JP2005344360A - シールド工法及び推進工法における到達坑口止水方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 掘進機と函体との外形寸法が大きく異なる場合であっても、掘進機及び管体と到達坑口との隙間から、土砂が流出するのを防止することができる到達坑口止水方法を提供する。
【解決手段】 到達坑口止水方法を、到達坑口３の第１の環状閉塞部材７を配置して、掘進機４が到達坑口３に達した際に、第１の環状閉塞部材７を掘進機４の外周に接触させて掘進機４と到達坑口３との隙間を閉塞する工程と、第２の環状閉塞部材８を函体６の外周に接触するように掘進機４の後端部にあらかじめ固定配置する工程と、第２の環状閉塞部材８が第１の環状閉塞部材７に達して接触した際に、第２の環状閉塞部材８を、掘進機４との固定を解除し、かつ、第１の環状閉塞部材７に取り付けることにより、函体６と到達坑口３との隙間を閉塞する工程と、から構成する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、シールド工法及び推進工法における到達坑口止水方法に関する。

シールド工法によってトンネルを構築する場合には、シールド機と称する掘進機の発進位置となる発進側立坑及び到達位置となる到達側立坑を地中にそれぞれ設け、発進側立坑から到達側立坑に向けて、掘進機を掘進させながら、セグメントを組み立てて掘進機の後方に函体を構成していく。
また、推進工法によってトンネルを構築する場合には、発進側立坑から到達側立坑に向けて、先導機と称する掘進機によって掘削しながら、掘進機の後方に設けた函体を押し込んでいく。
このような工法では、立坑の壁面は一般的に、崩壊しないように土留壁で覆うが、土留壁には、掘進機の外形（軸方向または長さ方向断面の外形）よりもやや大きい、掘進機が貫通するための到達坑口を設ける。
したがって、掘進機が地山を突き抜けて到達坑口に達すると、掘進機と到達坑口との間には隙間が生じるため、地下水によって流動化した土砂等が到達坑口から立坑内に流出してくる可能性がある。
さらに、函体は通常、掘進機よりも外径または外形が小さく設定されるため、すなわち、函体と到達坑口との隙間は、掘進機と到達坑口との隙間よりも大きいため、掘進機が地盤から完全に抜き出ると、到達坑口から地下水や土砂等が立坑内に流出してくる可能性がより高くなる。
このような危険性を回避するものとして、例えば、掘進機が地山を突き抜ける前に地下水を一時凍結する凍結工法が用いられていて、地下水圧が高い場合には特に有効である。
ところが、凍結工法は、大掛かりな装置が必要となるためコスト高となる、解凍沈下が生じるなどの種々の問題点がある。

そこで、到達坑口の周縁に環状に形成した例えばゴム製の止水具を設け、この止水具によって掘進機と到達坑口との隙間及び函体と到達坑口との隙間を閉塞するといった方法も用いられている（例えば特許文献１参照）。
止水具は、函体の外形よりも小さい内形に形成し、少なくとも掘進機及び管体が入り込んだときには、内端部が掘進機の前進方向に湾曲または屈曲するように構成しておく。
そして、掘進機及び函体が入り込んだ際に、この内端部をワイヤによって外側から締め付けることにより、掘進機と到達坑口との隙間及び函体と到達坑口との隙間を閉塞する。
このような到達坑口の止水方法を用いれば、複雑な装置等を必要としないため、簡単にかつ低コストで到達坑口からの地下水や土砂等の流出を防止することが可能となる。

特開２００３−２０６６９０号公報（第２頁、図９、１０）

しかしながら、特許文献１で公知技術として記載されたような到達坑口の止水方法は、次のような問題点がある。
＜１＞掘進機と函体との外形寸法に大きな差がある場合には、止水具の内形寸法を函体の外形寸法に対応させると、掘進機が止水具内を通過することが困難となってしまう。
また、止水具の内形寸法を掘進機の外形寸法に対応させると、止水具の内端部が函体の外周に十分に接触できなくなる、すなわち、ワイヤによる止水具の締め付け部分が十分に確保できなくなるため、函体と到達坑口との隙間の閉塞が不十分となってしまうおそれがある。
＜２＞止水具の密封性は、ワイヤによる締め付け力のみに依存するため、地下水圧が高くなると、この地下水圧に耐えられない可能性がある。

本発明は上記したような従来の問題を解決するためになされたもので、掘進機と函体との外形寸法が大きく異なる場合、さらには地下水圧が高い場合であっても、掘進機及び函体と到達坑口との隙間から、土砂及び地下水が立坑内に流出するのを確実に防止することができる、シールド工法及び推進工法における到達坑口止水方法を提供することを目的とする。

上記のような目的を達成するための本発明のシールド工法及び推進工法における到達坑口止水方法は、地中を掘進した掘進機及びこの掘進機の後方に設けた函体が到達側立坑内に設けた到達坑口に達した際に、到達坑口から土砂及び地下水が立坑内に流出するのを防止する、シールド工法及び推進工法における到達坑口止水方法であって、到達坑口の周縁部に第１の環状閉塞部材を配置して、掘進機が到達坑口に達した際に、第１の環状閉塞部材を掘進機の外周に接触させて掘進機と到達坑口との隙間を閉塞し、第１の環状閉塞部材に全周にわたり接触可能な形状を有する第２の環状閉塞部材を、函体の外周に接触するように掘進機の後端部にあらかじめ固定配置して、掘進機の前進によって第２の環状閉塞部材が第１の環状閉塞部材に達して接触した際に、第２の環状閉塞部材を、掘進機との固定を解除し、かつ、第１の環状閉塞部材に全周にわたって接触するように取り付けることにより、函体と到達坑口との隙間を閉塞するものである。
ここで、掘進機とは、シールド工法におけるシールド機、あるいは推進工法における先導機または先導体を意味し、函体とは、シールド工法におけるセグメントを組み立てた覆工体、あるいは推進工法における推進函体を意味する。

さらに本発明は、前記のシールド工法及び推進工法における到達坑口止水方法であって、第１の前記環状閉塞部材を、可撓性を有する材料で形成しておくとともに、少なくとも前記掘進機の外周及び第２の前記環状閉塞部材の外周が内端部に接触した際には、内端部が掘進機の前進方向を向くように構成し、掘進機の外周が第１の環状閉塞部材の内端部に接触した際に、掘進機の前進を許容するように、内端部を外側から締め付け手段によって締め付けることにより、掘進機と到達坑口との隙間を閉塞し、掘進機の前進によって第２の環状閉塞部材の外周が第１の環状閉塞部材の内端部に達して接触した際に、第２の環状閉塞部材の前進方向への変位を規制するように、内端部を外側から締め付け手段によって締め付けることにより、第２の環状閉塞部材を第１の環状閉塞部材に取り付けるものである。
さらに本発明は、前記のシールド工法及び推進工法における到達坑口止水方法であって、前記締め付け手段の締め付けによって第２の環状閉塞部材を第１の環状閉塞部材に取り付けた後、掘進機のさらなる前進によってこの掘進機と第２の環状閉塞部材と間に所定の隙間が生じた際に、第２の環状閉塞部材の前端部に接するように立坑の壁面に押さえ部材を設け、この押さえ部材によって第２の環状閉塞部材の前端部を押さえ付けるものである。

さらに本発明は、前記のシールド工法及び推進工法における到達坑口止水方法であって、第２の前記環状閉塞部材を、前記掘進機の長さ方向断面の外形とほぼ等しい長さ方向断面の外形を有するように形成しておくものである。

以上説明したように、本発明のシールド工法及び推進工法における到達坑口止水方法は、次のような効果を得ることができる。
＜１＞第１の環状閉塞部材によって掘進機と到達坑口との隙間を閉塞するとともに、函体が到達坑口に達した際には、函体の外周に接触するように掘進機の後端部に設けた第２の環状閉塞部材を、第１の環状閉塞部材に固定することにより、函体と到達坑口との隙間を閉塞するので、掘進機と函体との外形寸法に大きな差がある場合でも、掘進機の前進を妨げることなく、到達坑口からの地下水や土砂等の流出を確実に防止することができる。
＜２＞従来の締め付け手段のほかに、押さえ部材を用いて前方から第２の環状閉塞部材を押さえ付けるため、第２の環状閉塞部材が確実に第１の環状閉塞部材に固定される、すなわち、地下水圧が高い場合にも適用できる。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

＜１＞到達坑口、掘進機及び函体の外形寸法差
シールド工法または推進工法では通常、図１に示すように、到達側立坑１の壁面に被覆したコンクリート製の土留壁２に到達坑口３を設けておく。
そして、シールド工法の場合には、掘進機４を、発進側立坑に設けた発進坑口（図示せず）から到達坑口３に向けて地山５を掘進させながら、掘進機４内でセグメントを連続的に組み立てて、掘進機４の後方に函体６を構成していくことによりトンネルを構築する。
また、推進工法の場合には、発進坑口から到達坑口３に向けて、掘進機４によって地山５を掘削しながら、掘進機４の後方に設けた函体６を押し込んでいくことによりトンネルを構築する。
このため、一般的に、函体６の外形は、掘進機４の外形内に収まるような寸法で、すなわち掘進機４の外形よりも小さく形成してあるので、掘進機４と函体６との外形には寸法差が生じる。
特に、図１に示すように、函体６の外形が、掘進機４の外形と異なる形状に形成してあるときには、掘進機４と函体６との外形は寸法差が大きくなる。
到達坑口３は、掘進機４の外形に対応し、この掘進機４の外形よりも若干大きい相似形またはほぼ相似形に形成する。

＜２＞止水構造
本発明のシールド工法及び推進工法における到達坑口止水方法に用いられる止水構造は、掘進機４と到達坑口３との隙間、及び函体６と到達坑口３との隙間を閉塞して、地下水により流動化した土砂等が到達坑口３から到達側立坑１内に流出するのを防止するためのものである。
止水構造は、第１の環状閉塞部材７と第２の環状閉塞部材８とを備えている。

＜３＞第１の環状閉塞部材
第１の環状閉塞部材７は、可撓性を有する材料、例えばゴム弾性材料で環状かつ板状に形成し、土留壁２表面部分に固定して到達坑口３に周縁部に設ける。
ここでは、第１の環状閉塞部材７は、掘進機４の外形よりもやや小さい相似内形またはほぼ相似内形を有するように形成しておく。
そして、第１の環状閉塞部材７を、前進した掘進機４が入り込んだ際に、この掘進機４の通過が阻害されないように、かつ、掘進機４の外周に十分に接触して湾曲または屈曲することにより、内端部が掘進機４の前進方向を向くように構成する。
なお、第１の環状閉塞部材としては、公知のブラシなど、内端部が掘進機４の外周に十分に接触して到達坑口３からの土砂等の流出を阻止できる構成のものを広く採用することができる。

＜４＞第２の環状閉塞部材
第２の環状閉塞部材８は、環状閉塞部材本体９及び環状シール１０を備えている。
環状閉塞部材本体９は、掘進機４の外形と等しいまたはほぼ等しい外形を有するように形成し、第１の環状閉塞部材７に全周にわたり十分に接触できるようにしておく。
また、環状閉塞部材本体９は、函体６の外形よりもやや大きい相似内形またはほぼ相似内形を有するように形成しておく。
環状シール１０は、例えばゴム弾性材料で形成し、函体６の外形よりも若干小さい相似内形またはほぼ相似内形を有するように構成しておく。
そして、環状閉塞部材本体９の内周または内周面に固定的に配置する。
第２の環状閉塞部材８は、環状閉塞部材本体９の外縁が掘進機４の外縁と一致またはほぼ一致するように、かつ、環状シール１０の内周が函体６の外周に密封的に接触するように、掘進機４の後端または後端部に固定配置する。
シールド工法の場合には、第２の環状閉塞部材８の掘進機４への固定は、例えば、掘進機４の後端部に内向き突出部１１を設けておき、掘進機４の内側から環状閉塞部材本体９を内向き突出部１１にボルト１２で留めることにより行うことができる。
さらに、第２の環状閉塞部材８は、環状閉塞部材本体９の前端または前端部に例えばゴム弾性材料製のシール材１３を設けて構成することにより、掘進機４と函体６との間を止水するテールシールとしても機能する。
また、推進工法の場合には、第２の環状閉塞部材８の掘進機４への固定は、例えば図３に示すように、掘進機４の後端部外縁に設けた、後側に突出する後側突出部１４の内側に入り込むように、環状閉塞部材本体９の前端部に前側突出部１５を設けておき、掘進機４の外側から前側突出部１５を後側突出部１４にネジ１６で留めることにより行うことができる。

次に、本発明のシールド工法及び推進工法における到達坑口止水方法の手順について説明する。

＜１＞掘進機による貫通
地山５の土留壁２背面部分は、土砂が崩壊しないように薬液注入などによりあらかじめ地盤改良を施しておく。
シールド工法の場合には、掘進機４は、発進側立坑に設けた発進坑口から到達坑口３に向かって地山５を掘進するが、この際に、函体６の外周と地山５の掘削面との間にモルタル等の裏込め材１７を充填する。
また、推進工法の場合には、掘進機４の掘進は、地盤切削面を安定させるために、泥水を必要量加えながら行い、かつ、管体６の押し込み抵抗を抑えるために、管体６の外周に滑材を注入しながら行う。
掘進により地山５を貫通して到達坑口３に達した、あるいは到達坑口３を通過した掘進機４は、図２または図３に示すように、第１の環状閉塞部材７内に入り込む。
第１の環状閉塞部材７は、内端部が掘進機４の外周に接触して湾曲または屈曲することにより、内端部が掘進機４の前進方向を向く。
この際に、第１の環状閉塞部材７の内端部を、掘進機４の前進を許容するように、外側から締め付け手段１８によって締め付けることにより、掘進機４の外周に密封的に接触させて掘進機４と到達坑口３との隙間を閉塞する。
締め付け手段１８は、例えば、第１の環状閉塞部材７の内端部に外側または外周側から巻き付けたワイヤによって構成することができる。
その後、掘進機４は、第１の環状閉塞部材７の内端部をこすりながら前進していく。
したがって、掘進機４が到達坑口３内を通過する際には、第１の環状閉塞部材７及び締め付け手段１８によって掘進機４と到達坑口３との隙間は閉塞されて水密性が図られることから、到達坑口３からの地下水や土砂、あるいは裏込め材１７などの流出が防止される。

＜２＞第２の環状閉塞部材の固定解除及び固定
図４に示すように、掘進機４が第１の環状閉塞部材７内を通過し、第２の環状閉塞部材８の環状閉塞部材本体９の外周が第１の環状閉塞部材７の内端部に接触したら、掘進機４の前進を一時停止する。
次に、掘進機４の内側からボルト１２を取り外して、あるいは掘進機４の外側からネジ１６を取り外して（図示せず）、第２の環状閉塞部材８の掘進機４との固定を解除する。
そして、締め付け手段１８の締め付け力を調整し、例えば、締め付け力をより大きくし、第２の環状閉塞部材８の前進方向への変位を規制するように、第１の環状閉塞部材７の内端部を環状閉塞部材本体９の外周に強く押し付けることにより、第２の環状閉塞部材８を第１の環状閉塞部材７に相対的に取り付け固定する。
これにより、函体６が到達坑口３内に達した際には、第１の環状閉塞部材７、第２の環状閉塞部材８及び締め付け手段１８によって函体６と到達坑口３との隙間は閉塞されて水密性が図られることから、到達坑口３からの地下水や土砂、あるいは裏込め材１７などの流出が防止される。
推進工法の場合には、地山５に対して函体６を位置決めした後に、函体６の外周と地山５の掘削面との間に裏込め材を充填することとなる。
なお、第２の環状閉塞部材８を、第１の環状閉塞部材７に相対的に取り付け固定してから、掘進機４との固定を解除するように構成してもよい。

＜３＞第２の環状閉塞部材の取り付けの変更例
ところで、地山５の地下水圧が高い場合には、締め付け手段１８の締め付け力だけでは、第２の環状閉塞部材８の第１の環状閉塞部材７への取り付け固定、すなわち止水構造の止水機能が不十分となるおそれがある。
このような場合には、図５に示すように、締め付け手段１８のほかに、押さえ部材１９を用いて第２の環状閉塞部材８を第１の環状閉塞部材７に強固に相対固定する。
まず、締め付け手段１８によって、第２の環状閉塞部材８の前進方向への変位を規制するように、第１の環状閉塞部材７の内端部を環状閉塞部材本体９の外周に強く押し付けることにより、第２の環状閉塞部材８を第１の環状閉塞部材７に相対的に取り付ける。
次に、掘進機４をさらに前進させて掘進機４と第２の環状閉塞部材８と間に所定の隙間を設ける。
そして、第２の環状閉塞部材８の前端または前端部に接するように、土留壁２の表面に押さえ部材１９を固定配置し、この押さえ部材１９によって第２の環状閉塞部材８の環状閉塞部材本体９の前端部を押さえ付ける。
押さえ部材１９によって第２の環状閉塞部材８の前進方向への変位が完全に阻止されるため、第２の環状閉塞部材８は第１の環状閉塞部材７に強固に相対固定される。
押さえ部材１９は、十分な強度及び耐久性を有するように、例えば鋼材で形成し、到達坑口３の周方向に複数個配置することが好ましい。
また、押さえ部材１９は、土留壁２に固定するための固定部２０と、到達坑口３の径方向にスライド可能に固定部２０に設けた押さえ部２１と、から構成してもよい。
この場合には、固定部２０をあらかじめ土留壁２に固定しておくとともに、掘進機４と第２の環状閉塞部材８と間に所定の隙間を設けた後に、押さえ部２１を到達坑口３の径方向内側にスライドさせることにより、第２の環状閉塞部材８の前端または前端部に接するように構成する。

＜４＞第２の環状閉塞部材の変更例
第２の環状閉塞部材は、図６に示すように、掘進機４のテール部２２として掘進機本体２３の後端に一体的に設けて構成してもよい。
テール部２２は、テール部本体２４及びこのテール部本体２４に固定配置したテールシール２５を備えている。
テール部２２またはテール部本体２４は、掘進機４または掘進機本体２３の外形と等しいまたはほぼ等しい外形を有している。
テールシール２５は、公知のブラシなど、先端部または内端部が函体６の外周に十分に接触して、例えば、掘進機本体２３内への土砂等の流入を阻止できる構成のものを広く採用することができる。
このような構成では、まず、掘進により掘進機本体２３が第１の環状閉塞部材７内に入り込み、第１の環状閉塞部材７の内端部が湾曲または屈曲して掘進機本体２３の前進方向を向いたら、第１の環状閉塞部材７の内端部を、掘進機本体２３の前進を許容するように、外側から締め付け手段１８によって締め付けることにより、掘進機本体２３の外周に密封的に接触させて掘進機本体２３と到達坑口３との隙間を閉塞する。
その後、掘進機本体２３が第１の環状閉塞部材７内を通過し、テール部本体２４の外周が第１の環状閉塞部材７の内端部に接触したら、掘進機本体２３の前進を一時停止する。
次に、図７に示すように、締め付け手段１８の締め付け力を調整し、テール部２２の前進方向への変位を規制するように、第１の環状閉塞部材７の内端部をテール部本体２４の外周に強く押し付けることにより、テール部２２を第１の環状閉塞部材７に相対的に取り付け固定する。
これにより、函体６が到達坑口３内を達した際には、第１の環状閉塞部材７、テール部２２及び締め付け手段１８によって函体６と到達坑口３との隙間は閉塞されて水密性が図られ、到達坑口３からの地下水や土砂、あるいは裏込め材１７などの流出が防止される。
そして、切断器具等（図示せず）によって掘進機本体２３の後端とテール部２２またはテール部本体２４の前端との境界で切断することにより、テール部２２またはテール部本体２４の掘進機本体２２への固定を解除する。
なお、掘進機本体２３は、新たなテール部またはテール部本体が例えば溶接により後端に固定されて転用されることとなる。

本発明の到達坑口止水方法が適用されるシールド工法及び推進工法の構成図 本発明の到達坑口止水方法の第１段階を説明するための図 到達坑口止水方法における第２の環状閉塞部材の固定方法の変更例を示す図 到達坑口止水方法の第２段階を説明するための図 到達坑口止水方法の第３段階を説明するための図 第２の環状閉塞部材を変更した到達坑口止水方法の第１段階を説明するための図 第２の環状閉塞部材を変更した到達坑口止水方法の第２段階を説明するための図

符号の説明

１・・・・・・・到達側立坑
３・・・・・・・到達坑口
４・・・・・・・掘進機
６・・・・・・・函体
７・・・・・・・第１の環状閉塞部材
８・・・・・・・第２の環状閉塞部材
１８・・・・・・締め付け手段
１９・・・・・・押さえ部材
２２・・・・・・テール部（第２の環状閉塞部材）

Claims (4)

1. 地中を掘進した掘進機及びこの掘進機の後方に設けた函体が到達側立坑内に設けた到達坑口に達した際に、到達坑口から土砂及び地下水が立坑内に流出するのを防止する、シールド工法及び推進工法における到達坑口止水方法であって、
   到達坑口の周縁部に第１の環状閉塞部材を配置して、掘進機が到達坑口に達した際に、第１の環状閉塞部材を掘進機の外周に接触させて掘進機と到達坑口との隙間を閉塞し、
   第１の環状閉塞部材に全周にわたり接触可能な形状を有する第２の環状閉塞部材を、函体の外周に接触するように掘進機の後端部にあらかじめ固定配置して、
   掘進機の前進によって第２の環状閉塞部材が第１の環状閉塞部材に達して接触した際に、第２の環状閉塞部材を、掘進機との固定を解除し、かつ、第１の環状閉塞部材に全周にわたって接触するように取り付けることにより、函体と到達坑口との隙間を閉塞する、ことを特徴とするシールド工法及び推進工法における到達坑口止水方法。
2. 第１の前記環状閉塞部材を、可撓性を有する材料で形成しておくとともに、少なくとも前記掘進機の外周及び第２の前記環状閉塞部材の外周が内端部に接触した際には、内端部が掘進機の前進方向を向くように構成し、
   掘進機の外周が第１の環状閉塞部材の内端部に接触した際に、掘進機の前進を許容するように、内端部を外側から締め付け手段によって締め付けることにより、掘進機と到達坑口との隙間を閉塞し、
   掘進機の前進によって第２の環状閉塞部材の外周が第１の環状閉塞部材の内端部に達して接触した際に、第２の環状閉塞部材の前進方向への変位を規制するように、内端部を外側から締め付け手段によって締め付けることにより、第２の環状閉塞部材を第１の環状閉塞部材に取り付ける、ことを特徴とする請求項１に記載のシールド工法及び推進工法における到達坑口止水方法。
3. 前記締め付け手段の締め付けによって第２の環状閉塞部材を第１の環状閉塞部材に取り付けた後、掘進機のさらなる前進によってこの掘進機と第２の環状閉塞部材と間に所定の隙間が生じた際に、第２の環状閉塞部材の前端部に接するように立坑の壁面に押さえ部材を設け、この押さえ部材によって第２の環状閉塞部材の前端部を押さえ付ける、ことを特徴とする請求項２に記載のシールド工法及び推進工法における到達坑口止水方法。
4. 第２の前記環状閉塞部材を、前記掘進機の長さ方向断面の外形とほぼ等しい長さ方向断面の外形を有するように形成しておく、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のシールド工法及び推進工法における到達坑口止水方法。

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