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発明の名称 トンネル工法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−77585(P2007−77585A)
公開日 平成19年3月29日(2007.3.29)
出願番号 特願2005−263280(P2005−263280)
出願日 平成17年9月12日(2005.9.12)
代理人 【識別番号】100064908
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武
発明者 石井 卓 / 中島 均 / 熊坂 博夫 / 多田 浩幸
要約 課題
廃棄物から溶出される有害物質の漏洩を超長期にわたって抑制することが可能な地下坑道を構築することができるトンネル工法を提供することを目的としている。

解決手段
廃棄物を埋設処分する地下坑道を構築するトンネル工法において、地盤G内に掘削された坑の内部で、坑周方向に沿って延在する複数の支保部材4…を、坑軸方向に間隔をあけて並設させ、隣り合う支保部材4,4間に板状部材6を挟み込み、板状部材6と坑壁面2aとの間に、膨潤性粘土材料を含有する粘土系止水材7を充填する。
特許請求の範囲
【請求項1】
廃棄物を埋設処分する地下坑道を構築するトンネル工法において、
地盤内に掘削された坑の内部で、坑周方向に沿って延在する複数の支保部材を、坑軸方向に間隔をあけて並設させ、
隣り合う支保部材間に板状部材を挟み込み、
板状部材と坑壁面との間に、膨潤性粘土材料を含有する粘土系止水材を充填することを特徴とするトンネル工法。
【請求項2】
請求項1記載のトンネル工法において、
可撓性および通水性をそれぞれ有する袋体の中に粘土系止水材を詰めたものを、板状部材と坑壁面との間に詰め込むことで、板状部材と坑壁面との間に粘土系止水材を充填することを特徴とするトンネル工法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、廃棄物を埋設処分する地下坑道を構築するためのトンネル工法に関する。
【背景技術】
【0002】
廃棄物を処分する方法として、地盤内に構築された地下坑道内に廃棄物を収納した後、当該坑道を埋め戻し、廃棄物を埋設処分する方法がある。この方法で廃棄物を処分する場合、廃棄物から溶出される有害物質の漏洩を防止する必要がある。したがって、従来、廃棄物処理用の坑道を構築するトンネル工法は、掘削された坑の壁面をコンクリート等で覆工する方法が採用されている。
【0003】
また、放射性廃棄物を埋設処分する場合では、上記した埋設処分する際に、廃棄物をベントナイト等からなる遮蔽材で囲った状態で地下坑道内に定置される。これにより、放射性廃棄物から抽出される放射性物質の地下水への漏洩を抑制することができる(例えば、特許文献1参照。)。
【特許文献1】特開2005−144278号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記した従来のトンネル工法では、千年或いは万年単位の超長期の経過劣化により、坑壁を覆う覆工の透水性が増大し、廃棄物から溶出される有害物質が周辺地盤内に漏洩し得る虞があるという問題がある。また、従来のトンネル工法では、超長期の期間経過で、覆工等のセメント系部材からセメント成分が溶出され、このセメント成分のカルシウム成分や高アルカリ性により、廃棄物を囲うベントナイト製遮蔽材が材質劣化し、その低透水性能を確保できなくなり、放射性物質の地下水への漏洩が生じる虞があるという問題がある。
【0005】
本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、廃棄物から溶出される有害物質の漏洩を超長期にわたって抑制することが可能な地下坑道を構築することができるトンネル工法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
請求項1記載の発明は、廃棄物を埋設処分する地下坑道を構築するトンネル工法において、地盤内に掘削された坑の内部で、坑周方向に沿って延在する複数の支保部材を、坑軸方向に間隔をあけて並設させ、隣り合う支保部材間に板状部材を挟み込み、板状部材と坑壁面との間に、膨潤性粘土材料を含有する粘土系止水材を充填することを特徴とするトンネル工法。
【0007】
このような特徴により、板状部材と坑壁面との間に充填された粘土系止水材は、それに含まれる膨潤性粘土材料が地下水の供給を受けて吸水膨潤することで、支保部材や板状部材に隙間無く密着されるとともに、支保部材と坑壁面との間に生じる空間にも充填される。また、セメント系の止水材でなく、粘土系止水材を使用するため、セメント成分が溶出されることがない。さらに、超長期の期間経過により、支保部材等が腐食劣化して欠陥部分が生じた場合には、粘土系止水材に含まれる膨潤性粘土材料が吸水膨潤してその欠陥部分が埋められる。
【0008】
請求項2記載の発明は、請求項1記載のトンネル工法において、可撓性および通水性をそれぞれ有する袋体の中に粘土系止水材を詰めたものを、板状部材と坑壁面との間に詰め込むことで、板状部材と坑壁面との間に粘土系止水材を充填することを特徴としている。
【0009】
このような特徴により、通水性のある袋体の中には地下水が浸入し、袋体の中に詰められた粘土系止水材に含まれる膨潤性粘土材料が膨潤することで、可撓性のある袋体はその形状が変形し、支保部材と坑壁面との間に生じる空間やその他の隙間にも満遍無く密に充填される。
【発明の効果】
【0010】
本発明に係るトンネル工法によれば、粘土系止水材に含まれる膨潤性粘土材料が地下水の供給を受けて吸水膨潤することで、粘土系止水材が隙間無く密に充填されるため、支保部材と板状部材と粘土系止水材からなる支保工構造(覆工構造)が止水効果を発揮し、坑壁面からの湧水が少なくなり、廃棄物から溶出される有害物質の漏洩を抑制できる地下坑道を構築することが可能となる。また、セメント系の止水材でなく、粘土系止水材を使用することにより、超長期の期間経過後にセメント成分が溶出されることがないため、例えば放射性廃棄物を処理する際に、その廃棄物の周囲に形成されるベントナイト等からなる遮蔽材が材質劣化することがなく、超長期にわたる漏出抑制が可能な地下坑道を構築することができる。さらに、超長期の期間経過により、支保部材等が腐食劣化して欠陥部分が生じた場合には、粘土系止水材に含まれる膨潤性粘土材料が吸水膨潤してその欠陥部分が埋められるため、超長期にわたる漏出抑制が可能な地下坑道を構築することができる。
【0011】
また、可撓性および通水性をそれぞれ有する袋体の中に粘土系止水材を詰めたものを、板状部材と坑壁面との間に詰め込むことで、板状部材と坑壁面との間に粘土系止水材を充填すれば、板状部材と坑壁面との間に粘土系止水材が満遍無く密に充填されるため、粘土系止水材を充填する充填設備を設置する必要がなく、設備費用を低減させることができるとともに、坑の切羽が小径であって充填設備が設置できないような場合でも板状部材と坑壁面との間に粘土系止水材を充填することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、本発明に係るトンネル工法の第一,第二の実施の形態について、図面に基いて説明する。
【0013】
[第一の実施の形態]
まず、廃棄物を埋設処理するための地下坑道1の構成について説明する。
図1は地下坑道1を表す断面図であり、図2は図1に示すA−A間の断面図である。図1,図2に示すように、地下坑道1は、例えば軟質岩盤等からなる地盤G内に形成された坑2の内側に、坑壁面2aを覆う覆工(トンネル支保工3)が構築された構成からなる。
【0014】
図3はトンネル支保工3の一部分を表す拡大断面図であり、図4は図3に示すB−B間の断面図である。図1,図2,図3,図4に示すように、トンネル支保工3は、坑2の周方向に沿って延在する複数の支保部材4…と、隣り合う支保部材4,4同士を繋ぐ複数の連結部材(タイロッド5…)と、隣り合う支保部材4,4間に介装された複数の板状部材6…と、板状部材6…と坑壁面2aとの間に充填された粘土系止水材7とから構成されている。
【0015】
支保部材4…は、H形鋼やI形鋼等の複数の長尺鋼材8…をボルト等で継手してなるものであり、坑2のアーチ部2b、側壁部2c,2c及びインバート部2dのそれぞれに沿って設けられて環状に形成されている。支保部材4は、坑2内に複数設けられ、これら複数の支保部材4…は、坑2の軸方向に所定の間隔をあけて並べられ、坑2内にあばら骨状に配設されている。各長尺鋼材8…は、その外フランジ8aを坑壁面2aに対向させる向きで配設されているとともに、坑壁面2aに沿って撓った形状になっている。
【0016】
タイロッド5…は、坑2の軸線に平行する方向に延在して隣り合う支保部材4,4間に架け渡されたロッド状の部材であり、対向する長尺鋼材8,8のウェブ8b,8b間に介装された断面形状円形の鋼管からなる本体部5aと、本体部5aを両側の長尺鋼材8,8のウェブ8b,8bに裏から固定する固定具5bとから構成されている。複数のタイロッド5…は、支保部材4の延在方向に沿って所定の間隔をあけて並列されている。
【0017】
板状部材6…は、デッキプレートやスキンプレートなどの波型鋼板からなる。板状部材6…は、その両端部を内フランジ8a´(突起部)の裏面に当接させた状態で平行する長尺鋼材8,8間(支保部材4,4間)に嵌め込まれており、坑壁面2aとの間に隙間があけられた状態で設置されている。
【0018】
粘土系止水材7は、水分が加えられると膨潤する膨潤性粘土材料(ベントナイト)を含有する液体状、粉粒体状、或いは粘性体状の止水材であり、例えば、ベントナイト粉体やベントナイト粒状体(顆粒体)、ベントナイト原鉱石粉砕材等の膨潤性粘土材料のみからなる粘土系止水材7でもよく、或いはそれら膨潤性粘土材料に砂や礫等を混合させた混合材料等からなる粘土系止水材7でもよい。粘土系止水材7は、隣り合う支保部材4,4と板状部材6…と坑壁面2aとで囲まれた範囲に密に充填されており、さらに、坑壁面2aからの地下水の供給を受けて膨潤することで長尺鋼材8の外フランジ8aと坑壁面2aとの隙間にまで密に充填されている。
【0019】
次に、上記した構成からなる地下坑道1の構築するトンネル工法について説明する。
図5は地下坑道1内に構築されるトンネル支保工3の建て込み状況を表した斜視図である。
まず始めに、図1,図2に示すように、地盤G内に坑2を形成する掘削工程を行う。具体的には、掘削機等によって坑2先端部の切羽でトンネル支保工3の1スパン分相当だけ掘進する。
【0020】
次に、図3,図4,図5に示すように、複数の支保部材4…を坑2軸方向に所定の間隔をあけて並設させるとともに、隣り合う支保部材4,4同士を複数のタイロッド5…で連結する支保組立工程を行う。具体的には、各長尺鋼材8…を坑2の坑壁面2aに沿って所定位置に配置するとともに、隣接する長尺鋼材8,8同士を継手して環状に組み立てることで、各支保部材4…をそれぞれ形成する。このとき、隣り合う支保部材4,4間の所定位置に、タイロッド5の本体部5aを配置するとともに、その本体部5aの両端を、両側の長尺鋼材8,8のウェブ8b,8b裏から固定具5b,5bでそれぞれ固定する。
【0021】
次に、隣り合う支保部材4,4間に複数の板状部材6…を挟み込みつつ、その板状部材6…と坑壁面2aとの間に生じた空間に粘土系止水材7を充填する覆工工程を行う。具体的には、まず、板状部材6を、隣り合う支保部材4,4の内フランジ8a´,8a´の裏側に入れて、その両端部を両側の内フランジ8a´,8a´の裏面にそれぞれ当接させて建て掛ける。このとき、板状部材6と両側の支保部材4,4とを溶接等により接合してもよい。続いて、坑2内に設置された充填設備10によって、板状部材6の裏側に生じた空間内に粘土系止水材7を打設する。充填設備10は、粘土系止水材7を貯蔵する漏斗形のホッパー11と、ホッパー11の吐出口11aに接続された供給管12と、供給管12の先端部12aに接続されたフレキシブルホース13と、供給管12の基端部12bに接続されたコンプレッサー14とから構成されており、ホッパー11内の粘土系止水材7は、吐出口11aから供給管12内に流入し、コンプレッサー14から供給管12内に送り込まれた圧縮空気によってエア圧送されて供給管12内からフレキシブルホース13内を経てフレキシブルホース13の先端から流れ出る。板状部材6の上端付近まで粘土系止水材7を充填したら、粘土系止水材7の充填作業を一旦停止し、板状部材6の設置作業を行った後、再び粘土系止水材7の充填作業を開始する。この板状部材6の設置作業と粘土系止水材7の充填作業を繰り返すことで、各支保部材4,4間を閉塞する。
【0022】
次に、上述したトンネル支保工3の1スパン分相当だけ掘進する掘削工程に戻り、支保組立工程、覆工工程をそれぞれ行い、地下坑道1をスパンごとに順次構築していく。
【0023】
上記した構成からなるトンネル工法によれば、地盤G内に掘削された坑2の内部で、複数の支保部材4…を坑2の軸方向に間隔をあけて並設させ、隣り合う支保部材4,4間に板状部材6…を挟み込み、板状部材6…と坑壁面2aとの間に、膨潤性粘土材料を含有する粘土系止水材7を充填するため、粘土系止水材7に含まれる膨潤性粘土材料が地下水の供給を受けて吸水膨潤することで、粘土系止水材7が、支保部材4…や板状部材6…に隙間無く密着されるとともに支保部材4の外フランジ8aと坑壁面2aとの間に生じる隙間にも充填されて、隙間無く密に充填される。これによって、支保部材4…と板状部材6…と粘土系止水材7からなるトンネル支保工3(支保工構造)が止水効果を発揮し、坑壁面2aからの湧水が少なくなり、廃棄物から溶出される有害物質の漏洩を抑制できる地下坑道1を構築することができる。
【0024】
また、セメント系の止水材でなく、粘土系止水材7を使用しているため、千年或いは万年の超長期の期間経過後にもセメント成分が溶出されることがない。これによって、例えば放射性廃棄物を埋設処理する際に、その廃棄物の周囲に形成されるベントナイト等からなる遮蔽材が材質劣化することがなく、超長期にわたる漏出抑制が可能な地下坑道1を構築することができる。
【0025】
さらに、膨潤性粘土材料を含有する粘土系止水材7が使用されるため、超長期の期間経過により、支保部材4…や板状部材6…が腐食劣化して欠陥部分が生じた場合でも、粘土系止水材7に含まれる膨潤性粘土材料が吸水膨潤してその欠陥部分が埋められる。これにより、超長期にわたる漏出抑制が可能な地下坑道1を構築することができる。
【0026】
[第二の実施の形態]
次に、本発明に係るトンネル工法の第二の実施の形態について説明する。なお、上述した第一の実施の形態と同様な構成については、同じ符号を付すことでその説明を省略する。
【0027】
図6は地下坑道1内に構築されるトンネル支保工3の建て込み状況を表した斜視図である。図6に示すように、予め、袋体20の中に粘土系止水材7を詰めた土嚢状のもの(止水体21)を複数用意しておく。そして、複数の支保部材4…を組み立てる支保組立工程を行った後、隣り合う支保部材4,4間に複数の板状部材6…を挟み込みつつ、その板状部材6…と坑壁面2aとの間に生じた空間に、予め用意された複数の止水体21…を詰め込んでいくことで、板状部材6…と坑壁面2aとの間に粘土系止水材7を充填する。
【0028】
袋体20は、形状を容易に変えることができる可撓性を有するとともに地下水を中に流入或いは浸透させることができる通水性を有する材料からなる。例えば、多数の孔があけられたビニール製の袋や、メッシュ状の樹脂製の網袋や、透水性のある布袋などである。
【0029】
板状部材6の上端付近まで止水体21を詰め込んだら、止水体21の詰め込み作業を一旦停止し、板状部材6の設置作業を行った後、再び止水体21の詰め込み作業を開始する。この板状部材6の設置作業と止水体21の詰め込み作業を繰り返すことで、各支保部材4,4間を閉塞する。
【0030】
上記した構成からなるトンネル工法によれば、第一の実施の形態と同様な作用効果を奏することができるだけでなく、更なる作用効果を奏することができる。つまり、可撓性および通水性をそれぞれ有する袋体20の中に粘土系止水材7を詰めたものを、板状部材6と坑壁面2aとの間に詰め込むことで、板状部材6と坑壁面2aとの間に粘土系止水材7を充填しているため、通水性のある袋体20の中には地下水が浸入し、袋体20の中に詰められた粘土系止水材7に含まれる膨潤性粘土材料が膨潤することで、可撓性のある袋体20はその形状が変形し、支保部材4の外フランジ8aと坑壁面2aとの間に生じる空間やその他の隙間にも満遍無く密に充填される。これによって、上述した第一の実施の形態のように充填設備10を用意する必要が無く、設備費用を低減させることができるとともに、坑2の切羽が小径であって図5に示すような充填設備10が設置できないような場合でも板状部材6…と坑壁面2aとの間に粘土系止水材7を充填することができる。
【0031】
以上、本発明に係るトンネル工法の第一、第二の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した第一、第二の実施の形態では、支保部材4が、坑2のアーチ部2b、側壁部2c,2c及びインバート部2dのそれぞれに沿って設けられて環状に形成されているが、本発明は、地盤が硬い場合等には、坑のアーチ部および側壁部に沿って設けられた門形の支保部材であってもよい。
【0032】
また、上記した第一、第二の実施の形態では、板状部材6として波型鋼板が用いられているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、平らな鋼板を使用してもよく、また、木板などを使用してもよい。
【0033】
また、上記した第一の実施の形態では、坑2の切羽にホッパー11やコンプレッサー14などが設置された充填設備10が用いられているが、本発明は、この充填設備10に限定されるものではなく、例えば、切羽の後方にホッパーやコンプレッサーなどが設置され、供給管が切羽部分まで配管された構成の充填設備でもよく、その他の充填設備によって板状部材と坑壁面との間に粘土系止水材を充填してもよい。
【0034】
また、上記した第一の実施の形態では、坑壁面2aと板状部材6との間に、粘土系止水材7を上から充填する方法が採用されているが、本発明は、この充填方法に限定されるものではなく、例えば、予め、板状部材或いは支保部材のフランジに注入口を設けておき、この注入口から粘土系止水材を充填してもよい。
【0035】
また、粘土系止水材7を板状部材6…と坑壁面2aとの間に充填する方法として、第一の実施の形態では、充填設備10を使用して充填しており、第二の実施の形態では袋体20の中に粘土系止水材7を詰めてこれを詰め込む方法を採用しているが、本発明は、上記した2つの方法を併用して粘土系止水材の充填作業を行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】本発明に係る第一の実施の形態を説明するための地下坑道を表した断面図である。
【図2】図1に示すA−A間の断面図である。
【図3】本発明に係る第一の実施の形態を説明するための地下坑道の詳細を表した部分断面図である。
【図4】図3に示すB−B間の断面図である。
【図5】本発明に係る第一の実施の形態を説明するための施工状況を表した斜視図である。
【図6】本発明に係る第二の実施の形態を説明するための施工状況を表した斜視図である。
【符号の説明】
【0037】
1 地下坑道
2 坑
2a 坑壁面
4 支保部材
6 板状部材
7 粘土系止水材
20 袋体
G 地盤




 

 


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