JP5169638B2 - 地中構造物の構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、大きな浮力が作用しても、この浮力に抵抗し、浮き上がりを抑制しうる地中構造物の構築方法に関する。

従来より、地中構造物を構築する場合には、地中構造物の周囲を取り囲むように地中壁を構築し、この地中壁と一体となるように地中構造物を構築する方法が用いられている。
このような地中構造物には、地下水などにより浮力が作用する。そこで、浮力に抵抗できるよう、地中構造物の自重を大きくする方法、地中壁に拡底部を形成し、拡底部の支圧力により抵抗する方法（例えば、特許文献１参照）、永久アンカーにより地盤に固定する方法（例えば、特許文献２参照）などが用いられている。
特開２０００―１７８９６６号公報 特開平９―３２８７７１号公報

近年、大深度かつ大断面の地下構造物が計画されている。このような大深度の地中構造物では、地中構造物の地下水位より低い部分の体積が大きくなるため、地中構造物に作用する浮力も大きくなる。このような場合、上記の方法では浮力に十分に抵抗することができない虞がある。

本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、大深度、大断面の地中構造物のように、地中構造物に大きな浮力が作用する場合であっても、この浮力に抵抗できるようにすることである。

また、本発明の地中構造物の構築方法は、地中構造物本体と、当該地中構造物本体と一体に構築された地中壁と、前記地中壁の表面に水平方向に帯状に延びるように形成され、前記地中壁の表面から外側に向かって突出する突出部と、を備えた地中構造物の構築方法であって、前記地中壁を構築する地中壁構築ステップと、地盤の前記突出部に相当する深さ位置に前記地中壁の外周に沿うようにトンネルを削孔するトンネル削孔ステップと、前記地中壁の内側に当該地中壁と一体に前記地中構造物本体を構築するとともに、当該地中構造物本体と一体となるように前記トンネル内にコンクリート構造物を構築することにより前記突出部を構築する突出部構築ステップと、を備えることを特徴とする。

上記の地中構造物の構築方法において、前記突出部構築ステップでは、前記トンネル内部と前記地中壁の内側とを連通させ、前記連通した部分を通じて前記地中構造物本体と、前記コンクリート構造物とを一体に構築してもよい。

また、前記地中壁構築ステップでは、前記地中壁の前記トンネルに相当する高さの内側及び外側の表面近傍に開口を有する波形パネルを埋設するとともに、両端に継手金物が接続された接続鉄筋を前記継手金物が夫々前記表裏面に埋設された波形パネルの前記開口に当たる配置されるように埋設しておき、前記突出部構築ステップでは、前記トンネルの前記地中壁側の部分を撤去して、前記地中壁に埋設された外側の前記波形パネルを露出させ、前記トンネル内側から前記外側の波形パネルの開口を通じて前記継手金物に鉄筋を継手し、前記鉄筋が埋設されるように前記トンネル内にコンクリートを打設して、前記突出部を構築し、また、前記内側の波形パネルを露出させ、前記地中壁の内側から前記内側の波形パネルの開口を通じて前記継手金物に鉄筋を継手し、前記鉄筋が埋設されるようにコンクリートを打設して前記地中構造物本体を構築してもよい。
また、前記突出部構築ステップの前に、前記トンネルの周囲の前記地中壁側の地盤を地盤改良する地盤改良ステップを備えてもよい。
なお、上記の地盤改良とは、地盤に止水性及び掘削安定性を期待できるようにすることを意味する。

本発明によれば、トンネルを利用して地中構造物の外周に突出部を構築するため、トンネルの断面を大きくすることにより突出部の鉛直投影面積を大きくすることができる。これにより、突出部が周囲の地盤より大きな支圧力を受けることができるため、地中構造物に大きな浮力が作用しても、これに抵抗することができる。

以下、本発明の地中構造物の一実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の地中構造物１の構成を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ−Ａ´断面図である。本実施形態の地中構造物１は、その深さが５０ｍを超える大深度地中構造物であり、図１に示すように、地中に平面視矩形状に形成された地中連続壁２０と、地中連続壁２０の下部に沿って外側に向かって突出する突出部３０と、地中連続壁２０の内部に構築された地中構造物本体１０とにより構成される。

地中構造物本体１０は、例えば、建物の地下部分などであり、鉄筋コンクリート造の基礎部１１と側壁部１２とを含んで構成される。地中構造物本体１０は、側壁部１２が地中連続壁２０と一体になるように構築されおり、また、基礎部１１が突出部３０と一体となるように構築されている。

突出部３０は鉄筋コンクリート造の構造物であり、地中構造物本体１０の基礎部１１に相当する高さから水平方向に帯状に延び、外側に向かって突出するように構築されている。突出部３０は、後述するようにシールドマシンにより地中連続壁２０の外周に沿って水平にシールド孔を削孔し、このシールド孔の地中構造物本体１０側の部分及び地中連続壁２０の一部を撤去し、シールド孔の内部に地中構造物本体１０と一体になるようにコンクリートを打設して構築されている。このため、突出部３０の地中連続壁２０からの突出幅は、シールドマシンにより削孔した孔の直径と略等しくなる。シールドマシンとしては、例えば１０ｍを超える大径の孔を削孔可能なものがあり、突出部３０の突出幅は１０ｍ以上とすることが可能である。
地中連続壁２０の角隅部には、後述するためのシールドマシンが発進するための立孔４０が構築され、この立孔４０は埋め戻されている。

なお、突出部３０の突出幅は、その鉛直投影面積の合計と、地盤の長期耐力（１００ｔ／ｍ^２〜３００ｔ／ｍ^２）との積が、地中構造物１に作用する浮力以上となるように決定するとよい。

地中連続壁２０は、平面視において地中構造物本体１０の外周に沿うように構築されており、その下端が地中構造物本体１０よりも深い位置まで到達している。

このような地中構造物１には、地盤内の地下水などにより浮力が作用する。特に、本実施形態のような大深度の地中構造物１では、地下水位よりも低い部分の体積が大きいため、大きな浮力が作用する。これに対して、本実施形態の地中構造物１では、外側に向かって突出する突出部３０を備え、この突出部３０の地中構造物１に浮力が作用した際に上部に地盤から支圧力を受けることとなるため、浮力に対して抵抗することができる。

以下、本実施形態の地中構造物１の構築方法を図２〜図１６を参照しながら説明する。なお、図２〜図９の各図において、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ―Ａ´断面図である。また、図１０〜図１６は、地中構造物本体１０と突出部３０との接合部の拡大断面図である。

まず、図２に示すように、地盤２の突出部３０の角隅部に相当する各位置に、下端が突出部３０よりも深い位置まで到達するような立孔４０を構築する。

次に、各立孔４０内にシールドマシン（不図示）を配置し、図３に示すように、各シールドマシンを隣接する立孔４０に向かって水平方向に掘進させながら、掘削した孔の内周面に、順次、セグメント５１を取り付けて行く。これにより、同図に示すように、各立孔４０を結ぶようにシールド孔５０が構築されることとなる。

次に、図４及び図１０に示すように、平面視矩形状に構築されたシールド孔５０の内側に沿って、下端がシールド孔５０よりも深い位置まで到達するような地中連続壁２０を構築する。

次に、図５及び図１１に示すように、地中連続壁２０により囲まれた部分の地盤２を、下端がシールド孔５０の下部に相当する深さ位置に到達するまで掘削する。
次に、図６及び図１２に示すように、シールド孔５０の周辺の地中連続壁２０側の地盤２にセメントペーストなどを注入し、止水性及び掘削安定性を有する改良地盤７０を形成する。なお、セメントペーストは、例えば、地中連続壁２０に注入管を貫通させ、この注入管を通して注入すればよい。

次に、図７及び図１３に示すように、地中連続壁２０の内部６０側から、地中連続壁２０のシールド孔５０に相当する高さの部分を掘削し、また、シールド孔５０の地中連続壁２０側のセグメント５１を撤去し、さらに、地中連続壁２０とシールド孔５０との間の地盤を掘削することで、シールド孔５０の内部と地中連続壁２０の内部６０とを連通させる。この際、シールド孔５０の地中連続壁２０側の地盤２を改良地盤７０とすることにより、シールド孔５０のセグメント５１や地中連続壁２０の一部を撤去しても、上記掘削した部分において地盤２が崩壊したり、地下水がシールド孔５０や地中連続壁２０の内部に流れ込んだりすることを防止できる。

次に、図１４に示すように、この地中連続壁２０の内部６０側から、地中構造物本体１０の基礎部１１を構成する鉄筋１３を、その端部がシールド孔５０の内部に到達するように配筋する。そして、図１５に示すように、シールド孔５０内に突出部３０を構成するコンクリート３１を打設するとともに、このコンクリート３１と一体に地中構造物本体１０の基礎部１１を構成するコンクリート１４を打設する。上記打設したコンクリート１４、３１が硬化することにより、図８に示すように、地中構造物本体１０の基礎部１１と一体に、地中連続壁２０から外側に向かって突出するように水平方向に帯状に延びる突出部３０が構築される。

次に、図９及び図１６に示すように、地中連続壁２０の内側に、地中連続壁２０と一体となるように地中構造物本体１０の側壁部１２を構築する。そして、通常の地中構造物を構築する場合と同様に、地中連続壁２０の内部に、基礎部１１及び側壁部１２と一体に、地中構造物本体１０の残りの部分を構築することにより本実施形態の地中構造物１の構築作業が完了する。そして、地中構造物１の構築完了後、立孔４０を埋め戻す。

以上説明したように、本実施形態によれば、シールド孔５０の内部空間を利用して突出部３０を地中構造物本体１０と一体に構築することにより、地中構造物本体１０の外周に帯状に鉛直投影面積の大きな突出部３０を形成することができる。これにより、この突出部３０が周囲の地盤より支圧力を受けるため、大深度の地中構造物１に作用する大きな浮力に対しても抵抗することができる。

なお、本実施形態では、シールド孔５０と地中連続壁２０の内部とを連通するように地中連続壁２０及びシールド孔５０の一部を撤去し、この連通した部分を通じて突出部３０と地中構造物本体１０の基礎部１１を一体に構築したが、必ずしも、地中連続壁に開口を設ける必要はない。

図１７〜図１９は、地中連続壁に開口を設けることなく、突出部３０を地中構造物本体１０の基礎部と一体に構築する方法を説明するための図であって、地中構造物本体１０と突出部３０との接合部の拡大断面図である。かかる場合には、図１７に示すように、地中連続壁１２０を構築する際に、地中連続壁１２０の突出部３０に相当する高さの表裏面に、図２０に示すような、表面に孔１２１Ａが形成された波形状の鋼製のパネル１２１を埋設しておく。また、図１７に示すように、これら鋼製パネル１２１の間に、両端に継手金物１２２が接続された接続鉄筋１２３を、両端の継手金物１２２が夫々、鋼製パネル１２１の孔１２１Ａに相当する位置に配置されるように埋設しておく。

次に、図１８に示すように、シールド孔５０の周辺の地中連続壁２０側の地盤２にセメントペーストなどを注入することにより、止水性及び掘削安定性を有する改良地盤７０を形成する。そして、シールド孔５０内から地盤を掘削し、シールド孔５０側の地中連続壁２０の鋼製パネル１２１が露出させる。また、地中連続壁２０の内部の地盤を掘削する際に、地中連続壁２０の内側の鋼製パネル１２１を露出させておく。そして、シールド孔５０側から鋼製パネル１２１の孔１２１Ａを通して、継手金物１２２に突出部３０を構成する鉄筋１１３を挿入して継手金物１２２により接続鉄筋１２３に継手し、また、地中連続壁２０の内部から鋼製パネル１２１の孔１２１Ａを通して、基礎部１１１を構成する鉄筋１１３を挿入して継手金物１２２により接続鉄筋１２３に継手する。

次に、図１９に示すように、シールド孔５０の内部にコンクリート３１を打設し、また、地中連続壁２０の内部６０において、地中構造物本体１０の基礎部１１１を構成するコンクリート１１４を打設する。上記打設したコンクリート３１、１１４が硬化することにより、接続鉄筋１２３を介して、地中構造物本体１０の基礎部１１１を構成する鉄筋１１３と突出部３０を構成する鉄筋１１３とが接続され、また、鋼製パネル１２１の表面に凹凸が形成されていることにより、地中連続壁２０を介して、基礎部１１１を構成するコンクリート１１４と突出部３０を構成するコンクリート３１の間で応力が伝達されることとなり、これにより、地中構造物本体１０の基礎部１１１に構造的に接続されることとなる。このように、上記の構成によれば、地中連続壁１２０に開口を設けることなく、鋼製パネル１２１及び接続鉄筋１２３を介して、地中構造物本体１０の基礎部１１１と一体に突出部３０を構築できる。

なお、上記の各実施形態では、地中構造物本体１０の基礎部１１に相当する高さに突出部３０を設ける構成としたが、これに限らず、他の高さに設ける構成としてもよいし、複数の突出部を設ける構成としてもよい。

また、上記の各実施形態では、鉛直断面が円形のシールド孔を削孔するものとしたが、これに限らず矩形状などとしてもよくシールド孔の形状は問わない。

また、上記の各実施形態では、シールドマシンによりシールド孔を形成し、このシールド孔を利用して突出部を構築するものとしたが、これに限らず、推進工法、パイプルーフ工法などの非開削工法などによりトンネルを形成し、このトンネル孔を利用して突出部を構築してもよい。
また、本実施形態では、地中連続壁を地中構造物本体の外周を取り囲むように構築したが、これに限らず、地中構造物の外周の一部と一体に構築されている構成としてもよい。地中連続壁の外周全周に亘って突出部を設けることとしたが、これに限らず、地中連続壁の外周の一部にのみ設けることとしてもよい。

本実施形態の地中構造物の構成を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ−Ａ´断面図である。 本実施形態の地中構造物の構築方法を説明するための図（その１）であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ―Ａ´断面図である。 本実施形態の地中構造物の構築方法を説明するための図（その２）であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ―Ａ´断面図である。 本実施形態の地中構造物の構築方法を説明するための図（その３）であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ―Ａ´断面図である。 本実施形態の地中構造物の構築方法を説明するための図（その４）であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ―Ａ´断面図である。 本実施形態の地中構造物の構築方法を説明するための図（その５）であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ―Ａ´断面図である。 本実施形態の地中構造物の構築方法を説明するための図（その６）であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ―Ａ´断面図である。 本実施形態の地中構造物の構築方法を説明するための図（その７）であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ―Ａ´断面図である。 本実施形態の地中構造物の構築方法を説明するための図（その８）であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ―Ａ´断面図である。 本実施形態の地中構造物の構築方法を説明するための図（その９）であり、地中構造物本体と突出部との接合部の拡大断面図である。 本実施形態の地中構造物の構築方法を説明するための図（その１０）であり、地中構造物本体と突出部との接合部の拡大断面図である。 本実施形態の地中構造物の構築方法を説明するための図（その１１）であり、地中構造物本体と突出部との接合部の拡大断面図である。 本実施形態の地中構造物の構築方法を説明するための図（その１２）であり、地中構造物本体と突出部との接合部の拡大断面図である。 本実施形態の地中構造物の構築方法を説明するための図（その１３）であり、地中構造物本体と突出部との接合部の拡大断面図である。 本実施形態の地中構造物の構築方法を説明するための図（その１４）であり、地中構造物本体と突出部との接合部の拡大断面図である。 本実施形態の地中構造物の構築方法を説明するための図（その１５）であり、地中構造物本体と突出部との接合部の拡大断面図である。 地中連続壁に開口を設けずに、突出部を地中構造物本体の基礎部と一体に構築する方法を説明するための図（その１）であり、地中構造物本体と突出部との接合部の拡大断面図である。 地中連続壁に開口を設けずに、突出部を地中構造物本体の基礎部と一体に構築する方法を説明するための図（その２）であり、地中構造物本体と突出部との接合部の拡大断面図である。 地中連続壁に開口を設けずに、突出部を地中構造物本体の基礎部と一体に構築する方法を説明するための図（その３）であり、地中構造物本体と突出部との接合部の拡大断面図である。 鋼製パネルを示す斜視図である。

符号の説明

１ 地中構造物 ２ 地盤
１０ 地中構造物本体 １１、１１１ 基礎部
１２ 側壁部 １３、１１３ 鉄筋
１４、１１４ コンクリート ２０、１２０ 地中連続壁
３０ 突出部 ３１ コンクリート
４０ 立孔 ５０ シールド孔
５１ セグメント ６０ 地中連続壁の内部
７０ 改良地盤 １２１ 鋼製パネル
１２１Ａ 孔 １２２ 継手金物
１２３ 接続鉄筋

Claims (4)

1. 地中構造物本体と、当該地中構造物本体と一体に構築された地中壁と、前記地中壁の表面に水平方向に帯状に延びるように形成され、前記地中壁の表面から外側に向かって突出する突出部と、を備えた地中構造物の構築方法であって、
   前記地中壁を構築する地中壁構築ステップと、
   地盤の前記突出部に相当する深さ位置に前記地中壁の外周に沿うようにトンネルを削孔するトンネル削孔ステップと、
   前記地中壁の内側に当該地中壁と一体に前記地中構造物本体を構築するとともに、当該地中構造物本体と一体となるように前記トンネル内にコンクリート構造物を構築することにより前記突出部を構築する突出部構築ステップと、を備えることを特徴とする地中構造物の構築方法。
2. 請求項１記載の地中構造物の構築方法であって、
   前記突出部構築ステップでは、
   前記トンネル内部と前記地中壁の内側とを連通させ、
   前記連通した部分を通じて前記地中構造物本体と、前記コンクリート構造物とを一体に構築することを特徴とする地中構造物の構築方法。
3. 請求項１記載の地中構造物の構築方法であって、
   前記地中壁構築ステップでは、
   前記地中壁の前記トンネルに相当する高さの内側及び外側の表面近傍に開口を有する波形パネルを埋設するとともに、両端に継手金物が接続された接続鉄筋を前記継手金物が夫々前記表裏面に埋設された波形パネルの前記開口に当たる配置されるように埋設しておき、
   前記突出部構築ステップでは、
   前記トンネルの前記地中壁側の部分を撤去して、前記地中壁に埋設された外側の前記波形パネルを露出させ、前記トンネル内側から前記外側の波形パネルの開口を通じて前記継手金物に鉄筋を継手し、前記鉄筋が埋設されるように前記トンネル内にコンクリートを打設して、前記突出部を構築し、
   また、前記内側の波形パネルを露出させ、前記地中壁の内側から前記内側の波形パネルの開口を通じて前記継手金物に鉄筋を継手し、前記鉄筋が埋設されるようにコンクリートを打設して前記地中構造物本体を構築することを特徴とする地中構造物の構築方法。
4. 請求項１から３のうち何れか１項に記載の地中構造物の構築方法であって、
   前記突出部構築ステップの前に、
   少なくとも前記トンネルの周囲の前記地中壁側の地盤を地盤改良する地盤改良ステップを備えることを特徴とする地中構造物の構築方法。