JP4211362B2 - シールド掘進機の立坑接続方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機の立坑接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地中を掘進するシールド掘進機と到達立坑とを接続する技術として、立坑の周辺地山を地盤改良剤によって固め、その地盤改良域にシールド掘進機を掘進させて立坑直前で停止させ、立坑の内側からシールド掘進機が対向する立坑の一部を切断して開口を形成し、その開口にシールド掘進機を掘進させて接続する工法（工法１）が知られている。
【０００３】
また、立坑の一部を掘削可能材によって構築しておき、その部分をシールド掘進機によって掘り抜いて立坑内に導く工法（工法２）も知られている。また、立坑の周辺地山を地盤改良剤によって固めた後、シールド掘進機の前部に設けられた固定フードの外側に被嵌された外周フードを、前方の立坑側にスライドさせるようにした工法（工法３）も知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−３１５９４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、工法１では、到達立坑が現在使用中の場合や立坑径が小さい場合等には、立坑内部での切断作業が困難であるため、開口を形成できない。また、工法２では、立坑を鋼矢板（シートパイル）によって区画形成する場合等、立坑の一部を掘削可能材によって構築できない場合には、シールド掘進機によって掘り抜くことができない。
【０００６】
また、工法３では、固定フードの外側に被嵌された外周フードを前方にスライドさせたとき、スライド移動する外周フードが側部地山を擦って刺激するため、地盤改良剤によって固められた周辺地山の緩みを招き、周辺地山とシールド掘進機との間の止水性が破られる可能性がある。
【０００７】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、立坑内部での作業がなく掘進機側からの作業のみで立坑に接続でき、掘進機本体では切削できない鋼矢板からなる立坑にも接続でき、周辺地山とシールド掘進機との間の止水性を保持できるシールド掘進機の立坑接続方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、コンクリート躯体の外側に鋼矢板を備えた到達用の立坑に、土中を掘進してきた掘進機本体を接続させる方法であって、上記コンクリート躯体に、上記掘進機本体の到達口となる部分に位置させて、上記鋼矢板が上記立坑内側に露出するように凹部を設けておき、前部に固定フードを有すると共に回転駆動されるカッタを有する掘進機本体を、上記凹部における上記鋼矢板の近傍まで掘進させ、上記掘進機本体の側部から上記鋼矢板に向けて地盤改良剤を噴射して周辺地山を固め、上記掘進機本体内に切羽側と坑内側とを仕切って形成された隔壁に設けられたマンホールを開き、該マンホールから作業員が切羽側に出て、上記隔壁の前方の土砂を取り除くと共に上記凹部における上記鋼矢板を切断して開口を形成し、上記固定フードの内側に配置した内周フードを、上記カッタから切り離した状態で、前方に移動させて上記開口に挿入し、上記内周フードの外周に地盤改良剤を供給して上記内周フードの外側の地山を固め、上記隔壁を除去して上記掘進機本体の内部と上記立坑の上記凹部とを連通させるようにしたものである。
【００１０】
これにより、立坑内部での作業を必要とせずに掘進機側からの作業のみで立坑に接続できる。また、掘進機本体では切削できない鋼矢板からなる立坑にも接続できる。また、立坑の近傍にて掘進機本体の周辺地山を地盤改良剤によって固めた後は、掘削機本体を一切動かすことなく停止させた状態で、固定フードの内側の内周フードを前方にスライド移動させて立坑の開口に挿入するので、地盤改良剤によって固められた周辺地山が緩むことはない。
【００１１】
また、上記内周フードが前方に移動する前に、上記掘進機本体の前部に設けたカッタの最外周部のビットの取付座を取り外すか又は径方向内方に引き込み、上記内周フードの前方移動のスペースを確保するようにしてもよい。こうすれば、最外周部のビットの取付座をカッタから取り外すか又は径方向内方に引き込むことで、内周フードの前方移動のスペースが確保される。
【００１２】
また、上記内周フードは、その前端が上記カッタの後部を内包する位置から前方に移動するものであってもよい。こうすれば、各フードの長さを稼ぐことができ、内周フードの前方への突出長さが長くなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を添付図面に基いて説明する。
【００１７】
図１に本実施形態に係る立坑接続装置が表された到達立坑１及びシールド掘進機２の側断面図を示す。図示するように、この到達立坑１は、その外側がシールド掘進機２では切削できない鋼矢板（シートパイル）３からなり、内側がコンクリート躯体４からなる。コンクリート躯体４の内側には、シールド掘進機２の到達口となる凹部５が形成されている。
【００１８】
凹部５は、将来開口３５を形成すべく切断除去される鋼矢板３の一部が立坑１の内方に露出するように、コンクリート躯体４の内側に形成されている。凹部５の縁には、止水用のフランジ金具６が取り付けられている。フランジ金具６は、断面Ｌ字型に形成された弧状体からなり、複数隣接配置されてリング体を構成する。また、凹部５の縁には、地山へ地盤改良剤を注入する薬注管７が、周方向に所定間隔を隔てて複数取り付けられている。かかる凹部５は、立坑１の内方からカバー部材８によって覆われている。
【００１９】
カバー部材８は、紙面裏表方向に所定間隔を隔てて立設された複数の柱体９と、柱体９に水平に掛け渡された梁体１０と、これらを覆って設けられた防水シート１１とを有する。カバー部材８は、立坑１の内部にある程度の水が浸入しても、その水が凹部５側に影響を及ぼさないために設けられる。すなわち、この立坑１は、雨水等が一時的に貯留される仮水槽として現在機能しており、その機能を確保したままシールド掘進機２と接続される。
【００２０】
シールド掘進機２は、筒状のシールドフレーム１２と、その前部に設けられた隔壁１３と、隔壁１３に回転可能に取り付けられたカッタ１４とを備えた掘進機本体１５を有する。シールドフレーム１２の内部には、セグメント１６をリング状に組み立てるエレクタ（図示せず）が設けられていると共に、既設のセグメント１６に反力を取ってシールドフレーム１２を前進させる推進ジャッキ１７が設けられている。また、隔壁１３には、カッタ１４を回転駆動するモータ１８が設けられていると共に、掘削された土砂を移送するスクリューコンベヤ１９が設けられている。
【００２１】
シールドフレーム１２の前端には、図４(a)(b)にも示すように、それと同径に形成された筒状の固定フード２０が設けられている。固定フード２０の内側には、内周フード２１が前方へスライド自在に設けられている。内周フード２１は、固定フード２０の内径より僅かに小さい外径を有する筒部２１ａと、筒部２１ａの後端に取り付けられたリング状の鍔部２１ｂとからなる。内周フード２１は、筒部２１ａの先端が固定フード２０に溶接部２２で掘削機本体１５に固定され、鍔部２１ｂの内周縁が隔壁に溶接部２３で掘削機本体１５に固定され、それらの溶接部２２、２３が剥離されることでスライド自在となる。
【００２２】
上記カッタ１４（カッタスポーク、カッタ面板）は、その外径が内周フード２１の内径よりも僅かに小さく成形されている。かかるカッタ１４の外周端には、最外周部のビット２４の取付座２５が、着脱自在に設けられている。ここで、着脱自在とは、取付座２５をボルト等でカッタ１４の外周端に着脱するのみならず、カッタ１４の外周端に溶接された又は一体形成された取付座２５を溶断・切断等によって切り離すことも含む。最外周部のビット２４は、固定フード２０及び内周フード２１の前方に位置し、これらフード２０、２１の前方の切羽を切削する。
【００２３】
固定フード２０及び内周フード２１は、その前端がカッタ１４の後部とラップするように、上記取付座２５の後方まで延出されている。各フード２０、２１の長さを稼ぎ、内周フード２１の前方への突出長さを長くするためである。また、図例では、カッタ１４の外周端の後部には、斜めに欠落された逃げ部２６が形成されている。逃げ部２６は、カッタ１４と内周フード２１との隙間の土砂の流れを良好とし、摩耗を防止する。
【００２４】
シールドフレーム１２には、図１に示すように、当該フレーム１２と立坑１（鋼矢板３）との間の周辺地山へ地盤改良剤を噴射する薬注機構２７が設けられている。薬注機構２７は、シールドフレーム１２に斜め前方に傾けて複数取り付けられた薬注管２８を有する。各薬注管２８は、シールドフレーム１２の周方向に所定間隔を隔てて取り付けられており、シールドフレーム１２と立坑１との間に円錐状の地盤改良域２９（固化域）を形成する。なお、薬注管２８は、その噴射角度を可変できる取付座を介してシールドフレーム１に取り付けてもよい。
【００２５】
隔壁１３にも、同様の薬注管３０が取り付けられている。この薬注管３０は、隔壁１３の前方に地盤改良剤を噴射し、土砂取込室３１内の土砂を固化する。土砂取込室３１は、隔壁１３と内周フード２１とカッタ１４の背面部とで区画形成される。また、既設セグメント１６にも、同様の薬注管３１ａが取り付けられている。この薬注管３１ａは、シールドフレーム１２の後端に設けたテールシール３２が接するセグメント１６に取り付けられ、地盤改良剤を噴射して地山を固め、地盤改良域３３を形成する。
【００２６】
隔壁１３には、図１に示すように、作業員が坑内側から切羽側へ出るためのマンホール３４が開閉自在に設けられている。マンホール３４は、隔壁１３に単数又は複数設けられており、隔壁１３に開口されたマンホール口と、これを覆って着脱自在に設けられたマンホール蓋とからなる。坑内側からマンホール３４を通って切羽側に出た作業員は、後述のように土砂取込室３１内の土砂を取り除き、カッタ１４が対向する立坑１の鋼矢板３の一部を切断除去して開口３５（到達口）を形成する。
【００２７】
内周フード２１は、図２に示すように、移動機構３６によって前方に移動され、上記開口３５に挿入される。移動機構３６は、図例では、隔壁１３と内周フード２１との間に介設されたミニジャッキ３７からなる。ミニジャッキ３７は、シールドフレーム１２の周方向に所定間隔を隔てて複数（４個程度）設けられており、一端が隔壁１３に接続されると共に他端が内周フード２１に取り付けた金具に接続され、スペーサ３８を用いることでストローク不足を補っている。
【００２８】
以上の構成からなる本実施形態の作用（シールド掘進機の立坑接続方法）を述べる。
【００２９】
シールド掘進機２を立坑に接続するに先立って、図１に示すように、予め、立坑１内側のコンクリート躯体４に形成された凹部５の縁にフランジ金具６を取り付け、シールド掘進機２が到達する立坑１の近傍の地山に地上等から地盤改良剤を注入して地盤改良域３９を形成しておく。そして、シールド掘進機２をその地盤改良域３９に掘進させ、立坑１の近傍（直前）に停止させる。
【００３０】
次に、シールフレーム１２の薬注管２８から立坑１との間の周辺地山へ地盤改良剤を噴射し、シールドフレーム１２と立坑１との間の地山に円錐状の地盤改良域２９を形成する。これにより、シールドフレーム１２と立坑１と間から後工程で開口される開口３５（到達口）側に浸入しようとする地下水を止水する。また、シールドフレーム１２の表面に沿って後方から前方へ流れる地下水が止水される。
【００３１】
そして、セグメント１６の薬注管３１ａから側方に地盤改良剤を噴射し、テールシール３２の近傍の土砂を固めて地盤改良域３３を形成する。これにより、シールドフレーム１２の後方のテールボイド（掘孔と既設セグメント１６との隙間）からシールドフレーム１２の表面を伝って前方に向かう地下水を止水する。なお、薬注管２８、３１ａの薬注の順序は前後してもよい。
【００３２】
これら薬注管２８、３１ａから地盤改良剤を噴射して止水を行った後は、推進ジャッキ１７を固定し、シールドフレーム１２を一切動かさない。シールドフレーム１２を動かすと、側部地山が刺激されて地盤改良域２９、３３、３９が緩み、止水が破られるからである。
【００３３】
次に、隔壁１３の薬注管３０から前方に地盤改良剤を噴射し、土砂取込室３１内の土砂を固化し、カッタ１４から地盤改良剤を前方に噴射し、切羽の土砂を固める。これにより、作業員によって除去し易い土砂となる。なお、地盤改良剤の土砂取込室３１内及び切羽への噴射は、上記薬注管２８、３１ａからの噴射と同時に又はこれに先立って行ってもよく、また、水分が少ない土質の地山の場合には省略することもできる。
【００３４】
次に、図１に示す隔壁１３のマンホール３４を開き、作業員が坑内側から切羽側に出る。作業員は、土砂取込室３１内の土砂を取り除く。その後、作業員は、掘進機本体１５の前方の立坑１の一部を切断して開口を形成する。すなわち、作業員は、シールドフレーム１２の前方の立坑１の鋼矢板３の一部を切断して開口３５を形成する。これらの作業及び以下に述べる作業は、薬注管２８から噴射された地盤改良剤による地盤改良域２９の内側にて、シールドフレーム１２を動かすことなく止水された領域で行われる。
【００３５】
次に、作業員は、図４(a)(b)にも示すように、カッタ１４の最外周のビット２４及びその取付座２５を切断（溶断等）し、内周フード２１の前方移動のスペースを確保する。なお、上記取付座２５をボルトでカッタ１４に取り付けておき、そのボルトを緩めて取付座２５を取り外してもよい。また、図７に示すように、カッタ１４に伸縮ロッド２５ａを内蔵しておき、そのロッド２５ａに最外周ビット２４を取り付け、ロッド２５ａを引き込んでもよい。
【００３６】
次に、作業員は、図４(a)(b)にも示すように、内周フード２１と固定フード２０との溶接部２２、２３を取り外す。これにより、内周フード２１がスライド自在となる。なお、図５及び図６に示すように、内周フード２１を、その鍔部２１ｂを隔壁１３にボルト４０で取り付けると共に筒部２１ａを固定フード２０にボルト４１で取り付け、それらのボルト４０、４１を取り外してスライド自在としてもよい。
【００３７】
次に、作業員は、図２に示すように、内周フード２１と隔壁１３との間にミニジャッキ３７を介設し、スペーサ３８を挟みつつ内周フード２１を前進させて開口３５に挿入し、内周フード２１の先端をフランジ金具６の内方に挿入する。なお、移動機構３６として、ミニジャッキ３７の代わりに、図８に示すように、内周フード２１とカバー部材８の柱体９との間にチェーンブロック４２を介設し、チェーンブロック４２を作業員が手漕ぎして内周フード２１を前方に引っ張ってもよい。チェーンブロック４２は、内周フード２１の周方向に所定間隔を隔てて複数（４個程度）設けられ、手漕ぎ式ではなくモータ駆動式であってもよい。
【００３８】
このように、固定フード２０の内側で内周フード２１をスライド移動させる際、図１及び図２に示すように、内周フード２１の移動域は、円錐状の地盤改良域２９の内方にて移動するに過ぎないので、地盤改良域２９を刺激することはなく、止水性を悪化させる原因とならない。また、シールドフレーム１２は一切動かさないので、シールドフレーム１２と地盤改良域２９、３３との間に一旦形成された止水部分が破壊されることはない。
【００３９】
すなわち、シールドフレーム１２の周辺地山を地盤改良剤によって固めて地盤改良域２９、３３を形成した後は、掘削機本体１５を一切動かすことなく停止させた状態で、固定フード２０の内側の内周フード２１を円錐状の地盤改良域２９の内方にて前方にスライド移動させて立坑１の開口３５に挿入するので、地盤改良剤によって固められた周辺地山（地盤改良域２９、３３）が緩むことはない。
【００４０】
次に、作業員は、図４(b)に示すように、内周フード２１の後端を固定フード２０に溶接部４３で固定し、内周フード２１の前端をフランジ金具６に溶接部４４で固定する。これにより、シールドフレーム１２と開口３５との間の接続・止水が完了する。次に、作業員は、図２に示すように、フランジ金具６の近傍の薬注管７から地盤改良剤を噴射し、内周フード２１の外側の地山を固める。
【００４１】
次に、作業員は、図３に示すように、シールドフレーム１２と既設セグメント１６との間を溶接部４５で固定し、カッタ１４や駆動モータ１８やスクリューコンベヤ１９や推進ジャッキ１７等、シールドフレーム１２内の機器を解体し、撤去する。これにより、シールド掘進機２により構築されたトンネル（横坑）４６が立坑１に接続される。
【００４２】
本工法によれば、立坑１内部での作業を必要とせずに、掘進機２側からの作業のみで立坑１に接続できる。よって、立坑１を雨水の仮水槽等として使用したまま、立坑１側から作業することなく横坑４６を接続できる。また、作業員が立坑１の外側部（鋼矢板３）を直接切断するので、シールド掘進機２では切削できない鋼矢板３を備えた立坑１にも接続できる。
【００４３】
また、立坑１の近傍にてシールドフレーム１２の周辺地山を地盤改良剤によって固めた後は、シールドフレーム１２を一切動かすことなく停止させた状態で、固定フード２０の内側の内周フード２１を前方にスライド移動させて立坑１の開口３５に挿入し、その内周フード２１のスライド移動領域が円錐状の地盤改良域２９の内方なので、地盤改良剤によって固められた地盤改良域２９が緩むことはなく、止水性を安定して保持できる。
【００４４】
また、カッタ１４を構成するカッタスポーク又はカッタ面板は、内周フード２１の内径よりも縮径して成形されており、その外周端に各フード２０、２１の前方の切羽を切削するための最外周ビット２４の取付座２５を着脱自在に設けているため、その取付座２５をカッタ１４から取り外すことで、自動的に内周フード２１の前方移動のスペースを確保でき、作業時間を短縮できる。
【００４５】
また、固定フード２０及び内周フード２１は、カッタ１４の背面部に斜めに欠落して形成された逃げ部２６を内包する位置まで延出されているので、各フード２０、２１の長さを稼ぐことができ、内周フード２１を前方にスライドさせたときの突出長さを稼ぐことができる。
【００４６】
即ち、固定フード２０と内周フード２１とが逃げ部２６に挿入されてカッタ１４と一部ラップするため、そのラップ代の約２倍の長さの突出長さが稼げる。よって、シールド掘進機１と立坑２との間隔が大きく、これらの間の開放領域が長い場合でも、内周フード２１を立坑の開口３５に挿入できる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るシールド掘進機の立坑接続方法によれば、次のような効果を発揮できる。
(1)立坑内部での作業がなく掘進機側からの作業のみで立坑に接続できる。
(2)掘進機本体では切削できない鋼矢板を有する立坑にも接続できる。
(3)周辺地山とシールド掘進機との間の止水性を保持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る立坑接続方法に使用される立坑接続装置が表された到達立坑及びシールド掘進機の側断面図である。
【図２】 図１の次の工程を示す側断面である。
【図３】 図２の次の工程を示す側断面である。
【図４】 内周フード及び最外周ビットの拡大図であり、(a)は挿入前の工程図、(b)は挿入後の工程図である。
【図５】 固定フードと内周フードとの拡大図である。
【図６】 図５の部分拡大図である。
【図７】 最外周ビットの部分の変形例を示す拡大図であり、(a)は側断面図、(b)は正面図である。
【図８】 移動機構の変形例を示す側断面図である。
【符号の説明】
１ 到達立坑
２ シールド掘進機
３ 鋼矢板
４ コンクリート躯体
５ 凹部
１３ 隔壁
１４ カッタ
１５ 掘進機本体
２０ 固定フード
２１ 内周フード
２４ 最外周ビット
２５ 取付座
２７ 薬注機構
３４ マンホール
３５ 開口

Claims (3)

1. コンクリート躯体の外側に鋼矢板を備えた到達用の立坑に、土中を掘進してきた掘進機本体を接続させる方法であって、
   上記コンクリート躯体に、上記掘進機本体の到達口となる部分に位置させて、上記鋼矢板が上記立坑内側に露出するように凹部を設けておき、
   前部に固定フードを有すると共に回転駆動されるカッタを有する掘進機本体を、上記凹部における上記鋼矢板の近傍まで掘進させ、
   上記掘進機本体の側部から上記鋼矢板に向けて地盤改良剤を噴射して周辺地山を固め、
   上記掘進機本体内に切羽側と坑内側とを仕切って形成された隔壁に設けられたマンホールを開き、
   該マンホールから作業員が切羽側に出て、上記隔壁の前方の土砂を取り除くと共に上記凹部における上記鋼矢板を切断して開口を形成し、
   上記固定フードの内側に配置した内周フードを、上記カッタから切り離した状態で、前方に移動させて上記開口に挿入し、
   上記内周フードの外周に地盤改良剤を供給して上記内周フードの外側の地山を固め、
   上記隔壁を除去して上記掘進機本体の内部と上記立坑の上記凹部とを連通させるようにしたことを特徴とするシールド掘進機の立坑接続方法。
2. 上記内周フードが前方に移動する前に、上記掘進機本体の前部に設けたカッタの最外周部のビットの取付座を取り外すか又は径方向内方に引き込み、上記内周フードの前方移動のスペースを確保するようにした請求項１記載のシールド掘進機の立坑接続方法。
3. 上記内周フードは、その前端が上記カッタの後部を内包する位置から前方に移動する請求項１又は２に記載のシールド掘進機の立坑接続方法。

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