东京湾横断道路 84页

1 東京湾横断道路プロジェクト における地盤工学の諸課題 2 東京湾横断道路 長さ 15.1 km の有料道路 3 概略の歴史 1971 年 5 月 : 本格的技術的検討の開始 1983 年 5 月 : 内閣、東京湾横断道路の建設を決定 1986 年 10 月 : 東京湾横断道路株式会社設立 1989 年 5 月 : 建設開始 1997 年 11 月 : 竣工、 12 月 18 日開通 4 平面図 断面図 東京湾横断道路の構造 ・浮島取付け部 ; ・ 長さ 9.5 km のシールドトンネル ; ・川崎側人工島 ; 　　　　 ・木更津側人工島 ; ・橋梁 5 東京湾横断道路の構造 ・浮島取付け部 ; ・ 長さ 9.5 km のシールドトンネル ; ・川崎側人工島 ; 　　　　 ・木更津側人工島 ; ・橋梁 平面図 断面図 6 PLAN PROFILE ・浮島取付け部 ; ・ 長さ 9.5 km のシールドトンネル ; ・川崎側人工島 ; 　　　　 ・木更津側人工島 ; ・橋梁 東京湾横断道路の構造 7 PLAN PROFILE ・浮島取付け部 ; ・ 長さ 9.5 km のシールドトンネル ; ・川崎側人工島 ; 　　　　 ・木更津側人工島 ; ・橋梁 東京湾横断道路の構造 8 PLAN PROFILE ・浮島取付け部 ; ・ 長さ 9.5 km のシールドトンネル ; ・川崎側人工島 ; 　　　　 ・木更津側人工島 ; ・橋梁 東京湾横断道路の構造 9 ・ 比較的深い海 ; ・ 頻繁な海上交通（東京港） ; 構造形式を決定した４っつの困難な設計条件 10 ・比較的深い海 ; ・頻繁な海上交通（東京港） ; ・ 軟弱な基礎地盤 ; ・高い地震活動度 . 沖積軟弱粘土（有楽町層） 洪積世後期軟弱地盤（７号地層） 構造形式を決定した４っつの困難な設計条件 11 東京湾横断道路 12 浮島取付け部 川崎側人工島 木更津側人工島 橋梁 13 浮島取付け部 東京湾中央に向かっての シールドトンネル発進地点 14 鋼製大型ケーソン : シールドトンネル発進のため ; 完成後は換気塔の基礎 15 斜路部盛土；　内部のシールドトンネルを保護 鋼製大型ケーソン : シールドトンネル発進のため ; 完成後は換気塔の基礎 16 浮島取付け部 17 川崎側人工島 完成図 断面 18 19 190 m リング状の空間、内部に地下連続壁を建設 20 木更津側人工島 シールド トンネル 21 長さ 9.5 km のシールドトンネル ２ 本だけ建設 残りの１本は、将来必要に なったならば建設 工期短縮のため、８つのシールド掘削機を同時に使用 2 2 2 2 22 23 Blind 型（加圧泥水使用） 14.14 m 建設時、世界最大径 24 25 川崎側人工島での シールド掘削機の組立て 26 日本の長さ 9.5 km のシールドトンネル 27 RC セグメント 28 RC セグメント 二次 RC 覆工 (RC セグメントの内側 ) 29 軟弱粘土層の大規模な 原位置セメント混合 による地盤改良 セメント改良粘土の強度を制御 ; セメント改良工事（盛土と原地盤）の総量； 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 3.77 百万 m 3 . 地盤工学に関連した重要な設計・施工上の課題 - 1: 30 浮島取付け部斜路部盛土 超軟弱粘土層を原位置 セメント混合により改良： （制御された強度） 盛土地盤系の安定性（特に地震時）が保証できる程度に強く。 スムースなトンネル掘削ができる程度に弱く。 31 原位置粘性土地盤の セメント混合による改良 32 セメント混合後の圧縮強度 : q u 　（一軸圧縮試験） x : q max （ CU 三軸圧縮試験） 原地盤 : q u (kg/cm 2 )= 0.044z – 0.88 (z= 深度 ; z= 0 m at TP= 0.0). セメント混合前後の軟弱粘土の圧縮強度 q max (kgf/cm 2 ) (t= 28 days) (m) w n (%) γ t (gf/cm 3 ) 33 セメント混合した砂のスラリー を用いた斜路部の 水中盛土の建設 地盤工学に関連した重要な設計・施工上の課題 - 2: 34 セメント混合砂のスラリーによる水中盛土 : a) 制御された強度： b) トンネルの浮上を防ぐための一定値（1.8 gf/cm 3 ) の全単位体積重量 の確保 浮島取付け部斜路部盛土 35 セメント混合砂スラリー の水中盛土工事 36 37 38 水中盛土工事寸前の試料をモールド内に打設して得た試料 ( 水中盛土工事後は、この強度の 80 % 程度であると仮定してセメント混合の配合設計） 固化したセメント 混合砂の 圧縮強度 ( 浮島取付け部 ) 39 水中盛土工事中に、海中の打設用パイプに設置した小型円筒で回収した試料（おそらく、大幅に過小評価した強度）； この強度に基づいて、施工開始直後にセメント量を設計値よりも増加（おそらく、この増加は不必要であった） 水中盛土工事寸前の試料をモールド内に打設して得た試料 の強度 ( 水中盛土工事後は、この強度の 80 % 程度であると仮定してセメント混合の配合設計） 固化したセメント 混合砂の 圧縮強度 ( 浮島取付け部 ) 40 建設された水中盛土にボーリング孔を掘削して得た不攪乱試料を用いた三軸圧縮試験による強度（最も信頼がおける強度） 水中盛土工事中に、海中の打設用パイプに設置した小型円筒で回収した試料（おそらく、大幅に過小評価した強度） 水中盛土工事寸前の試料をモールド内に打設して得た試料 の強度 ( 水中盛土工事後は、この強度の 80 % 程度であると仮定してセメント混合の配合設計） 固化したセメント 混合砂の 圧縮強度 ( 浮島取付け部 ) 41 木更津側人工島の盛土の セメント混合砂のスラリーを用いた斜路部盛土； ドライ状態のセメント混合砂の水中盛土（平坦部） 　 地盤工学に関連した重要な設計・施工上の課題 - 3: 42 ドライ状態のセメント混合砂 を用いた水中盛土工事 ( 木更津側人工島 ) 43 特別に開発した二重管 水中打設装置 44 ドライ状態のセメント改良砂 の水中盛土：　工事中と 工事完了後 （木更津側人工島） 45 東京湾横断道路で用いられたセメント混合による地盤改良工事と盛土工事の総括表 セメント処理法 　　　　　 　 混合配合 　　　　　 工事箇所 工事量； 1,000 m 3 従来式セメント　　　　　 セメント量 : 140 kg/m 3 深層混合（ DMM) ） W/C 比 : 100 % 　　　 川崎側人工島 　　 132 低強度 DMM セメント量 : 70 kg/m 3 　 浮島取付け部　 1,248 W/C 比 : 100 　 　　 木更津側人工島 289 　　 川崎側人工島 168 スラリータイプ　 　　　　 砂 : 1,177 kg/m 3 浮島取付け部 1,028 セメント混合砂　 　　　セメント量 : 100 kg/m 3 * 　 木更津側人工島 351 (*: 原設計では 　　 　　 粘土 : 110 kg/m 3 川崎人工島 118 80 kg/m 3 ) 　 海水 : 505 kg/m 3 ドライタイプ 　　 砂 : 1,330 kg/m 3 木更津側人工島 435 セメント混合砂 セメント : 100 kg/m 3 分離防止用高分材料: 110 g/m 3 46 東京湾横断道路建設でのセメント混合土の 弾性ヤング率のまとめ 原位置せん断弾性波速度 V S から求めた 弾性ヤング率 E f (kgf/cm 2 ) 改良盛土から得られた不攪乱 試料を用いて、 LDT で軸ひずみを 測定した三軸圧縮試験で 得られた 0.001 % 以下の軸ひずみに おける弾性ヤング率 E max (kgf/cm 2 ) 47 世界最大径のシールドトンネル工事 ; 「非常に強固なセメント改良盛土と粘土地盤内」と「非常に小さな土被りの未改良軟弱粘土地盤内」の連続工事 地盤工学に関連した重要な設計・施工上の課題 - 4: 48 浮島取付け部斜路部 非常に強固なセメント改良粘土地盤 土被りが非常に小さい 未改良軟弱粘土地盤 49 シールド機械の掘削トルク (tonf-m) の大きな急変 浮島取付け部 二本のトンネル リング番号 ( 一リング長 = 1.5 m) 浮島取付け部斜路部 50 CU TC strength q max ; (Fill of cement-mixed sand slurry) Bottom of tunnel Centre of tunnel Top of tunnel Cutter torque (tf-m) q max (LS DMM) Compressive strength, q u or q max (kgf/cm 2 ) q u (LS DMM) 51 盛土・地盤の押さえ荷重と比較 すると「大きすぎるシールドトンネル に作用する浮力」による「二次覆工 設置前のトンネル」の浮上の危険」； トンネル内にインゴットを配置したり 慎重なトンネル掘削工事をすること により防止 . 浮島取付け部斜路部 土被りが非常に小さい 未改良軟弱粘土地盤 52 世界最大径のシールドトンネル工事 ; 工期短縮のための「地盤凍結工法を用いたトンネルの 　地中接合」 トンネル地中接合箇所 地盤工学に関連した重要な設計・施工上の課題 - 5: 53 二本の長さ 9.5 km のシールドトンネル 54 工期短縮のための「地盤凍結工法を用いたトンネルの地中接合」 凍結領域 掘削面 掘削面 長手方向の断面 凍結管 二番目に到達したシールドトンネル 最初に到達した シールドトンネル 55 川崎側人工島の 巨大な地中連続 壁 - 内径 98 m; 高さ 119 m. 下方から見た 模式図 地盤工学に関連した重要な設計・施工上の課題 - 6: 56 川崎側人工島 地盤掘削工事開始直前 地盤掘削工事完了直後 57 サンドコンパクションパイル工法に よる地盤改良工事 58 サンドコンパクションパイル工法による地盤改良工事 59 川崎側人工島 地盤掘削工事開始直前 地盤掘削工事完了直後 60 地盤改良工事後の外側と内側の鋼製ドーナッツ状構造物の建設 61 62 63 リング状空間のセメント混合砂の スラリーによる充填 （この内部とその下部の原地盤 内に地下連続壁を建設するため） 64 円筒状地下連続壁の建設 65 地盤掘削機械 66 67 円筒状地下連続壁の 内部の地盤掘削 68 円筒状地下連続壁の内部の地盤掘削 69 円筒状地下連続壁の内部での RC 構造物の建設 とシールドトンネルの発進 70 円筒状地下連続壁の内部 での RC 構造物の建設 71 円筒状地下連続壁の内部の 地盤内の地下浸透による 破壊を防止するための排水井 排水井戸 地下水位観測井戸 薄い粘土層 やや厚い粘土層 砂層 A 砂層 B 砂層 C 地下連続壁 72 異常な湧水の発生 1993 年 11 月 14 日： 深刻な地盤の浸透破壊へ発展する可能性 排水井戸 地下水位観測井戸 薄い粘土層 やや厚い粘土層 砂層 A 砂層 B 砂層 C 地下連続壁 73 地下水湧水量 (m 3 / 日 ) 第一段階 地下水湧水量 1993 年11月14日からの日付 第二段階 円筒状の 地下連続壁内部の水位 円筒状の 地下連続壁 内部の水位 (m) 地下水の異常湧水の開始 地下水湧水量の増加 地下水湧水量と円筒状地下連続壁内の水位の時刻歴 円筒状地下連続壁内部への海水の注入開始 74 円筒状の地下連続壁の内部の地盤内の動水勾配を低下させるために注入された海水 75 76 セメントミルクや薬液を地盤内に 注入する止水工事を行い、 ６ヶ月後に工事再開 77 78 概略の歴史 1971 年 5 月 (25) : 本格的技術的検討の開始 1983 年 5 月 (37) : 内閣、建設決定 1986 年 10 月 (40) : 東京湾横断道路株式会社設立 1989 年 5 月 (43) : 建設開始 1997 年 11 月 (51) : 竣工、 12 月 18 日開通 79 まとめ -1 東京湾横断道路 は、以下の困難な条件の下に建設された。 a) 比較的大きな海深 ; b) 非常に混雑した海上交通路を横断 ; c) 軟弱な地盤 d) 高い地震活動度。 この建設工事の成功のためには、 いくつかの地盤工学上の設計・施工問題 を解決することがポイントであった。 80 水面の下に重要な技術問題がある 81 まとめ -2 四種類の セメント混合工法 による地盤改良・盛土工 事により、これらの技術的問題の多くを解決した。 1) 軟弱粘土の原位置セメント混合 ; a) 従来法の深層混合工法 (DMM); b) 低強度 DMM; 2) セメント混合砂を用いた盛土工事 ; a) スラリータイプ ; b) ドライタイプ。 82 まとめ -3 世界最大径のシールドトンネル の建設には、 以下の課題の解決が必須であった。 a) 非常に強固なセメント改良土盛土・地盤と未改良軟弱粘土地盤の連続掘削 ; b) 非常に小さな土被りのためのトンネル浮上の防止 ; c) 工期短縮のための地盤凍結工法を用いたシールドトンネルの地中接合。 83 まとめ -4 内径 98 m, 高さ 119 m の世界最大規模の円筒型地中連続 壁 の海中建設工事は、地下連続壁内部の地盤での地下水 の異常湧水により、約 6 ヶ月遅延した。 迅速な処置（円筒状地下連続壁内部への海水の注入）がとられなかったならば、地盤の浸透破壊から人工島全体の破壊へと発展し、東京湾横断道路の完成を不可能にする決定的な事故に至った可能性があった。 この事故は、地下連続壁底部の深さをもっと大きくしてやや厚い粘土層を貫通しておけば動水勾配が小さくなり、生じなかったであろう。 84 御静聴、ありがとうございました。