JP4317322B2 - アーチ支持構造 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本願は、地表面の崩れ(disruption；土砂崩れ)を引き起こさないトンネル掘削(tunnel excavation)における地下構造の構築に関する。この種類の掘削技術はこの３０年間開発されてきており、例えば既存の鉄道線路やハイウェイの使用や機能を停止することなく、その下にある交通量の多い地下通路のような構造を設ける必要性が増大している。別の例として、繁華街又は繁華な土地の下の地下鉄駅の建設がある。
【０００２】
（背景技術）
従来のトンネル施工技術の有する問題は、掘削されることになっているトンネルの直径に対し、安全のために、前記トンネルより上の地盤の深さが約２〜３倍必要であるということである。このため従来の技術が非実用的になるので、トンネルより上の地盤の深さの必要性を減らす多くの一般的な方法が開発されて、現在使用されている。これらの方法は、トンネルが形成される際の、構造を形成するために掘削される時に、掘削場所に予め鋳造された(precast)構造ユニットをジャッキで押す原理に基づく。その構造を形成することで、地表面の建築設備や土地の崩れを引き起こすことなく、トンネルの支承を形成できるようになっている。
【０００３】
公知の方法として、その構造を掘削の位置に設置する準備をし、そして掘削方向に対しその構造をジャッキで水平に押す(jack)方法がある。これは、その位置で形成される大きい構築物と、通常少なくとも設備と同じ寸法の、仕事を行うために準備される余分な場所が必要となる点で不利である。又、それは作業場を設けたり、構造ユニット(structure unit)を鋳造したりするような、多くの予備工事を行わなければならないので、時間がかかる方法である。
【０００４】
二番目の公知の方法として、ピア(pier)及びアバットメント(abutment)を形成するために、一連のプレキャストユニット(precast unit)を重ね重ねジャッキで持ち上げるモジュール式(modular)の方法がある。この方法は拡張性のある使用が明らかになっている方式だが、たとえ大部分の掘削作業が崩れなしに完了できるとしても、ある段階でスパニングビーム(spanning beam)を挿入できるように、掘削場所を占領する(take possession of)ことによって工事を完了する必要がある、というような問題に対し、完璧な解決法を与えるものではないという不利を持つ。
【０００５】
三番目の公知の方法は、その構造に沿って走る一連の比較的小さい断面の管によって形成されるアーチ型断面の構造を建設することである。これは、その下で安全に掘削を行えるひさし(canopy)を与える。この方法の不利な点は、全ての管を所定の位置に配置するのが難しく且つ費用がかかること、及び通常アーチの基礎全体にわたり支柱(prop)を供給し、管のアーチを支えるための支持ビーム（support beam)を一時的に設置する必要があり、仕事が進行するにつれて、これらの作業に着手する必要があるということである。
文献ＤＥ３６０９７９１、そして、ＵＳ３９１６６３０の両方とも支持構造の形成方法を開示しており、ＤＥ３６０９７９１はパイプ構造の形成について権利を放棄し、ＵＳ３９１６６３０はインサイチュー (in situ) での鋳造による構造の形成を放棄している。
【０００６】
本発明の目的は、アーチ型のユニットを使用する原理に基づく、モジュール式のプレキャストユニットを利用することにより掘削箇所を支持することの改良された方法であり、一連の前記構造ユニットによってアーチ型構造を形成できるような方法であり、前記アーチは積載荷重(live loads)及び固定荷重(dead loads)を支えるのに十分な型であるので、地下構造の建設に十分適している。この方法はアーチ型パネルを予め鋳造し、掘削場所にそれらを建築し、そして、構造を形成する前に、組立てられた構成部品をジャッキで押すことである。
【０００７】
（発明の開示）
本発明の第一の態様において、掘削中及び／又は掘削後に掘削場所を支持するように使用されることのできる支持構造であって、掘削場所に沿って次々と設置されている一連の直立したアーチ型部材であって、前記アーチ部材が掘削場所の中に直立した状態で、押される或いはジャッキで押されることを特徴とした前記支持構造が与えられる。
【０００８】
好ましい実施例において、支持構造は一連の支持ユニットの中及び支持ユニットに沿って配置されているアーチ部材の先端を伴って形成される。一つの好ましい実施例において、そのユニットが端面と端面を繋げて配置されているとき、アーチ部材がジャッキで押される際に滑ることができるように、軌道(track)を形成するための凹型の断面を持つ。典型的には、二つの直線状の軌道が形成され、前記軌道は前記アーチ部材の先端間の空間によって決定される間隔に設置される。
【０００９】
典型的には、アーチ部材及び／又は支持ユニットは、予め鋳造される。
更に、各々のアーチ部材は一連のパネルから形成され、現場でトンネルの中に挿入される前に構築される。
【００１０】
本発明の更なる態様において、掘削場所に、その同じ場所を掘削中及び／又は掘削後に支持構造を形成する方法であって、トンネル掘削時にアーチ型の支持構造が形成されるように、アーチ型支持構造を形成するためにアーチ部材であることを特徴とした一連の部材を前記掘削場所に直立させるように、次々と押す或いはジャッキで押すことを含む前記方法を与えられる。
【００１１】
典型的には、掘削場所はトンネルであり、トンネルが掘削されるにつれて、その方法は、トンネル中の支持構造の長さを増やすために、時々一連のアーチ部材をジャッキで押す段階を含む。トンネルの掘削活動は、挿入されるアーチ部材の先頭のものの前で行われる。
【００１２】
一つの実施例において、支持ユニットが基礎及び案内として機能するように初めに設置され、その場所に沿ってアーチ型構造が導入される。
【００１３】
一つの実施例において、支持ユニットはアーチ型構造の側壁を形成するために上方へ伸び、そして、それはアーチ型構造を形成するために導入される曲がったアーチ型部材である。或いは、掘削場所にジャッキで押される時、アーチ部材は屋根及び側壁の両方とも含む。
【００１４】
本発明の方法は、多くの技術的及び経済的効果がある。アーチ部材は、製造工場での製作(fabrication)による多くのパネルから形成されて、現場に運ばれて、アーチを形成するために連結することができる。
【００１５】
一つの実施例において、一時的なシールド(shield)を、先頭面、すなわち最初のアーチ部材の前部に取り付けることができ、それによって掘削作業に安全に着手することができる。このシールドは、掘削の終わりに回収されて、その後で掘削に再生利用されることができる。同様に、掘削を安全に進めることができるように各々の支持ユニットの前部にシールドを供給することができる。
【００１６】
アーチ型パネルを使用することで、掘削場所で必要とされる一時的な作業場を減らして、重機器(heavy handling equipment)を一般に行われている技術ほど必要としなくなる。
【００１７】
典型的には、トンネル中にジャッキで押されるパネル部分の先端は、一連の支持ユニットによって形成される軌道の中に置かれ、更にその方法が、支持構造を形成するためのアーチ部分を受けるのに十分な長さの軌道を供給するために、トンネル中に前記支持ユニットをジャッキで押す段階を含み、それ故、アーチ部材より更に奥の掘削位置に掘進されても良い。典型的には、そのユニットは、軌道の形態をなすための凹型の部分を露出するためにジャッキで押した後に操作されることを必要とする。
【００１８】
更にその構造を改良するために、親水性ガスケット又は目地詰め可能な(groutable)注入ホースが、パネルが作業ピットに設置された時に、パネルの継手を防水するのに役立つようにパネルの間に挿入されることができ、そして基礎及びアーチ形状、スパンの設計における詳細部の多くの可能な多様性があることは評価されるべきである。
【００１９】
一つの実施例において、例えば分割された主要道路の二つの車道のためのトンネルのために横に並んだアーチ型の構造を建設することができる。一つの実施例において、三又は四組の一列の支持ユニットが与えられて、このユニットは二列の外側の支持ユニットと、二つのユニットの中心の一列及び／又はそこで形成された二つの案内軌道を持っている一列のユニットを含む前記支持ユニットであり、従って、前記支持ユニットに沿って二組の並んだ部材を挿入することができる。
【００２０】
ブロック型の支持ユニットの使用に対する別の実施例として、形成された支持構造に沿って、典型的には円形の断面を持つトンネルを形成する方法が与えられ、前記トンネルは、アーチ部材に必要な空間によって間隔を開けて設置される。そのトンネルは、ジャッキで押すことによって又は部分組立によって掘進される。各々のトンネルにおいて、再び支持ユニットに付随する軌道に沿って通過するアーチ部材の先端を受けるための軌道が形成される。従って、このトンネルはアーチ部材を支持するために同様に作用する。
【００２１】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明の具体的な実施例を、添付の図面を参照にして説明する。
【００２２】
構造が設置予定の場所に、隣接した作業場２を準備した後、一連の支持又は基礎ユニット４が、アーチ部材のための基礎６，６’と水平及び鉛直荷重成分の基礎反力(base reaction)を形成するために、掘削箇所に掘進される。これらの支持ユニットは、荷重に対し正しい寸法であるように設計されていて、パイプジャック法(pipe jacking method)によってトンネル掘削箇所の中に掘進されることによって設置される。利便性及び経済性のために、そのユニットを、別の場所で適切な操作可能な長さに予め鋳造して、必要に応じて現場に持って来ることが可能である。そのユニットは、設置された後に、構造に完成された基礎構造を与えて、図２Ａ〜２Ｃで示されるように、軌道１０，１０’を正しい水平位置に形成するために、作業者がユニット内部から仕事に着手することによって部分修正されることができるように、設計される。図２Ａで示される支持ユニット４はジャッキで押された状態にある。図２Ｂは、掘削箇所に置かれたときの、操作後の支持ユニットを示す。図２Ｃは、アーチ部材１２の先端をその中に有する軌道１０を示す。ユニット４は、案内軌道１０，１０’を露出するためにシールド１６内からの地盤の掘削の間、次第に取りはずされる着脱可能な蓋１４を具備する。その後で、そのユニットは、アーチ部材及び永久基礎(permanent foundation)の設置の間、軌道案内及び詰め物(seating)を形成する。
【００２３】
十分な長さまで設置された支持ユニットについては、その上に形成される軌道が同じ高さになるように、その上の案内溝が平らにされる、そして、そのユニットは固体の基礎を形成するためにコンクリートがポンプで送り込まれる。この方法の次の過程は、アーチ部材の外形寸法と同じ外形寸法に、小さいオーバーカット(overcut)を加えた鋼で製造された図３Ａの一時的な切断用シールド２０を製作することである。掘削における若干のオーバーカットは、地盤の摩擦の減少を可能とし、測量の導入による潤滑剤(lubrication)又は抗力板(drag sheet)のような部品をジャッキで押すことを改良することを可能とする。地質条件に従い、そのシールドは棚、仕切り、ドア、前進木栓(advance spiles)及び必要に応じてトンネル施工において使用される他の装備を付属することができる。これらの装備は、掘削面の安定性を制御する際に補佐し、掘削機械類を操作すること、及び多様な高さのトンネルで掘削を進めることを可能とする。
【００２４】
実際には、そのシールドは頭壁(head wall)を通って、支持ユニットの軌道１０，１０’に沿って土中に導入される、そして、典型的には面作業者(face miners；露出面坑夫)によって機械設備で補佐しながら、表面の掘削を始める。図３Ａ、３Ｂで示すように、シールドが進むにつれて、アーチ部材１２はシールドの後から軌道１０，１０’に沿ってジャッキで押される。鋼ジャッキングリング(steel jacking ring)２８はアーチ部材へジャッキで押す荷重を一様に分配するために使用されることができる、そして、図３Ａにおいて示される一つの実施例において、スペーサ３０はジャッキ装置(jacking rig)３１からのジャッキ反力(jacking reaction)を反力壁(reaction wall)３２上に変換することを可能とするために使用される。或いは、使用されるべきスペーサの必要性をなくす、その部材の幅と同じストロークを持つ反力壁に装備された伸縮自在のジャッキを具備することが可能である。個々のアーチ部材は、適度な寸法ならいかなる長さでもよいが、典型的には２〜３メートルである。部材１２の先端は、支持ユニット４の軌道１０、１０’の中の最底部に位置する。ジャッキで押す作業の間、或いはその後、それらの間隔が広がって離れる可能性はない。典型的には、前に配置されたアーチ部材を使用することで次のものの支持を与えることができるために、支持ユニット４の継手がふらふらすることはあり得る。
【００２５】
シールド２０及びアーチ部材１２を、ジャッキで押す前に正しい位置に配置することを可能とするために、作業又は収容場所に、掘削場所の外側に延びている支持ユニットを具備するのが好ましい、そうすればそれらが軌道１０，１０’の中に保持されている時、それらが同じ直線上又は同じ高さからそれる可能性はない。
【００２６】
二ヶ所で及び三ヶ所で固定されたアーチ部材をジャッキで掘削方向に押すことは両方とも可能である。図３Ｂで示す三ヶ所で固定されたアーチの二つのパネル３６，３８が二ヶ所で固定されたアーチの単一のユニットより容易に操作可能であると認識されるという点において後者の方が好ましい。更に、三ヶ所で固定されたアーチは、構造的により有効で、適切に設計された頂部継手(crown connection)３４を与えられることが可能である。
【００２７】
適切なフレームに取り付けられるジャッキによって、そして、適切な構造に対する反力を有することによって、掘削が進むにつれて、アーチ部材は挿入されて、前に押される。この種の装置は、周知で広く使われている。掘削が最後まで到達して、そして、掘削が受け入れシャフト(reception shaft)まで到達したときに、シールドは取り外される。
【００２８】
図３Ｃは一連のアーチ構造１２からなる、部分的に形成された支持構造３１、及び簡単な参照のみにするために、アーチ部材１２’，１２”の一部を描写の中で取り除いてある支持ユニット４を図示している。この場合、支持構造は示すように鉄道線路の盛土(embankment)３３の下に形成されている。
【００２９】
ブロック型の支持ユニットの使用に対する別の実施例として、一つのトンネルの断面を図示しており、前記トンネル４０が典型的には円形断面を有し、形成された支持構造に沿って設けてある、図4に示すような形成方法を与える。典型的には、必要に応じて、二つの又は三つのトンネルが形成される。そして、前記トンネルはアーチ部材の先端３６，３８の設置のために必要とされる間隔の分、離れて設置される。そのトンネルは、ジャッキで押すことによって又は部分組立によって掘り込まれる。各々のトンネルにおいて、再び支持ユニットに付随する軌道に沿って通過するアーチ部材１２の先端４４を受けるために露出されることができる軌道４２を形成する。従ってこのトンネルは同様に導入され作用する。そのトンネルは構造のための基礎として作用するために典型的にはコンクリートで満たされる。不安定な地盤状態、恐らくは地下水面より下にある時の使用において、特にこの実施例の利点がある。円形のトンネルは、圧力の下に、土壌の流入或いは損失なしで遠隔で工事に着手するために、一般的な圧力平衡シールド(pressure balance shield)を使用することができる。それが例えば、アーチ型支持構造が設置されることになっている場所における、地盤を安定させるための穿孔(drilling)や注入(injection)の計画をそこから始めることを可能にする入口トンネル(access tunnel)として使用されることが可能であるという点で更に利点がある。
【００３０】
図５はトンネルの右側に図４に示すようなトンネル４０を使用して形成された支持構造を図示している。トンネルに沿って案内軌道を挿入する前は、トンネルは封入されたままで、経路が構築するのを可能とする。例えば、この構築が、連続地中壁法(diaphragm walling)や杭壁(piling wall)５２を形成する隣接杭打ち法(contiguous piling)のような方法によってでも良い。
【００３１】
トンネルの左側には代替装置が示されている。そこでは、支持ユニット４の軌道を有する、側壁パネルとして機能している、連結するアーチ部材５０によってアーチ構造が形成され、またそれは基礎を有して設置される側壁の先端である。従って、本実施例において支持構造は、アーチ部材、支持ユニットの側壁、及び前述したものと同様に導入された基礎ユニットから形成される。
【００３２】
本発明による作業は、構造がその最終の位置に設置され、掘削が完了するまで、掘削すること、ジャッキで押すこと及び新しいアーチ部材を追加することを含む。
【００３３】
更に、アーチ部材が定位に移動される時に、コンクリート部分において与えられるダクト内に置かれて、応力を加えられたマコーロイエッチティー(Macalloy HT)（登録商標）鉄筋を使用することによるような、追加の強度を与えるために構造的に全ての部分を連結することは可能である。
【００３４】
示される実施例のいずれでも、実施例のうちのいずれか、又はその組合せが適している条件及び必要性において有利に使用されることができる点に留意する必要がある。
【００３５】
（産業上の利用の可能性）
従って、掘削場所の上方にある地表面に害を与えることなく掘削場所に構造を形成する方法を与えられること、及びアーチ部材の適度な強度の利用性を備えることは評価されるだろう。更に、その部材をジャッキで押す前に軌道を設置すること、及び要求された同じ直線上及び同じ高さに設定することができる支持ユニットを使用することは、一度設定すればその直線位置と高さ位置を二度とチェックする必要がなく、アーチ部材が比較的容易に軌道に沿った位置にジャッキで押されることができることを確実にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本トンネル掘削前の作業場及び支持ユニットの設備の透視図である。
【図２】 Ａ〜Ｃは、掘削方向にジャッキで押す前後の支持ユニットの断面図である。
【図３】 Ａは本発明にかかる支持構造を有する掘削箇所の側面を示す図である。
Ｂはアーチ部材のうちの一つの構造を示す装置の縦断正面図である。
Ｃは図３Ａ及び３Ｂにおいて示される種類の部分的に完成された構造の透視図である。
【図４】 アーチ部材のためのトンネル支持を使用する実施例の使用を示す図である。
【図５】 図４にかかるトンネルの右側、及び代替法による左側に形成される支持構造の透視図である。

Claims (8)

1. 掘削場所の上方にある地表面に害を与えることのないトンネルにおける掘削場所に、その同じ場所を掘削中及び／又は掘削後に支持構造を形成する方法であって、トンネル掘削時に、アーチ部材（１２；５０）の先端が一連の支持ユニットに沿って配置され、一連の部材を前記掘削場所に直立させて、次々と押す或いはジャッキで押すことによりアーチ部材でアーチ型支持構造を形成する方法であって、
   前記支持構造を形成するためのアーチ部材を受けるのに十分な長さの軌道を供給するために前記トンネルの中に前記ジャッキで押されるアーチ部材の先端が、一連の支持ユニット（４）によって形成される軌道（１０，１０'）の中に置かれ、前記支持ユニット（４）が、前記ジャッキで押した後に、前記軌道の形態をなすための凹型の部分を露出するように操作されることを特徴とするアーチ型支持構造を形成する方法。
2. 親水性ガスケット又は目地詰め可能な注入ホースが、前記アーチ部材が作業場に設置された時に、前記アーチ部材間の継手を防水するように前記アーチ部材の間に挿入されることが可能な請求項１記載の方法。
3. 前記アーチ部材（１２；５０）が、少なくとも間隔がある二組の一連の前記支持ユニットに沿って導入されることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記支持ユニット（４）の中に前記アーチ部材（１２；５０）の軌道が形成される請求項３記載の方法。
5. 前記支持ユニット（４）が一連のブロックである請求項３記載の方法。
6. 前記支持ユニット（４）が円形断面を有する側壁導坑（４０）を形成することによって設けられる請求項３記載の方法。
7. 各々の円形断面を有する側壁導坑（４０）において、前記支持ユニット（４）に付随する軌道に沿って通過する前記アーチ部材（１２；５０）の先端を受けるための軌道が形成されることによって前記アーチ部材（１２；５０）を支持する請求項３に記載の方法。
8. 前記円形断面を有する側壁導坑（４０）が入口及び更なる作業のために使用されることができる請求項６に記載の方法。

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