JP2011179174A

JP2011179174A - 直打ちコンクリート工法

Info

Publication number: JP2011179174A
Application number: JP2010041731A
Authority: JP
Inventors: Hiroomi Iida; 廣臣飯田; Minoru Hokari; 実保苅; Masahiko Sugiyama; 雅彦杉山
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Mechatronics Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Machinery Systems Co Ltd
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2011-09-15
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: JP5291024B2

Abstract

【課題】高水圧下の地山に効果的に対応することができる直打ちコンクリート工法を提供する。
【解決手段】高水圧下の地山Ｇに直打ちコンクリート工法によりトンネルを掘削する際に、水抜き装置６０により地山Ｇの水抜きを行った後に、掘進されたトンネルの内壁面と当該内壁面を所定の間隔を空けて覆う内型枠Ｓとの間に、前記トンネルの内壁面と内型枠Ｓとの空間Ｅを閉塞するリング状の妻型枠４６よりコンクリートを打設する。
【選択図】図２

Description

本発明は、トンネルを掘削する際に用いられる覆工方法としての直打ちコンクリート工法、所謂ＥＣＬ（Extluded Concrete Lining）による覆工方法に関する。

前記覆工方法を採用したトンネル掘削機として、泥土圧式シールド掘削機等が良く知られている（特許文献１参照）。これは、円筒状の掘削機本体の前面部に設けたカッタヘッドで地盤を掘削しつつ、掘進されたトンネルの内壁面を所定の間隔を空けて内型枠によって覆い、この内型枠と前記内壁面との間に適宜鉄筋を配置するなどして、直打ち（場所打ち）でコンクリートを打設し、その養生・硬化を待って覆工を行うものである。

そして、前述したような泥土圧式シールド掘削機等では、前記トンネルの内壁面と内型枠との空間を閉塞するためのリング状の妻型枠（装置）が設けられ、該妻型枠を通して前記コンクリートが打設されると共に、妻型枠ジャッキの伸縮により当該妻型枠が前記空間内を前後方向（トンネルの長手方向）へ摺動可能になっている。

特開２００１−１７３３８７号公報

ところで、前述した直打ちコンクリート工法は、一般に、大深度の高水圧下の地山に対応することは困難であるとされていた。つまり、高水圧に対向して打設するコンクリートの供給圧力には限度があり、高水圧に対応してコンクリートの供給圧力を上げることができない場合があるのである。

そこで、本発明は、高水圧下の地山に効果的に対応することができる直打ちコンクリート工法を提供することを目的とする。

斯かる目的を達成するための本発明に係る直打ちコンクリート工法は、
高水圧下の地山に直打ちコンクリート工法によりトンネルを掘削する際に、水抜き装置により地山の水抜きを行った後に、掘進されたトンネルの内壁面と当該内壁面を所定の間隔を空けて覆う内型枠との間に、前記トンネルの内壁面と内型枠との空間を閉塞するリング状の妻型枠よりコンクリートを打設することを特徴とする。

また、
前記水抜き装置は、水抜き用分岐管を備えた直管内をピストン状弁体がジャッキの伸縮により往復動する塞止弁タイプであることを特徴とする。

また、
前記水抜き装置は、前記妻型枠に装備され前記妻型枠と打設されたコンクリートとの間から地下水を抜くことが可能に設けられることを特徴とする。

また、
前記水抜き装置は、前記内型枠に装備され前記妻型枠と打設されたコンクリートとの間から地下水を抜くことが可能に設けられることを特徴とする。

また、
前記水抜き装置は、トンネル掘削機本体のテール・スキンプレートを貫通してオーバーカット部分の地下水を抜くことが可能に設けられることを特徴とする。

本発明に係る直打ちコンクリート工法によれば、掘削開始時及び掘削停止時等に、妻型枠よりコンクリートを打設するのに先立って、水抜き装置により水抜き（排水）を行うことにより、高水圧下の地山の水圧が下がり、低水圧下状態が所定時間持続される。

これにより、高水圧に対応して供給圧力を上げることなくコンクリートを直打ちで容易に打設することができ、高水圧下の地山に効果的に対応することができる。

本発明の実施例１を示す泥土圧式シールド掘削機の要部拡大断面図である。水抜き装置の異なった作用状態を示す各々の断面図である。本発明の実施例２を示す泥土圧式シールド掘削機の要部拡大断面図である。水抜き装置の異なった作用状態を示す各々の断面図である。本発明の実施例３を示す泥土圧式シールド掘削機の要部拡大断面図である。水抜き装置の異なった使用例を示す断面図である。泥土圧式シールド掘削機の概略構成図である。本発明に係る直打ちコンクリート工法における水抜き（排水）方法の概念図である。

以下、本発明に係る直打ちコンクリート工法を実施例により図面を用いて詳細に説明するが、水抜き（排水）方法としては、図８の概念図で示すように三つの方法が考えられる。

即ち、水抜き装置を妻型枠に装備して妻型枠と直打ちで打設されたコンクリートとの間から地下水を抜く排水Ａと、水抜き装置を内型枠に装備して妻型枠と直打ちで打設されたコンクリートとの間から地下水を抜く排水Ｂと、水抜き装置をトンネル掘削機本体のテール・スキンプレートを貫通させてオーバーカット部分の地下水を抜く排水Ｃとが考えられ、これらを実施例により詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１を示す泥土圧式シールド掘削機の要部拡大断面図、図２は水抜き装置の異なった作用状態を示す各々の断面図、図７は泥土圧式シールド掘削機の概略構成図である。

本実施例で説明するトンネル掘削機は、掘削土砂をチャンバに充満させ、チャンバ内を所定の圧力に維持しながら排土することで、切羽の安定化を図りながらトンネルを構築する泥土圧式シールド掘削機である。

図７に示すように、泥土圧式シールド掘削機において、掘削機本体１１は、ほぼ同径の円筒形状をなす前胴１２と後胴１３とが連結軸１４によって左右に屈曲自在に連結され、両者の間に架設された複数本の中折ジャッキ１５によって屈曲可能となっている。この前胴１２の前部には回転リング１６が回転自在に支持され、この回転リング１６には連結ビーム１７を介してカッタヘッド１８が連結されている。

このカッタヘッド１８は、中心部から複数本のカッタスポーク１９が放射状をなして配設され、各先端部が外周リング２０によって連結されて構成されている。そして、カッタヘッド１８の中心部にはフィッシュテールカッタ２１が装着される一方、各カッタスポーク１９の両側部には複数のカッタビット２２がその長手方向に沿って装着され、所定のカッタスポーク１９の先端部には余掘りを行うコピーカッタ２３ａとレスキュービット２３ｂが出没自在に設けられている。

また、回転リング１６の後部にはリングギア２４が固定される一方、掘削機本体１１の前胴１２には複数のカッタ旋回モータ２５が装着されており、この各カッタ旋回モータ２５の駆動ギア２６がこのリングギア２４にそれぞれ噛み合っている。従って、カッタ旋回モータ２５を駆動して駆動ギア２６を回転駆動すると、リングギア２４、回転リング１６、連結ビーム１７を介してカッタヘッド１８を回転することができる。

また、前胴１２の前部には、カッタヘッド１８の後方に位置してバルクヘッド２７が設けられ、カッタヘッド１８とこのバルクヘッド２７との間に掘削土砂を充満させるチャンバ２８が形成されている。バルクヘッド２７の前面側には複数本の固定式攪拌棒２９が突設される一方、カッタヘッド１８の後面側には複数本の旋回式攪拌棒３０が突設されている。固定式攪拌棒２９の一部にチャンバ２８内の掘削土砂に対して加泥材を注入する図示しない加泥材注入口が設けられると共に、薬液（固結材）を注入する図示しない薬液注入管が設けられている。そして、掘削機本体１１内には、掘削土砂を外部に搬出するためのスクリューコンベヤ３３が配設されており、前部が下方に傾斜してバルクヘッド２７を貫通してチャンバ２８内に開口している。

掘削機本体１１の後胴１３には、その内周面に沿ってリングガータ３４が固定されており、このリングガータ３４には複数本のシールドジャッキ（推進ジャッキ）３５が後胴１３の周方向に沿って装着されており、このシールドジャッキ３５を後方に伸長して内型枠押し当て用のスプレッダ３６を既設の内型枠Ｓに押し付けることで、その反力により掘削機本体１１が前進することができる。

この内型枠Ｓは、複数個のものがトンネルの内壁面（地山Ｇの周壁）に所定の間隔を空けて周方向にリング状に組み付けられるものであり、この組付後に、地山Ｇの周壁とリング状に組み立てられた内型枠Ｓの外周面との空間（コンクリート打設空間Ｅ）に後述するコンクリート打設装置により直打ちでコンクリートが打設されることで、直打ちコンクリートによる覆工のトンネルが構築される。また、内型枠Ｓはトンネルの長手方向へ複数段（例えば１６段）に亙って組み付けられる。

また、リングガータ３４には旋回リング３８がトンネル内壁面の周方向に沿って旋回自在に支持され、図示しない駆動モータにより駆動旋回可能となっており、この旋回リング３８に内型枠Ｓを組み立てるエレクタ３９が設けられている。さらに、リングガータ３４には左右一対の支柱４０が固定され、この支柱４０からは後方に向かってほぼ水平な架台４１が延設されており、この架台４１には内型枠Ｓの組立てを補助する前後一対の形状保持装置４２が前後方向に移動自在に装着されている。

また、架台４１の後端には図示しない複数台の搬送台車が連結され、これら搬送台車には後段の内型枠Ｓを脱型する内型枠脱型装置と、この内型枠脱型装置で脱型された内型枠Ｓをトンネル前方へ搬送するホイストと、コンクリート打設装置のパワーユニット等が搭載されている。

更に、後胴（テール・スキンプレート）１３と内型枠Ｓとの間には同内型枠Ｓと地山Ｇの周壁との間にコンクリート打設空間Ｅを形成するリング状の妻型枠４６が配設されると共に、その前方に位置して複数本の妻型枠ジャッキ４７が周方向に沿って並設され、ヘッド基端部がリングガータ３４を貫通して後胴１３内周部に連結される一方、ロッド先端部が前記妻型枠４６に連結されている。そして、妻型枠４６の外周面にはゴム製のシール部材４８（図１参照）が周方向に沿って装着される一方、妻型枠４６の内周面には金属製のブラシシール４９が周方向に沿って装着されている。

従って、この妻型枠ジャッキ４７を伸縮することで、リング状の妻型枠４６を前後に移動することができ、このとき、シール部材４８が後胴１３の内周面に押圧すると共に、ブラシシール４９がリング状に組み立てられた既設内型枠Ｓ外周面に押圧することで、掘削機本体１１の内部への浸水を防止することができる。

そして、この妻型枠４６には掘進方向後方に向かってコンクリート打設管５０が周方向に所定間隔離間して複数本挿通され、これらのコンクリート打設管５０は、塞止弁装置５２の切り替えによりコンクリート打設配管（ホース：コンクリート打設ライン）５１と連通可能になっている。これらのコンクリート打設配管５１は前述した搬送台車上のパワーユニットを介してコンクリート供給源に連通される。

従って、塞止弁装置５２によりコンクリート打設管５０とコンクリート打設配管５１とが連通した状態下で、コンクリート供給源から送給された生コンクリートがコンクリート打設配管５１、コンクリート打設管５０を通って前述したコンクリート打設空間Ｅに打設される。この際、コンクリート打設空間Ｅには、各コンクリート打設管５０より周方向に順番に打設されるようになっている。

また、前記内型枠Ｓ、妻型枠４６、コンクリート打設管５０、コンクリート打設配管５１及び塞止弁装置５２等でコンクリート打設装置が構成される。

そして、本実施例では、図１に示すように、高水圧下の地山Ｇに上述した直打ちコンクリートによる覆工のトンネルを構築する際に、水抜き装置６０により地山Ｇの水抜き（排水）を行った後に、前記妻型枠４６よりコンクリートを打設するようになっている。

前記水抜き装置６０は、妻型枠４６に装備され同妻型枠４６と打設されたコンクリートとの間から地下水を抜くことが可能に設けられる。即ち、前記水抜き装置６０は、図２に示すように、水抜き用分岐管６１を備えた直管６２内をピストン状弁体６３がジャッキ６４の伸縮により往復動する所謂、塞止弁タイプで構成され、前記直管６２が妻型枠４６に貫通支持されるのである。

そして、ジャッキ６４の収縮によりピストン状弁体６３が直管６２内を後退し、水抜き用分岐管６１と直管６２とが連通することで、コンクリート空間Ｅ内の地下水が直管６２から開閉弁６５が開状態の水抜き用分岐管６１を通って図示しない排水管より排水される（図２の（ａ）参照）。

一方、ジャッキ６４の伸長によりピストン状弁体６３が直管６２内を当該直管６２の先端まで前進し、水抜き用分岐管６１と直管６２との連通状態を遮断することで、コンクリート空間Ｅ内の地下水の排水は行われず、前述したコンクリート打設装置により妻型枠４６からコンクリートの打設が可能となる（図２の（ｂ）参照）。尚、水抜き装置６０は円周方向に４箇所程度設置されると好適である。また、図１中７０はコピーカッタ２３ａによるオーバーカット部分（余掘り部分）で、地下水が溜りやすい箇所とされている。

このように構成されるため、次に、上述した本実施例の泥土圧式シールド掘削機によるトンネル掘削作業について説明する。

図１に示すように、カッタ旋回モータ２５によりカッタヘッド１８を回転させながら、複数のシールドジャッキ３５を伸長してスプレッダ３６を既設の内型枠Ｓへ押し付け、その反力によって掘削機本体１１を前進させる。すると、カッタヘッド１８の各カッタビット２２が前方の地盤を掘削し、掘削土砂が各カッタスポーク１９の間からチャンバ２８内に取り込まれ、スクリューコンベヤ３３によって外部に搬出される。

そして、内型枠組立装置３９では、トンネル内に搬入された内型枠Ｓを把持してトンネル内壁面に沿って移動し、把持した内型枠Ｓを所定の位置に固定してリング状に組み立てていく。このとき、前方の形状保持装置４２は内型枠組立装置３９との干渉を避けながら、内型枠Ｓを正規の組立位置に矯正すると共に、後方の形状保持装置４２はリング状に組み立てられた内型枠Ｓを真円となるように矯正する。

この内型枠組立装置３９による内型枠Ｓの組立に並行して、コンクリート打設装置により掘削地山Ｇの周壁と既設の内型枠Ｓの外周面との間のコンクリート打設空間Ｅに生コンクリートが打設される。

このとき、妻型枠ジャッキ４７を伸び側に作動させることで、打設された生コンクリートに対して妻型枠４６が押し付けられ、前記コンクリート打設空間Ｅの隅々まで生コンクリートが充填される。その後、所定時間が経過すると、このコンクリートが養生・硬化してトンネル構造体が強固に構築される。

また、掘削機本体１１の推進時には、内型枠Ｓが組み返し組み立てられる。即ち、コンクリート打設空間Ｅに生コンクリートが連続して注入されてから所定時間が経過すると、このコンクリートは次第に養生・硬化する。そこで、この養生・硬化したコンクリートに対応した後段側の内型枠Ｓを図示しない内型枠脱型装置により取り外し（脱型し）、同じく図示しないホイストによりトンネル前方に搬送し、内型枠組立装置３９による新たな組み立てに供されるのである。

一方、上述した直打ちコンクリートによる覆工の際には、予め前述した水抜き装置６０により地山Ｇの水抜き（排水）を行った後に、妻型枠４６よりコンクリートが打設される。

このように本実施例によれば、掘削開始時及び掘削停止時等に、妻型枠４６よりコンクリートを打設するのに先立って、水抜き装置６０により水抜き（排水）を行うことにより、高水圧下の地山Ｇの水圧が下がり、低水圧下状態が所定時間持続される。

これにより、高水圧に対応して供給圧力を上げることなくコンクリートを直打ちで容易に打設することができ、高水圧下の地山Ｇに効果的に対応することができる。

図３は本発明の実施例２を示す泥土圧式シールド掘削機の要部拡大断面図、図４は水抜き装置の異なった作用状態を示す各々の断面図である。

これは、実施例１における水抜き装置６０を実施例１より短尺かつコンパクトに形成して、内型枠Ｓに斜めに装備させて妻型枠４６と打設されたコンクリートとの間から地下水を抜くことが可能に設けた例である。

前記水抜き装置６０は、円周方向に４箇所（内型枠Ｓの４ピース）程度設置されると共に、水抜き（排水）後の低水圧下状態が持続される時間に応じて複数段置きに設置されると好適である。その他の構成は実施例１と同様なので、重複する説明は省略する。

この実施例においても、水抜き（排水）時は図４の（ａ）のように水抜き装置６０が作用し水抜き用分岐管６１と直管６２とが連通する一方、トンネル掘削時は図４の（ｂ）のように水抜き装置６０が作用し水抜き用分岐管６１と直管６２との連通が遮断され、実施例１と同様の作用・効果が得られる。

図５は本発明の実施例３を示す泥土圧式シールド掘削機の要部拡大断面図、図６は水抜き装置の異なった使用例を示す断面図である。

これは、実施例１における水抜き装置６０を実施例１より短尺かつコンパクトに形成して、その直管６２部を掘削機本体１１のテール・スキンプレート１３を貫通させてオーバーカット部分７０の地下水を抜くことが可能に設けた例である。

この実施例によれば、地下水が溜まりやすいオーバーカット部分７０の地下水を効果的に抜く（排水）ことができ、実施例１と同様の作用・効果が得られる。

また、図６に示すように、水抜き時に、水抜き装置６０のピストン状弁体６３をオーバーカット部分７０を通過して地山Ｇに突入させた状態から水抜きを行うようにして、オーバーカット部分７０と地山Ｇの両方から水抜きを可能にしても良い。

尚、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、水抜き装置６０を塞止弁タイプ以外の構造に変更する等各種変更が可能であることはいうまでもない。

本発明に係る直打ちコンクリート工法は、深くて硬い高水圧下の地山のトンネル掘削に適用すると好適であると共に、トンネル掘削機は泥土圧式シールド掘削機に限らず、泥水式シールド掘削機、機械式シールド掘削機やトンネルボーリングマシーン（ＴＢＭ）等にも適用することができる。

１１掘削機本体
１２前胴
１３後胴
１５中折れジャッキ
１８カッタヘッド
３４リングガータ
３５シールドジャッキ
３６内型枠押し当て用の第１スプレッダ
４６妻型枠
４７妻型枠ジャッキ
５０コンクリート打設管
５１コンクリート打設配管
５２塞止弁装置
６０水抜き装置
６１水抜き用分岐管
６２直管
６３ピストン状弁体
６４ジャッキ
７０オーバーカット部分
Ｅコンクリート打設空間
Ｇ地山
Ｓ内型枠

Claims

高水圧下の地山に直打ちコンクリート工法によりトンネルを掘削する際に、水抜き装置により地山の水抜きを行った後に、掘進されたトンネルの内壁面と当該内壁面を所定の間隔を空けて覆う内型枠との間に、前記トンネルの内壁面と内型枠との空間を閉塞するリング状の妻型枠よりコンクリートを打設することを特徴とする直打ちコンクリート工法。
前記水抜き装置は、水抜き用分岐管を備えた直管内をピストン状弁体がジャッキの伸縮により往復動する塞止弁タイプであることを特徴とする請求項１に記載の直打ちコンクリート工法。
前記水抜き装置は、前記妻型枠に装備され前記妻型枠と打設されたコンクリートとの間から地下水を抜くことが可能に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の直打ちコンクリート工法。
前記水抜き装置は、前記内型枠に装備され前記妻型枠と打設されたコンクリートとの間から地下水を抜くことが可能に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の直打ちコンクリート工法。
前記水抜き装置は、トンネル掘削機本体のテール・スキンプレートを貫通してオーバーカット部分の地下水を抜くことが可能に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の直打ちコンクリート工法。