JP5016517B2 - 地下水位低下工法 - Google Patents

Description

本発明は、地下水位低下対象域の地下水位を低下させる地下水位低下工法に関する。

線路下に地下構造物を施工するためには、線路下の地下水位を低下させる必要がある。従来、このような地下水位低下工法として、ディープウェル工法や、ウェルポイント工法が行われている。

ディープウェル工法は、帯水層に径が３０〜１００ｃｍの穴を複数箇所掘削すると共に、径が１５〜６０ｃｍのスクリーン付きの井戸管を各穴に設置し、各井戸管からポンプで地下水を揚水することで、地下水位を低下する工法である（例えば、特許文献１参照）。ウェルポイント工法は、小口径の井戸を多数設置し、真空ポンプを用いて強制的に地下水を吸引し、地下水位を低下する工法である（例えば、特許文献２参照）。
特開２００７−１００４０１号公報 特開平０７−２４７５５１号公報

しかしながら、従来の地下水位低下工法では、多数本の井戸を設置しなければならないため、設備コストが増大し、作業工数が増大するという問題があった。特に、粘性土と砂質土とが混在して堆積している場合は、帯水層である砂質土の層に到達するように各井戸管を設置しなければならないため、より多くの井戸管を設置しなければならず、効率的に地下水位を低下することができないという問題があった。

そこで、本発明は、斯かる問題に鑑みて為されたものであり、設備コストを削減することができ、作業工数を削減することができる地下水位低下工法を提供することを目的とする。

本発明に係る地下水位低下工法は、地下水位低下対象域の地下水位を低下させる地下水位低下工法であって、地下水位低下対象域及び地下水位低下対象域に隣接する掘削域を包囲する遮水性土留壁を設置する遮水性土留壁設置工程と、地下水位低下対象域と掘削域との間に開水性土留壁を設置する開水性土留壁設置工程と、遮水性土留壁設置工程及び開水性土留壁設置工程の後、掘削域を掘削して立坑を形成する掘削工程と、を有することを特徴とする。

本発明に係る地下水位低下工法によれば、地下水位低下対象域及び掘削域を遮水性土留壁で包囲することで、遮水性土留壁外から地下水位低下対象域及び掘削域に地下水が流入するのを防止することができる。そして、掘削域の掘削による立坑の形成により、開水性土留壁が立坑に露出されるため、地下水位低下対象域の地下水が自然流下により開水性土留壁から立坑に排出され、地下水位低下対象域の地下水位が低下する。このように、地下水位低下対象域と掘削域との間に開水性土留壁を設置することで、地下水の自然流下を利用して地下水位低下対象域の地下水位を低下させることができるため、設備コストを削減することができ、作業工数を削減することができる。

そして、開水性土留壁は、土砂の通過を阻止する排水孔により、水の通過を許容することが好ましい。この地下水位低下工法によれば、土留壁に排水孔を形成することで、容易に、開水性土留壁を得ることができる。

この場合、掘削工程により掘削域が所定深さ掘削された後、開水性土留壁に排水孔を形成する排水孔形成工程を、更に有することとしてもよい。この地下水位低下工法によれば、地下水位低下対象域に隣接する掘削域において土質等を確認することができるため、地下水位低下対象域における帯水層の位置に排水孔を形成することができる。このため、排水孔を効率的に形成することができ、地下水位低下対象域の地下水を効率的に低下させることができる。

また、開水性土留壁設置工程は、排水孔が形成された開水性土留壁を設置することとしてもよい。この地下水位低下工法によれば、開水性土留壁を設置した後は、掘削域を掘削するだけで、地下水位低下対象域の地下水が排水孔から立坑に排出されるため、作業工数を更に削減することができる。

本発明によれば、設備コストを削減することができ、作業工数を削減することができる。

以下、添付図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。本実施形態は、線路下に地下構造物を施工するために、線路下の地下水位を低下させる地下水位低下工法である。なお、全図中、同一又は相当部分には同一符号を付すこととする。

図１は、本実施形態に係る地下水位低下工法を説明するための平面図であり、図２は、本実施形態に係る地下水位低下工法を説明するための断面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る地下水位低下工法は、線路１の下に地下構造物を施工するために、線路１の両脇であって施工域αに隣接する掘削域βに形成される立坑を利用して、地下構造物が施工される施工域αの地下水位を低下させるものである。

線路１下の地層は、線路１から下層に向かうに従い、砂質土（１層目）、粘性土（２層目）、砂質土（３層目）、粘性土（４層目）、砂質土（５層目）の５層に形成されている。なお、砂質土は、地下水を通しやすい帯水層であり、粘性土は、地下水を通しにくい難透水層（又は、不透水層）である。そして、地下水位を低下させる前の自然状態では、地下水位Ｗ１が１層目の砂質土内に位置している。

次に、施工域αの地下水位を低下させる工法について説明する。なお、以下の説明では、５層目の砂質土に位置する最終掘削底面Ｂまで掘削して立坑を形成する場合について説明する。

まず、施工域αと掘削域βとの間に開水性土留壁２が設置されるように、最終掘削底面Ｂよりも深い位置まで、開水性土留壁２を地中に打ち込む（開水性土留壁設置工程）。

図３は、開水性土留壁の構造を例示した図であり、図３（ａ）は、開水性土留壁の平面図、図３（ｂ）は、開水性土留壁の正面図である。開水性土留壁２は、土圧に耐え得る鋼板であり、土砂の通過を阻止するが水の通過を許容する構造となっている。図３に示すように、開水性土留壁２は、例えば、複数枚の鋼矢板３が連結されて構成されている。そして、開水性土留壁２の下部には、排水孔Ｄ１が形成されている。なお、図３において、開水性土留壁２には、排水孔Ｄ１の他に排水孔Ｄ２〜Ｄ４が形成されているが、排水孔Ｄ２〜Ｄ４は、後述する排水孔形成工程においてそれぞれ形成する。

排水孔Ｄ１は、開水性土留壁２が地中に打ち込まれたときに、掘削域βの最終掘削底面Ｂよりも下方の砂質土に到達する位置に形成されている。この排水孔Ｄ１は、開水性土留壁２が貫通されて形成された孔に、土砂の通過を阻止するが水の通過を阻止するフィルタが嵌め込まれることで形成されている。排水孔Ｄ１に嵌め込まれるフィルタは、例えば、ヘチマロン（新光ナイロン株式会社の登録商標）等の土木用暗渠集排水材や、カルドレーン（三井化学株式会社の登録商標）等の板状排水材などが用いられる。

次に、図１及び図２に示すように、施工域αとの隣接面を除く掘削域βの周囲に遮水性土留壁４が設置されるように、最終掘削底面Ｂよりも深い位置まで、遮水性土留壁４を地中に打ち込む（遮水性土留壁設置工程）。

遮水性土留壁４は、土圧に耐え得る土留壁であり、土砂の通過も水の通過も阻止する構造となっている。遮水性土留壁４は、開水性土留壁２と同様に、例えば、複数枚の鋼矢板３が連結されて構成されている。なお、遮水性土留壁４には、排水孔は形成されていない。

次に、掘削域βとの隣接面を除く施工域αの周囲に遮水性土留壁５が設置されるように、遮水性土留壁５を地中に形成する（遮水性土留壁設置工程）。

遮水性土留壁５は、土圧に耐え得る土留壁であり、土砂の通過も水の通過も阻止する構造となっている。この遮水性土留壁５は、例えば、コラムジェット工法などにより形成することができる。なお、コラムジェット工法は、地中に挿入されたロッドを回転させながら上昇させ、ロッドの先端から超高圧水と圧縮空気を噴出させて地盤を切削すると共に、この切削により形成された空隙に硬化剤を充填することで、地中に円柱状の固結体を形成するものである。そして、この遮水性土留壁５を、最終掘削底面Ｂよりも深い位置から地下水位Ｗ１よりも浅い位置（線路１直下でもよい）までの間に形成する。

このように、遮水性土留壁４及び遮水性土留壁５が設置されることで、施工域α及び掘削域βは、遮水性土留壁４及び遮水性土留壁５により包囲される。

次に、図４に示すように、２層目の粘性土に至るまで掘削域βを１次掘削し、２層目の粘性土の上端が底面となる立坑Ｓを形成する（掘削工程）。

次に、１次掘削により形成された立坑Ｓの底面に、立坑Ｓに排出される地下水を集める釜場（井戸）６を掘り、この釜場６に揚水ポンプ７を設置する。なお、この揚水ポンプ７は、単に釜場６に集められた水を揚水して、掘削域β（立坑Ｓ）の外部に排出できるものであれば、如何なる揚水ポンプであってもよい。

次に、開水性土留壁２に、掘削域β側から、排水孔Ｄ１と同一構成の排水孔Ｄ２を形成する（排水孔形成工程）。排水孔Ｄ２は、１層目の砂質土の最下部に対応する位置に形成する。なお、掘削域βの掘削する際に、１層目の砂質土から２層目の粘性土に変わる位置を確認することで、１層目の砂質土の最下部を特定することができる。

そして、開水性土留壁２に排水孔Ｄ２が形成されると、排水孔Ｄ２は地下水位Ｗ１よりも下方に位置するため、施工域αの１層目の砂質土に帯水された地下水は、自然流下して排水孔Ｄ２から立坑Ｓに排出される。立坑Ｓに排出された施工域αの地下水は、釜場６に流れ込み、揚水ポンプ７で揚水されて掘削域βの外部に排出される。このようにして、施工域αの地下水位が、地下水位Ｗ１から、３層目の砂質土の上端（地下水位Ｗ２）にまで低下する。

その後、１層目の砂質土の地下水が立坑Ｓに排出されたことを確認すると、一旦、揚水ポンプ７を取り外して、図５に示すように、４層目の粘性土に至るまで掘削域βを２次掘削し、４層目の粘性土の上端が底面となる立坑Ｓを形成する（掘削工程）。なお、１層目の地下水が立坑Ｓに排出されたか否かは、排水孔Ｄ２から排出される地下水の量に基づいて判断してもよく、排水孔Ｄ２を形成してからの経過時間に基づいて判断してもよい。排水孔Ｄ２から排出される地下水の量に基づいて判断する場合は、排水孔Ｄ２から地下水が排出されなくなった時点で、地下水が排出されたと判断してもよく、排水孔Ｄ２から排出される地下水の量が所定量以下になった時点で、地下水が排出されたと判断してもよい。

次に、２次掘削により形成された立坑Ｓの底面に、釜場６を掘り、この釜場６に揚水ポンプ７を設置する。

次に、開水性土留壁２に、掘削域β側から、排水孔Ｄ１と同一構成の排水孔Ｄ３を形成する（排水孔形成工程）。排水孔Ｄ３は、３層目の砂質土の最下部に対応する位置に形成する。

そして、開水性土留壁２に排水孔Ｄ３が形成されると、排水孔Ｄ３は地下水位Ｗ２よりも下方に位置するため、施工域αの３層目の砂質土に帯水された地下水は、自然流下して排水孔Ｄ３から立坑Ｓに排出される。立坑Ｓに排出された施工域αの地下水は、釜場６に流れ込み、揚水ポンプ７で揚水されて掘削域βの外部に排出される。このようにして、施工域αの地下水位が、地下水位Ｗ２から、５層目の砂質土の上端（地下水位Ｗ３）にまで低下する。

その後、3層目の砂質土の地下水が立坑Ｓに排出されたことを確認すると、一旦、揚水ポンプ７を取り外して、図６に示すように、最終掘削底面Ｂに至るまで掘削域βを３次掘削し、最終掘削底面Ｂが底面となる立坑Ｓを形成する（掘削工程）。

次に、３次掘削により形成された立坑Ｓの底面に、排水孔Ｄ１よりも深い位置まで釜場６を掘り、この釜場６に揚水ポンプ７を設置する。

次に、開水性土留壁２に、掘削域β側から、排水孔Ｄ１と同一構成の排水孔Ｄ４を形成する（排水孔形成工程）。排水孔Ｄ４は、最終掘削底面Ｂに対応する位置に形成する。

そして、開水性土留壁２に排水孔Ｄ４が形成されると、排水孔Ｄ４は地下水位Ｗ３よりも下方に位置するため、施工域αの５層目の砂質土に帯水された地下水は、自然流下して排水孔Ｄ４から立坑Ｓに排出され、一部は、そのまま釜場６に流れ込み、一部は、掘削域βの５層目の砂質土に浸透された後に釜場６に流れ込む。また、釜場６の底面は排水孔Ｄ１よりも下方に位置するため、施工域αの５層目の砂質土に帯水された地下水は、排水孔Ｄ４から掘削域βの５層目の砂質土に排出された後に、釜場６に流れ込む。そして、釜場６に流れ込んだ地下水は、揚水ポンプ７で揚水されて掘削域βの外部に排出される。このようにして、施工域αの地下水位は、地下水位Ｗ３から、５層目の砂質土の下部（地下水位Ｗ４）にまで低下する。

その後、施工域αの地下水位が地下水位Ｗ４にまで低下すると、立坑Ｓから横方向に掘削して、施工域αに地下構造物を施工する。

このように、本実施形態に係る地下水位低下工法によれば、施工域α及び掘削域βを遮水性土留壁４，５で包囲することで、外部から施工域α及び掘削域βに地下水が流入するのを防止することができる。そして、掘削域βの掘削による立坑Ｓの形成により、開水性土留壁２が立坑Ｓに露出されるため、施工域αの地下水が自然流下により開水性土留壁２から立坑Ｓに排出され、施工域αの地下水位が低下する。このように、施工域αと掘削域βとの間に開水性土留壁２を設置することで、地下水の自然流下を利用して施工域αの地下水位を低下させることができるため、ディープウェル工法やウェルポイント工法などのように、特殊な井戸管を数多く設置する必要がないため、設備コストを削減することができ、作業工数を削減することができる。

また、本実施形態に係る地下水位低下工法によれば、施工域αに隣接する掘削域βにおいて土質等を確認することができるため、施工域αにおける砂質土の位置に排水孔を形成することができる。このため、排水孔を効率的に形成することができ、施工域αの地下水を効率的に低下させることができる。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態において、開水性土留壁２には、予め排水孔Ｄ１を形成するものとして説明したが、必ずしも、排水孔Ｄ１を形成する必要はなく、全ての排水孔を、開水性土留壁２を設置した後に形成するものとしてもよい。

一方、開水性土留壁２を設置する前に、予め全ての排水孔を開水性土留壁２に形成しておくものとしてもよい。この地下水位低下工法によれば、開水性土留壁２を設置した後は、掘削域βを掘削するだけで施工域αの地下水が排水孔から立坑Ｓに排出されるため、作業工数を更に削減することができる。

また、上記実施形態において、土留壁は、開水性土留壁２、遮水性土留壁４、遮水性土留壁５の順に設置するものとして説明したが、これらの設置順は如何なる順であってもよい。

また、上記実施形態において、掘削工程及び排水孔形成工程は、３段階に分けて行うものとして説明したが、何段階に分けて行ってもよく、１段階で行ってもよい。

また、上記実施形態において、掘削域βは、施工域αの両隣にあるものとして説明したが、施工域αに隣接されていればよく、例えば、掘削域βは施工域αの一方のみであってもよい。

また、上記実施形態では、線路下の地下水位を低下させるものとして説明したが、例えば、施工域αの上部を掘削しない（又は、掘削できない）道路や建築物等の設置面下の地下水位を低下させるものとしてもよい。

また、上記実施形態では、開水性土留壁２及び遮水性土留壁４は、鋼矢板により構成されるものとして説明したが、他のものを用いて構成してもよい。また、遮水性土留壁５は、コラムジェット工法により形成されるものとして説明したが、他の工法や、他のものを用いて形成してもよい。

本実施形態に係る地下水位低下工法を説明するための平面図である。 本実施形態に係る地下水位低下工法を説明するための断面図である。 開水性土留壁の構造を例示した図であり、（ａ）は、開水性土留壁の平面図、（ｂ）は、開水性土留壁の正面図である。 １次掘削を説明するための断面図である。 ２次掘削を説明するための断面図である。 ３次掘削を説明するための断面図である。

符号の説明

２…開水性土留壁、４…遮水性土留壁、５…遮水性土留壁、Ｄ１〜Ｄ４…排水孔、Ｓ…立坑、Ｗ１〜Ｗ４…地下水位、α…施工域、β…掘削域。

Claims (4)

1. 地下水位低下対象域の地下水位を低下させる地下水位低下工法であって、
   前記地下水位低下対象域及び前記地下水位低下対象域に隣接する掘削域を包囲する遮水性土留壁を設置する遮水性土留壁設置工程と、
   前記地下水位低下対象域と前記掘削域との間に開水性土留壁を設置する開水性土留壁設置工程と、
   前記遮水性土留壁設置工程及び前記開水性土留壁設置工程の後、前記掘削域を掘削して立坑を形成する掘削工程と、
   を有することを特徴とする地下水位低下工法。
2. 前記開水性土留壁は、土砂の通過を阻止する排水孔により、水の通過を許容することを特徴とする請求項１に記載の地下水位低下工法。
3. 前記掘削工程により前記掘削域が所定深さ掘削された後、前記開水性土留壁に前記排水孔を形成する排水孔形成工程を、更に有することを特徴とする請求項２に記載の地下水位低下工法。
4. 前記開水性土留壁設置工程は、前記排水孔が形成された前記開水性土留壁を設置することを特徴とする請求項２に記載の地下水位低下工法。
   
   

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