JP4275296B2 - 開口形成部構造を有する沈設体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数のピース部材、たとえばセグメントピースと呼ばれるものを連結して地下に沈設して、立坑を構築し、トンネルを掘削する掘削機の発進立坑、到達立坑または中間立坑とするための沈設体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、地下に地下鉄を建設する場合などには、地下鉄用のトンネルを掘削しようとするルートの両端部に、地盤に対し略鉛直方向に発進立坑、到達立坑または中間立坑（中間立坑は発進と到達に関する）を構築する。そして、シールド掘削機を発進立坑内部へ下ろし、発進立坑から発進させ、所定のルートを掘削した後に、到達立坑へ到達する。
この場合のシールド掘削機の発進と到達は、両立坑の発進側及び到達側の地盤を地盤改良して、両立坑の内部から人力によるはつりを行い、発進口及び到達口を丁寧に形成していた。
【０００３】
そして、地盤改良の方法としては、セメント系の注入材を高圧噴射注入工法により地盤に注入するものや、地盤に複数の管を貫通させ管の内部に冷媒を通し地盤を凍結させる方法などがある。これによりシールド工法や推進工法の掘削機の発進及び到達時に発進口や到達口などの周囲から立坑内への水の浸入を防止する。
しかし、このような地盤改良は、止水の確実性に不安があること、環境汚染の危険性があること、また、地盤改良工事による交通規制時間が長くなってしまうなどの制約があった。また、はつり作業は、作業者の安全管理が難しく、また塵埃が多く発生してしまうという問題もあった。これらのため、地盤改良作業やはつり作業には、時間とコストがかかるという問題があった。
【０００４】
このような問題を解決するために、掘削機のカッタービットで切削可能な材料を、発進及び到達立坑を構成する壁体に用い、地盤改良作業やはつり作業を省略する方法が提案されている。すなわち、立坑の壁体は、例えばＨ型鋼を縦に配置したものを、立坑の周方向に多数連続させて構成するものであるが、発進口及び到達口に相当する部分には、Ｈ型鋼の変わりに、シールド工法や推進工法用掘削機により切削可能な材料を用いる。
【０００５】
このような材料の例としては、炭素繊維で補強し石灰石骨材を使用した高強度コンクリートやＦＲＰ製品などがある。切削可能な材料は、同時に、壁体として土圧や水圧によって発生する引っ張り力に十分に耐えられるものであることが必要であるので、補強がなされる。開口後、掘削機が壁体を通過する際、エントランスパッキングなどの止水構造によって止水が行なわれる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この場合に切削可能な材料を採用したピース部材は、壁体として土圧や水圧によって発生する引っ張り力のみならず、沈設の際の圧入力にもに耐えられるものであることが必要であり、切削可能な材料自体を厚くする工夫などをして十分な補強がなされるか、切削可能な材料の周囲を補強する必要があった。このような工夫や補強のために、ピース部材のコストが大きくなってしまうものであった。
【０００７】
このため、発進立坑や到達立坑には、通常のピース部材を用い、ピース部材のうち発進口または到達口に相当する部分を溶断することも行われる。しかし、ピース部材は、主桁、継手板、縦リブ、スキンプレートなどからなり、溶断は縦リブ、スキンプレートに対して行われ、発進口などに相当する部分が複数のピース部材にわたる場合には、さらに、主桁、継手板に対しても溶断を行わなければならず、立坑内部の狭い現場での溶断作業が大変であった。
この発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、発進口または到達口に相当する部分の溶断量を少なくし、周囲の補強を簡便にできる沈設体を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、第１の発明は、複数のピース部材を連結して構成する中空筒体を、内部を掘削し最上端から加圧することで、地下に沈設して構築され、掘削機によりトンネルを掘削する際の発進立坑、到達立坑または中間立坑とされる沈設体において、前記各ピース部材は、平行な一対の主桁と、これら主桁の両端に接合される一対の継手板と、両主桁の中央部分に接合される縦リブと、これらの部材外側に接合されるスキンプレートと、を有してなり、前記ピース部材のうち発進口用または到達口用の開口形成部が事前に取り付けられるピース部材には、前記開口形成部の周囲を構成し、前記スキンプレートの内側に前記スキンプレートによって開口が塞がれる態様で取り付けられている円筒状の枠と、この円筒状の外周面に接続されている縦リブと、前記円筒状の内側端部を覆ってボルトにより取り付けられている開口用板材と、が設けられることを特徴とする開口形成部構造を有する沈設体である。
【０００９】
第２の発明は、さらに、前記円筒状の枠と開口用板材とは、鋼製または樹脂系材料製であることを特徴とする開口形成部構造を有する沈設体である。
【００１０】
第３の発明は、さらに、前記主桁または前記継手板の幅によって決まる前記ピース部材の厚さよりも、前記円筒状の枠によって決まる前記開口形成部の高さの方が低いことを特徴とする開口形成部構造を有する沈設体である。
【００１１】
第４の発明は、さらに、前記スキンプレートの内側に対する円筒状の枠の取付は、溶接またはボルトによって行われることを特徴とする開口形成部構造を有する沈設体である。
【００１２】
第５の発明は、さらに、前記円筒状の枠が取り付けられる前記スキンプレートは、円筒状の枠に対応する円形部分が、ボルトにより取り付けられていることを特徴とする開口形成部構造を有する沈設体である。
【００１３】
第６の発明は、さらに、前記円形部分の外周面は、周囲のスキンプレートの部分と同じ曲率の平滑面を有することを特徴とする開口形成部構造を有する沈設体である。
【００１４】
第７の発明は、さらに、前記ボルトによる取り付けは、止水用のパッキンを挟んで行われていることを特徴とする開口形成部構造を有する沈設体である。
【００１５】
第８の発明は、さらに、前記円筒状の枠と前記開口用板材とが囲む空間の内部に、開口形成部を補強するための充填物を充填したことを特徴とする開口形成部構造を有する沈設体である。
【００１６】
第９の発明は、さらに、前記開口形成部が複数のピース部材にわたって取り付けられ、これら複数のピース部材はあらかじめ一体的に製造されることを特徴とする開口形成部構造を有する沈設体である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態を、図１ないし図７において説明する。
まず、図２において下水道または地下に地下鉄などを建設するためにトンネル掘削を行う際の工事全体の概略工程を説明する。
【００１８】
シールド掘削機１によりトンネル３を掘削するための発進立坑５を構築するために、始めに、地上に中空筒体７を据え付ける（同図（Ａ））。この中空筒体７は複数のピース部材９を連結して構成する。そして、中空筒体７の内部を掘削すると同時に、最上端から加圧を行い、中空筒体７を地下に埋設する。中空筒体７の最上端にはピース部材９が次々と連結され、中空筒体７の上下方向の全長は長くなる（同図（Ａ）（Ｂ））。そして、掘削と加圧を繰り返すことで、地中深く沈設体が構築される（同図（Ｃ））。
【００１９】
このようにして沈設体として構築された発進立坑５に、シールド掘削機１を吊り下ろし
（同図（Ｄ））、発進口１１に向かって発進させる（同図（Ｄ）（Ｅ））。発進口１１に相当するピース部材９には、切削可能な材料が用いられる。シールド掘削機は、この切削可能なピース部材を切削して発進を開始し、トンネルを所定のルートに沿って掘削する（同図（Ｆ））。やがて、所定のルートの最終端に構築された到達立坑１３にシールド掘削機１が到達する（同図（Ｇ））。この到達立坑１３も、前記発進立坑５と同様の手順（同図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ））で予め構築される。また、到達口１５に相当する部分のピース部材も、発進立坑５の場合と同様に切削可能な材料からなる。到達に際しても、シールド掘削機によりピース部材が切削される（同図（Ｇ）（Ｈ））。到達立坑１３内に到達したシールド掘削機１（同図（Ｈ））は、吊り上げられ、地上に搬出される。
【００２０】
次に、発進立坑５または到達立坑１３を構築する際の様子（同図（Ｂ））を、図３をもとに詳しく説明する。
中空筒体７が加圧され沈設されるスペースの周囲には、あらかじめ複数のグランドアンカー１７が打ち込まれ、このグランドアンカー１７に接続されたアンカワイヤー１９は、中空筒体７の上方に備えられる上部ビーム２１に固定される。中空筒体７の上部には保護リング２３を介して圧入桁２５が乗せられ、この圧入桁２５と前記上部ビーム２１との間に、ジャッキ受け台２７および圧入ジャッキ２９が設けられる。圧入ジャッキ２９が働いて上部ビーム２１と圧入桁２５の間を広げると、圧入力が圧入桁２５および保護リング２３を介して中空筒体７に伝えられ、中空筒体７は下方へ地盤に向かって圧入される。
【００２１】
また、掘削機の一種であるハンマーグラブバケット３１がワイヤー３３によって吊り下げられ、中空筒体７内部の地盤を掘削する。このようにして、中空筒体７が地下に沈設され、立坑７、２３が構築されていく。
【００２２】
次に、発進立坑５からシールド掘削機１が発進する際の状態を図４に詳しく示す。図中３５は、トンネルが掘削されるルートを示す。同様に、シールド掘削機１が到達立坑１３へ到達する詳細図を図５に示す。
【００２３】
そして、図４における発進口１１および図５における到達口１５の水平断面図を図６に示す。発進口１１または到達口１５に相当する複数枚のピース部材９が、開口形成部３７を有する。
【００２４】
次に、発進口１１または到達口１５となる開口形成部をが取り付けられたピース部材９を、図１（湾曲を無視して描く）および図７に示す。なお、発進口１１と到達口１５は、この実施形態では、同じ構造を有するピース部材９の開口形成部３７の裏と表である。
【００２５】
このピース部材９は平行な湾曲した（図１ではこの湾曲を無視して描く）一対の主桁３９の両端が、一対の継手板４１に接合され、全体が略四角形の枠が形成される。主桁３９が湾曲することで、この全体の枠も湾曲するが、図ではこの湾曲は省略してある。さらに両主桁３９の中央部分には３本の縦リブ４３が設けられる。各主桁３９の面は、各継手板４１及び各縦リブ４３の面に対し直交する。これらの部材３９、４１、４３の外側には、スキンプレート４５が接合される。これらの接合は溶接によって行われる。主桁３９と継手板４１には、隣接するピース部材との連結を行うためのボルト孔４６が設けられる。
【００２６】
スキンプレート４５の内側中央部には、円筒状の枠４７の一端部が溶接４８によって取り付けられる。円筒状の枠の他端部、すなわち沈設体となる中空筒体７の内側を向く端部を覆って、円形の開口用板材４９がボルト５１によって取付られている。円筒状の枠４７の外周面には、中央の短い縦リブ４３が接続されており、この縦リブ４３は円筒状の枠４７の内側には存在しない。
【００２７】
この実施形態においては、主桁３９及び継手板４１の幅は同じであり、これらの幅の寸法によりピース部材９全体の厚さが決まるが、この厚さよりも、円筒状の枠４７によって決まる開口形成部３７の高さの方が低くなるように寸法設定されており、ハンマーグラブバケット３１（図３）などによる掘削の邪魔にならないよう配慮される。
【００２８】
図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、スキンプレート４５、円筒状の枠４７、および開口用板材４９とが囲む略円柱状の空間の内部には、コンクリートなどの充填物５３が充填される。また、ボルト５１による取付は、止水用のパッキン５５を挟んで行われている。スキンプレートがなく、コンクリートがスキンプレートと同じ曲率で露出しているものであってもよい。
【００２９】
（実施形態の作用・効果）
開口形成部４７は、縦リブ４３に接続される円筒状の枠４７や開口用板材４９、およびスキンプレート４５、さらには内部の充填物５３により、沈設の際に加えられる加圧力にも耐えられる。沈設の後にボルト５１を外して開口用板材４９を取り外し、内部の充填物５３をはつり、露出したスキンプレート４５を溶断する。これにより発進口１１または到達口１５を得る。
【００３０】
よって、従来のように縦リブ４３をも溶断しなければならないという必要がなく、溶断量を少なくできる。また、スキンプレート４５は溶断されるまでは残るので、壁体として土圧や水圧によって発生する引っ張り力に耐えられる。なお、充填物５３により開口形成部３７の補強のみならず、止水効果もある。
また、この実施形態において、１つのピース部材９に１つの開口形成部３７が取り付けられ、比較的小さい径の開口に適する。
【００３１】
（他の実施形態）
以上の実施形態においては、円筒状の枠４７がスキンプレート４５の内側へ取り付けられる取付の手段は、溶接４８であった（図７（Ａ））が、他の実施形態においては、図７（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、ボルト５７によることも可能である。この場合に、円筒状の枠４７の取付端部には外向きにフランジ５９が形成され、フランジ５９とスキンプレート４５を貫通するボルト５７によって取付が行われる。このの取付は止水用のパッキン５５を挟んで行われる。
【００３２】
また、以上の実施形態においては、スキンプレート４５は開口に際しては溶断されるものであったが、他の実施形態においては、例えば図７（Ｅ）に示すように、あらかじめスキンプレート４５に円形の孔６１を開け、この孔６１を覆うスキンプレート４５の円形部分６３として外側の開口用板材を別途設け、この円形部分６３を孔６１の縁にボルト６５によって取り付けることも可能である。円形部分６３の縁部の断面はクランプ状に屈曲し、この屈曲によりスキンプレート４５の外周面に段差が形成されてしまうのを防ぐことが可能である。段差を防ぐことで、沈設体を地下に沈設する際の摩擦力を小さくできる。
【００３３】
また、この円形部分６３すなわち外側の開口用板材の外周面は、周囲のスキンプレート４５の部分と同じ曲率の平滑面を有するものとする。
また、以上の実施形態においては、円筒状の枠４７と開口用板材４９とは、鋼製であったが、他の実施形態においては、樹脂系材料製とすることが可能である。樹脂系材料製とすることで、例えばシールド掘削機の位置がずれ掘削機のカッタービットが触れた場合にも、支障なく掘削を続けることが可能となる。
【００３４】
また、以上の実施形態においては、１つのピース部材９に１つの開口形成部３７が取り付けられるものであったが、他の実施形態においては、複数のピース部材９にわたって１つの開口形成部３７が取り付けられるものとすることが可能である。
【００３５】
すなわち、例えば図８に示すように、千鳥状に配置される複数のピース部材９のうち山型状に隣接する３つのピース部材を一体的に製造し、この一体化されたもの６７の中央に１つの開口形成部３７を取り付けることが可能である。この開口形成部３７も、円筒状の枠４７と開口用板材４９とで構成され、円筒状の枠４７の外周面には縦リブ４３及び通常の主桁３９に相当する部分が接続される。円筒状の枠４７の内部には、縦リブ４３及び主桁３９は存在しない。
【００３６】
以上の実施形態においては、１つのピース部材９に１つの開口形成部３７が取り付けられるもの（図９（Ａ））、または３つのピース部材が山型状に一体化されたもの６７の中央に１つの開口形成部３７が取り付けられるもの（同図（Ｂ））であったが、他の実施形態においては、他の種々のバリエーションが考えられる。
【００３７】
例えば、３つのピース部材９が逆山型状に一体化されたもの６９の中央に開口形成部を取り付けるもの（同図（Ｃ））や、ピース部材が縦方向に上下に２つ配置され一体化されたもの７１の中央に開口形成部３７を取り付けるもの（同図（Ｄ））などが考えられる。このうち後者の場合の下側のピース部材の両端には、通常のピース部材の（横方向の）半分の大きさのもの７３を、現場で連結する。これにより、同図（Ｂ）の場合に比べ、通常のピース部材の半分の大きさのもの７３を用いることで、全体のピース部材の数は少し増えるものの、ピース部材の一体化されたもの７１全体の大きさを小さくでき、運搬に便利である。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、第１、２、３、４、５、６、７、８、または９の発明によれば、ボルトにより開口用板材を取り外しスキンプレートを溶断することで、発進口または到達口を得ることができ、縦リブの溶断は不要となって溶断量を少なくできる。また、スキンプレートは溶断されるまで残るので、壁体として土圧や水圧によって発生する引っ張り力に耐えられ、さらに、スキンプレート、円筒状の枠、および接続される縦リブにより沈設の際の加圧力にもに耐えられることになり、補強は簡便な円筒状の枠のみで済む。
【００３９】
また、第３、４、５、６、７、８、または９の発明によれば、ピース部材の厚さよりも開口形成部の高さの方を低くすることで、中空筒体の内部を掘削するハンマーグラブバケットなどの掘削機が接触し、掘削作業の邪魔になることを防ぐ事ができる。
【００４０】
第５、６、７、８、または９の発明によれば、スキンプレートは、円筒状の枠に対応する円形部分がボルトにより取り外しできるので、溶断を不要にすることができる。
【００４１】
第６、７、８、または９の発明によれば、開口形成部の外側となる円形部分の外周面を、周囲のスキンプレートの部分と同じ曲率の平滑面とすることで、沈設の際の抵抗を小さくすることが可能である。
【００４２】
第７、８、または９の発明によれば、ボルトによる取付を止水用のパッキンを挟んで行うことで、この取付部分から地下水の水漏れを起こすことを防止できる。
【００４３】
第８、または９の発明によれば、充填物を充填することで、開口形成部を補強でき、円筒状の枠や開口用板材の板圧をその分薄くできる。また、止水効果もある。
【００４４】
第９の発明によれば、１つの開口形成部が複数のピース部材に渡って取付られることで、大口径の開口をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態の沈設体を構成するピース部材において、開口形成部が取り付けられたものを内側から見た斜視図である。
【図２】この発明の一実施形態の沈設体による立坑を構築してトンネルを掘削する工事全体の概略工程を示すものであり
（Ａ）は立坑を掘削するためにピース部材を連結して中空筒体を構成し地上に据え付ける工程を示す図
（Ｂ）は中空筒体の内部を掘削し加圧力を加えることで沈設を行い、ピース部材を継ぎ足して中空筒体の全長を長くしていく工程を示す図
（Ｃ）は立坑が完成した図
（Ｄ）は完成した立坑を発進立坑としシールド掘削機を吊り下ろして据え付ける工程を示す図
（Ｅ）は中空筒体を構成する切削可能な材料からなるピース部材を切削してシールド掘削機が発進する工程を示す図
（Ｆ）はシールド掘削機が所定のコースにしたがってトンネルを掘削する状態を示す図
（Ｇ）はシールド掘削機が到達立坑に到達する工程を示す図
（Ｈ）はシールド掘削機が到達立坑の切削可能な材料からなるピース部材を切削して中空筒体の内部に移動する工程を示す図である。
【図３】図２の（Ｂ）を詳細に説明する図である。
【図４】図２の（Ｄ）を詳細に説明する図である。
【図５】図２の（Ｇ）を詳細に説明する図である。
【図６】図３の発進口または図４の到達口を示す水平断面図である。
【図７】（Ａ）は図１の中央部分の縦断面図
（Ｂ）（Ａ）の要部拡大図
（Ｃ）図１の他の変形例における中央部分の縦断面図
（Ｄ）（Ｃ）の要部拡大図
（Ｅ）図１のさらに他の変形例における中央部分の縦断面図
（Ｆ）（Ｅ）の要部拡大図である。
【図８】この発明の他の実施形態の沈設体を構成するピース部材において、開口形成部を取り付けられたものを内側から見た斜視図である。
【図９】（Ａ）図１の実施形態に係るピース部材によって構成される沈設体を内側から見た部分斜視図
（Ｂ）図８の実施形態に係るピース部材によって構成される沈設体を内側から見た部分斜視図
（Ｃ）他の実施形態に係るピース部材によって構成される沈設体を内側から見た部分斜視図
（Ｄ）さらに他の実施形態に係るピース部材によって構成される沈設体を内側から見た部分斜視図である。
【符号の説明】
１ シールド掘削機 ５ 発進立坑
７ 中空筒体 ９ ピース部材
１３ 到達立坑 １７ グランドアンカー
１９ アンカワイヤー ２１ 上部ビーム
２３ 保護リング ２５ 圧入桁
２７ ジャッキ受け台 ２９ 圧入ジャッキ
３１ ハンマーグラブバケット ３３ ワイヤ
３５ 所定のルート ３７ 開口形成部
３９ 主桁 ４１ 継手板
４３ 縦リブ ４５ スキンプレート
４６ ボルト孔 ４７ 円筒状の枠
４９ 開口用板材 ５１ ボルト
５３ 充填物 ５５ 止水用のパッキン
５７ ボルト ５９ フランジ
６１ 孔
６３ キンプレートの円形部分（外側の開口用板材）
６５ ボルト
６７、６９ ３つのピース部材が一体化されたもの
７１ ピース部材が上下に２つ配置され一体化されたもの
７３ 通常のピース部材の半分の大きさのもの

Claims (9)

1. 複数のピース部材を連結して構成する中空筒体を、内部を掘削し最上端から加圧することで、地下に沈設して構築され、掘削機によりトンネルを掘削する際の発進立坑、到達立坑または中間立坑とされる沈設体において、
   前記各ピース部材は、
   平行な一対の主桁と、
   これら主桁の両端に接合される一対の継手板と、
   両主桁の中央部分に接合される縦リブと、
   これらの部材外側に接合されるスキンプレートと、
   を有してなり、
   前記ピース部材のうち発進口用または到達口用の開口形成部が事前に取り付けられるピース部材には、
   前記開口形成部の周囲を構成し、前記スキンプレートの内側に前記スキンプレートによって開口が塞がれる態様で取り付けられている円筒状の枠と、
   この円筒状の外周面に接続されている縦リブと、
   前記円筒状の内側端部を覆ってボルトにより取り付けられている開口用板材と、
   が設けられることを特徴とする開口形成部構造を有する沈設体。
2. 前記円筒状の枠と開口用板材とは、鋼製または樹脂系材料製であることを特徴とする請求項１に記載の開口形成部構造を有する沈設体。
3. 前記主桁または前記継手板の幅によって決まる前記ピース部材の厚さよりも、前記円筒状の枠によって決まる前記開口形成部の高さの方が低いことを特徴とする請求項１、または２に記載の開口形成部構造を有する沈設体。
4. 前記スキンプレートの内側に対する円筒状の枠の取付は、溶接またはボルトによって行われることを特徴とする請求項１、２、または３に記載の開口形成部構造を有する沈設体。
5. 前記円筒状の枠が取り付けられる前記スキンプレートは、円筒状の枠に対応する円形部分が、ボルトにより取り付けられていることを特徴とする請求項１、２、３、または４に記載の開口形成部構造を有する沈設体。
6. 前記円形部分の外周面は、周囲のスキンプレートの部分と同じ曲率の平滑面を有することを特徴とする請求項５に記載の開口形成部構造を有する沈設体。
7. 前記ボルトによる取り付けは、止水用のパッキンを挟んで行われていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、または６に記載の開口形成部構造を有する沈設体。
8. 前記円筒状の枠と前記開口用板材とが囲む空間の内部に、開口形成部を補強するための充填物を充填したことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、または７に記載の開口形成部構造を有する沈設体。
9. 前記開口形成部が複数のピース部材にわたって取り付けられ、これら複数のピース部材はあらかじめ一体的に製造されることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、または８に記載の開口形成部構造を有する沈設体。

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