(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲートを備える開口部を配置して複数のセグメントを組み立て、組み立てたセグメントを地中に圧入して沈設する立坑における開口部の補強構造において、前記開口部の直上方部のセグメントが、引き上げ時の前記ゲートと接触しないように配置された第１セグメントと、前記第１セグメントと重ねて配置された補強用の第２セグメントとからなる二重構造となっており、前記第２セグメントは、前記第１セグメントから撤去可能に取り付けられていることを特徴とする立坑開口部の補強構造。
【請求項２】
前記開口部の左右両側及び下部に補強部材が配置された請求項１に記載の立坑開口部の補強構造。
【請求項３】
前記開口部の左右両側及び下部に補強部材が配置され、更に、前記開口部の上部には、前記第２セグメントを撤去した後の前記開口部の上部を補強するための補強梁が、前記開口部の左右両側の前記補強部材の上部間を連結して、前記ゲートと接触しないように取り付けられた請求項１に記載の立坑開口部の補強構造。
【請求項４】
立坑沈設時にセグメントに加わる荷重を前記開口部を閉塞している前記ゲートに伝達するための伝達手段を備え、前記伝達手段は、前記二重構造のセグメントと前記開口部を閉塞している前記ゲートとの間に介在して配置される請求項１乃至３の何れかに記載の立坑開口部の補強構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のセグメントを地上で連結して組み立て、組み立てたセグメントを地下に圧入して立坑を沈設し、該立坑から掘削機を発進させてトンネルを形成するときに、掘削機の発進口や到達口を構成する、開閉可能なゲート（シャッタともいう）を備える開口部の補強構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘削機等の掘削機によってトンネルや地下空間を構築する場合、まず、トンネルを掘削しようとするルートの両端部あるいは中間部に、掘削機を発進、到達させるための立坑（発進立坑及び到達立坑）を構築し、掘削機を発進立坑の内部へ降ろし、降ろした掘削機を発進立坑から発進させて所定のルートを掘削した後に到達立坑へ到達させる。
【０００３】
立坑の構築には種々の工法があり、例えば、アーバンリング工法（商品名）等が知られている。構築する立坑の大深度化に伴ない、立坑を構成する土留め壁の外部には非常に大きな土圧や水圧が作用し、掘削機を発進させるために土留め壁を開口する際に、その部分の土砂が崩壊して立坑内に流入し、掘削機を発進させることができない問題がある。
【０００４】
そこで、従来は、開口時に周囲の地山が崩壊するのを防止するためあるいは地下水の立坑内への流入を防止するために、発進口の前方に地盤改良部あるいは凍結部を形成する方法が行なわれている（以下、「先行技術１」という）。
【０００５】
しかし、先行技術１は、地盤改良部や凍結部の形成に多くの費用と工期を必要とするといった問題がある。
【０００６】
このため、発進口周囲の地盤改良工事をせずに掘削機を発進することができる工法が求められ、特開平１０−２０５２８０号公報には下記に示すゲート（シャッタ）を用いるトンネル施工方法が開示されている。該工法において、発進立坑を構成する土留め壁（構築壁等ともいう）に設けた発進口は、掘削機により掘削可能な封止材により封鎖されている。更に、発進口には開閉可能なゲートが設けられている。ゲートは、発進立坑の周囲の土圧及び水圧を支持できる強度を備える。更に、掘削機の発進の際に発進立坑内に形成される圧力室の充填材が、ゲートの開放時にゲートと構築壁との間から漏れるのを防止するための漏出防止部材がゲートに設けられている。ゲートと掘削機との間に構築壁外部の圧力に対抗する圧力室を形成し、その後、ゲートを移動して発進口を開放し、掘削機により発進口を封鎖している封止材を掘削して掘削機を発進立坑の外に向けて発進させる（以下、「先行技術２」という）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、先行技術２には下記の問題があった。
【０００８】
円筒状の立坑には鉛直方向及び円周方向の力が加わる。まず、そのうちの鉛直方向の力については、地上で組み立てられたセグメント（土留め壁）には水中掘削されながらジャッキにより地中に圧入されるため鉛直方向のジャッキ圧が加わる。従って、セグメントに組み込まれた開口部にも、鉛直方向のジャッキ圧が加わる。ただし、前記ジャッキ圧は、立坑沈設時のみ加わる荷重であり、沈設完了後はこのような荷重は加わらない。
【０００９】
次に、円周方向については、地中深く圧入された沈設後のセグメント（土留め壁）は、土留め外周の土圧及び水圧を受けることになり、円筒状立坑ではそれは土留め部材の圧縮力となって部材、開口部に加わる。
【００１０】
更に、立坑の開口部は開閉ゲートを備え、掘削機を発進する際には開口部を開放するためにゲートを引き上げる。このときゲートの直上方部のセグメントは引き上げたゲートが接触しないようにしなければならない。そのため、位置や大きさを調整して配置しなければならず、例えば、通常のセグメントよりも桁高さ（厚さ）を低く（薄く）しなければならない。
【００１１】
しかしながら、セグメントの桁高さを低くすれば剛性が不足し、立坑を沈設するときに立坑に加わるジャッキ圧に対して開口部及び周囲の剛性が不足するという問題があった。
【００１２】
従って、本発明の目的は、上述の課題を解決し、立坑沈設時の圧力及び土留め外周の土圧及び水圧に対抗し、開口部及びその周辺の剛性を十分に確保することができ、且つ、ゲート引き上げの邪魔とならず、良好な作業性を確保することができる立坑開口部の補強構造を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、ゲートを備える開口部を配置して複数のセグメントを組み立て、組み立てたセグメントを地中に圧入して沈設する立坑における開口部の補強構造において、前記開口部の直上方部のセグメントが、引き上げ時の前記ゲートと接触しないように配置された第１セグメントと、前記第１セグメントと重ねて配置された補強用の第２セグメントとからなる二重構造となっており、前記第２セグメントは、前記第１セグメントから撤去可能に取り付けられていることに特徴を有するものである。
【００１４】
請求項２記載の発明は、前記開口部の左右両側及び下部に補強部材が配置されたことに特徴を有するものである。
請求項３記載の発明は、前記開口部の左右両側及び下部に補強部材が配置され、更に、前記開口部の上部には、前記第２セグメントを撤去した後の前記開口部の上部を補強するための補強梁が、前記開口部の左右両側の前記補強部材の上部間を連結して、前記ゲートと接触しないように取り付けられたことに特徴を有するものである。
【００１５】
請求項４記載の発明は、立坑沈設時にセグメントに加わる荷重を前記開口部を閉塞している前記ゲートに伝達するための伝達手段を備え、前記伝達手段は、前記二重構造のセグメントと前記開口部を閉塞している前記ゲートとの間に介在して配置されることに特徴を有するものである。
【００１６】
本発明においては、立坑開口部の直上方部のセグメントを、第１セグメント及び第２セグメントからなる二重構造とする。通常のセグメントを開口部の直上方部に配置したのでは開口部のゲート引き上げ時にゲートと接触してしまうので、第１セグメントは、通常のセグメントよりも薄い桁高さ（厚さ）とし、且つ、ゲート引き上げ時にゲートと接触しないように配置する。第２セグメントは、第１セグメントの内側に重ねて配置して第１セグメントを補強する。第１と第２セグメントとを重ねた二重構造のセグメントの厚さは、他のセグメントと同等あるいはそれ以上の桁高さ（厚さ）を有するので、二重構造のセグメントは、立坑沈設時に加わる鉛直のジャッキ圧に対抗し剛性を確保することができるとともに、立坑に加わる土圧、水圧による円周方向の力にも対抗することができる。第２セグメントは、沈設終了後、ゲートを引き上げる前に第１セグメントから取り外すので引き上げるゲートと接触しない。
【００１７】
また、二重構造のセグメントと開口部閉塞時のゲートとの間に、荷重伝達手段としての部材を配置し、該部材を介してジャッキ圧を開口部閉塞時のゲートによって受け止める。
【００１８】
更に、開口部の左右両側及び上下に補強部材を配置する。開口部上部は、ゲート引上げ前までは二重構造のセグメントが補強部材の役割を担うが、ゲート引上げ以降は取り外された第２セグメントに変わる補強部材としてゲートと接触しない立坑の内部側の位置に、左右両側の補強部材の上部間にわたり補強梁を連結して取り付ける。このように、開口部の左右及び上下に補強部材を配置することにより、立坑の沈設後、第２セグメント撤去後の立坑に加わる水圧、土圧による円周方向の力に対抗することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１〜１４は、本発明の実施の形態に係る図面であり、図１は、立坑及び開口部を示す正面図、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図、図３は、図１のＢ−Ｂ線断面図、図４は、図１のＣ−Ｃ線断面図、図５は、開口部をゲートによって閉塞時の立坑及び開口部を示す断面図、図６は、補強梁を設置後且つゲート閉塞時の立坑開口部の断面図、図７は、補強梁を設置後且つゲート引き上げ時（開口部開放時）の立坑開口部の断面図、図８は、補強梁設置後且つゲート引上時の図１のＤ−Ｄ線断面図、図９は、図６の部分拡大図、図１０は、図７の部分拡大図、図１１は、二重構造のセグメントを構成する第１セグメントを示す断面図、図１２は、正面図、図１３は、二重構造のセグメントを構成する第２セグメントを示す断面図、図１４は正面図である。
【００２１】
円筒状の立坑１の構築は、複数の鋼製セグメント２を地上で円筒状に組み立て、組み立てたセグメント（リング）２を地下に圧入して沈設するアーバンリング工法等により行われる。セグメント２を組み立てるときに同時に開閉ゲート６を備える開口部３も組み立てられる。ゲート６は開口部３を閉塞した状態で組み立てられる。以下、説明のため、個々のセグメント（セグメントピース）をセグメント２、組み立てたセグメントリング（土留め壁）をリング２０とする。セグメント２は鋼製のほか、コンクリート製等が用いられる。セグメント２は、立坑１が円筒形のためやや彎曲している。
【００２２】
複数のセグメント２により組み立てられたリング２０に配置される開口部３は、図１、及び図５、図７〜１０に示すように、四角形の枠材４と、枠材４に設けられた四角形の開口５とを備えている。開口５は、シールド掘削機３０が通過するのに十分な大きさに開けられている。枠材４の上部には開閉ゲート６が挿通可能なスリット１１が設けられ、ゲート６はスリット１１を通過して上方に引き上げられるようになっている。
【００２３】
開口部３の直上方部のセグメントは、図１、図２、図６、図９、図１１〜１４に示すように、第１セグメント２１と第２セグメント２２とからなる二重構造となっている。図１１、図１２に示すように、第１セグメント２１は、上下の主桁１３、１３、左右の側板１４、１４、側板１４、１４間の複数の縦リブ１５、立坑の外周面を構成するスキンプレート１６からなっており、縦リブ１５の立坑内部側はＬ字状に折れ曲げられアングル部１５ａを形成している。図１３、図１４に示すように、第２セグメント２２は、上下の主桁２３、２３、左右の側板２４、２４、側板２４、２４間の複数の縦リブ２５からなっており、縦リブ２５の立坑外部側はＬ字状に折れ曲げられアングル部２５ａを形成している。１７、２７は、ボルト孔である。第１、第２セグメントの側板１４、２４及び縦リブ１５、２５は、ゲートの引上げ位置に対応して桁高さが形成されている。すなわち、第１セグメント２１は、ゲートの引上げ時に支障しない桁高に制約され、そして、第２セグメント２２は、第１セグメント２１の内側に重ねて取り付け可能なように大きさ及び形状が形成され、また、第１セグメント２１と第２セグメント２２の合計した桁高は、枠材４の厚さ以下に制約される。
【００２４】
第２セグメント２２を第１セグメント２１の内側に配置し、縦リブ１５、２５のアングル部１５ａ、２５ａに設けられたボルト孔を介してボルト結合により第２セグメント２２を第１セグメント２１に取り付ける。第１及び第２セグメント２１、２２からなる二重構造のセグメントは、通常のセグメント２と同等或いはそれ以上の高さ、すなわち、厚さとなっており、このような二重構造となっているため、立坑１の沈設時においては、通常のセグメント２と同等に沈設時のジャッキ圧に耐えることができる補強構造となっている。
【００２５】
図１中にゲート６を引き上げる範囲を符号Ｈにより示す。第１セグメント２１をリング２０に組み立てるときには、ゲート６の引き上げ時にゲート６と接触しないように、配置位置及び桁高さを調整して組み立てられる。第１セグメント２１から第２セグメント２２を取り外せば、引き上げたゲート６は第１セグメント２１と接触しない。このような二重構造の第１、第２セグメント２１、２２は、開口部３の直上方部において、ゲート６を引き上げる範囲Ｈより広い範囲、すなわち、ゲート６の高さ及び幅を超える範囲に配置しないと、ゲート６の引き上げ時の障害となるので、図１の実施例では複数枚、具体的には高さ方向に４枚づつ、幅方向に２枚づつの合計８枚配置されている。第２セグメント２２を第１セグメント２１から取り外すことにより、第２セグメント取り外し後の第１セグメントと接触せずにゲート６を引き上げることができる。
【００２６】
次に、開口部の周囲の補強について説明する。
【００２７】
図１に示すように、開口部３を構成する枠材４の左右両側には、枠材４の外側に補強部材７、８が鉛直に配設されている。更に、図１、図４〜５に示すように、枠材４の下側には、枠材４の外側に補強部材９が水平に設けられている。下側の補強部材９はリング２０とほぼ同じ曲率で彎曲している。一方、開口部３の直上方部には、上述の二重構造の第１、第２セグメント２１、２２が配されているが、開口部３の上部には、左右両側の補強部材９の上部間を連結して、図６〜８に示すように、直線状の補強梁１０が、ゲート６と接触しない立坑１（リング２０）の内部側の位置に連結して取り付けられている。補強梁１０は、第２セグメント２２を撤去する際及び撤去後のリング２０に加わる円周方向の力に対抗し、開口部３を補強する。
【００２８】
次に、ゲートにジャッキ圧を伝達する手段について説明する。
【００２９】
開口部３は、セグメント２をリング２０に組み立てるときに、ゲート６を閉塞した状態で組み立てられる。図５、図６、図９に示すように、閉塞したゲート６に、セグメント２（リング２０）に伝わったジャッキ圧を伝達する手段として、伝達部材１２が取り付けられている。伝達部材１２は、その上部が二重構造のセグメント２１及び２２に取り付けられ、その下端は閉塞した状態のゲート６の上端と当接して取り付けられ、ゲート６を固定している。このようにしてゲート６を固定した伝達部材１２は、立坑１の施工時（アーバンリング工法）に、ジャッキ圧により推力及び垂直方向の軸力をゲート６に伝達する部材として作用し開口部３を補強する作用を有する。伝達部材１２は撤去可能となっており、ゲート６の引き上げ時には、図７、図１０に示すように撤去する。
【００３０】
［作用］
次に、本発明の開口部の補強構造を備える発進立坑によるシールド掘削機の発進工程を説明する。
【００３１】
▲１▼  地上において、開口部３の直上方部に第１セグメント２１及び第２セグメント２２からなる二重構造のセグメントを備えるリング２０を組み立てる。開口部３が備えるゲート６は、組み立て時には閉塞されている。
【００３２】
▲２▼  第１セグメント２１及び第２セグメント２２からなる二重構造のセグメントの下部に伝達部材１２を取り付ける。伝達部材１２の下端は開口部３を閉塞しているゲート６の上端と当接させてゲート６を固定する。
【００３３】
▲３▼  アーバンリング工法によりリング２０を沈設する。第１セグメント２１及び第２セグメント２２からなる二重構造のセグメント及び伝達部材１２の補強作用により、開口部３は沈設時のジャッキ圧による荷重及び水圧、土圧に対して強固に対抗する
▲４▼  沈設後、開口部３の内側に、エントランスパッキン２８を備えるエントランス金枠２９を取り付ける。次いで、開口部３の上部に、補強梁１０を補強部材７と８との間に連結して取り付ける。
【００３４】
▲５▼  次いで、伝達部材１２及び第１セグメント２１にボルト止めされている第２セグメント２２を、ボルトを外して第１セグメント２１から撤去する。第２セグメント２２を撤去した後も補強梁１０の作用により、開口部３の上部は、撤去後のリング２０に加わる水圧、土圧による円周方向の力に対抗し、開口部３を補強する。
【００３５】
▲６▼  エントランス金枠２９にシールド掘削機３０を装着する。次いで、ゲート６をチェーンブロック（図示せず）等により引き上げ、そして、シールド掘削機３０を発進させる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、以下に示す有用な効果がもたらされる。
【００３７】
▲１▼  開口部の直上方部に二重構造のセグメントを配置し、アーバンリング工法による沈設時のジャッキ圧による一時的な荷重に対しては二重構造のセグメントにより開口部を補強し、沈設後のシールド掘削機発進時には第２セグメントを撤去してゲート引き上げ可能となるので、作業効率を損なうことなく有効に開口部を補強することができる。
【００３８】
▲２▼  開口部の左右及び上下を補強部材、補強梁によって補強するため、ゲート部の荷重はその部分だけに加わる荷重を考えればよいことになるのでゲートへの荷重負担が減りゲートの板厚を薄くすることができる。
【００３９】
▲３▼  二重構造のセグメントに加わる荷重をゲートに伝達する伝達手段を設けたので、沈設時のジャッキ推力及び垂直方向の軸力をゲートによって受けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るゲートによって開口部が閉塞されている状態の立坑及び開口部を示す正面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るゲートによって開口部が閉塞され且つ補強梁が設置される前の図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る図１のＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るゲートによって開口部が閉塞されている状態の立坑及び開口部を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るゲートによって開口部が閉塞され且つ補強梁が設置された後の立坑及び開口部を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る補強梁が設置された後且つゲートを引き上げたときの立坑及び開口部を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る補強梁が設置された後且つゲートを引き上げたときの図１のＤ−Ｄ線断面図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る図６の部分拡大図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る図７の部分拡大図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る二重構造のセグメントを構成する第１セグメントを示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る図１１の正面図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る二重構造のセグメントを構成する第２セグメントを示す断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態に係る図１３の正面図である。
【符号の説明】
１  立坑
２  セグメント
３  開口部
４  枠材
５  開口
６  ゲート
７、８、９  開口部補強部材
１０  補強梁
１１  スリット
１２  伝達部材
１３  主桁
１４  側板
１５  縦リブ
１６  スキンプレート
１７  ボルト孔
２０  リング
２１  第１セグメント
２２  第２セグメント
２３  主桁
２４  側板
２５  縦リブ
２７  ボルト孔
２８  エントランスパッキン
２９  エントランス金枠
３０  シールド掘削機
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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