JP6677484B2 - Pneumatic caisson method - Google Patents
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Description
本発明は、ニューマチックケーソン工法に関するものであり、特に、掘削方向に透水性が異なる地盤が存在する場合に、ケーソン作業室内へ効率的に送気を行うことが可能なニューマチックケーソン工法に関するものである。 The present invention relates to a pneumatic caisson method, and more particularly to a pneumatic caisson method capable of efficiently supplying air into a caisson working chamber when grounds having different permeability in the excavation direction are present. It is.
ニューマチックケーソン工法は、筺体の下部にケーソン作業室を設け、このケーソン作業室内に地下水圧に相当する圧縮空気を送り込んで、ケーソン作業室内への地下水の流入を抑制し、ケーソン作業室内で掘削を行いながら、筺体を地盤中に沈下させて、地下構造物を構築する工法である。ニューマチックケーソン工法により構築する地下構造物は、橋梁や構造物の基礎、地下調整池、シールドトンネルの立坑、地下鉄やトンネルの本体構造物等である。 In the pneumatic caisson method, a caisson work room is provided at the lower part of the housing, compressed air equivalent to groundwater pressure is sent into this caisson work room, the inflow of groundwater into the caisson work room is suppressed, and excavation in the caisson work room This is a method of constructing an underground structure by lowering the housing into the ground while performing. The underground structures constructed by the pneumatic caisson method are the foundations of bridges and structures, underground regulating ponds, shafts of shield tunnels, and main structures of subways and tunnels.
具体的には、筒状筐体の下部に設けたケーソン作業室の下端部に、下方へ向かって鋭角状となった刃を設けておき、筒状筐体の自重および載荷によって筒状筐体を地中に沈設する。その後、筒状筐体を増設して、筒状筐体を所望の大きさにしていきながら、筒状筐体を沈設する際の載荷として利用する（例えば、特許文献１参照）。 Specifically, at the lower end of the caisson working chamber provided at the lower part of the cylindrical housing, a blade having an acute angle is provided downward, and the weight of the cylindrical housing and the load on the cylindrical housing Is submerged in the ground. After that, the cylindrical housing is increased and used as a load when the cylindrical housing is sunk while the cylindrical housing is being sized to a desired size (for example, see Patent Document 1).
上述したように、ニューマチックケーソン工法では、ケーソン作業室内への地下水流入量が適正量となるように送気圧力を設定して、ケーソン作業室内に圧送する空気圧を管理することが必要となる。しかし、適正な地下水流入量に対する送気圧力は、施工場所の土質や透水係数等により一律に決定することができないのが現状である。 As described above, in the pneumatic caisson method, it is necessary to set the air supply pressure so that the amount of groundwater flowing into the caisson work chamber becomes an appropriate amount, and to control the air pressure to be pumped into the caisson work chamber. However, at present, the air supply pressure for an appropriate amount of groundwater inflow cannot be determined uniformly depending on the soil properties, permeability, etc. of the construction site.
すなわち、ケーソン作業室内への地下水流入量は、掘削対象地盤の透水係数に応じて変化する。図６に示すように、透水係数が大きければ通気係数が小さくなり、透水係数が小さくなれば通気係数が大きくなる。また、透水係数は飽和度に依存している。したがって、掘削対象地盤の飽和度を適正に管理することにより、作業効率を向上させることができる。 That is, the amount of groundwater flowing into the caisson work chamber changes according to the hydraulic conductivity of the ground to be excavated. As shown in FIG. 6, the permeability coefficient decreases as the permeability coefficient increases, and the permeability coefficient increases as the permeability coefficient decreases. In addition, the hydraulic conductivity depends on the degree of saturation. Therefore, work efficiency can be improved by appropriately managing the degree of saturation of the ground to be excavated.
ところで、ニューマチックケーソン工法により大深度（例えば、深度７０ｍ程度）の立坑を掘削するには、対応可能な水圧に対して設備面及び安全面での余裕がない場合が多い。また、大深度の立坑では、ケーソン作業室内の圧力を高める必要があり、ケーソン作業室内の圧力が高くなるほど、ケーソン作業室内における作業員の作業時間が短くなるとともに、減圧時間が長くなるため、作業効率が悪い。 By the way, when excavating a shaft at a large depth (for example, a depth of about 70 m) by the pneumatic caisson method, there is often no room in terms of facilities and safety with respect to the applicable water pressure. In a deep shaft, it is necessary to increase the pressure in the caisson work chamber.The higher the pressure in the caisson work chamber, the shorter the work time of the worker in the caisson work chamber and the longer the decompression time. ineffective.
さらに、地盤が透水性層と難透水性層とを有している場合には、難透水性の地盤から透水性の地盤へと掘削が進行した際に、ケーソン作業室内への地下水流入量が急激に増加するため、ケーソン作業室内の圧力を高めなければならない。しかし、ケーソン作業室内の圧力を高めるには時間がかかるため、掘削作業の効率が低下する。 Furthermore, when the ground has a permeable layer and a poorly permeable layer, when excavation progresses from the poorly permeable ground to the permeable ground, the amount of groundwater flowing into the caisson work chamber is reduced. Due to the rapid increase, the pressure in the caisson workroom must be increased. However, it takes time to increase the pressure in the caisson work chamber, which reduces the efficiency of excavation work.
本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、掘削対象地盤の飽和度を適正に管理することにより、作業効率を高めることが可能なニューマチックケーソン工法を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a pneumatic caisson method capable of improving work efficiency by appropriately managing the degree of saturation of a ground to be excavated.
本発明に係るニューマチックケーソン工法は、上述した目的を達成するために提案されたもので、以下の特徴を有している。すなわち、本発明に係るニューマチックケーソン工法は、掘削対象地盤を不飽和化することにより透水性が低くなるという知見に基づいて、ケーソン躯体（筐体）の刃口下方の地盤へ向かって気体を注入して不飽和領域を形成し、ケーソン躯体（筐体）の沈設に伴い、ケーソン躯体（筐体）の周辺地盤に不飽和領域を形成することにより、ケーソン作業室内への地下水流入量を低減させることを特徴とするものである。なお、ケーソン作業室内には、周辺地盤から地下水が流入するため、ケーソン作業室内の圧力を高めているが、本発明に係るニューマチックケーソン工法では、不飽和領域を形成することにより、ケーソン作業室内の圧力を必要以上に高めることなく、ケーソン作業室内へ流入する地下水量を減らして、僅かな地下水の流入を許容し、あるいは地下水の流入をほぼ阻止している。 The pneumatic caisson method according to the present invention has been proposed to achieve the above-mentioned object, and has the following features. That is, the pneumatic caisson method according to the present invention is based on the finding that the water permeability is reduced by desaturating the ground to be excavated, and the gas is directed toward the ground below the cutting edge of the caisson body (housing). Injection creates an unsaturated region, and with the subsidence of the caisson body (housing), forms an unsaturated area around the caisson body (housing) to reduce the amount of groundwater flowing into the caisson work room It is characterized by the following. In addition, the groundwater flows from the surrounding ground into the caisson work chamber, so the pressure in the caisson work chamber is increased. However, in the pneumatic caisson method according to the present invention, the caisson work chamber is formed by forming an unsaturated region. Without increasing the pressure more than necessary, the amount of groundwater flowing into the caisson work room is reduced, allowing a small amount of groundwater to flow, or substantially preventing groundwater from flowing.
不飽和領域を形成する工程では、ケーソン躯体（筐体）内に設置したケーシングを通じて刃口の下方に存在する地盤にボーリング孔を形成し、当該ボーリング孔を介して当該刃口の下方に存在する地盤中に気体を注入する。また、不飽和領域を形成する工程では、ケーソン躯体（筐体）内に設置した滑材注入管を介して、ケーソン躯体（筐体）の周辺地盤中に気体を注入してもよい。 In the step of forming the unsaturated region , a boring hole is formed in the ground existing below the cutting edge through a casing installed in a caisson skeleton (housing), and the boring hole exists below the cutting edge through the boring hole. Inject gas into the ground. In the step of forming the unsaturated region , a gas may be injected into the surrounding ground of the caisson body (housing) through a lubricant injection pipe installed in the caisson body (housing).
また、難透水性層を挟んで上下に透水性層が存在する地盤では、予め難透水性層の下部に存在する透水性層へ気体を注入して、難透水性層の下部に存在する透水性層の周辺地盤に不飽和領域を形成することが好ましい。この場合、上述した「ケーソン躯体（筐体）内に設置したケーシングを通じて刃口の下方に存在する地盤にボーリング孔を形成し、当該ボーリング孔を介して当該刃口の下方に存在する地盤中に気体を注入する」方法を採用することが好ましい。 In addition, in the ground where a water-permeable layer is present above and below the water-impermeable layer, gas is injected into the water-permeable layer existing under the water-impermeable layer in advance, and the water existing under the water-impermeable layer is injected. It is preferable to form an unsaturated region in the ground around the conductive layer. In this case, a boring hole is formed in the ground existing below the blade through the casing installed in the caisson skeleton (housing) described above, and the ground existing below the blade is formed through the boring hole in the ground. It is preferable to adopt the method of “injecting gas” .
本発明に係るニューマチックケーソン工法によれば、ケーソン躯体（筐体）の沈設に伴い、ケーソン躯体（筐体）の周辺地盤に不飽和領域を形成することにより、掘削対象地盤の飽和度を適正に管理して、作業効率を高めることが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the pneumatic caisson construction method which concerns on this invention, the saturation degree of the ground to be excavated is appropriately formed by forming an unsaturated area in the ground surrounding the caisson frame (housing) with the sinking of the caisson frame (housing). , And work efficiency can be improved.
また、難透水性層を挟んで上下に透水性層が存在する地盤において、予め難透水性層の下部に存在する透水性層へ気体を注入して、難透水性層の下部に存在する透水性層の周辺地盤に不飽和領域を形成することにより、難透水性層から透水性層へ掘削が進行した際に、ケーソン作業室内への地下水流入量の急激な増加を防止することができる。 In addition, in the ground where a water-permeable layer is present above and below the water-impermeable layer, gas is injected into the water-permeable layer existing under the water-impermeable layer in advance, and the water existing under the water-impermeable layer is removed. By forming the unsaturated region in the ground surrounding the permeable layer, it is possible to prevent a rapid increase in the amount of groundwater flowing into the caisson work chamber when excavation proceeds from the poorly permeable layer to the permeable layer.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るニューマチックケーソン工法を説明する。図１〜図５は本発明の実施形態に係るニューマチックケーソン工法の説明図である。また、図６は飽和度と透水係数及び透気係数との関係を示す説明図である。 Hereinafter, a pneumatic caisson method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 5 are explanatory views of a pneumatic caisson method according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the degree of saturation, the water permeability coefficient, and the air permeability coefficient.
＜ニューマチックケーソン工法の概要＞
本発明の実施形態に係るニューマチックケーソン工法は、図１〜図５に示すように、ケーソン躯体（筐体）１０の沈設に際して、掘削対象地盤中に気体を注入することにより当該地盤を不飽和化し、ケーソン作業室２０内への地下水流入量を低減させるものである。
<Overview of the pneumatic caisson method>
In the pneumatic caisson method according to the embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 1 to 5, when the caisson body (housing) 10 is laid, the ground is unsaturated by injecting gas into the ground to be excavated. To reduce the amount of groundwater flowing into the
＜飽和度と透水係数の関係＞
先に説明したように、透水係数が大きければ通気係数が小さくなり、透水係数が小さくなれば通気係数が大きくなり、透水係数は飽和度に依存している（図６参照）。したがって、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、掘削対象地盤を不飽和化することにより透水性が低くなり、自然水頭よりも刃口水頭を下げてケーソン作業室２０内の気圧を低下させることが可能である。すなわち、図１（ｂ）に示すように、ケーソン躯体１０の刃口３０を包み込むように不飽和領域（低透水性ゾーン）が形成されると、ケーソン作業室２０内へ地下水が浸入し難くなり、ケーソン作業室２０内の作業気圧を下げることが可能となる。
<Relationship between saturation and hydraulic conductivity>
As described above, the permeability increases as the permeability increases, and the permeability increases as the permeability decreases (see FIG. 6). Therefore, as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the water permeability is lowered by desaturating the ground to be excavated, and the water pressure in the
＜ニューマチックケーソン工法の具体的構成＞
本発明に係るニューマチックケーソン工法では図２〜図５に示すように、ケーソン躯体１０の刃口３０の下方に存在する地盤へ向かって気体を注入して不飽和領域を形成する。そして、ケーソン躯体１０の沈設に伴い、ケーソン躯体１０の周辺地盤に不飽和領域を形成することにより、ケーソン作業室２０内への地下水流入量を低減させるようになっている。
<Specific configuration of the pneumatic caisson method>
In the pneumatic caisson method according to the present invention, as shown in FIGS. 2 to 5, gas is injected toward the ground existing below the
掘削対象地盤に対して不飽和領域を積極的に生成して維持する方法として、例えば、掘削深度が浅い段階では、水圧が小さく地盤が緩いことから、ケーソン作業室２０内への圧気により掘削対象地盤を不飽和化させ易い。そして、一旦、不飽和領域が形成されると、透水圧が低下するため、ケーソン作業室２０内への多少の地下水流入を許容しても、刃口３０近傍の間隙水圧は周辺地盤（ケーソン躯体１０の外側の地盤）よりも小さくなり、作業気圧を調整することにより、掘削対象地盤を不飽和化させ易くなる。このように、ケーソン躯体１０の沈設に伴い、連続的に刃口３０の下方へ向かって不飽和領域を形成して維持することにより、ケーソン作業室２０内の作業気圧を小さくして、掘削を行うことができる。
As a method of actively generating and maintaining an unsaturated region with respect to the ground to be excavated, for example, at a stage where the excavation depth is shallow, the water pressure is small and the ground is loose. It is easy to make the ground unsaturated. Then, once the unsaturated region is formed, the water permeability decreases, so that even if some inflow of groundwater into the
＜難透水性層が存在する地盤＞
掘削対象地盤に難透水性層が存在する場合には、当該難透水性層は透気性が小さいため、不飽和化し難い。そして、難透水性層から透水性層へと掘削が進んだ際に、不飽和化していない透水性層の地下水がケーソン作業室２０内に大量に流入することが考えられる。そこで、本発明に係るニューマチックケーソン工法では、図２に示すように、難透水性層を挟んで上下に透水性層が存在する地盤では、予め難透水性層の下部に存在する透水性層へ気体を注入して、難透水性層の下部に存在する透水性層の周辺地盤に不飽和領域を形成するようになっている。これにより、ケーソン作業室２０内への急激な湧水増加を防止して、ケーソン作業室２０内の作業気圧を必要以上に上昇させることなく、掘削を継続することが可能となる。
<Soil with impervious layer>
When a poorly permeable layer is present in the ground to be excavated, the poorly permeable layer has low air permeability, and therefore is not easily unsaturated. Then, when excavation proceeds from the poorly permeable layer to the permeable layer, it is conceivable that a large amount of groundwater in the non-saturated permeable layer flows into the
なお、難透水性層の存在は、掘削工程において判明することもあるが、予め調査ボーリング等を行い、難透水性層の存在を確認しておき、掘削が進行してケーソン躯体１０の刃口３０が難透水性層に到達した際に、当該難透水性層の下方に存在する透水性層を不飽和化することが好ましい。
Although the existence of the water-impermeable layer may be known in the excavation process, the existence of the water-impermeable layer is confirmed by conducting a survey drilling or the like in advance, and the excavation proceeds and the cutting edge of the
本発明に係るニューマチックケーソン工法において、不飽和領域を形成する工程には種々の態様がある。以下、不飽和領域の形成方法について説明する。なお、不飽和領域の形成では、以下に示す形成方法の一つのみを使用してもよいが、掘削対象地盤の性状や施工状況等に応じて、二つ以上の形成方法を組み合わせて使用してもよい。 In the pneumatic caisson method according to the present invention, there are various modes in the step of forming the unsaturated region. Hereinafter, a method of forming the unsaturated region will be described. In the formation of the unsaturated region, only one of the following forming methods may be used, but a combination of two or more forming methods may be used depending on the properties of the ground to be excavated, the construction conditions, and the like. You may.
＜不飽和領域の形成方法（１）＞
第１の不飽和領域の形成方法は、図３に示すように、ケーソン躯体１０内に設置したケーシング４０を通じて刃口３０の下方に存在する地盤にボーリング孔を形成し、当該ボーリング孔を介して当該刃口３０の下方に存在する地盤中に気体を注入する方法である。第１の不飽和領域の形成方法は、特に、掘削対象地盤に難透水性層が存在する場合に好適に用いることができる。すなわち、掘削が進行し、ケーソン躯体１０の刃口３０が透水性層から難透水性層に達したら、難透水性層を貫通して、その下方に存在する透水性層までボーリング孔を形成し、当該ボーリング孔を介して透水性層に気体を注入することにより、難透水性層の下方に存在する透水性層を、予め不飽和化させることができる。
<Method of forming unsaturated region (1)>
As shown in FIG. 3, the first method of forming the unsaturated region is to form a boring hole in the ground existing below the
なお、掘削工程においてケーシング４０に土砂等が侵入してケーシング４０が閉塞すると、適切なボーリングを実施できないことも考えられる。そこで、ケーシング４０内に水圧を付与しながら掘削を行い、あるいは、ケーシング４０の先端部に逆止弁等を設けておくことが好ましい。
If earth or sand enters the
＜不飽和領域の形成方法（２）＞
第２の不飽和領域の形成方法は、図４に示すように、ケーソン躯体１０の下部解放面から、ケーソン躯体１０の周辺地盤中に気体を注入する方法である。第２の不飽和領域の形成方法では、ケーソン躯体１０の下部解放面から地盤中に気体を注入すると、刃口３０の下方に不飽和領域が形成される。そして、気体の注入を継続しながら掘削を行うことにより、ケーソン躯体１０の周辺地盤中に不飽和領域を形成することができる。
<Method of forming unsaturated region (2)>
As shown in FIG. 4, the second method of forming the unsaturated region is a method of injecting gas into the ground around the
＜不飽和領域の形成方法（３）＞
第３の不飽和領域の形成方法は、図５に示すように、ケーソン躯体１０内に設置した滑材注入管５０を介して、ケーソン躯体１０の周辺地盤中に気体を注入する方法である。第３の不飽和領域の形成方法では、滑材注入管５０からケーソン躯体１０の地盤中に気体を注入すると、ケーソン躯体１０の周辺や刃口３０の下方に不飽和領域が形成される。そして、気体の注入を継続しながら掘削を行うことにより、ケーソン躯体１０の周辺地盤中に不飽和領域を形成することができる。
<Method of forming unsaturated region (3)>
As shown in FIG. 5, the third method of forming the unsaturated region is a method of injecting gas into the ground around the
１０ ケーソン躯体
２０ ケーソン作業室
３０ 刃口
４０ ケーシング
５０ 滑材注入管
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ケーソン躯体の沈設に伴い、前記ケーソン躯体の周辺地盤に不飽和領域を形成することにより、ケーソン作業室内への地下水流入量を低減させる、
ことを特徴とするニューマチックケーソン工法。 A boring hole is formed in the ground below the blade through the casing installed in the caisson skeleton, and an unsaturated region is formed by injecting gas into the ground below the blade through the boring hole. And
With the sinking of the caisson skeleton, by forming an unsaturated region in the ground around the caisson skeleton, to reduce the amount of groundwater flowing into the caisson work room,
A pneumatic caisson method characterized by the following.
前記ケーソン躯体の沈設に伴い、前記ケーソン躯体の周辺地盤に不飽和領域を形成することにより、ケーソン作業室内への地下水流入量を低減させる、
ことを特徴とするニューマチックケーソン工法。 Through a lubricant injection pipe installed in the caisson skeleton, form an unsaturated region by injecting gas into the surrounding ground of the caisson skeleton,
With the sinking of the caisson skeleton, by forming an unsaturated region in the ground around the caisson skeleton, to reduce the amount of groundwater flowing into the caisson work room,
A pneumatic caisson method characterized by the following.
予め前記難透水性層の下部に存在する前記透水性層へ気体を注入して、前記難透水性層の下部に存在する透水性層の周辺地盤に不飽和領域を形成すること、
を特徴とする請求項１または２に記載のニューマチックケーソン工法。 In the ground where the permeable layer exists above and below the poorly permeable layer,
Injecting a gas into the water-permeable layer existing below the water-impermeable layer in advance, forming an unsaturated region in the surrounding ground of the water-permeable layer existing below the water-impermeable layer,
The pneumatic caisson method according to claim 1 or 2, wherein:
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