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