(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
調査対象地盤に対して略鉛直方向に削孔を形成し、当該削孔内に、上面が閉塞し下面が開放したケーシングを設置し、
前記ケーシングの内部に、流入した地下水を排出するための排水管と、地下水位を計測するための水位計を設置し、
前記ケーシング内に所定の送気圧力で送気を行うことにより、前記ケーシングの下端部まで気体を充満させるとともに、前記調査対象地盤中に気体を注入して、前記調査対象地盤を不飽和化し、
前記調査対象地盤が不飽和化した状態から送気圧力を低下させて、前記ケーシング内に地下水が流入することを許容した状態で、当該地下水の流入水位が予め定めた所定値となる送気圧力を測定し、
前記排水管内に流入した地下水を排水手段により排水して、当該ケーシング内への地下水流入量を測定し、
前記送気圧力と前記地下水流入量との関係性を求め、当該関係性から求められる送気圧力を、ニューマチックケーソン工法におけるケーソン作業室への適正送気圧力とする、
ことを特徴とするニューマチックケーソン工法におけるケーソン作業室への適正送気圧力の決定方法。
【請求項２】
前記送気圧力の測定及び前記地下水流入量の測定は、設計深度に達するまで、所定深度毎に行うことを特徴とする請求項１に記載のニューマチックケーソン工法におけるケーソン作業室への適正送気圧力の決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニューマチックケーソン工法におけるケーソン作業室への適正送気圧力の決定方法に関するものであり、特に、大深度のニューマチックケーソン工法において、ケーソン作業室内への地下水の流入水位を所定値に維持することが可能な送気圧力を決定するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ニューマチックケーソン工法は、筺体の下部にケーソン作業室を設け、このケーソン作業室内に地下水圧に相当する圧縮空気を送り込んで、ケーソン作業室内への地下水の流入を抑制し、ケーソン作業室内で掘削を行いながら、筺体を地盤中に沈設して、地下構造物を構築する工法である。ニューマチックケーソン工法により構築する地下構造物は、橋梁や構造物の基礎、地下調整池、シールドトンネルの立坑、地下鉄やトンネルの本体構造物等である。
【０００３】
具体的には、筒状筐体の下部に設けたケーソン作業室の下端部に、下方へ向かって鋭角状となった刃を設けておき、筒状筐体の自重および載荷によって筒状筐体を地中に沈設する。その後、筒状筐体を増設して、筒状筐体を所望の大きさにしていきながら、筒状筐体を沈設する際の載荷として利用する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−８７５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、ニューマチックケーソン工法では、ケーソン作業室内への適正地下水流入量に対する適正送気圧力を把握して、ケーソン作業室内に圧送する空気圧を適切に管理することが必要となる。しかし、適正地下水流入量に対する適正送気圧力を測定する方法は種々考えられるが、特に大深度の地下構造物を構築する際に適した測定方法は確立されていないのが現状である。
【０００６】
例えば、湧水圧試験（ＪＦＴ）により、孔内水位の変動を測定する方法がある。湧水圧試験では、ボーリング孔内に水位観測用のロッドを挿入し、試験区間を閉塞部材（パッカー）で遮閉する。そして、ロッド内に地下水を流入させた際の孔内水位の上昇速度から地盤の透水係数などを求める。すなわち、湧水圧試験では、ロッド内への送気圧力を変化させることにより孔内水位を変動させ、水位の変動速度（水位低下速度及び水位回復速度）を測定して、調査対象地盤の透水係数などを求めることができる。また、ルジオン試験によっても、同様に、調査対象地盤の透水性を評価することができる。
【０００７】
上述したように、ニューマチックケーソン工法では、ケーソン作業室内への地下水流入量が適正量となるように送気圧力を設定して、ケーソン作業室内に圧送する空気圧を管理することが必要となる。しかし、適正な地下水流入量に対する送気圧力は、施工場所の土質や透水係数等により一律に決定することができないのが現状である。
【０００８】
すなわち、ケーソン作業室の底盤から流入する地下水量が、作業上許容される水量となるように、作業気圧を計画して施工する必要がある。この作業気圧は、平均地下水面から刃口までの深さと土質等に対応した係数とに基づいて定められる。作業圧力は、以下の式（１）により求められる。
Ｐｗ＝０．００９８×ｍ（Ｈ＋１．０）  ・・・  式（１）
但し、
Ｐｗ：作業気圧（ＭＰａ）
Ｈ：平均水面から刃口までの深さ（メートル）
ｍ：土質等に対応した係数
【０００９】
日本圧気技術協会の指針によると、係数ｍは下記表１のように定められている。しかし、実際の施工においては、このようにして定めた作業気圧が必ずしも適正なものとはいえない場合がある。すなわち、実施工においては、底盤から少量の地下水の流入を許容した状態で作業を行うことが可能であり、数多くの実績により、計算により求めた作業気圧よりも低い作業気圧であっても、安全かつ適正な作業が可能なことが実証されている。
【００１０】
【表１】
0006401575.tif 000002
【００１１】
図５を参照して、土丹における実施工の作業気圧について説明する。図５に示すように、ケーソンの施工対象地盤が土丹である場合に、地盤には自然水圧ｐ’が生じている状態で、作業気圧はｐ’の０．７倍程度が適切な圧力となる。この状態では、底盤から流入する地下水量が少量であるため、実施工において何ら問題は生じない。
【００１２】
また、上述したように、ケーソン作業室内への地下水流入量は、施工地盤の透水係数に応じて変化する。すなわち、図６に示すように、透水係数が大きければ通気係数が小さくなり、透水係数が小さくなれば通気係数が大きくなる。また、透水係数は飽和度に依存している。したがって、施工地盤の飽和度を適正に管理することにより、作業気圧を所定の計画値よりも低く設定することができる。
【００１３】
本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、調査対象地盤に対して略鉛直方向に削孔を形成して、ニューマチックケーソン工法の施工状態を再現し、孔内を圧気するとともに調査対象地盤の飽和度を高め、調査対象地盤から孔内に一定量の地下水が流入することを許容した状態で、孔内への地下水流入量を測定し、送気圧力と地下水流入量との関係を求めることが可能なニューマチックケーソン工法におけるケーソン作業室への適正送気圧力の決定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】
【００１４】
本発明に係るニューマチックケーソン工法におけるケーソン作業室への適正送気圧力の決定方法（以下、適正送気圧力の決定方法と略記する場合がある）は、上述した目的を達成するために提案されたもので、以下の特徴を有している。すなわち、本発明に係るニューマチックケーソン工法におけるケーソン作業室への適正送気圧力の決定方法は、調査対象地盤に対して略鉛直方向に削孔を形成し、当該削孔内に、上面が閉塞し下面が開放したケーシングを設置するとともに、ケーシングの内部に、流入した地下水を排出するための排水管と、地下水位を計測するための水位計を設置する。
【００１５】
そして、ケーシング内に所定の送気圧力で送気を行うことにより、ケーシングの下端部まで気体を充満させるとともに、調査対象地盤中に気体を注入して、調査対象地盤を不飽和化する。続いて、調査対象地盤が不飽和化した状態から送気圧力を低下させて、ケーシング内に地下水が流入することを許容した状態で、当該地下水の流入水位が予め定めた所定値となる送気圧力を測定するとともに、排水管内に流入した地下水を排水手段により排水して、当該ケーシング内への地下水流入量を測定することにより、送気圧力と地下水流入量との関係性を求め、当該関係性から求められる送気圧力を、ニューマチックケーソン工法におけるケーソン作業室への適正送気圧力とすることを特徴とするものである。
【００１６】
また、上述した適正送気圧力の決定方法において、送気圧力の測定及び地下水流入量の測定は、設計深度に達するまで、所定深度毎に行う。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るニューマチックケーソン工法におけるケーソン作業室への適正送気圧力の決定方法によれば、ケーソン作業室への適正送気圧力を決定する工程において、地盤中に気体を注入して不飽和化することにより、一般的な計画値よりも低い作業気圧を決定することができる。したがって、実施工において、当該工法により決定した作業気圧により作業を行うことにより、作業効率を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る適正送気圧力の決定方法に用いる装置の模式図。
【図２】本発明の実施形態に係る適正送気圧力の決定方法の手順を示すフローチャート。
【図３】本発明の実施形態に係る適正送気圧力の決定方法における送気圧力及び流入地下水量の変化を示す説明図。
【図４】本発明の実施形態に係る適正送気圧力の決定方法において、所定深度における測定手順を示す模式図。
【図５】実施工における作業気圧の説明図。
【図６】飽和度と透水係数及び透気係数との関係を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図１〜図４は本発明の実施形態に係るニューマチックケーソン工法におけるケーソン作業室への適正送気圧力の決定方法を説明するものであり、図１は装置の模式図、図２は適正送気圧力の決定方法の手順を示すフローチャート、図３は送気圧力及び流入地下水量の変化を示す説明図、図４は所定深度における測定手順を示す模式図である。また、図５は実施工における作業気圧の説明図、図６は飽和度と透水係数及び透気係数との関係を示す説明図である。
【００２０】
＜適正送気圧力の決定方法に用いる装置＞
本発明の実施形態に係る適正送気圧力の決定方法で用いる装置は、図１に示すように、削孔内に設置したケーシング１０と、ケーシング１０内に所定圧力で気体を送気するための送気管２０及び送気ポンプ３０（例えばコンプレッサー）と、ケーシング１０内に流入した地下水を排出するための排水管４０及び排水ポンプ５０（例えば水中ポンプ）と、ケーシング１０内の水位を測定するための水位計６０とを備えている。送気ポンプ３０は、ケーシング１０内に所定圧力で気体を送気することができれば、どのようなポンプを使用してもよい。同様に、排水ポンプ５０は、ケーシング１０内から排水を行うことができれば、どのようなポンプを使用してもよい。
【００２１】
ケーシング１０は、調査対象地盤に対して略鉛直方向に形成した削孔内に設置する円筒状の部材であり、例えば、１８０ｍｍ程度の直径を有している。なお、ケーシング１０は円筒状に限られず、筒状であればどのような形状であってもよく、また、調査対象地盤の土質等に応じて適宜直径を調節することができる。
【００２２】
このケーシング１０は、上面が閉塞しており、この閉塞部には、ケーシング１０内に送気を行うための送気管２０と、ケーシング１０内から地下水を排出するための排水管４０とが取り付けられている。したがって、送気ポンプ３０を駆動すると、送気管２０を介してケーシング１０内に送気を行うことができ、排水ポンプ５０を駆動すると、排水管４０を介してケーシング１０内に流入した地下水を排出することができる。一方、ケーシング１０の下面は開放しており、調査対象地盤中から地下水の流入を許容するとともに、調査対象地盤中に気体を注入することができる。
【００２３】
本発明では、上述した装置を用いて、ケーソン作業室への適正送気圧力を決定する。具体的には、ケーシング１０内に所定の送気圧力で送気を行うことにより、ケーシング１０の下端部まで気体を充満させるとともに、調査対象地盤中に気体を注入して、調査対象地盤を不飽和化する。そして、調査対象地盤が不飽和化した状態から送気圧力を低下させて、ケーシング１０内に地下水が流入することを許容した状態で、当該地下水の流入水位が予め定めた所定値となる送気圧力を測定するとともに、排水管４０内に流入した地下水を排水ポンプ５０により排水して、当該ケーシング１０内への地下水流入量を測定し、送気圧力と地下水流入量との関係を求める。また、送気圧力の測定及び地下水流入量の測定は、設計深度に達するまで、所定深度毎に行う。
【００２４】
図１において、Ｈ1は自然水位であり、Ｈ3は気圧Ｐでケーシング１０内に圧気を行った際の平衡水位である。この状態で、排水ポンプ５０により、流量Ｑで排水を行うことにより、ケーシング１０の下部から僅かに地下水の流入を許容した制御水位（孔内水位）Ｈ2とする。ケーシング１０の下部には水位計６０が設置されており、この水位計６０によりケーシング１０内の水位を計測し、当該計測値に基づいて排水ポンプ５０を制御することにより、制御水位Ｈ2を保つことができる。また、図１において、排水管４０の下端（制御水位Ｈ2の下面）がケーソンの刃先位置に相当し、制御水位Ｈ2の上面がケーソン作業室の下端部位置に相当する。
【００２５】
＜適正送気圧力の決定方法の手順＞
次に、図２〜図４を参照して、本実施形態における適正送気圧力の決定方法の手順を説明する。ケーソン作業室への適正送気圧力を決定するには、図２に示すように、調査対象地盤に対して、所定の深度まで掘削を行ってケーシング１０を設置し（Ｓ１−１）、排水ポンプ５０（水中ポンプ）、水位計６０、加圧設備（送気ポンプ）等を設置し（Ｓ１−２）、調査対象地盤の間隙水圧を測定する（Ｓ１−３）。
【００２６】
続いて、「飽和ケース」として、所定圧力Ｐまで加圧し（Ｓ２−１）、孔内の地下水を強制排水して（Ｓ２−２）、孔内水位を一定に制御し（Ｓ２−３）、その排水量を測定する（Ｓ２−４）。この「飽和ケース」では、図２に示すように、圧力Ｐを順次上昇させて、Ｐ＝０．７Ｈ、０．８Ｈ、０．９Ｈ、１．０Ｈの順に加圧するとともに、各圧力において、水位一定制御（Ｓ２−３）及び排水量測定（Ｓ２−４）を実施する。ここで、Ｈは試験深度における自然水位（間隙水圧）である（「不飽和ケースにおいて同様」）。
【００２７】
具体的には、圧力Ｐ＝０．７Ｈに上昇させたら、強制排水（Ｓ２−２）、水位一定制御（Ｓ２−３）及び排水量測定（Ｓ２−４）を実施する。続いて、圧力Ｐ＝０．８Ｈに上昇させたら、水位一定制御（Ｓ２−３）及び排水量測定（Ｓ２−４）を実施し、圧力Ｐ＝０．９Ｈ、圧力Ｐ＝１．０Ｈにおいても同様に水位一定制御（Ｓ２−３）及び排水量測定（Ｓ２−４）を実施する。なお、圧力Ｐ＝０．７Ｈにおいて強制排水（Ｓ２−２）が終了しているため、圧力Ｐ＝０．８Ｈ、圧力Ｐ＝０．９Ｈ、圧力Ｐ＝１．０Ｈにおいて、孔内は強制排水（Ｓ２−２）された状態となっている。
【００２８】
なお、「飽和ケース」を実施せず（省略して）、諸設備の設置（Ｓ１−２）を行った後に、ただちに「不飽和ケース」を実施してもよい。この場合には、「不飽和ケース」におけるすべての工程（圧力Ｐ＝０．９Ｈ、圧力Ｐ＝０．８Ｈ、圧力Ｐ＝０．７Ｈにおける排水量測定等）が終了した後に、間隙水圧測定（Ｓ１−３）を実施する。
【００２９】
続いて、「不飽和ケース」として、圧力Ｐ≧１．０Ｈの状態を所定時間保持し（Ｓ３−１）、所定圧力Ｐまで減圧しながら（Ｓ３−２）、孔内水位を一定に制御し（Ｓ３−３）、その排水量を測定する（Ｓ３−４）。工程（Ｓ３−１）において圧力Ｐ≧１．０Ｈの状態を所定時間保持するのは、エアーブロー気味の状態を作り出すためである。この「不飽和ケース」においても、圧力Ｐを順次降下させて、Ｐ＝０．９Ｈ、０．８Ｈ、０．７の順に減圧するとともに、各圧力において、水位一定制御（Ｓ３−３）及び排水量測定（Ｓ３−４）を実施する。
【００３０】
このような工程を行うことにより、図３に示すように、調査対象地盤の不飽和化により透水係数が低下し、飽和時と比較して同一の圧力Ｐであっても流量Ｑが低下する。そして、同様の工程を設定深度毎に実施して、調査対象地盤における適正送気圧力を決定する。
【００３１】
図４は、上述した工程におけるケーシング１０内の水位の変化を示したもので、図４（ａ）が工程（Ｓ１−１〜Ｓ１−３）に相当し、図４（ｂ）が工程（Ｓ２−１）に相当し、図４（ｃ）が工程（Ｓ３−１）に相当し、図４（ｄ）が工程（Ｓ３−２〜Ｓ３−４）に相当する。図４（ｃ）に示す状態では、ケーシング１０内の圧力を上昇させて、ケーシング１０内に気体を充満させ、ケーシング１０の下端から調査対象地盤中にエアーブローを行い、調査対象地盤中を不飽和化する。
【００３２】
＜送気圧力＞
本実施形態では、孔内の圧力Ｐ＝０．７、圧力Ｐ＝０．８、圧力Ｐ＝０．９において、図４（ｄ）に示す状態を作り出し、その状態における排水量を測定する。なお、孔内の圧力は、図２に示す例に限られず、調査対象地盤の土質等に応じて、例えば、圧力Ｐ＝０．７５、圧力Ｐ＝０．８５、圧力Ｐ＝０．９５等、適宜変更して実施することができる。
【００３３】
そして、すべての圧力における試験が終了したら、試験結果である圧力と流量との関係から、実際に施工可能な排出流量Ｑに対応する送気圧力Ｐを求める。なお、実際に施工可能な排出流量Ｑに対応する送気圧力Ｐと、試験結果である圧力及び流量との関係は必ずしも一致している必要はなく、調査対象地盤の状態に応じて適宜設定することができる。
【００３４】
図４（ｄ）に示す例では、孔内水位が自然水位の０．７倍程度となるように、送気圧力Ｐ及び排出流量Ｑを設定している。この状態では、調査対象地盤（ケーソンを沈設する地盤）が不飽和状態となっているため、一般的な計画値よりも作業気圧を低く設定しても、ケーソン内に僅かな地下水の流入を許容した状態とすることができ、安全かつ適切な作業を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００３５】
１０  ケーシング
２０  送気管
３０  送気ポンプ
４０  排水管
５０  排水ポンプ
６０  水位計
【図１】
0006401575.tif 000003
【図２】
0006401575.tif 000004
【図３】
0006401575.tif 000005
【図４】
0006401575.tif 000006
【図５】
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【図６】
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