JPH10204865A - 排水工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポンプが故障等によりディープウェルから地
下水の汲み上げを停止しても、人為的な作業をすること
なく底盤の盤膨れを防止する。 【解決手段】 地山１の下方に不透水層３を介して透水
層５が堆積し、この地山１を掘削して不透水層３の内部
に達する立坑７を築造する場合、ディープウェル１９か
ら地下水Ｗを排水して透水層５中の地下水Ｗの水位を低
下させた後、地山１を掘削し、この地山１の掘削の途中
における掘削面９から透水層５の内部までボーリングを
行なってボーリング穴１１を形成し、このボーリング穴
１１にファイバーボルト１３を設置した後、ボーリング
穴１１に透水性の埋め戻し材１５を充填させて地下水Ｗ
がボーリング穴１１を通って上方に排出できるようにし
た後、地山１の掘削を再開して不透水層３の内部にまで
達する掘削面９を掘削する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排水工法に関し、
更に詳細には立坑掘削やトンネル掘削における排水工法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】立坑は、硬岩から中硬岩の山岳トンネル
においては工事中の材料の搬出入・換気・給排水・ケー
ブル施設孔として、また、道路トンネルでは供用後の換
気孔として築造されている。さらに、立坑は、近年、都
市部で施行されるシールドトンネルの発進、到着基地と
して未固結地山において築造されている。

【０００３】この立坑を築造するための立坑掘削におい
て、立坑の床つけ面の下方、即ち底盤が不透水層からな
りこの不透水層の下方が被圧状態の透水層（被圧帯水
層）からなる場合、この立坑の底盤の厚さが薄いと底盤
が透水層からの水圧により上方に押し上げられるいわゆ
る盤膨れが生じて破壊される、という危険性が高くな
る。

【０００４】そこで、この盤膨れを防止するため、ディ
ープウェルによる水位低下工法が使用されている。この
水位低下工法は、立坑の周辺に一定の間隔を有して配置
し透水層にまで達するディープウェルを掘削し、このデ
ィープウェルの中にポンプを設置して強制的に透水層中
の地下水を地上に汲み上げて透水層中の地下水の水位を
低下させ、不透水層に水圧を作用させない工法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水位低
下工法ではポンプの故障等によりポンプの運転が停止し
た場合、ポンプの運転を再開するまでに時間を要し、地
盤条件によっては透水層中の地下水の水位の回復が速い
と、地下水はその水位をさらに上昇させ底盤を上方に押
し上げて破壊する虞があるという問題が生じていた。

【０００６】そこで、ポンプの故障等によりポンプの運
転が停止した時に備えて、非常用の予備ポンプや非常用
電源を設置する方法が考えられるが、透水層中の地下水
の水位の回復が極めて速い場合や、人為的な対策の遅延
によるポンプの運転再開までに時間を要する場合には、
同様に底盤が破壊される虞があるという問題が生じてい
た。

【０００７】また、特に最近注目されている支保・シス
テマチックなロックボルト・吹き付コンクリートによっ
て閉じたシェルを形成するいわゆる立坑ＮＡＴＭでは、
土留め壁の根入れがないので底盤が上方に押し上げられ
ると土留め壁が移動して底盤を破壊する虞があるという
同様の問題が生じていた。

【０００８】本発明は、前記事項に鑑みてなされたもの
であり、ポンプが故障等により例えばディープウェル等
から地下水の汲み上げが停止した場合、ポンプ等の復旧
作業をしなくても底盤に水圧が作用せず、且つ底盤が破
壊される虞がないようにすることを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、以下の手段を採用した。本発明は、地山の
下方に不透水層を介して透水層が堆積し、この地山を掘
削して前記不透水層の内部にまで達する立坑を築造する
場合、この立坑の底盤よりも下方に存在する透水層中の
地下水を揚水により排出して底盤の盤膨れを防止する排
水工法において、前記揚水により前記地下水を排水して
前記透水層中の地下水の水位を低下させた後、前記地山
を掘削し、この地山の掘削の途中における掘削面から下
方に向かって透水層の内部にまで達するボーリングを行
ない、このボーリングにより形成されたボーリング穴に
補強材を設置した後、このボーリング穴に透水性を有す
る埋め戻し材を充填させて透水層中の地下水がボーリン
グ穴を通って上方に排出できるようにした後、地山の掘
削を再開して前記不透水層の内部にまで掘削面が達する
ことを特徴とする排水工法である。

【００１０】この排水工法によれば、揚水による排出が
停止しても、地下水はボーリング穴を介し上方に移動し
て排出することができる。従って、地盤条件によって地
下水の水位の回復が極めて速い場合や、揚水による排出
を再開するための人為的な作業を必要とする場合でも、
揚水による排出を復旧させる人為的な作業をすることな
く底盤の盤膨れを防止することができる。

【００１１】前記補強材は少なくとも不透水層を貫通し
ていることが好ましい。不透水層に補強材が貫通して設
置されていると、底盤自体が補強されるとともに、その
強度が増し、掘削による底盤内の応力が解放されても補
強材が支えとなって盤膨れを防止することができる。

【００１２】前記地山の掘削を再開して掘削面を掘削す
る場合、前記補強材は土砂とともに掘削されることが好
ましい。掘削面を掘削する際に補強材の存在を気にせず
に掘削面を掘削することができるので、作業効率は向上
する。

【００１３】補強材は掘削面を掘削する際に土砂ととも
に掘削することができ、且つ透水層を補強する機能を有
すればその材質は問はない。補強材としてファイバーボ
ルトを使用することができ、更にファイバーボルトはグ
ラスファイバーボルトを例示することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る排水工法の一
実施の形態を、図１，図２に基づいて説明する。

【００１５】初めに、本発明の排水工法を使用して地山
に築造された立坑の築造状態を図１に基づいて説明す
る。地下深くまで連続している岩体である地山１の下方
には、粘土層や塊状岩等からなり地下水Ｗを通さない不
透水層３が堆積している。この不透水層３の下方には砂
層やれき層等からなり地下水Ｗを浸透し易い透水層５が
堆積している。この透水層５には地下水Ｗが流れ込み貯
留している。

【００１６】地山１の頂部から下方には立坑７が掘削さ
れており、この立坑７の内側壁面は吹付コンクリート１
７で覆われ、この吹付コンクリート１７の表面には覆行
コンクリート３０が覆われている。

【００１７】立坑７の底である床つけ面２７は不透水層
３の中間部に達している。この床つけ面２７の一部から
下方には透水層５の内部にまでボーリングにより形成さ
れたボーリング穴１１が設けられている。このボーリン
グ穴１１の内部には棒状をなして透水層５まで延伸する
補強材としてのファイバーボルト１３が複数本設置され
ている。このファイバーボルト１３は床つけ面２７の下
方の不透水層３を貫通し、この下部は透水層５の内部に
至っている。ファイバーボルト１３は、例えば、グラス
ファイバーボルトを使用することができる。

【００１８】ファイバーボルト１３が設置されたボーリ
ング穴１１の空間部には透水性を有する埋め戻し材１５
が充填されている。この埋め戻し材１５は、例えば、排
水性舗装材料や、ポーラスコンクリートを使用すること
ができる。立坑７の内部の壁面は吹付コンクリート１７
で覆われている。

【００１９】立坑７の外側には一定の離間寸法を有して
配置され地山１の頂部から下方に掘削されて透水層５に
至るディープウェル１９が複数設けられている。このデ
ィープウェル１９の内側の壁面は不透水層３の下端まで
図示しないケーシングにより覆われており、このケーシ
ングの下端よりも下方、即ち透水層５中のディープウェ
ル１９の内側の壁面には砂利フィルタ２１が設けられて
いる。

【００２０】この砂利フィルタ２１は有底筒状をなし、
その周縁部が一定の大きさの開口を多数有するメッシュ
状のフィルタとなっている。尚、砂利フィルタ２１の底
部もメッシュ状のフィルタであってもよい。砂利フィル
タ２１はディープウェル１９の有効径を拡げ、細かい砂
がディープウェル１９の中に入るのを防止するととも
に、揚水効率を向上させる役割を有している。

【００２１】ディープウェル１９の内部にはディープウ
ェル１９の上部から下部に延伸する揚水管２３が設けら
れており、この揚水管２３の下端部には図示しないポン
プが取付られている。ディープウェル１９の上方にはポ
ンプ取付台２５が設けられており、このポンプ取付台２
５には揚水管２３の上端部が接続されて揚水管２３とポ
ンプが固定されている。揚水管２３の上部には図示しな
い配水管が接続されており、この配水管を介して地下水
Ｗが外部に排出される。

【００２２】次に、本発明の排水工法を図２に基づいて
説明する。この実施の形態の排水工法では第１工程から
第４工程に分けられる。 ［第１工程］ディープウェル１９に設けられたポンプを
運転し地下水Ｗを揚水して外部に排出し、図２に示した
実線の部位まで透水層５中の地下水Ｗの水位を低下させ
る。

【００２３】詳述すると、ポンプを運転すると地下水Ｗ
は砂利フィルタ２１の方に引き寄せられ、この砂利フィ
ルタ２１を通過して揚水管２３内に吸いこまれ上方に移
動する。尚、透水層５中の砂等は砂利フィルタ２１の開
口を通過することができないので、地下水Ｗのみが砂利
フィルタ２１を通過する。

【００２４】そして、地下水Ｗは揚水管２３の上部に接
続された図示しない排水管を経由して外部に排出され
る。通常、ポンプによる地下水Ｗの排出量は地下水の回
復量よりも多いので、透水層５中の地下水Ｗの水位は低
下する。

【００２５】従って、地下水Ｗの水圧は不透水層３に作
用しない。尚、地下水Ｗは地盤条件によっては地下水Ｗ
の水位の回復が速くその水位をさらに上昇させてしまう
虞があることから、ポンプは常時運転されており、地下
水Ｗは常に揚水して排出されている。 ［第２工程］ 次に、地山１を掘削して立坑７の一部を
形成する。この途中まで掘削された立坑７の底部におけ
る掘削面９の部位は地山１の内部の中間部である。

【００２６】次に、立坑ＮＡＴＭにより、立坑７の壁面
をロックボルトと吹付コンクリート１７を組み合わせた
もので支持する。 ［第３工程］ 次に、掘削面９の一部から透水層５の内
部まで垂直方向にボーリングを行ない、ボーリング穴１
１を形成する。

【００２７】そして、このボーリング穴１１にファイバ
ーボルト１３を複数本設置する。即ち、これらファイバ
ーボルト１３は立坑７の掘削面９よりも下方の地山１と
不透水層３を貫通し、ファイバーボルト１３の下部は透
水層５の内部まで延伸し、ファイバーボルト１３の上部
は掘削面９の上方に突出している。

【００２８】次に、ファイバーボルト１３が設置された
ボーリング穴１１の空間部に透水性を有する埋め戻し材
１５を充填する。ボーリング穴１１に埋め戻し材１５を
充填することにより、不透水層３の下方に堆積した透水
層５と立坑７内部との間を連通させ、地下水Ｗはボーリ
ング穴１１を経由して立坑７内部に流出することができ
る。

【００２９】従って、立坑７の床つけ面２７が不透水層
３の内部にあり、この不透水層３から透水層５までの厚
さが十分に確保できない場合やディープウェル１９に設
けられたポンプが故障等により運転が停止した場合にお
いて、透水層５中の地下水Ｗの水位が上昇しても、地下
水Ｗは前記ボーリング穴１１を経由して立坑７内部に流
出できるので、地下水Ｗの水位上昇を抑制することがで
きるとともに、床つけ面２７の下方の不透水層（以下、
「底盤２９」と記す。）の盤膨れを防止することができ
る。 ［第４工程］ 次に、１掘削長さを１．０ｍ〜１．５ｍ
のショートステップとして、掘削面９の下方を掘削し、
掘削後の立坑７の壁面をロックボルトや吹付コンクリー
ト１７を組み合わせたもので支持する。そして、掘削面
９が所望の深さである不透水層３中の部位に達するまで
ショートステップの掘削とロックボルトや吹付コンクリ
ート１７の施行を順次行った後に、掘削後の掘削面９で
ある床つけ面２７にロックボルトや吹付コンクリート１
７を組み合わせたもので支持する。そして、床つけ面２
７及び立坑７の壁面に覆工コンクリート３０を下から上
方に向かって施行する。

【００３０】ショートステップの掘削の際、ボーリング
穴１１に設置されたファイバーボルト１３は土砂ととも
に削られる。従って、立坑７の掘削の際にファイバーボ
ルト１３が邪魔をして掘削の妨げになることはない。

【００３１】ディープウェル１９に設けられたポンプが
故障等により運転を停止した場合でも故障等を修繕して
ポンプの運転を再開するまでの人為的な作業をすること
なく、地下水Ｗはボーリング穴１１を経由して立坑７内
部に流出できるので、透水層５内の地下水Ｗの水位上昇
を抑制することができるとともに、底盤２９の盤膨れを
防止することができる。

【００３２】また、不透水層３にファイバーボルト１３
を貫通して設置しているので、底盤２９自体が補強され
るとともに、その強度が増し、掘削により底盤２９内の
応力が解放されてもファイバーボルト１３が支えとなり
盤膨れを防止することもできる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の排水工法
によれば、地山の下方に不透水層を介して透水層が堆積
し、この地山を掘削して前記不透水層の内部にまで達す
る立坑を築造する場合、地山の掘削の途中における掘削
面から下方に向かって透水層の内部にまで達するボーリ
ングを行ない、このボーリング穴に補強材を設置した
後、透水性を有する埋め戻し材を充填させて透水層中の
地下水がボーリング穴を通って上方に排出できるように
したことにより、補強材からの地下水の揚水による排出
が停止しても、地下水の排水を再開するまでの人為的な
作業をすることなく盤膨れを防止することができる。

【００３４】また、補強材が少なくとも不透水層を貫通
している場合には、底盤自体が補強されるとともに、そ
の強度が増し、掘削により底盤内の応力が解放されても
補強材が支えとなって盤膨れを防止することもできる。

【００３５】さらに、地山の掘削を再開して掘削面を掘
削する際に補強材が土砂とともに掘削される場合には、
補強材の存在を気にせずに掘削面を掘削することができ
るので作業効率は向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の排水工法により築造された立坑の断
面図である。

【図２】 本発明の排水工法を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 地山 ３ 不透水層 ５ 透水層 ７ 立坑 ９ 掘削面 １１ ボーリング穴 １３ ファイバーボルト（補強材） １５ 埋め戻し材 １９ ディープウェル ２９ 底盤 Ｗ 地下水

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地山の下方に不透水層を介して透水層が
   堆積し、この地山を掘削して前記不透水層の内部にまで
   達する立坑を築造する場合、この立坑の底盤よりも下方
   に存在する透水層中の地下水を揚水により排出して底盤
   の盤膨れを防止する排水工法において、 前記揚水により前記地下水を排水して前記透水層中の地
   下水の水位を低下させた後、前記地山を掘削し、この地
   山の掘削の途中における掘削面から下方に向かって透水
   層の内部にまで達するボーリングを行ない、このボーリ
   ングにより形成されたボーリング穴に補強材を設置した
   後、このボーリング穴に透水性を有する埋め戻し材を充
   填させて透水層中の地下水がボーリング穴を通って上方
   に排出できるようにした後、地山の掘削を再開して前記
   不透水層の内部にまで掘削面が達することを特徴とする
   排水工法。
2. 【請求項２】 前記補強材が少なくとも不透水層を貫通
   していることを特徴とする請求項１に記載の排水工法。
3. 【請求項３】 前記地山の掘削を再開して掘削面を掘削
   する際に、前記補強材は土砂とともに掘削されることを
   特徴とする請求項１又は２に記載の排水工法。