JP4279818B2 - オープンシールド工法 - Google Patents

Description

本発明は、上下水道、共同溝、電信・電話などの付設地下道等の地下構造物を市街地などに施工するオープンシールド工法に関するものである。

オープンシールド工法は開削工法（オープンカット工法）とシールド工法の長所を活かした合理性に富む工法であり、このオープンシールド工法で使用するオープンシールド機１の概略は図４に示すように左右の側壁板１ａと、これら側壁板１ａに連結する底板１ｂとからなる前面、後面および上面を開口したもので、前記側壁板１ａと底板１ｂの先端を刃口１１として形成し、また側壁板１ａの中央または後端近くに推進ジャッキ２を後方に向け上下に並べて配設する。図中３は隔壁を示す。

かかるオープンシールド機１を使用して施工するオープンシールド工法は、図示は省略するが、発進坑内にこのオープンシールド機１を設置して、オープンシールド機１の推進ジャッキ２を伸長して発進坑内の反力壁に反力をとってオープンシールド機１を前進させ、地下構造物を形成する第１番目のコンクリート函体４を上方から吊り降ろし、オープンシールド機１のテール部１ｃ内で縮めた推進ジャッキ２の後方にセットする。推進ジャッキ２と反力壁との間にはストラットを配設して適宜間隔調整をする。

また、発進坑は土留壁で構成し、オープンシールド機１を発進させるにはこの土留壁を一部鏡切りするが、必要に応じて薬液注入などで発進坑の前方部分に地盤改良を施しておくこともある。

ショベル等の掘削機９でオープンシールド機１の前面または上面から土砂を掘削しかつ排土する。この排土工程と同時またはその後に推進ジャッキ２を伸長してオープンシールド機１を前進させる。この前進工程の場合、コンクリート函体４の前にはボックス鋼材または型鋼を用いた枠体よりなる押角８を配設し、オープンシールド機１は後方にセットされたコンクリート函体４から反力をとる。

そして第１番目のコンクリート函体４の前に第２番目のコンクリート函体４をオープンシールド機１のテール部１内で吊り降ろす。以下、同様の排土工程、前進工程、コンクリート函体の４のセット工程を適宜繰返して、順次コンクリート函体４をオープンシールド機１の前進に伴い縦列に地中に残置し、さらにこのコンクリート函体４の上面に埋戻土５を入れる。

なお、コンクリート函体４をオープンシールド機１のテール部１ｃ内に吊り降ろす際には、コンクリートブロック等による高さ調整材７をコンクリート函体４下に配設し、このテール部１ｃ内でコンクリート函体４の左右および下部の空隙にグラウト材６を充填する。

このようにして、オープンシールド機１が到達坑まで達したならばこれを撤去して工事を完了する。

コンクリート函体４は鉄筋コンクリート製で、図５に示すように左側板４ａ、右側板４ｂと上床板４ｃと下床板４ｄとからなるもので、前後面を開口１０として開放されている。

ここで前記グラウト材６を注入する工程以降を詳細に説明すると、グラウト材６の注入は、図６にも示すようにコンクリート函体４をセット後、オープンシールド機１を推進する前に行うもので、コンクリート函体４の外側とテール部１ｃとの間の一次注入としてグラウト材６を裏込注入材として充填するものである。

そして、一次注入が完了すれば、図７に示すようにバックホーなどの掘削機９で切羽地山１２を掘削する。この場合、前記掘削機９による切羽地山１２の掘削前まではバランスを保っていた地中の応力も、掘削による応力の開放に加えて、掘削による切羽地山１２の地下水位の変動により変化し、地山は緩みやすくなる。

また、地下水位が高い場合は、掘削による地下水位の変動により地山が洗掘される。特に、地下水位の高い砂質土では、細粒分含有率が比較的多く自立性が期待できる場合でも粘性土に比べ緩みは発生しやすく、周辺への影響も大きくなる。

そこで、刃口１１に設けてあるスライド土留板１３を前方に伸長し、これにより切羽地山１２側部の地山の緩みや崩壊を防止する。

このようにして切羽地山１２の側部崩壊を防止しながらオープンシールド機１を推進すれば、これにともないテールボイドが発生する。そこで、図８に示すようにオープンシールド機１を推進させながら、このテールボイドに二次注入として裏込注入材１４を充填する。

前記先行技術は当業者間で一般的に行なわれているものであり、文献公知発明にかかるものではない。

オープンシールド機１の推進は、切羽地山１２掘削後あるいは切羽地山１２を掘削しながら、順次、オープンシールド機１のジャッキ推力とオープンシールド機１に作用する推進抵抗とのバランスをとりながら進むものであるが、オープンシールド機１の推進に伴い発生するテールボイドの発生速度と、二次注入の充填速度には差が生じるため、推進終了までに発生したテールボイド（シールド機板厚分）に裏込注入（二次注入）をほぼ完全に充填することは困難で、二次裏込注入充填の完了までの間に、テールボイドが地山の緩みによりつぶれるおそれがあり、周辺への地盤沈下などの影響も発生しやすくなる。

本発明の目的は、掘削時の地山の緩み低減を図るとともに、オープンシールド機の推進により生じたテールボイド（シールド機板厚分）への二次裏込注入充填の完了までの間に、テールボイドが地山の緩みによりつぶれることを防止し、周辺への影響の発生も防止でき、しかもこの場合に地山にある程度の自立性が期待できるときは、これを勘案して効率よく地山の緩みを防止できるオープンシールド工法を提供することにある。

本発明は前記従来例の不都合を解消するものとして、請求項１記載の発明は、オープンシールド機の前面または上面開口より前方の土砂を掘削・排土する工程と、推進ジャッキを伸長してコンクリート函体を反力にしてシールド機を前進させる工程と、シールド機のテール部内で縮めた推進ジャッキの後方に新たなコンクリート函体を上方から吊り降ろしてセットし、シールド機の推進にともない発生するテールボイドに裏込注入を行う工程とを適宜繰り返して順次コンクリート函体を縦列に埋設するオープンシールド工法において、側部地山がある程度の自立性を有する場合、前記裏込注入充填完了までの間にテールボイドが地山の緩みによりつぶれないように一時的で部分的な地山安定を図るものとして、オープンシールド機の側部地山に形鋼を適宜間隔で打設することを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、テールボイドに裏込注入するとき、オープンシールド機の推進に伴い発生するテールボイドの発生速度と、二次注入の充填速度に差が生じても、側部地山には形鋼が打設されて地山の安定が図られているから、地山の緩みを防止でき、この間にテールボイドが地山の緩みによってつぶれることを阻止できる。

この場合、地山にある程度の自立性があれば、テールボイドに二次裏込注入する際、二次裏込注入充填の完了までの間に、テールボイドが地山の緩みによってつぶれないようにすればよいものであるから、一時的に地山の緩みを低減できる程度のもので足り、形鋼が間隔をおいて打設されたものであって連続的なものでなくても、オープンシールド機自体の土留機能とにより十分に目的を達成でき、経済性にも優れる。

また、薬液注入などによる地盤改良とは異なり、土壌汚染のおそれが全くないから、地盤への汚染が懸念される場所、例えば田んぼや周囲に井戸が存在する場所などでも安全に施工できる。

さらに、薬液注入などによる地盤改良の場合は改良範囲の幅が通常１．０ｍ程度であるが、これに比較して、形鋼が打設される範囲はＨ形鋼であっても最大幅４００ｍｍで狭いから、より狭隘な場所でも施工が可能となる。

請求項２記載の発明は、前記打設された形鋼間は矢板による土留が可能であることを要旨とするものである。

請求項２記載の本発明によれば、形鋼間に矢板を打設することで、この間を簡単に土留することができ、例えば地表から浅い部分の埋土の箇所など、掘削により崩壊しやすい部分についても地山の安定を図れる。

以上述べたように本発明のオープンシールド工法は、掘削時の地山の緩み低減を図るとともに、オープンシールド機の推進により生じたテールボイド（シールド機板厚分）への二次裏込注入充填の完了までの間に、テールボイドが地山の緩みによりつぶれることを防止し、周辺への影響の発生も防止できる。

そして、この場合、地山にある程度の自立性があれば、テールボイドに二次裏込注入する際、二次裏込注入充填の完了までの間に、テールボイドが地山の緩みによってつぶれないようにすればよいだけのものであるから、形鋼を間隔をおいて打設するだけの、一時的に地山の緩みを低減できる程度の簡易なもので足り、オープンシールド機自体の土留機能とにより十分に目的を達成でき、経済性にも優れるものである。

さらに、薬液注入などによる地盤改良と比較して、土壌汚染のおそれがないから地盤への汚染のおそれが懸念される場所でも安全に施工できる。

また、形鋼はＨ形鋼を使用しても最大幅４００ｍｍであるから、薬液注入などによる地盤改良に比較して施工範囲が小さくてすみ、狭隘な場所でも施工可能となる。

以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明のオープンシールド工法の実施形態を示す説明図（図１（ａ）は改良部分を正面側から見た図、図１（ｂ）は側面側から見た図である）で、オープンシールド工法の概要は既に説明したとおりであるから、ここでの詳細な説明は省略する。

本発明は特に側部地山がある程度自立性を有する場合における地山安定に関するもので、ここである程度の自立性とは、例えば、細粒分（７４μｍ以下）含有率が１５〜２０％程度以上のシルト質砂およびシルトあるいは粘土混じり砂礫、粘土質砂、粘土質砂礫で地下水位が低く、洗掘による周辺への影響がほとんどない場合、Ｎ値＝１〜３程度の軟弱粘性土で、地山の自立性は期待できるが、掘削時の地山変形が大きく、周辺への影響が懸念される場合などである。

側部地山が前記のような条件を満たして、例えば細粒分（７４μｍ以下）含有率が３０％程度以上で自立性のある土質であるが、地下水位が高く周辺への影響が懸念される場合は、二次注入としてのテールボイドへの裏込注入材１４の充填に先行して、側部地山に図１に示すようにＨ形鋼１５を間隔をおいて打設する。

Ｈ形鋼の打ち込み方法は、例えば、バイブロハンマーによる注入、オーガーで先行削孔後、セメントミルクで根固め注入するなどが考えられる。そして、地山の状況、Ｈ形鋼１５の打ち込み方法によってはＨ形鋼１５間のピッチの縮小およびＨ形鋼１５の根入れを増すなど、柔軟に対処することができる。

このＨ形鋼１５の打ち込みは、オープンシールド機１の高さにほぼ等しく行う。これにより、地山の安定を図りたい部分全体にわたるようにＨ形鋼１５が櫛の歯状に打設される。

また、地表から１．０〜２．０ｍ程度の深さの部分は通常は埋土であり、掘削によって崩壊しやすく周辺への影響が懸念される部分であるが、この部分については、隣接のＨ形鋼１５間の上部分にのみ木製の矢板１６を取り付けて土留する。

なお、形鋼はＨ形鋼に限定されるものではなく、Ｉ形鋼その他の形態のものの使用が可能である
。

また、地盤が粘性土で付着力のある場合は、オープンシールド機１の推進時にオープンシールド機１の側壁板１ａに地山が付着し、図２に示すようにオープンシールド機１の側壁板１ａ付近の地山を引っ張り、オープンシールド機１の推進に必要な推進力も大きなものが必要となる。

その結果、オープンシールド機１付近の地山を乱し、近接家屋や家屋の塀１７などに影響を及ぼすことになるが、前記のような地盤改良を行うことで、図３に示すように地山が引っ張られるのはオープンシールド機１と地盤改良した地盤の間の土１８のみとなる。ちなみに、この間隔は実際には０から１０ｃｍ程度であり、地山の乱れを低減できる。

本発明のオープンシールド工法の実施形態を示す説明図である。 オープンシールド機推進時の側部地山への影響を示す説明図である。 オープンシールド機推進時の地盤改良した場合の側部地山との関係を示す説明図である。 オープンシールド工法の概略を示す縦断側面図である。 コンクリート函体の斜視図である。 オープンシールド機の推進前の一次注入時の平面図である。 オープンシールド機による切羽地山掘削時の平面図である。 オープンシールド機の推進時および二次注入時の平面図である。

符号の説明

１ オープンシールド機 １ａ 側壁板
１ｂ 底板 １ｃ テール部
１ｄ フロント部 １ｅ ジャッキ部
２ 推進ジャッキ ３ 隔壁
４ コンクリート函体 ４ａ 左側板
４ｂ 右側板 ４ｃ 上床板
４ｃ 下床板 ５ 埋戻土
６ グラウト材 ７ 高さ調整材
８ 押角 ９ 掘削機
１０ 開口 １１ 刃口
１２ 切羽地山 １３ スライド土留板
１４ 裏込注入材 １５ Ｈ形鋼
１６ 矢板 １７ 家屋の塀
１８ 土

Claims (2)

1. オープンシールド機の前面または上面開口より前方の土砂を掘削・排土する工程と、推進ジャッキを伸長してコンクリート函体を反力にしてシールド機を前進させる工程と、シールド機のテール部内で縮めた推進ジャッキの後方に新たなコンクリート函体を上方から吊り降ろしてセットし、シールド機の推進にともない発生するテールボイドに裏込注入を行う工程とを適宜繰り返して順次コンクリート函体を縦列に埋設するオープンシールド工法において、側部地山がある程度の自立性を有する場合、前記裏込注入充填完了までの間にテールボイドが地山の緩みによりつぶれないように一時的で部分的な地山安定を図るものとして、オープンシールド機の側部地山に形鋼を適宜間隔で打設することを特徴とするオープンシールド工法。
2. 前記打設された形鋼間は矢板による土留が可能である請求項１記載のオープンシールド工法。

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