JPH0313690A - トンネル掘削における地盤改良方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はトンネル掘削における地盤改良方法に係わり、
特に、凍結法を用いてなるトンネル掘削における地盤改
良方法に関するものである。

〔従来の技術〕

トンネルを掘削するにあたっては、工事の安全・経済性
・工期を確保する上で、ｉ）切羽の安定化、ｉｉ　）湧
水の防止、ｉｉｉ　）地表沈下の防止、等を常に図らな
ければならず、地盤が軟弱である場合には地盤改良全行
う必要がある。特に、Ｎ′Ａ　Ｔ　Ｖ工法等による掘削
ではこれらが重要な要素となる。

上記の如（トンネルを掘削する際に行う地盤改良法の一
つとして従来より実施されているものに凍結法がある。

これは、凍結固化予定地に予め凍結管を所定間隔で打ち
込み、冷凍機で冷却したブラインを凍結管内に循環させ
るか、あるいは液体窒素ボンベからのガスを凍結管に放
出することなどにより地盤の凍結固化を図るものである
。

上記凍結法によれば、ｉ）凍結固化された地盤は強固で
止水性に富む、ｉｉ）薬液注入法と異なり地盤を化学薬
品等で汚染することがない、１ｉｉ）　−般に薬液注入
法に比して経済的である、等の利点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記凍結法により凍結固化された地盤は、優
れた地盤の強化作用とともに止水性も得られるといった
利点があるが、凍結固化予定地に地下水流がある場合に
は冷却エネルギーが逸散し、凍結ゾーンの形成が困難、
あるいは不可能となるといった問題がある。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、凍結固化
予定地に地下水流が存在する場合においても確実にかつ
効率的に地盤の凍結を行うことのできる、トンネル掘削
における地盤改良方法に関するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の請求項１に係るトンネル掘削における地盤改良
方法は、薬液の注入により、形成すべき本トンネルの掘
削部に沿って該掘削部を囲繞する形態に止水領域を形成
した後、前記止水領域内の前記掘削部に沿った部分を凍
結させることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に係るトンネル掘削における地
盤改良方法は、請求項１記載のトンネル掘削における地
盤改良方法において、前記止水領域の形成および前記凍
結作業は、予め１．形成すべき本トンネルに先行して該
本トンネルが構築されるべき掘削部に沿って作業用トン
ネルを構築した後、該作業用トンネル内部より地盤内に
設置した薬液注入管および凍結管により行うことを特徴
とするものである。

（作用〕 止水領域を形成した後、該止水領域内の地盤を凍結させ
るため、地下流水が存在するような場合でも、冷熱エネ
ルギーが逸散することなく確実かつ効率的な凍結が゛な
される。

また、止水領域および凍結領域を、本トンネルに先行し
て構築した作業用トンネル内より行えば、地盤改良を、
トンネルの形成深度に拘わらず精度よく効率的に行える
。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すもので、本図中符号Ｔ
は構築されるべきトンネル、符号ＧはトンネルＴが形成
されるべき地盤を示している。地盤Ｇはこの場合、未固
結含水地盤となっている。

上記トンネルＴを掘削するに際しては、まず、地盤Ｇに
おける、トンネルＴを形成すべき掘削部ｌに沿う部分に
、地下水等の湧水を防止するための止水領域２を形成す
る。この止水領域２は、図示されるように掘削部ｌの全
周に対して、また、掘削部ｌの全長にわたって形成する
。ここで、この止水領域２は、形成すべきトンネルＴの
径に対して極めて大径に、すなわち掘削部１を広範囲に
囲繞する如く形成する。

前記止水領域２を形成するには、例えば地上より従来の
薬液注入法を用いて行うこ七が可能である。ただし、そ
の他の手段によってもよ（、例えば後述する方法によれ
ば効果的に行うことができる。

上記止水領域２の形成により、該止水領域２の内部は外
部の地下流水より遮断されるものとなる。

上記の如（止°水領域２が形成されたならば、次いで、
その止水領域２の内側の地盤を凍結させる。

この凍結対象となる領域、すなわち凍結領域３は、既に
前記止水領域２により囲繞されて外部の地下流水からは
遮断されているので、その凍結作業は短期間で効率的に
行われる。

ここにおける凍結方法も前記止水領域２同様、従来の凍
結法により行うことができるが、後述する如き手段によ
れば極めて効果的である。

上記の如（掘削部地盤が凍結されたならば、以降は、そ
の凍結領域３を掘削して行けばよい。地盤Ｇが未固結含
水地盤であっても、掘削部分は上記工程により凍結固化
されているから、掘削時において、トンネル切羽および
壁面の安定が充分に図られるとともに湧水も確実に防止
され、トンネル掘削を容易かつ安全に行うことができる
。

このように、上記方法によれば、掘削地盤Ｇが未固結含
水地盤であり、しかも地下流水が存在するような場合で
も、掘削部を確実かつ短期間で凍結固化させることがで
きるものとなる。延いてはこれにより、例えば従来、極
端な軟弱地盤では困難とされていたＮＡＴＭ工法等によ
るトンネル掘削も実施可能となり、トンネルＴの構築を
経済的かつ安全に行うことができるものとなる。

第２図は前記止水領域２および凍結領域３を形成する際
の方法を示したもので、本発明の請求項２に記載したト
ンネル掘削における地盤改良方法に係るものである。

本方法では、まず、形成すべき本トンネルＴに先行して
作業用トンネル４．４を形成する。これら作業用トンネ
ル４は、形成すべき本トンネルＴの掘削部１に沿って構
築する。この作業用トンネル４は例えば内径３〜５ｍの
もので、本実施例のものでは、これをシールドトンネル
としている。

つまりここでは、これら作業用トンネル４．４は、通常
一般のシールドトンネル同様、セグメント覆工を行いな
がらシールド掘進機により施工される。

ただし、ここで使用される覆工用セグメントのいくつか
は、図示は省略するが、後述の薬液注入管５．５．・・
・、あるいは凍結管６，６．・・・をこの作業用トンネ
ル４内部から周囲の地盤Ｇに埋設し得るように、厚さ方
向に貫通した開口部を形成したものとなっている。

上記の如く作業用トンネル４，４が本トンネルＴの掘削
部１に沿って先行構築されたならば、次いで、それら作
業用トンネル４の内部より、地盤Ｇ中に薬液を注入する
ための薬液注入管５，５．・・・を地盤内の止水領域２
を形成すべき部分に向けて埋設する。この注入管５の埋
設作業は、削孔機により作業用トンネル４の内部から前
記セグメントの開口部を介して地盤を削孔した後、同様
に作業用トンネル４゛の内部より前記セグメント開口部
を介して行う。

注入管５，５．・・・が埋設されたならば、作業用トン
ネル４内に設置した薬液注入装置により各薬液注入管５
に薬液を圧送することにより、薬液を地盤Ｇ内に注入し
、止水領域２を形成する。

上記工程により止水領域２が形成されたならば、次に、
同様に作業用トンネル４の内部からセグメントの開口部
を介して凍結管６，６．・・・を埋設する。

これら凍結管６は、先に形成された止水領域２の内部、
つまり止水領域２に囲まれた部分に対応させて設ける。

凍結管６，６．・・・が埋設されたならば、作業用トン
ネル４の内部に設置した冷凍機等の冷凍手段を運転させ
ることにより凍結管６内の冷媒を循環させ、これにより
止水領域２内の掘削部ｌに沿った部分の地盤を凍結固化
させる。

上記方法により止水領域２および凍結領域３を形成すれ
ば、それら各領域を形成するための装置・設備等が地上
面を占有することがなく、トンネルの構築深度に拘わら
ず無駄の無い精度の高い地盤改良を行うことができる。

また、本トンネルＴに先°行して構築される作業用トン
ネル４は、本トンネルＴ施工時には資材の搬入路および
掘削土砂の搬出路として、また、本トンネルＴの完了後
には本トンネルＴの付帯設備としての避難坑や換気坑、
または共同坑等として利用できるといった利点も得られ
る。

第３図ないし第６図はそれぞれ、前記作業用トンネル４
の設定位置、設定数を上記第２図のものと変えた場合を
示したもので、第３図のものは、作業用トンネル４を、
形成すべき本トンネルＴの上方に１本設けたもの、第４
図のものは、本トンネルＴの両側に本トンネルＴからあ
る程度距離を置いて設けたもの、第５図のものは本トン
ネルＴを２本並行に構築する例で、作業用トンネル４を
それら形成すべき本トンネルＴ、Ｔの間に１本設けたも
の、さらに第６図のものは、掘削部ｌのほぼ中央部に先
行して形成したものである。第６図における作業用トン
ネル４は、本トンネルＴの構築とともに取り壊されるも
のとなる。作業用トンネル４は、このように０．その形
成位置および形成数を適宜設定することができ、掘削地
盤Ｇの状況、あるいは構築すべき本トンネルＴの態様に
応じて決定すればよい。

なお、実施例では、作業用トンネル４をシールドトンネ
ルとして説明したが、本発明に係る作業用トンネルとし
ては必ずしもシールドトンネルに限定されるものではな
い。ただし、このように作業用トンネルをシールドトン
ネルとすれば、その断面を充分大きく取ることができ、
また延長距離に制限を受けることもなく、かつ曲線施工
にも容易に対応することができ極めて効果的である。

また、本発明はトンネルの構築方法としてＮＡＴＶ工法
に限定されるものではなく、一般に実施されているその
他のトンネル工法に適用可能であることは言うまでもな
い。さらに、本発明は、上記の如く特にトンネルの掘削
に適用して効果的であるが、本発明の特に請求項１に係
る地盤改良方法はトンネルに”限らず、いわゆる掘削工
程を有して構築されるその他の地下構造物（地下空間）
の構築に適用することもでき、その場合でも上記同様の
効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり本発明の請求項１に係るトンネル掘
削における地盤改良方法によれば、掘削地盤が未固結含
水地盤であり、しかも地下流水が存在するような場合で
も、掘削部を確実かつ短期間で凍結固化させることがで
きるものとなり、これにより、例えば従来、極端な軟弱
地盤では困難とされていたＮＡＴＭ工法等によるトンネ
ル掘削も実施可能となり、トンネルの構築を経済的かつ
安全に行うことができるものとなる。

また、本発明の請求項２に係るトンネル掘削における地
盤改良方法によれば、請求項１に係る前記止水領域およ
び凍結領域の形成を、トンネルの形成深度に拘わらず無
駄なく高精度に行うことができ、しかもトンネル形成部
に対応する地上部分を占有することなく施工することが
できる。加えて、本トンネルに先行して構築される作業
用トンネルは、本トンネル施工時には資材の搬入路およ
び掘削土砂の搬出路として、また、本トンネルの完了後
には本トンネルの付帯設備としての避難坑や換気坑また
は共同坑等として利用することができる、等の優れた効
果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の請求項１に係る地盤改良方法を示すも
のでトンネル構築部の地盤を示す正面縦断面図、第２図
は本発明の請求項２に係る地盤改良方法を示すものでト
ンネル構築部の地盤を作業用トンネル等と共に示す正面
縦断面図、第３図ないし第６図は本発明に係る作本用ト
ンネルの他の配置例を示したもので、それぞれトンネル
構築部の地盤を作業用トンネルと共に示した正面縦断面
図である。 Ｇ・・・・・・地盤、　Ｔ・・・・・・トンネル（本ト
ンネル）、１・・・・・・掘削部、　　　２・・・・・
・止水領域、３・・・・・・凍結領域、　　４・・・・
・・作業用トンネル、５・・・・・・薬液注入管、　　
　６・・・・・・凍結管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）トンネルを掘削するにあたり予め掘削部地盤を改良
   する際の地盤改良方法であって、薬液の注入により、形
   成すべき本トンネルの掘削部に沿って該掘削部を囲繞す
   る形態に止水領域を形成した後、前記止水領域内の前記
   掘削部に沿った部分を凍結させることを特徴とするトン
   ネル掘削における地盤改良方法。 ２）請求項１記載のトンネル掘削における地盤改良方法
   において、前記止水領域の形成および凍結作業は、予め
   、構築すべき本トンネルに先行して該本トンネルを形成
   すべき掘削部に沿って作業用トンネルを構築し、該作業
   用トンネル内部より地盤内に設置した薬液注入管および
   凍結管に行うことを特徴とするトンネル掘削における地
   盤改良方法。