JP3713094B2 - シールド工法による地下の既設管と新設管の接続方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド工法による上下水道等の地下管路の施工技術に属するものであって、特に、既設管に新設管を接続するための方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図9に示すように、上下水道をはじめとするシールド工法による地下管路建設工事において、シールド掘進機101によって敷設される新設管102を既設管103に合流(分岐)接続する作業は、その接続地点で人孔104を介して行うのが通例であるが、地上の交通事情や他の地下埋設物105の存在等の条件によっては、人孔104を介さずに既設管103と新設管102を接続しなければならない。
【0003】
従来、人孔104を介さずに新設管102を既設管103に接続する場合は、接続部周辺で地盤改良を行い、シールド掘進機101が既設管103の側面に到達したらシールド掘進機101の掘削機器類を解体し、次いで図10に示すように、改良された地盤106を坑内から手掘りによって管接続用の素掘りトンネル106aを掘削し、その坑内空間で、既設管103における接続対象部分の取り壊し作業及び接続壁107の構築作業を行っている。したがって、素掘りトンネル106aの坑内壁の崩壊や地下水の出水等の恐れがなく前記管接続作業を安全に遂行できるようにするには、事前の地盤改良を大規模かつ入念に行うことが重要である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上下水道等の管路の接合が必要となる場所は、往々にして、土質や地上条件が厳しかったり、地下埋設物105が輻輳しているような箇所が多いことから、完璧な地盤改良は期待できない。したがって素掘りトンネル106a内での接続壁107の構築作業における坑内壁の崩壊等の危険性は解消されず、しかも広範囲での地盤改良によって施工コストが高くなるといった問題があった。また、上述の理由によって完璧な地盤改良が困難である場合、坑内で安全に接続作業を行うには、接続壁107の構築のための掘削に際して何らかの覆工を施す必要がある。しかるに、この場合に組み立てられる複数の覆工用部材(図示省略)の形状は、図10に破線で示す既設管103の接合部の湾曲形状に応じて徐々に変化させる必要があり、しかも各覆工用部材の支持点をどのように取るかが技術的に難しかった。
【0005】
本発明は、上記のような事情のもとになされたもので、その技術的課題とするところは、シールド工法による地下管路建設工事において、既設管に新設管を接続する場合に、接続部周辺の地盤に従来に比較して小規模な改良を施すだけで安全に施工することのできる方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、本発明は、新設管を構築するシールド掘進機の先端が既設管の側面近傍に到達した後、前記シールド掘進機をその鋼殻を残して解体撤去し、前記鋼殻の正面開口から前記既設管との間の地盤を先行掘削すると共に前記鋼殻内で多数のセグメントにより1リングずつ組み立てて円筒状に互いに接合した継手覆工リング群を前記先行掘削による継手掘削坑内へ順次推進装置で押し出し、押し出された継手覆工リング群の推進方向端部を前記既設管の側面との嵌合形状に切り欠き、この切り欠きによって形成された前記継手覆工リング群の接続縁を前記押し出しによって前記既設管の側面に嵌合し、前記既設管の側面のうち前記継手覆工リング群の接続縁との嵌合位置に囲まれた部分を開口することにより前記既設管と新設管とを連通させるものである。
【0007】
すなわち、地中を掘り進むシールド掘進機の先端が既設管の側面近傍に到達したら、前記シールド掘進機の鋼殻からカッタフェイス及びその駆動装置等の内部機構を解体除去して、前記鋼殻の正面を開放し、そこから既設管の側面へ向けて地盤を手掘り等によって掘削するが、これによって形成される継手掘削坑の内壁は、前記鋼殻内で多数のセグメントにより組み立てた継手覆工リング群を推進装置で正面側へ順次押し出すことによって一次覆工される。また、鋼殻内から押し出される継手覆工リング群の推進方向の端面は、そのままの状態では円筒面をなす既設管の側面に対して嵌合状態とはならないため、前記端面が既設管の側面と部分的に当接する位置又はその近傍まで押し出された時点で、前記端面を既設管の側面の湾曲形状に合わせて切り欠くことによって、前記既設管の側面との接続縁を形成する。そしてその後、更に前記継手覆工リング群を推進装置で押し出すことによって前記接続縁を既設管の側面に嵌合させる。
【0008】
上記嵌合作業においては、継手覆工リング群をその組み立てに伴う鋼殻からの所定距離の押し出し、例えば1リングに相当する距離の押し出しによって既設管の側面に当接又は近接させる工程と、前記継手覆工リング群における前記既設管の側面との当接又は近接部分を前記側面と前記押し出し距離に相当する距離で対向する形状に切り欠く工程とを所要回数交互に繰り返すことによって行われる。すなわち継手覆工リング群を、その既設管との対向部分を切り欠いては押し出し、切り欠いては押し出すことによって、完全に既設管の側面と嵌合状態とすることができる。また、前記切り欠き作業は、例えばガス切断等の方法により行われるが、前記継手覆工リング群(セグメント)には、予め既設管の断面を投影させた切除予定形状に沿って多数の小孔を穿孔しておくことによって、切断線を容易に特定することができ、切断作業の効率を向上することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1乃至図8は、本発明に係るシールド工法による地下の既設管と新設管の接続方法の一実施形態を工程順に示すものである。
【0010】
まず図1において、参照符号Gは地盤、1は地盤G内を図示の断面に対して直交する方向に延在された既設管、3は地盤G中を掘進して新設管2を構築するシールド掘進機である。図示の例の場合、シールド掘進機3は、既設管1の延長方向に対して直交する方向に地盤Gを掘進しており、典型的には略円筒形の鋼殻31の掘進方向前端(正面)で、カッタフェイス32を駆動装置33によって回転させて地盤Gを掘削し、これによって発生した掘削土を、カッタフェイス32に形成されたスリット32aから密閉チャンバ34内に導入して撹拌し、この密閉チャンバ34からスクリュコンベア35を介して後方へ搬送し、更にそこから適宜搬送手段を介して地上へ排出している。また、鋼殻31の後端部内周では、掘削された坑内壁に、図示されていないエレクタによって複数のセグメント21’からなる新設管用覆工リング群21を1リングずつ組み立てて、新設管2の一次覆工を施すと共に、組み立てられた新設管用覆工リング群21の前端に推進用油圧ジャッキ36を当てて後方へ押圧することによって、その反力でシールド掘進機3を推進させている。また、施工された新設管用覆工リング群21の内周には後述するようなコンクリート打設による二次覆工が行われ、これによって新設管2が構築される。
【0011】
上述の一連の工程によって新設管2が地中を延長されて行き、その先端で地盤Gを掘削しているシールド掘進機3のカッタフェイス32の先端部分が既設管1の側面に当接又はその近傍に到達したら、シールド掘進機3の運転を停止し、その鋼殻31を残して、カッタフェイス32、その駆動装置33、密閉チャンバ34の隔壁34a、スクリュコンベア35、推進用油圧ジャッキ36等の内部装置を解体撤去する。一方、前記鋼殻31と既設管1との遭遇部周囲の地盤Gに、適当な地盤改良材を注入することによって、改良地盤G’を形成する。
【0012】
次に図2に示すように、シールド掘進機3の内部機構の解体撤去によって開放された鋼殻31の正面開口から、既設管1の直前の切羽面Gaを手掘り等によって掘削して継手掘削坑Gbを形成して行く一方、鋼殻31内に継手用セグメント22’を搬入し、これを環状に接合して継手覆工リング群221 を組み立てる。この継手覆工リング221 (継手用セグメント22’)は、基本的にはシールド掘進機3の後方に組み立てられる新設管用覆工リング群21(セグメント21’)と同様のものであるが、軸方向幅Wは例えば20〜30cmの細幅に形成されている。また、鋼殻31における正面開口付近の内周には、1回あたりのストロークがセグメント21’の軸方向幅Wに相当する距離に設定された油圧ジャッキ37を円周方向所定間隔で取り付け、組み立てた継手覆工リング221 は、この油圧ジャッキ37によって前記幅Wに相当する距離だけ正面側へ向けて押し出し推進される。
【0013】
次に図3に示すように、鋼殻31内で組み立てられた2番目の継手覆工リング222 は、先行して組み立てられた継手覆工リング221 の後面に接合され、同様に、3番目の継手覆工リング223 は、2番目の継手覆工リング222 の後面に接合され、これら新たな継手接合リングの組み立て・接合の都度、油圧ジャッキ37によって、前記鋼殻31の正面開口から継手掘削坑Gbの掘削に追随するように、幅Wに相当する距離ずつ押し出されて行く。このため、継手掘削坑Gbは直ちにこの継手覆工リング群22によって一次覆工され、しかも事前の地盤改良によって切羽面Gaの崩壊も抑えられるため、安全に作業を遂行できる。
【0014】
上述の工程によって徐々にせり出されて行く継手覆工リング群22のうち最先の継手覆工リング221 の一部が、やがて継手掘削坑Gbの掘削によって露出した既設管1の側面に接触したら、図4に示すように、前記最先の継手覆工リング221 における既設管1との接触部を、ガス切断等の方法で円弧状に切り欠くことによって、1段目の接続縁22a1 を形成する。この1段目の接続縁22a1 は、例えば、既設管1の側面を図示の位置から継手用セグメント22’の軸方向幅Wに相当する距離だけ後方へ平行移動させた場合の既設管1の断面の投影形状にほぼ対応するように形成される。
【0015】
1段目の接続縁22a1 の形成が終了したら、図5に示すように、切羽面Gaの更なる掘削の進行に合わせて、油圧ジャッキ37によって継手覆工リング群22(図示の例では継手覆工リング221 〜223 )をその1リングの幅Wに相当する距離だけ押し出し、これによって、前記接続縁22a1 を既設管1の側面とほぼ嵌合状態とする。そこで今度は図6に示すように、最先の継手覆工リング221 から2番目の継手覆工リング222 にかけて、上述と同様の方法により、既設管1の側面を図示の位置から前記幅Wに相当する距離だけ後方へ平行移動させた場合の既設管1の断面の投影形状にほぼ対応する円弧状の2段目の接続縁22a2 を形成すると共に、油圧ジャッキ37をそのストローク後端まで収縮させ、継手覆工リング群22の後端に新たな継手覆工リング(図示の例では4番目の継手覆工リング224 )を組み立てる。そしてその過程での更なる切羽面Gaの掘削の進行に合わせて、油圧ジャッキ37によって継手覆工リング群22をその1リングの幅Wに相当する距離だけ押し出し、これによって前記2段目の接続縁22a2 を既設管1の側面とほぼ嵌合状態とする。
【0016】
その後も上述と同様、継手覆工リング群22に既設管1の側面と対応する形状の接続縁を順次深く切り欠き形成する工程と、前記継手覆工リング群22の後端に新たな継手覆工リングを組み立て、継手掘削坑Gbの掘削の進行に合わせて1リングの幅Wに相当する距離だけ押し出す工程とを、所要回数交互に繰り返しながら実行する。これによって、図7に示すように、n番目までの継手覆工リング221 〜22n からなる継手覆工リング群22の全周が、この時点で形成されているn−2段目の接続縁22an-2 において、ほぼ完全に既設管1の側面の半周部と嵌合状態となり、継手覆工リング群22の組み立て及び推進は完了する。既設管1の側面と接続縁22an-2 との嵌合部の隙間は、地盤Gからの湧水情況等により、必要に応じて止水処理を施す。
【0017】
なお、上述の工程によって、最先の継手覆工リング221 〜n−2番目の継手覆工リング22n-2 は、接続縁22an-2 によって円周方向に分断され、リングとしての形態をなさなくなるため、リングとしての形状による外圧支持機能はないが、前記接続縁22an-2 が既設管1の側面とほぼ完全に嵌合状態となっており、しかも後続の継手覆工リングと互いに一体接合されているため、土圧に対する十分な支持強度を有する。また、先に述べたように、先行掘削される継手掘削坑Gbの内壁は、その掘削に追随するように推進される継手覆工リング群22によって直ちに覆工されるため、地山の崩壊を防止して安全に作業を遂行することができ、またこのため、事前に施される改良地盤G’も、図10に示す従来工法に比較して範囲を縮小することができる。
【0018】
次に図8に示すように、既設管1における継手覆工リング群22との嵌合面の内側部分を切断して開口1aし、油圧ジャッキ37を撤去してから、図1のシールド掘進機3によって組み立てられた新設管用覆工リング群21、前記シールド掘進機3の鋼殻31及び継手覆工リング群22からなる新設管2側の坑内壁に、二次覆工コンクリート23を打設して既設管1の前記開口1aに打ち継ぐことにより、既設管1とこれに合流(分岐)する新設管2との接続が完了する。
【0019】
また、継手覆工リング221 〜22n-1 (継手用セグメント22’)には、図2乃至図6に示すように、各段階で形成すべき接続縁形状に対応して、予め多数の小孔22bを数cm間隔であたかもミシン目のように穿孔しておくことによって、既設管1の側面と嵌合する形状の接続縁22a1 ,22a2 ,・・・ を切り欠き形成する際の切断位置を容易に特定し、かつ容易に切断することができる。
【0020】
なお、図示の実施形態では接続縁が継手覆工リング群22の接合リング数をnとすると、接続縁22aの切り欠き施工回数はn−2となっているが、これは、1リングの軸方向幅W、既設管1の外径、鋼殻31内での継手覆工リング22の組立位置と既設管1の側面との間の距離等によって異なり、限定されるものではない。
【0021】
【発明の効果】
本発明によると、次のような効果が実現される。
(1) 既設管の側面近傍に到達したシールド掘進機の鋼殻の正面開口から前記既設管の側面へ向けて形成される継手掘削坑の内壁が、掘削の進行に追随して前記鋼殻から押し出される継手覆工リング群によって一次覆工されるので、作業の安全性が向上し、また、事前に行う地盤改良の規模も縮小することができる。
(2) 鋼殻内から押し出される継手覆工リング群の推進方向の端面を、既設管の側面の湾曲形状に合わせて順次切り欠きながら継手覆工リング群の推進を行うことによって、継手覆工リング群と既設管の側面が嵌合し、良好な接合状態が得られる。
(3) 継手覆工リング(セグメント)には、予め既設管の断面を投影させた切除予定形状に沿って多数の小孔を穿孔しておくことによって、切断線を容易に特定することができ、切断作業の効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るシールド工法による地下の既設管と新設管の接続方法の一実施形態において、シールド掘進機の先端が既設管の側面近傍に到達した状態を示す説明図である。
【図2】上記実施形態において、シールド掘進機の内部機構を解体撤去し、その鋼殻内で最初の継手覆工リングを組み立てた状態を示す説明図である。
【図3】上記実施形態において、鋼殻内からその正面の継手掘削坑内へ推進された継手覆工リング群の端面が既設管の側面に当接した状態を示す説明図である。
【図4】上記実施形態において、継手覆工リング群における既設管との接触部を切り欠いて、1段目の接続縁を形成した状態を示す説明図である。
【図5】上記実施形態において、継手覆工リング群の推進によって、その1段目の接続縁が既設管の側面と嵌合した状態を示す説明図である。
【図6】上記実施形態において、既設管と嵌合した1段目の接続縁から更に大きく切り欠いて2段目の接続縁を形成した状態を示す説明図である。
【図7】上記実施形態において、継手覆工リング群が既設管の側面と嵌合した状態を示す説明図である。
【図8】上記実施形態において、既設管と新設管の接合完了状態を示す説明図である。
【図9】新設管を建設するシールド掘進機が既設管の側面へ向けて地中を掘進している状態を示す説明図である。
【図10】従来技術による既設管と新設管の接続方法を示す説明図である。
【符号の説明】
1 既設管
2 新設管
22 継手覆工リング群
221 〜22n 継手覆工リング
22’ 継手用セグメント
22a1 〜22an-1 接続縁
22b 小孔
3 シールド掘進機
31 鋼殻
37 油圧ジャッキ
G 地盤
G’ 改良地盤
Claims (3)
- 新設管を構築するシールド掘進機の先端が既設管の側面近傍に到達した後、前記シールド掘進機をその鋼殻を残して解体撤去し、
前記鋼殻の正面開口から前記既設管との間の地盤を先行掘削すると共に前記鋼殻内で多数のセグメントにより1リングずつ組み立てて円筒状に接合した継手覆工リング群を前記先行掘削による継手掘削坑内へ順次推進装置で押し出し、
押し出された前記継手覆工リング群の推進方向端部を前記既設管の側面との嵌合形状に切り欠き、
前記切り欠きによって形成された前記継手覆工リング群の接続縁を前記押し出しによって前記既設管の側面に嵌合し、
前記既設管の側面のうち前記継手覆工リング群の接続縁との嵌合位置に囲まれた部分を開口することにより前記既設管と新設管とを連通させることを特徴とするシールド工法による地下の既設管と新設管の接続方法。 - 請求項1の記載において、
継手覆工リング群の接続縁と既設管の側面との嵌合は、
継手覆工リング群をその組み立てに伴う鋼殻からの所定距離の押し出しによって既設管の側面に当接又は近接させる工程と、
前記継手覆工リング群における前記既設管の側面との当接又は近接部分を前記側面と前記押し出し距離に相当する距離で対向する形状に切り欠く工程と、
を所要回数交互に繰り返すことによって行うことを特徴とするシールド工法による地下の既設管と新設管の接続方法。 - 請求項1又は2の記載において、
継手覆工リング群には、予め既設管の断面を投影させた切欠予定形状に沿って多数の小孔を穿孔しておくことを特徴とするシールド工法による地下の既設管と新設管の接続方法。
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