JP6307145B1 - オープンシールド工法およびそれに使用するコンクリート函体 - Google Patents

Abstract

【課題】地盤が軟弱な場合でも、布設するコンクリート函体が沈下を防止できるようにするため、コンクリート函体やオープンシールド機は従来の形状のものが使用でき、簡単かつ安価に実現できるオープンシールド工法およびそれに使用するコンクリート函体を提供すること。【解決手段】コンクリート函体４は左側板４ａ、右側板４ｂと上床板４ｃと下床板４ｄとからなるもので、前後面を開口として開放されているコンクリート函体４は上床板４ｃに上床板４ｃの左右に突出する張出しブロック１６を載置し、この張出しブロック１６により沈下抑制を行う。【選択図】図１

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市街地などに施工するオープンシールド工法およびそれに使用するコンクリート函体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、その概要を図８に示すと、下記特許文献にもあるように、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（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。
特開２００３−４１８９６号公報

図示は省略するが、オープンシールド機１は機体を前後方向で複数に分割し、フロント機としての前方の機体の後端にテール機としての後方の機体の前端が嵌入して、相互の嵌合部で屈曲可能とすることもある。

前記フロント機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ている。これに対してテール機はコンクリート函体４の設置を行うもので、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）２を左右によせて、また上下複数段に配設している。

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、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プレスバー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可塑状の裏込注入材６を充填する（一次注入工）。

図１０はこの一次注入工を示すもので、コンクリート函体４のグラウトホール１２を介してコンクリート函体４の内部よりテール部１ｃの内面とコンクリート函体４の外面との空隙に可塑状の裏込注入材６ａを注入ノズル１３で注入充填する。裏込注入材６ａは、Ａ液・Ｂ液の２液からなり、Ａ液は早強セメント・助材・安定材・水を混練りしたセメントミルク状であり、Ｂ液の急硬剤は低粘性の液体であり、単独で使用する。

施工は地上に設置した専用の裏込作液プラントでＡ液を作液し、裏込作液プラントからＡ液は２Ｂ管、Ｂ液は１Ｂ管を使用してシールド機後方まで配管し、各々圧送された２液を函体グラウトホールに取付けた特殊２重管を介し混合注入する。

また、図１１に示すように、推進と同時にコンクリート函体４の内部よりテールボイド（テール部底板及び側板の厚み分）に可塑状の裏込注入材６ｂを注入充填する二次注入を行う。この二次注入は前記一次注入と同様にコンクリート函体４の底版部のグラウトホール１２に注入ノズル１３を堅固に固定して行う。

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９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。

コンクリート函体４同士の接続は、コーナー部に前後方向の貫通孔を設け、長ボルト等のＰＣ鋼棒の緊結をもって縦列に並ぶものを接続していく。

前記のようなオープンシールド工法において地盤が軟弱な場合は、布設するコンクリート函体が沈下し、全体が傾斜したり湾曲してしまう場合がある。

下記特許文献はコンクリート函体が沈下防止として提案されたものである。
特公平５−７４６７５公報

図１２、図１３に示すように、前後端及び上面を開口したシールド機内に推進ジャッキを設け、シールド機前面又は前部上面から掘削し、後続するコンクリート函体による既設地中構造物を反力に推進ジャッキでシールド機を前進させ、この前進分にシールド機後部上面より新たなコンクリ一ト函体を吊り降して既設地中構造物の最前列に位置させ、以下同様な工程を繰返してシールド機を掘進させ、また既設地中構造物の上面及び側面を適宜埋戻すオープンシールド工法において前記シールド機内に吊り降ろすコンクリート函体は横方向に貫通するコンクリート函体で、上面板を巾方向に延設して該函体の外周長さ方向に板状突出部を一体に形成し、該板状突出部はハンチをもつて端部に向かい漸次厚さが縮小するように傾斜させて形成し、一方、オープンシールド機は前記コンクリート函体に形状を合わせて左右の側壁板の上端付近を前記ハンチと同形に外側に張出すように傾斜させ、その先端を立ち上げて形成した。
特公平５−７４６７５公報

この特許文献２によれば、本発明によれば、コンクリート函体は外周長さ方向に板状突出部を有するものであり、この突出部の分だけ従来のコンクリート函体よりも上下方向の支持力が増す。従ってシールド機の前進でそのまま軟弱地盤中に残置されても、容易に沈下することはない。

また、オープンシールド機はコンクリート函体に形状を合わせて左右の側壁板の上端付近をコンクリート函体のハンチと同形に外側に張出すように傾斜させ、その先端を立ち上げて形成したものなので、コンクリート函体が吊り上げ時に傾いていたとしても、オーブンシールド機内に組み込む際にはその左右の側壁板の上端付近の傾斜部がガイドとして、このゴンクリート函体の傾きを修正して導くことができ、しかも既設のコンクリ一ト函体の上面の水平レベルに合わせて正確にかつ容易に設置でき、作業性のよいものである。

なお、オープンシールド機の張出しにコンクリート函体の板状突出部が引っ掛かって、コンクリート函体の上面板を露出させるので、既設のコンクリ一ト函体の上面板と水平レベルを合わせやすいものでもある。

前記特許文献２は、コンクリート函体は外周長さ方向に板状突出部を有するものするためには、コンクリート函体の型枠製作に板状突出部を形成するための手間を掛けなければならない。

さらに、コンクリート函体の特殊形状に合わせてオープンシールド機の形状も左右の側壁板の上端付近をコンクリート函体のハンチと同形に外側に張出すように傾斜させ、その先端を立ち上げて形成するなど特殊な形状としなければならず、製作費も高騰する。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、地盤が軟弱な場合でも、布設するコンクリート函体が沈下を防止できるようにするのに、コンクリート函体やオープンシールド機は従来の形状のものが使用でき、簡単かつ安価に実現できるオープンシールド工法およびそれに使用するコンクリート函体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、オープンシールド工法としては、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ろして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し、テール部内にコンクリート函体を設置した後、テール部内面と函体外面との空隙に可塑状の裏込注入材を注入充填する一次注入工と、シールド機前進と同時にテールボイドに可塑状の裏込注入材を注入充填する作業である二次注入工を行うオープンシールド工法において、左側板、右側板と上床板と下床板とからなり、前後面を開口として開放されているコンクリート函体にはシールド機から外に出たところで上床板に上床板左右に突出する張出しブロックを載置し、この張出しブロックにより沈下抑制を行うことを要旨とするものである。

第２に、コンクリート函体には、ＰＣ鋼棒もしくは／および高力ボルトで張出しブロックを固定すること、第３に、コンクリート函体相互には、張出しブロックを跨らせることを要旨とするものである。

オープンシールド工法に使用するコンクリート函体としては、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ろして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し、テール部内にコンクリート函体を設置した後、テール部内面と函体外面との空隙に可塑状の裏込注入材を注入充填する一次注入工と、シールド機前進と同時にテールボイドに可塑状の裏込注入材を注入充填する作業である二次注入工を行うオープンシールド工法に使用するコンクリート函体であり、コンクリート函体は、左側板、右側板と上床板と下床板とからなり、前後面を開口として開放され、上床板に上床板左右に突出する部分を有し、この突出する部分は後付けの張出しブロックからなることを要旨とするものである。

第２に、後付けの張出しブロックはＰＣ鋼棒もしくは／および高力ボルトでコンクリート函体に固定されること、第３に、後付けの張出しブロックは、コンクリート函体相互に跨って載置してあることを要旨とするものである。

請求項１および請求項４記載の本発明によれば、コンクリート函体は上床板に上床板左右に突出する張出しブロックを載置し、この張出しブロックにより支持される部分を増加して沈下抑制を行うことができる。

しかも張出しブロックはコンクリート函体がシールド機から外に出たところで後付けで載置するものであるので、コンクリート函体やシールド機の形状は従来と変わらないものですむ。

請求項２および請求項５記載の本発明によれば、コンクリート函体であり、左側板、右側板と上床板と下床板とからなり、前後面を開口として開放され、上床板に上床板左右に突出する張出しブロックを後付けで載置した場合でも張出しブロックはＰＣ鋼棒もしくは／および高力ボルトでコンクリート函体に固定することで安定した取り付け状態を維持することができる。

請求項３および請求項６記載の本発明によれば、張出しブロックはコンクリート函体相互に跨らせて設置することで、縦列するコンクリート函体相互の挙動が異なりずれようとしても、いずれか一方に偏ることなく張出しブロックを作用させることができる。

以上述べたように本発明のオープンシールド工法およびそれに使用するコンクリート函体は、地盤が軟弱な場合でも、布設するコンクリート函体が沈下を防止できるようにするのに、コンクリート函体やオープンシールド機は従来の形状のものが使用でき、簡単かつ安価に実現できるものである。

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は本発明のオープンシールド工法およびそれに使用するコンクリート函体の第１実施形態を示す縦断正面図で、前記従来例を示す図１３、図１４と同一構成要素には同一参照符号を付したものである。

図中４はオープンシールド工法に使用するコンクリート函体で、前記図４で説明したように鉄筋コンクリート製で、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、前後面を開口として開放されている。

オープンシールド工法は前記図３で示すように、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し、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プレスバー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。

そして既設のコンクリート函体４の前に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、コンクリート函体の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、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裏込注入材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。

前記裏込注入材６の注入はコンクリート函体４をオープンシールド機１のテール部１ｃ内に吊り降ろした時に行なう一次注入工と、オープンシールド機１の推進と同時にコンクリート函体４の内部よりテールボイド（テール部底板及び側板の厚み分）に注入を行う二次注入に分かれる。

本発明はシールドジャッキ２を伸長してオープンシールド機１を前進させ、オープンシールド機１のテール部１ｃ内に吊り降ろしたコンクリート函体４がオープンシールド機１の外に出た段階で、上床板４ｃに上床板４ｃの左右に突出するように張出しブロック１６を載置した。

張出しブロック１６はプレキャストコンクリートで作製し、コンクリート函体４の前後方向の幅と同じ寸法の前後幅を有し、アンカーボルトなどの固定ボルト１７でコンクリート函体４に取り付ける。

本実施形態では張出しブロック１６はコンクリート函体４に左右別れて設置するものであり、左右それぞれにアンカーボルト等の固定ボルト１７や差筋で取り付けた。

固定ボルト１７での取付部分は段差をもって薄肉となっていて、コンクリート函体４の角部がこの段差箇所に係合する。

前記張出しブロック１６を設置するに際して張出しブロック１６の下側が接する部分は地盤改良により良質土置換１８としておく。

このようにコンクリート函体４は張出しブロック１６により支持される部分を増加して沈下抑制を行うことができる。

図２は本発明の第２実施形態を示すもので、上床板４ｃの左右に突出する張出しブロック１６は中央で繋がった１枚の板の左右部分であるとした。

固定ボルト１７での取付部分は段差をもって薄肉となっていて、コンクリート函体４の角部がこの段差箇所に係合する点は前記第１実施形態と同じである。

前記第１実施形態では、張出しブロック１６はアンカーボルト等の固定ボルト１７や差筋で取り付けた例を示したが、この取り付けをより確実にするために、図４に示すように張出しブロック１６はＰＣ鋼棒１９と高力ボルト２０でコンクリート函体４に固定するようにしてもよい。

この場合、ＰＣ鋼棒１９を外側に、高力ボルト２０を内側にして固定するが、ＰＣ鋼棒１９の取り付けは図８に示すように、コンクリート函体４にシース孔２１を穿設し、その底にメスネジ２４を収め、シース孔２１に挿入するＰＣ鋼棒１９の先端をメスネジ２４に螺合し、張出しブロック１６を貫通するＰＣ鋼棒１９の上端は定着ナット２２等の定着部材で緊張する。

また、高力ボルト２０の場合はコンクリート函体４に穿設した孔に差し入れ、ケミカルアンカー２３で固定する。張出しブロック１６を貫通する高力ボルト２０の上端は定着ナット２２等の定着部材で緊張した。

これらＰＣ鋼棒１９と高力ボルト２０はいずれか一方のみの使用でもよい。

図５、図６に示すように前記張出しブロック１６をコンクリート函体４に後付けで載置する場合においては、張出しブロック１６は縦列するコンクリート函体４の相互に跨らせるものとする。

この張出しブロック１６もオープンシールド機１を前進方向に並ぶが、コンクリート函体４の配列とは段違いになる。

本発明のオープンシールド工法およびそれに使用するコンクリート函体の第１実施形態を示す縦断正面図である。 本発明のオープンシールド工法およびそれに使用するコンクリート函体の第２実施形態を示す縦断正面図である。 本発明のオープンシールド工法およびそれに使用するコンクリート函体の第３実施形態を示す縦断正面図である。 本発明のオープンシールド工法およびそれに使用するコンクリート函体の第３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およびそれに使用するコンクリート函体の第３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およびそれに使用するコンクリート函体の第３実施形態を示す要部の縦断正面図である。 ＰＣ鋼棒での固定部の縦断正面図である。 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。 裏込注入材（一次注入工）を示す説明図である。 裏込注入材（二次注入工）を示す説明図である。 従来例でのコンクリート函体を示す斜視図である。 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 １ｂ…底板
１ｃ…テール部 ２…推進ジャッキ（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 ６，６ａ，６ｂ…裏込注入材
７…高さ調整材 ８…プレスバー
９…掘削機 １０…開口
１１…刃口 １２…グラウトホール
１３…注入ノズル １４…板状突出部
１５…ハンチ １６…張出しブロック
１７…固定ボルト １８…良質土置換
１９…ＰＣ鋼棒 ２０…高力ボルト
２１…シース孔 ２２…定着ナット
２３…ケミカルアンカー ２４…メスネジ

Claims (6)

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ろして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し、テール部内にコンクリート函体を設置した後、テール部内面と函体外面との空隙に可塑状の裏込注入材を注入充填する一次注入工と、シールド機前進と同時にテールボイドに可塑状の裏込注入材を注入充填する作業である二次注入工を行うオープンシールド工法において、左側板、右側板と上床板と下床板とからなり、前後面を開口として開放されているコンクリート函体にはシールド機から外に出たところで上床板に上床板左右に突出する張出しブロックを載置し、この張出しブロックにより沈下抑制を行うことを特徴としたオープンシールド工法。
2. コンクリート函体には、ＰＣ鋼棒もしくは／および高力ボルトで張出しブロックを固定する請求項１記載のオープンシールド工法。
3. コンクリート函体相互には、張出しブロックを跨らせる請求項１または請求項２記載のオープンシールド工法。
4. 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ろして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し、テール部内にコンクリート函体を設置した後、テール部内面と函体外面との空隙に可塑状の裏込注入材を注入充填する一次注入工と、シールド機前進と同時にテールボイドに可塑状の裏込注入材を注入充填する作業である二次注入工を行うオープンシールド工法に使用するコンクリート函体であり、コンクリート函体は、左側板、右側板と上床板と下床板とからなり、前後面を開口として開放され、上床板に上床板左右に突出する部分を有し、この突出する部分は後付けの張出しブロックからなることを特徴とするオープンシールド工法に使用するコンクリート函体。
5. 後付けの張出しブロックはＰＣ鋼棒もしくは／および高力ボルトでコンクリート函体に固定される請求項４記載のオープンシールド工法に使用するコンクリート函体。
6. 後付けの張出しブロックは、コンクリート函体相互に跨って載置してある請求項４または請求項５記載のオープンシールド工法に使用するコンクリート函体。