JP5926615B2 - 立坑の壁構造およびその施工方法 - Google Patents
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Description
上記シールド工法では、まず、立坑を形成し、この立坑内に、シールドマシンを設置して、別の場所に設けられた立坑に向かってシールドマシンを発進させて、立坑と立坑との間を掘削するとともに、トンネルまたは地下配管を形成するようにしている。
その後、地上から立坑の壁に沿って地面からシールドマシン設置可能深さまで開削して立坑を形成する。
しかし、シールド開口径が大きくなる、あるいはシールドマシン発進部や到達部の地中深度が深くなると、立坑外から壁に加わる土水圧が大きくなる。したがって、上記複合材料などの易切削材料を用いてシールドマシンの発進部あるいは到達部となる易切削部が形成された立坑の場合、シールドマシンの発進部あるいは到達部が立坑内側に撓んで施工が困難になるおそれがある。
また、補強材の強度は、特に限定されないが、易切削部の内壁面への圧接によって、土水圧による易切削部の立坑内側への撓みを抑えることができればよく、周囲の地盤によって適宜決定される。
本発明において、易切削部の内壁面とは、易切削材料で形成された部分の立坑内側の面を指す。
また、硬質ウレタン樹脂をガラス長繊維により強化した複合材料としては、例えば、積水化学工業株式会社のエスロンネオランバーFFUの板材または柱材や、板材または柱材を切削加工したものの積層体を用いることができる。
なお、良好地盤とは、定着材によって引張り材が十分な引き抜き強度を確保できる強度を備えた地盤を意味し、立坑周囲が軟弱地盤である場合、軟弱地盤を貫通して良好地盤に先端が達するまでアンカー固定穴を穿設することが好ましい。
また、アンカー固定穴の先端部は、定着材が溜まり、より抜け止め効果を発揮できるように他の部分より拡径していても構わない。
さらに、アンカー固定穴は、特に限定されないが、例えば、小型のボーリングマシンを立坑内に設置して、このボーリングマシンによって形成することができる。
カプラー等の継手部材は、その長さが極短いものであり、シールドマシンによる切削にあまり影響を与えないので、その材質は特に限定されないが、繊維強化樹脂などの易切削性材料で形成されていることが好ましい。
また、硬質ウレタン樹脂をガラス長繊維により強化した複合材料としては、例えば、積水化学工業株式会社のエスロンネオランバーFFUの板材または柱材や、板材または柱材を切削加工したものの積層体を用いることができる。
また、上記積層体は、工場出荷の段階で易切削部当接部材と、抜け止め具受け部材とが接着一体化されていても構わないし、施工現場で接着一体化あるいは易切削部当接部材と、抜け止め具受け部材とを接着せず、重ね合わせた状態で施工されていても構わない。
図1及び図2は、本発明の立坑の壁構造の第1の実施の形態をあらわし、図3〜図5はその施工工程を工程順にあらわしている。
そして、第1平面壁1は、図1及び図2に示すように、ナット5を引張り材としてのアンカーボルト4の立坑内部への突出端に締め込むことによって、複数(この実施の形態では、12個)の補強材3aが易切削部1aに圧接されている。
すなわち、補強材3aが、易切削部1aの立坑内側への土水圧による撓みを抑えるように作用している。
(1)公知のソイルセメント地中連続壁工法(TRD工法)を用いて、立坑A部分以外は非開削状態で、第1平面壁1及び第2平面壁2からなる立坑Aを図3(a)に示すように施工する。
なお、第1平面壁1は、図1に示すように、易切削部1aとなる部分に配置される複数の易切削部形成用芯材(以下、「第1芯材」と記す)11と複数の非切削部形成用芯材(以下、「第2芯材」と記す)12とが垂直方向に等ピッチで配置され、第1芯材11(または第2芯材12)と第1芯材11(または第2芯材12)との間にソイルセメント硬化体のみからなるセメント硬化部13を備えた構成となっている。
第1芯材11は、易切削材料である硬質ウレタン樹脂をガラス長繊維により強化した柱状複合材料(施工現場の地盤や立坑の大きさによって特に限定されないが、例えば、600×300mmの積水化学工業株式会社エスロンネオランバーFFU)11aの上下にH型鋼(例えば、588×300×12×20mm)11bが継手及びボルトナット(必要に応じて接着剤を併用)を介して固定されて得られている。
複数の第1芯材11は、易切削部1aの中央部に配置される第1芯材11の柱状複合材11aの長さがシールドの直径以上の長さを備え、中央部から易切削部1aの幅方向両端に向かうにつれて、柱状複合材11aの長さが段階的に短くなっている。
第2芯材12は、H型鋼(例えば、588×300×12×20mm)で形成されている。
なお、上記例示されたような断面寸法の第1芯材11及び第2芯材12を用いた場合、芯材11(12)間のセメント硬化部13の幅(各芯材間のピッチ)は、600mm程度が好ましい。
一方、第2平面壁2は、上記第2芯材12と同様のH型鋼(例えば、588×300×12×20mm)で形成された芯材21と、芯材21間のセメント硬化部13とからなり、易切削部1aが設けられていない。
なお、アンカー固定穴7は、その傾斜角度、長さ及び穴径が、予め行われた地盤調査に基づき適宜決定され、先端部(傾斜下端部)71が、定着材溜まりとなるように拡径している。
なお、アンカーボルト4は、繊維強化樹脂(ガラス繊維強化エポキシ樹脂等)で形成されている。
(8)図5(b)に示すように、易切削部1aに沿うように設けられた部分の切梁6を撤去するとともに、アンカーボルト4に緊張力を加えた状態で、図1、図2及び図5(b)に示すように、補強材3aを、ナット5を締めつけることによって易切削部1aに圧接させる。
なお、圧接力は、易切削部1aが立坑Aの外側に湾曲しない程度に施工現場の地盤により適宜決定される。
また、アンカーボルト4の固定方法は、ナットによる締結だけでなく、ナットのような筒状の固定冶具内部にウレタン樹脂やエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂といった接着剤を充填しアンカーボルト4を固定する方法でも良い。
補強材3aは、工場で予め施工現場の状況に合わせて製造され、柱状複合材11aと同じ材料で形成された板状本体31と、この板状本体31に接着一体化された台座部32とを備えている。
板状本体31は、隣接する2つ柱状複合材11aのピッチより少し幅の狭い幅のほぼ正方形をしている。
台座部32は、受け面32aがアンカーボルト4の中心軸に対して直交するように柱状複合材11aをもうけられ切削加工したのち、板状本体31に接着固定されている。
さらに、補強材3aは、受け面32aに直交するとともに、板状本体31の中心をほぼ通るように、ボルト挿通孔30が穿設されている。
そして、補強材3aは、板状本体31が図1に示すように、2つ柱状複合材11aに跨るように易切削部1aの立坑Aの内壁面側に圧接される。
(9)同様にして易切削部1aが到達部として設けられた立坑(図示せず)に向かってシールドマシン9を発進させ、シールドトンネルを形成する。
なお、到達側の立坑Aは、さらに、他の立坑に向かってシールドトンネルを続けて形成する場合には、第1平面壁1を1面のみでなく、2面以上設け、1面を到達部、残りの面を発進部として用いるようにしても構わない。
したがって、立坑A内での作業安全性が高まる。また、補強材3aとアンカーボルト4が易切削性材料で形成されているので、シールドマシン9の刃先を傷めることが少ない。しかも、易切削部1aに沿って補強材3aを設けるだけであるので、芯材の厚みを厚くするために立坑壁の厚み全体を厚くするといった大きなコストをかける必要がない。
さらに、易切削部1aを複数の補強材で補強するようにしたので、1本のアンカーボルト4にかける張力は小さくなり、アンカーボルト4を細いものとすることができる。
図6に示すように、この立坑Bは、第1平面壁1の易切削部1aの幅方向に並ぶように設けられたアンカーボルト4とナット5とを用いて1つの補強材3bを易切削部1aに圧接させるようにした以外は、上記の立坑Aと同様の壁構造となっている。
すなわち、補強材3bは、アンカーボルト4と同数のナット台座部32が幅方向に長い板状本体34に幅方向にアンカーボルト4と同じピッチで接着固定されて形成されていて、各台座部32の受け面32aから板状本体34まで貫通するボルト挿通孔30が穿設されている。
なお、第1の実施の形態と同様の構成部分は、図6において、図1と同じ符号で示してある。
図7及び図8に示すように、この立坑Cは、第1平面壁1の易切削部1aが多数の補強材3cによって、以下に詳述する施工方法によって補強されている。
なお、本実施の形態において、上記第1の実施の形態と同様の構成部分については、同じ番号を付している。
なお、アンカー固定穴7は、その先端が軟弱地盤を貫通し、良好地盤に達するまで用いる補強材3aと同数分穿設される。
なお、テンドン4cは、NMグラウンドアンカー工法に用いられるもので、引張り部41が、長手方向に並ぶように配置された複数本の炭素繊維ケーブル(図示せず)を主体とするとともに、炭素繊維ケーブルがその両端部で合成樹脂材料の結束具等で結束状態にされ、中間部に合成樹脂性のスペーサを介在させて炭素繊維ケーブル間に、後述する定着材8の進入スペースが確保されている。すなわち、引張り部41は、可撓性と易切削性を備えている。
一方、テンドングリップ42は、ステンレス鋼などの金属で形成されていて、周囲にねじが形成されている。
止水リング43は、図では詳細にあらわれていないが、その外径が後述する異形管5aの内径より小さくなっている。
すなわち、補強材3cは、図9(b)に示すように、易切削部当接部材35と、抜け止め具受け部材36とから構成されている。
易切削部当接部材35は、強化繊維が易切削部1aへの当接面にほぼ平行に配向された繊維強化樹脂成形体(例えば、積水化学工業株式会社エスロンネオランバーFFU)からなる。
また、易切削部当接部材35は、後で詳述する異形管5aの直管部51が挿通される第1挿通孔35aが穿設されている。
抜け止め具受け部材36は、強化繊維が易切削部への当接面に対してほぼ直交する方向に配向された繊維強化樹脂成形体(例えば、積水化学工業株式会社エスロンネオランバーFFU)からなる。
また、抜け止め具受け部材36は、第2挿通孔36aを備えている。
第2挿通孔36aは、直孔部36bと、拡径孔部36cとを備えている。
直孔部36bは、易切削部当接部材35側に設けられていて、第1挿通孔35aと同径になっている。
拡径孔部36cは、直孔部36bの先端から易切削部当接部材35から離れる方向に向かって徐々に内径が拡径するテーパ状に形成されている。
そして、易切削部当接部材35と抜け止め具受け部材36とは、図9(b)に示すように、易切削部当接部材35の第1挿通孔35aにテンドン4cのテンドングリップ42側端部を挿通したのち、抜け止め具受け部材36の第2挿通孔36aにテンドングリップ42側端部を直孔部36b側から挿通して、図8の積層状態とされる。
すなわち、異形管5aは、繊維強化樹脂から形成され、易切削性を備えているとともに、図12に示すように、直管部51と、拡径部52とを有し、貫通孔53の径がテンドングリップ42の外径より大きなっている。
直管部51は、外径が第1挿通孔35a及び直孔部36bの内径とほぼ同じになっている。
一方、拡径部52は、その断面形状が抜け止め具受け部材36の拡径孔部36cの断面形状とほぼ同じに形成されていて、拡径部52が拡径孔部36cに嵌り込むことによって、拡径部52の外周テーパ面が、拡径孔部36cの内周のテーパ面に全面にわたって受けられるようになっている。
養生台100は、底板110と、天板120と、筒部130とを備えている。
底板110は、テンドングリップ42の底板側挿通孔111を中央に備え、その周囲に後述する定着材8および膨張材80の注入孔112が穿設されている。
天板120は、テンドングリップ42の天板側挿通孔121を底板側挿通孔111と中心軸が一致するように穿設されている。
筒部130は、図示していないが、外部から内部に定着材8および膨張材80を注入可能になっている。
そして、養生台100は、図10(a)に示すように、底板側挿通孔111および天板側挿通孔121を貫通するように、テンドングリップ42を挿通し、底板110が抜け止め具受け部材36に当接されるとともに、図10(b)に示すように、ナット50がテンドングリップ42に螺合されることによって、テンドン4cを天板120にナット50を介して吊下げられた状態にセットされる。
なお、アンカー固定穴7への定着材8の充填は、異形管5aの直管部51の先端にほぼ達するまで行う。
すなわち、膨張材80の硬化によって、異形管5aと、引張り部41とが接着固定されるとともに、止水リング43が膨張材80の膨張によって圧縮されて拡径し、その外周面が異形管5aの内周面に圧接され、地盤側から立坑Cへの地下水の浸入を防止するとともに、引張り部41が異形管5aにしっかりと固定される。
なお、膨張材80は、一般のアンカー工法に使用される公知のものを使用することができる。
すなわち、上記のように、膨張材80によって、異形管5aと、引張り部41とが接着固定されるとともに、止水リング43が膨張材80の膨張によって圧縮されて拡径し、その外周面が異形管5aの内周面に圧接されているので、ナット50を取り除いても引張り部41の緊張状態が保たれる。
また、補強材3c、異形管5aおよび引張り部41が易切削材料で形成されているので、シールドマシン9の刃先を傷めることが少ない。しかも、易切削部1aに沿って補強材3cを設けるだけであるので、芯材の厚みを厚くするために立坑壁の厚み全体を厚くするといった大きなコストをかける必要がない。
しかも、補強材3cは、強化繊維が易切削部1aへの当接面にほぼ平行に配向された繊維強化樹脂成形体からなる易切削部当接部材35と、強化繊維が易切削部への当接面に対してほぼ直交する方向に配向された繊維強化樹脂成形体からなる抜け止め具受け部材36とを積み重ねた状態で積層することによって形成されているので、易切削部当接部材35が補強材3cにかかる曲げ応力荷重を負担し、抜け止め具受け部材36が補強材3cにかかる圧縮応力の荷重を負担する。したがって、補強材全体の強度が高い。
上記第3の実施の形態においては、さらに必要に応じて、図14に示すように、上記のようにつっかえ棒92に加えて切羽91と易切削部1aとの間の坑口リング94内に流動化処理土95を充填するようにしても構わない。
すなわち、この立坑Dの壁構造は、以下のようにして施工構築される。
なお、テンドン4dは、引張り部41がテンドン4cと同様の構成となっていて、テンドングリップ44が繊維強化樹脂等の易切削材料で形成されている。
すなわち、補強材3dは、易切削部当接部材37と、抜け止め具受け部材38とから構成されている。
易切削部当接部材37は、強化繊維が易切削部1aへの当接面にほぼ平行に配向された繊維強化樹脂成形体(例えば、積水化学工業株式会社エスロンネオランバーFFU)からなる。
また、易切削部当接部材37は、テンドン4dが挿通される第1挿通孔37aが穿設されているとともに、定着材8および膨張材80の注入孔37bが穿設されている。
注入孔37bは、抜け止め具受け部材38との重ね合わせ状態で、抜け止め具受け部材38側の開口端が抜け止め具受け部材38からずれた位置に設けられ、他方の開口端がアンカー固定穴7の開口端を臨むように設けられている。
抜け止め具受け部材38は、強化繊維が易切削部1aへの当接面に対してほぼ直交する方向に配向された繊維強化樹脂成形体(例えば、積水化学工業株式会社エスロンネオランバーFFU)からなる。
また、抜け止め具受け部材38は、第1挿通孔37aと同径の第2挿通孔38aを備えている。
上記の実施の形態では、立坑がソイルセメント地中連続壁工法を用いて形成されていたが、立坑の施工方法は、特に限定されず、例えば、先行エレメントと後行エレメントとを芯材としてトレンチ内に配置し、その後ソイルセメント等をトレンチ内に注入する施工方法(ケーソンタイプ)でも構わない。
1 第1平面壁
1a 易切削部
11 易切削部形成用芯材
11a 柱状複合材
12 非切削部形成用芯材
13 セメント硬化部
2 第2平面壁
21 芯材
3a,3b,3c,3d 補強材
31,34 板状本体
32 台座部
32a 受け面
30 ボルト挿通孔
35,37
36,38
4 アンカーボルト(引張り材)
4c テンドン,
4d テンドン(引張り材)
41 引張り部(引張り材)
42,44 テンドングリップ
43 止水リング
5 ナット
6 切梁
7 アンカー固定穴
71 先端部
8 定着材
80 膨張材(接着剤)
9 シールドマシン
Claims (12)
- 垂直に設けられた壁の一部に、シールドマシン発進部またはシールドマシン到達部用の易切削部を有する立坑の壁構造であって、
前記立坑周囲の地盤内に達するとともに、前記易切削部から斜め下方に向かい、先端部が拡径した状態に穿設された少なくとも1本のアンカー固定穴を有し、
易切削性材料からなる引張り材が、一端を前記アンカー固定穴の拡径した先端部内に臨ませ、他端を前記立坑内に突出させた状態で、前記アンカー固定穴に挿通され、前記アンカー固定穴内に注入された定着材を介して地盤に固定されていて、
易切削性材料からなる補強材が、前記立坑内に突出した前記引張り材の他端に装着された抜け止め具によって、前記易切削部の内壁面に圧接状態に保持されていることを特徴とする立坑の壁構造。
- 易切削部が、少なくとも垂直方向または水平方向に平行に配置された複数の板状または柱状をした繊維強化樹脂成形体によって形成されている請求項1に記載の立坑の壁構造。
- 易切削部が、垂直方向に平行に配置された複数の板状または柱状をした繊維強化樹脂成形体と、
繊維強化樹脂成形体と繊維強化樹脂成形体との間に充填されたモルタルセメント硬化体とからなり、
アンカー固定穴が、モルタルセメント硬化体部分を貫通して設けられるとともに、
補強材が少なくとも隣接する2つの繊維強化樹脂成形体に跨るように配置されている請求項2に記載の立坑の壁構造。 - 上記繊維強化樹脂成形体が、硬質ウレタン樹脂をガラス長繊維により強化した複合材料である請求項2または請求項3に記載の立坑の壁構造。
- 上記引張り材が、繊維強化樹脂によって形成されている請求項1〜請求項4のいずれかに記載の立坑の壁構造。
- アンカー固定穴が立坑周囲の良好地盤に達している請求項1〜請求項5のいずれかに記載の立坑の壁構造。
- 立坑が、4つの平面壁からなる請求項1〜請求項6のいずれかに記載の立坑の壁構造。
- 上記補強材は、強化繊維が易切削部への当接面にほぼ平行に配向された繊維強化樹脂成形体からなる易切削部当接部材と、強化繊維が易切削部への当接面に対してほぼ直交する方向に配向された繊維強化樹脂成形体からなる抜け止め具受け部材とが重ね合わされている請求項1〜請求項7のいずれかに記載の立坑の壁構造。
- 立坑の壁面の少なくともシールドマシン発進部またはシールドマシン到達部となる部分に設けられた易切削部に立坑の周囲の地盤に到達するアンカー固定穴を斜め下方に向かって穿設し、
上記引張り材の一端部を前記アンカー固定穴に挿入し、引張り材の他端を立坑内に突出させた状態となるようにしたのち、
前記アンカー固定穴に定着材を注入し、定着材をアンカー固定穴内で硬化させて引張り材を、定着材を介して地盤に固定する工程と、
抜け止め具を、前記引張り材を緊張状態にして、引張り材の他端に固定された抜け止め具によって補強材を易切削部壁面に圧接する工程を
備えることを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれかに記載の立坑の壁構造の施工方法。 - 易切削性材料からなる引張り部の一端にねじ部を備える引張り材を、前記ねじ部側が立坑内に突出するように引張り部がアンカー固定穴に挿入される引張り材挿入工程と、
立坑内に突出する前記引張り材のねじ部側端部を補強材に設けられた挿通孔に挿通した状態に配設する補強材配設工程と、
定着材をアンカー固定穴に注入した状態で硬化させる定着材注入硬化工程と、
挿通可能な挿通孔が穿設されたねじ受け部を有するねじ受け部材を、補強材の挿通孔の周囲に当接させるとともに、ねじ受け部の挿通孔に補強材から突出した前記引張り材のねじ部側端部を挿通したのち、ねじ部にナットまたはボルトをナットの端面またはボルトの頭部をねじ受け部の挿通孔の周囲に受けさせて引張り材の引張り部を緊張させる緊張工程と、
を備える請求項9に記載の施工方法。 - 上記定着材注入硬化工程が、直管部の一端に拡径部を有する易切削材料製異形管を、上記引張り材の立坑側端部が貫通するとともに、前記直管部が補強材の挿通孔に挿通され、かつ、前記拡径部が補強材に当接するように配置したのち、前記定着材を、易切削材料製異形管を介してアンカー固定穴に注入するようになっていて、
上記緊張工程完了後に、前記易切削材料製異形管と引張り材の引張り部との間に接着剤を充填し、引張り部を緊張状態に接着固定したのち、ほぼ補強材に沿って引張り材を切断する工程をさらに備えている請求項10に記載の施工方法。 - 上記易切削材料製異形管は、拡径部が直管部側から拡径部先端側に向かって徐々に拡径するテーパ部を有し、
補強材は、挿通孔が前記テーパ部と同じテーパを有する拡径孔部を立坑内部側に備えている請求項10または請求項11に記載の施工方法。
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