JP4259969B2 - 複断面シールド工法 - Google Patents

Description

本発明は、複数台の単断面シールド掘進機を連結して地山に推進させながら、その後方で多数のセグメントにより覆工体を組み立てるシールド掘進機毎に独立するトンネル覆工体を構築していく複断面シールド工法に関する。

近年、覆工された断面形態がまゆ形，メガネ形，ダルマ形あるいは矩形になる複断面シールドトンネルの施工がなされている。この技術は、複数台の単断面シールド掘進機を並列連結し、これらシールド掘進機を連結状態のまま推進させるとともに、その後方で多数のセグメントを組み立ててシールド掘進機ごとに独立するトンネル覆工体を構築していき、場合によっては推進途中でシールド掘進機を分岐させて離間したトンネル覆工体を構築していくものである。

一般にシールド掘進機をはじめに地山に推進させていくにあたっては、図８に示すように、立坑Ｇ１の底部から発進方向に向けてまず坑口Ｇ２に発進用エントランス１を設ける。このエントランス１に対し、図９に示すような複数台の単断面シールド掘進機２を連結した後、この連結体３を、エントランス１内を経て地山Ｇに推進させるとともに、各シールド掘進機２の後部で複数のセグメント４により覆工体５を順次組み立て、覆工体５にシールド掘進機２の推進用ジャッキを当てて推進反力をとるようにしている。そして、双方のシールド掘進機２が地山Ｇに貫入したら、エントランス１と各覆工体５との隙間にモルタル等の自硬材を充填し、安定した構造を得ている。

上記連結体３を構成する二台のシールド掘進機２は同一構成であり、先端にカッタ７を有し主に地山掘削を行う部分であるフロント部２ａと、主にその内部で覆工体５を組み立てる部分であるテール部２ｂとが合体されてなり、フロント部２ａとテール部２ｂとの外殻をなす筒状のスキンプレート８が、それぞれ中央連結部材９で連結されて連結体３となっている。そして、この連結体３を発進させるための上記エントランス１は、連結体３の外形断面に応じて円の一部が互いに重複した形状に形成された断面まゆ形の外殻体であり、通常スチール等で製造され、坑口Ｇ２に対しその後端が立坑Ｇ１に露出する状態で埋設される。

このエントランス１の内周面には、土砂や地下水が地山からエントランス１内を経て立坑Ｇ１に流出する（以後これを漏水と総称する）ことを防ぐために、その全周にわたって、エントランス１と、各シールド掘進機２のスキンプレート８および組み立てられた覆工体との間の隙間を塞いで止水するためのパッキンが全周にわたって取り付けられており、このパッキンがシールド掘進機２の推進にともない推進方向側に弾性変形し、スキンプレート８および中央連結部材９の外面に圧接させられることによって止水作用をなす。

ところで、二台のシールド掘進機２からなる上記連結体３によれば、たとえ双方のシールド掘進機２のスキンプレート８どうしが接触する状態で連結されているとしても、各テール部２ｂ内で組み立てられる覆工体５は、各シールド掘進機２ごとに独立し、かつ相互の間には隙間が形成される。したがって、パッキンがシールド掘進機２のスキンプレート８に圧接している間はそのパッキンによって止水がなされるが、シールド掘進機２の推進と覆工体５の組み立てが進行し、覆工体５がパッキンの部分に至ると、隙間の上下部分はパッキンで覆われるもののその間の部分には何も存在しないので、漏水が生じてしまう。

また、二台のシールド掘進機２を連結する中央連結部材９は、フロント部２ａとテール
部２ｂとをそれぞれ個々に連結しているため、その間に不連続部１２が存在し、この不連続部１２がシールド掘進機２の推進にともなって、パッキンの部分に至ると、パッキンは不連続部１２を塞ぐことができず、ここに土砂や地下水が侵入して漏水の原因となるといった問題点もある。

このような問題を鑑みて、本出願人は、既に、坑口Ｇ２に設けられたエントランス１からシールド掘進機２を発進させる際の止水性の向上を図ることができる複断面シールド工法を発明した。この複断面シールド工法は、複数台の単断面シールド掘進機２が覆工断面に応じて連結されてなる連結体３を、該連結体の外形断面に応じて形成された外殻体である発進用エントランス１内から地山に向けて推進させるとともに、各シールド掘進機２のテール部２ｂでトンネル覆工用セグメント４により覆工体５を順次組み立てて、各シールド掘進機２に対応した独立する断面円形のトンネル覆工体を構築していく複断面シールド工法であって、シールド掘進機の発進にあたり、前記エントランス１の内周面全周にわたり、前記連結体３の外周面およびその後方に組み立てられる前記覆工体５の外周面に圧接させられるパッキン２１（２２）をあらかじめ取り付けておき、連結体３の推進にともない連結体３がパッキン２１（２２）から離脱する前に、エントランス１の後端で、組み立てた覆工体５間に形成される隙間に、前記覆工体５および前記パッキン２１（２２）に当接するとともに覆工体５との当接面に密着部材を配した閉塞ブロック３１を嵌め込むことにより、該隙間１１を塞ぐことを特徴とする（図１０、図１１参照）。

前記シールド工法によれば、覆工体５間の隙間１１を閉塞ブロック３１を用いて塞ぐことができ、漏水を防ぐことが可能となる。この閉塞ブロック３１を嵌め込む作業は、例えば、エントランス１より手前側の立坑Ｇ１のスペースを利用して隙間１１の上下から差し入れることが挙げられる。しかし、閉塞ブロック３１を隙間１１の上下から差し入れる方法では、エントランス１の内周面のパッキン２２にその上下の外面が当接しないので、立坑Ｇ１に設置したジャッキにより上下の外面が二段目パッキン２２に当接するまで閉塞ブロック３１を前方に押し込む必要があり、嵌め込み作業には手間を要していた。さらに、この閉塞ブロック３１の嵌め込み作業は、１段目パッキン２１がスキンプレートにかかっているのであれば、シールド掘進機２を推進させながらでも行うことができるが、そうでない場合にはシールド掘進機２を一旦停止させた状態で行わなければならず作業効率の低下を招いていた。
特許第３２８６４２７号公報

本発明は、このような問題に鑑みて成されたものであり、複数台のシールド掘進機を連結して推進させ、その後方でシールド掘進機ごと独立するトンネル覆工体を組み立てていく複断面シールド工法において、シールド掘進機を推進させる際の止水性を容易に向上させることを技術的課題とする。

本発明に係る複断面シールド工法は、前述の技術的課題を解決するために以下のように構成されている。複数台の単断面シールド掘進機が覆工断面に応じて連結されてなる連結体を該連結体の外形断面に応じて形成された外殻体である発進用エントランス内から地山に向けて推進させるとともに、各シールド掘進機のテール部でトンネル覆工用セグメントにより覆工体を順に組み立てて、各シールド掘進機に対応した独立する断面のトンネル覆工体を構築していく複断面のシールド工法であって、前記覆工体間と前記エントランスとの隙間を塞ぐ閉塞部材を前記連結体の後端部にあらかじめ取り付けておき、各シールド掘進機の掘進とともに閉塞部材を発進用エントランスから地山に推進させ、前記閉塞部材がエントランス内から離脱する前に前記連結体と閉塞部材を分離することを特徴とする。

本発明は、前記連結体と閉塞部材を連結していることにより、前記覆工体間とエントランスを塞ぐ閉塞部材をシールド掘進機と共に地山内に推進させることができる。そして、前記閉塞部材と連結体を分離することで、覆工体間とエントランスの隙間を塞ぐ位置に閉塞部材を容易に配置することができる。すなわち、地山から流出しようとする土砂、地下水等の漏水を容易に防ぐことができる。この閉塞部材の設置作業は、エントランスからジャッキ等を用いて取り付ける従来の作業と比較して簡易なものであり、作業効率を向上させることが可能となる。

前記閉塞部材は、地山からエントランス内部に漏水するのを防ぐために覆工体間とエントランスとの隙間を塞ぐことができれば良く、材質等は特に制限されないが、特に、鉄，コンクリートが好適である。また、閉塞部材を連結体の後端部に取り付ける際には、後に分離できるよう着脱自在に接続すれば良く、例えば、連結部の後端部と閉塞部材の接続部に互いに嵌合する継手を設けて連結したり、ボルトを用いて連結する構成が例示できる。

加えて、一般的に複断面シールド工法では、前述のように単断面のシールド掘進機間に中央連結部材を備え、この中央連結部材により各シールド掘進機を一体化して連結体を形成している。前記中央連結部材の先端には、外周方向に向けて地山を掘削するためのカッタヘッドが突接されており、このカッタヘッドとエントランス内周面に設けたパッキンとが接触し、パッキンが破損してしまうことがあった。そのため、前記パッキンは、カッタへッドとの接触を避けるために、若干の隙間を有するように設けられていた。このような観点より、前記閉塞部材は、前記中央連結体より外周方向において長大に設けることが望ましい。このように閉塞部材を設けることにより、エントランスのパッキンと確実に密着させることができ、止水性を向上させることが可能である。

また、本発明に係る複断面シールド工法は、前記覆工体の外周面又はエントランス開口部の内周面と前記閉塞部材を連結した後、前記連結体と閉塞部材を分離させることを特徴とすることが望ましい。前記閉塞部材により前記覆工体間とエントランスとの隙間を塞ぐが、閉塞部材を連結体と分離したままの状態では掘削時の振動等によって閉塞部材が移動し、ずれが生じてしまうことがある。覆工体間とエントランスの隙間と閉塞部材の間にずれが生じると、その部分から地山に含まれる土砂、地下水等が漏水してしまう。このような問題を防ぐために、前記覆工体の外周面又はエントランス開口部の内周面と閉塞部材との当接面を連結することが望ましい。前記構成により、閉塞部材が所定の位置で固定されるため、より漏水を防ぐことができる。また、この連結方法は、所定位置で閉塞部材を固定できれば良く、例えば、ボルトとナットを用いた連結、溶接による連結が例示できる。

さらに、本発明に係る複断面シールド工法は、前記覆工体と閉塞部材との当接部に密着部材を設けることが望ましい。前述のように、通常、エントランスの内周面には、全周にわたって各シールド掘削機又は組み立てられた覆工体との隙間を塞いで止水するためのパッキン等が予め取り付けられているため、エントランスの内周面と閉塞部材との間の止水性は保たれる。しかし、前記覆工体の外周面には、前記パッキン等止水するための部材は設けられておらず、閉塞部材との間に隙間が生じ、漏水を生じることがある。そこで、前記密着部材を設けることにより、閉塞部材と覆工体を密着させて、止水性を向上させることが望ましい。この密着部材は、種々の材料を用ることが可能であり、例えば、ゴム、ウレタン、コンクリート等を例示できる。

前記密着部材は、連結体の後端部に閉塞部材を接続する前に設けても良いし、閉塞部材を覆工体間の所定位置へ配置した後、充填しても良い。また、密着部材を設ける箇所は、前記覆工体又は閉塞部材のいずれに設けても良く、密着部材の材料、シールド掘機機の構成等に応じて適宜に選択することが望ましい。

本発明によれば、複数台のシールド掘進機を連結して推進させ、その後方でシールド掘進機ごと独立するトンネル覆工体を組み立てていく複断面シールド工法において、地山からの漏水を防ぎ、止水性を容易に向上させることが可能である。また、前記閉塞ブロックと覆工体の当接面に密着部材を設けることにより、止水性をより向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態は、円形のシールド掘進機２が二台並列して中央連結部材９により連結されている連結体３を用いる。各シールド掘進機２は、掘削方向前方のフロント部２ａと、掘削方向後方のテール部２ｂから構成されており、前記テール部２ｂでセグメント４を組み立てシールド掘進機２毎に独立するトンネル覆工体を構築する。

本実施の形態の止水方法は、あらかじめエントランス１の内周面の前方側、後方側にパッキン２１，２２を取り付けておくとともに、組み立てた覆工体５間と前記エントランス１の内周面との隙間１１を塞ぐ閉塞ブロック３１を前記連結体３の後端部に接続して掘削を行い、前記閉塞ブロック３１がエントランス１と地山Ｇとの境目となる土留壁Ｇ０の位置へ移動した際、すなわち、前記閉塞ブロック３１がエントランス１と覆工体５間の隙間を塞ぐ位置において、前記閉塞ブロック３１を連結体３から分離させる。そして、この閉塞ブロック３１とエントランス１内周面のパッキン２１，２２によって、地山からの漏水を防止する方法である（図１、図２参照）。

まず、前記エントランス１内から地山に向けて前記連結体３を推進させていく。図３は、前記シールド掘進機２とエントランス１の係合部の拡大図であり、図示するように、前記パッキン２１，２２は各シールド掘進機２の推進に伴い推進方向側に弾性変形する。スキンプレート８および中央連結部材９の外面に圧接させられることによって止水作用をなす。各パッキン２１、２２の相互間隔は、２つの中央連結部材９の相互間隔よりも長く、かつ、いずれか一方が不連続部１２の部分にあっても他方がいずれか一方の中央連結部材９に圧接させられるように設定されている。すなわち、各シールド掘進機２がフロント部２ａ、テール部２ｂ各々において中央連結部材９で連結されて、その間に不連続部１２があっても、いずれか一方のパッキン２１，２２がフロント部２ａ又はテール部２ｂのスキンプレート８に圧接させられるので、不連続部１２からの漏水を生じさせない。このように、パッキン２１，２２を２段構成とすることにより漏水防止機能を向上させることができる。

前記中央連結部材９の後端部には、閉塞ブロック３１が連なって接続されているが、この閉塞ブロック３１と中央連結部材９の掘削方向における断面形状は異なっている。図４、図５には、それぞれ中央連結部材９部分の断面図と閉塞ブロック３１部分の断面図が示されている。尚、この図４、図５では、前記エントランス１及びパッキン２１，２２は省略して示している。この図に示すように、前記中央連結部材９は、各シールド掘進機２の外周面とエントランス１の内周面とに囲まれた空間を塞いでいるのに対して、前記閉塞ブロック３１は、各覆工体５の外周面とエントランス１の内周面とに囲まれた空間を塞いでいる。すなわち、閉塞ブロック３１は、中央連結部材９よりＸ方向の長さが長く形成されている。

また、図６には、図４のＺ部分拡大図が示されている。図に明示するように、エントランス１の内周面に設けられたパッキン２１，２２に対向する中央連結部材９の端面には、カッタービット９ａが突設されている。そのため、エントランス１の内周面に設けられた
パッキン２１，２２と前記カッタービット９ａとを密着させると、カッタービット９ａによりパッキン２１，２２が損傷することがある。このような観点より、中央連結部材９とパッキン２１，２２の間には若干の隙間が設けられている。一方、閉塞ブロック３１の端面にはカッタービット９ａは突設されておらず、漏水を防止する観点よりパッキン２１，２２と密着させることが望ましく、閉塞ブロック３１は、中央連結部材９よりＹ方向の長さが長く形成されている。

前記連結体３の推進ならびに覆工体５の組み立てが進行すると、この覆工体５の外周面に沿って閉塞ブロック３１も推進する。そして、連結体３は、エントランス１の内周面に設けられたパッキン２１，２２と当接し、止水性を保ちつつ、エントランス１を通り抜け地山Ｇに貫入する。連結体３が完全に地山に貫入した状態では、図２に示すように、前記閉塞ブロック３１がエントランス１の開口部を塞ぐ位置に配置される。

そして、前記閉塞ブロック３１を所定の位置まで貫入させた後、前記閉塞ブロック３１を覆工体５の外周面又はエントランス１の内周面に固定する。本実施の形態では、各覆工体５の内側からボルトとナット（図示せず）を用いて閉塞ブロック３１を覆工体５の外周面に固定した。

前記閉塞ブロック３１を覆工体５の外周面に固定した後、連結体３のみを推進させていく。この際、覆工体５の外周面とエントランス１の内周面との隙間は前記パッキン２１，２２により塞がれており、エントランス１の内周面と覆工体５間の隙間１１は、閉塞ブロック３１により塞がれているため、地山からの漏水は防止されている。

次いで、各覆工体５間と当接する閉塞ブロック３１の面に密着部材としてのコンクリート（図示せず）を充填する。このコンクリートにより、閉塞ブロック３１と覆工体５間との止水性を向上させることができる。一方、エントランス１の内周面と当接する閉塞ブロック３１の面には、コンクリートは充填されていないが、エントランス１の内周面には前記パッキン２１，２２が設けられているため、エントランス１の内周面と閉塞ブロック３１は密着している。しかし、前記各パッキンの間に形成される覆工体５の外周面とエントランス１の内周面との隙間２５は、空間が形成されているため、必要に応じてこの隙間２５にモルタル等の自硬材６を充填することにより安定した構造を得ることが可能となる（図７参照）。

尚、本実施の形態では、閉塞ブロックを覆工体外周面に固定した後、密着部材としてコンクリートを用いることにより密着させたが、この構成に限られず、例えば、予め、閉塞ブロック３１の覆工体５に接する面に密着部材としてのゴム材を取り付ける構成としても良い。

本実施の形態に係るシールド工法を示す概略図である（閉塞ブロック連結時）。 本実施の形態に係るシールド工法を示す概略図である（閉塞ブロック分離時）。 本実施の形態に係る前記シールド掘進機２とエントランス１の係合部を示す拡大図である。 図１のＡ断面図である。 図１のＢ断面図である。 図４のＺ部分拡大図である。 本実施の形態に係る複断面シールド工法を示す側面図である。 一般的なエントランス構造を示す側面図である。 単断面シールド掘進機を二台並列させた連結体の斜視図である。 従来のシールド工法の一実施例を示す側面図である。 従来のシールド工法の一実施例を示す後面図である。

符号の説明

１ エントランス
２ シールド掘進機
２ａ フロント部
２ｂ テール部
３ 連結体
４ セグメント
５ 覆工体
６ 自硬材
７ カッタ
８ スキンプレート
９ 中央連結部材
９ａ カッタービット
１１ 隙間
１２ 不連続部
２１，２２ パッキン
２５ 隙間
３１ 閉塞ブロック
Ｇ 地山
Ｇ０ 土留壁
Ｇ１ 立坑
Ｇ２ 坑口

Claims (3)

1. 複数台の単断面シールド掘進機が覆工断面に応じて連結されてなる連結体を該連結体の外形断面に応じて形成された外殻体である発進用エントランス内から地山に向けて推進させるとともに、各シールド掘進機のテール部でトンネル覆工用セグメントにより覆工体を順に組み立てて、各シールド掘進機に対応した独立する断面のトンネル覆工体を構築していく複断面シールド工法であって、
   前記覆工体間と前記エントランスとの隙間を塞ぐ閉塞部材を前記連結体の後端部に着脱自在にあらかじめ取り付けておき、各シールド掘進機の掘進とともに閉塞部材を発進用エントランスから地山に推進させ、前記閉塞部材がエントランス内から離脱する前に前記連結体と閉塞部材を分離することを特徴とする複断面シールド工法。
2. 前記覆工体の外周面又はエントランス開口部の内周面と前記閉塞部材を連結した後、前記連結体と閉塞部材を分離させることを特徴とする請求項１に記載の複断面シールド工法。
3. 前記覆工体と閉塞部材との当接面に密着部材を設けることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の複断面シールド工法。

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