JP2003206691A - シールド到達工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】シールドマシンが到着立坑に到着する際にその
到着箇所を設置するためには、立坑壁面を破壊して到達
孔を形成する必要があるが、壁面を破壊すると湧水等の
問題が発生するのでこれを解決する。 【解決手段】一端に隔壁を有する管から成り、シールド
マシンを内部に包有可能なシールド到着装置２２を、立
坑壁面のシールドマシン到着箇所２１ａに液密な状態に
て設置する。シールドマシン到着箇所２１ａの壁面をシ
ールドマシン自ら破壊切削可能とすることにより、土中
を掘進してきたシールドマシンが、自ら壁面を破壊切削
して到着箇所に設置したシールド到着装置２２の中に進
む。トンネルの構成材であるセグメント１０を立坑壁面
内のパッキン２３より内側まで一連として接合した後に
シールドマシンを坑内部に進めることより、土壌より立
坑内部への湧水等を防止し、立坑内部から壁面を破壊す
ることなく、シールドマシンを到着立坑内部に導く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はトンネル形成方法の
一つであるシールド工法に関し、特にシールドマシン到
達坑にシールドマシンが到達する際の工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】地下構造物を形成する技術のうち、特に
建設物を有する都市部など地表面に制約がある場合や、
海底下等の軟弱地盤などに構造物を建設する手段の一つ
としてシールドマシンを使用したシールド工法がある。
シールド工法は特に軟弱な土質におけるトンネル掘削を
行うにあたって、崩壊、流動しようとする地盤内にトン
ネル外径よりも多少大きめな管（シールド）を入れ、そ
の内部で崩壊を防ぎながら安全に掘削作業、及びトンネ
ル外形を形成するセグメントを組み立てるライニング作
業を行い、容易に軟弱地盤内にトンネルを形成する工法
である。

【０００３】また、シールドが発進する発進部及びシー
ルドが到達する到達部は立坑から形成され、その立坑の
深部にてシールドマシンを組み立てて発進し、掘進して
所定の場所に到達して解体、撤収を行う。そのため、ト
ンネル形成工事において、地表を占有する面積は立坑及
びそれに付随する箇所のみになり、地表より掘り下げて
トンネルを掘削するオープンカット工法等に比べて、土
地占有率を大幅に低下することが可能となる。

【０００４】よって、都市部など、地表に構造物が多く
ある箇所においてもシールド工法は有効な地下構造物建
設工法となる。

【０００５】一般に立坑は、開削工法や、管を掘り下げ
て形成するケーソン工法等によって形成され、発進部の
立坑においてはシールドの搬入組み立て、セグメント等
の資材や、諸機械の搬入、掘削土砂の撤去、給排水、給
電、換気、作業員の入出等の多くの役割を果たす。ま
た、シールドが発進する際の、反力受け等の役割も果た
す。

【０００６】シールドマシンが発進立坑から発進し、地
中に貫入される手順は次のようなものである。先ず、立
坑壁面の取り壊しを行う。この際、貫入箇所周辺の地盤
は地山の崩壊、湧水などを防止するために必要に応じて
薬液注入等の地盤改良が行われる。また、発進口には坑
口コンクリートによって補強を行い、坑口コンクリート
の発進口周辺にはゴムリングによるエントランスパッキ
ングを設けて、シールドが貫入した際の湧水や土砂の流
出を防止する。シールドマシンが坑口コンクリートを通
過した後、形成されるセグメントと坑口との隙間は早急
にモルタル等の裏打材にて充填される。

【０００７】これに対して到着立坑においては、シール
ドマシンが到着する際に、到着箇所の側壁を崩し、その
崩した箇所にシールドマシンを到着させるように工事を
行っていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記のシールドマシン
到着方法では、到着の際に地中から直に立坑内部にシー
ルドが貫入するために、シールドとそのシールドが掘削
してきたトンネルとの境界からの湧水や、土砂の流出な
どの問題があった。

【０００９】前記の問題は地盤改良を行うことにより幾
分かは改良されるものであるが、これを完全に抑制する
ことは困難であった。

【００１０】また、到着箇所の側壁を崩す際にも、単に
その壁を崩すだけでは立坑の強度不足をもたらすため
に、坑口周辺にコンクリートを打設し、補強する必要が
あり、そのために余分な作業を必要としていた。

【００１１】本発明は上記の問題を鑑みてされたもので
あり、止水効果を高めながらも余分な作業を発生させ
ず、かつシールド到着時の作業時間の短縮化を図ること
を課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明においては、前記
の課題を解決するために以下のような構成とした。すな
わち、シールド工法で使用するシールドマシンが掘進箇
所から到達坑内部に到達する際に行う工法であって、一
端が注排水口を有した隔壁により塞がれ、他端が開放
し、その内周面に一連のパッキンを有した管状のシール
ド受入装置が、その他端がシールドマシン到達箇所であ
る到着坑側面を形成する壁面に接して、液密性を有する
よう設置される工程、液体を前記注排水口よりシールド
受入装置の内部に注入すると共に、内部液圧が坑外部の
土圧及び水圧と同等となるよう調整する工程、掘進して
きたシールドマシンが、前記壁面を掘進して、シールド
受入装置内部に到達して停止し、前記パッキンとシール
ドマシンとが液密的に嵌合する工程、トンネルの外殻と
なるセグメントを組み立てた後、セグメントとシールド
受入装置、及び壁面との間の空間に充填材を充填する工
程、シールド受入装置内部の液体を排出し、前記隔壁を
撤去する工程、シールドマシンを到達坑内部に推進させ
る工程、を含み、これらの工程を実施してシールドマシ
ン到着箇所を形成し、到着坑内部にシールドマシンが到
達することを特徴とする。

【００１３】すなわち、シールドを立坑側面に設置した
液密状態のシールド受入装置内部に導入し、その導入さ
れた状態でセグメントを組み立て、トンネルを形成して
立坑外部地盤よりの止水を行った後に、シールドを立坑
内部に導く工法である。

【００１４】この工法に使用するシールド受入装置は、
少なくとも一端が開放された管形状とすることができ、
その内周にはパッキンを設ける。そして、その開放側が
山留壁に接するように配置し、その周囲を坑口コンクリ
ートで覆い、液密なシールド受入装置を形成する。ま
た、パッキンを有することにより、シールドマシンがシ
ールド受入装置内部に貫入した際、シールド受入装置内
部とシールドマシン外部を遮断することにより、シール
ドトンネル外部よりシールド受入装置内部に土砂、湧水
の流入を防止することが可能となる。

【００１５】前記のパッキンはそのパッキンの周辺を防
護材で覆うことにより、パッキンとシールドマシンが接
合する前と接合した後において、飛散する土砂等より、
パッキンを保護することが可能となる。

【００１６】また、シールド受入装置は、二つの管に分
割可能であり、個々に分けた一方のシールド受入装置を
構成する管が山留壁に設置された後、他方のシールド受
入装置を構成する管を一方の管に取り付けることによ
り、取り付け作業の簡便化と、取付工事時には余分な装
置である他方のシールド受入装置を後に設置する事によ
り立坑内部の作業面積の拡大とを図ることが可能とな
る。

【００１７】前記の管状部分の他端には隔壁を有し、こ
の隔壁により設置されたシールド受入装置は液密性を保
つこととなる。またこの隔壁には入排水バルブ等を設け
てシールド受入装置内部に液体を注入し、内部圧力を土
圧と等しくすることや、シールド受入装置内部に溜まっ
た湧水等を排出することなども想定される。

【００１８】シールド受入装置が設置される到達立坑内
面を形成する壁面において、シールドマシン到達箇所は
シールドマシン自体にて掘削、貫通可能とすることによ
り、立坑内面から壁面を取り壊すことなく、シールドマ
シンをシールド受入装置内部に導入することが可能とな
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施の形態として
立坑を形成する壁面である山留壁と、その立坑を到着立
坑とするシールドマシンに基づいて本発明を説明する。

【００２０】本実施の形態の想定する地盤は、湧水等が
あり、不安定な軟弱地盤や硬軟両層が共存するものと
し、この地盤に対応するシールドマシンも泥水式シール
ドマシンである。

【００２１】図１より、シールドマシン１は、スキンプ
レート２を外殻として、バルクヘッド４にてシールド全
面内外を遮断し、そのバルクヘッド４前方に有するカッ
タヘッド３にて掘進するものである。またその掘進した
際に発生した土砂は泥水と共に送泥管６にて流体輸送さ
れ、坑外部にて処理される。

【００２２】シールドマシン１が適用される範囲として
は、湧水を伴う細砂などで切羽の安定が困難な崩壊性の
ある土壌や、土被りが薄く圧気では噴発の恐れが多い箇
所、小口径のシールドで、トロッコ等による掘削土砂の
運搬が困難な場合などが挙げられる。土質的には軟弱な
シルト質地盤から、粘土質、砂質地盤、あるいは滞水性
のある砂礫地盤まで、すべての地盤に適応される。

【００２３】このシールドマシン１により土壌を掘り進
む手段としては次のようなものである。密閉されたシー
ルドのカッタヘッド３とバルクヘッド４の間に隔壁によ
り仕切られたカッタチャンバ５を設ける。このカッタチ
ャンバ５内に、地上の泥水処理プラント（図外）で作泥
された泥水を送泥管６により構内を経て切羽の間隙水圧
より２〜５ＭＰａ高い圧力で、かつ適正な濃度で送泥す
る。この泥水によりカッタチャンバ５内の圧力を保持し
て切羽を加圧し、カッタヘッド３による掘削時の切羽の
崩壊の防止と切羽よりの湧水を防ぐ。このようにして切
羽を安定させながらカッタヘッド３を回転させつつ、シ
ールドジャッキ８にてセグメント１０に反力を取り、掘
進する。

【００２４】カッタチャンバ５内の泥水を間隙水圧より
高く保つ理由としては、泥水による加圧効果フィルタケ
ーキを形成すること、土壌の性質を改善することにより
切羽の安定を図ること、及び、掘削土砂を泥水中に浮遊
させ、沈殿を防ぎ、スラリ状で坑外にパイプ輸送を行う
ためである。

【００２５】すなわち、泥水中の粘土を加圧することに
より切羽面に集積させ、その粘土がシキソトロピー的な
ゲル化を起こし、フィルタケーキ（泥壁）を形成する。
よってこのフィルタケーキが切羽面を覆い、泥水を間隙
水圧以上の圧力にて地山に作用させることにより切羽面
の安定を図る。

【００２６】一方、掘削土砂の運搬は、切羽面より加圧
泥水とともに排出されるが、掘削土砂は泥水中に浮遊さ
れ、ポンプにて送泥しやすい状態となり、坑内に送泥管
６を配管するだけで土砂排出を可能とする。

【００２７】掘削された土砂はカッタヘッド３に有する
隙間であるカッタスリット１２よりカッタチャンバ５内
に取り込まれる。この土砂はカッタチャンバ５内に有す
るアジテータ７により、送泥管６より送られる送泥水と
撹拌され、均質な状態になった後に隔壁下部に設けた送
泥管６より排泥水として抜き取られ、坑外の泥水処理プ
ラントへと再送される。

【００２８】泥水処理プラントではスラリ状態の排泥水
より、掘削土砂と水の分離を行い、掘削土砂を運搬可能
なように脱水処理すると共に、一部の泥水を循環水とし
て使用するために調整し、かつ、余剰水を無害化して排
水するための処理を行う。

【００２９】以上の工程を行うことによりトンネルを掘
進し、シールドマシン１が通過した後のトンネル壁面を
セグメント１０によって形成してゆく。

【００３０】セグメント１０は一般に鋳鉄、鋼、プレキ
ャストコンクリートなどを素材として、成型され、数個
の標準セグメント１０ａ、二個のキー隣接セグメント１
０ｂ、一個のキーセグメント１０ｃをボルト等を使用し
て組み立てることにより円環（セグメントリング）を形
成し、これを軸方向に連続的に接合させてトンネルを形
成する。

【００３１】その形成方法としては、シールドマシン後
方のテール部にてエレクタ９（組立機）によって組み立
てられ、１リング組み立てられた段階で真円保持機など
によりセグメントリングができるだけ真円になるように
調整される。その後、シールドマシン１が前進すること
により、セグメントリングはシールドマシン１内より地
盤内に排出され、これを繰り返すことによりトンネルが
形成される。また、セグメントリングが他のセグメント
リングと接合される際には、隣接する他のセグメントリ
ングを構成する個々のセグメント１０の継手が同一箇所
にならないように、それぞれのセグメントリングは図２
に示す千鳥組により構成される。

【００３２】また、形成されたセグメントリングはシー
ルドマシン１が前進する際の反力受けとして使用され
る。この反力受けとして使用されることでトンネル形成
後にもシールドマシン１の反力により、セグメント１０
の連結部にズレが生じて漏水する恐れもあるため、シー
ルドマシン１が約２０リング程度進んだ時点で再度取付
の調整を行う。また、シールドマシン１が前進すること
により、セグメント外面と地盤との間のシールドマシン
１のテールシール１３後方に隙間（テールボイド）が生
じる。

【００３３】このテールボイドをモルタル等で埋める作
業（裏込め注入工）を行う。裏込め注入工を行う理由と
しては、地盤の緩みと沈下を防止すること、地盤とセグ
メント１０を一体化することによりトンネルの早期安定
を図ること、セグメント１０の接続部よりの漏水を防止
すること、等が挙げられ、シールドマシン１が掘進する
と同時に速やかに充填を行わなければならない。

【００３４】裏込め注入工の方法としては、図３に示す
ように、スキンプレート２の端部、セグメント１０と地
盤との隙間位置に注入孔１７を設置して、その孔より、
シールドマシン１の掘進と連動させて注入材１６である
モルタル等を注入し、隙間を充填する。

【００３５】以上から、シールドマシン１及びセグメン
ト１０により地盤中にトンネルが形成されることとな
る。以下に、前記の工法によりトンネルを形成するシー
ルドマシン１が地中より到達立坑に到着する際の方法に
ついて述べる。

【００３６】本実施の形態のシールドマシン１が到着す
る到着立坑は、ケーソン工法により作られ、鉄筋コンク
リートからなるプレキャスト製法により作製された駆体
を、立坑の山留壁２１として形成する。また、その山留
壁２１のシールドマシン１到着箇所２１ａは無筋とし、
その駆体もカッタヘッド３のビットにより掘削可能な
物、例えば発泡モルタル等の低強度な物としてその厚さ
も他の山留壁２１と比較して薄くする。

【００３７】山留壁２１のシールドマシンが到着して開
口する箇所の周辺は配筋量を増やして、無筋、低強度の
駆体からなる到着箇所周辺の補強を行うと共に、掘削時
の微振動により発生する亀裂の発生を極力押さえるよう
にする。

【００３８】次に形成された到着立坑のシールドマシン
１到着箇所２１ａにシールド受入装置２２を設置する。

【００３９】本実施の形態で使用するシールド受入装置
２２を図４ａに示す。シールド受入装置２２内部にはシ
ールドマシン１を包有するため、その内径をシールドマ
シン１より若干大きくし、両端を開放した二つの管を一
連になるようボルト等で接合した物であり、図４ｂに示
すようにそれぞれの管２２ａ，２２ｂの内部には一連の
高水圧に耐え得るシールパッキン２３を有している。

【００４０】また、シールド受入装置の出口側、すなわ
ち山留壁に接してコンクリートにて埋設されない一方の
管２２ａの端部には取り外し可能な隔壁２４を有してい
る。その隔壁２４には給排水管２５が設置され、その給
排水管２５より内部に清水、泥水等を注入することが可
能である。

【００４１】シールド受入装置２２は二つに分離して、
管２２ｂが山留壁２１に接するように設置し、周りをコ
ンクリートで固めて埋設する。

【００４２】前記のシールド受入装置２２をコンクリー
トにて固定する際には、単にシールド受入装置２２を所
定位置にてコンクリートにて埋設固定するだけでなく、
予め既設の山留壁２１よりアンカーボルト等を出し、そ
のアンカーボルトとシールド受入装置を接合した後にコ
ンクリートを打設する方法等がある。この他にも山留壁
２１を構成する鉄筋の端部を駆体外部に突出させ、シー
ルド受入装置２２を固定するコンクリートにも配筋可能
となるようにして、山留壁２１と連続した一体となる鉄
筋コンクリートとなるようにコンクリートを打設する方
法等でシールド受入装置２２周辺を補強してもよい。

【００４３】また、図５に示すようにシールド受入装置
２２を埋設固定する際には、シールド受入装置２２の管
方向の中心軸とシールドマシン１の中心軸が同一になる
ように固定し、かつ、管２２ｂと管２２ａとのの接合部
がコンクリート打設位置より外部に露出されるよう据え
付け、埋設に使用したコンクリートが硬化した後に、隔
壁２４を接合する他の一片の管２２ａを取り付ける。

【００４４】シールド受入装置２２の内部に有するパッ
キン２３部分はシールドカッタ３及び切削土砂からの損
傷、摩耗防止のため発泡スチロール等の保護材２６で覆
われる。

【００４５】シールド受入装置２２を埋設したコンクリ
ートが所定強度を発生した後に、シールドマシン１によ
る掘削を開始する。その際には、隔壁２４をシールド受
入装置２２端部に取り付け、シールド受入装置２２内部
を気密状態にした後、隔壁２４に有する給排水管２５よ
り内部に清水もしくは泥水を流し込んで立坑外部の地盤
の圧力と同等の圧力になるよう加圧して、シールドマシ
ン１貫入時に内外の圧力差による変動が起こらないよう
にする。

【００４６】図６に示すようにシールドマシン１で山留
壁２１ａを形成する駆体を掘削、貫通後、シールド受入
装置２２内に貫入し、発泡スチロールからなるパッキン
２３の保護材２６を掘削しながら、パッキン２３と接合
しつつ前進し、隔壁２４直前で停止する。

【００４７】停止後、パッキン２３の止水を確認の後、
シールドマシン１のテール部において施工されるセグメ
ント１０と地盤の間にできるテールボイドにセメント系
材料からなる注入材１６を、裏込注入して充填する。

【００４８】その後、図７に示すように前記のテールボ
イドへの裏込注入が、山留壁２１内の切削位置まで行わ
れ、切削してきた地盤とシールド受入装置２２内部及
び、シールドマシン１周辺とが遮断されるのと前後し
て、シールド受入装置２２に残る泥水を引き抜き、隔壁
２４を撤去する。

【００４９】前記の注入材１６が硬化後、山留壁２１と
セグメント１０との接合位置よりの湧水がないことを確
認した後にシールドマシン１を立坑内部に推進させて、
到達作業を終了する。

【００５０】また、本実施の形態においては泥水加圧式
シールドマシンについて述べたが、本発明のシールドマ
シン受入装置では前記泥水加圧式シールドマシンのみに
対応するものではなく、例えば全面開放型シールドの一
種類である手堀式シールドなどでも使用できる。特に全
面開放型シールドであればシールドマシン受入装置に隔
壁を設けて受入装置内部の圧力を高める必要もなく、そ
の分の工程を省くことも可能である。

【００５１】よって本実施の形態によれば、地盤改良工
事、特別な止水対策を行うことなく、シールドマシンを
到着立坑へ導くことが可能となる。

【００５２】

【発明の効果】本発明を行うことにより、シールドマシ
ンが到着する前に到着立坑の到着箇所にシールドマシン
が到着する孔を設ける必要がないので、それに伴う地盤
改良等の工事が無くなり、それに伴う工程を省くことが
可能となる。

【００５３】また、シールド受入装置内部にて、密閉し
た状態でシールドマシンの到着時作業を行うため、地盤
よりの湧水が到着立坑内部に噴出することが無くなり、
それに伴う湧水対策も不必要である。よって今まで必要
としてきた工程を省くことが可能となり、トンネル形成
の工期を短縮することができる。。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係るシールドマシンの断面詳細
図である。

【図２】本実施の形態に係るセグメントの構成概念図で
ある。

【図３】本実施の形態に係るテールボイドへの裏込注入
工を行う際の図である。

【図４】（ａ）本実施の形態に係るシールド受入装置の
側面図である。 （ｂ）本実施の形態に係るシールド受入装置の断面詳細
図である。

【図５】本実施の形態に係るシールドマシンと立坑、シ
ールド受入装置の関係を表す図である。

【図６】本実施の形態に係るシールドマシンと立坑、シ
ールド受入装置の関係を表す図である。

【図７】本実施の形態に係るシールドマシンと立坑、シ
ールド受入装置の関係を表す図である。

【符号の説明】

１．シールドマシン ２．スキンプレート ３．カッタヘッド ４．バルクヘッド ５．カッタチャンバ ６．送泥管 ７．アジテータ ８．シールドジャッキ ９．エレクタ １０．セグメント １０ａ．標準セグメント １０ｂ．キー隣接セグメント １０ｃ．キーセグメント １１．モータ １２．カッタスリット １３．テールシール １６．注入材 １７．注入孔 ２１．山留壁 ２１ａ．シールドマシン到着箇所 ２２．シールド受入装置 ２２ａ．管 ２２ｂ．管 ２３．パッキン ２４．給排水管 ２５．隔壁 ２６．防護材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールド工法で使用するシールドマシンが
   掘進箇所から到達坑内部に到達する際に行う工法であっ
   て、 一端が注排水口を有した隔壁により塞がれ、他端が開放
   し、その内周面に一連のパッキンを有した管状のシール
   ド受入装置において、その他端がシールドマシン到達箇
   所である到着坑側面を形成する壁面に接して液密性を有
   するよう設置される工程、 液体を前記隔壁に有する注排水口よりシールド受入装置
   の内部に注入すると共に、内部液圧が立坑外部の土圧及
   び水圧と同等になるよう調整する工程、 掘進してきたシールドマシンが、前記壁面を掘進して、
   シールド受入装置内部に到達して、前記パッキンとシー
   ルドマシンとが液密的に嵌合される工程、 シールドマシン掘進と共に行うトンネルの外殻となるセ
   グメントの組立を行った後、セグメントとシールド受入
   装置、及び壁面との間に充填材を充填する工程、 シールド受入装置内部の液体を排出し、前記隔壁を撤去
   する工程、シールドマシンを到達坑内部に推進させる工
   程、を含み、これらの工程を実施してシールドマシン到
   着箇所を形成し、到着坑内部にシールドマシンが到達す
   ることを特徴とするシールド到達工法。
2. 【請求項２】請求項１に記載のシールド到達工法にて使
   用するシールド受入装置において、少なくとも一端を開
   放した管状体であり、その内周に一連のパッキンを有す
   ることを特徴とするシールド受入装置。
3. 【請求項３】上記シールド受入装置において、その管状
   部分は一端と他端とをそれぞれ有する二つの管に分割可
   能であることを特徴とする請求項２に記載のシールド受
   入装置。
4. 【請求項４】上記シールド受入装置において、そのパッ
   キン周辺が防護材で覆われたことを特徴とする請求項２
   または３に記載のシールド受入装置。
5. 【請求項５】上記シールド受入装置において、その他端
   に隔壁を有することを特徴とする請求項２〜４何れかに
   記載のシールド受入装置。
6. 【請求項６】到達坑内面を形成する壁面において、シー
   ルドマシン到達箇所はシールドマシン自体にて掘削、貫
   通可能であることを特徴とする壁面。