JP4128495B2 - 地下構造物の構築工法 - Google Patents

Description

本願発明は地下構造物の構築工法に関し、例えば非開削工法により任意断面形状の地下空間を構築する場合、あるいはシールド孔を部分的に拡幅する場合などに土留め工または止水工として施工される。

非開削工法による地下構造物の構築工法として、例えば図８（ａ）に図示するようにシールド工法やＮＡＴＭ工法などによってトンネル２０，２０を並行に掘進した後、このトンネル２０，２０間に複数の推進管を互いに接続しつつアーチ状にかつ並列に設置して土留め・止水工２１を施工し、その内側の地盤２２を掘削して拡幅する、いわゆるパイプルーフ工法が知られている（例えば特許文献１，２，３参照）。

また、トンネル２０を部分的に拡巾する工法として、例えば図８（ｂ）に図示するようにトンネル２０の内側から地中に凍結管２３を推進させて円弧状に設置し、この凍結管２３にブライン（冷媒）を循環させて周囲の地山を凍結養生した後、凍結管２３の内側の地盤２４を掘削して拡幅する拡巾工法が知られている（例えば特許文献４，５参照）。
特公平０６−１０２９５５号公報 特公平０７−７６５０７号公報 特公平０７−８１４８６号公報 特公平０４−１０６２９２号公報 特公平０４−２８１９９０号公報

しかし、特に前者の場合、推進管には口径が２５０ｍｍ〜３００ｍｍ程度と小径の鋼管が用いられているため、大規模な土留め・止水工としては強度が劣り、このため推進管のピッチ（設置間隔）を狭くしたり、推進管の内側に覆工体を新たに施工する等して補強する必要があった。

また、推進管は上述した通り口径が小さいため、施工中、推進官内はせいぜい凍結管を通すためのスペース程度にしか利用されておらず、有効に利用されていなかった。

さらに、推進管は先頭の掘削機によって地山を掘削しながら地中を推進するが、推進中、掘削機にトラブルが発生した場合などに人が掘削機まで容易にいくことができないため、迅速な対応ができないという課題があった。

さらに、推進管を地中に円弧状に推進させる場合、ローリングしやすく推進管を設計通りに設置できないという課題があった。

本願発明は以上の課題を解決するためになされたもので、特に推進管を推進管を地中に設計通りにアーチ状に設置することができ、かつ推進管の内部を作業空間として有効に活用できる地下構造物およびその構築工法を提供することを目的とするものである。

請求項１記載の地下構造物の構築工法は、推進ジャッキを用いて複数の推進管を互いに接続しつつ、かつ前記推進管のローリングを防止しながら前記推進管の発進用開口孔から地中にアーチ状に押し出して、地中に複数の推進管を複数列に設置する地下構造物の構築工法において、前記推進ジャッキに設けられた押し部材に凹部を、前記推進管の側部に突部をそれぞれ設け、当該凹部と突部を前記推進管の径方向に互いに係合させた状態で前記推進管を地中に押し出すことを特徴とするものである。

請求項２記載の地下構造物の構築工法は、請求項１記載の地下構造物の構築工法において、発進用の開口孔に設けられた支圧部材にパイプ状の係合ピンを取り付け、当該パイプ状の係合ピンと前記推進管の側部に設けられた突部を係合させて前記推進管のバッキングを防止することを特徴とするものである。
請求項３記載の地下構造物の構築工法は、請求項１記載の地下構造物の構築工法において、発進用の開口孔に設けられた支圧部材に前記推進管の側部に設けられた突部を当接させて前記推進管のバッキングを防止することを特徴とするものである。

請求項４記載の地下構造物の構築工法は、請求項１記載の地下構造物の構築工法において、推進ジャッキの周囲に突設された複数の支持アームの先端部間に設けられた支圧部材にパイプ状の係合ピンを取り付け、当該パイプ状の係合ピンと前記推進管の側部に設けられた突部とを係合させて前記推進管のバッキングを防止することを特徴とするものである。
請求項５記載の地下構造物の構築工法は、請求項１記載の地下構造物の構築工法において、推進ジャッキの周囲に突設された複数の支持アームの先端部間に設けられた支圧部材に前記推進管の側部に設けられた突部を当接させて前記推進管のバッキングを防止することを特徴とするものである。
請求項６記載の地下構造物の構築工法は、請求項１〜５のいずれかに記載の地下構造物の構築工法において、推進管の内側に作業用の突起を突設してなることを特徴とするものである。

本願発明は、推進管として人が中に入れる程の大口径の鋼管が用いられていることにより剛性が非常に大きく、このため特に大規模な土留め・止水工のような大きな土圧や水圧を受ける地下構造物に適している。
また、推進管として人が入れる内径に、かつ任意の方向（鉛直方向、水平方向または斜め方向）に一定曲率の円弧状に形成された推進管を用いることで、推進中、推進管はその高い剛性により変形や変位が生じにくく、しかも一定曲率の円弧形状により地山との摩擦抵抗を受けにくいため、地中をほぼ設計通りに推進して所定のアーチ形状を形成することができるものである。

また、推進管は人が入れる口径を有することで、推進管の中に地盤改良用の凍結管を設置できることは言うまでもなく、人が推進管の中に入り込み、推進管の中から地中に薬液注入用の注入管や凍結管を設置したり、あるいはロックボルトやフォアパイル等の補強材を設置したりする等の作業を行うことができるため、推進管内を有効に活用できるだけでなく、薬液注入などの作業をきわめて安全に行うことができるものである。

また、推進管を既設構造物に接続する場合、推進管の側から既設構造物側に薬液注入や凍結などの地盤改良を任意の形状に行うことができるため、供用中の既設構造物の機能に悪影響を及ぼすこともない。
また、推進管内を発進側から先頭の推進管まで自由に行き来できるため、施工中、先頭の推進管に設置された掘削機にトラブル等が発生したとしても、修理、部品交換はもちろん、先端部を地盤改良などにより止水した後、掘削機を回収することもできる。

なお、この場合の推進管の口径としては、人が中に入って実際に作業可能な空間を考えた場合、また建設関連の法規制から少なくとも８００ｍｍ以上は必要である。また、推進管どうしの接合方法としては、溶接または接着剤、あるいはボルト接合などの機械的接合を用いることができる。
また、推進管の断面形状は円形または矩形、あるいは楕円形状などでもよく、特に断面形状は限定されるものではない。

一般に、円弧形状の推進管を推進ジャッキで押して地中で推進させると、推進管はローリングして設計通りに推進させることができない場合がある。本願発明はこのローリングを防止するためのものであり、例えば突部（またはピン）と凹部（または溝部）が推進管の径方向または軸方向に互いに係合することで推進管のローリングを防止する方式、あるいは油圧式などによって推進管の径方向に拡径および縮径可能な把持部材が推進管を強く把持することによって推進管のローリングを防止する方式などが考えられる。

なお、前者のローリング防止装置の場合、突部（またはピン）または凹部（溝部）の一方を推進管側に、他方を推進ジャッキまたは周囲の構造体にそれぞれ取り付ければよい。
また、推進管を押して推進させる推進ジャッキを解除した際に、推進機前面土水圧により推進管がバック（後退）するのを防止するための装置であり、例えば突部（またはピン）と凹部（または溝部）が推進管の径方向または軸方向に互いに係合することで推進管のバッキングを防止する方式がある。
なお、この場合、突部（またはピン）または凹部（溝部）の一方を推進管側に、他方を周囲の構造体側（例えばシールド孔の覆工材として設置されたセグメント等）にそれぞれ取り付ければよい。

また、推進管内を作業員が移動する際、作業員が安全に行き来できるように推進管の内側に作業用の突起として把手やステップ、あるいは手摺り等を取り付けたものである。
特に、登り勾配や下り勾配の位置に接続された推進管の内側に把手やステップ等の突起を取り付けることにより、作業員は滑りやすい推進管内を安全に移動することができる。なお、把手やステップ等の突起は、推進管の製作時に溶接によって一体的に取り付けてもよく、あるいは現地でも取り付けられるようにボルト等によって取り付けてもよい。

本願発明は以上説明した通りであり、特に推進管として人が中に入れる程の大口径の鋼管が用いられていることにより剛性が非常に大きく、このため特に大きな土圧や水圧を受ける地下構造物に適している。

また、推進管として人が入れる内径に、かつ鉛直方向または斜め方向に一定曲率の円弧状に形成された推進管を用いることで、推進中、推進管はその高い剛性により変形や変位が生じにくく、しかも一定曲率の円弧形状により地山との摩擦抵抗を受けにくいため、地中をほぼ設計通りに推進して所定のアーチ形状を形成することができる。

また、推進管は人が入れる口径を有することで、推進管の中に地盤改良用の凍結管を設置できることは言うまでもなく、人が推進管の中に入り込み、推進管の中から地中に薬液注入用の注入管や凍結管を設置したりする等の作業を行うことができるため、推進管内を有効に活用できるだけでなく、薬液注入などの作業をきわめて安全に行うことができるものである。

また、推進管内を発進側から先頭の推進管まで自由に行き来できるため、施工中、先頭の推進管に設置された掘削機にトラブル等が発生したとしても、修理、部品交換はもちろん、先端部を地盤改良などにより止水した後、掘削機を回収することもできる。

さらに、推進管の内側に作業用の突起として把手やステップ、あるいは手摺り等が取り付けられているため、作業員は滑りやすい推進管内を安全に移動することができる。

図１（ａ），（ｂ）は、本願発明の地下構造物の一例を示し、図１（ａ）に図示する例の場合、シールド孔１，１が所定間隔おいて並行に構築され、このシールド孔１，１間に上方にアーチ状に突出した形状の山止め工２と下方にアーチ状に突出した形状の山止め工３がそれぞれ構築され、この山止め工２と山止め工３との間が掘削されて地下空間４になっている。

また、図１（ｂ）に図示する例の場合、立坑５，５が所定間隔おいて構築され、この立坑５，５間に上方にアーチ状に突出した形状の山止め工２と下方にアーチ状に突出した形状の山止め工３がそれぞれ構築され、この山止め工２と山止め工３との間が掘削されて地下空間４になっている。

なお、本願発明の地下構造物は、上述するように並行に掘進されたシールド孔間１，１や立坑５，５間に構築される他、並行に掘進された山岳トンネル間に構築される場合もある。

いずれの例においても、山止め工２と３は、複数の推進管６を地中に互いに剛接合に接続しつつアーチ状にかつ径方向に複数列に設置することにより構築されている。

推進管６には、作業員が入り込んで作業が可能なように８００ｍｍ以上の口径を有し、かつ一定の曲率を有して円弧状に形成された円形の鋼管が用いられている。また、例えば図２（ａ）〜（ｃ）に図示するように、各推進管６の内側には作業員が安全に行き来できるように作業用の突起として把手、手摺り、またはステップ７が推進管６の軸方向に所定間隔おきに取り付けられている。

例えば、アーチ両端の登り勾配および下り勾配の位置に接続された各推進管６の内側には、作業員が安全に昇り降りできるように把手、手摺りおよびステップ７のすべてが推進管６の軸方向に所定間隔おきに取り付けられている。また、推進管６どうしは溶接または接着剤、あるいはボルト接合などの機械的接合によって剛接合されている。

次に、本願発明の地下構造物の構築工法を説明すると、まず、準備段階として、所定間隔おいて並行に掘進されたシールド孔１，１の一方のシールド孔１内に、例えば図３（ａ），（ｂ）に図示するように、推進管６をシールド孔１内から地中に押し出すための元押し装置８を設置する。

また、当該シールド孔１の側壁部（例えばセグメント等）１ａに推進管６が通る発進用の開口孔１ｂを形成し、当該開口孔１ｂに地中に押し出した推進管６の後端部を推進方向に一時的に支持する支圧部材９を取り付ける。

なお、支圧部材９は、例えば図４（ａ），（ｂ）に図示するように元押し装置８の先端に取り付けられていてもよい。この場合、支圧部材９は元押し装置８の先端に推進管６の推進方向に突設された複数の支持アーム９ａ，９ａの先端部間に取り付けられ、支持アーム９ａ，９ａは後述する推進ジャキ８ａ，８ａの周囲に突設されている。この例によれば、支圧部材９は元押し装置８と共に、きわめて簡単に取り付けおよび撤去することができるため、施工性が非常によい。

元押し装置８は、推進管６の軸方向に伸縮する複数の推進ジャッキ８ａ，８ａと、推進ジャッキ８ａ，８ａの先端部に取り付けられ、推進管６の後端面に当接される押し部材８ｂとを備えており、押し部材８ｂの上に推進管６をセットし、推進ジャッキ８ａ，８ａを伸長することにより推進管６を開口孔１ｂから地中に押し出すことができるようになっている。

押し部材８ｂには推進管６のローリング防止装置として、例えば図５（ａ）に図示するように、推進管６の後端側の側部に突設された突部６ａ，６ａと推進管６の径方向に係合する凹部８ｃ，８ｃが形成されている。

ローリング防止装置は、元押し装置８によって推進管６を地中に押し出す間、推進管６がその円周方向にローリングするのを防止するためのものであり、この場合、突部６ａと凹部８ｃは推進管６の径方向に互いに係合していることで推進管６のローリングが阻止される。

図５（ｂ）はローリング防止装置の他の例を示し、推進管６の側部に形成された凹部６ｂ，６ｂに係合する係合ピン８ｄ，８ｄが押し部材８ｂに取り付けられている。この例では、推進管６の側部に形成された凹部６ｂ，６ｂに推進管６の径方向にスライド自在に取り付けられた係合ピン８ｄ，８ｄの先端が挿入されていることで推進管６のローリングが阻止される。

支圧部材９は、例えば図６（ａ）に図示するように推進管６が貫通可能なリング状に形成され、その対向する位置にバッキング防止装置として推進管６の側部に突設された突部６ａ，６ａが係合するパイプ状の係合ピン１０，１０が取り付けられている。

なお、支圧部材９は、推進管６の側部に突設された突部６ａ，６ａを受けることにより、推進管６の後端部を推進方向に一時的に支持する機能を有するものであれば、必ずしもリング状に形成されていなくてもよく、例えば図６（ｂ）に図示するように棒状または矩形板状に形成されていてもよく、この場合の支圧部材９，９は対向する位置に平行に取り付けられている。

バッキング防止装置は、元押し装置８の推進ジャッキ８ａ，８ａを収縮させて推進管６を押し付けるのを解除した際に、推進掘削機の全面水土圧によって推進管６がバッキングするのを阻止するためのものであり、この場合、パイプ状の係合ピン１０，１０が支圧部材９の径方向にスライドし、その先端が突部６ａ，６ａと係合することで推進管６のバッキングが阻止される。

図６（ｃ）はバッキング防止装置の他の例を示し、推進管６の側部に形成された凹部６ｂ，６ｂに係合する係合ピン１１，１１が支圧部材９に取り付けられている。この場合、係合ピン１１，１１は支圧部材９の径方向にスライドし、その先端が推進管６の凹部６ｂ，６ｂと係合することで推進管６のバッキングが阻止される。

図７（ａ），（ｂ）は、同じくバッキング防止装置の他の例を示し、推進管６の側部に突設された突部６ａ，６ａが支圧部材９に直接当接することにより推進管６のバッキングが阻止される。

この場合、突部６ａ，６ａは推進管６の側部に対応して突設され、またリング状の支圧部材９内を推進管６が突部６ａ，６ａとともに貫通可能なように、支圧部材９は拡径または径方向に開閉できるように形成されている。

リング状の支圧部材９を径方向に開閉する構造とするには、例えば図７（ａ）に図示するように、二枚の円弧状部材９ｂ，９ｂの一端側を連結ピン９ｃによって回転自在に連結し、他端側９ｄ，９ｄが連結ピン９ｃを軸に回転し、開閉するようにしてもよい。

次に、構築工法を説明すると、
(1) 最初に、元押し装置８の押し部材８ｂと開口孔１ａ（支圧部材９）との間に最初の推進管６をセットし、また推進管６の先端部に掘削機１２を設置する。そして、元押し装置８の推進ジャッキ８ａ，８ａを伸長させて推進管６を後ろから押し、かつ掘削機１２で地山を掘削しながら推進管６を開口孔１ａから地中に押し出す。なお、この場合の掘削機１２には掘削方向を自由に修正できる中折れ式の掘削機を用いてもよい。

(2) 次に、推進管６の後端部が開口孔１ａ（支圧部材９）の位置まで到達したら、推進管６の突部６ａ，６ａに係合ピン１０，１０を係合することにり推進管６を一時固定する。

(3) 次に、元押し装置８の推進ジャッキ８ａ，８ａを収縮させて押し部材８ｂを元の位置に戻す。そして、第二番目の推進管６を押し部材８ｂと開口孔１ａ（支圧部材９）との間に設置する。そして、第二番目の推進管６の先端面と第一番目の推進管６の後端面とを溶接などによって剛接合する。

(4) 次に、推進管６の突部６ａ，６ａと係合ピン１０，１０との係合を解除することにり推進管６の固定を解除する。そして、再び、元押し装置８の推進ジャッキ８ａ，８ａを伸長させて第二番目の推進管６を後ろから押し、かつ掘削機１２で地山を掘削しながら第一番目および第二番目の推進管６を開口孔１ａから地中に押し出す。そして、第二番目の推進管６の後端部が開口孔１ａ（支圧部材９）に到達したら、第二番目の推進管６の突部６ａ，６ａに係合ピン１０，１０を係合することにり推進管６を一時固定する。

(5) 以下同様にして、第三番目、第四番目の推進管を順次接続しながら地中に押し出してアーチ状に設置する。

（ａ），（ｂ）は、地下構造物の一例を示す断面図である。 推進管の一例を示し、（ａ），（ｂ）は推進管の横断面図、（ｃ）は縦断面図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は推進管の施工を示す断面図である。 推進管の施工を示し、（ａ）はその断面図、（ｂ）は（ａ）におけるiii −iii 線断面図である。 （ａ），（ｂ）は、図３（ａ）におけるｉ−ｉ線断面図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、図３（ａ）におけるii−ii線断面図である。 （ａ）は図３（ａ）におけるii−ii線断面図、（ｂ）は（ａ）における側面図である。 （ａ），（ｂ）は従来の地下構造物の一例を示す概要図である。

符号の説明

１ シールド孔
２ 山止め工
３ 山止め工
４ 地下空間
５ 立坑
６ 推進管
７ 把手、手摺りまたはステップ（作業用の突起）
８ 元押し装置
９ 支圧部材
１０ 係合ピン
１１ 係合ピン
１２ 掘削機

Claims (6)

1. 推進ジャッキを用いて複数の推進管を互いに接続しつつ、かつ前記推進管のローリングを防止しながら前記推進管の発進用開口孔から地中にアーチ状に押し出して、地中に複数の推進管を複数列に設置する地下構造物の構築工法において、前記推進ジャッキに設けられた押し部材に凹部を、前記推進管の側部に突部をそれぞれ設け、当該凹部と突部を前記推進管の径方向に互いに係合させた状態で前記推進管を地中に押し出すことを特徴とする地下構造物の構築工法。
2. 発進用の開口孔に設けられた支圧部材にパイプ状の係合ピンを取り付け、当該パイプ状の係合ピンと前記推進管の側部に設けられた突部を係合させて前記推進管のバッキングを防止することを特徴とする請求項１記載の地下構造物の構築工法。
3. 発進用の開口孔に設けられた支圧部材に前記推進管の側部に設けられた突部を当接させて前記推進管のバッキングを防止することを特徴とする請求項１記載の地下構造物の構築工法。
4. 推進ジャッキの周囲に突設された複数の支持アームの先端部間に設けられた支圧部材にパイプ状の係合ピンを取り付け、当該パイプ状の係合ピンと前記推進管の側部に設けられた突部とを係合させて前記推進管のバッキングを防止することを特徴とする請求項１記載の地下構造物の構築工法。
5. 推進ジャッキの周囲に突設された複数の支持アームの先端部間に設けられた支圧部材に前記推進管の側部に設けられた突部を当接させて前記推進管のバッキングを防止することを特徴とする請求項１記載の地下構造物の構築工法。
6. 推進管の内側に作業用の突起を突設してなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の地下構造物の構築工法。

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