JP2013217161A - 砂地盤対応オープンシールド工法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価に製作できるオープンシールド機を提供する。
【解決手段】オープンシールド機１は、機体をフロント部１ｄ、ミドル部１ｅ、テール部１ｃとなる第１、第２、第３の分割体ブロックとしたもので、フロント部とミドル部間に切羽推進ジャッキ１６を、ミドル部とテール部間に中折れジャッキ１９を、テール部１ｃにシールドジャッキ２を設け、シールド機の掘進は、フロント部１ｄを前進後、ミドル部１ｅ、テール部１ｃを前進させるものとし、切羽推進ジャッキ１６により、フロント部１ｄを推進させ、フロント部１ｄにて防護された切羽内をバックホウ等の掘削機にて掘削し、切羽推進ジャッキ１６の縮小とシールドジャッキ２の伸長を同時に行い、ミドル部１ｅ、テール部１ｃを推進させ、前記フロント部１ｄは切羽推進ジャッキ１６による前進時に地下水位の高い砂質土層の切羽地山へフロント部刃口を差し込み、フロント部隔壁１７で圧密する。
【選択図】図１

Description

本発明は、市街地に上下水道、地下道等の地下構造物を施工するオープンシールド工法で砂地盤対応のものに関するものである。

オープンシールド工法は開削工法（オープンカット工法）とシールド工法の長所を活かした合理性に富む工法であり、このオープンシールド工法で使用するオープンシールド機１の概略は図１１に示すように左右の側壁板１ａと、これら側壁板１ａに連結する底板１ｂとからなる前面、後面および上面を開口したもので、前記側壁板１ａと底板１ｂの先端を刃口１１として形成し、また側壁板１ａの中央または後端近くにシールドジャッキ２を後方に向け上下に並べて配設する。図中３は隔壁を示す。

かかるオープンシールド機１を使用して施工するオープンシールド工法は、図示は省略するが、発進坑内にこのオープンシールド機１を設置して、オープンシールド機１のシールドジャッキ２を伸長して発進坑内の反力壁に反力をとってオープンシールド機１を前進させ、地下構造物を形成する第１番目のコンクリート函体４を上方から吊り降ろし、オープンシールド機１のテール部１ｃ内で縮めたシールドジャッキ２の後方にセットする。シールドジャッキ２と反力壁との間にはストラットを配設して適宜間隔調整をする。

また、発進坑は土留壁で構成し、オープンシールド機１を発進させるにはこの土留壁を一部鏡切りするが、必要に応じて薬液注入などで発進坑の前方部分に地盤改良を施しておくこともある。

ショベル等の掘削機９でオープンシールド機１の前面または上面から土砂を掘削しかつ排土する。この排土工程と同時またはその後にシールドジャッキ２を伸長してオープンシールド機１を前進させる。この前進工程の場合、コンクリート函体４の前にはボックス鋼材または型鋼を用いた枠体よりなるプレスバー８を配設し、オープンシールド機１は後方にセットされたコンクリート函体４から反力をとる。

そして第１番目のコンクリート函体４の前に第２番目のコンクリート函体４をオープンシールド機１のテール部１ｃ内で吊り降ろす。以下、同様の排土工程、前進工程、コンクリート函体４のセット工程を適宜繰り返して、順次コンクリート函体４をオープンシールド機１の前進に伴い縦列に地中に残置し、さらにこのコンクリート函体４の上面に埋戻土５を入れる。

なお、コンクリート函体４をオープンシールド機１のテール部１ｃ内に吊り降ろす際には、コンクリートブロック等による高さ調整材７をコンクリート函体４下に配設し、このテール部１ｃ内でオープンシールド機１の内側からコンクリート函体４の底部下方の底板１ｂとの隙間に裏込注入材６を一次注入し、さらに、オープンシールド機１を前進させ、底板１ｂが前進した後にここに形成される隙間とコンクリート函体４の左右にさらに裏込注入材６を二次注入して、裏込注入材の充填が終了する。

このようにして、オープンシールド機１が到達坑まで達したならばこれを撤去して工事を完了する。

このようなオープンシールド工法では、前記のごとくコンクリート函体４をオープンシールド機１の前進に伴い縦列に地中に残置し、コンクリート函体４は、オープンシールド機１のテール部１ｃ内に吊り降ろされ、オープンシールド機１の前進とともに該テール部１ｃから出て地中に残されていくものであり、オープンシールド機１はこのように地中に残置したコンクリート函体４に反力をとって前進する。

コンクリート函体４は鉄筋コンクリート製で、図１３に示すように左側板４ａ、右側板４ｂと上床板４ｃと下床板４ｄとからなるもので、前後面を開口１０として開放されている。

ところで、下記特許文献に示すように、オープンシールド機１の機体を前後方向に複数に分割（２分割）して方向修正可能として曲線施工に対応できるようにすることもおこなわれ、図１３に示すように、刃口１１を先端に有するフロント部１ｄと、ミドル部１ｅおよびコンクリート函体４が吊り降ろされるテール部１ｃとの２つに分割する。
特開２０１０−２４２３７４号公報

コンクリート函体４が吊降ろされるテール部１ｃの前部のミドル部１ｅの左右位置にシールドジャッキ２を配設するもので、ミドル部１ｅの前方のフロント部１ｄの後部の左右位置に中折れジャッキ１４を配設し、左右の中折れジャッキ１４のストローク差を変えることで、シールドジャッキ２でオープンシールド機１を前進させている。

図中１３はフロント部１ｄに配設されるスライドジャッキ、１５はスライド土留板を示す。

動作を説明すると、テール部１ｃにコンクリート函体４を据付けるには、シールドジャッキ２を使用してオープンシールド機１をコンクリート函体４の一函体分掘進する。

以上のようにしてテール部１ｃ内にコンクリート函体４を吊降ろして据付け、このテール部１ｃ内側と、据付けたコンクリート函体４の外側との隙間に裏込注入材６を一次注入する。

その後、さらにオープンシールド機１を前進させる。この前進により発生するテールボイド（シールド機板厚相当分）に裏込注入材６を二次注入する。

ところで砂地盤は地下水位の高いもので、施工時にこの地下水位の高い砂質土層の切羽地山が崩壊し易く、施工が難しい。施工時に切羽地山の安定を保つには、補助工法としてウェルポイント等による地下水位低下工法や薬液注入工法等の地盤改良を行わなければならず、その費用が高く付き、また、オープンシールド工法で施工する前に補助工法を行う必要があることから、工期も長くなる。

本発明は前記従来例の不都合を解消し、オープンシールド工法において、砂層等でウェルポイント等による地下水位低下工法や地盤改良工事を行うことなく、地山の崩壊を防止でき、また、敷設函体への推進反力を低減させることができるので、函体のコストが下がり、敷設精度が向上する砂地盤対応オープンシールド工法を提供することにある。

前記目的を達成するため請求項１記載の本発明は、オープンシールド機を使用して、オープンシールド機の前面または上面開口より前方の土砂を掘削・排土する工程と、コンクリート函体を反力にしてシールド機を掘進させる工程と、シールド機のジャッキ部内で縮めたシールドジャッキの後方のテール部に新たなコンクリート函体を上方から吊り降ろしてセットする工程とを適宜繰り返して順次コンクリート函体を縦列に埋設するオープンシールド工法において、オープンシールド機は、機体をフロント部、ミドル部、テール部となる第１、第２、第３の分割体ブロックとしたもので、前端に刃口を有し、側部、隔壁が一体となったフロント部とミドル部間に切羽推進ジャッキを、ミドル部とテール部間に中折れジャッキを、テール部にシールドジャッキを設け、シールド機の掘進は、フロント部を前進後、ミドル部、テール部を前進させるものとし、切羽推進ジャッキにより、フロント部を推進させて、前方地山へ差し込み、圧密させ、フロント部内をバックホウ等の掘削機にて掘削し、フロント部前進後、切羽推進ジャッキの縮小とシールドジャッキの伸長を同時に行い、ミドル部、テール部を前進させることを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、地下水位の高い砂質土層の切羽地山へフロント部をつねに差し込んだ状態でフロント部隔壁前面部の地山を掘削・排土し、かつ、隔壁が前方の地山へ向かって押さえ込んだ状態となるため、切羽地山の緩みはフロント部先端の地山へ及ぶことはなく、ウェルポイントや地盤改良等による地山の安定は不要となる。

また、シールド機掘進はフロント部を必ず前進後、本体（ミドル部、テール部）を推進させる為、敷設函体への推進反力が低減され、函体のコストが下がるとともに、敷設精度があがる。

請求項２記載の本発明は、シールド機の掘進は、フロント部を切羽推進ジャッキにて前方地山へ地山崩壊角４５°以上で差し込み、隔壁、側部で圧密させることを要旨とするものである。

請求項２記載の本発明によれば、バックホウ等により、前方の切羽地山へ差し込んだフロント部内で、フロント部内の４５°崩壊線（図２のα）より隔壁側を掘削・排土する。フロント部の両側板が４５°崩壊線より地山側に常に差し込んだ状態で側板と切羽地山とのラップが十分長くなり、また、側板は分割されていないので、地下水位のある砂質地盤でもフロント部は止水性が従来タイプと比較して高い。したがって、地下水の高い砂質地盤でも切羽地山が崩れなく、安定した掘削・排土が可能となる。

請求項３記載の本発明は、フロント部は左右側壁内側をテーパー状にして全体幅を縮径するものとし、隔壁はその最深部に設けることを要旨とするものである。

請求項３記載の本発明によれば、地下水位の高い砂質土層の切羽地山へフロント部を差し込んだ状態で隔壁前面をバックホウ等で掘削しながら、かつ、切羽推進ジャッキを伸長させてフロント部を前方の地山へさらに前方へ推進させるので、フロント部隔壁前面の掘削・排土された部分の地山は、フロント部の左右側壁内側をテーパー状にして全体幅を縮径された部分で押し込まれることになり、最深部での隔壁で地山は圧密され、フロント部内の地山は緩まずつねに安定した状態を保つことができる。

以上述べたように本発明の砂地盤対応オープンシールド工法は、砂層等でウェルポイント等の地下水低下工法や地盤改良工事を行うことなく、地山の崩壊を防止でき、また、敷設函体への推進反力を低減させることができるので、函体のコストを下がり、敷設精度が向上するものである。

以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の本発明の砂地盤対応オープンシールド工法の１実施形態を示す横断平面図、図２は同上縦断側面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図で、先に本発明で使用するオープンシールド機について説明する。

オープンシールド機１は、機体をフロント部１ｄ、ミドル部１ｅ、テール部１ｃとなる第１、第２、第３の分割体ブロックとし、これらを嵌合させた。

これらフロント部１ｄ、ミドル部１ｅ、テール部１ｃからなるオープンシールド機１は全体としては、左右の側壁板と、これら側壁板に連結する底板とからなる前面、後面および上面を開口したものである。

フロント部１ｄは、先端を刃口１１として形成し、また側壁板のおよび底板の中央または後端近くに切羽推進ジャッキ１６の一端を軸着する。

この切羽推進ジャッキ１６は後方に向けて上下および左右の並べて配設するもので、端部を軸着するピンジャッキであり、多端はミドル部１ｅの側壁板のおよび底板の先端または中央近くに軸着することで、フロント部１ｄとミドル部１ｅ間に配設される。

フロント部１ｄは左右側壁内側をテーパー状にして全体幅を縮径するものとし、また、底板も先端部はテーパー状にして上昇し、そのまま平坦になるもので、奥は開口部より縮小するもので、その最深部にフロント部隔壁１７を設ける。

前記切羽推進ジャッキ１６はこのように空間が縮径するフロント部１ｄの内壁と外殻の間の空間を利用して設けることができる。

図３に示すように、ミドル部１ｅはフロント部１ｄよりも一回り小さくした先端部分をフロント部１ｄに挿入させ、フロント部１ｄ側に止水ゴム１８を設け、これをミドル部１ｅの外周に当接させるようにする。

ミドル部１ｅの後半部には中折れジャッキ１９を後方に向けて設け、これをテール部１ｃの前端に当てるようにした。中折れジャッキ１９はミドル部１ｅとテール部１ｃ間に配設するものとして、ミドル部１ｅの左右側壁に沿って間隔を存して並列させ、かつ、上下段に設け、左右いずれかのジャッキを他より長く伸ばすことで、テール部１ｃに対してミドル部１ｅを屈折させるものである。

テール部１ｃの前端にはテール部隔壁２０を設け、ミドル部１ｅの後半部とそこに嵌り込むテール部１ｃの前端間には、ワイヤーブラシ２１を設ける。

テール部１ｃは、前半をジャッキ配置部、後半をコンクリート函体４が吊り降ろされる函体設置部とする。テール部１ｃのジャッキ配置部にはシールドジャッキ２を後方に向け上下に並べて配設した。

図中２２はプレスバー、２３は止水バーで、これらはＨ形鋼等の鋼材をもってなり、左右に間隔を存して直立するプレスバー２２に対して、止水バー２３は横に架け渡され、全体をしてコの字に枠組まれる。

プレスバー２２、止水バー２３はコンクリート函体４をテール部１ｃに吊り降ろした際にその前端にクレーン等で吊り降ろして配置するもので、プレスバー２２はシールドジャッキ２の押し圧を受ける役割をなす。

次に、以上のようなオープンシールド機１を用いて行う本発明の砂地盤対応オープンシールド工法について説明する。図５〜図７は本発明の各工程を示す横断平面図、図８〜図１０は同上横断平面図で、まず、図５、図８に示すように函体据付、一次注入を行う。

オープンシールド機１は、既設のコンクリート函体４を反力に前進させた後であり、コンクリート函体４をテール部１ｃに吊り降ろし、テール部１ｃ内でオープンシールド機１の内側からコンクリート函体４の底部下方の底板との隙間に裏込注入材６を一次注入する。

次いで、切羽推進ジャッキ１６により、フロント部１ｄを推進させる。この切羽推進ジャッキ１６によるフロント部１ｄの前進は、フロント部隔壁１７で土砂を圧密することになる。

このフロント部１ｄの前進は、切羽推進ジャッキ１６にて前方地山へ地山崩壊角４５°以上で差し込み、隔壁、側部で圧密させる。

そして、フロント部１ｄにて防護された切羽内をバックホウ等の掘削機９にて掘削する。（図４参照）

次いで、切羽推進ジャッキ１６の縮小とシールドジャッキ２の伸長を同時に行い、ミドル部１ｅ、テール部１ｃを掘進させる。縦列させたコンクリート函体４を反力にして、シールドジャッキ２でミドル部１ｅとテール部１ｃとを一緒に推進させるものである。

このミドル部１ｅとテール部１ｃとの前進は、このように同時に行う場合の他、ミドル部１ｅを中折れジャッキ１９によりまず、前進させ、次いで、テール部１ｃをシールドジャッキ２で前進させるように、２段階に分けてもよい。

なお、曲線施工の場合は、中折れジャッキ１９により、テール部１ｃに対してミドル部１ｅを屈折させることにより対処する。

以降、以上の掘進作業を繰り返し行い、１函体分掘進終了後、初めの工程に戻る。

本発明の砂地盤対応オープンシールド工法の１実施形態を示す横断平面図である。 本発明の砂地盤対応オープンシールド工法の１実施形態を示す縦断側面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の砂地盤対応オープンシールド工法の１実施形態を示す掘削機で掘削している状態の縦断側面図である。 本発明の砂地盤対応オープンシールド工法の１実施形態を示す第１工程の横断平面図である。 本発明の砂地盤対応オープンシールド工法の１実施形態を示す第２工程の横断平面図である。 本発明の砂地盤対応オープンシールド工法の１実施形態を示す第３工程の横断平面図である。 本発明の砂地盤対応オープンシールド工法の１実施形態を示す第１工程の縦断側面図である。 本発明の砂地盤対応オープンシールド工法の１実施形態を示す第２工程の縦断側面図である。 本発明の砂地盤対応オープンシールド工法の１実施形態を示す第３工程の縦断側面図である。 オープンシールド工法の概略を示す縦断側面図である。 コンクリート函体の斜視図である。 従来例を示す縦断側面図である。

１ オープンシールド機 １ａ 側壁板
１ｂ 底板 １ｃ テール部
１ｄ フロント部 １ｅ ミドル部
２ シールドジャッキ ３ 隔壁
４ コンクリート函体 ４ａ 左側板
４ｂ 右側板 ４ｃ 上床板
４ｄ 下床板 ５ 埋戻土
６ 裏込注入材 ７ 高さ調整材
８ プレスバー ９ 掘削機
１０ 開口 １１ 刃口
１２ テール部側板 １３ スライドジャッキ
１４ 中折れジャッキ １５ スライド土留板
１６ 切羽推進ジャッキ １７ フロント部隔壁
１８ 止水ゴム １９ 中折れジャッキ
２０ テール部隔壁 ２１ ワイヤーブラシ
２２ プレスバー ２３ 止水バー

Claims (3)

1. オープンシールド機を使用して、オープンシールド機の前面または上面開口より前方の土砂を掘削・排土する工程と、コンクリート函体を反力にしてシールド機を掘進させる工程と、シールド機のジャッキ部内で縮めたシールドジャッキの後方のテール部に新たなコンクリート函体を上方から吊り降ろしてセットする工程とを適宜繰り返して順次コンクリート函体を縦列に埋設するオープンシールド工法において、
   オープンシールド機は、機体をフロント部、ミドル部、テール部となる第１、第２、第３の分割体ブロックとしたもので、
   前端に刃口を有し、側部、隔壁が一体となったフロント部とミドル部間に切羽推進ジャッキを、ミドル部とテール部間に中折れジャッキを、テール部にシールドジャッキを設け、
   シールド機の掘進は、フロント部を前進後、ミドル部、テール部を掘進させるものとし、
   切羽推進ジャッキにより、フロント部を推進させて、前方地山へ差し込み、圧密させ、フロント部内をバックホウ等の掘削機にて掘削し、フロント部前進後、切羽推進ジャッキの縮小とシールドジャッキの伸長を同時に行い、ミドル部、テール部を前進させることを特徴とした砂地盤対応オープンシールド工法。
2. シールド機の掘進は、フロント部を切羽推進ジャッキにて前方地山へ地山崩壊角４５°以上で差し込み、隔壁、側部で圧密させる請求項１記載の砂地盤対応オープンシールド工法。
3. フロント部は左右側壁内側をテーパー状にして全体幅を縮径するものとし、隔壁はその最深部に設ける請求項１または請求項２記載の砂地盤対応オープンシールド工法。

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