JP4625815B2 - 地下構造物の非開削構築工法 - Google Patents
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Description
前者の開削工法は地表まで掘削するので地表・上方に建造物があると採用できない。又上方が道路であれば道路が工事中使用できなくなり、交通渋滞をひき起こす。都市の立体地下道の交差部分の工事では上方に既設道路があるので採用できない。同様に盛土した上面に鉄道軌道・道路がある盛土にトンネルを構築する工事の場合にも開削式工法は安全面等を考慮すれば採用しにくい工法であった。
後者の非開削式のトンネル工事は、一度で構造物を作る場合大型のトンネル掘削機が必要であり、工事期間が長く工事費用も嵩むという問題点があった。
非開削式のトンネル工法として、パイプルーフ工などを施工し、その後、現場内の発進基地内で構造物を築造し、牽引と押込みを兼用しながら、後続の構造物を連続して挿入する牽引と推進の工法が知られている。この工法で牽引又は推進されて地中に挿入した構造物がトンネル壁として残されるものである。この工法は道路、大型の建造物の為の現場打ち工法であり、地中に大きい空間・地下構造体を構築するには仮設パイプルーフ、又は、箱型ルーフのスライド時の変形、微動などで地盤沈下等の問題があった。
隣接したパイプを互いに継手で連結状態に地盤に挿入するパイプルーフ工法は、特開平11−50779号公報等で知られている。しかしながら、この連結した仮設パイプルーフでは、強度が充分でなく、変形・沈下の問題があった。
1) 中空パイプ先端に小型掘削機を取付けた小型掘削装置を用意し、同小型掘削装置を構築する地下構造物の地盤領域の上床部分に水平に向け、掘削しながら中空パイプの後端を押圧して小型掘削装置全体を水平に推進し、到達回収位置まで推進した後先頭の小型掘削機を取り外して中空パイプのみを地盤内に残置することで中空パイプを地中に挿入し、挿入した中空パイプから所定間隔離して次の中空パイプを前に挿入した中空パイプと接続して前記同様に地中に挿入し、このように複数の中空パイプを互いに接続し、順次地中に挿入し、上床部分の地盤に複数の中空パイプをアーチ状に形成し、又地盤領域の側面部分及び下床部も複数の強度部材を互いに水平に挿入し、箱型の地中囲い土留壁を構築し、次に上床部分の中空パイプ列及び側面部分と下床部分の強度部材の外周空隙に裏込め材を注入し、又中空パイプ列の各中空パイプ中にコンクリート・セメントミルク・グラウト等のセメント系硬化材を充填して地中囲い土留壁を強化し、その後地中囲い土留壁の内部の地盤部分を掘削して地下構造物の地下空間を形成する地下構造物の非開削構築工法において、挿入された中空パイプに串刺し状に補強部材を貫通させた後中空パイプ内にセメント系硬化材を充填させ、地中囲い土留壁の剛性を高め、更に中空パイプに蓋付周面孔を設け、中空パイプ挿入時は周面孔に蓋をして閉鎖し、中空パイプ挿入後に蓋を外して開口し、補強部材が短寸で中空パイプに設けた周面孔を介して挿入され、中空パイプ内で補強部材同士が連結されて長くできるようにしたことを特徴とする地下構造物の非開削構築工法
2) 上床部分の中空パイプの断面が矩形状で同中空パイプをアーチ状に配置するように水平に挿入し、しかも継手を複数段設けて上段の継手を下段の継手より長くすることでアーチ状の中空パイプ列を形成する前記1)記載の地下構造物の非開削構築工法
3) 地中囲い土留壁が強化された後、同地中囲い土留壁の内周面に添って移動する強度の高い中空の筒状のプレキャストの中空ボックスを地中囲い土留壁の内部に押し込み、中空ボックスの先端内部に掘削機械と土砂排出機械を配置し、中空ボックスを推進させながら先端内部の同掘削機械で地中囲い土留壁の内部土砂を掘削して土砂排出機械で地中囲い土留壁外へ搬出し、プレキャストの中空ボックスをある程度推進したら次のプレキャストの中空ボックスを後続させ、後続させた中空ボックスの後端を押し込んで先頭の中空ボックス及びその内の掘削機械と土砂排出機械とを地中囲い土留壁内の次の内部地盤土砂の位置へ移動させて掘削・排出を続行することを繰り返すことで地中囲い土留壁内の地盤の土砂を排除して中空空間とする前記1)又は2)何れか記載の地下構造物の非開削構築工法
4) プレキャストの中空ボックスが円周方向に添って複数の分割され、地中囲い土留壁に挿入される段階で連結されて中空の筒状に形成され、地中囲い土留壁内に挿入してその内部の土砂が排出された後は地下構造物の内周壁として使用される前記3)記載の地下構造物の非開削構築工法
5) 地下構造物が都市の地下立体交差部分のトンネルである前記1)〜4)何れか記載の地下構造物の非開削構築工法
6) 地下構造物が上面に車両軌道・車道を敷設した盛土を貫通して設けられるトンネルである前記1)〜4)何れか記載の地下構造物の非開削構築工法
にある。
又中空パイプを分割し、地盤に挿入しながら継ぎ足して長尺にするのは、長いトンネル地下構造物を容易に構築できるようにする。
中空パイプ間を補強材で串刺し状に貫通させるものは充填される硬化材中の補強材となって地中囲い土留壁の強度を高める。
中空ボックスの挿入に際し、車輪と油圧ジャッキで中空ボックスの開口を介して車輪を地中囲い土留壁に当接させて支持するものは、地中囲い土留壁を支持して変形・変位・崩壊を防ぐことができ、又中空ボックスを円滑に地中囲い土留壁内に挿入できるものとする。
中空パイプは、長尺の一本の中空パイプでもよいし、又は推進式掘削工法の推進管と同様に2〜4m長さの中空パイプを防水と強度を保つように接続して長尺の中空パイプを形成してもよい。
本発明の小型掘削機は、500〜1000mm程の径の円形断面掘削又は500〜1000mm程の巾の矩形断面掘削の推進式掘削装置を使用し、掘削した土砂・泥水は中空パイプ内部を介して外部へ排出するようにするのが好ましい。
本発明の箱型の地中囲い土留壁の側面・下床部分は、上床部分の中空パイプ列と同じ工程でもって中空パイプ列を形成し、裏込めして中空パイプ内部にもセメント系硬化材を充填させることが好ましい。あるいは、削孔した壁空間にセメント系硬化材を充填して地下壁を構築するようにしてもよい。
本発明の連結継手は、中空パイプ同士を互いに連結して強度・剛性を高め、上床部をアーチ型に配列する事で土圧に耐えられるようになった。又土砂・泥水・裏込め材・水等の移動を防止することにも寄与がある。この連結継手は中空パイプの周面の隣り合う中空パイプとの対向面に設けられ、中空パイプの長手方向に全巾1列又は複数列設ける。隣り合う中空パイプの連結継手同士を係合させることで、土砂・泥水・裏込め材・地下水の移動を阻止する。
特に中央が膨らむようにアーチ状に配置した中空パイプを連結継手は一体化し、アーチを形成し、上からの土圧によく耐えられるようにする。
本発明の裏込め材は、土木建築でよく使用される構造部材と地盤との間に注入して空隙を詰め、地盤との連結強度を生起させるもので、セメントミルク・グラウト等のセメント系硬化材が使用される。
本発明の地中囲い土留壁内の地盤の土砂は、掘削機械を用いて掘削してもよいし、又は人による掘削でもよい。その後、内型枠を設置してコンクリートを打設し構造物を仕上げる事が可能である。又、大型・長い地中囲い土留壁の場合は、安全の為に強度のあるプレキャストの中空ボックスを挿入してその中で掘削機、土砂搬送装置を用いて掘削することが好ましい。
本発明の中空パイプの周面孔には蓋があり、地盤に挿入するときは蓋で周面孔を閉じ、挿入後補強部材を挿入するときに蓋をとって貫通させられるようにする。
本発明のプレキャストの中空ボックスとは工場又は現場の近くで製造され、地中囲い土留壁に挿入するときには成形され所定の強度を有する状態にある既製の中空ボックスという意味である。
本実施例は、850mm×850mmの正方形断面で4m長さの鋼製の分割された中空パイプを使用し、角形に掘削する小型掘削機を中空パイプの先頭にボルト(又は溶接で)で取り外し可能に取付け、複数の中空パイプを後続させて長くしていき、発進立坑において油圧ジャッキで中空パイプの最尾端を推進し、掘削機で正方形状に掘削し、又掘削した土砂を中空パイプ内を通して発進立坑内まで送って地上に排出して長尺に継いだ中空パイプを盛土の地盤中に挿入する(推進工法を用いて中空パイプを地中に挿入する)。この長尺の中空パイプを地下構造物の地盤領域の上床部分と側面部分を連結継手で連接するように列設させる。又上床部分はアーチ状に配置し、上位の連結継手の長さを下位の連結継手の長さより長くすることでアーチ状に中空パイプ列を形成している。中空パイプに補強部材を串刺し状に貫通させて強度補強している。
又本実施例では発進立坑で3〜5分割されたコンクリート製中空ボックスを連結して一体化して使用する。中空ボックス内にシャベルカーを用いた掘削機械と、ベルトコンベアを用いた土砂排出機械とを配置して地中囲い土留壁内に中空ボックスを推進しながら中空パイプ列で構築される地中囲い土留壁内の地盤の土砂を排出して盛土に地中囲い土留壁と中空ボックスとによってトンネルを構築する例である。又、本実施例では、中空ボックスの上下・左右の開口部に車輪を配置し、同車輪を油圧ジャッキで保持し、地中囲い土留壁を車輪と油圧ジャッキで支持して移動可能な支保工として地盤の緩みを防ぎながら中空ボックスを円滑に推進できるようにしている。
図2は、実施例で使用する中空パイプの連結継手による連結状態を示す説明図である。
図3は、実施例の上床部分の中空パイプ列を示す断面図である。
図4は、実施例の連結継手を示す断面図である。
図5,6,7は、実施例の作業工程の説明図である。
図8は、実施例の中空パイプの挿入作業工程を示す説明図である。
図9は、実施例の小型掘削機の構造を示す説明図である。
図10は、実施例の小型掘削機の前面の削孔ビットの回転軌跡の説明図である。
図11は、実施例の中空ボックス内での地盤掘削作業工程を示す説明図である。
図12は、実施例の車輪と油圧ジャッキを用いて地中囲い土留壁の支持する移動支保工を示す説明図である。
(1) 中空パイプ挿入工程(図2,3,4,5参照)
まず、盛土1の車道トンネル3を構築する地盤領域4の片側に発進立坑8を構築し、同発進立坑8の底に地盤上床部分に小型掘削機6と中空パイプ5を挿入するための空間と作業ベースを設ける。
次に、発進立坑8上方に設けたクレーン車11を用いて小型掘削機6,中空パイプ5、油圧ジャッキ7等装置を吊り降ろし、小型掘削機6の後を油圧ジャッキ7で押し込めるようにする。小型掘削機6の駆動管6eを排泥管路を介して排泥ホース6hに接続し排土装置9に送る。又泥水作製プラント10で作製される泥水は発進立坑8を介して小型掘削機6へ圧送される。このように小型掘削機6と油圧ジャッキ7とで推進工法による掘削を可能とする。
このように盛土1の上床部分4aに中空パイプ5を継ぎ足しながら長くして挿入する。小型掘削機6が盛土1を貫通して反対側へ出てくると、小型掘削機6を取り外し、中空パイプ5を地盤中に残す。
このように中空パイプ5は上位・下位雄連結継手5c,5eと上位・下位雌連結継手5d,5fで互いに連接しながら地盤の上床部分4a中に挿入され、中空パイプ列Bを形成する。中空パイプ5間は上記継手5c,5d,5e,5fで土砂・泥水・地下水の移動を遮断するようにしている。
このように、中空パイプをアーチ状に挿入し、しかも連結継手で連結して複数の中空パイプを一体化し、継手長さでアーチ状となる中空パイプ列Bを形成する。これによって上方の地盤からの土圧に対し耐圧力を有する構造としている。又、連結継手は土砂・泥水・地下水・硬化材が下方の中空空間に落下することも防いでいる。
地盤領域4の下床部分4cにも断面円形状の中空下床パイプ13(強度部材)を雄・雌連結継手13a,13bでもって連接しながら同様の推進工法によって挿入する。
その後、中空パイプ5,中空側面パイプ14,中空下床パイプ13と外側の地盤との間の間隙及び中空パイプ5,中空側面パイプ14,中空下床パイプ13のパイプ間の間隙にコンクリートミルクを注入して地盤との連結,パイプ同士の連結を高め、又強度を補強する(裏込め工程)。
その後、中空パイプ5,中空側面パイプ14,中空下床パイプ13の内部にコンクリートを流し込んでパイプ内部を硬化したコンクリートで補強する。このとき補強部材16が鉄筋として強度を高める。
このようにして中空パイプ5,中空側面パイプ14,中空下床パイプ13を連結継手で連結してパイプ列を形成し、そのパイプ列の外周、内部を互いに連結し、セメント系硬化材を注入して強度を高めて地中囲い土留壁Aを構築する。中空パイプ列Bは中空パイプ5をアーチ状に配置して連結継手で連結することで、地盤中に耐圧構造のアーチを形成し、地中囲い土留壁Aの上床部分の変形・変位・崩壊を防ぐ。
地中囲い土留壁Aを構築したら、発進立坑8に4分割された工場で製造され、運送されてきたコンクリートブロック部分20a,20b,20b,20cを吊り降ろし、発進立坑8内で連結金具20dで互いに連結して一体化して中空ボックス20を組み立てる。
この中空ボックス20を地中囲い土留壁A内の地盤に対向させ、元押油圧ジャッキ24で中空ボックス20を内部地盤に押し込ませる。中空ボックス20の先端にはエッジ20eがあるので、地盤の挿入はスムーズに行える。中空ボックス20内部には地盤土砂が入り込むが、掘削機械30で掘削し、コンベア、又はバケットコンベア等を用いた土砂排出機械31で発進立坑8外へ掘削した地盤土砂を排出する。
ある程度中空ボックス20が、挿入されると掘削機械30,土砂排出機械31を中空ボックス20内部の先端に配置し、これら機械でもって地中囲い土留壁A内の土砂を掘削して排出する。中空ボックス20は元押油圧ジャッキ24で押し進められて掘削が続行される(図11,12参照)。
中空ボックス20内壁には所要の仕上げ作業を行い、又地中囲い土留壁Aと中空ボックス20との間の空隙にはセメント系硬化材を注入して連結して強度を高め安定化する。
B 中空パイプ列
C 土留壁支持体
1 盛土
2 電車軌道
3 車道トンネル
4 地盤領域
4a 上床部分
4b 側面部
4c 下床部分
5 中空パイプ
5a 蓋付周面孔
5b 蓋
5c 上位雄連結継手
5d 上位雌連結継手
5e 下位雄連結継手
5f 下位雌連結継手
6 小型掘削機
6a 削孔ビット
6b 回転盤
6c 自転盤
6d 自転軸
6e 駆動管
6f 油圧モータ
6g 動力伝達部
6h 排泥ホース
7 油圧ジャッキ
8 発進立坑
9 排土装置
10 泥水作製プラント
11 クレーン車
12 裏込め材
13 中空下床パイプ
13a 雄連結継手
13b 雌連結継手
14 中空側面パイプ
14a 雄連結継手
14b 雌連結継手
16 補強部材
16a カップリング
20 中空ボックス
20a コンクリート部分
20b コンクリート部分
20c コンクリート部分
20d 連結金具
20e 挿入用エッジ
20f 開口
21 車輪
22 油圧ジャッキ
22a 連結ボス部
23 押圧部材
24 元押油圧ジャッキ
25 支圧壁
30 掘削機械
31 土砂排出機械
Claims (6)
- 中空パイプ先端に小型掘削機を取付けた小型掘削装置を用意し、同小型掘削装置を構築する地下構造物の地盤領域の上床部分に水平に向け、掘削しながら中空パイプの後端を押圧して小型掘削装置全体を水平に推進し、到達回収位置まで推進した後先頭の小型掘削機を取り外して中空パイプのみを地盤内に残置することで中空パイプを地中に挿入し、挿入した中空パイプから所定間隔離して次の中空パイプを前に挿入した中空パイプと接続して前記同様に地中に挿入し、このように複数の中空パイプを互いに接続し、順次地中に挿入し、上床部分の地盤に複数の中空パイプをアーチ状に形成し、又地盤領域の側面部分及び下床部も複数の強度部材を互いに水平に挿入し、箱型の地中囲い土留壁を構築し、次に上床部分の中空パイプ列及び側面部分と下床部分の強度部材の外周空隙に裏込め材を注入し、又中空パイプ列の各中空パイプ中にコンクリート・セメントミルク・グラウト等のセメント系硬化材を充填して地中囲い土留壁を強化し、その後地中囲い土留壁の内部の地盤部分を掘削して地下構造物の地下空間を形成する地下構造物の非開削構築工法において、挿入された中空パイプに串刺し状に補強部材を貫通させた後中空パイプ内にセメント系硬化材を充填させ、地中囲い土留壁の剛性を高め、更に中空パイプに蓋付周面孔を設け、中空パイプ挿入時は周面孔に蓋をして閉鎖し、中空パイプ挿入後に蓋を外して開口し、補強部材が短寸で中空パイプに設けた周面孔を介して挿入され、中空パイプ内で補強部材同士が連結されて長くできるようにしたことを特徴とする地下構造物の非開削構築工法。
- 上床部分の中空パイプの断面が矩形状で同中空パイプをアーチ状に配置するように水平に挿入し、しかも継手を複数段設けて上段の継手を下段の継手より長くすることでアーチ状の中空パイプ列を形成する請求項1記載の地下構造物の非開削構築工法。
- 地中囲い土留壁が強化された後、同地中囲い土留壁の内周面に添って移動する強度の高い中空の筒状のプレキャストの中空ボックスを地中囲い土留壁の内部に押し込み、中空ボックスの先端内部に掘削機械と土砂排出機械を配置し、中空ボックスを推進させながら先端内部の同掘削機械で地中囲い土留壁の内部土砂を掘削して土砂排出機械で地中囲い土留壁外へ搬出し、プレキャストの中空ボックスをある程度推進したら次のプレキャストの中空ボックスを後続させ、後続させた中空ボックスの後端を押し込んで先頭の中空ボックス及びその内の掘削機械と土砂排出機械とを地中囲い土留壁内の次の内部地盤土砂の位置へ移動させて掘削・排出を続行することを繰り返すことで地中囲い土留壁内の地盤の土砂を排除して中空空間とする請求項1又は2何れか記載の地下構造物の非開削構築工法。
- プレキャストの中空ボックスが円周方向に添って複数の分割され、地中囲い土留壁に挿入される段階で連結されて中空の筒状に形成され、地中囲い土留壁内に挿入してその内部の土砂が排出された後は地下構造物の内周壁として使用される請求項3記載の地下構造物の非開削構築工法。
- 地下構造物が都市の地下立体交差部分のトンネルである請求項1〜4何れか記載の地下構造物の非開削構築工法。
- 地下構造物が上面に車両軌道・車道を敷設した盛土を貫通して設けられるトンネルである請求項1〜4何れか記載の地下構造物の非開削構築工法。
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