JP2019190031A - オープンシールド機の前進方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オープンシールド機は、コンクリート函体や後方に反力を取らずにオープンシールド機を前進できるので、反力壁を設けた発進坑が不要となり、また、コンクリート函体を傷めるおそれも少なく、かつ、敷設するコンクリート函体の形状によらず、また、高土被りで、地下水を含む計画であっても施工が可能となる。【解決手段】オープンシールド機１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、シールド機１を前進させる工程と、シールド機１のテール部３内に新たなコンクリート函体８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１は前方からのけん引部材２２でけん引して前進させる。【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でのオープンシールド機の前進方法に関するものである。

周知のごとくオープンシールド工法は、開削工法（オープン工法）とシールド工法の長所を生かした合理性に富む工法であり、このオープンシールド工法では、シールド機を前方の機体の後端に後方の機体の前端が嵌入して、相互の嵌合部で屈曲可能としてカーブ施工を可能としたり、方向修正を行えるようにしたものがある。

その一例を説明すると、オープンシールド機１は、図１８に示すように基本的には左右の側壁板１ａ，１ｂとこれら側壁板１ａ，１ｂと同程度の長さでその間を連結する底板１ｃ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は図１９に示すように機体を前後方向で複数に分割し、フロント部２としての前方の機体の後端にテール部３としての後方の機体の前端が嵌入して、相互の嵌合部で屈曲可能とした。

フロント部２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４を左右によせて、また上下複数段に配設している。

これに対してテール部３はコンクリート函体８の設置を行うもので、機体内で前部に後方へ向けてシールドジャッキ５を左右によせて、また上下複数段に配設したジャッキ部１７と、その後方でスペースを確保した函体吊下し部１８を構成している。

図中６はフロント部２の前端に設けた可動分割刃口、７はテール部３の後端に設けた側方土留板、９はストラット、１０はプレスバー（押角）である。

このようなオープンシールド機１を使用するオープンシールド工法は、図２０〜図２３に示すように、発進坑と到達坑との間で施工される。発進坑１１内で前記オープンシールド機を組立て、発進坑１１の前の地盤を地上に設置したシャベル系の掘削機１２で掘削し、該オープンシールド機１のシールドジャッキ５を伸長して発進坑１１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８を上方から吊り降し、オープンシールド機１のテール部３内で縮めたシールドジャッキ５の後方にストラット９およびプレスバー１０とともにセットする。

また、発進坑１１はシートパイル等の土留壁で構成し、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等で発進坑１１の前方部分に地盤改良を施しておくこともある。

次いで、同様に掘削機１２でフロント部２の前面又は上面から土砂を掘削し、かつ排土してオープンシールド機１を前進させ、前記第１番目のコンクリート函体８の前に第２番目のコンクリート函体８をテール部３内に吊り降す。

以下、同様の掘進及びコンクリート函体８のセット工程を繰返して、順次コンクリート函体８を縦列に地中に埋設し、後方のコンクリート函体８上にダンプ１４で埋戻しを施し、オープンシールド機１が到達坑１３まで達したならばこれを分解・撤去して工事を完了する。図中１５はグラウト機である。

ところで、オープンシールド機１の掘進はシールドジャッキ５を伸長だけでなく、このシールドジャッキ５を固定して中折ジャッキ４の伸長でテール部３に対してフロント部２を進めることでも行なわれ、シールドジャッキ５と中折ジャッキ４との２段階で押し進める。

その際、中折ジャッキ４のうち、左右いずれかを多く伸長させればフロント部２はその反対側に向きを変え、その方向に曲がる。また、上下いずれかを多く伸長させればフロント部２はその反対側に向きを変え、上向きまたは下向きに曲がる。このようにしたカーブ施工または方向修正が可能である。

このように従来のオープンシールド工法およびオープンシールド機では、発進に反力をとるための反力壁を必要とするので、反力壁を設けた発進坑を形成しなければならない。

しかも、地中に残置したコンクリート函体８に反力をとって前進するもので、コンクリート函体８はオープンシールド機１の前進のための反力体となり、ジャッキの推力を受けるので、クラックが入り易く、強度が要求される。このクラックの発生は曲線施工を行う際に、左右に推進ジャッキの伸長度が異なり、アンバランスな外力をコンクリート函体８に加える場合に起こり易い。その結果、鉄筋量を多くすることや、鋼板で表面を被覆するなど高価なものとなる。

さらに、敷設するコンクリート函体８の形状等により、コンクリート函体８を反力として、オープンシールド機１の推進が出来ない場合に、施工が不可能となる。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、コンクリート函体や後方に反力を取らずにオープンシールド機を前進できるので、反力壁を設けた発進坑が不要となり、また、コンクリート函体を傷めるおそれも少なく、かつ、敷設するコンクリート函体の形状によらず、また、高土被りで、地下水を含む計画であっても施工が可能となるオープンシールド機の前進方法を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するため請求項１記載の発明は、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、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前方からのけん引部材でけん引して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、オープンシールド機は前方からのけん引部材でけん引して前進させるので、反力壁を設けた発進坑が不要となり、反力壁の分短い発進坑で施工が可能である為、施工性がよく経済的である。また、コンクリート函体に反力を取ることがないので、コンクリート函体を傷めるおそれも少ないものである。

このように、敷設するコンクリート函体の形状等により、コンクリート函体を反力として、シールド機の推進が出来ない場合には、裏込注入タイプ、裏込注入なしタイプ、推進タイプの施工が不可能なることが解消できる。

なお、オープンシールド工法において、オープンシールド機が自走タイプであれば、前記のような場合でも施工可能であるが、この自走タイプでは、地下水を含む計画や、構造物が近接する狭あい箇所においては適応できないもので、本発明によれば、それが可能となる。

請求項２記載の本発明は、コンクリート函体は最前列のものと少なくも１，２個後方のものを束ねることを要旨とするものである。

オープンシールド機のテール部内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した後にオープンシールド機をけん引により前進させる際に、コンクリート函体を残してオープンシールド機のみを進める必要があるが、オープンシールド機で引きずられてコンクリート函体が前に動いてしまうおそれがある。

請求項２記載の本発明によれば、コンクリート函体は最前列のものと少なくも１，２個後方のものを束ねることで、吊り降ろしたコンクリート函体は後方のコンクリート函体と一体となり動いてしまうことを防止できる。

請求項３記載の本発明は、コンクリート函体の束ねは、コンクリート函体は最前列の端面に押さえ部材を配置し、この押さえ部材からの索条を後方のコンクリート函体に係止して行う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、コンクリート函体の束ねを押さえ部材を索条とで簡単かつ迅速に行うことができる。

請求項４記載の本発明は、けん引部材は、到達坑に設ける反力壁に固定されることを要旨とするものである。

請求項４記載の本発明によれば、到達坑からオープンシールド機をけん引部材でけん引して前進させることができる。

請求項５記載の本発明は、けん引部材は、改修を行う既設地中構造物に固定されることを要旨とするものである。

請求項５記載の本発明によれば、既設水路の改修を行う場合などにおいて、到達坑がない場合でも、改修を行う既設地中構造物からオープンシールド機をけん引部材でけん引して前進させることができる。

請求項６記載の本発明は、けん引部材は、ＰＣより線であり、一端はけん引ジャッキに挿通され、くさびによる定着具で固定され、他端はくさびによる定着具で固定することを要旨とするものである。

請求項６記載の本発明によれば、けん引部材にＰＣより線を用いることで、けん引ジャッキと定着具の組み合わせで、効果的にけん引を行うことができ、これらけん引ジャッキと定着具の組み合わせはいずれか一方をけん引部材の前側端部、他方を後側端部には配置することで、双方入れ替えてもけん引が可能となる。

請求項７記載の本発明は、けん引ジャッキは、オープンシールド機にセットすることを要旨とするものである。

請求項７記載の本発明によれば、けん引ジャッキは、オープンシールド機にセットしてけん引できる。

請求項８記載の本発明は、けん引ジャッキは、オープンシールド機前方の到達坑に設ける反力壁または既設地中構造物でけん引部材端部にセットすることを要旨とするものである。

請求項８記載の本発明によれば、けん引ジャッキは、オープンシールド機前方の到達坑に設ける反力壁または既設地中構造物でけん引部材端部にセットしてけん引できる。

請求項９記載の本発明は、コンクリート函体押さえ部材は、オープンシールド機の側板、底板に接合させ、コンクリート函体の側底部に充填する充填材料の型枠を兼用させることを要旨とするものである。

請求項９記載の本発明によれば、押さえ部材はコンクリート函体側底部をグラウト材や基礎砕石、埋戻し土砂を充填する場合において、充填材の型枠の役割を果たす為、充填材がテール部前方に流出することを防止することができる。

請求項１０記載の本発明は、けん引ジャッキは少なくともオープンシールド機の断面方向、左右上下の４台以上を配置しシールド機の推進を行うことを要旨とするものである。

請求項１０記載の本発明によれば、また、けん引ジャッキを断面方向上下左右４箇所以上に設けることで、シールド機推進の方向精度を保ちながら施工することが可能となる。

以上述べたように本発明のオープンシールド機の前進方法は、オープンシールド機は、コンクリート函体や後方に反力を取らずにオープンシールド機を前進できるので、反力壁を設けた発進坑が不要となり、また、コンクリート函体を傷めるおそれも少なく、かつ、敷設するコンクリート函体の形状によらず、また、高土被りで、地下水を含む計画であっても施工が可能となるものである。

本発明のオープンシールド機の前進方法の１実施形態を示す側面図である。 本発明のオープンシールド機の前進方法の１実施形態を示す平面図である。 図３のＡ−Ａ線矢視図である。 図３のＢ−Ｂ線矢視図である。 図３のＣ−Ｃ線矢視図である。 本発明のオープンシールド機の前進方法を用いたオープンシールド工法の第１工程を示す平面図である。 本発明のオープンシールド機の前進方法を用いたオープンシールド工法の第１工程を示す側面図である。 本発明のオープンシールド機の前進方法を用いたオープンシールド工法の第２工程を示す平面図である。 本発明のオープンシールド機の前進方法を用いたオープンシールド工法の第２工程を示す側面図である。 本発明のオープンシールド機の前進方法を用いたオープンシールド工法の第３工程を示す平面図である。 本発明のオープンシールド機の前進方法を用いたオープンシールド工法の第３工程を示す側面図である。 本発明のオープンシールド機の前進方法を用いたオープンシールド工法の第４工程を示す平面図である。 本発明のオープンシールド機の前進方法を用いたオープンシールド工法の第４工程を示す側面図である。 本発明のオープンシールド機の前進方法を用いたオープンシールド工法の第５工程を示す平面図である。 本発明のオープンシールド機の前進方法を用いたオープンシールド工法の第４工程を示す側面図である。 本発明のオープンシールド機の前進方法の他の実施形態を示す側面図である。 本発明のオープンシールド機の前進方法の他の実施形態を示す平面図である。 オープンシールド機の概要を示す縦断正面図である。 オープンシールド機の概要を示す縦断側面図である。 オープンシールド工法の第１工程を示す側面図である。 オープンシールド工法の第２工程を示す側面図である。 オープンシールド工法の第３工程を示す側面図である。 オープンシールド工法の第４工程を示す側面図である。

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は本発明のオープンシールド機の前進方法の１実施形態を示す側面図、図２は同上平面図で、前記従来例を示す図１６、１７と同一構成要素には同一参照符号を付したものである。

本発明のオープンシールド機１も全体構成として基本的には図１８に示すように、左右の側壁板１ａ，１ｂとこれら側壁板１ａ，１ｂと同程度の長さでその間を連結する底板１ｃ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は図１、図２に示すように機体を前後方向で複数に分割し、フロント部２としての前方の機体の後端にテール部３としての後方の機体の前端が嵌入して、相互の嵌合部で屈曲可能とした。

フロント部２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４を左右によせて、また上下複数段に配設している。

これに対してテール部３はコンクリート函体８の設置を行うもので、函体吊下し部１８を構成している。なお、オープンシールド機１はシールドジャッキを設けていない。

図中６はフロント部２の前端に設けた可動分割刃口である。

オープンシールド機１はテール部３にシールドジャッキの替わりにセンターホール式のけん引ジャッキ１９を左右によせてかつ上下２段に配設した。

けん引ジャッキ１９は少なくともオープンシールド機の断面方向、左右上下の４台以上を配置しシールド機の推進を行う。

このようにけん引ジャッキ１９を断面方向上下左右４箇所以上に設けることで、オープンシールド機１の方向精度を保ちながら施工することが可能となる。

このけん引ジャッキ１９を設けるにあたって、テール部３に反力補強部材としての反力壁２０を左右から張出すように備え付け、けん引ジャッキ１９はこの反力壁２０に取り付ける。図中２１は反力壁２０の補強用コーナー棚である。

図中２２はＰＣより線によるけん引部材で、その一端はけん引ジャッキ１９に挿通され、くさびによる定着具２３で固定される。

このＰＣより線によるけん引部材２２は配設した塩ビ管によるさや管２４の中を通り、到達坑１３まで導かれ、到達坑１３に設ける土留め材２５による反力壁にくさびによる定着具２６で固定される。

なお、図示は省略するが、他の実施形態として、前記ＰＣより線によるけん引部材２２に設けるけん引ジャッキ１９とくさびによる定着具２３、およびくさびによる定着具２６は、これらを入れ替えて、オープンシールド機１側にくさびによる定着具２６を設け、到達坑１３側にけん引ジャッキ１９とくさびによる定着具２３を設けてもよい。

図中２７は、コンクリート函体は最前列のものと少なくも１，２個後方のものを束ねる束ね装置で、コンクリート函体８の最前列の端面に設置する押さえ部材（プレスバー）２８と、ＰＣより線またはＰＣ鋼棒による索条２９と、コンクリート函体８に設ける固定用ブラケット３０とからなる。

押さえ部材（プレスバー）２８は枠体として構成され、その端部はオープンシールド機１の内周で側板や底板に接合して、オープンシールド機１の側板、底板に接合させ、コンクリート函体８の側底部に充填する充填材料の型枠を兼用させる。

また、索条２９はその一端は押さえ部材（プレスバー）２８にくさび３１で固定され、他の一端は固定用ブラケット３０にくさび３１で固定される。固定用ブラケット３０はインサートによるブラケット固定用ボルトでコンクリート函体８に取り付ける。

次に、本発明の本発明のオープンシールド機の前進方法を用いたオープンシールド工法について説明する。

図６、図７は第１工程を、図８、図９は第２工程を、図１０、図１１は第３工程を、図１２、図１３は第４工程を、図１４、図１５は第５工程を示すもので、発進坑１１と到達坑１３との間で施工される。

施工に先立ち、到達坑１３に設ける土留め材２５による反力壁を形成し、また、発進坑１１から到達坑１３に向けて塩ビ管によるさや管２４を掘進させ、このさや管２４を発進坑１１から到達坑１３に届くまで配設する。図中３２はさや管２４を掘進させるための小口径先導刃口、３３はジャッキを用いる元押し設備である。３４は支圧壁を示す。

そして、ＰＣより線によるけん引部材２２をその一端を定着具２６で到達坑１３の土留め材２５に固定し、さや管２４を通して発進坑１１まで導いておく。

下の段のさや管２４の配設が終了したならば、上の段のさや管２４を配設するが、土被りが浅い場合には、図８、図９に示すように土被りが浅い場合にはバックホー３５による開削で設置してもよい。

図１０、図１１に示すように発進坑１１内で前記オープンシールド機を組立て発進坑１１の前の地盤を地上に設置したシャベル系の掘削機で掘削し、該オープンシールド機１をけん引ジャッキ１９で前進させる。

また、発進坑１１はシートパイル等の土留壁で構成し、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等で発進坑１１の前方部分に地盤改良を施しておくこともある。

かかるオープンシールド機１をけん引ジャッキ１９での前進は、くさびによる定着具２３でけん引ジャッキ１９にけん引部材２２を固定したままで、けん引ジャッキ１９を伸長してオープンシールド機１を押し出すものであり、結果として、オープンシールド機１はけん引部材２２で前方にけん引される。

また、オープンシールド機１を前進させる分だけ、さや管２４は切断等で除去する。

押出後は、けん引ジャッキ１９を縮小し、定着具２３を盛替えて再度、押出・けん引に備える。

オープンシールド機１をけん引部材２２でけん引して前進させたならば、地下構造物を形成する第１番目のコンクリート函体８を上方から吊り降し、オープンシールド機１のテール部３内で縮めたけん引ジャッキ１９の後方にセットする。

次いで、同様に掘削機１２でフロント部２の前面又は上面から土砂を掘削し、かつ排土してオープンシールド機１を前進させ、前記第１番目のコンクリート函体８の前に第２番目のコンクリート函体８をテール部３内に吊り降す。

以下、同様の掘進及びコンクリート函体８のセット工程を繰返して、順次コンクリート函体８を縦列に地中に埋設していく。

コンクリート函体８はオープンシールド機１の前進とともにオープンシールド機１から出るまでは前に動いてしまうおそれがあるが、束ね装置２７で最前列のものと少なくも１，２個後方のものを束ねることで、オープンシールド機１内にあるコンクリート函体８はオープンシールド機１外の後方のコンクリート函体８に拘束され、前に動いてしまうことを防止できる。

束ね装置２７のセットは、吊り下したコンクリート函体８の前に押さえ部材（プレスバー）２８を配置し、この押さえ部材（プレスバー）２８からの索条２９を後方のコンクリート函体８の固定用ブラケット３０に係止めることにより行う。

この束ね装置２７も固定用ブラケット３０の盛替えで、コンクリート函体８の増加ともに前に移動していく。

この押さえ部材（プレスバー）２８が、オープンシールド機１の側板、底板に接合させ、コンクリート函体の側底部に充填する充填材料の型枠を兼用させる場合は、コンクリート函体８の側底部をコンクリート函体側底部充填グラウト材３８や基礎砕石、埋戻し土砂を充填する場合において、充填材の型枠の役割を果たす為、充填材がテール部前方に流出することを防止することができる。

図１４、図１５に示すようにオープンシールド機１が到達坑１３まで達したならばこれを分解・撤去して工事を完了する。

ところで、オープンシールド機１の掘進はシールドジャッキ５を伸長だけでなく、このシールドジャッキ５を固定して中折ジャッキ４の伸長でテール部３に対してフロント部２を進めることでも行なわれ、シールドジャッキ５と中折ジャッキ４との２段階で押し進める。

その際、中折ジャッキ４のうち、左右いずれかを多く伸長させればフロント部２はその反対側に向きを変え、その方向に曲がる。また、上下いずれかを多く伸長させればフロント部２はその反対側に向きを変え、上向きまたは下向きに曲がる。このようにしたカーブ施工または方向修正が可能である。

前記他の実施形態としてＰＣより線によるけん引部材２２に設けるけん引ジャッキ１９とくさびによる定着具２３、およびにくさびによる定着具２６は、これらを入れ替えた場合も同様であり、オープンシールド機１をけん引ジャッキ１９で前進させる手順に相違はない。

図１６、図１７は他の実施形態を示すもので、既設水路などの既設地中構造物３６があり、これをコンクリート函体８による新設の水路に置き換える改修工事を行う場合である。

この場合は、到達坑１３を設けずに、既設地中構造物３６にブラケット３７を取付け、ここにくさびによる定着具２６を設置して、ＰＣより線によるけん引部材２２を固定する。

もしくは、前記ブラケット３７にけん引ジャッキ１９とくさびによる定着具２３を設置して、ＰＣより線によるけん引部材２２を固定する。

このようにして、既設地中構造物３６からオープンシールド機１をけん引部材２２でけん引して前進させることができる。

オープンシールド機１の前進に伴い既設地中構造物３６は順次解体撤去していくが、必要に応じてブラケット３７は前方に盛り替える。

１…オープンシールド機
１ａ，１ｂ…側壁板 １ｃ…底板
２…フロント部 ３…テール部
４…中折ジャッキ ５…シールドジャッキ
６…可動分割刃口 ７…側方土留板
８…コンクリート函体 ９…ストラット
１０…プレスバー １１…発進坑
１２…掘削機 １３…到達坑
１４…ダンプ １５…グラウト機
１７…ジャッキ部 １８…函体吊下し部
１９…けん引ジャッキ ２０…反力壁
２１…補強用コーナー棚 ２２…けん引部材
２３…定着具 ２４…さや管
２５…土留め材 ２６…定着具
２７…束ね装置 ２８…押さえ部材（プレスバー）
２９…索条 ３０…固定用ブラケット
３１…押さえ部材定着具 ３２…小口径先導刃口
３３…元押し設備 ３４…支圧壁
３５…バックホー ３６…既設地中構造物
３７…ブラケット ３８…コンクリート函体側底部充填グラウト材

Claims (10)

1. 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、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前方からのけん引部材でけん引して前進させることを特徴としたオープンシールド機の前進方法。
2. コンクリート函体は最前列のものと少なくも１，２個後方のものを束ねる請求項１記載のオープンシールド機の前進方法。
3. コンクリート函体の束ねは、コンクリート函体は最前列の端面に押さえ部材を配置し、この押さえ部材からの索条を後方のコンクリート函体に係止して行う請求項２記載のオープンシールド機の前進方法。
4. けん引部材は、到達坑に設ける反力壁に固定される請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のオープンシールド機の前進方法。
5. けん引部材は、改修を行う既設地中構造物に固定される請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のオープンシールド機の前進方法。
6. けん引部材は、ＰＣより線であり、一端はけん引ジャッキに挿通され、くさびによる定着具で固定され、他端はくさびによる定着具で固定する請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のオープンシールド機の前進方法。
7. けん引ジャッキは、オープンシールド機にセットする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のオープンシールド機の前進方法。
8. けん引ジャッキは、オープンシールド機前方の到達坑に設ける反力壁または既設地中構造物でけん引部材端部にセットする請求項６記載のオープンシールド機の前進方法。
9. コンクリート函体押さえ部材は、オープンシールド機の側板、底板に接合させ、
   コンクリート函体の側底部に充填する充填材料の型枠を兼用させる請求項３記載のシールド機の前進方法。
10. けん引ジャッキは少なくともオープンシールド機の断面方向、左右上下の4台以上を配置しシールド機の推進を行う請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のシールド機の前進方法。

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