JPH0684720B2 - 地中にコンクリート覆工体を構築する方法 - 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７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、通常、コンクリー
トまたは鋼製であって弧状のセグメント102を組み立て
てこれを円筒状に形成し、この組立形成された筒状体10
2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の前面の切羽を掘消
し、掘削土を排出しつつシールド機100を前進せしめて
いる。

そして、筒状体102と掘削横坑の間隙（テールボイド）1
04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より裏込み注入材を充填している。

しかし、この方法に用いられる筒状体102は、シールド
機100のテールシールとの密着性およびそのテールシー
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、筒状体102の継手部からの漏水防止のためにテール
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８図に示すように、シールド機200
のシールド外筒201の後部内側と筒状体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208に連結され、かつこの環状体202を貫通
し、筒状体203の外周面と掘削された横坑204の内周面と
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206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の掘削に従い、この
シールド機200が掘削形成する横坑204と筒状体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204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
たできず、この筒形コンクリート覆工体207に地中の圧
力が作用する時、対応できず破壊するおそれがある。

さらにこれに対応するために、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
さく軟弱や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、これらの問題点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
性の良好なコンクリート覆工体を用い、永久構造物とし
て充分な信頼性を有する覆工体の構築方法を提供するこ
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、内外面を貫通し、充填物が通過可能
であって許容範囲内で出来るだけ大きく、かつセグメン
トと充填との一体性が良好な通過孔を有し、かつ鋼板か
らなるとともに略クランク状または略波型の凹凸状に形
成されたセグメントを連結して筒状体を構成し、かつこ
のセグメント筒状体の内側に間隙を確保して型枠を筒状
に形成し、セグメント内外面に形成された間隙にセグメ
ントに設けられた通過孔を介して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ものである。

（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、セグメント内外面
に形成された間隙に、充填物注入手段を介し充填物を加
圧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、セグメントは鋼製のものからなり、かつ略クラ
ンク状または略波型状をなし、許容範囲内で出来るだけ
大きく多数の孔を形成し、セグメントと充填物との一体
性を極めて良くし、これによって種々の利点をもたら
し、覆工体完成後の永久構造物として充分な信頼性をも
たせている。

また、セグメントは鋼製で、クランクまたは波型状の断
面形状にすることで強度を大とし、また軽量にすること
ができるので、運搬、組立性を良くしている。

さらに、従前のテールシールを不要として、セグメント
の製作を容易とし経済的にしている。

（実施例） 以下、図面に沿って本発明を説明する。

第１図ないし第３図は本発明の第１実施例を示し、これ
らの図中、先ず第１図において、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が設けられている。

しかして、隔壁2aの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
ンベア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、15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は地山Ｇの内周面と型枠
15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。

ｂはシールド筒２の進行によって形成されるテールボイ
ドである。

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15が貫設された
充填物注入用のバルブ14を備えた注入管14aを介しコン
クリートの如く充填物ｍが注入される。

なお、セグメント９の切羽側で、シールド筒２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12が適数個設けられ、後に構築過程において箱
抜型枠12が取り外され箱抜部12aが形成される。

また、11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11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15の外側面との間において、シール13が取り付け
られ水密に構成されている。

さらに、プッシャーリング11の前方と隔壁2aとの間には
伸縮自在の適数のジャッキ3aが設けられ、このジャッキ
3aはシールド１の前進に伴いプッシャーリング11を適当
に保持するように伸長する。

また、型枠15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11の内側に当接して組み
立てられるとともに、スペーサー15aを介して型枠15と
隔壁2aとの間にジャッキ3bが介装され、ジャッキ3bは掘
削時の反力（推力）を得るように伸長する。

さらに、この型枠15にはバルブ14が備えられるととも
に、注入管14aは型枠15に対して取外し自在である。

第２図は本発明に用いられる鋼製のセグメント９の斜視
図である。

このセグメント９は、鉄筋コンクリートの鉄筋（棒鋼）
の代わりに使用される孔空き鋼板のように、コンクリー
トとの合成によってのみ能力を出し得るものとは基本的
に性格が異なっている。

すなわち、本発明に用いられるセグメント９は、セグメ
ント９のみで永久構造物としてではないが、設計上の土
圧・水圧に対して充分強度がある。

そして、この実施例では略クランク状に形成された、断
面形状で出来る限り軽量をはかり、かつ設計上最も有利
なものに形成され、工場で予め作成される。

また、充填物ｍが加圧充填の際に、充填物ｍの流動に適
した大きさの通過孔10が、強度的に劣化が生じない範囲
でセグメント９に適数個設けられている。

この通過孔10は、良質な充填物ｍの加圧充填を可能に
し、セグメント９と一体化、地盤沈下および漏水防止等
に速やかに対応するために、設計上許される範囲で径を
大きく、また数も多いことが好ましい。

次に本発明に用いられるセグメント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（６）に沿
って説明する。

（１）先ず、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15との筒状体の間隙には充填物ｍがすでに加
圧充填されて硬化している状態にあるとすると、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るとともに、さらに
セグメント（９−２）の筒環状の周方向も同様に溶接、
ボルト締め等の手段を用いて連結する。

なお、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、かつ組み立てられた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12が適数個
設けられ、この部分は未だ充填物ｍが加圧充填されてい
ない状態にある（第３図（１）参照）。

（２）次に、バルブ14を開き注入管14aを介して充填物
ｍを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15との筒環状の間隙に充填し、掘削に先立ってこのよ
うな充填作業をまず行う（同（２）図参照）。

なお、上述のように充填物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
11に形成されている。

（３）充填物ｍの加圧充填が続行中に、掘進を行うべく
ジャッキ3b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14aからの充填物ｍ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、地山Ｇとセグメント（９−
２）とが接触せず加圧充填することができ、掘進と略同
時に覆工体を完成することができる（同（３）図参
照）。

なお、ジャッキ3bの伸長に伴って、ジャッキ3aも同様に
伸長させる。

（４）シールド後部筒2bと箱抜型枠12との後端部とが一
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14を閉じて充填物ｍ
の加圧充填を終了させる（同（４）図参照）。

なお、充填物ｍの打ち継ぎ部である箱抜部12aはラップ
部12a₁,前段部12a₂および後端部12a₃の３面で形成さ
れ、圧入充填された充填物ｍが互いに圧着するので地山
Ｇからの漏水防止効果がある。

すなわち、従来工法では打ち継ぎ部は垂直方向に直線的
に延びる単純な一面であるのに比べ、クランク状の三面
からなっており、特に水平面のラップ部12a₁は必要に応
じて長さが調整可能である。

この、三面からなる継手面に強力に加圧充填された良質
のコンクリートからなる充填物ｍが圧着するので、防水
能力は従来工法と比較して、継手面の精度、漏水防止シ
ール等いずれも簡略にできる。

なお、箱抜型枠12を抜いた部分は、充填物ｍの通路とな
り、シールド後部筒2bの移動の際に生じる箱抜部12aの
近傍のテールボイドｂに充填物ｍが直ちに加圧充填で
き、上記（２）で述べたように間隙が生じる余地はな
い。したがって、掘削坑は破壊することはない。

（５）次に、加圧充填された充填物ｍが硬化した後、ジ
ャッキ3aおよびジャッキ3bを縮め、筒環状のプッシャー
リング11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、箱抜型枠12を取外す（同（５）図参照）。

（６）しかる後、箱抜型枠12を取り外し、次のＮ＋１番
目のセグメント（９−３）を組み立てて延設し、かつ型
枠15を組み込み、ジャッキ3aおよびジャッキ3bを再びセ
ットする。

このとき、最後部のすでに充填物ｍが加圧充填され、セ
グメント９とその周辺の充填物ｍが硬化後、型枠15を取
り外してこの型枠15を前方に運搬し再度使用することが
好ましい。

以下、上記（２）ないし（６）の手順を繰り返せばよ
い。

なお、上記においてシールド１の前進に際し、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に充填物ｍが加圧充填されながら掘進
されるが、シールド筒２とセグメント９間にセグメント
外面と摺接する従前のテールシールは必要ないため、セ
グメント９の表面の仕上げの精度および滑らかさ等の加
工を必要としない。

なお、充填物ｍ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13付プッシャーリ
ング11で防止している。

また、当セグメント使用の工法は、掘削時の反力（推
力）を当セグメントではなく、型枠15にとるので、従前
のセグメント102および203と比較して縦リブ当の補強は
必要ないか、補強したとしても極僅かで済み、できる限
り軽量化することができる。

第４図は従来の工法による覆工体と本発明のものとの比
較を示す。

従来では同図（１）に示すように、地山Ｇより覆工体の
内周に向かって、筒状のセグメント203の外周面と掘削
された横坑204の内周面との間隙205に裏込材が注入さ
れ、そして筒状のセグメント203を介し、２次巻きコン
クリート207′が打設されている。

この従来のコンクリート、鋼製、ダグタイル等のセグメ
ントからなる筒状体203は、裏込材205が注入されている
が、何れも直接地山Ｇに接触しているようなもので、水
漏れにはセグメント203自体が対抗し、完全に水漏れを
防止することは困難であり、施工中は勿論のこと覆工体
完成後の永久構造物としても未だ信頼を得ていない。

そこことは、セグメント203自体が設計上土圧・水圧等
に充分耐え得る強度を有しながら、２次巻きコンクリー
ト207′をセグメント組立後に別工程で設けている事実
が証明している。

この場合、止水性や２次巻きコンクリート207′との一
体化に対する不安等により２次巻きコンクリート207′
の厚さはセグメント厚の通常１〜1.5倍程度としてい
る。

したがって、完成覆工体の肉厚は厚い２次巻きコンクリ
ート207′の分だけ肉厚となるため、そのことをも考慮
した掘削孔径とする必要がある。

これに対し第４図（２）に示すように、孔空きセグメン
ト９を用いているため、この孔を介し強力に圧入する良
質なコンクリートの如き充填物ｍがセグメント９の両面
に充填圧着し、加えてセグメント９は略クランク状とな
っているので、コンクリートとの付着面積が大となり、
強固に覆工体全体が一体化する。

したがって、止水性、強度的にも優れ、従前のシールド
工法における２次巻きコンクリート207′は不要であ
り、また２次巻きに相当する部分のコンクリートの厚さ
は、セグメント９の腐食防止と孔径の精度修正代のみで
足り極めて薄くて良い。

このため、完成覆工体の肉厚は従来シールドのそれより
20〜30％も薄くすることができる。

したがって、トンネル等の掘削孔径もその分小さくて良
いため、掘削作業が従前の工法に比べ容易で、作業性、
経済面で格段に有利である。

なお、第４図に示すよう、同径の横坑204における全覆
工厚の比較検討の例であり、従来よりも極めて薄くする
ことができる。

第５図は本発明の第２実施例を示すもので、この実施例
では、同図（１）に示すように、鋼製のセグメント16が
前述の実施例の如きクランク状ではなく、コルゲートパ
イプのような波型状に近い形状としたことに特徴を有し
ている。

しかして、このセグメント16の適箇所にも適形状の通過
孔10が形成される。

同図（２）は、上記セグメント16を用いた工法を示すも
ので、工法自体は第１実施例と略同様であるため、説明
の重複を避けるために対応部分には同一符号で示し、詳
細な説明は省略する。

第６図は本発明の第３実施例で、第２実施例で用いたセ
グメントの変形例を示す。

しかして、同図（１）に示すように、この実施例のセグ
メント17では図示の状態において上側の波型部17aと下
側の波型部17bとが逆になって相対向し、かつ造語の谷
部17cの部分が接合されている。

また、適宜の位置に適形状の大きさの通過孔18が形成さ
れ、かつ両端部が連結されて、他のセグメント17との連
結部17dが構成され、強度の向上が図られている点に特
徴を有している。

なお、通過孔18は谷部17cや連結部17dの近くに形成さ
れ、連結される他のセグメント17の連結部17dおよび17d
相互をボルト締めする場合にも利用し得る。

また、波型部17a,17bとの結合は溶接またはボルト締め
によっても良いことは勿論である。

同図（２）は、上記セグメントを用いた工法の主要部を
部分的に示すもので、工法の手順、作業等については前
述の実施例と略同様である。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、地中に形成された坑内
に、内外面を貫通し、充填物が通過可能であって許容範
囲内で出来るだけ大きく、かつセグメントと充填物との
一体性が良好な通過孔を有し、かつ鋼板からなるととも
に略クランク状または略波型の凹凸状に形成されたセグ
メントを連結して筒状体を構成し、かつこのセグメント
筒状体の内側に間隙を確保して型枠を筒状に形成し、セ
グメント内外面に形成された間隙にセグメントに設けら
れた通過孔を介して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
覆工体を構築するようにしたから、 （ア）用いられる上記セグメントは、それ自体組み立て
ることで土圧・水圧等の外力に充分耐えられる強度を有
し、最近のシールド工法等で要望されている現場打ちコ
ンクリート工法に使用する好適であり、かつ掘削時の反
力を充填物圧入打設用の型枠にとるので、従来使用のセ
グメントと比較して縦リブ等の補強は必要無いか、補強
したとしても極僅かですむ。

（イ）セグメントに形成する充填物用の通過孔は、設計
上の許容範囲内でその径は大きく、かつ数も多くできる
ので、充填物の加圧充填を容易とし、かつ充填物とセグ
メントとを確実に一体化でき、かつセグメントは構築過
程から完成時迄、一度も地山に触れることがなく、セグ
メントが加圧充填された充填物に囲まれ保護されてお
り、優れた止水性を有するため、覆工体完成後の永久構
造物として充分な信頼性がある。

（ウ）上記（イ）で述べたように、充填物とセグメント
との一体性が良いため、従来のシールド工法等の如き２
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、掘削とほぼ同時に覆工体は完成し、さらに充填物が
加圧充填されながらシールド筒が移動するのでセグメン
トと地山との間隙は発生せず、地盤沈下を防止すること
ができる。

（エ）また、従来工法の２次巻きに当る部分は、通過孔
を介してセグメントの両面を同時に充填物が加圧充填さ
れ完全に一体化されるため、セグメントの腐食防止と孔
径の精度修正代等のみを考慮するだけで足りるので、従
来の２次巻きのようなセグメント厚以上の厚みは要せ
ず、覆工体全体厚が極めて薄くでき、トンネル等の掘削
孔径は小さくて良く、シールド工法では筒径を小さくで
き、よって掘削作業が容易であるとともに、経済的であ
る。

（オ）用いられるセグメントは、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、従来のセグメントと比較して非常に軽量であり、運
搬および組み立てが容易になり施工性が向上し、全体工
事費のコストを押さえることができる。

（カ）また、従来のシールド工法の如くシールド筒に設
けられたテールシールとセグメントとが密着することで
漏水および土砂流出を防止するものでないから、テール
シールの破損防止等のためのセグメント表示の高度仕上
げは無用であるとともに、当セグメントの漏水は一切考
慮しなくてもよいから、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製作費を格段に安価にする
ことができる。

等の効果がある。

なお、上記各実施例では地中に横坑を構築する例につい
て示したが、横坑のみならず立坑における覆工にも充分
利用でき、この場合にも同様の作用・効果を得ることが
できる。

また、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。

さらに、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構築される必要はなく、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
とができるトンネルの覆工方法として利用できるもので
ある。

また、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。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第１実施例を示し、第１
図は縦断面図、第２図はクランク状のセグメントの斜視
図、第３図（１）ないし（６）は構築方法の説明図、第
４図（１），（２）は従来例と本発明のコンクリート覆
工体との比較断面図、第５図（１），（２）は本発明の
第２実施例を示し、同図（１）は波型状セグメントの斜
視図、同図（２）は同上のセグメントを用いてコンクリ
ート覆工体を構築する構築方法の一過程を示す図、第６
図（１），（２）は本発明の第３実施例を示し、同図
（１）はセグメントの斜視図、同図（２）は同上のセグ
メントを用いてコンクリート覆工体を構築する構築方法
の一過程を示す図、第７図および第８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 3a,3b……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、9a……コンクリート覆工体 10……通過孔、11……プッシャーリング 12……箱抜型枠、12a……箱抜部 13……シール、14……バルブ 14a……注入管、15……型枠 15a……スペーサー、16,17……セグメント 17a……上側の波型部、17b……下側の波型部 17c……谷部、17d……連結部 18……通過孔、ｂ……テールボイド ｍ……充填物、Ｇ……地山。

Claims (1)

【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
   し、充填物が通過可能であって許容範囲内で出来るだけ
   大きく、かつセグメントと充填物との一体性が良好な通
   過孔を有し、かつ鉱板からなるとともに略クランク状ま
   たは略波型の凹凸状に形成されたセグメントを連結して
   筒状体を構成し、かつこのセグメント筒状体の内側に間
   隙を確保して型枠を筒状に形成し、セグメント内外面に
   形成された間隙にセグメントに設けられた通過孔を介し
   て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。