JP2015025315A - 管路またはトンネルの構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】管路またはトンネルの構築工事において、掘進機が地中障害物に遭遇して前進不能になった場合に、地中障害物の周辺の地上の状況に大きな影響を与えることなく、管路またはトンネルの構築を完遂可能な工法を提供する。
【解決手段】発進立抗から到達立抗に向けて第１の掘進機を前進させて掘削し、管路またはトンネルを構築する際、地中障害物によって第１の掘進機が前進不能となった場合に、管路またはトンネルの構築を完遂させるための管路またはトンネルの構築工法は、地中障害物を切断可能な第２の掘進機を使用して、到達立抗から地中障害物の手前まで掘削する第１の工程と、地中障害物の手前に到達した第２の掘進機によって、地中障害物を切断する第２の工程と、第２の工程の後に、発進立抗から到達立抗に至る管路またはトンネルの構築を完遂させる第３の工程とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、管路またはトンネルの構築技術に関する。

地盤を掘進機で掘削して管路またはトンネルを構築する場合、地中に埋設または残置された障害物（例えば、Ｈ鋼、鋼矢板）に遭遇すると、一般的な掘進機は、前進することができなくなる。この場合、地上から地中障害物（以下、単に障害物とも呼ぶ）を取り除いた後に、掘進機を前進させることができる。

一方、障害物を切断可能な掘進機が開発されている。例えば、下記の特許文献１〜３では、超高圧噴射ノズルから超高圧流体を噴射して、障害物を切断可能な掘進機を開示している。かかる掘進機によれば、障害物に遭遇した場合であっても、地中において障害物を切断し、その後、掘進を継続することができる。

特開２００６−２４９９２６号公報 特開２００５−９７８３０号公報 特開２００４−２０４６６６号公報

通常、管路やトンネルを施工する際には、事前調査によって把握された施工現場の地盤状況に応じて工事設計が行われ、当該設計に基づいて、現場施工が行われる。事前調査の結果が、管路やトンネルの構築ルートに障害物が存在しないものである場合には、障害物を切断可能な掘進機よりも工事費が安価となる一般的な掘進機を使用する工事設計がなされる。しかしながら、予期せずに一般の掘進機が障害物に遭遇することが生じ得る。この場合、地上から障害物を除去すれば、その後、施工を継続することができるが、地上から障害物を除去することが適切ではない状況も生じ得る。かかる状況としては、例えば、障害物の地上に建築物が存在する場合や、交通量の多い交差点が存在する場合などを例示できる。このようなことから、一般的な掘進機を使用して開始された管路またはトンネルの構築工事において、当該掘進機が障害物に遭遇した場合に、障害物の周辺の地上に大きな影響を与えることなく、管路またはトンネルの構築を完遂可能な工法が求められる。かかる問題は、管路またはトンネルの構築工事が一般的な掘進機を使用して開始された場合に限らず、任意の掘進機が障害物に遭遇して前進不能になった場合に共通する問題である。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、例えば、以下の形態として実現することが可能である。

本発明の第１の形態は、発進立抗から到達立抗に向けて第１の掘進機を前進させて掘削し、管路またはトンネルを構築する際、地中障害物によって第１の掘進機が前進不能になった場合に、管路またはトンネルの構築を完遂させるための管路またはトンネルの構築工法として提供される。この工法は、地中障害物を切断可能な第２の掘進機を使用して、到達立抗から地中障害物の手前まで掘削する第１の工程と、地中障害物の手前に到達した第２の掘進機によって、地中障害物を切断する第２の工程と、第２の工程の後に、発進立抗から到達立抗に至る管路またはトンネルの構築を完遂させる第３の工程とを備える。

かかる工法によれば、第１の掘進機が地中障害物に遭遇して前進不能になり、かつ、当該地中障害物を地上から除去することが適切ではない場合に、地中障害物を切断可能な第２の掘進機によって地中障害物を地中で切断して、地中障害物の周辺の地上の状況に大きな影響を与えることなく、管路またはトンネルの構築を完遂できる。

本発明の第２の形態として、第１の形態において、第１の掘進機が前進不能になった場合とは、第１の掘進機が、推進工法によって、連続して接続される第１の推進管を第１の掘進機の後方に構築しつつ、地中障害物まで掘進した際に、前進不能になった場合であってもよい。第１の工程は、推進工法によって、連続して接続される第２の推進管を第２の掘進機の後方に構築しつつ、到達立抗から地中障害物の手前まで掘進する工程を含んでいてもよい。第３の工程は、到達立抗から第２の推進管および第２の掘進機を到達立抗側に引き抜きながら、第１の掘進機の後方に第１の推進管をさらに接続しつつ、第１の掘進機を到達立抗まで前進させて、発進立抗から到達立抗に至る第１の推進管の構築を完遂させる第４の工程と、発進立抗から第１の推進管および第１の掘進機を発進立抗側に引き抜きながら、第２の掘進機の後方に第２の推進管をさらに接続しつつ、第２の掘進機を発進立抗まで前進させて、発進立抗から到達立抗に至る第２の推進管の構築を完遂させる第５の工程とのうちの、いずれか一方を含んでいてもよい。かかる形態によれば、推進工法によって、発進立抗から到達立抗に至るまで推進管を好適に構築できる。

本発明の第３の形態として、第２の形態において、第１の推進管および第２の推進管は、同一の径を有していてもよい。第３の工程は、第４の工程および第５の工程のうちの第４の工程を含んでいてもよい。第４の工程において、到達立抗から引き抜かれた第２の推進管は、第１の掘進機の後方にさらに接続される第１の推進管として利用されてもよい。かかる形態によれば、仮設的に地中に設置される第２の推進管が、最終的には、常設される第１の推進管として利用されるので、省資源化および低コスト化に資する。

本発明の第４の形態として、第３の形態において、第１の推進管および第２の推進管は、同一の径を有していてもよい。第３の工程は、第４の工程および第５の工程のうちの第５の工程を含んでいてもよい。第５の工程において、発進立抗から引き抜かれた第１の推進管は、第２の掘進機の後方にさらに接続される第２の推進管として利用されてもよい。かかる形態によれば、第３の形態と同様に、省資源化および低コスト化に資する。

本発明の第５の形態として、第１の形態において、第１の掘進機が前進不能になった場合とは、第１の掘進機が、推進工法またはシールド工法によって、管路またはトンネルを第１の掘進機の後方に構築しつつ、地中障害物まで掘進した際に前進不能になった場合であってもよい。第１の工程は、推進工法またはシールド工法によって、管路またはトンネルを第２の掘進機の後方に構築しつつ、到達立抗から地中障害物の手前まで掘進する工程を含んでいてもよい。第３の工程は、第１の掘進機の後方に構築された管路またはトンネルと、第２の掘進機の後方に構築された管路またはトンネルと、を地中接合する工程を含んでいてもよい。かかる形態によれば、地中障害物の前後において推進工法およびシールド工法の任意の組み合わせを使用して、管路またはトンネルの構築を完遂できる。

本発明の第６の形態として、第１ないし第５のいずれかの形態において、第２の掘進機は、流体を超高圧で噴射して地中障害物を切断するための超高圧噴射ノズルを備えていてもよい。第２の工程は、超高圧噴射ノズルから流体を噴射して地中障害物を切断する工程を含んでいてもよい。かかる形態によれば、地中障害物を好適に切断できる。

本発明の第７の形態として、第６の形態において、第２の掘進機は、超高圧噴射ノズルから地盤改良材を噴射可能に構成されていてもよい。第２の工程は、地中障害物の切断の前に、超高圧噴射ノズルから地盤改良材を噴射して地中障害物の周囲を地盤改良する工程を含んでいてもよい。かかる形態によれば、地中で地盤改良を行えるので、地上で作業を行う必要がなく、地上の状況に影響を与えない。

第２の掘進機の概略構成を示す部分縦断面図である。 図１に示すカッターヘッド部の正面図である。 本発明の一実施例としての管路の構築手順を示す工程図である。 図３の各工程における管路の構築状況を模式的に示す説明図である。 図３の各工程における管路の構築状況を模式的に示す説明図である。

Ａ．実施例：
以下、本発明の一実施例としての管路の構築方法について説明する。この方法は、第１の掘進機６０によって地盤を掘削して管路を構築する途中において、地中に埋設または残置された障害物（例えば、Ｈ鋼、鋼矢板、鉄筋コンクリート壁等）に遭遇し、第１の掘進機６０が前進不能になり、かつ、当該障害物を地上から除去することが適切ではない場合に、第２の掘進機１０を使用して、管路の構築を完遂するものである。本実施例では、第１の掘進機６０は、障害物の切断を行うことができない一般的な掘進機である。ただし、第１の掘進機６０の種類は、特に限定するものではなく、障害物を切断可能な掘進機を第１の掘進機６０として使用してもよい。すなわち、障害物を切断可能な第１の掘進機６０が、不慮の事態によって、障害物を切断不能になり、それによって前進不能になった場合に、第２の掘進機１０を使用して、管路の構築を完遂することもできる。本実施例では、管路の構築は、推進工法によって行われる。第２の掘進機１０は、障害物を切断可能なタイプの掘進機である。本実施例では、第２の掘進機１０は、超高圧の流体を噴射することによって、障害物の切断を行う。このため、第２の掘進機１０は、超高圧の流体を噴射するための構成およびそれに付随する構成を備えている点が第１の掘進機６０と異なっている。

図１は、第２の掘進機１０の概略構成を示す部分縦断面図である。図２は、図１に示すカッターヘッド部３０の正面図である。図１に示すように、第２の掘進機１０は、本体部２０とカッターヘッド部３０とを備えている。本体部２０は、回転軸２１と排泥管２２と駆動モータ２３とを備えている。カッターヘッド部３０は、本体部２０の掘進方向先端部に設けられており、回転軸２１を中心にして駆動モータ２３によって回転されることによって、地盤９１の掘削を行う。カッターヘッド部３０の回転によって掘削された土壌は、排泥管２２を介して排出される。

カッターヘッド部３０は、図２に示すように、互いに直交する取付板３２，３３を備えている。取付板３２，３３は、回転軸２１において互いに交差している。取付板３２，３３には、中心ビット３４、カッタービット３５、先行ビット３６およびトリムビット３７が適宜設けられている。

取付板３２，３３には、ノズルヘッド４０が設けられている。ノズルヘッド４０は、流体を超高圧で噴射する超高圧噴射ノズル４２を有している。超高圧噴射ノズル４２からの流体の噴射は、駆動機構４１によって駆動される。本実施例では、駆動機構４１は、ピストンロッドおよび油圧シリンダ（図示省略）を備える油圧シリンダ駆動方式とされている。ノズルヘッド４０は、取付ヘッドを介してシリンダの一端部に取り付けられ、シリンダは、油圧のイン・アウト（ＩＮ・ＯＵＴ）の切り換えによりピストンロッドに沿って移動される。超高圧噴射ノズル４２の両側には、超高圧噴射ノズル４２を保護するためのカッタービット３８が設けられている。

超高圧噴射ノズル４２は、本実施例では、超高圧ジェット水と研磨材とが混合されたアブレッシブジェット水と、超高圧ジェット水と地盤改良材とが混合された地盤改良ジェット水と、を切り替えて噴射可能に構成されている。アブレッシブジェット水は、障害物を切断する際に噴射される。地盤改良ジェット水は、障害物の周囲を地盤改良する際に噴射される。なお、各ジェット水用に専用の噴射ノズルが設けられていてもよい。

図３は、本実施例における管路の構築手順を示す工程図である。図４および図５は、図３の各工程における管路の構築状況を模式的に示す。図３の手順は、発進立抗７１から到達立抗７２に向けて第１の掘進機６０を前進させて掘削し、管路を構築する際に、地盤９１中の障害物９２に遭遇した場合、すなわち、第１の掘進機６０がこれ以上前進できない場合、かつ、障害物９２を地上から除去することが適切ではない場合に開始される。第１の掘進機６０の掘進は、第１の掘進機６０の後方に第１の推進管８１を順次接続し、発進立抗７１に設けられたジャッキ８４によって最後尾の第１の推進管８１を押圧することによって行われる。これによって、第１の掘進機６０の後方には、連続して接続された第１の推進管８１が構築される。

この手順では、まず、図３に示すように、到達立抗７２から障害物９２の手前まで第２の掘進機１０を前進させて掘削する（ステップＳ１１０）。この際、図４（ａ）に示すように、第２の掘進機１０の後方には、第２の推進管８２が順次接続され、到達立抗７２に設けられたジャッキ８５によって最後尾の第２の推進管８２が障害物９２に向けて押圧される。これによって、第２の掘進機１０の後方には、連続して接続された第２の推進管８２が構築される。

第２の掘進機１０が障害物９２の手前まで掘進すると、障害物９２の位置および形状を確認する（ステップＳ１２０）。ステップＳ１２０は、本実施例では、図４（ｂ）に示すように、第２の掘進機１０の超高圧噴射ノズル４２から障害物９２に高圧ジェット水９５（例えば、１００ＭＰａ）を噴射し、その反射音をオシロスコープ等で解析することによって行われる。

次に、図４（ｃ）に示すように、障害物９２の位置および形状に応じた領域に対して、第２の掘進機１０の超高圧噴射ノズル４２から地盤改良ジェット水９６（例えば、２４５ＭＰａ）を噴射し、障害物９２の周囲に改良体９７を造成する（ステップＳ１３０）。かかる構成によれば、障害物９２の周辺の地上の状況に影響を与えることなく、改良体９７を造成できる。ただし、地上の状況が許すのであれば、地上から地盤改良を行ってもよい。

次に、図５（ｄ）に示すように、第２の掘進機１０の超高圧噴射ノズル４２からアブレッシブジェット水９８（例えば、２４５ＭＰａ）を噴射し、障害物９２を切断する（ステップＳ１４０）。次に、図５（ｅ）に示すように、第２の掘進機１０を前進させて、障害物９２の切断片を、排泥管２２を介して回収する（ステップＳ１５０）。これによって、第１の掘進機６０は、さらに前進できるようになる。

次に、図５（ｆ）に示すように、到達立抗７２から第２の推進管８２および第２の掘進機１０を到達立抗７２側に順次引き抜きながら、第１の掘進機６０を到達立抗７２に向けて前進させる（ステップＳ１６０）。本実施例では、第２の推進管８２および第２の掘進機１０の引き抜きは、引き抜き用の鋼棒８６を第２の掘進機１０に連結し、ジャッキ８５を反転させて、鋼棒８６をジャッキ８５によって到達立抗７２側に引き抜くことによって行われる。第１の掘進機６０の前進は、その後方に第１の推進管８１をさらに接続しながら行われる。本実施例では、第１の推進管８１と第２の推進管８２とは、同一の径（内径および外径）を有している。このため、到達立抗７２において引き抜かれた第２の推進管８２は、第１の掘進機６０の後方に新たに接続される第１の推進管８１として利用される。こうすれば、省資源化および低コスト化に資する。ただし、第１の推進管８１と第２の推進管８２とは、異なる径を有していてもよい。また、本実施例では、第２の掘進機１０の引き抜きと、第１の掘進機６０の前進とは、略同一の速度で行われる。こうすれば、第２の推進管８２および第２の掘進機１０の引き抜きによって地盤９１が不安定になることを抑制できる。換言すれば、第２の推進管８２および第２の掘進機１０が引き抜かれた穴に支持工を施工する必要がない。

そして、図５（ｇ）に示すように、第２の掘進機１０を到達立抗７２まで引き抜いて第２の掘進機１０を回収するとともに、第１の掘進機６０を到達立抗７２まで到達させて、到達作業を完了する（ステップＳ１７０）。こうして、発進立抗７１から到達立抗７２に至る第１の推進管８１の構築が完遂される。

以上に説明した方法によれば、第１の掘進機６０が障害物９２に遭遇して前進不能になり、かつ、障害物９２を地上から除去することが適切ではない場合に、第２の掘進機１０が到達立抗７２側から掘進し、障害物９２を地中で切断できる。したがって、このような場合に、障害物９２の周辺の地上の状況に大きな影響を与えることなく、第１の推進管８１の構築を完遂できる。

Ｂ．変形例：
Ｂ−１．変形例１：
上記ステップＳ１６０，１７０においては、到達立抗７２から第２の推進管８２および第２の掘進機１０を到達立抗７２側に順次引き抜くとともに、第１の掘進機６０の後方に第１の推進管８１をさらに接続しながら、第１の掘進機６０を到達立抗７２に向けて前進させて、発進立抗７１から到達立抗７２に至る第１の推進管８１を構築したが、かかる方法に代えて、次の方法を採用してもよい。すなわち、発進立抗７１から第１の推進管８１および第１の掘進機６０を発進立抗７１側に順次引き抜くとともに、第２の掘進機１０の後方に第２の推進管８２をさらに接続しながら、第２の掘進機１０を発進立抗７１に向けて前進させて、発進立抗７１から到達立抗７２に至る第２の推進管８２を構築してもよい。この場合、上述の実施例と同様に、発進立抗７１において引き抜かれた第１の推進管８１を、第２の掘進機１０の後方に新たに接続される第２の推進管８２として利用してもよい。これらの２つの方法は、発進立抗７１と障害物９２との距離と、到達立抗７２と障害物９２との距離と、を考慮して、経済性、工期など、所望の条件に合致する方を選択可能である。

Ｂ−２．変形例２：
上述の実施例においては、第２の推進管８２を引き抜きながら、第１の推進管８１を新たに接続することによって、管路の構築を完遂する例について示したが、第２の推進管８２の引き抜きに代えて、第１の推進管８１と第２の推進管８２とを地中接合することによって、管路を構築してもよい。地中接合は、公知の技術であり（例えば、特開２００９−７９４２５号公報、特開２００８−３１６９５号公報、特開２００５−２２６４４８号公報、特開２００４−１９７３２３号公報など）、詳しい説明は省略するが、補助工法によって止水を行って掘削機を接合する方法や、掘削機のスキンプレートを機械的に接合する方法などを利用できる。

地中接合を行う場合には、上述した管路の構築方法は、推進工法に限らず、掘進機の後方でセグメントを組み立てて管路を構築するシールド工法にも適用できる。この場合、地中接合される管路の両方が、シールド工法によって構築されてもよいし、一方がシールド工法によって構築され、他方が推進工法によって構築されてもよい。また、地中接合される管路の径は、異なっていてもよいし、同じであってもよい。

Ｂ−３．変形例３：
上述した管路の構築方法は、管路に限らず、トンネルを構築する場合にも同様に適用可能である。

Ｂ−４．変形例４：
第２の掘進機１０には、障害物９２を切断可能な任意の掘進機を使用可能である。例えば、カッタービットの回転のみによって、障害物９２を切断可能な掘進機を使用してもよい。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。

１０…第２の掘進機
２０…本体部
２１…回転軸
２２…排泥管
２３…駆動モータ
３０…カッターヘッド部
３２，３３…取付板
３４…中心ビット
３５…カッタービット
３６…先行ビット
３７…トリムビット
３８…カッタービット
４０…ノズルヘッド
４１…駆動機構
４２…超高圧噴射ノズル
６０…第１の掘進機
７１…発進立抗
７２…到達立抗
８１…第１の推進管
８２…第２の推進管
８４，８５…ジャッキ
８６…鋼棒
９１…地盤
９２…障害物
９５…高圧ジェット水
９６…地盤改良ジェット水
９７…改良体
９８…アブレッシブジェット水

Claims (7)

1. 発進立抗から到達立抗に向けて第１の掘進機を前進させて掘削し、管路またはトンネルを構築する際、地中障害物によって前記第１の掘進機が前進不能になった場合に、前記管路または前記トンネルの構築を完遂させるための管路またはトンネルの構築方法であって、
   前記地中障害物を切断可能な第２の掘進機を使用して、前記到達立抗から前記地中障害物の手前まで掘削する第１の工程と、
   前記地中障害物の手前に到達した前記第２の掘進機によって、前記地中障害物を切断する第２の工程と、
   前記第２の工程の後に、前記発進立抗から前記到達立抗に至る前記管路または前記トンネルの構築を完遂させる第３の工程と
   を備えた管路またはトンネルの構築方法。
2. 請求項１に記載の管路またはトンネルの構築方法であって、
   前記第１の掘進機が前進不能になった場合とは、前記第１の掘進機が、推進工法によって、連続して接続される第１の推進管を前記第１の掘進機の後方に構築しつつ、前記地中障害物まで掘進した際に、前記前進不能になった場合であり、
   前記第１の工程は、前記推進工法によって、連続して接続される第２の推進管を前記第２の掘進機の後方に構築しつつ、前記到達立抗から前記地中障害物の手前まで掘進する工程を含み、
   前記第３の工程は、
   前記到達立抗から前記第２の推進管および前記第２の掘進機を前記到達立抗側に引き抜きながら、前記第１の掘進機の後方に前記第１の推進管をさらに接続しつつ、前記第１の掘進機を前記到達立抗まで前進させて、前記発進立抗から前記到達立抗に至る前記第１の推進管の構築を完遂させる第４の工程と、
   前記発進立抗から前記第１の推進管および前記第１の掘進機を前記発進立抗側に引き抜きながら、前記第２の掘進機の後方に前記第２の推進管をさらに接続しつつ、前記第２の掘進機を前記発進立抗まで前進させて、前記発進立抗から前記到達立抗に至る前記第２の推進管の構築を完遂させる第５の工程と
   のうちの、いずれか一方を含む
   管路またはトンネルの構築方法。
3. 請求項２に記載の管路またはトンネルの構築方法であって、
   前記第１の推進管および前記第２の推進管は、同一の径を有しており、
   前記第３の工程は、前記第４の工程および前記第５の工程のうちの前記第４の工程を含み、
   前記第４の工程において、前記到達立抗から引き抜かれた前記第２の推進管は、前記第１の掘進機の後方にさらに接続される第１の推進管として利用される
   管路またはトンネルの構築方法。
4. 請求項２に記載の管路またはトンネルの構築方法であって、
   前記第１の推進管および前記第２の推進管は、同一の径を有しており、
   前記第３の工程は、前記第４の工程および前記第５の工程のうちの前記第５の工程を含み、
   前記第５の工程において、前記発進立抗から引き抜かれた前記第１の推進管は、前記第２の掘進機の後方にさらに接続される第２の推進管として利用される
   管路またはトンネルの構築方法。
5. 請求項１に記載の管路またはトンネルの構築方法であって、
   前記第１の掘進機が前進不能になった場合とは、前記第１の掘進機が、推進工法またはシールド工法によって、前記管路または前記トンネルを前記第１の掘進機の後方に構築しつつ、前記地中障害物まで掘進した際に前記前進不能になった場合であり、
   前記第１の工程は、前記推進工法または前記シールド工法によって、前記管路または前記トンネルを前記第２の掘進機の後方に構築しつつ、前記到達立抗から前記地中障害物の手前まで掘進する工程を含み、
   前記第３の工程は、前記第１の掘進機の後方に構築された前記管路または前記トンネルと、前記第２の掘進機の後方に構築された前記管路または前記トンネルと、を地中接合する工程を含む
   管路またはトンネルの構築方法。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の管路又はトンネルの構築方法であって、
   前記第２の掘進機は、流体を超高圧で噴射して前記地中障害物を切断するための超高圧噴射ノズルを備え、
   前記第２の工程は、前記超高圧噴射ノズルから前記流体を噴射して前記地中障害物を切断する工程を含む
   管路またはトンネルの構築方法。
7. 請求項６に記載の管路又はトンネルの構築方法であって、
   前記第２の掘進機は、前記超高圧噴射ノズルから地盤改良材を噴射可能に構成され、
   前記第２の工程は、前記地中障害物の切断の前に、前記超高圧噴射ノズルから前記地盤改良材を噴射して前記地中障害物の周囲を地盤改良する工程を含む
   管路またはトンネルの構築方法。

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