JP2021161797A - 地中発進基地の施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】周辺地盤への影響を低減する地中発進基地の施工方法を提供する。【解決手段】シールドトンネルＹの周囲を囲む円周シールドトンネルＵを構築するための地中発進基地Ｇの施工方法であって、上側が膨らむように湾曲した曲線状に形成された複数の箱形ルーフ部材１１を隣接してシールドトンネルの径方向に曲線状に推進させ地中発進基地の頂板となる箱形ルーフ１０を形成する工程と、下側が膨らむように湾曲した曲線状に形成された複数の箱形底板部材１６を隣接してシールドトンネルの径方向に曲線状に推進させると共に、箱形底板部材の先端を箱形ルーフ部材の先端に到達させ地中発進基地の底板となる箱形底板１５を形成する工程と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、円周シールドマシンの地中発進基地の施工方法に関する。

地中のシールドトンネルの分岐部や合流部には、シールドトンネルの断面積よりも大きい断面積の拡径部が構築される。出願人は、既に地中拡径部の施工方法について提案している（例えば、特許文献１参照）。図４から図６に示されるように、特許文献１に記載された施工方法によれば、本線シールドトンネルＸ及びランプシールドトンネルＹを施工する。ランプシールドトンネルＹの側方に円周シールドマシンの発進用の直方体に形成された地中発進基地Ｗを構築する。

地中発進基地Ｗから円周シールドマシンを発進し、本線シールドトンネルＸ及びランプシールドトンネルＹの円形に囲むように円周シールドトンネルＵを施工する。円周シールドトンネルＵの周方向に沿って本線シールドトンネルＸ及びランプシールドトンネルＹの方向に向かって複数の外殻シールドトンネルＶを施工する。上記工程により地中拡径部Ｚを構築している。

上記の地中発進基地Ｗの構築において、地中発進基地Ｗが構築される周辺の地盤をランプシールドトンネルＹから直交方向に推進管Ｙ１で推進する。そして、推進管Ｙ１から複数の凍結管を地盤に圧入し、地盤を全面的に凍結して凍土Ｔを形成する。凍土Ｔを掘削することで崩落から防護しながら矩形の鋼殻からなる地中発進基地Ｗを施工する。（図５参照）。

特開２０１７−１６６１８９号公報

特許文献１に記載された方法によれば、地中発進基地Ｗの外寸よりも広い範囲の周辺の地盤を凍結する必要がある。更に地中発進基地Ｗの空間を確保するために地盤の解放範囲を大きく掘削する必要がある。この方法では、地山の凍結範囲および掘削による解放範囲が大きくなり、周辺地盤への影響が生じる虞がある。

本発明は、周辺地盤への影響を低減する地中発進基地の施工方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、本発明は、シールドトンネルの周囲を囲む円周シールドトンネルを構築するための地中発進基地の施工方法であって、上側が膨らむように湾曲した曲線状に形成された複数の箱形ルーフ部材を隣接して前記シールドトンネルの径方向に曲線状に推進させ前記地中発進基地の頂板となる箱形ルーフを形成する工程と、下側が膨らむように湾曲した曲線状に形成された複数の箱形底板部材を隣接して前記シールドトンネルの径方向に曲線状に推進させると共に、前記箱形底板部材の先端を前記箱形ルーフ部材の先端に到達させ前記地中発進基地の底板となる箱形底板を形成する工程と、を備えることを特徴とする、地中発進基地の施工方法である。

本発明によれば、複数の箱形ルーフ部材をシールドトンネルの径方向に曲線状に推進させて地中拡径部の頂部となる箱形ルーフを形成すると共に、複数の箱形底板部材をシールドトンネルの径方向に曲線状に推進させて地中拡径部の底部となる箱形底板を形成するため、地盤の露出を最小限にして施工できる。

また、本発明は、推進方向に対して所定の曲率で上側が膨らむように湾曲すると共に、所定の長さに形成された複数の第１推進管を連結して前記箱形ルーフ部材を形成する工程を備えるように構成されていてもよい。

本発明によれば、所定の長さに形成された複数の第１推進管を連結しながら推進することで、狭いシールドトンネル内から箱形ルーフ部材を地盤中に施工できる。

また、本発明は、推進方向に対して所定の曲率で下側が膨らむように湾曲すると共に、所定の長さに形成された複数の第２推進管を連結して前記箱形底板部材を形成する工程を備えるように構成されていてもよい。

本発明によれば、所定の長さに形成された複数の第２推進管を連結しながら推進することで、狭いシールドトンネル内から箱形底板部材を地盤中に施工できる。

また、本発明は、前記箱形ルーフ及び前記箱形底板が施工される周囲の地盤の領域を予め地盤改良する工程を備えるように構成されていてもよい。

本発明によれば、推進工法で掘削する箱形ルーフ及び箱形底板の周囲の地盤を地盤改良するため、地盤改良の範囲を低減し、周囲の地盤への影響を大幅に低減できる。

また、本発明は、前記箱形ルーフと前記箱形底板とに囲まれた地盤を掘削し前記地中発進基地を構築する工程を備えるように構成されていてもよい。

本発明によれば、箱形ルーフと箱形底板とに囲まれた地盤を掘削するため、掘削範囲を低減して周囲の地盤への影響を低減すると共に、地盤の崩落を防止できる。

本発明によれば、地中発進基地を施工する際に周辺地盤への影響を低減できる。

本発明の実施形態に係る円周シールドトンネルの構成を示す図である。 地中発進基地の構成を示す図である。 地中発進基地の施工方法を示す図である。 従来の地中発進基地の施工方法を示す図である。 従来の地中発進基地の施工方法を示す図である。 従来の地中発進基地の施工方法を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る地中発進基地の施工方法の実施形態について説明する。

図１から図３に示されるように、地中発進基地Ｇは、円周シールドトンネルＵを構築するための地中に構築された発進基地である。円周シールドトンネルＵは、地中拡径部を構築するための発進基地である。地中拡径部は、本線シールドトンネルと連結路となるランプシールドトンネルの分岐部又は合流部に構築される地下空間である。本線シールドトンネルＸとランプシールドトンネルＹとは、上下方向や左右方向に分岐又は合流する。

円周シールドマシン（不図示）は、ランプシールドトンネルＹの周囲の地盤においてランプシールドトンネルＹ及び本線シールドトンネルＸの周囲を囲む円形の円周シールドトンネルＵを構築する掘削装置である。円周シールドマシンは、ランプシールドトンネルＹの側方に構築される地中発進基地Ｇ（地中立坑）から発進し、曲線の掘削施工を行って円形に推進し、地中発進基地Ｇに到達して回収される。

地中発進基地Ｇは、周辺地盤への影響を考慮してなるべく小さく構築されることが望ましい。地中発進基地Ｇは、ランプシールドトンネルＹの側面から略水平の径方向に突出して構築される。地中発進基地Ｇは、天井側に設置される箱形ルーフ１０と、床面側に設置される箱形底板１５とにより構築される。

箱形ルーフ１０は、地中発進基地Ｇの頂板である。箱形ルーフ１０は、ランプシールドトンネルＹの周方向の断面方向から見て上側が膨らむように湾曲して形成されている。箱形ルーフ１０は、トンネル軸方向に隣接する複数の箱形ルーフ部材１１により形成されている。箱形ルーフ部材１１は、矩形断面に形成された鋼管である。箱形ルーフ部材１１は、周方向の断面から見て上側が膨らむように湾曲した曲線状の筒状体に形成されている。箱形ルーフ部材１１は、所定の長さで且つ、推進方向に対して所定の曲率で上側が膨らむように形成された複数の推進管１２（第１推進管）が連結されて形成されている。

箱形底板１５は、地中発進基地Ｇの底板である。箱形底板１５は、ランプシールドトンネルＹの周方向の断面方向から見て下側が膨らむように湾曲して形成されている。箱形底板１５は、箱形ルーフ１０を上下反転した形状に形成されている。箱形底板１５は、トンネル軸方向に隣接する複数の箱形底板部材１６により形成されている。箱形底板部材１６は、矩形断面に形成された鋼管である。

箱形底板部材１６は、周方向の断面方向から見て下側が膨らむように湾曲した曲線状の筒状体に形成されている。箱形底板部材１６は、箱形ルーフ部材１１を形成する複数の推進管１２を上下反転して形成されている。即ち、箱形底板部材１６は、所定の長さで且つ、推進方向に対して所定の曲率で下側が膨らむように形成された複数の推進管１２（第２推進管）が連結されて形成されている。

次に、箱形ルーフ１０及び箱形底板１５の施工について説明する。ランプシールドトンネルＹ内において箱形ルーフ１０及び箱形底板１５を構築するための発進基地Ｐが設置される。発進基地Ｐは、ランプシールドトンネルＹのトンネル軸と直交する水平方向の地盤に対して推進管１２を推進させる基地である。

発進基地Ｐは、推進管１２を推進する油圧ジャッキＪと、油圧ジャッキＪを支持する支持部Ｑと、推進管１２を支持する台座Ｄとを備える。油圧ジャッキＪは、所定のストローク長で伸縮する円柱状に形成されたピストンと、ピストンが摺動自在に収容される円筒状に形成されたシリンダとを備える。支持部Ｑは、油圧ジャッキＪが推進管１２を押圧する反力をランプシールドトンネルＹのセグメントＣを介して地盤側に逃すように組まれた枠体である。支持部Ｑは、油圧ジャッキＪが斜め上方向にストロークするように油圧ジャッキＪを支持している。

台座Ｄは、昇降自在なテーブルＤ１と、推進管１２を支持する曲線架台Ｄ２とを備える。テーブルＤ１は、ランプシールドトンネルＹ内に設けられた床面Ｅ上に設置されている。テーブルＤ１は、上下方向の高さが昇降装置により調整自在に形成されている。テーブルＤ１の上には、曲線架台Ｄ２が載置されている。曲線架台Ｄ２は、推進管１２が推進方向に摺動するように組まれた枠体である。曲線架台Ｄ２は、推進管１２の曲率に合わせて湾曲して形成されている。曲線架台Ｄ２は、推進管１２を支持する。曲線架台Ｄ２において、推進管１２が曲線状に摺動する。

１番目に推進される推進管１２Ａが曲線架台Ｄ２にセットされる。この時、油圧ジャッキＪは、短縮された状態である。１番目に推進される推進管１２Ａは、推進管１２の開口した先端の内部に地盤を掘削するための複数のカッターヘッドを有する掘削装置（不図示）が設けられている。推進管１２Ａの内部には、掘削した排土を運搬する排土管（不図示）、カッターヘッドを駆動する油圧ホース（不図示）、滑剤や水を供給するためのホース（不図示）等が通される。排土管や油圧ホースは推進管１２の後端の開口から外部の排土管や油圧ホースに接続される。

推進管１２Ａの推進前にランプシールドトンネルＹのセグメントＣの一部に推進管１２の断面の形状よりも若干大きい開口Ｃ１が形成され、地盤の一部（切羽面）が露出される。露出した地盤から箱形ルーフ部材１１が形成される領域に対して予め凍結工法が施工される。露出した地盤から、凍結工法用の冷却液が循環する凍結管（不図示）が圧入される。凍結管は、例えば、箱形ルーフ部材１１の形状に合わせて曲線状に形成されている。

箱形ルーフ部材１１が形成される領域には、地盤を凍結して凍土Ｔが形成される。即ち、箱形ルーフ部材１１の寸法よりもやや広い範囲の凍土Ｔが形成される。地盤改良には、凍結工法の他、薬液注入が行われてもよい。凍土Ｔが形成されると、油圧ジャッキＪを伸長し、推進管１２Ａの後端を押圧し、推進管１２Ａの先端を開口Ｃ１まで推進させる。油圧ジャッキＪを更に伸長し、推進管１２Ａの先端を開口Ｃ１において露出した地盤の切羽面に押圧する。

この時、推進管１２Ａの掘削装置を稼働させ、地盤の掘削を開始する。その後、油圧ジャッキＪを伸長すると共に、推進管１２Ａの掘削装置を稼働させ、推進管１２Ａを地盤中に推進させる。地盤を掘削して生じる排土は、滑剤、水と混合されてスラリーとなり推進管１２Ａの先端から取り込まれる。スラリーは、推進管１２Ａの内部に敷設された排土管内において圧送され、推進管１２Ａの外部に排出される。

このとき、推進管１２Ａは、上述のように湾曲して形成されているため、自体の曲率に沿ってランプシールドトンネルＹの径方向に曲線状に推進する。推進管１２Ａは、油圧ジャッキの押圧方向に対して地盤中を下方に湾曲するような曲線状に推進する。油圧ジャッキＪが所定の推進長（例えば推進管１２の１本分）に伸長すると、油圧ジャッキを短縮させる。その後、次に推進する推進管１２を推進済みの推進管１２Ａの後端に接続する。この時、排土管やホースを繋ぎ換え、延長する。

接続された推進管１２を同様に油圧ジャッキＪで推進すると共に、推進管１２Ａの掘削装置で地盤を掘削する。同様に、接続された推進管１２が所定の推進長を推進した後、次に推進する推進管１２を推進済みの推進管１２の後端に接続し、推進するという工程を繰り返す。

推進管１２Ａの位置測定には、複数のレーザ測量器を連結した既知の曲線測量装置等が用いられる。推進管１２Ａに設けられた測量用のターゲットが視認できるような曲率であれば通常の光学測量が用いられてもよい。複数の推進管１２が所定数連結されて推進管１２Ａの先端が目標地点まで推進すると箱形ルーフ部材１１が形成される。推進管１２Ａの掘削装置は、箱形ルーフ部材１１の内部に人が入って分解し回収される。推進管１２Ａの掘削装置は、残置されてもよい。上記の推進工法により、狭いランプシールドトンネルＹ内からでも地盤に箱形ルーフ部材１１を構築できる。

箱形ルーフ部材１１に隣接して、同様に箱形ルーフ部材１１が施工される範囲の地盤に凍土Ｔを形成すると共に、推進管１２Ａ、及び複数の推進管１２を推進し、新たな箱形ルーフ部材１１を形成する。同様に箱形ルーフ部材１１を順次隣接して施工し、複数の箱形ルーフ部材１１が隣接してなる箱形ルーフ１０が形成される。

次に箱形底板１５が施工される。箱形底板１５は、基本的に上記複数の箱形ルーフ部材１１を上下反転した複数の箱形底板部材１６により形成される。箱形底板部材１６は、上記の推進管１２Ａ、複数の推進管１２を上下反転して推進する施工方法により形成される。即ち、箱形底板１５の寸法よりもやや広い範囲の凍土Ｔを形成した後、箱形底板部材１６を順次隣接して施工し、複数の箱形底板部材１６が隣接した箱形底板１５が形成される。

箱形ルーフ１０と箱形底板１５が形成された後、ランプシールドトンネルＹにおいて箱形ルーフ１０と箱形底板１５との間のセグメントＣが撤去される。その後、箱形ルーフ１０と箱形底板１５とに囲まれた領域の地盤が掘削され、箱形ルーフ１０と箱形底板１５とに囲まれた空間が形成される。このとき、箱形ルーフ１０と箱形底板１５とに囲まれた領域の地盤を掘削すればよいため、余掘りが必要無く、掘削範囲を低減できる。また、箱形ルーフ１０と箱形底板１５とに囲まれているため、地盤を防護しつつ地中発進基地Ｇ内の空間を掘削できる。

空間の両側における地盤の切羽面には、鉄筋コンクリート製の側壁３０が形成される。側壁３０には、外殻シールドマシン用の円形の開口３１が形成される。このとき、地盤が露出する範囲が空間の両側における地盤の切羽面だけであるので、地盤が露出する範囲を最小限に低減できる。上記工程により、円周シールドトンネルＵを施工するための地中発進基地Ｇが構築される。

地中発進基地Ｇからは、円周シールドマシン（不図示）が発進し、円周シールドトンネルＵが構築される。円周シールドトンネルＵは、隣接した２連で構築される。円周シールドトンネルＵからは、複数の外殻シールドトンネルＶが構築され、外殻シールドが構築される（図４参照）。

上述したように地中発進基地Ｇの施工方法によれば、地山を露出させず地中発進基地の箱形ルーフ１０及び箱形底板１５を構築できる。推進管１２が曲線形状に形成されているため、ランプシールドトンネル内からの推進が可能となる。ランプシールドトンネルの側部の地山露出面積および凍土Ｔ範囲を低減でき、周囲の地盤への影響を低減できる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、地中発進基地の施工方法は、ランプシールドトンネルだけでなく、通常のシールドトンネルの拡径に適用してもよい。また、推進管１２は、矩形断面に形成されているものの他、円形断面に形成されていてもよい。

１０…箱形ルーフ、１１…箱形ルーフ部材、１２…推進管、１２Ａ…推進管、１５…箱形底板、１６…箱形底板部材、３０…側壁、３１…開口、Ｃ…セグメント、Ｃ１…開口、Ｄ…台座、Ｄ１…テーブル、Ｄ２…曲線架台、Ｅ…床面、Ｇ…地中発進基地、Ｊ…油圧ジャッキ、Ｐ…発進基地、Ｑ…支持部、Ｔ…凍土、Ｕ…円周シールドトンネル、Ｖ…外殻シールドトンネル、Ｗ…地中発進基地、Ｘ…本線シールドトンネル、Ｙ…ランプシールドトンネル、Ｙ１…推進管、Ｚ…地中拡径部

Claims (5)

1. シールドトンネルの周囲を囲む円周シールドトンネルを構築するための地中発進基地の施工方法であって、
   上側が膨らむように湾曲した曲線状に形成された複数の箱形ルーフ部材を隣接して前記シールドトンネルの径方向に曲線状に推進させ前記地中発進基地の頂板となる箱形ルーフを形成する工程と、
   下側が膨らむように湾曲した曲線状に形成された複数の箱形底板部材を隣接して前記シールドトンネルの径方向に曲線状に推進させると共に、前記箱形底板部材の先端を前記箱形ルーフ部材の先端に到達させ前記地中発進基地の底板となる箱形底板を形成する工程と、を備えることを特徴とする、
   地中発進基地の施工方法。
2. 推進方向に対して所定の曲率で上側が膨らむように湾曲すると共に、所定の長さに形成された複数の第１推進管を連結して前記箱形ルーフ部材を形成する工程を備えることを特徴とする、
   請求項１に記載の地中発進基地の施工方法。
3. 推進方向に対して所定の曲率で下側が膨らむように湾曲すると共に、所定の長さに形成された複数の第２推進管を連結して前記箱形底板部材を形成する工程を備えることを特徴とする、
   請求項１または２に記載の地中発進基地の施工方法。
4. 前記箱形ルーフ及び前記箱形底板が施工される周囲の地盤の領域を予め地盤改良する工程を備えることを特徴とする、
   請求項１から３のうちいずれか１項に記載の地中発進基地の施工方法。
5. 前記箱形ルーフと前記箱形底板とに囲まれた地盤を掘削し前記地中発進基地を構築する工程を備えることを特徴とする、
   請求項１から４のうちいずれか１項に記載の地中発進基地の施工方法。

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