JP2013122133A - シールド掘削用土留め壁 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、シールド掘削機による掘削容易性を確保しつつ、土留背面に掛かる土圧や水圧が一定以上発生する大深度の立坑であっても採用可能であるシールド掘削用土留め壁構造を提供することを目的とした。
【解決手段】シールド掘削用土留め壁１は、切削可能領域２を有したコンクリート構造物であって、金属製の補強材によって補強された主構造壁部５と、長尺状の長尺樹脂体６が配置された樹脂配置壁部３とで構成されている。長尺樹脂体６は、ガラス製の長繊維で補強された発泡樹脂成形体であり、複数の長尺樹脂体６を立体的に交差させて立体格子部１１を形成している。そして、その立体格子部１１によって、切削可能領域２が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、シールド工法において形成される立坑のシールド掘削用土留め壁に関するものである。

従来より、地下鉄や道路、共同溝、並びに、下水道等のトンネル工事として、シールド掘削機を利用した、シールド工法が広く採用されている。
一般的に、このシールド工法は、まず、開切工法によって、縦穴たる立坑（発進立坑）を形成し、この発進立坑から地下にシールド掘削機を運び込み、発進立坑の掘削側面をシールド掘削機で掘削して、横方向に発進し、目的地点たる終点までトンネルを掘削する工法である。なお、通常、このようなシールド工法においては、トンネルの終点や、終点に辿り着くまでの中間地点に、発進立坑と同様の縦穴（到達立坑）が形成され、その到達立坑にシールド掘削機を到達させる。

ところで、開切工法によって形成された発進立坑や到達立坑（以下、双方をまとめて立坑ともいう）は、作業時における安全性確保等の観点から、掘削壁面が補強される。すなわち、立坑の掘削側面には、土圧や水圧（以下、土圧等という）による当該壁面の崩壊や、当該壁面からの地下水流出を防止するため、鉄筋コンクリートや、溝矢板、あるいはＨ型鋼等を用いた仮壁たる土留め壁が構築されたり、場合によっては周辺地盤の地盤改良等の対策も講じられる。

ところが、シールド工法においては、安全性等の観点から設けた土留め壁ではあるが、トンネル掘削のために、地盤改良の後に土留め壁を撤去したり、あるいは土留め壁に対してシールド掘削機を通過させるための開口を形成する（所謂鏡切り）。そして、これらの作業は、立坑という限られた領域内で行う必要があるため、従来より、人力での作業を要し、作業時の安全性への不安、並びに、工期の長期化や施工費の増大等を招く要因となっていた。
そのため、シールド工法を用いたトンネル工事では、立坑における、作業効率の向上及び安全性の向上が望まれている。

そこで、近年においては、立坑の土留め壁に、長繊維で補強されたポリウレタン発泡樹脂成形体（略称 ＦＦＵ：Fiber reinforced Foamed Urethane）により構成された部材を組み込み、このＦＦＵ部材が組み込まれた部分をシールド掘削機で直接的に切削し、発進・到達するシールド工法が実施されている（略称 ＳＥＷ工法：Shield Earth Retaining Wall System）。例えば、特許文献１にその技術が開示されている。

具体的には、特許文献１に開示されたＳＥＷ工法は、ＦＦＵの積層体を所定厚に至るまで積層して形成された棒状の切削可能化部材を、発進・到達する位置に、１方向に伸びるように並列的に並べて形成した切削可能領域を備えた地中壁を採用している。すなわち、特許文献１では、ＦＦＵによって形成された切削可能領域を掘削側面を補強する壁面にしつつも、シールド掘削機によって当該領域を直接的に切削可能としたため、作業の効率化及び安全性の向上に成功している。

特許第２８２１５５６号公報

しかしながら、特許文献１における土留め壁は、土留背面に掛かる土圧等が一定値までは耐え得るが、一定以上の深さ、例えば、地表から６０ｍ以上の大深度では、許容耐圧を超えてしまうという不満があった。

そのため、一定深度以上の環境下においては、土圧等に耐え得る十分な強度を確保するべく、１方向に並列的に並べた切削可能化部材の部材量（実際には部材の厚み）を通常より増大させる方策が考えられるが、この方策を採用すると、材料費が著しく増加するため、コストの観点から実現不可能な施工方法となってしまう懸念があった。

そこで、本発明では、従来技術の問題点に鑑み、シールド掘削機による掘削容易性を確保しつつ、土留背面に掛かる土圧や水圧が一定以上の大きさである大深度の立坑であっても採用可能であり、さらにコストの増大を抑制可能なシールド掘削用土留め壁を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、少なくともセメントと水とが混合されたセメント混合材と、金属製の補強材によって形成された土留め壁において、前記土留め壁の一部にシールド掘削機によって切削可能な切削可能領域を備えたシールド掘削用土留め壁であって、長繊維で補強された発泡樹脂成形体を長尺状に形成した長尺樹脂体を有し、前記切削可能領域は、長尺樹脂体を立体的に交差させた立体格子部を有することを特徴とするシールド掘削用土留め壁である。

本発明のシールド掘削用土留め壁は、シールド掘削機によって直接的に切削可能な切削可能領域が、立体格子部を備えた構成とされている。この立体格子部は、発泡樹脂成形体により形成された長尺樹脂体を立体的に交差させた構成であり、立体格子部を正面視した際に、交差部たる格子点が形成される構造である。すなわち、立体格子部は、少なくとも異なる２方向に伸びるように並べられた長尺樹脂体を有し、それらが互いに交差する格子点を有する。換言すれば、切削可能領域は、立体格子部によって、１方向に伸びる長尺樹脂体によって補強された単補強部分と、少なくとも２方向に伸びる長尺樹脂体が立体的に重なり合って補強された複重補強部分（格子点と同位置）が形成されている。そして、この複重補強部分は、重なり合った長尺樹脂体の数だけ、実質的に長尺樹脂体が積層された構造となるため、切削可能領域には、単層補強部分よりも強度が高い部分が格子点上に形成される。

すなわち、本発明によれば、長尺樹脂体が、少なくとも異なる２方向に伸びるように配されることで、先に説明した１方向配置の場合よりも、平面視した際に、切削可能領域の平面に占める長尺樹脂体の割合を実質的に高めて、切削可能領域の強度を面として期待できると共に、切削可能領域に、単補強部分よりも強度が高い複重補強部分を前記面上に形成することができるため、面による強度と、点による強度の相乗効果により、強度の飛躍的な向上を図ることが可能である。そして、この効果により、本発明では、従来の１方向配置の場合に発揮し得る強度と同程度あるいはそれ以上の強度を得るために、長尺樹脂体の部材量を少なくすることができる。
したがって、本発明のシールド掘削用土留め壁は、切削可能領域が立体格子部を備えることで、長尺樹脂体の部材量を大幅に増加させることなく、強度を飛躍的に向上させることができる。この結果、長尺樹脂体を１方向のみに配した切削可能領域の場合では困難であった、大深度の環境下の土圧や水圧に耐え得る仮壁とすることができる。

ここで、従来技術について付言すると、従来技術のシールド掘削用土留め壁は、１方向に伸びた長尺樹脂体のみをセメント混合材の補強材としており、長尺樹脂体とセメント混合材との一体性は十分ではなかった。すなわち、従来技術では、土圧や水圧によって、土留め壁が変形した場合に、長尺樹脂体も変形するが、その変形によって、セメント混合材が長尺樹脂体から分離し易い状態となるため、セメント混合材と長尺樹脂体の一体性は崩壊する可能性が高かった。そのため、１方向に伸びた長尺樹脂体のみをセメント混合材の補強材とする場合においては、土留め壁における切削可能領域の設計強度は、長尺樹脂体のみの強度しか考慮されていなかった。

そこで、本発明では、立体格子部を設け、異なる方向に伸びるように配された、少なくとも２つの長尺樹脂体に跨るように、あるいは挟まるようにセメント混合材を充填可能な構成としている。これにより、セメント混合材と長尺樹脂体との絡まり方が複雑になると共に、セメント混合材の長尺樹脂体への付着面積が増加するため、両者の高い一体性を確保することができる。また、この構成により、図８に示すように、長尺樹脂体が変形しても、変形した長尺樹脂体同士の間にセメント混合材が挟持されたり、土圧や水圧に抗するようにセメント混合材が堰き止められた状態となるため、セメント混合材と長尺樹脂体の一体性が崩壊してしまう可能性が低い。したがって、本発明においては、従来技術とは異なり、土留め壁における切削可能領域の設計強度を、長尺樹脂体とセメント混合材との複合体として設計することが可能となる。

また、これに伴い、セメント混合材の強度を加味した分、長尺樹脂体の絶対量を減少することが可能となる。すなわち、本発明によれば、一定以上の強度を確保しつつ、長尺樹脂体の部材量をさらに減らすことが可能であるため、材料費が増加してしまうおそれがない。
以上によれば、本発明は、切削可能領域に立体格子部を備えたため、シールド掘削機による掘削容易性を確保しつつ、土留背面に掛かる土圧や水圧が一定以上の大きさである大深度の立坑であっても採用可能であり、さらに長尺樹脂体の使用量の抑制を図ることで、コストの増加を抑えることが可能である。

本発明のシールド掘削用土留め壁は、前記立体格子部は、行方向に長尺樹脂体を配列した行方向配列部と、列方向に長尺樹脂体を配列した列方向配列部を有し、行方向配列部と列方向配列部は、互いに近接あるいは離反した配置であることが望ましい。（請求項２）
なお、ここで言う「近接」とは、行方向配列部と列方向配列部とが互いに当接した状態を含むものとする。

請求項３に記載の発明は、長尺樹脂体は、積層板を複数積層して形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシールド掘削用土留め壁である。

かかる構成によれば、長尺樹脂体の厚みを積層板の数によって変更できるため、土留め壁を設置する環境に応じて、調整することが可能である。すなわち、本発明によれば、長尺樹脂体の厚みが、設計強度よりも過大となったり、過小となることを防止できる。

請求項４に記載の発明は、前記長尺樹脂体が有する長繊維は、ガラス製であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシールド掘削用土留め壁である。

かかる構成によれば、長尺樹脂体が有する長繊維が、ガラス製であるため、シールド掘削機によって切削する際に、ガラス繊維が容易に破壊される。すなわち、本発明のシールド掘削用土留め壁は、掘削が容易であると共に、土圧等に対する強度が高い。

請求項５に記載の発明は、立体格子部は、長尺樹脂体が密に交差した密集部と、長尺樹脂体が疎らに交差した散在部とを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のシールド掘削用土留め壁である。

一般的に、構造物の設計強度は、安全側の設計であるため、想定される大きな外力を基準に設計強度が決定される。つまり、土留め壁においては、深度が大きい位置の土圧等を基準に、設計強度が決定される。そのため、深度が小さい位置においては、設計強度が過度に大きくなる場合があった。
そこで、本発明のシールド掘削用土留め壁では、背面土圧に応じて、立体格子部の格子点の疎密性を変更することが可能な構成とされている。例えば、１つの土留め壁において、深度の深い位置を密集部とし、深度の浅い位置を散在部とすれば、背面土圧の大きい深部を集中的に補強し、逆に背面土圧の小さい浅部を適当な強度に補強できるため、強度及びコストの両面からバランスの取れたシールド掘削用土留め壁を、市場に提供することができる。

請求項６に記載の発明は、前記金属の補強材は、鉄筋であり、長尺樹脂体の端部には、金属製の補助接続部材が設けられており、鉄筋は、補助接続端部材を介して接合されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のシールド掘削用土留め壁である。

かかる構成によれば、長尺樹脂体と鉄筋を、補助接続部材を介して、溶接等により接合しているため、長尺樹脂体と鉄筋との一体性が高く、長尺樹脂体と鉄筋との境界部における強度の低下割合が小さい。換言すれば、長尺樹脂体と鉄筋を強固に接合できるため、長尺樹脂体が有する土圧等に対する抗力を確実に発揮させることができる。

本発明のシールド掘削用土留め壁は、掘削可能化領域に、長尺樹脂体を立体交差した立体格子部を設けたため、シールド掘削機による掘削容易性を確保しつつ、土留背面に掛かる土圧や水圧が一定以上の大きさである大深度の立坑であっても採用することが可能である。また、強度の増強を図ったとしても、コストの極端な増大を防止できる。

本発明の実施形態に係るシールド掘削用土留め壁を立坑に設置した状況を示す斜視図である。 図１のシールド掘削用土留め壁をシールド掘削機で掘削する際の状況を示す概念図である。 長尺樹脂体の一部を示す拡大斜視図である。 図１の立体格子部を示す図であり、（ａ）は斜視図で、（ｂ）はシールド掘削機のビットの大きさとの関係を概念的に示し正面図である。（二点鎖線はシールド掘削機の切削領域を示す） 長尺樹脂体と異形鉄筋との接続部を示す斜視図である。 行方向配列部を示す概念図である。 列方向配列部を示す概念図である。 シールド掘削用土留め壁が土圧及び水圧の影響で変形した場合の状況を示す概念図で、（ａ）は変形前、（ｂ）は変形後である。 箱体を地上にセットした状況を概念的に示す説明図である。 図９の打設用縦穴にコンクリートの補強材を設置する際の説明図である。 図１０のコンクリートの補強材を設置した後、フレッシュコンクリートを打ち込む際の状況を示す説明図である。 分布加重載荷試験装置を概念的に示す断面図である。 試験体の外観を示す斜視図である。 実施試験体４０の立体格子部に注目した図であり、（ａ）は内部を平面視した概念図で、（ｂ）は断面図である。 比較試験体４１の長尺樹脂体に注目した図であり、（ａ）は内部を平面視した概念図で、（ｂ）は断面図である。 実施試験体と比較試験体における水圧と中央変位との関係を示すグラフである。 シールド掘削用土留め壁の変形例であって、密集部と散在部を有した切削可能領域を示す概念図である。

以下に、本発明の実施形態に係るシールド掘削用土留め壁１について説明する。
本実施形態のシールド掘削用土留め壁１は、図１、２に示すように、シールドトンネルを掘削するにあたって、地面から地中に向けて掘削される縦穴たる立坑３０、３１の掘削側面を補強するコンクリート構造の仮壁であり、立坑３０、３１の壁の一部を形成するものである。具体的には、立坑３０、３１における、シールド掘削機９（図２）が掘削する側の掘削側面を補強する仮壁である。すなわち、本実施形態のシールド掘削用土留め壁１は、土圧や水圧等（以下、土圧等という。）の影響によって掘削側面が崩壊してしまうことを防止する役割を果たすものである。

また、本実施形態のシールド掘削用土留め壁１は、シールド掘削機９によって直接的に切削可能な切削可能領域２を備えており、シールド工法における数多の手法のうち、仮壁切削工法たるＳＥＷ工法（Shield Earth Retaining Wall System）が実施可能な構成とされている。すなわち、このシールド掘削用土留め壁１は、立坑（発進立坑）３０から横方向に発進する際、及び、発進立坑３０から掘削された横穴たるトンネル３２から立坑（到達立坑）３１（図２）に到達する際に、掘削作業の容易性及び効率化を図ることができる構成とされている。

したがって、本実施形態のシールド掘削用土留め壁１は、コンクリート構造を主体として、公知の異形鉄筋２０と、長繊維で補強された長尺状の長尺樹脂体６と、その異形鉄筋２０と長尺樹脂体６とを一体的に接続する接続補助部材１５（図５）とを備えた構成とされている。具体的には、本実施形態のシールド掘削用土留め壁１は、全体形状が矩形状であり、コンクリート内部が異形鉄筋２０によって補強された主たる構造物たる主構造壁部５と、コンクリート内部に長尺樹脂体６が配置された樹脂配置壁部３とで構成されている。
なお、言うまでもないが、コンクリートは、セメントと水と砕石を混合したセメント混合材である。

ここで、本実施形態における長尺樹脂体６は、図３に示すように、ガラス製の長繊維によって強化されたポリウレタン発泡樹脂（ＦＦＵ：Fiber reinforced Foamed Urethane）を用いて成形された長尺状且つ薄肉の繊維強化樹脂発泡体たる積層板３５を、所定の厚みに達するまで積層して形成されたものが採用されている。また、各積層板３５は、長繊維の配向が、積層板３５の長手方向に沿うように構成されたものが採用されている。すなわち、長尺樹脂体６は、長手方向に交差する方向に作用する曲げモーメントに対向する剛性が高い部材である。一方で、長尺樹脂体６は、強化繊維がガラス製であるため、鉄筋などの金属などに比べると、シールド掘削機９の切削による破壊が容易であるため、切削容易性が高い部材でもある。

そして、コンクリートの内部において、図５に示すように、主構造壁部５の異形鉄筋２０と樹脂配置壁部３の長尺樹脂体６が、接続補助部材１５を介して、溶接等により一体的に接続されている。
この接続補助部材１５は、図５に示すように、２枚の金属製の板体３８であり、長尺樹脂体６の端部において、一部が当該端部から張り出すように配されて取り付けられるものである。そして、長尺樹脂体６の端部（最外側面を形成する板体３８の端部）に、主構造壁部５の異形鉄筋２０が溶接等によって接続される。なお、接続補助部材１５は、２枚の板体３８のそれぞれに部材厚方向に貫通した孔を有しており、その２枚の板体３８を長尺樹脂体６を挟んだ位置に配置し、ボルトナット等の接続手段を用いて取り付けられている。
したがって、シールド掘削用土留め壁１は、接続補助部材１５が位置する部分において、図２、５に示すように、主構造壁部５と樹脂配置壁部３とが重なり合う混合壁部１９が形成される構造でもある。換言すれば、混合壁部１９は、主構造壁部５の一部であり、樹脂配置壁部３の一部でもある。そして、本実施形態では、樹脂配置壁部３から混合壁部１９を除いた領域を、切削可能領域２としている。

また、本実施形態のシールド掘削用土留め壁１は、立坑３０、３１の下方側に、樹脂配置壁部３が位置しており、その樹脂配置壁部３の位置からシールド掘削機９が発進・到達する構成とされている。換言すれば、シールド掘削用土留め壁１は、図２に示すように、地面（上方側）から樹脂配置壁部３に至るまでの上部領域１６と、その樹脂配置壁部３が位置する下部領域１７のうち切削可能領域２を除く領域が、主構造壁部５により構成されている。なお、主構造壁部５は、鉄筋コンクリート構造を備えた公知の部分であるため、以下においては、その説明は省略し、樹脂配置壁部３に特に注目して説明する。

樹脂配置壁部３は、図６に示すように、複数の長尺樹脂体６を行方向に並列的に配列して１つの平面を形成した行方向配列部２１と、図７に示すように、列方向に並列的に配列して別の１つの平面を形成した列方向配列部２２とを有し、双方の列部２１、２２を互いに立体交差するように当接させた配置にし、図４に示すように、立体格子部１１を形成して壁部を構成した部分である。すなわち、立体格子部１１は、長尺樹脂体６が、異なる２方向に伸びるように配されることで、切削可能領域２の平面に占める割合を実質的に高めて、面として強度が発揮できる部分である。また、言い換えれば、樹脂配置壁部３は、立体格子部１１によって、長尺樹脂体６の長繊維の配向も交差させた構成を備えている。このように、樹脂配置壁部３は、異なる２方向に配列した長尺樹脂体６を立体交差させ、長尺樹脂体６同士が互いに重なり合う格子点を形成し、その格子点において、長尺樹脂体６の積層方向に掛かる外力に対抗し得る強度（具体的には、曲げ強度及びせん断強度）をさらに向上させた構成である。
したがって、樹脂配置壁部３は、強度を面として期待できる上、その面上に形成された強度の増強部分（格子点）によって、強度が相乗的に向上する構成を備えた壁部である。

また、本実施形態では、シールド掘削機９による掘削開口の形状（本実施形態ではビットが円形状）に合わせて、立体格子部１１を形成する長尺樹脂体６の配置及びサイズが決定されている。すなわち、行方向配列部２１及び列方向配列部２２は、長尺樹脂体６の配列方向外側（シールド掘削機９のビットの円の縁側）に近づくほど、長尺樹脂体６の長手方向長さが短い構成とされている。具体的には、行方向配列部２１及び列方向配列部２２を形成する長尺樹脂体６は、図４（ｂ）に示すように、シールド掘削機９のビット形状を基準に、そのビットの円形からはみ出すはみ出し長さＭ（長尺樹脂体６の両端にはみ出し部分があればその合計した長さ）が、長手方向長さ全体の１０〜２０％以内に収まるように、長手方向全長が設定されている。換言すれば、長尺樹脂体６は、その端部が、シールド掘削機９による掘削開口の円形に沿うような配置とされている。より具体的には、本実施形態では、樹脂配置壁部３に、異形鉄筋２０が円形状に３重に配筋された領域があり、その円形状の異形鉄筋２０のうちの中側の円に沿って、長尺樹脂体６の端部が配置されている。

また、樹脂配置壁部３は、切削可能領域２における壁部の肉厚が、主構造壁部５の壁部の肉厚よりも薄肉化された構成である。これは、樹脂配置壁部３において、長尺樹脂体６を立体交差させたことによってもたらされた利点である。すなわち、長尺樹脂体６を立体的に交差させることで、長尺樹脂体６にコンクリートが複雑に絡み合うため、両者の一体性が飛躍的に向上する。これにより、図８に示すように、樹脂配置壁部３が変形を生じるか否かに関わらず、両者の一体性が維持されるため、本実施形態においては、一定以上の設計強度を確保するにあたって、長尺樹脂体６とコンクリートの複合体として算出でき、長尺樹脂体６の厚みを必要以上に増加させる必要がなくなる。したがって、切削可能領域２において、高い強度を確保するためであっても、立体格子部１１を形成することで、長尺樹脂体６の厚み（積層板３５の積層枚数）を増加する必要がなくなり、それに伴う切削可能領域２における全体の肉厚の増加も発生することがない。そのため、本実施形態における切削可能領域２は、一定以上の設計強度を確保しつつ、薄肉化構造にすることができる。

次に、本実施形態のシールド掘削用土留め壁１を用いた立坑３０、３１を施工する方法について説明する。
シールド掘削用土留め壁１は、上記したように、シールド工法に用いるものであり、発進立坑３０と、到達立坑３１の掘削側面を補強するように設けられるものである。そして、本実施形態では、シールド掘削用土留め壁１が、公知のケーソン工法によって地中に形成される。なお、ケーソン工法には、大きく分けてオープンケーソン工法とニューマチックケーソン工法があるが、本実施形態では、ニューマチックケーソン工法が採用されている。

まず、地上において、シールド掘削用土留め壁１を有した鉄筋コンクリートの箱体３９を形成する。この箱体３９は、上面側が開放しており、１つの側壁にシールド掘削用土留め壁１が形成されている。また、箱体３９の縦断面の形状がほぼ「Ｈ」型であり、下部に掘削作業室４５が設けられている。掘削作業室４５は、下方に向けて地盤を掘削するための部屋である。

そして、その箱体３９を、図９に示すように、所定の位置に配置する。すなわち、箱体３９が地中に沈降した際に、シールド掘削用土留め壁１の背面側（地中壁）が掘削予定のトンネル３２側に位置するようにセットする。その後、掘削作業室４５に人が入り込んで下方に向けて掘削、あるいは、図示しない無人化掘削装置によって下方に向けて掘削して、図１０に示すように、箱体３９を地中に向けて沈降させる。

その後、さらに掘削作業室４５において掘削作業を進めると、箱体３９が所定の深さに到達し、それと共にシールド掘削用土留め壁１がトンネル３２掘削予定位置にセットされる。そして、箱体３９内に溜まった地下水や土砂等を排出すると発進立坑３０が完成する。
なお、到達立坑３１についても、上記方法と同様の方法で施工されるため、説明を省略する。

続いて、シールド掘削機９を用いて、発進立坑３０から到達立坑３１に至るまでのシールドトンネルを形成する方法について説明する。
まず、発進立坑３０の内部に、地上からシールド掘削機９を降ろし、図２に示すように、シールド掘削用土留め壁１の切削可能領域２に、シールド掘削機９のビットが向き合うように配置し、トンネルを掘り始める。
ここで、シールド掘削用土留め壁１の切削可能領域２の正面視した面積は、シールド掘削機９のビットの面積よりも大きいため、シールド掘削機９は、切削可能領域２におけるコンクリート及び長尺樹脂体６のみを切削し、主構造壁部５側に接触することがない。
なお、必要に応じて、シールド掘削用土留め壁１の背面の地盤の地盤改良を行い、さらなる安全性を確保する。

そして、シールド掘削機９により、トンネルを掘り進める。その後、シールド掘削機９は、到達立坑３１付近に到達する。そして、シールド掘削機９は、到達立坑３１に設けられたシールド掘削用土留め壁１の切削可能領域２と向き合い、当該領域２のコンクリート及び長尺樹脂体６を切削し、シールド掘削機９が到達立坑３１に到達してトンネル３２が貫通する。なお、このときも、シールド掘削機９は、切削可能領域２におけるコンクリート及び長尺樹脂体６のみを切削し、主構造壁部５側に接触することがない。

次に、本実施形態のシールド掘削用土留め壁１の強度試験の結果について述べる。
本実施形態のシールド掘削用土留め壁１は、実際の施工現場を想定した場合、巨大化するため、強度試験用に所定の大きさの試験体を製作して、シールド掘削用土留め壁１の強度を実証するための試験を行った。

今回行われた強度試験は、土圧や水圧を想定した分布荷重を載荷する公知の方法を用いて行われた。そして、この試験によって、図１６に示すように、試験体４０、４１に載荷される分布荷重の大きさに応じて生じる、切削可能領域における変位、ひび割れ等を計測し、試験体４０、４１の強度が確認された。

各試験体４０、４１に共通する基本仕様について説明する。
試験体４０、４１は、図１３に示すように、外観がほぼ円柱状で、中心を含む部分が円形状に窪んだ構造を有するコンクリート構造物である。すなわち、試験体４０、４１は、主に外郭を形成するリング状の主構造壁部４７と、主構造壁部４７よりも薄肉構造であり、窪み部を形成する切削可能領域４９を有した樹脂配置壁部４８とで構成した。
各試験体４０、４１の具体的なサイズについては、以下に示す。
全体の外径（主構造壁部の外径）Ｒ：２９００ｍｍ
切削可能領域の外径Ｑ：１８００ｍｍ
主構造壁部の外径と切削可能領域との間隔ｒ：５５０ｍｍ

そして、試験体４０、４１の樹脂配置壁部４８には、切削可能領域４９の面全体に広がるように、長尺樹脂体４６を設けている。
長尺樹脂体４６：ガラス長繊維強化ポリウレタン発泡樹脂（ＦＦＵ：Fiber reinforced Foamed Urethane）

続いて、各試験体４０、４１の個別の仕様について説明する。
（実施試験体４０）
長尺樹脂体４６ａが、切削可能領域４９に、図１４（ａ）、（ｂ）に示す立体格子部５１を形成している。
長尺樹脂体４６ａ：断面形状；正方形、断面サイズ；４５ｍｍ×４５ｍｍ
切削可能領域４９ａ：並列する長尺樹脂体４６ａ同士の間隔（部材芯同士の間隔）；１３５ｍｍ

（比較試験体４１）
長尺樹脂体４６ｂが、切削可能領域４９に、図１５（ａ）、（ｂ）に示す１方向並列配置部５３を形成している。
長尺樹脂体４６ｂ：断面形状；正方形、断面サイズ；９０ｍｍ×４５ｍｍ
切削可能領域４９ｂ：並列する長尺樹脂体４６ｄ同士の間隔（部材芯同士の間隔）；１３５ｍｍ

上記試験体４０、４１の破壊時の水圧及び中央変位を表１に示す。

図１６及び表１からも明らかなように、実施試験体４０と、比較試験体４１は、長尺樹脂体の使用量を同一にしているが、立体格子部５１を有する実施試験体４０の方が、立体格子部５１を有さない比較試験体４１よりも、破壊時における中央変位及び水圧の大きさが勝っている。すなわち、切削可能領域に立体格子部を形成した方が、使用する長尺樹脂体の量を少なくすることができる上、土圧等に耐え得る強度も高めることができる。

上記実施形態では、切削可能領域２の平面において、均等に立体状の格子点が形成される構成を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、図１７に示すように、切削可能領域内において、立体状の格子点が密の部分（密集部）１２と、立体状の格子点が疎の部分（散在部）１３を形成した構成であっても構わない。この構成を採用した場合、深部側に密集部１２を配し、浅部側に散在部１３を配する構成にすれば、土圧及び水圧の高い箇所の強度を集中的に高めることが可能となるため、強度とコストの双方の利益を得ることが可能となる。結果的に、市場に、合理的なシールド掘削用土留め壁４を提供することができる。

上記実施形態では、シールド掘削機９の円形ビットに合わせて切削可能領域２をほぼ円形状に形成したが、本発明はこれに限定されず、切削可能領域２を他の形状に形成しても構わない。例えば、２つの円が連通したような形状等が挙げられる。

上記実施形態では、立体格子部１１を形成する行方向配列部２１と列方向配列部２２とを互いに当接させた配置にしたが、本発明はこれに限定されず、行方向配列部２１と列方向配列部２２とを当接させることなく立体格子部を形成する構成であっても構わない。すなわち、行方向配列部２１と列方向配列部２２とを互いに離反するようにして立体格子部を形成しても構わない。なお、この場合、格子点における行方向配列部２１と列方向配列部２２との間に、コンクリートが充填される構成となるが、長尺樹脂体６の積層方向に掛かる土圧等に対する強度が、上記実施形態より劣ることはない。
ただし、格子点に余分に充填されるコンクリートの分だけ切削可能領域の肉厚が増加する場合があるため、切削容易性の観点からすれば、上記実施形態の方が好適である。

上記実施形態では、セメント混合材としてコンクリートを用いた構成を示したが、本発明はこれに限定されず、モルタルを用いた構成であっても構わない。ただし、モルタルは、コンクリートを用いた場合よりも、構造体としての強度が劣るため、上記実施形態のようにコンクリートを用いる方が好適である。

上記実施形態では、シールド掘削用土留め壁１の全体形状を矩形状とした構成を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、その他に、円形型、小判型、楕円形型、多芯円形型などであっても構わない。

１ シールド掘削用土留め壁
２、４９ 切削可能領域
３、４６ 樹脂配置壁部
５、４７ 主構造壁部
６ 長尺樹脂体
１１、５３ 立体格子部
１５ 接続補助部材
２０ 異形鉄筋（鉄筋）
２１ 行方向配列部
２２ 列方向配列部
３０ 発進立坑
３１ 到達立坑
３２ トンネル
３５ 積層板
４０、４１、４２ 実施試験体
４３、４４ 比較試験体

Claims (6)

1. 少なくともセメントと水とが混合されたセメント混合材と、金属製の補強材によって形成された土留め壁において、前記土留め壁の一部にシールド掘削機によって切削可能な切削可能領域を備えたシールド掘削用土留め壁であって、
   長繊維で補強された発泡樹脂成形体を長尺状に形成した長尺樹脂体を有し、
   前記切削可能領域は、長尺樹脂体を立体的に交差させた立体格子部を有することを特徴とするシールド掘削用土留め壁。
2. 前記立体格子部は、行方向に長尺樹脂体を配列した行方向配列部と、列方向に長尺樹脂体を配列した列方向配列部を有し、
   行方向配列部と列方向配列部は、互いに近接あるいは離反した配置であることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘削用土留め壁。
3. 長尺樹脂体は、積層板を複数積層して形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシールド掘削用土留め壁。
4. 前記長尺樹脂体が有する長繊維は、ガラス製であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシールド掘削用土留め壁。
5. 立体格子部は、長尺樹脂体が密に交差した密集部と、長尺樹脂体が疎らに交差した散在部とを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のシールド掘削用土留め壁。
6. 前記金属の補強材は、鉄筋であり、
   長尺樹脂体の端部には、金属製の補助接続端部材が設けられており、
   鉄筋は、補助接続端部材を介して接合されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のシールド掘削用土留め壁。

Images