JP2987501B2 - トンネル到達口の封止装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールド工法によ
るトンネル掘削に際して、掘削機が既設のトンネルとの
接続地点、或いはトンネル建設の中間地点に設けた縦坑
や、終点の坑口位置などに到達したときに、かかる到達
地点に設けた土留め壁体にトンネル本体を確実に接続す
るためのトンネル到達口封止用装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】シールド工法によってトンネルを掘削す
るときは、その到達予定地点に設けた土留め壁体に坑口
を設けてトンネル本体と接続しなければならない。そし
て、トンネルを土圧や湧水などから保護するために覆工
として設けられるトンネル壁体と、土留め壁体とを接続
する際に、ややもすると土砂の流入や出水などの事故が
発生する危険があった。

【０００３】そこで従来は、図６に示すように、トンネ
ル４の先端が土留め壁体１に到達する前に、土留め壁体
１の背後の地盤Ｅに、予め固化用薬液を注入するなどの
方法によって地盤の安定化を行っておき、この安定化地
帯Ｇをシールド式トンネル掘削機３によって掘進して、
土留め壁体１の裏面までトンネル４を到達させたのち、
トンネルの内壁の覆工４ａやシールドの外面と安定化地
帯Ｇとの間に、止水材料等を充填するなどの方法により
止水処理をしていた。

【０００４】そしてこのような止水効果が確認された後
に、土留め壁体１を表面側からハツってトンネルとほぼ
同径の開口部を形成し、掘削機３の前面を露出させてか
ら、掘削機３を土留め壁体１内に貫入させたうえ、シー
ルドの内部の装置類を分解搬出すると共に、シールド筒
３ａと土留め壁体１とをコンクリート等によって結合
し、更にシールド筒３ａの内面にも覆工を施して、土留
め壁体１とトンネル４との接続を完成させる方法が主と
して採用されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来方法に
おいては、土留め壁体の背後の地盤を、薬液注入などの
方法により、広い範囲にわたって安定化しなければなら
ない。そのために、地盤安定の効果の確認を含めて多額
の費用を必要とするうえ、事故発生の予防も万全ではな
かった。そのうえ土留め壁体に開口部を形成するための
ハツり作業量が多く、多大の労力と長い工期がかかると
いう問題もあった。

【０００６】そこで本発明は、シールド工法によるトン
ネル掘削の到達地点に設けた土留め壁体とトンネル本体
とを接続するに際して、土留め壁体近傍の地盤に対する
土質安定化の省略と、作業の大幅な簡略化、及び大幅な
安全化が図れ、しかも工期の短縮と工事費用の低減とが
達成できる、トンネル到達口の封止装置を提供すること
を目的とした。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するこ
とができる本発明のトンネル到達口の封止装置は、少な
くもトンネル到達予定位置部分がトンネル掘削機により
掘削可能な材料で形成された土留め壁体と、該土留め壁
体のトンネル到達口形成予定位置の前面側に一端を封止
結合して設けたトンネル掘削機受入れ用の筒体であっ
て、その下部に膨出した土砂収容部を備えてなるもの
と、該筒体の他端を封鎖可能な蓋体と、該筒体の内部空
間と連通する圧力水導入管とを備えたことを特徴とす
る。

【０００８】かかる本発明のトンネル到達口の封止装置
における筒体は、膨張可能な環状シール部材を内面に周
設してなることにより、トンネル建設工事の安全性を大
幅に高めることができ、またこの環状シール部材が、前
記土留め壁体の内部に相当する位置に周設されていると
きは、トンネルと土留め壁体との接続が完了した後も土
留め壁体の内部に環状シール部材を残置できるので、永
久的な緩衝機能を保持させることが可能となる。

【０００９】また筒体が、膨出した土砂収容部を下部に
備えているときは、トンネル掘削機が筒体内に進入する
に際して、土留め壁体の一部が削り屑として筒体内に入
り込んでも、環状シール部材の上に堆積して環状シール
部材の封止作用を妨げるようなことが起こらない。その
うえ、開放可能な土砂排出口を下部に備えることによ
り、封止が達成された後に筒体内に充満した水や土砂
を、迅速に且つ能率よく排出することができる。

【００１０】また筒体に圧力水導入管と接続可能な水導
入口を備えることにより、装置の搬入組み立てや分解撤
去の作業能率が大幅に高まり、更に前記圧力水導入管
が、トンネル到達口より高位置に設けた水槽から導かれ
たものであると、安全性や経済性の面で一層好適であ
る。

【００１１】更に本発明のトンネル到達口の封止装置に
おける土留め壁体は、トンネル到達口形成予定位置の前
面側が逆錐状の凹面に形成されていると、トンネル掘削
機が土留め壁体を掘進するときの削り屑の落下量が制限
され、筒体内に一挙に崩れ込むようなことが起こらな
い。またトンネル到達口形成予定位置に通ずる薬剤導入
管路を備えてあり、更に土留め壁体を構成するトンネル
掘削機により掘削可能な材料が、繊維補強コンクリート
であるときは、トンネル建設作業の能率と安全性とを改
善するに一層有効である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明のトンネル到達口の封止装
置を、図１に示す例によって説明する。本発明のトンネ
ル到達口の封止装置における土留め壁体１は、例えばト
ンネルの中間地点に形成された縦坑底部の、作業空間を
囲んで設けられた鉄筋１ａ入りの壁体である。そして、
土留め壁体１のトンネル到達口形成予定位置の壁体部分
は、鉄筋で強化する代わりに、例えばステンレスファイ
バー１ｂなどで強化された、繊維補強コンクリートなど
を充填して形成されている。

【００１３】土留め壁体１のトンネル到達口形成予定位
置に当たる前面側には、環状部材２がそのフランジ部を
露出するように埋設されており、鉄筋１ａの一部などに
溶接などによって結合してある。この環状部材２の内側
には弾性材料層が設けておいてもよく、また、例えば繊
維補強したシート状ゴムなどで形成された、中空で膨張
可能な環状シール部材などを、露出部分の内側に固定し
て設けてあってもよい。

【００１４】そしてフランジ部２ａには、パッキンを介
して筒体５の前端フランジ５ａが結合されている。また
筒体５の後端フランジ５ｂには、パッキンを介して蓋体
６が取り付けられていて、筒体５の内部が独立空間を構
成するようになっている。なおこの蓋体６には、この内
部空間の圧力の変化などを調べるための検知ノズル６ａ
が設けてあり、筒体５の内部の封止状態が完全であるか
否かを検出できるようになっている。

【００１５】筒体５の内側の前端付近には、上記と同様
な中空で膨張可能な環状シール部材７が、筒体５の内面
に沿って一周するように取り付けられている。そして環
状シール部材７は、その中空部７ａに圧力流体を導入す
ることにより、内方に向かって膨張できるようになって
いる。また、筒体５の下部付近には土砂排出口５ｃが設
けられており、常時は蓋５ｄで閉鎖されている。

【００１６】更に筒体５の上部にはフランジ付の水導入
口５ｅが設けられており、この水導入口５ｅには、フラ
ンジ付きの圧力水導入管８が接続されている。そしてこ
の圧力水導入管８は、例えば地上などの高所に設置した
貯水タンク等から筒体５の内部に水を送入し、筒体５の
内部空間を満たすことができるものである。そのため筒
体５の内の水には、貯水タンク等を設けた場所の高さに
対応した水圧がかかるようになっている。

【００１７】このような封止装置を設けた土留め壁体１
には、更に必要に応じて前面側と後方側とを連絡する通
液路１ｃなどを設けておき、これを開放して後方の地盤
Ｅ内の水位や水圧の検出を行っておくことが望ましい。
また、この通液路１ｃは、必要に応じて地盤安定剤や止
水剤などを注入するのに利用することもできる。更に環
状部材２に設けた孔などを通じて、上記と同様に止水剤
や封止剤などを注入できる管路１ｄなどを設けておいて
もよい。

【００１８】このような本発明のトンネル到達口の封止
装置を設けた土留め壁体１に対し、地盤Ｅ側からシール
ド式トンネル掘削機３が前進して来たときは、先ず安定
化処理が施されていない地盤Ｅ内を掘進して土留め壁体
１の裏面側に到達する。そして図２に示すように、更に
掘削機３は土留め壁体１の繊維補強コンクリート部分を
そのまま掘削し続け、環状部材２の内方を前進するが、
その際には、例えば環状部材２の内側に設けた弾性材料
層の一部を削り取って進み、その後の弾性材料層の形状
回復によって、シールド筒３ａの外面と土留め壁体１と
の隙間を狭め、地盤Ｅ内の水圧を抑制することも可能で
ある。

【００１９】なお掘削機３の進入に際して、その軸心位
置がずれている可能性があるので、環状部材２の径は予
め掘削機３の径より大きく設定しておくことが望まし
い。そして掘削機３の軸心位置が正確に測定された後、
必要に応じ環状部材２に対する筒体５の取り付け位置を
調整し、筒体５を環状部材２に結合するようにしてもよ
い。こうして確実に筒体５を土留め壁体１に結合した
後、筒体５の前端開口を蓋体６により封鎖する。その
後、検知ノズル６ａから加圧空気などを送入して漏れの
有無を調べ、安全の確認をすることが望ましい。

【００２０】またその一方で、予め測定しておいた地盤
Ｅ内の水圧の大きさに応じて、地上などに設ける水槽の
高さを調整し、水槽から圧力水導入管８を経由して筒体
５内に送り込む水の圧力が、地盤Ｅ内の水圧より高くな
るように設定しておく。このようにして、掘削機３が土
留め壁体１を貫通する前に、筒体５内に圧力水を充満さ
せておくと、土留め壁体１に掘削機３による貫通孔が形
成され始めたときに、筒体５内の圧力水が掘削機３の外
面に沿って地盤内に流出するので、地盤内の土砂等が筒
体５内に流入することがない。

【００２１】この状態で、更に掘削機３が前進して土留
め壁体１を完全に貫通し、図３のように掘削機３の前面
が筒体５内に進入するに至るが、その際には土留め壁体
１の削り屑が筒体５内に入り込むことは避けられない。
そこで、筒体５の内面に設けた環状シール部材７の中空
部７ａに圧力水等を圧入して、前記の削り屑などを避け
て環状シール部材７を膨張させると同時に、掘削機３の
シールド筒３ａ外面に環状シール部材７を密着させ、筒
体５とシールド筒３ａとの隙間を封止する。

【００２２】こうしてシールド筒３ａ外側を封止したう
え、管路１ｄなどを利用してシールド筒３ａの周囲に封
止材を充填し、シールド筒３ａと土留め壁体１との間を
封止する。その後圧力水導入管８からの水の供給を停止
し、検知ノズル６ａを開放してシールド筒３ａと土留め
壁体１との間の封止を確認した後、蓋５ｄを外して土砂
排出口５ｃから筒体５内の水を排出し、蓋体６を取り外
す。

【００２３】次に環状シール部材７による封止を解除し
て筒体５を取り外した後、シールド筒３ａの内部から掘
削用装置などを分解して搬出する。そしてシールド筒３
ａと土留め壁体１に固定した環状部材２とを溶接などで
結合し、シールド筒３ａの余分な部分を切離したうえ、
コンクリートで封止するなどの方法でシールド筒３ａを
固定し、更にトンネル４の内壁と同様な覆工を施して、
土留め壁体１とトンネル４との接続を完成させる。

【００２４】以上のような本発明のトンネル到達口の封
止装置に対して、その一部を変更した別な例を図４に示
す。このトンネル到達口の封止装置では、図１の例にお
ける環状部材２を別体として設けることなく、筒体５の
端部を土留め壁体１の内部に直接に埋め込んだ形態とな
っている。それと共に土留め壁体１の前面１ｅも、トン
ネル到達口形成予定位置に当たる部分が土留め壁体１の
内部まで後退して、例えば逆円錐状の凹面に形成されて
いるほかは、ほぼ同様に構成されている。

【００２５】そして筒体５の内側前端付近に設けられた
環状シール部材７は、図１の例におけるそれと同様な構
造であるが、土留め壁体１の前面側の凹部内に位置する
ように構成されている。また筒体５の２つの環状シール
部材７の中間位置の下部には、下方に向かって膨出した
土砂収容部５ｆが形成されており、その一部に土砂排出
口５ｃが設けられ、蓋５ｄで閉鎖されているが、その他
の構成は図１の例におけると同様である。

【００２６】このような本発明のトンネル到達口の封止
装置の別な例においては、トンネル掘削機３が前進して
土留め壁体１の裏面側に到達し、更に土留め壁体１を掘
進することは全く同様である。しかし土留め壁体１を削
り取ってその前面１ｅ側に進出するときは、まず前面１
ｅの中央部が削り取られ、小さな孔が開く。そうする
と、筒体５内に満たされている圧力水は、地盤内の水圧
より高い圧力を持っているために、この孔から地盤内に
流出することになる。従って地盤内の土砂は勿論、土留
め壁体１の削り屑も掘削機３の周囲に沿って地盤に向か
って流れることになり、筒体５内に流れ込むことがな
い。

【００２７】しかし、土留め壁体１の孔が大きくなるに
連れて加圧水の流出速度が遅くなると、土留め壁体１の
削り屑が筒体５内に落下するようになるが、このような
落下物は環状シール部材７の上に積もり、更に移動して
土砂収容部５ｆ内に溜まるようになる。このようにし
て、掘削機３が筒体５内に進入しつつある状態を図５に
示すが、更に掘削機３が前進すると、環状シール部材７
上に堆積した削り屑は押し退けられて土砂収容部５ｆ内
に入り、掘削機３は筒体５内に進入する。

【００２８】この際、環状シール部材７に加圧水などを
送入して膨張させると共に、管路１ｄなどを利用してシ
ールド筒３ａの周囲に封止材を充填し、シールド筒３ａ
と土留め壁体１との間を封止する。その後圧力水導入管
８からの水の供給を停止し、シールド筒３ａと土留め壁
体１との封止状態を確認した後、蓋５ｄを外して土砂収
容部５ｆ内の削り屑及び水等を排出し、シールド筒３ａ
内から掘削用装置などを搬出して、トンネル接続を完成
することは前述と同様である。

【００２９】また、シールド筒３ａと土留め壁体１との
結合を完成させる際に、筒体５の一部が切り離されて土
留め壁体１内に残ることになるが、これと共に土留め壁
体１に固定されたまま残される環状シール部材７は、そ
の中空部７ａに液状ゴム等を圧入して固化させることに
より、地盤の変形などにも対応できる永久的な緩衝継手
として利用することもできる。

【００３０】

【発明の効果】本発明のトンネル到達口の封止装置は、
土留め壁体の背後の地盤に安定化処理を施すことなくし
て、安全にトンネル掘削機で土留め壁体を掘削して貫通
させることができ、しかもその際の出水や土砂の流出を
容易に防止できる。そのため、土留め壁体へのトンネル
到達口形成作業を安全かつ簡単に実施できるばかりでな
く、工事期間の短縮が図れる効果がある。そして安全確
保のための仮設工事に用いられていた地盤安定化薬剤が
不要となることと相まって、工事費用を低減化できる効
果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のトンネル到達口の封止装置を備えた土
留め壁体と地盤内を掘進中のトンネルとの関係の説明図
である。

【図２】本発明のトンネル到達口の封止装置を備えた土
留め壁体をトンネル掘削機が掘進している状態の説明図
である。

【図３】本発明のトンネル到達口の封止装置を備えた土
留め壁体をトンネル掘削機が貫通したときの封止状態の
説明図である。

【図４】本発明のトンネル到達口の封止装置の別な例を
備えた土留め壁体と地盤内を掘進中のトンネルとの関係
の説明図である。

【図５】本発明のトンネル到達口の封止装置の別な例を
備えた土留め壁体をトンネル掘削機が掘進している状態
の説明図である。

【図６】従来技術による土留め壁体とトンネル到達部と
の接続方法の説明図である。

【符号の説明】

１ 土留め壁体 １ａ 鉄筋 １ｂ ステンレスファイバー １ｃ 通液路 １ｄ 管路 １ｅ 前面 ２ 環状部材 ２ａ フランジ部 ３ 掘削機 ３ａ シールド筒 ４ トンネル ４ａ 覆工 ５ 筒体 ５ａ 前端フランジ ５ｂ 後端フランジ ５ｃ 土砂排出口 ５ｄ 蓋 ５ｅ 水導入口 ５ｆ 土砂収容部 ６ 蓋体 ６ａ 検知ノズル ７ 環状シール部材 ７ａ 中空部 ８ 圧力水導入管 Ｅ 地盤 Ｇ 安定化地帯

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくもトンネル到達予定位置部分がト
   ンネル掘削機により掘削可能な材料で形成された土留め
   壁体と、該土留め壁体のトンネル到達口形成予定位置の
   前面側に一端を封止結合して設けたトンネル掘削機受入
   れ用の筒体であって、その下部に膨出した土砂収容部を
   備えてなるものと、該筒体の他端を封鎖可能な蓋体と、
   該筒体の内部空間と連通する圧力水導入管とを備えたこ
   とを特徴とするトンネル到達口の封止装置。
2. 【請求項２】 前記筒体は、開放可能な土砂排出口を下
   部に備えてなる請求項１に記載のトンネル到達口の封止
   装置。
3. 【請求項３】 前記筒体は、膨張可能な環状シール部材
   を内面に周設してなる請求項１又は２に記載のトンネル
   到達口の封止装置。
4. 【請求項４】 前記圧力水導入管は、トンネル到達口位
   置の地盤内水圧より高い圧力水を供給できる位置に設け
   た水槽に接続されてなる請求項１乃至３のいずれかに記
   載のトンネル到達口の封止装置。
5. 【請求項５】 前記土留め壁体は、前記トンネル到達口
   形成予定位置の前面側が逆錐状の凹面に形成されてなる
   請求項１乃至４のいずれかに記載のトンネル到達口の封
   止装置。
6. 【請求項６】 前記土留め壁体は、トンネル到達口形成
   予定位置に通ずる薬剤導入管路を内部に備えてなる請求
   項１乃至５のいずれかに記載のトンネル到達口の封止装
   置。
7. 【請求項７】 前記トンネル掘削機により掘削可能な材
   料は、繊維補強コンクリートである請求項１乃至６のい
   ずれかに記載のトンネル到達口の封止装置。