JP5639213B2 - オープンシールド工法 - Google Patents

Description

本発明は、上下水道、共同溝、電信・電話などの付設地下道等の地下構造物を構築するためのオープンシールド機を使用するオープンシールド工法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る。下記特許文献にもあるが、図１１にその概略を示すと、図中１はオープンシールド機１で、これは左右の側壁板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シールド機である。
特開２０１１−６３９５８号公報

このオープンシールド機１は、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推進ジャッキ２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、図示は省略するが、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の推進ジャッキ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内で縮めた推進ジャッキ２の後方にセットする。推進ジャッキ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推進ジャッキ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内でコンクリート函体４の左右および下部の空隙にグラウト材６を充填する。

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１２に示すように左側板４ａ、右側板４ｂと上床板４ｃと下床板４ｄとからなる一体のもので、前後面が開口１０として開放されている。

なお、この特許文献１は、軟弱地盤の箇所を掘進する場合を想定して、図１３、図１４に示すように、オープンシールド機１の左右の側壁板１ａの長さを軟弱地盤層の下端にまで達するような長さにした。

この左右の側壁板１ａの下端に底板１ｂを設けたオープンシールド機１を使用して、土砂の掘削は、敷設しようとするコンクリート函体４の高さ分だけでなく、オープンシールド機１の底板１ｂまでの深度分を掘削する。よって、敷設しようとするコンクリート函体４の下方の軟弱地盤層も掘削される。

オープンシールド機１を掘進させ、テール部１ｃにコンクリート函体４を敷設するスペースを確保したならば、コンクリート函体４の敷設スペースの下方で、テール部１ｃ内に単粒度砕石を何層かに分けて敷き均し、敷き均した単粒度砕石の間隙に各層ごとに裏込注入材を充填する。

このようにして所定の高さ、すなわちコンクリート函体４を敷設する高さ位置まで砕石の敷き均しと裏込注入材の充填とによる函体基礎２２を築造したならば、この函体基礎２２の上にコンクリート函体４をセットする。

かかるコンクリート函体４の直下に築造される函体基礎２２は、前記のように敷き均した砕石の間隙に裏込注入材が充填されるから、この裏込注入材により基礎全体が固化し、築造された函体基礎に乱れは生じない。

そして、砕石の間隙に充填した裏込注入材が固化することで強度を発現するとともに、基礎の透水性も小さくなり、地震時に発生する過剰間隙水圧により築造した基礎に乱れが生じることもほとんどない。

函体基礎２２の上にコンクリート函体４をセットした後、コンクリート函体４の側壁とオープンシールド機１のテール部１ｃ側部との空隙にも裏込注入材を充填する。

その後、オープンシールド機１を掘進する。そして、掘進により発生するテールボイドへコンクリート函体４に予め設置したグラウトホールより裏込注入材２３を充填する。

前記のようにオープンシールド工法では、基本的にはコンクリート函体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、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。

しかし、近年、施工する地下構造物に 耐震性能を付加するためコンクリート函体４に開削用函体で、可撓ジョイント付函体を使用することがあり、その場合にはコンクリート函体４の相互には隙間を確保することになり、コンクリート函体４から十分な反力を得ることが期待できない。

本発明の目的はこのような事情を考慮して、コンクリート函体から十分な反力を得ることが期待できない場合でも、不足する推進力を得ることができるオープンシールド工法を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するため、第１に、オープンシールド機の前面または上面開口より前方の土砂を掘削・排土する工程と、推進ジャッキを伸長してシールド機を前進させる工程と、シールド機のテール部内で縮めた推進ジャッキの後方に新たなコンクリート函体をセットする工程とを適宜繰り返して順次コンクリート函体を縦列に埋設するオープンシールド工法において、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あり、刃口を先端に有するフロント部、ミドル部、コンクリート函体が吊り降ろされるテール部に分割し、フロント部とミドル部との間に第１の推進・牽引ジャッキを、ミドル部とテール部との間に第２の推進・牽引ジャッキをそれぞれ配設し、テール部は下方位置で、後方に向けてストッパージャッキを設け、その先にストラットを並べて置けるようにし、コンクリート函体の設置深度よりも深くコンクリート函体下方の地盤を掘削し、オープンシールド機が掘進した後、シールド機のテール部内にコンクリート板を前に敷設したコンクリート板に接続するように敷設し、その上に新たなコンクリート函体をセットするとともに、このコンクリート板の連続体を反力にして推進ジャッキを伸長してシールド機を前進させることを要旨とするものである。

第２に、コンクリート板はＰＣ板であり、ガイドピンにより接続すること、または、端部に箱抜孔を形成してボルト接合することを要旨とするものである。

第３に、コンクリート板は砕石基礎の上に、間隔を存して平行に敷設し、その間にも砕石を充填することを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、縦列させるコンクリート函体の下に敷設するコンクリート板の連続体を反力にして推進ジャッキを伸長してシールド機を前進させることで、コンクリート函体に反力を取る必要がなく、コンクリート函体にジャッキ推力を加えることがない。

また、コンクリート板はコンクリート函体据付用の基礎として利用できる。

請求項２および請求項３記載の本発明によれば、コンクリート板はＰＣ板（プレキャストコンクリート板）を用いることで、打設や養生の手間を省くことができ、しかも、ガイドピンにより接続する、もしくは、端部に箱抜孔を形成してボルト接合することにより、簡単かつ迅速に接続していくことができる。

請求項４記載の本発明によれば、間隔を存して平行に敷設することで必要以上の大きさにしないですみ、また、砕石基礎との組み合わせで、函体基礎を合理的に構築することができる。

以上述べたように本発明のオープンシールド工法は、コンクリート函体から十分な反力を得ることが期待できない場合でも、不足する推進力を得ることができ、同時にコンクリート函体据付用の基礎を合理的に構築できるものである。

以下、図面について本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明のオープンシールド工法の１実施形態を示す縦断側面図、図２は同上平面図、図３は同上縦断正面図で、使用するオープンシールド機１も基本構成は従来例と同様であり、先端を刃口として形成し、また側壁板の中央または後端近くに推進ジャッキを後方に向け上下に並べて配設した。

本実施形態では、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あり、刃口１１を先端に有するフロント部１ｄ、ミドル部１ｅ、コンクリート函体４が吊り降ろされるテール部１ｃの３つの分割体ブロックに分割した。

第１の分割体ブロックであるフロント部１ｄと第２の分割体ブロックであるミドル部１ｅとの間に第１の推進・牽引ジャッキ１２を、ミドル部１ｅと第３の分割体ブロックであるテール部１ｃとの間に第２の推進・牽引ジャッキ１３をそれぞれ配設した。これらの推進・牽引ジャッキ１２、１３には端部を回動自在に軸着するピンジャッキを使用する。

オープンシールド機１の左右の側壁板１ａの長さを軟弱地盤層の下端にまで達するような長さにした。

一例としてフロント部１ｄは底板なし（梁部材のみで左右の側壁板１ａを連結）、ミドル部１ｅとテール部１ｃは前側だけに底板１ｂがあり、後側は底板なしのものとする。

また、テール部１ｃは下方位置で、後方に向けてストッパージャッキ１８を設け、その先（後方）にストラット１９を並べて置けるようにした。

次に、このようなオープンシールド機１を使用する本発明のオープンシールド工法について説明する。

図中１４は発進部で、これは発進坑として土留壁で構成し、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等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。

発進部１４からのオープンシールド機１の発進は、反力鋼材などのよる反力壁１５を設置し、適宜、ストラット１６を介在させて、推進・牽引ジャッキ１２、１３で推進させるが、オープンシールド機１の前方の土砂を掘削・排土し、このときの土砂の掘削は、敷設しようとするコンクリート函体４の高さ分だけでなく、オープンシールド機１の底板１ｂまでの深度分を掘削する。よって、敷設しようとするコンクリート函体４の下方の軟弱地盤層も掘削されることになる。

オープンシールド機１を掘進させ、テール部１ｃにコンクリート函体４を敷設するスペースを確保したならば、コンクリート函体４の敷設スペースの下方で、テール部１ｃ内に砕石を敷き均し、この函体基礎２２の上にコンクリート板１７を敷設する。

該コンクリート板１７は前に敷設したコンクリート板１７に接続するように敷設するし、その上に新たなコンクリート函体４をセットするとともに、このコンクリート板１７の連続体を反力にして推進ジャッキを伸長してシールド機を前進させる。

コンクリート板１７には、現場打設コンクリートによる型枠作成のものを用いてもよいが、ＰＣ板（プレキャストコンクリート板）を使用する。

図７〜図１０にＰＣ板によるコンクリート板１７のバリエーションを示すと、いずれの場合も縦長の板体として、砕石２０による砕石基礎２１の上に、間隔を存して平行に敷設し、その間にも砕石２０を充填するもので、図７は反力面拡張型として前後端を拡幅したもので、反力面を大きくするとともに、底面積を大きくしてフリクションを大きくすることができる。

図８は、左右連結型として、直交方向の連結板２４で前後を連結して枠組んだもので、左右のコンクリート板１７を連結させることにより、底面積を大きくしてフリクションを大きくすることができる。

図９は、底部凹凸型で、コンクリート板１７の底面の中央部を凹ましたもので、コンクリート板１７の底面の凹凸により砕石基礎２１からのフリクションを大きくすることができる。

図１０は、底部くさび型で、コンクリート板１７の底面をのこぎり刃状の凹凸にしたもので、コンクリート板１７の底部をくさびのような形にして、砕石基礎２１からのフリクションを大きくすることができる。

また、前に敷設したコンクリート板１７と新たに敷設するコンクリート板１７とを接続するには、図５に示すようにコンクリート板１７の前後端面にガイド孔２９を形成し、ガイドピン３０をガイド孔２９同士に挿入する。

他の実施形態として、図６に示すように、コンクリート板１７の前後端面付近に箱抜孔３１を形成し、これにボルト３２をかけ渡して、ボルト・ナットで締結する。

図４に推進のサイクルを示すが、オープンシールド機１の推進原理は下記の通りである。

オープンシールド機１の前進方法は、まず第１工程として、図４の（ａ）に示すように、フロント部１ｄの推進として、ミドル部１ｅとテール部１ｃの土圧と自重を反力に、推進・牽引ジャッキ１２を伸縮（伸長）させることによりフロント部１ｄを推進させる。バック防止および補助反力としてストッパージャッキ１８を作動させる。

第２工程として、図４の（ｂ）に示すように、ミドル部１ｅの推進として、フロント部１ｄとテール部１ｃの土圧と自重を反力に、推進・牽引ジャッキ１２、推進・牽引ジャッキ１３を伸縮（推進・牽引ジャッキ１２は縮小、推進・牽引ジャッキ１３は伸長）させることによりミドル部１ｅを推進させる。バック防止および補助反力としてストッパージャッキ１８を作動させる。

第３工程として、図４の（ｃ）に示すように、テール部１ｃの推進として、フロント部１ｄとミドル部１ｅの土圧と自重を反力に、推進・牽引ジャッキ１３を伸縮（縮小）させることによりテール部１ｃを推進させる。バック防止および補助反力としてストッパージャッキ１８を作動させる。

前記第１工程から第３工程を繰り返し、図４の（ｄ）に示すように、１函体分オープンシールド機１を掘進させ、ストッパージャッキ１８の不足ストローク部分にストラット１９を入れる。

図４の（ｅ）に示すように、テール部１ｃ内に基礎砕石２０を敷き均し、コンクリート板１７を設置して、基礎を築造する。

図４の（ｆ）に示すように、オープンシールド機１の後方よりクレーンにてコンクリート函体４を設置する。

このようにして、初期段階においては発進立坑の受動土圧により反力を得、ある程度掘進した段階で敷設した函体の自重とフリクションから反力を得る。

以上の実施形態は、オープンシールド機１を自走前進できるものとして説明したが、他の実施形態として、図１１に示すようなコンクリート函体４からの反力でオープンシールド機１が推進する場合で、コンクリート函体４の代わりにコンクリート板１７から全ての推進反力を得ることも可能である。

本発明の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。 本発明のオープンシールド工法の１実施形態を示す平面図である。 本発明のオープンシールド工法の１実施形態を示す縦断正面図である。 推進サイクルの説明図である。 ガイドピンによる連結を示す説明図である。 ボルトによる連結を示す説明図である。 コンクリート板の第1例を示す説明図である。 コンクリート板の第２例を示す説明図である。 コンクリート板の第３例を示す説明図である。 コンクリート板の第４例を示す説明図である。 オープンシールド工法の概略を示す縦断側面図である。 コンクリート函体の斜視図である。 従来例を示す縦断側面図である。 従来例を示す縦断正面図である。

１…オープンシールド機 １ａ…側壁板
１ａ−１〜１ａ−３…側部部材 １ｂ…底板
１ｂ−１、１ｂ−２…底部部材 １ｃ…テール部
１ｄ…フロント部 １ｅ…ミドル部
２…推進ジャッキ ３…隔壁
４…コンクリート函体 ４ａ…左側板
４ｂ…右側板 ４ｃ… 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
１２…第１の推進・牽引ジャッキ １３…第２の推進/牽引ジャッキ
１４…発進部 １５…反力壁
１６…ストラット １７…コンクリート板
１８…ストッパージャッキ １９…ストラット
２０…砕石 ２１…砕石基礎
２２…函体基礎 ２３…裏込注入材
２４…連結板 ２７…地盤改良工
２８…土留壁 ２９…ガイド孔
３０…ガイドピン ３１…箱抜孔
３２…ボルト

Claims (4)

1. オープンシールド機の前面または上面開口より前方の土砂を掘削・排土する工程と、推進ジャッキを伸長してシールド機を前進させる工程と、シールド機のテール部内で縮めた推進ジャッキの後方に新たなコンクリート函体をセットする工程とを適宜繰り返して順次コンクリート函体を縦列に埋設するオープンシールド工法において、
   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あり、刃口を先端に有するフロント部、ミドル部、コンクリート函体が吊り降ろされるテール部に分割し、フロント部とミドル部との間に第１の推進・牽引ジャッキを、ミドル部とテール部との間に第２の推進・牽引ジャッキをそれぞれ配設し、テール部は下方位置で、後方に向けてストッパージャッキを設け、その先にストラットを並べて置けるようにし、
   コンクリート函体の設置深度よりも深くコンクリート函体下方の地盤を掘削し、オープンシールド機が掘進した後、
   シールド機のテール部内にコンクリート板を前に敷設したコンクリート板に接続するように敷設し、その上に新たなコンクリート函体をセットするとともに、このコンクリート板の連続体を反力にして推進ジャッキを伸長してシールド機を前進させることを特徴とするオープンシールド工法。
2. コンクリート板はＰＣ板であり、ガイドピンにより接続する請求項１記載のオープンシールド工法。
3. コンクリート板はＰＣ板であり、端部に箱抜孔を形成してボルト接合する請求項１記載のオープンシールド工法。
4. コンクリート板は砕石基礎の上に、間隔を存して平行に敷設し、その間にも砕石を充填する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のオープンシールド工法。
   

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