JP3783120B2 - Start method of shield excavator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立坑からのシールド掘削機の発進方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、シールド掘削機で地中にトンネルを構築するに際しては、まず立坑を構築し、この立坑からシールド掘削機を地山に向けて発進させている。このときには、立坑の壁面にシールド掘削機を発進させるための開口部を形成するが、開口部には、その内周面とシールド掘削機の外周面との隙間を塞いで土砂等の立坑内への流入を防止するエントランスパッキンを設けている。さらに、シールド掘削機には、その内部で組み立てるセグメントと、シールド掘削機の後端部の内周面との隙間を塞ぐテールシールを備えている。
【0003】
ところで近年、道路、鉄道、共同溝等を用途とする大断面トンネルを効率良く構築するための技術が要求されつつある。これに応ずるため、複数のシールドトンネルを互いに隣接させて構築することにより大断面トンネルの覆工体となるトンネル構造体を構築し、このトンネル構造体の内方の地山を掘削して空間を形成することによって大断面トンネルを構築する技術が開発・提案されつつある。
【0004】
このような技術では、一つのシールドトンネルを先行構築した後、これに隣接する位置に他のシールドトンネルを後行構築するが、このときには先行構築したシールドトンネルの裏込充填材を削りつつこれを重合させていくようにする。
互いに隣接するシールドトンネルどうしを重合させるには、先行構築するシールドトンネルの構築に際し、シールド掘削機で地山に掘削した孔に対してその内方に組み立てるセグメントの径を通常よりも小さくし、これら孔とセグメントとの間に充填する裏込充填材の覆工厚を大きくしておく必要がある。このため、先行するシールドトンネルを構築するためのシールド掘削機の内側と、その内方で組み立てるセグメントの外周面との隙間が通常よりも大きくなっている。
【0005】
ところが、シールド掘削機の内側とセグメントの外周面との隙間が大きくなると、立坑からのシールド掘削機の発進時に、シールド掘削機が前記エントランスパッキンを通過した後に前記隙間から立坑内に土砂が流入する危険性があるという問題が伴う。これを解決するため、特開平9−195672号公報に開示された技術が既に提案されている。
【0006】
この技術は、シールド掘進機の発進方法に関するもので、シールド掘削機とトンネル外周との寸法差を、立坑の開口部の全周に取り付けたトンネル用閉塞部材で閉塞することによって、前記問題を解決しようとしたものである。このトンネル用閉塞部材は、高剛性の板体からなり、開口部とトンネル外周との隙間の水密性を確保するために、トンネル用閉塞部材に対応する位置に設けた鋼製のリングに溶接することによってトンネルに固定した構成となっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来のシールド掘削機の発進方法には、以下のような問題が存在する。
すなわち、前記公報に示された技術においては、トンネル用閉塞部材の製作費が嵩み、さらに水密性を確保するために鋼製のリングを設置しなければならないために、これにも費用と余計な手間がかかるという問題がある。
また、トンネル用閉塞部材と、トンネルに組み込んだ鋼製のリングとを溶接などで固定する構成となっているが、シールド掘削機の発進時には大きな推力を得るためにトンネルに反力をとるため、これによってトンネルを構成するセグメントが前後に移動して、トンネル用閉塞部材と鋼製のリングとの溶接部が破損してしまうことも考えられる。すると、水密性が保持できなくなり、土砂や地下水が立坑の内部に侵入してしまう。これに対応するために、トンネル用閉塞部材と鋼製のリングとの接合をより確実に行うことも考えられるが、これではより一層のコスト上昇を招いてしまう。
【0008】
さらに、前記公報の技術では、トンネル用閉塞部材で開口部とトンネル外周との隙間を塞いだ後、開口部、トンネル用閉塞部材、テールシール、およびトンネルの外周によって包囲された空間にモルタルなどを充填しているが、モルタル等の充填材は立坑の内周面よりも突出することになるため、立坑の仕上がり壁を形成する際には邪魔となり、その撤去にも余計な手間がかかるという問題がある。
【0009】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、土砂などの流入を確実に防いだうえで、作業の容易化および低コスト化を図ることのできるシールド掘削機の発進方法を提供することを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、シールド掘削機の立坑からの発進方法であって、前記立坑の内壁面を構成する立坑構造壁を形成し、該立坑構造壁には、前記シールド掘削機を発進させるべき位置に開口部を形成しておくとともに、該開口部近傍には、該開口部と前記シールド掘削機の外周面との隙間を塞ぐエントランスパッキンを備えておき、前記開口部から地山に向けて前記シールド掘削機を発進させて、その内部でトンネルを構築しつつ、構築したトンネルに反力を得て掘進方向前方に漸次掘進していき、前記シールド掘削機の後端部が前記立坑構造壁の前記開口部に達したときに、前記開口部とその内部に構築されたトンネルの外周面との間に鉄筋を配筋し、さらにコンクリートを打設することによって、前記開口部とトンネルの外周面との隙間を閉塞してこれらを一体化させる閉塞部を形成することを特徴としている。
【0011】
請求項2に係る発明は、請求項1記載のシールド掘削機の発進方法において、前記立坑構造壁を形成するに際して、前記開口部には、前記閉塞部を構成する鉄筋を接続するためのジョイント金具を埋設しておくことを特徴としている。
【0012】
請求項3に係る発明は、請求項1または2記載のシールド掘削機の発進方法において、前記開口部とトンネルの外周面との隙間に前記閉塞部を形成するに際して、前記トンネルの外周面と接する位置には止水性を確保するための止水部材を配設することを特徴としている。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るシールド掘削機の発進方法の第一ないし第四の実施の形態の一例を、図1ないし図13を参照して説明する。ここでは、例えば大断面トンネルのトンネル構造体を構成するトンネルを構築するに際して、本発明に係るシールド掘削機の発進方法を適用する場合の例を用いて説明する。
【0015】
[第一の実施の形態]
ここではまず、本発明に係るシールド掘削機の発進方法を適用して構築すべき大断面トンネルについて説明する。
【0016】
図1に示すように、構築すべき大断面トンネル10は、例えば左右2室構造で、例えば幅が30m以上、高さが15mといった大断面を有し、周囲の地山Gからの土圧に抗するトンネル構造体11と、該トンネル構造体11の内方に形成された左右の内部空間(トンネル空間)12,13とから構成されている。このトンネル構造体11は、それぞれ大断面トンネル10が連続する方向に延在する先行シールドトンネル15と後行シールドトンネル16とが、周方向交互に配置されて、これらがその一部を互いに重合させて一体化された構成からなっている。
【0017】
先行シールドトンネル15は、一本あるいは二本の断面視円形のトンネル本体(トンネル)17と、トンネル本体17から隣接する後行シールドトンネル16に向けて水平方向に延出する二本一対の連結部18,18とから構成されている。トンネル本体17は、複数のセグメント19が円形に組まれることによって構成され、トンネル本体17とその外周側の地山Gとの隙間、および連結部18を形成する空間の部分には、コンクリートやモルタル、ファイバーコンクリート等の裏込充填材20が充填されている。
【0018】
後行シールドトンネル16は、それぞれ断面視円形で、円形に組まれたセグメント22と、その外周側の地山Gとの間に充填された裏込充填材23とから構成されている。
【0019】
このように、大断面トンネル10のトンネル構造体11は、先行シールドトンネル15と後行シールドトンネル16とが周方向に交互に配置されて、先行シールドトンネル15の連結部18,18を介して一体に連結され、さらにその内部には鉄筋やPC鋼材などの補強材24およびコンクリート25が充填された構成となっている。
【0020】
ここで、連結部18を有した特殊な形状の先行シールドトンネル15の構築に用いるシールド掘削機について説明する。
各先行シールドトンネル15の構築には、図2に示すようなシールド掘削機30を用いる。シールド掘削機30は、その外殻がスキンプレート31によって形成され、このスキンプレート31は、先行シールドトンネル15のトンネル本体17(図1参照)に対応した略円形断面のスキンプレート本体31aと、トンネル本体17から延出する各連結部18(図1参照)に対応した略長円形断面の張出し部31bとからなり、全体として略H字状をなしている。
【0021】
そして、スキンプレート31のスキンプレート本体31aの前部には、通常のシールド掘削機と同様、多数のカッタビット32aを備えたメインカッター32が備えられ、その後方にはこのメインカッター32を回転駆動させる図示しないカッター駆動機構,排土機構,シールド掘削機30を推進させるためのシールドジャッキ,セグメント組立装置等が装備されている。
【0022】
スキンプレート31の各張出し部31bの前部には、該張出し部31bの短径寸法と略同径の小径カッター33が例えば2基ずつ備えられている。各小径カッター33は、その後方に備えた駆動機構によって回転駆動されるとともに、図示しないアームによって張出し部31bの長径方向(スキンプレート31の軸線と直交する方向)に移動可能に支持された構成となっている。そして、これら小径カッター33を回転駆動させつつこれをアーム(図示なし)で張出し部31bの長径方向に移動させることによって、地山Gを断面略長円形状に掘削し、図1に示した連結部18を形成するようになっている。
【0023】
さらに、張出し部31bの後部の内部には、トンネル本体17のセグメント19 の外周側および連結部18,18にコンクリートやモルタル、ファイバーコンクリート等の裏込充填材20(図1参照)を打設充填するための裏込充填材打設管34と、打設充填した裏込充填材20(図1参照)の圧力を保持するための裏込充填材プレス機構35とが備えられている。
【0024】
次に、このような大断面トンネル10の構築方法について説明する。
これには、まず、図3に示すように、トンネル構造体11を構成する先行シールドトンネル15,15,…のみを先行構築する。
【0025】
各先行シールドトンネル15を先行構築するには、まず、図2に示したシールド掘削機30を推進させ、メインカッター32を回転駆動させつつ、その外周側においては小径カッター33を回転駆動させるとともに張出し部31bの長径方向に移動させることによって、図3に示したように、トンネル本体17および連結部18,18,…からなる先行シールドトンネル15に対応した断面形状の孔38を掘削していく。そして、スキンプレート31(図2参照)内の後方において、孔38内にセグメント19を所定形状に組み上げるとともに、その外周側および連結部18となる部分に、裏込充填材打設管34(図2参照)から裏込充填材20を充填し、これを裏込充填材プレス機構35(図2参照)で押圧して所定の圧力に保持しておくことによって、先行シールドトンネル15のトンネル本体17および連結部18,18,…を構築していく。
【0026】
所定位置に先行シールドトンネル15,15,…を構築した後には、断面視円形のシールド掘削機(図示なし)を用いて円形の孔39,39,…を削孔していく。このときには、先行シールドトンネル15,15間の地山Gとともに、先行シールドトンネル15の連結部18,18を形成する裏込充填材20の一部も同時に削られていく。そして、図4に示すように、各孔39を掘削しつつ、シールド掘削機(図示なし)の後方でセグメント22,22,…を組み立て、組み立てたセグメント22の外周側にコンクリートやモルタル、ファイバーコンクリートなどの裏込充填材23を充填することにより、各孔39内に後行シールドトンネル16が構築される。
【0027】
これにより、先行シールドトンネル15と、断面視円形の後行シールドトンネル16とが周方向交互に配置され、しかもこれら先行シールドトンネル15および後行シールドトンネル16は、その一部において互いに重合した状態となる。
【0028】
続いて、図1に示したように、構築したトンネル構造体11内に補強材24を配筋し、さらにコンクリート25を打設充填する。これにより、トンネル構造体11が完成する。しかる後には、トンネル構造体11の内方の地山Gを掘削し、ここに内部空間12,13を形成することにより、所定形状の大断面トンネル10の構築が完了する。
【0029】
ところで、図5に示すように、上記施工方法で大断面トンネル10を構築するに際し、先行シールドトンネル15や後行シールドトンネル16(図1参照)は、所定の位置に構築された立坑40から構築を開始する。このとき、特に先行シールドトンネル15を構築するシールド掘削機30においては、スキンプレート31とその内方で組み立てるセグメント19との隙間が大きいため、以下に示すような発進方法を採用する。
【0030】
図5および図6に示すように、所定の発進位置に掘削して形成した立坑40は、周囲地山Gからの土圧や水圧に抗するため、その内周面に、地中連続壁等の各種工法により土留壁41を形成する。さらに、土留壁41の内周面側に、立坑40の仕上がり壁となる立坑構造壁42を例えば鉄筋コンクリート造で形成する。そして、この土留壁41および立坑構造壁42には、シールド掘削機30の発進位置に、シールド掘削機30の外径よりも所定寸法大きな開口部43を形成し、この開口部43により露出する部分の地山Gは薬液注入工法等の各種工法によって硬化させておく。
【0031】
なお、図6に示したように、土留壁41に形成した開口部43Aよりも、立坑構造壁42に形成した開口部43Bが所定寸法大きくなるようにしておく。さらに、立坑構造壁42の開口部43Bには、鉄筋接続用のジョイント金具44を、開口部43Bに臨ませ、かつ立坑構造壁42を構成する鉄筋Sの端部に取り付けて設置しておく。
【0032】
このようにして立坑40を形成した後、図5に示したように、シールド掘削機30を、立坑40内に組み立てたセグメント19に反力をとって開口部43から地山Gに向けて貫入させていく。このとき、図6に示したように、開口部43A周囲の土留壁41にはエントランスパッキン45を取り付けておき、シールド掘削機30のスキンプレート31の外周面と、このシールド掘削機30で掘削した孔38との隙間から土砂や地下水が立坑40内に侵入しないよう塞ぐ。このエントランスパッキン45は、ゴム系材料等、可撓性を有した材料からなり、その基端部がプレート状の押さえ治具46およびボルト47等の固定部材によって固定されている。この押さえ治具46は、孔38の径方向にスライド自在に取り付けられている。
【0033】
また、シールド掘削機30のスキンプレート31と、その内部で組み立てるセグメント19との隙間は、スキンプレート31の後端部に予め備えたテールシール48で閉塞する。
【0034】
このシールド掘削機30で地山Gを掘削しながら、その後方ではセグメント19を組み立ててトンネル本体17を形成し、さらにこのトンネル本体17に反力を得て地山G中に漸次掘進していく。そして、図7に示すように、シールド掘削機30のスキンプレート31の後端部が、土留壁41の内周面41aと略同一面に達し、かつエントランスパッキン45から外れない位置に達した時点で、掘進を一旦停止させる。
【0035】
次いで、図8に示すように、予め所定形状に組み上げておいた鉄筋ユニット(鉄筋)49を、立坑構造壁42の開口部43Bに露出しているジョイント金具44に接続することによって、開口部43Bとその内方に組み上げられたトンネル本体17との間に配設する。
【0036】
続いて、図9に示すように、シールド掘削機30の後端部とトンネル本体17の間と、立坑構造壁42の開口部43Bとトンネル本体17の間とに、それぞれ図示しない型枠をセットし、その型枠内にコンクリート50を打設する。このコンクリート50と鉄筋49とによって、開口部43Bとその内方のトンネル本体17との間の隙間には、鉄筋コンクリート造の閉塞部51が形成され、前記隙間を閉塞するとともに立坑構造壁42とトンネル本体17とが一体化されたこととなる。
【0037】
このようにして閉塞部51を形成した後は、図10に示すように、シールド掘削機30の掘進を再開し、その後方でトンネル本体17を組み立てつつ、裏込充填材打設管34および裏込充填材プレス機構35(図2参照)等によって孔38とトンネル本体17との間の空間に裏込充填材20を充填していくことによって、トンネル本体17を延長構築していく。このときには、通常と同様、シールド掘削機30のスキンプレート31に備えたテールシール48で、シールド掘削機30のスキンプレート31とその内方のトンネル本体17との隙間から土砂や地下水等がスキンプレート31内に侵入するのを防止するようになっている。
【0038】
上述したシールド掘削機30の発進方法では、立坑構造壁42にエントランスパッキン45を備えた開口部43を形成しておき、この開口部43から地山Gに向けてシールド掘削機30を発進させ、その後端部が開口部43に達したときに、開口部43とその内方に組み立てられたトンネル本体17の外周面との間に、鉄筋ユニット49を配筋し、さらにコンクリート50を打設することによって、鉄筋コンクリート造の閉塞部51を形成する構成となっている。この閉塞部51によって、開口部43とトンネル本体17との隙間を完全に閉塞することができ、ここから土砂や地下水等が立坑40内に侵入するのを確実に防ぐことができる。さらに、このような鉄筋コンクリート造の閉塞部51は、立坑構造壁42とトンネル本体17とを完全に一体化するので、トンネル本体17がシールド掘削機30の推進力を受けたときに、立坑構造壁42と閉塞部51、あるいは閉塞部51とトンネル本体17との接合部が損傷するのを防ぐことができ、止水性能を維持することができる。
【0039】
ところで、前記従来例としてあげた特開平9−195672号公報に開示された技術では、開口部とトンネルの隙間を閉塞するためのトンネル用閉塞部材を取り付けるために、立坑構造体側にブラケットを設けたり、またトンネルにはトンネル用閉塞部材を取り付ける箇所にだけ鋼製のセグメントを組み込む必要があり、余分な手間がかかっている。さらにこの従来の技術では、トンネル用閉塞部材は立坑構造体の内表面から立坑の内側に突出して設けられており、トンネル用閉塞部材で開口部とトンネル外周との隙間を塞いだ後には、最終的にこれを撤去し、開口部を塞ぐ必要があり、この点においても余分な手間がかかっている。
これに対して、上述した構成によれば、閉塞部51が鉄筋コンクリート造であり、しかもこれがそのまま本設となり、立坑構造壁42の一部を形成することになるので、開口部43とトンネル本体17との隙間を閉塞するための特別な仮設の部材を用いる必要がなく、余分な手間を省いて低コスト化および短工期化を図ることができる。
【0040】
また、立坑構造壁42の開口部43には、閉塞部51を構成する鉄筋ユニット49を接続するためのジョイント金具44を埋設しておく構成となっている。これにより、鉄筋ユニット49と立坑構造壁42の鉄筋Sとを容易に接続することができ、また立坑構造壁42と閉塞部51とを確実に一体化することができる。さらに、予め所定形状に組み上げた鉄筋ユニット49を用いるので、施工の効率化を図ることもできる。
【0041】
[第二の実施の形態]
次に、本発明に係るシールド掘削機の発進方法の第二の実施の形態について説明する。以下で説明において、シールド掘削機の発進方法の基本的な構成については前記第一の実施の形態と全く同様であるため、第一の実施の形態と異なる点についてのみ説明し、共通する構成については同符号を付してその説明を省略する。
【0042】
図11に示すように、前記第一の実施の形態と同様に、立坑構造壁42に開口部43を形成しておき、この開口部43から地山Gにシールド掘削機30を貫入させ、そのスキンプレート31の後端部が、土留壁41の内周面41aと略同一面に達し、かつエントランスパッキン45から外れない位置に達した時点で、鉄筋ユニット49を配筋する。これとともに、セグメント19を組み立てることによって形成したトンネル本体17の外周面には、ゴム系材料などからなるリング状のシール部材(止水部材)55を例えば3重に配設する。そしてこの後、ここにコンクリート50を打設して閉塞部51’を形成する。
【0043】
このようにして閉塞部51’を形成して孔38とトンネル本体17との隙間を閉塞した後は、前記第一の実施の形態と同様にしてシールド掘削機30でトンネルを延長構築していく。
【0044】
上述したシールド掘削機30の発進方法によれば、閉塞部51’を設けることによって前記第一の実施の形態と全く同様の効果が得られるのに加え、以下のような顕著な効果が得られる。すなわち、閉塞部51’がトンネル本体17の外周面と接する位置にシール部材55を配設する構成とした。コンクリート50が硬化するときには、温度が上昇して硬化した後、温度が低下してコンクリート50の体積が収縮する。また、シールド掘削機30の推進時には推進のための反力をトンネル本体17にとるため、トンネル本体17には大きな圧縮力が掛かるが、推進完了後にはトンネル本体17に掛かる力が減少し、これによってトンネル本体17は前後方向(掘進方向)に伸縮することとなる。このようなコンクリート50の体積収縮やトンネル本体17の伸縮が発生すると、閉塞部51’を形成するコンクリート50とトンネル本体17の打継面の付着が切れて隙間が生じ、これによって漏水が発生する恐れもあるが、上記したようにこの打継面にシール部材55を配することによって、万が一打継面の付着が切れて隙間が生じても、このシール部材55によって止水性を維持することができる。したがって、前記第一の実施の形態で示した時の収縮やシールド掘削機の推進力等によって、閉塞部51’とトンネルとの接合部に万が一隙間ができたとしても、シール部材55によってこの隙間から立坑40内に漏水等が生じるのを防止することができる。
【0045】
[第三の実施の形態]
次に、本発明に係るシールド掘削機の発進方法の第三の実施の形態について説明する。以下で説明において、シールド掘削機の発進方法の基本的な構成については前記第一の実施の形態と全く同様であるため、第一の実施の形態と異なる点についてのみ説明し、共通する構成については同符号を付してその説明を省略する。
【0046】
図12に示すように、前記第一の実施の形態と同様に、立坑構造壁42に開口部43を形成しておき、この開口部43から地山Gにシールド掘削機30を貫入させ、そのスキンプレート31の後端部が、土留壁41の内周面41aと略同一面に達し、かつエントランスパッキン45から外れない位置に達した時点で、鉄筋ユニット49を配筋する。これとともに、組み立てたトンネル本体17の外周面には、シール材(止水部材)57を層状に配設する。そしてこの後、ここにコンクリート50を打設して閉塞部51”を形成する。
【0047】
シール材57は、コンクリート50とトンネル本体17と打継面の全域にわたって配設されており、このシール材57としては、止水性を有するとともに、トンネル本体17とコンクリート50とが、トンネル本体17の表面に沿った方向に相対変位したときに、シート材57自体が変形することによって前記相対変位に追従あるいは相対変位を吸収できるものが好ましい。より具体的には、シール材57としては、例えば、防水用アスファルトを加熱して液体状にし、これをトンネル本体17の外周面に塗布あるいは吹き付けて硬化させたもの、コーキング用等のゴム系あるいはプラスチック系の材料をトンネル本体17の外周面に塗りつけたもの、断熱材等として用いられているウレタン系の材料等をトンネル本体17の外周面に吹き付けて硬化させたもの、ゴム系あるいはプラスチック系のシート材を接着材等によってトンネル本体17の外周面に貼り付けたもの、等がある。これ以外のものであっても、トンネル本体17とコンクリート50との間に介装させたときに、トンネル本体17とコンクリート50との相対変位に対応できるような材料であれば、いかなる材料であっても良く、またその固定方法についても何ら問うものではない。
【0048】
上述したようなシールド掘削機30の発進方法によれば、立坑構造壁42の開口部43と組み立てたトンネル本体17との間を閉塞部51”で閉塞するときに、閉塞部51”を形成するコンクリート50とトンネル本体17の外周面との間に、止水性を有しかつ変形可能なシール材57を介装させる構成となっている。これにより、前記第一および第二の実施の形態で示した効果に加え、以下のような効果を奏することができる。すなわち、前記第二の実施の形態でも示したように、コンクリート50の体積収縮やトンネル本体17の伸縮が発生すると、コンクリート50とトンネル本体17の打継面の付着が切れる恐れがあるが、このときに、打継面の付着が完全に切れなかったり、あるいはトンネル本体17の表面の凹凸が大きい場合等に、コンクリート50が引っ張られてこれにクラック等が発生するということも考えられる。これに対して、コンクリート50とトンネル本体17との間に層状のシール材57を介装させておくことによって、コンクリート50の体積収縮やトンネル本体17の伸縮が発生しても、コンクリート50とトンネル本体17とは縁が切られており、しかもコンクリート50とトンネル本体17の相対変位が発生したときには、これらの間に介装されたシール材57が前記相対変位に追従して変形したり相対変位を吸収したりするので、コンクリート50にはその変位による応力が何ら作用しない。しかもコンクリート50とトンネル本体17の相対変位が発生しても、これに追従して変形したり、変形により相対変位を吸収することができる。したがって、コンクリート50の損傷等を防ぎ、確実に止水性を確保することができる。
【0049】
[第四の実施の形態]
次に、本発明に係るシールド掘削機の発進方法の第四の実施の形態について説明する。以下で説明において、シールド掘削機の発進方法の基本的な構成については前記第一の実施の形態と全く同様であるため、第一の実施の形態と異なる点についてのみ説明し、共通する構成については同符号を付してその説明を省略する。
【0050】
図9に示したように、前記第一の実施の形態と同様に、立坑構造壁42に開口部43を形成しておき、この開口部43から地山Gにシールド掘削機30を貫入させ、そのスキンプレート31の後端部が、土留壁41の内周面41aと略同一面に達し、かつエントランスパッキン45から外れない位置に達した時点で、鉄筋ユニット49’を配筋するとともにコンクリート50を打設して閉塞部51を形成し、この閉塞部51で孔38とトンネル本体17との隙間を閉塞した後は、シールド掘削機30でトンネルを延長構築していくという点では、前記第一の実施の形態と何ら変わらない。
【0051】
前記第一の実施の形態との相違点は、後行シールドトンネル16を構築するためのシールド掘削機(図示なし)によって削り取られてしまう部分の、例えば閉塞部51を構成する鉄筋ユニット49’や、エントランスパッキン45の押さえ治具46、また必要に応じ立坑構造壁42を構成する鉄筋S’等、通常鋼製材料で形成しているものを、シールド掘削機で切削可能な材料、例えば樹脂、炭素繊維やガラス繊維をプラスチックで固めた材料等で形成することにある。
【0052】
ところで、図1に示したようにして先行シールドトンネル15を構築した後に後行シールドトンネル16を構築するに際しては、前記第一の実施の形態で示したように、先行シールドトンネル15の一部を削り取ることによって、先行シールドトンネル15と後行シールドトンネル16とを互いに重合させるようになっている。このときに、前記したような構成により、後行シールドトンネル16の構築時の掘削を容易に行うことが可能となり、大断面トンネル10の工費及び工期を抑えることが可能となる。
【0053】
なお、上記第一ないし第四の実施の形態で挙げた構成は、本発明の主旨を逸脱しない限りは他の構成を適宜採用することが可能である。
例えば、予め所定形状に組み上げた鉄筋ユニット49を用いる構成としたが、鉄筋をその場で組み立てつつ配筋するようにしても良い。
【0054】
また、閉塞部51,51’,51”と、トンネル本体17あるいは土留壁41との接合をより確実とするために、トンネル本体17や土留壁41等にスタッド部材等を配設するようにしても良い。
【0055】
さらに、上記第一ないし第四の実施の形態では、本発明に係るシールド掘削機の掘進方法を、大断面トンネル10を構成する先行シールドトンネル16に適用する構成としたが、孔38とその内方で組み上げるトンネル本体17との隙間、すなわち裏込充填材20の覆工厚が厚い場合であれば、その対象とするトンネルはいかなるものであっても良い。例えば、図13に示すように、大断面トンネル10’を構成する先行シールドトンネル15’のトンネル本体17’を断面視円形ではなく、略矩形状等の他の形状としても良い。さらに、これ以外にも、いかなる構成、形状のトンネルにも本発明に係るシールド掘削機の発進方法を適用することは可能であり、もちろん通常の単独のシールドトンネル等にも同様に適用することが可能である。またそのときに用いるシールド掘削機の構成については何ら限定する意図はなく、いかなるものを用いても良い。
【0056】
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない範囲内であれば、いかなる構成を採用しても良く、また上記したような構成を適宜選択的に組み合わせたものとしても良いのは言うまでもない。
【0057】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に係るシールド掘削機の発進方法によれば、立坑構造壁にエントランスパッキンを備えた開口部を形成しておき、この開口部から地山に向けてシールド掘削機を発進させて、その後端部が開口部を通過した後に、開口部とその内方に構築されたトンネルの外周面との間に鉄筋コンクリート造の閉塞部を形成する構成となっている。この閉塞部によって、開口部とその内方に構築されたトンネルとの隙間を閉塞し、土砂や地下水が立坑内に浸入するのを防ぐことができる。さらに、鉄筋コンクリート造の閉塞部は、立坑構造壁とトンネルとを完全に一体化するので、シールド掘削機の推進反力によって、立坑構造壁と閉塞部、あるいは閉塞部とトンネルとの接合部が損傷を受けるのを防ぐことができる。しかも、この閉塞部はそのまま本設となり、立坑構造壁の一部を構成することになるので、開口部とトンネルとの隙間を閉塞するための仮設部材を用いる必要がなく、余計な手間を省き大幅な低コスト化および短工期化を図ることができる。
【0058】
請求項2に係るシールド掘削機の発進方法によれば、立坑構造壁を形成するに際して、開口部には、閉塞部を構成する鉄筋を接続するためのジョイント金具を埋設しておく構成となっている。これにより、閉塞部を構成する鉄筋の取付を容易に行うことが可能となり、しかも立坑構造壁と閉塞部とを確実に一体化することができる。さらに、鉄筋に予め所定形状に組み立てた鉄筋ユニット等を用いれば、より一層の施工の容易化を図ることができる。
【0059】
請求項3に係るシールド掘削機の発進方法によれば、閉塞部を形成するに際して、トンネルの外周面と接する位置には止水性を確保するための止水部材を配設する構成となっている。これにより、コンクリート硬化時の収縮やシールド掘削機の推進力等によって、閉塞部とトンネルとの接合部に万が一隙間ができたとしても、止水部材によってこの隙間から立坑内に漏水等が生じるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るシールド掘削機の発進方法を適用して構築するトンネルの一例を示す立断面図である。
【図2】 前記トンネルを掘削するときに用いるシールド掘削機の一例を示す斜視図である。
【図3】 同トンネルの掘削方法を示す図であって、先行シールドトンネルを構築した状態を示す立断面図である。
【図4】 同、前記先行シールドトンネルに一部を重合させて後行シールドトンネルを構築した状態を示す立断面図である。
【図5】 前記シールド掘削機の発進方法を示す図であって、立坑に開口部を形成し、この開口部に向けてシールド掘削機を発進させようとする状態を示す斜視図である。
【図6】 同、前記シールド掘削機が開口部から地山に貫入し始めた状態を示す側断面図である。
【図7】 同、前記シールド掘削機の掘進を一旦停止させた状態を示す側断面図である。
【図8】 同、前記開口部に鉄筋を配筋した状態を示す側断面図である。
【図9】 同、前記開口部にコンクリートを打設して閉塞部を形成した状態を示すとともに、本発明に係るシールド掘削機の発進方法の第四の実施の形態を示す側断面図である。
【図10】 同、前記シールド掘削機の掘進を再開した状態を示す側断面図である。
【図11】 本発明に係るシールド掘削機の発進方法の第二の実施の形態を示す側断面図である。
【図12】 本発明に係るシールド掘削機の発進方法の第三の実施の形態を示す側断面図である。
【図13】 本発明に係るシールド掘削機の発進方法を適用するトンネルの他の一例を示す立断面図である。
【符号の説明】
17 トンネル本体(トンネル)
30 シールド掘削機
40 立坑
42 立坑構築壁
43B 開口部
44 ジョイント金具
45 エントランスパッキン
49、49’ 鉄筋ユニット(鉄筋)
50 コンクリート
51、51’、51” 閉塞部
55 シール部材(止水部材)
57 シール材(止水部材)
G 地山[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for starting a shield excavator from a vertical shaft.
[0002]
[Prior art]
As is well known, when a tunnel is built in the ground with a shield excavator, a shaft is first constructed, and the shield excavator is started from this shaft toward a natural ground. At this time, an opening for starting the shield excavator is formed on the wall of the shaft, but the opening closes the gap between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the shield excavator and enters the shaft such as earth and sand. Entrance packing is provided to prevent the inflow. Further, the shield excavator is provided with a tail seal that closes a gap between a segment assembled inside the shield excavator and an inner peripheral surface of a rear end portion of the shield excavator.
[0003]
By the way, in recent years, a technique for efficiently constructing a large-section tunnel using roads, railways, common grooves, and the like is being demanded. In order to meet this requirement, a tunnel structure that becomes the lining body of a large-section tunnel is constructed by constructing a plurality of shield tunnels adjacent to each other, and a space is created by excavating a natural ground inside the tunnel structure. The technology to build a large section tunnel by forming is being developed and proposed.
[0004]
In such a technique, after constructing one shield tunnel in advance, construct another shield tunnel in a position adjacent to it, but at this time, scraping the backfilling material of the shield tunnel constructed in advance while removing it. Let it polymerize.
In order to superimpose shield tunnels adjacent to each other, when constructing the shield tunnel to be constructed in advance, the diameter of the segment assembled inward to the hole drilled in the ground with a shield excavator is made smaller than usual. It is necessary to increase the lining thickness of the backfilling material to be filled between the hole and the segment. For this reason, the clearance gap between the inner side of the shield excavator for constructing the preceding shield tunnel and the outer peripheral surface of the segment assembled inside is larger than usual.
[0005]
However, when the gap between the inside of the shield excavator and the outer peripheral surface of the segment becomes large, when the shield excavator starts from the vertical shaft, the sand and sand flows into the vertical shaft after the shield excavator passes through the entrance packing. There is a problem of danger. In order to solve this, a technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-195672 has already been proposed.
[0006]
This technology relates to a starting method of a shield excavator, and solves the above-mentioned problem by closing the difference in size between the shield excavator and the outer periphery of the tunnel with a tunnel closing member attached to the entire circumference of the shaft opening. It is what I tried. This tunnel blocking member is made of a highly rigid plate, and is welded to a steel ring provided at a position corresponding to the tunnel blocking member in order to ensure the watertightness of the gap between the opening and the outer periphery of the tunnel. The structure is fixed to the tunnel.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional shield excavator starting method as described above has the following problems.
That is, in the technique disclosed in the above publication, the manufacturing cost of the tunnel blocking member is increased, and a steel ring must be installed to ensure water tightness. There is a problem that it takes time and effort.
Also, the tunnel closure member and the steel ring incorporated in the tunnel are fixed by welding etc., but in order to obtain a large thrust at the start of the shield excavator, to take a reaction force on the tunnel, As a result, the segments constituting the tunnel may move back and forth, and the welded portion between the tunnel closing member and the steel ring may be damaged. Then, water tightness cannot be maintained, and earth and sand and groundwater enter the shaft. In order to cope with this, it is conceivable that the tunnel closing member and the steel ring are more reliably joined, but this further increases the cost.
[0008]
Furthermore, in the technique of the above publication, after closing the gap between the opening and the outer periphery of the tunnel with the tunnel blocking member, mortar or the like is placed in the space surrounded by the opening, the tunnel blocking member, the tail seal, and the tunnel outer periphery. Although filled, the filling material such as mortar will protrude from the inner peripheral surface of the shaft, so it becomes an obstacle when forming the finished wall of the shaft, and it takes extra work to remove it There is.
[0009]
The present invention has been made in consideration of the above points, and provides a shield excavator start method that can easily prevent work and reduce costs while reliably preventing inflow of earth and sand. The issue is to provide.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a method of starting a shield excavator from a shaft, wherein a shaft structure wall constituting an inner wall surface of the shaft is formed, and the shield excavator is started on the shaft structure wall An opening is formed at the power position, and an entrance packing is provided in the vicinity of the opening to close the gap between the opening and the outer peripheral surface of the shield excavator. The shield excavator is started, and a tunnel is built therein, and a reaction force is obtained from the constructed tunnel to gradually advance forward in the excavation direction. When the opening of the wall is reached, a reinforcing bar is arranged between the opening and the outer peripheral surface of the tunnel built in the opening, and further concrete is placed, so that the opening and the tunnel are With the outer surface Closes between is characterized by forming a closed portion to integrate them.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the starting method of the shield excavator according to the first aspect, when the shaft structure wall is formed, a joint fitting for connecting a rebar constituting the closed portion to the opening portion. It is characterized by burying.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the starting method of the shield excavator according to the first or second aspect, when the closed portion is formed in a gap between the opening and the outer peripheral surface of the tunnel, the shield excavator is in contact with the outer peripheral surface of the tunnel. A water-stopping member for ensuring water-stopping is provided at the position.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an example of the first to fourth embodiments of the method for starting a shield excavator according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 13. Here, for example, when constructing a tunnel constituting a tunnel structure of a large cross-section tunnel, an explanation will be given using an example in which the start method of the shield excavator according to the present invention is applied.
[0015]
[First embodiment]
Here, a large-section tunnel to be constructed by applying the start method of the shield excavator according to the present invention will be described first.
[0016]
As shown in FIG. 1, the large-
[0017]
The preceding
[0018]
The trailing
[0019]
As described above, the tunnel structure 11 of the large-
[0020]
Here, the shield excavator used for construction of the special shape preceding
For the construction of each
[0021]
The front portion of the skin plate body 31a of the
[0022]
For example, two small-
[0023]
Further, in the rear portion of the overhanging
[0024]
Next, a method for constructing such a large-
For this purpose, first, as shown in FIG. 3, only the preceding
[0025]
In order to construct each
[0026]
After constructing the preceding
[0027]
As a result, the preceding
[0028]
Subsequently, as shown in FIG. 1, reinforcing
[0029]
By the way, as shown in FIG. 5, when constructing the
[0030]
As shown in FIG. 5 and FIG. 6, the
[0031]
As shown in FIG. 6, the
[0032]
After forming the
[0033]
Further, the gap between the
[0034]
While excavating the natural ground G with this
[0035]
Next, as shown in FIG. 8, a rebar unit (rebar) 49 assembled in advance in a predetermined shape is connected to the
[0036]
Subsequently, as shown in FIG. 9, molds (not shown) are set between the rear end of the
[0037]
After the blocking
[0038]
In the start method of the
[0039]
By the way, in the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-195672 mentioned as the conventional example, a bracket is provided on the shaft structure side in order to attach a tunnel closing member for closing the gap between the opening and the tunnel. In addition, it is necessary to incorporate a steel segment only at the location where the tunnel closing member is attached to the tunnel, and extra time is required. Furthermore, in this conventional technique, the tunnel blocking member is provided so as to protrude from the inner surface of the shaft structure to the inside of the shaft, and after closing the gap between the opening and the tunnel outer periphery with the tunnel blocking member, Therefore, it is necessary to remove it and close the opening, and this also requires extra work.
On the other hand, according to the above-described configuration, the closing
[0040]
The
[0041]
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the shield excavator start method according to the present invention will be described. In the description below, the basic configuration of the shield excavator starting method is exactly the same as in the first embodiment, so only the differences from the first embodiment will be described and the common configuration will be described. Are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0042]
As shown in FIG. 11, as in the first embodiment, an
[0043]
After the blocking
[0044]
According to the starting method of the
[0045]
[Third embodiment]
Next, a description will be given of a third embodiment of the shield excavator start method according to the present invention. In the description below, the basic configuration of the shield excavator starting method is exactly the same as in the first embodiment, so only the differences from the first embodiment will be described and the common configuration will be described. Are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0046]
As shown in FIG. 12, an
[0047]
The sealing
[0048]
According to the starting method of the
[0049]
[Fourth embodiment]
Next, a description will be given of a fourth embodiment of the method for starting a shield excavator according to the present invention. In the description below, the basic configuration of the shield excavator starting method is exactly the same as in the first embodiment, so only the differences from the first embodiment will be described and the common configuration will be described. Are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0050]
As shown in FIG. 9, as in the first embodiment, an
[0051]
The difference from the first embodiment is that, for example, a reinforcing
[0052]
By the way, when constructing the trailing
[0053]
Note that the configurations described in the first to fourth embodiments can adopt other configurations as appropriate without departing from the gist of the present invention.
For example, the reinforcing
[0054]
Further, in order to more reliably join the blocking
[0055]
Furthermore, in the first to fourth embodiments described above, the shield excavator excavation method according to the present invention is applied to the preceding
[0056]
In addition to this, it is needless to say that any configuration may be adopted as long as it does not depart from the gist of the present invention, and the above-described configurations may be appropriately combined.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the starting method of the shield excavator according to the first aspect, the opening having the entrance packing is formed in the shaft structure wall, and the shield excavator is directed from the opening toward the natural ground. After the rear end passes through the opening, a reinforced concrete blockage is formed between the opening and the outer peripheral surface of the tunnel built inside the opening. By this blocking portion, the gap between the opening portion and the tunnel built inside the opening portion can be blocked, and it is possible to prevent earth and sand and groundwater from entering the shaft. In addition, the reinforced concrete blockage completely integrates the shaft wall and tunnel, so the propulsion reaction force of the shield excavator damages the shaft wall and blockage or the junction between the block and tunnel. Can be prevented. In addition, since this closed portion is directly installed and constitutes a part of the shaft structure wall, it is not necessary to use a temporary member for closing the gap between the opening and the tunnel, and unnecessary labor is saved. Significantly lower costs and shorter construction time can be achieved.
[0058]
According to the start method of the shield excavator according to claim 2, when forming the shaft structure wall, the opening has a structure in which a joint fitting for connecting a reinforcing bar constituting the closed portion is buried. Yes. Thereby, it is possible to easily attach the reinforcing bars constituting the closed portion, and it is possible to reliably integrate the shaft structure wall and the closed portion. Furthermore, if a reinforcing bar unit or the like assembled in advance in a predetermined shape is used for the reinforcing bar, the construction can be further facilitated.
[0059]
According to the shield excavator start method of the third aspect, when the closed portion is formed, a water stop member for securing water stop is provided at a position in contact with the outer peripheral surface of the tunnel. . As a result, even if there is a gap in the junction between the closed part and the tunnel due to shrinkage during hardening of the concrete or the propulsion force of the shield excavator, water leakage or the like may occur in the shaft due to this gap. Can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an elevational sectional view showing an example of a tunnel constructed by applying a starting method of a shield excavator according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing an example of a shield excavator used when excavating the tunnel.
FIG. 3 is a view showing the excavation method of the tunnel, and an elevational sectional view showing a state in which a preceding shield tunnel is constructed.
FIG. 4 is an elevational sectional view showing a state where a trailing shield tunnel is constructed by partially superposing the preceding shield tunnel.
FIG. 5 is a diagram showing a start method of the shield excavator, and is a perspective view showing a state where an opening is formed in the shaft and the shield excavator is about to start toward the opening.
FIG. 6 is a side sectional view showing a state in which the shield excavator has started to penetrate into the natural ground from the opening.
FIG. 7 is a side sectional view showing a state in which the excavation of the shield excavator is once stopped.
FIG. 8 is a side sectional view showing a state in which a reinforcing bar is arranged in the opening.
FIG. 9 is a side sectional view showing a fourth embodiment of a starting method for a shield excavator according to the present invention, showing a state in which concrete is placed in the opening to form a closed portion. .
FIG. 10 is a side sectional view showing a state where the shield excavator resumes excavation.
FIG. 11 is a side sectional view showing a second embodiment of the starting method of the shield excavator according to the present invention.
FIG. 12 is a side sectional view showing a third embodiment of the starting method of the shield excavator according to the present invention.
FIG. 13 is a vertical sectional view showing another example of a tunnel to which the shield excavator start method according to the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
17 Tunnel body (tunnel)
30 shield excavator
40 shaft
42 Shaft construction wall
43B opening
44 Joint bracket
45 Entrance packing
49, 49 'Rebar unit (rebar)
50 concrete
51, 51 ', 51 "obstruction
55 Seal member (water-stop member)
57 Sealing material (water blocking member)
G
Claims (3)
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