(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地山に固定金具を用いて固定された切削可能な土留め壁を、シールドマシンで切削して、前記地山に横坑を掘削するシールド掘削工法であって、
前記土留め壁と向かい合う位置に、前記シールドマシンを設置する工程と、
前記シールドマシンを前進させて前記土留め壁を押さえる工程と、
前記シールドマシンで前記土留め壁を押さえた状態で、前記固定金具を撤去する工程と、
前記シールドマシンを発進させて前記土留め壁を切削除去する工程とを有し、
前記土留め壁が、複数の切削可能な土留め杭によって形成されており、
前記土留め壁は、複数の土留め杭にわたって横設された切削可能な支保工によって補強されていることを特徴とするシールド掘削工法。
【請求項２】
前記シールドマシンで前記支保工を押さえることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘削工法。
【請求項３】
前記シールドマシンで前記土留め壁を押さえる前に、前記支保工と前記シールドマシンとの間に隙間を確保するためのスペーサを前記支保工に設置しておき、
前記シールドマシンで前記土留め壁を押さえる際に、前記シールドマシンを前記スペーサに押し付けることを特徴とする請求項２に記載のシールド掘削工法。
【請求項４】
前記シールドマシンで前記土留め壁を押さえる前に、前記土留め壁と前記シールドマシンとの間に隙間を確保するためのスペーサを前記土留め壁に設置しておき、
前記シールドマシンで前記土留め壁を押さえる際に、前記シールドマシンを前記スペーサに押し付けることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘削工法。
【請求項５】
前記固定金具を撤去した後、前記シールドマシンを発進させる前に、前記土留め壁と前記シールドマシンとの間の空間に、セメント混合土を充填することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のシールド掘削工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削可能な土留め壁をシールドマシンで切削して、横坑を掘削するシールド掘削工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールドマシン（シールド掘削機）によって横坑を掘削するシールド掘削工法では、横坑の掘削を開始する地点に土留め壁を構築し、シールドマシンまたは人力によって土留め壁の一部を撤去した後、シールドマシンによって地山に横坑を掘削している。
【０００３】
例えば、特許文献１のシールド掘削工法では、土留め壁を構築後、土留め壁の裏側の地山にアンカーを打設して、アンカーによって土留め壁を地山に固定している。そして、土留め壁の裏側の地山を凍結させて、土留め壁にかかる土圧および水圧を低減させてから、アンカーおよびアンカーを土留め壁に固定する固定具を撤去し、その後、土留め壁の一部を撤去して、シールドマシンによって横坑を掘削している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２３４４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のシールド掘削工法では、地山を凍結させているため、凍結のための設備が大掛かりであると共に、温度管理が難しいため、コスト高となる。
また、凍結処理の代わりに、セメント系薬液を地山に注入するセメント処理などの地盤改良を行う場合においても、凍結する場合と同程度に土水圧を低減させるには、大規模な地盤改良を行わなければならず、コスト高となる。
【０００６】
また、土留め壁の剛性を高くすれば、大規模な地盤改良を行わなくても、土留め壁がアンカー撤去後の土水圧に耐えることは可能であるが、この場合、土留め壁を構成する土留め杭の形状が大きくなると共にその重量が重くなるため、土留め杭の運搬作業や打設作業が大変になる。
【０００７】
そこで、本発明は、土留め壁の剛性を高めたり大規模な地盤改良を行わなくても済むシールド掘削工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００８】
第１の発明のシールド掘削工法は、地山に固定金具を用いて固定された切削可能な土留め壁を、シールドマシンで切削して、前記地山に横坑を掘削するシールド掘削工法であって、前記土留め壁と向かい合う位置に、前記シールドマシンを設置する工程と、前記シールドマシンを前進させて前記土留め壁を押さえる工程と、前記シールドマシンで前記土留め壁を押さえた状態で、前記固定金具を撤去する工程と、前記シールドマシンを発進させて前記土留め壁を切削除去する工程とを有し、前記土留め壁が、複数の切削可能な土留め杭によって形成されており、前記土留め壁は、複数の土留め杭にわたって横設された切削可能な支保工によって補強されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によると、シールドマシンによって土留め壁を押さえて、土留め壁にかかる土水圧をシールドマシンで受けながら、土留め壁を地山に固定する固定金具を撤去するため、シールドマシンで土留め壁を押さえずに固定金具を撤去するシールド掘削工法に比べて、固定金具の撤去後に土留め壁が受ける負荷を低減できる。そのため、土留め壁の剛性を低くできる。
また、シールドマシンによって土留め壁にかかる土水圧を受けるため、土留め壁の裏側の地山の状態によっては、地山の土水圧を低減するための地盤改良を行わなくても済む。また、地盤改良を行う場合であっても、シールドマシンによって土留め壁を押さえずに固定金具を撤去する場合ほど土水圧を低減しなくてよいため、地盤改良の規模を小さくできる。
【００１１】
さらに、土留め壁に設置される支保工が切削可能であるため、土留め壁に支保工が設置された状態のまま、シールドマシンによって土留め壁を切削することができる。そのため、支保工が切削可能でなく、横坑を掘削する前に支保工を撤去するシールド掘削工法に比べて、作業を簡易化できると共に、土留め壁の剛性を低くできる。
【００１２】
第２の発明のシールド掘削工法は、第１の発明において、前記シールドマシンで前記支保工を押さえることを特徴とする。
【００１３】
この構成によると、複数の土留め杭にわたって横設された支保工をシールドマシンで押さえるため、シールドマシンで土留め壁を直接押さえる場合よりも、１つの接触箇所においてより多くの土留め杭を押さえることができる。したがって、広範囲の土留め壁を押さえることができる。
また、支保工によって土留め壁とシールドマシンとの間に隙間を確保することができるため、固定金具の撤去作業が行いやすい。
【００１４】
第３の発明のシールド掘削工法は、第２の発明において、前記シールドマシンで前記土留め壁を押さえる前に、前記支保工と前記シールドマシンとの間に隙間を確保するためのスペーサを前記支保工に設置しておき、前記シールドマシンで前記土留め壁を押さえる際に、前記シールドマシンを前記スペーサに押し付けることを特徴とする。
【００１５】
この構成によると、スペーサによって支保工とシールドマシンとの間に隙間が確保されるため、固定金具の撤去作業が行いやすい。
また、土留め壁に直交する方向に関して固定金具が支保工よりも突出している場合であっても、スペーサが固定金具よりも突出していれば、固定金具がシールドマシンに接触するのを防止できる。
【００１６】
第４の発明のシールド掘削工法は、第１の発明において、前記シールドマシンで前記土留め壁を押さえる前に、前記土留め壁と前記シールドマシンとの間に隙間を確保するためのスペーサを前記土留め壁に設置しておき、前記シールドマシンで前記土留め壁を押さえる際に、前記シールドマシンを前記スペーサに押し付けることを特徴とする。
【００１７】
この構成によると、スペーサによって土留め壁とシールドマシンとの間に隙間が確保されるため、固定金具の撤去作業が行いやすい。
また、土留め壁に直交する方向に関してスペーサを固定金具よりも突出させることで、固定金具がシールドマシンに接触するのを防止できる。
【００１８】
第５の発明のシールド掘削工法は、第１〜第４のいずれかの発明において、前記固定金具を撤去した後、前記シールドマシンを発進させる前に、前記土留め壁と前記シールドマシンとの間の空間に、セメント混合土を充填することを特徴とする。
【００１９】
この構成によると、土留め壁とシールドマシンとの間の空間にセメント混合土が充填されるため、シールドマシンによって土留め壁を切削する際に、土留め壁の破片が飛散するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係るシールド掘削工法において形成される発進用立坑の断面図である。
【図２】図１の発進用立坑内から切削可能な土留め壁を見た図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】発進用立坑内で坑口コンクリートを打設した直後の状態を示す図である。
【図６】発進用立坑内でシールドマシンを組み立てた直後の状態を示す図である。
【図７】シールドマシンの斜視図である。
【図８】シールドマシンで土留め壁を押さえた直後の状態を示す図である。
【図９】固定金具（頭部金具およびアンカー）を撤去した直後の状態を示す図である。
【図１０】シールドマシンで土留め壁を切削する直前の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明の実施の形態に係るシールド掘削工法について図面を用いて説明する。
【００２２】
（土留め壁構築工程）
まず、発進用立坑１を形成する地盤に土留め杭３を打設して、上方から見て矩形状の土留め壁２を構築する（図１および図２参照）。土留め壁２のうち横坑の開始位置となる面は、シールドマシン２５によって切削可能な例えばＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製の土留め杭３Ａと鋼鉄製の土留め杭３Ｂとを連結させた土留め杭と、その両側に配置した鋼鉄製の土留め杭３Ｂによって形成する（図２参照）。その他の面は、鋼鉄製の土留め杭３Ｂによって形成する。土留め壁２のうち土留め杭３Ａで形成された部分を、土留め壁２Ａとする。なお、切削可能な土留め杭３Ａには、後述するブラケット１１を取り付けるためのインサートナット４（図４参照）を埋め込んでおく。
【００２３】
土留め杭３の幅は例えば３０ｃｍ程度である。土留め杭３は、例えば６０ｃｍ程度の間隔で打設する。土留め杭３の間隔は地盤の状態に応じて決定する。土留め杭３の隙間から地山が崩れないように、土留め杭３の周辺の地盤には、セメント処理などの地盤改良を行う。また、地盤の状態に応じて土留め壁２Ａの裏側の地山を地盤改良する。
【００２４】
（発進用立坑掘削・支保工設置工程）
図１に示すように、土留め壁２で囲まれた領域を掘削する。このとき、所定の深さを掘削するごとに、土留め壁２に支保工を設置する。具体的には、土留め壁２Ａよりも上側の部分には、鋼鉄製の腹起し５と切梁６を配置する。また、土留め壁２Ａには、アンカー１０と腹起し９を配置し、土留め壁２Ａに対向する部分には、アンカー８と鋼鉄製の腹起し７を配置する。
【００２５】
土留め壁２Ａにアンカー１０と腹起し９を配置する手順について説明する。土留め杭３Ａのインサートナット４から下方に約１ｍの位置まで掘削したら、土留め壁２Ａの裏側の地山にアンカー１０を打ち込んで、その先端部を地山に注入したグラウト材によって地山に固定する。アンカー１０は、ＰＣ鋼線などの金属線からなる緊張材と、緊張材を覆うシースとを有する。地山に固定された部分をアンカー体１０ａという。図３に示すように、アンカー１０は、土留め杭３Ａのピッチの２倍のピッチで、隣接する土留め杭３Ａの間に打設する。また、図４に示すように、アンカー１０は、後述する２段式の腹起し９の隙間に対応する位置から斜め下向きに打ち込む。
【００２６】
次に、土留め杭３Ａに設けられたインサートナット４にブラケット１１をボルトで固定した後、このブラケット１１の上に腹起し９を載置する。本実施形態では、２本の腹起し９が上下に近接して並んで配置されており、２段式の腹起しとなっている。ブラケット１１および腹起し９は、シールドマシン２５によって切削可能であって、例えばＦＲＰ製である。
【００２７】
アンカー１０の頭部が挿通された頭部金具１２を、腹起し９にボルトで固定してから、アンカー１０の緊張材に緊張力を与えて、緊張材を頭部金具１２に固定する。なお、ブラケット１１を固定後または土留め壁２Ａに腹起し９を設置後にアンカー１０を打設してもよいが、ブラケット１１や腹起し９があるとアンカー１０を打設しにくいので、本実施形態のようにブラケット１１と腹起し９を設置する前にアンカー１０を打設することが好ましい。
【００２８】
土留め壁２Ａの表面に凹凸があって、土留め壁２Ａと腹起し９との間に隙間が生じる場合には、この隙間を楔で埋める。楔は、シールドマシン２５によって切削可能であって、例えばＦＲＰ製の板部材からなる。楔の代わりに、モルタルによって隙間を埋めてもよい。
【００２９】
次に、腹起し９に複数のスペーサ１３をボルトで固定する。スペーサ１３は、シールドマシン２５によって切削可能であって、例えばＦＲＰ製である。スペーサ１３は、アンカー１０と同じピッチで、隣接する頭部金具１２の間に設置する。なお、図４および図３では、スペーサ１３を直方体状に簡略化して表示しているが、実際の形状は例えば断面Ｈ状であってもよい。
【００３０】
（床付コンクリート打設工程）
その後、所定の深さまで掘削して、発進用立坑１を形成したら、立坑１の底に床付コンクリート２０を打設する。
【００３１】
（坑口コンクリート打設工程）
次に、図５に示すように、横坑の開始位置となる土留め壁２の前面に坑口コンクリート２１を打設して土留め壁２を補強する。また、坑口コンクリート２１の坑口には、シールドマシン２５と坑口との隙間を防ぐためのエントランスパッキン２２を設置する。
【００３２】
（シールドマシン準備工程）
その後、図６に示すように、発進用立坑１内において、マシン受け台２３と、シールドマシン２５と、マシン反力架台２４を組み立てる。マシン反力架台２４は、シールドマシン２５を土留め壁２Ａに押し付ける反力を確保するためのものである。
【００３３】
図７に示すように、シールドマシン２５は、土圧式のシールドマシンであって、その前端部には、中央の軸２７から放射状に延びるスポーク２８が設けられている。スポーク２８および軸２７の先端には、カッタービット２６が、合計数十個から数百個程度設けられている。シールドマシン２５は、軸２７およびスポーク２８を回転せつつ、カッタービット２６を回転させることで、掘削できるようになっている。また、スポーク２８の後方には、シールドマシン２５の内部を前後に区切る隔壁２９が設けられている。隔壁２９には、掘削した土砂等をマシンの後方部に排出するための開口（図示省略）や、作業員が出入りするための開閉可能な出入口（図示省略）等が設けられている。
【００３４】
（シールドマシンによる押圧工程）
次に、図８に示すように、シールドマシン２５を前進させて、カッタービット２６をスペーサ１３に押し付ける。複数のスペーサ１３のいずれかとカッタービット２６との間に隙間が生じる場合には、この隙間を楔で埋める。楔は、例えば１０ｃｍ四方程度の大きさの薄鉄板や、シールドマシン２５によって切削可能なＦＲＰ製の薄板からなる。
【００３５】
（金具撤去工程）
そして、図９に示すように、カッタービット２６をスペーサ１３に押し付けた状態（シールドマシン２５によって土留め壁２Ａを押さえた状態）で、頭部金具１２を撤去した後、アンカー１０の緊張材を引っ張ってアンカー１０を地山から撤去する。なお、アンカー体１０ａは地中に残ったままとなる。本実施形態では、頭部金具１２およびアンカー１０の緊張材が、本発明の固定金具に相当する。
【００３６】
（セメント混合土充填工程）
次に、図１０に示すように、坑口コンクリート２１とシールドマシン２５の側面との隙間を塞ぐように、型枠（図示省略）を設置して、土留め壁２Ａとシールドマシン２５の隔壁２９との間の空間に、セメント混合土３０を充填する。
【００３７】
（発進工程）
セメント混合土３０が硬化して、安定した地盤強度になったら、シールドマシン２５を発進させて、シールドマシン２５によって、スペーサ１３、腹起し９、および土留め壁２Ａを切削除去する。さらにシールドマシン２５を前進させて、地山に横坑を掘削する。なお、掘削される地山中にはアンカー体１０ａが埋まっているが、アンカー体１０ａは小さいため、掘削の邪魔にはならない。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態のシールド掘削工法では、シールドマシン２５によって土留め壁２Ａを押さえて、土留め壁２Ａにかかる土水圧をシールドマシン２５で受けながら、頭部金具１２およびアンカー１０を撤去している。そのため、シールドマシンによって土留め壁を押さえずに頭部金具等を撤去するシールド掘削工法に比べて、頭部金具１２等の撤去後に土留め壁２Ａが受ける負荷を低減できるため、土留め壁２Ａの剛性を低くできる。
また、シールドマシン２５によって土留め壁２Ａにかかる土水圧を受けるため、土留め壁２Ａの裏側の地山の状態によっては、地山の土水圧を低減するための地盤改良を行わなくても済む。また、地盤改良を行う場合であっても、シールドマシン２５によって土留め壁２Ａを押さえずに固定金具を撤去する場合ほど土水圧を低減しなくてよいため、地盤改良の規模を小さくできる。
【００３９】
また、本実施形態では、土留め壁２Ａに設置される腹起し９およびブラケット１１が切削可能であるため、土留め壁２Ａに腹起し９およびブラケット１１が設置された状態のまま、シールドマシン２５によって土留め壁２Ａを切削することができる。そのため、腹起しおよびブラケットが切削可能でなく、横坑を掘削する前に腹起し等を撤去するシールド掘削工法に比べて、土留め壁２Ａの剛性を低くできる。
【００４０】
また、シールドマシン２５で土留め壁２を直接押さえた場合、１つの接触箇所につき１本の土留め杭３Ａしか押さえることができないが、本実施形態では、複数の土留め杭３Ａにわたって横設された腹起し９をシールドマシン２５で押さえているため、１つの接触箇所で多数の土留め杭３Ａを押さえることができる。したがって、広範囲の土留め壁２Ａを押さえることができる。
【００４１】
また、本実施形態では、腹起し９に設置されたスペーサ１３にシールドマシン２５を接触させており、腹起し９とシールドマシン２５との間に隙間を確保できるため、頭部金具１２およびアンカー１０の撤去作業が行いやすい。
【００４２】
また、シールドマシン２５を腹起し９に接触させた場合、頭部金具１２およびアンカー１０の頭部がシールドマシン２５と接触する虞があるが、本実施形態では、土留め壁２Ａに直交する方向に関してスペーサ１３がアンカー１０の頭部よりも突出しており、スペーサ１３にシールドマシン２５を接触させているため、頭部金具１２およびアンカー１０の頭部がシールドマシン２５に接触するのを防止できる。
【００４３】
また、本実施形態では、土留め壁２Ａとシールドマシン２５の隔壁２９との間の空間にセメント混合土３０が充填されるため、シールドマシン２５によって土留め壁２Ａや腹起し９等を切削する際に、土留め壁２Ａ等の破片が飛散するのを防止できる。
【００４４】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。
【００４５】
シールドマシン２５の構成（例えばスポーク２８の数や配置等）は、上記実施形態のものに限定されない。例えば、泥水式のシールドマシンであってもよい。
【００４６】
上記実施形態では、アンカー１０の緊張材として、ＰＣ鋼線などの金属線を用いたが、シールドマシン２５によって切削可能な例えばＦＲＰ製の線材を用いてもよい。ＦＲＰの補強繊維としては、アラミド、カーボン、ガラス等が挙げられる。この変更例の場合、金具撤去工程において、シールドマシン２５のカッタービット２６をスペーサ１３に押し付けながら、頭部金具１２を撤去し、アンカーはそのまま残してよい。この場合、頭部金具１２のみが、本発明の固定金具に相当する。
【００４７】
スペーサ１３を設けずに、カッタービット２６を腹起し９に直接押し付けて、頭部金具１２およびアンカー１０を撤去してもよい。但し、隣接するスポーク２８の間に頭部金具１２が位置するようにスポーク２８の角度を調整して、頭部金具１２およびアンカー１０の頭部がシールドマシン２５と接触しないようにする必要がある。
【００４８】
また、スペーサ１３を設けずに、カッタービット２６を土留め壁２Ａに直接押し付けて、頭部金具１２およびアンカー１０を撤去してもよい。但し、隣接するスポーク２８の間に頭部金具１２および腹起し９が位置するようにスポーク２８の角度を調整して、腹起し９、頭部金具１２およびアンカー１０の頭部がシールドマシン２５と接触しないようにする必要がある。
【００４９】
上記実施形態では、頭部金具１２は腹起し９に設置されているが、土留め壁２Ａに直接設置してもよい。この変更例の場合、土留め壁２Ａに直交する方向に関してアンカー１０の頭部が腹起し９よりも突出しないようにできる。この場合、スペーサ１３を設けずに、カッタービット２６を腹起し９に直接押し付けて、頭部金具１２およびアンカー１０を撤去してもよい。
【００５０】
上記実施形態では、スペーサ１３を腹起し９に設置しているが、スペーサ１３を土留め壁２Ａに直接設置して、カッタービット２６をスペーサ１３に押し付けて、頭部金具１２およびアンカー１０を撤去してもよい。
【００５１】
横坑の径が小さい場合には、土留め壁２Ａに腹起し９を設置しなくてもよい。この場合、カッタービット２６を、土留め壁２Ａに設置したスペーサ１３に押し付けるか、土留め壁２Ａに直接押し付けて、頭部金具１２およびアンカー１０を撤去する。後者の場合、隣接するスポーク２８の間に頭部金具１２が位置するようにスポーク２８の角度を調整して、頭部金具１２およびアンカー１０の頭部がシールドマシン２５と接触しないようにする必要がある。
【００５２】
上記実施形態では、土留め壁２Ａに、２段式の腹起しを１つだけ設置しているが、２段式の腹起しを２つ以上設置してもよい。
【００５３】
上記実施形態では、土留め壁２Ａを支える支保工は、２段式の腹起し９で構成されているが、切削可能であれば、これ以外の構成の支保工であってもよい。
【００５４】
上記実施形態は、矩形状の発進用立坑を形成して横坑を掘削するシールド掘削工法に本発明を適用した一例であるが、本発明の適用対象はこれに限定されない。例えば、矩形状以外の多角形状の発進用立坑を形成するシールド掘削工法に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１  発進用立坑
２  土留め壁
２Ａ  土留め壁（切削可能な土留め壁）
３  土留め杭
３Ａ  土留め杭（切削可能な土留め杭）
３Ｂ  鋼鉄製の土留め杭
４  インサートナット
５  鋼鉄製の腹起し
６  切梁
７  鋼鉄製の腹起し
８  アンカー
９  腹起し（切削可能な支保工）
１０  アンカー
１０ａ  アンカー体
１１  ブラケット
１２  頭部金具
１３  スペーサ
２０  床付コンクリート
２１  坑口コンクリート
２２  エントランスパッキン
２３  マシン受け台
２４  マシン反力架台
２５  シールドマシン
２６  カッタービット
２７  軸
２８  スポーク
２９  隔壁
３０  セメント混合土
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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