JP2005290797A - 推進およびシールド併用工法 - Google Patents

Abstract

【課題】 セグメントの分割個数を可及的に少なくして施工を容易し、両管路の接合作業および芯出し作業が容易であり、さらに長期に亘る止水性能を維持する。
【解決手段】 推進およびシールド併用工法において、推進工程が、シールド掘進機５の組立空間９の後端に推力受けリング１３を設け、上記推力受けリング１３の後端に推進管２０を嵌合当接させ、推進管２０から推力受けリング１３を介してシールド掘進機５に推進力を加える工程と、シールド工程が、先頭のセグメント筒３５を推進管２０に接続する工程と、到達立孔２から上記セグメント筒３５内に所定の隙間Ｓをあけて内装管４０を押込み敷設し、上記先頭の内装管４０を上記推進管２０に接続する工程とにより、上記鋼セグメント３５と先頭の推進管２０との接続が容易である。
【選択図】 図５

Description

この発明は、推進およびシールド併用工法に係り、詳しくは、市街地における下水道施工などに利用され、地盤を開削することなくシールド掘進機と推進管とを地盤内に推進させて推進管を敷設していく推進工法と、鋼セグメントを組み立てて覆工するシールド工法とを組合わせて実施する推進およびシールド併用工法に関するものである。

推進およびシールド併用工法は、トンネルの構築技術として何れも良く知られている推進工法とシールド工法とを組合わせることで、両工法の欠点を補い利点を効果的に発揮させることができる。具体的には、施工を開始する立坑から一定距離までは推進工法を適用し、その後はシールド工法を適用する。

推進工法では、推進管列の最後尾に元押しジャッキで推進力を加えて、推進管列およびシールド掘進機の全体を地盤内に推進させていく。そのため、推進管列が長くなるほど、大きな推進力が必要となる。この大きな推進力を発生させるためには、元押しジャッキなどの設備が大掛かりになる。また、大きな推進力が推進管の接続部に加わると、推進管、たとえばヒューム管である場合は損傷や変形を起す場合がある。したがって、推進工法では、あまり長距離の推進作業を一度に実施するのは難しい。推進距離を短くするために、短い間隔で立坑を配置すると、開削による地上交通などへの影響が大きくなり、施工時間および施工コストも増大する。

一方、シールド工法は、シールド掘進機の内部でコンクリートセグメントを組み立ててセグメント筒を構築した後、シールド掘進機内に備えた掘進ジャッキでセグメント筒を後方に押し出し、押し出されたセグメント筒からの反力でシールド掘進機を前進させる。したがって、施工距離が長くなっても掘進ジャッキはシールド掘進機を前進させる程度の能力があれば充分であり、セグメント筒に加わる力は過大にならない。但し、上記セグメント筒を形成するため、予め製造された推進管を最後尾に連結していく推進工法に比べると施工能率が劣る。
そこで、施工開始の段階では、能率的に施工できる推進工法を適用し、施工距離が長くなって推進工法が難しくなった段階でシールド工法に切り換えることによって、長距離にわたるトンネル施工を能率的に行えるようにした利点がある。

上記工法として、例えば、特開平７−５４５７７号公報を挙げることができる。
この公報のものは、図９に示すように、筒状外殻基体ｂの前端に掘削部ｃを設け、かつ後端にセグメントｓをリング体（セグメント筒）ｒに組み立てるためのテール部ｄを具え、前進のための掘進ジャッキｆを具えたシールド掘進機ａと、このシールド掘進機ａから発進した前進位置との間でこのシールド掘進機ａにより形成された掘削孔内に、上記発進位置に設けた元押しジャッキ（図示省略）を用いてシールド掘進機ａの前進とともにヒューム管ｐを推進埋設することにより掘削孔を形成し、かつ、この掘削孔に続いて、上記シールド掘進機ａによる掘削に伴う前進により生じる上記テール部ｄ内の空所で、エレクタｅにより上記セグメントｓを持ち上げて組み立てられる上記リング体ｒを、前進のための上記掘進ジャッキｆの伸長力によりシールド掘進機ａから押し出すことにより、リング体ｒが連続するシールド孔を形成するとともに、上記シールド掘進機ａは、テール部ｄ前方に配され、上記セグメントｓを組み立てたリング体ｒと、一体な筒状をなし上記ヒューム管ｐと上記リング体ｒとに結合される接続リングｇを予め収容した構成からなる。これによって、上記した利点がある（特許文献１参照）。

一方、鋼製セグメントによるセグメント管路内の隙間を空けて内装管を挿入して内装管路を形成し、上記隙間に軽量モルタルを充填してシールド管路を敷設するものもある（特許文献２参照）。
特開平０７−５４５７７号公報 特開平０８−１８９０５０号公報

しかし、特許文献１の技術は、セグメントｓがテール部ｄ内で組み立てられ、組み立てられたリング体ｒの内径がヒューム管ｐの内径と同一であることから、セグメントｓの板厚が厚肉となる。このため、セグメントｓの重量が重くなって、その取り扱いが面倒となることから、（円周方向における）セグメントｓの分割個数が多くなり、その組み立て施工が煩雑となって作業性が低下する。
また、鋼管製の接続リングｇを別途用意し、この接続リングｇの前後端のフランジにより、上記リング体ｒと前端のヒューム管ｐとを植え込みボルトにより一体に結合するための取付作業が煩雑となる。

また、上記特許文献１のシールド管路に代えて上記特許文献２におけるシールド管路を採用することができたとしても、推進管路と上記シールド管路の上記内装管との接合は両管路間に配設した接続リングｇを介して植え込みボルトにより結合する方式となるため、上記両管路の芯出し作業が容易ではない。

この発明は、セグメントの分割個数を可及的に少なくして施工を容易にすると共に、上記両管路の接合作業および芯出し作業が容易であり、さらに長期に亘る止水性能を維持することを課題とする。

上記の課題を達成するために、この発明は、発進立坑からシールド掘進機の後方に連結された推進管を地盤内に推進させて推進管を敷設させていく推進工程と、上記推進工程に続いて、上記シールド掘進機内の組立空間で鋼セグメントによるセグメント筒を組立てこのセグメント筒を反力部材として、上記シールド掘進機を地盤内に推進させて上記シールド筒を到達立孔まで敷設させていくシールド工程とからなる推進およびシールド併用工法であって、上記推進工程が、上記シールド掘進機の組立空間の後端に推力受けリングを設け、上記推力受けリングの後端に上記推進管を嵌合当接させ、上記推進管から上記推力受けリングを介して上記シールド掘進機に推進力を加える工程と、上記シールド工程が、上記先頭のセグメント筒を推進管に接続する工程と、上記到達立孔から上記セグメント筒内に所定の隙間をあけて内装管を押込み敷設するとともに上記先頭の内装管を上記推進管に接続する工程と、上記隙間に充填材を充填する工程と、からなる構成を採用する。

上記のように、上記推進工程が、上記シールド掘進機に有する上記鋼セグメントの組立空間の後端に推力受けリングを設け、この推力受けリングの後端に、推進管を嵌合当接させ、上記推進管から上記推力受けリングを介して上記シールド掘進機に推進力を加えることにより、上記鋼セグメントと先頭推進管の接続に際し、何等接続部材を介しないから、接続が容易である。

また、先頭の推進管の切込み凹部に、先頭の内装管の挿し口を止水材を介して接続することにより、その芯合わせが容易である。

また、先頭の推進管の前端部に内周側が開放されたナット取付室を形成したので、ナット取付室は上記切込み凹部により、上記取付室の半径方向の深さが浅くなってセグメント筒と先頭の推進管との結合が容易に行なえる。
また、ナット取付室の内周側が内装管（ＧＲＣ管）で塞がれるので、この取付室へのモルタルの充填作業が不要となる。

この発明は、以上のように、シールド施工を一層向上することができる。
また、鋼セグメントと先頭の推進管の接続に際し、何等部材を介して接続するものがないから、接続が容易であるとともに、ナット取付室は切込み凹部により、半径方向の深さが短く浅いので、容易に行なえる。
また、先頭推進管の切込み凹部に内装管の挿し口を嵌合接続するので、その芯合わせが容易である。

この発明の実施形態を図１〜図８に基づいて説明すると、１は発進立坑、２は到達立坑、３は元押しジャッキ、５は掘削と推進機能を備えたシールド掘進機で、鋼製外筒６の先端に回転自在なカッタ７が取付けられて回転駆動機８で駆動される。鋼製外筒６内後端部のテール部６ａには後述する鋼セグメントを組み立てるためのセグメント組立空間９が設けられている。この組立空間９の近傍には、上記鋼セグメントを所定の組み立て位置に取付けるためのエレクタ１０が設置されている。１１はセグメント組立空間９と受け部材１２との間に配設した掘進ジャッキである。

１３は鋼製外筒６の上記セグメント組立空間９の後端に着脱自在に固定した推力受けリングで、固定ボルト１４により固定される。鋼製外筒６の推力受けリング１３位置より端部（後部）側を受け口６ｂとする。この受け口６ｂに先頭の推進管２０の挿し口２１を接続して推力受けリング１３に当接させて、上記推進管２０から推力受けリング１３を介してシールド掘進機５に推進力を伝達する。
先頭の推進管２０の挿し口２１は、凹入段部２２により形成され、この段部２２の周溝２２ａに止水ゴム２９が装着される。なお、先頭の推進管２０の後方には従来とほぼ同様の通常の推進管２０が順次接続される。上記先頭の推進管２０の後端部と後続の推進管２０との接続は、通常の推進管の接続と同様に、先頭の推進管２０の受け口に後続の推進管の挿し口を止水ゴムを介して行なう（図示省略）。

２３は挿し口２１の凹入段部２２内面側に設けたナット取付室で、端板２４と適宜の間隔で埋設した側板２５により形成され、この間の円周方向に適宜の間隔で補強リブ２６が配設される。２７はボルト孔である。
２８は先頭の推進管２０のナット取付室２３の内側、および先頭の推進管２０の端部を一部切り欠いて形成した切込み凹部である。

３０は鋼セグメントで、所定の内面に形成した曲板の４辺に端部フランジ３１、側面フランジ３２を有する箱形のもので、端部フランジ３１にボルト孔３３を設ける。側部フランジ３２にも図示省略のボルト孔を形成する。

４０は先頭の内装管で、例えば、耐アルカリガラス繊維強化セメント（ＧＲＣ）製のもので、その一端に凹周溝４２によって形成した挿し口４１、他端にカラー形の受け口４３を有するものである。４４はモルタル注入口、４５は凹周溝４２に装着した止水ゴムである。
４６は後続の内装管で、これも上記ＧＲＣ製のもので、その一端に凹入り段部により形成した挿し口４７、他端にカラー形の受け口４８を有するものである。４９は凹入り段部に装着した止水ゴムである。

次に、この発明の推進およびシールド工法を説明する。
先ず、発進立坑１内にシールド掘進機５を発進口１ａに位置させ、このシールド掘進機５と発進立坑１の後壁の間に介装した元押しジャッキ３のロッド３ａを前進させてシールド掘進機５を押し込むと同時に、このシールド掘進機５を起動して地盤を掘削して掘削孔を形成する。シールド掘進機５を所定量前進させた後、元押しジャッキ３のロッド３ａを一旦後退させ、推進管２０の先端部をシールド掘進機５の鋼製外筒６後部内に嵌装して推力受けリング１３を当接させる。推進管２０の後端部を押圧板４を介して上記ロッド３ａの前面に位置させ、このロッド３ａを前進させて推進管２０を押し込むと同時にシールド掘進機５を起動して推進する。そして上記前方側の推進管２０に後続の推進管２０を接続しながら、到達立坑２に向けて所定距離推進する。
すなわち、上記シールド掘進機５の鋼製外筒６に形成した上記セグメント組立空間９の後端の受け口６ｂに推進管２０を接続し、上記推進管２０から推力受けリング１３を介してシールド掘進機５に推進力を加えるのである。
このようして、シールド掘進機５と推進管２０を発進立坑１内に設ける後方壁に作用する元押しジャッキ３の反力とシールド掘進機５の堀進作用によって、所定長の推進管路を形成する（図１、２及び７参照）。

次に、推進管２０による推進がこれ以上困難になった時や、推進管路の先方に超曲線カーブが必要となった時、シールド工法により、セグメント管路を構築する。すなわち、推力受けリング１３を鋼製外筒６から外した後、鋼製外筒６のセグメント組立空間９に円周方向に分割されて製造された鋼セグメント３０を用いてリング状に組み立ててセグメント筒３５を形成する。
推進管２０の挿し口２１の端板２４と鋼セグメント３０の一側の端部フランジ３１とを止水材３６を挟んでボルトとナット３４により連結する。一方、他側の端部フランジ３１と受け部材１２との間に掘進ジャッキ１１を取り付け、この掘進ジャッキ１１のロッド１１ａを作動するとともに、シールド堀進機５を起動すると、セグメント筒３５からの反力で（反力部材として）、鋼製外筒６とともにシールド堀進機５が地盤内を前進する。上記シールド堀進機５の前進によって、鋼製外筒６にセグメント組立空間９ができ、その空間９で鋼セグメント３０を組み立ててセグメント筒３５を形成し、この繰り返しにより、連続したセグメント筒３５が形成される。

上記セグメント筒３５を掘進ジャッキ１１の伸長によって後方に押し出すと同時に、シールド掘進機５が前進して掘削作用を行う。このときのシールド掘進機５前進動時の反力支持は、セグメント筒３５と地盤、推進管２０と地盤との摩擦力にて行う。このシールド工法では、１リング毎の鋼セグメント３０の組み立て作業が済む毎にシールド掘進機５を伸長させて、シールド掘進機５と推進管２０の間にセグメント管路を敷設していく（図２及び３参照）。（なお、リング体の組み立て毎に地盤との隙間に裏込め材を注入する。）

上記急曲線カーブの場合、鋼製外筒６を長手方向に２分割し、両外筒内面に、かつ両外筒跨いで複数以上の油圧シリンダを配設するとともに嵌合接続した構成にして、上記油圧シリンダの進退量を調節して両外筒間に角度を付けるようにする。

上記セグメント管路の敷設が終わると、シールド掘進機５を取り外し、上記セグメント管路内の二次覆工を行なう。この二次覆工は、到達立坑２側の到達口２ａからセグメント管路内にＧＲＣ管４０を到達口２ａに位置させ、このＧＲＣ管４０と到達立坑２の後壁の間に設置した押し込みジャッキ５０のロッド５０ａを前進させて、押圧板５１を介し、隙間Ｓを空けて押し込む。ＧＲＣ管４０を所定量前進させた後、ロッド５０ａを一旦後退させる。後続のＧＲＣ管４６の先端部（挿し口）４７をＧＲＣ管４０の受け口４３に止水ゴム４９を介して水密接続し、その後端部を上記ロッド５０ａの前面に位置させ、このロッド５０ａを前進させて後続内装管４６を押し込む。そして、このように押込みと接続を繰り返す。先頭のＧＲＣ管４０の挿し口４１を、上記推進管２０の切込み凹部２８に嵌合すれば、ＧＲＣ管４０、４６の押し込みが完了し、ＧＲＣ管路が形成される（図４、６及び８参照）。

セグメント管路の内径とＧＲＣ管路の外径との間の所定の隙間Ｓに、ＧＲＣ管４０の注入口４４から充填材、例えばエアモルタル５３を充填してモルタル充填層を形成する（図５参照）。

以上によって、外側がセグメント管路、中間がモルタル充填層および内側がＧＲＣ管路 の三者が一体化したシールド管路となる。

上記ＧＲＣ管４０、４６と上記推進管２０との接続は、ＧＲＣ管４０の挿し口４１が推進管２０の切込み凹部（内周側受け口）２８に止水材４５を介して嵌合することによる。このようにシールド管路の内側をＧＲＣ管４０で形成するので、従来の様な型枠を用いた二次覆工による仕上げ処理に比べて大幅に施工時間が短縮される。
また、ＧＲＣ管４０、４６同士を止水ゴム４９で接続することで、止水性が高められるとともにその作業も容易である。

セグメント筒３５の円筒外径は、推進管２０のそれとほぼ同径とする。また、ＧＲＣ管４０、４６の内径は推進管２０のそれとほぼ同径、かつ、その外径は鋼セグメント筒３５で組み立てた筒内径より小径とする。

本発明の実施形態に係る推進状態の部分拡大断面図 本発明の実施形態に係る推進終了後の部分拡大断面図 本発明の実施形態に係る鋼セグメントの掘進状態を示す部分拡大断面図 本発明の実施形態に係る内装管の押し込み状態を示す部分拡大断面図 本発明の実施形態に係るシールド終了後状態を示す部分拡大断面図 図４の部分拡大断面図 本発明の実施形態に係る鋼セグメントの掘進状態を示す断面図 本発明の実施形態に係る内装管の鋼セグメントの押し込み状態を示す断面図 従来技術の概略断面図

符号の説明

１ 発進立坑
１ａ 発進口
２ 到達立坑
２ａ 到達口
３ 元押しジャッキ
３ａ ロッド
４ 押圧板
５ シールド掘進機
６ 鋼製外筒
６ａ テール部
６ｂ 受け口
７ カッタ
８ 回転駆動機
９ セグメント組立空間
１０ エレクタ
１１ 掘進ジャッキ
１１ａ ロッド
１２ 受け部材
１３ 推力受けリング
１４ 固定ボルト
２０ 先頭推進管
２１ 挿し口
２２ 凹入段部
２２ａ 周溝
２３ ナット取付室
２４ 端板
２５ 側板
２６ 補強リブ
２７ ボルト孔
２８ 切込み凹部
２９ 止水ゴム
３０ 鋼セグメント
３１ 端部フランジ
３２ 側部フランジ
３３ ボルト孔
３４ ボルトとナット
３５ セグメント筒
３６ 止水材
４０ 先頭内装管（ＧＲＣ管）
４１ 挿し口
４２ 周溝
４３ 受け口
４４ エアモルタル注入口
４５ 止水材
４６ 後続内装管
４７ 挿し口
４８ 受け口
４９ 止水ゴム
５０ 押込みジャッキ
５１ 押圧板
５３ エアモルタル

Claims (3)

1. 発進立坑１からシールド掘進機５とこのシールド掘進機５の後方に連結された推進管２０とを地盤内に推進させて推進管２０を敷設させていく推進工程と、上記推進工程に続いて、上記シールド掘進機５内の組立空間９で鋼セグメント３０によるセグメント筒３５を組立てこのセグメント筒３５を反力部材として、上記シールド掘進機５を地盤内に推進させて上記シールド筒３５を到達立孔２まで敷設させていくシールド工程とからなる推進およびシールド併用工法において、
   上記推進工程が、上記シールド掘進機５の組立空間９の後端に推力受けリング１３を設け、上記推力受けリング１３の後端に上記推進管２０を嵌合当接させ、上記推進管２０から上記推力受けリング１３を介して上記シールド掘進機５に推進力を加える工程と、上記シールド工程が、上記先頭のセグメント筒３５を推進管２０に接続する工程と、上記到達立孔２から上記セグメント筒３５内に所定の隙間Ｓをあけて内装管４０を押込み敷設するとともに上記先頭の内装管４０を上記推進管２０に接続する工程と、上記隙間Ｓに充填材５３を充填する工程と、からなることを特徴とする推進およびシールド併用工法。
2. 先頭の推進管２０の切込み凹部２８に、先頭の内装管４０の挿し口４１を止水材４５を介して接続することを特徴とする請求項１記載の推進およびシールド併用工法。
3. 先頭の推進管２０の前端部に内周側が開放されたナット取付室２３を形成した請求項１又は２に記載の推進およびシールド併用工法。

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