JP4214033B2 - 立坑の構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、立坑の構築方法に関するものである。

従来、シールドトンネルの上部に排水や換気等に用いるための立坑を構築する場合、シールドトンネル上方の地上部を占用して作業基地を構え、鋼矢板や連壁、地盤凍結等で土留め壁を形成した後、地上からシールドトンネルに向かって地盤の掘削を行う（例えば、特許文献１参照）。

特許公報昭６２−６０７７号

しかしながら、従来の方法では、掘削機械や付帯設備の設置及び資機材のストックのための広い作業基地を立坑上部に設ける必要があるため、シールドトンネル上方の地上部を確保できない場合、立坑の位置を変更したり、工事を断念したりしていた。また、土留め壁の種類によっては、立坑の水平断面の形状が円形や四角形に限られるため、断面積が必要以上の大きさとなり、非経済的であった。

第１の発明は、トンネルのセグメントに設けた発進口から、複数のパイプを地上に向けて推進させ、パイプルーフを筒状に形成する工程（ａ）と、前記パイプルーフの内側を掘削する工程（ｂ）と、前記パイプルーフの内側に位置する前記トンネルのセグメントの所定の部分を撤去する工程（ｃ）と、を具備し、前記工程（ｂ）の前に、前記トンネルの内部に達する孔を前記パイプルーフに囲まれた部分の地盤に形成する工程（ｄ）をさらに具備することを特徴とする立坑の構築方法である。

工程（ａ）では、パイプの発進口をセグメントの主桁を避けて設置するのが望ましい。このとき、工程（ｃ）ではセグメントの主桁を残置する。複数のパイプの設置位置は、パイプルーフの水平断面が所定の形状になるように設定される。

工程（ｂ）の前には、トンネルの内部に達する孔をパイプルーフに囲まれた部分の地盤に形成する工程（ｄ）を設ける。そして、工程（ｂ）では、工程（ｄ）で形成した孔を介して、トンネルの内部に掘削土砂を取り込む。工程（ｃ）の後には、パイプルーフの内周を覆工する工程（ｅ）をさらに設ける。

第１の発明では、トンネルのセグメントに設けた発進口から、複数のパイプを地上に向けて推進させ、パイプルーフを筒状に形成した後、パイプルーフの内側を掘削し、パイプルーフの内側に位置するトンネルのセグメントの所定の部分を撤去する。

本発明の立坑の構築方法によれば、地上部を常時占用せず、周辺環境に影響を与えずに、経済的に施工を行うことができる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、トンネル３から地上に向けて鋼管１７を推進させる工程を示す図である。トンネル３は、例えば、鋼製のセグメント２３で覆工されたシールドトンネルである。

地盤１内に設置したトンネル３と地上とを連結する立坑４１（図８）を構築するには、まず、図１に示すように、セグメント補強材５を用いてセグメント２３を補強する。また、トンネル３内に枕木１１を設置し、枕木１１上にパイプルーフ元押し装置１３を配置する。セグメント２３の補強と前後して、夜間等に、地盤１の上部付近の地盤改良７や、地上部の覆工９を行う。

次に、トンネル３のセグメント２３の所定の位置を切断し、鋼管１７の発進口１５を形成する。そして、発進口１５から、先端にドーム型カッタディスク１９を有する先導管２１を発進させる。先導管２１の後部には、鋼管１７の一端が接続される。鋼管１７の他端は、トンネル３内でパイプルーフ元押し装置１３に設置される。

ドーム型カッタディスク１９は、切羽の安定を保ちつつ、地盤１を上向きに掘削する。先導管２１は、φ３００〜４００ｍｍ程度の小口径泥土圧推進機であり、ドーム型カッタディスク１９での掘削土を回収しつつ、地盤１内を上向きに推進する。鋼管１７は、パイプルーフ元押し装置１３によって押し出され、先導管２１に追随する。先導管２１および鋼管１７が所定の距離だけ推進すると、鋼管１７は、トンネル３内で溶接接続によって延長される。地上に達したドーム型カッタディスク１９および先導管２１は、トンネル３内に回収するか、夜間に覆工９の一部を開口して地上側に回収する。

図２、図３は、パイプルーフ２５を形成した状態を示す図である。図２は、図３のＢ−Ｂによる断面図、図３は、図２のＡ−Ａによる断面図を示す。図２、図３に示すように、図１に示す鋼管１７と同様の手順で、トンネル３から地上に向けて、複数の鋼管１７を順次推進させて地盤１内に設置し、複数の鋼管１７からなるパイプルーフ２５を筒型に形成する。パイプルーフ２５は、立坑４１（図８）の一次土留め壁である。

パイプルーフ２５の水平断面は、例えば、図３に示すような円形とする。パイプルーフ２５を形成する複数の鋼管１７の発進口１５（図１）の位置は、図３に示すように、セグメント２３の軸方向の継ぎ目付近を避けるのが望ましい。セグメント２３の軸方向の継ぎ目付近を避け、セグメント主桁３９（図７）を切断せずにセグメントリングの形状を維持することにより、セグメント補強材５を簡略化することができる。

図４は、凍結工２９を施し、掘削土砂投入孔３１を形成した状態を示す図である。図２、図３に示すようにトンネル３上にパイプルーフ２５を形成した後、鋼管１７内に凍結管（図示せず）を設置し、モルタル２７を充填する。そして、鋼管１７間およびパイプルーフ２５の外周に凍結工２９を施して、鋼管１７間の仮止水を行う。また、パイプルーフ２５内の地盤１に、トンネル３の内部と覆工９付近とを連結する掘削土砂投入孔３１を形成する。

図５は、パイプルーフ２５内の地盤１を掘削する工程を示す図である。図４に示すように凍結工２９を施し、掘削土砂投入孔３１を形成した後、土留め壁であるパイプルーフ２５の内側の地盤１を上方から掘削する。掘削時に生じた掘削土砂は、掘削土砂投入孔３１を介してトンネル３内に回収された後、トンネル３外に搬出される。

パイプルーフ２５内の掘削と並行して、掘削により露出したパイプルーフ２５の内周に沿って、止水鉄板３３を設置する。止水鉄板３３は、パイプルーフ２５を構成する各鋼管１７の間を止水するものである。また、止水鉄板３３の内周に沿って、所定の深さの位置に円形支保工３５を設置する。

図６、図７は、二次覆工３７を完了した状態を示す図である。図６は、図７のＤ−Ｄによる断面図、図７は、図６のＣ−Ｃによる断面図を示す。パイプルーフ２５内の地盤１をトンネル３まで掘削し、パイプルーフ２５の全長にわたって内周に止水鉄板３３、円形支保工３５を設置した後、図６、図７に示すように、パイプルーフ２５内に位置するトンネル３のセグメント２３の所定の部分を撤去する。発進口１５の設置時にセグメント主桁３９を切断しなかった場合、このときもセグメント主桁３９を残置するのが望ましい。

次に、円形支保工３５を下段から順次撤去し、止水鉄板３３の内側に鉄筋や型枠（図示せず）を設置しつつ、止水鉄板３３の内周に沿って順巻きでコンクリートを打設して二次覆工３７を設置する。なお、凍結工２９は、止水鉄板３３の設置完了後の適切な時期に凍結を終了する。

図８は、立坑４１を完成した状態を示す図である。図６、図７に示すように二次覆工３７を完了した後、図８に示すように、セグメント補強材５、セグメント主桁３９を撤去して、立坑４１を完成する。

このように、本実施の形態では、トンネル３内から地上に向けて鋼管１７を推進させてパイプルーフ２５を形成し、パイプルーフ２５内の掘削時に生じた掘削土砂を掘削土砂投入孔３１を介してトンネル３内に回収して搬出するため、地上を占用せずに立坑４１を構築でき、地上部の周辺環境に及ぼす影響を低減できる。

鋼管１７を設置するための地盤１の掘削には、ドーム型カッタディスク１９を用いるため、上向きの掘削であっても切羽の安定を保てる。また、パイプルーフ２５を構成する複数の鋼管１７の設置位置を立坑の用途に応じて設定し、任意の水平断面形状（楕円形、多角形、その他）の立坑を構築することにより、断面積を必要最低限とでき、経済的である。

図９は、水平断面が円形でない立坑４１ａ、立坑４１ｂを示す図である。図９の（ａ）に示す立坑４１ａ、図９の（ｂ）に示す立坑４１ｂは、いずれも水平断面が楕円形である。立坑４１ａ（４１ｂ）を構築するには、トンネル３ａ（３ｂ）から直上に向けて鋼管１７ａ（１７ｂ）を推進させ、パイプルーフ２５ａ（２５ｂ）を形成する。そして、パイプルーフ２５ａ（２５ｂ）内を上方から掘削しつつ止水鉄板３３ａ（３３ｂ）を設置し、下方から二次覆工３７ａ（３７ｂ）を形成する。

また、立坑は、トンネルと地表とを最短距離で結ぶものに限らない。図１０は、垂直断面が立坑４１とは異なる立坑４１ｃ、立坑４１ｄを示す図である。図１０の（ａ）に示す立坑４１ｃは直線状の立坑であり、図１０の（ｂ）に示す立坑４１ｄは曲線状の立坑であるが、いずれも、トンネルと地表とを最短距離で結ぶものではない。

立坑４１ｃ（４１ｄ）を構築するには、トンネル３ｃ（３ｄ）から、垂直方向と所定の角度をなして鋼管１７ｃ（１７ｄ）を推進させ、パイプルーフ２５ｃ（２５ｄ）を形成する。そして、パイプルーフ２５ｃ（２５ｄ）内を上方から掘削しつつ止水鉄板（図示せず）を設置し、下方から二次覆工３７ｃ（３７ｄ）を形成する。

なお、本実施の形態では、地盤１の上方付近の地盤改良７を行ったが、これは、地下水位が高く、地盤１の表層付近での先導管２１の姿勢制御が困難な場合等に、必要に応じて行う。また、止水鉄板３３の設置前のパイプルーフ２５の止水を凍結工２９によって行ったが、モルタルと薬液注入の組合せ等、他の補助工法を用いて止水してもよい。

二次覆工３７の完了後のセグメント主桁３９の撤去は、必要に応じて行う。例えば、立坑４１（４１ａ、４１ｂ）がドロップシャフト設置用であり、図７に点線で示すドロップシャフト４３（図９に点線で示すドロップシャフト４３ａ、４３ｂ）の放水口をセグメント主桁３９（３９ａ、３９ｂ）間に配置することが可能な場合等には、立坑の施工終了以降にセグメント主桁３９（３９ａ、３９ｂ）を残置してもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明にかかる立坑の構築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。

トンネル３から地上に向けて鋼管１７を推進させる工程を示す図 パイプルーフ２５を形成した状態を示す図 パイプルーフ２５を形成した状態を示す図 凍結工２９を施し、掘削土砂投入孔３１を形成した状態を示す図 パイプルーフ２５内の地盤１を掘削する工程を示す図 二次覆工３７を完了した状態を示す図 二次覆工３７を完了した状態を示す図 立坑４１を完成した状態を示す図 水平断面が円形でない立坑４１ａ、立坑４１ｂを示す図 垂直断面が立坑４１とは異なる立坑４１ｃ、立坑４１ｄを示す図

符号の説明

１………地盤
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ………トンネル
１５………発進口
１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ………鋼管
２３………セグメント
２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ………パイプルーフ
２９………凍結工
３１………掘削土砂投入孔
３３、３３ａ、３３ｂ………止水鉄板
３７、３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ………二次覆工
３９、３９ａ、３９ｂ………セグメント主桁
４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ………立坑

Claims (2)

1. トンネルのセグメントに設けた発進口から、複数のパイプを地上に向けて推進させ、パイプルーフを筒状に形成する工程（ａ）と、
   前記パイプルーフの内側を掘削する工程（ｂ）と、
   前記パイプルーフの内側に位置する前記トンネルのセグメントの所定の部分を撤去する工程（ｃ）と、
   を具備し、
   前記工程（ｂ）の前に、前記トンネルの内部に達する孔を前記パイプルーフに囲まれた部分の地盤に形成する工程（ｄ）をさらに具備することを特徴とする立坑の構築方法。
2. 前記工程（ｂ）で、前記孔を介して前記トンネルの内部に掘削土砂を取り込むことを特徴とする請求項１記載の立坑の構築方法。

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