JP2012144913A - 推進工法用の円形立坑築造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】推進工法の発進・到達基地となる大深度の立坑築造方法において、立坑掘削と構築が同時に行え、安全で効率の良い円形立坑築造方法を提供する。
【解決手段】立坑壁の外径よりも小さな外径を有する泥水式掘進機の第１外殻２と、第１外殻の外周面に立坑壁に対応する外径を有する第２外殻３と、第１外殻と第２外殻とを固定・移動状態に切替える脱着手段４と、掘削外径を、各外殻の各々に対応する外径に選択的に変更できる掘削手段５と、により構成される掘進装置１を、中央に空間を有するベ−ス版１３と、ベース版上の円周方向に均等に装備する複数本の鉛直シリンダ１０と、中央に第２外殻の外径と略同径の空間を有し、締付シリンダ１２により空間径を変更できる締付バンド１１と、により構成される鉛直推進設備９に、上部から掘進装置を立込みながら挿入設置し、掘進装置１を稼働させながら鉛直推進設備９で押し込み、後方に連結した立坑壁を構築していく。
【選択図】図１

Description

本発明は、推進工法の発進・到達基地となる大深度の立坑築造方法において、立坑掘削とともに立坑壁の構築が同時に行え、安全で効率の良い推進工法用の円形立坑築造方法に関するものである。

推進工法は、埋設する推進管の先端に装備した先導体の掘削手段によって、発進立坑から地山を掘削しながら推進管を順次地中に埋設していく。先導体は路線の反対側に構築した到達立坑内に押し出され、地上へと搬出される。推進工法用の発進立坑は、先導体である掘進機等の長さと推進設備長等に余裕をもった長さを確保すればよく、シ−ルド工法等のように大規模な設備は必要としないため、比較的小さな立坑寸法で済む。また、到達立坑は、掘進機等が到達できる長さを有していればよく、より小規模なものとなる。通常、埋設される推進管の深さは６ｍ前後のものが多く、立坑の掘削深さも１０ｍ以内であり、立坑の立坑壁には大きな土圧や水圧がかかることはなく、比較的小さな荷重に対応すればよく、通常は薄い肉厚の鋼矢板や波型プレ−ト等の鋼材が多く採用されている。しかし、近年、地下埋設物が輻輳することにより、それを避けるために大深度の推進施工が多く採用されるようになってきた。しかし、従来多く採用されてきた立坑壁材である鋼矢板は、通常の土質条件では２０ｍを超えと打設施工が難しくなるとともに、強度的にも土圧や水圧に対応できなくなってくる。特に、硬質土や岩盤等ではその打設施工の問題が顕著となってくる。また、波型プレ−トでは、大深度での１リング分の素掘りが困難となるとともに、波型プレ−トの材質も強度的に対応ができないという問題がある。

また、土質が岩盤で大深度の場合は、市街地区では爆薬併用による掘削は採用できず、立坑規模が小さいことから、ダウンザホ−ル等の震動破砕を併用した立坑掘削が採用されているが、狭い空間での破砕作業となり工期が遅延したり、騒音、振動、粉塵等による工事公害の問題も発生している。

前記した大深度立坑を確実に構築するために、シールド工法立坑に使用されている連続柱列杭工法等の肉厚で強固な構造のものが採用されるようになり、土圧や水圧に対しては十分な効果を発揮するが、推進施工に比して立坑費用の占める割合が大きなものとなり、工費節減の観点では大きな問題となっている。また、施工も連続柱列杭の穿孔及び建込み設置に大規模な設備や日数を必要とし、市街地での施工では交通障害や騒音の工事公害や工期遅延等の問題が発生している。
特開２００９−１７９９３０号公報

このため、発明が解決しようとする課題は、泥水式掘進機により前面の地山を掘削し、掘削した土砂は流体輸送により地上に連続排土するとともに、立坑壁を地中の鉛直方向に構築して、立坑築造を効率良く安全で確実に行える推進工法用の円形立坑築造方法を提供するものである。

本発明は、推進管の先端に装備した掘進機で地盤を掘削しながら地中に推進管列を水平方向に埋設していくための基地となる推進工法用の円形立坑築造方法であって、
地中に垂直に構築される立坑壁の外径よりも小さな外径を有する泥水式掘進機の第１外殻と、前記第１外殻の外周面との間に間隙を開けて配置され、その後方に前記立坑壁が連結され、立坑壁に対応する外径を有する第２外殻と、前記第２外殻と前記第１外殻とを、軸方向に固定する状態と軸方向に移動できる状態とに切替え可能な脱着手段と、前記第１外殻の前面に配置され、その掘削外径を、前記第１外殻に対応する外径と前記第２外殻に対応する外径とに選択的に変更できる掘削手段と、により構成される掘進装置を、中央に前記第２外殻の外径よりも大きな径の空間を有するベ−ス版と、前記ベース版上の円周方向に均等に装備する複数本の鉛直シリンダと、前記鉛直シリンダの内周に固設され、中央に前記第２外殻の外径と略同径の空間を有し、締付シリンダにより空間径を変更できる締付バンドと、により構成される鉛直推進設備の空間に、上部から前記掘進装置を立込みながら挿入設置し、掘進装置を稼働させながら鉛直推進設備で掘進装置を下方に押し込みながら立坑壁を構築していく推進工法用の円形立坑築造方法である。

掘進装置は、泥水式掘進機の第１外殻とそれを覆うように設置された第２外殻との２重構造となっている。各外殻は、鋼材等を用いて構築され、全体は筒状となっている。第２外殻の外径は、立坑壁の外径と同一に設定されている。第２外殻の後端部には、立坑壁の先端を嵌挿して連結されている。

脱着手段は、通常の機械装置として使用されている固定機構や脱着機構を採用すればよい。脱着手段は、１個所だけに設けてもよいし、複数個所に設けておくこともできる。例えば、周方向の複数個所に設けたり、軸方向の複数個所に設けておくこともできる。設置本数は、掘進装置の大きさや長さ等の状況によって変化させればよい。脱着手段は、作業者が掘進装置の内部に入って作業できるようにしてもよいし、地上で遠隔操作できるようにしておくことも可能である。

掘削手段は、第１外殻の前面に配置され、その掘削外径を第１外殻の外径に対応する第１外径と、第２外殻の外径に対応する第２外径とに選択的に変更できる。基本的には、掘進準備中から掘進終了までは第２外径が選択され、掘進終了後に第１外径が選択されて第１外殻を含めた泥水式掘進機が立坑壁内を通して引き抜かれ、地上へと撤去される。掘削手段の構造としては、通常使用されている２重管推進工法に使用される掘削手段を用いることができる。一般的な掘削手段としては、第１外殻の前面に配置され、前面に複数個の掘削ビットを有する回転掘削盤と、回転掘削盤に内蔵され、その作動軸が回転掘削盤の径方向に進退するシリンダと、シリンダの外周端に配置され、その前面に掘削ビットを有する可動掘削部とを備えた手段である。

鉛直推進設備のベース版上の円周方向に均等に配置した複数本の鉛直シリンダは、構築される立坑の深さや立坑径及び土質条件等によって、事前に算定される押込力に余裕をもった能力を有していることが必要となり、その本数および押込力が決定される。掘進装置の第２外殻または立坑壁の外壁の外周面は、鉛直シリンダの内周に固設した締付バンドによって圧接して保持される。そして、最大に伸長してあった鉛直シリンダを縮小することにより掘削装置や立坑壁は地中へと押し込まれていく。所定のストロ−ク長の縮小が完了すると、締付バンドは拡径されて第２外殻の外周面または立坑壁の外殻の外周面との接触を解放させ、鉛直シリンダを伸長することによって締付バンドは上部の元の位置へと移動する。

立坑壁は、掘進作業に適用できる機械的強度や土圧や水圧に耐える強度を有していれば良く、具体的な材料としては、鋼管やコンクリ−ト管が使用できる。鋼管は、大深度になると大きな土圧や水圧が作用するため、内部にリブ材やフランジ材を設けて補強する。立坑壁の前後端には、連結用の嵌合構造等が設けられている。連結個所には、止水構造を設けて継手部分の止水性を向上させることもできる。鋼管の場合は、管同士を溶接で接合できるので、複雑な連結構造等を設けなくてもよい場合がある。

本発明の推進工法用の円形立坑築造方法は、第１外殻の前面に配置した掘削手段により、第２外殻の大きさで地山を掘削しながら掘削土砂を連続して流体輸送でき、立坑壁の構築も外周に設置した鉛直推進設備により並行して実施でき、効率良い立坑壁の構築が行える。このため、大深度の立坑の構築では、立坑の掘削及び立坑壁の押込みが同時に行え、短時間で完成させることができる。また、土質が岩盤の場合には、掘進機に岩盤対応の泥水式掘進機を採用することにより、従来、掘削時に発生していた騒音や振動等の工事公害の問題もなくなり、環境に配慮した施工が実施できる。

大深度の推進工法用の円形立坑構築において、地山を連続して掘削しながら、立坑壁を構築することによって、環境に配慮した効率の良い円形立坑築造方法を実現した。

図１は、本発明の推進工法用の円形立坑築造方法を説明する縦断面図である。立坑が構築される地点の中央に、掘進装置１の第２外殻３の外径よりもやや大きな径の空間を有した矩形又は円形構造の発進坑口壁１６が設置される。発進坑口壁１６は、地表から所定の深さだけ掘削してコンクリ-トを打設して構成されている。前記発進坑口壁１６の地表部分には、前記第２外殻３の外径よりもやや小さな径の空間を有した止水ゴム材１７が円周方向の複数ケ所で均等に固設されている。そして、中央に前記第２外殻３の外径よりもやや大きな径の空間１５を有したベ−ス版１３と、前記ベ−ス版１３上の円周方向に均等に装備した４本の鉛直シリンダ１０と、前記鉛直シリンダ１０の内周に固設され、中央に前記第２外殻３の外径と略同径の空間１４を有し、締付シリンダ１２により空間１４径を変更できる締付バンド１１とにより構成される鉛直推進装置９が、前記発進坑口壁１６の空間位置と合致するように発進坑口壁１６に固設されている。掘進装置１は、立坑壁１９の外径よりも小さな外径を有する泥水式掘進機の第１外殻２と、第１外殻との間に間隙を開けて配置され、その後方に前記立坑壁１９が連結され、立坑壁１９に対応する外径を有する第２外殻３と、前記第２外殻３と前期第１外殻２とを、軸方向に固定する状態と軸方向に移動できる状態とに切換え可能な脱着手段４と、前記第１外殻２の前面に配置され、その掘削外径を、前記第１外殻２に対応する外径と前記第２外殻３に対応する外径とに選択的に変更できる掘削手段５により構成されている。そして、前記掘進装置１を鉛直推進設備９の締付バンド１１の空間１４及びベ-ス版１３の空間１５を通し、発進坑口壁１６の止水ゴム材１７の孔を嵌通させて空間内に設置して、地中に円形立坑を構築する築造方法である。

鉛直推進設備９のベ-ス版１３は、発進坑口壁１６の上面に強固に固設され、掘進装置１や立坑壁１９を地中に押し込むための鉛直シリンダ１０の反力となる。そのため、ベ-ス版１３は重量が大きく取れるように鋼材等で製作されている。押込力が不足する場合には、ベース版１３の外周部分にウエィト１８を載荷することによって大きな反力を得ることができる。

鉛直推進設備９の鉛直シリンダ１０は、構築される立坑の深さや立坑径及び土質条件によって、事前に算定された押込力に余裕をもってその本数及び押込力が決定される。締付バンド１１は、締付バンド１１の外側に装備した締付シリンダ１２を伸縮させることによって掘進装置１の第２外殻３の外周面を圧接したり開放したりすることができる。本実施例では、締付シリンダ１２は２本を開示しているが、立坑径が大きくなったり、大きな締付力が必要な場合には、円周方向に増設することも可能である。

掘進装置１は、泥水式掘進機の第１外殻２とそれを覆うように設置された第２外殻３との２重構造となっている。各外殻２,３は、鋼材等を用いて構築され、全体には筒状となっている。第２外殻３の外径は、立坑壁１９の外径と同一に設定されている。第２外殻３の後端部には、立坑壁１９の先端を少し縮径させて嵌挿し連結される。第１外殻２と第２外殻３の前端には、外殻２,３の間隙を塞ぐために、止水部材が配置されている。止水部材は、通常の２重管推進工法で外管と内管の間の止水として利用されている止水材料や止水構造が採用できる。例えば、止水ゴムや止水ブラシが使用できる。

脱着手段４は、通常の機械装置として使用されている固定機構や脱着機構を採用すればよい。本実施例では、左右に２箇所、軸方向の２箇所の４箇所に設置されている。その機構は、ネジ方式で脱着作業は泥水式掘進機内に作業者が入り、４箇所のネジを取り外して第１外殻２と第２外殻３を離脱させる方式である。

掘削手段５は、第１外殻２前面に配置され、その掘削外径を第１外殻２の外径に対応する第１外径と、第２外殻３の外径に対応する第２外径とに選択的に変更できる。基本的な地山の掘削及び排土等は、第１外殻２を有する泥水式掘進機の掘進機構と流体輸送機構が用いられる。本発明では、掘進準備中から掘進終了までは第２外径が選択され、掘進終了後に第１外径に縮径されて第１外殻２を含めた泥水式掘進機が、第２外殻３及び立坑壁内を通して引き抜かれ、地上へと撤去される。掘削手段の構造としては、第１外殻２の前面に配置され、前面に複数個の掘削ビッド７を有する泥水式掘進機の回転掘削盤６と、回転掘削盤６に内蔵され、その作動軸が回転掘削盤６の径方向に進退するシリンダと、シリンダの外周端に配置され、その前面に掘削ビットを有する可動掘削部８とを備えている。

第２図は、本発明の鉛直推進設備を説明する平面図である。鉛直推進設備９は、ベース版１３上の円周方向の４ケ所に均等に装備した鉛直シリンダ１０と、前記鉛直シリンダ１０の内周に固設され、中央に前記第２外殻３の第２外径と略同径の空間１４を有し、円周方向に２箇所設置した締付シリンダ１２により前記空間１４径を変更できる締付バンド１１とにより構成されている。

次に、推進工法用の円形立坑の築造方法について説明する。鉛直推進設備９の鉛直シリンダ１０を伸長させた状態で停止させる。この時、締付バンド１１の空間１４は、締付シリンダ１２を伸長させて掘進装置１の第２外殻３の第２外径よりも大きくしてある。そして、鉛直推進設備９の上部から、掘進装置１の掘削手段５を下方にして締付バンド１１の空間１４及びベース版１３の空間１５を通して挿入し、発進坑口壁１６の止水ゴム板１７の中央の空間に嵌通させて据付けする。掘進装置１の据付けが完了すると、締付シリンダ１２を縮小して締付バンド１１を縮径して掘進装置１の第２外殻３の外周面を締め付ける。締め付けが完了すると、掘進装置１先端の掘削手段５の回転掘削盤６を回転させ、鉛直推進設備9の鉛直シリンダ１０を縮小させることによって、掘進装置１を下方へと押し込みながら地中への掘進を開始する。鉛直シリンダ１０の１ストロ−クの縮小が完了すると、締付シリンダ１２を伸長させて締付バンド１１を拡径して、掘進装置１の第２外殻３の外周面との締付を解放する。締付バンド１１が解放されると、鉛直シリンダ１０が伸長されて締付バンド１１は元の上部位置に戻され、再度掘進装置１の第２外殻３の外周面を締め付ける。前記作業の繰り返しによって掘進装置１は鉛直方向に押し込まれていく。

掘進装置１の押し込みが完了すると、先端に第２外殻３の第２外径よりも縮径した差込口を有する立坑壁１９を、第２外殻３の後端部に嵌挿して連結する。連結が完了すると、掘進装置１先端の掘削手段５の回転掘削盤６を回転させ、鉛直推進設備9の鉛直シリンダ１０を縮小させることによって、掘進装置１及び立坑壁１９を下方へと押し込みながら地中への掘進を再開する。前記作業の繰り返しによって、推進工法用の円形立坑は構築される。

所定の深さまでの立坑壁１９の構築が完了すると、掘進装置１内より回転掘削盤６の開口部より地山に注入パイプが打設されて、周辺地山の地盤改良が行われる。地盤改良材としては、一般に使用されている薬液注入材を用いることができる。地盤改良が完了すると、掘削手段５の可動掘削部８のシリンダが縮小されて第１外径である回転掘削盤６の大きさに縮径される。縮径が完了すると、掘進装置１内に作業者が入り脱着手段４である４箇所のネジを取り外し、第１外殻２と第２外殻３とを離脱させる。離脱が完了すると、地上部より第１外殻２を含めた泥水式掘進機を、立坑壁１９内を通して地上へと撤去して円形立坑の築造を完了する。

大深度や地下水圧の高い立坑築造工事の初期掘進時には、掘進装置1や立坑壁１９の外周面にかかる摩擦抵抗力に比べて、掘進装置１先端の掘削手段５にかかる水圧等が大きい場合があり、締付バンド１１の締め付けを解放した時に、掘進装置１等を上部に押し上げる力が作用するため、それを防止するための押上げ防止装置等を鉛直推進設備９に設置の検討が必要となる。また、土質が軟弱な初期掘進時には、締付バンド１１の締め付けを解放した時に、掘進装置１等の自重によって掘進装置１等が自沈するため、それを防止するための吊下げ装置等を鉛直推進設備９に設置することも検討する必要がある。

以上のように、本発明の円形立坑築造方法によって、立坑築造が立坑掘削と並行して立坑壁の構築も同時に効率良く行え、市街地で騒音や振動の工事公害の問題となる大深度立坑構築に適用できる。

本発明の推進工法用の円形立坑築造方法を説明する縦断面図である。 本発明の鉛直推進設備を説明する平面図である。

１ 掘進装置
２ 第１外殻
３ 第２外殻
４ 脱着手段
５ 掘削手段
６ 回転掘削版
７ 掘削ビット
８ 可動掘削部
９ 鉛直推進設備
１０ 鉛直シリンダ
１１ 締付バンド
１２ 締付シリンダ
１３ ベース版
１４ 締付バンドの空間
１５ ベース版の空間
１６ 発進坑口壁
１７ 止水ゴム材
１８ ウェイト
１９ 立坑壁

Claims (1)

1. 推進管の先端に装備した先導体で地盤を掘削しながら地中に推進管列を水平方向に埋設していくための基地となる推進工法用の円形立坑築造方法であって、
   地中に垂直に構築される立坑壁の外径よりも小さな外径を有する泥水式掘進機の第１外殻と、前記第１外殻の外周面との間に間隙を開けて配置され、その後方に前記立坑壁が連結され、立坑壁に対応する外径を有する第２外殻と、前記第２外殻と前記第１外殻とを、軸方向に固定する状態と軸方向に移動できる状態とに切替え可能な脱着手段と、前記第１外殻の前面に配置され、その掘削外径を、前記第１外殻に対応する外径と前記第２外殻に対応する外径とに選択的に変更できる掘削手段と、により構成される掘進装置を、中央に前記第２外殻の外径よりも大きな径の空間を有するベ−ス版と、前記ベース版上の円周方向に均等に装備する複数本の鉛直シリンダと、前記鉛直シリンダの内周に固設され、中央に前記第２外殻の外径と略同径の空間を有し、締付シリンダにより空間径を変更できる締付バンドと、により構成される鉛直推進設備の空間に、上部から前記掘進装置を立込みながら挿入設置し、掘進装置を稼働させながら鉛直推進設備で掘進装置を下方に押し込みながら立坑壁を構築することを特徴とする推進工法用の円形立坑築造方法。

Images