JP3819902B2 - シールド機の到達方法 - Google Patents

Description

本発明は、シールド機の到達方法に関するものである。

従来、到達立坑にシールド機を到達させる場合、地下水等が立坑内に流入するのを防ぐため、到達立坑内に土砂やソイルモルタル等を充填し、立坑内での圧力を地山と同程度として、シールド機を到達させる方法がある（非特許文献１参照）。

なお、圧力確保のための土砂やソイルモルタルは、水と置換可能であるため（非特許文献２参照）、到達立坑内にある程度の土砂やソイルモルタル等を充填した上に水を張って切羽水圧と同程度の圧力とし、シールド機を立坑に到達させた後、到達立坑側から水を排出して土砂等を撤去する場合もある。

土木学会第５３回年次学術講演会講演概要集第６部、ｐｐ．１２６−１２７ 土木学会第５４回年次学術講演会講演概要集第３部、ｐｐ．３８８−３８９

しかしながら、到達立坑内に水を張る方法では、到達立坑において、立坑内に注入した水を処理するための排水設備を設置する必要があり、費用がかかる。また、排水設備を設置して排水処理を行った後、土砂やソイルモルタル、エントランス装置等を撤去するため、工期が長くなる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、到達立坑側に排水設備を設置せずに、水の排出処理を速く且つ経済的に行うことができるシールド機の到達方法を提供することにある。

前述した目的を達成するための本発明は、到達立坑内に、上端部付近に逆止弁を有する管を設置する工程（ａ）と、前記到達立坑内に、シールド機の姿勢を保持するための保持材を設置する工程（ｂ）と、前記到達立坑内に、水を貯める工程（ｃ）と、前記シールド機を前記到達立坑内まで掘進させ、前記シールド機の面板カッタで前記管を切削する工程（ｄ）と、前記水を、前記逆止弁および前記管を介して前記シールド機内に流入させ、前記シールド機の後方に排出する工程（ｅ）とを具備することを特徴とするシールド機の到達方法である。

工程（ｅ）の後には、前記保持材および前記管を撤去する工程（ｆ）と、前記シールド機の一部または全体を、前記到達立坑を用いて地上に回収する工程（ｇ）とがさらに実施される。

工程（ａ）で設置される管に設けられた逆止弁は、管内から到達立坑内への流れを遮断し、到達立坑内から管内への流れを許容するものとする。工程（ｂ）で設置される保持材は、流動化処理土等とする。工程（ｃ）では、管の上端が水中に位置するように、到達立坑内に水を貯める。

管には、水圧計をさらに設けてもよい。工程（ｄ）では、シールド機のチャンバに設けられた水圧計や、管に設けられた水圧計での計測値を用いて、シールド機の面板カッタが管を切削したことを確認する。なお、管の、シールド機と対向しない側には、必要に応じて、シールド機を停止させるためのストッパが設置される。ストッパの設置は、例えば工程（ａ）と工程（ｂ）との間に行われる。ストッパは、工程（ｆ）で保持材および管と共に撤去される。

本発明のシールド機の到達方法は、到達立坑側に排水設備を設置せずに、水の排出処理を速く且つ経済的に行うことができる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、管７とシールドマシンストッパ１１を設置した立坑３の水平断面を示す図、図２は、管７とシールドマシンストッパ１１を設置した立坑３の垂直断面を示す図である。図１は、図２のＢ−Ｂによる断面図、図２は、図１のＡ−Ａによる断面図である。

立坑３は、シールドマシン２５（図４）の到達用の立坑である。図１、図２に示すように、立坑３は、筒状の側壁４、底版１９等からなる。立坑３の構築方法や部材の材質には、既往のものが適宜用いられる。シールドマシン到達予定位置１５は、立坑３の側壁４の下部に位置する。

本実施の形態では、まず、シールドマシン到達予定位置１５の周囲の地盤１に、地盤改良５を施す。そして、立坑３の内部に、管７と、シールドマシンストッパ１１を設置する。

管７は、シールドマシン到達予定位置１５に対向するように設置される。管７は、セラミック管、コンクリート製のヒューム管等とする。管７の下端部は、例えば、撤去不要な鋼製リングと鋼材（図示せず）とでアンカにより底版１９に固定される。管７は、上端部に逆止弁１７を有する。逆止弁１７は、図２の矢印Ｃに示すように、立坑３内から管７内への流れをのみを許容し、管７内から立坑３内への流れを遮断するものとする。管７には、水圧計（図示せず）をさらに設けてもよい。

シールドマシンストッパ１１は、管７の、シールドマシン到達予定位置１５と対向しない側に設置される。シールドマシンストッパ１１は、セグメント９、支持具１３等からなる。セグメント９は、管７に沿うように設置される。支持具１３は、セグメント９を支えるためのものである。

図３は、流動化処理土２１と水２３を設置した立坑３の垂直断面を示す図である。管７とシールドマシンストッパ１１を設置した後、図３に示すように、立坑３の内部に流動化処理土２１を設置する。流動化処理土２１は、シールドマシン２５が立坑３内に到達した際に、シールドマシン２５（図４）の姿勢を保持するための保持材である。流動化処理土２１は、シールドマシン２５の到達後に容易に撤去可能で、且つ、面板３９（図４）等に付着しない強度とするのが望ましい。

流動化処理土２１は、シールドマシン到達予定位置１５の上端より上まで充填される。流動化処理土２１が所定の強度となった後、流動化処理土２１の上に水２３を貯める。水２３の水位は、水圧が自然水圧と同等となるように設定される。管７の長さは、上端部が水２３の中に配置されるように設定される。なお、逆止弁１７は、立坑３内から管７内への水の流入を許容するので、水２３を貯めると、管７内にも水が満たされる。

図４は、シールドマシン２５が到達した立坑３の垂直断面を示す図である。図４に示すように、シールドマシン２５は、筒状のスキンプレート３１、スキンプレートの前端部に設けられる面板３９、スキンプレート３１の内部に設けられる送泥管２７と排泥管２９、スキンプレート３１の後端部付近の内周に設けられるテールシール４１等からなる。

シールドマシン２５は、送泥管２７で面板３９の方向に泥水を送り、面板３９の後方の空間であるチャンバ４３内の泥水圧を切羽での土水圧に耐え得る大きさに保ちつつ、面板３９に設けられたカッタ（図示せず）で地盤１を掘削して、前進する。掘削土は、送泥管２７からの泥水と混合され、排泥管２９を通って、シールドマシン２５の進行方向後方の泥水処理設備（図示せず）に送られる。

シールドマシン２５の内部ではセグメント３３が組立てられ、シールドマシン２５のテールシール４１の後方では、坑壁３７とセグメント３３の間に注入材３５が注入される。注入材３５は、水と反応して膨張する性質のものが望ましい。

図４に示すように、地盤１内を掘進してきたシールドマシン２５は、地盤改良５が施された部分を掘削し、シールドマシン到達予定位置１５を通って、到達用の立坑３の内部に到達する。このとき、注入材３５や地盤１内の地下水が、シールドマシン２５の後端部からスキンプレート３１の外周を伝って立坑３内に流入しようとするが、流動化処理土２１と水２３の圧力によって流入が防止される。

図５は、シールドマシン２５の停止時の立坑３の水平断面を示す図、図６は、シールドマシン２５の停止時の立坑３の垂直断面を示す図である。立坑３に到達したシールドマシン２５は、図５、図６に示すように、流動化処理土２１内をさらに掘進する。立坑３内では、流動化処理土２１によって、シールドマシン２５の姿勢の傾きが防止される。

流動化処理土２１内を掘進したシールドマシン２５は、管７に到達し、その表面を切削する。シールドマシン２５は、管７の切削によってシールドマシン２５の内部と管７の内部とが連通したことが確認された時点で、掘進を停止する。

シールドマシン２５の内部と管７の内部とが連通すると、管７内から立坑３内への流れが管７の上部の逆止弁１７によって遮断されているため、シールドマシン２５のチャンバ４３内および管７内の圧力が上昇する。このとき、チャンバ４３内に設けられた水圧計（図示せず）や、管７に設けられた水圧計（図示せず）の計測値に注目することにより、シールドマシン２５と管７の内部が連通したことを確認できる。

なお、万一、シールドマシン２５の内部と管７の内部との連通が確認できず、シールドマシン２５が停止されずに管７の全断面を切削した場合には、シールドマシンストッパ１１により、シールドマシン２５の掘進が停止される。

シールドマシン２５の掘進停止後、スキンプレート３１と立坑３の側壁４との間に裏込め注入を行う。そして、止水を確認し、必要に応じて補足注入を行う。裏込め注入には、セグメント３３と坑壁３７の間の止水に用いる注入材３５と同様の材料を用いる。

図７は、水２３を排水している立坑３の垂直断面を示す図である。立坑３の側壁４とスキンプレート３１との止水を確認した後、立坑３内の水２３を、矢印Ｆに示すように、逆止弁１７および管７を介してシールドマシン２５内に流入させる。流入した水２３は、チャンバ４３、排泥管２９内を通って、矢印Ｇに示すように、シールドマシン２５の進行方向後方の泥水処理設備（図示せず）に排出される。

図８は、流動化処理土２１等を撤去した立坑３の垂直断面を示す図、図９は、シールドマシン２５の一部を撤去した立坑３の垂直断面を示す図である。立坑３内の水２３を排出した後、図８に示すように、流動化処理土２１、管７、シールドマシンストッパ１１を順次撤去する。さらに、図９に示すように、シールドマシン２５のスキンプレート３１を適切な位置で切断し、スキンプレート３１の一部を残して、シールドマシン２５を撤去する。

このように、本実施の形態によれば、シールドマシン２５を立坑３に到達させる前に、立坑３内に、流動化保持材２１と水２３の他に、逆止弁１７を有する管７を設置しておく。そして、シールドマシン２５で立坑３内の管７を切削し、立坑３内に貯めた水２３を、逆止弁１７および管７を介してシールドマシン２５内に流入させて、シールドマシン２５の後方の既設の泥水処理設備に排出する。これにより、到達用の立坑３に排水設備を設置することなく水２３を排出することができるので、工事費の節減、工期の短縮が可能となる。

なお、本実施の形態では、立坑３にシールドマシン２５を到達させるために、地盤改良５とシールドマシン到達予定位置１５の鏡切りを行ったが、これ以外の到達機構を用いてもよい。例えば、立坑３の側壁４を、シールドマシン２５で切削可能な新素材コンクリート壁としてもよい。また、シールドマシン到達予定位置１５に、止水機能を有する坑口金物を設けてもよい。

管７の材質はセラミックやコンクリート等に限らず、面板３９のカッタで切削した際に、切削物でシールドマシン２５の排水処理装置が詰まらないような材質であればよい。立坑３内でのシールドマシン２５の姿勢を保持する保持材は、流動化処理土２１でなくてもよい。

図１０は、シールドマシンの到達方法の他の実施例を示す図である。図１０（ａ）は、シールドマシン２５ａが到達した立坑３ａの垂直断面を示す図である。図１０（ａ）に示す立坑３ａ、管７ａ、シールドマシンストッパ１１ａ、流動化処理土２１ａ、水２３ａ、シールドマシン２５ａ等は、図１から図９に示す立坑３、管７、シールドマシンストッパ１１、流動化処理土２１、水２３、シールドマシン２５等に相当する。

但し、図１０（ａ）に示すシールドマシンの到達方法では、シールドマシン２５ａが面板３９ａのカッタで管７ａの表面を切削した際、シールドマシン２５ａの全長が、流動化処理土２１ａ内に位置する。このため、立坑３ａ内の水２３ａをシールドマシン２５ａの後方に排出し、流動化処理土２１ａ、管７ａ、シールドマシンストッパ１１ａを撤去した後、シールドマシン２５ａのスキンプレート３１ａを切断することなく、シールドマシン２５ａの全体を立坑３ａから回収することができる。

図１０（ｂ）は、シールドマシン２５ｂが到達した立坑３ｂの垂直断面を示す図である。図１０（ｂ）に示す立坑３ｂ、管７ｂ、シールドマシンストッパ１１ｂ、流動化処理土２１ｂ、水２３ｂ、シールドマシン２５ｂ等は、図１から図９に示す立坑３、管７、シールドマシンストッパ１１、流動化処理土２１、水２３、シールドマシン２５等に相当する。

但し、図１０（ｂ）に示すシールドマシンの到達方法では、シールドマシンストッパ１１ｂのセグメント９ｂを、上端部が流動化処理土２１ｂより高くなるように設置する。また、セグメント９ｂによって、立坑３ｂの水平断面を２分割し、セグメント９ｂの管７ｂ側、すなわち、シールドマシン２５ｂが到達する側にのみ流動化処理土２１ｂを設置する。セグメント９ｂと立坑３ｂの間には、梁４５を設置する。

そして、立坑３ｂ内の水２３ｂをシールドマシン２５ｂの後方に排出し、流動化処理土２１ｂ、管７ｂ、シールドマシンストッパ１１ｂ、梁４５を撤去した後、シールドマシン２５ｂのスキンプレート３１ｂを切断し、シールドマシン２５ｂの一部を立坑３ｂから回収する。図１０（ｂ）に示すシールドマシンの到達方法では、流動化処理土の設置量を減らすことができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明にかかるシールドマシンの到達方法の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

管７とシールドマシンストッパ１１を設置した立坑３の水平断面を示す図 管７とシールドマシンストッパ１１を設置した立坑３の垂直断面を示す図 流動化処理土２１と水２３を設置した立坑３の垂直断面を示す図 シールドマシン２５が到達した立坑３の垂直断面を示す図 シールドマシン２５の停止時の立坑３の水平断面を示す図 シールドマシン２５の停止時の立坑３の垂直断面を示す図 水２３を排水している立坑３の垂直断面を示す図 流動化処理土２１等を撤去した立坑３の垂直断面を示す図 シールドマシン２５の一部を撤去した立坑３の垂直断面を示す図 シールドマシンの到達方法の他の実施例を示す図

符号の説明

１………地盤
３、３ａ、３ｂ………立坑
７、７ａ、７ｂ………管
１１、１１ａ、１１ｂ………シールドマシンストッパ
１５………シールドマシン到達予定位置
１７………逆止弁
２１、２１ａ、２１ｂ………流動化処理土
２３、２３ａ、２３ｂ………水
２５、２５ａ、２５ｂ………シールドマシン
３９………面板

Claims (7)

1. 到達立坑内に、上端部付近に逆止弁を有する管を設置する工程（ａ）と、
   前記到達立坑内に、シールド機の姿勢を保持するための保持材を設置する工程（ｂ）と、
   前記到達立坑内に、水を貯める工程（ｃ）と、
   前記シールド機を前記到達立坑内まで掘進させ、前記シールド機の面板カッタで前記管を切削する工程（ｄ）と、
   前記水を、前記逆止弁および前記管を介して前記シールド機内に流入させ、前記シールド機の後方に排出する工程（ｅ）と、
   を具備することを特徴とするシールド機の到達方法。
2. 前記工程（ｅ）の後に、
   前記保持材および前記管を撤去する工程（ｆ）と、
   前記シールド機の一部または全体を、前記到達立坑を用いて地上に回収する工程（ｇ）と、
   をさらに具備することを特徴とする請求項１記載のシールド機の到達方法。
3. 前記逆止弁が、前記管内から前記到達立坑内への流れを遮断し、前記到達立坑内から前記管内への流れを許容するものであることを特徴とする請求項１記載のシールド機の到達方法。
4. 前記保持材が流動化処理土であることを特徴とする請求項１記載のシールド機の到達方法。
5. 前記管の上端は、前記水中に位置することを特徴とする請求項１記載のシールド機の到達方法。
6. 前記工程（ｄ）で、前記シールド機のチャンバ内に設けられた水圧計での計測値、または、前記管に設けられた水圧計での計測値を用いて、前記シールド機の面板カッタが前記管を切削したことを確認することを特徴とする請求項１記載のシールド機の到達方法。
7. 前記管の、前記シールド機と対向しない側に、シールド機を停止させるためのストッパがさらに設置されることを特徴とする請求項１記載のシールド機の到達方法。

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