JPH061040B2 - 地中にコンクリート覆工体を構築する方法およびその構築に用いられるセグメント - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は地中にコンクリート覆工体を構築する方法およ
びそのコンクリート覆工体の構築に用いられるセグメン
トに関する。

（従来技術およびその問題点） 従来、地中に横坑や立坑を構築するにあたっては、例え
ば第４図に示す如く、地中を掘進するシールド機100の
内部後方のシールド筒101の内部で、例えば鋼製あるい
はコンクリート製のセグメント102を組み立ててこれを
筒状に形成し、この組立形成されたセグメント筒102に
シールド機100に設けられたシールドジャッキ103の推力
の反力をとり、シールド機100の前面の切羽を掘削し、
ずりを排出しつつシールド機100を前進せしめている。

そして、セグメント102と掘削横坑の間隙（テールボイ
ド）104に、例えばセグメントに予め設けられてあるグ
ラウト孔105より裏込注入材を充填している。

しかし、この方法に用いられるセグメント102は、シー
ルド機100のテールシールとの密着性とそのテールシー
ルの破損防止上、表面仕上げが高度に要求されるととも
に、継手部からの漏水防止のためにシール取付部や継手
部の面は高精度にせざるを得ず、このため製作費が非常
に高価であった。

しかしながら、上記のように構成してもテールシールの
破損およびセグメント継手部からの漏水を結局完全に防
止することが困難で、例えば電力通信用あるいは地下鉄
道等の横坑本来の使用目的を阻害するという問題点があ
った。

そこで、上記問題点を改善した他の従来例が存在する
が、この例では、第５図に示すように、シールド機200
のシールド外筒201の後部内側と筒状セグメント203との
間に環状体202を配設するものである。そして、この環
状体202は、シールド機200に固定された調整ジャッキ20
8に連結され、かつこの環状体202を貫通し、筒状セグメ
ント203の外周面と掘削された横坑の内周面との間隙205
にコンクリートを打設するためのコンクリート圧送管20
6を配置した構成となっている。

この構成においてはシールド機200の掘進に従い、この
シールド機200が掘削形成する横坑204と筒状セグメント
203との間隙205に生コンクリートが圧送管206より圧送
され、この間隙205を完全に充填し、かくして筒状のコ
ンクリート覆工体207が形成され、横坑が築造される。

しかしながら、この方法は上記間隙205が狭隘なため、
鉄筋等の補強材が配置されないか、または少量の配置し
かできず、この筒状コンクリート覆工体207に地中力が
作用する時、対応できず破壊するおそれがある。さらに
これに対抗するために、同圧送コンクリートに特殊な鋼
繊維等を混入する場合があるが、この鋼繊維等は高価で
あり、かつその繊維混入コンクリートは強度が小さく軟
弱で地盤では強度上不利であるという問題点がある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、これらの問題を解決するものであって、その
目的とするところは、地中に立坑や横坑等を覆工するに
あたり、地中の土圧・水圧に充分対抗でき、かつ作業性
の良好なセグメントを用いた覆工体の構築方法およびこ
れに用いられるセグメントを提供することにある。

すなわち、本発明は上記目的を達成するために、地中に
形成された坑内に、内外面を貫通する複数個の通過孔を
有するとともに、補強用鉄筋が配設されたセグメントを
組み立てて筒状体を構成し、かつこのセグメント筒状体
の内側に間隙を確保して筒状に型枠を形成し、この型枠
を介し反力を受け推進し、かつセグメント内外面に形成
された間隙とセグメントに設けられた通過孔とに充填物
を加圧充填してコンクリート覆工体を構築することを特
徴としている。

また、組み立てられた筒状体を構成するセグメントは、
かぶりがほとんどない状態で補強用鉄筋が配設されると
ともに、内外面を貫通する複数個のコンクリートの通過
を妨げない大きさの通過孔が配設され、かつ前記補強用
鉄筋の主鉄筋はセグメントの上下面の長さ方向に沿って
配設されたことを特徴としている。

（作用） 地中に形成された坑内において、セグメントを筒環状に
組み立て、その内側に型枠を配設し、セグメントの内外
面に形成された間隙に充填物注入手段を介し、コンクリ
ートを圧入充填して地中にコンクリート覆工体を構築す
るものであって、そのセグメントは必要に応じて鉄筋が
配置されるが、鉄筋のかぶりはほとんどないため、従来
の同強度のセグメントに比し鉄筋が大幅に少なくて済
み、かつ打設されたコンクリートとの一体性が良い。ま
た、上記セグメントは充填物が流動する複数個のコンク
リートの通過を妨げない大きさの通過孔を有し、シール
ドの前進に伴ない形成される掘削面とセグメント外周側
とで形成されるテールボイド、およびセグメントと型枠
との間に形成される間隙、およびセグメントに設けられ
た通過孔にコンクリートを加圧充填し、一体となってコ
ンクリート覆工体をなすものである。

（実施例） 以下、図面に沿って本発明の一実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すもので、図中１はシー
ルドであり、このシールド１は、例えば鋼板等よりな
り、かつ筒状を呈するとともに、前方部内に隔壁2aが形
成されたシールド筒２と、このシールド１を掘進させる
シールドジャッキ３とを備えている。

しかして、隔壁2aの略中央部にはその部分に設けられた
軸受４を介しカッター回転軸５が貫設され、このカッタ
ー回転軸５の前端には切羽を掘削するための回転カッタ
ー６が正逆回転自在に設けられている。

なお、カッター回転軸５の後方側は特に図示されていな
いが、回転伝達機構を介し駆動モータと連結され、これ
によってカッター回転軸５、ひいては回転カッター６が
回転駆動される。

また、2bはシールド筒２の後方のシールド後部筒、７は
隔壁2aの下方に前端が連結された、例えばスクリューコ
ンベヤ等からなる排土装置であり、回転カッター６で切
削された切羽の土砂はシールド１の進行に伴い切羽室８
よりこの排土装置７を介し坑内側へ排出される。

さらに、20はシールド１の進行によって順次継ぎ足され
る筒状の型枠である。また、9aは横坑の内周側と型枠20
の外周側との間に設けられる筒状のコンクリート覆工体
であり、このコンクリート覆工体9aは詳しくは後述する
セグメント９を主体として構成される。すなわち、セグ
メント９はコンクリート覆工体9aの主要部材をなし、シ
ールド後部筒2bの内側部分で組み立てられ、このセグメ
ント９の内外面に形成された間隙とセグメント９に設け
られた通過孔10とに型枠20に貫設された充填物注入用の
バルブ19を備えた注入管19aを介しコンクリートｍの如
き充填物が注入される。

なお、セグメント９の切羽側で、シールド後部筒2bの内
側とセグメント９との筒環状の間隙には、詳しくは後述
する箱抜型枠17を取り外して箱抜部17aとする箱抜型枠1
7が適数個設けられている。

また、15はセグメント９の前方に設けられた筒環状形の
プッシャーリングで、このプッシャーリング15は注入さ
れる充填物漏出防止のためにシールド後部筒2bの内側面
と型枠20の外側面との間において、シール18が取り付け
られ水密に構成されている。

また、シールド後部筒2bの内側とセグメント９との間に
それぞれスペーサー16を適当に設けてそれぞれの間隔を
保持している。さらに、プッシャーリング15の前方と隔
壁2aとの間には伸縮自在の適数のシールドジャッキ３が
設けられ、このシールドジャッキ３はシールド１の前進
に伴いプッシャーリング15を適当に保持するように伸長
する。

さらに、型枠20はセグメント９の内側に筒環状の間隙を
形成するようにプッシャーリング15の内側に当接して組
み立てられるとともに、この型枠20にはバルブ19を備え
た注入管19aが設けられる。なお、注入管19aはバルブ19
に対して取外し自在である。

第２図(ア)は本発明に用いられるセグメント９の斜視図
であり、同図(イ)は同図(ア)のＡ−Ａ断面図である。

同図に示すように、セグメント９はすでに工場等で製作
された略弧状矩形のコンクリートセグメント体であり、
かぶりがほとんどない状態で略格子状に主鉄筋13および
配力鉄筋14が配設されるとともに、これら補強材による
強度的な劣化が生じない範囲で充填物でコンクリートｍ
を流入時、流動に適した大きさの通過孔10が適数個もけ
られている。

なお、前記の補強材である主鉄筋13は弓状になってお
り、セグメント９の上下面の長さ方向に沿って配設さ
れ、また、配力鉄筋14と主鉄筋13とは垂直状態をなすと
ともに接触状態をなすように配設され、主鉄筋13、配力
鉄筋14ともに、例えば２段もしくは数段の複鉄筋とする
と、土圧・水圧等に対する対抗力が増大しより好適とな
る。

さらに、隣接するセグメント９を連結するためにセグメ
ント９の外周部には、例えば互いにボルトを挿入するボ
ルト孔12が形成されるとともに、前記ボルトを螺着する
ナットの締め付け作業を行い易い大きさを有する継手ボ
ックス11が適数個設けられている。

そして、セグメント９相互が縦・横方向にボルトおよび
ナットで連結される。

次に本発明のセグメント９を用いたコンクリート覆工体
の構築方法を第３図(a)ないし(f)に沿って説明する。

同図(a)において、Ｎ−１番目のセグメント(9-1)と地山
Ｇとの内側の間隙、通過孔10およびセグメント(9-1)と
型枠20との筒環状の間隙にはコンクリートｍがすでに加
圧充填されて硬化している。次に、Ｎ番目のセグメント
(9-2)をＮ−１番目のセグメント(9-1)のトンネル縦方向
に当接させ、この当接されたセグメント(9-2)と(9-1)と
は、相互の略外側面に設けられた継手ボックス11のボル
ト孔12で、例えばボルトナット等により連結し、さらに
セグメント(9-2)の筒環状の周方向も同様に連結する。

なお、組み立てられたＮ番目のセグメント(9-2)の切羽
側で、セグメント(9-2)とシールド筒２との筒環状の間
隙には、箱抜型枠17が適数個設けられて、未だコンクリ
ートｍが加圧充填されていない状態にある。

また、図示しないがセグメント９は、例えばエレクター
等で組み立てられる。

同図(b)において、バルブ19を開き注入管19aを介してコ
ンクリートｍがＮ番目のセグメント(9-2)とシールド筒
２との内側の間隙、通過孔10およびセグメント(9-2)と
型枠20との筒環状の間隙に充填し、掘進に先立って充填
作業をまず行う。

なお、上述のようにコンクリートｍが間隙に加圧充填さ
れると、間隙内の空気が圧縮されるため、図示しないが
空気の抜け穴としての開閉自在な空気穴がプッシャーリ
ング15に形成されている。

同図(c)において、コンクリートｍの加圧充填を続行中
に掘進を行うべくシールドジャッキ３を伸長すると、シ
ールド後部筒2bは切羽側（矢印方向）に移動し、その後
方にテールボイドｂが生じるが、注入管19aからのコン
クリートｍなる充填物が速やかに充填されるので、地山
ＧとＮ番目のセグメント(9-2)とには間隙が一切生じる
ことなく加圧充填することができる。

すなわち、掘進と略同時に覆工体は完成される。

同図(d)において、シールド後部筒2bと箱抜型枠17との
後端部が一致する位置までシールド後部筒2bを切羽側
（矢印方向）へ移動させ、それと略同時にバルブ19を閉
じてコンクリートｍの加圧充填を終了する。

なお、コンクリートｍの打ち継ぎ部である箱抜部17aは
ラップ部17a₁、前段部17a₂および後段部17a₃の３面で形
成され、圧入充填されたコンクリートｍが圧着するの
で、地山Ｇからの漏水防止効果がある。

また、箱抜型枠17を抜いた部分は、充填物であるコンク
リートｍの通路となり、シールド後部筒2bの移動の際に
生じるテールボイドｂにコンクリートｍが直ちに加圧充
填されるため、地山Ｇとセグメント９との間隙は一切生
じない。

第３図(e)において、加圧充填されたコンクリートｍが
ある程度硬化した後、シールドジャッキ３を縮め、筒環
状のプッシャーリング15を外し、シールド後部筒2bの内
側とＮ番目のセグメント(9-2)との間の筒環状部に適数
個設けられた、かつ箱抜型枠17を取外す。

第３図(f)において、箱抜型枠17を取り外した後、次の
Ｎ＋１番目のセグメント(9-3)を組み立て、延設し、か
つ型枠20を組み込む。

このとき、最後部のすでにコンクリートｍが加圧充填さ
れ、セグメント９とその周辺のコンクリートｍが硬化
後、型枠20を取り外してこの型枠20を前方に運搬して再
度使用することが好ましい。

以下、本発明のセグメント９を用いたコンクリート覆工
体の構築方法としては、(b)ないし(f)の手順を繰り返せ
ば良い。

このようにして、シールド後部筒2bの前進に伴い、組み
立てられたセグメント９と型枠20内にコンクリートｍを
加圧充填し、これが固化することによってセグメント９
の内外側のコンクリート体が一体化して、地山Ｇの土圧
・水圧に充分耐えうるトンネルを構築することができ
る。

また、本発明は、地中に形成された坑としては必ずしも
シールド工法により築造される必要はなく、例えば、山
岳トンネル等においても使用されるＮＡＴＭ工法に替え
ることのできるトンネルの覆工方法としても利用できる
ものである。

また、本発明は、横坑のみならず立坑における覆工にも
充分利用できるものである。

さらに、本発明は、地中に形成される坑の断面は円形の
みならず楕円形、四角形、馬蹄形など特に断面形状に限
定されるものではないことは勿論である。

なお、本発明における筒状体とは、断面が完全に閉じた
形状の他、断面の一部を欠いた形状のものも含まれ、例
えばアーチ状の、いわゆるルーフシールド等の弧状形の
シールド工法にも利用することができるものである。

また、本発明はシールド筒２内であらかじめ組み立てら
れたセグメント９の内外面および通過孔10にコンクリー
トｍを加圧充填してから掘進をはじめるので、従前のテ
ールシールは必要ないが、何れにしても充填物を加圧充
填する際に、シールド筒２内に充填物の流入防止をする
には、シール18付プッシャーリング15で防止し、この意
味では従前のテールシールの代用となっている。

（発明の効果） 以上ように本発明によれば、地中に形成された坑内に、
内外面を貫通する複数個の通過孔を有するセグメントを
組み立てて筒状体を構成し、かつこのセグメント筒状体
の内側に間隙を確保して筒状に型枠を形成し、セグメン
ト内外面に形成された間隙とセグメントに設けられた通
過孔とに充填物を加圧充填してコンクリート覆工体を構
築するようにしたので、 (a)従来のシールド工法等の如き二次巻きコンクリート
は要せず、いわゆる現場打ち工法同様、掘進とほぼ同時
に覆工体は完成する。すなわち、シールド筒の移動と同
時に地山との空隙は一切許さずにコンクリート等が圧入
充填するから地盤沈下を防止することができる。

(b)コンクリートの打ち継ぎ部は直線的ではなく、大き
なラップを持つ直角的に折れた三面を形成し、なおそれ
らの面に圧入充填されたコンクリート等が強力に圧着す
るので漏水が防止され、また従来工法の二次巻きに当る
コンクリート部分は、通過孔を介してセグメントの両面
を同時にコンクリートを圧入充填打ちされ一体化される
ので、従来の二次巻きのようにセグメント厚以上の厚み
は要せず覆工体全体厚が薄くでき経済的である効果を有
する。

また、組み立てられた筒状体を構成するセグメントは、
圧入充填されたコンクリート内において、かぶりがほと
んどない状態で補強用鉄筋が配設されるとともに、内外
面を貫通する複数個のコンクリートの通過を妨げない大
きさの通過孔が配設されて成るから、 (c)セグメントは施工過程から完成時迄、一度も地山に
触れることがなく、シールド筒等が圧入充填コンクリー
ト等に囲まれ保護されており、漏水に対して極めて有利
である。

また、従来シールド工法の如くシールド筒テールシール
と密着することで漏水、土砂流出を防止するものでない
から、防止およびテールシールの破損防止等のためのセ
グメント表面の高度仕上げは無用であり、なお、孔あき
セグメントは漏水は一切考慮しないから継手面のシール
は簡略にでき、当然高度な面仕上げは不要で強度の伝達
のみで足り製作費を格段に安価にすることができる。

(d)当セグメントは上記で述べた如くテールシールとは
無関係で、漏水等の防止に非常に有利であり、配筋等に
おいて「かぶり」をほとんど必要としないので、鉄筋等
はセグメントの両面の最外部に配筋出来、同程度の従来
セグメントと比較して補強用鉄筋等は大幅に軽減するこ
とができる。

(e)当セグメントは、設計上許される限り通過孔の径を
大きくするとともに数量も多くしているので、従来のコ
ンクリートセグメントと比較して製作・運搬および施工
のいずれの作業性も向上が図られる。

(f)また、補強用鉄筋の主鉄筋はセグメントの上下面の
長さ方向に沿って配設されているので、強度的にも優
れ、かつかぶりがほとんどないので、圧入・充填打ちさ
れたコンクリートと補強用鉄筋とのなじみが良く、確実
に一体化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の一実施例を示す地中にコ
ンクリート覆工体を構築する方法およびその構築に用い
られるセグメントで、第１図は縦断面図、第２図(ア)は
セグメントの斜視図、同図(イ)と同図(ア)のＡ−Ａ断面
図、第３図は構築方法の説明図、第４図および第５図は
それぞれ従来例である。 １・・・シールド、２・・・シールド筒、2a・・・隔
壁、2b・・・シールド後部筒、３・・・シールドジャッ
キ、４・・・軸受、５・・・カッター回転軸、６・・・
回転カッター、７・・・排土装置、８・・・切羽室、９
・・・セグメント、10・・・通過孔、11・・・継手ボッ
クス、12・・・ボルト孔、13・・・主鉄筋、14・・・配
力鉄筋、15・・・プッシャーリング、16・・・スペーサ
ー、17・・・箱抜型枠、17a・・・箱抜部、18・・・シ
ール、19・・・バルブ、19a・・・注入管、20・・・型
枠、ｂ・・・テールボイド、ｍ・・・コンクリート、Ｇ
・・・地山

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地中に形成された坑内に、内外面を貫通す
   る複数個の通過孔を有するとともに、補強用鉄筋が配設
   されたセグメントを組み立てて筒状体を構成し、かつこ
   のセグメント筒状体の内側に間隙を確保して筒状に型枠
   を形成し、この型枠を介し反力を受け推進し、かつセグ
   メント内外面に形成された間隙とセグメントに設けられ
   た通過孔とに充填物を加圧充填してコンクリート覆工体
   を構築することを特徴とした地中にコンクリート覆工体
   を構築する方法。
2. 【請求項２】組み立てられた筒状体を構成するセグメン
   トは、かぶりがほとんどない状態で補強用鉄筋が配設さ
   れるとともに、内外面を貫通する複数個のコンクリート
   の通過を妨げない大きさの通過孔が配設され、かつ前記
   補強用鉄筋の主鉄筋はセグメントの上下面の長さ方向に
   沿って配設されたことを特徴としたセグメント。