JP2009138489A - トンネル外周地山の調査方法、調査装置および調査用棒材 - Google Patents

Abstract

【課題】推進工法やシールド工法の埋設管やトンネルセグメント外周の余掘り量や土質などの調査において、比較的簡易で低コストの部品の組み合わせで止水が確実で簡易・低コストの調査が可能となり、埋設管等の内面に簡単に取り付けでき、どのような貫通孔にも簡単に取り付けでき、自由に調査を行える調査方法・調査装置・調査用棒材を提供する。
【解決手段】埋設管２の注入孔２の内部側に、弁開状態で棒材を挿通可能なボールバルブ１１を取り付け、弁閉状態のバルブ１１の内部側に、調査用棒材１３を挿通可能な貫通孔と調査用棒材の外周を止水可能なパッキング材を有するパッキング治具１２を接続し、パッキング治具１２に調査用棒材１３の先端を弁閉状態のバルブ１１の手前まで挿入し、パッキング治具１２により止水した状態でバルブ１１を開き、調査用棒材１３をバルブ１１の内部を貫通させて地山側へ挿入して余掘り量や土質を確認する。
【選択図】図１

Description

本発明は、推進工法やシールド工法におけるトンネル外周地山の調査方法、調査装置および調査用棒材に関するものである。

推進工法は、掘進機を先頭にして切羽を掘進しながら、発進立坑内に設置した推進ジャッキで埋設管の後方を押圧して推進させ、埋設管の継ぎ足しと推進とを繰り返して地中に管渠を築造する工法であり、先頭の掘進機の外径を埋設管外径よりやや大きくして埋設管の外周に空隙を形成し、この余掘りにより地山との摩擦抵抗力を少なくし、さらに前記空隙に滑材を埋設管の注入孔より注入し、この滑材により地山との摩擦をより低減させることが行われている。

泥水推進工法においては、トンネル線形不良の原因として掘進機による余掘り量が問題となっており、密閉型掘進機において埋設管外周の地山の土質等を簡単に調査する方法が要望されていた。

なお、本発明に関連する先行技術文献として特許文献１〜４がある。特許文献１の発明は、泥水シールド機の余掘検出機であり、シールド掘削機のスキンプレートの孔に検知棒をスキンプレートから出入可能に設けると共に、パッキング材を介して嵌合させ、検知棒に連結した押出量測定器により余掘りの位置と深さを検知するものである。

特許文献２の発明は、推進工法における埋設管外周のテールボイド測定方法およびその装置であり、埋設管の壁面を貫通して設けた測定孔の内部側に、ガイド孔を有するガイド孔付きプラグを装着し、外部側には中央に伸縮可能な挿入孔を設けた弾性逆止弁を取り付け、内部側からガイド孔付きプラグから弾性逆止弁を通じて探り棒またはサンプル採取パイプを管外へ向けて貫挿し、サンプリングするものである。

特許文献３の発明は、埋設管推進工法における管周状況検知装置であり、埋設管の貫通孔に配設する外筒に内筒を回転可能に挿入し、外筒先端部と内筒先端部とを可撓性管による捻り絞り可能なスリーブで結合して内筒の回転で開閉する弁体を形成し、内筒および可撓性管による弁体を貫通するように検知棒を埋設管内から埋設管外へ差し入れるものである。

特許文献４には、既設トンネルの覆工背面の探査方法および裏込め方法において、トンネル覆工壁の探査器具導入予定位置に、ボールバルブやゲートバルブの開閉バルブとこの内部側において探査器具等の外面をシールするシール部材とを備えた口元開閉装置を取り付け、この口元開閉装置を介して覆工壁の正面から背面に貫通する導入孔をドリルで穿設し、口元開閉装置および導入孔を介して覆工背面側に探査器具を導入することが記載されている。

特開昭５３−１３５１４０号公報 特開平１１−３１１０８８号公報 特開２００５−１１３３８８号公報 特開２００３−４９５９９号公報

従来の先行技術の場合、いずれも口元の止水機構に特別な装置を用いており、コストがかかるなどの課題がある。また、予めセグメント内に止水・開閉弁機構を組み込んでおく場合、比較的大きな径の貫通孔でないと組み込むことができない、貫通孔ごとに止水・開閉弁機構を組み込む必要がある、自由に調査箇所を選べない等の課題がある。

本発明は、推進工法やシールド工法における埋設管やトンネルセグメントの外周の余掘り量やトンネル外周地山の土質などの調査において、比較的簡易で低コストの部品の組み合わせにより止水が確実で簡易かつ低コストの調査が可能となり、また埋設管等の内面に簡単に取り付けることができると共に、どのような貫通孔にも簡単に取り付けることができ、自由に調査を行うことができるトンネル外周地山の調査方法、調査装置および調査用棒材を提供するものである。

本発明の請求項１の発明は、掘進機により形成されるトンネル内に埋設される埋設管またはセグメントリングの外周地山を調査するトンネル外周地山の調査方法であり、埋設管またはセグメントリングに内部から外部へ貫通するように設けられた貫通孔の内部側に、弁開状態で調査用棒材を挿通可能な止水バルブを取り付け、弁閉状態とした止水バルブの内部側に、調査用棒材を挿通可能な貫通孔と調査用棒材の外周を止水可能なパッキング材を有するパッキング治具を接続し、このパッキング治具に調査用棒材の先端を弁閉状態の止水バルブの手前まで挿入し、パッキング治具により止水した状態で止水バルブを開き、調査用棒材を止水バルブの内部を貫通させて地山側へ挿入することを特徴とするトンネル外周地山の調査方法である。

本発明は、推進工法やシールド工法等に適用されるものであり、掘進機やシールド機の後方の埋設管やセグメントリングにおいて余掘り量やトンネル外周地山の土質などを調査する（図１(a)参照）。貫通孔には、予め埋設管やセグメントリングに形成されている滑材や裏込め材の注入孔あるいは新たに穿設した貫通孔を用いることができる。止水バルブには、回転式のボールバルブや上下移動式のゲートバルブ等を用いることができる。パッキング治具には、雌筒部材と雄筒部材の間に筒状のパッキン材を挟み込んだ所謂口元パッカーを用いることができる。

貫通孔の内部側に埋設管やセグメントリングの内面において止水バルブを取り付け、止水バルブの内部側にパッキング治具を接続し、調査用棒材をパッキング治具、止水バルブを順に貫通させ、貫通孔を介して地山側に挿入するだけでトンネル外周地山の調査を行うことができ(図１(b)参照)、比較的簡易で低コストの部品の組み合わせにより、簡易かつ低コストの調査が可能となる。また、パッキング治具に調査用棒材の先端を挿入して止水した後、止水バルブを開けるため、止水も確実に行うことができる。さらに、止水バルブは取付板やニップル等を介して埋設管やセグメントリングの内面に簡単に取り付けることができると共に、どのような貫通孔にも簡単に取り付けることができ、自由に調査を行うことができる。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載のトンネル外周地山の調査方法において、埋設管またはセグメントリングの貫通孔は予め形成されている注入孔であり、この注入孔に止水バルブを弁閉状態で予め取り付けておくことを特徴とするトンネル外周地山の調査方法である。

埋設管等の製作時や発進立坑などにおいて予め注入孔に止水バルブを取り付けておけば、パッキング治具の接続と調査用棒材の挿入だけでよいため、移動している狭い埋設管等の内部でも容易に調査を行うことができる。調査時に注入孔に止水バルブを取り付けることもできる。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項１に記載のトンネル外周地山の調査方法において、トンネル内に配置された埋設管またはセグメントリングに貫通孔を穿設し、この貫通孔に止水バルブを弁閉状態で取り付けることを特徴とするトンネル外周地山の調査方法である。

新たに貫通孔を穿設しても止水バルブを簡単に取り付けることができ、調査の必要な箇所を自由に簡単に調査することができる。

本発明の請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載のトンネル外周地山の調査方法において、調査用棒材は中空の採取棒であり、採取棒の先端をトンネル外周地山に当てて余掘り量を計測し、採取棒の先端をトンネル外周地山に挿入して採取棒の内部に土を採取することを特徴とするトンネル外周地山の調査方法である。

採取棒の先端を地山に当ててパッキング治具から突出する採取棒の頭部側の突出量により余掘り量を推定することができる。次いで、採取棒を地山に貫入することにより採取棒の先端部内に土を採取することができる。採取棒の先端部を透明パイプから構成すれば、土質を眼で見て確認することができる。また、採取棒に頭部側から押し出し棒を挿入することにより先端部の採取土を外に押し出すことができ、土質（色・硬さ・粒度・成分等）をより詳細に確認することができる。

本発明の請求項５に係る発明は、掘進機により形成されるトンネル内に埋設される埋設管またはセグメントリングの外周地山を調査するトンネル外周地山の調査装置であり、埋設管またはセグメントリングに内部から外部へ貫通するように設けられた貫通孔の内部側に取り付けられ、弁開状態で調査用棒材を挿通可能な止水バルブと、前記止水バルブの内部側に接続され、調査用棒材を挿通可能な貫通孔と調査用棒材の外周を止水可能なパッキング材を有するパッキング治具と、前記パッキング治具の貫通孔および弁開状態の止水バルブを貫通して先端が地山側へ挿入される調査用棒材とから構成されていることを特徴とするトンネル外周地山の調査装置である。

市販されている止水バルブおよびパッキング治具と簡易な調査用棒材の組み合わせにより止水が確実で簡易かつ低コストの調査装置が得られる（図２参照）。止水バルブの貫通孔への取り付けには、ベースプレートと片ニップルからなる止水取付治具を用いることができ、ベースプレートをアンカーで埋設管等の内面に取り付け、片ニップルの端部開口に止水バルブの端部開口をねじで取り付ける（図２参照）。片ニップルを直接貫通孔へ取り付けることもできる。

本発明の請求項６に係る発明は、掘進機により形成されるトンネル内に埋設される埋設管またはセグメントリングの外周地山を調査するトンネル外周地山の調査用棒材であり、中空の採取棒の頭部に頭部開口を塞ぐキャップが着脱可能に取り付けられていることを特徴とするトンネル外周地山の調査用棒材。

採取棒の頭部にキャップを設けることによりハンマー等で採取棒の頭部を叩いて採取棒の先端を地山に容易に貫入させることができる。また、採取後、キャップを取り外せば、採取棒の頭部側から押し出し棒を挿入して採取棒の先端部内の採取土を外へ取り出すことができる。

本発明は、以上のような構成からなるので、次のような効果が得られる。

（1）推進工法やシールド工法における埋設管やトンネルセグメントの外周の余掘り量やトンネル外周地山の土質などの調査において、注入孔等の貫通孔の内部側に埋設管等の内面において止水バルブを取り付け、この止水バルブにパッキング治具を接続し、これら止水バルブおよびパッキング治具を貫通させて調査用棒材を地山側へ挿入するようにしたため、比較的簡易で低コストの部品の組み合わせにより止水が確実で簡易かつ低コストの調査が可能となる。

（2）止水バルブを埋設管等の内面に簡単に取り付けることができると共に、どのような貫通孔にも簡単に取り付けることができ、自由に調査を行うことができる。

（3）簡易な部品の組み合わせであり、移動している狭い埋設管等の内部でも容易に調査を行うことができる。

（4）採取棒の頭部にキャップを設けることによりハンマー等で採取棒の頭部を叩いて採取棒の先端を地山に容易に貫入させることができる。

以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。この実施形態は、泥水推進工法の埋設管(推進管)外周の調査に適用した例である。図１は、本発明の調査方法を実施するための調査装置の一例を示すトンネル軸方向に沿う鉛直断面図とトンネル軸に直交する鉛直断面図である。図２は図１の調査装置の詳細を示す鉛直断面図と板部品の背面図である。図３は本発明の調査用棒材の一例を示す側面図である。

図１(a)に示すように、泥水推進工法は、密閉型掘進機１を先頭にして切羽を掘進しながら、発進立坑内に設置した推進ジャッキで埋設管（推進管）２の後方を押圧して推進させ、埋設管２の継ぎ足しと推進とを繰り返して地中に管渠を築造する工法であり、先頭の掘進機１の外径を埋設管２外径よりやや大きくして埋設管２の外周に空隙４を形成し、この余掘りにより地山との摩擦抵抗力を少なくし、さらに空隙４に滑材５を埋設管２の注入孔３より注入し、この滑材５により地山との摩擦をより低減させている。

このような泥水推進工法において、余掘り量が適正でない場合、トンネル線形不良の原因となり、滑材層が薄い場合には、推進抵抗が大きくなって途中で埋設管を推進させることができなくなるため、余掘り量や滑材層厚を常にチェックする必要がある。本発明では、図１(a)に示すように、先頭の埋設管２に簡易な調査装置１０を配置し、この調査装置１０により余掘り量や滑材層厚およびトンネル外周地山の土質を埋設管２の移動中に比較的頻繁に調査する。

調査装置１０は、図１(b)に示すように、主として、止水バルブとしてのボールバルブ１１と、いわゆる口元パッカーとしてのパッキング治具１２と、検出棒・採取棒としての調査用棒材１３から構成する。ボールバルブ１１は、埋設管２に予め形成されている滑材や裏込め材の注入孔(貫通孔)３あるいは新たに穿設した貫通孔３の内部側に弁閉状態で取り付けておく。後に詳述するように、ボールバルブ１１の内部側にパッキング治具１２を接続し、調査用棒材１３をパッキング治具１２、ボールバルブ１１、注入孔(貫通孔)３の順に貫通させて地山側へ挿入し、所定の調査を行う。

図示例では、埋設管２の上下左右の４箇所にボールバルブ１１をセットしておき、順に調査用棒材１３を挿入して、トンネル外周地山の上下左右４箇所の余掘り量の確認と土質の確認を行っている。ボールバルブ１１は埋設管製作時や発進立坑等において予め注入孔３に取り付けられているが、調査時に注入孔３に取り付けることもできる。

図２に示すように、ボールバルブ１１は止水取付治具２０により埋設管２の内面に取り付けるのが好ましい。この止水取付治具２０は、ベースプレート２１と片ニップル２２からなる。ベースプレート２１の中央には挿入孔２１ａが形成され、この挿入孔２１ａの外周に片ニップル２２の端部が溶接等で固定されている。ベースプレート２１はアンカー（オールアンカー）２３により埋設管２の内面に固定され、これらの間に注入孔３を取り囲むように配置されたゴムパッキン２４とコーキング２５により止水がなされる。片ニップル２２にはボールバルブ１１の端部開口がねじで接続される。なお、このような止水取付治具２０に限らず、例えば片ニップル２２の端部を直接注入孔３に挿入して取り付けることもできる。

パッキング治具１２は、市販のものを用いることができ、袋ナット状の雌筒部材１２ａと、ボルト状の雄筒部材１２ｂと、雌筒部材１２ａの内部に配置される筒状のパッキング材１２ｃから構成されている。雌筒部材１２ａの雌ねじに雄筒部材１２ｂの雄ねじをねじ込むことによりパッキング材１２ｃが内蔵されたパッキング治具１２が形成され、内部に調査用棒材１３を挿通させることができると共に、パッキング材１２ｃにより調査用棒材１３の外周を止水することができる。

パッキング治具１２は、雌筒部材１２ａの先端ねじ部をボールバルブ１１の端部開口にねじ込むことでボールバルブ１１に接続することができる。なお、ボールバルブ１１も市販のものを使用することができ、ボールバルブ１１とパッキング治具１２のサイズが合わない場合には、異径ニップルなどを介在させることにより接続することができる。また、ボールバルブは、貫通孔を有するボール状の弁体を回転させて開閉するものであり、弁開状態では調査用棒材を挿通させることができる。ボールバルブに限らず、仕切板の上下移動で開閉するゲートバルブ等を用いることができる。

調査用棒材１３は、図３に示すように、鋼管等からなる中空の採取棒であり、先端部内に土を収納でき、かつ、頭部側から内部に鋼棒等からなる押し出し棒１４を挿入して先端部内に充填された採取土を外へ押し出すことができるように構成されている。採取棒１３は埋設管２の内部からトンネル外周地山に先端部を貫入できる長さとされ、押し出し棒１４は採取棒１３の内径より若干小さい外径で採取棒１３の長さより長くされている。

採取棒１３の先端には、地山に貫入しやすいように先細りのテーパー１３ａが形成され、頭部側には取手１３ｂが設けられている。このような採取棒１３の頭部に頭部開口を塞ぐキャップ３０を着脱可能に取り付け、採取棒１３の頭部をハンマー等で叩くことにより採取時に採取棒１３を容易に地山に貫入できるようにする。

採取棒１３の頭部には片ニップル３１を溶接等で接続し、この片ニップル３１のねじ部にキャップ３０をねじ込んで取り付ける。キャップ３０を取り外せば、押し出し棒１４を採取棒１３内に挿入することができる。なお、押し出し棒１４の頭部には取手１４ａが設けられている。

さらに、採取棒１３の先端部は透明のパイプ１３ｃで形成し、この透明パイプ１３ｃには目盛りを付け、採取した土を容易に確認できるようにする。また、この先端部の内面にはグリースや糊を塗布しておき、採取した土がばらけて落ちないようにし、かつ、先端部が地山に容易に挿入できるようにする。なお、採取棒１３は土の採取だけに限らず、余掘り量を確認する検知棒としても使用できるものであり、硬い地山に先端が当たったときの採取棒１３のパッキング治具１２からの突出長さで余掘り量を推定することができる。

以上のような調査装置を用いて次のような手順でトンネル外周地山の調査を実施する。

（1）ボールバルブ１１を推進前に発進立坑などにおいて埋設管２の注入孔３に予め取り付けておき、あるいは推進時に注入孔３もしくは新たに穿設した貫通孔３に取り付ける。ボールバルブ１１は弁閉状態であり、地山側から埋設管内への地下水の流入が防止される。

（2）推進時にボールバルブ１１の内部側にパッキング治具１２を接続し、このパッキング治具１２内に調査用棒材１３の先端をボールバルブ１１の手前まで挿入する。この状態で調査用棒材１３の先端はパッキング材１２ｃにより止水されているため、ボールバルブ１１を開くことができる。

（3）ボールバルブ１１を開き、調査用棒材１３をボールバルブの内部を貫通させて地山側へ挿入し、余掘り量を確認し、次いで先端部を地山へ貫入して先端部内に土を採取する。この貫入に際しては、頭部のキャップ３０をハンマー等で叩いて容易にかつ迅速に貫入されるようにする。

（4）調査用棒材１３を引く抜く際には、挿入の場合とは逆に先端をパッキング治具１２まで引き抜いてパッキング材１２ｃで止水した状態でボールバルブ１１を閉じ、さらに引き抜いて調査装置から調査用棒材１３を取り外す。

（5）調査用棒材１３の先端の透明部分により採取土を確認することができ、さらにキャップ３０を取り外して押し出し棒１４を挿入し、先端部の採取土を外へ押し出すことにより、採取土を詳細に確認（色・硬さ・粒度・成分等）することができる。

なお、以上は埋設管の推進工法に適用した場合について説明したが、これに限らず、埋設管やセグメントリングのシールド工法にも本発明を適用することができる。

本発明の調査方法を実施するための調査装置の一例であり、(a）はトンネル軸方向に沿う鉛直断面図、(b)はトンネル軸に直交する鉛直断面図である。 図１の調査装置の詳細であり、(a)は鉛直断面図、(b)は板部品の背面図である。 本発明の調査用棒材の一例を示す側面図である。

符号の説明

１……密閉型掘進機（またはシールド機）
２……埋設管(またはセグメントリング)
３……注入孔(貫通孔)
４……空隙
５……滑材(または裏込め材)
１０…調査装置
１１…ボールバルブ(止水バルブ)
１２…パッキング治具
１２ａ…雌筒部材
１２ｂ…雄筒部材
１２ｃ…パッキング材
１３…調査用棒材（採取棒）
１３ａ…テーパー
１３ｂ…取手
１３ｃ…透明パイプ
１４…押し出し棒
１４ａ…取手
２０…止水取付治具
２１…ベースプレート
２１ａ…挿入孔
２２…片ニップル
２３…アンカー
２４…ゴムパッキン
２５…コーキング
３０…キャップ
３１…片ニップル

Claims (6)

1. 掘進機により形成されるトンネル内に埋設される埋設管またはセグメントリングの外周地山を調査するトンネル外周地山の調査方法であり、
   埋設管またはセグメントリングに内部から外部へ貫通するように設けられた貫通孔の内部側に、弁開状態で調査用棒材を挿通可能な止水バルブを取り付け、弁閉状態とした止水バルブの内部側に、調査用棒材を挿通可能な貫通孔と調査用棒材の外周を止水可能なパッキング材を有するパッキング治具を接続し、このパッキング治具に調査用棒材の先端を弁閉状態の止水バルブの手前まで挿入し、パッキング治具により止水した状態で止水バルブを開き、調査用棒材を止水バルブの内部を貫通させて地山側へ挿入することを特徴とするトンネル外周地山の調査方法。
2. 請求項１に記載のトンネル外周地山の調査方法において、埋設管またはセグメントリングの貫通孔は予め形成されている注入孔であり、この注入孔に止水バルブを弁閉状態で予め取り付けておくことを特徴とするトンネル外周地山の調査方法。
3. 請求項１に記載のトンネル外周地山の調査方法において、トンネル内に配置された埋設管またはセグメントリングに貫通孔を穿設し、この貫通孔に止水バルブを弁閉状態で取り付けることを特徴とするトンネル外周地山の調査方法。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載のトンネル外周地山の調査方法において、調査用棒材は中空の採取棒であり、採取棒の先端をトンネル外周地山に当てて余掘り量を計測し、採取棒の先端をトンネル外周地山に挿入して採取棒の内部に土を採取することを特徴とするトンネル外周地山の調査方法。
5. 掘進機により形成されるトンネル内に埋設される埋設管またはセグメントリングの外周地山を調査するトンネル外周地山の調査装置であり、
   埋設管またはセグメントリングに内部から外部へ貫通するように設けられた貫通孔の内部側に取り付けられ、弁開状態で調査用棒材を挿通可能な止水バルブと、前記止水バルブの内部側に接続され、調査用棒材を挿通可能な貫通孔と調査用棒材の外周を止水可能なパッキング材を有するパッキング治具と、前記パッキング治具の貫通孔および弁開状態の止水バルブを貫通して先端が地山側へ挿入される調査用棒材とから構成されていることを特徴とするトンネル外周地山の調査装置。
6. 掘進機により形成されるトンネル内に埋設される埋設管またはセグメントリングの外周地山を調査するトンネル外周地山の調査用棒材であり、
   中空の採取棒の頭部に頭部開口を塞ぐキャップが着脱可能に取り付けられていることを特徴とするトンネル外周地山の調査用棒材。

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