(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤中に適宜間隔をおいて並列して掘削挿入され、相互に接合されて地下構造物を構築するエレメントであって、
前記エレメントの外面のうち少なくとも一面に、前記エレメントの軸方向に沿って設けられている溝部と、
前記エレメントの外面のうち少なくとも一面に、前記エレメントの軸方向に沿って設けられ、隣り合うエレメントの前記溝部に挿入される突条部とを備え、
前記溝部には、隣り合うエレメントの前記突条部に当接する止水部材が、前記エレメントの軸方向にわたって連続して取り付けられており、
前記突条部には、隣り合うエレメントの前記止水部材に当接する摺動可能な当接面が、前記エレメントの軸方向にわたって連続して形成され、
前記溝部には、その開口を閉塞する土止め材が、前記止水部材に対して摺動可能に当接して備えられていることを特徴とするエレメント。
【請求項２】
地盤中に適宜間隔をおいて並列して掘削挿入され、相互に接合されて地下構造物を構築するエレメントであって、
前記エレメントの外面のうち少なくとも一面に、前記エレメントの軸方向に沿って設けられ、隣り合うエレメントにその軸方向に沿って設けられている突条部が挿入される溝部を備え、
前記溝部には、隣り合うエレメントの前記突条部にその軸方向にわたって連続して形成されている摺動可能な当接面に当接する止水部材が、前記エレメントの軸方向にわたって連続して取り付けられ、
前記溝部には、その開口を閉塞する土止め材が、前記止水部材に対して摺動可能に当接して備えられていることを特徴とするエレメント。
【請求項３】
前記止水部材は、チューブシールであることを特徴とする請求項１または２に記載のエレメント。
【請求項４】
前記溝部には、隣り合うエレメントの前記突条部にその軸方向に所定間隔で形成されている複数の貫通孔をそれぞれ貫通して、前記溝部の側部どうしをその軸方向に所定間隔で連結する複数のボルトが備えられていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のエレメント。
【請求項５】
前記突条部には、隣り合うエレメントの前記溝部の側部どうしをその軸方向に所定間隔で連結する複数のボルトをそれぞれ貫通させる複数の貫通孔が、その軸方向に所定間隔で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のエレメント。
【請求項６】
前記溝部および突条部は、前記エレメントの外面のうち少なくとも一面の両端部付近に設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のエレメント。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載のエレメントを用いて、前記溝部に前記突条部が挿入され、前記止水部材が前記当接面に当接するように配置して、隣り合うエレメントどうしを接合することを特徴とするエレメントの接合構造。
【請求項８】
請求項４または５に記載のエレメントを用いて、前記溝部に前記突条部が挿入され、前記止水部材が前記当接面に当接するように配置して、隣り合うエレメントどうしを接合するエレメントの接合構造であって、
前記ボルトが前記貫通孔を貫通し前記溝部の側部どうしをその軸方向に所定間隔で連結していることを特徴とするエレメントの接合構造。
【請求項９】
請求項６に記載のエレメントを用いて、前記溝部に前記突条部が挿入され、前記止水部材が前記当接面に当接するように配置して、隣り合うエレメントどうしを接合するエレメントの接合構造であって、
隣り合うエレメントどうしの外面と前記突条部とに囲まれた接合部に硬化材が充填されていることを特徴とするエレメントの接合構造。
【請求項１０】
前記接合部には、隣り合うエレメントどうしを連結する補強材が配されていることを特徴とする請求項９に記載のエレメントの接合構造。
【請求項１１】
前記溝部に硬化材が充填されていることを特徴とする請求項７から１０のいずれか一項に記載のエレメントの接合構造。
【請求項１２】
請求項１から６のいずれか一項に記載のエレメントを用いて、隣り合うエレメントを接合するエレメントの接合方法であって、
前記溝部が設けられたエレメントを地盤中に掘削挿入し、
前記エレメントと適宜間隔をおいて、前記突条部が設けられたエレメントを、前記溝部に前記突条部が挿入されて前記止水部材が前記当接面に当接するように、地盤中に掘削挿入することを特徴とするエレメントの接合方法。
【請求項１３】
請求項４または５に記載のエレメントを用いて、隣り合うエレメントを接合するエレメントの接合方法であって、
前記溝部が設けられたエレメントを地盤中に掘削挿入し、
前記エレメントと適宜間隔をおいて、前記突条部が設けられたエレメントを、前記溝部に前記突条部が挿入されて前記止水部材が前記当接面に当接するように、地盤中に掘削挿入し、
前記貫通孔に前記ボルトを貫通させて前記溝部の側部どうしをその軸方向に所定間隔で連結することを特徴とするエレメントの接合方法。
【請求項１４】
請求項６に記載のエレメントを用いて、隣り合うエレメントを接合するエレメントの接合方法であって、
前記溝部が設けられたエレメントを地盤中に掘削挿入し、
前記エレメントと適宜間隔をおいて、前記突条部が設けられたエレメントを、前記溝部に前記突条部が挿入されて前記止水部材が前記当接面に当接するように、地盤中に掘削挿入し、
隣り合うエレメントどうしの外面と前記突条部とに囲まれた接合部内の土砂を排出した後、
この接合部に硬化材を充填することを特徴とするエレメントの接合方法。
【請求項１５】
前記接合部に硬化材を充填する前に、隣り合うエレメントどうしを補強材で連結することを特徴とする請求項１４に記載のエレメントの接合方法。
【請求項１６】
前記溝部に硬化材を充填することを特徴とする請求項１２から１５のいずれか一項に記載のエレメントの接合方法。
【請求項１７】
前記溝部が設けられたエレメントは前記土止め材を備えており、
この土止め材をその掘削挿入方向に移動させながら、前記突条部が設けられたエレメントを地盤中に掘削挿入することを特徴とする請求項１２から１６のいずれか一項に記載のエレメントの接合方法。
【請求項１８】
前記突条部が設けられたエレメントを地盤中に掘削挿入する際に、前記溝部に滑材を充填することを特徴とする請求項１２から１７のいずれか一項に記載のエレメントの接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下構造物を構築する際に用いるエレメント、エレメントの接合構造及びエレメントの接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地下構造物、例えば、立体交差化を実現するアンダーパス方式による地下トンネルを構築する際に、地上における交通規制がなく周辺環境への影響を最小限に抑えるために、非開削工法を採用する場合がある。
【０００３】
このような非開削工法としては、例えば、トンネル構造体（小断面のシールドトンネル）を地中に適宜間隔をおいて並設して、これらのトンネル構造体どうしを連結し、連続する内部空間を有する連結構造体を構築し、この連続構造体を土留構造体、さらにその一部を本体構造として地下構造物を構築する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、嵌合継手を取り付けた角形鋼管エレメントを相互に連結しながら、順次地中に推進して土留構造物を構築する方法も行われている（例えば、非特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平８−８６１９７号公報
【非特許文献１】半田卓・下田勝彦、「重要構造物直下における角形鋼管推進工事」、建設の機械化、社団法人日本建設機械化協会、２００３年２月、ｐ．４２−４６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前者の方法では、トンネル構造体間を連結するために、トンネル構造体間の地山を掘削することになる。そのため、トンネル構造体間の地山に止水材を注入して地盤改良を施したり、さらにトンネル構造体の構成セグメントの両側面に設けたスライド鋼板をトンネル構造体間の地山内に圧入してトンネル構造体間の山留めを行ったりする必要があり、手間とコストがかかっていた。
【０００６】
一方、後者の方法では、継手剛性及び強度を向上させるために継手間の遊び代を小さく設定する必要がある。そのため、隣接する角形鋼管エレメントの蛇行誤差により、嵌合継手が競い合って掘進が不可能になるおそれがあった。また、土留構造物として構築した際に、嵌合継手に引張力が作用する場合、メス継手の爪部が開いてオス継手が抜け出し終局強度を迎える場合があり、メス継手の爪部の開きが剛性及び強度上の弱点となっていた。
【０００７】
本発明の課題は、並設されたエレメントを相互に接合する際に、エレメント間に地盤改良を施して止水したり、鋼板を圧入して山留めしたりすることなく、かつ、エレメントを掘進する際に、その蛇行誤差により競り合って掘進が不可能になることをなくすことである。さらに、地下構造物として構築した際に、継手に引張力が作用してもその抜出しを防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、例えば図１に示すように、地盤中に適宜間隔をおいて並列して掘削挿入され、相互に接合されて地下構造物を構築するエレメント１であって、前記エレメント１の外面のうち少なくとも一面に、前記エレメント１の軸方向に沿って設けられている溝部２と、前記エレメント１の外面のうち少なくとも一面に、前記エレメント１の軸方向に沿って設けられ、隣り合うエレメント１の前記溝部２に挿入される突条部３とを備え、前記溝部２には、隣り合うエレメント１の前記突条部３に当接する止水部材（例えば、チューブシール４）が、前記エレメント１の軸方向にわたって連続して取り付けられており、前記突条部３には、隣り合うエレメント１の前記止水部材に当接する摺動可能な当接面５が、前記エレメント１の軸方向にわたって連続して形成され、例えば図２に示すように、前記溝部２には、その開口を閉塞する土止め材６が、前記止水部材に対して摺動可能に当接して備えられていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、例えば図１に示すように、地盤中に適宜間隔をおいて並列して掘削挿入され、相互に接合されて地下構造物を構築するエレメント１であって、前記エレメント１の外面のうち少なくとも一面に、前記エレメント１の軸方向に沿って設けられ、隣り合うエレメント１にその軸方向に沿って設けられている突条部３が挿入される溝部２を備え、前記溝部２には、隣り合うエレメント１の前記突条部３にその軸方向にわたって連続して形成されている摺動可能な当接面５に当接する止水部材（例えば、チューブシール４）が、前記エレメント１の軸方向にわたって連続して取り付けられ、前記溝部２には、その開口を閉塞する土止め材６が、前記止水部材に対して摺動可能に当接して備えられていることを特徴とする。
【００１１】
ここで、エレメント１としては、例えば鋼製、ＰＣ製などの殻状のものが挙げられ、その断面形状は、正方形状、矩形状のものが好ましい。また、止水部材としては、シールド工法等で用いられている水圧に応じた弾性反発力を期待する台形状のゴムや、膨張圧を期待するタイプのシール材などが考えられる。
【００１２】
また、地下構造物には、このエレメント１を仮設に利用して土留構造物となるもの、エレメント１の全部または一部を本設に利用して本体構造物となるものが考えられる。その地下構造物の形状は、一文字型、矩形、円形、門型、アーチ型など任意に選定できる。
【００１３】
このように、エレメント１の外面に設けられた溝部２に、隣り合うエレメント１の突条部３が挿入され、溝部２に設けられた止水部材が突条部３に当接することにより、エレメント１間に土砂や地下水が浸入することを防ぐことができ、従来のような地盤改良や鋼板圧入が必要でなくなる。また、突条部３を備えたエレメント１を掘削挿入する際には、溝部２には土砂等が浸入しておらず空間になっているので、突条部３を容易に挿入することができる。また、エレメント１の掘進時には、エレメント１の止水部材と隣り合うエレメント１の突条部３の当接面５が当接するのみであり、溝部２と突条部３が競り合って掘進が不可能になるおそれがない。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のエレメント１において、前記止水部材は、チューブシール４であることを特徴とする。
【００１５】
ここで、チューブシール４としては、例えば、中空部を有し、エア等の流体を供給することで膨張変形可能なものが挙げられる。
【００１６】
このように、止水部材として、チューブシール４を用いることにより、エア等の流体でその内部圧を調整しチューブシール４の変形を調整して、止水を確実に行うことができる。また、エア圧を調整しチューブシール４の変形を調整することで、掘進時、蛇行修正時、縦断曲線時の変位を吸収することができる。
【００１８】
このように、溝部２の開口を閉塞する土止め材６を、止水部材に対して摺動可能に当接して備えることにより、溝部２を備えるエレメント１を推進する際に、溝部２へ土砂等が侵入するのを確実に防ぐことができる。また、土砂等から止水部材を保護することもできる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、例えば図１０に示すように、請求項１〜３の何れかに記載のエレメントにおいて、前記溝部２２には、隣り合うエレメント２１の前記突条部２３にその軸方向に所定間隔で形成されている複数の貫通孔２３ｃをそれぞれ貫通して、前記溝部２２の側部どうしをその軸方向に所定間隔で連結する複数のボルト２５が備えられていることを特徴とする。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、例えば図１０に示すように、請求項１に記載のエレメントにおいて、前記突条部２３には、隣り合うエレメント２１の前記溝部２２の側部どうしをその軸方向に所定間隔で連結する複数のボルト２５をそれぞれ貫通させる複数の貫通孔２３ｃが、その軸方向に所定間隔で形成されていることを特徴とする。
【００２１】
このように、溝部２２の側部どうしがその軸方向に所定間隔でボルト２５により連結されることにより、エレメント２１に引張力が作用した際に溝部の目開きを抑制することで、突条部の抜出しを拘束し、また溝部２２に硬化材を充填した場合には突条部２３の抜出しを硬化材を介して拘束するため、エレメント２１どうしの接合の剛性及び強度を高めることができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、例えば図１に示すように、請求項１から５のいずれか一項に記載のエレメント１において、前記溝部２および突条部３は、前記エレメント１の外面のうち少なくとも一面の両端部付近に設けられていることを特徴とする。
【００２３】
このように、溝部２および突条部３をエレメント１の外面のうち少なくとも一面の両端部付近に設け、エレメント１の外面に設けられた溝部２に、隣り合うエレメント１の突条部３が挿入され、溝部２に設けられた止水部材が突条部３に当接することにより、エレメント１間に土砂や地下水がその両端部から浸入することを防ぐことができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明のエレメント１の接合構造は、例えば図１に示すように、請求項１から６のいずれかに記載のエレメント１を用いて、前記溝部２に前記突条部３が挿入され、前記止水部材（例えば、チューブシール４）が前記当接面に当接するように配置して、隣り合うエレメント１どうしを接合することを特徴とする。
【００２５】
このように、隣り合うエレメント１の溝部２に突条部３が挿入され、溝部２の止水部材が突条部３の当接面５に当接されて、隣り合うエレメント１どうしが接合されることにより、エレメント１間に土砂や地下水が浸入することを防ぐことができる。
【００２６】
請求項８に記載の発明のエレメントの接合構造は、例えば図１０に示すように、請求項４または５に記載のエレメントを用いて、前記溝部２２に前記突条部２３が挿入され、前記止水部材（例えば、止水ゴム２４）が前記当接面に当接するように配置して、隣り合うエレメント２１どうしを接合するエレメントの接合構造であって、前記ボルト２５が前記貫通孔２３ｃを貫通し前記溝部２２の側部どうしをその軸方向に所定間隔で連結していることを特徴とする。
【００２７】
このように、溝部２２の側部どうしがその軸方向に所定間隔でボルト２５により連結されていることにより、エレメント２１に引張力が作用した際に溝部の目開きを抑制することで、突条部の抜出しを拘束し、また溝部２２に硬化材を充填した場合には突条部２３の抜出しを硬化材を介して拘束するため、エレメント２１どうしの接合の剛性及び強度を高めることができる。
【００２８】
請求項９に記載の発明は、例えば図１に示すように、請求項６に記載のエレメント１を用いて、前記溝部２に前記突条部３が挿入され、前記止水部材が前記当接面５に当接するように配置して、隣り合うエレメント１どうしを接合するエレメント１の接合構造であって、隣り合うエレメント１どうしの外面と前記突条部３とに囲まれた接合部８に硬化材（コンクリート９）が充填されていることを特徴とする。
【００２９】
このように、隣り合うエレメント１の溝部２に突条部３が挿入され、溝部２の止水部材が突条部３の当接面５に当接されて、隣り合うエレメント１の外面と突条部３とに囲まれた接合部８に硬化材が充填されることにより、各エレメント１の接合方向への移動を拘束するとともに、応力を伝達することができる。
【００３０】
ここで、硬化材としては、コンクリート、モルタルなどが挙げられ、特に、無収縮性、高流動性を有するものが好ましい。なお、接合部８内に補強材（鉄筋籠１０）を配して、接合部８の強度を向上させることができる。
【００３１】
請求項１０に記載の発明は、例えば図５に示すように、請求項９に記載のエレメント１の接合構造において、前記接合部８には、隣り合うエレメント１どうしを連結する補強材（鉄筋籠１０）が配されていることを特徴とする。
【００３２】
このように、接合部８に隣り合うエレメント１どうしを連結する補強材を配することにより、エレメント１どうしを堅固に一体化することができる。
【００３３】
請求項１１に記載の発明は、例えば図３に示すように、請求項７から１０のいずれか一項に記載のエレメント１の接合構造において、前記溝部２に硬化材が充填されていることを特徴とする。
【００３４】
このように、前記溝部２にも硬化材が充填されることにより、突条部３は硬化材中に埋め込まれ、突条部３から硬化材を介して溝部２への力の伝達が可能となり、隣り合うエレメント１の一体化を図ることができる。
【００３５】
ここで、溝部２、突条部３と硬化材との付着応力を大きくするために、例えば図４に示すように、溝部２、突条部３の硬化材に接する面（当接面５を除く。）を凹凸状に形成することが望ましい。
【００３６】
請求項１２に記載の発明は、例えば図１に示すように、請求項１から６のいずれか一項に記載のエレメントを用いて、隣り合うエレメントを接合するエレメントの接合方法であって、前記溝部が設けられたエレメントを地盤中に掘削挿入し、前記エレメントと適宜間隔をおいて、前記突条部が設けられたエレメントを、前記溝部に前記突条部が挿入されて前記止水部材が前記当接面に当接するように、地盤中に掘削挿入することを特徴とする。
【００３７】
このように、溝部２が設けられたエレメント１を地盤中に掘削挿入する。このエレメント１と適宜間隔をおいて、突条部３が設けられたエレメント１を掘削挿入する。溝部２に突条部３が挿入されて止水部材が当接面５に当接するように掘削挿入する。これにより、止水部材によって土砂、地下水等の浸入が防止される。
【００３８】
請求項１３に記載の発明は、例えば図１０に示すように、請求項４または５に記載のエレメントを用いて、隣り合うエレメントを接合するエレメントの接合方法であって、前記溝部２２が設けられたエレメント２１を地盤中に掘削挿入し、前記エレメント２１と適宜間隔をおいて、前記突条部２３が設けられたエレメント２１を、前記溝部２２に前記突条部２３が挿入されて前記止水部材（例えば、止水ゴム２４）が前記当接面に当接するように、地盤中に掘削挿入し、前記貫通孔２３ｃに前記ボルト２５を貫通させて前記溝部２２の側部どうしをその軸方向に所定間隔で連結することを特徴とする。
【００３９】
このように、溝部２２の側部どうしをその軸方向に所定間隔でボルト２５により連結することにより、エレメント２１に引張力が作用した際に溝部の目開きを抑制することで、突条部の抜出しを拘束し、また溝部２２に硬化材を充填した場合には突条部２３の抜出しを硬化材を介して拘束するため、エレメント２１どうしの接合の剛性及び強度を高めることができる。
【００４０】
請求項１４に記載の発明は、例えば図１に示すように、請求項６に記載のエレメント１を用いて、隣り合うエレメント１を接合するエレメント１の接合方法であって、前記溝部２が設けられたエレメント１を地盤中に掘削挿入し、前記エレメント１と適宜間隔をおいて、前記突条部３が設けられたエレメント１を、前記溝部２に前記突条部３が挿入されて前記止水部材が前記当接面５に当接するように、地盤中に掘削挿入し、隣り合うエレメント１どうしの外面と前記突条部３とに囲まれた接合部８内の土砂を排出した後、この接合部８に硬化材を充填することを特徴とする。
【００４１】
このように、溝部２が設けられたエレメント１を地盤中に掘削挿入する。このエレメント１と適宜間隔をおいて、突条部３が設けられたエレメント１を掘削挿入する。溝部２に突条部３が挿入されて止水部材が当接面５に当接するように掘削挿入する。そして、隣り合うエレメント１どうしの外面と突条部３とに囲まれた接合部８内の土砂を排出する。止水部材によって土砂、地下水等の浸入が防止されているので、それらの侵入を防止された接合部８に容易かつ確実に硬化材を充填することができる。
【００４２】
請求項１５に記載の発明は、例えば図５に示すように、請求項１４に記載のエレメント１の接合方法において、前記接合部８に硬化材を充填する前に、隣り合うエレメント１どうしを補強材（鉄筋籠１０）で連結することを特徴とする。
【００４３】
このように、止水部材によって土砂、地下水等の浸入が防止されているので、それらの侵入を防止された接合部８に容易かつ確実に補強材の配置作業を行うことができる。
【００４４】
請求項１６に記載の発明は、例えば図３に示すように、請求項１２から１５のいずれか一項に記載のエレメント１の接合方法において、前記溝部２に硬化材を充填することを特徴とする。
【００４５】
このように、溝部２も止水部材によって土砂、地下水等の浸入が防止されているため、それらの浸入を防止された溝部２に容易かつ確実に硬化材を充填することができる。
【００４６】
請求項１７に記載の発明は、例えば図２に示すように、請求項１２から１６のいずれか一項に記載のエレメント１の接合方法において、前記溝部２が設けられたエレメント１は前記土止め材６を備えており、この土止め材６をその掘削挿入方向に移動させながら、前記突条部３が設けられたエレメント１を地盤中に掘削挿入することを特徴とする。
【００４７】
このように、土止め材６をその掘削挿入方向に移動させながら、突条部３が設けられたエレメント１を地盤中に掘削挿入することにより、突条部３が設けられたエレメント１を掘進挿入する際に、溝部２への土砂等の侵入を確実に防ぐことができる。
【００４８】
請求項１８に記載の発明は、例えば図１０に示すように、請求項１２から１７のいずれか一項に記載のエレメントの接合方法において、前記突条部２３が設けられたエレメント２１を地盤中に掘削挿入する際に、前記溝部２２に滑材２６を充填することを特徴とする。
【００４９】
このように、溝部２２に滑材２６を充填することにより、エレメント２１の推進時には止水部材と滑材２６により確実な止水性を確保することができる。また、溝部２２内を突条部２３が移動するときには推進抵抗を低減することができる。
【００５０】
なお、例えば図６に示すように、地盤中に適宜間隔をおいて並列して掘削挿入され、相互に接合されて地下構造物を構築するエレメント１の接合方法であって、前記エレメント１の軸方向端部の外面にその周縁部に沿って溝部（止水パッキン用溝１２）が形成されており、この溝部に止水部材（止水パッキン１１）を設置するとともに、エレメント１の軸方向端部間に隙間をあけて、エレメント１どうしをその軸方向に連結することもできる。
【００５１】
このように、エレメント１の軸方向端部の外面にその周縁部に沿って形成されている溝部に、止水部材を設置するとともに、エレメント１の軸方向端部間に隙間をあけて、エレメント１どうしをその軸方向に連結することにより、エレメント１の軸方向端部間に水、土砂等の侵入を防ぐことができるとともに、フレキシブル性を有する接合とし縦断方向の曲線施工や蛇行修正に対応することができる。
【発明の効果】
【００５２】
本発明によれば、エレメントの外面に設けられた溝部に、隣り合うエレメントの突条部が挿入され、溝部に設けられた止水部材が突条部の当接面に当接しているので、エレメント間への土砂や地下水の浸入を防止することができ、エレメント間の地盤改良や鋼板圧入が不要になる。また、エレメントの掘進時には、エレメントの止水部材と隣り合うエレメントの突条部の当接面が当接するのみであり、溝部と突条部が競り合って掘進が不可能になるおそれがない。さらに、溝部に滑材を充填して止水性を向上させるともに、エレメントの推進抵抗を低減することができる。
【００５３】
また、止水部材として、チューブシールを用いることで、エア等の流体でその内部圧を調整しチューブシールの変形を調整して、止水を確実に行うことができる。
【００５４】
溝部の開口を閉塞する土止め材を、止水部材に対して摺動可能に当接して備えることで、溝部を備えるエレメントを推進する際に、溝部への土砂等の侵入をより確実に防止することができる。土止め材をその掘削挿入方向に移動させながら、突条部が設けられたエレメントを地盤中に掘削挿入することで、突条部が設けられたエレメントを推進する際に、溝部への土砂等の侵入を確実に防ぐことができる。
【００５５】
溝部の止水部材が突条部の当接面に当接されて、止水部材によって土砂、地下水等の浸入が防止されているので、それらの侵入を防止された接合部に容易かつ確実に硬化材を充填することができる。そして、隣り合うエレメントの外面と突条部とに囲まれた接合部に硬化材を充填することで、この接合部を固定し、隣り合うエレメントどうしの一体化が図れる。
【００５６】
さらに、溝部も止水部材によって土砂、地下水等の浸入が防止されているので、それらの浸入を防止された溝部に容易かつ確実に硬化材を充填することができる。溝部にも硬化材が充填されることで、突条部は硬化材中に埋め込まれるので、突条部からコンクリートを介して溝部への力の伝達が可能となり、隣り合うエレメントの一体化が図れる。
【００５７】
また、接合部に隣り合うエレメントどうしを連結する補強材を配することで、エレメントどうしを堅固に一体化することができる。止水部材によって土砂、地下水等の浸入が防止されているので、それらの侵入を防止された接合部に容易かつ確実に補強材の配置作業を行うことができる。
【００５８】
さらに、溝部の側部どうしをエレメントの軸方向に所定間隔で複数のボルトにより連結することで、エレメントに引張力が作用した際に溝部の目開きを抑制することで、突条部の抜出しを拘束し、また溝部２２に硬化材を充填した場合には突条部２３の抜出しを硬化材を介して拘束するため、エレメントどうしの接合の剛性及び強度を高めることができる。
【００５９】
また、エレメントの軸方向においても、その端部の外面にその周縁部に沿って形成されている溝部に止水部材を設置するとともに、エレメントの軸方向端部間に隙間をあけてエレメントどうしをその軸方向に連結しているので、エレメントの軸方向端部間に水、土砂等が侵入するのを防ぐことができるとともに、フレキシブル性のある接合として、縦断方向の曲線施工や蛇行修正に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
本実施の形態のエレメント、エレメントの接合構造および接合方法は、地盤中に複数のエレメント１を並列して掘削挿入し、これらのエレメント１を相互に接合して土留構造物（地下構造物）を構築し、その内部空間に道路や鉄道などの下を横断するアンダーパス方式の大断面トンネル（本体構造物）を構築するためのものである。
【００６１】
エレメント１は、断面形状がほぼ矩形または正方形の中空状の鋼殻である。土留構造物の軸方向延長（トンネル軸方向延長）に応じて、エレメント１をその軸方向に継ぎ足しながら掘削挿入して地中に埋設していくものである。なお、突条部３を除いたエレメント１の外形が同一になるのが好ましい。
【００６２】
図１に示すように、エレメント１の外面には、その両端部付近にエレメント１の軸方向に沿って溝部２あるいは突条部３が設けられている。エレメント１は、溝部２あるいは突条部３が設けられた外面を少なくとも一面備えている。具体的には、次のようなものが考えられる。すなわち、溝部２を備える外面を一面以上有しかつ突条部３を備える外面を一面以上有するもの（雌雄型エレメント）、溝部２を備える外面を一面以上有しかつ突条部３を備える外面を有しないもの（雌型エレメント）、溝部２を備える外面を有せずかつ突条部３を備える外面を一面以上有するもの（雄型エレメント）、である。
【００６３】
これらのエレメント１の溝部２に隣り合うエレメント１の突条部３が挿入され、接合されることにより、土留構造物を構築するものである。これらのエレメント１は、土留構造物の形状に応じて割り付けられ、組み合わされる。なお、隣り合うエレメント１と接合しない外面には、溝部２や突条部３を設ける必要はない。
【００６４】
溝部２は、断面形状が接合方向に細長の矩形に成形したものであり、その内面は底面と側面とから構成されている。本実施の形態では、矩形のエレメント１の接合方向と平行な２つの外面を所定長さ突出させ、その突出部とそれぞれ間隔をおいてほぼ断面コ字状の鋼材をその開口側をエレメント１の外面に向けて突出部に平行に溶接することによって、エレメント１の外面の両端部に溝部２を形成している。
【００６５】
突条部３は、板状の鋼板であり、溝部２に対応した位置に溶接されている。溝部２および突条部３の大きさは、溝部２に突条部３を挿入したときに、溝部２の底面と突条部３の外端部、溝部２の両側面と突条部３の両面との間に所定の隙間が開くようになっている。
【００６６】
また、溝部２の両側面には、突条部３を両面から挟み込むように、２条の止水部材が対向してエレメント１の軸方向にわたって取り付けられている。そして、止水部材が当接する突条部３には、止水部材との間に隙間を生じさせないように当接面５がエレメント１の軸方向にわたって連続して形成されている。この当接面５の幅は、蛇行や曲線施工等のずれ量を加味した寸法にする。
【００６７】
止水部材は、ゴムの弾性体によって形成され、中空部（図示しない）を有し、この中空部に配管を通してエア、液体等の流体を供給することで膨張変形可能なチューブシール４を用いている。配管からエア等が供給されることで膨張し、突条部３の当接面５を摺動可能に圧接する。また、エア量を調節することで当接圧を調整することができる。このエア等の流体の供給によって膨張したチューブシール４が隣り合うエレメント１の突条部３の当接面５に圧接して、地山から溝部２内への土砂の浸入を防止している。
【００６８】
また、図２に示すように、溝部２には、その開口を閉塞する土止め材６がチューブシール４に対して摺動可能に当接して取り付けられている。具体的には、土止め材６は、例えば、鋼製あるいはプラスチック製で、断面形状がほぼＴ字状に形成されたものである。溝部２の両側面には、この土止め材６のフランジ６ａの左右両端部が挿入されて嵌め込まれる土止め材用溝７がエレメント１の軸方向に沿って止水部材よりも外方（地山側）に形成されている。この土止め材用溝７に土止め材６が挿入されて嵌め込まれた状態で、土止め材６のウェブ６ｂがチューブシール４に両面から挟み込まれ、摺動自在に保持される。土止め材６は突条部３と同様にチューブシール４が当接する当接面を有する。
【００６９】
土止め材６は、掘進時の掘削土や滑材の侵入を防ぐとともに、チューブシール４の当接圧を確保し掘進時の掘削土や滑材の侵入を防ぐものである。また、隣り合うエレメント１の突条部３が挿入されたときにも、同じ当接圧が得られるようにして掘削土や滑材の侵入を防ぐものである。突条部３に押し出されても溝部２から外れてしまうことがなく、また土圧を受けてチューブシール４を破損することもない。なお、土止め材６の止水部材に挟まれる当接面５の厚みは、突条部３の当接面５と同一であるのが好ましい。
【００７０】
また、図４に示すように、溝部２の両側面に、チューブシール４よりも内方に位置して、エレメント１の軸方向に沿って突起状の係止部２ａが設けられている。一方、突条部３の端部には、溝部２の係止部２ａに係止される突起状の被係止部３ａが設けられている。被係止部３ａはエレメント１の軸方向に連続して設けてもよく、所定長さの突起をエレメント１の軸方向に所定間隔で複数設けてもよい。これらの係止部２ａおよび被係止部３ａは、突条部３を溝部２に挿入する際に邪魔にならない大きさのものであり、エレメント１の掘削挿入時における蛇行に対するガイドの役目を果たす。また、後述する硬化材が充填された際には、応力を伝達する役目も果たすことができる。
【００７１】
エレメント１をその軸方向に継ぎ足す際には、エレメント１の端部どうしを接続するとともに、エレメント１に設けられたチューブシール４、土止め材６も継ぎ足される。
【００７２】
図６（ａ）に示すように、エレメント１の軸方向両端部の接合面には、その周縁部に沿って止水パッキン用溝１２が形成され、相互に突き合わせるエレメント１どうしの止水パッキン用溝１２内に止水パッキン１１が設置される。
【００７３】
そして、図６（ｂ）に示すように、エレメント１端部の接続は、エレメント１どうしをボルト１４で締結する。エレメント１の内側にボルト孔を有するエンドプレート１３を配置し、それぞれのエンドプレート１３の止水パッキン用溝１２内に止水用パッキンを挟み込み、双方のボルト孔が一致する配置に突き合わせ、各ボルト孔へボルト１４を通して締め付ける。なお、掘進時のエレメント１どうしは、仮留め程度として、フレキシブルな締結とする。
【００７４】
チューブシール４の接続は、エレメント１の軸方向端部からそれぞれ僅かに突出させ、その突出端部どうしを溶着することによって行われる。このとき、止水パッキン１１の端部がチューブシール４に接する部分も溶着しておく。
【００７５】
突条部３の接続は、図６（ａ）、（ｃ）に示すように、その軸方向端部どうしを弾性部材１５で連結して行われる。突条部３の軸方向端部の当接面５に、少なくとも当接面５の幅よりも大きく凹部を形成し、そこに液体ゴムを流し込んで、止水パッキン１１の上部まで充填して弾性部材１５を成型する。液体ゴムは時間とともに固体になる周知のものである。弾性部材１５は、突条部３の当接面５と連続する当接面５を形成して、エレメント１間で止水パッキン１１の外側を止水する。
【００７６】
土止め材６の接合は、図７に示すように、エレメント１の接続位置で行い、接合は止水と曲線施工に追従できるように突条部３の接合と同様に弾性部材１７で行う。具体的には、土止め材６の端部の地山側に凹部を形成し、弾性部材１７をそれぞれの端部に架け渡してその外面にあて板１８を当ててボルト１６で締結する。当て板１８は、土止め材６のフランジ６ａとともに弾性部材１７をボルト１６の締付け圧によって挟み込むためのものである。
【００７７】
次に、エレメントの接合構造について説明する。
図１に示すように、隣り合うエレメント１が溝部２に突条部３が挿入されて、突条部３の当接面５がチューブシール４に挟み込まれている。隣り合うエレメント１どうしの外面と突条部３とに囲まれた接合部８に鉄筋籠（補強材）１０が配置され、コンクリート（硬化材）９が打設されている。
【００７８】
さらに、図３に示すように、溝部２にコンクリート９が打設されている。溝部２のコンクリート９は狭い箇所への打設となるので、高流動なコンクリートが望ましい。突条部３が溝部２内のコンクリート９等に埋め込まれて、突条部３からコンクリート９を介して溝部２への力の伝達が可能となり、隣り合うエレメント１を一体化することができる。
【００７９】
さらに、溝部２および突条部３のコンクリート９に接する表面を、付着力を増す目的で、凹凸状に形成してもよい。凹凸状に形成する代わりに、異形鉄筋を溶接してもよい。この場合には、チューブシール４が当接する当接面５には凹凸状を形成したり、異形鉄筋を溶接したりしない。また、前述した溝部２および突条部３に設けた係止部２ａ、被係止部３ａを設けている場合には、エレメント１間に働く引張りあるいは圧縮力を確実に伝達することができる。
【００８０】
また、図５に示すように、隣り合うエレメント１どうしを連結する鉄筋籠１０を、接合部８に配している。具体的には、コ字状の鋼材、内側の止水部材を撤去し、エレメント１の外面に形成された挿通孔に鉄筋をエレメント１内に打設されるコンクリート９等に定着されるように挿入して一体化する。なお、撤去したコ字状の鋼材、止水部材は、後設のエレメント１に転用し、その製作のコストダウンを図ることができる。
【００８１】
次に、エレメント１の接合方法について説明する。
溝部２が設けられたエレメント１を発進立坑から掘削挿入する。このとき、土止め材６を予め溝部２に取り付けておく。エレメント１を掘削挿入する際には、土止め材６と止水部材により、溝部２には掘削土砂、地下水、滑材等は浸入しない。すなわち、土止め材６のフランジ６ａが溝の両側面の土止め材用溝７に嵌め込まれて、土止め材６が掘削土砂の外圧を直接受けながら掘削土砂、滑材等の浸入を阻止し、止水部材がその膨張した中空部が土止め材６のウェブ６ｂの両面に圧接して止水している。
【００８２】
次に、溝部２が設けられたエレメント１を掘進し終えると、突条部３が設けられたエレメント１を発進立坑から、突条部３の当接面５を溝部２の止水部材に挟み込ませて軸方向へ挿入しながら掘進する。突条部３を備えるエレメント１の掘進は、その突条部３で既に掘進が完了したエレメント１の溝部２に残置されている土止め材６を押し出しながら行う。押し出された土止め材６は、到達立坑で回収する。なお、土止め材６は到達立坑から、エレメント１の掘進速度に合わせて引き抜いてもよい。
【００８３】
したがって、従来のようなエレメント間の地盤改良や鋼板圧入が必要でなくなる。また、突条部３を備えたエレメント１を掘削挿入する際には、溝部２には土砂等が浸入しておらず空間になっているので、突条部３を容易に挿入することができる。また、エレメント１の掘進時には、エレメント１のチューブシール４と隣り合うエレメント１の突条部３の当接面５が当接するのみであり、溝部２と突条部３が競り合って掘進が不可能になるおそれがない。
【００８４】
エレメント１の設置に際しては、周知の矩形ボックス掘進機を用いることができる。かかる掘進機の後方にエレメント１を取付け、掘進機によって地盤を切削させながらエレメント１の後方から推進ジャッキにてエレメント１及び掘進機を押し出させて所定の位置にエレメント１を設置する。また、チューブシール４の掘進時、蛇行修正時、縦断曲線時の余裕変位量は、エア圧を調整しパッキンの変形で調整する。
【００８５】
そして、エレメント１を地盤中に並列して埋設した後、エレメント１間の接合部８の土砂を、発進または到達立坑から高圧水を噴射して取り除く。なお、土砂の除去は、エレメントを構成する部分のうち接合部８に面する部分の一部を取り外して行ってもよい。
【００８６】
この土砂が取り除かれた接合部８に、予め組み立てられた鉄筋籠１０を発進または到達立坑から挿入して配置し、コンクリート９等を打設する。このとき、溝部２にもコンクリート９等を打設する。
【００８７】
エレメント１どうしを連結する補強材を配置する場合には、エレメント１間の接合部８の土砂を取り除いた後、エレメント１の外面に鉄筋を挿通するための孔を軸方向に沿って所定間隔で複数形成し、これに鉄筋を挿通して、接合部８内に鉄筋を組立て、コンクリート９を打設する。
【００８８】
土留構造物の構築に際しては、最初に設置するエレメント１は外面に溝部２のみが設けられた雌型エレメントを使用する。次に設置するエレメント１は外面に突条部３と溝部２が設けられた雌雄型エレメントを順次使用する。構築の最後にあるいは断面を閉じるために設置するエレメント１は、外面に突条部３のみが設けられた雄型エレメントを使用することとなる。
また、雌雄型エレメントを使用しない場合には、予め割り付けられた位置に雌型エレメントを全て配置し、それらの雌型エレメントの間に雄型エレメントを配置して使用することとなる。
【００８９】
次に、図１０は、エレメントの接合構造の別の実施例を示している。図１０に示すように、溝部２２は、向かい合う側板（側部）２２ａ、２２ｂとこれらの側板２２ａ、２２ｂの一方の端部どうしを接合する底版２２ｃとで断面がコ字状に形成されている。この両側板２２ａ、２２ｂのもう一方の端部の内側面には、突条部を挟み込むように2条の止水ゴム２４（止水部材）が対向してその軸方向にわたって取り付けられている。
【００９０】
また、この両側板２２ａ、２２ｂの内側面には、止水ゴムよりも内方に位置して、その軸方向に沿って板厚を増した係止部２２ｄが設けられている。一方、突条部２３の端部には、係止部２２ｄに係止される突起状の被係止部２３ａが設けられている。溝部２２と突条部２３との間には遊び代を大きくとっているので、長距離推進時の継手間抵抗を小さくすることができる。
【００９１】
外側の側板２２ａの係止部２２ｄにはその軸方向に所定間隔で複数のネジ孔２２ｅが形成され、内側の側板２２ｃの係止部２２ｄおよび突条部２３には、それらのネジ孔２２ｅに対応する位置にそれぞれ挿通孔２２ｆ、貫通孔２３ｃが形成されている。そして、ボルト２５がこれらの挿通孔２２ｆに挿通され、貫通孔２３ｃに貫通され、ネジ孔２２ｅに螺合されて両側板２２ａ、２２ｂどうしが連結されている。これにより、地下構造物として構築した際にエレメント２１の接合部に引張力が作用しても、側板２２ａ、２２ｂが互いに外側に変形して開くのを、即ち溝部の目開きを防止し、突条部２３の抜出しを硬化材を介して拘束して、本設接合の剛性及び強度を高めることができる。
【００９２】
エレメント２１の推進時には、溝部２２内へ滑材２６を充填して、止水ゴム２４と滑材２６により止水性を確実に確保する。また、溝部２２内に充填した滑材２６は、溝部２２内を突条部２３が移動するときには推進抵抗を低減することができる。エレメント２１の推進が完了した後、エレメント２１の接合部の内側より上記ボルト２５を締結し、溝部２２と突条部２３との間に配置した止水ゴム２４に締付力を付与して止水を確実なものとする。溝部２２内の滑材２６を高圧洗浄水で除去し清掃した後、溝部２２内に無収縮セメントミルク２８（硬化材）を注入し、溝部２２と突条部２３を一体化させる。
【００９３】
ここで、滑材２６としてゾルとゲルの可逆的な変換性能（チキソトロピー）を有するものを使うことで、清掃を容易にし、硬化材の充填を確実にでき、硬化材の信頼性が向上し、継手強度をより確実に発現させることができる。滑材２６の洗浄および無収縮セメントミルク２８の注入をするために、溝部２２の内側の側板２２ｂに注入孔２７を設けてもよい。洗浄、注入時以外には、ネジ切りキャップ２９を取り付けて閉塞しておく。また、突条部２３の端部に多数の小突起２３ｂを取り付けてもよい。これにより、溝部２２の底板２２ｃと突条部２３の端部２３ａとの間に離隔を設けて、洗浄および注入の際に反対側への回り込みを容易にすることができる。
【００９４】
なお、以上の実施の形態においては、地下構造物を土留構造物としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、エレメントの全部または一部を利用して本設構造物としても良い。また、エレメントを地盤中に掘削挿入する工法としては、推進による工法に限らず、牽引による工法でも可能である。また、エレメントの溝部及び突条部を外面の両端部付近に設けるようにしたが、例えば図８に示すように、設計・施工条件（外圧、エレメント設置後の掘削方法、支保工の設置など）によっては外側（地山側）のみであってもよい。
【００９５】
また、エレメントは、肉厚の鋼管状のものに限らず、鋼材やコンクリートなどの材料で製作することができる。例えば、図９に示すように、鋼製プレート１ａに主桁１ｂ、リブ１ｃなどの補強材を溶接した鋼製プレート型のものでもよい。また、硬化材もコンクリートに限らず、モルタル等であってもよい。また、接合部に配置する補強材も鉄筋籠に限らず、形鋼等の鋼材を利用してよい。また、止水部材としては、シールド工法等で用いられている水圧に応じた弾性反発力を期待する台形状のゴムや、膨張圧を期待するタイプのシール材などでもよい。その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明を適用した一実施の形態の、エレメントの接合構造を示す断面図である。
【図２】同、エレメントを接合する前の状態を示す断面図である。
【図３】他の実施例のエレメントの接合構造を示す断面図である。
【図４】さらに他の実施例のエレメントの接合構造を示す断面図である。
【図５】さらに他の実施例のエレメントの接合構造を示す断面図である。
【図６】エレメントの接続を説明する図であり、（ａ）はエレメントの軸方向の端部を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）においてエレメントを軸方向に接続した状態を示す、Ａ−Ａ矢視の部分拡大断面図、（ｃ）は（ａ）においてエレメントを軸方向に接続した状態を示す、Ｂ−Ｂ矢視の部分拡大断面図である。
【図７】土止め材の接続を説明する図であり、（ａ）は軸方向の断面図、（ｂ）は接続する状況を示す斜視図である。
【図８】さらに他の実施例のエレメントの接合構造を示す断面図である。
【図９】さらに他の実施例のエレメントの接合構造を示す断面図である。
【図１０】さらに他の実施例のエレメントの接合構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９７】
１  エレメント
２  溝部
２ａ  係止部
３  突条部
３ａ  被係止部
４  チューブシール（止水部材）
５  当接面
６  土止め材
７  土止め材用溝
８  接合部
９  コンクリート（硬化材）
１０  鉄筋籠（補強材）
１１  止水パッキン
１２  止水パッキン用溝
１３  エンドプレート
１４、１６  ボルト
１５、１７  弾性部材
２１  エレメント
２２  溝部
２２ａ、２２ｂ  側板（側部）
２２ｃ  底板
２２ｄ  係止部
２２ｅ  ネジ孔
２２ｆ  挿通孔
２３  突条部
２３ａ  被係止部
２３ｂ  小突起
２３ｃ  貫通孔
２４  止水ゴム（止水部材）
２５  ボルト
２６  滑材
２７  注入孔
２８  無収縮セメントミルク（硬化材）
２９  ネジ切りキャップ
【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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