭めると共に安全にトンネル掘進を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態におけるガス除去装置の概略構成を示す図である。
【図２】通水管から任意の距離ｒにおける地下水頭の低下量Δｈ’の変化を示した図である。
【図３】トンネル工事エリアの上面図であり、工事エリアとガス除去の対象範囲円との位置関係を示す図である。
【図４】別のトンネル工事エリアの上面図であり、工事エリアとガス除去の対象範囲円との位置関係を示す図である。
【図５】通水管の設置間隔と各位置での影響半径との関係を示した図である。
【図６】ガス除去の施工手順の一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面参照して本発明に係る地盤からのガス除去方法及びトンネル掘進方法の実施形態について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態におけるガス除去装置１の概略構成を説明するための、イメージ図であり、トンネルを掘進する領域の地盤の断面図でもある。
【００１４】
本実施形態における地盤は、砂層（砂礫層も含む）Ｇ１と、この砂層Ｇ１の上方に隣接し砂層Ｇ１より透水性の低い粘土層Ｇ０とを含む地盤で構成されているものとする。このように、粘土層Ｇ０の下層に砂層Ｇ１がある場合、その砂層Ｇ１に地下水が存在する可能性がある。そして、その砂層Ｇ１では、地下水内に可燃性ガス（例えば、メタンガス）等のガスが溶存すると共に、この地下水内の溶存ガス濃度が飽和して砂層Ｇ１内に可燃性ガス等のガスが地下水と分離して存在している場合がある。この砂層Ｇ１に地下水と分離して存在するガスは、粘土層Ｇ０によって閉塞され、砂層Ｇ１の粘土層側にガス溜りとなって大量に滞留している場合がある。この場合、砂層Ｇ１はガスを含むガス溜り領域Ｇ１ｇと地下水を含む地下水領域Ｇ１ｗとに区分され、ガス溜り領域Ｇ１ｇのガスは、粘土層Ｇ０と地下水領域Ｇ１ｗとに挟まれた状態となっている。
【００１５】
本実施形態において、地盤の砂層Ｇ１にはガス溜り領域Ｇ１ｇがあるものとする。そして、このガス溜り領域Ｇ１ｇに既に存在しているガスを「分離ガス」と言い、地下水が大気圧等に減圧されその減圧分だけ溶解できなくなって気化して地下水から遊離したガスを「遊離ガス」と言うものとする。以下において、「分離ガス」と「遊離ガス」とを区別する必要がない場合は、それぞれ単に「ガス」と言う。なお、地下水が存在する砂層Ｇ１が、本発明に係るガス除去方法における「帯水層」に相当する。
【００１６】
上記ガス除去装置１は、地下水を含む砂層Ｇ１を有する地盤から可燃性ガス等のガスを除去するものであり、外管２と内管３とを備えた通水管４と、揚水ポンプ５と、気水分離器６とを含んで構成される。
【００１７】
前記通水管４は、例えば外管２と内管３とを備えた２重管であり、その上端側が地盤の地表から突設され、下端側が砂層Ｇ１に位置するよう配置されている。また、本実施形態においては、通水管４は、地盤の地表から砂層Ｇ１まで削孔されたボーリング孔内の上下方向に挿通されている。
【００１８】
前記外管２は、例えば、鋼管製であり、地盤の地表から粘土層Ｇ０を砂層Ｇ１の上方の適宜深さまで掘削ロッド等で削孔されたボーリング孔内に挿管されている。外管２の下端側は粘土層Ｇ０に位置し、その挿通方向下端は開口している。また、外管２の上端側は地表から適宜高さだけ突設され、その突設方向上端は閉止されている。外管２の管内は、外管２の周壁から径外方向へ突設された連結管２ａを介して、気水分離器６の内部空間と連通している。なお、砂層Ｇ１の深さは、例えば、地盤調査時等に事前に確認することができるため、外管設置用の本堀の際に砂層Ｇ１の手前でボーリングを止めることができる。
【００１９】
前記内管３は、外管２より外径が小さく、その周壁に貫通孔３ａが適宜形成された筒状のストレーナである。内管３の下端側は、内管３と同径の掘削ロッド等で、外管２の挿管用のボーリング孔の底部から砂層Ｇ１の地下水領域Ｇ１ｗが存在する部分まで削孔されたボーリング孔に挿管されている。このように、内管３は、外管２内に挿通され、その下端側が砂層Ｇ１（地下水領域Ｇ１ｗ）に位置し、上端側が地表から適宜高さだけ突設するように配置されている。これにより、外管２と内管３とを備えた２重管構造の通水管４が構成される。なお、内管３の下端側の外管２から露出している部分が、本発明に係る「ストレーナ部」４ａに相当する。このようにして、ストレーナ部４ａを下端側に備えた通水管４を、下端側が砂層Ｇ１に位置するように配置し、砂層Ｇ１からストレーナ部４ａを介して通水管４内に地下水を流入させるように構成されている。
【００２０】
前記揚水ポンプ５は、上記通水管４内の水を揚水して通水管４内の水位を低下させるものであり、例えば、内管２内の適宜位置（図１では、地下水面より下方）に設けられる。この揚水ポンプ５から揚水された水は、気水分離器６内へ排出される。地下水の揚水時において、内管３内には、地下水領域Ｇ１ｗから地下水が流入すると共に、ガス溜り領域Ｇ１ｇから分離ガスが流入する。内管３内に流入した分離ガスのうち、空気よりも軽いガス（例えば、メタンガス）は、内管３内及び外管２内を上昇し、外管２の上端側に設けられた連通管２ａを経由して、気水分離器６に導入される。
【００２１】
前記気水分離器６は、揚水ポンプ５から送られてきた地下水と、この地下水が例えば大気圧に減圧されることによって地下水から遊離した遊離ガスと、連通管２ａを経由して導入された分離ガスとを、水とガス（分離ガスと遊離ガス）とに分離する。
【００２２】
次に、通水管４内の水位を低下させた場合に、砂層Ｇ１内の地下水の水位（水頭）が低下する範囲について説明する。
【００２３】
まず、通水管４内の水頭を孔内水頭ｈとし、砂層Ｇ１における地下水の水頭を地下水頭ｈ’とする。そして、後述するように、孔内水頭ｈが地下水頭ｈ’と釣り合っている基準水頭ｈａ（平衡水位）の状態において、揚水ポンプ５を作動させ、孔内水頭ｈを基準水頭ｈａから水頭差Δｈ0だけ低くしてｈｂとなるようにしたとする。この場合、この通水管４を中心として地下水頭ｈ’が低下する範囲の円の半径（以下において、「影響半径」と言う）Ｒは、例えば、下記（１）式（イ・ぺ・クサキンの式）で表される。ここで、Ｈは砂層Ｇ１の厚さ（ｍ）、ｋは砂層Ｇ１の透水係数（ｍ／ｓ）を示す。
【００２４】
【数１】
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【００２５】
上記（１）式より、影響半径Ｒは、水頭差Δｈ０を大きくするほど大きくなる。また、通水管４内の水頭を低下させたとき、通水管４を中心とする影響半径Ｒ内の領域（以下において、「影響範囲」と言う）において、通水管４内と砂層Ｇ１との間に圧力勾配が生じる。したがって、影響範囲は、水頭差Δｈ0に起因して地下水の水位（水頭）が低下する範囲であると共に、水頭差Δｈ0に起因して生じる圧力勾配によって砂層Ｇ１からガスを除去可能な範囲でもある。つまり、Ｒは、影響半径であると共に後述するガス除去の対象範囲の円の半径でもある。例えば、砂層Ｇ１の厚さＨを５（ｍ）、透水係数ｋを１．０×１０-3（ｍ／ｓ）とした場合、水頭差Δｈ0が１．２３（ｍ）では、影響半径Ｒ（＝ガス除去の対象範囲円の半径）は５０（ｍ）となり、水頭差Δｈ0が２．４６（ｍ）では影響半径Ｒは１００（ｍ）となり、水頭差Δｈ0が４．９２（ｍ）では影響半径Ｒは２００（ｍ）となる。
【００２６】
また、通水管４からの距離をｒ（つまり、通水管４を中心とする任意円の半径ｒ＜影響半径Ｒ）とし、内管２の半径をｒ0とし、孔内水頭ｈをΔｈ0だけ低下させたときの、通水管から距離ｒの任意の位置における砂層Ｇ１内の地下水頭ｈ’の低下量をΔｈ’とした場合、下記（２）式（Ｔｈｉｅｍの式）の関係が成り立つ。
２πｋＨ（Ｈ−Δｈ’）／（２．３ｌｏｇ10（Ｒ／ｒ））
＝２πｋＨ（Ｈ−Δｈ0）／（２．３ｌｏｇ10（Ｒ／ｒ0））・・・・・（２）
【００２７】
ここで、図２は、通水管４から任意の距離ｒにおける地下水頭の低下量Δｈ’の変化を上記（２）式に基づいて示した図である。図２においては、砂層Ｇ１の厚さＨを５（ｍ）、透水係数ｋを１．０×１０-3（ｍ／ｓ）、ｒ0を４３（ｍｍ）とした場合に、Δｈ0を１．２３（ｍ）、２．４６（ｍ）、４．９２（ｍ）としたときの距離ｒとΔｈ’との関係をそれぞれ示している。図２から分かるように、通水管４から離れ、影響半径Ｒ（５０、１００、２００）に近づくほど地下水頭の低下量Δｈ’が少なくなり、影響半径Ｒを超えると地下水頭ｈ’の低下はなくなる。つまり、影響半径Ｒを超えた領域での地下水頭ｈ’は変化しないので、この影響半径Ｒを超えた領域の地盤への影響はない。また、通水管４内の孔内水頭ｈを低下させた量（Δｈ０）が大きいほど影響半径Ｒが大きくなる。したがって、図１に示すように、この水頭差Δｈ0を、コントロールすることにより、地下水頭ｈ’（図１に一点鎖線で示す）の低下範囲（影響範囲）を定めることができ、地盤への影響範囲及びガスの除去範囲を適宜決めることができる。
【００２８】
次に、本発明に係るガス除去方法の一実施形態を、図１及び図２を参照して、上記ガス除去装置１を用いた場合で説明する。なお、事前の地盤調査により、地表から砂層Ｇ１までの深さは予め分かっているものとして説明する。
【００２９】
まず、外管挿管用の孔を地盤の地表から粘土層Ｇ０を砂層Ｇ１の上方の適宜深さまで例えば掘削ロッド等でボーリングし、このボーリング孔内に外管２を挿管する。次に、例えば内管３と同径の掘削ロッド等で、外管挿管用のボーリング孔の底部から砂層Ｇ１の地下水領域Ｇ１ｗまで、内管挿管用の孔を削孔する。そして、このボーリング孔内に内管３を挿管する。そして、内管挿管用のボーリング孔が削孔されて内管３が地下水領域Ｇ１ｗに配置されると、地下水の圧力によって、通水管４内に、地下水が自然流入し始める。このようにして、ストレーナ部４ａを下端側に備えた通水管４を、その下端側が砂層Ｇ１の地下水領域Ｇ１ｗに位置するように配置し、地下水領域Ｇ１ｗからストレーナ部４ａを介して通水管４内に地下水を流入させる。この工程が、本発明に係るガス除去方法における「通水管配置」に相当する。
本実施形態において、「通水管配置工程」は、具体的には、上述したように、地盤の地表から砂層Ｇ１（地下水領域Ｇ１ｗ）まで削孔されたボーリング孔内に通水管４を挿通することで、通水管４の下端側を地下水領域Ｇ１ｗに位置させ、地下水の圧力によって、地下水領域Ｇ１ｗからストレーナ部４ａを介して通水管４内に地下水を流入させる構成である。
【００３０】
そして、本実施形態においては、通水管４内の水位は、地下水の圧力によって、地下水面（図１参照）から徐々に上昇し、通水管４内の孔内水頭ｈが地下水頭ｈ’と釣り合う水位（平衡水位）に至る。この工程が、本発明に係るガス除去方法の「通水管配置工程」に含まれる「通水管内の水の水頭を帯水層の地下水の水頭と釣り合わせる水頭釣り合わせ工程」に相当する。
なお、通水管４内の水位が平衡水位の状態では、孔内水頭ｈと地下水頭ｈ’が釣り合っているため、通水管４内と地下水領域Ｇ１ｗとの間に圧力勾配がない。したがって、この平衡水位の状態では、通水管４のごく近傍の分離ガスが通水管４内に流入する程度である。つまり、砂層Ｇ１に分離ガスが大量に滞留していたとしても、通水管４の周辺の大半の分離ガスは、通水管４の方向に移動して通水管４内に流入して地表に自然に噴出することはない。
【００３１】
次に、上記のように砂層Ｇ１の地下水頭ｈ’と釣り合うときの通水管４内の孔内水頭ｈを基準水頭ｈａ（平衡水位）とする。そして、この平衡水位の状態で、揚水ポンプ５を作動させ、孔内水頭ｈが基準水頭ｈａより予め定めた水頭差Δｈ０だけ低くなるように揚水して、孔内水位を平衡水位から低下させその低下させた水位で孔内水位を維持する。揚水ポンプ５から揚水された水は、気水分離器６内へ排出される。水頭差Δｈ０（＝ｈａ−ｈｂ）は、通水管４を中心とするガス除去の対象範囲円の半径Ｒ（この半径Ｒは前述したように影響半径Ｒと一致する。）に応じて定める。具体的には、トンネル工事の範囲に応じて、ガス除去に必要な対象範囲円の半径Ｒを決め、例えば、その半径Ｒと上記（１）式に基づいて、必要な水頭差Δｈ０を定める。
【００３２】
このように、孔内水頭ｈと地下水頭ｈ’との間に水頭差をつけると、通水管４内と地下水領域Ｇ１ｗとの間に圧力勾配が生じる。この圧力勾配により、通水管４内に、地下水が流入すると共に、ガス溜り領域Ｇ１ｇから分離ガスが流入する。地下水は、揚水ポンプ５により気水分離器６まで送水される。また、通水管４（内管３）内に流入した分離ガスのうち、空気よりも軽いガス（例えば、メタンガス）は、内管３を上昇し、連結管２ａを経由して気水分離器６に導入される。そして、気水分離器６により、ガス（分離ガスと遊離ガス）と地下水とを分離する。
このようにして、孔内水頭ｈが地下水頭ｈ’と釣り合うときの基準水頭ｈａより、通水管４を中心とするガス除去の対象範囲円の半径ｒに応じて予め定める水頭差Δｈ０だけ低くなるように、通水管４内の水を揚水して通水管４内の水位を低下させる。この工程が、本発明に係るガス除去方法における「水位低下工程」に相当する。
このように、通水管４内の水位を低下させることにより、地下水と共に、帯水層内の分離ガスと地下水に溶存されているガスとを通水管４内に導いて、地盤（帯水層Ｇ１）からガスを除去する。
【００３３】
ここで、事前の地下水調査により、地下水の溶存ガス量を把握することができるため、この溶存ガス量、気水分離器６における圧力（減圧値）及び地下水の揚水速度等により、気水分離器６で分離されて排気等されるガス（分離ガス＋遊離ガス）のうち遊離ガス分の流量については、予め想定することができる。したがって、例えば、気水分離器６から排気されるガスの流量が、遊離ガス分の想定流量まで低下したとき、ガス溜り領域Ｇ１ｇから分離ガスが除去できたものと判断することができる。このようにして、ガス除去の終了判断をするとよい。
【００３４】
次に、本実施形態におけるトンネル掘進方法を、シールド工法に適用した場合について、図３を参照して簡単に説明する。図３は、トンネル工事エリアの上面図であり、各セグメントリングの構築予定場所が点線で示されている。なお、トンネル工事エリアの地盤調査が事前に行われており、地盤が図１に示した粘土層Ｇ０及び砂層Ｇ１を含み、砂層Ｇ１（ガス溜り領域Ｇ１ｇ）の平面的な範囲が分かっているものとして以下説明する。
【００３５】
トンネル工事エリアと砂層Ｇ１（地下水及び分離ガスが存在し得る領域）とが重複するエリアについては、この重複エリアを含むようにガス除去の対象範囲円の位置を決める。通水管４は、例えば、セグメントリングの構築予定場所と干渉しない位置に配置する。これにより、トンネル掘進後も通水管４を残しておくことができる。そして、ガス除去の対象範囲円の中心位置で前述したガス除去方法によって、地盤の砂層Ｇ１からガスを除去する。その後、シールド掘進機で地盤を掘削して横坑を形成すると共に、この横坑周壁にセグメントリングを構築しつつトンネルを掘進する。トンネル掘進前に、トンネル掘進の領域からガスが除去されているため、このシールド掘進機の胴体となる筒状のシールド本体内に可燃性ガスが流入することはない。なお、通水管４は、セグメントリングの構築予定場所とずらした位置に設けるものとしたが、これに限らず、セグメントリングの構築予定場所と重複させた位置に設けてもよい。この場合、例えば、ガス除去後、トンネル掘進前に通水管４を抜き取る。
【００３６】
本実施形態による地盤からのガス除去方法によれば、ストレーナ部４ａを下端側に備えた通水管４を、その下端側が砂層Ｇ１（地下水領域Ｇ１ｗ）に位置するように配置し、砂層Ｇ１からストレーナ部４ａを介して通水管４内に地下水を流入させ、通水管４内の孔内水頭ｈが砂層Ｇ１の地下水頭ｈ’と釣り合うときの通水管内の水の水頭を基準水頭とし、孔内水頭ｈが基準水頭ｈａより予め定める水頭差Δｈ0だけ低くなるように、通水管４内の水を揚水ポンプ５で揚水して、砂層Ｇ１からガスを除去する。これにより、地下水が通水部４内に、自然流入して孔内水頭ｈと地下水頭ｈ’とが釣り合う状態（平衡水位の状態）を基準とし、この基準状態から水頭差をつけることができるため、通水管４内と砂層Ｇ１との間に意図する水頭差Δｈ0を適切につけることができる。そして、この水頭差Δｈ0を、通水管４を中心とするガス除去の対象範囲円の半径Ｒに応じて定めることにより、揚水により地下水頭ｈ’が低下する範囲（影響範囲）をガス除去に必要な範囲内に収めることができる。
このようにして、地下水の揚水による地盤等への影響範囲を可能な限り狭めることが可能なガス除去方法を提供することができる。
【００３７】
また、実施形態において、「通水管配置工程」は、地下水の圧力によって、砂層Ｇ１（地下水領域Ｇ１ｗ）からストレーナ部４ａを介して通水管４内に地下水を自然流入させて、孔内水頭ｈと地下水頭ｈ’と釣り合わせる構成であるため、容易かつ確実に、孔内水頭ｈと地下水頭ｈ’と釣り合わせることができる。
【００３８】
また、本実施形態によるトンネル掘進方法によれば、上記ガス除去方法によって、地盤の砂層Ｇ１からガスを除去した後、地盤を掘進する構成であるため、地下水の揚水による地盤等への影響範囲を可能な限り狭めると共に安全にトンネル掘進を行うことができる。
【００３９】
ここで、本実施形態において、ガス除去の対象範囲の地盤は、粘土層Ｇ０と砂層Ｇ１とを含み、その砂層Ｇ１は地下水領域Ｇ１ｗとガス溜り領域Ｇ１ｇとを含むものとした。地下水の調査等により地下水領域Ｇ１ｗから遊離する遊離ガスの量を把握することができるが、ガス溜り領域Ｇ１ｇの分離ガスの量を事前に把握することは困難である。したがって、大量に分離ガスが滞留している可能性があるガス溜り領域Ｇ１ｇからのガス除去の確実性を高めることが求められる。
【００４０】
本実施形態におけるガス除去方法は、通水管内の孔内水頭ｈと地下水頭ｈ’との間に水頭差Δｈ0をつけて、通水管４内と砂層Ｇ１との間に圧力勾配をつけるため、単に、砂層Ｇ１までガス抜き孔を設けて、平衡水位の状態で放置しただけでは、除去できないガス溜り領域Ｇ１ｇの分離ガスを除去することができる。したがって、ガス溜り領域Ｇ１ｇに分離ガスが大量に存在していたとしても、ガス除去の対象範囲円の半径Ｒにおいては、確実に除去することができる。
【００４１】
また、本実施形態において、内管挿管用の孔が削孔されて内管３が地下水領域Ｇ１ｗに配置され、地下水の圧力によって、通水管４内に、地下水が自然流入し始め、通水管４内の水位は、通水管４内の孔内水頭ｈが地下水頭ｈ’と釣り合う水位（平衡水位）に至る（水頭釣り合わせ工程）。ここで、水頭釣り合わせ工程の後、工事日程等の都合上、実際に揚水ポンプ５を作動させて、水位低下工程を実施するまでには所定の期間を要する場合がある。この場合、揚水ポンプ５を作動させる前に、この平衡水位の状態が、雨水の影響等による地下水頭ｈ’の上昇等により、意図せず崩れてしまう可能性がある。
このような場合に、通水管４内に向かって地下水の流入及び分離ガスの流入が始まり、ひとたび通水管４内に分離ガスと共に地下水が流入すると、気液二相の状態となり、通水管４内の比重が低下する。その結果、通水管４内の水は、地下水の圧力によってさらに押し上げられ、通水管４の孔口から水が地表側に流れ出すと共に、ガスが大気に勢いよく放出される噴発状態となる可能性がある。このような状態で放置するとガス溜り領域Ｇ１ｇから大量に可燃性ガス等が、気水分離器６の排出口を介して地表に放出されるおそれがある。
【００４２】
このような噴発状態の発生を防止するために、例えば、通水管配置工程において、通水管４の下端側を地下水領域Ｇ１ｗに位置させた後、通水管４内を加圧し、この加圧を水頭釣り合わせ工程の開始前に解除する工程（加圧工程）を更に設ける構成とする。これにより、通水管４の下端側を地下水領域Ｇ１ｗに位置させた後、揚水ポンプ５を実際に作動させるまでに所定の期間を要することが予め分かっている場合は、通水管４内を加圧することで噴発状態にならないようにして安全な状態で放置し、その後実際に揚水ポンプ５を作動させる日程になったとき、加圧を解除して、水頭釣り合わせ工程を経て続けて水位低下工程を行うことができる。このため、通水管４の下端側を地下水領域Ｇ１ｗに位置させた後、直ぐに水位低下工程を実施できない場合であっても、噴発状態の発生を防止して、工事エリアにおける安全を確保することができる。
なお、噴発状態の発生の防止は、上記加圧工程を設ける構成に限らず、例えば、揚水ポンプ５の作動前に平衡水位の状態が意図せず崩れてしまっても、通水管４の孔口から地下水が流れ出さないように、通水管４の地表から孔口までの高さを、所定高さ余裕をもたせて突設する構成としてもよい。
【００４３】
また、本実施形態において、通水管４は外管２と内管３とを備えた２重管構造の場合で説明したが、これに限らず、例えば単管構造でもよく、ストレーナ部４ａを少なくとも下端側に備えていればどのような構造でもよい。
【００４４】
そして、本実施形態において、通水管配置工程は、地盤の地表から砂層Ｇ１（地下水領域Ｇ１ｗ）まで削孔されたボーリング孔内に通水管４（外管２及び内管３）を挿通することで、通水管４の下端側を地下水領域Ｇ１ｗに位置させ、地下水の圧力によって、地下水領域Ｇ１ｗからストレーナ部４ａを介して通水管４内に地下水を流入させる構成としたが、これに限らない。例えば、外管２を地盤に圧入し、外管２内の土砂等を掘削しつつその外管２内に泥水を供給し、外管２内の掘削土砂を泥水と共に外管２外（地表側）に排出し、その後、同様の手順で内管３の圧入、泥水供給及び掘削土砂の排出を行った後、外管２及び内管３内の泥水を排出することで、地下水領域Ｇ１ｗからストレーナ部４ａを介して通水管４内に地下水を流入させる構成としてもよい。つまり、通水管配置工程は、通水管４を地盤に圧入することで、通水管４の下端側を地下水領域Ｇ１ｗに位置させ、通水管４内の土砂を掘削しつつこの通水管４内に泥水を供給し、通水管４内の掘削土砂を泥水と共に該通水管を介して地表側へ排出することで、地下水領域Ｇ１ｗからストレーナ部４ａを介して通水管４内に地下水を流入させる構成としてもよい。このように、通水管配置工程が、通水管４内の掘削土砂及び泥水を地下水に置換する清水置換工程を含む場合、例えば、事前の地下水調査等により地下水頭ｈ’を調査しておき、この清水置換工程において、孔内水頭ｈが想定される地下水頭ｈ’と釣り合う状態に至るように、掘削土砂及び泥水の排出量等をコントロールして清水置換を行う。また、この場合、外管２の上端の閉止は開放可能に構成する。
【００４５】
本実施形態においては、図３に示すようにガス除去は１箇所で行う場合で説明したが、トンネル工事エリアとガス溜り領域Ｇ１ｇとの重複エリアが、例えば図４に示すように比較的広い場合等においては、ガス除去は、地盤の複数の位置でそれぞれ行うようにするとよい。工事エリアが広い場合に、一箇所からガス除去を行うと工事エリアと直接関係のない部分からもガスを除去することになり、地盤への影響範囲が広がるためである。このように、工事エリアを分割し各分割エリアをそれぞれカバーできるようにガス除去の対象範囲円の半径Ｒを決めれば、影響範囲をさらに狭めることができる。この場合、図４に示すように各ガス除去の対象範囲円を、それぞれ一部重複するようにしてもよいし、図示省略するが、接するようにしてもよい。例えば、接するようにする場合であって、図４に示すように、通水管４の設置間隔Ｌを等間隔とし、各位置でのガス除去の対象範囲円の半径Ｒを一致させた場合は、Ｒ＝Ｌ／２となる。
また、各位置での水頭差Δｈ0は、同じ水頭差を用いてもよいし、それぞれの場所で設定するようにしてもよい。つまり、図４に示すように、各場所でのガス除去の対象範囲円の半径を一致させてもよいし、後述するように、それぞれの場所で設定してもよい。各場所で設定する場合、具体的には、各場所で、通水管を配置する前に地盤の状況を試堀したボーリング孔等により調査し、その調査結果に応じて、ガス除去の対象範囲円の半径を適宜決める。
【００４６】
このように、地盤調査の結果に応じて、ガス除去の対象範囲円の半径を適宜決める（つまり、水頭差Δｈ0をそれぞれ設定する）変形例について、以下の図５及び図６に基づいて、詳細に説明する。図５は、通水管４の設置間隔Ｌと各位置での半径Ｒとの関係を示した図であり、図６は、この変形例におけるガス除去の施工手順を示すフロー図である。
【００４７】
本変形例のガス除去方法においては、地盤の複数の位置でガス除去を行う構成とし、地盤の第１の位置No.ｎにおいて、所定間隔Ｌの半分に一致させたガス除去の対象範囲円の半径Ｒ（＝Ｌ／２）に応じて定めた水頭差Δｈ’で水位低下工程を行った後、この第１の位置No.ｎから所定間隔Ｌだけ離間させた第２の位置No.ｎ（＝ｎ＋１）で、通水管配置工程を行う。
そして、第２の位置No.ｎ（＝ｎ＋１）でガスが発生し又は砂層Ｇ１が存在する場合には、該第２の位置No.ｎ（＝ｎ＋１）において、所定間隔Ｌの半分に一致させた半径Ｒ（＝Ｌ／２）に応じて定めた水頭差Δｈ’で、水位低下工程を行う。
一方、第２の位置No.ｎ（＝ｎ＋１）でガスが発生せずかつ砂層Ｇ１が存在しない場合には、No.ｎ−１として第１の位置において、所定間隔Ｌに一致させた半径Ｒ（＝Ｌ）に応じて定めた水頭差Δｈ’で水位低下工程を行う。
【００４８】
具体的には、図５及び図６に示すように、最初の位置No.ｎ（＝１）で地盤調査を行いガスの発生又は砂層Ｇ１が確認されたものとし（ＳＴＥＰ１）、この位置で影響半径Ｌ／２を対象としたガス除去を実施する（ＳＴＥＰ２）。そして、通水管４の設置間隔Ｌだけ離間させた次の位置No.ｎ（＝２）で地盤調査を行う（ＳＴＥＰ３）。その結果、この次の位置No.ｎ（＝２）で、ガスの発生又は砂層Ｇ１の確認がされた場合（ＳＴＥＰ４：Ｙｅｓ）、この次の位置No.ｎ（＝２）で影響半径Ｌ／２を対象としたガス除去を実施する（ＳＴＥＰ５）。一方、ガスの発生又は砂層Ｇ１のいずれも確認されない場合（ＳＴＥＰ４：Ｎｏ）、１つ前の位置No.ｎ−１（＝１）で影響半径をＬ／２からＬに拡大させて、この影響半径Ｌを対象としたガス除去を実施する（ＳＴＥＰ６）。そして、ＳＴＥＰ５又はＳＴＥＰ６の後、上記次の位置No.ｎ（＝２）がガス除去の最終位置であった場合（ＳＴＥＰ７：Ｙｅｓ）、ガス除去は終了し、最終位置でない場合（ＳＴＥＰ７：Ｎｏ）、ＳＴＥＰ３に戻り、更に次のNo.３の位置で、ＳＴＥＰ３〜ＳＴＥＰ７を実施し、これを最終位置まで繰り返す。
【００４９】
このような変形例によれば、各位置で順次地盤調査を実施して、各位置でガスの発生又は砂層Ｇ１の確認がされた場合には、通水管４の設置間隔Ｌの半分に一致させた影響半径Ｌ／２でそれぞれガス除去を行い、影響範囲を最小限に収めることができる。そして、第２の位置No.ｎ（＝ｎ＋１）において、ガスの発生又は砂層Ｇ１の確認がいずれもできなかった場合、その第２の位置No.ｎ（＝ｎ＋１）から第１の位置No.ｎのガス除去の対象範囲円に至るまでの領域に、ガスが存在する可能性がある。この場合であっても、第１の位置No.ｎで、再度ガス除去を、影響半径を２倍に拡大して実施する構成であるため、No.ｎ＋１の通水管４とNo.ｎのガス除去の対象範囲円との間に広がっている可能性のあるガス溜り範囲をカバーすることができ、ガス除去の確実性をさらに高めることができる。
【００５０】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００５１】
４・・・・通水管
４ａ・・・ストレーナ部
Ｇ１・・・砂層（帯水層）
ｈａ・・・基準水頭
ｈ・・・・孔内水頭（通水管内の水の水頭）
ｈ’・・・地下水頭（帯水層の地下水の水頭）
Δｈ0・・・水頭差
Ｒ・・・・ガス除去の対象範囲円の半径
【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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