JP2010116676A - インバートセグメントの施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インバートセグメントの設置精度を確保しながらＴＭＢで高速施工することを可能にしたインバートセグメントの施工方法を提供する。
【解決手段】後続台車よりもトンネル掘進方向前方側の掘削面Ｔ１上に介装部材８を配設する介装部材配設工程と、掘削面Ｔ１との間に介装部材８が介装されるように、掘削面Ｔ１上の所定位置にインバートセグメント１をトンネル掘進方向に並べて設置するインバートセグメント設置工程と、介装部材８によって形成されたインバートセグメント１と掘削面Ｔ１の隙間Ｈ１にグラウト材を充填するグラウト材充填工程とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばＴＢＭを用いて長大水路トンネルを施工する際に、後続台車を走行させるレールを敷設するためのインバートセグメントを施工する方法に関する。

従来、中口径ＴＢＭ（Tunnel Boring Machine：掘進機）で長大水路トンネルなどのトンネルを施工する際には、後続台車（資機材運搬用の運搬台車を含む）をＴＢＭの掘進に応じてトンネル内で移動（走行）させるためのレールを敷設している。また、ＴＢＭで地山を掘削するとともに、後続台車のトンネル掘進方向前方側のトンネル底部に枕木を設置し、レールを前方に延出させるように敷設している。そして、この場合には、レールの敷設とインバート施工が別工程で行われ、水路トンネル掘削完了後に、インバートコンクリートを打設してインバート施工を行っている。

一方、レール敷設のための枕木とインバートコンクリートに替えてインバートセグメントをトンネル底部に並べて設置し、これらインバートセグメントにレールを直接敷設する方法が採用される場合もある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１３３９４号公報

しかしながら、上記のインバートセグメントを用いてレールを直接敷設する方法では、トンネル全周に覆工セグメントを設置する場合と異なり、隣り合うインバートセグメント間のボルト固定などは必要ないが、インバートセグメントの背面と掘削面（トンネル底部の地山面）の間にグラウト材を充填して、インバートセグメントを地山に固定することが必要になる。

そして、このようなインバートセグメントの設置、固定作業を行い、インバートセグメントの設置精度を確保しながらＴＢＭで高速施工した事例はなく、これを可能にするインバートセグメントの施工方法が強く求められていた。

本発明は、上記事情に鑑み、インバートセグメントの設置精度を確保しながらＴＭＢで高速施工することを可能にしたインバートセグメントの施工方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明のインバートセグメントの施工方法は、掘進機で地山を掘削してトンネルを施工する際に後続台車を走行させるレールを敷設するためのインバートセグメントを施工する方法であって、前記後続台車よりもトンネル掘進方向前方側の掘削面上に介装部材を配設する介装部材配設工程と、前記掘削面との間に前記介装部材が介装されるように、前記掘削面上の所定位置にインバートセグメントをトンネル掘進方向に並べて設置するインバートセグメント設置工程と、前記介装部材によって形成されたインバートセグメントと前記掘削面の隙間にグラウト材を充填するグラウト材充填工程とを備えていることを特徴とする。

この発明においては、インバートセグメントと掘削面の間に介装部材を介装させることで、所定厚（設計グラウチング厚）の隙間を確保することが可能になる。また、掘削面の不陸に応じて介装部材の厚さを適宜調整することによって、インバートセグメントの設計計画高（レールを敷設する上面位置の精度）を確保することが可能になる。これにより、インバートセグメントの背面と掘削面の隙間にグラウト材を充填してインバートセグメントと地山を固定し、インバートセグメントを高精度で設置することが可能になる。

また、本発明のインバートセグメントの施工方法においては、インバートセグメントと前記掘削面の間に介装する介装部材が、不織布と、トンネル掘進方向前方側及び後方側のインバートセグメントの両端部側にそれぞれ配設される端部シール材であることが望ましい。

この発明においては、インバートセグメントと掘削面の間に介装される介装部材に不織布と端部シール材を用いることで、インバートセグメントと掘削面の間に所定厚の隙間を確保でき、インバートセグメントの設計計画高を容易に確保することが可能になる。そして、インバートセグメントの両端部（前端部と後端部）側に端部シール材を配設することにより、インバートセグメントと掘削面の隙間にグラウト材を注入した際に、このグラウト材がトンネル掘進方向の前後方向に漏出することを防止できる。また、介装部材として不織布を用いることにより、注入したグラウト材を不織布に浸透させることができる。これにより、確実にグラウト材をインバートセグメントと掘削面の間に密充填することができ、より確実にインバートセグメントを地山に固定することが可能になる。よって、インバートセグメントを確実に高精度で設置することが可能になる。

さらに、本発明のインバートセグメントの施工方法においては、インバートセグメントには、前記レールを固定するためのナットが一体に設けられていることがより望ましい。

この発明においては、インバートセグメントの設置精度が確保されるため、インバートセグメント上に直接載置したレールをナットにボルトを螺合して固定するという簡便な操作で精度よく敷設することが可能になる。

本発明のインバートセグメントの施工方法によれば、インバートセグメントと掘削面の間に介装部材を介装することで、所定厚（設計グラウチング厚）の隙間を確保することが可能になる。また、掘削面の不陸に応じて介装部材の厚さを適宜調整することによって、インバートセグメントの設計計画高（レールを敷設する上面位置の精度）を確保することが可能になる。これにより、インバートセグメントと掘削面の隙間にグラウト材を充填してインバートセグメントと地山を固定し、インバートセグメントを高精度で設置することが可能になる。

そして、このようなインバートセグメントの施工を掘進機（ＴＢＭ）で地山を掘削しながら後続台車のトンネル掘進方向前方側で行い、グラウト材に例えば速硬性を有するセメント系グラウト材などを用いることで、後続台車の前方に早期に且つ精度よくレールを敷設することが可能になる。これにより、掘進機で地山を掘削しながら後続台車を前進させることが可能になる。よって、インバートセグメントの設置精度ひいてはレールの敷設精度を確保しながら掘進機（ＴＭＢ）で高速施工することが可能になる。

以下、図１から図４を参照し、本発明の一実施形態に係るインバートセグメントの施工方法について説明する。本実施形態は、例えばオープン型ＴＢＭ（掘進機）を用いて長大水路トンネルを施工する際に後続台車を走行させるレールを敷設するためのインバートセグメントを施工する方法に関するものである。

本実施形態のインバートセグメント１は、図１から図３に示すように、平面視矩形状に形成されるとともに、上面（内面）１ａを平面、下面（背面）１ｂをトンネルＴの掘削岩盤面（掘削面）Ｔ１と略同等の曲率の円弧状の曲面として形成されている。また、インバートセグメント１には、上面１ａ側の幅Ｂ方向（長手方向）の中央に、上面１ａから下面１ｂに向けて凹み、中心軸Ｏ１方向（短手方向）の一端部（前端部）１ｃから他端部（後端部）１ｄまで延びる断面略矩形状の凹部１ｅが形成されている。また、この凹部１ｅの底面から下面１ｂに貫通してグラウト孔１ｆが形成されている。さらに、図２から図４に示すように、インバートセグメント１には、中心軸Ｏ１方向中央に、レール３を固定するための袋ナットなどの複数の埋込ナット（ナット）２が上面１ａに開口して埋設されている。また、これら複数の埋込ナット２は、幅Ｂ方向の所定位置にそれぞれ配設されている。

このように形成したインバートセグメント１は、図１から図３に示すように、中心軸Ｏ１方向をトンネル掘進方向（トンネル軸Ｏ２方向）に一致させ、トンネル底部にトンネル掘進方向Ｏ２に並べて設置される。また、並設した複数のインバートセグメント１の上面１ａにトンネル掘進方向Ｏ２に沿ってレール３（後続台車用レール３ａ、運搬台車用レール３ｂ）が敷設される。

ついで、上記構成からなるインバートセグメント１を設置してレール３を敷設する方法（インバートセグメント１の施工方法）について説明するとともに、本実施形態のインバートセグメント１の施工方法の作用及び効果について説明する。

本実施形態のインバートセグメント１の施工方法では、ＴＢＭ４の掘進機構５を伸長駆動してＴＢＭ本体６で地山Ｇを掘削しながら（ＴＢＭ４で地山Ｇを掘削すると同時に）、インバートセグメント１の設置作業が行われる。そして、このようにインバートセグメント１を施工する際には、はじめに、図１に示すＴＢＭ本体６の後方側、且つ複数のインバートセグメント１を積載して後方の所定位置に配置された後続台車７よりもトンネル掘進方向Ｏ２前方側の掘削岩盤面Ｔ１を清掃する。この掘削岩盤面Ｔ１の清掃作業は、ＴＢＭ本体６で地山Ｇを掘削する１掘進スパンＳに応じた後続台車７の手前の範囲の掘削岩盤面Ｔ１に対して行う。

ついで、清掃した掘削岩盤面Ｔ１上に不織布（介装部材）８と端部シール材９（介装部材）を配設する（介装部材配設工程）。このとき、図２及び図３に示すように、インバートセグメント１を設置した際に、インバートセグメント１の下面１ｂと掘削岩盤面Ｔ１の間に介装されるように、掘削岩盤面Ｔ１の所定位置に不織布８と端部シール材９を配設する。具体的に、端部シール材９は、インバートセグメント１を設置した際に、このインバートセグメント１のトンネル掘進方向前方側の一端部１ｃ側と後方側の他端部１ｄ側にそれぞれ配されるように設置し、不織布８は、両端部シール材８の間に配されるように設置する。また、例えば不織布８を重ねて設置するなどして不織布８全体の厚さを調整したり、掘削岩盤面Ｔ１の不陸に応じた厚さの端部シール材９を適宜選択的に用いるなどして、掘削岩盤面Ｔ１の不陸に応じ、介装部材８、９の厚さを調整しながら配設する。

不織布８及び端部シール材９を配置した段階で、図１に示すように、ホイストなどを備えた搬送装置によって後続台車７から１つのインバートセグメント１を吊り上げ、トンネル掘進方向Ｏ２前方側に搬送して、清掃した掘削岩盤面Ｔ１上の所定位置に設置する（インバートセグメント設置工程）。また、図１及び図３に示すように、順次後続台車７からインバートセグメント１を搬送して、清掃した掘削岩盤面Ｔ１上に設置してゆき、１掘進スパンＳに応じた範囲の掘削岩盤面Ｔ１上に複数のインバートセグメント１をトンネル掘進方向Ｏ２に並べて設置する。

また、インバートセグメント１は、清掃した掘削岩盤面Ｔ１と下面１ｂの間に不織布８と端部シール材９が介装されるように設置する。このように掘削岩盤面Ｔ１との間に不織布８と端部シール材９を介装して設置したインバートセグメント１は、掘削岩盤面Ｔ１の不陸に応じて不織布８と端部シール材９の厚さが適宜調整されているため、先行して設置したインバートセグメント１と互いの中心軸Ｏ１が同軸上に配されて設置される。そして、不織布８と端部シール材９が介装されていることで、図２に示すように、掘削岩盤面Ｔ１の所定位置に設置したインバートセグメント１と掘削岩盤面Ｔ１との間には、所定厚（設計グラウチング厚）の隙間Ｈ１が確保される。また、隣り合うインバートセグメント１の上面１ａ同士が互いに同一水平面上に配され、各インバートセグメント１の設計計画高が確保される。

なお、本実施形態においては、図３に示すように、隣り合うインバートセグメント１の互いに対向する端部１ｃ、１ｄ同士の間に所定幅（１ｃｍ程度）の隙間Ｈ２を設けるようにして、インバートセグメント１が設置される。

ついで、このようにインバートセグメント１を設置した段階で、図２及び図３に示すように、グラウトポンプを用いてグラウト孔１ｆから速硬性を有するセメント系注入材などのグラウト材を注入し、不織布８と端部シール材９によって形成された各インバートセグメント１と掘削岩盤面Ｔ１の隙間Ｈ１にグラウト材を充填する（グラウト材充填工程）。

このとき、各インバートセグメント１のトンネル掘進方向前方側と後方側の両端部１ｃ、１ｄ側にそれぞれ、介装部材として端部シール材９が配設されているため、グラウト材が隣り合うインバートセグメント１側（前方側と後方側）に漏出することがない。そして、インバートセグメント１のトンネル周方向の両側部側から漏出するまでグラウト材を注入し、インバートセグメント１と掘削岩盤面Ｔ１の隙間Ｈ１にグラウト材を密充填させる。また、介装部材として不織布８を用いているため、グラウト材を注入するとともに不織布８に浸透することになり、確実にグラウト材がインバートセグメント１と掘削岩盤面Ｔ１の隙間Ｈ１に密充填される。

また、このようにインバートセグメント１と掘削岩盤面Ｔ１の隙間Ｈ１にグラウト材を充填した後に、隣り合うインバートセグメント１の隙間Ｈ２にも同様にグラウト材を充填する。

そして、インバートセグメント１は、不織布８と端部シール材９によって掘削岩盤面Ｔ１との間の設計グラウチング厚（隙間Ｈ１）、及び設計計画高が確保されているため、グラウト材が硬化するとともに確実に地山Ｇに固定され、また、隣り合うインバートセグメント１の間の隙間Ｈ２に充填したグラウト材によって隣り合うインバートセグメント１同士が固定されて、精度よく設置されることになる。

このように１掘削スパンＳ分のインバートセグメント１を設置、固定した段階で、後方のインバートセグメント１に敷設されているレール３をトンネル掘進方向Ｏ２前方に延出させるように、設置したインバートセグメント１の上面１ａの所定位置にレール３を載置する。このとき、図３及び図４に示すように、インバートセグメント１上に直接載置したレール３は、各インバートセグメント１に埋設された埋込ナット２にボルト１１を螺合し、レール固定金具１２で締め付けるという簡便な操作でインバートセグメント１上に固定される。そして、インバートセグメント１の設置精度が確保されているため、レール３が精度よく敷設されることになる。これにより、ＴＢＭ本体６で１掘進スパンＳ分の地山Ｇを掘削しながら、新たに敷設したインバートセグメント１上のレール３によって後続台車７の前進が行える。

ここで、例えばインバートセグメント１の施工開始から約２〜３時間後に、レール１ｍ当たり０．６〜１．２ｔｏｎの線荷重が作用する。このため、インバートセグメント１を固定するためのグラウト材にはこれら時間と荷重を考慮した材料を使用することになる。そして、本実施形態のインバートセグメント１の施工方法を採用することで、１掘進スパンＳのインバートセグメント１の施工に要する作業は、レール敷設なしで約３５分が見込める。また、レール３の敷設作業がインバートセグメント１に埋設した埋込ナット２にボルト１１を螺合し、レール固定金具１２でレール３を固定するという簡便な作業であるため、数分間の作業時間でレール３の敷設が行え、その施工性が格段に向上する。

このため、１掘進スパンＳのインバートセグメント１の施工に要する作業は、レール敷設ありでも約４５分が見込める。これにより、インバートセグメント１の設置、固定作業及びレール敷設作業がＴＢＭ４の高速掘進を妨げることはなく、ＴＢＭ４で地山Ｇを掘削すると同時に、設置精度を確保しながらインバートセグメント１の設置、固定作業、及びレール３の敷設作業が行える。

したがって、本実施形態のインバートセグメント１の施工方法においては、インバートセグメント１と掘削岩盤面Ｔ１の間に不織布８、端部シール材９（介装部材）を介装させることで、所定厚（設計グラウチング厚）の隙間Ｈ１を確保することが可能になる。また、掘削岩盤面Ｔ１の不陸に応じて介装部材８の厚さを適宜調整することによって、インバートセグメント１の設計計画高（レール３を敷設する上面１ａ位置の精度）を確保することが可能になる。これにより、インバートセグメント１の背面と掘削岩盤面Ｔ１の隙間Ｈ１にグラウト材を充填してインバートセグメント１と地山Ｇ、隣り合うインバートセグメント１同士を固定し、インバートセグメント１を高精度で設置することが可能になる。

また、インバートセグメント１と掘削岩盤面Ｔ１の間に介装される介装部材に不織布８と端部シール材９を用いることで、インバートセグメント１と掘削岩盤面Ｔ１の間に所定厚の隙間Ｈ１を確保でき、インバートセグメント１の設計計画高を容易に確保することが可能になる。そして、インバートセグメント１の両端部１ｃ、１ｄ側に端部シール材９を配設することにより、インバートセグメント１と掘削岩盤面Ｔ１の隙間Ｈ１にグラウト材を注入した際に、このグラウト材がトンネル掘進方向の前後方向に漏出することを防止できる。また、介装部材として不織布８を用いることにより、注入したグラウト材を不織布９に浸透させることができる。これにより、確実にグラウト材をインバートセグメント１と掘削岩盤面Ｔ１の間に密充填することができ、より確実にインバートセグメント１を地山Ｇに固定することが可能になる。よって、インバートセグメント１を確実に高精度で設置することが可能になる。

さらに、インバートセグメント１に、レール３を固定するための埋込ナット２が埋設されていることによって、インバートセグメント１上に直接載置したレール３を埋込ナット２にボルト１１を螺合して固定するという簡便な操作で精度よく敷設することが可能になる。

よって、本実施形態のインバートセグメント１の施工方法によれば、インバートセグメント１の施工をＴＢＭ４で地山Ｇを掘削しながら後続台車７のトンネル掘進方向Ｏ２前方側で行い、後続台車７の前方に早期に且つ精度よくレール３を敷設することが可能になり、ＴＢＭ４で地山Ｇを掘削しながら後続台車７を前進させることが可能になる。これにより、インバートセグメント１の設置精度ひいてはレール３の敷設精度を確保しながらＴＢＭ４で高速施工することが可能になる。

以上、本発明に係るインバートセグメントの施工方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の一実施形態に係るインバートセグメントの施工方法によってインバートセグメントを設置している状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るインバートセグメント及びこのインバートセグメントを設置した状態を示す図である。 図２のＸ１−Ｘ１線矢視図である。 インバートセグメント上にレールを固定して敷設した状態を示す拡大図である。

符号の説明

１ インバートセグメント
１ａ 上面（内面）
１ｂ 下面（背面）
１ｃ 一端部
１ｄ 他端部
１ｅ 凹部
１ｆ グラウト孔
２ 埋込ナット（ナット）
３ レール
３ａ 後続台車用のレール
３ｂ 運搬台車用のレール
４ ＴＢＭ（掘進機）
５ 掘進機構
６ ＴＢＭ本体（掘進機本体）
７ 後続台車
８ 不織布（介装部材）
９ 端部シール材（介装部材）
１１ ボルト
１２ レール固定金具
Ｂ 幅
Ｇ 地山
Ｈ１ インバートセグメントの下面と掘削面の隙間
Ｈ２ 隣り合うインバートセグメントの隙間
Ｏ１ インバートセグメントの中心軸
Ｏ２ 掘進方向（トンネル軸方向）
Ｔ トンネル
Ｔ１ 掘削岩盤面（掘削面）

Claims (3)

1. 掘進機で地山を掘削してトンネルを施工する際に後続台車を走行させるレールを敷設するためのインバートセグメントを施工する方法であって、
   前記後続台車よりもトンネル掘進方向前方側の掘削面上に介装部材を配設する介装部材配設工程と、
   前記掘削面との間に前記介装部材が介装されるように、前記掘削面上の所定位置にインバートセグメントをトンネル掘進方向に並べて設置するインバートセグメント設置工程と、
   前記介装部材によって形成されたインバートセグメントと前記掘削面の隙間にグラウト材を充填するグラウト材充填工程とを備えていることを特徴とするインバートセグメントの施工方法。
2. 請求項１記載のインバートセグメントの施工方法において、
   インバートセグメントと前記掘削面の間に介装する介装部材が、不織布と、トンネル掘進方向前方側及び後方側のインバートセグメントの両端部側にそれぞれ配設される端部シール材であることを特徴とするインバートセグメントの施工方法。
3. 請求項１または請求項２に記載のインバートセグメントの施工方法において、
   インバートセグメントには、前記レールを固定するためのナットが一体に設けられていることを特徴とするインバートセグメントの施工方法。

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