(57)【要約】【課題】地中を掘進してきたシールド掘削機を、到達立坑周辺地盤へ影響を及ぼさないように立坑に安全に到達させる。【解決手段】地上の刃口据え付け位置で構築された立坑側部ケーソンブロックのシールド掘削機３の到達予定部位の壁体に貫通孔４を形成する。貫通孔４の外側面を仮設外壁１２で閉塞するとともに、壁体内側面に鋼製バルクヘッド１６を脱着可能に取り付け、仮設外壁１２、壁体貫通孔４、バルクヘッド１６で画成された空間を到達部チャンバー２０とする。到達部チャンバー２０内の所定内周面位置に環状シール部としてのリングチューブ２５、リングシール２６を設けるとともに、チャンバー２０内を安定用充填材２１で満たした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上の刃口据え付け位置で構築された立坑側部ケーソンブロックのシールド掘削機の到達予定部位の壁体に貫通孔を形成し、該貫通孔の外側面を仮設外壁で閉塞するとともに、壁体内側面にバルクヘッドを脱着可能に取り付け、前記仮設外壁、壁体貫通孔、バルクヘッドで画成された空間を到達部チャンバーとし、該到達部チャンバー内の所定内周面位置に環状シール部材を設けるとともに、該チャンバー内を安定用充填材で満たしたことを特徴とする到達立坑の到達部構造。
【請求項２】
地上の刃口据え付け位置で構築された立坑側部ケーソンブロックのシールド掘削機の到達予定部位の壁体に貫通孔を形成し、該貫通孔を仮設外壁で閉塞するとともに、壁体内側面に筒体を連接し、該筒体の端面にバルクヘッドを脱着可能に取り付け、前記仮設外壁、筒体、バルクヘッドで画成された空間を到達部チャンバーとし、該到達部チャンバー内の所定内周面位置に環状シール部材を設けるとともに、該チャンバー内を安定用充填材で満たしたことを特徴とする到達立坑の到達部構造。
【請求項３】
前記到達部チャンバーに立坑外との水圧連通手段が設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の到達立坑の到達部構造。
【請求項４】
シールド掘削機の到達深度まで沈設された請求項１または請求項２に記載の到達立坑の到達部の外側直近までシールド掘削機を接近させ、前記仮設外壁に作用する内外圧力をバランスさせた状態で仮設外壁を切削しながら前記シールド掘削機を立坑に掘進貫入させ、シールド掘削機の胴殻の一部が環状シール部材を通過した後に、該環状シール部材を動作させて前記胴殻周囲のチャンバー空間を仕切り、シールド掘削機のカッタヘッド前面加圧を解除するとともに前記バルクヘッドとの間の安定用充填材を除去し、前記バルクヘッドを撤去するようにしてシールド掘削機を立坑内に収容させるようにしたことを特徴とするシールド掘削機の到達方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は到達立坑の到達部構造および同立坑へのシールド掘削機の到達方法に係り、地中を掘進してきたシールド掘削機を、到達立坑周辺地盤へ影響を及ぼさないように立坑に安全に到達させるための到達立坑の到達部構造およびシールド掘削機の到達方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シールド掘削機によるトンネル掘削工事において、掘削区間の終点にあたる到達立坑の周辺地盤には、シールド掘削機の到達、貫通に必要な部分の壁体を撤去する際の周辺地盤の安定と、シールド掘削機の立坑内貫入時の出水防止のため、立坑周囲の所定範囲に地盤改良を必要とした。また、立坑内が加圧されていないような在来立坑にシールド掘削機を到達させる場合、シールド掘削機の到達後の壁体の撤去時にシールド掘削機のカッタ面での泥水圧や泥土圧を立坑内と同じ大気圧まで下げる必要がある。さらに、立坑にシールド掘削機が貫入する際、撤去した壁体内を通ってシールド掘削機がエントランスパッキンに到達するまでの間、シールド掘削機の周囲と地盤改良との隙間や地盤改良の損傷により立坑内へ出水し、到達立坑の周辺地山が沈下するおそれもあった。
【０００３】
これに対して、出願人は、立坑の周囲地盤に地盤改良を行なわずに、発進あるいは到達立坑におけるシールド掘削機貫通部分にシールド掘削機のカッタで切削可能な仮設壁体を用いた技術を提案している（特許文献１参照）。また、シールド掘削機が貫入時に立坑内へ出水し、立坑に被害が発生したり、到達部周辺地山が沈下するのを防止する技術として、立坑底部にシールド掘削機全体を収容可能な到達函体を設置し、シールド掘削機が立坑に到達した際に、この到達函体内に水を満たし所定の圧力下においた函体内にシールド掘削機を貫入させるようにした技術も提案されている（特許文献２参照）。
【０００４】
特許文献１に開示された技術では、２列に密着して造成されたコンクリート壁体内に、従来の補強鉄筋に代えて繊維強化樹脂製棒状体を配置し、シールド掘削機の立坑到達時にシールド掘削機のカッタでコンクリート壁体を切削して貫通させるようになっている。また、特許文献２に開示された技術では、シールド掘削機全体を収容可能な大きさの到達函体を立坑内に設けるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２６６２５７２号公報第２頁右下（ｉ）項記載参照。
【特許文献２】
特開平６−４２２８８号公報第２頁［０００７］記載参照。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の繊維強化樹脂製棒状体を用いた場合、通常、躯体全体が鉄筋コンクリートで構築される立坑構造の一面をこの繊維強化樹脂製棒状体及び鉄筋で補強された柱列壁体で構築しなければならず、異種構造による複合構造としての特別な構造設計が必要である上、異なる工種の作業を同時に行う必要がある。このため工程の煩雑さに加え、材料、機械設備面でも工費の増大につながることが予想される。また立坑へ貫入直前にシールド掘削機前面のカッタ付近の圧力を下げる必要があるため、加圧しない従来の立坑と同様に貫入時に立坑内へ出水し、到達部付近の地盤が沈下する恐れがあった。
【０００７】
一方の到達函体を備える立坑では、大きい容積の函体構築に加え、函体内を水封加圧するため函体に安定液を供給し、その圧力調整が可能な設備を設ける必要があり、設備の増大、工費増加という問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、立坑の躯体の一部に、シールド掘削機を収容可能な空間を形成し、この空間に安定液等の安定用充填材を満たした状態でシールド掘削機を立坑に安全に到達させるようにした到達立坑の到達部構造およびシールド掘削機の到達方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は地上の刃口据え付け位置で構築された立坑側部ケーソンブロックのシールド掘削機の到達予定部位の壁体に貫通孔を形成し、該貫通孔の外側面を仮設外壁で閉塞するとともに、内側面にバルクヘッドを脱着可能に取り付け、前記仮設外壁とバルクヘッドとで画成された空間を到達部チャンバーとし、該到達部チャンバー内の所定内周面位置に環状シール部材を設けるとともに、該チャンバー内を安定用充填材で満たしたことを特徴とする。
【００１０】
また、他の発明として地上の刃口据え付け位置で構築された立坑側部ケーソンブロックのシールド掘削機の到達予定部位の壁体に貫通孔を形成し、該貫通孔を仮設外壁で閉塞するとともに、内側面に筒体を連接し、該筒体の端面にバルクヘッドを脱着可能に取り付け、前記仮設外壁、筒体、バルクヘッドで画成された空間を到達部チャンバーとし、該到達部チャンバー内の所定内周面位置に環状シール部材を設けるとともに、該チャンバー内を安定用充填材で満たしたことを特徴とする。
【００１１】
上述の発明において、前記到達部チャンバーに立坑外との水圧連通手段を設けることにより、到達部チャンバー内に外側と同じ水圧を安定的に作用させることが可能となり、安定用充填材とともに仮設外壁に作用する土水圧にバランスすることができる。また逆止弁により、水圧以上の力が外壁に作用した場合は、同じ力をチャンバーに保持できる。このため仮設外壁の内側と外側に同じ力が作用し、仮設壁体は鉄筋などの構造部材を使う必要がなく、シールド掘削機で切削しやすいモルタル材などを用いることができる。
【００１２】
また、シールド掘削機の到達深度まで沈設された上述の到達立坑の到達部の外側直近までシールド掘削機を接近させ、前記仮設外壁に作用する内外圧力がバランスした状態で仮設外壁を切削しながら前記シールド掘削機を立坑に掘進貫入させ、シールド掘削機の胴殻の一部が環状シール部材を通過した後に、該環状シール部材を動作させて前記胴殻周囲のチャンバー空間を仕切り、シールド掘削機のカッタヘッド前面加圧を解除するとともに前記バルクヘッドとの間の安定用充填材を除去し、前記バルクヘッドを撤去するようにしてシールド掘削機を立坑内に収容させるシールド掘削機の到達方法を特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の到達立坑の到達部構造および同到達部構造へのシールド掘削機の到達方法についての実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の到達立坑１の底部と、地中を掘進してきたシールド掘削機３がこの到達立坑１の到達部２に接近した状態を示した全体図である。この到達立坑１は、図示したように鉄筋コンクリート製ケーソンなどを地中の所定深さまで沈設して設置された地中構造物で、側方から接近するシールド掘削機３に対向した部分のコンクリート躯体が箱抜きされ、その貫通孔４に到達部構造１０が組み込まれている。
【００１４】
図２は、この到達部構造１０の一実施の態様を示した断面図である。貫通孔４は到達するシールド掘削機３の胴殻外径よりわずかに大きい内径の円筒形状をなす。地上の刃口据え付け位置において、立坑側部ケーソンブロックを構築する躯体型枠組立時に所定の箱抜き型枠を用いることにより、コンクリート壁体１１の一部に円筒状の貫通孔４が形成されたものである。本実施の形態では、ケーソン底部のコンクリート壁体１１の厚さは２〜３ｍであり、この貫通孔４の外周面側１１ａには厚さ０．２〜０．５ｍの仮設外壁１２が貫通孔４を閉塞するように構築されている。この仮設外壁１２は、無筋の低強度モルタル（強度１００〜３００Ｎ／ｍｍ２程度を想定）を打設したもので、この程度の強度のモルタルはシールド掘削機３のカッタ動作により切削が可能である。仮設外壁１２とコンクリート壁体１１の開口縁部１１ｂとの間には短い差筋１５が配筋され、面外荷重に抵抗できるようにせん断補強されている。仮設外壁１２を構成する材質としては、シールド掘削機の掘進により容易に切削可能な材料としてモルタルの他、コンクリート、樹脂板等を用いることができる。
【００１５】
一方、貫通孔４の内周面側１１ｃは鋼製バルクヘッドで覆われている。この鋼製バルクヘッド１６は、図２に示したように、コンクリート壁体１１に形成された円孔（貫通孔４）の直径より大きく、その開口縁部１１ｄに所定の重なり部分を有する円板形状または正方形をなし、後述する安定液等の作用内圧に抵抗できるように、面板が形鋼等の補剛部材により補強された鋼板加工品である。この鋼製バルクヘッド１６は開口縁部１１ｄに沿って周設されたアンカーボルト１７によりコンクリート壁体１１の内周面に固定されている。このとき鋼製バルクヘッド１６とコンクリート壁体１１との間にはリング状のパッキン１８が介装され、後述する安定液の漏出が防止されている。
【００１６】
このように、立坑側部ケーソンブロックのコンクリート壁体１１を仮設外壁１２と鋼製バルクヘッド１６とにより仕切ることにより、空間としての到達部チャンバーが画成される。この到達部チャンバー２０内は安定液体、安定用加工材、安定粘性体、安定粘塑性体等の安定用充填材２１で満たされることが好ましい。これら充填材２１は、立坑ケーソンブロックの沈設過程や所定深さに設置された際の仮設外壁１２に作用する外圧に釣り合う内圧効果を果たすように機能させることが必要である。その一手段として、本実施の形態では、到達部チャンバー２０内とケーソンブロック外とを連通させる連通管２２を設けている。この連通管２２には通水を制御する逆止弁２８が設けられている。この連通管２２の作用により立坑外部が粘性土層に挟まれた被圧水帯であるような場合に、外部被圧水と到達部チャンバー２０内部との連通により、到達部チャンバー２０内の液圧あるいは間隙水圧との釣り合いを図ることができ、仮設外壁１２への外水圧の影響をキャンセルすることができる（図３参照）。
【００１７】
到達部チャンバー２０内に充填される安定液としてはベントナイト安定液、泥水が、安定用固形材としては、粒状硬質発泡樹脂、軟質フォーム樹脂、単粒砕石、砂、安定粘弾性体としてゲル状物質、粘塑性体として粘土、気泡土等、種々の材料を単体、混合させて使用することができる。なお、これらの充填材料は、上述の鋼製バルクヘッド１６の一部に設けられた供給管（図示せず）から搬送可能な流体に混合したりして到達部チャンバー２０内に充填することが好ましい。到達部チャンバー２０内に充填材２１を満たす工程は、外圧とのバランスを逐次とる機構を備えることで沈設開始前に地上で行ってもよい。
【００１８】
さらに、到達部チャンバー２０内の内周面の一部にはリング状の凹所２３が形成されており、この凹所２３内にシール部材としてのエントランスパッキン２４が装着されている。このエントランスパッキン２４は、図２及び図４各図に示したように、到達部チャンバー２０内に収容され、チャンバー２０外の圧源（図示せず）から空気供給管２７を介して供給される圧縮空気によって環状（ドーナッツ状）に膨張する合成ゴム製のリングチューブ２５と、リングチューブ２５を覆うように、一端が支持部２３ａに固定されたスチールワイヤ製のリングシール２６で覆われている。このリングシール２６は、本実施の形態では、シールド掘削機の胴殻後端に装着されるテールシールに類似した略刷毛状の構造からなり、多段に密に植設されたスチールワイヤ間にグリースパテを充填して水密効果が高められている。なお、このリングシール２６としては、他に湾曲可能なフィン形状をなす天然ゴム、合成ゴム製のリングシール２６等も適宜使用することができる。このリングシール２６は、シールド掘削機がチャンバー２０内に貫入していない初期状態においては図４（ａ）に示したように、凹所２３内で扁平状態にあるリングチューブ２５を覆ってチャンバー２０の内周面に沿っている。この状態から到達部チャンバー２０内にシールド掘削機３が貫入したら、リングチューブ２５を膨張させると、その膨張に伴い、図４（ｂ）に示したように、リングシール２６の開放端がチャンバー２０内部に向けて傾斜し、その先端がシールド掘削機の胴殻３ａ表面に密着し、図４（ｂ）に示したように、このシール２６を境としてチャンバー２０内の空間を仕切ることができる。
【００１９】
ここで、到達立坑１として機能する立坑ケーソンの沈設手順と、シールド掘削機３の到達状態について図５〜図７を参照して簡単に説明する。
まず、図５に示したように、到達立坑１の構築位置の地上の刃口据え付け位置において、立坑底部ケーソンの刃口、底版の構築を行う。このとき底版と一体的に構築される壁体側部の型枠組み立て作業において、シールド掘削機３（図７）が到達する側の壁面の所定位置に箱抜き型枠を組み込み、躯体コンクリート打設により円筒孔（貫通孔４）を有する底部ケーソンブロックを構築する。このときチャンバー２０に接続される連通管２２、空気供給管２７の配管をあらかじめ組み込んでおく（図５：施工手順Ｓ１参照）。ついで、立坑ケーソンを、その側部に形成された到達部構造１０がシールド掘削機３の進行してくるトンネル深度に達するまで沈下させる。この沈下作業手順は、公知のケーソン工事と同様である。このとき到達部チャンバー２０の連通管２２を開放することにより、各深度においてチャンバー２０内をケーソン外部の被圧状態と同圧に保持することができる。このため、内外から作用圧がバランスし、仮設外壁１２には曲げ応力は発生しない（図６：施工状態Ｓ２参照）。図７（Ｓ３）は、所定深度まで沈設した立坑ケーソンの到達部にシールド掘削機３のフェースを接近させ、到達部の仮設外壁１２を破砕する直前の状態を示している。この位置から（Ｓ４）に示したように、シールド掘削機３の胴殻部分を到達部チャンバー２０に掘進貫入させる。
【００２０】
この間の到達部構造１０でのシールド掘削機３の運転状況を、図８各図を参照して説明する。シールド掘削機３が到達部構造１０に接近した状態（図８（ａ））では、到達部チャンバー２０の内圧（充填材側圧＋間隙水圧）は連通管２２を介して立坑外の土水圧とバランスしている。チャンバー２０内を安定液で満たしている場合には、立坑内に設けた液圧調整装置（図示せず）によって加圧バランスをとることもできる。この状態で同図（ｂ）〜（ｃ）に示したように、シールド掘削機３のカッタ（図示せず）で仮設外壁１２を破砕し、シールド掘削機３の胴殻を到達部チャンバー２０内に貫入させる。シールド掘削機３の胴殻３ａのカッタヘッド部分がエントランスパッキン２４位置を通過した時点でエントランスパッキン２４に組み込まれたリングチューブ２５を膨張させ、リングシール２６先端をシールド掘削機３の胴殻表面に密着させる。その後、エントランスパッキン２４と仮設外壁１２との間の安定用の充填材２１の加圧を解く。充填材２１が安定液の場合は、排水経路（図示せず）から安定液を排出して除圧する。また、固形充填材の場合は、連通管２２を閉塞させた後に間隙水を排水する。このときエントランスパッキン２４と鋼製バルクヘッド１６との間の安定用充填材２１に作用する圧力は、シールド掘削機３のカッタヘッド前面圧と釣り合うように設定されているので、シールド掘削機３側の操作によりカッタヘッド前面圧を減圧するのに合わせて安定液を排出すればよい。そしてチャンバー２０内が空になった後に鋼製バルクヘッド１６を取り外せば、シールド掘削機３の前部をチャンバー２０内に露出させることができる。
【００２１】
その後、シールド掘削機３の胴殻を立坑内に引き出すのに合わせて立坑内までのセグメントを組み立て、立坑壁体部分とシールドトンネルのセグメントとを連結する。このとき、エントランスパッキン２４と仮設外壁１２との間にシール材を充填することにより立坑連結部の水密性を高めることができる。
【００２２】
図９は別発明として、鋼製ケーソンを到達立坑１として適用した到達部構造１０を備えた立坑全体構成図である。図１０は、図９に示した到達部チャンバー２０内での安定液による圧力調整状態を示した拡大断面図である。本発明における到達部チャンバー２０は鋼製のケーソン外殻の開口部は仮設外壁１２で内周面に、チャンバー２０本体を構成する鋼製筒３０を連接してＰＣ鋼棒３１によって緊張力を加えるとともに、鋼製筒３０部分の端面を覆って到達部チャンバー２０を構成するように鋼製バルクヘッド１６が取り付けられている。この到達部チャンバー２０には図２に示したものと同様に、リングチューブ２５が組み込まれたリングシール２６と、連通管２２とが装備され充填材２１で満たされており、シールド掘削機３の到達、貫入時における周辺地盤の沈下、出水等を同様に防止できるようになっている。なお、シールド掘削機３の規模に応じて複数段の鋼製筒３０を直列に連結することでチャンバー２０の奥行きを大きくできる。また、鋼製筒３０に代えて同様の形状のプレキャストコンクリート製品を用いてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、到達立坑周辺地盤に地盤改良を施工する必要がないため、経済面、工程面で有利である上、シールド掘削機の立坑到達時における周辺地盤の沈下、立坑への出水等を確実に防止できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による到達立坑の到達部構造へのシールド掘削機の到達状態を示した全体図。
【図２】本発明の到達立坑の到達部構造の一実施の形態を示した部分拡大断面図。
【図３】図２に示した到達部構造における土水圧作用状態を示した模式説明図。
【図４】到達部チャンバー内のシール部材の構成を示した部分断面図。
【図５】到達立坑用のケーソンの据え付け状態を示した施工状態説明図（１）。
【図６】到達立坑用のケーソンの据え付け状態を示した施工状態説明図（２）。
【図７】到達立坑用のケーソンの据え付け状態を示した施工状態説明図（３）。
【図８】シールド掘削機の到達立坑の到達部チャンバーへの接近〜貫入状態を示した状態説明図。
【図９】他の発明としての到達部構造の一実施の形態を示した到達立坑の全体図。
【図１０】図９に示した到達部構造におけるシールド掘削機の貫入状態を示した状態説明図。
【符号の説明】
１  到達立坑
２  到達部
３  シールド掘削機
４  貫通孔
１０  到達部構造
１１  コンクリート壁体
１２  仮設外壁
１６  鋼製バルクヘッド
２０  到達部チャンバー
２２  連通管
２４  エントランスパッキン
２５  リングチューブ
２６  リングシール
３０  鋼製筒
【図１】
2004316318.tif 000003
【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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