大深度立坑の構造と構築方法
【課題】地中連続壁工法を用いて大深度立坑を構築する際に、掘削された溝内への鉄筋かごの建て込み作業、または底版の配筋作業を省略または軽減して、工期を短縮する。
【解決手段】地中に溝を掘削し、この溝２内に補強繊維を含んだコンクリートを打設して連続壁を構築して側壁３を形成し、この側壁３で囲まれる内部地盤を所定深さの床付け面まで掘削し、この床付け面に底版４を形成して大深度立坑１を構築する。さらに、底版４を形成する際に床付け面に補強繊維を含んだコンクリートを打設する。また、床付け面を掘削する際に中央にいくほど深く掘削し、底版４をその版厚を中央にいくほど下方向に大きく形成する。
【解決手段】地中に溝を掘削し、この溝２内に補強繊維を含んだコンクリートを打設して連続壁を構築して側壁３を形成し、この側壁３で囲まれる内部地盤を所定深さの床付け面まで掘削し、この床付け面に底版４を形成して大深度立坑１を構築する。さらに、底版４を形成する際に床付け面に補強繊維を含んだコンクリートを打設する。また、床付け面を掘削する際に中央にいくほど深く掘削し、底版４をその版厚を中央にいくほど下方向に大きく形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道、道路、電力、ガス、情報通信、水路、上下水道など多くの分野に利用でき、地下空間利用のための出入路としたり、地中構造物との連絡系統を構成したり、シールドトンネル工法などの施工に際しての仮設構造物としての機能を分担したりする、大深度立坑の構造と構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、立坑の構築に際しては、ニューマチックケーソン工法、オープンケーソン工法などのように、地上で躯体を構築してその内部を掘削しながら地盤中に沈設する方法がある。また、地中連続壁工法（鉄筋コンクリート連壁、鋼製連壁）、鋼管矢板壁工法、ソイルセメント柱列壁工法などによって、土留めを行い、地盤の崩壊を防ぎながら内部を掘削する方法がある。また、立坑の構造は、構造的に応力を負担する部分については、一般に鉄筋コンクリート構造、あるいは鋼部材から構成される。
【０００３】
しかし、深さ３０ｍを越える大深度立坑では、ニューマチックケーソン工法は圧気作業の制約、ソイルセメント柱列壁工法はソイル部の止水性の問題および壁体の負担できる応力の限界から、それぞれ適用が難しい。また、オープンケーソン工法は、内部に圧気を掛けないため、大深度の施工も可能であるが、施工中に地上部分を大きく占有する他、沈設する躯体の傾斜や位置ずれが問題で構築精度の管理が困難である。そのため、多くの場合、鉄筋コンクリートの地中連続壁工法が採用される（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】社団法人土木学会編「第四版土木工学ハンドブック」技報堂出版、１９９３年１１月２０日、ｐ．２２８３〜２２８４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
鉄筋コンクリートの地中連続壁工法は、地上で鉄筋かごを組み立て、地中連続壁用の掘削機で掘削された溝内に鉄筋かごを建て込まなければならない。大深度施工になると１エレメントの鉄筋かごの建て込みに数日を要することもあり、１工事単位で考えるとこの鉄筋かごの建て込み作業は優に数十日を超え、工期短縮の障害となることが多い。
【０００５】
また、交通頻繁な路上における地上からの鉄筋かごの建て込みは困難であるため、路下での施工となる場合がある。この場合、短尺の鉄筋かごピースの上下鉄筋を機械式継手などで連結しながら建て込まなければならず、鉄筋かごが多段になるため作業は著しく煩雑となり、工期は一段と遅延する。
【０００６】
さらに、通常、鉄筋かごは地上から掘削された溝内に挿入するため、上から下まで同一の断面寸法となり、鉄筋かご自体の厚さを容易に変えることはできない。つまり、鉄筋かごの場合は、溝の下部で溝の幅を拡大させても、鉄筋かごを拡大した溝幅に合わせて設置することは困難である。そして、溝の下部に設置される鉄筋かごの大きさに合わせて、上部の溝を掘削する必要がある。
【０００７】
また、立坑内部の掘削床付け面に構築する底版は、通常、鉄筋コンクリートで構成されるが、底版の形状を等厚の平らな板状とした場合、広い面積の底版では支持スパンが長くなり応力的に厚い版厚を要する。また、厚い底版の配筋作業に時間を要し、工期が長くなる要因となる。
【０００８】
本発明の課題は、地中連続壁工法を用いて大深度立坑を構築する際に、掘削された溝内への鉄筋かごの建て込み作業を省略または軽減して、工期を短縮することである。また、底版の配筋作業を省略または軽減して、工期を短縮することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、例えば図１、２に示すように、地中に溝２を掘削し、この溝２内にコンクリートを打設して連続壁を構築する地中連続壁工法により形成される側壁３と、この側壁３の所定深さに形成される底版４とを備える大深度立坑１の構造であって、前記側壁３は、繊維補強コンクリートで形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、例えば図１、２に示すように、地中に溝２を掘削し、この溝２内にコンクリートを打設して連続壁を構築する地中連続壁工法により側壁３を形成し、この側壁３で囲まれる内部地盤５を所定深さの床付け面５ａまで掘削し、この床付け面５ａに底版４を形成して構築する大深度立坑１の構築方法であって、側壁３を形成する際に補強繊維を含んだコンクリートを打設することを特徴とする。
【００１１】
ここで、地中連続壁工法とは、前述したように従来からある工法であり、例えば、地中に掘削される溝に安定液を満たし溝壁面の崩壊を防ぎながら各種の掘削機で溝状に掘削をつづけ、スライム処理、鉄筋かごの建て込み、コンクリート打設などの一連の工程を繰り返し、順次地中連続壁を築造する工法である。また、地下連続壁工法、単に連壁工法ともいう。なお、地中に掘削された孔内に既成杭を建て込んだり、場所打ち杭を造成したりなどして、柱列状の壁体を築造する柱列式地下連続壁工法は含まない。
【００１２】
また、繊維補強コンクリートとは、コンクリートに繊維を混入して補強されているものである。補強繊維としては、例えば、鋼、ガラス、炭素、有機系等の繊維素材を長さ数ミリから数十ミリに切断したものが挙げられる。
【００１３】
このように、補強繊維を含んでコンクリートを打設して、大深度立坑１の側壁３を繊維補強コンクリートとして形成することにより、従来溝２内に建て込んでいた鉄筋かごを無くし、または鉄筋量を少なくすることができる。そして、鉄筋かごの建て込み工程を省略または軽減して、工期短縮を図ることができる。
【００１４】
また、従来、鉄筋かごを地上から溝２内に挿入するために、溝２の幅を上から下まで同一の寸法とする必要があったが、鉄筋かごを無くし、または鉄筋量を少なくすることにより、溝２の幅を変えても支障が無くなる、または支障が少なくなる。
【００１５】
なお、大深度立坑１の側壁３の水平断面形状は、円形または多角形とする。なお、円形には、真円はもちろんのこと、ほぼ円形のものも含まれる。ほぼ円形とは、円形に近似した多角形をいう。側壁３の水平断面形状をほぼ円形とすることにより、土圧等の外力が円周に沿って圧縮力として伝達される効果が働き、さらに鉄筋量を少なくすることができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、例えば図１に示すように、請求項１に記載の大深度立坑の構造において、前記側壁３は、その壁厚が深さ方向に変化していることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、例えば図１，２に示すように、請求項５に記載の大深度立坑の構築方法において、前記溝２を掘削する際に深さ方向に溝幅を変化させて掘削し、前記側壁３をその壁厚を深さ方向に変化させて形成することを特徴とする。
【００１８】
ここで、溝２の溝幅または側壁３の壁厚の変化とは、溝２の幅また側壁３の厚さの増減であり、この増減には、例えば階段状のもの、ほぼ直線状のものが含まれる。
【００１９】
このように、従来側壁３の壁厚が一律であったが、側壁３の壁厚を深さ方向にその土質等に応じて適切に変化させることにより、側壁３を形成する作業を軽減して、さらに工期短縮を図ることができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、例えば図１に示すように、請求項１または２に記載の大深度立坑の構造において、前記底版４は、繊維補強コンクリートで形成されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、例えば図１に示すように、請求項５または６に記載の大深度立坑の構築方法において、前記底版４を形成する際に前記床付け面５ａに補強繊維を含んだコンクリートを打設することを特徴とする。
【００２２】
このように、補強繊維が含まれるコンクリートを打設して、大深度立坑１の底版４を繊維補強コンクリートとして形成することにより、従来床付け面５ａ上に建て込み、または組み立てられていた鉄筋かごを無くし、または鉄筋量を少なくすることができる。そして、鉄筋かごの建て込み工程または組み立て工程を省略または軽減して、工期短縮を図ることができる。
【００２３】
請求項４に記載の発明は、例えば図１に示すように、請求項１から３のいずれかに記載の大深度立坑の構造において、前記底版４は、その版厚が中央にいくほど下方向に大きく形成されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項８に記載の発明は、例えば図１、３に示すように、請求項５から７のいずれかに記載の大深度立坑の構築方法において、前記床付け面５ａを掘削する際に中央にいくほど深く掘削し、前記底版４をその版厚を中央にいくほど下方向に大きく形成することを特徴とする。
【００２５】
ここで、底版４の版厚が中央にいくほど下方向に大きく形成する形状としては、底版４の底面４ａ形状を下方に向かって凸状の曲面としてもよいし、いくつかの平面で構成されるようにしてもよい。床付け面５ａを掘削する際には、それらの形状に合わせて掘削すればよい。
【００２６】
このように、底版４の版厚を中央にいくほど下方に向かって大きく形成することにより、底版４中央部の曲げモーメントに抵抗しやすい形状とし、従来床付け面５ａ上に建て込み、または組み立てられていた鉄筋かごを無くし、または鉄筋量を少なくすることができる。そして、鉄筋かごの建て込み工程または組み立て工程を省略または軽減して、工期短縮を図ることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、大深度立坑の構築において、地中連続壁工法による側壁を繊維補強コンクリートで形成するため、その側壁を構成する鉄筋かごを無くし、または鉄筋量を少なくして、鉄筋かごの建て込み工程を省略または軽減して、工期を短縮することができる。これにより、側壁の壁厚を深さ方向に変化させることができ、側壁を形成する作業を軽減して、さらに工期を短縮することができる。
また、底版を繊維補強コンクリートで形成する、または底版の版厚を中央にいくほど下方に向かって大きく形成するため、その底版を構成する鉄筋かごを無くし、または鉄筋量を少なくして、鉄筋かごの建て込み工程を省略または軽減して、工期を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。大深度立坑の構築は、その深度が３０ｍ以深であれば、圧気作業の制約からニューマチックケーソン工法では難しい。また、大深度地下利用が適用される都市部では、路下での施工を必要とする場合があり、躯体を地上から降下させていくオープンケーソン工法では難しい。したがって、路下での施工に多くの実績をもつ地中連続壁工法が主体になる。本実施の形態では、地中連続壁工法を合理化することにより、大幅な工期の短縮、工費の低減を図るものである。
【００２９】
図１、２に示すように、本実施の形態における大深度立坑１の構造は、地中に溝２を掘削し、この溝２内にコンクリートを打設して連続壁を形成する地中連続壁工法により形成される側壁３と、この側壁３の底部に形成される底版４とを備えている。
【００３０】
側壁３は、繊維補強コンクリートであり、その水平断面形状がほぼ円形に形成されている。大深度であれば、ほぼ円形の大深度立坑が応力的に有利である。土水圧によって生じるリング圧縮力が卓越し、引張力が小さくなるため、繊維補強コンクリートとすることで、引張力にも耐えられるようにしている。また、繊維補強コンクリートの適用により、鉄筋かごを建て込む工程が省略されるので、大幅に工期の短縮、工費の低減をすることができる。
【００３１】
さらに、側壁３の壁厚が深さ方向に変化し、上部側壁３ａが薄く下部側壁３ｂが厚く形成されている。上部側壁３ａと下部側壁３ｂとの連続部３ｃは、壁厚が徐々に厚くなるように内外両側に傾斜して、壁面が連続して形成されている。また、下部側壁３ｂの底部には、底版４が嵌め込まれるように壁厚を薄くした切欠き部３ｄが形成されている。これにより、底版４下の揚圧力で底版４が浮き上がることを抑止することができる。なお、切欠き部３ｄとする代わりに、下端に向かって内径が広がるような勾配をもつ形状に形成してもよい。
【００３２】
底版４は、繊維補強コンクリートで形成され、その版厚はその中央にいくほど下方向に大きく形成されている。その底面４ａの形状は、下方に向かって凸状の曲面になっている。このような曲面形状とすることで、曲げモーメントによって発生する底版４の応力を緩和することができる。
【００３３】
次に、本実施形態において地中連続壁工法に用いる回転式掘削機６について説明する。図５に示すように、回転式掘削機６は、従来の回転式掘削機を基本的な構成としている。すなわち、上方から昇降可能に吊り下げられて、下端部に地盤を切削するカッタードラム６ａを備えて、地盤を溝状に掘削するものである。その他、図示しない掘削土砂を排出する排泥設備等が備えられている。
【００３４】
カッタードラム６ａは、溝２の延長方向に対して前後に１基づつ設けられ、溝２の延長方向に対して垂直な回転軸を中心として回転して地盤を切削する。従来と異なり、このカッタードラム６ａには、その回転軸方向にカッタードラム６ａを伸縮させるスライド機構６ｂが設けられている。
【００３５】
また、図６に示すように、回転式掘削機６には、後述するように先行溝２１の延長方向の端部を回転切削して拡幅するための、ガット拡幅カッター６ｃが溝２の延長方向に対して前後両側面に１基づつ設けられている。そして、このガット拡幅カッター６ｃは、隣接するエレメントを所定の交差角度をもって施工する際に、その切削面すなわち回転軸が溝の延長方向に対して所定の角度となるように水平方向に旋回可能に設けられている。また、このガット拡幅カッター６ｃには、その回転軸方向にガット拡幅カッター６ｃを伸縮させるスライド機構６ｄが設けられている。例えば、前後２つのガット拡幅カッター６ｃの間隔を片側を狭め、もう片側を広げてハの字の状態に設定することができ、さらに、この状態からガット拡幅カッター６ｃを回転軸方向に伸縮させてハの字の形状を大きくすることができる。
【００３６】
次に、上述した回転式掘削機６を用いて、本実施の形態に係る大深度立坑１の構築方法を説明する。本実施の形態での作業は、おおよそ、地中連続壁工法により側壁３を形成する工程と、側壁３に囲まれた内部地盤５を水中掘削する工程と、床付け面５ａにコンクリートを水中打設して底版４を形成する工程と、内部の水を排出する工程によって行われる。
【００３７】
ここで、本実施の形態では、図４に示すように、地中連続壁工法により形成する側壁３の水平断面形状を、ほぼ円形に近い多角形とする。つまり、その一辺をなす各エレメントを隣接するエレメントに対して所定の交差角度をもってそれぞれ配置する。また、１エレメントを１ガットで施工するものとし、先行エレメント３１により両側を挟まれて後行エレメント３２の後行溝２２を掘削することにより、先行エレメント３１と後行エレメント３２とを交互に配置する。各エレメント間の接合は、カッティングジョイントとする。
【００３８】
まず、図２、４に示すように、溝２内に安定液を満たして溝２内壁面の崩壊を防止しながら、回転式掘削機６を上方から吊り下げて除々に下降させていき、先行溝２１を上部側壁３ａの壁厚に対応する溝幅で掘削する。その後、スライド機構６ｂを駆動しカッタードラム６ａを両外方に伸長して、下部側壁３ｂの壁厚に対応する溝幅で深さ方向の所定範囲を再度掘削して、溝拡幅部２ａの掘削を行う。このとき、延長方向の前後２つのガット拡幅カッター６ｃをハの字状に設定することにより、先行溝２１の延長方向の端面がこれに相対する後行エレメント３２の後行溝２２の延長方向の端面に平行になるように、ガット拡幅部２１ａを含んでほぼ台形状に先行溝２１を仕上げる。下部側壁３ｂの壁厚に対応する溝幅で掘削する際には、ガット拡幅カッター６ｃのスライド機構６ｄも両外方に伸長して行う。なお、溝拡幅部２ａの拡幅は溝２の下端まで行わずに、上部側壁３ａの溝幅のまま残しておく。
【００３９】
先行溝２１の掘削作業が完了したら、安定液を汲み上げながら、例えばトレミー管等を介して補強繊維を含んだコンクリートを打設して、先行溝２１に満たされた安定液をコンクリートと置換し、このコンクリートを硬化させる。これにより、先行エレメント３１が先行溝２１内にその断面形状に応じて形成される。すなわち、上部側壁３ａが薄く下部側壁３ｂが厚く形成され、下部側壁３ｂの底部には、底版４が嵌め込まれるように切欠き部３ｄが形成される。
【００４０】
先行エレメント３１のコンクリートが硬化した後、ガット拡幅カッター６ｃが先行エレメント３１の延長方向の端面に平行となるようにして、その端部をカッティングしながら、この回転式掘削機６を先行エレメント３１間に下降させて後行溝２２を矩形状に掘削する。後行溝２２の溝幅の拡幅を先行溝２１と同様に行う。また、下端部の切欠き部３ｄの掘削も先行溝２１と同様に行う。
【００４１】
後行溝２２の掘削作業が完了したら、先行エレメント３１のコンクリート打設と同様に、補強繊維を含んだコンクリートを打設すれば、後行エレメント３２が形成される。こうして、先行エレメント３１に後行エレメント３２がカッティングジョイントにより接合され、一体的に打ち継がれる。先行エレメント３１および後行エレメント３２の形成を繰り返すことで、それらをほぼ円形に閉合して地中連続壁を構築して側壁３を形成する。
【００４２】
側壁３を構築した後、図３に示すように、側壁３で囲まれる内側の内部地盤５を、ボイリングなどによる底部地盤の不安定化を抑止しながら、回転式あるいはバケット式の掘削機７を用いて、側壁３の底部付近の床付け面５ａまで水中掘削する。そして、床付け面５ａは、中央に向かって深くなるように曲面状に掘削して形成する。このとき、下部側壁３ｂの下端部の切欠き部３ｄ内側の土砂も取り除く。
【００４３】
内壁に囲まれた内側を掘削したら、補強繊維を含んだコンクリートを水中打設する。このコンクリートが硬化することにより、底版４はその版厚を中央にいくほど下方向に大きく曲面状に形成される。
【００４４】
底版４のコンクリートが硬化した後、側壁３および底版４に囲まれた内部の水を排出する。以上の工程の終了後、必要に応じた内部構造物（図示せず）を構築し、大深度立坑１を完成させる。
【００４５】
このように、地中連続壁の鉄筋かごの建て込みを一切無くした場合には、工期を大幅に短縮することができる。また、道路下の覆工された空間などの狭隘地での施工も効率的となる。
【００４６】
また、地中連続壁で囲まれた内部に水を充満して水中掘削を行い、底版４のコンクリートを水中打設し、内部の水を排水する方法をとれば、ボイリング、ヒービング、盤ぶくれ等に対する地中連続壁の根入れ長を通常よりも大幅に短くすることができ、工期および工費を低減できる。
【００４７】
大深度立坑１の底版４の下面を曲面形状とすることで、曲げモーメントによって発生する底版４の応力を緩和でき、また、底版４を繊維補強コンクリートとすることで、厚い底版４の鉄筋の設置に関わる作業を省略して工期を短縮することができる。
【００４８】
なお、以上の実施の形態においては、大深度立坑１の側壁３の水平断面形状をほぼ円形としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、地盤条件等によっては、多角形としてもよい。また、側壁３の壁厚も二段に変化するようにしたが、これ以上に変化させることも可能である。さらに、下部側壁３ｂを補強繊維コンクリートで上部側壁３ａを鉄筋コンクリートで形成する、または補強繊維コンクリートに補強材として鉄筋かごを部分的に挿入する、などして複合的な構成をとってもよい。
また、底版４を繊維補強コンクリートとした場合には、底版４の底面４ａを平面状にしてもよく、底版４の底面４ａを曲面状にした場合には、通常の無筋コンクリートとしてもよい。
【００４９】
また、地中連続壁を構築する際に、１ガット１エレメント方式としたが、現場状況などに応じてエレメントのガット数を増すことも可能である。溝２を拡幅掘削する際にも、拡幅部分を再度掘削して拡幅することなく、カッタードラム６ａを往復スライドさせながら順次深さ方向に拡幅してもよい。また、先行溝２１をほぼ台形状に掘削し後行溝２２を矩形状に掘削するようにしたが、側壁の水平断面形状等に応じて、これを逆にして、先行溝を矩形状に掘削し、後行溝をほぼ台形状に掘削することも可能である。その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明を適用した一実施の形態の大深度立坑の構造を示す図であり、（ａ）は鉛直断面図、（ｂ）は上部側壁の水平断面図、（ｃ）下部側壁の水平断面図である。
【図２】側壁を地中連続壁工法により形成する際に、壁厚の拡幅を説明する鉛直断面図である。
【図３】側壁に囲まれた内部地盤の掘削を説明する鉛直断面図であり、（ａ）は水中掘削を、（ｂ）は排水後の立坑を説明する図である。
【図４】エレメントの接合を説明する部分水平断面図である。
【図５】回転式掘削機のスライド機構を説明するための概略図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は通常状態の側面図、（ｃ）は伸長状態の側面図である。
【図６】回転式掘削機のガット拡幅カッターを説明するための概略図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は平断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 大深度立坑
２ 溝
２ａ 溝拡幅部
３ 側壁
３ａ 上部側壁
３ｂ 下部側壁
３ｃ 連続部
３ｄ 切欠き部
４ 底版
４ａ 底面
５ 内部地盤
５ａ 床付け面
６ 回転式掘削機
６ａ カッタードラム
６ｂ スライド機構
６ｃ ガット拡幅カッター
６ｄ スライド機構
２１ 先行溝
２１ａ ガット拡幅部
２２ 後行溝
３１ 先行エレメント
３２ 後行エレメント
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道、道路、電力、ガス、情報通信、水路、上下水道など多くの分野に利用でき、地下空間利用のための出入路としたり、地中構造物との連絡系統を構成したり、シールドトンネル工法などの施工に際しての仮設構造物としての機能を分担したりする、大深度立坑の構造と構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、立坑の構築に際しては、ニューマチックケーソン工法、オープンケーソン工法などのように、地上で躯体を構築してその内部を掘削しながら地盤中に沈設する方法がある。また、地中連続壁工法（鉄筋コンクリート連壁、鋼製連壁）、鋼管矢板壁工法、ソイルセメント柱列壁工法などによって、土留めを行い、地盤の崩壊を防ぎながら内部を掘削する方法がある。また、立坑の構造は、構造的に応力を負担する部分については、一般に鉄筋コンクリート構造、あるいは鋼部材から構成される。
【０００３】
しかし、深さ３０ｍを越える大深度立坑では、ニューマチックケーソン工法は圧気作業の制約、ソイルセメント柱列壁工法はソイル部の止水性の問題および壁体の負担できる応力の限界から、それぞれ適用が難しい。また、オープンケーソン工法は、内部に圧気を掛けないため、大深度の施工も可能であるが、施工中に地上部分を大きく占有する他、沈設する躯体の傾斜や位置ずれが問題で構築精度の管理が困難である。そのため、多くの場合、鉄筋コンクリートの地中連続壁工法が採用される（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】社団法人土木学会編「第四版土木工学ハンドブック」技報堂出版、１９９３年１１月２０日、ｐ．２２８３〜２２８４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
鉄筋コンクリートの地中連続壁工法は、地上で鉄筋かごを組み立て、地中連続壁用の掘削機で掘削された溝内に鉄筋かごを建て込まなければならない。大深度施工になると１エレメントの鉄筋かごの建て込みに数日を要することもあり、１工事単位で考えるとこの鉄筋かごの建て込み作業は優に数十日を超え、工期短縮の障害となることが多い。
【０００５】
また、交通頻繁な路上における地上からの鉄筋かごの建て込みは困難であるため、路下での施工となる場合がある。この場合、短尺の鉄筋かごピースの上下鉄筋を機械式継手などで連結しながら建て込まなければならず、鉄筋かごが多段になるため作業は著しく煩雑となり、工期は一段と遅延する。
【０００６】
さらに、通常、鉄筋かごは地上から掘削された溝内に挿入するため、上から下まで同一の断面寸法となり、鉄筋かご自体の厚さを容易に変えることはできない。つまり、鉄筋かごの場合は、溝の下部で溝の幅を拡大させても、鉄筋かごを拡大した溝幅に合わせて設置することは困難である。そして、溝の下部に設置される鉄筋かごの大きさに合わせて、上部の溝を掘削する必要がある。
【０００７】
また、立坑内部の掘削床付け面に構築する底版は、通常、鉄筋コンクリートで構成されるが、底版の形状を等厚の平らな板状とした場合、広い面積の底版では支持スパンが長くなり応力的に厚い版厚を要する。また、厚い底版の配筋作業に時間を要し、工期が長くなる要因となる。
【０００８】
本発明の課題は、地中連続壁工法を用いて大深度立坑を構築する際に、掘削された溝内への鉄筋かごの建て込み作業を省略または軽減して、工期を短縮することである。また、底版の配筋作業を省略または軽減して、工期を短縮することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、例えば図１、２に示すように、地中に溝２を掘削し、この溝２内にコンクリートを打設して連続壁を構築する地中連続壁工法により形成される側壁３と、この側壁３の所定深さに形成される底版４とを備える大深度立坑１の構造であって、前記側壁３は、繊維補強コンクリートで形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、例えば図１、２に示すように、地中に溝２を掘削し、この溝２内にコンクリートを打設して連続壁を構築する地中連続壁工法により側壁３を形成し、この側壁３で囲まれる内部地盤５を所定深さの床付け面５ａまで掘削し、この床付け面５ａに底版４を形成して構築する大深度立坑１の構築方法であって、側壁３を形成する際に補強繊維を含んだコンクリートを打設することを特徴とする。
【００１１】
ここで、地中連続壁工法とは、前述したように従来からある工法であり、例えば、地中に掘削される溝に安定液を満たし溝壁面の崩壊を防ぎながら各種の掘削機で溝状に掘削をつづけ、スライム処理、鉄筋かごの建て込み、コンクリート打設などの一連の工程を繰り返し、順次地中連続壁を築造する工法である。また、地下連続壁工法、単に連壁工法ともいう。なお、地中に掘削された孔内に既成杭を建て込んだり、場所打ち杭を造成したりなどして、柱列状の壁体を築造する柱列式地下連続壁工法は含まない。
【００１２】
また、繊維補強コンクリートとは、コンクリートに繊維を混入して補強されているものである。補強繊維としては、例えば、鋼、ガラス、炭素、有機系等の繊維素材を長さ数ミリから数十ミリに切断したものが挙げられる。
【００１３】
このように、補強繊維を含んでコンクリートを打設して、大深度立坑１の側壁３を繊維補強コンクリートとして形成することにより、従来溝２内に建て込んでいた鉄筋かごを無くし、または鉄筋量を少なくすることができる。そして、鉄筋かごの建て込み工程を省略または軽減して、工期短縮を図ることができる。
【００１４】
また、従来、鉄筋かごを地上から溝２内に挿入するために、溝２の幅を上から下まで同一の寸法とする必要があったが、鉄筋かごを無くし、または鉄筋量を少なくすることにより、溝２の幅を変えても支障が無くなる、または支障が少なくなる。
【００１５】
なお、大深度立坑１の側壁３の水平断面形状は、円形または多角形とする。なお、円形には、真円はもちろんのこと、ほぼ円形のものも含まれる。ほぼ円形とは、円形に近似した多角形をいう。側壁３の水平断面形状をほぼ円形とすることにより、土圧等の外力が円周に沿って圧縮力として伝達される効果が働き、さらに鉄筋量を少なくすることができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、例えば図１に示すように、請求項１に記載の大深度立坑の構造において、前記側壁３は、その壁厚が深さ方向に変化していることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、例えば図１，２に示すように、請求項５に記載の大深度立坑の構築方法において、前記溝２を掘削する際に深さ方向に溝幅を変化させて掘削し、前記側壁３をその壁厚を深さ方向に変化させて形成することを特徴とする。
【００１８】
ここで、溝２の溝幅または側壁３の壁厚の変化とは、溝２の幅また側壁３の厚さの増減であり、この増減には、例えば階段状のもの、ほぼ直線状のものが含まれる。
【００１９】
このように、従来側壁３の壁厚が一律であったが、側壁３の壁厚を深さ方向にその土質等に応じて適切に変化させることにより、側壁３を形成する作業を軽減して、さらに工期短縮を図ることができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、例えば図１に示すように、請求項１または２に記載の大深度立坑の構造において、前記底版４は、繊維補強コンクリートで形成されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、例えば図１に示すように、請求項５または６に記載の大深度立坑の構築方法において、前記底版４を形成する際に前記床付け面５ａに補強繊維を含んだコンクリートを打設することを特徴とする。
【００２２】
このように、補強繊維が含まれるコンクリートを打設して、大深度立坑１の底版４を繊維補強コンクリートとして形成することにより、従来床付け面５ａ上に建て込み、または組み立てられていた鉄筋かごを無くし、または鉄筋量を少なくすることができる。そして、鉄筋かごの建て込み工程または組み立て工程を省略または軽減して、工期短縮を図ることができる。
【００２３】
請求項４に記載の発明は、例えば図１に示すように、請求項１から３のいずれかに記載の大深度立坑の構造において、前記底版４は、その版厚が中央にいくほど下方向に大きく形成されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項８に記載の発明は、例えば図１、３に示すように、請求項５から７のいずれかに記載の大深度立坑の構築方法において、前記床付け面５ａを掘削する際に中央にいくほど深く掘削し、前記底版４をその版厚を中央にいくほど下方向に大きく形成することを特徴とする。
【００２５】
ここで、底版４の版厚が中央にいくほど下方向に大きく形成する形状としては、底版４の底面４ａ形状を下方に向かって凸状の曲面としてもよいし、いくつかの平面で構成されるようにしてもよい。床付け面５ａを掘削する際には、それらの形状に合わせて掘削すればよい。
【００２６】
このように、底版４の版厚を中央にいくほど下方に向かって大きく形成することにより、底版４中央部の曲げモーメントに抵抗しやすい形状とし、従来床付け面５ａ上に建て込み、または組み立てられていた鉄筋かごを無くし、または鉄筋量を少なくすることができる。そして、鉄筋かごの建て込み工程または組み立て工程を省略または軽減して、工期短縮を図ることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、大深度立坑の構築において、地中連続壁工法による側壁を繊維補強コンクリートで形成するため、その側壁を構成する鉄筋かごを無くし、または鉄筋量を少なくして、鉄筋かごの建て込み工程を省略または軽減して、工期を短縮することができる。これにより、側壁の壁厚を深さ方向に変化させることができ、側壁を形成する作業を軽減して、さらに工期を短縮することができる。
また、底版を繊維補強コンクリートで形成する、または底版の版厚を中央にいくほど下方に向かって大きく形成するため、その底版を構成する鉄筋かごを無くし、または鉄筋量を少なくして、鉄筋かごの建て込み工程を省略または軽減して、工期を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。大深度立坑の構築は、その深度が３０ｍ以深であれば、圧気作業の制約からニューマチックケーソン工法では難しい。また、大深度地下利用が適用される都市部では、路下での施工を必要とする場合があり、躯体を地上から降下させていくオープンケーソン工法では難しい。したがって、路下での施工に多くの実績をもつ地中連続壁工法が主体になる。本実施の形態では、地中連続壁工法を合理化することにより、大幅な工期の短縮、工費の低減を図るものである。
【００２９】
図１、２に示すように、本実施の形態における大深度立坑１の構造は、地中に溝２を掘削し、この溝２内にコンクリートを打設して連続壁を形成する地中連続壁工法により形成される側壁３と、この側壁３の底部に形成される底版４とを備えている。
【００３０】
側壁３は、繊維補強コンクリートであり、その水平断面形状がほぼ円形に形成されている。大深度であれば、ほぼ円形の大深度立坑が応力的に有利である。土水圧によって生じるリング圧縮力が卓越し、引張力が小さくなるため、繊維補強コンクリートとすることで、引張力にも耐えられるようにしている。また、繊維補強コンクリートの適用により、鉄筋かごを建て込む工程が省略されるので、大幅に工期の短縮、工費の低減をすることができる。
【００３１】
さらに、側壁３の壁厚が深さ方向に変化し、上部側壁３ａが薄く下部側壁３ｂが厚く形成されている。上部側壁３ａと下部側壁３ｂとの連続部３ｃは、壁厚が徐々に厚くなるように内外両側に傾斜して、壁面が連続して形成されている。また、下部側壁３ｂの底部には、底版４が嵌め込まれるように壁厚を薄くした切欠き部３ｄが形成されている。これにより、底版４下の揚圧力で底版４が浮き上がることを抑止することができる。なお、切欠き部３ｄとする代わりに、下端に向かって内径が広がるような勾配をもつ形状に形成してもよい。
【００３２】
底版４は、繊維補強コンクリートで形成され、その版厚はその中央にいくほど下方向に大きく形成されている。その底面４ａの形状は、下方に向かって凸状の曲面になっている。このような曲面形状とすることで、曲げモーメントによって発生する底版４の応力を緩和することができる。
【００３３】
次に、本実施形態において地中連続壁工法に用いる回転式掘削機６について説明する。図５に示すように、回転式掘削機６は、従来の回転式掘削機を基本的な構成としている。すなわち、上方から昇降可能に吊り下げられて、下端部に地盤を切削するカッタードラム６ａを備えて、地盤を溝状に掘削するものである。その他、図示しない掘削土砂を排出する排泥設備等が備えられている。
【００３４】
カッタードラム６ａは、溝２の延長方向に対して前後に１基づつ設けられ、溝２の延長方向に対して垂直な回転軸を中心として回転して地盤を切削する。従来と異なり、このカッタードラム６ａには、その回転軸方向にカッタードラム６ａを伸縮させるスライド機構６ｂが設けられている。
【００３５】
また、図６に示すように、回転式掘削機６には、後述するように先行溝２１の延長方向の端部を回転切削して拡幅するための、ガット拡幅カッター６ｃが溝２の延長方向に対して前後両側面に１基づつ設けられている。そして、このガット拡幅カッター６ｃは、隣接するエレメントを所定の交差角度をもって施工する際に、その切削面すなわち回転軸が溝の延長方向に対して所定の角度となるように水平方向に旋回可能に設けられている。また、このガット拡幅カッター６ｃには、その回転軸方向にガット拡幅カッター６ｃを伸縮させるスライド機構６ｄが設けられている。例えば、前後２つのガット拡幅カッター６ｃの間隔を片側を狭め、もう片側を広げてハの字の状態に設定することができ、さらに、この状態からガット拡幅カッター６ｃを回転軸方向に伸縮させてハの字の形状を大きくすることができる。
【００３６】
次に、上述した回転式掘削機６を用いて、本実施の形態に係る大深度立坑１の構築方法を説明する。本実施の形態での作業は、おおよそ、地中連続壁工法により側壁３を形成する工程と、側壁３に囲まれた内部地盤５を水中掘削する工程と、床付け面５ａにコンクリートを水中打設して底版４を形成する工程と、内部の水を排出する工程によって行われる。
【００３７】
ここで、本実施の形態では、図４に示すように、地中連続壁工法により形成する側壁３の水平断面形状を、ほぼ円形に近い多角形とする。つまり、その一辺をなす各エレメントを隣接するエレメントに対して所定の交差角度をもってそれぞれ配置する。また、１エレメントを１ガットで施工するものとし、先行エレメント３１により両側を挟まれて後行エレメント３２の後行溝２２を掘削することにより、先行エレメント３１と後行エレメント３２とを交互に配置する。各エレメント間の接合は、カッティングジョイントとする。
【００３８】
まず、図２、４に示すように、溝２内に安定液を満たして溝２内壁面の崩壊を防止しながら、回転式掘削機６を上方から吊り下げて除々に下降させていき、先行溝２１を上部側壁３ａの壁厚に対応する溝幅で掘削する。その後、スライド機構６ｂを駆動しカッタードラム６ａを両外方に伸長して、下部側壁３ｂの壁厚に対応する溝幅で深さ方向の所定範囲を再度掘削して、溝拡幅部２ａの掘削を行う。このとき、延長方向の前後２つのガット拡幅カッター６ｃをハの字状に設定することにより、先行溝２１の延長方向の端面がこれに相対する後行エレメント３２の後行溝２２の延長方向の端面に平行になるように、ガット拡幅部２１ａを含んでほぼ台形状に先行溝２１を仕上げる。下部側壁３ｂの壁厚に対応する溝幅で掘削する際には、ガット拡幅カッター６ｃのスライド機構６ｄも両外方に伸長して行う。なお、溝拡幅部２ａの拡幅は溝２の下端まで行わずに、上部側壁３ａの溝幅のまま残しておく。
【００３９】
先行溝２１の掘削作業が完了したら、安定液を汲み上げながら、例えばトレミー管等を介して補強繊維を含んだコンクリートを打設して、先行溝２１に満たされた安定液をコンクリートと置換し、このコンクリートを硬化させる。これにより、先行エレメント３１が先行溝２１内にその断面形状に応じて形成される。すなわち、上部側壁３ａが薄く下部側壁３ｂが厚く形成され、下部側壁３ｂの底部には、底版４が嵌め込まれるように切欠き部３ｄが形成される。
【００４０】
先行エレメント３１のコンクリートが硬化した後、ガット拡幅カッター６ｃが先行エレメント３１の延長方向の端面に平行となるようにして、その端部をカッティングしながら、この回転式掘削機６を先行エレメント３１間に下降させて後行溝２２を矩形状に掘削する。後行溝２２の溝幅の拡幅を先行溝２１と同様に行う。また、下端部の切欠き部３ｄの掘削も先行溝２１と同様に行う。
【００４１】
後行溝２２の掘削作業が完了したら、先行エレメント３１のコンクリート打設と同様に、補強繊維を含んだコンクリートを打設すれば、後行エレメント３２が形成される。こうして、先行エレメント３１に後行エレメント３２がカッティングジョイントにより接合され、一体的に打ち継がれる。先行エレメント３１および後行エレメント３２の形成を繰り返すことで、それらをほぼ円形に閉合して地中連続壁を構築して側壁３を形成する。
【００４２】
側壁３を構築した後、図３に示すように、側壁３で囲まれる内側の内部地盤５を、ボイリングなどによる底部地盤の不安定化を抑止しながら、回転式あるいはバケット式の掘削機７を用いて、側壁３の底部付近の床付け面５ａまで水中掘削する。そして、床付け面５ａは、中央に向かって深くなるように曲面状に掘削して形成する。このとき、下部側壁３ｂの下端部の切欠き部３ｄ内側の土砂も取り除く。
【００４３】
内壁に囲まれた内側を掘削したら、補強繊維を含んだコンクリートを水中打設する。このコンクリートが硬化することにより、底版４はその版厚を中央にいくほど下方向に大きく曲面状に形成される。
【００４４】
底版４のコンクリートが硬化した後、側壁３および底版４に囲まれた内部の水を排出する。以上の工程の終了後、必要に応じた内部構造物（図示せず）を構築し、大深度立坑１を完成させる。
【００４５】
このように、地中連続壁の鉄筋かごの建て込みを一切無くした場合には、工期を大幅に短縮することができる。また、道路下の覆工された空間などの狭隘地での施工も効率的となる。
【００４６】
また、地中連続壁で囲まれた内部に水を充満して水中掘削を行い、底版４のコンクリートを水中打設し、内部の水を排水する方法をとれば、ボイリング、ヒービング、盤ぶくれ等に対する地中連続壁の根入れ長を通常よりも大幅に短くすることができ、工期および工費を低減できる。
【００４７】
大深度立坑１の底版４の下面を曲面形状とすることで、曲げモーメントによって発生する底版４の応力を緩和でき、また、底版４を繊維補強コンクリートとすることで、厚い底版４の鉄筋の設置に関わる作業を省略して工期を短縮することができる。
【００４８】
なお、以上の実施の形態においては、大深度立坑１の側壁３の水平断面形状をほぼ円形としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、地盤条件等によっては、多角形としてもよい。また、側壁３の壁厚も二段に変化するようにしたが、これ以上に変化させることも可能である。さらに、下部側壁３ｂを補強繊維コンクリートで上部側壁３ａを鉄筋コンクリートで形成する、または補強繊維コンクリートに補強材として鉄筋かごを部分的に挿入する、などして複合的な構成をとってもよい。
また、底版４を繊維補強コンクリートとした場合には、底版４の底面４ａを平面状にしてもよく、底版４の底面４ａを曲面状にした場合には、通常の無筋コンクリートとしてもよい。
【００４９】
また、地中連続壁を構築する際に、１ガット１エレメント方式としたが、現場状況などに応じてエレメントのガット数を増すことも可能である。溝２を拡幅掘削する際にも、拡幅部分を再度掘削して拡幅することなく、カッタードラム６ａを往復スライドさせながら順次深さ方向に拡幅してもよい。また、先行溝２１をほぼ台形状に掘削し後行溝２２を矩形状に掘削するようにしたが、側壁の水平断面形状等に応じて、これを逆にして、先行溝を矩形状に掘削し、後行溝をほぼ台形状に掘削することも可能である。その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明を適用した一実施の形態の大深度立坑の構造を示す図であり、（ａ）は鉛直断面図、（ｂ）は上部側壁の水平断面図、（ｃ）下部側壁の水平断面図である。
【図２】側壁を地中連続壁工法により形成する際に、壁厚の拡幅を説明する鉛直断面図である。
【図３】側壁に囲まれた内部地盤の掘削を説明する鉛直断面図であり、（ａ）は水中掘削を、（ｂ）は排水後の立坑を説明する図である。
【図４】エレメントの接合を説明する部分水平断面図である。
【図５】回転式掘削機のスライド機構を説明するための概略図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は通常状態の側面図、（ｃ）は伸長状態の側面図である。
【図６】回転式掘削機のガット拡幅カッターを説明するための概略図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は平断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 大深度立坑
２ 溝
２ａ 溝拡幅部
３ 側壁
３ａ 上部側壁
３ｂ 下部側壁
３ｃ 連続部
３ｄ 切欠き部
４ 底版
４ａ 底面
５ 内部地盤
５ａ 床付け面
６ 回転式掘削機
６ａ カッタードラム
６ｂ スライド機構
６ｃ ガット拡幅カッター
６ｄ スライド機構
２１ 先行溝
２１ａ ガット拡幅部
２２ 後行溝
３１ 先行エレメント
３２ 後行エレメント
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に溝を掘削し、この溝内にコンクリートを打設して連続壁を構築する地中連続壁工法により形成される側壁と、この側壁の所定深さに形成される底版とを備える大深度立坑の構造であって、
前記側壁は、繊維補強コンクリートで形成されていることを特徴とする大深度立坑の構造。
【請求項２】
前記側壁は、その壁厚が深さ方向に変化していることを特徴とする請求項１に記載の大深度立坑の構造。
【請求項３】
前記底版は、繊維補強コンクリートで形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の大深度立坑の構造。
【請求項４】
前記底版は、その版厚が中央にいくほど下方向に大きくなっていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の大深度立坑の構造。
【請求項５】
地中に溝を掘削し、この溝内にコンクリートを打設して連続壁を構築する地中連続壁工法により側壁を形成し、この側壁で囲まれる内部地盤を所定深さの床付け面まで掘削し、この床付け面に底版を形成して構築する大深度立坑の構築方法であって、
側壁を形成する際に補強繊維を含んだコンクリートを打設することを特徴とする大深度立坑の構築方法。
【請求項６】
前記溝を掘削する際に深さ方向に溝幅を変化させて掘削し、前記側壁をその壁厚を深さ方向に変化させて形成することを特徴とする請求項５に記載の大深度立坑の構築方法。
【請求項７】
前記底版を形成する際に前記床付け面に補強繊維を含んだコンクリートを打設することを特徴とする請求項５または６に記載の大深度立坑の構築方法。
【請求項８】
前記床付け面を掘削する際に中央にいくほど深く掘削し、前記底版をその版厚を中央にいくほど下方向に大きく形成することを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の大深度立坑の構築方法。
【請求項１】
地中に溝を掘削し、この溝内にコンクリートを打設して連続壁を構築する地中連続壁工法により形成される側壁と、この側壁の所定深さに形成される底版とを備える大深度立坑の構造であって、
前記側壁は、繊維補強コンクリートで形成されていることを特徴とする大深度立坑の構造。
【請求項２】
前記側壁は、その壁厚が深さ方向に変化していることを特徴とする請求項１に記載の大深度立坑の構造。
【請求項３】
前記底版は、繊維補強コンクリートで形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の大深度立坑の構造。
【請求項４】
前記底版は、その版厚が中央にいくほど下方向に大きくなっていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の大深度立坑の構造。
【請求項５】
地中に溝を掘削し、この溝内にコンクリートを打設して連続壁を構築する地中連続壁工法により側壁を形成し、この側壁で囲まれる内部地盤を所定深さの床付け面まで掘削し、この床付け面に底版を形成して構築する大深度立坑の構築方法であって、
側壁を形成する際に補強繊維を含んだコンクリートを打設することを特徴とする大深度立坑の構築方法。
【請求項６】
前記溝を掘削する際に深さ方向に溝幅を変化させて掘削し、前記側壁をその壁厚を深さ方向に変化させて形成することを特徴とする請求項５に記載の大深度立坑の構築方法。
【請求項７】
前記底版を形成する際に前記床付け面に補強繊維を含んだコンクリートを打設することを特徴とする請求項５または６に記載の大深度立坑の構築方法。
【請求項８】
前記床付け面を掘削する際に中央にいくほど深く掘削し、前記底版をその版厚を中央にいくほど下方向に大きく形成することを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の大深度立坑の構築方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−１２５１４８（Ｐ２００６−１２５１４８Ａ）
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３１８２６２（Ｐ２００４−３１８２６２）
【出願日】平成１６年１１月１日（２００４．１１．１）
【出願人】（０００２０１４７８）前田建設工業株式会社 (358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月１日（２００４．１１．１）
【出願人】（０００２０１４７８）前田建設工業株式会社 (358)
【Ｆターム（参考）】
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