(57)【要約】【課題】  テールボイドの崩壊を確実に抑制するよう充填材をテールボイドに注入することができる推進管の提供。【解決手段】  地山を掘削する掘進機を推進させるために、掘進機に後続するよう接続される推進管であって、掘進機側の前方部と、前方部の後方に配置された後方部とを備え、前方部および後方部は、前方部に比べて後方部が小径となるよう段部を介して接続され、前方部および後方部には、掘進機によって形成されたテールボイドに対して異なる充填材を注入させる孔部がそれぞれ形成されている構成の推進管。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地山を掘削する掘進機を推進させるために、掘進機に後続するよう接続される推進管であって、
前記掘進機側の前方部と、該前方部の後方に配置された後方部とを備え、
前記前方部および後方部は、前方部に比べて後方部が小径となるよう段部を介して接続され、
前記前方部および後方部には、前記掘進機によって形成されたテールボイドに対して異なる充填材を注入させる孔部がそれぞれ形成されていることを特徴とする推進管。
【請求項２】
前記前方部および後方部は、それぞれ長手方向に同一径の円筒状に形成されている請求項１記載の推進管。
【請求項３】
前記前方部および後方部は、前記段部を介して一体的に構成されている請求項１または請求項２に記載の推進管。
【請求項４】
前記掘進機に直接的に後続するよう取付けられる請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の推進管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地山を掘削する掘進機を推進させるために、掘進機に後続するよう接続される推進管に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、地山の掘削のために掘進機を用いることが知られている。掘進機の推進は、掘進機に後続させた推進管を、推進ジャッキを用いて前方（推進方向）に押圧することで行われる。推進管は掘削全長に応じて一つ前の推進管に後続するよう順次継足すように設置され、設置された最後尾の推進管が推進ジャッキで押圧されて、掘進機が推進（先進）される。
【０００３】
推進管と掘削後の地山との摩擦を軽減させるために、掘進機で掘削される地山の径は、推進管の径に比べて大きくなるように設定されている。このため、推進管の外周と地山との間には、テールボイドと称される余堀空間が発生する。いっぽうで、テールボイドは地山の圧密沈下を発生させる原因となる。圧密沈下が発生するとテールボイドが崩壊し、地山と推進管との摩擦が過大になるから、掘進機の推進が行えない。
【０００４】
このため、下記特許文献１では、テールボイドに充填材を注入することでテールボイドの崩壊を抑制することを目的とした推進管が提案されている。この推進管には、充填材をテールボイドに注入する際に、充填材を通過させる孔部が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−２８７３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、地山の掘削には泥水の発生が伴い、充填材はこの泥水と混じり合う。充填材が泥水と混じり合うと、テールボイドに注入された充填材が脆くなる。このため、特許文献１の推進管を用いてテールボイドに注入された充填材は、テールボイドの崩壊を抑制する充填材として働かないといった懸念が指摘される。
【０００７】
そこで本発明は、テールボイドの崩壊を確実に抑制するよう充填材をテールボイドに注入することができる推進管の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、地山を掘削する掘進機を推進させるために、掘進機に後続するよう接続される推進管であって、前記掘進機側の前方部と、該前方部の後方に配置された後方部とを備え、前記前方部および後方部は、前方部に比べて後方部が小径となるよう段部を介して接続され、前記前方部および後方部には、前記掘進機によって形成されたテールボイドに対して異なる充填材を注入させる孔部がそれぞれ形成されたことを特徴としている。
【０００９】
上記構成の推進管において、掘進機を前方へ推進させる推進力が付与されて掘進機とともに推進する際に、前方部に形成された孔部および後方部に形成された孔部から異なる充填材をテールボイドに対して注入することにより、前方部側の孔部から充填材が先行して注入され、先行するこの充填材の内側に、後方部側の孔部から注入される充填材が後続して注入されて、異なる充填材が複数の層の積層体として施工されるから、地山の掘削に伴う泥水が、先行する充填材に対して影響しても後続する充填材に対しては影響されにくくなり、テールボイドの崩壊が抑制される。
【００１０】
本発明の推進管では、前記前方部および後方部は、それぞれ長手方向に同一径の円筒状に形成された構成を採用できる。この構成の推進管によれば、先行する充填材および後続する充填材は、互いに径方向内外で重なるよう円筒状に形成される。
【００１１】
本発明の推進管では、前記前方部および後方部は、前記段部を介して一体的にされた構成を採用できる。この構成の推進管では、掘進機を前方へ推進させる推進力が推進管全体に付与されるから、充填材の積層体が推進管の推進とともに形成される。
【００１２】
本発明の推進管は、前記掘進機に直接的に後続するよう掘進機に取付けられるものである。推進管が掘進機に取付けられていることで、テールボイドを余堀空間として残す時間を最小にしつつ、充填材の積層体が形成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の推進管によれば、異なる種類の充填材を積層体として形成することができるから、テールボイドの崩壊を確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態の地山掘削工法を表し、発進立坑に掘進機を挿入した断面図である。
【図２】同発進立坑に挿入した掘進機を推進ジャッキで押圧した状態の断面図である。
【図３】同特別推進管を発進立坑へ挿入して掘進機の後端部へ連結し、特別推進管を推進ジャッキで前方へ押圧した状態の断面図である。
【図４】同推進管を発進立坑へ挿入して特別推進管の後端部へ連結し、推進管を推進ジャッキで前方へ押圧した状態の断面図である。
【図５】同さらに後続する推進管を発進立坑へ挿入して一つ前の推進管の後端部へ連結し、推進管を推進ジャッキで前方へ押圧した状態の断面図である。
【図６】同推進工法からシールド工法へ切替えた状態の断面図である。
【図７】同さらにシールド工法を進めた状態の断面図である。
【図８】本発明の特別推進管における半断面図である。
【図９】同段部の拡大断面図であり、前段部と後段部を兼用で表わした断面図である。
【図１０】同環状の鋼板をインサート部材によって取付けた状態の断面図である。
【図１１】同特別推進管の使用状態を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。はじめに、図１ないし図７、図１１を参照しつつ、シールド掘進機（以下単に「掘進機」と称する）１、推進管２、推進ジャッキ３を用いた地山掘削工法（トンネルの施工方法）の概略説明をする。
【００１６】
地山掘削工法の概略として、次の（１）ないし（４）に記載の工程を備える。すなわち、
（１）地山４に所定間隔を置いて発進立坑５、および到達立坑６を掘削し、発進立坑５に掘進機１を挿入し（図１参照）、掘進機１をその後方から推進ジャッキ３で前方へ押圧して先進する（図２参照）。
（２）続いて推進管２（この場合、後述する特別推進管２Ａ）を発進立坑５へ挿入して掘進機１の後端部へ連結し、推進管２を推進ジャッキ３で前方へ押圧して、掘進機１とともに推進させる（図３、図４参照）。この際、掘進機１の駆動推進により、推進管２の外周部には、テールボイド７（図１１参照）が形成される。
（３）このような動作を繰返すことで、順次掘進機１、および掘進機１に後続する推進管２を推進させる（図５参照）。
（４）本実施形態では、掘進機１の推進途中、すなわち地山４の掘削途中で、推進管２に代えてセグメント８を用いている。セグメント８は地山４の掘削が曲線となる箇所において用いられる（図６、図７参照）。
という各工程を備える。
【００１７】
本実施形態では、（４）の工程で説明したように、推進管２に代えてセグメント８を用いており、これは推進工法とシールド工法とを併合させた工法であり、バサロシールド工法とも称される。この工法では、セグメント８を組付けるための余裕空間を必要とする等の理由から、掘進機１による地山４のオーバーカットの量を、単なる推進工法だけを用いた場合に比べて大きくする必要がある。例えば、オーバーカットの量は、８０〜９０ｍｍで設定される。
【００１８】
本発明の特徴の一つは、掘進機１に直接後続される推進管２（以下「特別推進管２Ａと称する）の構成にある。図８に示すように、この特別推進管２Ａは、掘進機１側の前方部と、前方部の後方に配置された後方部とを備えている。前方部および後方部は、前方部に比べて後方部が小径となるよう段部を介して接続されている。前方部および後方部には、掘進機１によって形成されるテールボイド７に対して異なる充填材を注入させる孔部がそれぞれ形成されている。
【００１９】
特別推進管２Ａは、最も前方に配置された第一本体部１１と、第一本体部１１の後方に連結された第二本体部１２と、第二本体部１２のさらに後方に連結された最後尾の第三本体部１３とを備え、第一本体部１１と第二本体部１２とは、段部である前段部９を介して連結され、第二本体部１２と第三本体部１３とは、段部である後段部１０を介して連結されている。
【００２０】
第二本体部１２は第一本体部１１に比べて小径に形成され、第三本体部１３は第二本体部１２に比べて小径に形成されている。第一本体部１１、第二本体部１２、および第三本体部１３は、それぞれ長手方向（前後方向）に同一径とされた円筒状に形成されている。また、第一本体部１１、第二本体部１２、および第三本体部１３の前後方向長さ（長手方向の長さ）は、等しく設定されている。
【００２１】
特別推進管２Ａは、径方向外側の鋼管製筒部と、鋼管製筒部の径方向内側に施されたコンクリート製筒部とを備えている。第一本体部１１の第一鋼管製筒部１１Ａ、第二本体部１２の第二鋼管製筒部１２Ａ、第三本体部１３の第三鋼管製筒部１３Ａの順に、鋼管製筒部の外径は階段状に小さくなるよう形成されている。
【００２２】
図８、図９に示すように、第二鋼管製筒部１２Ａの先端部１２ａが、第一鋼管製筒部１１Ａの後端部１１ｂに挿入され、互いに溶接されることで第一鋼管製筒部１１Ａおよび第二鋼管製筒部１２Ａが一体化されている。第三鋼管製筒部１３Ａの先端部１３ａが、第二鋼管製筒部１２Ａの後端部１２ｂに挿入され、互いに溶接されることで、第二鋼管製筒部１２Ａおよび第三鋼管製筒部１３Ａが一体化されている。
【００２３】
段部は前段部９と、前段部９の後方に配置された後段部１０とを一つずつ備えている。図９に示すように、前段部９は、第二鋼管製筒部１２Ａの先端部１２ａを、第一鋼管製筒部１１Ａの後端部１１ｂに挿入することで形成され、後段部１０は、第三鋼管製筒部１３Ａの先端部１３ａを、第二鋼管製筒部１２Ａの後端部１２ｂに挿入することで形成される。
【００２４】
コンクリート製筒部は、鋼管製筒部の内周面に打設されることで、鋼管製筒部と一体化されている。コンクリート製筒部の内径は、特別推進管２Ａの長手方向全長に亘って同一に設定されている。すなわち、第一本体部１１の第一コンクリート製筒部１１Ｂ、第二本体部１２の第二コンクリート製筒部１２Ｂ、第三本体部１３の第三コンクリート製筒部１３Ｂにおけるコンクリートの肉厚は、第一本体部１１、第二本体部１２、第三本体部１３の順に小さくなっている。
【００２５】
第一本体部１１の長手方向途中部分に第一孔部１１Ｃが形成され、第二本体部１２の長手方向途中部分に第二孔部１２Ｃが形成され、第三本体部１３の長手方向途中部分に第三孔部１３Ｃが形成されている。第一孔部１１Ｃは第一本体部１１の長手方向略中央に、周方向に所定間隔で配置されている。第二孔部１２Ｃは第二本体部１２の長手方向略中央に、周方向に所定間隔で配置されている。第三孔部１３Ｃは第三本体部１３の長手方向略中央に、周方向に所定間隔で配置されている。
【００２６】
これら孔部は、コンクリート製筒部の内周面、および鋼管製筒部の外周面を開口として、特別推進管２Ａを貫通するよう形成されている。具体的に、各孔部は、第一本体部１１、第二本体部１２、および第三本体部１３の上端部にそれぞれ一個、その周方向両側に三個ずつ形成されており、第一本体部１１、第二本体部１２、および第三本体部１３の下端部には形成されていない。第一孔部１１Ｃ、第二孔部１２Ｃ、および第三孔部１３Ｃは同一径に形成されており、図１１に示すように、第一孔部１１Ｃ、第二孔部１２Ｃ、および第三孔部１３Ｃにはコンクリート製筒部側の開口に、蓋部材１４が着脱自在に取付けられている。
【００２７】
図８および図１０に示すように、第一コンクリート製筒部１１Ｂの前端面、第三コンクリート製筒部１３Ｂの後端面には、環状の鋼板１５がそれぞれインサート部材１６によって取付けられている。第三コンクリート製筒部１３Ｂの後端面は、第三鋼管製筒部１３Ａの後端に対して前方にずれた位置に配置され、これによって、特別推進管２Ａの後部には、後続する推進管２が接続されるスペースが形成されている。
【００２８】
次に、上記推進管２を用いて地山４を掘削する地山掘削工法を説明する。この工法には、掘進機１の推進によって地山４に形成されるテールボイド７に対して、充填材２０を注入して充填材２０を施工する方法が含まれる。
【００２９】
本発明における地山掘削工法の特徴は、上記した（２）工程〜（３）工程において顕著に現れる。すなわち、（２）工程における推進管２は特別推進管２Ａであり、特別推進管２Ａの全体が地山４内に推進された時点では、蓋部材１４を外しておいて、第一本体部１１、第二本体部１２、および第三本体部１３の第一孔部１１Ｃ、第二孔部１２Ｃ、および第三孔部１３Ｃから、第一充填材２１、第二充填材２２、および第三充填材２３を、テールボイド７へ注入する。なお、図示しないが、充填材２０は、第一孔部１１Ｃ、第二孔部１２Ｃ、および第三孔部１３Ｃへ接続した供給管から、供給ポンプの駆動力により供給される。
【００３０】
なお、充填材２０を注入するタイミングとしては、第一本体部１１の第一孔部１１Ｃが地山４の掘削穴に入った時点で、第一孔部１１Ｃから第一充填材２１をテールボイド７に注入してもよいし、第三本体部１３の第三孔部１３Ｃが地山４の掘削穴に入った時点で、第一孔部１１Ｃ、第二孔部１２Ｃ、第三孔部１３Ｃから、第一充填材２１、第二充填材２２、第三充填材２３をテールボイド７に注入してもよい。
【００３１】
図１１に示すように、第一孔部１１Ｃからは、第一充填材２１である弾性可塑剤がテールボイド７に注入される。第二孔部１２Ｃからは、第二充填材２２である可塑剤がテールボイド７に注入される。第三孔部１３Ｃからは、第三充填材２３である滑剤がテールボイド７に注入される。なお、図１１では、蓋部材１４を装着した状態で示しているが、充填材２０を注入する際は、蓋部材１４は取外される。
【００３２】
弾性可塑剤は、可塑剤に充分な弾性を付与するよう調整されたもので、短時間で硬化する。特に、滑材は、ケイ酸ナトリウムを主剤とする第一液と、重炭酸アルカリ金属塩を含む第二液において、第一液および／または第二液に、アクリル酸金属塩―アクリルアミド共重合体を油に分散させた弾性化材を混合させてなり、硬化しにくい。なお、可塑剤は、二液を反応させて硬化させる二液性固結滑剤である。固結した可塑剤により、テールボイドが保持できる。
【００３３】
これら充填材の注入は、特別推進管２Ａが推進されている際に行われる。すなわち、（２）工程において、充填材２０の施工がされ始める。孔部は、第一孔部１１Ｃ、第二孔部１２Ｃ、第三孔部１３Ｃの順に、後方に配置されている。このため、特別推進管２Ａを推進させつつ第一孔部１１Ｃから第一充填材２１をテールボイド７に注入し、第二孔部１２Ｃから第二充填材２２をテールボイド７に注入し、第三孔部１３Ｃから第三充填材２３をテールボイド７に注入すると、図１１に示すように、外側（テールボイド７の周面側）から第一充填材２１、第二充填材２２、第三充填材２３が、時間をおかずに、三層になって形成される。そして、（３）工程で記載したように、推進管２を特別推進管２Ａに後続するよう順次連結し、推進ジャッキ３を用いて掘進機１および推進管２を推進させることで、三層からなる充填材２０が順次施工される。
【００３４】
第一充填材２１は弾性可塑剤である。このため地山４の緩みが抑制できる。第二充填材２２は可塑剤である。このためテールボイド７内での地山４の圧密沈下を抑制して弾性可塑剤の割れを抑制できる。三層の充填材２０のうち、後続する推進管２の外周面が接触する第三充填材２３は滑材である。このため推進管２の外周面２ａには滑剤が接触することになるから、推進管２の推進を妨げない。また、第三充填材２３としては硬化しにくい材料を用いているが、その径方向外側には、第二充填材２２が存在しているので、第三充填材２３が地山４へ浸透していくのを防止でき、第三充填材２３が推進管２に接触する状態を確保できる。
【００３５】
ところで、掘進機１により地山４を掘削すると、掘削穴の周面には地山肌が露出して、これは滑らかではない。しかしながら、特別推進管２Ａにおいて、第一孔部１１Ｃは、第一本体部１１の長手方向途中部分に形成されている。換言すれば、第一孔部１１Ｃの後方外周面は、第一鋼管製筒部１１Ａの外周面であり、これは滑らかである。したがって、第一孔部１１Ｃからテールボイド７に注入された第一充填材２１の内周面は、特別推進管２Ａが推進されることで、第一鋼管製筒部１１Ａの外周面によって、第一鋼管製筒部１１Ａと同径の周面を有するよう均される（図１１参照）。
【００３６】
第一充填材２１の周面が均されれば、第一充填材２１に後続して形成される第二充填材２２が均整をもって形成され、第三充填材２３も同様に均整をもって形成され、全体として均整のとれた充填材２０を施工することができる。充填材２０に均整がとれていれば、地山４からの圧密を均等に受けられるから、テールボイド７の崩壊を抑制できる。
【００３７】
本実施形態によれば、推進工法とシールド工法とを併合させたものであるため、単なる推進工法だけを用いた場合に比べて掘進機１によるオーバーカットを大きくする必要がある。このため、テールボイド７が大きくなり、その分だけテールボイド７が崩壊し易い。しかしながら、特別推進管２Ａに、掘進機１側の前方部（第一本体部１１）と、前方部の後方に配置された後方部（第二本体部１２、第三本体部１３）とを備えており、前方部および後方部は、前方部に比べて後方部が小径となるよう段部（前段部９、後段部１０）を介して接続され、前方部および後方部には、掘進機１によって形成されるテールボイド７に対して異なる充填材（第一充填材２１、第二充填材２２、第三充填材２３）を注入させる孔部（第一孔部１１Ｃ、第二孔部１２Ｃ、第三孔部１３Ｃ）がそれぞれ形成された構成である。
【００３８】
このため、テールボイド７が大きくても、特別推進管２Ａを推進させつつ各孔部から各充填材をテールボイド７に対して注入するという容易な方法で、その崩壊を確実に抑制する充填材２０を形成することができる。しかも、推進管２の外周面に働く摩擦が大きくならないことから、推進管２（掘進機１）を推進させるための推進力（推進ジャッキ３の推進力）を、大きくする必要がない。
【００３９】
本実施形態の地山掘削工法は、上記（４）の工程を備える。すなわち、掘進機１の推進途中で、推進管２に代えてセグメント８を用いており、セグメント８は、地山４の掘削が曲線となる箇所において用いられる。そして、上記した充填材施工方法は、シールド工法に切り替わる推進工法の区間のみで行われ、シールド工法以後は、セグメント８の周囲には一般的な充填材が、一般的な方法で施工される。
【００４０】
本発明は上記実施形態に限定されない。上記実施形態では、特別推進管２Ａは、それぞれ別体に形成された第一本体部１１、第二本体部１２、および第三本体部１３を一体物とし、これらが一体的に推進移動する場合を例示した。しかしながら、第一本体部１１、第二本体部１２、および第三本体部１３は別体の状態で、第二本体部１２により第一本体部１１を推進させ、第三本体部１３により第二本体部１２を推進させるよう構成することもできる。あるいは、第一本体部１１、第二本体部１２、および第三本体部１３を予め一体的に形成することもできる。
【００４１】
上記実施形態では、特別推進管２Ａは第一本体部１１、第二本体部１２、および第三本体部１３の三つの本体部から構成した場合を例示した。しかしながら、特別推進管を二つの本体部（一つの前方部と一つの後方部）を用いて、上記実施形態と同様に段状になるよう構成し、テールボイド７に、二種類の充填材が層状になるよう施工してもよい。この場合でも、一種類の充填材の内側に、別の充填材を、時間をおかずに確実に、且つ容易に施工できるという利点がある。
【符号の説明】
【００４２】
１…掘進機、２…推進管、２Ａ…特別推進管、２ａ…外周面、３…推進ジャッキ、４…地山、７…テールボイド、８…セグメント、９…前段部、１０…後段部、１１…第一本体部、１１Ａ…第一鋼管製筒部、１１Ｂ…第一コンクリート製筒部、１１Ｃ…第一孔部、１２…第二本体部、１２Ａ…第二鋼管製筒部、１２Ｂ…第二コンクリート製筒部、１２Ｃ…第二孔部、１３…第三本体部、１３Ａ…第三鋼管製筒部、１３Ｂ…第三コンクリート製筒部、１３Ｃ…第三孔部、２０…充填材、２１…第一充填材、２２…第二充填材、２３…第三充填材
【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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