JP4230386B2

JP4230386B2 - 筒体ユニット

Info

Publication number: JP4230386B2
Application number: JP2004063939A
Authority: JP
Inventors: 茂治岩永; 昭浩中北; 章文荒木; 壮太郎松本; 喬岡田; 勉松尾
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2004-03-08
Filing date: 2004-03-08
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2024-03-08
Also published as: JP2005248655A

Description

本発明は、例えば、トンネルの掘削に先立って設置する支保工である先行支保工などのように、トンネル軸方向に延長する複数の筒体を互いに連結させながら地山に挿入・埋設して構築される地中構造体に使用される筒体ユニットに関するものである。

一般に、トンネル坑口部や土被りが薄い場合における掘削・支保では、地山に扁平なアーチを構成する必要があることから、トンネルの軸方向に、上記扁平なアーチ部に沿って多数の筒体を互いに隣接させて推進・埋設し、上記地山を補強する方法が行われている。
図１８（ａ），（ｂ）は、従来の筒体を埋設してこれを地中支保工とするトンネルの施工方法を示す図で、ここでは、まず、トンネルの予定断面のほぼ中央部にパイロットトンネル７１を先行して掘削し、このパイロットトンネル７１から周囲の地山に放射状にボーリングを行い、このボーリング孔から周囲の地山に地盤固化剤を注入した後、側部トンネル７２，７２を構築し、その後、アーチ部に沿って、トンネルの軸方向に向けて、内部が貫通したコンクリート製あるいは鋼製の多数本の筒体７３を順次圧入して上記アーチ部を包囲する。なお、隣接する筒体７３は図示しない継手により連結する。次に、上記筒体７３の一部の下半分を解体して取り外して開放した後、上記筒体７３を下部から支持する支保工７４を構築し、上記アーチ部を支持する。これにより、トンネルのアーチ部は、上記筒体７３と支保工７４とにより補強されるので、上記支保工７４の内部を掘削することで、安全な状態でトンネルの掘削を行うことができる。なお、トンネル軸方向に圧入された筒体７３同士を一体化して補強するため、上記支保工７４の構築後、上記筒体７３の内部には、コンクリートが充填される（例えば、特許文献１参照）。

しかし、上記の方法では、筒体７３同士を断面方向に一体化するため、上記支保工７４による補強作業を行わなければならないため、作業効率が悪く、工期が長期化するといった問題点があった。そこで、図１９（ａ）に示すように、アーチ部となる地山１内に、強固な継手構造を有する複数本の継手付き鋼管８１を挿入・埋設して、先行支保工８０を構築する方法が提案されている。上記継手付き鋼管８１は、詳細には、図１９（ｂ）に示すように、断面が台形状の鋼製の本体８１ｍとこの本体８１ｍの両側面の上端部及び下端部から隣接する継手付き鋼管８１の本体８１ｍの側面の上端部及び下端部側にそれぞれ突出する継手８１ａ，８１ｂ及び継手８１ｃ，８１ｄを備えた第１の継手付き鋼管８１Ａと、上記継手８１ａ〜８１ｄに係合する継手８１ｐ〜８１ｓを備えた第２の継手付き鋼管８１Ｂの２種類があり、上記第１の継手付き鋼管８１Ａの継手８１ａ，８１ｂに、上記第１の継手付き鋼管８１Ａに隣接する第２の継手付き鋼管８１Ｂの継手８１ｐ，８１ｑをそれぞれ嵌合させるなどして、継手付き鋼管８１，８１同士をトンネルの円周方向に沿って連結するとともに、上記継手８１ａと継手８１ｐの連結部、及び、継手８１ｂと継手８１ｑとの連結部にグラウト８２を注入し、外側をグラウト鋼板８３やコーキング材８４で覆って止水処理した後、上記継手付き鋼管８１内にコンクリートを充填して先行支保工８０を構築する（例えば、非特許文献１参照）。
特開平４−３１９１９８号公報（第２３頁、第５，６図）ＪＲ東日本パンフレット；「東北本線王子駅構内、首都高速道路新設他工事」

しかしながら、上記継手付き鋼管８１を用いる方法では、複雑な形状の継手８１ａ〜８１ｄを有する継手付き鋼管８１Ａと継手８１ｐ〜８１ｓを有する継手付き鋼管８１Ｂの２種類の継手付き鋼管８１を用いる必要があるだけでなく、トンネルのアーチ部などを構築する場合には、上記継手付き鋼管８１の本体８１ｍの断面形状を上記アーチ部の形状よって変更する必要があるため、汎用性に乏しいといった問題点があった。
また、上記継手８１ａ〜８１ｄ及び継手８１ｐ〜８１ｓは形状が複雑であるので、継手付き鋼管８１，８１同士を連結させながらスムースに推進させることが難しいといった問題点があった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、新たな支保工を構築することなく、地山のアーチ部に挿入・埋設する筒体ユニットのみで強固な先行支保工などの地中構造体を構築することのできる汎用性に優れた筒体ユニットを提供することを目的とする。

本願の請求項１に記載の発明は、地中構造体の延長方向に延長する複数の筒体を、上記地中構造体の断面形状に沿うように互いに連結させながら地山に挿入・埋設して構築される地中構造体に使用される筒体ユニットであって、上記筒体に、上記筒体の両側面からそれぞれ突出し、上記地中構造体の延長方向に延長する第１及び第２の腕部が設けられ、かつ、上記第２の腕部の先端側に、上記第１の腕部を案内する案内部が設けられた筒体ユニットにおいて、上記地中構造体の断面がアーチ部を有する場合には、アーチ部の径方向外側に位置する側の第１及び第２の腕部のいずれか一方または両方の長さを、上記アーチ部の径方向内側に位置する側の第１及び第２の腕部の長さよりも長くしたことを特徴とするものである。これにより、地中構造体の断面がアーチ部を有する場合でも、上記筒体をトンネル軸方向に容易に挿入・埋設することができるとともに、筒体の大きさをそのままにした状態で、様々なアーチ形状に対応することが可能となる。また、上記第１及び第２の腕部で囲まれた空隙部にコンクリート等を充填するなどして隣接する筒体同士を一体化できるので、先行支保工等の地中構造体を容易に構築することができる。
請求項２に記載の発明は、上記筒体をスムースに挿入するため、請求項１に記載の筒体ユニットにおいて、上記第１の腕部の先端側に、上記第２の腕部を案内する案内部を設けたものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の筒体ユニットにおいて、２本のＨ鋼のフランジ部をそれぞれ連結して、上記筒体と、上記第１及び第２の腕部とをそれぞれ構成したもので、これにより、筒体ユニットを容易にかつ安価に製造することが可能となる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の筒体ユニットにおいて、上記第１の腕部の先端側に柱状あるいは筒状の係合部材を取付けるとともに、上記第２の腕部の先端側に上記柱状あるいは筒状の係合部材を挿入するための中空部を有する案内部材を取付けたもので、これにより、隣接する一方の筒体の上記案内部材に他方の筒体の上記係合部材を挿入しながら推進させることができるので、上記筒体をトンネル軸方向に確実に挿入・埋設することが可能となる。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の筒体ユニットにおいて、上記案内部材を、上記柱状あるいは筒状の係合部材を挿入して把持する把持部材とするとともに、上記係合部材と上記把持部材とを、上記地中構造体の断面形状に沿って、相対的に移動可能なように係合したものである。これにより、隣接する筒体間の距離を微調整できるので、例えば、上記地中構造体の両端部を反力板に固定するとともに、上記空隙部に膨張モルタル等を充填して上記地中構造体に圧縮応力を発生させて、上記地中構造体を強固にすることが可能となる。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の筒体ユニットにおいて、上記係合部材に、先端に高圧流体を噴射するジェットノズルを備えたウォータージェット噴射装置を取付けて、上記把持部材の内側の土砂を除去するようにしたもので、これにより、筒体ユニットを容易に地中に推進させることが可能となる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の筒体ユニットにおいて、上記第１及び第２の腕部の挿入方向奥側の長さを挿入方向の手前側の長さよりも長くしたものである。これにより、トンネル幅が大きくなる場合や、トンネルが合流する場合のように、必要とされる支保工の幅が広がる場合にも、第１及び第２の腕部の形状を変更するだけで対応することが可能となる。

本発明によれば、地中構造体の延長方向に延長する複数の筒体を、上記地中構造体の断面形状に沿うように互いに連結させながら地山に挿入・埋設して構築される地中構造体に使用される筒体ユニットであって、かつ、上記筒体に、上記筒体の両側面からそれぞれ突出し、上記地中構造体の延長方向に延長する第１及び第２の腕部が設けられ、かつ、上記第２の腕部の先端側に、上記第１の腕部を案内する案内部が設けられた筒体ユニットにおいて、上記地中構造体の断面がアーチ部を有する場合には、アーチ部の径方向外側に位置する側の第１及び第２の腕部のいずれか一方または両方の長さを、上記アーチ部の径方向内側に位置する側の第１及び第２の腕部の長さよりも長くしたので、筒体を地山のアーチ部に沿って容易に挿入・埋設することができるとともに、筒体の形状を変えることなく、様々な形状のアーチ部に対応することができる。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１（ａ），（ｂ）は、本最良の形態に係る筒体ユニット１０の構成を示す図で、同図において、１１は断面が長方形の鋼管から成る角型管、１２Ａ，１２Ｂ及び１２Ｃ，１２Ｄは上記角型管１１の両側面１１ａ，１１ｂの上端部と下端部とからほぼ水平に突出する第１及び第２の案内部材である。上記第１の案内部材１２Ａ，１２Ｂは、詳細には、上記角型管１１の側面１１ａから上記側面１１ａに垂直に突出する、トンネル軸方向に延長する平板状の第１及び第２の腕部１３ａ，１３ｂと、上記第１及び第２の腕部１３ａ，１３ｂの上記角型管１１側から垂直方向に突出する取付片１４ａ，１４ｂと、上記第１及び第２の腕部１３ａ，１３ｂの突出方向の先端部に取付けられた、トンネル軸方向に延長する円筒状の係合部材１５ａ，１５ｂとから成り、各取付片１４ａ，１４ｂがそれぞれ上記側面１１ａの内側に向くように、上記取付片１４ａ，１４ｂを上記角型管１１の側面１１ａに固定することにより、第１の案内部材１２Ａ，１２Ｂを上記側面１１ａに取付ける。
第２の案内部材１２Ｃ，１２Ｄは、上記角型管１１の側面１１ｂから上記側面１１ｂに垂直に突出する、トンネル軸方向に延長する平板状の第３及び第４の腕部１３ｃ，１３ｄと、上記第３及び第４の腕部１３ｃ，１３ｄの上記角型管１１側から垂直方向に突出する取付片１４ｃ，１４ｄと、上記第３及び第４の腕部１３ｃ，１３ｄの突出方向の先端部に取付けられた、上記円筒状の係合部材１５ａ，１５ｂをそれぞれ挿入して把持するための、上記円筒の一部をなす凹部１６ｓを有する把持部材１６ａ，１６ｂとから成り、各取付片１４ｃ，１４ｄがそれぞれ上記側面１１ｂの内側に向くように、上記取付片１４ｃ，１４ｄを上記角型管１１の側面１１ｂに固定することにより、上記第１の案内部材１２Ｂを上記側面１１ｂに取付ける。
本例では、上記筒体ユニット１０によりトンネルのアーチ部に先行支保工を構成するため、上記アーチ部の扁平率に応じて、角型管１１の側面１１ｂの上端部に取付けられる第３の腕部１３ｃの幅を、下端部に取付けられる第４の腕部１３ｄの幅よりも広く設定してあるが、角型管１１の側面１１ａ上端部の第１の腕部１３ａの幅を、下端部の第２の腕部１３ｂの幅よりも広く設定してもよいし、上記腕部１３ａと腕部１３ｃの幅をそれぞれ上記腕部１３ｂと腕部１３ｄの幅よりも広く設定してもよい。
なお、上記係合部材１５ａ，１５ｂとしては、上記把持部材１６ａ，１６ｂの凹部１６ｓに挿入される外形を有するものであればよいので、円柱状のものを用いてもよいが、本例では、図１（ｂ）に示すように、上記係合部材１５ａ，１５ｂを円筒状とし、上記係合部材１５ａ，１５ｂの各中空部１５ｓ，１５ｓに、図示しない高圧水発生装置から高圧ホースに接続される後続送水管１７ａの先端側に高圧の流体を噴射するジェットノズル１７ｂが取付けられたウォータージェット噴射装置１７を、上記ジェットノズル１７ｂの噴射口が上記筒体ユニット１０の進行方向先端に位置するように挿入・設置してある。このとき、上記把持部材１６ａ，１６ｂの凹部１６ｓの断面形状は半円形でもよいが、上記係合部材１５ａ，１５ｂが上記地中構造体の断面形状に沿って移動可能に係合できるように、係合部材１５ａ，１５ｂの外径より若干広い内径を有する半円部１６ｒとこの半円部に連通する溝部１６ｔとから成る挿入溝としておくことが好ましい。
また、上記角型管１１の両側面１１ａ，１１ｂの外側には、トンネル軸方向に所定の間隔を隔てて、後述する貫通孔を形成するための切り込みが設けられた貫通孔予定箇所１８が形成されており、上記角型管１１の上面１１ｃと下面１１ｄには、角型管１１の内部から角型管１１の上面側と下面側の地山に地盤固化剤を注入する際に使用する複数の逆止弁１９が設けられている。

次に、本発明による筒体ユニット１０を用いて、大断面を有するトンネルの先行支保工を構築する方法について説明する。
本例では、図２（ａ），（ｂ）に示すように、地山１に構築される先行支保工２の横断面のアーチ部３の両端となる部分に先進導坑４Ａ，４Ｂを設け、上記アーチ部３に沿って上記筒体ユニット１０，１０，‥‥を挿入・埋設した後、上記複数の筒体ユニット１０を貫通するように、複数の鋼線２０ｚを束ねて成る鋼線束２０を上記アーチ部３に沿って配置する。そして、上記鋼線束２０の両端部を上記先進導坑４Ａ，４Ｂ内に設けられた、上記筒体ユニット１０の両端部が固定された反力板５Ａ，５Ｂに仮止めした後、上記筒体ユニット１０内にコンクリートを充填させて先行支保工２を構築する。
本例では、更に、上記先行支保工２の構築後、上記先進導坑４Ａ，４Ｂ内に設置された反力板５Ａ，５Ｂで反力をとりながら、上記鋼線束２０の両端部をそれぞれ固定した固定端２０ａ，２０ｂをジャッキ等により上記アーチ部３の延長線上に緊張力ｐを作用させ、上記緊張力ｐにより上記固定端２０ａ，２０ｂと上記反力板５Ａ，５Ｂとの間にできた隙間に楔６を打ち込んで固定するなどして、上記鋼線束２０の固定端２０ａ，２０ｂを固定し、上記反力板５Ａと反力板５Ｂとの間に配置された先行支保工２に、トンネルの横断面の上記アーチ部に沿った圧縮力を与えるようにしている。

図３（ａ）〜（ｃ）は、地山１を掘削しながら上記筒体ユニット１０をトンネル軸方向に推進して埋設する際に使用されるオーガー式削孔推進機３０の構成を示す図で、上記削孔推進機３０は、外形が角柱状の推進管３１と、この推進管３１内に設置された、回転するスクリュー３２ａの先端に掘削刃を備えたオーガービット３２ｂが取付けられたオーガー削孔装置３２と、このオーガー削孔装置３２と上記推進管３１とを推進するための推進装置３３及びガイドセル３４とを備えている。なお、上記推進管３１と上記オーガー削孔装置３２の後端側は、ともに、上記推進装置３３の先端部に設けられた推進部材取付け部３３ａに固定されており、上記推進装置３３により一体に推進される。また、上記推進管３１の外周側に配置される角型管１１の先端側に、その断面形状が上記角型管１１の進行方向に狭まる直角三角形の案内刃１１Ｋが取付けられており、上記推進管３１の先端側には、上記案内刃１１Ｋの後端部に当接する当接部材３１Ｋが取付けられている。これにより、上記推進装置３３により、上記推進管３１と上記オーガー削孔装置３２と上記筒体ユニット１０とを同時に地山１内に推進させることが可能となる。
また、上記案内刃１１Ｋの４隅には、高圧ホース３５ａを介して図示しない高圧水供給装置に連結されたジェットノズル３５ｂを備えたウォータージェット噴射装置３５が取付けられており、上記筒体ユニット１０の推進時には、上記オーガービット３２ｂにより、挿入する筒体ユニット１０の前面の地山１を掘削するとともに、上記ジェットノズル３５ｂから高圧のジェット水を上記地山１内に噴出させて、上記オーガービット３２ｂでは掘削できなかった、上記オーガービット３２ｂの外周部と上記角型管１１の内周側の４隅との間（以下、角型管１１内部の４隅という）の地山１を掘削することにより、推進管３１及び筒体ユニット１０の推進を補助する。なお、上記地山１を掘削した排土を含む泥水は、上記推進管３１の内壁とスクリュー３２ａの羽根部との隙間を通って泥水排出手段３６に送られ、外部へ排出される。
また、ジェットノズル３５ｂからのジェット水は、上記案内刃１１Ｋとオーガービット３２ｂの外周部との間の狭い領域に集中して噴出されるので、地山１を効率的に掘削できるとともに、余掘りによる空隙ができにくく、ジェット水の水も拡散しないため、地盤の弱体化を防止することができる。

１本の筒体ユニット１０の埋設が完了すると、上記筒体ユニット１０の角型管１１内から、削孔推進機３０を回収した後、上記筒体ユニット１０に隣接する筒体ユニット１０Ａを上記地山１内に推進する。このとき、図４に示すように、先に埋設した筒体ユニット１０Ａの把持部材１６ａ，１６ｂの凹部１６ｓ，１６ｓに、次に埋設する筒体ユニット１０の係合部材１５ａ，１５ｂを挿入するようにして、上記筒体ユニット１０Ａを地山１内に挿入するとともに、上記筒体ユニット１０の係合部材１５ａ，１５ｂに取付けられたウォータージェット噴射装置１７，１７のジェットノズル１７ｂ，１７ｂからジェット水を噴出し、上記筒体ユニット１０Ａの係合部材１５ａ，１５ｂが挿入される上記筒体ユニット１０の把持部材１６ａ，１６ｂの凹部１６ｓの内側の土砂を除去しながら上記係合部材１５ａ，１５ｂを挿入する。これにより、筒体ユニット１０の第２の案内部材１２Ｃ，１２Ｄと筒体ユニット１０Ａの第１の案内部材１２Ａ，１２Ｂとをスムースに連結することが可能となる。なお、図４では挿入状態を分かり易くするため、腕部１３ｃの幅と腕部１３ｄの幅とを同じにしているが、実際には、図１に示すように、角型管１１の上端部に取付けられた腕部１３ｃの幅を、下端部に取付けられた腕部１３ｄの幅よりも広く設定してあるので、図５に示すように、角型管１１の上面１１ｃの幅と下面１１ｄの幅とが同じであっても、腕部１３ｃの幅を変更するだけで複数の筒体ユニット１０をトンネルのアーチ部３となる所定の曲線上に配置することができる。
なお、連結板の幅の設定方法としては、角型管１１の上端部に取付けられた腕部１３ａ，１３ｃの幅を、それぞれ、下端部に取付けられた腕部１３ｂ，１３ｄの幅よりも広くするなど、角型管１１の断面の中心線に対して対称に設定する方が好ましい。

筒体ユニット１０の埋設後には、図６（ａ），（ｂ）に示すように、上記角型管１１内に、走行手段４１にパッカー４２を搭載した固化剤注入装置４０を導入して、上記筒体ユニット１０の上部側及び下部側の地山１に地盤固化剤を注入して、上記筒体ユニット１０の上下の地山１を予め改良しておくことが望ましい。
上記パッカー４２は、特に、角型管１１の上，下の地山１のみに地盤固化剤を注入するためのもので、注入管４３及びパッキン４４とを備えた上部注入パーツ４２Ａと、この上部注入パーツ４２Ａと同様の構成の下部注入パーツ４２Ｂとをシャフト４５にて連結したものである。地盤固化剤の注入時には、上記シャフト４５をジャッキ４６にて押上げることにより、注入管４３，４３の上，下に取付けられたパッキン４４，４４を角型管１１の上部及び下部にそれぞれ押し付けて、角型管１１の上部及び下部を密閉し、上記密閉された状態で、注入管４３，４３から地盤固化剤を、角型管１１の上面１１ｃと下面１１ｄに設けられた逆止弁１９，１９を介して、上記角型管１１の上，下の地山１に注入して上記地山１を補強する。上記パッカー４２は、パッキン４４，４４を角型管１１の逆止弁１９，１９が設けられた上部及び下部に押し当てる構造となっているので、筒体ユニット１０の本体の断面形状が上記角型管１１のように矩形であっても、角型管１１の上部及び下部を確実に密閉することができる。
なお、上記地盤固化剤の注入は、地山１の強度にもよるが、必ずしも１本の筒体ユニット１０の挿入・埋設後直ちに行う必要はなく、複数本の筒体ユニット１０を挿入・埋設後に行ってもよい。

その後、図７に示すように、トンネルの横断面の上記アーチ部に沿って、上記複数の筒体ユニット１０を貫通する複数の鋼線２０ｚを束ねた鋼線束２０を配置する。具体的には、図８に示すように、上記筒体ユニット１０の角型管１１内に走行手段５１に搭載された油圧ジャッキ５２を備えた打ち抜き装置５０を導入し、上記角型管１１の貫通孔予定箇所１８を打ち抜いて貫通孔１８ｓを形成する。角型管１１の上記貫通孔予定箇所１８は、角型管１１の側面１１ｂ（または、側面１１ａ）を構成する鋼管に外側から予め切り込み１８ｚが入れられているので、上記油圧ジャッキ５２のシリンダロッド５２ａの先端部とは反対側に設けられた反力板５２ｂを、角型管１１の打ち抜くべき貫通孔予定箇所１８とは反対側の側面の内壁側に当接させて、上記反力板５２ｂで反力をとりながら、上記シリンダロッド５２ａを伸長させ、上記貫通孔予定箇所１８を筒体外側に押出すようにすれば、上記貫通孔予定箇所１８を容易に打ち抜いて、貫通孔１８ｓを形成することができる。

次に、上記鋼線束２０を、一方の先進導坑４Ａ（または、先進導坑４Ｂ）の内側から、上記貫通孔１８ｓを介して、上記連結して埋設された筒体ユニット１０内に導入する。このとき、図９（ａ）に示すように、角型管１１内にレール部材２１を敷設し、このレール部材２１上の上記貫通孔１８ｓ，１８ｓ間に位置する部分に、上記貫通孔１８ｓとほぼ同じ内径を有する円筒状のガイド管２２を並べておき、一方の貫通孔１８ｓから角型管１１内に導入された上記鋼線束２０を上記ガイド管２２を通して他方の貫通孔１８ｓから送り出すようにすれば、図９（ｂ）に示すように、連結された複数の角型管１１，１１，１１，‥‥に上記鋼線束２０をスムースに貫通させることができる。
なお、上記ガイド管２２に代えて、図９（ｃ）に示すように、上記角型管１１の幅よりも長いガイド管２３を準備し、このガイド管２３を上記角型管１１の互いに対向する貫通孔１８ｐと貫通孔１８ｑとを連通するように上記貫通孔１８ｓ，１８ｓに取付け、このガイド管２３を用いて上記鋼線束２０を貫通させるようにしてもよい。

ところで、上記筒体ユニット１０の幅（アーチ部３に沿った長さ）はアーチ部３の曲率半径に対してかなり小さいので、上記連結された筒体ユニット１０，１０間の角度は極めて小さい。したがって、隣接する角型管１１，１１の対向するガイド管２３，２３同士の間に多少の隙間があった場合はもとより、角型管１１内にガイド管２２を設置した場合でも、一方の先進導坑４Ａ（または、先進導坑４Ｂ）から導入された鋼線束２０を、上記ガイド管２２またはガイド管２３内を通って、他方の先進導坑４Ｂ（または、先進導坑４Ａ）までスムースに送ることができる。
次に、上記鋼線束２０の両端部を反力板５Ａ，５Ｂに仮止めした後、上記案内部材付き筒体ユニット１０の角型管１１内及び案内部材１２Ａ〜１２Ｄにより囲まれた筒状の空間にそれぞれコンクリートを充填して先行支保工２を構築した後、図１（ａ），（ｂ）に示すように、反力板５Ａ，５Ｂで反力をとりながら、上記鋼線束２０の両端部をそれぞれ固定した固定端２０ａ，２０ｂをジャッキ等により上記アーチ部３の延長線上に緊張力ｐを作用させる。そして、上記緊張力ｐにより上記固定端２０ａ，２０ｂと上記反力板５Ａ，５Ｂとの間にできた隙間に楔６を打ち込んで固定するなどして、上記鋼線束２０の固定端２０ａ，２０ｂを固定する。これにより、上記反力板５Ａと反力板５Ｂとの間に配置された上記先行支保工２に、トンネルの横断面の上記アーチ部に沿った圧縮応力を発生させることができる。このとき、上記把持部材１６ａ，１６ｂの凹部１６ｓの断面形状を、図１（ｂ）に示すように、係合部材１５ａ，１５ｂの外径より若干広い内径を有する半円部１６ｒとこの半円部に連通する溝部１６ｔとから成る挿入溝としておくことにより、上記コンクリートの圧縮に伴う筒体ユニット１０，１０間の距離の変化を吸収することができる。
なお、上記鋼線束２０に緊張力ｐを作用させるのは、案内部材付き筒体ユニット１０内のコンクリートが固まった後であるので、上記鋼線束２０は保護管等で予め覆っておき、コンクリートと一体化しないようにしておく必要があることはいうまでもない。
最後に、上記先進導坑４Ａ，４Ｂ及び上記先行支保工２で囲まれた地山１を掘削して、大断面を有するトンネルを構築する。
本例では、上記先行支保工２のコンクリートには予め圧縮力が加えられているので、地山１の掘削後に、上記アーチ型の先行支保工２に引張力が作用した場合でも、上記コンクリートは圧縮領域内で変形して上記引張力を受けることができる。したがって、上記先行支保工２は、案内部材１２Ａ〜１２Ｄや、案内部材１２Ａと案内部材１２Ｃとの接続部及び案内部材１２Ｂと案内部材１２Ｄとの接続部を補強しなくても、上記引張力に十分に対応することができる。

このように、本最良の形態では、トンネルのアーチ部の地山１内へ、断面が長方形の鋼管から成る角型管１１と、この角型管１１の両側面１１ａ，１１ｂの上端部と下端部とから水平方向に突出する案内部材１２Ａ，１２Ｂ及び案内部材１２Ｃ，１２Ｄを備えた、トンネル軸方向に延長する複数の筒体ユニット１０を、上記案内部材１２Ａ，１２Ｂに取付けられた係合部材１５ａ，１５ｂと、案内部材１２Ｃ，１２Ｄに取付けられた把持部材１６ａ，１６ｂとを互いに係合させて連結させながら、上記アーチ部３に沿って挿入・埋設するとともに、上記筒体ユニット１０の両端側を上記アーチ部３の両端側に構築された先進導坑４Ａ，４Ｂに設けられた反力板５Ａ，５Ｂに当接または固定し、更に、上記アーチ部３に沿って、上記複数の案内部材付き筒体ユニット１０を貫通する鋼線束２０を配置してから、上記筒体ユニット１０内にコンクリートを充填して先行支保工２を構築し、その後、上記反力板５Ａ，５Ｂで反力をとりながら、上記鋼線束２０に緊張力を作用させた状態で上記鋼線束２０の固定端２０ａ，２０ｂを反力板５Ａ，５Ｂに固定して、上記反力板５Ａと反力板５Ｂとの間に配置された上記先行支保工２に予め圧縮力を作用させるようにし、しかる後に上記先行支保工２と先進導坑４Ａ，４Ｂとで囲まれた部分の地山１を掘削するようにしたので、上記アーチ部３に引張力が作用した場合でも、上記先行支保工２の上記引張力に対する強度を向上させることができる。したがって、簡単な構造で強固な大断面トンネル用の先行支保工２を構築することができる。

なお、上記最良の形態では、案内部材付き筒体ユニット１０の角型管１１として鋼管を用いたが、コンクリート製、あるいはプラスチック製のものを用いても良い。また、鋼線２０ｚについても、上記地中支保工に緊張力を与えることのできるだけの強度を有するものであれば、強化繊維あるいはガラス繊維などの他の線材を用いてもよい。
また、上記例では、先行支保工２にプレストレスを与える際に、上記案内部材付き筒体ユニット１０，１０，‥‥を貫通する鋼線束２０を用いたが、図１０（ａ）に示すように、角型管１１内にコンクリート２０Ｋを充填するとともに、上記案内部材付き筒体ユニット１０の角型管１１及び案内部材１２Ａ〜１２Ｄにより囲まれた筒状の空間に、膨張モルタル等の膨張性を有する硬化性の材料２０Ｍを充填して上記プレストレスを与えるようにしてもよい。この場合には、隣接する角型管１１，１１の間に、膨張性を有する硬化性の材料２０Ｍを注入するための空隙を設ける必要があるので、上記案内部材１２Ａ〜１２Ｄの腕部となる腕部１３ａ〜１３ｄの長さと角型管１１の幅（アーチ部３に沿った長さ）を、上記充填された硬化性の材料２０Ｍの膨張による圧縮力が所定の値となるように設定しておくことが望ましい。また、この場合には、上記案内部材１２Ａと案内部材１２Ｃ、及び、案内部材１２Ｂと案内部材１２Ｄと接続部はアーチ部に沿って広げられるので、上記係合部材１５ａ，１５ｂと上記把持部材１６ａ，１６ｂとは互いに移動できるような形状とすることが望ましい。なお、上記硬化性の材料２０Ｍの膨張により、案内部材１２Ａ〜１２Ｄには、アーチ部の径方向にも引張力が作用するが、この引張力は、先行支保工２が地中にあり圧縮力を受けているので、特に問題にはならない。
上記のように、膨張性を有する硬化性の材料２０Ｍを充填して先行支保工２に圧縮力を与える場合には、筒体ユニット１０の両端部は、単に、反力板５Ａ，５Ｂに当接または固定するだけでよいので、先進導坑４Ａ，４Ｂの構築は必ずしも必要ではない。
また、上記例では、筒体ユニット１０の連結板の幅を変更することによって、トンネルのアーチ部となる所定の曲線を形成したが、筒体ユニット１０と案内部材１２Ａ，１２Ｂの取付ける角度を変更することで、上記曲線を形成するようにしてもよいし、上記幅の変更と併用してもよい。

また、上記例では、腕部１３ａ〜１３ｄの幅が一定の筒体ユニット１０を用いてトンネルを掘削する場合について説明したが、進行方向でトンネル幅が大きくなる場合や、２つ以上のトンネルが分岐する場合のように、必要とされる支保工の幅が広がる場合には、図１１に示すように、筒体ユニット１０の本体である角型管１１は同じで、腕部１３ａ〜１３ｄの挿入方向奥側の幅Ｗ_２を挿入方向の手前側の幅Ｗ_１よりも広く設定した筒体ユニット１０Ｗを用いるようにすれば、角型管１１の形状を変更することなく、容易に対応することが可能となる。なお、進行方向でトンネル幅が狭くなる場合や、２つ以上のトンネルが合流する場合のように、必要とされる支保工の幅が狭くなる場合には、図１１とは反対に、上記腕部１３ａ〜１３ｄの挿入方向奥側の幅Ｗ_２を挿入方向の手前側の幅Ｗ_１よりも狭く設定すれはよい。
すなわち、従来の筒体あるいは上記筒体ユニット１０を用いた場合には、例えば、図１２に示すように、トンネル６Ａ，６Ｂの分岐点近傍までは一定本数の筒体ユニット１０でアーチ部を構成し、分岐点以降には、上記筒体ユニット１０の本数を段階的に増やす必要がある。あるいは、図１３に示すように、分岐点以降に、２本のトンネル６Ａ，６Ｂを跨ぐような大きなアーチ１０Ｘを施工するなどして対応することも考えられるが、図１２に示すように、上記分岐点の手前には、図２に示した本最良の形態の筒体ユニット１０を使用し、上記分岐点以降には、図１１に示した筒体ユニット１０Ｗを使用してアーチ部を形成するようにすれば、簡単な構成で、容易に所望の形状のアーチ部を構成することができる。

また、上記最良の形態では、案内部材付き筒体ユニット１０を用いて大断面トンネルの先行支保工２を構築する方法について説明したが、これに限るものではなく、例えば、図１４に示すように、既製のトンネル７の上部の地山１を補強するために、上記トンネル７の上部の地山１に構築される地中防護工８などの、複数の筒体を地中に挿入・埋設して構築されるアーチ型の地中構造体を構築する際に、上記筒体として、本発明の筒体ユニット１０、あるいは、筒体ユニット１０Ｗを用いることができる。

また、上記例では、角型管１１と第１の案内部材１２Ａ，１２Ｂ及び第２の案内部材１２Ｃ，１２Ｄにより筒体ユニット１０を構成したが、図１６に示すように、２本のＨ鋼６１，６２の上下のフランジ部６１ａ，６２ａ及びフランジ部６１ｂ，６２ｂをそれぞれ連結して、角型管１１Ｚと、第１の腕部１３ｐ，１３ｑ及び第２の腕部１３ｒ，１３ｓとをそれぞれ構成し、更に、上記第１の腕部１３ｐ，１３ｑに係合部材１５ａ，１５ｂを、上記第２の腕部１３ｒ，１３ｓに把持部材１６ａ，１６ｂを取付けて第１の案内部材１２Ｐ，１２Ｑ及び第２の案内部材１２Ｒ，１２Ｓを構成してもよい。これにより、筒体ユニット１０Ｚを容易にかつ安価に製造することができる。なお、２本のＨ鋼の連結時に、連結する側のフランジの上側と下側の幅を変えて連結することにより、トンネルのアーチ部の曲線を形成するようにしてもよい。
あるいは、図１７（ａ）に示すように、上記第１の腕部１３ｐ，１３ｑに、上記第２の腕部１３ｒ，１３ｓを案内する案内部１６ｐ，１６ｑを設けたり、図１７（ｂ）に示すように、上記第２の腕部１３ｒ，１３ｓに、上記第１の腕部１３ｐ，１３ｑを案内する案内部１６ｘ，１６ｙを設けたりするなどしても、角型管１１Ｚをスムースに挿入することが可能である。

以上説明したように、本発明によれば、筒体を地山のアーチ部に沿って容易に挿入・埋設することができるとともに、筒体の形状を変えることなく、様々な形状のアーチ部に対応することができるので、新たな支保工を構築することなく、筒体ユニットのみで地山のアーチ部に挿入・埋設する強固な先行支保工などの地中構造体を構築することができる。

本最良の形態に係る案内部材付き筒体ユニットの構成を示す図である。本最良の形態に係る地中支保工の構築方法を示す図である。本最良の形態に係るオーガー式削孔推進機を示す図である。案内部材付き筒体ユニットの連結方法を示す図である。案内部材付き筒体ユニットの連結状態を示す図である。本最良の形態に係る固化剤注入装置を示す図である。本最良の形態に係るプレストレスの付加方法を示す図である。本最良の形態に係る鋼管の打ち抜き方法を示す図である。本最良の形態に係る鋼線束の導入方法を示す図である。本発明に係るプレストレスの他の付加方法を示す図である。本発明による案内部材付き筒体ユニットの他の構成を示す図である。従来の分岐点における地中支保工の構築方法を示す図である。従来の分岐点における地中支保工の他の構築方法を示す図である。本発明による案内部材付き筒体ユニットを用いた分岐点における地中支保工の構築方法を示す図である。本発明による地中防護工を示す図である。本発明による案内部材付き筒体ユニットの他の構成を示す図である。本発明による案内部材付き筒体ユニットの他の構成を示す図である。従来の筒体を用いた地中支保工の構築方法を示す図である。従来の継手付き鋼管によるトンネル構造体の構築方法を示す図である。

符号の説明

１地山、２地中支保工、３アーチ部、４Ａ，４Ｂ先進導坑、
５Ａ，５Ｂ反力板、１０，１０Ａ，１０Ｗ案内部材付き筒体ユニット、
１１角型管、１１Ｋ案内刃、１２Ａ〜１２Ｄ案内部材、１３ａ〜１３ｄ腕部、
１４ａ〜１４ｄ取付片、１５ａ，１５ｂ係合部材、１６ａ，１６ｂ把持部材、
１６ｓ把持部材の凹部、１７ウォータージェット噴射装置、１７ａ後続送水管、
１７ｂジェットノズル、１８貫通孔予定箇所、１８ｓ貫通孔、１９逆止弁、
２０鋼線束、２０ｚ鋼線、２１レール部材、２２，２３ガイド管、
３０オーガー式削孔推進機、３１推進管、３１Ｋ当接部材、
３２オーガー削孔装置、３２ａスクリュー、３２ｂオーガービット、
３３推進装置、３３ａ推進部材取付け部、３４ガイドセル、
３５ウォータージェット噴射装置、３５ａ高圧ホース、３５ｂジェットノズル、
３６泥水排出手段、４０固化剤注入装置、４１走行手段、４２パッカー、
４２Ａ上部注入パーツ、４２Ｂ下部注入パーツ、４３注入管、４４パッキン、
４５シャフト、４６ジャッキ、５０打ち抜き装置、５１走行手段、
５２油圧ジャッキ、５２ａシリンダロッド、５２ｂ反力板。

Claims

地中構造体の延長方向に延長する複数の筒体を、上記地中構造体の断面形状に沿うように互いに連結させながら地山に挿入・埋設して構築される地中構造体に使用される筒体ユニットであって、上記筒体に、上記筒体の両側面からそれぞれ突出し、上記地中構造体の延長方向に延長する第１及び第２の腕部が設けられ、かつ、上記第２の腕部の先端側に、上記第１の腕部を案内する案内部が設けられた筒体ユニットにおいて、上記地中構造体の断面がアーチ部を有する場合には、アーチ部の径方向外側に位置する側の第１及び第２の腕部のいずれか一方または両方の長さを、上記アーチ部の径方向内側に位置する側の第１及び第２の腕部の長さよりも長くしたことを特徴とする筒体ユニット。
上記第１の腕部の先端側に、上記第２の腕部を案内する案内部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の筒体ユニット。
２本のＨ鋼のフランジ部をそれぞれ連結して、上記筒体と、上記第１及び第２の腕部とをそれぞれ構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の筒体ユニット。
上記第１の腕部の先端側に柱状あるいは筒状の係合部材を取付けるとともに、上記第２の腕部の先端側に上記柱状あるいは筒状の係合部材を挿入するための中空部を有する案内部材を取付けたことを特徴とする請求項１に記載の筒体ユニット。
上記案内部材を、上記柱状あるいは筒状の係合部材を挿入して把持する把持部材とするとともに、上記係合部材と上記把持部材とを、上記地中構造体の断面形状に沿って、相対的に移動可能なように係合したことを特徴とする請求項４に記載の筒体ユニット。
上記係合部材に、先端に高圧流体を噴射するジェットノズルを備えたウォータージェット噴射装置を取付けたことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の筒体ユニット。
上記第１及び第２の腕部の挿入方向奥側の長さを挿入方向の手前側の長さよりも長くしたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の筒体ユニット。