(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下施設を構築後、該地下施設の外周部に対して、地盤改良材を加圧注入し水密構造を形成する、水密構造を有する地下施設の構築方法であって、
前記地盤改良材は、ベントナイトと、水と、エタノールとからなるスラリー材よりなり、該スラリー材の粘度を高粘度と低粘度の２段階に調整した２種の地盤改良材である高粘度地盤改良材と低粘度地盤改良材を用いて、前記高粘度地盤改良材を前記地下施設の躯体と地盤との間の隙間や高透水部に充填し、前記低粘度地盤改良材をその外側の地盤中の空隙に充填することを特徴とする水密構造を有する地下施設の構築方法。
【請求項２】
請求項１記載の水密構造を有する地下施設の構築方法であって、
前記地下施設の周囲の地盤中に該地下施設の内部からボーリング孔を設けて、該ボーリング孔を通して前記地下施設の内部から周囲地盤中の空隙に前記低粘度地盤改良材を加圧注入した後、前記ボーリング孔を通して前記地下施設の内部から該地下施設の躯体と地盤との間の隙間や高透水部に対して前記高粘度地盤改良材を加圧注入することを特徴とする水密構造を有する地下施設の構築方法。
【請求項３】
請求項１記載の水密構造を有する地下施設の構築方法であって、
前記地下施設の周囲の地盤中に該地下施設の内部からボーリング孔を設けて、該ボーリング孔を通して前記地下施設の内部から該地下施設の躯体と地盤との間の隙間や高透水部に対して前記高粘度地盤改良材を加圧注入した後、前記ボーリング孔を延伸して、該ボーリングを通して前記地下施設の内部から前記地下施設の周囲地盤中の空隙に前記低粘度地盤改良材を加圧注入することを特徴とする水密構造を有する地下施設の構築方法。
【請求項４】
地下施設における躯体の損傷部分であるクラックやボイド、もしくは地下施設に設けられた一時的な地下水の排水施設であるポーラスコンクリートからなる高透水ゾーンに対し、該地下施設に設けられた点検路から、ベントナイトと、水と、エタノールとから構成されるスラリー材よりなる地盤改良材を加圧注入することを特徴とする水密構造を有する地下施設の補修方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、施工性が良く、長期間安定な止水性を確保できる、水密構造を有する地下施設の構築方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
山岳トンネル等の地下施設では、完璧な止水性を期待できないため、トンネルに向かって湧水する地下水を躯体の外側で排水する構造とすることを原則としていた。
例えば、図５に示すように、土木学会のトンネル標準示方書に掲載されているトンネルの標準断面例を見ると、トンネル躯体１の底部中央に中央配水管２を配置するとともに、集水材によって漏水を集める構造が適用されている。
【０００３】
環境保全を重視する最近の時勢においては、山岳トンネルの建設によって、地表付近の地下水位が低下することによる自然の生態系へ影響を懸念する声が大きくなってきている。このため、トンネル躯体への漏水を抑止する方法として、一般的に、セメント系材料による地盤改良材の加圧注入が比較的信頼性のある対策工法であるとされているが、長期間の安定が確認できず、完全な水密構造を達成するには至っていない。
【０００４】
このような中、長期にわたり安定で、かつ吸水膨張して透水係数が小さく、水みちを遮水することが可能な性質を有する材料として、天然材料であるスメクタイト系粘土が一般に知られている。これら、スメクタイト系粘土を固相に用いた地盤改良材を、地中に構築する地中壁や開削工法による地下施設の周囲に加圧注入し、漏水防止材として機能させる方法も実施されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、地下施設周囲の止水性を向上させるには、乾燥密度が大きくスメクタイト系粘土の配合率の大きい地盤改良材を用いる必要があるが、このような地盤改良材は粘度が高く、施工性に乏しい点が課題として挙げられていた。
【０００６】
上記事情に鑑み、本発明は、施工性が良く、長期間安定に地下施設周辺の止水性を確保できる、水密構造を有する地下施設の構築方法、及び補修方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の水密構造を有する地下施設の構築方法は、地下施設を構築後、該地下施設の外周部に対して、地盤改良材を加圧注入し水密構造を形成する、水密構造を有する地下施設の構築方法であって、前記地盤改良材は、ベントナイトと、水と、エタノールとからなるスラリー材よりなり、該スラリー材の粘度を高粘度と低粘度の２段階に調整した２種の地盤改良材である高粘度地盤改良材と低粘度地盤改良材を用いて、前記高粘度地盤改良材を前記地下施設の躯体と地盤との間の隙間や高透水部に充填し、前記低粘度地盤改良材をその外側の地盤中の空隙に充填することを特徴としている。
【０００８】
請求項２記載の水密構造を有する地下施設の構築方法は、請求項１記載の水密構造を有する地下施設の構築方法であって、前記地下施設の周囲の地盤中に該地下施設の内部からボーリング孔を設けて、該ボーリング孔を通して前記地下施設の内部から周囲地盤中の空隙に前記低粘度地盤改良材を加圧注入した後、前記ボーリング孔を通して前記地下施設の内部から該地下施設の躯体と地盤との間の隙間や高透水部に対して前記高粘度地盤改良材を加圧注入することを特徴としている。
【０００９】
請求項３記載の水密構造を有する地下施設の構築方法は、請求項１記載の水密構造を有する地下施設の構築方法であって、前記地下施設の周囲の地盤中に該地下施設の内部からボーリング孔を設けて、該ボーリング孔を通して前記地下施設の内部から該地下施設の躯体と地盤との間の隙間や高透水部に対して前記高粘度地盤改良材を加圧注入した後、前記ボーリング孔を延伸して、該ボーリングを通して前記地下施設の内部から前記地下施設の周囲地盤中の空隙に前記低粘度地盤改良材を加圧注入することを特徴としている。
【００１０】
請求項４記載の水密構造を有する地下施設の補修方法は、地下施設における躯体の損傷部分であるクラックやボイド、もしくは地下施設に設けられた一時的な地下水の排水施設であるポーラスコンクリートからなる高透水ゾーンに対し、該地下施設に設けられた点検路から、ベントナイトと、水と、エタノールとから構成されるスラリー材よりなる地盤改良材を加圧注入することを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る水密構造を有する地下施設の構築方法、及び補修方法について、図１から図４を用いて説明する。
【００１２】
本発明の水密構造を有する地下施設の構築方法、及び補修方法に用いられる高粘度地盤改良材３、及び低粘度地盤改良材４は、スメクタイト系粘土であるベントナイトよりなる固相と、親水性有機溶媒であるエタノール、及び水よりなる液相とにより構成されるスラリー材よりなるものである。
【００１３】
スラリー材の固相を形成するスメクタイト系粘土は、膨潤性に起因する止水性と、高い陽イオン交換性に起因する水分の吸着性を特徴とする天然材料であり、本発明ではベントナイトを用いる。また、スラリー材の液相に含有される前記親水性有機溶媒は、水や有機化合物に可溶な性質を持ち常温、常圧で蒸発しやすい液体であり、本発明ではエタノールを用いる。
【００１４】
上述する材料を配合してなるスラリー材は、エタノールを含有することにより、ベントナイトを高密度に保ったまま、スラリー材自身を低粘度流体にできるものである。また、スラリー材の固相の重量に対する液相の重量の比を小さくしても、液相中の水に対するエタノールの割合を大きくすることで、粘度は一定であるが固相が高密度なスラリー材を実現することも可能にするものである。
これは、図３に示すように、液相中のエタノールの割合を40％から92.5％まで高くするにつれてスラリー材の粘度が同じであっても、スラリー材の乾燥後の密度が高くなっていることから確認できる。
【００１５】
また、図４に示すように、エタノールを含有するスラリー材は、乾燥密度0.5Mg/m3程度のベントナイト（スメクタイト系粘度）の透水係数は、約５Ｅ-10cm/sであり、非常に止水性が高いことがわかる。
【００１６】
一般に、スラリー材の液体としての扱いが可能な粘度の上限が1500〜2000mPa・s程度であることから、図３の結果を受けて、低粘度地盤改良材４は、エタノールが60%以上の組成である液相と定義し、固相と液相の配合は、単位ベントナイト（固相）量が300〜1,000ｋｇ／ｍ3、単位液相量が、880〜600ｋｇ／ｍ3を標準とし、粘度は100〜2,000mPa・sを呈する。また、高粘度地盤改良材３は、エタノールが60％未満の組成である液相と定義し、固相と液相の配合は、単位ベントナイト（固相）量が1,000ｋｇ／ｍ3、単位液相量が、500ｋｇ／ｍ3を標準とする。
なお、これら配合量は、地下施設の状態や地盤条件等に応じて適宜、調整を図るものである。また、本発明の実施の形態では地盤改良材の基準粘度を２段階に設定したが、これにこだわることはなく、用途に応じて複数段階に設定しても良い。
【００１７】
また、低粘度地盤改良材４、及び高粘度地盤改良材３の各々の粘度においても、地下施設の状態や地盤条件等に応じて、適宜液相中のエタノールの組成を上記定義範囲内で変化させることにより調整するものである。
なお、前記高粘度地盤改良材３、及び低粘度地盤改良材４における粘度の調整方法は、上述した液相中におけるエタノールの組成を変化する方法を加えて、３つの手法が考えられる。以下に、その方法を簡潔に示すが、いずれを用いて粘度の調整を図っても良い。
【００１８】
第１の方法は、前記高粘度地盤改良材３、及び低粘度地盤改良材４の固相に骨材を配合するものである。該骨材としては、２mmのふるいを用いて重量で８５％以上で通る細砂等を適用が効果的である。このような骨材を配合し、その配合量を増加させることによって、所望の粘度を得るものである。
【００１９】
第２の方法は、液相の重量に対する固相の重量の比を変化させるものである。これは、第１の方法に示すように、固相にベントナイトより比重の高い細骨材を混入する、もしくは、固相を形成するベントナイトの配合量を増やすことにより、所望の粘度を得るものである。
【００２０】
第３の方法は、上述した液相中の水の重量に対するエタノール重量の比を変化させるものである。これは、スラリー材を低粘度流体に変化させることのできるエタノールの含有量を40％〜92.5％の範囲内で調整することにより、所望の粘度を得るものである。
【００２１】
上述する構成による前記高粘度地盤改良材３、低粘度地盤改良材４を用いた、水密構造を有する地下施設の構築方法、及び補修方法を以下に示す。
【００２２】
（本発明の第１の実施の形態）
図１に、水密構造を有する地下施設の概略を示す。ここでは、地下施設の事例として、山岳トンネル５における水密構造の構築方法を以下に示す。
該山岳トンネル５を構成するトンネル躯体５ａの天部、底部、及び両側部には、地盤中に前記高粘度地盤改良材３および低粘度地盤改良材４を加圧注入するためのボーリング孔６をあらかじめ設けておく。
【００２３】
次に、該山岳トンネル５の約10m四方の広い範囲にわたり、低粘度地盤改良材４を多量に前記ボーリング孔６を介して加圧注入し、地盤中７の広い範囲において存在する細かい空隙に充填させる。
その後、前記高粘度地盤改良材３を前記ボーリング孔６を介して前記トンネル躯体５ａと地盤７との隙間や、地盤７内の大きな割れ目等の高透水部に充填する。
【００２４】
上述する発明によれば、あらかじめ広い範囲の前記地盤７に低粘度地盤改良材４を充填させた後、高粘度地盤改良材３を前記山岳トンネル５と地盤７との隙間部等に充填するため、先に充填した低粘度地盤改良材４が硬化するまでに山岳トンネル５内あるいはボーリング孔６内に逆流する現象を防ぐことができる。
【００２５】
（本発明の第２の実施の形態）
第１の実施の形態と同じように、前記山岳トンネル５を構成するトンネル躯体５ａの天部、底部、及び両側部には、地盤中に前記高粘度地盤改良材３および低粘度地盤改良材４を加圧注入するためのボーリング孔６をあらかじめ設けておく
【００２６】
次に、前記高粘度地盤改良材３を前記トンネル躯体５ａと地盤７との隙間や、地盤７内の大きな割れ目等の高透水部に充填し、卓越する地盤７内の空隙部を止水する。
この後、前記ボーリング孔６を地盤７内にさらに延伸させた後、該山岳トンネル５の約10m四方の広い範囲にわたり、低粘度性地盤改良材４を多量に前記ボーリング孔６を介して加圧注入し、前記地盤７における広い範囲の細かい空隙に充填させる。
【００２７】
第１、第２のいずれの実施の形態においても、加圧注入された前記高粘度地盤改良材３、および低粘度地盤改良材４は、液相中のエタノールが移流拡散現象、あるいはバクテリアによる分解によって比較的早い時期に消失し、地盤７中の地下水に置換される。これにより、液相の組成が、エタノールと水から、地下水と水に変化するため、液相に水のみの場合の性状と同様となり、その粘度は液相にエタノールが含まれていた場合より大幅に向上する。
【００２８】
これにより、前記地盤７中の空隙部や割れ目等の高透水部に充填された前記高粘度地盤改良材３、および低粘度地盤改良材４は、地下水４の圧力により流出することはなく硬化し、高い止水性を保持することとなる。
【００２９】
したがって、より広域の地盤７中の空隙部には、前記低粘度地盤改良材４が充填され、前記トンネル躯体５ａと地盤７との隙間や、地盤７内の大きな割れ目等には、より多くの前記高粘度地盤改良材３が充填され、硬化後はこれら両者ともに高密度の止水材となることから、水密性の高い前記山岳トンネル５が形成されることとなる。
【００３０】
（本発明の第３の実施の形態）
図２に、水密構造を有する地下施設の概略を示す。ここでは、地下施設の事例として、廃棄物埋設施設８における水密構造の修復方法を以下に示す。
該廃棄物埋設施設８は、常に地下水４を介して廃棄物格納領域８ｃに格納された廃棄物から生物圏への放射性核種の移行が行われる可能性が懸念されている。
このような事態を防止するため、廃棄物埋設施設８の躯体に生じたクラックやボイド等の水みちとなり易い破損部分（損傷部分）８ａに対して、前記廃棄物埋設施設８に設けられた点検路８ｂより前記低粘度地盤改良材４を注入し、止水性を保持する。
【００３１】
もしくは、一時的に地下水を排水するために前記廃棄物埋設施設８に設けられた図示しないポーラスコンクリートよりなる高透水ゾーンに対して、前記点検路８ｂより前記高粘度性地盤改良材３を充填することで、水みちを封じるものである。
【００３２】
上述する構成によれば、天然材料であるベントナイトを用いたスラリー材を高粘度地盤改良材３、及び低粘度地盤改良材４として、前記山岳トンネル５の水密構造を構築するために適用できるため、長期間にわたり安定して山岳トンネル５の漏水防止効果を得ることが可能となった。
【００３３】
また、高粘度地盤改良材３、及び低粘度地盤改良材４は、その粘性を自在にコントロールできるため、地盤７の条件等に応じて、施工性にすぐれたスラリー材を作成することが可能となる。
【００３４】
前記高粘度地盤改良材３、及び低粘度地盤改良材４には、ベントナイトが用いられていることから、これらが地盤７に充填されると、硬化した後の地盤７の透水係数を１０-12m/s程度に保持できるため、一般に長期安定地盤に期待される透水係数１０-10m/sを大きく向上することができ、十分な遮水性能を得ることが可能となる。
【００３５】
また、ベントナイトはそれ自身が自己密閉性を有しているため、時間の経過とともに地盤７の大きな割れ目帯等の高透水部が拡大しても、地盤７に加圧注入された前記高粘度地盤改良材３、及び低粘度地盤改良材４が、自らの膨張作用により、高透水部の密閉に伴う止水性を維持することが可能となる。
【００３６】
さらに、ベントナイトは天然材料であるため、人工材料とは異なり地盤７中で変質するような材料劣化の影響が小さく、長期間にわたり健全性を維持することが可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１記載の水密構造を有する地下施設の構築方法によれば、地下施設を構築後、該地下施設の外周部に対して、地盤改良材を加圧注入し水密構造を形成する、水密構造を有する地下施設の構築方法であって、前記地盤改良材は、ベントナイトと、水と、エタノールとからなるスラリー材よりなり、該スラリー材の粘度を高粘度と低粘度の２段階に調整した２種の地盤改良材である高粘度地盤改良材と低粘度地盤改良材を用いて、前記高粘度地盤改良材を前記地下施設の躯体と地盤との間の隙間や高透水部に充填し、前記低粘度地盤改良材をその外側の地盤中の空隙に充填することから、長期間にわたり安定して地下施設の漏水防止効果を得ることが可能となる。
【００３８】
また、高粘度地盤改良材、及び低粘度地盤改良材はその粘性を自在にコントロールできるため、地盤条件等に応じて、施工性にすぐれた地盤改良材を作成することが可能となる。
【００３９】
さらに、ベントナイトが用いられていることから、高粘度地盤改良材、及び低粘度地盤改良材が硬化した後の地盤の透水係数を１０-12m/s程度に保持できるため、一般に長期安定地盤に期待される透水係数１０-10m/sを大きく向上することができ、十分な遮水性能を得ることが可能となる。
【００４０】
請求項２、３記載の水密構造を有する地下施設の構築方法によれば、前記地下施設の内部からその周囲に設けたボーリング孔を通して周囲の地盤中に前記低粘度地盤改良材を加圧注入した後、前記地下施設の内部から前記ボーリング孔を通して外周部に対して前記高粘度地盤改良材を加圧注入する、もしくは前記地下施設の内部から前記ボーリング孔を通して外周部の高透水部や該地下施設と地盤との隙間に対して、前記高粘度地盤改良材を加圧注入した後、前記ボーリング孔を延伸して前記地下施設の周囲の地盤中に前記低粘度地盤改良材を加圧注入することから、より広域の地盤中の空隙部には、前記低粘度地盤改良材が充填され、地下施設と地盤との隙間や、地盤内の大きな割れ目等には、前記高粘度地盤改良材が充填され、硬化後はこれらが高密度の止水材となることから、水密性の高い地下施設が形成されることとなる。
【００４１】
請求項４記載の水密構造を有する地下施設の補修方法によれば、地下施設における躯体の損傷部分であるクラックやボイド、もしくは地下施設に設けられた一時的な地下水の排水施設であるポーラスコンクリートからなる高透水ゾーンに対し、該地下施設に設けられた点検路から、ベントナイトと、水と、エタノールとから構成されるスラリー材よりなる地盤改良材を加圧注入することから、補修の困難な地下施設について、施工性が良く容易に長期間にわたり安定した止水性の高い地下施設としてメンテナンスすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る水密構造を有する地下施設の構築方法を示す図である。
【図２】  本発明に係る水密構造を有する地下施設の補修方法を示す図である。
【図３】  本発明に係る地盤改良材の粘度と乾燥密度の関係を示す図である。
【図４】  本発明に係る地盤改良材の乾燥密度と透水係数の関係を示す図である。
【図５】  従来のトンネルの標準断面を示す図である。
【符号の説明】
１  トンネル躯体
２  中央排水管
３  高粘度地盤改良材
４  低粘度地盤改良材
５  山岳トンネル
５ａ  トンネル躯体
６  ボーリング孔
７  地盤
８  廃棄物埋設施設
８ａ  損失部分
８ｂ  点検路
８ｃ  廃棄物格納領域
【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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