JP5351303B2 - コンクリート函体利用のオープンシールド機およびオープンシールド工法 - Google Patents

Description

本発明は、市街地に上下水道、地下道等の地下構造物を施工するコンクリート函体利用のオープンシールド機およびそれを使用するオープンシールド機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９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シールドジャッキ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１２に示すように、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のシールドジャッキ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内で縮めたシールドジャッキ２の後方にセットする。シールドジャッキ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シールドジャッキ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１ｃ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４のセット工程を適宜繰り返して、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内でオープンシールド機１の内側からコンクリート函体４の底部下方の底板１ｂとの隙間にグラウト材６を一次注入し、さらに、オープンシールド機１を前進させ、底板１ｂが前進した後にここに形成される隙間とコンクリート函体４の左右にさらに裏込注入材６を二次注入して、裏込注入材の充填が終了する。

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。

このようなオープンシールド工法では、前記のごとくコンクリート函体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、コンクリート函体４は、オープンシールド機１のテール部１ｃ内に吊り降ろされ、オープンシールド機１の前進とともに該テール部１ｃから出て地中に残されていくものであり、オープンシールド機１はこのように地中に残置したコンクリート函体４に反力をとって前進する。

コンクリート函体４は鉄筋コンクリート製で、図１３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。

このようなオープンシールド工法のうち、オープンシールド機１の機体を前後方向に複数に分割して、他の分割体ブロックから反力をとってＥＳＡ工法（ＥＮＤＬＥＳＳ ＳＥＬＦ ＡＤＶＡＮＣＩＮＧ ＭＥＴＨＯＤ）「無限自走前進工法」と同様の方式で個々に自走して前進する自走式のオープンシールド機１が下記特許文献に示すように、提案されている。
特許第２９７６１０７号

なお、ＥＳＡ工法（ＥＮＤＬＥＳＳ ＳＥＬＦ ＡＤＶＡＮＣＩＮＧ ＭＥＴＨＯＤ）「無限自走前進工法」は、その原理は、尺取虫の動きに似ていて、尾部を固定（反力）して頭部を前進させる。次に頭部を固定（反力）して尾部を引き寄せるように動いて行く。これを繰り返し行ない前進するもので、複数の（３個以上）のボックスカルバートを貫いてＰＣ鋼線で連結し、各ボックスカルバート間と最後部に油圧ジャッキを設置してＥＳＡ設備を構成する。ジャッキ圧力は各々のボックスカルバートに伝えるようにする。１つのボックスカルバートを推進する時は、他の複数のボックスカルバートの土圧及び自重による摩擦抵抗力を反力抵抗体として、１函体づつ順次推進して行く訳である。

これは、図９〜図１１に示すように、オープンシールド機１は機体を前後方向に複数に分割するもので、左右側壁板１ａの内側にシールドジャッキ２を配設し、前面、後面及び上面を開口したオープンシールド機１の機体を前後方向の３個以上の分割体１２ａ〜１２ｃで構成し、各分割体１２ａ〜１２ｃ間を第１と第２の推進ジャッキ１３ａ，１３ｂでそれぞれ連結するとともに、最後部の分割体１２ａに牽引ジャッキ１６を設け、該牽引ジャッキ１６に一端を取り付けた牽引部材１７の他端を最前部の分割体１２ａに固定したオープンシールド機１を使用し、最後部を除くこれより前方の分割体１２ａ，１２ｂは、各分割体１２ａ，１２ｂに設けた第１と第２の推進ジャッキ１３ａ，１３ｂを伸長して後方の分割体１２ｃに反力をとって最前部の分割体１２ａから順次前進させ、最後部の分割体１２ｃは牽引ジャッキ１６を作動して牽引部材１７で前方に牽引して前進させる。

前記特許文献１に示されたオープンシールド機は機体を前後方向に複数に分割するもので、分割しないオープンシールド機に比べて鋼製機体が大きくなり、鋼材重量が多く製作費用が高価である。

また、到達立坑を必要とし、到達立坑でオープンシールド機を撤去した後では、その部分は現場打ちのコンクリート函体を築造するか、到達立坑の上からコンクリート函体を吊降ろして、布設したコンクリート函体列に接合する必要があり、既設水路改修現場において、流入管処理が難しく、また、通水断面が確保できないおそれもある。

本発明は前記従来例の不都合を解消し、オープンシールド機を安価に製作でき、鋼製シールド機よりも複雑な構造ではないため、準備期間が短くてすみ、到達立坑を必要としないので工費も低廉ですみ、流入処理が容易であるとともに、必要な通水断面も確実に確保できるコンクリート函体利用のオープンシールド機を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明はコンクリート函体利用のオープンシールド機としては、第１に、オープンシールド機の機体を、第１ブロック、第２ブロック、第３ブロックの集合体とし、第１ブロックは、布設する函体を組み込んだコンクリート函体部の前方に、前端に刃口を有し、上面を開放した鋼製機体、後方に推進ジャッキを配設した鋼製機体枠による推進設備を取り付け、第２ブロックは、前記第１ブロックの推進設備に先端が嵌込む布設する函体を組み込んだコンクリート函体部の後方に推進ジャッキを配設した鋼製機体枠による推進設備を取り付け、第３ブロックは、前記第２ブロックの推進設備に先端が嵌込む布設する函体を組み込んだコンクリート函体部の後方に函体設置部となる上面を開放の鋼製機体枠を地下構造物形成用の函体の設置部として取り付け、前記第１ブロックの鋼製機体と第３ブロックの鋼製機体枠とを一端に定着コーンを、他端に緊張ジャッキを設けた牽引部材で連結したことを、第２に、布設する函体を組み込んだコンクリート函体部は、地下構造物形成用の函体と同じものの外側にプレキャストまたは現場打ちのコンクリート板体を配設してなることを要旨とするものである。なお、現場打ちのコンクリート板体は、現場にて型枠を用意して製作する。

オープンシールド工法としては、第１に、布設する函体を組み込んだコンクリート函体部の前方に、前端に刃口を有し、上面を開放した鋼製機体、後方に推進ジャッキを配設した鋼製機体枠による推進設備を取り付けた第１ブロック、前記第１ブロックの推進設備に先端が嵌込む布設する函体を組み込んだコンクリート函体部の後方に推進ジャッキを配設した鋼製機体枠による推進設備を取り付けた第２ブロック、前記第２ブロックの推進設備に先端が嵌込む布設する函体を組み込んだコンクリート函体部の後方に函体設置部となる上面を開放の鋼製機体枠を地下構造物形成用の函体の設置部として取り付けた第３ブロックからなり、前記第１ブロックの鋼製機体と第３ブロックの鋼製機体枠とを一端に定着コーンを、他端に緊張ジャッキを設けた牽引部材で連結したオープンシールド機を使用し、地上に設置した掘削機で刃口内を掘削し、第２ブロック、第３ブロックの周面摩擦と底面摩擦を反力に、第１ブロックに搭載の推進ジャッキにより第１ブロックを推進させ、第３ブロックの周面摩擦と底面摩擦と、牽引部材で牽引する第１ブロックの周面摩擦と底面摩擦とを反力に、第２ブロックに搭載の推進ジャッキにより第２ブロックを推進させ、緊張ジャッキにより、第１ブロック、第２ブロックの周面摩擦と底面摩擦を反力に、第３ブロックを前方に引き込む、以下、同様の工程を繰り返すこと、第２に、函体の布設は、第３ブロックの函体設置部に函体を設置し、布設済みの後続函体に接続し、函体の埋戻しは、第３ブロック函体設置部から地上側に出た時点で、地山との隙間を埋戻し土で充填し、地山の安定を図ること、第３に、所定の位置まで推進完了後、オープンシールド機を布設函体として残置することを要旨とするものである。

請求項１および請求項３記載の本発明によれば、布設する函体をオープンシールド機の一部として使用できるので、鋼製シールド機よりも鋼材重量が少なく製作費用が安価である。

さらに、鋼製シールド機よりも布設する函体を利用したオープンシールド機のため、流入管処理が容易に行うことができ、布設する函体断面以上のコンクリート函体部をオープンシールド機として使用するため、既設水路改修現場において、通水断面が確実に確保できる。

請求項２記載の本発明によれば、布設する函体を組み込んだコンクリート函体部は、地下構造物形成用の函体と同じものの外側にプレキャストまたは現場打ちのコンクリート板体を配設してなることで、型枠なして簡単に布設する函体断面以上のものとすることができる。

請求項４記載の本発明によれば、函体の埋戻しは、第３ブロックの函体設置部を布設済みの後続函体に接続し、第３ブロック函体設置部から地山側に出た時点で行うので地山の安定を図ることができる。

請求項５記載の本発明によれば、所定の位置まで推進完了後、オープンシールド機を布設函体として残置することで、到達立坑を不用とすることができる。なお、刃口、鋼製機体枠はコンクリート函体部と共に残置する。

以上述べたように本発明のコンクリート函体利用のオープンシールド機およびオープンシールド工法は、オープンシールド機の一部にコンクリート函体を使用するので、オープンシールド機を安価に製作でき、鋼製シールド機よりも複雑な構造でないため、準備期間が短くてすみ、到達立坑を必要としないので工費も低廉ですみ、流入処理が容易であるとともに、既設水路改修施工において必要な通水断面も確実に確保できるものである。

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は本発明のコンクリート函体利用のオープンシールド機を利用するオープンシールド工法の１実施形態を示す横断平面図、図２は同上縦断側面図である。

先に、本発明のコンクリート函体利用のオープンシールド機について説明すると、オープンシールド機２１は機体を前後方向に複数に分割するもので、オープンシールド機の機体を、第１ブロック２１ａ、第２ブロック２１ｂ、第３ブロック２１ｃの集合体とした。これら各ブロックは、布設する函体２４を組み込んだコンクリート函体部２５を有するものである。

第１ブロック２１ａは、布設する函体２４を組み込んだコンクリート函体部２５の前方に、前端に刃口２２を有し、上面を開放した鋼製機体２３を嵌め込み、また、後方に推進ジャッキ２７を配設した鋼製機体枠による推進設備２６を取り付ける。

第２ブロック２１ｂは、前記第１ブロック２１ａの推進設備２６に先端が嵌込むものとして、布設する函体２４を組み込んだコンクリート函体部２５と、このコンクリート函体部２５の後方に推進ジャッキ２７を配設した鋼製機体枠による推進設備２６を取り付けてなる。

第３ブロック２１ｃは、前記第２ブロック２１ｂの推進設備２６に先端が嵌込ものとして、布設する函体２４を組み込んだコンクリート函体部２５と、このコンクリート函体部２５の後方に函体設置部２８となる上面を開放の鋼製機体枠２９を取り付けてなる。

前記布設する函体２４を組み込んだコンクリート函体部２５は、地下構造物形成用の函体２４と同じものの外側にプレキャストまたは現場打ちのコンクリート板体３０を配設してなる。これらはオープンシールド機２１を組み立てる際に製作され、各ブロック毎に鋼製部分とボルト等で固定する。プレキャストコンクリート板体を使用する場合は、コンクリート函体とプレキャストコンクリート板体をアンカーで固定する。また、現場打ちのコンクリート板体の場合は、現場でコンクリート板の型枠を用意し、製作する。

第２ブロック２１ｂと第３ブロック２１ｃのコンクリート函体部２５は本実施形態では函体２４を２連に並べたものであり、図示は省略するが、函体２４相互は箱抜きをした部分を利用して、通しボルトで締結する。

第２ブロック２１ｂのコンクリート函体部２５の先端、第３ブロック２１ｃのコンクリート函体部２５の先端は、それぞれ第１ブロック２１ａの推進設備２６、第２ブロック２１ｂの推進設備２６にスライド自在に嵌り込むもので、相対的な変位が可能である。

なお、前端に刃口２２を有する鋼製機体２３および推進設備２６を形成する鋼製機体枠は、前面、後面及び上面を開口した断面コ字形の鋼製機体枠である。

推進ジャッキ２７は、推進設備２６において後方に向けて左右側壁に沿って上下段に配設され、先端がスライド自在に嵌込む、布設する函体２４を組み込んだコンクリート函体部２５の前端に当接する。

前記第１ブロック２１ａの鋼製機体２３と第３ブロック２１ｃの鋼製機体枠２６とを一端に定着コーン３１を、他端に緊張ジャッキ３２を設けたＰＣ鋼線などによる牽引部材３３で連結した。本実施形態では、緊張ジャッキ３２を第３ブロック２１ｃの鋼製機体枠２９に、定着コーン３１を第１ブロック２１ａの鋼製機体２３に設けたが、それぞれを入れ替えてもよい。この緊張ジャッキ３２はセンターホールジャッキである。

前記牽引部材３３は鋼製機体やコンクリート函体部２５の内側空間を通り、通しで配設される。

次にこのようなコンクリート函体利用のオープンシールド機２１を用いて行う本発明のオープンシールド工法を図６〜図８について説明する。図中縦線のハンチング部分は摩擦抵抗の範囲を示す。

図６は第１ブロック２１ａの推進時を示すもので、推進ジャッキ２７により行う。図示は省略するが、地上に設置したバックホー等の掘削機で刃口２２内を掘削し、第２ブロック２１ｂ、第３ブロック２１ｃの周面摩擦と底面摩擦を反力に、第１ブロック２１ａの推進設備２６に搭載の推進ジャッキ２７によりこれを伸長して第１ブロック２１ａを推進させる。

図７は第２ブロック２１ｂの推進時を示すもので、第２ブロックに搭載の推進ジャッキ２７と、緊張ジャッキ３２とを同時に作動させる。第３ブロック２１ｃの周面摩擦と底面摩擦と、牽引部材３３で牽引する第１ブロック２１ａの周面摩擦と底面摩擦とを反力に、第２ブロック２１ｂに搭載の推進ジャッキにより第２ブロック２１ｂを推進させる。

図８は第３ブロック２１ｃの推進時を示すもので、緊張ジャッキ３２を作動させて行う。緊張ジャッキ３２により、第１ブロック２１ａ、第２ブロック２１ｂの周面摩擦と底面摩擦を反力に、第３ブロック２１ｃを前方に引き込む。

このようにしてオープンシールド機２１は、第１ブロック２１ａ、第２ブロック２１ｂ、第３ブロック２１ｃを順次前進させ、既設の函体２４の縦列の先端の函体２４の前に空間を開け、基礎砕石３４を敷設してから、その上に新たな函体２４を設置して、既設の函体２４の上には埋戻し３５を施す。

なお、埋戻しは、まず、第３ブロック２１ｃの函体設置部に函体を設置し、布設済みの後続函体に接続する。そして、第３ブロック函体設置部から地上側に出た時点で、地山との隙間を埋戻し土で充填して行う。このようにすることで、地山の安定を図ることができる。

このように、オープンシールド機２１は、第１ブロック２１ａ、第２ブロック２１ｂ、第３ブロック２１ｃで構成することでそれ自体を互いに反力にしてコンクリート函体４に反力をとらずに自走式に前進できる。

以下、同様の工程を繰り返す。

到達した場合、オープンシールド機２１の推進設備２６に設置してある推進ジャッキを撤去後、コンクリート函体部を牽引部材で引き寄せ、第１ブロック２１ａ、第２ブロック２１ｂ、第３ブロック２１ｃの函体部を接続させ、牽引部材、緊張ジャッキを撤去する。

そして、第３ブロック２１ｃの後方のコンクリート函体部２５とその後方の既設の函体２４の間をコンクリート等でシールして布設函体全体を完成させる。

本発明のコンクリート函体利用のオープンシールド機を利用するオープンシールド工法の１実施形態を示す横断平面図である。 本発明のコンクリート函体利用のオープンシールド機を利用するオープンシールド工法の１実施形態を示す縦断側面図である。 図２のＡ−Ａ線断面矢視図である。 図２のＢ−Ｂ線断面矢視図である。 図２のＣ−Ｃ線断面矢視図である。 本発明のコンクリート函体利用のオープンシールド機を利用するオープンシールド工法の第１工程の平面図である。 本発明のコンクリート函体利用のオープンシールド機を利用するオープンシールド工法の第２工程の平面図である。 本発明のコンクリート函体利用のオープンシールド機を利用するオープンシールド工法の第３工程の平面図である。 従来例を示す一部切欠いた平面図である。 従来例を示す縦断側面図である。 従来例を示す一部切欠いた正面図である。 オープンシールド工法の概要を示す説明図である。 オープンシールド工法で布設する函体の斜視図である。

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…シールドジャッキ
３…隔壁 ４…コンクリート函体
４ａ…左側板 ４ｂ…右側板
４ｃ…上床板 ４ｄ…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 １２ａ、１２ｂ、１２ｃ…分割体
１３ａ…第１の推進ジャッキ １３ｂ…第２の推進ジャッキ
１４…側板 １５…ヒンジ
１６…牽引ジャッキ １７…牽引部材
１８…定着具 １９…推進ジャッキ
２１…オープンシールド機 ２１ａ…第１ブロック
２１ｂ…第２ブロック ２１ｃ…第３ブロック
２２…刃口 ２３…鋼製機体
２４…函体 ２５…コンクリート函体部
２６…推進設備 ２７…推進ジャッキ
２８…函体設置部 ２９…鋼製機体枠
３０…コンクリート板体 ３１…定着コーン
３２…緊張ジャッキ ３３…牽引部材
３４…基礎砕石 ３５…埋戻し

Claims (5)

1. オープンシールド機の機体を、第１ブロック、第２ブロック、第３ブロックの集合体とし、
   第１ブロックは、布設する函体を組み込んだコンクリート函体部の前方に、前端に刃口を有し、上面を開放した鋼製機体、後方に推進ジャッキを配設した鋼製機体枠による推進設備を取り付け、
   第２ブロックは、前記第１ブロックの推進設備に先端が嵌込む布設する函体を組み込んだコンクリート函体部の後方に推進ジャッキを配設した鋼製機体枠による推進設備を取り付け、
   第３ブロックは、前記第２ブロックの推進設備に先端が嵌込む布設する函体を組み込んだコンクリート函体部の後方に函体設置部となる上面を開放の鋼製機体枠を取り付け、
   前記第１ブロックの鋼製機体と第３ブロックの鋼製機体枠とを一端に定着コーンを、他端に緊張ジャッキを設けた牽引部材で連結したことを特徴とするコンクリート函体利用のオープンシールド機。
2. 布設する函体を組み込んだコンクリート函体部は、地下構造物形成用の函体と同じものの外側にプレキャストまたは現場打ちのコンクリート板体を配設してなる請求項１記載のコンクリート函体利用のオープンシールド機。
3. 布設する函体を組み込んだコンクリート函体部の前方に、前端に刃口を有し、上面を開放した鋼製機体、後方に推進ジャッキを配設した鋼製機体枠による推進設備を取り付けた第１ブロック、前記第１ブロックの推進設備に先端が嵌込む布設する函体を組み込んだコンクリート函体部の後方に推進ジャッキを配設した鋼製機体枠による推進設備を取り付けた第２ブロック、前記第２ブロックの推進設備に先端が嵌込む布設する函体を組み込んだコンクリート函体部の後方に函体設置部となる上面を開放の鋼製機体枠を取り付けた第３ブロックからなり、前記第１ブロックの鋼製機体と第３ブロックの鋼製機体枠とを一端に定着コーンを、他端に緊張ジャッキを設けた牽引部材で連結したオープンシールド機を使用し、
   地上に設置した掘削機で刃口内を掘削し、
   第２ブロック、第３ブロックの周面摩擦と底面摩擦を反力に、第１ブロックに搭載の推進ジャッキにより第１ブロックを推進させ、
   第３ブロックの周面摩擦と底面摩擦と、牽引部材で牽引する第１ブロックの周面摩擦と底面摩擦とを反力に、第２ブロックに搭載の推進ジャッキにより第２ブロックを推進させ、
   緊張ジャッキにより、第１ブロック、第２ブロックの周面摩擦と底面摩擦を反力に、第３ブロックを前方に引き込む、
   以下、同様の工程を繰り返すことを特徴とするオープンシールド工法。
4. 函体の布設は、第３ブロックの函体設置部に函体を設置し、布設済みの後続函体に接続し、函体の埋戻しは、第３ブロック函体設置部から地山側に出た時点で、地山との隙間を埋戻し土で充填し、地山の安定を図る請求項３記載のオープンシールド工法。
5. 所定の位置まで推進完了後、オープンシールド機を布設函体として残置する請求項３または請求項４記載のオープンシールド工法。

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