JP2009144468A - 十字型発進立坑構造 - Google Patents

Abstract

【課題】推進工法とシールド工法の何れにも対応することができ、地盤改良に要した経費の削減が可能な発進立坑構造を提供する。
【解決手段】ケーシング発進立坑１の周壁における上下方向の途中で、軸心を挟む両側対称位置の外側に、推進工法又はシールド工法における設備を収納できる前部円筒体３と後部円筒体４を、発進立坑１内と連通するように設け、前記発進立坑１の両円筒体３と４よりも下部の位置を排土設備５の収納部６とし、推進方向に沿う縦断面形状が十字型になっている。
【選択図】図１

Description

この発明は、推進工法又はシールド工法による管路構築を実施するため、地中に設ける十字型のトンネル発進立坑構造に関する。

推進工法又はシールド工法を用いて管路を構築する場合、掘進機や推進管、セグメント、これらの圧入機材を搬入して設置するために、トンネル発進立坑の構築が必要になる。

従来のトンネル発進立坑構造は、推進工法用として、推進管を挿入できる内径を有する立坑の底部で軸心を挟む両側の位置に、馬蹄形の前方空間と後方空間を設置し、前方空間に掘進機を収納すると共に、後方空間に元押しジャッキを収めるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許第３９９６１６２号公報

上記のような推進工法用のトンネル発進立坑構造は、立坑の小径化により、地上の立坑占有面積が少なく、周辺環境がよくなると共に、狭隘な都市部の道路において、推進工法の施工が可能になるという利点がある。

しかしながら、馬蹄形の前方空間と後方空間は構造的に複雑で構築に手間とコストがかかると共に、発進立坑の底部に前方空間と後方空間を設けた構造では、掘進と共に発生する泥水の処理が必要なシールド工法の場合、前記発進立坑の底部と前方空間及び後方空間が泥水によって浸水が発生し、シールド工法への使用が困難であるという問題がある。

また、推進工法においては、推進管を後方空間内の元押しジャッキで圧入するため、後方空間で推進反力を支持する必要があり、このため、従来は、発進立坑や後方空間の周囲地山に地盤改良を施しているが、このような地盤改良には余分な経費がかかるという問題がある。

そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決するため、推進工法とシールド工法の何れにも対応することができ、地盤改良に要した経費の削減が可能な十字型発進立坑構造を提供することにある。

上記のような課題を解決するため、この発明は、ケーシング発進立坑又はランナープレート式発進立坑の周壁における上下方向の途中で、軸心を挟む両側位置の外側に、推進工事又はシールド工事における設備を収納できる円筒体を、発進立坑内と連通するように設け、前記発進立坑の円筒体よりも下部の位置を排土設備の収納部とし、推進方向に沿う縦断面形状が十字型になっている構成を採用したものである。

上記ケーシング発進立坑又はランナープレート式発進立坑の周壁における上下方向の途中で、軸心を挟む両側の位置に、上記円筒体を設置するための孔を予め穿設し、この孔を適合する形状と大きさの閉鎖板で着脱自在に閉鎖した構造とすることができる。

また、上記ケーシング発進立坑又はランナープレート式発進立坑の周壁における上下方向の途中で、軸心を挟む両側の位置に、上記円筒体を設置するための孔を予め穿設し、この孔に挿入した円筒体の内端に抜け止めとなるフランジを設け、このフランジを発進立坑に対して固定した構造としてもよい。

更に、上記円筒体において、発進方向に対して後方に位置する円筒体の先端位置に推進反力を受けるための支圧壁を設けたり、上記円筒体において、発進方向に対して後方に位置する円筒体の外周に、推進反力を地山に伝達するための突起を設けるようにしたり、上記円筒体において、発進方向に対して後方に位置する円筒体から地山に、推進反力を地山に伝達するための推進反力伝達部材を挿入した構造とすることができる。

ここで、上記ケーシング発進立坑又はランナープレート式発進立坑は、推進工法やシールド工法に用いる管や機材を挿入することができる内径に設定され、このケーシング発進立坑又はランナープレート式発進立坑は、上記円筒体を内側から挿入できるよう設けた孔を予め閉鎖板で閉鎖した状態で地中に埋設し、その後、閉鎖板を取外し、孔から地山を掘削して円筒体の挿入を行うようになっている。

また、上記ケーシング発進立坑又はランナープレート式発進立坑において、円筒体よりも下部の位置に形成される収納部は、例えば、泥土中継用のレシーバータンクや泥土収納ノッチタンク等を収めることができる十分な深さに設定されている。

請求項１の発明によると、ケーシング発進立坑又はランナープレート式発進立坑を、周壁における上下方向の途中で軸心を挟む両側位置の外側に円筒体を設けることで縦断面形状が略十字状となるようにし、発進立坑の円筒体よりも下部の位置を排土設備の収納部としたので、この収納部に排土設備を収納し、シールド工法による管路構築時に生じた排土を処理することができ、推進工法とシールド工法の何れの施工にも対応することができる。

請求項２の発明によると、発進立坑に用いるケーシング又はランナープレートの工場生産時に孔を加工しておくことができ、現場で閉鎖板を取外すだけでよく、現場での孔の加工が不要になり、工期短縮に寄与できる。

請求項３の発明によると、円筒体の内端に抜け止めとなるフランジを設けたので、推進反力に対して強度が向上し、推進時に後方空間の円筒体が後方に抜けるのを防止することができる。

請求項４の発明によると、発進方向に対して後方に位置する円筒体の先端位置に推進反力を受け持つための支圧壁を設けたので、推進時に後方空間の円筒体が後方に抜けるのを防止することができ、地盤改良に要した経費の削減が可能になる。

請求項５及び６の発明によると、発進方向に対して後方に位置する円筒体の外周に、推進反力を地山に伝達するための突起を設けるか、円筒体から地山に推進反力を地山に伝達するための推進反力伝達部材を挿入したので、推進反力に対して強度が向上し、推進時に後方空間の円筒体が後方に抜けるのを防止することができ、地盤改良に要した経費の削減が可能になる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１（ａ）と（ｂ）は、この発明のトンネル発進立坑を用い、推進工法とシールド工法を併用して管路を構築する初期の推進工法の状態を示し、発進立坑１は、底部が閉鎖された円筒状の鋼製ケーシング２を地中に埋設すると共に、このケーシング２の周壁における上下方向の途中で、軸心を挟む両側位置の外側に、推進工法又はシールド工法における設備を収納するための円筒体３と４を発進立坑１内と連通するように設け、前記発進立坑１の円筒体３と４よりも下部の位置を排土設備５の収納部６とし、推進方向に沿う縦断面形状が十字型になっている。

上記ケーシング２は、推進工法やシールド工法に用いる推進管やセグメント、推進やシールド機材を地上から挿入することができるよう、例えば、直径３０００ｍｍ程度の内径に設定され、上下深さは底部が管路構築位置よりも下方に位置するよう設定され、その周壁で管路構築高さに該当する高さ位置に、円筒体３と４を挿入するための円形の孔７と８が、軸心を挟む両側に対称状に穿設されている。

上記ケーシング２に円筒体３と４を設置するための孔７と８は、ケーシング２の製作時に工場で予め円筒体３と４の外径に適応する直径で穿設し、図２のように、この孔７と８は適合する形状と大きさの閉鎖板９で閉鎖し、閉鎖板９は複数の添接板１０と皿ねじ１１を用いてケーシング２に内側から着脱自在に固定し、ケーシング２の地中への埋設後に前記閉鎖板９を取外し、孔７と８を開放するようになっている。

このように、所定深さを有するケーシング２の途中で軸心を挟む両側の位置に、円筒体３と４を外側に向けて突設することにより、発進立坑１は、推進方向に沿う縦断面形状が十字型になり、発進立坑１の円筒体３と４よりも下部の位置が排土設備５の収納部６となる。

上記円筒体３と４は、先端が端板で閉鎖され、ケーシング２内において孔７と８から地山の掘削部分に向けて挿入することによりケーシング２の外側に突出させ、推進方向の前方に位置する円筒体３の内部が前方格納室３ａとなり、推進方向の後方に位置する円筒体４の内部が後方格納室４ａとなる。

この前方格納室３ａは、掘進機や推進管（ヒューム管）の発進空間となり、後方格納室４ａは、掘進機や推進管を押出す元押しジャッキ１２を収納する空間になる。

上記円筒体３と４は、例えば、２０００ｍｍ程度の内径を有し、上記ケーシング２に設ける孔７と８は、円筒体３と４の外径が適合する直径に設定され、前方格納室３ａとなる円筒体３は、例えば、１２００ｍｍ程度の長さであるのに対して、後方格納室４ａとなる円筒体４は、収納する元押しジャッキ１２の収縮時の長さを考慮して例えば、２８００ｍｍ程度の長さに設定されている。

なお、前方格納室３ａとなる円筒体３の端板には、掘進機や推進管を押出すための透孔とその周囲にシール機構が設けられることになる。

推進管の推進工程時において、上記前方格納室３ａとなる円筒体３には推進管の移動に伴う推進方向への摩擦力が加わると共に、後方格納室４ａとなる円筒体４には、推進反力が作用するため、図３のように、円筒体３と４の内端外周にフランジ１３を設け、このフランジ１３をケーシング２の内面にボルト、ナット１４で固定し、ケーシング２に対して円筒体３と４を抜け止め状態にする。

また、図４のように、発進方向に対して後方に位置する円筒体４の後部先端位置に推進反力を受け持つための支圧壁１５が設けられている。この支圧壁１５は、鋼製又はコンクリート製であり、受働土圧と地山水圧の和が推進反力を上回るように、その厚さが設定される。

更に、図５の例では、発進方向に対して後方に位置する円筒体４の外周に、推進反力を地山に伝達するため、階段場螺旋状の突起１６を設け、この円筒体４の外周に裏込材を注入する構造を採用している。

また、図６と図７の例では、発進方向に対して後方に位置する円筒体４から地山に、推進反力を地山に伝達するため、推進反力伝達部材となるピン１７や平板１８を、円筒体４の法線方向に挿入するようにしている。

上記のように、支圧壁１５の設置や突起１６、推進反力伝達部材となるピン１７や平板１８を単用もしくは複合して採用することにより、発進方向に対して後方に位置する円筒体４の推進反力の支持力を増大させることができ、従って、この円筒体４の周辺地山に対する地盤改良が不必要となる。

この発明の十字型発進立坑は上記のような構成であり、次に、この発進立坑の構築方法とその使用を説明する。

図１のように、構築せんとする管路の発進位置に所定深さの縦孔を掘削し、底部が閉鎖されたケーシング２を、上下途中の位置に設けた両側の孔７と８が推進方向に沿う配置でこの縦孔内に挿入して地中に埋設する。

上記ケーシング２の周壁で上下途中の位置に設けた両側の孔７と８は、予め閉鎖板９で閉鎖されているので、ケーシング２の地中への埋設後に閉鎖板９を取外して孔７と８を開放させ、孔７と８に臨む部分の地山を掘削した後、図３のように、ケーシング２内に吊り込んだ円筒体３と４を孔７と８から掘削孔の部分に挿入し、円筒体３と４のフランジ１３をケーシング２の内面にボルト、ナット１４で固定する。

上記円筒体３と４の取付けは、推進方向の前方に位置する孔７に短い円筒体３を挿入し、推進方向の後方に位置する孔８に長い円筒体４を挿入して固定し、推進方向の前方に位置する円筒体３の内部がケーシング２内と連通した前方格納室３ａで、推進方向の後方に位置する円筒体４の内部がケーシング２内と連通した後方格納室４ａとなり、完成した発進立坑１は、推進方向に沿う縦断面形状が十字型になり、ケーシング２内の円筒体３と４よりも下部の位置が排土設備５の収納部６となる。

上記推進方向の後方に位置する円筒体４においては、図４から図７のように、後部先端位置への支圧壁１５の設置や外周面の突起１６、円筒体４から地山へのピン１７や平板１８の打ち込みを単用もしくは複合して採用し、発進方向に対して後方に位置する円筒体４の推進反力の支持力を増大させ、この円筒体４の周辺地山に対する地盤改良を不必要とする。

図１は、推進工法によって発進立坑１から管路を構築している状態を示し、発進立坑１における下部の収納部６内に中継用レシーバータンク５ａやノッチタンク５ｂ等の排土設備５を収納し、その後、両側円筒体３と４間の位置に鋼板や各種型鋼を用いて作業床１９を組み、ケーシング２内に吊り込んだ元押しジャッキ１２を推進方向の後方に位置する後方格納室４ａ内に設置する。

上記元押しジャッキ１２を収縮させた状態で、複数に分割した掘進機をケーシング２内に順次吊り込んでこれを前方格納室３ａ内に収め、円筒体３の端板に設けた透孔から地山を掘進させながら押し込むことで掘削機２０を組み立て、ケーシング２内に吊り込んだ推進管２１を掘削機２０の後端に接続し、この推進管２１を元押しジャッキ１２で押し込むと同時に掘削機２０を掘進させ、発進立坑１内での新たな推進管２１の継ぎ足しと掘削機２０の掘進を繰り返すことにより、推進工法によって管路を構築していく。

上記推進工法の施工において、推進管２１の押出し時に後部円筒体４に推進反力が作用することになるが、後部円筒体４はその内端がフランジ１３でケーシング２に抜け止め状に固定され、更に、この円筒体４の後部先端位置に支圧壁１５を設置するか、円筒体４の外周面に突起１６を設けたり、円筒体４から地山へピン１７や平板１８を打ち込んであるので、発進方向に対して後方に位置する円筒体４の推進反力の支持力が増大し、この後部円筒体４の周辺地山に対する地盤改良を施すことなく推進工法が実施できることになる。

また、前部円筒体３には、推進管２１の推進方向に摩擦力が加わることになるが、前部円筒体３はその内端がフランジ１３でケーシング２に固定されているので、推進方向に抜けるというようなことがない。

ここで、図示の場合、上記掘進機２０は、推進工法とシールド工法を併用できる例を示し、推進工法用掘進機の後部にシールドユニット２２を接続し、その内部空間でシールド管用の複数のセグメントを組立てることにより、シールド工法が実施できるようにしたものであり、推進工法が限界に達した時点で、シールドユニット２２の内部空間に搬入した複数のセグメントをシールド管に組立て、このシールド管を推進管２１の先端に接続した状態で、シールドユニット２２内のシールドジャッキ２３を伸長させ、推進管２１を反力として掘進機２０を前進させると同時に掘削機２０を掘進させ、シールド管の接続と掘削機２０の掘進を繰り返すことにより、シールド工法で管路を到達立坑に達するまで構築していくものである

上記シールド工法の施工において、掘削機２０の掘進と共に発生する泥水は、掘削機２０の排泥機構に接続した排泥パイプを介して、収納部６内に設置した中継用レシーバータンク５ａやノッチタンク５ｂ等の排土設備５で発進立坑１の部分に取出して処理することができ、従って、この発明の発進立坑１は、推進工法とシールド工法の何れでも実施できることになる。

なお、図示の場合、発進立坑１は、ケーシング発進立坑の構造を示したが、この発進立坑１はランナープレート式発進立坑であってもよい。

（ａ）はこの発明の十字型の発進立坑を示す縦断正面図、（ｂ）は同上の平面図 （ａ）は発進立坑のケーシングを示す縦断正面図、（ｂ）は同縦断側面図、（ｃ）は閉鎖板の固定部分を拡大した縦断正面図 発進立坑のケーシングと円筒体の取付け構造を拡大して示す縦断正面図 後部円筒体に支圧壁を設けた発進立坑の縦断正面と、この支圧壁に作用する推進反力と受働土圧＋水圧の関係を示す説明図 後部円筒体の外周に突起を設けた発進立坑の縦断正面図 後部円筒体から地山にピンを打ち込んだ発進立坑の縦断正面図 後部円筒体から地山に平板を打ち込んだ発進立坑の縦断正面図

符号の説明

１ 発進立坑
２ ケーシング
３、４ 円筒体
５ 排土設備
６ 収納部
７、８ 孔
９ 閉鎖板
１０ 添接板
１１ 皿ねじ
１２ 元押しジャッキ
１３ フランジ
１４ ボルト、ナット
１５ 支圧壁
１６ 突起
１７ ピン
１８ 平板

Claims (6)

1. ケーシング発進立坑又はランナープレート式発進立坑の周壁における上下方向の途中で、軸心を挟む両側位置の外側に、推進工事又はシールド工事における設備を収納できる円筒体を、発進立坑内と連通するように設け、前記発進立坑の円筒体よりも下部の位置を排土設備の収納部とし、推進方向に沿う縦断面形状が十字型になっている十字型発進立坑構造。
2. 上記ケーシング発進立坑又はランナープレート式発進立坑の周壁における上下方向の途中で、軸心を挟む両側の位置に、上記円筒体を設置するための孔を予め穿設し、この孔を適合する形状と大きさの閉鎖板で着脱自在に閉鎖した請求項１に記載の十字型発進立坑構造。
3. 上記ケーシング発進立坑又はランナープレート式発進立坑の周壁における上下方向の途中で、軸心を挟む両側の位置に、上記円筒体を設置するための孔を予め穿設し、この孔に挿入した円筒体の内端に抜け止めとなるフランジを設け、このフランジを発進立坑に対して固定した請求項１又は２に記載の十字型発進立坑構造。
4. 上記円筒体において、発進方向に対して後方に位置する円筒体の先端位置に推進反力を受け持つための支圧壁を設けた請求項１乃至３の何れかに記載の十字型発進立坑構造。
5. 上記円筒体において、発進方向に対して後方に位置する円筒体の外周に、推進反力を地山に伝達するための突起を設けた請求項１乃至３の何れかに記載の十字型発進立坑構造。
6. 上記円筒体において、発進方向に対して後方に位置する円筒体から地山に、推進反力を地山に伝達するための推進反力伝達部材を挿入した請求項１乃至３の何れかに記載の十字型発進立坑構造。

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