JPH0525989A

JPH0525989A - 立型シールド工法

Info

Publication number: JPH0525989A
Application number: JP17789691A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Asai; 勝稔浅井; Yasuyoshi Tatsumi; 安良辰巳; Hiroshi Iwamoto; 宏岩本; Yoshibumi Fujii; 義文藤井; Taizo Uchida; 泰三内田; Yasushi Kanzaki; 靖神崎
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd; Takenaka Doboku Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd; Takenaka Doboku Co Ltd
Priority date: 1991-07-18
Filing date: 1991-07-18
Publication date: 1993-02-02

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】口径が３〜７ｍ位で、深さは１００ｍ前後に
及ぶ大深度立坑の構築に実施される立型シールド工法を
提供する。【構成】地表部に発進立坑を構築し、シールド機１が
自重で沈下しないように支持する機械保持機構、及び初
期の掘進反力を確保するための反力機構を設ける。シー
ルド機１は、密閉加圧型で、センターシャフト型のカッ
ター部を具備し、前記センターシャフト１３の中空部を
利用した排土管１９に粗礫の取込み機構２１、２２、２
３が設けられており、前記発進立坑の位置から円形リン
グを台形に等分割したセグメントを組立て、同セグメン
トに反力をとり清水掘削により垂直下向きに連続的に掘
進させる。シールド機１が所定の深度まで掘削した段階
で、シールド機先端の加圧チャンバー１２内に底版コン
クリートを水中打設し、底版コンクリートの養生が完成
した後にシールド機１の隔壁１１を解体し、可能なかぎ
り主要装備類を回収する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、深部シールドトンネ
ル用の発進用及び到達用に使用される立坑、あるいは深
部トンネル用の換気立坑、又は大規模構造物の深部基礎
構造物を構築する立坑など、口径が３〜７ｍ位で、深さ
は１００ｍ前後に及ぶ大深度立坑の構築に実施される立
型シールド工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、立坑を構築する技術は、深度と平
面寸法（口径）の大きさに応じて種々ある。まず口径が
１〜２ｍで深さ５０ｍ位までの立坑の構築は、リバース
工法が有効である。口径が５ｍ位まで大きくなり、深さ
が５０ｍ位までなら、ＰＣウエル工法が有効である。

【０００３】口径が５ｍ以上で、深さが５０ｍ以深の立
坑は、地中連続壁による構築工法が有効である。

【０００４】

【本発明が解決しようとする課題】上述のリバース工法
は、孔壁の安定を安定液（泥水）にのみ頼るため、砂礫
層を貫通して立坑を施工することは困難である。しか
し、我国の大都市圏が位置している扇状地やデルタ地帯
における大深度立坑の施工は、多くの場合砂礫層を貫通
することになるので問題である。

【０００５】ＰＣウエル工法やニューマチックケーソン
工法は、５０ｍ以上の大深度の施工が困難である。また
仮に、施工が可能になっても、工期や工費の面で合理的
と云えない。従って、本発明の目的は、口径が３〜７ｍ
程度で、地下１００ｍ前後に及ぶ大深度立坑を安全に、
能率的に、精度良く構築するための立型シールド工法を
提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ための手段として、この発明に係る立型シールド工法
は、図面に実施例を示したとおり、シールド機１を地表
部から垂直下向きに掘進させ立坑を構築する立型シール
ド工法において、イ）地表部に発進立坑５を構築し、シールド機１が自
重で沈下しないように支持する機械保持機構、及び初期
の掘進反力を確保するための反力機構４を設けること、ロ）シールド機１は、密閉加圧型で、センターシャフ
ト型のカッター部を具備し、前記センターシャフト１３
の中空部を利用した排土管１９に粗礫の取込み機構２
１、２２、２３が設けられており、前記発進立坑５の位
置から円形リングを台形に等分割したセグメント２を組
立て、同セグメント２に反力をとり清水掘削により垂直
下向きに連続的に掘進させること、ハ）シールド機１が所定の深度まで掘削した段階でシ
ールド機先端の加圧チャンバー１２内に底版コンクリー
ト１６を水中打設し、底版コンクリート１６の養生が完
成した後にシールド機１の隔壁１１を解体し、可能なか
ぎり主要装備類を回収すること、をそれぞれ特徴とする。

【０００７】本発明はまた、センターシャフト型のカッ
ター部を構成する面板１５とカッタースポーク１４とは
分離可能とし、カッタースポーク１４は拡径、縮径が可
能な構造とされ、シールド機先端の加圧チャンバー１２
内に底版コンクリート１６を水中打設する以前に、カッ
タースポーク１４を縮径した上で加圧チャンバー１２内
の隔壁近傍の位置まで引上げ、同加圧チャンバー１２内
の前記カッタースポーク１４の位置より以下のレベルま
で底版コンクリートを打設して面板１５を埋め殺し、面
板１５を補強材とする底版コンクリート１６を構築する
こと、及び、シールド機１は給水機構１８を具備し、前
記給水機構１８により加圧チャンバー１２内に清水を送
り、センターシャット１３の中空部１９から土砂と水を
取込みながら掘削を進めること、及び、シールド機１
は、隔壁１１の背後側から加圧チャンバー１２内に挿入
した圧力型内視カメラ３２を具備し、シールド機１の清
水掘削の施工及び砂礫層の掘削及び粗礫の取込み状況は
ビデオモニターを監視しながら施工を進めること、もそ
れぞれ特徴とする。

【０００８】

【作用】発進立坑５の機械保持機構７、９、１０によ
り、シールド機１の保持及び垂直精度の確保が行なわれ
る。また、反力機構４、６により、初期の掘進反力が与
えられる。このシールド機１は砂礫層の掘進が可能で、
掘り出された砂礫はセンターシャット１３の中空部を利
用した排土管１９を通じて水流と共に排出される。仮
に、粗礫によって排土管１９に詰まりを生じたときは、
同排土管１９に設けた粗礫の取込み機構２１、２２、２
３を操作してシールド機１内の隔壁１１の背後側２０へ
排出し、詰まりを解消する。

【０００９】円形リングを台形に数等分割したセグメン
ト２は、立坑の軸線方向（垂直下向き）への組立が容易
であり、軸対称配置のシールドジャッキ３０、３０’の
選別使用が可能で、連続推進を実施できる。地盤を垂直
下向きに掘削する立型シールドは、地盤の崩壊の心配が
なく、清水掘削が可能である。従って、泥水（地盤安定
液）の製造や処理の必要がない。孔壁の安定及び止水
は、シールド機のスキンプレートが一時的に保持し、シ
ールド機の通過部分はセグメント２及びその裏込め材３
により行なわれる。

【００１０】立坑の底部は底版コンクリート１６の構築
により、地下水圧及び止水の完全な処理が出来る。

【００１１】

【実施例】次に、図示した本発明の実施例を説明する。
図１は本発明による立型シールド工法の全体的な施工概
要を示している。図中１が垂直下向きに掘進するシール
ド機で、２は組み立てられたセグメント、３は裏込め
材、４は地表部の発進立坑部分に設けた反力桁である。

【００１２】図２Ａ、Ｂ、Ｃは地表部の発進立坑５の構
造詳細とシールド機１の初期掘進の状況を示している。
シールド機１の外径が４〜５ｍ位である場合に、発進立
坑５の口径は一辺が６〜７ｍ位の矩形とされ、ソイルパ
イル柱列などによる山留壁６を施工し、その内側を掘削
して発進立坑５が構築されている。この発進立坑５の深
さは約７ｍ位とし、その孔底にはシールド機１の導入口
７を有する床版コンクリート（捨コンクリート）８が施
工されている。また、図示例の場合、孔底がシールド機
の自重によって沈下する程度の軟弱地盤であることを考
慮し、セメントなどの添加混合処理による地盤改良９が
施工されている。

【００１３】従って、床版コンクリート８の導入口７を
通じて改良地盤９の上に垂直下向きに据付けたシールド
機１は安定に支持される（機械保持機構）。山留壁６の
上端にはＨ形鋼を利用した反力桁４が固定され、この反
力桁４と前記シールド機１との間にセグメント２が組立
てられている。シールド機１の初期掘進は、セグメント
２を介して反力桁４に必要十分の反力を確保して推進さ
れる（反力機構）。反力桁４は山留壁６を通じて地盤に
反力を伝える。前記のようにセグメント２を組立て、シ
ールド機１の推進が開始される前に、発進立坑５内には
図２のようにシールド機１の外周に埋戻し土１０が充填
され、これによってシールド機１の側面の拘束が行なわ
れ、推進時の垂直精度が確保される（機械保持機構）。

【００１４】シールド機１は、隔壁１１より先端側のカ
ッター部を含む加圧チャンバー１２内を、地下水圧と同
等以上の水圧に保持する密閉加圧型の構成とされてい
る。給水管１８は隔壁１１を貫通して加圧チャンバー１
２に連通されている。カッター部は、図４Ａ，Ｂに示し
たように、センターシャフト１３の先端に拡径、縮径が
可能な構造のカッタースポーク１４を取り付けたセンタ
ーシャフト型として構成されている。面板１５は、前記
カッタースポーク１４と分離可能な構造（カッタースポ
ーク１４が出入り可能なスリットを有する構造）とさ
れ、回収するカッタースポーク１４は加圧チャンバー１
２内の隔壁１１の近傍位置まで引上げ得る（図４Ａ）。
面板１５は半球形の凸状に構成され（図４Ａ）、半径方
向に配置した数本の支持壁１７によって補剛されてい
る。従って、この面板１５及び支持壁１７が底版コンク
リート中に埋め殺され補強材として働く際には力学的に
有利である。

【００１５】前記センターシャフト１３には管材が使用
され、その中空部が排土管１９に兼用され、カッター部
で掘削した土砂や礫類は排土管１９を通じて水流と共に
運搬し地上へ排出する構成とされている（図３）。隔壁
１１より上方の作業員が立入る背後側空間２０の領域に
は、粗礫により排土管１９が詰まりを生じた場合の対策
として、まず排土管１９を仕切るゲートバルブ２１が設
置され、このゲートバルブ２１より下流側に礫取出口２
２を横向きに形成し、その開口部を仕切るゲートバルブ
２３が設置されている。つまり、粗礫により排泥管１３
が詰まった場合は、まずゲートバルブ２１を全閉として
水流を止め、次にゲートバルブ２３を開いて排土管１３
内に詰まった粗礫を背後側空間２０内へ取出す。その後
再びゲートバルブ２３を全閉とし、他のゲートバルブ２
１を全開として水流を再開させるのである。

【００１６】上記構成のシールド機１による立坑の掘削
は、組立てたセグメント２に反力をとったシールドジャ
ッキ３０の推進力と、清水掘削とにより垂直下向きに掘
進することによって行なわれる。垂直下向きの掘削では
地盤の崩壊の心配がないからである。土砂の取出しは排
土管１９内の流連を確保する必要のため、加圧チャンバ
ー１２内へ清水を供給して行なわれる。

【００１７】シールド機１の掘進に伴なうセグメント２
の組立てに関しては、セグメントピースの形状、構造
が、図６のように円形リングを台形に等分割した形状、
構造とされ、このセグメントピース２ａ、２ｂを互い違
いの向きに組合せて円形リングに組み立てられる（図６
Ａを参照）。セグメント２は、図５Ａ，Ｂに示したよう
に、１個のセグメントピースにつき２個ずつの割合で軸
対称に配置されたシールドジャッキ３０で落下しないよ
うに支持させシールド機１を推進させる反力を得ると共
に、同シールドジャッキ３０、３０’の選別使用により
連続推進が行なわれる。即ち、図６Ａ〜Ｄに示したよう
に、台形のセグメントピースの特長として、円形リング
に組立てられたセグメント２は、その半数の正立台形の
セグメントピース２ａを軸対称配置の半数のシールドジ
ャッキ３０で支持すれば、崩落を完全に防げるし、シー
ルド機１の推進反力も確保できる。そこで次の段階とし
ては、図６Ｂに示したように、次段の円形リングの半数
に相当する倒立台形のセグメントピース２ｂを現在働い
ているシールドジャッキ３０の間の部位に組入れ、今度
は倒立台形のセグメントピース２ｂを残る半数のシール
ドジャッキ３０’で軸対称に支持する形に盛り替える
（図６Ｃ）。しかる後に、前記シールドジャッキ３０’
の間の部位に残る半数の正立台形のセグメントピース２
ａを組入れ、やはりこのセグメントピース２ａを半数の
シールドジャッキ３０で支持する形に盛り替える工程を
くり返すことにより、セグメント２の支持及び組立てと
シールド機１の推進とを連続的に行なうことができる。

【００１８】シールド機１による掘削の状況は、図３に
示したように、隔壁１１の背後側から加圧チャンバー１
２内に挿入された圧力型内視カメラ３２により、加圧チ
ャンバー１２内をモニターテレビの目視により監視して
清水掘削の施工及び砂礫層の掘削が効果的に実施され
る。かくして、シールド機１の掘削が所定の深度まで進
み、立坑の底を構築する段階では、まず図７に示したよ
うにカッタースポーク１４を縮径させ、面板１５から分
離させて加圧チャンバー１２内の隔壁１１の近傍位置ま
で引き上げる。そして、加圧チャンバー１２内の前記カ
ッタースポーク１４より以下のレベルまで、清水と置換
しながら底版コンクリートを水中打設し、面板１５及び
支持壁１７を埋め殺して底版コンクリート１６を構築す
る。この底版コンクリート１６は、半球形状の面板１５
及び支持壁１７を補強材とするので、大深度の巨大な地
下水圧にも十分耐え得る。

【００１９】前記底版コンクリート１６の養生が完成し
た後に、隔壁１１を解体し、カッタースポーク１４その
他の主要装備類を回収する。そして、必要に応じて、シ
ールドスキンプレートの内側に二次覆工を施工する。

【００２０】

【本発明が奏する効果】本発明に係る立型シールド工法
によれば、口径が３〜７ｍ位で、深さが１００ｍ前後に
及ぶ大深度立坑の構築を、安全に、経済的に、合理的に
進めることができ、深部シールドトンネル用の発進用若
しくは到達用立坑、又は深部トンネル用の換気立坑、深
部基礎構造物用の立坑の構築に寄与するのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る立型シールド工法の実施状況の
全体像を示した垂直断面図である。

【図２】Ａ、Ｂ、Ｃは発進立坑部分の平面図と垂直断面
図である。

【図３】シールド機の構造概要を示した垂直断面図であ
る。

【図４】Ａ、Ｂはシールド機の構造概要を示した垂直断
面図である。

【図５】Ａ、Ｂはシールドジャッキとセグメントの関係
を模式的に示した垂直断面図とｂ−ｂ矢視図である。

【図６】Ａ〜Ｄはセグメントの組立て方法とシールドジ
ャッキによる支持の展開された説明図である。

【図７】底版コンクリートの構築状況を示した立面図で
ある。

【符号の説明】

１シールド機５発進立坑４反力桁（反力機構）１３センターシャット１９排土管２セグメント１２加圧チャンバー１６底版コンクリート１１隔壁１４カッタースポーク１５面板１８給水管（給水機構）３２内視カメラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩本宏東京都江東区南砂二丁目５番14号株式会社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者藤井義文東京都中央区銀座八丁目21番１号株式会社竹中土木内 (72)発明者内田泰三東京都中央区銀座八丁目21番１号株式会社竹中土木内 (72)発明者神崎靖東京都中央区銀座八丁目21番１号株式会社竹中土木内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シールド機を地表部から垂直下向きに掘
進させ立坑を構築する立型シールド工法において、イ）地表部に発進立坑を構築し、シールド機が自重で
沈下しないように支持する機械保持機構、及び初期の掘
進反力を確保するための反力機構を設けること、ロ）シールド機は、密閉加圧型で、センターシャフト
型のカッター部を具備し、前記センターシャフトの中空
部を利用した排土管に粗礫の取込み機構が設けられてお
り、前記発進立坑の位置から円形リングを台形に等分割
したセグメントを組立て、同セグメントに反力をとり清
水掘削により垂直下向きに掘進させること、ハ）シールド機が所定の深度まで掘削した段階で、シ
ールド機先端の加圧チャンバー内に底版コンクリートを
水中打設し、この底版コンクリートの養生が完成した後
にシールド機の隔壁を解体し、可能なかぎり主要装備類
を回収すること、をそれぞれ特徴とする、立型シールド工法。
【請求項２】センターシャフト型のカッター部を構成す
る面板とカッタースポークとは分離可能とされ、カッタ
ースポークは拡径、縮径が可能な構造とされ、シールド
機先端の加圧チャンバー内に底版コンクリートを水中打
設する以前に、カッタースポークを縮径した上で加圧チ
ャンバー内の隔壁近傍の位置まで引上げ、同加圧チャン
バー内の前記カッタースポークの位置より以下のレベル
まで底版コンクリートを打設して面板を埋め殺し、面板
を補強材とする底版コンクリートを構築することを特徴
とする、請求項１に記載した立型シールド工法。
【請求項３】シールド機は給水機構を具備し、前記給水
機構により加圧チャンバー内に清水を送り、センターシ
ャフトの中空部から土砂と水を取り込みながら掘削を進
めることを特徴とする、請求項１記載の立型シールド工
法
【請求項４】シールド機は、隔壁の背後側から加圧チャ
ンバー内に挿入した圧力型内視カメラを具備し、シール
ド機の清水掘削の施工及び砂礫層の掘削及び粗礫の取込
み状況はビデオモニターを監視しながら施工を進めるこ
とを特徴とする、請求項１記載の立型シールド工法