JP4225295B2 - トンネル構築工法のシールド機の発進方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば道路等をアンダーパスする際に用いられるトンネル構築工法のシールド機の発進方法に関し、特に、地上からシールド機を発進させるためのトンネル構築工法のシールド機の発進方法に関する。

従来、道路等をアンダーパスするトンネルを構築するトンネル構築工法の一例として、トンネルを構築する部分の全体を開削し、開削した部分にトンネルを構築し、その後に開削した部分を埋め戻すように構成したトンネル構築工法が知られている。
しかし、このようなトンネル構築工法にあっては、掘削する土量が多く、その排出、埋め戻しに非常に手間がかかり、工期が長くなるとともに、工事費が高くついてしまう。また、交通を遮断して作業を行わなければならないため、周辺の生活環境に影響を及ぼしてしまう。

一方、トンネル構築工法の他の例として、道路等の両側にシールド機の外径よりも深い発進立坑及び到達立坑を構築し、発進立坑内にシールド機を設置し、この発進立坑の内面に支圧壁を構築し、この支圧壁とシールド機のシールドジャッキとの間に仮組セグメントを設置し、この仮組セグメントによりシールドジャッキの推進力の反力をとることにより、シールド機を発進立坑から発進させて掘進を開始させるように構成したトンネル構築工法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

このような構成のトンネル構築工法にあっては、道路を開削する必要がないので、交通を遮断する必要はなく、周辺の生活環境に影響を及ぼすようなことはないものである。
特開平１０−１８４２６８号公報

しかし、道路等の両側への発進立坑及び到達立坑の構築、発進立坑への支圧壁の構築、仮組セグメントの設置等に手間がかかり、工期が長くなるとともに、工事費が高くついてしまう。また、発進立坑の構築、到達立坑の構築等を行う際に騒音、振動を伴うため、周辺の生活環境に影響を及ぼしてしまう。

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、工期を短縮することができるとともに、工事費を安く抑えることができ、また、交通を遮断して周辺の生活環境に影響を及ぼすことなく、さらに、騒音や振動を小さく抑えることができて、周辺の生活環境への影響を少なくすることができるトンネル構築工法のシールド機の発進方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記のような課題を解決するために、以下のような手段を採用している。

すなわち、請求項１に係る発明は、シールド機を用いて地盤を掘進しながら、掘削した部分に順次セグメントを敷設することにより、トンネルを構築するトンネル構築工法のシールド機の発進方法であって、前記シールド機の発進時の反力をとるための反力受部と、前記シールド機の発進時の自重を支持するための発進受部とから構成される反力手段を備えた地上発進部を、地盤を改良した改良地盤上のトンネルへのアプローチの端部となる地上に設けて、前記シールド機を前記地上発進部から発進させるとともに、前記シールド機の発進時の反力を前記反力手段及び前記改良地盤でとりつつ、前記シールド機の自重を前記反力手段及び前記改良地盤で支持し、トンネルへのアプローチとなる部分に順次セグメントを組み立ててセグメントによる内壁を構築することを特徴とする。
本発明によるトンネル構築工法のシールド機の発進方法によれば、シールド機の発進時の反力をとるための反力受部と、シールド機の自重を支持するための発進受部とから構成される反力手段を備えた地上発進部をトンネルへのアプローチの端部となる地上に設けることにより、シールド機は地上より発進することができる。
また、地上発進部の下方地盤を改良した改良地盤によって反力手段の反力をとることができるとともに、シールド機の発進の際に、シールド機の自重によって反力手段が沈下するのを防止できる。
さらに、シールド機を地上発進部から発進させるとともに、トンネルへのアプローチとなる部分に順次セグメントを組み立ててセグメントによる内壁を設置してアプローチを構築するので、発進立坑の構築、発進立坑内の支圧壁の構築、仮組セグメントの設置等が不要となる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のトンネル構築工法のシールド機の発進方法であって、前記地上発進部の地盤上に敷設されるセグメントを前記反力手段に固定手段を介して固定するように構成したことを特徴とする。
本発明によるトンネル構築工法のシールド機の発進方法によれば、地上発進部の地盤上に敷設されるセグメントは、固定手段によって反力手段に固定されることになるので、シールド機の推進時の反力をセグメントによってとる際に、セグメントが浮き上がるのを防止できることになる。

以上、説明したように、本発明によるトンネル構築工法のシールド機の発進方法によれば、シールド機の発進時の反力をとるための反力受部と、シールド機の発進時の自重を支持するための発進受部とから構成される反力手段を備えた地上発進部をトンネルへのアプローチの端部となる地上に設けることにより、シールド機は地上より発進することができる。
また、反力手段を地盤に打設された杭に一体化するように接続した場合は、シールド機の発進時の反力を強固にとることができ、かつ、シールド機の自重による地盤沈下を防止できる。
さらに、反力手段を改良地盤上に設けた場合は、シールド機の発進時の反力を強固にとることができ、かつ、シールド機の自重による地盤沈下を防止できる。
また、シールド機を地上発進部から発進させるとともに、トンネルへのアプローチとなる部分に順次セグメントを組み立てて内壁を構築し、アプローチとするので、発進立坑の構築、発進立坑内の支圧壁の構築、仮組セグメントの設置等が不要となる。したがって、工事全体に要する工程数を少なくすることができ、工期を短縮することができるとともに、工事費を安く抑えることができる。

また、交通を遮断することなくトンネルを構築することができるので、周辺の生活環境に影響を与えることがなくなる。

さらに、地上発進部に敷設したセグメントを固定手段で反力手段に固定することができるので、シールド機の推進時の反力をセグメントでとる際に、セグメントが浮き上がるようなことはなく、地上発進部からアプローチを介して所定の深度までトンネルの構築を連続して行うことができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図４には、本発明によるトンネル構築工法のシールド機の発進方法の一実施の形態が示されていて、図１はトンネルのアプローチ部を示す概略平面図、図２は図１の正面図、図３は図１のＡ−Ａ線断面図、図４はシールド機の発進時の状態を示す正面図である。

すなわち、このトンネル構築工法のシールド機の発進方法は、例えば、既存の道路等をアンダーパスするトンネルを構築する際に、地上からシールド機を発進させるのに有効なものである。
以下、図１〜図４を参照しながら、この実施の形態によるトンネル構築工法のシールド機の発進方法について具体的に説明する。

まず、道路等（この実施の形態においては道路を対象とする。）をアンダーパスするトンネルへの一方のアプローチ部の端部をシールド機２０の地上発進部１とし、他方のアプローチ部の端部を地上到達部（図示せず）とし、地上の地上発進部１にシールド機２０の地上発進時の反力をとるための反力手段４を設置する。

反力手段４は、複数の鋼材を組み合わせて構成した架台５であって、架台５の一部で後述するシールド機２０のシールドジャッキ４２を支持することにより、シールド機２０の発進時の反力をとることができ、シールド機２０を地上発進させることが可能となる。架台５は、地上発進部１の地盤２上にコンクリート製の基台３を介して設置される。なお、地上発進部１の地盤２が硬質の場合には、基台３を介さずに直接に地盤２上に架台５を設置しても良い。

架台５は、図１〜図３に示すように、シールド機２０の発進時の反力をとるための反力受台６と、シールド機２０の発進時の自重を支持するための発進受台１１とを備えている。反力受台６及び発進受台１１は、それぞれ別体に形成して地上発進部１の地盤２上に設置しても良いし、一体に形成して地盤２上に設置しても良い（この実施の形態においては別体に形成して地盤２上に設置している。）。

反力受台６は、シールド機２０の推進方向に対して略平行に設置される一対の脚７、７と、両脚７、７の長手方向の中央部間に両脚７、７と直角をなすように架設される梁８と、各脚７の長手方向の中央部に垂直に立設される支柱９と、各支柱９の後面側（シールド機２０の推進方向後方側の面）の上端部と各脚７の長手方向の一端部（シールド機２０の推進方向後方側の端部）との間に斜めに架設される筋交１０とから構成される。

上記のような構成の反力受台６は、図４に示すように、各支柱９の前面側（シールド機２０の推進方向前方側の面）で後述するシールド機２０のシールドジャッキ４２の後端部を支持し、これによりシールド機２０の推進時の反力をとることができ、シールド機２０を地上発進させることが可能となる。反力受台６の脚７、梁８の本数は、特に制限はなく、地盤２の状態、使用するシールド機２０の種類等に応じて適宜の本数とすれば良い。

発進受台１１は、反力受台６の両脚７、７間に設置され、シールド機２０の推進方向に対して略平行に設置される３本の脚１２、１２、１２と、それらの脚１２、１２、１２間の後端部（シールド機２０の推進方向後方側の端部）間に脚１２、１２、１２と直角をなすように架設される２本の梁１３、１３とから構成される。

発進受台１１の各脚１２は、反力受台６の各脚７よりも長く形成され、各脚１２の後端が反力受台６の各脚７の後端と面一となり、各脚１２の前端が反力受台６の各脚７の前端よりもシールド機２０の推進方向前方に所定の長さ突出するように、反力受台６の両脚７、７間に設置される。

発進受台１１は、図４に示すように、シールド機２０の地上発進の際にシールド機２０の自重を支持し、シールド機２０が沈下するのを防止している。発進受台１１の脚１２、梁１３の本数は、特に制限はなく、地盤２の状態、使用するシールド機２０の種類等に応じて適宜の本数とすれば良い。

反力受台６の各脚７及び梁８に対応する地盤２の部分には、図２及び図３に示すように、それぞれ複数本の杭１４が打設され、これらの杭１４の上部に各脚７及び梁８が溶接、ボルト等の連結手段により一体に連結されている。

杭１４は、各脚７及び梁８を支持できるものであれば特に制限はなく、周知の鋼管杭、鉄筋コンクリート杭、プレストレスト杭等を使用することができる。杭１４の打設方法も特に制限はなく、使用する杭１４の種類に応じた周知の打設方法を使用することができる。

上記のように地盤２に打設した複数の杭１４によって反力受台６の各脚７及び梁８を支持することにより、シールド機２０の発進時にシールド機２０の自重によって反力受台６が沈下するのを防止することができ、地盤２の状態に影響されることなく、シールド機２０を地上から発進させることができる。

発進受台１１の各脚１２及び梁１３に対応する地盤２の部分には、図２及び図３に示すように、それぞれ複数本の杭１４が打設され、これらの杭１４の上部に各脚１２及び梁１３が溶接、ボルト等の連結手段により一体に連結されている。

杭１４は、反力受台６の杭１４と同様に、各脚１２及び梁１３を支持できるものであれば特に制限はなく、周知の鋼管杭、鉄筋コンクリート杭、プレストレスト杭等を使用することができる。また、杭１４の打設方法も特に制限はなく、使用する杭１４の種類に応じた周知の打設方法を使用することができる。

上記のように地盤２に打設した複数の杭１４によって発進受台１１の各脚１２及び梁１３を支持することにより、シールド機２０の発進時にその反力をとることができるとともに、シールド機２０の自重によって発進受台１１が沈下するのを防止することができ、地盤２の状態に影響されることなく、シールド機２０を地上から掘進させることができる。

架台５の反力受台６及び発進受台１１の各脚７、１２及び梁８、１３の上部には、枕木１６を介してレール１７が敷設され、このレール１７上を機関車１８が走行可能に構成され、この機関車１８を介して機材の搬入、搬出、掘削した土砂の排出等の作業を行うことができる。

シールド機２０は、図４に示すように、地盤２を掘削するためのカッター２９、３６を備えた機械本体部２１と、機械本体部２１を推進させるための動力部４０と、機械本体部２１と動力部４０とを連結する連結手段４４とから構成されている。

機械本体部２１は、矩形筒状の前胴体２２と、前胴体２２内に縦横に所定の組合せで配列されるとともに、各々が独立して前胴体２２から出没可能、かつ各々が独立して駆動可能な複数の矩形状の主シールド２５と、幅方向の両端の主シールド２５と前胴体２２との間に設けられるとともに、各々が独立して前胴体２２から出没可能、かつ各々が独立して駆動可能な複数の矩形状の側部シールド３２とを備えている。

前胴体２２の内部は、各主シールド２５及び各側部シールド３２がスライド自在に設けられ、前胴体２２からその前方に向かって出没可能に構成されている。各主シールド２５及び各側部シールド３２は、独立して前胴体２２から出没可能に構成されている。なお、各主シールド２５間、及び主シールド２５と側部シールド３２との間には、前胴体２２と一体の隔壁を設けることもできる。

主シールド２５の配列は、構築するトンネルの掘削断面の形状、大きさ等に応じて適宜の組合せとすることができ、例えば、縦×横＝２（段）×３（列）、２（段）×５（列）、３（段）×３（列）等とすることができる。

各主シールド２５は、前胴体２２内にスライド自在に設けられる矩形状のシールド本体２６と、シールド本体２６と前胴体２２との間に設けられて、シールド本体２６を進退させるスライドジャッキ２７と、シールド本体２６の前面側に回転可能に設けられるとともに、先端部にカッター２９を有するカッターヘッド２８と、シールド本体２６に設けられる駆動源３０と、駆動源３０の駆動力をカッターヘッド２８に伝達する動力伝達機構３１とを備えている。

各側部シールド３２は、前胴体２２内にスライド自在に設けられる矩形状のシールド本体３３と、シールド本体３３と前胴体２２との間に設けられて、シールド本体３３を進退させるスライドジャッキ３４と、シールド本体３３の前面側に回転可能に設けられるとともに、先端部にカッター３６を有するカッターヘッド３５と、シールド本体３３に設けられる駆動源３７と、駆動源３７の駆動力をカッターヘッド３５に伝達する動力伝達機構３８とを備えている。

各主シールド２５のシールド本体２６及び各側部シールド３２のシールド本体３３には、掘削した土砂を排出するための排出装置３９がそれぞれ接続されている。排出装置３９は、例えば、スクリューコンベアと圧送ポンプとの組合せ等が挙げられる。

動力部４０は、機械本体部２１の前胴体２２の後部に連結手段４４を介して連結される矩形筒状の後胴体４１と、後胴体４１内の４隅に設けられてシールド機全体２０を推進させる複数のシールドジャッキ４２とを備えている。

連結手段４４は、前胴体２２と後胴体４１とを、上下方向及び左右方向に相対的に屈曲自在に連結する連結継手（図示せず）と、前胴体２２と後胴体４１との間に設けられて、前胴体２２の後胴体４１に対する上下方向及び左右方向への相対的な屈曲角度を所定の値に設定する中折れジャッキ４５とから構成されている。

後胴体４１の内側にはセグメント組立装置４３が設けられ、このセグメント組立装置４３により、掘削した部分の内面に順次セグメント４７が組み立てられ、セグメント４７による内壁が構築される。

そして、図４に示すように、上記のように構成したシールド機２０を架台５の発進受台１１の上部に位置し、各シールドジャッキ４２の後端部を反力受台６の各支柱９の前面側に当接させ、シールドジャッキ４２を作動させて反力受台６によって反力をとるとともに、機械本体部２１の側部シールド３２又は主シールド２５を作動させてカッターヘッド３５、２８を回転駆動させることにより、シールド機２０が地上発進部から発進されるとともに、カッターヘッド３５、２８の先端部のカッター３６、２９によって地盤２の掘削が開始される。

この場合、シールド機２０の各シールドジャッキ４２の後端部を反力受台６に当接させることにより、シールド機２０の発進時の反力をとることができて、シールド機２０は地上より発進することができる。また、シールド機２０を地上発進部１から発進させるとともに、トンネルへのアプローチとなる部分に順次セグメント４７を組み立ててセグメント４７による内壁を構築するので、地上発進部１に発進立坑を構築したり、発進立坑内に支圧壁を構築したり、支圧壁と発進立坑との間に仮組セグメントを設置したりする作業が不要となる。従って、工事全体の工程数を少なくすることができるので、工期を短縮することができるとともに、工事費を安く抑えることができる。

また、架台５の反力受台６の脚７及び梁８、及び発進受台１１の脚１２及び梁１３は、それぞれ地盤２に打設した複数の杭１４又はアンカー１５によって架台５の反力をとっているので、シールド機２０の自重によって沈下するようなことはなく、シールド機２０の発進時の反力を確実にとることができ、地盤２の状態に影響されることなく、地上発進、地上到達により道路をアンダーパスするトンネルを構築することができる。

また、道路を開削することなく、道路をアンダーパスするトンネルを構築することができるので、交通を遮断することなくトンネルを構築することができ、工事によって周辺の生活環境に影響を与えるようなことはない。

そして、シールド機２０により地盤２を掘削しながら、掘削した部分にセグメント４７を敷設する場合には、地上発進部１に敷設するセグメント４７をボルト等の固定手段により架台５側に固定することができるので、シールドジャッキ４２の後端部を反力受台６からセグメント４７の端面に変えても、セグメント４７が浮き上がるようなことはなく、確実に反力をとることができて、シールド機２０を推進させることができる。

図５（ａ），（ｂ）は架台の反力をとるための他の例を示す断面図である。図５（ａ），（ｂ）の例は、地上発進部１の下方地盤を改良し、この改良地盤５０によって架台５の反力をとるように構成している。これにより、地上発進部１の下方の改良地盤５０によって架台５の反力をとることができ、シールド機２０の発進の際に、シールド機の自重によって架台が沈下するのを防止できる。図５（ａ）の例では、改良地盤５０中に芯材として例えば複数のＨ型鋼４８、４８が鉛直配置されており、図５（ｂ）の例では、芯材がない。芯材がない図５（ｂ）の例では、反力受台６が備える脚７，７に直接或いは間接的に当接する受け部７Ａを一体的に設けることが好ましい。受け部７Ａは、同図のように脚７，７の前面側端部に設けて改良地盤５０の前端縁に当接させることもできるし、脚７，７の長手方向中間部に設けて改良地盤５０の中間部内に埋設するように当接させることもできる。なお、図５（ａ）の例でも受け部７Ａを設けることができる。

図６は、地上発進部１の背面側地盤を改良し、この改良地盤５０によって架台５の反力をとるように構成している。この例においては、反力受台６が備える脚７，７の背面側端部に改良地盤５０の前端縁に直接或いは間接的に当接する受け部７Ａを一体的に設けることが好ましい。

図７の例は、地上発進部１の背面側に位置する舗装５２によって架台５の反力をとるように構成している。具体的には、反力受台６が備える脚７、７の背面側端縁を舗装５２の前端縁に直接或いは間接的に当接している。この例においても、反力受台６が備える脚７，７の背面側端部に舗装５２の前端縁に直接或いは間接的に当接する受け部７Ａを一体的に設けることが好ましい。

また、前記の説明においては、道路をアンダーパスするトンネルの構築に本発明によるトンネル構築工法のシールド機の発進方法を適用したが、その他の既存のものをアンダーパスするトンネル、さらには、地下駐車場などのトンネルの構築に本発明を適用しても良いものであり、その場合にも、同様の作用効果を奏するものである。

本発明によるトンネル構築工法のシールド機の発進方法の一実施の形態を示した概略平面図である。 図１の正面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明によるトンネル構築工法のシールド機の発進方法の変形例を示した概略図である。 （ａ），（ｂ）は架台の反力をとるための例を示す断面図である。 は架台の反力をとるための他の例を示す断面図である。 は架台の反力をとるためのさらに他の例を示す断面図である。

符号の説明

１ 地上発進部
２ 地盤
３ 基台
４ 反力手段
５ 架台
６ 反力受台
７、１２ 脚
８、１３ 梁
９ 支柱
１１ 発進受台
１４ 杭
１５ アンカー
２０ シールド機
２１ 機械本体部
２２ 前胴体
２５ 主シールド
２６、３３ シールド本体
３２ 側部シールド
４７ セグメント

Claims (2)

1. シールド機を用いて地盤を掘進しながら、掘削した部分に順次セグメントを敷設することにより、トンネルを構築するトンネル構築工法のシールド機の発進方法であって、
   前記シールド機の発進時の反力をとるための反力受部と、前記シールド機の発進時の自重を支持するための発進受部とから構成される反力手段を備えた地上発進部を、地盤を改良した改良地盤上のトンネルへのアプローチの端部となる地上に設けて、前記シールド機を前記地上発進部から発進させるとともに、前記シールド機の発進時の反力を前記反力手段及び前記改良地盤でとりつつ、前記シールド機の自重を前記反力手段及び前記改良地盤で支持し、トンネルへのアプローチとなる部分に順次セグメントを組み立ててセグメントによる内壁を構築することを特徴とするトンネル構築工法のシールド機の発進方法。
2. 前記地上発進部の地盤上に敷設されるセグメントを前記反力手段に固定手段を介して固定するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のトンネル構築工法のシールド機の発進方法。

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