JP5999792B2 - 反力装置の築造方法 - Google Patents

Description

本発明は、反力装置の築造方法に関し、特に、推進工法やシールド工法などにおいて反力を得るために用いられる反力装置の築造方法に適用して有効な技術に関するものである。

走行する列車や車などの流れを阻害せずに、矩形断面を有する中空の函体構造物（例えば、プレキャストボックスカルバートなど）を路線下に横断して構築する工法としては、たとえばＲ＆Ｃ工法、ＳＦＴ工法、ＦＪ工法など、様々な推進工法が知られている。

また、トンネル建設工法としては、シールドマシンと称される鋼製の筒体や枠体を地中に押し込みながらトンネルを構築するシールド工法が知られている。

これら推進工法やシールド工法では、先端に刃口や掘進機といった掘削手段を取り付けて地中を掘削しつつ、後方に設置されたジャッキで推し進めて地中構造物を埋設する。

そして、このような工法においては、発進基地において、掘削手段を推し進めるジャッキの反力を得ることが必要になる。

ここで、発進基地で反力を得るために、例えば以下の４種類の技術が知られている。

それは、図５に示すように、発進基地として立坑（発進立坑）５１を掘削し、この発進立坑５１の背面にコンクリートあるいは鋼製の反力装置５２を築造して、当該反力装置５２で反力を得て掘削手段５３を推し進める技術である。

また、図６に示すように、土砂５４を挟んだ二重鋼矢板締切５５を設置して反力装置５６とする技術である。

さらに、図７に示すように、鋼材５７でトラスを組み、これを反力装置５８とする技術である。

そして、図８に示すように、掘削地盤にアースアンカー５９を設置して壁体６０を連結し、これを反力装置６１とする技術である。

なお、反力装置に関する技術については、例えば特開昭５７−１１２５９４号公報、特開昭５９−８８５９５号公報、特開平２−２１０１９１号公報に記載されたものがある。

特開昭５７−１１２５９４号公報 特開昭５９−８８５９５号公報 特開平２−２１０１９１号公報

しかしながら、上述した図５〜図７に示す反力装置５２，５６，５８では、反力装置５２，５６，５８を築造するために前後方向に大きなスペースが必要となってスペース効率が悪いため、狭隘な場所での築造が困難であった。

また、図８に示す反力装置６１では、アースアンカー５９の引き抜き耐力が得られるだけの土被りが必要なために、十分な反力を得るための作業が大がかりになる場合がある。

本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、スペース効率に優れ、十分な反力を容易に得ることのできる反力装置の築造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明の反力装置の築造方法は、地盤中に掘削手段の推進方向に傾斜する削孔を形成する工程と、前記削孔内にアンカー部材を挿入するとともに、前記削孔内にグラウト材を注入して前記アンカー部材を固定する工程と、前記地盤上に鉄筋コンクリート製で面状の基礎部材を形成する工程と、前記アンカー部材の一方端側を前記基礎部材に固定する工程と、前記基礎部材上に、前記掘削手段を推進する推進手段の推力を受ける反力受け部材を前記基礎部材と交差した状態で設置する工程と、前記推進手段側において、前記反力受け部材と前記基礎部材とを、それらに対して傾斜した状態で配置されて前記反力受け部材が受けた前記推進手段の推力を前記基礎部材に伝達するための鋼製で棒状の連結部材により連結する工程と、を有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、前記アンカー部材の一方端側は、前記基礎部材における厚み方向の内部で固定されている、ことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、スペース効率に優れて十分な反力を発生させることのできる反力装置を得ることが可能になる。

また、請求項１記載の発明によれば、鉄筋コンクリートであるので構築が容易で、アンカー部材との定着強度が確保しやすくなり、鋼材の場合には取り扱いが容易になる。

請求項２記載の発明によれば、アンカー部材として地盤から十分な引抜耐力を得ることが可能になる。

本発明の一実施の形態に係る反力装置が用いられた地中構造物の構築工法を示す説明図である。 本発明の一実施の形態に係る反力装置を示す説明図である。 本発明の一実施の形態に係る反力装置を構成する基礎部材とアンカー部材とを示す説明図である。 本発明の一実施の形態に係る反力装置の力学的構成を示す説明図である。 従来の技術における反力装置の一例を示す説明図である。 従来の技術における反力装置の他の一例を示す説明図である。 従来の技術における反力装置の他の一例を示す説明図である。 従来の技術における反力装置の他の一例を示す説明図である。

以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

本実施の形態において用いられる反力装置は、刃口やシールドマシン（掘進機）などの掘削手段を推し進めるジャッキなどの推進手段の反力を得るためのものであり、例えば図１に示すように、推進工法の一つであるＲ＆Ｃ工法において用いられる。

すなわち、矩形断面を有するとともに前後が開口した中空構造の函体構造物を地中に縦列配置することにより、下水道、導水路、道路用暗渠、地下横断歩道などを構築するものであり、図１においては、軌道下を横断する地下道の構築について示されている。

この地下道は、軌道２０の下において、当該軌道２０に対して直交して設けられる。

図１において、軌道２０を挟んだ両側地盤に土留壁２５を打ち込んで発進立坑２１および到達立坑２２を掘削した後、計画地下道の予定位置に発進立坑２１より軌道２０を横断する方向、すなわち地下道の延在方向に、断面中空矩形状のパイプ２３を圧入する。

パイプ２３は計画地下道の内周に沿って並び、且つ計画地下道の地面に相当する部分は除かれるようにして圧入する。なお、図１において、図面表示の煩雑さを回避するために、計画地下道の天井部分に圧入されたパイプ２３のみが図示されている。

計画地下道の天井部分に相当するパイプ２３の上面には、当該パイプ２３の幅および全長に略等しい帯状鋼板よりなるＦＣ（フリクションカット）プレート２６を載置し、当該ＦＣプレート２６の先端部のみをパイプ２３の先端に溶接或いは螺子止め等により固定する。そして、パイプ２３を圧入した後は、パイプ２３との固定を解除して土留壁２５に固定する。

このようにして発進立坑２１から到達立坑２２まで貫通するパイプ２３の圧入を終えてパイプ群を構築したならば、発進立坑２１内に推進台２７を設置し、当該推進台２７の上に、刃口２８（掘削手段の一例）をパイプ群に向けて取り付けた函体構造物１０を載置する。また、到達立坑２２内には、函体構造物１０と置き換えられて除去されたパイプ２３を受ける受台２９を設置する。

函体構造物１０を推進台２７の上に載置したならば、函体構造物１０の後方に反力装置３１を構築し、当該反力装置３１と函体構造物１０との間に複数本のジャッキ３０（推進手段の一例）を設置する。

そして、ジャッキ３０を作動させ、刃口２８により地山を掘削しながら函体構造物１０を推進させ、パイプ２３を到達立坑２２側に押し出す。このとき、刃口２８によって函体構造物１０の両側壁側の地盤が切削され、その土砂が函体構造物１０内に取り込まれるので、この土砂を排除しながら函体構造物１０を押圧する。

このようにして最初の函体構造物１０を推進させ、内部土砂を切削しながら到達立坑２２側に先頭のパイプ２３を排出して函体構造物１０と置換したならば、先に施工された函体構造物１０の後方に次に施工される函体構造物１０を設置して推進し、次のパイプ２３を到達立坑２２側に排出する。これを順次繰り返すことで函体構造物１０を縦列配置して地下道を構築するものである。

ここで、本実施の形態における反力装置３１について、図２および図３を用いて説明する。

図２において、反力装置３１は、地盤Ｇの上に設けられた、例えば鉄筋コンクリート製の基礎部材３２を有している。なお、基礎部材３２は、後述する反力受け部材３３と連結部材３４の鉛直反力を地盤Ｇに伝達している。

基礎部材３２を鉄筋コンクリート製としたのは、構築の容易さと、アンカー部材３５としてのＰＣ鋼線３５ａとの定着強度の確保しやすさとを考慮したものである。但し、基礎部材３２は鉄筋コンクリート製に限定されるものではなく、例えば取り扱いやすさを考慮して、鋼材を組むことにより構成してもよい。

基礎部材３２の上には、函体構造物１０の先端に配置された刃口２８を推し進めるためのジャッキ３０の推力を直接受ける反力受け部材３３が設けられている。この反力受け部材３３は、例えば鋼製の井桁枠からなる。

さらに反力装置３１には、基礎部材３２と反力受け部材３３とを連結する鋼製の連結部材３４が設けられている。図示するように、この連結部材３４は、反力受け部材３３のジャッキ３０側において基礎部材３２と反力受け部材３３とを連結しており、基礎部材３２に対して傾斜して設けられている。

本実施の形態において、連結部材３４は、基礎部材３２の幅方向の両端にそれぞれ２本ずつの合計４本設けられている。但し、連結部材３４は基礎部材３２の幅方向の両端に設けられていれば足り、本数は自由に設定することができる。

前述のように反力受け部材３３はジャッキ３０の推力を直接受けるので、このような連結部材３４を設けることによって、当該推力は基礎部材３２に（より正確には、基礎部材３２における反力受け部材３３よりもジャッキ３０側に）伝達される。

そして、反力装置３１の土中には、一方端側が基礎部材３２に固定されたアンカー部材３５が埋設されている。このアンカー部材３５は、刃口２８を推し進める方向に傾斜して土中に埋設されている。

なお、反力装置３１が構築される地盤の強度や必要とされる反力の大きさ、アンカー部材３５の長さなどにもよるが、アンカー部材３５は多数本（例えば１０本以上）が打ち込まれることが多い。

ここで、アンカー部材３５の詳細について、図３に示す。

図３において、アンカー部材３５はＰＣ鋼線３５ａ（棒状鋼製部材の一例）を有しており、当該ＰＣ鋼線３５ａの一方端側が鉄筋コンクリート製の基礎部材３２に貫通してナット３７等で固定されており、それ以外の部分は土中に埋まっている。そして、土中部分は、基礎部材３２側の所定長を残して、土中に形成された削孔３６内に注入されたグラウト材３５ｂに固定されている。

このような構造により、引張荷重に耐えるＰＣ鋼線３５ａ、およびＰＣ鋼線３５ａと地盤Ｇとの間に充填されるグラウト材３５ｂの地盤Ｇに対する摩擦で、アンカー部材３５として地盤Ｇから十分な引抜耐力を得ている。

なお、本実施の形態では、前述のように、ＰＣ鋼線３５ａの土中部分は、基礎部材３２側の所定長部分にはグラウト材３５ｂが存在していないが、これはＰＣ鋼線３５ａの引抜力に対する伸び代（のびしろ）部分を確保するためである。但し、このような伸び代を確保するのではなく、土中部分全てをグラウト材３５ｂで固定してもよい。すなわち、ＰＣ鋼線３５ａは、土中部分の少なくとも一部がグラウト材３５ｂで固定されていればよい。

なお、棒状鋼製部材としてはＰＣ鋼線３５ａに限定されるものではなく、例えば鋼管杭など、他の様々な棒状鋼製部材を適用することができる。

次に、以上のような構成からなる反力装置３１における力学的構成について図４に示す。なお、図４において、矢印は力の方向を、丸印は部材間の接合部位を、三角印は反力の作用する位置を、それぞれ示している。

図４において、ジャッキ３０の推力Ｆ１が反力受け部材３３に作用すると、連結部材３４により、基礎部材３２と反力受け部材３３とに曲げモーメントが発生する。このとき、基礎部材３２の反力受け部材３３との接合部位には、地盤の反力Ｆ３が作用する。なお、基礎部材３２と反力受け部材３３とには、発生する曲げモーメントに耐える程度の強度が付与される。また、基礎部材３２と反力受け部材３３とは連結部材３４で連結されているので、両者の間には引っ張り力が作用する。さらに、アンカー部材３５には引っ張り力が作用し、反力Ｆ２に作用する回転モーメントと水平力とを地盤に伝達する。

そして、このような反力装置３１によれば、反力受け部材３３のジャッキ３０側において基礎部材３２と反力受け部材３３とを連結するように連結部材３４を配置し、当該連結部材３４によってジャッキ３０の推力Ｆ１で基礎部材３２と反力受け部材３３とに曲げモーメントを発生させ、さらに刃口２８を推し進める方向に傾斜してアンカー部材３５を基礎部材３２に固定し、それを反力として推進力を得ているので、スペース効率（とりわけ、前後方向のスペース効率）に優れ、しかも十分な反力を容易に得ることが可能になる。

これにより、反力装置３１の背面のスペースに余裕がない場合であっても、十分な反力の得られる反力装置３１を築造することができる。

また、立坑を発進基地として後方の地盤で反力を発生させることができない開放状態の環境でも必要な反力を得ることができ、シールド工法や推進工法といった様々な工法を適用して地中構造物を築造することができる。したがって、本発明の反力装置３１は、本実施の形態のように発進立坑２１を掘削しない条件下でも適用が可能である。

ここで、仮に連結部材３４がないとした場合、反力受け部材３３に作用したジャッキ３０の推力Ｆ１により、基礎部材３２と反力受け部材３３との接合部位に局所的に大きな力が加わって破壊されるおそれが発生するので、当該接合部位には破壊に耐えうる十分な強度が必要となる。

しかしながら、本実施の形態に示すような連結部材３４があれば、図４に示すように、基礎部材３２と反力受け部材３３とに曲げモーメントが発生して前述の接合部位に加わる力が緩和される。したがって、連結部材３４がない構造と比較して、基礎部材３２と反力受け部材３３との接合部位を高い強度にしなくても破壊されるおそれが大幅に低減されるので、信頼性が向上することになる。

さて、以上に説明した反力装置３１は、概略的には例えば次のようなプロセスを経て築造される。

すなわち、反力装置３１を築造するためのスペースを掘削形成したならば、土中に削孔３６を形成してＰＣ鋼線３５ａを挿入するとともに当該削孔３６内にグラウト材３５ｂを注入し、さらにコンクリートを打設して鉄筋コンクリート製の基礎部材３２を得る。

次に、基礎部材３２を反力にして緊張ジャッキ（図示せず）を用いてＰＣ鋼線３５ａを緊張し、その一方端をナット３７を用いて固定する。

このようにして基礎部材３２およびアンカー部材３５が得られたならば、基礎部材３２上に反力受け部材３３を組み、最後に、基礎部材３２と反力受け部材３３とを連結部材３４で連結する。

以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではないと考えるべきである。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。

たとえば、上述した説明では、本発明の反力装置を推進工法の一つであるＲ＆Ｃ工法に用いた場合が示されているが、Ｒ＆Ｃ工法以外にも、例えばＳＦＴ工法やＦＪ工法など、様々な推進工法に用いることができる。

のみならず、シールドマシン（掘削手段の一例）と呼ばれる鋼製の筒体や枠体を地中に押し込みながらトンネルを構築するシールド工法と称されるトンネル建設工法など、先端に掘削手段を取り付けて地中を掘削しつつ、後方に設置されたジャッキで推し進めて地中構造物を築造する際の反力装置として適用することができる。

なお、シールド工法においては、推進手段であるジャッキは、掘削手段であるシールドマシンに設置される。

以上の説明では、本発明の反力装置を推進工法に適用した場合が示されているが、例えばシールド工法など、地中構造物を築造する場合に用いられる種々な工法において必要とされる反力装置に適用することができる。

１０ 函体構造物
２０ 軌道
２１ 発進立坑
２２ 到達立坑
２３ パイプ
２５ 土留壁
２６ プレート
２７ 推進台
２８ 刃口
２９ 受台
３０ ジャッキ
３１ 反力装置
３２ 基礎部材
３３ 反力受け部材
３４ 連結部材
３５ アンカー部材
３５ａ ＰＣ鋼線
３５ｂ グラウト材
３６ 削孔
３７ ナット
Ｆ１ 推力
Ｆ２ 反力
Ｆ３ 反力
Ｇ 地盤

Claims (2)

1. 地盤中に掘削手段の推進方向に傾斜する削孔を形成する工程と、
   前記削孔内にアンカー部材を挿入するとともに、前記削孔内にグラウト材を注入して前記アンカー部材を固定する工程と、
   前記地盤上に鉄筋コンクリート製で面状の基礎部材を形成する工程と、
   前記アンカー部材の一方端側を前記基礎部材に固定する工程と、
   前記基礎部材上に、前記掘削手段を推進する推進手段の推力を受ける反力受け部材を前記基礎部材と交差した状態で設置する工程と、
   前記推進手段側において、前記反力受け部材と前記基礎部材とを、それらに対して傾斜した状態で配置されて前記反力受け部材が受けた前記推進手段の推力を前記基礎部材に伝達するための鋼製で棒状の連結部材により連結する工程と、
   を有することを特徴とする反力装置の築造方法。
2. 前記アンカー部材の一方端側は、前記基礎部材における厚み方向の内部で固定されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の反力装置の築造方法。

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