JP4343076B2 - 地下構造物の築造方法及び掘進機 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1に記載のシールド機はカッターヘッドとそのカッターヘッドの後方に設けられる隔壁とを備えており、カッターヘッドで地盤を掘削したときに出る土砂を排土するために、このカッターヘッドと隔壁との間にチャンバーが形成されおり、このチャンバー内に掘削した土砂を溜め、隔壁の下部に一箇所だけ設けられた排土口にスクリューコンベアを設けて、チャンバー内の土砂を排土することができるようになっている(例えば、特許文献1参照)。
また、地下構造物の築造方法として、正方形の断面形状を有した掘進機を繰り返し用いて、連続して縦方向及び横方向に配列した小断面の矩形形状のトンネルを複数設け、地盤と接する部分を残して小断面の矩形形状のトンネルの壁部を撤去することにより地下構造物を築造する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
また、このようなシールド機は、トンネル建設コストに占める割合が大きく、使い捨てではなく転用ができるようにしたいという産業界の要望がある。
なお、このような問題はシールド機に限らず推進工法に使用される掘進機にも同様にあてはまる。
また、従来の地下構造物の築造方法は、地盤内に障害物となる構造物が存在する場合、この障害物を迂回するように又は回避するように掘削する位置を大きく変更して地下構造物を築造しなくてはならないという不具合がある。さらに、従来の方法によって築造された地下構造物は、その断面形状が矩形に限定されるため、地下構造物の用途に適した断面形状を採用することができないという問題がある。
このとき、断面が横長の矩形形状のトンネルの築造と断面が縦長の矩形小断面トンネルとを、同一の掘進機を用いて築造する。つまり、1基の掘進機を用いて、断面が横長の矩形形状のトンネルの築造と断面が縦長の矩形小断面トンネルとを築造することができる。この場合、掘進機は断面が矩形形状となっており、その掘進機の断面を横長にして用いた場合には断面が横長の矩形形状のトンネルを築造することができ、掘進機の断面を縦長にして用いた場合には断面が縦長の矩形形状のトンネルを築造することができる。
また、このような掘進機によれば、掘進機の底部を矩形の短辺側又は長辺側に切り替えることができるので、断面が種々の矩形形状のトンネルに転用することができる。また、断面が種々の矩形形状のトンネルに転用することができるため、コストを削減することができる。
また、一台の掘進機を繰り返して使用する場合に、縦長、横長を切り替えて用いることができる。
各実施形態において、地下構造物を大断面の矩形トンネルとして説明し、大断面の矩形トンネルDKT(図7参照)は、トンネル築造領域TKR(図4参照)において上下方向に2段で及び横方向に3列で割り付けられる小断面の矩形形状のトンネルKT1,KT2・・・(図6参照)を地中に設置し、互いに接している外周面を撤去して構成したものを例にして説明する。
この隔壁13は、掘進機本体12同様に縦の長さと横の長さとが異なった矩形形状に形成され、短辺部分に第一の排土口13A、長辺部分に第二の排土口13Bが設けられており、これら第一の排土口13A又は第二の排土口13Bから掘削した土砂を排土することができるようになっている。
第一の排土装置14Aは、例えば、スクリューコンベアを用いることができ、チャンバーCH内の土砂を排土する役割を果たす。
なお、この第一の排土装置14Aは、第一の排土口13Aを底部T1側(図2参照)に位置させたときに、その第一の排土口13Aの上方より斜めに接続される。
第二の排土装置14Bは、第一の排土装置14Aと同様に、例えば、スクリューコンベアを用いることができ、チャンバーCH内の土砂を排出する役割を果たす。
なお、この第二の排土装置14Bは、第一の排土装置14Aと同様に、第二の排土口13Bを底部T2側(図2参照)に位置させたときに、その第二の排土口13Bの上方より斜めに接続される。
同様に、第二の排土口13Bを掘進機本体12の底部T2側に位置させて小断面の矩形形状のトンネルKT1,KT2・・・(図6参照)を築造する場合は、第一の排土口13Aが掘進機本体12の側面側に位置し、第二の排土口13Bに設けた第二の排土装置14BによりチャンバーCH内の土砂を排土するようになっている。
なお、第一の排土口13A又は第二の排土口13Bが土砂の排土に用いられない場合は、そこから土砂が流出しないように蓋がされる。
この排土運搬装置15は、第一の排土装置14A又は第二の排土装置14Bと接続する接続部15Aと土砂を掘進機10外に運搬する運搬部15Bとから構成されている。
この接続部15Aは、第一の排土装置14A又は第二の排土装置14Bに接続される。
また、排土運搬装置15を第一の排土装置14A及び第二の排土装置14Bに接続できるように移動可能としたことにより、本発明の掘進機10の底部を変更した場合でも、容易にチャンバーCH内の土砂を排土することができる。
図4は、トンネル築造領域の一例を示す模式図である。図5は、小断面の矩形形状のトンネルを築造した状態を示す模式図である。図6は、トンネル築造領域に設けた掘削領域のすべてに小断面の矩形形状のトンネルを築造した状態を示す模式図である。図7は、複数の小断面の矩形形状のトンネルから大断面の矩形トンネルを築造した状態を示す模式図である。
以下、詳細に説明する。
まず、位置決定工程では、大断面の矩形トンネルを設ける位置を決定し、本発明の掘進機で掘削する小断面の矩形形状のトンネルの位置の区分を決定する。
その際に、障害物となる地下構造物の位置を把握して掘進機の底部を長辺側とするか短辺側とするかをも決定する。
次に、横長矩形断面トンネル築造工程では、前記位置決定工程で決定された掘削領域に沿って、矩形形状の長辺側を底部にして掘進機により断面が横長の小断面の矩形形状のトンネルを築造する。
この際、最初に築造した小断面の矩形形状のトンネルの断面形状に合わせて、隣接するように他の複数の小断面の矩形形状のトンネルを築造するのが好ましい。
この小断面の矩形形状のトンネルKT1,KT2,KT4,KT5,KT6の各々を築造するとき、掘進機本体12の隔壁13に設けられた第二の排土口13Bが掘進機10の底部側に位置しており、この第二の排土口13Bに設けられた第二の排土装置14Bに排土運搬装置15の接続部15Aが接続され、チャンバーCH内に溜まった土砂を排土している。
そして、縦長矩形断面トンネル築造工程では、前記位置決定工程で決定された掘削領域の残された掘削領域に断面が縦長の小断面の矩形形状のトンネルを築造する。つまり、障害物となる地下構造物を回避するために小断面の矩形形状のトンネルの断面形状を90度回転させて、矩形形状の短辺側を底部にした掘削領域を掘削して小断面の矩形形状のトンネルを築造する。
この小断面の矩形形状のトンネルKT3を築造するとき、掘進機本体12の隔壁13に設けられた第一の排土口13Aが掘進機10の底部側に位置しており、第一の排土口13Aに設けられた第一の排土装置14Aに接続している排土運搬装置15の接続部15Aを第一の排土口13Aに設けられた第一の排土装置14Aに接続して、チャンバーCH内に溜まった土砂を排土している。
地下構造物築造工程では、前記横長矩形断面トンネル築造工程及び縦長矩形断面トンネル築造工程で築造した小断面の矩形形状のトンネルで接している面(壁体、床、天井)を撤去して大断面の矩形トンネルを築造する。
また、掘進機10の底部を短辺側と長辺側とで切り替えて用いることにより、掘進機10の利用機会が多くなり、繰り返し他のトンネルの築造においても使用することができる。
なお、前記した横長矩形断面トンネル築造工程において、矩形の短辺側を底部とする複数の掘削領域を掘削して小断面の矩形形状のトンネルを築造した後に、縦長矩形断面トンネル築造工程で矩形の長辺側を底部とする複数の掘削領域を掘削して小断面の矩形形状のトンネルを築造しても良い。
また、横長矩形断面トンネル築造工程よりも先に縦長矩形断面トンネル築造工程を行っても良い。
また、地盤内に障害物が存在しなければ、図8に示すように、縦長矩形断面トンネル築造工程を行わずに横長矩形断面トンネル築造工程において、矩形の長辺側を底部とする複数の掘削領域を掘削して断面が横長の小断面の矩形形状のトンネルKT1,KT2,KT3,KT4,KT5,KT6を築造して大断面の矩形トンネルDKTを築造しても良いし、図9に示すように、矩形の短辺側を底部とする複数の掘削領域を掘削して断面が縦長の小断面の矩形形状のトンネルKT1,KT2,KT3,KT4,KT5,KT6を築造して大断面の矩形トンネルDKTを築造しても良い。
このように、複数の小断面の矩形形状のトンネルの総てを縦長あるいは横長とすると、地盤内に障害物が存在しない場合のほかに、用地からはみだす場合や障害物を回避できない場合にも好適である。
また、排土運搬装置は、スクリューコンベアやベルトコンベアなどに限定されず、ポンプ圧送で土砂を排土しても良い。
また、この掘進機10で築造される地下構造物は大断面の矩形形状トンネルに限られず、地下に築造され、内部空間を有する各種形状の構造物に用いることもできる。
11 カッターヘッド
12 掘進機本体
13 隔壁
13A 第一の排土口
13B 第二の排土口
14A 第一の排土装置
14B 第二の排土装置
15 排土運搬装置
15A 接続部
15B 運搬部
DKT 大断面の矩形形状のトンネル
TKR トンネル築造領域
CH チャンバー
G 地盤
T1,T2 底部
M モータ
SB 構造物
KT1,KT2,KT3,KT4,KT5,KT6 小断面の矩形形状のトンネル
KR1,KR2,KR3,KR4,KR5,KR6 掘削領域
Claims (4)
- 断面が矩形形状である1基の掘進機によって複数の矩形形状のトンネルを隣接して築造することで地下構造物を築造する地下構造物の築造方法であって、
断面を横長にした状態の前記掘進機を用いて、断面が横長の矩形形状のトンネルを築造する横長矩形断面トンネル築造工程と、
前記横長矩形断面トンネル築造工程の前あるいは後に、断面を縦長にした状態の前記掘進機を用いて、断面が縦長の矩形小断面トンネルを築造する縦長矩形断面トンネル築造工程とを有し、
前記掘進機は、矩形の隔壁とカッターヘッドとの間に形成されたチャンバーと、前記隔壁の短辺側に設けられた第一の排土口と、前記隔壁の長辺側に設けられた第二の排土口とを備えており、
前記横長矩形断面トンネル築造工程では、前記第二の排土口を利用して前記チャンバー内の土砂を排土し、
前記縦長矩形断面トンネル築造工程では、前記第一の排土口を利用して前記チャンバー内の土砂を排土することを特徴とする地下構造物の築造方法。 - トンネルの断面が矩形断面となるように地盤を掘削する掘進機であって、
カッターヘッドと、
前記カッターヘッドの後方に矩形の隔壁を設けてチャンバーを形成している矩形断面の掘進機本体とを備え、
前記隔壁の一方の短辺側に第一の排土口が設けられ、
前記隔壁の一方の長辺側に第二の排土口が設けられて構成されることを特徴とする掘進機。 - 前記第一の排土口に接続される第一の排土装置と、
前記第二の排土口に接続される第二の排土装置とを備えて構成されることを特徴とする請求項2に記載の掘進機。 - 前記掘進機本体は、その内部に土砂を外部に送る排土運搬装置を備え、
前記排土運搬装置が前記第一の排土装置又は前記第二の排土装置に接続可能に構成されていることを特徴とする請求項3に記載の掘進機。
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