(57)【要約】【課題】地山に筒状構造物を設置することによって構築されたトンネルの背面側に生じた空洞に、筒状構造物に変形や破損を招くことなく、しかも、空洞に満遍なくかつ最適な量の充填材を充填できるトンネル背面側空洞充填方法を提供する。【解決手段】筒状構造物１の周壁に形成された孔６からトンネルの背面側の空洞Ｓを吸引することによって、この空洞Ｓに負圧を発生させつつ、筒状構造物１の周壁に形成された他の孔６から充填材を空洞Ｓに注入する。したがって、充填材を空洞Ｓに注入する場合に、筒状構造物１に充填材から高い圧力が作用しないので、筒状構造物１の変形や破損を招くことなく、しかも、空洞に満遍なくかつ最適な量の充填材を充填できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地山に筒状構造物を設置することによって構築されたトンネルの背面側に生じた空洞に、充填材を充填するトンネル背面側空洞充填方法であって、
前記筒状構造物の周壁に形成された孔から前記トンネルの背面側の空洞を吸引することによって、この空洞に負圧を発生させつつ、前記筒状構造物の周壁に形成された他の孔から充填材を前記空洞に注入することを特徴とするトンネル背面側空洞充填方法。
【請求項２】
請求項１に記載のトンネル背面側空洞充填方法において、
前記筒状構造物は、シールド工法で使用されるセグメントを周方向および軸方向に接合したものであることを特徴とするトンネル背面側空洞充填方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のトンネル背面側空洞充填方法において、
前記吸引側の孔に、トンネル内への土砂の侵入を防止するフィルターを設けることを特徴とするトンネル背面側空洞充填方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地山に施工したトンネルの背面側に生じた空洞を充填するトンネル背面側空洞充填方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に記載されているように、シールドトンネル工事においては、筒状構造物を構成するセグメントに設けられた裏込め用の注入孔（グラウト孔）を通して、テールボイドに、モルタルなどの充填材（裏込め材）をグラウトポンプで注入する。テールボイドとは、筒状構造物と掘進抗の内壁との間にシールド機の推進に伴い発生する空隙のことである。また、この空隙には、近年ではシールド機のテール部から裏込め材を注入する場合もある。
【０００３】
ところで、シールドトンネル等においては、施工終了後の月日の経過に伴って、シールドトンネルを構成する筒状構造物の背面側の地山や裏込め材等が地下水等によって侵食あるいは流失して、トンネル背面側に空洞が生じる場合がある。したがって、定期的にトンネル背面側を検査して、空洞が生じていた場合は、速やかにこの空洞に裏込め材等の充填材を注入して該空洞を埋める必要がある。
このような空洞に充填材を注入する場合、筒状構造物を構成するセグメントには裏込め用の注入孔が形成されているので、この注入孔から充填材を注入している。
【特許文献１】特開２００３−５３１２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、トンネル背面側にある空洞に、セグメントの注入孔から充填材を注入する場合、グラウトポンプ等の注入用ポンプによって充填材を比較的高い圧力で注入しているので、空洞に注入された充填材によって、トンネルを構成する筒状構造物に外側から圧力が作用し、筒状構造物の変形や破損を招く可能性がある。
また、充填材を比較的高い圧力で注入しているので、充填材が空洞を超えて地山側に浸透していき易いので、充填材を空洞に満遍なく充填し難くなるとともに、必要以上の充填材を要する場合がある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、地山に筒状構造物を設置することによって構築されたトンネルの背面側に生じた空洞に、筒状構造物に変形や破損を招くことなく、しかも、空洞に満遍なくかつ最適な量の充填材を充填できるトンネル背面側空洞充填方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、例えば図１〜図５に示すように、地山に筒状構造物１を設置することによって構築されたトンネルの背面側に生じた空洞Ｓに、充填材を充填するトンネル背面側空洞充填方法であって、
前記筒状構造物１の周壁に形成された孔（注入孔６）から前記トンネルの背面側の空洞Ｓを吸引することによって、この空洞Ｓに負圧を発生させつつ、前記筒状構造物１の周壁に形成された他の孔（注入孔６）から充填材を前記空洞Ｓに注入することを特徴とする。
【０００７】
前記筒状構造物としては、シールド工法で使用されるセグメントを筒状に接合したものや、推進工法で使用される筒状の埋設管が挙げられる。
また、筒状構造物の周壁に形成された孔としては、例えばシールド工法で施工されたトンネルの場合は、セグメントに形成された裏込め用の注入孔を使用できる。また、セグメントに注入孔が形成されていない場合や、前記推進工法における埋設管の場合は、新たに注入孔を形成する。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、筒状構造物の周壁に形成された孔からトンネルの背面側の空洞を吸引することによって、この空洞に負圧を発生させつつ、前記筒状構造物の周壁に形成された他の孔から充填材を前記空洞に注入するので、従来のように充填材を比較的高い圧力で注入しなくても、空洞が負圧であるので、注入された充填材は該空洞に満遍なく充填される。
したがって、充填材を空洞に注入する場合に、筒状構造物に充填材から高い圧力が作用しないので、筒状構造物の変形や破損を招くことなく、しかも、空洞に満遍なくかつ最適な量の充填材を充填できる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のトンネル背面側空洞充填方法において、
前記筒状構造物１は、シールド工法で使用されるセグメント２（２ａ〜２ｃ）を周方向および軸方向に接合したものであることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、シールドトンネルの背面側に生じた空洞に、セグメントによって構築された筒状構造物に変形や破損を招くことなく、しかも、空洞に満遍なくかつ最適な量の充填材を充填できる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、例えば図６に示すように、請求項１または２に記載のトンネル背面側空洞充填方法において、
前記吸引側の孔（注入孔６）に、トンネル内への土砂の侵入を防止するフィルター１５を設けることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、トンネル背面側の空洞に充填材を注入するに伴って、吸引側の孔から地下水や空気とともに、土砂が筒状構造物内に侵入しようとするが、この土砂をフィルターによって捕獲して、該土砂の流入を防止して、地下水や空気のみをトンネル内に取り込んで排出できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、シールド工法や推進工法で施工された筒状構造物の周壁に形成された孔からトンネルの背面側の空洞を吸引することによって、この空洞に負圧を発生させつつ、前記筒状構造物の周壁に形成された他の孔から充填材を前記空洞に注入するので、トンネルを構成する筒状構造物に変形や破損を招くことなく、しかも、空洞に満遍なくかつ最適な量の充填材を充填できる。
また、吸引側の孔には、トンネル内への土砂の侵入を防止するフィルターを設けているので、土砂をフィルターによって捕獲して、該土砂の流入を防止して、地下水や空気のみをトンネル内に取り込んで排出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、シールド工法によって地山に施工されたシールドトンネルの横断面を示すものであり、この図において符号１は筒状構造物を示す。
筒状構造物１は、複数のセグメント２をシールド機内においてトンネルの周方向に接合することによってセグメントリング３を形成し、このセグメントリング３をシールド機の掘進に伴ってトンネルの軸方向に接合していくことによって構築されたものである。
【００１５】
本実施の形態では、セグメント２は鉄筋コンクリート製のものであり、３種類がある。セグメント２ａはトンネルの下半分および半分より若干上側の部分に設置されるものであり、周方向において４枚連続して設置されている。セグメント２ｂは、トンネルの半分より上側の部分に設置されるものであり、それぞれ前記セグメント２ａに接合されている。セグメント２ｃは、キーセグメントと称されるもので、トンネルの頂部に配置され、前記セグメント２ｂに接合されている。
【００１６】
セグメント２ａに代表されるセグメント２は、図２に示すように、円弧板状に形成されており、その両端面にはそれぞれセグメント継手４が取り付けられおり、側端面にはリング継手５が複数取り付けられている。セグメント継手４は、セグメント２をトンネルの周方向に接合してセグメントリング３を形成するする際に使用される継手であり、例えばボルトボックスとボルトによって構成されている。また、リング継手５はセグメントリング３をトンネルの軸方向に接合する際に使用される継手であり、セグメント継手４と同様に例えばボルトボックスとボルトによって構成されている。
【００１７】
また、前記セグメント２のほぼ中央部には、シールドトンネルを施工する際に使用される裏込め用の注入孔６がセグメント２をその厚さ方向に貫通して形成されている。この注入孔６には図示しない栓が着脱自在に装着されており、裏込め材注入後はこの栓によって注入孔６が閉塞されている。
【００１８】
上記のようなセグメント２（２ａ〜２ｃ）によって構成された筒状構造物１が地山に設置されることによってシールドトンネルが施工されるが、トンネル施工終了後の月日の経過に伴って、筒状構造物１の背面側の地山や裏込め材等が地下水等によって侵食または流失し、トンネル背面側に空洞が生じる場合がある。
図１において、この空洞を符号Ｓで示す。空洞Ｓは、本実施の形態では筒状構造物１の背面側に、該筒状構造物１をその周方向に囲むようにして形成されているが、これに限るものではない。例えば、筒状構造物１の周囲の一部に空洞が形成されている場合や、空洞が間隔をもって形成されている場合もある。
本実施の形態では、筒状構造物１の周囲を囲むようにして形成された空洞Ｓに充填材を充填する。
以下にその方法について説明する。
まず、図３に示すように、筒状構造物１の内部に注入用ポンプ１０と吸引用ポンプ１１とを設置する。
また、トンネルの頂部に設置されたセグメント２ｃに形成されている注入孔６に、注入管１０ａの一端部を接続し、この注入管１０ａの途中に前記注入用ポンプ１０を接続し、さらに、注入管１０ａの他端部を裏込め材やモルタル等の充填材が貯留された貯留槽１２に挿入する。
一方、トンネルの両側部にそれぞれ設置されたセグメント２ａ，２ａに形成されている注入孔６，６に、吸引管１１ａ，１１ａの一端部を接続し、この吸引管１１ａ，１１ａの途中に前記吸引用ポンプ１１を接続し、さらに、吸引管１１ａ，１１ａの他端部を、トンネル内に設置した排水溝１３に挿入する。
なお、トンネルの下部に設置されたセグメント２ａ，２ａに形成されている注入孔６，６や、トンネルの上部に設置されたセグメント２ｂ，２ｂに形成されている注入孔６，６には栓を装着しておく。
【００１９】
次に、前記注入用ポンプ１０および吸引用ポンプ１１を作動させる。
すると、トンネルの両側部にそれぞれ設置されたセグメント２ａ，２ａに形成されている注入孔６，６から背面側の空洞Ｓが吸引され、この空洞Ｓ内の地下水や空気が吸引されて、排水溝１３に排出されるとともに空洞Ｓに負圧が発生する。
一方、貯留槽１２に貯留されている充填材が、トンネルの頂部に設置されたセグメント２ｃに形成されている注入孔６から空洞Ｓに注入される。
つまり、筒状構造物１の周壁の両側部に形成された注入孔６，６からトンネルの背面側の空洞Ｓを吸引することによって、この空洞Ｓに負圧を発生させつつ、筒状構造物１の周壁の頂上部に形成された他の注入孔６から充填材を空洞Ｓに注入する。
これによって、空洞Ｓ内においては、充填材が筒状構造物１の頂上部の注入孔６から両側部の注入孔６，６側に向けて引き寄せられるようにして充填されていく。
【００２０】
そして、充填材が空洞Ｓの上半分に充填されたら、注入用ポンプ１０および吸引用ポンプ１１を停止して、注入管１０ａと吸引管１１ａの盛り替えを行う。
すなわち、図４に示すように、トンネルの両側部にそれぞれ設置されたセグメント２ａ，２ａに形成されている注入孔６，６に、注入管１０ａ，１０ａの一端部を接続し、注入管１０ａ，１０ａの他端部を貯留槽１２に挿入する。
一方、トンネルの下部にそれぞれ設置されたセグメント２ａ，２ａに形成されている注入孔６，６に、吸引管１１ａ，１１ａの一端部を接続し、吸引管１１ａ，１１ａの他端部を排水溝１３に挿入する。
なお、トンネルの頂上部に設置されたセグメント２ｃに形成されている注入孔６、トンネルの上部に設置されたセグメント２ｂ，２ｂに形成されている注入孔６，６には栓を装着しておく。
【００２１】
次に、再び注入用ポンプ１０および吸引用ポンプ１１を作動させる。
すると、トンネルの下部にそれぞれ設置されたセグメント２ａ，２ａに形成されている注入孔６，６から背面側の空洞Ｓが吸引され、この空洞Ｓ内の地下水や空気が吸引されて、排水溝１３に排出されるとともに空洞Ｓに負圧が発生する。
一方、貯留槽１２に貯留されている充填材が、トンネルの両側部に設置されたセグメント２ａ，２ａに形成されている注入孔６，６から空洞Ｓに注入される。
つまり、筒状構造物１の周壁の下部に形成された注入孔６，６からトンネルの背面側の空洞Ｓを吸引することによって、この空洞Ｓに負圧を発生させつつ、筒状構造物１の周壁の両側部に形成された他の注入孔６，６から充填材を空洞Ｓに注入する。
これによって、空洞Ｓ内においては、充填材が筒状構造物１の両側部の注入孔６，６から下部の注入孔６，６側に向けて引き寄せられるようにして充填されていく。
【００２２】
そして、充填材が空洞Ｓの下半分両側部まで充填されたら、注入用ポンプ１０および吸引用ポンプ１１を停止して、注入管１０ａと吸引管１１ａの盛り替えを行う。
すなわち、図５に示すように、トンネルの下部にそれぞれ設置されたセグメント２ａ，２ａに形成されている注入孔６，６のうちの一方の注入孔６に、注入管１０ａの一端部を接続し、注入管１０ａの他端部を貯留槽１２に挿入する。
一方、他方の注入孔６に、吸引管１１ａの一端部を接続し、吸引管１１ａの他端部を排水溝１３に挿入する。
なお、トンネルの頂上部に設置されたセグメント２ｃに形成されている注入孔６、トンネルの上部に設置されたセグメント２ｂ，２ｂに形成されている注入孔６，６およびトンネルの両側部に設置されたセグメント２ａ，２ａに形成されている注入孔６，６には栓を装着しておく。
【００２３】
次に、再び注入用ポンプ１０および吸引用ポンプ１１を作動させる。
すると、トンネルの下部にそれぞれ設置されたセグメント２ａ，２ａに形成されている注入孔６，６のうちの一方の注入孔６から背面側の空洞Ｓが吸引され、この空洞Ｓ内の地下水や空気が吸引されて、排水溝１３に排出されるとともに空洞Ｓに負圧が発生する。
一方、貯留槽１２に貯留されている充填材が、トンネルの両側部に設置されたセグメント２ａ，２ａに形成されている注入孔６，６のうちの他方の注入孔６から空洞Ｓに注入される。
つまり、筒状構造物１の周壁の下部に形成された注入孔６，６のうちの一方の注入孔６からトンネルの背面側の空洞Ｓを吸引することによって、この空洞Ｓに負圧を発生させつつ、他方の注入孔６から充填材を空洞Ｓに注入する。
これによって、空洞Ｓ内においては、充填材が筒状構造物１の下部の一方の注入孔６から他方の注入孔６側に向けて引き寄せられるようにして充填されていき、空洞Ｓ全体に充填材が満遍なく充填される。
【００２４】
このように、空洞Ｓの上部から下部に向けて充填材を充填していくことによって、従来のように充填材を比較的高い圧力で注入しなくても、空洞Ｓが負圧であるので、注入された充填材は該空洞Ｓに満遍なく充填される。
したがって、充填材Ｓを空洞に注入する場合に、筒状構造物１に充填材から高い圧力が作用しないので、トンネルを構成する筒状構造物１に変形や破損を招くことなく、しかも、空洞Ｓに満遍なくかつ最適な量の充填材を充填できる。
【００２５】
また、吸引管１１ａが接続される注入孔６には、図６に示すように、フィルター１５が設けられる。
すなわち、注入孔６には筒部材１６が挿入固定されており、この筒部材１６内にフィルター１５が設けられている。このフィルター１５は、水や空気の透過は許容するが、土砂等の粒子は捕獲してその透過を許容しないものであり、これによって、注入孔６に接続された吸引管１１ａには、地下水や空気のみが流通することになる。
したがって、トンネル背面側の空洞Ｓに充填材を注入するに伴って、吸引側の注入孔６から地下水や空気とともに、土砂が筒状構造物１内に侵入しようとするが、この土砂をフィルター１５によって捕獲して、該土砂の流入を防止して、地下水や空気のみをトンネル内に取り込んで、排出溝１３に排出できる。
また、注入孔６にはバルブ１７が設けられており、このバルブ１７に前記吸引管１１ａが接続されている。そして、このバルブ１７の開閉量を調整することによって、吸引管１１ａの吸引力を調整して、空洞Ｓに発生させる負圧の大きさを調整できるようになっている。
【００２６】
なお、本実施の形態では、図３〜図５に示すように、筒状構造物１の頂上部に形成されている注入孔６から、空洞Ｓに周方向に沿って下方に向けて充填材を充填していくようにしたが、これは一つの例であり、充填材の充填方法はこれに限ることはない。
例えば、筒状構造物１には、その頂上部に形成された注入孔６から時計および半時計回りにそれぞれ所定間隔で３つの注入孔６が形成されているので、互いに周方向に隣り合う注入孔６，６間に位置する空洞Ｓに充填材を充填するようにしてもよい。複数の注入孔６のうち、吸引側とする注入孔６および注入側とする注入孔６の選択は、空洞Ｓの大きさや形状、位置等によって決定されるものである。
また、空洞Ｓが一つの注入孔６にしか跨ってない場合は、筒状構造物１に新たに、空洞Ｓに開口する貫通孔を形成し、この貫通孔と注入孔６のうちの一方を吸引側、他方を注入側として充填材を充填すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のトンネル背面側空洞充填方法を説明するためのものであり、シールドトンネルの横断面図である。
【図２】同、（ａ）はセグメントの側面図、（ｂ）はセグメントの裏面図である。
【図３】同、筒状構造物の上半分の空洞に充填材を充填した状態を示すシールドトンネルの横断面図である。
【図４】同、筒状構造物の上半分および下半分両側部の空洞に充填材を充填した状態を示すシールドトンネルの横断面図である。
【図５】同、筒状構造物の周囲全体の空洞に充填材を充填した状態を示すシールドトンネルの横断面図である。
【図６】同、吸引側の注入孔を示すセグメントの要部断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
Ｓ  空洞
１  筒状構造物
２（２ａ〜２ｃ）  セグメント
６  注入孔（筒状構造物の周壁に形成された孔）
１０  注入用ポンプ
１１  吸引用ポンプ
１５  フィルタ
【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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