(57)【要約】【課題】都市部、住宅近隣地、近隣の地下水位を下げたくない現場などにおいて坑口を効率的に形成できる坑口形成方法を提供する。【解決手段】本発明の坑口形成方法は、立坑２に設けられた土留め壁３にシールドマシンの発進用又は到達用の坑口を形成する坑口形成方法において、土留め壁の坑口形成部分４に土留め壁３の壁面８０から土留め壁の内部に延長する放電用孔８２を形成し、放電用孔８２内に放電破砕装置５の電極４０の放電部４６と放電部を取り囲む圧力伝達媒体８３とを設置した後に、電極４０に電圧を印加して放電させることによって坑口形成部分４を破砕して坑口を形成したことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立坑に設けられた土留め壁にシールドマシンの発進用又は到達用の坑口を形成する坑口形成方法において、土留め壁の坑口形成部分に土留め壁の壁面から土留め壁の内部に延長する放電用孔を形成し、放電用孔内に放電破砕装置の電極の放電部と放電部を取り囲む圧力伝達媒体とを設置した後に、電極に電圧を印加して放電させることによって坑口形成部分を破砕して坑口を形成したことを特徴とする坑口形成方法。
【請求項２】
土留め壁の壁面から土留め壁の内部に向けて斜め下方向に延長する放電用孔を形成したことを特徴とする請求項１に記載の坑口形成方法。
【請求項３】
坑口形成部分において坑口の周面となる部分に沿って自由面形成孔を形成した後に放電用孔内での放電を行ったことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の坑口形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市部、住宅近隣地、近隣の地下水位を下げたくない現場などにおいて放電によって坑口を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
立坑の土留め壁にシールドマシンの発進又は到達用の坑口を形成する際、土留め壁の坑口形成部分を発破により破砕して撤去することで坑口を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−２４６７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、土留め壁の坑口形成部分を発破により破砕する方法では、破砕時の音（爆発音）が大きいために、都市部、住宅近隣地などにおいては使用できない。また、発破を用いた場合には近隣の地盤への影響が大きく、近隣の地下水位を下げたくない現場などにおいては使用できないことが多い。即ち、発破を用いる方法では、使用できる場所が限られてしまうという問題点があった。
本発明は、上記問題点に鑑み、都市部、住宅近隣地、近隣の地下水位を下げたくない現場などにおいて坑口を効率的に形成できる坑口形成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の坑口形成方法は、立坑に設けられた土留め壁にシールドマシンの発進用又は到達用の坑口を形成する坑口形成方法において、土留め壁の坑口形成部分に土留め壁の壁面から土留め壁の内部に延長する放電用孔を形成し、放電用孔内に放電破砕装置の電極の放電部と放電部を取り囲む圧力伝達媒体とを設置した後に、電極に電圧を印加して放電させることによって坑口形成部分を破砕して坑口を形成したことを特徴とする。
土留め壁の壁面から土留め壁の内部に向けて斜め下方向に延長する放電用孔を形成したことも特徴とする。
坑口形成部分において坑口の周面となる部分に沿って自由面形成孔を形成した後に放電用孔内での放電を行ったことも特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の坑口形成方法によれば、都市部、住宅近隣地、近隣の地下水位を下げたくない現場などにおいて坑口を効率的に形成できる。
放電用孔を、土留め壁の壁面から土留め壁の内部に向けて斜め下方向に延長するように形成したので、放電用孔内に充填される圧力伝達媒体の放電用孔からの洩れを防止できる。よって、圧力伝達媒体中での放電を維持できるので、破砕力の低下を防止できる。
坑口形成部分において坑口の周面となる部分に沿って自由面形成孔を形成したので、放電により生じた亀裂が自由面に到達しやすくなり、坑口形成部分を効率的に破砕できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１乃至図７は最良の形態１を示し、図１は坑口形成装置を示し、図２は坑口形成部分を備えた土留め壁を正面から見て示し、図３は土留め壁の断面を示し、図４は芯柱体を分解して示し、図５は芯柱体の接続部による接続を示し、図６は放電破砕装置を示し、図７は間隔保持材による電線間の間隔保持状態を断面で示す。
【０００７】
図１に示すように、坑口形成装置１は、立坑２の土留め壁３に設けられた坑口形成部分４、放電破砕装置５を備える。
【０００８】
図２に示すように、土留め壁３は、地盤の地山７に複数の土留め柱体５１が横に複数並設されたことによって形成される。図３に示すように、土留め柱体５１は、芯柱体５２、止水部５３を備える。止水部５３は、例えば、強度の小さいソイルセメントと呼ばれるような固化材により形成される。図４に示すように、芯柱体５２は、坑口形成部５５と鋼材５６とを備える。
【０００９】
坑口形成部５５は、例えば高強度モルタル又はコンクリートのような固化材により形成される。坑口形成部５５は、上下に設けられた鋼材接続用の接続部５７とを備える。このような坑口形成部５５は、接続部５７の一部が図外の型枠の両端より突出するように接続部５７が型枠に設置された状態で、型枠内に固化材を充填して硬化させることによって形成できる。坑口形成部５５の上の接続部５７ａに上部鋼材５６ａが繋がれ、坑口形成部５５の下の接続部５７ｂに下部鋼材５６ｂが繋がれる。接続部５７及び鋼材５６は例えばＨ形鋼により形成される。接続部５７と鋼材５６との接続は、リベット継手、溶接、ボルト及びナット等の接続手段により接続される。例えば、図５に示すように、接続部５７と鋼材５６とがこれらボルト５９ａ及びナット５９ｂで連結された連結板６０によって互いに接続されたことによって、上部鋼材５６ａと下部鋼材５６ｂとの間に坑口形成部５５が設けられた芯柱体５２が形成される。尚、坑口形成部分４の径は図外のシールドマシンの外径以上に設定され、芯柱体５２の長さは地上１０から坑口形成部分４を超えた長さに形成される。芯柱体５２の上部鋼材５６ａや下部鋼材５６ｂや坑口形成部５５の長さは、坑口形成部分４の場所によって各々異なる。即ち、上の接続部５７ａには坑口形成部分４の上端部から地上１０までの長さに合わせた長さの上部鋼材５６ａが接続され、下の接続部５７ｂには坑口形成部分４の下端部から土留め壁３の下端までの長さに合わせた長さの鋼材５６が接続されることによって、芯柱体５２が形成される。
【００１０】
最良の形態１の芯柱体５２によれば、坑口形成部５５が高強度モルタル又はコンクリートのような固化材により形成されたので、シールドマシンのカッタで切削可能な炭素繊維含有コンクリートなどの材料で形成された坑口形成部分を備えた構成と比べて、芯柱体５２及びこれを用いた土留め壁３のコスト、ひいては、坑口形成作業に係るコストを削減できる。尚、この芯柱体５２によって坑口形成前の土留め壁３の強度を持たせているとともに、坑口形成部５５が後述する放電によって壊れやすい高強度モルタル又はコンクリートのような固化材のみにより形成されたので、坑口形成部５５を後述する放電破砕装置５による放電で容易に壊せて、シールドマシンの負担を軽減できる。
【００１１】
土留め壁３の形成方法を説明する。地上１０からアースオーガーのような掘削機械を使用して地盤の地山７を掘削して地山７の深さ方向に断面円形の孔９９（図１；３参照）を形成する。この場合、孔９９を形成しながら孔９９内に止水部５３を形成する固化材としてのセメントミルクを注入し、現位置の土砂と攪拌してソイルセメントを形成していく。孔９９を所望の深さまで形成した後に、未固結状態のソイルセメントが入った孔９９内に、芯柱体５２を下部鋼材５６ｂ側から建て込むことによって、硬化したソイルセメントが止水部５３として機能する。図２に示すように、複数の土留め柱体５１が横に複数並設されることによって、複数の土留め柱体５１の坑口形成部５５から成る坑口形成部分４を備えた土留め壁３が形成される。
尚、図２の４Ａは坑口形成部分４に形成しようとする坑口の予想線である。また、図３の左の土留め柱体５１の断面は土留め柱体５１の上部鋼材５６ａの部分を切断した断面を図示し、図３の中央の土留め柱体５１の断面は土留め柱体５１の坑口形成部５５の部分を切断した断面を図示し、図３の右の土留め柱体５１の断面は土留め柱体５１の下部鋼材５６ｂの部分を切断した断面を図示した。
【００１２】
図６；７を参照し、放電破砕装置５を説明する。放電破砕装置５は、電源装置８、電極装置９を備える。
電源装置８は、昇圧装置１２、パルスパワー出力装置１３を備える。昇圧装置１２は、電源電圧入力部１４Ａ、図外の変圧器を備えた昇圧回路１５、出力部１４を備える。昇圧回路１５は、電源電圧入力部１４Ａに接続された電源ケーブル１４Ｃ経由で三相交流２００Ｖ電源電圧を入力して例えば直流２２ｋＶの電圧を生成し、直流２２ｋＶの電圧を出力部１４より出力する。出力部１４は、正極端子１４ａと負極端子１４ｂとを備える。パルスパワー出力装置１３は、入力端子１６、充電回路１７、出力部としての電極接続部１８を備える。入力端子１６は、正極端子１６ａと負極端子１６ｂとを備える。電極接続部１８は、正極端子１８ａと負極端子１８ｂとを備える。充電回路１７は、正極線１７ａ、負極線１７ｂ、コンデンサ装置１９、コンデンサ装置接続部２０、スイッチ２１；２２を備える。正極線１７ａには、スイッチ２１とスイッチ２２とが直列に接続される。正極線１７ａの一端が入力端子１６の正極端子１６ａに接続され、正極線１７ａの他端が電極接続部１８の正極端子１８ａに接続される。負極線１７ｂの一端が入力端子１６の負極端子１６ｂに接続され、負極線１７ｂの他端が電極接続部１８の負極端子１８ｂに接続される。コンデンサ装置接続部２０は、正極線１７ａにおけるスイッチ２１とスイッチ２２との間に並列に接続された複数の正極接続端子２０ａと、負極線１７ｂに並列に接続された複数の負極接続端子２０ｂとを備える。１対の正極接続端子２０ａと負極接続端子２０ｂとによりコンデンサ装置１９を１つ接続するためのコンデンサ装置接続端子２０Ａが形成される。即ち、コンデンサ装置接続部２０は、複数のコンデンサ装置接続端子２０Ａを備えるため、昇圧装置１２及び電極接続部１８に複数のコンデンサ装置１９を接続可能である。コンデンサ装置接続部２０は、例えば６個のコンデンサ装置接続端子２０Ａを備え、１個から６個までの任意の数のコンデンサ装置１９を接続可能である。即ち、コンデンサ装置１９を１個から６個まで任意に増減可能な電源装置８を得ることができる。スイッチ２１はコンデンサ装置１９に昇圧装置１２から供給された電圧を充電させるためのスイッチ、スイッチ２２はコンデンサ装置１９に充電された電荷を放電させて電極接続部１８経由で電極装置９に出力させるためのスイッチである。図示しないが、充電回路１７は接地（アース）されている。
【００１３】
電極装置９は、接続コード部３１、電極部３２を備える。接続コード部３１は、電源装置８の電極接続部１８の正極端子１８ａ及び負極端子１８ｂの各々に接続される正極端子３５ａ及び負極端子３５ｂを備えた入力側コネクタ３５と、電極部３２の電極接続コネクタ３６に接続される出力側コネクタ３７と、入力側コネクタ３５と出力側コネクタ３７とを接続する電気接続コード３８とを備える。
電極部３２は、出力側コネクタ３７と接続される電極接続コネクタ３６と、電極４０とを備える。つまり、電極部３２は、接続コード部３１の出力側コネクタ３７に着脱可能な電極接続コネクタ３６を備え、電極接続コネクタ３６が電線４３を着脱自在に接続できる図外の電線取付部を備えるため、後述するワイヤ電極４１を容易に交換できる。
【００１４】
図６に示すように、電極４０は、例えば、ワイヤ電極４１、あるいは、同軸電極４２を用いる。
ワイヤ電極４１は、電線４３が切断され、電線４３の切断面と電線４３の切断面との間が間隔保持材４５によって一定の放電間隔（ギャップ）に維持されたことによって放電部４６が形成された構成である。電線４３は、例えば線径２ｍｍ〜３ｍｍ程度の銅線のような導体線の周囲がビニル樹脂などの樹脂で被覆された線径４ｍｍ〜５ｍｍ程度の、いわゆる被覆線により形成される。ワイヤ電極４１は放電部４６を１つ以上備える。
【００１５】
図７に示すように、間隔保持材４５は、筒状に形成され、筒孔の両端部により形成された電線固定部６１；６２と、筒孔の中央部により形成された間隔維持部６３とを備える。電線固定部６１；６２の孔径は電線４３が嵌合する寸法の径に形成される。間隔維持部６３の孔径は電線固定部６１；６２の径よりも小さい径に形成される。電線固定部６１、電線固定部６２、間隔維持部６３の中心軸は同一である。間隔維持部６３と電線固定部６１；６２との段差部である段差面によりストッパとしての電線端面突当面６４；６５が形成される。
電線固定部６１；６２に嵌合された電線４３；４３の端面がそれぞれ電線端面突当面６４；６５に突き当てられた状態で、間隔保持材４５と電線４３とが図外の接着テープや接着剤などで互いに固定されることによって、間隔維持部６３が電線４３と電線４３との間に放電ギャップｇを形成する。即ち、間隔維持部６３が電線固定部６１；６２に固定された電線４３の端面と電線４３の端面との間に放電ギャップとしての間隔ｇを維持するので、放電部４６の放電ギャップを簡単かつ正確に設定できる。尚、絶縁ビニル粘着テープ、締結バンド、ゴムバンド、専用の接続具などを間隔保持材４５として使用してもよい。
【００１６】
図６に示すように、同軸電極４２は、例えば、＋電極のような一方電極としての棒状の内部導体７３と、内部導体７３の外周囲を被覆する筒状の絶縁体７４と、絶縁体７４の外周囲に設けられた−電極のような他方電極としての外部導体７５とにより構成される。外部導体７５は、内部導体７３の中心線に沿った方向に間隔を隔てて設けられた複数の浮遊電極７６を構成する。浮遊電極７６とは、電源側と電気的に絶縁された電極のことである。絶縁体７４の先端７４ｔより突出して露出する内部導体７３の先端部により形成された先端電極７３ｔとこの先端電極７３ｔに最も近い浮遊電極７６である先端側浮遊電極７６ｔとの間で先端側放電ギャップ７７が形成され、互いに対向する浮遊電極７６同士の端部７６ｓと端部７６ｓとの間で中間側放電ギャップ７８が形成される。中間側放電ギャップ７８は複数形成される。先端側放電ギャップ７７を隔てて配置された先端電極７３ｔと先端側浮遊電極７６ｔとによって放電部が形成される。中間側放電ギャップ７８を隔てて配置された浮遊電極７６と浮遊電極７６とによって放電部が形成される。即ち、同軸電極４２は、複数の放電部を備える。この場合、電極部３２は、出力側コネクタ３７と接続される電極接続コネクタ３６と、同軸電極４２とを備えるので、出力側コネクタ３７に対する電極接続コネクタ３６の着脱により同軸電極４２を容易に交換できる。
【００１７】
次に坑口形成方法を説明する。土留め壁３を形成し、土留め壁３で囲まれた内側の地盤を掘削してシールドマシンの発進用の立坑２を形成する。そして、土留め壁３の坑口形成部分４に土留め壁３の壁面８０（立坑２の内壁面）から土留め壁３の内部に延長する自由面形成孔８１及び放電用孔８２を形成する。例えば、図２に示すように、坑口形成部分４において坑口の周面となる部分に沿って自由面形成孔８１を形成するとともに、坑口形成部分４において坑口の周面の内側となる部分に放電用孔８２を複数形成する。自由面形成孔８１は、坑口形成部分４を取り囲むように坑口の予想線４Ａに沿って連続する連続削孔により形成することが好ましい。放電用孔８２は、土留め壁３の壁面８０から土留め壁３の内部に向けて斜め下方向に延長するように形成する。放電用孔８２と自由面形成孔８１との間の距離ａ、互いに隣合う放電用孔８２と放電用孔８２との間の距離ｂは、経験によって決める。例えば、距離ａは３０ｃｍ程度、距離ｂは３０ｃｍ程度とする。
【００１８】
放電作業は、放電用孔８２内に電極４０の放電部４６と放電部４６を取り囲む水などの電解液やゲルのような圧力伝達媒体８３とを設置した後に、電極４０に電圧を印加して放電させる。これにより、坑口形成部分４を破砕できる。その後、シールドマシンを立坑２内に搬入して駆動し、その破砕された破片をシールドマシンの図外のスクリューコンベアや排土ポンプ等の排土装置でシールドマシンの後方に送って排出する。即ち、立坑２の内側の坑口形成部分４が放電によって破砕された後に、その破片がシールドマシンによって撤去される。この場合、放電による破砕によって坑口形成部分４を破砕するので、坑口形成部分４を細かく破砕できる。以上によって、発進用の坑口が形成される。尚、シールドマシンの到達用の坑口の形成も同様に行える。
【００１９】
最良の形態によれば、放電による破砕時に生じる音は発破を用いて破砕する場合に比べて小さいので、都市部、住宅近隣地などにおいても使用でき、放電により瞬間的に発生する圧力波と圧力伝達媒体８３の気化による体積膨張により放電用孔８２内の圧力を高めることによって破砕するので、坑口を効率的に形成できる。また、放電による破砕は近隣の地盤への影響が少なく、近隣の地下水位を下げたくない現場においても使用でき、坑口を効率的に形成できる。
尚、上記放電を行う際に、鋼板などの蓋やシールドマシンのカッタヘッドの先端面で放電用孔８２の壁面８０側の開口を塞いだ後に放電を行えば、放電の際の放電用孔８２内から外部への圧力漏れを防止できて破砕力を大きくでき、坑口形成部分４を効果的に破砕できる。
【００２０】
最良の形態によれば、放電用孔８２を、土留め壁３の壁面８０から土留め壁３の内部に向けて斜め下方向に延長するように形成したので、放電用孔８２内に充填される圧力伝達媒体８３の放電用孔８２からの洩れを防止できる。よって、圧力伝達媒体８３中での放電を維持できるので、破砕力の低下を防止できる。また、放電用孔８２内へ圧力伝達媒体８３を充填しやすくなり、また、充填し直し作業なども少なくできる。
【００２１】
最良の形態によれば、坑口形成部分４において坑口の周面となる部分に沿って自由面形成孔８１を形成したので、放電により生じた亀裂が自由面に到達しやすくなり、坑口形成部分４を効率的に破砕できる。特に、自由面形成孔８１を連続削孔により形成したので、所望の径の坑口を効率的に形成できる。
【００２２】
最良の形態によれば、坑口形成部分４をシールドマシンで切削するのではなく、放電により破砕したので、坑口形成部分４をシールドマシンで切削するため専用の超硬カッタが不要となってコストを低減でき、切削に要するシールドマシンの作業負担もなくなる。
【００２３】
最良の形態によれば、放電破砕によって坑口形成部分４を細かく破砕でき、その破片をシールドマシンの排土装置で効率的に排出できるので、破片の排出作業の効率化が図れる。
【００２４】
最良の形態によれば、高強度モルタル又はコンクリートのような固化材により形成された坑口形成部５５を備えた芯柱体５２を使用したので、芯柱体５２及びこれを用いた土留め壁３のコスト、ひいては、坑口形成作業に係るコストを削減できる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
放電部４６を囲むように圧力伝達媒体８３を充填した袋や箱を備えた電極４０を用いれば、放電用孔８２の向きは下向きでなくとも良い。
本発明の放電による坑口形成方法は、Ｈ型鋼やシートパイル等の鋼矢板による鋼材を型枠として構築した鉄筋コンクリート製の土留め壁や、連壁（地中連続壁）による鉄筋コンクリート製の土留め壁に坑口を形成する場合にも適用できる。この場合、コンクリート部分を破砕した後、破砕されない鉄筋部分を除去すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】坑口形成装置を示す構成図（最良の形態）。
【図２】土留め壁の正面図（最良の形態）。
【図３】土留め壁の断面図（最良の形態）。
【図４】芯柱体の分解斜視図（最良の形態）。
【図５】芯柱体の接続部と鋼材との接続状態を示す図（最良の形態）。
【図６】放電破砕装置を示す構成図（最良の形態）。
【図７】間隔保持材を示す断面図（最良の形態）。
【符号の説明】
【００２７】
１  坑口形成装置、２  立坑、３  土留め壁、４  坑口形成部分、
５  放電破砕装置、４０  電極、４６  放電部、８０  土留め壁の壁面、
８１  自由面形成孔、８２  放電用孔、８３  圧力伝達媒体。
【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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