JP2019007191A - オープンシールド工法およびそれに使用するコンクリート函体 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリート函体の挙動に追従できる可撓継手とする場合に合体目地溝内に充填した目地材は硬化後ゴム弾性状となるものなのでコンクリート函体が変位しても伸展し、しかも止水の確保を確実になすことができるオープンシールド工法およびそれに使用するコンクリート函体を提供する。【解決手段】コンクリート函体の内方端面に開口拡径部を有する目地溝を形成してこの開口拡径部にはバックアップ材を配しておき、既設のコンクリート函体に対して新たなコンクリート函体をオープンシールド機のテール部内に吊り降して接続する際に、コンクリート函体相互で形成する前記合体目地溝内に充填時に液状で硬化後弾性状となる弾性目地材を充填し、ついでバックアップ材を撤去してその後に止水目地材を充填し、該止水目地材を介して弾性目地材をコンクリート函体に付着させる。【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およびそれに使用するコンクリート函体に関する。

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生かした合理性に富む工法で、上部開放型シールド機（オープンシールド機）を使用して推進させ土砂崩壊を防ぎながら、その内部で函体布設を行う工法である。

図１０、図１１にその概略を示すと、図中１はオープンシールド機で、これ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、後面及び上面を開口したシールド機である。

該オープンシールド機１は、機体を前後方向で複数に分割し、フロント部１ａとしての前方の機体の後端にテール部１ｂとしての後方の機体の前端が嵌入して、相互の嵌合部で中折れ部２を形成して屈曲可能としている。

フロント部１ａは主として掘削を行うもので、前端と上面を開放面としてあり、機体内で後部に後方へ向けて中折ジャッキを左右によせて、また上下複数段に配設した。

これに対してテール部１ｂはコンクリート函体４の設置を行うもので、底板５を有し、機体内で前部に後方へ向けて推進ジャッキ(シールドジャッキ)３を左右によせて、また上下複数段に配設している。

図中６はフロント部１ａの前端に設けたスライド土留板、８はプレスバー（押角）である。

次に、このようなオープンシールド機１を用いたオープンシールド工法について説明すると、図示は省略するが、発進立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の推進ジャッキ３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をクレーン等の揚重機１４により上方から吊り降し、オープンシールド機１のテール１ｂ部内で縮めた推進ジャッキ３の後方にセットする。

ショベル等の掘削機７でオープンシールド機１の前面又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推進ジャッキ３を伸長してオープンシールド機１を前進させる。

そして前記第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１ｂ内に吊り降す。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の上面に埋戻しを施す。

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１ｂ内に吊り降す際には、コンクリートブロック等による高さ調整材をコンクリート函体４下に配設し、このテール部１ｂ内でコンクリート函体４の左右および下部の空隙に瞬結性グラウト材を用いた裏込注入材９を充填して一次注入を行い、さらに、オープンシールド機１の前進後、二次注入として、コンクリート函体４の内側からグラウトホールにより、外側に裏込注入材９を注入する。

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。

ところで、地中に縦列に埋設されるコンクリート函体４は、既設のコンクリート函体４に対して新たなコンクリート函体４をオープンシールド機１のテール部１ｂ内に吊り降した際に定着ボルトで締結していき、定着部１０が形成される。

定着部１０を形成するコンクリート函体４同士の接続は、図示は省略するがコーナー部に前後方向の貫通孔を設け、長ボルト等のＰＣ鋼棒の緊結をもって縦列に並ぶものを接続していく。

ところで、かかるコンクリート函体４による地中構造物では、地震等の耐震対策や軟弱地盤における地盤沈下対策として、コンクリート函体４同士の接続を可撓継手とすることが要求される。

下記特許文献はオープンシールド工法の特殊性を考慮して、オープンシールド工法の施工時（函体据付時）は函体と函体のずれ防止用に定着ボルトを締付定着でき、函体に反力が必要なくなったときにボルト定着部を緩めて可撓継手とすることができるとともに、止水性はいずれの場合でも確保できるオープンシールド工法を提供するものとして提案されたものである。
特開２０１６−２０５０３４号公報

この特許文献１は、コンクリート函体の端面に帯状シール材を貼設し、既設のコンクリート函体に対して新たなコンクリート函体をオープンシールド機のテール部内に吊り降して接続する際に、コンクリート函体相互を定着ボルトで締結してシール材相互を圧接させ、コンクリート函体に反力が必要なくなった時に定着ボルトを緩め、緩衝材を介在させて定着ボルトを固定し、ボルト端部周囲に無収縮モルタルを充填して可撓継手として形成するものである。

コンクリート函体の接続部の止水に関しては、コンクリート函体相互で形成する合体目地溝内に充填した目地材で止水が確保できるが、出願人は先にオープンシールド工法の施工時（函体据付時）は函体と函体のずれ防止用に定着ボルトを締付定着でき、函体に反力が必要なくなったときにボルト定着部を緩めて可撓継手とすることができるとともに、止水性はいずれの場合でも確保できるオープンシールド工法として出願した。（特願２０１４−２１１４６６号）

これは図１３に示すようにコンクリート函体４の内方端面に目地溝２０ａを形成し、コンクリート函体４が相互に接続する際にはこれら目地溝２０ａ同士で合体目地溝２０が形成されるようにしてあり、目地溝２０ａはコンクリート函体４の接合面の内周縁に形成する凹溝であり、側壁面Ａと底部面Ｂがある２面開放の溝である。

この目地溝２０ａ同士が合わさって形成される合体目地溝２０は一面のみが開放面となる断面コ字形の溝となる。

さらに、コンクリート函体４の接続の際には、合体目地溝２０内にバックアップ材２３と弾性目地材２４を充填してシールする。

弾性目地材２４は硬化後ゴム弾性状となるものなので図１３に示すように、コンクリート函体が変位し、目地間隔が広がった場合でも伸展して隙間に追従し、止水の確保は継続できるはずであるが、目地部への接着性の確保が確実でなく、コンクリート函体の変位に追従性と止水性を両立させるのが困難であった。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、コンクリート函体の挙動に追従できる可撓継手とする場合に合体目地溝内に充填した目地材は硬化後ゴム弾性状となるものなのでコンクリート函体が変位しても伸展し、しかも止水の確保を確実になすことができるオープンシールド工法およびそれに使用するコンクリート函体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、オープンシールド工法としては、第１に、左右側壁板の内側に推進ジャッキを配設し、前面、後面及び上面を開口したオープンシールド機の前面又は上面開口より前方の土砂を掘削排土する工程と、推進ジャッキを伸長して左右側板と上床板と下床板とからなるコンクリート函体を反力にしてシールド機を前進させる工程と、シールド機のテール部内で縮めた推進ジャッキの後方に新たなコンクリート函体を上方から吊り降して既設コンクリート函体に接合する据え付け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、コンクリート函体の内方端面に開口拡径部を有する目地溝を形成してこの開口拡径部にはバックアップ材を配しておき、既設のコンクリート函体に対して新たなコンクリート函体をオープンシールド機のテール部内に吊り降して接続する際に、コンクリート函体相互で形成する前記合体目地溝内に充填時に液状で硬化後弾性状となる弾性目地材を充填し、ついでバックアップ材を撤去してその後に止水目地材を充填し、該止水目地材を介して弾性目地材をコンクリート函体に付着させること、第２に、合体目地溝の底部にはそれぞれのコンクリート函体の目地溝に跨らせてバックアップ材を配設し、弾性目地材はそれぞれのコンクリート函体の目地溝の側面を中心に接着させることを要旨とするものである。

オープンシールド工法に使用するコンクリート函体としては、左右側壁板の内側に推進ジャッキを配設し、前面、後面及び上面を開口したオープンシールド機の前面又は上面開口より前方の土砂を掘削排土する工程と、推進ジャッキを伸長して左右側板と上床板と下床板とからなるコンクリート函体を反力にしてシールド機を前進させる工程と、シールド機のテール部内で縮めた推進ジャッキの後方に新たなコンクリート函体を上方から吊り降して既設コンクリート函体に接合する据え付け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使用するコンクリート函体であり、コンクリート函体は内方端面に開口拡径部を有する目地溝を形成してあり、相互接続するコンクリート函体は、函体相互で形成する前記合体目地溝内に充填時に液状で硬化後弾性状となる弾性目地材を充填し、開口拡径部に充填する止水目地材を介して弾性目地材をコンクリート函体に付着させたことを要旨とするものである。

請求項１および請求項３記載の本発明によれば、コンクリート函体の接続部の止水に関しては、オープンシールド工法の施工時（函体据付時）は函体と函体のずれ防止用に定着ボルトを締付定着して、かつ、コンクリート函体相互で形成する合体目地溝内に充填した目地材で止水が確保できる。

一方、函体に反力が必要なくなったときにボルト定着部を緩めて、コンクリート函体の挙動に追従できる可撓継手とする場合に合体目地溝内に充填した目地材は硬化後ゴム弾性状となるものなのでコンクリート函体が変位しても伸展し、その際、弾性目地材と止水目地材との２連構造の止水となり、かつ、止水目地材を介して弾性目地材はコンクリート函体に付着した状態となるので、止水の確保は継続できる。

請求項２記載の本発明は、合体目地溝の底部にはそれぞれのコンクリート函体の目地溝に跨らせてバックアップ材を配設し、目地材はそれぞれのコンクリート函体の目地溝の側面にのみ接着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、目地材の接着面は合体目地溝のそれぞれのコンクリート函体の目地溝の面になるが、合体目地溝の底部を形成するそれぞれのコンクリート函体の目地溝の面にはバックアップ材を介在しているため接触せず、地震時の函体変位に追従しやすいものとなる。

以上述べたように本発明のオープンシールド工法およびそれに使用するコンクリート函体は、コンクリート函体の挙動に追従できる可撓継手とする場合に合体目地溝内に充填した目地材は硬化後ゴム弾性状となるものなのでコンクリート函体が変位しても伸展し、しかも止水の確保を確実になすことができるものである。

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〜図６は本発明のオープンシールド工法およびそれに使用するコンクリート函体の１実施形態を示す各工程の説明図で、図中４はオープンシールド工法において使用するコンクリート函体を示す。

コンクリート函体４は鉄筋コンクリート製またはＰＣコンクリート製のもので、先に説明した図７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、前後面が開口として開放されている。

さらに、コンクリート函体４は相互に接合する場合のインサート（ボルト挿入孔）１２を設け、このインサート（ボルト挿入孔）１２から先は図８に示すようにシース孔１６として形成され、その先に定着部１０が形成されるための箱抜き穴がある。

また、コンクリート函体４は地下構造物として耐震性を持たせるため可撓継手とするもので、本発明は、コンクリート函体４間にゴム等のクッション材１１を介在させ、かつ、ゴムパッキング等による帯状シール材１３を配設している。

クッション材１１は、コンクリート函体４の左側板４ａ、右側板４ｂの端面を上下に沿って覆うものとして、幅広の帯板である。

シール材１３は、コンクリート函体４の端面に形成する周方向に伸びる浅い溝に貼設する断面矩形の帯状シール材で、弾性圧縮性がある。

また、図１に示すようにコンクリート函体４の内方端面に目地溝２０ａを形成し、コンクリート函体４が相互に接続する際にはこれら目地溝２０ａ同士で合体目地溝２０が形成されるようにした。この目地溝２０ａ同士が合わさって形成される合体目地溝２０は一面のみが開放面となる断面コ字形の溝となる。

前記目地溝２０ａ同士で合体目地溝２０は、コンクリート函体は内方端面に開口拡径部２７を有する。

この開口拡径部２７を含む目地溝２０ａはコンクリート函体４の接合面の内周縁に形成する凹溝であり、側壁面と底部面がある２面開放の溝である。

なお、オープンシールド工法の概要については、前記図１０、図１１で説明した通りであり、発進立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の推進ジャッキ３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をクレーン等の揚重機１４により上方から吊り降し、オープンシールド機１のテール１ｂ部内で縮めた推進ジャッキ３の後方にセットする。

ショベル等の掘削機７でオープンシールド機１の前面又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推進ジャッキ３を伸長してオープンシールド機１を前進させる。

そして前記第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１ｂ内に吊り降す。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の上面に埋戻しを施す。

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。

本発明のオープンシールド工法も新たなコンクリート函体４をオープンシールド機のテール部内に吊り降ろして、既設のコンクリート函体４に接続させるもので、位置決めとしてガイドピン挿入孔１５にガイドピン（図示せず）を挿入する。

また、シース孔１６に抜け出し防止用金具として定着ボルトを挿通させ、定着部において定着部プレートを介在させてナットで締結する。

さらに、コンクリート函体４の接続の際（函体敷設時）には、図１に示すようにコンクリート函体４間にゴム等のクッション材１１を介在させるべく、クッション材１１が吊下すコンクリート函体４に端面に貼り付けてあり、また、ゴムパッキング等による帯状シール材１３を既設コンクリート函体４と、吊下すコンクリート函体４に端面に貼り付けておく。

さらに、目地溝２０ａの開口拡径部２７はバックアップ材２５で埋めておく。

掘進時としてナットを仮締めすると、既設のコンクリート函体４に貼り付けてあるクッション材１１はコンクリート函体４同士で挟着され、また、シール材１３は潰れて圧接した状態となる。（圧縮率７８％）なお、シール材１３は矩形断面なので衝合する面は平面同士であり、密接な接合となる。

合体目地溝２０内にバックアップ材２３と弾性目地材２４を充填してシールする。

前記バックアップ材２５やバックアップ材２３には、発泡ポリエチレン材が使用でき、これ自体は接着性をもたないものである。

弾性目地材２４としては、例えば、伸縮性・耐久性を有する変成シリコーン樹脂とエポキシ樹脂の２液を混合させ、硬化後弾性状となり、目地の動きに追従し、かつ止水性を発揮できる目地材を使用するが、目地部への接着性と、充填後地震時のコンクリート函体の変位に追従性を有するものであれば、他の目地材、例えばゴムアスファルト等でも良い。

弾性目地材２４は一例としてセメダイン株式会社の商品名［PM７００LM］が好適である。

バックアップ材２３は弾性目地材２４の三面接着を防止するものであり、合体目地溝２０の底部にそれぞれのコンクリート函体４の目地溝２０ａに跨らせて配設し、弾性目地材２４はそれぞれのコンクリート函体４の目地溝２０ａの開口拡径部２７のバックアップ材２５に挟まれて充填され、側面はコンクリート函体４に接着しない。

掘進が終わりコンクリート函体４に反力が必要なくなった時に定着ボルトを緩め、可撓継手として形成するが、この時、図４に示すように開口拡径部２７のバックアップ材２５は撤去し、図５に示すように、この撤去した空隙部分に止水目地材２６を充填する。

該止水目地材２６はエポキシ樹脂系充填材であり、止水効果を発揮するとともに接着性があり、該止水目地材２６を介して弾性目地材２４はコンクリート函体４に付着される。

このようにして、オープンシールド工法に使用するコンクリート函体４としては、内方端面に開口拡径部２７を有する目地溝２０ａを形成してあり、相互接続するコンクリート函体４は、函体相互で形成する前記合体目地溝２０内に充填時に液状で硬化後弾性状となる弾性目地材２４を充填し、開口拡径部２７に充填する止水目地材２６を介して弾性目地材をコンクリート函体４に付着させたものとなる。

次に、地震時のコンクリート函体４の変位について説明すると、図９に示すように、コンクリート函体４の接続時およびその後に通常時に対して地震時は曲げ状態となってコンクリート函体４相互の継手に開きや圧縮が生じる場合や、抜け状態となって開きを生じる場合がある。

抜け状態の場合は、コンクリート函体４相互が目地が開くように挙動し、曲げ状態の場合もコンクリート函体４相互が目地が開くように挙動する。

弾性目地材２４は硬化後ゴム弾性状となるものなので図６に示すように、コンクリート函体が変位し、目地間隔が広がった場合でも伸展して隙間に追従する。

その際、弾性目地材２４の両脇には止水目地材２６があり、これが止水性能を維持するともに、弾性目地材２４をコンクリート函体４に付着し続ける。

本発明のオープンシールド工法およびそれに使用するコンクリート函体の１実施形態を示す函体敷設時の説明図である。 本発明のオープンシールド工法およびそれに使用するコンクリート函体の１実施形態を示す掘進時の説明図である。 本発明のオープンシールド工法およびそれに使用するコンクリート函体の１実施形態を示す目地処理の第１段階の説明図である。 本発明のオープンシールド工法およびそれに使用するコンクリート函体の１実施形態を示す目地処理の第２段階の説明図である。 本発明のオープンシールド工法およびそれに使用するコンクリート函体の１実施形態を示す目地処理の供用時の説明図である。 本発明のオープンシールド工法およびそれに使用するコンクリート函体の１実施形態を示す地震時の説明図である。 オープンシールド工法に使用するコンクリート函体の斜視図である。 コンクリート函体の側面図である。 地震時のコンクリート函体の変位を示す説明図である。 オープンシールド工法の函体据付時の説明図である。 オープンシールド工法の函体接続時の説明図である。 オープンシールド工法での完成した地下構造物の側面図である。 合体目地溝の従来を示す縦断正面図である。 合体目地溝が開いた状態を示す縦断正面図である。

１…オープンシールド機 １ａ…フロント部
１ｂ…テール部 ２…中折れ部
３…推進ジャッキ(シールドジャッキ)
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…底板 ６…スライド土留板
７…掘削機 ８…プレスバー（押角）
９…裏込注入材 １０…定着部
１１…クッション材 １２…インサート（ボルト挿入孔）
１３…シール材 １４…揚重機
１５…ガイドピン挿入孔 １６…シース孔
２０…合体目地溝 ２０ａ…目地溝
２１…定着部プレート ２２…ナット
２３…バックアップ材 ２４…弾性目地材
２５…バックアップ材 ２６…止水目地材
２７…開口拡径部

Claims (3)

1. 左右側壁板の内側に推進ジャッキを配設し、前面、後面及び上面を開口したオープンシールド機の前面又は上面開口より前方の土砂を掘削排土する工程と、推進ジャッキを伸長して左右側板と上床板と下床板とからなるコンクリート函体を反力にしてシールド機を前進させる工程と、シールド機のテール部内で縮めた推進ジャッキの後方に新たなコンクリート函体を上方から吊り降して既設コンクリート函体に接合する据え付け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、
   コンクリート函体の内方端面に開口拡径部を有する目地溝を形成してこの開口拡径部にはバックアップ材を配しておき、
   既設のコンクリート函体に対して新たなコンクリート函体をオープンシールド機のテール部内に吊り降して接続する際に、コンクリート函体相互で形成する前記合体目地溝内に充填時に液状で硬化後弾性状となる弾性目地材を充填し、ついでバックアップ材を撤去してその後に止水目地材を充填し、該止水目地材を介して弾性目地材をコンクリート函体に付着させることを特徴としたオープンシールド工法。
2. 合体目地溝の底部にはそれぞれのコンクリート函体の目地溝に跨らせてバックアップ材を配設し、弾性目地材はそれぞれのコンクリート函体の目地溝の側面を中心に接着させる請求項１記載のオープンシールド工法。
3. 左右側壁板の内側に推進ジャッキを配設し、前面、後面及び上面を開口したオープンシールド機の前面又は上面開口より前方の土砂を掘削排土する工程と、推進ジャッキを伸長して左右側板と上床板と下床板とからなるコンクリート函体を反力にしてシールド機を前進させる工程と、シールド機のテール部内で縮めた推進ジャッキの後方に新たなコンクリート函体を上方から吊り降して既設コンクリート函体に接合する据え付け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使用するコンクリート函体であり、コンクリート函体は内方端面に開口拡径部を有する目地溝を形成してあり、相互接続するコンクリート函体は、函体相互で形成する前記合体目地溝内に充填時に液状で硬化後弾性状となる弾性目地材を充填し、開口拡径部に充填する止水目地材を介して弾性目地材をコンクリート函体に付着させたことを特徴とするオープンシールド工法に使用するコンクリート函体。