JP2009079359A - 覆工エレメントの地山への貫入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】覆工エレメントの断面形状とほぼ同形状に地山を掘削することができ、それにより空洞や地山の緩みが発生するのを確実に抑えることができ、軌道面や道路面に沈下等の悪影響を及ぼすことのない覆工エレメントの地山への貫入方法を提供する。
【解決手段】長尺の覆工エレメント１の先端部に刃口４を連結し、刃口４の前方の地山を掘削して覆工エレメント１を発進側１４から到達側１５に向けて地山に貫入させる方法において、刃口４の前方の地山を、ワイヤソー８等の可撓性切削具により、刃口４の外形形状とほぼ同形状に切削しながら、その切削部に刃口４を貫入させ、それによって刃口４の内部に土砂を取り込み、取り込んだ土砂を掘削して覆工エレメント１を地山に貫入させる。
【選択図】 図４

Description

この発明は、覆工エレメントの地山への貫入方法に関し、さらに詳細には、鉄道線路や道路の下方に多数の鋼製覆工エレメントを用いて地下構造物を構築するに際し、その覆工エレメントを地山に貫入させる技術に関する。

鉄道線路や道路の下方に立体交差する地下構造物（トンネル）を構築する工法の１つとして、長尺の多数の鋼製覆工エレメントを地山に貫入させて覆工を行うＪＥＳ（Jointed Element Structure ）工法が知られている。

この工法は、例えば線路下の地山に構造物の断面を区画するように、長尺の多数の覆工エレメント、具体的には断面矩形の基準覆工エレメント（通常は１つ）と断面コ字形の一般部覆工エレメントとを並列させて地山に順次貫入させ、エレメント内部にコンクリートを打設して覆工壁を構築した後、覆工壁内方の地山を掘削して、覆工壁を箱形ラーメン形式又は円形等の構造物とする工法である。なお、この工法では、隣接するエレメントどうしは、引張荷重の伝達に優れた特殊形状を有する継手（JES継手）により連結される。その連結は、後行エレメントの地山への貫入に伴って、先行エレメントの継手に後行エレメントの継手を嵌合させることによってなされる（例えば特許文献１，２，３参照）。

各エレメントは地山への貫入の際に、その先端部に刃口が連結される。そして、その刃口に内蔵させた掘削機により、あるいは人力掘削により、刃口前方の地山を掘削し、この掘削に伴ってエレメントが地山に貫入される。

しかしながら、上記工法が適用されるのは上述のように一般には線路下や道路下であり、土被りを小さくせざるを得ない。他方、機械掘削あるいは人力掘削いずれの場合も、エレメント外周面に沿って均一に掘削することは困難であり、大きな余掘りが発生することがある。また、砂礫層や岩ズリがエレメント断面の内外に亘って存在する場合には、エレメント断面内の礫や岩ズリのみを掘削することができないことから、断面外の部分まで掘削せざるを得ない。この結果、エレメントの外周に空洞あるいは地山の緩みが生じやすく、これらの地山変状は土被りが小さいことと相俟って軌道面や道路面に沈下等の悪影響を及ぼすおそれがある。

この出願の発明に関連する先行技術情報としては次のようなものがある。
特開２０００−１２０３７２号公報 特開２０００−１７９２８２号公報 特開２００３−０４１８８１号公報 特開２００４−２０４６２４号公報 特開２００５−３３６８６５号公報

この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、覆工エレメントの外形形状とほぼ同形状に地山を掘削することができ、それにより空洞や地山の緩みが発生するのを確実に抑えることができ、軌道面や道路面に沈下等の悪影響を及ぼすことのない覆工エレメントの地山への貫入方法を提供することにある。

この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、長尺の覆工エレメントの先端部に刃口を連結し、前記刃口の前方の地山を掘削して前記覆工エレメントを発進側から到達側に向けて地山に貫入させる方法において、
前記刃口の前方の地山を、ワイヤソー等の可撓性切削具により、刃口の外形形状とほぼ同形状に切削しながら、その切削部に前記刃口を貫入させ、それによって刃口の内部に土砂を取り込み、取り込んだ土砂を掘削して前記覆工エレメントを地山に貫入させることを特徴とする覆工エレメントの地山への貫入方法にある。

上記方法において、前記刃口は、その軸方向に接離自在な刃口前部と刃口後部とからなり、これら刃口前後部間には推進ジャッキが配置され、この推進ジャッキの作動により刃口前部を前記切削部に貫入させる構成を採用することができる。この場合、前記覆工エレメントを発進側から押し込むことにより地山に貫入させる。

前記刃口の先端隅部に該隅部から突出するようにガイドプーリがそれぞれ取り付けられ、これらのガイドプーリに刃口の外形形状とほぼ同形状となるように前記可撓性切削具が巻き掛けられている。そして、前記覆工エレメントの地山への貫入に先立ち、発進側と到達側との間に複数のガイドパイプを設置し、これらのガイドパイプに前記各ガイドプーリを配置する。前記可撓性切削具は到達側に設置された駆動プーリに巻き掛けられる一方、前記ガイドパイプ内に導入されて前記ガイドプーリに巻き掛けられる無端状のものである。

この発明によれば、刃口前方の地山を可撓性切削具により刃口の外形形状とほぼ同形状に切削し、その切削部に刃口を貫入して土砂を刃口内部に取り込んで掘削するので、覆工エレメントの外形形状とほぼ同形状に地山を掘削することができる。この結果、空洞や地山の緩みが発生するのを確実に抑えることができ、軌道面や道路面に沈下等の悪影響を及ぼすことことを防止することができる。

この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、この発明の貫入方法により多数の覆工エレメントを地山に貫入させ、それによって箱形に構築された地下構造物５０を示している。使用する覆工エレメントは断面が矩形の基準覆工エレメント１と、断面がコ字形の一般部覆工エレメント２である。最初に基準覆工エレメント１が地山に貫入され、次いでその両側に一般部エレメント２が順次貫入される。基準覆工エレメント１とその両側に隣接する一般部覆工エレメント２、また互いに隣接する一般部覆工エレメントどうしは、後行エレメントの地山への貫入の際に互いに嵌合される継手３を介して連結される。なお、符合５４は閉合エレメントを示す。

地山に変状を与えやすいのは、土被りが小さい上床版５１のエレメントの貫入施工時であり、この実施形態では、この上床版５１のエレメントを構成する基準覆工エレメント１及び一般部覆工エレメント２（隅角部覆工エレメント２’を含む）の貫入施工時にこの発明が適用される。側壁部５２及び下床板５３のエレメントの貫入施工方法は、従来と同様であるが、この発明を適用することもできる。

この発明が適用される上床版５１の基準覆工エレメント１及びその両側に連設される一般部覆工エレメント２は、高さは従来と同様すなわち側壁部５２及び下床板５３のエレメントと同様であるが（ 850mm 程度）、幅は拡幅されている（ 2500mm 程度）。これは、後述するように、刃口での掘削が機械掘削ではなく人力によるからである。

図２は、基準覆工エレメント１の先端に連結される刃口４を示している。刃口４は基準覆工エレメント１の外形形状と同じ外形形状を有している（より詳しくは、エレメント１の４つの継手３によって規定される矩形形状と同形の矩形形状）。この刃口４の４つの先端隅部にはブラケット５（各隅部のブラケットを符合５ａ〜５ｄで示す）が突出してそれぞれ設けられている。これらのブラケット５に２つずつのガイドプーリ６，７が設けられている。ガイドプーリ６，７は、そのプーリ軸が互い直交するように設けられ、ガイドプーリ６のプーリ軸は水平方向、ガイドプーリー７のプーリ軸は鉛直方向である。

これらのガイドプーリ６，７にワイヤソー８が巻き掛けられている。ワイヤソー８は無端状のものであり、ブラケット５ａのガイドプーリ６→ブラケット５ｂのガイドプーリ６，７→ブラケット５ｃのガイドプーリ７，６→ブラケット５ｄのガイドプーリ６，７→ブラケット５ａのガイドプーリ７の順で各プーリに巻き掛けられる。巻き掛けられたワイヤソー８は、全体として刃口４の外形形状と同じ矩形となっている。このワイヤソー８を走行移動させることにより刃口４の前方の地山を刃口４の外形形状と同形に、すなわち基準覆工エレメント１の外形形状と同形に切削することが可能である。

このワイヤソー８をガイドプーリ６，７群に導くために、またガイドプーリ６，７群を地山内で移動させるために複数のガイドパイプ９が地山に設置されている。ガイドパイプ９はエレメントの地山への貫入に先立って発進側と到達側との間に設置され、その設置位置は図１に示すように、刃口４の４つの隅部に対応する位置であり、各エレメントの継手３による連結位置である。ガイドパイプ９としては、ワイヤソー８によりガイドパイプ９の一部もその長手方向に沿って切断されることになるので、切断が容易な塩化ビニル管が用いられる。地山を切削するための可撓性切削具としては、ワイヤソーに代えてチェーンソーを用いることもできる。

図３は刃口４の詳細を示す断面図である。刃口４は軸方向に接離自在な刃口前部４ａと刃口後部４ｂとからなるテレスコピック方式のものである。前述したガイドプーリ６，７のブラケット５は、刃口前部４ａに設けられている。刃口後部４ｂはエレメント１の先端に固定部材２１により固定される。刃口４の内部において、刃口前部４ａと刃口後部４ｂとの間には油圧による複数の推進ジャッキ１０が配置されている。この推進ジャッキ１０を作動させることにより、刃口４を図３（ａ）の短縮状態から図３（ｂ）のように伸長させ、ワイヤソー８に地山を切削するための押し付け力を加えるとともに、ワイヤソー８により切削された切削部（切削溝）に刃口前部４ａを貫入させることができる。このときの刃口前部４ａのストロークＳは 200 〜600 mm 程度である。

なお、後述するように、刃口４は推進ジャッキ１０をフリーとし（もしくは油圧により引き戻しながら）、エレメント１を地山に貫入させることにより図３（ａ）の短縮状態に戻るが、このとき刃口前部４ａの後端と刃口後部４ｂの前端との間に所定大きさの隙間ｄが形成されるようになっている。これは、刃口前部４ａに衝撃を与えることを防止してワイヤソー８を保護するためである。また、刃口内部に土砂が侵入するのを防止するために、外周において刃口前部４ａと刃口後部４ｂとの間を閉鎖する薄鋼板からなる遮蔽プレート１２が設けられている。

次に、覆工エレメントの具体的な貫入施工方法について図４及び図５を参照しながら説明する。エレメントは土留壁１３，１３間の地山に貫入される。発進側１４には反力壁１６とエレメントの推進ジャッキ１７が設置される。この推進ジャッキ１７には押し輪１８が取り付けられる。他方、到達側１５にはワイヤソー８の駆動プーリ１９を含む駆動装置２０が設置される。無端状のワイヤソー８は、この駆動プーリ１９に巻き掛けられる一方、ガイドパイプ９内に導入されて前述のガイドプーリ６，７群に巻き掛けられる。

図４（ａ）は初期状態にあり、刃口４は短縮状態にある。この状態において、駆動プーリ１９によりワイヤソー８を稼働させ、そして同図（ｂ）に示すように、刃口４の推進ジャッキ１０の作動により刃口４を伸長作動させ、刃口前部４ａを前進させる。すなわち、ワイヤソー８により地山を刃口４の外形形状と同形状に切削しながら、その切削部に刃口前部４ａを貫入させる。これにより、刃口４の内部には土砂が取り込まれる。なお、この刃口４を前進させている際は、エレメント１の地山への貫入はなされず、エレメント１の継ぎ足しが必要な場合は、エレメント１の後端に継ぎ足しエレメント１ａの継ぎ足しを行う。

次に、図５（ｃ）に示すように、ワイヤソー８の稼働を停止し、刃口４の内部に取り込んだ土砂の掘削をする。掘削は人力でなされ、掘削土砂はエレメント１の内部を通って発進側１４に排出される。また、この掘削に伴って、エレメントの推進ジャッキ１７の作動によりエレメント１を刃口後部４ｂとともに地山に貫入させる。これにより、刃口４は短縮状態となる。

以上のようにして、刃口４の１ストローク分の地山切削、掘削、エレメント貫入が終了したら、同図（ｄ）に示すように、再びワイヤソー８を稼働させ、刃口４を伸長作動させて、次のストローク分の地山切削、掘削、エレメント貫入を行う。以下、これを繰り返す。

上記の説明は、基準覆工エレメントの貫入施工についてであるが、一般部覆工エレメントの施工についても、刃口が一般部覆工エレメントと同様のコ字形である点及びワイヤソーの巻き掛け形態がコ字形である点を除けば、ほぼ同様である。図６は、一般部覆工エレメントの貫入施工の際のワイヤソーの８の巻き掛け形態の一例を示している。プーリ軸が水平方向のガイドプーリ６及びプーリ軸が鉛直方向のガイドプーリ７を、図示のようにコ字形の２つの隅部及びコ字形の２つの開放端にそれぞれ配置することにより、地山をコ字形に切削することができる。

上記実施形態は例示にすぎず、この発明は種々の態様を採ることができる。例えば、上記実施形態では、刃口を刃口前部と刃口後部に分離してテレスコピック構造のものとしたが、分離されない一体構造のものを使用することもできる。また、覆工エレメントの地山への貫入についても、上記実施形態では発進側からの押込みとしているが、到達側からの牽引とすることもできる。この場合、牽引するためのＰＣ鋼撚り線等の引張材は、ガイドパイプ内を通して刃口後部の先端に固定され（テレスコピック式）、あるいは刃口の先端に固定される（一体構造）。

この発明による貫入方法を適用して構築された地下構造物の一例を示す正面図である。 基準覆工エレメントの先端に連結される刃口を示す斜視図である。 刃口の詳細を示す断面図である。 この発明による貫入方法の手順を示す図である。 図４に引き続く手順を示す図である。 一般部覆工エレメントの貫入施工の際のワイヤソーの巻き掛け形態の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１ 基準覆工エレメント
２ 一般部覆工エレメント
３ 継手
４ 刃口
４ａ 刃口前部
４ｂ 刃口後部
５ ブラケット
６，７ ガイドプーリ
８ ワイヤソー
８ 刃口
９ ガイドパイプ
１０ 刃口用推進ジャッキ
１３ 土留壁
１４ 発進側
１５ 到達側
１６ 反力壁
１７ 推進ジャッキ
１７ エレメント用推進ジャッキ
１８ 押し輪
１９ 駆動プーリ
２０ 駆動装置
５０ 地下構造物
５１ 上床版

Claims (6)

1. 長尺の覆工エレメントの先端部に刃口を連結し、前記刃口の前方の地山を掘削して前記覆工エレメントを発進側から到達側に向けて地山に貫入させる方法において、
   前記刃口の前方の地山を、ワイヤソー等の可撓性切削具により、刃口の外形形状とほぼ同形状に切削しながら、その切削部に前記刃口を貫入させ、それによって刃口の内部に土砂を取り込み、取り込んだ土砂を掘削して前記覆工エレメントを地山に貫入させることを特徴とする覆工エレメントの地山への貫入方法。
2. 前記刃口は、その軸方向に接離自在な刃口前部と刃口後部とからなり、これら刃口前後部間には推進ジャッキが配置され、この推進ジャッキの作動により刃口前部を前記切削部に貫入させることを特徴とする請求項１記載の覆工エレメントの地山への貫入方法。
3. 前記覆工エレメントを発進側から押し込むことにより地山に貫入させることを特徴とする請求項２記載の覆工エレメントの地山への貫入方法。
4. 前記刃口の先端隅部に該隅部から突出するようにガイドプーリがそれぞれ取り付けられ、これらのガイドプーリに刃口の外形形状とほぼ同形状となるように前記可撓性切削具が巻き掛けられていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の覆工エレメントの地山への貫入方法。
5. 前記覆工エレメントの地山への貫入に先立ち、発進側と到達側との間に複数のガイドパイプを設置し、これらのガイドパイプに前記各ガイドプーリを配置することを特徴とする請求項４記載の覆工エレメントの地山への貫入方法。
6. 前記可撓性切削具は到達側に設置された駆動プーリに巻き掛けられる一方、前記ガイドパイプ内に導入されて前記ガイドプーリに巻き掛けられる無端状のものであることを特徴とする請求項５記載の覆工エレメントの地山への貫入方法。

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