JP5015844B2 - 立坑の構築方法及びこの方法に用いる上向きシールド - Google Patents

Description

本発明は、既設トンネルに沿って順次径の異なる上向きシールドを発進させて径の異なる立坑を構築する立坑の構築方法と、この方法に用いる上向きシールドに関する。

図１０に示すように、地中の調節池４０に下水を流す下水道トンネル４１には、調節池４０に接続され横方向に延びるトンネル２０と、地上とトンネル２０を結ぶように上下に延びる立坑（マンホール）４２とを備えたものがある。

このような下水道トンネル４１を構築する工法としては、まず、図示しない発進立坑から調節池４０にシールド掘進機（図示せず）を掘進させてトンネル２０を構築したのち、既設トンネル２０内に上向きシールド４３を搬入し、既設トンネル２０内から上向きシールド４３を上方に発進させて立坑４２を構築する方法が知られている。

この工法によれば、地上から地面を掘り下げて立坑４２を構築する場合と比べて地上の占有期間を短くでき、周辺への影響を最小限に抑えることができる。

特開平６−３４１２８９号公報 特許第３４３９７４５号公報 特開２００７−１４６４６５号公報

ところで、既設トンネル２０には通常複数の立坑４２が接続され、これら立坑４２の径は流す水量等に応じて適宜決定され、上向きシールド４３の径は立坑４２の径に応じて決定されるものであるため、径の異なる立坑４２を複数構築する場合、各立坑４２の径に合わせた複数の上向きシールド４３が必要となり、不経済であるという課題があった。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、既設トンネルから上向きシールドを発進させて構築する複数の立坑の径が異なる場合であっても立坑を安価に構築できる立坑の構築方法とこの方法に用いる上向きシールドを提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、既設トンネルに沿って順次径の異なる上向きシールドを発進させて径の異なる立坑を構築するに際し、上向きシールドを、駆動部を有するカッタ部と推進ジャッキを保持する中胴部とセグメントを構築するための後胴部とに予め分割形成し、カッタ部のカッタを支持する前胴部を、既設トンネルに沿って構築する立坑の最小径に形成し、カッタ部のカッタ径と中胴部の径と後胴部の径を構築する立坑と同じ径に形成し、かつ、上記カッタ部の前胴部に構築する立坑の径と合致させるべく外殻フレームを嵌合させて構築する立坑の径に合わせた上向きシールドを形成して発進させ、その後、他の径の立坑を構築するときに、上記カッタ部と中胴部の推進ジャッキを回収して再利用すると共に構築する立坑の径に合わせて外殻フレーム、中胴部、後胴部を形成すると共にこれらに回収したカッタ部と推進ジャッキを取り付けて構築する立坑の径に合わせた上向きシールドを形成して立坑を構築するものである。

上記上向きシールドが地上に到達したとき、上記中胴部と後胴部を分割し、中胴部を回収して後胴部をトンネル壁の一部として土中に残置するとよい。

また、上下に延びて形成され既設トンネルから上方に掘進して順次径の異なる立坑を構築する上向きシールドにおいて、駆動部を有するカッタ部と、推進ジャッキを保持する中胴部と、セグメントを構築するための後胴部とに予め分割形成され、カッタ部のカッタを支持する前胴部が、構築する立坑の最小径に形成され、カッタ部のカッタ径と中胴部の径と後胴部の径とが、構築する立坑と同じ径に形成され、構築する立坑が最小径の立坑より大径のとき、上記カッタ部の前胴部には、構築する立坑の径と合致させるための外殻フレームが嵌合されるものである。

上記外殻フレームは上記中胴部から離間するように前胴部に嵌合され、上記中胴部には、上記前胴部の下端面に当接すべく径方向内方に延びるフランジが設けられ、推進ジャッキの推力が中胴部から前胴部に直接伝達するように構成されるとよい。

本発明によれば、既設トンネルから上向きシールドを発進させて構築する複数の立坑の径が異なる場合であっても立坑を安価に構築できる。

本発明の好適実施の形態を添付図面を用いて説明する。

図１は立坑の構築に用いる上向きシールドの側面図であり、図２は図１に示す上向きシールドの平面図である。

図１に示すように、上向きシールド１は、上下に延びて形成され、駆動部２を有するカッタ部３と、推進ジャッキ４を保持する中胴部５と、セグメント６を構築するための後胴部７とに予め分割形成されている。

カッタ部３は、土砂を掘削するカッタ８と、カッタ８を軸受９を介して回転自在に支持する前胴部１０と、前胴部１０に設けられカッタ８を駆動する駆動部２とを備える。図１及び図２に示すように、カッタ８は、回転中心から放射状に径方向外方に延びると共に構築する立坑４２と同じ半径に形成されるカッタスポーク１１と、これらカッタスポーク１１の前面に設けられた複数のカッタビット１２、１３とを備えて構成される。カッタビット１２、１３には、土砂を掘削するためのメインビット１２と、メインビット１２より上方に延びモルタル等からなる掘削可能壁１４（図３参照）を掘削するための先行ビット１３との２種類がある。これらメインビット１２と先行ビット１３は、それぞれ先端に非常に硬く形成された高価な超硬ビット（図示せず）を有する。また、カッタ８と前胴部１０との間に介設される軸受９は、特に高い精度と強度を求められ、高価に形成される。前胴部１０は、筒状に形成される前端部フレーム１５と、前端部フレーム１５の前端を塞いで前方にカッタ室１６を形成するための隔壁１７と、前端部フレーム１５に設けられカッタ８を回転自在に支持すると共に駆動部２を支持する支持フレーム１８とを備える。隔壁１７は、外周から中心に向かうにつれて下方に傾斜する漏斗状に形成され、後述する排土機構１９に掘削した土砂を案内するようになっている。また、前胴部１０は、構築する複数の立坑４２のうち最小径の立坑４２と同径に形成される。またさらに、前胴部１０には、カッタ８で掘削した土砂を既設トンネル２０（図３参照）に送るための排土機構１９が設けられる。排土機構１９は、隔壁１７の中央に取り付けられカッタ室１６に接続される排土管２１と、排土管２１に上下に離間して設けられる一対の排土ゲート２２と、これら排土ゲート２２間の排土管２１に設けられるピンチバルブ２３とを備えて構成される。また、構築する立坑４２が最小径の立坑４２より大径のとき、前胴部１０の外周には、構築する立坑４２の径と合致させるための外殻フレーム２４が嵌合される。具体的には、外殻フレーム２４は、前胴部１０にボルト２５を介して着脱可能に取り付けられると共に、中胴部５から離間するように前胴部１０に嵌合されており、推進ジャッキ４の推力を中胴部５を介して受けないようになっている。また、外殻フレーム２４は、筒状に形成されると共に、構築する立坑４２と略同じ外径に形成される。

中胴部５は、筒状に形成され外周壁を形成する中間部フレーム２６と、中間部フレーム２６の上端に径方向内方に延びて設けられ前胴部１０の下端面にボルト２７を介して取り外し可能に取り付けられる第１フランジ２８と、中間部フレーム２６の下端に径方向内方に延びて設けられ周方向に並ぶ複数の推進ジャッキ４を着脱可能に保持する第２フランジ２９と、これら第１フランジ２８と第２フランジ２９との間に上下に延びて設けられると共に中間部フレーム２６の内周面に設けられるリブ３０とを備えて構成される。第１フランジ２８は、推進ジャッキ４の推力が中胴部５から前胴部１０に直接伝達するように機能する。また、中間部フレーム２６は、構築する立坑４２と同じ外径に形成される。

後胴部７は、筒状に形成され外周壁を形成する後端部フレーム３１と、後端部フレーム３１の上端に径方向内方に延びて設けられ中胴部５の第２フランジ２９にボルト３２を介して取り外し可能に取り付けられる第３フランジ３３と、後端部フレーム３１の下端側に設けられ後胴部７内で構築されたセグメント６の外周に摺接してセグメント６と後端部フレーム３１との間をシールするテールシール３４とを備えて構成される。後端部フレーム３１は予め周方向に分割形成されており、上向きシールド１が既設トンネル２０から発進するときに順次組み立てられるようになっている。後胴部７には、セグメント６を組み立てるための図示しないセグメント組立装置が設けられる。また、後端部フレーム３１は、構築する立坑４２と同じ外径に形成される。

次に立坑４２の構築方法について述べる。

既設トンネル２０に沿って順次径の異なる上向きシールド１を発進させて径の異なる立坑４２を構築する場合、既設トンネル２０の上壁のうち上向きシールド１を発進させる発進位置の上壁をそれぞれモルタル等から成る掘削可能壁１４で形成すると共に、掘削可能壁１４の外周に上向きシールド１発進時の土砂・水の流出防止のためエントランス３５を予め設けておく。

また、カッタ部３のカッタ径と、中胴部５の径と、後胴部７の径とを、最初に構築する立坑４２と同じ径に形成した上向きシールド１を形成する。このとき、構築する立坑４２が最小径の立坑４２でない場合、さらに外殻フレーム２４の径も立坑４２と同じ径に形成し、前胴部１０に外殻フレーム２４を嵌合する。

図３に示すように、上向きシールド１を最初に構築する位置の既設トンネル２０内に、上向きシールド１を発進可能に載置する反力架台３６を設置する。

この後、後胴部７を取り外した上向きシールド１を反力架台３６上に載置すると共に、発進ガイド３５にセットし、カッタ８を回転駆動しながら推進ジャッキ４を伸長させ、反力架台３６から反力をとって上向きシールド１を掘進させる。推進ジャッキ４が１セグメント分伸長されたら反力架台３６上にセグメント６を組み立て、順次セグメント６を組み立てながら上向きシールド１を鉛直上方に掘進させる。そして、上向きシールド１が所定高さ掘進したら、図１及び図４に示すように、上向きシールド１の中胴部５に予め周方向に分割された後胴部７を取り付けて上向きシールド１を完成させ、上向きシールド１を更に掘進させる。

図５に示すように、上向きシールド１が予め地上に形成された到達立坑３７に到達したら、図６に示すように中胴部５と後胴部７を分割し、カッタ部３と中胴部５を図示しないクレーンで吊り上げる等して回収し、後胴部７をトンネル壁３８の一部として土中に残置する。

この後、図７に示すように、回収したカッタ部３から外殻フレーム２４を取り外すと共に中胴部５から推進ジャッキ４を取り外し、カッタ部３と推進ジャッキ４を回収して再利用する。具体的には、次に構築する他の径の立坑４２に合わせて外殻フレーム２４と中胴部５と後胴部７を新たに形成する一方、カッタ部３のカッタ径を構築する立坑４２の径に合わせ、カッタ部３に新たな外殻フレーム２４を嵌合すると共に中胴部５を取り付け、この中胴部５に推進ジャッキ４を取り付けて上向きシールド１を再形成する。このとき、カッタ径の調整は、カッタ８のカッタスポーク１１を適宜切断したりカッタスポーク１１の先端に部材（図示せず）を継ぎ足すなどして行う。

このようにして、後胴部７が分割された状態の上向きシールド３９が形成されたらこの上向きシールド３９を既設トンネル２０内に搬入し、次の発進位置に設置した反力架台３６上に載置し、上述と同様の手順で鉛直上方に発進させる。図８に示すように、最初に構築した立坑４２とは径が異なる上向きシールド３９が掘進することとなるため、径が異なる立坑４２を構築できる。

また、三番目に構築する立坑４２の径が、二番目に構築した立坑４２とあまり変わらず、二番目に構築した立坑４２より僅かに大きい程度である場合、二番目の立坑４２から回収した外殻フレーム２４付きのカッタ部３と中胴部５を再利用する。具体的には、図９に示すように、カッタ部３と共に回収した外殻フレーム２４の外周に、三番目の立坑４２の径に合わせて形成した外殻フレーム５０を嵌合させ、中胴部５の外周に、三番目の立坑４２の径に合わせて形成した中胴用外殻フレーム５１を嵌合させて上向きシールド５３を再形成する。このとき、外殻フレーム５０は、回収した外殻フレーム２４にボルト２５を介して着脱可能に取り付ける。また、カッタ部３のカッタ径を三番目の立坑４２の径に合わせると共に、推進ジャッキ４の後端に設けられるジャッキシュー５２を、三番目の立坑４２の径に対応したものに交換する。

このようにして、後胴部７が分割された状態の上向きシールド５３が形成されたら上述と同様の手順で三番目の発射位置から上向きシールド５３を発射させる。上向きシールド５３が所定高さ掘進したら、予め三番目の立坑４２の径に合わせて形成されると共に周方向に分割された後胴部７を中胴部５に取り付けて上向きシールド５３を完成させ、上向きシールド５３をさらに掘進させて三番目の立坑４２を構築する。カッタ部３及び推進ジャッキ４に加えて外殻フレーム２４、中胴部５も再利用でき、立坑４２をさらに安価に構築できる。また、中胴部５から推進ジャッキ４を取り外す手間やカッタ部３から外殻フレーム２４を取り外す手間を省くこともできる。

このように、既設トンネル２０に沿って順次径の異なる上向きシールド１を発進させて径の異なる立坑４２を構築するに際し、上向きシールド１を、駆動部２を有するカッタ部３と推進ジャッキ４を保持する中胴部５とセグメント６を構築するための後胴部７とに予め分割形成し、カッタ部３のカッタ８を支持する前胴部１０を、既設トンネル２０に沿って構築する立坑４２の最小径に形成し、カッタ部３のカッタ径と中胴部５の径と後胴部７の径を構築する立坑４２と同じ径に形成し、かつ、カッタ部３の前胴部１０に構築する立坑４２の径と合致させるべく外殻フレーム２４を嵌合させて構築する立坑４２の径に合わせた上向きシールド１を形成して発進させ、その後、他の径の立坑４２を構築するときに、カッタ部３と中胴部５の推進ジャッキ４を回収して再利用すると共に構築する立坑４２の径に合わせて外殻フレーム２４、中胴部５、後胴部７を形成すると共にこれらに回収したカッタ部３と推進ジャッキ４を取り付けて構築する立坑４２の径に合わせた上向きシールド３９を形成して立坑４２を構築するため、高価な超硬ビットや軸受９を含むカッタ部３と、高価な推進ジャッキ４とを再利用することができ、径の異なる複数の立坑４２を安価に構築することができる。

また、上向きシールド１が地上に到達したとき、中胴部５と後胴部７を分割し、中胴部５を回収して後胴部７をトンネル壁３８の一部として土中に残置するものとしたため、カッタ部３と推進ジャッキ４を容易に再利用できると共にトンネル壁３８を短時間で形成でき、工期を短縮でき、立坑４２を安価に構築できる。

また、上向きシールド１が、駆動部２を有するカッタ部３と、推進ジャッキ４を保持する中胴部５と、セグメント６を構築するための後胴部７とに予め分割形成され、カッタ部３のカッタ８を支持する前胴部１０が、構築する立坑４２の最小径に形成され、カッタ部３のカッタ径と中胴部５の径と後胴部７の径とが、構築する立坑４２と同じ径に形成され、構築する立坑４２が最小径の立坑４２より大径のとき、カッタ部３の前胴部１０には、構築する立坑４２の径と合致させるための外殻フレーム２４が嵌合されるものとしたため、簡易な構造で容易に上向きシールド１を拡径または縮径することができ、立坑４２を安価に構築できる。

外殻フレーム２４は中胴部５から離間するように前胴部１０に嵌合され、中胴部５には、前胴部１０の下端面に当接すべく径方向内方に延びる第１フランジ２８が設けられるものとしたため、推進ジャッキ４の推力を中胴部５から前胴部１０に直接伝達することができ、外殻フレーム２４を簡易な構造にできる。

なお、カッタ８は駆動部２により回転駆動されるものとしたが、揺動駆動されるものとしてもよい。

また、後胴部７には、セグメント組立装置が設けられるものとしたが、上向きシールドが小口径の場合、作業員が手作業でセグメントを組み立てるものとし、セグメント組立装置を設けないものとしてもよい。

また、三番目に構築する立坑４２の径が、二番目に構築した立坑４２とあまり変わらず、二番目に構築した立坑４２より僅かに大きい程度である場合、外殻フレーム５０、中胴用外殻フレーム５１の外周に更に他の外殻フレーム５０、中胴用外殻フレーム５１を重ねて嵌合してもよい。

本発明の好適実施の形態を示す上向きシールドの側面図である。 図１の平面図である。 既設トンネル内に搬入した上向きシールドの側面図である。 既設トンネルから発進した上向きシールドの側面図である。 地上に到達した上向きシールドの側面図である。 回収される上向きシールドの側面図である。 上向きシールドから回収され次の上向きシールドに再利用されるカッタ部と推進ジャッキの側面図である。 上向きシールドから回収したカッタ部と推進ジャッキを用いて形成された上向きシールドの側面図である。 上向きシールドから回収したカッタ部と中胴部と推進ジャッキを用いて形成された上向きシールドの側面図である。 下水トンネルの概略説明図である。

符号の説明

１ 上向きシールド
２ 駆動部
３ カッタ部
４ 推進ジャッキ
５ 中胴部
６ セグメント
７ 後胴部
８ カッタ
１０ 前胴部
２４ 外殻フレーム
４２ 立坑

Claims (4)

1. 既設トンネルに沿って順次径の異なる上向きシールドを発進させて径の異なる立坑を構築するに際し、上向きシールドを、駆動部を有するカッタ部と推進ジャッキを保持する中胴部とセグメントを構築するための後胴部とに予め分割形成し、カッタ部のカッタを支持する前胴部を、既設トンネルに沿って構築する立坑の最小径に形成し、カッタ部のカッタ径と中胴部の径と後胴部の径を構築する立坑と同じ径に形成し、かつ、上記カッタ部の前胴部に構築する立坑の径と合致させるべく外殻フレームを嵌合させて構築する立坑の径に合わせた上向きシールドを形成して発進させ、その後、他の径の立坑を構築するときに、上記カッタ部と中胴部の推進ジャッキを回収して再利用すると共に構築する立坑の径に合わせて外殻フレーム、中胴部、後胴部を形成すると共にこれらに回収したカッタ部と推進ジャッキを取り付けて構築する立坑の径に合わせた上向きシールドを形成して立坑を構築することを特徴とする立坑の構築方法。
2. 上記上向きシールドが地上に到達したとき、上記中胴部と後胴部を分割し、中胴部を回収して後胴部をトンネル壁の一部として土中に残置する請求項１記載の立坑の構築方法。
3. 上下に延びて形成され既設トンネルから上方に掘進して順次径の異なる立坑を構築する上向きシールドにおいて、駆動部を有するカッタ部と、推進ジャッキを保持する中胴部と、セグメントを構築するための後胴部とに予め分割形成され、カッタ部のカッタを支持する前胴部が、構築する立坑の最小径に形成され、カッタ部のカッタ径と中胴部の径と後胴部の径とが、構築する立坑と同じ径に形成され、構築する立坑が最小径の立坑より大径のとき、上記カッタ部の前胴部には、構築する立坑の径と合致させるための外殻フレームが嵌合されることを特徴とする上向きシールド。
4. 上記外殻フレームは上記中胴部から離間するように前胴部に嵌合され、上記中胴部には、上記前胴部の下端面に当接すべく径方向内方に延びるフランジが設けられ、推進ジャッキの推力が中胴部から前胴部に直接伝達するように構成された請求項３記載の上向きシールド。

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