JPH07324591A - 地質変化に対応したシールド工事の施工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シールド掘進機３による掘進過程での極端な
地質変化に迅速に対応可能とし、工期の遅延を防止す
る。 【構成】 掘進予定経路Ｌに沿った地質調査と、この地
質調査によって判明した掘進予定経路Ｌ上の地質変化点
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３又はその近傍への立坑１１，１２，１
３の構築を、シールド掘進機３の到達に先行して行い、
シールド掘進機３が立坑１１（１２，１３）内に到達し
た時点でシールド掘進機３をいったん停止し、カッタフ
ェイス３２を前記立坑１１（１２，１３）より先の掘進
予定経路における地質の掘削に適合したものに取り替
え、掘進を再開する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シールド工事におい
て、地盤中をシールド掘進機により掘進する過程で地質
が種々変化する場合に、このような地質の変化に対応し
ながら施工する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、シールド工法による下水道工事等
は、図５に概略的に例示するように、掘進予定経路Ｌの
両端すなわちシールド工事の発進地点及び到達地点の地
盤に立坑１，２をそれぞれ構築し、発進側の立坑１から
到達側の立坑２へ向けて発進させたシールド掘進機３に
よって地中を掘削し、その掘削面に所要の覆工４を順次
施工することによって行われる。また、掘進の過程で地
質が極端に変化した場合は、例えばシルト・ローム層Ａ
からなる地盤の掘削に適したカッタフェイスを取り付け
たシールド掘進機３をそのまま岩盤層Ｄや礫及び巨礫層
Ｃ中へ掘進させようとしても、掘削効率が大幅に低下し
たり、掘削によって発生する土砂（ズリ）の取り込みが
円滑に行われなくなって、掘進速度が大幅に低下してし
まうため、一般にはシールド掘進機３を停止してからそ
のカッタフェイス３ａの前面に作業者が出て、カッタフ
ェイス３ａに設けられた図示されていないカッタビット
を地質に合致したものに取り替えるか、あるいはカッタ
フェイス３ａ自体を改造することによって対応してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、小口径の下
水道等を施工する場合は、シールド掘進機３が小口径で
あるため、カッタフェイス３ａの前面の地盤中に作業者
が出ることができないから、上述のようなカッタビット
の取り替え作業やカッタフェイス３ａの改造ができず、
カッタビットあるいはカッタフェイス３ａが地質に合わ
ない状態で掘進を行うことになって、工期の大幅な遅延
を来す問題がある。しかも、作業者が出られる場合であ
っても、シールド掘進機３が小口径のものではせいぜい
１人程度しか出られないので、作業能率が悪く、ビット
の交換作業等に数日もかかることがある。

【０００４】また、特に山岳地帯においては、図５に示
すように、シルト・ローム層Ａ，砂層Ｂ，礫及び巨礫層
Ｃ，及び岩盤層Ｄ等の極端に異なる地質が複雑に入り組
んだ褶曲構造になっているのが普通であるため、このよ
うな山岳地帯でのシールド工事においては、掘進して行
く過程で、掘削対象の地質がシルト・ローム層Ａ→岩盤
層Ｄ→礫及び巨礫層Ｃ→砂層Ｂというように頻繁に変化
する。顕著な例では、５０〜１００メートル程度の短い
距離を掘進する度に地質が極端に変化することがあり、
このような地質変化の都度、カッタフェイス３ａの前面
の地盤中に作業者が出て、数日かかってカッタビットの
交換やカッタフェイス３ａの改造を行うとすれば、その
作業の累積日数だけで数カ月にも及ぶことになる。特に
近年、シールド工法による下水道工事等は、大都市中心
部から郊外や周辺の小都市部へと移行しつつあり、その
結果、山岳地帯でのシールド工事が多くなって来ている
現状にあるため、掘進過程における地質の変化への迅速
な対応が望まれている。

【０００５】本発明は、上記のような事情のもとになさ
れたもので、その技術的課題とするところは、シールド
掘進機による掘進過程での極端な地質変化に迅速に対応
可能とし、工期の遅延を防止することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した技術的課題は、
本発明によって有効に解決することができる。すなわ
ち、本発明に係る地質変化に対応したシールド工事の施
工方法は、掘進予定経路に沿った地質調査と、この地質
調査によって判明した掘進予定経路上の地質変化点又は
その近傍への立坑の構築を、シールド掘進機の到達に先
行して行い、シールド掘進機が前記立坑内に到達した時
点でこのシールド掘進機をいったん停止して、その先端
のカッタフェイスを前記立坑より先の掘進予定経路にお
ける地質の掘削に適合したカッタフェイスに取り替えて
から、掘進を再開するものである。

【０００７】

【作用】上記構成によると、あらかじめ地質調査により
判明した掘進予定経路上の地質変化点に、シールド掘進
機の到達に先行して立坑を構築しておき、シールド掘進
機がこの立坑に到達したら、そのカッタフェイスを前記
立坑内で次の地質の地盤の掘削に合ったカッタフェイス
と交換するので、交換作業が容易にかつ短時間で行われ
る。また、地質調査や立坑の構築はシールド掘進機によ
る掘進とは独立かつ並行的に行うことができる。また、
前記地質変化点が山部や湖沼等の真下になる場合は、立
坑はこのような山部や湖沼を避けて前記地質変化点に極
力近い位置に構築される。

【０００８】

【実施例】図１乃至図４は、本発明による地質変化に対
応したシールド工事の施工方法の典型的な一実施例を示
すもので、図１は、先に説明した図５の山岳地帯でシー
ルド工事を行う場合を概略的に示している。この実施例
によれば、まず、図１に一点鎖線で示す掘進予定経路Ｌ
に沿った複数の地点で発進側から順次ボーリングによる
地質調査を行う。先に説明したとおり、図示の地層面に
おける参照符号Ａはシルト・ローム層、Ｂは砂層、Ｃは
礫及び巨礫層、Ｄは岩盤層である。この地質調査によっ
て、前記掘進予定経路Ｌ上の地質変化点、すなわち掘進
予定経路Ｌが地質の極端に異なる地盤同士の境界面と交
差する部分Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を推定することができる。
なお、Ｅは河川である。

【０００９】一方、掘進予定経路Ｌの両端のシールド発
進地点及びシールド到達地点には、山留壁１ａ，２ａを
打ち込み、この山留壁１ａあるいは２ａに囲まれた部分
の地盤を所要の深さまで掘削することによって、発進側
立坑１及び到達側立坑２を構築する。更にこの発進側立
坑１と到達側立坑２の間の掘進予定経路Ｌ上における前
記各地質変化点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３には、上述と同様にし
て、立坑１１，１２，１３を順次構築して行く。ここ
で、発進側からみた最初の地質変化点Ｐ１のように、そ
の位置が山腹Ｍ等の真下となる場合は、このような山腹
Ｍからの立坑の構築は困難であるから、前記地質変化点
Ｐ１の直近の平坦部もしくは谷部から立坑の構築を行
う。また、各立坑１１，１２，１３の構築は、その構築
箇所へのシールド掘進機３の到達に先行して完了すれば
良く、したがって、これら立坑１１，１２，１３の構築
作業は、シールド掘進機３による地中掘進作業と並行し
て行うことができる。

【００１０】シールド掘進機３による掘進工事自体は、
従来と同様、発進側立坑１から掘進予定経路Ｌに沿って
発進させたシールド掘進機３によって地中を掘削し、そ
の掘削面を覆工４することによって行われる。すなわ
ち、シールド掘進機３は、その概略的な構造を図２に示
すように、略円筒形のシールドフレーム３１の先端にそ
の軸心を中心にして回転可能に取り付けられたカッタフ
ェイス３２を、減速機構３３を介してモータ３４で回転
させることによって、前面の地盤を掘削しながら、その
掘削土（ズリ）を、カッタフェイス３２に形成されたス
リット３２ａを通じて、その背面に形成された圧力チャ
ンバ３５内に取り込み、更にスクリュコンベア３６及び
図示されていない排泥手段を介して、前記ズリを発進側
立坑１を通じて地上へ連続的に排泥するようになってい
る。また、シールドフレーム３１の後端では、掘削され
た坑内壁に、図示しない組立装置によって、土圧に耐え
るための覆工４を順次施工し、既設された覆工４の前端
に油圧ジャッキ３７を当てて後方へ押圧することによっ
て、その反力でシールド掘進機３の掘進方向への推進力
を得ている。

【００１１】カッタフェイス３２としては、図３に例示
するように、掘削対象となる地盤の地質に応じた多くの
種類のものがある。このうち、図３（ａ）に示すカッタ
フェイス３２Ａは、スリット３２ａに沿った多数のカッ
タビット３２１が固定されてシルト・ローム及び砂礫層
掘削に適合した構造を有するものであり、同（ｂ）に示
すカッタフェイス３２Ｂは、回転自在なチップインサー
トカッタ又はチップインサートディスクカッタ３２２と
スリット３２ａに沿った固定型のカッタビット３２３が
回転自在に設けられて岩盤層掘削に適合した構造を有す
るものであり、（ｃ）に示すカッタフェイス３２Ｃは、
回転自在なディスクカッタ３２４とスリット３２ａに沿
った固定型のカッタビット３２５が設けられて礫及び巨
礫層掘削に適合した構造を有するものである。

【００１２】この実施例においては、発進地点における
地盤がシルト・ローム層Ａからなることから、シールド
掘進機３には、発進側立坑１からの発進当初、シルト・
ローム及び砂礫層掘削用のカッタフェイス３２Ａが取り
付けられている。そして、図４に示すように、このシー
ルド掘進機３が最初の立坑１１までの第一区間Ｌ１の掘
進を終了してこの立坑１１内に到達したら、その時点で
いったんシールド掘進機３を停止し、機内の減速機構３
３における出力軸３３ａとカッタフェイスの中心軸３２
ｂとの連結を解除することによって前記カッタフェイス
３２Ａを取り外し、あらかじめ用意した岩盤層掘削用カ
ッタフェイス３２Ｂと取り替える。カッタフェイス３２
Ｂの取り付けが完了したら、シールド掘進機３の運転を
再開し、立坑１１の前方の掘進予定経路である第二区間
Ｌ２へ発進する。なお、当然ながら上述のカッタフェイ
ス交換作業は、立坑１１内に仮設された架台（図示省
略）等の上で行われる。

【００１３】最初の立坑１１から次の第二区間Ｌ２へ発
進したシールド掘進機３は、ほどなく最初の地質変化点
Ｐ１に達し、その時点から岩盤層Ｄ中での掘進が始まる
が、シールド掘進機３には既に岩盤層掘削用カッタフェ
イス３２Ｂを取り付けてあるから、岩盤層Ｄ中において
も効率良く掘進することができる。

【００１４】前記第二区間Ｌ２の岩盤層Ｄを掘進して行
くと、やがて礫及び巨礫層Ｃや砂層Ｂとの境界面である
次の地質変化点Ｐ２に達する。この地質変化点Ｐ２には
シールド掘進機３の到達に先行して立坑１２の構築が完
了しており、上述と同様に、この立坑１２内で、シール
ド掘進機３の岩盤層掘削用カッタフェイス３２Ｂをあら
かじめ用意した礫及び巨礫層掘削用のカッタフェイス３
２Ｃと取り替えることによって、立坑１２の前方の掘進
予定経路である第三区間Ｌ３の礫及び巨礫層Ｃ中を効率
良く掘進することができる。

【００１５】更に次の地質変化点Ｐ３においては、シー
ルド掘進機３の到達に先行して立坑１３の構築が完了し
ており、その前方の地盤が岩盤層Ｄであることから、シ
ールド掘進機３がこの立坑１３内に到達したら、その先
端の礫及び巨礫層掘削用カッタフェイス３２Ｃを再び岩
盤層掘削用カッタフェイス３２Ｂに取り替え、到達側立
坑２までの最後の第四区間Ｌ４の掘進を開始する。ま
た、この岩盤層掘削用カッタフェイス３２Ｂは、既に述
べた第二区間Ｌ２での掘進によって、チップインサート
カッタ又はチップインサートディスクカッタ３２２やカ
ッタビット３２３の一部が摩耗あるいは損傷した場合で
も、立坑１２においてシールド掘進機３から取り外され
た後、立坑１３で再び取り付けられるまでの期間中に、
地上で前記カッタ３２２等の交換や補修を行うことがで
きるから、第四区間での掘進を円滑に行うことができ
る。

【００１６】なお、上述の実施例においては、山岳地帯
でのシールド工事を例にして説明したが、平野部でのシ
ールド工事においても、掘進予定経路に極端に地質の異
なる複数種の地盤が存在することが予想される場合に
は、同様に適用することができる。また、シールド掘進
機３やカッタフェイス３２は、図２及び図３に例示した
以外にも多くの種類があり、その選択については、何ら
図示の例に限定されるものではない。

【００１７】

【発明の効果】本発明に係る施工方法によれば、地質調
査により事前に判明した掘進予定経路上の地質変化点又
はその近傍に、シールド掘進機の到達に先行して立坑を
構築し、この立坑に到達したシールド掘進機のカッタフ
ェイスを前記立坑内で次の地質の地盤の掘削に適合する
カッタフェイスと交換するので、次のような効果が実現
される。 (1) 山岳地帯でのシールド工事のように、掘進過程で地
質が極端かつ頻繁に変化しても、その地質変化に対応し
た適切なカッタフェイスが選択使用されるので、地質と
のカッタフェイスの不適合による工事の遅延が防止され
る。 (2) カッタフェイスの交換作業を容易・迅速に行うこと
ができるので、掘進途中でカッタフェイスの前面の地盤
中に作業者が出てカッタビットの交換やカッタフェイス
の改造を行う場合に比較して、地質変化に対応させるた
めの時間のロスを大幅に短縮して工期の遅延を防止する
ことができる。 (3) 地質調査や立坑の構築を、シールド掘進機による掘
進とは独立かつ並行的に行うことができるので、この地
質調査や立坑構築によるシールド工事の遅延を来さな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による山岳地帯でのシールド
工事を概略的に示す説明図である。

【図２】上記実施例のシールド工事に使用されるシール
ド掘進機の一例を示す概略的な断面図である。

【図３】上記実施例のシールド工事に使用されるシール
ド掘進機に選択的に取り付けられるカッタフェイスを例
示した説明図である。

【図４】上記実施例のシールド工事においてシールド掘
進機のカッタフェイスを立坑内で取り替える作業を概略
的に示す説明図である。

【図５】従来工法による山岳地帯でのシールド工事を概
略的に示す説明図である。

【符号の説明】

３ シールド掘進機 １１，１２，１３ 立坑 ３２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ カッタフェイス Ｌ 掘進予定経路 Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ 地質変化点

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘進予定経路に沿った地質調査と、この
   地質調査によって判明した掘進予定経路上の地質変化点
   又はその近傍への立坑の構築を、シールド掘進機の到達
   に先行して行い、シールド掘進機が前記立坑内に到達し
   た時点でこのシールド掘進機をいったん停止して、その
   先端のカッタフェイスを前記立坑より先の掘進予定経路
   における地質の掘削に適合したカッタフェイスに取り替
   えてから、掘進を再開することを特徴とする地質変化に
   対応したシールド工事の施工方法。