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都市インフラ

ディープウェル工法自動制御(WIC)システム

揚水量の抑制による安定した地下水管理と
周辺地下水環境への影響低減を実現

都市部における開削工事などにおいて地下水位低下工法を採用する場合、排水処理費用や周辺地下水環境への影響低減のため、揚水量の削減が望まれます。

そこで、揚水井戸と観測井戸の水位データをもとに揚水井戸の稼動状態を自動運転管理するとともに、揚水ポンプをインバータ制御することにより効率的な排水を実現するディープウェル工法自動制御(WIC=Well Inverter Control)システムを開発しました。本システムにより、揚水量の抑制による安定した地下水管理、排水処理費用の低減、周辺地下水環境への影響を低減します。

平成21年度地盤工学会 技術開発賞

特許登録済

図版:WICシステムの基本構成

WICシステムの基本構成

キーワード

地下水低下工法、WIC、揚水井戸、インバータ、自動制御、最適化運転、揚水量抑制、地下水管理
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WICシステムの概要

WICシステムはセンサー、コンピュータ、インバータで構成され、揚水井戸の稼動状態を施工条件・地下水位の条件に応じて自動制御する地下水管理システムです。

本システムでは、各揚水ポンプの揚水量を直接インバータ制御によって、滑らかに変化させることにより、従来工法(フロート運転)に比べて過剰な水位低下を抑制しながら、安定した必要地下水位低下量を確保することが可能となります。試験運転では、従来工法に比べて総揚水量を30%以上低減できました。

また、自動記録水位計により全ての観測井戸及び揚水井戸の井戸内水位を、電磁流量計により各揚水井戸の揚水流量を連続観測し、これら井戸からの揚水流量と水位低下量データをもとに解析を随時実施して、必要水位低下量を満足でき、かつ総揚水流量が最小となる最適な揚水井戸の運転方法を求めます。

図版:システム適用事例

システム適用事例

図版:従来工法とWICシステムとの比較

従来工法とWICシステムとの比較

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特長・メリットココがポイント

地下水総揚水量の低減が可能

  • ハード面では、インバータ制御を用いた揚水によって、安定した水位管理と過剰な水位低下の抑制が可能になります。
  • ソフト面では、各井戸の揚水流量をもとに逐次解析を実施することで、必要な水位管理を満足し、総揚水量が最小となる井戸の運転状況を把握できます。
  • ハード・ソフト両面の効果を組み合わせて地下水制御を行うことで、地下水総揚水量を効率的に低減できます(試験運転では、従来工法に比べて総揚水量を30%以上低減)。

図版:WICによる地下水揚水量の低減 ハード面における有効性

WICによる地下水揚水量の低減 ハード面における有効性

図版:WICによる地下水揚水量の低減 ソフト面における有効性

WICによる地下水揚水量の低減 ソフト面における有効性

周辺地下水環境への影響の低減が可能

  • 地下水揚水量を最小限に抑えることができるため、周辺地下水位の過剰な低下による地盤沈下や井戸枯れを防ぐことができます。
  • 地盤中に沈下計測器(層別沈下計等)を設置し、地盤沈下データを本システムへ取り込み揚水井戸の運転管理を行えば、地盤沈下量の制御が可能となります。

図版:地下水位低下コンター図出力例

地下水位低下コンター図出力例

施工ステップや井戸効率変化など、
施工条件の変化に対応可能

  • 施工の進捗に応じた地下水位制御が可能です。
  • 施工途中に井戸の運転状況を逆解析して高精度な水理定数を得ることで、以降の施工ステップにおける水位低下状況を精度良く予測することが可能となります。
  • 設備(ポンプ、配線、配管等)の故障やトラブルが生じた場合でも、システム側で自動的に不具合を感知できるため、迅速かつスムーズに地下水制御パターンの変更が可能です。

図版:施工ステップに合わせた地下水位制御

施工ステップに合わせた地下水位制御

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適用実績

図版:国道9号千代原口トンネル

国道9号千代原口トンネル

場所:京都府京都市

竣工年:2013年2月

発注者:国土交通省近畿地方整備局

規模:ボックスカルバート490m 他

図版:小田急電鉄代々木上原駅・梅ヶ丘駅間線増連続立体交差工事

小田急電鉄代々木上原駅・
梅ヶ丘駅間線増連続立体交差
工事

場所:東京都世田谷区代田

竣工年:2013年

発注者:小田急電鉄

規模:掘削工 85,000m3

学会論文発表実績

  • 「ディープウェル工法自動制御(WIC)システムの概要」,土木学会全国大会第65回年次学術講演会,2010年
  • 「ディープウェル工法自動制御(WIC)システムの適用実績」,土木学会全国大会第65回年次学術講演会,2010年
  • 「大規模開削工事における地下水位制御技術の適用実績」,土木学会全国大会第66回年次学術講演会,2011年
  • 「高精度地下水位制御技術による大規模開削工事」,土木学会土木建設技術発表会,2011年

孔あき鋼板ジベルを用いた合成土留め壁

掘削土量を減らせる合理的な開削トンネル工法

開削トンネルは,地下にトンネルを構築する場合に、地面を掘削してからトンネル(本体構造)を構築し、その後で土を埋め戻す手順で作られます。この時、周囲の地盤が崩れないように土留め壁を構築してから地面を掘削します。特に都市部では周辺の構造物への影響を抑えるために、剛性の大きな土留め壁としてH形鋼を芯材とした柱列式地中連続壁が用いられることが多くなっています。

H形鋼の芯材を仮設の土留め壁としてだけでなく、永久構造物として本体構造に利用したものが合成土留め壁です。合成土留め壁は、仮設の土留め壁に比べ本体構造物の幅を縮小できるため、使用材料の縮減、掘削や埋戻し土量の削減ができ、建設コストを縮減できます。

鹿島では、SMWの芯材(H形鋼)と後から施工するコンクリートとの一体化に孔あき鋼板ジベルを使用し、さらなる合理化を図りました。

特許登録済

図版:開削トンネルの土留め壁と孔あき鋼板ジベル

開削トンネルの土留め壁と孔あき鋼板ジベル

図版:孔あき鋼板ジベルを取り付けた様子

孔あき鋼板ジベルを取り付けた様子

キーワード

開削トンネル、土留め壁、複合構造、合成構造、ずれ止め、孔あき鋼板ジベル
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従来工法との比較

合成土留め壁では、H形鋼の芯材と鉄筋コンクリート(本体構造の壁部)との一体性を保持するためのジベル(ずれ止め)が必要となります.従来、頭付きスタッドが多く用いられてきましたが、これに代わり孔あき鋼板ジベル(PBLとも呼ばれる)を使う工法を開発しました。孔あき鋼板ジベルは、孔があいた鋼板を鋼材に溶接にて取り付け、孔に充填されたコンクリートにより鋼材とコンクリートを一体化するものです。孔あき鋼板ジベルを使うことで次のような利点があります。

  • ジベルの必要高さが小さいため、ジベルを取り付けた状態でH形鋼(芯材)の建込みが可能となる。
  • ジベルをH形鋼に取り付ける溶接作業が、建込み前に工場で可能となるため、現場の作業工程短縮となる。

図版:頭付きスタッドと孔あき鋼板との形状比較

頭付きスタッドと孔あき鋼板との形状比較

図版:ずれ止めの違いによる工程比較

ずれ止めの違いによる工程比較

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特長・メリットココがポイント

開削トンネルの用地幅を狭くすることが可能

  • 合成土留め壁は、応力的に余裕のある土留め壁の鋼材を活かし、鉄筋コンクリート製の側壁の一部とするためこの側壁を薄くすることができます。
  • 側壁が薄くなった分、コンクリート量を削減できるほか、掘削幅を狭くできため掘削・埋戻し土量も削減できます。
  • 用地幅が狭くなるので、用地取得に要する費用も縮減することが可能です。

図版:一般的な土留め構造と合成土留め構造の比較

一般的な土留め構造と合成土留め構造の比較

一体化に必要なジベル(ずれ止め)の高さが低い

  • 重機で地面を削孔後に、H形鋼(芯材)を建て込みます。この時、孔あき鋼板ジベルは鋼材とコンクリートを一体化するためのジベルの高さが小さいため、ジベルを取り付けた状態でH形鋼(芯材)の建込みが可能となります。
  • 側壁の鉄筋を組み立てる際に、ジベルが低いことにより鉄筋との干渉がなく鉄筋組立の施工性が向上します。
  • ジベルを工場で取付可能となるため、取付けにおける溶接の品質が向上します。

図版:削孔範囲とH形鋼の断面形状

削孔範囲とH形鋼の断面形状

図版:孔あき鋼板ジベルの状況

孔あき鋼板ジベルの状況

図版:孔あき鋼板ジベルと側壁鉄筋の組上がり状況

孔あき鋼板ジベルと側壁鉄筋の組上がり状況

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適用実績

図版:島屋北工区開削トンネル

島屋北工区開削トンネル

場所:大阪府大阪市

竣工年:2012年3月

発注者:阪神高速道路

規模:合成土留め壁構造区間230m

学会論文発表実績

  • 「孔あき鋼板ジベルを用いた合成土留め壁に関する研究」,土木学会論文集A,Vol.66,No.3,2010年
  • 「合成土留壁構造道路トンネルの施工実績」,コンクリート工学,Vol.49,No.12,2011年
  • 「阪神高速淀川左岸線(1期)の建設-新しい鋼コンクリート接合構造によるコスト縮減-」,土木施工,Vol.54,No.5,2013年

ラッピングウォール工法®

埋設物によって生じる土留め壁欠損部に、
確実で高品質な地中連続壁を構築

都市部の地中連続壁構築工事では、施工位置に移設不可能な埋設物が横断している場合も多く、埋設物下部及び周辺を施工できず、欠損部が生じることがあります。

従来はこの欠損部に対し、地盤改良工法などで対処するのが一般的でしたが、幅が4m以上の埋設物の場合、地盤改良工法などではその欠損幅を補うことができず、凍結工法や開削工法など大掛かりな方法で対処しなければなりませんでした。

ラッピングウォール工法は、このような大断面、大深度の埋設物によって生じる欠損部に、確実で高品質な地中連続壁を構築できる工法です。

平成16年度エンジニアリング功労者賞

第7回国土技術開発賞入賞

特許登録済

図版:施工イメージ

施工イメージ

キーワード

地中連続壁工法、地中構造物、埋設物、止水壁、ジェット切削
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施工ステップ

図版:施工手順図

施工手順図

  1. Step1全周回転掘削機で埋設物側部にガイドホール(オールケーシング工法)を構築します。
  2. Step2孔内に安定液を充填し、その後ケーシングを所定の位置まで引上げ、当工法掘削機を投入します。
  3. Step3掘削機は扇状に動作する機構となっていて、埋設物から一定の距離までの地山を掘削機の回転ビットで掘削します。
  4. Step4埋設物側部の掘削後、埋設物下部も同様に扇状に掘削します。
  5. Step5順次、根入部まで扇状に掘削します。
  6. Step6掘削機の回転ビットを高圧ジェット切削装置に入替え、高圧ジェットの噴射により埋設物周辺の地山を切削します。
  7. Step7埋設物周辺地山の切削後は、新たに開発した固化材(高流動ノンブリーディングコンクリート)を打設し、置換えます。
  8. Step8埋設物の対面側についても、STEP1〜7の同様の施工を行い、連続壁を閉合します。
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特長・メリットココがポイント

大掛かりな補助工法が不要

  • 凍結工法や開削工法、地盤改良などの大掛かりな補助工法が不要で、地中連続壁を短期間に構築可能です。

図版:欠損部における地盤改良範囲

欠損部における地盤改良範囲

埋設物への影響を最小限に

  • 高圧ジェットの切削は、ジェット噴射の調整が可能なため、埋設物への影響を最小限に抑えることができます。

高精度で止水性に優れた地中連続壁の構築

  • リアルタイムモニタによる施工管理システムの導入で、確実かつ高精度な掘削が可能です。
  • 埋設物周辺の地山を高圧ジェットで切削し、高流動のノンブリーディング固化材で置換えるため、止水性の優れた地中連続壁の構築が可能です。

図版:リアルタイムモニタ画面

リアルタイムモニタ画面

適用実績

図版:阪神高速道路淀川左岸線

阪神高速道路淀川左岸線

場所:大阪府大阪市

竣工年:2006年3月

発注者:阪神高速道路公団

規模:合成土留壁(SMW連続地中壁)
約3,800m2のうち約45m2

学会論文発表実績

  • 「ラッピングウォール工法」,建設の機械化,(社)日本建設機械化協会,2004年
  • 「大断面埋設物直下に地中連続壁を構築するラッピングウォール工法の開発」,(社)日本建設機械化協会,建設施工と建設機械シンポジウム論文,2004年
  • 「埋設物を横断した新地中連続壁工法の開発(ラッピングウォール工法)」,総合土木研究所(基礎工),2004年
  • 「高圧噴射による地山切削時の施工管理手法」,土木学会第59回年次学術講演会,2004年

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