JP6290986B2 - 可撓継手によるコンクリート函体使用の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可撓継手によるコンクリート函体使用のオープンシールド工法に関する。

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生かした合理性に富む工法で、上部開放型シールド機（オープンシールド機）を使用して推進させ土砂崩壊を防ぎながら、その内部で函体布設を行う工法である。

図１５、図１６にその概略を示すと、図中１はオープンシールド機で、これは左右の側壁板とこれら側壁板に連結する底板とからなる前面、後面及び上面を開口したシールド機である。

該オープンシールド機１は、機体を前後方向で分割し、フロント部１ａとしての前方の機体の後端にテール部１ｂとしての後方の機体の前端が嵌入して、相互の嵌合部で中折れ部２を形成して屈曲可能としている。

フロント部１ａは主として掘削を行うもので、前端と上面を開放面としてあり、機体内で後部に後方へ向けて中折ジャッキを左右によせて、また上下複数段に配設した。

これに対してテール部１ｂはコンクリート函体４の設置を行うもので、底板５を有し、機体内で前部に後方へ向けて推進ジャッキ(シールドジャッキ)３を左右によせて、また上下複数段に配設している。

図中６はフロント部１ａの前端に設けたスライド土留板、８はプレスバー（押角）である。

次に、このようなオープンシールド機１を用いたオープンシールド工法について説明すると、図示は省略するが、発進立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３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をクレーン等の揚重機１４により上方から吊り降し、オープンシールド機１のテール部１ｂ内で縮めた推進ジャッキ３の後方にセットする。

ショベル等の掘削機７でオープンシールド機１の前面又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３を伸長してオープンシールド機１を前進させる。

そして前記第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１ｂ内に吊り降す。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の上面に埋戻しを施す。

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１ｂ内に吊り降す際には、コンクリートブロック等による高さ調整材をコンクリート函体４下に配設し、このテール部１ｂ内でコンクリート函体４の左右および下部の空隙に瞬結性グラウト材を用いた裏込注入材９を充填して一次注入を行い、さらに、オープンシールド機１の前進後、二次注入として、コンクリート函体４の内側からグラウトホールにより、外側に裏込注入材９を注入する。

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（図１７参照）。

ところで、地中に縦列に埋設されるコンクリート函体４は、既設のコンクリート函体４に対して新たなコンクリート函体４をオープンシールド機１のテール部１ｂ内に吊り降した際に定着ボルトで締結していき、定着部１０が形成される。

定着部１０を形成するコンクリート函体４同士の接続は、図示は省略するがコーナー部に前後方向の貫通孔を設け、ボルトやＰＣ鋼棒の緊結をもって縦列に並ぶものを接続していく。

また、カラーと称せられるリング状で断面Ｔ字形の継手を前後位置のコンクリート函体４，４の間に介装し、このカラーで前後のコンクリート函体４を接続することもある。

ところで、かかるコンクリート函体４による地中構造物では、地震等の耐震対策や軟弱地盤における地盤沈対策として、コンクリート函体４同士の接続を可撓継手とすることが要求される。

かかるコンクリート函体の可撓継手に関しては例えば、下記特許文献のようなものがある。
特開平９−６００９９号公報 特開２００１−２９５２５１号公報

前記特許文献１は、中央に空間部を有する閉鎖断面のボックスカルバートを多数連結して設置することで、共同溝や下水道等を構築する時において、前記各ボックスカルバートの連結部に用いる可撓性連結構造であり、前記各ボックスカルバートの空間部周囲における各ボックスカルバートどうしの連結部には止水板が設けられていると共に、各ボックスカルバートの連結はＰＣ鋼棒によって行われており、前記止水板は、設置地盤の軟弱化および地震等で生じる、前記各ボックスカルバートの設置位置の変位に対して、前記連結部の止水効果を維持しながら追従できるように構成されており、前記ＰＣ鋼棒は、前記止水板の設計変位量を越えた場合に、その変位を抑えて前記止水板の破損を防ぐことができると共に、自身の定着状態も前記止水板の設計変位に追従可能な定着部によって維持できるように構成されていることを特徴とするボックスカルバートにおける可撓性連結構造である。

特許文献２は、一対のコンクリート函体と、このコンクリート函体の各接合端面同士を接続した接合部からなるプレキャストカルバートの可撓継手構造において、前記接合部は、前記各接合端面の内部に各端部が埋設された固体型可撓性連結部材と、前記各接合端面同士の隙間に充填された可撓性部材と、前記一対のコンクリート函体の接合部の外周面および／または内周面に形成された凹部に充填された、充填時に液状で硬化後にゴム弾性機能を持つ充填型可撓性部材とから構成されていることを特徴とするプレキャストカルバートの可撓継手構造である。

オープンシールド工法では、ショベル等の掘削機でオープンシールド機の前面又は上面から土砂を掘削しかつ排土し、この排土工程と同時またはその後に推進ジャッキを伸長してオープンシールド機を前進させるもので、コンクリート函体はジャッキ推力の反力を受けるため設置時にはしっかりとした締結が要求され、その後、コンクリート函体４同士の接続を可撓継手とすることが求められる。

本発明の目的はこのようなオープンシールド工法の特殊性を考慮して、オープンシールド工法の施工時（函体据付時）は函体と函体のずれ防止用に定着ボルトを締付定着でき、函体に反力が必要なくなったときにボルト定着部を緩めて可撓継手とすることができる可撓継手によるコンクリート函体使用のオープンシールド工法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、第１に、左右側壁板の内側に推進ジャッキを配設し、前面、後面及び上面を開口したオープンシールド機の前面又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左右側板と上床板と下床板とからなるコンクリート函体を反力に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上方から吊り降して既設コンクリート函体に接合する据え付け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、既設のコンクリート函体に対して新たなコンクリート函体をオープンシールド機のテール部内に吊り降して接続する際に、コンクリート函体の端面にゴム等のクッション材を介在させてコンクリート函体相互を定着ボルトで締結し、コンクリート函体に反力が必要なくなった時に定着ボルトを緩め、定着ボルトの締め付けナットに緩衝ゴムリングを介在させ、かつ、ボルト端部周囲に無収縮モルタルを充填して可撓継手として形成することを要旨とするものである。

第２に、コンクリート函体の内方端面に目地溝を形成し、コンクリート函体相互で形成する合体目地溝内に充填時に液状で硬化後弾性状となる目地材を充填することを要旨とするものである。

第３に、定着ボルトでの締結は、緩衝ゴムリングを介在させない側の端部はシース孔奥に形成する箱抜き内でのナット止めとする、もしくは、緩衝ゴムリングを介在させない側の端部はシース孔奥のインサートに対するアンカー止めとする、または、双方のコンクリート函体に形成する箱抜き内でのナット止めであり、緩衝ゴムリングは定着ボルトの両側端部に介在させることを要旨とするものである。

本発明によれば、オープンシールド工法の施工時（函体据付時）は定着ボルトを締付定着することで、ジャッキ推力の反力を受けても函体と函体のずれ防止を行うことができ、しかも、ゴム等のクッション材の反発弾性がコンクリート函体の接続部において端面同士が部分的にしか接触しない所謂ポイントタッチが生じ、当該接触部分に応力が集中してコンクリートが破損してしまうおそれを防止できる。

一方、函体に反力が必要なくなったときにボルト定着部を緩めて、定着ボルトの締め付けナットに緩衝ゴムリングを介在させて、ボルト端部周囲に無収縮モルタルを充填することで、地震時には緩衝ゴムリングがつぶれてコンクリート函体の挙動に追従できる可撓継手とすることができる。

以上述べたように本発明の可撓継手によるコンクリート函体使用のオープンシールド工法は、オープンシールド工法の施工時（函体据付時）は函体と函体のずれ防止用に定着ボルトを締付定着でき、函体に反力が必要なくなったときにボルト定着部を緩めて可撓継手とすることができるものである。

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１３は本発明のオープンシールド工法において使用するコンクリート函体を示すもので、コンクリート函体４は鉄筋コンクリート製またはＰＣコンクリート製のもので、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、前後面が開口として開放されている。

さらに、コンクリート函体４は相互に接合する場合のボルト挿入孔１２を設けている。

掘進方向後側のコンクリート函体４は既設コンクリート函体となるものであり、このボルト挿入孔１２から先は図１〜図４に示すようにシース孔１６として形成され、その先に箱抜き２５がある。

掘進方向前側のコンクリート函体４は上方から吊り降して既設コンクリート函体の前にセットするもので、ボルト挿入孔１２の奥は箱抜き２６として形成される。

また、コンクリート函体４は地下構造物として耐震性を持たせるため可撓継手とするもので、本発明は、コンクリート函体４間にゴム等のクッション材１１を介在させる。クッション材１１は、コンクリート函体４の左側板４ａ、右側板４ｂの端面を上下に沿って覆うものとして、幅広の弾力性のある帯板であり、吊り降して既設コンクリート函体の前にセットするコンクリート函体４に貼り付けて置く。

他の実施形態としてクッション材１１はこれを既設コンクリート函体側に貼り付けて置いてもよい。

なお、オープンシールド工法の概要については、前記図１６、図１７で説明した通りであり、発進立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３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をクレーン等の揚重機１４により上方から吊り降し、オープンシールド機１のテール部１ｂ内で縮めた推進ジャッキ３の後方にセットする。

ショベル等の掘削機７でオープンシールド機１の前面又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３を伸長してオープンシールド機１を前進させる。

そして前記第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１ｂ内に吊り降す。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の上面に埋戻しを施す。

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。

本発明のオープンシールド工法も新たなコンクリート函体４をオープンシールド機のテール部内に吊り降ろして、既設のコンクリート函体４に接続させるもので、位置決めとしてガイドピン挿入孔１５にガイドピン（図示せず）を挿入する。

また、シース孔１６に抜け出し防止用金具として定着ボルト１７を挿通させ、箱抜き２５において定着部プレート２１を介在させてナット２２で締結し、定着ボルト１７の他端は箱抜き２６において定着部プレート２１を介在させてナット２２で締結する。

ナット２２を仮締めするとクッション材１１はコンクリート函体４同士で挟着され、このように掘進時には図１に示すように吊り降ろしたコンクリート函体４は既設のコンクリート函体４に定着ボルト１７で締結され、オープンシールド機１のジャッキのよる推進反力を受ける。

コンクリート函体４の接続の際には、合体目地溝２０内にバックアップ材２３と弾性目地材２４を充填してシールする。

弾性目地材２４としては、例えば、伸縮性・耐久性を有する変成シリコーン樹脂とエポキシ樹脂の２液を混合させ、硬化後弾性状となり、目地の動きに追従し、かつ止水性を発揮できる目地材を使用するが、目地部への接着性と、充填後地震時のコンクリート函体の変位に追従性を有するものであれば、他の目地材でも良い。

掘進が終わりコンクリート函体４に反力が必要なくなった時に箱抜き２６において定着ボルト１７を緩め、定着ボルト１７の締め付けナット２２に緩衝ゴムリング１８およびワッシャー２８を介在させ定着ボルト１７を固定し、かつ、箱抜き２５および箱抜き２６でボルト端部周囲に無収縮モルタル１９を充填して可撓継手として形成する。

次に、地震時のコンクリート函体４の変位について説明すると、コンクリート函体４の接続時およびその後に通常時に対して地震時は曲げ状態となってコンクリート函体４相互の継手に開きや圧縮が生じる場合や、抜け状態となって開きを生じる場合がある。

抜け状態の場合は、図３に示すように、コンクリート函体４相互が目地が開くように挙動し、曲げ状態の場合もコンクリート函体４相互が目地が開くように挙動するが、定着ボルト１７が抜け出し防止金具として作用し、緩衝ゴムリング１８が潰れるように変形し、コンクリート函体４の変化に追随する。

また、この時弾性目地材２４は目地間隔が広がった場合でも隙間に追従し、止水を継続する。

曲げ状態の場合も図４に示すように同様であり、コンクリート函体４相互が目地が開くように挙動するが、定着ボルト１７が抜け出し防止金具として作用し、緩衝ゴムリング１８が潰れるように変形し、コンクリート函体４の変化に追随する。

図５〜図８は本発明の第２実施形態を示すもので、シース孔１６の奥は箱抜き２５を形成するのではなく、インサートとしてアンカーナット２７を埋設した。

このように定着ボルト１７での締結は、緩衝ゴムリング１８を介在させない側の端部はシース孔１６奥のインサートに対するアンカー止めとする。

他の構成前記第１実施形態と同じであるが、ボルト端部周囲に充填する無収縮モルタル１９は箱抜き２６のみとなる。

図９〜図１２は本発明の第３実施形態を示すもので、シース孔１６は設けずに、箱抜き２５と箱抜き２６に短い定着ボルト１７を渡し、定着ボルト１７の両側端部で締め付けナット２２に緩衝ゴムリング１８およびワッシャー２８を介在させ、箱抜き２５および箱抜き２６でボルト端部周囲に無収縮モルタル１９を充填して可撓継手として形成した。

前記第２、第３実施形態の場合も、コンクリート函体４相互が目地が開くように挙動し、曲げ状態の場合もコンクリート函体４相互が目地が開くように挙動するが、定着ボルト１７が抜け出し防止金具として作用し、緩衝ゴムリング１８が潰れるように変形し、コンクリート函体４の変化に追随するのは第１実施形態と同じである。

本発明のオープンシールド工法で使用するコンクリート函体の第１実施形態を示す推進時の要部（コンクリート函体ハンチ部）の正面図である。 本発明のオープンシールド工法で使用するコンクリート函体の第１実施形態を示す併用時の要部（コンクリート函体ハンチ部）の正面図である。 本発明のオープンシールド工法で使用するコンクリート函体の第１実施形態を示す地震時の抜け状態を示す要部（コンクリート函体ハンチ部）の正面図である。 本発明のオープンシールド工法で使用するコンクリート函体の第１実施形態を示す地震時の曲げ状態を示す要部（コンクリート函体ハンチ部）の正面図である。 本発明のオープンシールド工法で使用するコンクリート函体の第２実施形態を示す推進時の要部（コンクリート函体ハンチ部）の正面図である。 本発明のオープンシールド工法で使用するコンクリート函体の第２実施形態を示す併用時の要部（コンクリート函体ハンチ部）の正面図である。 本発明のオープンシールド工法で使用するコンクリート函体の第２実施形態を示す地震時の抜け状態を示す要部（コンクリート函体ハンチ部）の正面図である。 本発明のオープンシールド工法で使用するコンクリート函体の第２実施形態を示す地震時の曲げ状態を示す要部（コンクリート函体ハンチ部）の正面図である。 本発明のオープンシールド工法で使用するコンクリート函体の第３実施形態を示す推進時の要部（コンクリート函体ハンチ部）の正面図である。 本発明のオープンシールド工法で使用するコンクリート函体の第３実施形態を示す併用時の要部（コンクリート函体ハンチ部）の正面図である。 本発明のオープンシールド工法で使用するコンクリート函体の第３実施形態を示す地震時の抜け状態を示す要部（コンクリート函体ハンチ部）の正面図である。 本発明のオープンシールド工法で使用するコンクリート函体の第３実施形態を示す地震時の曲げ状態を示す要部（コンクリート函体ハンチ部）の正面図である。 本発明のオープンシールド工法で使用するコンクリート函体の斜視図である。 コンクリート函体目地部の説明図である。 オープンシールド工法の函体据付時の説明図である。 オープンシールド工法の函体接続時の説明図である。 オープンシールド工法での完成した地下構造物の側面図である。

１…オープンシールド機 １ａ…フロント部
１ｂ…テール部 ２…中折れ部
３…推進ジャッキ(シールドジャッキ)
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…底板 ６…スライド土留板
７…掘削機 ８…プレスバー（押角）
９…裏込注入材 １０…定着部
１１…クッション材 １２…ボルト挿入孔
１４…揚重機 １５…ガイドピン挿入孔
１６…シース孔 １７…定着ボルト
１８…緩衝ゴムリング １９…無収縮モルタル
２０…目地溝 ２１…定着部プレート
２２…ナット ２３…バックアップ材
２４…弾性目地材 ２５…箱抜き
２６…箱抜き ２７…アンカーナット
２８…ワッシャー

Claims (5)

1. 左右側壁板の内側に推進ジャッキを配設し、前面、後面及び上面を開口したオープンシールド機の前面又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左右側板と上床板と下床板とからなるコンクリート函体を反力に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上方から吊り降して既設コンクリート函体に接合する据え付け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、
   既設のコンクリート函体に対して新たなコンクリート函体をオープンシールド機のテール部内に吊り降して接続する際に、コンクリート函体の端面にゴム等のクッション材を介在させてコンクリート函体相互を定着ボルトで締結し、コンクリート函体に反力が必要なくなった時に定着ボルトを緩め、定着ボルトの締め付けナットに緩衝ゴムリングを介在させ、かつ、ボルト端部周囲に無収縮モルタルを充填して可撓継手として形成することを特徴とする 可撓継手によるコンクリート函体使用のオープンシールド工法。
2. コンクリート函体の内方端面に目地溝を形成し、コンクリート函体相互で形成する合体目地溝内に充填時に液状で硬化後弾性状となる目地材を充填する請求項１記載の可撓継手によるコンクリート函体使用のオープンシールド工法。
3. 定着ボルトでの締結は、緩衝ゴムリングを介在させない側の端部はシース孔奥に形成する箱抜き内でのナット止めとする請求項１または請求項２記載の可撓継手によるコンクリート函体使用のオープンシールド工法。
4. 定着ボルトでの締結は、緩衝ゴムリングを介在させない側の端部はシース孔奥のインサートに対するアンカー止めとする請求項１または請求項２記載の可撓継手によるコンクリート函体使用のオープンシールド工法。
5. 定着ボルトでの締結は、双方のコンクリート函体に形成する箱抜き内でのナット止めであり、緩衝ゴムリングは定着ボルトの両側端部に介在させる請求項１または請求項２記載の可撓継手によるコンクリート函体使用のオープンシールド工法。
   
   

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