JP7464662B2 - オープンシールド機を用いた地下構造物の施工法 - Google Patents

Description

本発明は、オープンシールド機を用いた地下構造物の施工法に関する。

オープンシールド工法は、開削工法（オープン工法）とシールド工法の長所を生かした工法で、オープンシールド工法で使用するオープンシールド機について説明すると、下記特許文献にも示すが、基本的には左右の側壁板とこれら側壁板と同程度の長さでその間を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。
特開２０２０－２００７３５号

図８、図９に示すように、機体を前後方向で複数に分割し、フロント部２としての前方の機体の後端にテール部５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している。

フロント部２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、かつ上下複数段に配設する。

これに対してテール部５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）３を左右によせ、かつ上下複数段に配設した。

図中９は、フロント部２の前端に設けた可動分割刃口として掘削時に側部の地山崩壊を防止する為のもので、シールド機先端から前方へ伸長させるスライド土留板である。

図中１０はこのスライド土留板９を動かすスライドジャッキである。

前記可動分割刃口としてのスライド土留板９は、先端の刃口を上下の水平方向に複数に分割し、前記スライドジャッキ１０で左右の側壁板から前方に突出するスライドボックスによるもので、引き戸形式でオープンシールド機の側壁板の先端部を戸袋としてのボックス収納部に形成してこれに出し入れ自在に収容される。

前記フロント部２とテール部５との結合による中折れ部は、方向・勾配修正、曲線施工時に使用する。中折れ部に配設した中折ジャッキによりオープンシールド機１のフロント部２とテール部５を曲げることができる。

前記隔壁は、オープンシールド機１前面の掘削部と油圧機器収納部を仕切る為のもので、掘削土砂を押して圧密し、地下水の高い場所や軟弱土の施工の際に役立つ。

このようなオープンシールド機１を用いて行うオープンシールド工法の概要を図１０で説明すると、発進坑７内に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８に反力をとってオープンシールド機１を前進させ、地中構造物を形成する第１番目のコンクリート函体４を上方から吊り降し、オープンシールド機１のテール部５で形成されるテール部内で縮めた推進ジャッキ３の後方にセットする。

発進坑７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の発進方向前方の土留矢板を撤去して鏡切りするが、必要に応じて薬液注入等で発進坑７の前方部分に地盤改良を施しておくこともある。

次いで、ショベル等の掘削機６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。

前記コンクリート函体４の据付は、オープンシールド機１のテール部内にコンクリート函体４を敷設するもので、通常、ラフテレーンクレーンまたはクローラクレーン等の揚重機１４を使用することが多く、テール部内底部で計画高を測定し、コンクリートブロック等での高さ調整材を設置し（４箇所）、その上にコンクリート函体４を設置する。

テール部内にコンクリート函体４を設置した後、コンクリート函体４に予め設置されてあるグラウトホールからコンクリート函体４の内部よりテール部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１５を一次注入充填する。

敷設したコンクリート函体４を反力にオープンシールド機１を推進させるには、シールド機内部に配設した推進ジャッキ３により行う。

オープンシールド機１の推進に伴って地中に発生するテールボイド（テール部底板及び側板の厚み分）へ、コンクリート函体４のグラウトホールから可塑状の裏込注入材１５を二次注入として注入充填する。

前記のようにオープンシールド工法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、橋脚下など低空頭部を横断する施工でコンクリート函体４の吊下し設置が困難な場合では反力を取るコンクリート函体４がないのでオープンシールド工法を利用することができない。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、低空頭部への構造物の築造が可能であり、場所打コンクリートにてコンクリート函体を製作するので構造物の形状が自由であり、また、コンクリート函体を工場製作するのではないので、コンクリート函体の搬入がなく、クレーン等の重機も不要であるオープンシールド機を用いた地下構造物の施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、使用するオープンシールド機は、機体をフロント部、ジャッキ部、テール部となる第１、第２、第３の分割体ブロックとし、フロント部とジャッキ部とを第１の推進・牽引ジャッキで連結し、ジャッキ部とテール部とを第２の推進・牽引ジャッキで連結し、フロント部は、ジャッキ部とテール部の自重と土圧による摩擦抵抗を反力にして前進させ、ジャッキ部は、フロント部とテール部の土圧と自重を反力に、前記第１の推進・牽引ジャッキは縮小、第２の推進・牽引ジャッキは伸長させることにより前進させ、テール部は、第２の推進・牽引ジャッキを作動してフロント部とジャッキ部の分割体ブロックを反力として第２の推進・牽引ジャッキで前方に牽引して前進させるものであり、
第１工程としてこのオープンシールド機を使用して地山を掘削、掘進させ、
第２工程としてオープンシールド機のテール部内に土留Ｈ鋼、横矢板を立込んで土留支保工を組立て、
以後、前記第１工程と第２工程の作業を繰り返し、
掘進終了後、土留支保工内の空間部に型枠を組み、場所打ちコンクリートでコンクリート函体を構築することを要旨とするものである。

第２に、第１工程としてこのオープンシールド機を使用して地山を掘削、掘進させる場合に、掘削土砂はトロバケットで後方に搬出すること、第３に、土留支保工内の空間部に組む型枠は、コンクリート函体を構築とともに埋め殺す捨て型枠であること、第４に、土留支保工は土留Ｈ鋼を矩形に枠組み、この矩形枠組を間隔を存して並列させ、継ボルトを有する鋼管内ばりで連結し、また、矩形枠組間に横矢板を配設したこと、第５に、土留支保工組立後、オープンシールド機のテール部内に砕石を敷設し、その上にベースコンクリートを打設して、土留支保工底部を固定したコンクリート函体用基礎部を構築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、使用するオープンシールド機は前進にコンクリート函体からの推進反力を必要としない自走式のものであり、その中で土留支保工を組み、オープンシールド機が前進した後でも土留支保工内の空間部に型枠を組み、場所打ちコンクリートでコンクリート函体を構築することができるようにしたものである。

コンクリート函体をオープンシールド機に下す必要がないので、クレーン等の重機が不要となる。また、土留支保工はオープンシールド機内で組立てることができる簡易なもので済む。

請求項２記載の本発明によれば、オープンシールド機掘進のための切羽の掘削はショベル等の小型の重機を使用して行うことができ、掘削土砂はトロバケットで後方に搬出することでダンプトラックその他の搬送車輛も不要である。

請求項３記載の本発明によれば、土留支保工内の空間部に組む型枠は、コンクリート函体を構築の捨て型枠であるので、地中における型枠の解体作業が不要である。

請求項４記載の本発明によれば、土留支保工は土留Ｈ鋼を矩形に枠組み、この矩形枠組を間隔を存して並列させ、継ボルトを有する鋼管内ばりで連結し、また、矩形枠組間に横矢板を配設したもので、地中に杭を打ち込むこともなく、簡単に組み立て及び解体することができる。

請求項５記載の本発明によれば、土留支保工はその底部をコンクリート函体用基礎部に固定されるので、自立して安定したものとすることができる。

以上述べたように本発明のオープンシールド機を用いた地下構造物の施工法は、低空頭部への構造物の築造が可能であり、場所打コンクリートにてコンクリート函体を製作するので構造物の形状が自由であり、また、コンクリート函体を工場製作するのではないのでコンクリート函体の搬入作業がなく、クレーン等の重機も不要なものである。

本発明のオープンシールド機を用いた地下構造物の施工法の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機を用いた地下構造物の施工法の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機を用いた地下構造物の施工法の１実施形態を示す平面図である。 土留支保工の縦断側面図である。 土留支保工の部分縦断正面図である。 本発明で使用するオープンシールド機の平面図である。 本発明で使用するオープンシールド機の縦断側面図である。 一般的なオープンシールド機の概要を示す側面図である。 一般的なオープンシールド機の概要を示す平面図である。 オープンシールド工法の概要を示す斜視図である。

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は本発明の本発明のオープンシールド機を用いた地下構造物の施工法の１実施形態を示す縦断側面図、図２は同上縦断正面図、図３は同上平面図で、図中１はオープンシールド機である。

先にオープンシールド機１について説明すると、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、テール部１ｆの３つの分割体ブロックに分割した。なお、各ブロックは側壁板同士を梁部材で連結したものである。

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１ｆ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。

一例としてテール部１ｆは底板なし（梁部材のみで左右の側壁板を連結）、フロント部１ｄとミドル部１ｅは底板があるものとする。

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地下構造物の施工法について説明する。

図中２８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。図中２９は到達部である。

発進部２８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を設置し、適宜、ストラットを介在させて、推進・牽引ジャッキ１２、１３で推進させる。

第１工程としてこのオープンシールド機１を使用して地山を掘削、掘進させる。
掘削はバックホウ等の掘削機６を使用してフロント部１ｄの前方切羽で行う。

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、まずフロント部１ｄの推進として、ミドル部１ｅとテール部１ｆ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。

次に、ミドル部１ｅの推進として、フロント部１ｄとテール部１ｆ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。

最後にテール部１ｆ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１ｆを推進させる。前記工程を繰り返してオープンシールド機１を掘進させる。

バックホウ等の掘削機６で地山を掘削した土砂はベルトコンベア２１でトロバケット２２に積込み、後方に搬出する。図中２２ａはトロ台車レールである。

なお、トロ台車レール２２ａは後述の土留支保工１６内を通過し、発進部２８に至り、ラフテレーンクレーン３０で掘削土砂を吊り上げ、ダンプトラック３１で運搬する。

前記第１工程の後、第２工程としてオープンシールド機１のテール部１ｆ内に土留Ｈ鋼１７、横矢板２０を立込んで土留支保工１６を組立てる。

土留支保工１６は土留Ｈ鋼１７を矩形に枠組み、この矩形枠組を間隔を存して並列させ、継ボルト１８を有する鋼管内ばり１９で連結し、また、矩形枠組間に横矢板２０を配設した。

また、土留支保工１６の組立後、オープンシールド機１のテール部１ｆ内に砕石２３を敷設し、その上にベースコンクリート２４を打設して、土留支保工１６の底部を固定したコンクリート函体用基礎部２５を構築する。

以後、前記オープンシールド機１を使用して地山を掘削、掘進させる第１工程とオープンシールド機１のテール部１ｆ内に土留Ｈ鋼１７、横矢板２０を立込んで土留支保工１６を組立てる第２工程の作業を繰り返し、連続する土留支保工１６を構築する。

オープンシールド機１が掘進して土留支保工１６がオープンシールド機１から出たならば、土留支保工１６内の空間部に型枠２６を組み、場所打ちコンクリートでコンクリート函体２７を構築する。

前記型枠２６は、コンクリート函体２７を構築するとともに埋め殺す捨て型枠であり、コンクリート板、ケイ酸カルシューム板、石膏ボードなどが利用でき、
また、前記コンクリート函体用基礎部２５を型枠の一部として利用できる。

オープンシールド機１が掘進して到達部２９に到達したならば、これを解体し、回収する。

１…オープンシールド機 １ｄ…フロント部
１ｅ…ミドル部 １ｆ…テール部
２…フロント部 ３…推進ジャッキ（シールドジャッキ）
４…コンクリート函体 ５…テール部
６…掘削機 ７…発進坑
８…反力壁 ９…スライド土留板
１０…スライドジャッキ １１…刃口
１２…推進・牽引ジャッキ １３…推進・牽引ジャッキ
１４…揚重機 １５…裏込注入材
１６…土留支保工 １７…土留Ｈ鋼
１８…継ボルト １９…鋼管内ばり
２０…横矢板 ２１…ベルトコンベア
２２…トロバケット ２２ａ…トロ台車レール
２３…砕石 ２４…ベースコンクリート
２５…コンクリート函体用基礎部 ２６…型枠
２７…コンクリート函体 ２８…発進部
２９…到達部 ３０…ラフテレーンクレーン
３１…ダンプトラック

Claims (5)

1. 使用するオープンシールド機は、機体をフロント部、ジャッキ部、テール部となる第１、第２、第３の分割体ブロックとし、フロント部とジャッキ部とを第１の推進・牽引ジャッキで連結し、ジャッキ部とテール部とを第２の推進・牽引ジャッキで連結し、フロント部は、ジャッキ部とテール部の自重と土圧による摩擦抵抗を反力にして前進させ、ジャッキ部は、フロント部とテール部の土圧と自重を反力に、前記第１の推進・牽引ジャッキは縮小、第２の推進・牽引ジャッキは伸長させることにより前進させ、テール部は、第２の推進・牽引ジャッキを作動してフロント部とジャッキ部の分割体ブロックを反力として第２の推進・牽引ジャッキで前方に牽引して前進させるものであり、
   第１工程としてこのオープンシールド機を使用して地山を掘削、掘進させ、
   第２工程としてオープンシールド機のテール部内に土留Ｈ鋼、横矢板を立込んで土留支保工を組立て、
   以後、前記第１工程と第２工程の作業を繰り返し、
   掘進終了後、土留支保工内の空間部に型枠を組み、場所打ちコンクリートでコンクリート函体を構築することを特徴としたオープンシールド機を用いた地下構造物の施工法。
2. 第１工程としてこのオープンシールド機を使用して地山を掘削、掘進させる場合に、掘削土砂はトロバケットで後方に搬出する請求項１記載のオープンシールド機を用いた地下構造物の施工法。
3. 土留支保工内の空間部に組む型枠は、コンクリート函体を構築とともに埋め殺す捨て型枠である請求項１または請求項２記載のオープンシールド機を用いた地下構造物の施工法。
4. 土留支保工は土留Ｈ鋼を矩形に枠組み、この矩形枠組を間隔を存して並列させ、継ボルトを有する鋼管内ばりで連結し、また、矩形枠組間に横矢板を配設した請求項１記載のオープンシールド機を用いた地下構造物の施工法。
5. 土留支保工組立後、オープンシールド機のテール部内に砕石を敷設し、その上にベースコンクリートを打設して、土留支保工底部を固定したコンクリート函体用基礎部を構築する請求項４記載のオープンシールド機を用いた地下構造物の施工法。

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