JPH0317397A - 地中空洞築造工法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、大深度の地中に大規模な球状の空洞を築造す
る工法及びその装置に関するものである。

最近の都市域への人口・諸機関の集中及び地価の高騰な
どの土地問題の顕在化などの状況を背景に都市部におけ
る大深度地下空間の利用について大きな関心が寄せられ
ている。この大深度地下空間利用構想の中でも、大規模
な無支柱の空洞空間は、下水処理施設、都市廃棄物処理
施設などの都市施設への利用や圧気タンク、用水タンク
などの貯蔵施設としての利用があげられている。特に、
球状空洞は土圧や水圧などの外圧力に対して他の形状（
例えば、カマボコ型、釣鐘型など）より強度的に有利な
形状であり、大深部や地盤条件が悪い（強度が低いなど
）ところでの空洞の形状に適しているものである。

〔従来の技術〕

上記地下空洞（空間）を築造する従来の技術としては、
シールド工法、開削（オーブンカット）工法及び山岳工
法（発破工法など）がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

軟岩地盤における大規模な空洞空間の構造は、崩壊を防
止するために土圧および地下水圧に耐える強度と止水性
を有する外壁で囲われた構造が必要となってくる。

上記従来工法の山岳工法では、掘削・排土してできた空
洞の内側から型枠と支保を用いてコンクリート製の外壁
を構築することになるが、この作業自体地盤の悪いとこ
ろ（弱層部）では崩壊の危険があり、安全の確保に問題
があった。

また、地下水の浸入がある場合には作業困難（あるいは
作業不能）であった。

また、開削工法では、地表から地中連続壁工法により直
垂壁で周囲を締め切り、この壁を土留め壁として空洞底
部と天井部を構築し（その後、場合によっては内部を掘
削・排土した後、上部を埋め戻す）空洞を築遣するが、
この場合、空洞の投影面積以上の広い地表面積を開削す
る必要があるので、狭いところや構遺物があるところで
は施工できない。さらに、現状の地中連続壁による締め
切り工法では乗直壁で締め切るので底部の締切りはでき
ない。このため底部からの出水を防止できない場合は施
工不能になるという問題があった。

本発明は上記のことにかんがみなされたちので、大規模
な球状空洞の築造が可能であり、また地表部の土地利用
がわずかで、既設構造物下でも施工可能であり、さらに
軟岩地盤でも適用可能な地中空洞築造工法を提供するこ
とを目的とするものである。

また上記球形空洞を精度の良い形状寸法に構築すること
ができると共に多少の偏平形への対応が可能であり、さ
らに深い深度への適用が可能な地中空洞築造装置を提供
することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明に係る地中空洞築造
工法は、地上より立坑を構築し、この立坑の下部にこの
立坑と連続するコンクリートからなる球状の外周壁を構
築し、その後、この外周壁の内側の岩盤を掘削し、これ
を上記立坑より排出して球状の地中空洞を築造する。

上記球状の外周壁は立坑から半円形状の溝を放射状に掘
削し、この満の周面部に、上下両端部を立坑内に立設し
た支柱に連結した曲線状の球状壁掘削機を設置し、この
球状壁掘削機にて曲線溝掘削を行ない、その後、この掘
削分だけ前進し、これの背面側の空間内にコンクリート
を打設して単位経度分の外周壁を構築し、以下これを繰
返し行なって閉合させて球状の地中連続壁とする。

また上記地中空洞築造工法を実施する地中空洞築造装置
は、立坑に立設する支柱に両端部が回転自在に支承され
る多数の弓形レールを折り曲げ自在に連結してなる曲線
レールと、この曲線レールの側面を走行して曲線レール
の一側面側を掘削する掘削機と、曲線レールの掘削機走
行側に設けた前側ジャッキと、曲線レールの背面側に設
けた後側ジャッキと、曲線レールの円弧方向の内、外周
面に設けたシール部材とからなっている。

〔作　用〕

立坑と球状の外周壁は連続地中壁を構成してこれの内側
はこの連続地中壁にて囲まれ、この内側の土砂を掘削す
ることにより、この連続地中壁内が空洞となる。

上記球状の外周壁は単位経度分ずつ構築されていき、最
終的に立坑の側壁と連続する球状の外周壁が構造される
。

また地中空洞築造装置の曲線レールは、これを構成する
各弓形レールを折り曲げて直線状にして立坑から支柱に
沿って神人し、地中にあらかじめ掘削した円弧状の溝の
中で、下側の弓形レールから順次円弧状に拡張して満の
円周面に沿わせる。その後、この曲線レールの側面に掘
削機を装着する。曲線レールは掘削機による掘削量だけ
ジャッキにて前進させ、これにより生じた背後の空間内
にコンクリートを打設していく　。

〔実　施　例〕

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明工広の概念図であり、最初に立坑１を構
築し、この立坑１の下部にコンクリートからなる球状の
外周壁２を構築し、その後、この外周壁２の内側の岩盤
３を空洞堀削して地下空洞を完戊させる。このときの掘
削土砂は立坑１より地上へ排出する。上記外周壁２の形
状は球状ばかりではなく第２図、第３図に示すようにラ
クビーボール形（第２図）やかぼちゃ形（第３図）等回
転楕円体など他の形状も考えられる。

上記外周壁２は立坑１の中間部と、立坑１の延長底部４
のそれぞれ側壁と一体状になって第４図に示すような殻
を構成する。

次に上記殻の施工手順を第５図から説明する。

（１）立坑工事（第５図） 筒状の地中連続壁５を、築造しようとする地下空洞Ａの
底面下まで施工し、この地中連続壁内を掘削することに
より立坑１を築造する。このとき、軟岩の特性によって
は、地中連続壁に替えてロックボルト・吹付けコンクリ
ート工法を適用してもよい。上記立坑１の中間で、地下
空洞の上端部に相当する部分には拡径部１ａを形成し、
また底部４を連続壁で閉じる。

（２〉溝切り工事（第６図、第７図、第８図）立坑１内
に支柱６を立設し、これに満切り用の掘削機７を装着し
た立坑１の拡径部１ａまで入れて溝切り掘削の準備を行
なう。上記掘削機７は一例としてブーム力ツタ式掘削機
が用いられる。

ついで、掘削機７にて立坑１の拡径部１ａから外径が地
下空洞Ａの外側面に沿う円弧状の満８を支柱６の両側に
掘削する。このとき、上記掘削機７は掘削半径が大きく
なるに従ってその掘削腕を延長すると共に、支柱６に沿
って下動させる。

上記溝８の掘削後、満切り用の掘削機７を引上げ、両溝
８．８の内に後述する構造の球状壁掘削機９，９を各満
８，８の内周面に沿わせてセットする。その後、両溝８
　８内にモルタル１０を充填してこれを閉じる。このと
き、球状壁掘削機９の神入部分と立坑１の空間は型枠等
を用いて確保し、溝８，８だけをモルタル１０で閉じる
。

（３）外周壁工事（第９図、第１０図）球状壁掘削機９
の掘削面側に設けたスライド力ツタにて、球状の外周壁
の１単位経度分Ｌを掘削し、その後この掘削分だけ球状
壁掘削機９を支柱６を中心にして円弧状に前進し、その
背後にコンクリート１０ａを立坑１より打設する。

上記作業を順次繰返して球状の外周壁２をコンクリート
にて築造する。このとき、各球状壁掘削機９は２台用い
られるので、それぞれは１８０″の範囲にわたって作業
する。

（４）空洞内掘削工事（第１１図、第１２図）再び立坑
１内に掘削機７をセットし、上記（３）の工程で築造し
た外周壁２の内側の岩盤を掘削する。このとき、空洞部
分の立坑１を構成する地中連続壁５を切削し、立坑１を
切り広げながら掘削を行なう。掘削土砂は泥水によりス
ラリー状にして排土する。またこの掘削は外周壁２を損
傷させないように注意して行なう。

（５〉外周壁の補強工事 外周壁２の補強が必要な場合はアンヵボルト等の打ち込
みにより適宜行なう。

上記各工事における掘削空間には掘削時には、ベントナ
イトを混入した泥水を地上より注入してこれを掘削空間
内に充満しておく。これにょり各掘削空間はこの泥水の
重みでバックアップされて崩壊することなく安定され、
掘削土砂は立坑１の底部４より排土ポンブにてスラリー
状にて排出する。

次に上記地中空洞築造工広を行なうための主要の掘削装
置となる球状壁掘削機９の構成及び作用を以下に第１３
図から第２０図を参照して説明する。

図中１１は複数個の弓形レール１１ａ，１１ａ・・・を
円弧状に折り曲げ自在に連結してなる曲線レールであり
、これの両端部は支柱６に咲合する上下の支持環１２ａ
，１２ｂに連結されている。

上記各弓形レール１１ａの外周側の両端部がヒンジ１３
にて連結されており、また内周側の両端部が油圧シリン
ダ１４にて連結されており、この油圧シリンダ１４を伸
長することにより各弓形レール１１ａが略直線になり（
第１４図）、また短縮することにより溝８の内周に沿う
形状の円弧状（第１５図）になるようになっている。

各弓形レール１１ａの掘進方向側の側而にレール１５が
長手方向に設けてあり、また内、外周面にシール用ｉＭ
１６．１６が形成されている。

さらにこの弓形レール１１ａの背後側の側面の一部には
凹部１７が設けてあり、この凹部１７内に後側ジャッキ
１８が内装してある。この後側ジャッキ１８は弓形レー
ル１１ａの背後側へのフート１９を押し出すもので、凹
部１７の底面とフート１９を連結するパンタグラフ状の
リンク２０とこれを拡縮するねじ杆２１とこれを回転す
るモータ２２とからなっている。なおこのジャッキ１８
を縮小したときにフート１９によって凹部１７が閉じら
れるようになっている。

またこのジャッキ１８の各リンクの基端の相互はギヤに
て噛合連結されていて、ジャッキ１８を伸長したときに
これが下方へ傾斜することなく後方へはり出されるよう
になっている。

また弓形レール１１ａの掘進側の側面には伸縮形の前側
ジャッキ２３が柊納可能に設けてある。

そして上記弓形レール１１ａのレール１５に走行台２４
が係合し、この走行台２４に掘削機２５が装着されてい
る。

上記走行台２４には曲線レール１１に対して走行するた
めの走行機構２６と、これを駆動する油圧駆動装置２７
を有している。上記走行機構２６の一例としては、詳細
には図示しないが曲線レール１１に噛合ってスライドシ
ュを介してレールに沿ってのみ運動できる摺動機構と、
油圧シリンダによる駆動機構からなる。駆動機構は先端
にレールクランプを持った２本の油圧シリンダを用い、
これらを交互に伸縮作動させる。なおこの走行機構はラ
ックとピニオンに置換してもよい。

掘削機２５は伸縮及び旋回可能なブーム２８と、このブ
ーム２８の先端に設けられた回転力ツタドラム２９とか
らなっている。なおこの掘削機２５による掘削幅は曲線
レール１０の内外周方向の幅より大きな幅で掘削できる
ようになっている。

そして上記曲線レール１１の内外周面に設けたシール用
？ｇｌ６．１６には上記掘削幅Ｈの内面まで拡大接続可
能なチューブ型液圧膨張式のシール部材３０．３０が充
填されている。このシール部材３０は可撓性を有する袋
紐状になっていて、内部に液体を注入することにより拡
大するようになっている。

次に上記構成の球状聖掘削機９による掘削作用を説明す
る。

立坑１及び溝切り工！Ｊｆが終了した状態で、曲線レー
ル１１を、これの両端部を支柱６に嵌合した支持環１２
ａ，１２ｂに連拮して立坑１内に入れる（第１３図）。

ついで、この曲線レール１１を満８に対向させた状態で
、下側の弓形レール１１ａから順に、これらの相互間に
設けた浦圧シリンダ１４を短縮動じて溝８内で順次円弧
状にしていく。最上部の油圧シリンダ１４を短縮した状
態で曲線レール１１は溝８の内周面に沿った状態で固定
される。

なお満８と曲線レール１１の大きさの関係は第２１図に
示すようになる。

すなわち、例えば曲線レール１１の掘進方向の幅Ｗ１が
１ｍとすると、溝８の幅Ｗは掘削機２５及びスラリー用
の空間Ｗ２を含めて３〜３．２ｍ必要となる。

この溝８内での曲線レール１１は前方ジャッキ２３を作
用させて第２１図に示すように堀進方向後端側へ移動さ
せておく。

この状態で、溝８の円周部のレール神入部及び立坑部１
を除く部分にモルタル１０を打設してこれを閉じる。こ
のとき、上記曲線レール挿入部及び立坑部１には型板３
１．３２を挿入してこれらにモルタル１０が流入するの
を防ぐ。

なおこの状態での曲線レール１１の下端部は立坑１の底
部４に、また上端部は立坑１の拡径部１ａに対向されて
いる。

次に立坑１の拡径部１ａから曲線レール１１の掘進側の
レール１５に掘削機２５を塔載した走行台２４を係合し
て発進させ、立坑１の下部へ向かって下向きに掘削して
いく。このときの掘削代を１単位経度分とすると、この
１単位経度分Ｌは第２２図に示すように、空洞の内周壁
径を例えば５０ｍとしたときに、上記（北極）の立坑１
の部分の掘削代Ｄ，は０．９ｍ，中間部（赤道）の掘削
代Ｄ２は３　．　　２　ｍ　ｓ下部（南極）の立坑１の
部分の掘削代Ｄ３は０．６ｍであり、第２５図に示すよ
うに、あたかもメロンの皮伏した溝となる。これを掘削
機２５のブーム２８を上下、左右の回動及び伸縮動作と
走行操作とで所定の形状となるように掘削していく。

このときの掘削土砂は曲線レール１１と地山との間の空
間（２ｍＸ２ｍ）を落下して立坑ｌの底部４へ集め、ス
ラリポンプあるいはエアリフトで地上へ排出する。

上記のようにして１単位経度分Ｌだけ壁満の掘削完了後
は、第２３図に示すように、曲線レール１１の各弓形レ
ール１１ａ，１１ａの後側ジャッキ１８を第１７図（．
Ａ　）に示すように作動させてそれぞれのフート１９を
つっぱり、曲線レール１１を上記１単位経度分Ｌだけ堀
進方向に押し進める。このとき、掘削側の前側ジャッキ
２３を前側へ所定の長さ（Ｗ２）にしてつつばらしてお
き、曲線レール１０の掘進方向前側に掘削機２５及びス
ラリー用の空間Ｗ２が確保されるようにする。

ついで曲線レール１１の背後にできた空間にコンクリー
トを打設して地中連続壁の一部を構成する。

このとき、上記コンクリートは下側から充拍されていく
ので、これに先行して下側の後側ジャッキ１８から順次
格納して後側ジャッキ１８をフート１っで閉じ、これの
中にコンクリートが浸入しないようにすると共に、これ
のフート１９で閉じられた曲線レール１１の背面がコン
クリート妻型枠として使用される。

上記掘削〜曲線レール１１の移動〜コンクリート打設ま
での一連の作業で、一つの単位経度分の連壁セグメント
を作り、これを繰返して球状の連続した地中壁を構築す
る。この作業を上から見た様子を第２４図に示す。この
図において、Ｂは単位経度分の掘削部の投影形状を示す
。

なお上記作業において、満８をモルタルで閉じる工程を
、第１回目の単位経度分の空間と共にコンクリートにて
閉じるようにしてもよい。

この場合、曲線レール挿入部を閉じるための型枠が不要
となる。

また上記動作において、曲線レール１１の背面側にコン
クリートが打設されたときの曲線レール１１の内、外周
面のシールはこの部分に設けたシール部材３０．３０に
て行なわれる。

また曲線レール１１の下部のシールは、上記シール部材
３０と同様のチューブ型液圧膨張式のシール部材を備え
た当て板を用い、この当て板を立坑１の内側から隙間に
押し当てシールする。

〔発明の効果〕

本発明の地中空洞築造工法によれば、土庄や水圧に対し
強度的に有利な大規模な球状空洞が築造できる。また口
径の小さな立坑１からすべての施工ができるので、狭い
ところや既設の構造物下での地中空洞を築造することが
できる。

さらに内部掘削、排土に先行して、球状の完全に締め切
った外周壁を構築するので、都市域の軟弱なところでも
崩壊の危険なしに、大規模な地中空洞を築造することが
できる。

なお出水があるところでは地下水を汲み上げる必要が生
じるが、本発明工法によれば、上記したように、完全に
締め切った中で円部掘削を行なうので、地下水を移動さ
せないことになり、地下水の汲上げによる地盤沈下を起
こす必要がない。

また上記地中空洞築造工法を実施するための本発明の装
置によれば、外周壁２は立坑１を軸にして曲線レール１
１を回転させてできる回転体形状に掘削できるので、精
度の良い形状寸法の締め切り壁が構築できる。また回転
体であることにより、曲線レール１１の形状を変えるこ
とにより、多少の偏平形状への対応が可能である。さら
に無人化を図って深い深度への適用が可能である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図、第２図、
第３図は本発明工法の概念図、第４図は地中連続壁の断
面図である。第５図から第１２図は本発明工法の工程を
説明するもので、第５図は立坑の断面図、第６図は溝切
り工事の作業説明図、第７図は第６図のＡ−Ａ線に沿う
断面図、第８図は立坑と溝の概略的な形状を示す斜視図
、第９図は外周壁工事の作業説明図、第１０図は第９図
のＢ−Ｂ線に沿う断面図、第１１図は空洞内掘削工事の
作業説明図、第１２図は第１１図のＣ−Ｃ線に沿う断面
図である。第１３図から第２０図は本発明装置の構成を
示すもので、第１３図は球状壁掘削機の全体構成及びこ
れの溝内への侵入の仕方を示す説明図、第１４図、第１
５図は球状壁掘削機の構成及び作用を示す側面図、第１
６図は弓形レールの断面図、第１７図は弓形レールの断
面図、第１７図（Ａ）は後側ジャッキの作用説明図、第
１８図から第２０図は球状壁掘削機に掘削機を装備した
状態の側面図、平面図、正面図、第２１図は球状壁掘削
機の曲線レールと溝との関係を示す断面図、第２２図は
掘削要領図、第２３図はレール支保持要領図、第２４図
は掘削要領を示す平面図、第２５図は単位経度分の掘削
代を示す斜視図である。 １は立坑、２は外周壁、８は溝、９は球状壁掘削機、１
１は曲線レール、１１ａは弓形レール、１８は後側ジャ
ッキ、２３は前側ジャッキ、２５は掘削機、３０はシー
ル部材。 第 ４ 図 第 ６ 図 第 ５ 図 第１３図 第１８図 第１９図 ２８ 第２０図 第２２図 北極 南鴎 第２１図 第２３図 北極 南極 第２５図 第２４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）地上より立坑１を構築し、この立坑１の下部にこ
   の立坑と連続するコンクリートからなる球状の外周壁２
   を構築し、その後、この外周壁２の内側の岩盤を掘削し
   、これを上記立坑１より排出して球状の地中空洞を築造
   することを特徴とする地中空洞築造工法。
2. （２）立坑１に連続する球状の外周壁２は立坑１から半
   円形状の溝８を放射状に掘削し、この溝８の周面部に、
   上下両端部を立坑内に立設した支柱６に連結した曲線状
   の球状壁掘削機９を設置し、この球状壁掘削機９にて曲
   線溝掘削を行ない、その後、この掘削分だけ前進し、こ
   れの背面側の空間内にコンクリートを打設して単位経度
   分の外周壁を構築し、以下これを繰返し行なって閉合さ
   せて球状の地中連続壁とすることを特徴とする請求項１
   記載の地中空洞築造工法。
3. （３）立坑１に立設する支柱６に両端部が回転自在に支
   承される多数の弓形レール１１ａを折り曲げ自在に連結
   してなる曲線レール１１と、この曲線レール１１の側面
   を走行して曲線レール１１の一側面側を掘削する掘削機
   ２５と、曲線レール１１の掘削機走行側に設けた前側ジ
   ャッキ２３と、曲線レールの背面側に設けた後側ジャッ
   キ１８と、、曲線レール１１の円弧方向の内、外周面に
   設けたシール部材３０とからなることを特徴とする地中
   空洞築造装置。