(57)【要約】【課題】薬注による地盤改良が不要で且つ簡素な工程となる立坑の発進・到達部構造及びその構築方法を提供する。【解決手段】トンネル掘削機１が対向する部分に掘削可能部を有する柱体５を地中に埋設し、該柱体５に長手方向に沿って形成された凹部または凸部に、同様の掘削可能部を有する別の柱体７をその凸部または凹部を係合させて地中に下降させ、以降同様の手順を繰り返して複数の柱体５、６、７を地中に下降させて隣接配置し、掘削可能壁２０を構築した。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル掘削機が発進又は到達する立坑の発進・到達部構造であって、トンネル掘削機が対向する部分に掘削可能部を有すると共に長手方向に沿った凹部又は凸部を有する柱体を、複数隣り合わせて相互の凹部と凸部とを噛み合わせて接続してなることを特徴とする立坑の発進・到達部構造。
【請求項２】
上記柱体の内部に、噛み合わされた凹部と凸部との隙間に止水剤を充填するための通路を形成した請求項１記載の立坑の発進・到達部構造。
【請求項３】
上記凹部及び凸部の少なくとも一方に、止水のためのシール材を設けた請求項１乃至２記載の立坑の発進・到達部構造。
【請求項４】
上記凹部は、入口が奥よりも狭く形成され、上記凸部は、先端が根元よりも広く形成された請求項１乃至３記載の立坑の発進・到達部構造。
【請求項５】
トンネル掘削機が対向する部分に掘削可能部を有する柱体を地中に埋設し、該柱体に長手方向に沿って形成された凹部または凸部に、同様の掘削可能部を有する別の柱体をその凸部または凹部を係合させて地中に下降させ、以降同様の手順を繰り返して複数の柱体を地中に下降させて隣接配置するようにしたことを特徴とする立坑の発進・到達部構造の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル掘削機が発進又は到達する立坑の発進・到達部構造及びその構築方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネル掘削機（シールド掘進機等）は、一般に、地中に形成された立坑から発進する。
【０００３】
かかる立坑として、両縁に係合部を有する複数の鋼矢板を、各係合部同士を係合させて平面視枠状に地中に圧入し、その内側の土砂を取り除いて構築するタイプが知られている。この種の立坑では、発進部分となる鋼矢板の外側の地山を薬剤等で地盤改良して安定化させた後、鋼矢板を立坑内から切断して発進口を開口し、そこからトンネル掘削機を発進させる。しかし、この場合、発進口にて地山を解放する前に、薬剤注入による地山安定化（地盤改良）を行う必要があるため、その薬注が周辺の井戸水等の地下水に影響を及ぼさないことの確認が必要となる。よって、水質汚濁の状況を確認するための観測井戸を設置して定期的に観測しなければならない。また、確実に地山が安定する注入量等が不確定であり、地盤改良の効果の確認が難しい。
【０００４】
そこで、図１３及び図１４に示す工法が提案されるに至った（特開平１０−２２０１６９号公報等）。この工法は、先ず、図１４（ａ）に示すように、鋼矢板ａを発進口部を除いて地中に設置する。次に、図１４（ｂ）に示すように、その鋼矢板ａに繋げて別の鋼矢板ｂを囲うように設置する。次に、図１４（ｃ）に示すように、別の鋼矢板ｂの内方の土砂を取り除いて仮穴ｃを形成する。次に、図１４（ｄ）に示すように、仮穴ｃにトンネル掘削機Ｔが対向する部分に掘削可能部ｄを有し他の部分が鉄骨等からなる合成柱体ｅを所定間隔を隔てて複数建て込む。次に、図１４（ｅ）に示すように、仮穴ｃに充填材ｆ（モルタル等）を充填する。そして、充填材ｆの硬化後、図１４（ｆ）に示すように、鋼矢板ｂを引き抜く。最後に、鋼矢板ａの内側の土砂を取り除いて完成となる。
【０００５】
こうして構築された立坑は、トンネル掘削機Ｔの発進部分に、充填材ｆを合成柱体ｅで補強してなる掘削可能壁が形成されるため、薬注をすることなく土圧に対抗できると共に、その部分をトンネル掘削機Ｔによって掘り抜くことが可能となる。そして、地山安定化のための薬注が不要となるので環境に優しい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記工法では、一度地中に埋設した鋼矢板ｂをその後引き抜く必要があり、工程が複雑となる。すなわち、この鋼矢板ｂは、充填材ｆと合成柱体ｅとからなる掘削可能壁を地中に製造するために仮設的に設けられたものであり、トンネル掘削機で掘り抜けない以上、最終的には引き抜く必要がある。また、一旦形成した仮穴ｃを充填材ｆで埋め戻す必要もある。このため、作業工数が増え、工期が長期化し、コストアップとなる。
【０００７】
以上の課題を解決するために創案された本発明の目的は、薬注による地盤改良が不要で且つ簡素な工程となる立坑の発進・到達部構造及びその構築方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために第１の発明は、トンネル掘削機が発進又は到達する立坑の発進・到達部構造であって、トンネル掘削機が対向する部分に掘削可能部を有すると共に長手方向に沿った凹部又は凸部を有する柱体を、複数隣り合わせて相互の凹部と凸部とを噛み合わせて接続してなるものである。
【０００９】
また、上記柱体の内部に、噛み合わされた凹部と凸部との隙間に止水剤を充填するための通路を形成してもよい。また、上記凹部及び凸部の少なくとも一方に、止水のためのシール材を設けてもよい。また、上記凹部は、入口が奥よりも狭く形成され、上記凸部は、先端が根元よりも広く形成されていてもよい。
【００１０】
第２の発明に係る立坑の発進・到達部構造の構築方法は、トンネル掘削機が対向する部分に掘削可能部を有する柱体を地中に埋設し、該柱体に長手方向に沿って形成された凹部または凸部に、同様の掘削可能部を有する別の柱体をその凸部または凹部を係合させて地中に下降させ、以降同様の手順を繰り返して複数の柱体を地中に下降させて隣接配置するようにしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を添付図面に基いて説明する。
【００１２】
図１に示すように、この立坑は、地中にトンネル掘削機１（シールド掘進機等）の発進または到達部を除いて平面視略枠状に並べて埋設された複数の鋼矢板２を有する。鋼矢板２は、鉛直方向に細長く形成された樋状板からなり、その両縁に隣り合う鋼矢板同士を接続するための係合部３が折り返して形成されている。
【００１３】
上記発進または到達部には、本実施形態に係る立坑の発進・到達部構造４が、鋼矢板２に繋げて埋設されている。この構造４は、トンネル掘削機１が対向する部分に掘削可能部を有すると共に長手方向に沿った凹部又は凸部を有する柱体５、６、７を、複数隣り合わせて相互の凹部と凸部とを噛み合わせて接続して構成されており、詳しくは、鋼矢板２に接続される両端の第１柱体５と、その間に配置される第２柱体６と、第１柱体５と第２柱体６とを繋ぐ接合柱体７とからなる。
【００１４】
第１柱体５は、図２（ａ）に示すように、断面長方形乃至陸上トラック形で鉛直方向に沿って細長い柱８と、柱８の一縁にその長手方向に沿って設けられ鋼矢板２の係合部３に係合する係合片９と、柱８の他縁に長手方向に沿って形成された凹部１０とを備えている。係合片９は、鋼板からなり、柱８の一縁に埋め込まれている。凹部１０は、入口が奥よりも狭く形成された断面略Ｃ状の溝からなる。柱８は、熱硬化性樹脂発泡体（硬質ウレタン樹脂）をガラス繊維で強化した材料や、モルタルを炭素繊維で強化した材料等、トンネル掘削機１で切削できる材料から成形されている。図例では、柱８の全体を掘削可能材料から構成したものを示したが、トンネル掘削機１が対抗する部分のみをその材料から構成し、その上下に位置する柱８の他の部分を別の剛性材料（鉄等）から構成してもよい。
【００１５】
第２柱体６は、図２（ｃ）に示すように、断面長方形乃至陸上トラック形で鉛直方向に沿って細長い柱１１と、柱１１の両縁にその長手方向に沿って形成された凹部１２とを備えている。凹部１２は、入口が奥よりも狭く形成された断面略Ｃ状の溝からなり、凹部１０と同形状である。柱１１は、熱硬化性樹脂発泡体（硬質ウレタン樹脂）をガラス繊維で強化した材料や、モルタルを炭素繊維で強化した材料等、トンネル掘削機１で切削できる材料から成形されている。図例では、柱１１の全体を掘削可能材料から構成したものを示したが、トンネル掘削機１が対抗する部分のみをその材料から構成し、その上下に位置する柱１１の他の部分を別の剛性材料（鉄等）から構成してもよい。
【００１６】
接合柱体７は、図２（ｂ）に示すように、上記第１及び第２柱体５、６の凹部１０、１２に所定の隙間Ｗを隔てて嵌る凸部１３を有する断面略瓢箪形の細長い柱１４からなる。凸部１３は、先端が根元より幅広く成形されている。柱１４は、熱硬化性樹脂発泡体（硬質ウレタン樹脂）をガラス繊維で強化した材料や、モルタルを炭素繊維で強化した材料等、トンネル掘削機１で切削できる材料から成形されている。図例では、柱１４の全体を掘削可能材料から構成したものを示したが、トンネル掘削機１が対抗する部分のみをその材料から構成し、その上下に位置する柱１４の他の部分を別の剛性材料（鉄等）から構成してもよい。
【００１７】
接合柱体７の内部には、止水剤用の通路１５が形成されている。通路１５は、接合柱体７の上面に入口１６を有する縦通路１７と、縦通路１７に接続され接合柱体７の側面に出口１８を有する横通路１９とから構成される。横通路１９は上下方向に所定間隔を隔てて複数設けられている。入口１６から通路１５内に注入された止水剤は、各出口１８から流出し、第１及び第２柱体５、６の凹部１０、１２との間の隙間に充填され、止水機能を発揮する。止水剤は、ジェル状（ゲル状）の無機質の珪酸ソーダと固化剤等が用いられ、上記隙間に充填されて留まる。
【００１８】
以上の立坑の構築方法を図３及び図４に示す。
【００１９】
先ず、図３（ａ）、図４（ａ）に示すように、図１の鋼矢板２を地中に設けた後に、第１柱体５を鋼矢板２の天端高さまで地中に埋設する。この埋設は、公知の圧入機（パイラー）によって第１柱体５を地上から地中に圧入してもよく、或いは公知の掘削機（オーガー）によって地上から地中に細長い仮穴を掘削し、その仮穴に安定液と共に第１柱体５を立て込み、安定液を硬化して行ってもよい。
【００２０】
次に、図３（ｂ）、図４（ｂ）に示すように、第１柱体５の天端部の凹部１０に接合柱体７の凸部１３を係合させ、その接合柱体７を上記圧入等により下降させて地中に埋設する。このとき、凹部１０は、入口が奥より狭いＣ溝状に成形されており、凸部１３は、この凹部１０に所定隙間Ｗを隔てて嵌り込むように断面瓢箪形に成形されているので、接合柱体７は、圧入等による下降時に第１柱体５から離間することなく、凹部１０にガイドされて下降する。
【００２１】
次に、図３（ｃ）、図４（ｃ）に示すように、接合柱体７の天端部の凸部１３に第２柱体６の凹部１２を係合させ、その第２柱体６を上記圧入等により下降させて埋設する。このとき、接合柱体７の凸部１３に第２柱体６の凹部１２が所定隙間Ｗを隔てて嵌り込むので、第２柱体６は、圧入等による下降時に接合柱体７から離間することなく、接合柱体７の凸部１３にガイドされて下降する。
【００２２】
次に、図３（ｄ）、図４（ｄ）に示すように、第２柱体６の天端部の凹部１２に接合柱体７の凸部１３を係合させ、その接合柱体７を上記圧入等により下降させて埋設する。このとき、第２柱体６の凹部１２に接合柱体７の凸部１３が所定隙間Ｗを隔てて嵌り込むので、接合柱体７は、圧入等による下降時に第２柱体６から離間することなく、第２柱体６の凹部１２にガイドされて下降する。
【００２３】
次に、図３（ｅ）、図４（ｅ）に示すように、接合柱体７の天端部の凸部１３に第１柱体５の凹部１０を係合させ、その第１柱体５を上記圧入等により下降させて埋設する。このとき、接合柱体７の凸部１３に第１柱体５の凹部１０が所定隙間Ｗを隔てて嵌り込むので、第１柱体５は、圧入等による下降時に接合柱体７から離間することなく、接合柱体７の凸部１３にガイドされて下降する。
【００２４】
以上により、地中に、第１柱体５と第２柱体６と接合柱体７とからなる掘削可能な壁体２０が配置される。この壁体２０は、各柱体５、６、７による所定の厚さを有するため、土圧に対抗できる強度を発揮する。すなわち、第１柱体５と第２柱体６と接合柱体７の断面形状・寸法・材料強度は、立坑の深さ（土圧の大きさ）に応じてその土圧に対抗できるように設定される。
【００２５】
そして、図２に示す接合柱体７の通路１５の入口１６から止水剤を注入する。すると、止水剤は、通路１５の出口１８から流出し、凹部１０、１２との隙間Ｗに充填されて留まり、止水効果を発揮する。これにより、地山の地下水は、上記隙間Ｗに充填された止水剤によってシールされる。他方、地山の土圧は、第１柱体５および第２柱体６の機械的な剛性によって支持される。
【００２６】
その後、図３（ｅ）、図４（ｅ）に示すように、第１柱体５の天端部の係合片９に、鋼矢板２の係合部３を係合させ、その鋼矢板２を上記圧入等により下降させて埋設する。以降、図１に示すように、鋼矢板２同士をその係合部３を係合させて圧入等し、壁体２０に枠状に繋げて埋設する。そして、その内側の土砂を取り除いて立坑の完成となる。
【００２７】
かかる立坑の発進・到達部構造（壁体２０）によれば、トンネル掘削機１で掘削可能なので、薬注による地盤改良が不要となり、環境に優しい。また、予め計算された強度を有する第１柱体５と第２柱体６と接合柱体７とを、各凹部１０、１２と凸部１３とを噛み合わせて構成されているので、他の補強部材を一切付加することなく土圧に対抗できる剛性を発揮する。
【００２８】
また、図１３及び図１４の工法のように、一度地中に圧入した鋼矢板ｂをその後引き抜いたり、仮穴ｃを充填材ｆで埋め戻す等の面倒な工程がなく、第１柱体５と第２柱体６と接合柱体７とを順次地中に圧入等することのみで形成できるので、作業工数が減り、工期を短期化でき、コストダウンとなる。
【００２９】
また、上記立坑の発進・到達部構造（壁体２０）によれば、トンネル掘削機１で掘削する箇所全面が掘削可能な同一の部材もしくは同一に近い部材で連続して構成されているため、図１３及び図１４の工法のように、掘削可能部ｄあるいは固化剤により固化した充填材ｆのように強度にばらつきのある部分を掘削することにはならず、施工面で優れる。
【００３０】
また、第１柱体５、第２柱体６及び接合柱体７の圧入等時には、第１及び第２柱体５、６の凹部１０、１２（入口が奥よりも狭い溝状の凹部）が接合柱体７の凸部１３（先端が根元より広い）に嵌ってガイドされるので、斜めに圧入等されることはなく、第１柱体５と第２柱体６と接合柱体７とが適正に隣り合うようにして埋設される。よって、施工ミスを防止できる。
【００３１】
別の実施形態を図５に示す。
【００３２】
図示するように、この実施形態に係る立坑の発進・到達部構造２１は、トンネル掘削機１が対向する部分に掘削可能部を有すると共に長手方向に沿った凹部又は凸部を有する柱体２２、２３を、複数隣り合わせて相互の凹部２６と凸部２７とを噛み合わせて接続して掘削可能壁２４とする点では図１で説明した前実施形態と同様であるが、それら柱体２２、２３の構造が異なっている。
【００３３】
すなわち、この実施形態の掘削可能壁２４は、図５に示すように、一縁に鋼矢板２に係合する係合片２５を有すると共に他縁に長手方向に沿った凹部２６又は凸部２７を有する外側柱体２２と、両縁に上記凹部２６又は凸部２７と係合する凸部２７又は凹部２６を有する内側柱体２３とからなる。
【００３４】
これら外側柱体２２と内側柱体２３とは、前実施形態と同様に圧入等によって各凹部２６と凸部２７とが係合されて地中に隣り合わせて埋設され、前実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００３５】
なお、図５のタイプでは、凹部２６の入口が出口よりも広くなっているので、圧入等時に、各柱体２２、２３が離間する可能性がある。よって、凹部２６及び凸部２７の断面形状を図１０のように嵌り込む形状とすることが好ましい。
【００３６】
別の実施形態を図６乃至図１２に示す。
【００３７】
図６は、第２柱体６の凹部１２に、シール材として塗布型の止水材２８（水膨張タイプ）を設けたものであり、図７は、上記第２柱体６の凹部１２に、シール材として止水用の水膨張ゴム２９を設けたものである。これらによれば、埋設後、凹部１２に浸み込む地下水によって、シール材（止水材２８、水膨張ゴム２９）が膨張して接合柱体７の凸部１３との隙間ｗを埋めるので、自動的に止水される。なお、接合柱体７の凸部１３に、上記シール材２８、２９を設けてもよい。
【００３８】
図８は、第２柱体６にジェットパイプ配管用の穴３０を長手方向に貫通させて設けたものである。この柱体６は、地中への圧入時に上記穴３０に公知の圧入機（パイラー）のジェットパイプを挿入して、水を下方に噴射しながら圧入される。これにより、地盤が固い場所でも圧入が可能となる。なお、穴３０は、第１柱体５にも設けてもよい。また、図９は、第２柱体６の側面に長手方向に沿ったリブ３１を設けて、厚さを薄くしたものである。なお、リブ３１は、第１柱体５にも設けてもよい。
【００３９】
図１０は、図５に示す内側柱体２３の凹部２６を入口が奥より狭いものとし、凸部２７を先端が根元より広いものとしたものである。こうすれば、凹部２６に凸部２７が嵌るので圧入時に柱体同士が離間することはない。なお、図５に示す外側柱体２２にも、同様の凹部２６又は凸部２７を設けてもよい。また、凹部及び凸部の少なくとも一方に、上記シール材２８、２９を設けてもよい。また、柱体２３の内部に図２（ｂ）に示すような通路３２を設け、凹部２６と凸部２７との隙間ｗに止水剤を充填してもよい。
【００４０】
また、柱体２３の凹部２６側の端面形状を、破線４０で示すように凸部２７側の端面に符合するように成形してもよい。こうすれば、柱体２３、２３同士が凹部２６と凸部２７とで接合されたとき、双方の柱体２３、２３の端面が土圧の作用線（柱体２３の側面に直交する線）に対して斜めに重なるため、接合部における土圧に対抗する実質的な板厚がそれ以外の部分の板厚と略同等となる。よって、土圧によって接合部に生じる剪断応力が、それ以外の部分に生じる剪断応力と略等しくなり、強度上有利となる。
【００４１】
図１１は、図２（ｂ）に示す接合柱体７の断面形状を、テーパ型としたものである。この場合、第１及び第２柱体５、６の凹部１０、１２もこれに符合したテーパ型となる。この形状でも、第１柱体５、第２柱体６及び接合柱体７の圧入時に、各柱体５、６の凹部１０、１２と接合柱体７の凸部１３とが嵌り込んで縦方向にガイドされるので、各柱体５、６、７がずれることなく適正に隣接した状態で圧入される。
【００４２】
図１２（ａ），（ｂ）は、第２柱体６の底部に、圧入を容易にするためのテーパ部３３を設けたものである。テーパ部３３は、鋼板を溶接等して組み立てられ、図１２（ａ）に示すようにマイナスドライバー状としてもよく、図示はしないがプラスドライバー状としてもよい。
【００４３】
また、最初に地中に圧入される柱体は図１２（ａ）のタイプ（テーパ部３３が凹部１２の下面を塞ぐタイプ）でよいが、その後、地中に圧入された接合柱体７の凸部１３に係合させて圧入される柱体は、図１２（ｂ）のタイプ（テーパ部３３に凹部１２に繋がる溝３４を成形したタイプ）でなければならない。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る立坑の発進・到達部構造及びその構築方法によれば、薬注による地盤改良が不要で且つ簡素な工程で立坑を構築でき、工期の短縮化及びコストダウンを図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る立坑の発進・到達部構造を用いて構築された立坑の平面図である。
【図２】上記発進・到達部構造を構成する第１柱体、第２柱体及び接合柱体を示す説明図であり、（ａ）は第１柱体を示し、（ｂ）は接合柱体を示し、（ｃ）は第２柱体を示す。
【図３】上記第１柱体、第２柱体及び接合柱体の地中への埋設工程を示す斜視図であり、（ａ）は第１工程、（ｂ）は第２工程、（ｃ）は第３工程、（ｄ）は第４工程、（ｅ）は第５工程を示す。
【図４】上記第１柱体、第２柱体及び接合柱体の地中への埋設工程を示す平面図であり、（ａ）は第１工程、（ｂ）は第２工程、（ｃ）は第３工程、（ｄ）は第４工程、（ｅ）は第５工程を示す。
【図５】別の実施形態に係る立坑の発進・到達部構造を用いて構築された立坑の平面図である。
【図６】柱体の変形例を示す平面図である。
【図７】柱体の変形例を示す平面図である。
【図８】柱体の変形例を示す平面図である。
【図９】柱体の変形例を示す平面図である。
【図１０】接合柱体の変形例を示す平面図である。
【図１１】柱体の変形例を示す斜視図である。
【図１２】
柱体の変形例を示す平面図である。
【図１３】
従来例を示す平面図である。
【図１４】
従来工法を示す平面図であり、（ａ）は第１工程、（ｂ）は第２工程、（ｃ）は第３工程、（ｄ）は第４工程、（ｅ）は第５工程、（ｆ）は第６工程を示す。
【符号の説明】
１　トンネル掘削機
４　立坑の発進・到達部構造
５　第１柱体
６　第２柱体
７　接合柱体
１０　凹部
１２　凹部
１３　凸部
１５　通路
２０　掘削可能壁
２１　立坑の発進・到達部構造
２２　外側柱体
２３　内側柱体
２４　掘削可能壁
２６　凹部
２７　凸部
２８　シール材としての止水剤（水膨張タイプ）
２９　シール材としての止水用の水膨張ゴム
【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】
2004076305.tif 000011
【図１０】
2004076305.tif 000012
【図１１】
2004076305.tif 000013
【図１２】
2004076305.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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