JP3733512B2

JP3733512B2 - トンネルの施工方法及び施工装置

Info

Publication number: JP3733512B2
Application number: JP20543699A
Authority: JP
Inventors: 博行川口; 利光阿曽; 哲也青山; 真帆渡辺; 晋一西村; 和夫宮沢
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 1999-07-19
Filing date: 1999-07-19
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2019-07-19
Also published as: JP2001032693A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地山を掘削して形成した掘削穴の内面に内型枠を配設し、内型枠と地山との間にコンクリートを打設してトンネル内壁を設けるトンネルの施工方法及び施工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トンネルの施工方法として、地山を掘削しつつ前進する掘削機によって掘削穴を形成し、形成された掘削穴の内面に所定距離離間した位置に内型枠を配設するとともに、この内型枠と地山との間に妻型枠を配置し、妻型枠に設けたコンクリート供給管から内型枠と地山との間に形成されるコンクリート打設空間内にコンクリートを供給することによってトンネル内壁を構築する方法がある。
【０００３】
このトンネルの施工方法に用いられる施工装置は、図３に示すような、シールド掘削機３１及びコンクリート打設装置３２を備えたものである。
このうちコンクリート打設装置３２は、シールド掘削機３１の後方に配されたものであって、シールド掘削機３１によって掘削された掘削穴Ｔの内面を掘削穴Ｔの内面から所定距離離間した位置で覆う内型枠３３と、内型枠３３とシールド掘削機３１、スキンプレート３７との間に配されて内型枠３３と地山Ｅとの間にコンクリート打設空間Ｓを形成する妻型枠３４と、シールド掘削機３１の後方に設けられて、妻型枠３４を掘削穴Ｔの軸線方向に沿って後方に押圧して固定する妻型枠ジャッキ３５と、一端がコンクリート供給源Ｄに接続され、他端が妻型枠３４に接続されてコンクリート打設空間Ｓに連通されるコンクリート供給管３６とを備えている。スキンプレート３７は掘削穴Ｔの内面に接しつつ掘削方向に移動可能に設けられている。
【０００４】
一方、シールド掘削機３１は、掘削方向前方面側に複数の掘削用カッタ３８を有し駆動機構（不図示）によって中心を軸に回転されることで地山を掘削する円盤形状の回転体３９と、この回転体３９と内型枠３３との間に配されて、内型枠３３に対して突っ張ることで内型枠３３を後方に押圧して固定するとともに、その反力をシールド掘削機３１の掘削方向への推進力とするシールドジャッキ４０とを備えている。
【０００５】
コンクリート打設装置３２において、内型枠３３及び妻型枠３４は掘削穴Ｔの周方向に沿って複数連結されるユニットであって、内型枠３３はシールド掘削機３１による掘削穴Ｔの延伸に応じてシールド掘削機３１側の端部にリング状に順次追加されるものである。また、妻型枠ジャッキ３５及びコンクリート供給管３６は、図示はしないが、妻型枠３４のそれぞれに接続されるように掘削穴Ｔの周方向に複数設けられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような施工装置によってトンネル内壁を形成する場合、既に形成されている覆工コンクリートの掘削方向前方側に、シールド掘削機３１を前進させるとともに新たに内型枠３３を設けることによってコンクリート打設空間Ｓを形成し、このコンクリート打設空間Ｓにコンクリートを供給することによって新たな覆工コンクリートを形成するといったことを繰り返す。したがって、隣合う覆工コンクリートの間には打継目が生じる。
【０００７】
この打継目の間隙（目開き）が大きい場合、地山Ｅ側から漏水が生じるといった問題がある。この漏水対策としては、トンネル施工後に打継目に押さえ板を設ける方法や、コンクリート打設中に打継目にベントナイトなどのシール材を設置する方法などがある。しかしながら、押さえ板を設ける方法は漏水防止の効果が十分ではない。一方、打継目にシール材を設ける方法は漏水防止に効果的であるが、シール材を設ける場合、シールド掘進及びコンクリート打設を一旦停止させてから人手によって行わなければならないため作業効率が悪かった。
また、図４（ａ）に示すように、打継目４１ａが内型枠３３の前端部に現れている場合には人手によってもシール材の設置は可能であるが、例えば図４（ｂ）に示すように、何らかの原因で打継目４１ａが内型枠３３の奥の方に配された場合、打継目４１ａまで手が届かず、人手によるシール材の設置は困難である。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、作業性が良好であるとともに確実な止水効果を得ることができるトンネルの施工方法及び施工装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明のトンネルの施工方法は、地山を掘削機で掘削して形成した掘削穴内面にこの掘削穴内面から所定距離離間した位置に内型枠を配設するとともに、前記内型枠と掘削機、スキンプレートとの間に妻型枠を配置し、前記妻型枠に設けられたコンクリート供給管から前記内型枠と地山との間に形成されたコンクリート打設空間にコンクリートを供給してトンネル内壁を設けるトンネルの施工方法であって、前記妻型枠の外方に配置され、前記掘削穴の内面に接しつつ掘削方向に移動可能に設けられたスキンプレートに、該スキンプレートの掘削方向後端面に供給口が設けられたシール材供給機構を設け、前記スキンプレートを掘削方向に移動させつつ、前記供給口から既打設覆工コンクリートの打継目にシール材を注入した後、前記コンクリート供給管より前記コンクリート打設空間内にコンクリートを供給することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、スキンプレートに設けられたシール材供給機構の供給口から既打設覆工コンクリートの打継目にシール材を注入後コンクリート打設空間にコンクリートを打設するようにしたため、シールドの掘進・覆工工程の一時停止をすることなくシール材を設置することができる。すなわち掘進作業と止水作業とを同時に行うことができるので作業性は向上される。さらに、既打設覆工コンクリートの打継目が内型枠の奥に配された状態においても、シール材は安定して注入されるので止水効果を確実に得ることができる。
【００１１】
さらに、既打設覆工コンクリートの掘削方向前方側を小径にして段部を形成するとともに、シール材を段部に注入するようにしたため、少量のシール材で止水効果を確実に得ることができる。
【００１２】
本発明のトンネルの施工装置は、地山を掘削機で掘削して形成した掘削穴の内面をこの掘削穴内面から所定距離離間した位置で覆う内型枠と、前記内型枠と掘削機、スキンプレートとの間に配されて前記内型枠と前記地山との間にコンクリート打設空間を形成する妻型枠と、前記スキンプレートは、前記掘削穴の内面に接しつつ掘削方向に移動可能に設けられ、このスキンプレートの移動に伴って、該スキンプレートの掘削方向後端面に設けられた供給口から既打設覆工コンクリートの打継目にシール材を注入するシール材供給機構と、前記妻型枠に設けられ、前記シール材注入後コンクリート供給源から供給されたコンクリートを前記コンクリート打設空間内へ供給するコンクリート供給管とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、シール材を注入可能なシール材供給機構を設けたことにより、既打設覆工コンクリートの打継目にシール材を安定して注入することができる。したがってシール材は安定して設置され確実な止水効果を得ることができる。
【００１４】
そして、スキンプレートの掘削方向後端部をコンクリート打設空間内に配置することによって、既打設覆工コンクリートの掘削方向前方側は小径となり段部が形成される。このとき、シール材供給機構の供給口がスキンプレート後端面に設けられているので、段部にシール材が供給されるようになり、少量のシール材で止水効果を確実に得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態によるトンネルの施工方法及び施工装置を図１及び図３を参照して説明する。図１は本発明のトンネルの施工方法及び施工装置の一実施形態を示す要部拡大断面図であって、妻型枠３４の延在方向に沿った断面を示している。
ここで説明するトンネルの施工方法は、地山を掘削しつつ前進する掘削機により掘削穴を形成し、形成した掘削穴の内面にこの掘削穴内面から所定距離離間した位置に内型枠を配設するとともに、内型枠と掘削機、スキンプレートとの間に妻型枠を配置し、妻型枠に設けられたコンクリート供給管から内型枠と地山との間に形成されたコンクリート打設空間にコンクリートを充填してトンネル内壁を構築するものであり、この点は前述した図３の斜視断面図に示すトンネルの施工方法と同様である。
そして本発明のトンネルの施工方法は、掘削機としてシールド掘削機３１を用い、コンクリート打設装置３２として、本発明のコンクリート打設装置１を用いるものである。
【００１６】
コンクリート打設装置１は、コンクリート打設装置３２において、シール材注入管２とシール材供給源（不図示）とを有するシール材供給機構を備えたものである。このシール材注入管２は、スキンプレート３７に設けられたものである。
【００１７】
内型枠３３は、地山Ｅをシールド掘削機３１で掘削して形成した掘削穴Ｔの内面をこの掘削穴Ｔ内面から所定距離離間した位置で覆うように配置されている。
【００１８】
妻型枠３４は、掘削穴Ｔの内面に配設される内型枠３３のうち、内型枠３３とシールド掘削機３１、スキンプレート３７との間に配置されるものであって、掘削穴Ｔの周方向に沿って複数連結されるユニットである。そして妻型枠３４によって、内型枠３３と地山Ｅとの間にはコンクリート打設空間Ｓが形成されている。
【００１９】
コンクリート供給管３６は妻型枠３４に設けられており、コンクリート供給源Ｄから供給されるコンクリートを内型枠３３とシールド掘削機３１、スキンプレート３７と妻型枠３４との間に形成されたコンクリート打設空間Ｓに供給するようになっている。
【００２０】
スキンプレート３７は、妻型枠３４の外方に配置されており、掘削穴Ｔの内面に接しつつ掘削方向に移動可能に設けられている。このときスキンプレート３７は、掘削方向後端部３７ａがコンクリート打設空間Ｓ内に配置されるように形成されている。
【００２１】
シール材供給機構のうち、シール材供給管２はスキンプレート３７に設けられており、スキンプレート３７の掘削方向への移動に伴って供給口２ａからコンクリート打設空間Ｓ内にシール材Ｂを供給するようになっている。この場合シール材Ｂとしては、ベントナイトなど、含水することによって膨張し止水効果を備えた材料が用いられる。このシール材供給管２は、一端がシール材供給源に接続され、他端である供給口２ａがスキンプレート３７の後端部３７ａ近傍に設けられている。
【００２２】
このように構成されるコンクリート打設装置１によってコンクリート打設空間Ｓ内へコンクリートを打設する作業について説明する。
はじめに、コンクリート供給管３６からコンクリート打設空間Ｓ内にコンクリートを打設し、図１（ａ）に示すように、既打設覆工コンクリートＫ１を形成する。このときコンクリート打設空間Ｓ内には、妻型枠３４より後方に延出したスキンプレート３７の後端部３７ａが配置されているため、既打設覆工コンクリートＫ１の掘削方向前方側は小径に形成される。すなわち、既打設覆工コンクリートＫ１の地山Ｅ側には、スキンプレート３７の形状に沿った断面略Ｌ字状の段部（ラップ部）３が形成される。
【００２３】
既打設覆工コンクリートＫ１が形成されたらシールド掘削機３１を前進させる。シールド掘削機３１を前進させることによって、図１（ｂ）に示すように、既打設覆工コンクリートＫ１の前方側には空間が生じ打継目４が形成される。このとき、シールド掘削機３１の前進とともにスキンプレート３７も掘削方向に移動される。このスキンプレート３７の移動に伴って、シール材注入管２からは、打継目４の地山Ｅ側に形成されたラップ部３にシール材Ｂが注入される。
【００２４】
さらにスキンプレート３７を前進させつつシール材注入管２からシール材Ｂを注入する。そして、シールド掘削機３１が所定距離（例えば５〜１０ｃｍ程度）前進したらシール材Ｂの注入を停止するとともに、コンクリート供給管３６から新たなコンクリートを打設する。こうして既打設覆工コンクリートＫ１の前方側には新規打設覆工コンクリートＫ２が形成される。
【００２５】
このとき新たに打設されたコンクリートは、既打設覆工コンクリートＫ１のラップ部３まで満たされ、新規打設覆工コンクリートＫ２側の凸部５がラップ部３に嵌合するような形態となる。そして、上述の作業を繰り返すことによりトンネル内壁が順次構築される。
【００２６】
このように、スキンプレート３７にシール材注入管２を設け、既打設覆工コンクリートＫ１と新規打設覆工コンクリートＫ２との間にシール材Ｂとしてベントナイトを注入することによって、地山Ｅ側からの漏水は確実に防止される。そして、既打設覆工コンクリートＫ１の打継目４が、何らかの原因で内型枠３３の奥側に配された状態が生じた場合でも、従来では困難であったシール材Ｂの設置は容易且つ確実に行われる。
【００２７】
そして、既打設覆工コンクリートＫ１の打継目４にシール材Ｂを注入後に、新たなコンクリートを打設するようにしたため、シールド掘削機３１の掘進・覆工工程の一時停止をすることなくシール材Ｂを注入することができる。すなわち、掘進作業と止水作業とを同時に行うことができるので作業性は向上される。
【００２８】
そして、シール材Ｂを打継目４のうちラップ部３に注入するようにしたため、少量のシール材Ｂで確実に止水効果を得ることができる。すなわち、既打設覆工コンクリートＫ１のラップ部３に新規打設覆工コンクリートＫ２の凸部５が嵌合されるような形態となっているため、この嵌合部に少量のシール材Ｂを注入するだけで確実な止水効果を得ることができる。さらに、施工精度によって打継目４に間隙（目開き）が生じた場合においても、ラップ部３の間隙は僅かであるので、施工精度による目開きの変化に容易に対応することができる。
【００２９】
次に図２を用いて、ラップ部３にシール材Ｂを注入することにより良好な止水効果が得られることを説明する。
図２に示す実験例における第１コンクリート２０ａ及び第２コンクリート２０ｂは、図１における既打設覆工コンクリートＫ１及び新規打設覆工コンクリートＫ２に相当するものであり、それぞれラップ部２１ａ及び凸部２１ｂを形成している。そしてラップ部２１ａにはベントナイトからなるシール材Ｂが設けられている。また、第１、第２コンクリート２０ａ、２０ｂはそれぞれ筒状に形成されており、それぞれの端部に設けられた板材２２ａ、２２ｂによって内部に密閉空間が形成されている。そしてこの密閉空間には水供給機構から供給される水Ｗが所定の圧力でもって供給される。
【００３０】
このとき、水Ｗが収容される密閉空間の径Ｌ１は５００ｍｍであり、第１、第２コンクリート２０ａ、２０ｂの外径Ｌ２は１１００ｍｍである。またコンクリート全体の長さＬ３は５００ｍｍである。
そして、打継目２３の目開きＬ４を６ｍｍ、１０ｍｍとし、ラップ部２１ａのラップ長Ｌ５を５ｃｍ及び１０ｃｍとし、水圧Ｐを１〜６ｋｇｆ／ｃｍ² として実験を行った。
【００３１】
以上のような実験条件において、目開きＬ４を１０ｃｍとし、水圧Ｐを６ｋｇｆ／ｃｍ² のとした場合においても漏水は認められなかった。したがって、ラップ部にシール材を設けることによって効果的な止水効果を得ることができると言える。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のトンネルの施工方法及び施工装置は、以下のような効果を有するものである。
（１）本発明のトンネルの施工方法によれば、スキンプレートに設けられたシール材供給機構の供給口から既打設覆工コンクリートの打継目にシール材を注入後コンクリート打設空間にコンクリートを打設するようにしたため、シールドの掘進・覆工工程の一時停止をすることなくシール材を設置することができる。すなわち掘進作業と止水作業とを同時に行うことができるので作業性は向上される。さらに、既打設覆工コンクリートの打継目が内型枠の奥に配された状態においても、シール材は安定して注入されるので止水効果を確実に得ることができる。
さらに、既打設覆工コンクリートの掘削方向前方側を小径にして段部を形成するとともに、シール材を段部に注入するようにしたため、少量のシール材で止水効果を確実に得ることができる。
（２）本発明のトンネルの施工装置によれば、スキンプレートの掘削方向後端面に設けられた供給口からシール材を注入可能なシール材供給機構を設けたことにより、既打設覆工コンクリートの打継目にシール材を安定して注入することができる。したがってシール材は安定して設置され確実な止水効果を得ることができる。
そして、スキンプレートの掘削方向後端部をコンクリート打設空間内に配置することによって、既打設覆工コンクリートの掘削方向前方側は小径となり段部が形成される。このとき、シール材供給機構の供給口がスキンプレート後端面に設けられているので、段部にシール材が供給されるようになり、少量のシール材で止水効果を確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトンネル施工装置の一実施形態を示す要部拡大断面図である。
【図２】シール材の止水効果実験を説明するための図である。
【図３】トンネルの施工装置全体を説明するための斜視断面図である。
【図４】従来のトンネル施工装置を説明するための要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１コンクリート打設装置
２シール材供給管
２ａ供給口
３段部（ラップ部）
４打継目
５凸部
３３内型枠
３４妻型枠
３６コンクリート供給管
３７スキンプレート
３７ａ（スキンプレート）後端部
Ｄコンクリート供給源
Ｅ地山
Ｋ１既打設覆工コンクリート
Ｋ２新規打設覆工コンクリート
Ｓコンクリート打設空間
Ｔ掘削穴

Claims

地山を掘削機で掘削して形成した掘削穴内面にこの掘削穴内面から所定距離離間した位置に内型枠を配設するとともに、前記内型枠と掘削機、スキンプレートとの間に妻型枠を配置し、
前記妻型枠に設けられたコンクリート供給管から前記内型枠と地山との間に形成されたコンクリート打設空間にコンクリートを供給してトンネル内壁を設けるトンネルの施工方法であって、
前記妻型枠の外方に配置され、前記掘削穴の内面に接しつつ掘削方向に移動可能に設けられたスキンプレートに、該スキンプレートの掘削方向後端面に供給口が設けられたシール材供給機構を設け、
前記スキンプレートを掘削方向に移動させつつ、前記供給口から既打設覆工コンクリートの打継目にシール材を注入した後、
前記コンクリート供給管より前記コンクリート打設空間内にコンクリートを供給することを特徴とするトンネルの施工方法。
請求項１に記載のトンネルの施工方法であって、
前記既打設覆工コンクリートの掘削方向前方側を小径にして段部を形成するとともに、
前記シール材を前記段部に注入することを特徴とするトンネルの施工方法。
地山を掘削機で掘削して形成した掘削穴の内面をこの掘削穴内面から所定距離離間した位置で覆う内型枠と、
前記内型枠と掘削機、スキンプレートとの間に配されて前記内型枠と前記地山との間にコンクリート打設空間を形成する妻型枠と、
前記スキンプレートは、前記掘削穴の内面に接しつつ掘削方向に移動可能に設けられ、このスキンプレートの移動に伴って、該スキンプレートの掘削方向後端面に設けられた供給口から既打設覆工コンクリートの打継目にシール材を注入するシール材供給機構と、
前記妻型枠に設けられ、前記シール材注入後コンクリート供給源から供給されたコンクリートを前記コンクリート打設空間内へ供給するコンクリート供給管とを備えたことを特徴とするトンネルの施工装置。
請求項３に記載のトンネルの施工装置であって、
前記スキンプレートの掘削方向後端部は前記コンクリート打設空間内に配置されることを特徴とするトンネルの施工装置。