JP5726600B2 - パイプルーフの構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のパイプを地山に挿入してパイプルーフを構築する方法に関する。

パイプルーフ工法では、一般に、多数のパイプを連続して又は一定の間隔を空けて地山に挿入して、これらパイプによりパイプルーフ（防護屋根）を構築する。
パイプルーフ工法に関する技術としては、例えば、特許文献１に記載の技術がある。

特許文献１には、パイプルーフ工法において、隣接するパイプ同士を各々の継手部で係合連結させてパイプルーフを構築することにより、隣接するパイプ間の間隙からの土砂流出を抑制することが記載されている。

特開平１０−３７６５６号公報

しかしながら、特許文献１に記載のようなパイプルーフ工法では、多数のパイプが一体となり作用することでパイプルーフを構築するため、パイプ同士を連結する継手部には一体性が要求され、それゆえ、継手部が複雑な連結構造になり得る。

また、継手部が複雑な連結構造である場合には、地山へのパイプ挿入時に継手部が抵抗となってパイプの挿入が難しくなる可能性があり、それゆえ、パイプ挿入時の作業性が低下し得る。

また、既設のパイプに隣接するように継手部を介して新たなパイプを地山に挿入する場合には、挿入されるパイプが継手部を介して既設のパイプと干渉してパイプの挿入方向に誤差が生じて施工精度が低下する可能性があり、それゆえ、防護屋根としての機能が低下し得る。

本発明は、このような実状に鑑み、地山へのパイプ挿入時の作業性を向上させると共に、パイプルーフ構築時の施工精度を向上させることを課題とする。

そのため本発明では、複数のパイプを互いに間隔を空けて並列に地山に挿入してパイプルーフを構築する方法として、各パイプごとに予め設けられて各々の外周面から外方に張り出し、かつ、パイプの長手方向に延びる板状部材が、隣り合うパイプの板状部材に所定間隔の間隙を有して対向するように、パイプを地山に挿入する工程と、上記間隙をその上方より覆うように、止水性を有する地層を形成する工程と、板状部材及び上記間隙の下方に位置し、かつ、隣り合うパイプ間に位置する土砂を除去して空間を形成する工程と、この空間内に、隣り合うパイプ同士を連結する補強部材を設置する工程と、を含む。また、上記所定間隔は、止水性を有する地層が自立可能な間隔である。また、補強部材は、上記空間内に打設されるコンクリート又はモルタルを含んで構成される。ここで、本発明における「止水性を有する地層が自立可能な間隔」とは、当該間隔を有する間隙の上方に位置する止水性を有する地層がその自重や更に上方に位置する地層の自重等により崩落を起こさない程度の間隔を意味する。

本発明によれば、地山に挿入されるパイプに予め設けられた板状部材は、パイプの外周面から外方に張り出し、かつ、パイプの長手方向に延びる。これにより、パイプ外周部の構成を比較的簡素にすることができるので、地山へのパイプ挿入時にパイプが受ける抗力を比較的低く抑えることができ、ひいては、パイプ挿入時の作業性を向上させることができる。

また本発明によれば、各パイプの板状部材が隣り合うパイプの板状部材に所定間隔の間隙を有して対向するように、パイプを地山に挿入する。これにより、地山へのパイプ挿入時に、例えば、挿入されるパイプの板状部材が既設のパイプの板状部材に接触することがないので、パイプの挿入方向を安定させることができ、ひいては、パイプルーフ構築時の施工精度を向上させることができる。

本発明の一実施形態におけるパイプルーフ工法を用いて構築される連通路を示す図 図１のＡ−Ａ断面図 パイプの概略構成を示す図 パイプルーフの構築方法を示す図（その１） パイプルーフの構築方法を示す図（その２） パイプルーフの構築方法を示す図（その３） パイプルーフの構築方法を示す図（その４） パイプルーフ下方の空間を掘削形成する方法を示す図

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。尚、ここでは、立坑とトンネルとを連通する連通路の構築を例にとってパイプルーフの構築について説明するが、これに限るものではない。

図１及び図２は、本発明の一実施形態におけるパイプルーフ工法を用いて構築される連通路を示す。
地下構造物である連通路１は、地面２の下方（地山２０）に予め掘削形成された立坑３とトンネル４とを連通する連通路である。

立坑３は、矩形状の掘削底面３ａとこれを囲むように地面２から掘削底面３ａまで設置された土留め壁３ｂとにより構成されている。
立坑３より水平方向に離間して掘削形成されたトンネル４は矩形断面を有する。また、地面２からトンネル４の底面４ａまでの距離は、立坑３の深さ（つまり、地面２から掘削底面３ａまでの距離）に略一致している。

連通路１は、矩形断面を有する連通路であり、その一端は、立坑３の土留め壁３ｂに貫通形成される貫通孔３ｃを介して立坑３と連通する一方、他端がトンネル４の側壁４ｂに貫通形成される貫通孔４ｃを介してトンネル４と連通する。また、地面２から連通路１の底面１ａまでの距離は、地面２からトンネル４の底面４ａまでの距離と、立坑３の深さ（つまり、地面２から掘削底面３ａまでの距離）と、に略一致している。

連通路１の構築に先立って、その上方にパイプルーフ（防護屋根）５が構築される。すなわち、連通路１は、パイプルーフ５の下方にて構築される。
連通路１の構築方法は、例えば、以下４つの工程を含む。
（１）連通路１が構築される予定の位置の上方に、連通路１を覆うように、パイプルーフ５を構築する。
（２）パイプルーフ５の構築と並行して、及び／又は、パイプルーフ５の構築後に、パイプルーフ５の下方に連通路１構築用の空間６を掘削形成する。
（３）空間６内で、連通路１を構築する。連通路１は、例えば、ボックスカルバートによりにより構成される。
（４）空間６のうち連通路１より外方の空間に例えば流動化処理土７を充填することによって当該空間を埋め戻す。

次に、パイプルーフ５の構築方法について、図１及び図２に加えて、図３〜図７を用いて説明する。
図３は、パイプルーフ５を構成するパイプ１０の概略構成を示す図である。また、図４〜図７は、図２の部分Ｂに対応する部位の拡大図である。

パイプ１０は円形断面の鋼管であり、その長手方向の長さは、図１に示すように、連通路１の長手方向の長さより長い。従って、パイプ１０を地山２０に挿入した後には、パイプ１０の一端部をトンネル４の上方に位置させることができる。

図３に示すように、パイプ１０には、その左右両外周面にそれぞれ複数（例えば２本）の異形棒鋼１１が設けられている。異形棒鋼１１は、パイプ１０の長手方向に沿って延びてパイプ１０に溶接されている。

パイプ１０内の上部には、左右両側にそれぞれ凍結管１２が設けられている。凍結管１２の内部には図示しないポンプ等によって冷媒を流すことが可能である。ここで、冷媒の一例としては塩水等の不凍液を挙げることができる。

左右両側の凍結管１２近傍におけるパイプ１０の外周面には、それぞれ、板状部材（例えば鋼板）１３が設けられている。左右両側の板状部材１３は、それぞれ、パイプ１０の外周面から横方向に外方に張り出し、かつ、パイプ１０の長手方向に沿って延びてパイプ１０に溶接されている。尚、板状部材１３は、パイプ１０の外周面から後述するパイプ並列方向に沿うように横方向に張り出している。

本実施形態では、複数（例えば１０本）のパイプ１０を用いて、これらを互いに間隔を空けて並列に地山２０に挿入してパイプルーフ５を構築する。
このパイプルーフ５の構築では、図４（ａ）〜図７（ｈ）に示す工程を、図２における部分Ｂにて実施するのみならず、部分Ｂ以外の部分においても部分Ｂと同様に実施する。

パイプルーフ５構築時には、まず、図１、図２、及び図４（ａ）に示すように、複数のパイプ１０が立坑３（土留め壁３ｂ）より地山２０に順次挿入される。複数のパイプ１０は、連通路１が構築される予定の位置の上方に、連通路１を覆うように、アーチ状に設置される。換言すれば、複数のパイプ１０は、その長手方向に対して略垂直な方向にアーチ状に配置される。ここで、アーチ状に並列配置されたパイプ１０の配列方向が、本発明におけるパイプ並列方向に対応する。

地山２０へのパイプ１０の挿入時には、図４（ａ）に示すように、パイプ１０の板状部材１３が、隣り合うパイプ１０の板状部材１３に所定間隔Ｃ１の間隙を有して対向するように、パイプ１０が地山２０に挿入される。ここで、所定間隔Ｃ１とは、後述する図４（ｂ）に示す凍土層２１が自立可能な間隔である。また、凍土層２１が自立可能な間隔とは、当該間隔を有する間隙の上方に位置する凍土層２１がその自重や更に上方に位置する地層の自重等により崩落を起こさない程度の間隔である。また、所定間隔Ｃ１を有する間隙は、パイプ１０間の中央部に位置している。

地山２０へのパイプ１０の挿入が完了すると、パイプ１０の内部空間１０ａには充填材であるモルタルが充填される。
次に、凍結管１２内に冷媒を流すと、図４（ｂ）に示すように、凍結管１２近傍のパイプ１０及び板状部材１３を介して周囲の地盤が凍結されて凍土層２１が形成される。これにより、所定間隔Ｃ１を有する間隙の少なくとも上方が凍土層２１によって覆われるので、当該間隙における止水性を確保することができる。従って、凍土層２１が、本発明における止水性を有する地層として機能することができる。尚、本発明における止水性を有する地層については、少なくとも一時的に、パイプルーフ５の構築時に止水性を保持することができればよい。

このように止水性を有する地層をパイプルーフ５の全体にて形成することにより、パイプルーフ５上方全体に止水性を有する地層が形成され、この結果、パイプルーフ５の上方から下方に対して止水を行うことができる。尚、止水性を有する地層の形成手法は、上述の凍結による手法に限られない。例えば、凍土層の形成に代えて、いわゆる地盤改良により、止水性を有する地層を形成することが可能である。この地盤改良では、例えば、薬液注入用の配管をパイプ１０に予め設けておき、所定間隔Ｃ１を有する間隙の上方を含むパイプルーフ５の上方を薬液注入によって止水することで、止水性を有する地層を形成することが可能である。また、この地盤改良では、いわゆる高圧噴射撹拌工法を用いて、所定間隔Ｃ１を有する間隙の上方を含むパイプルーフ５の上方に止水性を有する地層を形成することも可能である。

次に、図５（ｃ）に示すように、パイプルーフ５の下方を掘削して連通路１構築用の空間６の一部を形成する。尚、空間６の形成方法については、図８を用いて後述する。
次に、図５（ｄ）に示すように、高圧水噴射装置３０を用いて、パイプ１０間における凍土層２１より下方の土砂２０ａを除去する。

高圧水噴射装置３０は、円筒状の噴射アーム３１と、噴射アーム３１の先端に回転可能に取り付けられて高圧水（例えば、２５０ＭＰａ程度）を噴射する噴射ヘッド３２と、を含んで構成される。

噴射ヘッド３２は、噴射アーム３１の長手方向軸を中心軸として噴射アーム３１に対して回転可能である。
また、噴射ヘッド３２には、第１噴射ノズル３２ａ及び第２噴射ノズル３２ｂからなる２種類の噴射ノズルが取り付けられている。

複数の第１噴射ノズル３２ａは、噴射ヘッド３２の先端部に取り付けられており、噴射アーム３１の長手方向に対して所定角度（例えば４５°程度）傾斜した方向に高圧水をそれぞれ噴射可能である。従って、噴射ヘッド３２の回転時には、第１噴射ノズル３２ａからの高圧水噴射により、噴射ヘッド３２の先端部から噴射方向に進むほど拡径する略円錐状の高圧水噴射を実現することができる。

一方、複数の第２噴射ノズル３２ｂは、噴射ヘッド３２の基端部にそれぞれ取り付けられており、噴射アーム３１の長手方向に対して略垂直な方向より噴射ヘッド先端側に若干傾斜した方向に高圧水をそれぞれ噴射することが可能である。

パイプ１０間の土砂２０ａを除去する際には、除去対象の土砂２０ａの下方にて噴射ヘッド３２の先端部を除去対象の土砂２０ａに対向させて高圧水噴射を開始し、噴射ヘッド３２を回転させつつ噴射アーム３１及び噴射ヘッド３２を徐々に上昇させることで、土砂２０ａの除去を行う。

第１噴射ノズル３２ａからの高圧水は、パイプ１０間の土砂２０ａをパイプ１０近傍からパイプ１０間中央部へと巻き込むように撹拌して除去する。従って、第１噴射ノズル３２ａからの高圧水がパイプ１０間中央部の土砂に直接的に衝突することを抑制することができるので、パイプ１０間中央部に作用する水圧を抑制することができる。

一方、第２噴射ノズル３２ｂからの高圧水は、パイプ１０の表面を洗浄する。
土砂２０ａを除去した後には、図６（ｅ）に示すように、高圧水噴射装置３０を用いて、所定間隔Ｃ１を有する間隙の下方におけるパイプ１０間の凍土２１ａを除去する。この凍土除去は、上述の図５（ｄ）に示した土砂２０ａの除去と同様である。尚、第１噴射ノズル３２ａから噴射される高圧水を比較的低流量にすることにより、所定間隔Ｃ１を有する間隙近傍の凍土の融解が抑制される。この凍土除去については、図６（ｆ）に示すように、第１噴射ノズル３２ａからの高圧水の噴射方向がパイプ１０と板状部材１３との溶接部近傍に向かう程度まで噴射アーム３１及び噴射ヘッド３２を上昇させた時点で終了する。

図５（ｄ）〜図６（ｆ）に示したパイプ１０間の土砂２０ａ及び凍土２１ａの除去を、パイプルーフ５の部分Ｂ（図２参照）にて実施するのみならず、パイプルーフ５のうち部分Ｂ以外の部分においても部分Ｂと同様に実施して、図７（ｇ）に示すように、パイプ１０間に補強部材設置用の空間６ａを確保する。

次に、図７（ｈ）に示すように、パイプルーフ５の下方に型枠３３を設置する。
この後、型枠３３によって区画された空間６ａ内にコンクリート３４を打設する。
このコンクリート３４は、本発明における補強部材として機能するものであり、パイプ１０同士を連結する機能を有する。尚、本実施形態ではコンクリート３４を補強部材としているが、補強部材はこれに限らず、補強部材は、例えば、モルタルであってもよい。

コンクリート３４が固結すると（換言すれば、空間６ａ内に補強部材が設置されると）、パイプ１０同士が一体化される。この際、パイプ１０の外周面に設けられた異形棒鋼１１がジベルの機能を発揮し、コンクリート３４とパイプ１０とが確実に一体化される。また、第２噴射ノズル３２ｂからの高圧水によりパイプ１０の表面が洗浄されたことにより、コンクリート３４が良好にパイプ１０の表面に接触するので、コンクリート３４とパイプ１０との一体性を更に向上させることができる。尚、型枠３３は、コンクリート３４固結後に撤去しても良く、また、そのまま埋設してもよい。

図８は、パイプルーフ５の下方の空間６を掘削形成する方法を示す。
まず、図８（ａ）に示すように、立坑３側よりパイプルーフ５の軸方向（パイプ１０の長手方向）に向けて（すなわち、図中左側へ向けて）掘削されており、所定距離を掘削して図５（ｃ）に示した空間６の一部を形成した後に、図５（ｄ）〜図７（ｈ）に示したようにパイプルーフ５を一体化する。図８（ａ）の例では、掘削されて露出した長さＤのパイプルーフ５が一体化されている。この際、パイプルーフ５の残りの長さＥは土中に埋設され、Ｅ部のパイプルーフ５は土によって支持されている。

次に、図８（ｂ）に示すように、パイプルーフ５の下方をパイプルーフ５の軸方向に掘削する（図中矢印Ｇ方向）。図８（ｂ）の例では、距離Ｆだけパイプルーフ５の下方が掘削される。掘削された状態において、Ｄ部は既にパイプルーフ５が一体化されており、いわゆるアーチ効果が発揮されており、上方からの土圧等を受け持つことができる。一方、土中に埋設されているＥ部は、土によって荷重が支持されるため、土砂が崩落することがない。従って、長さＦの範囲のみ、パイプルーフ５が一体化されておらず、また、下方の土砂で上方からの土圧等を支持することができない部位となる。

すなわち、掘削後にＦ部で露出するパイプルーフ５が一体化されるまでの間は、Ｆ部上方からの土圧等は、Ｄ部及びＥ部が受け持つ。従って、Ｄ部及びＥ部で支持可能な範囲（長さＦ）だけ掘削することが可能である。

図８（ｂ）におけるＦ部のパイプルーフ５が一体化されると（すなわち、Ｆ部がＤ部となると）、同様の手順を繰り返して、パイプルーフ５の下方をパイプルーフ５の軸方向に長さＦずつ掘進してパイプルーフ５を一体化する。以上の工程を繰り返しながら、パイプルーフ５の下方の空間６を掘削形成して、この空間６内にて、連通路１を構築する。

次に、本実施形態における作用について説明する。
一般に、パイプを地山に挿入すると、パイプの周囲の地盤が軟弱化する周囲軟弱化と呼ばれる現象が生じ得る。また、パイプを地山に挿入する際には、パイプは軟弱化した地盤に向かいやすいという性質がある。このため、既設のパイプに隣り合うように新たなパイプを地山に挿入する場合には、新たに挿入されるパイプは、既設のパイプ挿入時に発生した周囲軟弱化の現象と、軟弱化した地盤に向かいやすい性質とに起因して、パイプ同士が計画より近づいて配置される現象や、新たに挿入されるパイプが回転する現象等が生じ得る。従って、仮に、隣り合うパイプの板状部材同士が重なり合うことで（オーバーラップすることで）パイプルーフの上方から下方への止水性を確保しようとする場合には、パイプ同士が近づいて配置される現象や、新たに挿入されるパイプが回転する現象等により、オーバーラップする板状部材同士がせめぎあって動かなくなり得、また、板状部材が破損する可能性がある。

この点、本実施形態によれば、各パイプ１０の板状部材１３が隣り合うパイプ１０の板状部材１３に所定間隔Ｃ１の間隙を有して対向するように、パイプ１０を地山２０に挿入する。このため、地山２０へのパイプ１０の挿入時に板状部材１３同士が接触する可能性を低減することができるので、板状部材１３同士の接触に起因する作業性の低下を抑制することができると共に、板状部材１３の破損を抑制することができる。

本実施形態によれば、地山２０に挿入されるパイプ１０に予め設けられた板状部材１３は、パイプ１０の外周面から横方向に外方に張り出し、かつ、パイプ１０の長手方向に延びる。これにより、パイプ１０の外周部の構成を比較的簡素にすることができるので、地山２０へのパイプ１０の挿入時にパイプ１０が受ける抗力を比較的低く抑えることができ、ひいては、パイプ１０の挿入時の作業性を向上させることができる。

また本実施形態によれば、各パイプ１０の板状部材１３が隣り合うパイプ１０の板状部材１３に所定間隔Ｃ１の間隙を有して対向するように、パイプ１０を地山２０に挿入する。これにより、地山２０へのパイプ１０の挿入時に、例えば、挿入されるパイプ１０の板状部材１３が既設のパイプ１０の板状部材１３に接触することがないので、パイプ１０の挿入方向を安定させることができ、ひいては、パイプルーフ構築時の施工精度を向上させることができる。

また本実施形態によれば、所定間隔Ｃ１は、止水性を有する地層（凍土層２１）が自立可能な間隔である。これにより、隣り合うパイプ１０の板状部材１３同士をオーバーラップさせて止水性を確保する必要がなくなるので、板状部材１３同士の接触に起因する作業性の低下を抑制することができると共に、板状部材１３の破損を抑制することができる。

また本実施形態によれば、第１噴射ノズル３２ａを用いて高圧水を土砂２０ａ及び凍土２１ａに噴射して土砂２０ａ及び凍土２１ａを除去する。これにより、比較的狭いパイプ１０間の土砂２０ａ及び凍土２１ａであっても良好に除去することができる。

また本実施形態によれば、第１噴射ノズル３２ａを用いて高圧水をパイプ１０間における所定間隔Ｃ１を有する間隙の下方から斜め上方に向けて噴射して土砂２０ａ及び凍土２１ａを除去する。これにより、第１噴射ノズル３２ａからの高圧水が所定間隔Ｃ１を有する間隙近傍の凍土に直接的に衝突することを抑制することができるので、当該間隙近傍の凍土に作用する水圧を抑制することができる。

また本実施形態によれば、止水性を有する地層は凍土層２１である。これにより、コンクリート３４等によりパイプルーフ５が一体化された後には凍土層２１が元の地盤に戻るので、パイプルーフ構築時の環境負荷を低減することができる。

また本実施形態によれば、板状部材１３は、パイプ１０の外周面からパイプ並列方向に沿うように張り出す。これにより、所定間隔Ｃ１の間隙をその上方から覆う凍土層２１がパイプ並列方向に沿って形成され得るので、パイプルーフ５の上方に凍土層２１を略均一に形成することができる。また、板状部材１３を仕切板として、補強部材であるコンクリート３４を形成することができる。更に、板状部材１３に沿って滑らかな形状に形成されたコンクリート３４はパイプ１０と一体となってアーチを形成することができる。

尚、本実施形態では、土砂２０ａ及び凍土２１ａに高圧水を噴射することにより土砂２０ａ及び凍土２１ａを除去しているが、これら土砂の除去時には、高圧水と共に、又は高圧水に代えて、高圧空気を噴射するように構成してもよい。

また本実施形態では、パイプ１０は円形断面を有しているが、パイプ１０の断面形状はこれに限らず、例えば、パイプ１０は矩形断面を有していてもよい。
また本実施形態では、複数のパイプ１０は、その長手方向に対して略垂直な方向にアーチ状に配置されているが、パイプ１０の配置形状はアーチ状に限らず、例えば、パイプ１０の配置形状として、門型状を採用することも可能である。

また本実施形態では、立坑３とトンネル４とを連通する連通路１の構築を例にとってパイプルーフ５の構築について説明したが、パイプルーフ５の下方にて構築される地下構造物は連通路１に限らず、例えば、一対のトンネル間に構築される構造体を、パイプルーフ５の下方にて構築される地下構造物として、本発明に係るパイプルーフの構築方法を適用することが可能である。

１ 連通路
１ａ 底面
２ 地面
３ 立坑
３ａ 掘削底面（立坑底面）
３ｂ 土留め壁
３ｃ 貫通孔
４ トンネル
４ａ 底面
４ｂ 側壁
４ｃ 貫通孔
５ パイプルーフ（防護屋根）
６，６ａ 空間
７ 流動化処理土
１０ パイプ
１０ａ 内部空間
１１ 異形棒鋼
１２ 凍結管
１３ 板状部材
２０ 地山
２０ａ 土砂
２１ 凍土層
２１ａ 凍土
３０ 高圧水噴射装置
３１ 噴射アーム
３２ 噴射ヘッド
３２ａ 第１噴射ノズル
３２ｂ 第２噴射ノズル
３３ 型枠
３４ コンクリート（補強部材）

Claims (6)

1. 複数のパイプを互いに間隔を空けて並列に地山に挿入してパイプルーフを構築する方法であって、
   各パイプごとに予め設けられて各々の外周面から外方に張り出し、かつ、パイプの長手方向に延びる板状部材が、隣り合うパイプの板状部材に所定間隔の間隙を有して対向するように、パイプを地山に挿入する工程と、
   前記間隙をその上方より覆うように、止水性を有する地層を形成する工程と、
   前記板状部材及び前記間隙の下方に位置し、かつ、隣り合うパイプ間に位置する土砂を除去して空間を形成する工程と、
   この空間内に、隣り合うパイプ同士を連結する補強部材を設置する工程と、
   を含み、
   前記所定間隔は、前記止水性を有する地層が自立可能な間隔であり、
   前記補強部材は、前記空間内に打設されるコンクリート又はモルタルを含んで構成される、
   パイプルーフの構築方法。
2. 前記板状部材及び前記間隙の下方に位置し、かつ、隣り合うパイプ間に位置する土砂を除去して空間を形成する工程では、高圧水及び／又は高圧空気を前記土砂に噴射することにより前記土砂を除去する、請求項１に記載のパイプルーフの構築方法。
3. 前記止水性を有する地層は凍土層である、請求項１又は請求項２に記載のパイプルーフの構築方法。
4. 前記板状部材は、パイプの外周面からパイプ並列方向に沿うように張り出す、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のパイプルーフの構築方法。
5. 前記板状部材は、パイプの上部外周面から外方に張り出す、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のパイプルーフの構築方法。
6. 前記板状部材は平板状である、請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のパイプルーフの構築方法。