JP2006082113A - 土留め部材切断装置及び方法並びにそれらを用いたトンネル形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 背後に裏当物が存在した状態での土留め部材の切断作業を機械化又は自動化できる土留め部材切断装置及び方法を提供する。
【解決手段】 背後に裏当物Ｕが存在した状態で土留め部材Ｄを所定の切断ラインＣＬに沿って切断するための装置であって、土留め部材Ｄにガス又はプラズマを噴射して溶融・切断するための切断トーチ２と、切断トーチ２を土留め部材Ｄの切断面Ｄｓに対して９０°よりも小さい角度で傾斜させて配置させるための手段３と、切断トーチ２を切断ラインＣＬに沿って移動させるための手段３とを備え、切断トーチ２を、土留め部材Ｄの切断面Ｄｓに対して９０°よりも小さい角度で傾斜させた状態で切断ラインＣＬに沿って移動させることで、溶融物Ｓが切断トーチ２に向かって飛散しないようにしたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、切断面の背後に土やコンクリート等の裏当物が存在した状態で土留め部材を切断するための土留め部材切断装置及び方法並びにそれらを用いたトンネル形成方法に関するものである。

土木工事業界等においては、切断面の背後に土やコンクリート等の裏当物が存在した状態で土留め部材を切断する必要が生じるときがある。

例えば、地中に鋼矢板を埋設して立坑を構築し、その立坑からシールドマシンを発進させる場合や、立坑にシールドマシンを到達させる場合などでは、立坑の外周部を地盤改良した後、立坑の内側から、背後に地盤改良部が存在した状態で立坑（鋼矢板）を切断することがある。

また、本出願人らは、特願２００３−３３７８６９号の明細書に記載されているように、メイントンネルとサブトンネルとを隣接させて形成し、それら二つのトンネルの近接部分を切断して両トンネルの内部空間を互いに連通させることで周方向の一部が拡幅された拡幅トンネルを形成・構築する技術を発明したが、メイントンネル及びサブトンネルの近接部分を切断する際には、背後に土等が存在した状態でトンネル（詳しくはトンネルを形成するセグメント）を切断する必要がある。なお、この拡幅トンネルを構築する技術は、本願の出願時において未公開のものであり、従来技術を構成するものではない。

また、非特許文献１に記載された工法は、図５に示すように、複数の小トンネルＴＮｓを環状に構築した後、各小トンネルＴＮｓを形成するセグメントのうち互いに近接する部分（図中ハッチングで示す部分）を切断・除去して、各小トンネルＴＮｓの内部空間を互いに連通することで、小トンネルＴＮｓを外壁とする一つの大トンネルＴＮを構築するものであるが、この工法を実施するにあたって、各小トンネルＴＮｓのセグメントを切断する際には、背後に土及び他の小トンネルＴＮｓが存在した状態で切断を行うことになる。

従来、背後に裏当物が存在した状態で土留め部材を切断する場合、作業者による手作業で行うことが一般的であった。また、その切断方法は、ガス切断やランサー棒による切断が多く用いられていた。

田村、他２名、「ＭＭＳＴ工法を用いた施行」、トンネルと地下、土木工学社、平成１１年３月、第３０巻、第３号、ｐ．１３−２０ "地上に影響を与えず地下にランプ部分を構築できる工法を開発"、[online]、２００３年８月７日、鹿島建設株式会社、[２００４年８月２３日検索]、インターネット＜ URL : http://www.kajima.co.jp/news/press/200308/7c1to-j.htm ＞ "地中アーチ工法（Shield Tunnel with Arched Reinforcement）」を開発"、[online]、２００３年２月２８日、株式会社大林組、[２００４年８月２３日検索]、インターネット＜ URL : http://www.obayashi.co.jp/news/newsrelease/news20030228_index.html ＞ "都市再生に向けた地下立体交差の新技術"、[online]、２００３年４月９日、大成建設株式会社、[２００４年８月２３日検索]、インターネット＜ URL : http://www.taisei.co.jp/release/2003/apr/apr01.html ＞ "道路や鉄道の交差部を急速施工する「トロンボーン工法」の開発、[online]、２００４年３月１７日、大成建設株式会社、[２００４年８月２３日検索]、インターネット＜ URL : http://www.taisei.co.jp/release/2004/mar/mar01.html ＞

しかしながら、土留め部材の切断を手作業で行う従来の方法では、工期の長期化を招くと共に、作業者の負担も大きかった。特に、切断領域が大きい場合、高所作業が必要となることもあるため、作業者の負担はより大きくなる。

そこで、土留め部材の切断作業を機械化若しくは自動化することが望まれていたが、次の理由から実現できていなかった。

１）切断トーチを被切断物の切断面に対して垂直に位置させる従来の切断装置及び方法では、切断時に吹き飛ばされる溶融物が裏当物に当たってトーチ側に跳ね返るため、トーチが損傷してしまう。

２）ランサー棒を用いた切断では、切断を行うにつれてランサー棒が短くなるため、ランサー棒を補充する手段を設ける必要があり、機械化又は自動化が現実的に困難である。

そこで、本発明の主な目的は、これら問題点を解決し、背後に裏当物が存在した状態での土留め部材の切断作業を機械化又は自動化できる土留め部材切断装置及び方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、背後に土やコンクリート等の裏当物が存在した状態で土留め部材を所定の切断ラインに沿って切断するための装置であって、上記土留め部材にガス又はプラズマを噴射して溶融・切断するための切断トーチと、上記切断トーチを上記土留め部材の切断面に対して９０°よりも小さい角度で傾斜させて配置させるための手段と、上記切断トーチを上記切断ラインに沿って移動させるための手段とを備え、上記切断トーチを、上記土留め部材の切断面に対して９０°よりも小さい角度で傾斜させた状態で上記切断ラインに沿って移動させることで、溶融物が上記切断トーチに向かって飛散しないようにしたものである。

ここで、上記切断トーチを上記切断ラインに対して傾斜させて配置させるための手段を更に備え、上記切断トーチを上記切断ラインに対して傾斜させた状態で上記切断ラインに沿って移動させることで、溶融物が上記切断ライン上に飛散しないようにしても良い。

また、上記切断トーチを上記土留め部材の切断面に対して相対移動させるためのマニピュレータを備え、作業者が上記マニピュレータを介して上記切断トーチを遠隔操作することで、上記切断トーチを上記切断ラインに沿って移動させることができるようにしても良い。

また、上記切断トーチを上記土留め部材の切断面に対して相対移動させるためのマニピュレータと、そのマニピュレータを制御する制御装置とを備え、上記制御装置が、予め入力されたデータに従って上記マニピュレータを制御することで、上記切断トーチを上記切断ラインに沿って移動させることができるようにしても良い。

また、上記切断トーチがプラズマガウジングトーチであっても良い。

また本発明は、背後に土やコンクリート等の裏当物が存在した状態で土留め部材を所定の切断ラインに沿って切断する方法であって、上記土留め部材にガス又はプラズマを噴射して溶融・切断するための切断トーチを、上記土留め部材の切断面に対して９０°よりも小さい角度で傾斜させた状態で上記切断ラインに沿って移動させ、それにより溶融物が上記切断トーチに向かって飛散しないようにしたものである。

ここで、上記切断トーチを上記切断ラインに対して傾斜させた状態で上記切断ラインに沿って移動させ、それにより溶融物が上記切断ライン上に飛散しないようにしても良い。

更に本発明は、背後に土やコンクリート等の裏当物が存在した状態で土留め部材を所定の切断ラインに沿って切断する方法であって、プラズマガウジングトーチを、上記土留め部材の切断面に対して９０°よりも小さい角度で傾斜させ、かつ上記切断ラインに対しても傾斜させた状態で上記切断ラインに沿って移動させると共に、上記プラズマガウジングトーチに対する供給電力、上記プラズマガウジングトーチの移動速度、上記プラズマガウジングトーチから上記切断面までの距離、プラズマガスの圧力等、上記プラズマガウジングトーチによる溝掘り深さに影響を与えるパラメータを調節して、上記プラズマガウジングトーチによる溝掘り深さが上記土留め部材の厚さ以上となるようにして上記土留め部材を切断するようにしたものである。

更に本発明は、地中に複数のトンネルを隣接させて形成し、それら複数のトンネルの近接部分を所定の切断ラインに沿って切断し、各トンネルの内部空間を互いに連通させて一つのトンネルを形成するトンネル形成方法であって、上記トンネルの近接部分を切断する方法が、上記トンネルの内面にガス又はプラズマを噴射して溶融・切断するための切断トーチを、トンネルの内面に対して９０°よりも小さい角度で傾斜させ、かつ上記切断ラインに対しても傾斜させた状態で上記切断ラインに沿って移動させることで、溶融物が上記切断トーチ側及び切断ライン上に飛散しないようにしたものである。

本発明によれば、背後に裏当物が存在した状態での土留め部材の切断作業を機械的又は自動的に行うことができる。その際、切断トーチを土留め部材の切断面に対して傾斜させた状態で切断を行うので、溶融物が切断トーチ側に飛散することはなく、上述した１）の問題が生じることはない。また、切断作業中にトーチ長さの変化しないガス切断又はプラズマ切断を用いているので、上述した２）の問題が生じることもない。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１（ａ）は本実施形態の土留め部材切断装置の側面図であり、図１（ｂ）は図１のＡ矢視図である。また、図２（ａ）は切断トーチの側面断面図であり、図２（ｂ）は切断トーチの平面断面図である。

本実施形態の土留め部材切断装置１は、背後に裏当物Ｕが存在した状態での土留め部材Ｄの切断作業を機械的に行うことを可能にしたものである。より詳しく説明すると、本実施形態の土留め部材切断装置１を用いれば、作業者Ｍが切断トーチ２を遠隔操作して土留め部材Ｄの切断作業を行うことができる。なお、本明細書及びそれに付随する特許請求の範囲で用いられる用語「土留め部材」とは、鋼矢板やセグメント等、地盤・地山を支持するための部材を全て含んだものを意味する。

図１に示すように、本実施形態の土留め部材切断装置１は、背後に土、コンクリート、裏込め材等の裏当物Ｕが存在した状態で土留め部材Ｄを所定の切断ラインＣＬに沿って切断するためのものであり、土留め部材Ｄにプラズマを噴射して溶融・切断するための切断トーチ２と、その切断トーチ２が取り付けられたマニピュレータ３（ロボットアーム）と、マニピュレータ３を介して切断トーチ２を操作するための遠隔操作手段５と、マニピュレータ３及び遠隔操作手段５が搭載された走行台車６とを備える。

切断トーチ２は、図２に示すように、タングステン電極７と、タングステン電極７の外周を覆い、タングステン電極７との間にプラズマガスの通路８を形成するノズル９とを備える。ノズル９には、図示しない冷却液通路が形成されており、ノズル９及び電極７が過度に高温となることを防止できるようになっている。

図１に示す走行台車６上に設けられたプラズマガス供給源１０により、切断トーチ２の通路８内にプラズマガス（本実施形態では圧縮空気）を供給すると共に、同じく走行台車６上に設けられた電源１１により、切断トーチ２の電極７と土留め部材Ｄ（被切断物）との間に電力を供給することで、切断トーチ２と土留め部材Ｄとの間でプラズマアークＰを発生させ（言い換えれば、土留め部材ＤにプラズマアークＰを噴射し）、そのプラズマアークＰの熱エネルギ（通常、摂氏２万度以上）により、土留め部材Ｄを溶融しつつ吹き飛ばして切断するものである。

ここで特筆すべき点は、本実施形態では、切断トーチ２としてプラズマガウジングトーチが用いられる点にある。つまり、本実施形態では、プラズマ切断に用いられる通常の切断トーチではなく、被加工物に対して斜めにプラズマアークを噴射して、その一部をはつり取る、即ち、ガウジング（溝掘り）するためのガウジングトーチを切断トーチ２として用いている。

ガウジングトーチは、一般的に溶接欠陥部やクラック発生部等、被加工物の一部を除去するために用いられるものであり、通常であればガウジングトーチを切断用に用いることは考えられない。なぜなら、被加工物に対して斜めにプラズマアークを噴射することを前提に設計されたガウジングトーチを切断用に用いることは、切断効率の悪化を招く等、デメリットがあるからである。

これにも関わらず、本実施形態でプラズマガウジングトーチを切断トーチ２として用いる理由を説明すると、本実施形態の土留め部材切断装置１では、図２（ａ）に示すように、切断トーチ２と土留め部材Ｄの切断面Ｄｓとの角度θ１を９０°よりも小さくした状態で切断を行うからである。この理由及びそれによる効果は後程説明するが、このように本実施形態の土留め部材切断装置１では、切断トーチ２を土留め部材Ｄに対して傾斜させて切断を行うので、被加工物に対して斜めにプラズマアークを噴射することを前提に設計されたガウジングトーチを切断トーチ２として用いることが好ましいのである。また、既存のガウジングトーチを切断トーチ２として用いることで、設備投資費用を抑えることもできる。

図１に戻り、マニピュレータ３は、切断トーチ２を複数の座標軸に沿って移動させる又は複数の軸回りに回動させるためのものである。

マニピュレータ３は、走行台車６上に、図１（ａ）の上下方向及び図１（ｂ）の左右方向（図１（ａ）の紙面裏表方向）に移動可能に設けられた第一アーム１２と、第一アーム１２の先端部に回動自在に設けられた第二アーム１３と、第二アーム１３の先端部に回動自在に設けられた第三アーム１５と、第三アーム１５の先端部に同軸かつ相対回転可能に設けられた第四アーム１６と、第四アーム１６の先端部に回動自在に設けられた第五アーム１７とを備え、第五アーム１７の先端部に上記切断トーチ２が取り付けられる。

第一アーム１２を走行台車６に対して上下方向及び左右方向に移動させることで、切断トーチ２を土留め部材Ｄに対してＹ軸方向及びＸ軸方向に相対移動させることができる。また、第二アーム１３を第一アーム１２に対して回動させることで、切断トーチ２を土留め部材Ｄに対して近接又は離間する方向（Ｚ軸方向）に相対移動させることができる。つまり、このマニピュレータ３によれば、切断トーチ２を土留め部材Ｄに対して３軸方向に相対移動させることができる。

第三アーム１５は、切断作業時には基本的に土留め部材Ｄの切断面Ｄｓに対して垂直に配置される。従って、切断作業に際して、第四アーム１６は、土留め部材Ｄの切断面Ｄｓと直交する第一軸Ｃ１回りに回動する。一方、第五アーム１７は、土留め部材Ｄの切断面Ｄｓと平行に延出する第二軸Ｃ２回りに回動する。

第五アーム１７を回動して切断トーチ２を第二軸Ｃ２回りに回転させることで、切断トーチ２と土留め部材Ｄの切断面Ｄｓとの傾斜角度θ１（図２（ａ）参照）を任意に調節できる。また、第四アーム１６を回動して切断トーチ２を第一軸Ｃ１回りに回転させることで、切断トーチ２と切断ラインＣＬとの傾斜角度θ２（図２（ｂ）参照）を任意に調節できる。

マニピュレータ３は、これら各アーム１２，１３，１５，１６，１７を移動又は回動させるための駆動装置（図示しないが、例えば電動モータ等である）を備えており、その駆動装置は遠隔操作手段５のレバー１９の動きに応じて各アーム１２，１３，１５，１６，１７を駆動する。従って、作業者Ｍは、遠隔操作手段５のレバー１９を操作することで、土留め部材Ｄの切断面Ｄｓに対する切断トーチ２の位置、切断面Ｄｓと切断トーチ２との傾斜角度θ１、切断ラインＣＬと切断トーチ２との傾斜角度θ２を自由に調節できる。

遠隔操作手段５及びマニピュレータ３は走行台車６上に設けられており、切断箇所に合わせて遠隔操作手段５、マニピュレータ３及び切断トーチ２を所望の位置まで移動させることができるようになっている。

次に、この土留め部材切断装置１を用いた土留め部材の切断方法を説明する。

切断作業の開始に際して、作業者Ｍは遠隔操作手段５のレバー１９を操作して、切断トーチ２を土留め部材Ｄ上の所定の切断開始ポイントに位置させ、初期設定を行う。

この初期設定において、作業者Ｍは、切断トーチ２を第二軸Ｃ２回りに回動させて、土留め部材Ｄの切断面Ｄｓに対する切断トーチ２の傾斜角度θ１を所定値（例えば３０°程度）に合わせる。この所定値は予め設定される値であり、少なくとも９０°よりも小さい値に設定される。つまり、初期設定において、切断トーチ２を土留め部材Ｄの切断面Ｄｓに対して９０°よりも小さい角度で傾斜させて配置するのである。本実施形態では、切断トーチ２を、切断トーチ２の進行方向後方側に傾斜させる（図２（ａ）参照）。

また、初期設定において、作業者Ｍは、切断トーチ２を第一軸Ｃ１回りに回動させて、土留め部材Ｄ上の切断ラインＣＬに対する切断トーチ２の傾斜角度θ２を所定値（例えば、０．５°〜５°の範囲内の値）に合わせる。この所定値も予め設定される値であり、少なくとも０°より大きく設定される。つまり、初期設定において、切断トーチ２を切断ラインＣＬに対して傾斜させて配置するのである。本実施形態では、切断トーチ２の先端部が、切断作業後に除去されるスクラップ領域Ｄ’（図２（ｂ）参照）側を向くように切断トーチ２を傾斜させる。

以上の初期設定が終了したならば、作業者Ｍは、遠隔操作手段５を操作して、プラズマガス供給源１０により切断トーチ２の通路８にプラズマガスを供給すると共に、電源１１により切断トーチ２の電極７と土留め部材Ｄとの間に電力を供給してプラズマアークＰを発生させつつ、切断トーチ２を切断ラインＣＬに沿って移動させる。

このとき、切断トーチ２（プラズマガウジングトーチ）による溝掘り深さが土留め部材Ｄの厚さＴ（図２（ａ）参照）以上となるように、切断トーチ２の電極７と土留め部材Ｄとの間に供給する電力（電流及び／又は電圧）、切断トーチ２の移動速度、切断トーチ２から切断面Ｄｓまでの距離Ｈ（図２（ａ）参照）、プラズマガスの圧力等、切断トーチ２による溝掘り深さに影響を与えるパラメータを制御する。この結果、土留め部材Ｄが切断ラインＣＬに沿って切断される。

切断トーチ２を切断ラインＣＬに沿って移動させる間、切断トーチ２と切断面Ｄｓとの傾斜角度θ１及び切断トーチ２と切断ラインＣＬとの傾斜角度θ２は常に初期設定の値に維持する。即ち、切断トーチ２を切断面Ｄｓ及び切断ラインＣＬに対してそれぞれ所定角度で傾斜させた状態で切断を行う。

このように、本実施形態の土留め部材切断装置１及び方法によれば、切断トーチ２を土留め部材Ｄの切断面Ｄｓに対して９０°よりも小さい角度で傾斜させた状態で切断を行うため、図２（ａ）に示すように、プラズマアークＰにより吹き飛ばされた溶融物（スラグ）Ｓが切断トーチ２と反対側（進行方向前方側）に飛散する。従って、飛散する溶融物Ｓにより切断トーチ２が破損することはない。切断トーチ２と切断面Ｄｓとの傾斜角度θ１は、溶融物Ｓが切断トーチ２に向かって飛散しない範囲内であれば任意に設定可能である。従って、切断効率や種々の切断条件を考慮して上記範囲内での最適な値が、実験や経験等により決定される。

更に、本実施形態の土留め部材切断装置１及び方法によれば、切断トーチ２を切断ラインＣＬに対して所定角度θ２で傾斜させた状態で切断を行うため、図２（ｂ）に示すように、プラズマアークＰにより吹き飛ばされた溶融物Ｓが切断ラインＣＬ上に飛散して切断作業に悪影響を与えることはない。即ち、切断トーチ２を切断ラインＣＬと平行に配置させて切断を行った場合、溶融物Ｓが進行方向前方側の切断ラインＣＬ上に飛散することになり切断作業に悪影響を与えるが、本実施形態の土留め部材切断装置１及び方法によれば、このような問題が生じることはない。特に、本実施形態では、切断トーチ２の先端部を土留め部材Ｄのスクラップ領域Ｄ’側に向けて配置しているので、溶融物Ｓがスクラップ領域Ｄ’に飛散することになる。従って、切断作業後に使用される領域に溶融物Ｓが付着して悪影響を与えることはない。切断トーチ２と切断ラインＣＬとの傾斜角度θ２は、溶融物Ｓが切断ラインＣＬ上に飛散しない範囲内であれば任意に設定可能である。しかしながら、傾斜角度θ２を大きくする程切断効率が悪くなると考えられるので、傾斜角度θ２は溶融物Ｓが切断ラインＣＬ上に飛散しない範囲で最も小さい値に設定することが好ましい。

更に、本実施形態では土留め部材Ｄの切断手段としてプラズマ切断（プラズマガウジングトーチを用いた切断）を用いているので、切断作業中に切断トーチ２の長さが変化することはない。従って、トーチの補充手段を設ける必要はなく、機械化を容易かつ低コストで達成できる。

以上説明したように、本実施形態の土留め部材切断装置１及び方法によれば、「発明が解決しようとする課題」の欄で説明した問題点１）、２）を克服して、背後に裏当物が存在した状態での土留め部材の切断作業を機械化できる。従って、工期の短期化、作業者の負担軽減が図れる。

次に、本実施形態の土留め部材切断装置１及び方法を用いたトンネル形成方法の一例を説明する。以下説明するトンネル形成方法は、本出願人らが先に出願した特願２００３−３３７８６９号の明細書に記載されているトンネル形成方法に本実施形態の土留め部材切断装置１及び方法を適用したものである。

係るトンネル形成方法では、まず、上記明細書に記載されているようなシールドマシン等を用いて、図３（ａ）に示すように、断面円形（限定はされない）のメイントンネルＭＴと、断面三日月形状（限定はされない）のサブトンネルＳＴとを地中に隣接させて形成する。ここでは、メイントンネルＭＴ及びサブトンネルＳＴを形成するセグメントは、少なくとも互いの近接部分において鋼製セグメントが用いられる。

次に、メイントンネルＭＴとサブトンネルＳＴとの近接部の外側部分Ｅに、メイントンネルＭＴの内側から薬品を注入して地盤改良を行う。そして、メイントンネルＭＴの内側に補強部材Ｆ等を設けた後、メイントンネルＭＴの内側から、メイントンネルＭＴ及びサブトンネルＳＴを形成するセグメントのうち互いに近接する部分（図中ハッチングで示す部分）を切断・除去する。

この切断作業は、メイントンネルＭＴを形成するセグメントの背後に土及びサブトンネルＳＴが存在する状態での切断作業となる。そこで、この作業を上述した土留め部材切断装置１を用いて機械的に行うことができる。

具体的な切断方法については上記と同様であるので省略するが、大事なことは、土留め部材切断装置１の切断トーチ２を、メイントンネルＭＴを形成するセグメントの内周面（切断面）に対して９０°よりも小さい角度で傾斜させ、かつ切断トーチ２を所定の切断ラインに対しても傾斜させた状態で切断ラインに沿って移動させることである。これにより、上述した効果を得ることができる。

そして、メイントンネルＭＴ及びサブトンネルＳＴを形成するセグメントのうち互いに近接する部分を切り取ったならば、メイントンネルＭＴとサブトンネルＳＴとを連結板等を介して溶接接合する。この結果、メイントンネルＭＴとサブトンネルＳＴとの内部空間が互いに連通され、図３（ｂ）に示すように、周方向の一部が拡幅された拡幅トンネルＫＴが構築される。

本発明は上記実施形態に限定されず、様々な変形例が考えられるものである。

例えば、上記実施形態では、プラズマガスとして圧縮空気を用いるとして説明したが、本発明はこの点において限定されず、アルゴンガスと水素ガスを混合したものや、窒素ガス等、他のプラズマガスも勿論使用可能である。つまり、切断すべき土留め部材Ｄの材質等に応じて適切なプラズマガスを選定すれば良い。

また、上記実施形態では、プラズマ切断手段として、電極７と被切断物（土留め部材Ｄ）との間でプラズマアークＰを発生させる移行形のタイプを用いるとしたが、本発明はこの点において限定されず、電極７とノズル９との間でプラズマアークを発生させる非移行形のタイプを用いても良い。

また、上記実施形態では、切断トーチ２としてプラズマガウジングトーチを用いるとしたが、一般的なプラズマ切断トーチを代わりに用いることもできる。

また、上記実施形態では、土留め部材Ｄの切断手段としてプラズマアークを用いて切断する手段を用いたが、この代わりに土留め部材Ｄにガスを噴射して溶融・切断するガス切断手段を用いても良い。即ち、上記切断トーチ２として、予熱用混合ガスの噴射通路と切断用酸素の噴射通路とを備えたガス切断トーチを用いても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。切断トーチ２に要求される条件は切断作業中にその長さが変化しないことであり、この条件を満たすものであればあらゆるものが適用可能である。なお、ガス切断では初期設定時に予熱火炎の微調節が必要となるため、機械化及び自動化の容易性を考慮するとプラズマ切断がより好ましい。

また、上記実施形態では、切断トーチ２を進行方向後方側に傾斜させて切断を行うとしたが、本発明はこの点において限定されず、進行方向前方側に傾斜させても良い。

また、上述した土留め部材切断装置１において、マニピュレータ３の先端部に切断箇所を撮影するカメラを設けると共に、遠隔操作手段５にそのカメラの映像を映し出すモニタを設け、作業者Ｍがモニタにより切断箇所を確認しながら切断作業を行えるようにしても良い。

また、マニピュレータ３の構造は一例として示したものであり、本発明を限定する意図はない。即ち、土留め部材Ｄに対する切断トーチ２の位置、切断面Ｄｓと切断トーチ２との傾斜角度θ１及び切断ラインＣＬと切断トーチ２との傾斜角度θ２を調節できるものであれば、あらゆる構造のマニピュレータが適用可能である。

更に、上記実施形態では、作業者Ｍが切断トーチ２を遠隔操作するとして説明したが、本発明の技術思想によれば、切断作業の完全な自動化も可能である。つまり、図４に示すように、上述した遠隔操作手段５の代わりにマニピュレータ３や他の切断トーチ移動手段を制御する制御装置２０を設け、その制御装置２０に切断作業に応じたデータ（プログラムや演算式等）を予め入力（記憶）しておけば、制御装置２０により切断トーチ２を自動的に移動させて切断作業を行わせることができる。

本発明の土留め部材切断装置及び方法は、上述したトンネル形成現場以外にも様々な工事現場で適用可能である。

例えば、図５に示す小トンネルＴＮｓの一部を切断する際に、本発明の土留め部材切断装置及び方法を用いれば、容易かつ効率的に切断作業を行うことができる。

更に、図６〜図８に示すようなトンネルを形成する場合にも本発明の土留め部材切断装置及び方法を適用することができる。

図６は、円形トンネル同士の内部空間を連結して一つのトンネルを形成する例を示している。係るトンネル形成方法の概略を説明すると、まず、図６（ａ）に示すように、シールドマシン等により円形断面を有する第一トンネルＴ１と第二トンネルＴ２とを近接させて構築し、その後、それら第一及び第二トンネルＴ１，Ｔ２の一方から外側（地中）に向かってパイプＰを押し出して第一及び第二トンネルＴ１，Ｔ２の他方に到達させ、両トンネルＴ１，Ｔ２をつなぐパイプルーフＰＲを第一及び第二トンネルＴ１，Ｔ２の上部及び下部にそれぞれ形成する。このパイプルーフＰＲは第一及び第二トンネルＴ１，Ｔ２の長手方向に沿って複数形成される。

次に、第一及び第二トンネルＴ１，Ｔ２とパイプルーフＰＲとの連結部の外側部分Ｅに薬品を注入して地盤改良を行う。そして、第一トンネルＴ１及び第二トンネルＴ２を形成するセグメントのうち互いに近接する部分（図中ハッチングで示す部分）を切断・除去して、パイプルーフＰＲとトンネルＴ１，Ｔ２との間の土砂を排出する。その後、図６（ｂ）に示すように、両トンネルＴ１，Ｔ２の開口部近傍に補強部材Ｆを掛け渡して一つの連結トンネルＣＴを形成する。

このトンネル形成現場において、第一及び第二トンネルＴ１，Ｔ２の近接部分を切断する作業は、それらトンネルＴ１，Ｔ２を形成するセグメントの背後に土及び他方のトンネルＴ１，Ｔ２が存在する状態での切断作業となるので、この切断作業に本発明の土留め部材切断装置及び方法を適用できる。なお、これと同様のトンネル形成方法が非特許文献２、３に開示されている。

図７に示すトンネル形成方法は、矩形断面を有する複数（ここでは６個）の小トンネルＴＮｓを互いに近接・密集させて構築し、各小トンネルＴＮｓの近接部分（図７（ａ）にハッチングで示す部分）を切断すると共に、各小トンネルＴＮｓの残存部分を全て接続して、図７（ｂ）に示すような一つの大トンネルＴＮを形成するものである。

このトンネル形成現場において、各小トンネルＴＮｓの近接部分を切断する作業は、各トンネルＴＮｓを形成するセグメントの背後に土及び他の小トンネルＴＮｓが存在する状態での切断作業となるので、この切断作業にも本発明の土留め部材切断装置及び方法を適用できる。なお、これと同様のトンネル形成方法が非特許文献４に開示されている。

図８に示すトンネル形成方法は、シールドマシン等により構築した第一トンネルＴ１の上部に、開削工法等により第二トンネルＴ２を構築し、それら両トンネルＴ１，Ｔ２の近接部分（図８（ａ）にハッチングで示す部分）を切断すると共に、両トンネルＴ１，Ｔ２の残存部分を接続して、図８（ｂ）に示すような一つのトンネルＴＮを形成するものである。

このトンネル形成現場において、両トンネルＴ１，Ｔ２の近接部分を切断する作業は、両トンネルＴ１，Ｔ２を形成するセグメントの背後に土及び他方のトンネルＴ１，Ｔ２が存在する状態での切断作業となるので、この切断作業にも本発明の土留め部材切断装置及び方法を適用できる。なお、これと同様のトンネル形成方法が非特許文献５にも開示されている。

更に、鋼矢板等により形成された立坑からシールドマシンを発進させる、又は立坑にシールドマシンを到達させるべく、背後に地山が存在した状態で立坑の一部を切断する場合など、背後に裏当物が存在する状態で切断作業を行うあらゆる現場において、本発明の土留め部材切断装置及び方法を用いることができる。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る土留め部材切断装置の側面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＡ矢視図である。 （ａ）は切断トーチの側面断面図であり、（ｂ）は切断トーチの平面断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る土留め部材切断装置及び方法を用いたトンネル形成方法を説明するための図である。 本発明の他の実施形態に係る土留め部材切断装置の側面図である。 本発明の一実施形態に係る土留め部材切断装置及び方法を適用可能なトンネル形成現場を説明するための図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る土留め部材切断装置及び方法を適用可能なトンネル形成現場を説明するための図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る土留め部材切断装置及び方法を適用可能なトンネル形成現場を説明するための図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る土留め部材切断装置及び方法を適用可能なトンネル形成現場を説明するための図である。

符号の説明

１ 土留め部材切断装置
２ 切断トーチ（プラズマガウジングトーチ）
３ マニピュレータ
５ 遠隔操作手段
７ タングステン電極
８ プラズマガス通路
９ ノズル
２０ 制御装置
ＣＬ 切断ライン
Ｄ 土留め部材
Ｄｓ 切断面
Ｓ 溶融物
ＳＴ サブトンネル
ＭＴ メイントンネル
Ｕ 裏当物

Claims (9)

1. 背後に土やコンクリート等の裏当物が存在した状態で土留め部材を所定の切断ラインに沿って切断するための装置であって、
   上記土留め部材にガス又はプラズマを噴射して溶融・切断するための切断トーチと、
   上記切断トーチを上記土留め部材の切断面に対して９０°よりも小さい角度で傾斜させて配置させるための手段と、
   上記切断トーチを上記切断ラインに沿って移動させるための手段とを備え、
   上記切断トーチを、上記土留め部材の切断面に対して９０°よりも小さい角度で傾斜させた状態で上記切断ラインに沿って移動させることで、溶融物が上記切断トーチに向かって飛散しないようにしたことを特徴とする土留め部材切断装置。
2. 上記切断トーチを上記切断ラインに対して傾斜させて配置させるための手段を更に備え、
   上記切断トーチを上記切断ラインに対して傾斜させた状態で上記切断ラインに沿って移動させることで、溶融物が上記切断ライン上に飛散しないようにした請求項１記載の土留め部材切断装置。
3. 上記切断トーチを上記土留め部材の切断面に対して相対移動させるためのマニピュレータを備え、
   作業者が上記マニピュレータを介して上記切断トーチを遠隔操作することで、上記切断トーチを上記切断ラインに沿って移動させることができる請求項１又は２記載の土留め部材切断装置。
4. 上記切断トーチを上記土留め部材の切断面に対して相対移動させるためのマニピュレータと、そのマニピュレータを制御する制御装置とを備え、
   上記制御装置が、予め入力されたデータに従って上記マニピュレータを制御することで、上記切断トーチを上記切断ラインに沿って移動させることができる請求項１又は２記載の土留め部材切断装置。
5. 上記切断トーチがプラズマガウジングトーチである請求項１〜４いずれかに記載の土留め部材切断装置。
6. 背後に土やコンクリート等の裏当物が存在した状態で土留め部材を所定の切断ラインに沿って切断する方法であって、
   上記土留め部材にガス又はプラズマを噴射して溶融・切断するための切断トーチを、上記土留め部材の切断面に対して９０°よりも小さい角度で傾斜させた状態で上記切断ラインに沿って移動させ、それにより溶融物が上記切断トーチに向かって飛散しないようにしたことを特徴とする土留め部材切断方法。
7. 上記切断トーチを上記切断ラインに対して傾斜させた状態で上記切断ラインに沿って移動させ、それにより溶融物が上記切断ライン上に飛散しないようにした請求項６記載の土留め部材切断方法。
8. 背後に土やコンクリート等の裏当物が存在した状態で土留め部材を所定の切断ラインに沿って切断する方法であって、
   プラズマガウジングトーチを、上記土留め部材の切断面に対して９０°よりも小さい角度で傾斜させ、かつ上記切断ラインに対しても傾斜させた状態で上記切断ラインに沿って移動させると共に、
   上記プラズマガウジングトーチに対する供給電力、上記プラズマガウジングトーチの移動速度、上記プラズマガウジングトーチから上記切断面までの距離、プラズマガスの圧力等、上記プラズマガウジングトーチによる溝掘り深さに影響を与えるパラメータを調節して、上記プラズマガウジングトーチによる溝掘り深さが上記土留め部材の厚さ以上となるようにして上記土留め部材を切断することを特徴とする土留め部材切断方法。
9. 地中に複数のトンネルを隣接させて形成し、それら複数のトンネルの近接部分を所定の切断ラインに沿って切断し、各トンネルの内部空間を互いに連通させて一つのトンネルを形成するトンネル形成方法であって、
   上記トンネルの近接部分を切断する方法が、
   上記トンネルの内面にガス又はプラズマを噴射して溶融・切断するための切断トーチを、上記トンネルの内面に対して９０°よりも小さい角度で傾斜させ、かつ上記切断ラインに対しても傾斜させた状態で上記切断ラインに沿って移動させることで、溶融物が上記切断トーチ側及び切断ライン上に飛散しないようにしたことを特徴とするトンネル形成方法。
   

Images