JPH11210369A - 地下沈設体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】シールド掘削機１によってトンネル３を掘削す
る際の発進立坑５または到達立坑１３の構築工事の時間
及びコストを低減し、従来の地盤改良工事や、はつり工
事が省略できるものにする。 【解決手段】複数のピース部材９を連結して中空筒体７
を構成し、内部を掘削し最上端から加圧することで地下
に沈設し、発進立坑５または到達立坑１３を構築する。
複数のピース部材９のうち発進口１１または到達口１５
に相当する部分のピース部材をシールド掘削機１によっ
て切削可能な材料とする。その後、発進立坑５にシール
ド掘削機１を下ろし発進口１１から発進させる。この
時、ピース部材９をシールド掘削機１のカッタービット
で切削する。所定のコースのトンネル３を掘削した後、
到達立坑１３に到達する際に、到達口１５に相当するピ
ース部材を切削する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、複数のピース部
材、たとえばセグメントピースと呼ばれるものを連結し
て地下に沈設して、立坑を構築し、トンネルを掘削する
シールド掘削機等の発進立坑または到達立坑とするため
の地下沈設体に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、地下に地下鉄を建設する場合
などには、地下鉄用のトンネルを掘削しようとするルー
トの両端部に、地盤に対し略鉛直方向に発進立坑及び到
達立坑を構築する。そして、シールド掘削機を発進立坑
内部へ下ろし、発進立坑から発進させ、所定のルートを
掘削した後に、到達立坑へ到達する。

【０００３】この場合のシールド掘削機の発進と到達
は、両立坑の発進側及び到達側の地盤を地盤改良して、
両立坑の内部から人力によるはつりを行い、発進口及び
到達口を丁寧に形成していた。

【０００４】そして、地盤改良の方法としては、セメン
ト系の注入材を高圧噴射注入工法により地盤に注入する
ものや、地盤に複数の管を貫通させ管の内部に冷媒を通
し地盤を凍結させる方法などがある。これによりシール
ド掘削機の発進及び到達時に発進口や到達口などの周囲
の地盤が崩れてしまうのを防止する。

【０００５】しかし、このような地盤改良は、環境汚染
の危険性があり、また、地盤改良工事により工期が長く
なってしまうなどの制約があった。また、はつり作業
は、作業者の安全管理が難しく、また塵埃が多く発生し
てしまうという問題もあった。これらのため、地盤改良
作業やはつり作業には、時間とコストがかかるという問
題があった。

【０００６】このような問題を解決するために、シール
ド掘削機のカッタービットで切削可能な材料を、発進立
坑及び到達立坑の立坑を構成する壁体に用い、地盤改良
作業やはつり作業を省略する方法が提案されている。す
なわち、立坑の壁体は、例えばＨ型鋼を縦に配置したも
のを、立坑の周方向に多数連続させて構成するものであ
るが、発進口及び到達口に相当する部分には、Ｈ型鋼の
変わりに、シールド掘削機により切削可能な材料を用い
る。

【０００７】ここでいう切削可能とは、カッタービット
で切断された後も、通常の鉄筋のようにカッタービット
に絡みついたりせず、開口をスムースに達成させるもの
のことである。すなわち、鉄系の材料であっても切削後
にカッタービットに絡みついたりしなければ、「切削可
能」である。

【０００８】このような材料の一例としては、炭素繊維
で補強し石灰石骨材を使用した高強度コンクリートなど
がある。切削可能な材料は、同時に、壁体として土圧や
水圧によって発生する引っ張り力等に十分に耐えられる
ものであることが必要であるので、補強がなされる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、切削可
能な材料を発進口又は到達口に用いた発進立坑又は到達
立坑は、Ｈ型鋼などの長物の材料を縦方向に配置し立坑
の周方向に複数連続させた構造であるため、立坑を掘削
する工事自体が、時間及びコストを必要とするものであ
った。

【００１０】この発明は、以上の課題を解決するために
なされたもので、圧入沈設工法における地盤改良工事
や、はつり工事を省略でき、且つ立坑の掘削工事にかか
る時間及びコストを低減できる地下沈設体を提供するこ
とを目的とする。

【００１１】また、この発明に係る地下沈設体は、最上
端から加圧することで地下に沈設を行うものであるが、
前記引っ張り力のみならず、この加圧力に伴う圧縮力に
も十分に耐えられる地下沈設体を提供することをも目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、第一の発明は、複数のピース部材を連結して構成
する中空筒体を、内部を掘削し最上端から加圧すること
で、地下に沈設して構築され、シールド掘削機によりト
ンネルを掘削する際の発進立坑または到達立坑とされる
地下沈設体において、前記ピース部材のうち発進口また
は到達口に相当する部分のピース部材が、前記シールド
掘削機によって切削可能な材料からなることを特徴とす
る地下沈設体である。

【００１３】第二の発明は、さらに、前記切削可能なピ
ース部材の材料がコンクリートであり、他のピース部材
の材料が鋼材、または鉄筋コンクリートであることを特
徴とする前記地下沈設体である。

【００１４】第三の発明は、さらに、前記コンクリート
を材料とするピース部材の厚さが、鋼材、または鉄筋コ
ンクリートを材料とするピース部材の厚さより厚く、両
者の間で厚さが変化する部分に、該変化が連続的に行わ
れるよう傾斜が施されたことを特徴とする前記地下沈設
体である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態を、
図１乃至図１０において説明する。まず、図１において
地下に地下鉄などを建設するためにトンネル掘削を行う
際の工事全体の概略工程を説明する。

【００１６】シールド掘削機１によりトンネル３を掘削
するための発進立坑５を構築するために、始めに、地上
に中空筒体７を据え付ける（図１（Ａ））。この中空筒
体７は複数のピース部材９を連結して構成する。そし
て、中空筒体７の内部を掘削すると同時に、最上端から
加圧を行い、中空筒体７を地下に埋設する。中空筒体７
の最上端にはピース部材９が次々と連結され、中空筒体
７の上下方向の全長は長くなる（図１（Ａ）（Ｂ））。
そして、掘削と加圧を繰り返すことで、地中深く地下沈
設体が構築される（図１（Ｃ））。

【００１７】このようにして地下沈設体として構築され
た発進立坑５に、シールド掘削機１を吊り下ろし（図
（Ｄ））、発進口１１に向かって発進させる（図（Ｄ）
（Ｅ））。発進口１１に相当するピース部材９には、切
削可能な材料が用いられる。シールド掘削機は、この切
削可能なピース部材を切削して発進を開始し、トンネル
を所定のルートに沿って掘削する（図（Ｆ））。

【００１８】やがて、所定のルートの最終端に構築され
た到達立坑１３にシールド掘削機１が到達する（図
（Ｇ））。この到達立坑１３も、前記発進立坑５と同様
の手順（図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ））で予め構築される。
また、到達口１５に相当する部分のピース部材も、発進
立坑５の場合と同様に切削可能な材料からなる。到達に
際しても、シールド掘削機によりピース部材が切削され
る（図（Ｇ）（Ｈ））。到達立坑１３内に到達したシー
ルド掘削機１（図（Ｈ））は、吊り上げられ、地上に搬
出される。

【００１９】次に、発進立坑５または到達立坑１３を構
築する際の様子（図１（Ｂ））を、図２をもとに詳しく
説明する。

【００２０】中空筒体７が加圧され沈設されるスペース
の周囲には、あらかじめ複数のグラウンドアンカー１７
が打ち込まれ、このグラウンドアンカー１７に接続され
たアンカワイヤー１９は、中空筒体７の上方に備えられ
る上部ビーム２１に固定される。中空筒体７の上部には
保護リング２３を介して圧入桁２５が乗せられ、この圧
入桁２５と前記上部ビーム２１との間に、ジャッキ受け
台２７および圧入ジャッキ２９が設けられる。

【００２１】圧入ジャッキ２９が働いて上部ビーム２１
と圧入桁２５の間を広げると、圧入力が圧入桁２５およ
び保護リング２３を介して中空筒体７に伝えられ、中空
筒体７は下方へ地盤に向かって圧入される。

【００２２】また、掘削機の一種であるハンマーグラブ
バケット３１がワイヤー３３によって吊り下げられ、中
空筒体７内部の地盤を掘削する。このようにして、中空
筒体７が地下に沈設され、立坑７、２３が構築されてい
く。

【００２３】次に、発進立坑５からシールド掘削機１が
発進する際の状態を図３に詳しく示す。図中３５は、ト
ンネルが掘削されるルートを示す。同様に、シールド掘
削機１が到達立坑１３へ到達する詳細図を図４に示す。

【００２４】そして、図３における発進口１１および図
４における到達口１５の水平断面図を図５に示す。発進
口１１または到達口１５に相当する複数枚のピース部材
９が、コンクリート系の掘削可能な材料３７からなる。

【００２５】次ぎに、発進口１１の拡大した様子を図６
に示し、到達口１５の拡大した様子を図７に示す。な
お、発進口１１と到達口１５は、この実施形態では、同
じ構造を有する部分の裏と表である。

【００２６】図６（Ａ）及び図７（Ａ）に示すように、
発進口１１または到達口１５に相当する４枚のピース部
材９がコンクリート系の掘削可能な材料３７からなる。
なお、シールド掘削機１のカッタービット（図示せず）
が接触する部分３９を円形の破線で示す。コンクリート
系の切削可能な材料３７としては、（１）炭素繊維で補
強した石灰石骨材を使用する高強度のコンクリート、
（２）前記（１）の石灰石骨材の変わりに軽量骨材を使
用するコンクリート、（３）炭素繊維などの筋材を使用
しない無筋の石灰石コンクリート、などが考えられる。
このうち（３）は小径のトンネルを掘削する小径の立坑
の場合に用いられる。

【００２７】また、他の実施形態においては、コンクリ
ート系以外の切削可能な材料を用いることも可能であ
る。すなわち（４）硬質発泡ウレタンをガラス長繊維で
強化した部材を積層した複合材、（５）耐引っ張り力な
どに優れた樹脂製材料などが考えられる。

【００２８】コンクリート系の材料３７からなるピース
部材９以外の他のピース部材９は、この実施形態におい
ては、鋼材を材料とする鋼製セグメントピースである。
鋼製セグメントピースは、湾曲する平行な一対の主桁４
１と、これら主桁４１の両端に接合される一対の継手板
４３と、両主桁４１の中央部分に接合される縦リブ４５
と、これらの部材４１、４３、４５の外側に接合される
スキンプレート４７などからなる。

【００２９】コンクリート系のピース部材９に隣接する
ピース部材９である鋼製セグメントピース９には、主桁
４１、継手板４３、縦リブ４５に傾斜４９が施されてい
る。コンクリート系のピース部材９の厚さは、他の鋼製
セグメントピースであるピース部材９の厚さよりも厚く
なっており、中空筒体７を地下に沈設する際に加えられ
る加圧力によって生じる大きな圧縮力に耐えられるよう
設計されている。

【００３０】この傾斜４９によって、コンクリート系の
ピース部材９から鋼製セグメントピースであるピース部
材９との間の厚さの変化が、不連続に行われるのを防止
し、連続的に行われるようにすることで、応力の集中を
防止する。

【００３１】鋼製セグメントピースであるピース部材９
同士の連結は、従来と同様にボルト５１によって行われ
る（図８）。すなわち、それぞれの鋼製セグメントピー
スの主桁４１または継手板４３に形成されたボルト孔同
士を連結し、ボルト５１とナット５３によって締結し連
結を行う。

【００３２】コンクリート系のピース部材９と鋼製セグ
メントピースの連結は、コンクリート系ピース部材９に
埋め込まれた埋め込みナット５５を用いて行う（図
９）。すなわち、コンクリート系の材料に予め埋め込ま
れた埋め込みナット９に対し、鋼製セグメントピースの
主桁４１または継手板４３に形成されたボルト孔を連通
させ、鋼製セグメントピース側からボルト５１を螺合し
締結して連結を行う。

【００３３】コンクリート系ピース部材９同士の連結
は、コンクリート系ピース部材９の連結面に形成された
凹部５７と凸部５９、及び樹脂製の埋め込みナット６１
及び樹脂製のボルト６３によって行われる（図１０）。
すなわち、連結面において、一方のコンクリート系のピ
ース部材９には三角形断面の凸部５９が形成され、他方
のコンクリート形のピース部材９には三角形断面の凹部
５７が形成され、これら凹部５７と凸部５９が嵌合す
る。

【００３４】また、凸部５９の斜面に埋め込まれた樹脂
製の埋め込みナット６１に対し、凹部５７に所定の間隔
をおいて隣接する作業用穴６５の内壁に形成されたボル
ト孔６７が連通され、作業用穴６５において樹脂製のボ
ルト６３がボルト孔６７へ挿入され、埋め込みナット６
１に締結されることで連結が行われる。このようにコン
クリート系のピース部材９同士の連結は、凹部５７と凸
部５９によって行われ、補助的な連結として用いられる
埋め込みナット６１とボルト６３も共に樹脂製であるた
め、シールド掘削機のカッタービットで切削できる性質
が維持される。

【００３５】（実施形態の効果）この実施形態によれ
ば、複数のピース部材９を連結して構成する中空筒体７
を、内部の地盤を掘削し、最上端から加圧することで地
下に沈設して、発進立坑又は到達立坑を構築するので、
従来のようにＨ型鋼などを縦方向に配置し、立坑の周方
向に多数を連続させ壁体を構成して立坑を構築する場合
に比べ、工事にかかる時間とコストを低減できる。

【００３６】また、ピース部材９のうち発進口１１また
は到達口１５に相当する部分のピース部材９が、コンク
リート系の切削可能な材料３７からなることにより、地
盤改良工事やはつり工事を省略しても、発進口１１や到
達口１５において地盤が崩れてしまうということを防止
できる。

【００３７】また、切削可能な材料３７であるコンクリ
ートの厚さを厚くすることで、中空筒体７を加圧して沈
設する際の加圧力によって生じる圧縮力にも十分に耐え
ることができる。すなわち、切削可能な材料３７は、周
囲の土圧や水圧を受けるに十分な引っ張り力に耐えるも
のであり、同時に、加圧力によって生じる圧縮力にも十
分に耐えるものであり得る。

【００３８】（他の実施形態）以上の実施形態において
は、中空筒体７を地下に埋設するための加圧力によって
生じる圧縮力に耐えるために、コンクリート系のピース
部材９の厚さが他のピース部材９よりも厚く設定される
ものであったが、他の実施形態においては、例えば図１
１に示すように、発進口１１または到達口１５に隣接す
るピース部材９に補強材７１、７３を施して、圧縮力を
発進口１１または到達口１５に受けず、隣接する補強さ
れたピース部材９によって受けるようにすることが可能
である。

【００３９】すなわち、発進口１１または到達口１５に
相当する部分のピース部材９は、直接に発進口１１また
は到達口１５となる部分のみ（図中の円形の部分）がコ
ンクリート系の切削可能な材料３７からなる。すなわ
ち、シールド掘削機のカッタービットが接触する円形の
部分３９の斜線をカバーする大きな円形の補強材７１が
設けられ、この円形の補強材７１の周囲に、更に概略同
心状の曲線を有する補強材７３が配置される。

【００４０】これらの補強材７１、７３は、発進口１１
または到達口１５の中心を通る上下方向の線に対し、左
右対称の形状を有する。円形の補強材７１は、継手板４
３または縦リブ４５の一端と接合されている。また、曲
線を有する補強材７３は、上下端部が継手板４３または
縦リブ４５の一端と接合されている。

【００４１】このような形状を有する補強材７１、７３
によって、沈設時の加圧力によって発生する圧縮力の応
力ベクトルは、以上の発進口１１または到達口１５を直
接に通過せずに、周囲の補強材７１、７３を通ることに
なる。したがって、コンクリート系の切削可能な材料３
７は、炭素繊維などで補強したものであって土圧などに
よる引っ張り力に変えられるものであれば良いこととな
る。

【００４２】また、図１１の補強材７１、７３はピース
部材９から取り外されることはないが、更に他の実施形
態においては、図１２に示すように、ピース部材９から
取り外し可能な補強材７５を設けることも可能である。

【００４３】すなわち、圧縮力が加わるのは沈設のため
の加圧力が加えられる時のみであり、一旦、立坑５、１
３が構築された後は、シールド掘削機が発進したり到達
したりする時を含めて、大きな圧縮力は加わらない。し
たがって、圧縮力が加わる時にのみ補強材７５を設け、
それ以外の時には補強材７５を取り外してシールド掘削
機の発進や到達に備えることが可能である。

【００４４】図１２に示すように発進口１１または到達
口１５に相当する部分の４枚のピース部材９は、コンク
リート系の切削可能な材料３７と、この材料３７の周囲
を囲む円形の補強材７１を有する。この円形の補強材７
１は、主桁４１、継手板４３、縦リブ４５などと接合さ
れている。更に、円形の補強材７１には、上下方向に複
数本の上下補強材７５が取り付けられる。すなわち、上
下補強材７５の両端と下端は、それぞれ継手板４３や縦
リブ４５の付近に、ボルト７７により取り付けられる。

【００４５】このようにして、沈設時の圧縮力はコンク
リート系の材料３７よりも、上下補強材７５を通って支
えられることとなる。また、圧縮力が加わらなくなった
際には、ボルト７７が外され、上下補強材が取り除かれ
ることで、シールド掘削機がコンクリート系の切削可能
な材料３７を掘削できるように準備される。

【００４６】また、以上の実施形態においては、切削可
能な材料３７はコンクリート系のものであったが、他の
実施形態においては必ずしもコンクリート系のものに限
らず、前記（４）の複合材、（５）の樹脂製のものなど
が考えられる。

【００４７】また、以上の実施形態においては切削可能
な材料３７からなるピース部材９以外のピース部材９
は、材料が鋼材の鋼製セグメントピースであったが、他
の実施形態においては、材料が鉄筋コンクリートである
ピース部材とすることも可能である

【００４８】また、以上の実施形態においてはピース部
材９の厚さの変化を連続的に行うための傾斜４９は、鋼
製セグメントピースの主桁４１、継手板４３、縦リブ４
５などに施されるものであったが、他の実施形態におい
ては、コンクリートや鉄筋コンクリートを材料とするピ
ース部材の厚さ自体に傾斜を施すものとすることも可能
である。

【００４９】また、以上の実施形態では、切削可能な材
料３７は圧縮力に耐えるために厚さを厚くしたり、補強
材７１、７３、７５を設けたが、他の実施形態におい
て、地盤の状態によっては、あまり大きな加圧力を加え
なくても沈設が可能な場合には、厚くしたり、補強材を
設けたりしなくてもよいばあいが考えられる。

【００５０】以上の実施形態によれば、発進口１１また
は到達口１５を形成する切削可能な材料３７は、複数の
ピース部材によって分割され、ボルト６３などにより連
結されるものであったが、他の実施形態では、そのよう
な分割をせずに、発進口１１または到達口１５の部分を
独立した丸い形のピース部材とし、周囲の部分を独立し
た特別の形のピース部材とすることもできる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、第一乃至第三の発
明によれば、複数のピース部材を連結して構成する中空
筒体を、内部の地盤を掘削し、最上端から加圧すること
で地下に沈設して、発進立坑又は到達立坑を構築するの
で、従来のようにＨ型鋼などを縦方向に配置し、立坑の
周方向に多数を連続させ壁体を構成して立坑を構築する
場合に比べ、工事にかかる時間とコストを低減できる。

【００５２】また、ピース部材のうち発進口または到達
口に相当する部分のピース部材が切削可能な材料からな
ることにより、地盤改良工事やはつり工事を省略して
も、発進口や到達口において地盤が崩れてしまうという
ことを防止できる。

【００５３】また、第三の発明によれば、さらに、切削
可能なピース部材の材料であるコンクリートの厚さを厚
くすることで、中空筒体を加圧して沈設する際の加圧力
によって生じる圧縮力にも十分に耐えることができる。
また、厚さの変化が連続的に行われるように傾斜を施す
ことで、応力集中が生じるのを防止でき、全体としての
中空筒体の強度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態の地下沈設体による立坑
を構築してトンネルを掘削する工事全体の概略工程を示
すものであり（Ａ）は立坑を掘削するためにピース部材
を連結して中空筒体を構成し地上に据え付ける工程を示
す図（Ｂ）は中空筒体の内部を掘削し加圧力を加えるこ
とで沈設を行い、ピース部材を継ぎ足して中空筒体の全
長を長くしていく工程を示す図（Ｃ）は立坑が完成した
図（Ｄ）は完成した立坑を発進立坑としシールド掘削機
を吊り下ろして据え付ける工程を示す図（Ｅ）は中空筒
体を構成する切削可能な材料からなるピース部材を切削
してシールド掘削機が発進する工程を示す図（Ｆ）はシ
ールド掘削機が所定のコースにしたがってトンネルを掘
削する状態を示す図（Ｇ）はシールド掘削機が到達立坑
に到達する工程を示す図（Ｈ）はシールド掘削機が到達
立坑の切削可能な材料からなるピース部材を切削して中
空筒体の内部に移動する工程を示す図である。

【図２】図１の（Ｂ）を詳細に説明する図である。

【図３】図１の（Ｄ）を詳細に説明する図である。

【図４】図１の（Ｇ）を詳細に説明する図である。

【図５】図３の発進口または図４の到達口を示す水平断
面図である。

【図６】（Ａ）は図３の発進口を中空筒体の内側から示
す正面図（Ｂ）は（Ａ）のＢ部拡大図である。

【図７】（Ａ）は図４の到達口を中空筒体の外側から示
す正面図（Ｂ）は（Ａ）のＢ部拡大図である。

【図８】は図６（Ｂ）のＶＩＩＩ部拡大図である。

【図９】は図６（Ｂ）のＩＸ部拡大図である。

【図１０】は図６（Ｂ）のＸ部拡大図である。

【図１１】他の実施形態を示すもので（Ａ）は発進口ま
たは到達口を中空筒体の内側から示す正面図（Ｂ）は
（Ａ）の一部拡大図である。

【図１２】更に他の実施形態を示すもので（Ａ）は発進
口または到達口を中空筒体の内側から示す拡大図（平面
的に示した図）（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大図である。

【符号の説明】

１ シールド掘削機 ５ 発進立坑 ７ 中空筒体 ９ ピース部材 １３ 到達立坑 １７ グラウン
ドアンカー １９ アンカワイヤー ２１ 上部ビー
ム ２３ 保護リング ２５ 圧入桁 ２７ ジャッキ受け台 ２９ 圧入ジャ
ッキ ３１ ハンマーグラブバケット ３３ ワイヤ ３５ 所定のルート ３７ コンクリート系の切削可能な材料 ５１ ボルト ５３ ナット ５５ 植え込みナット ５７ 凹部 ５９ 凸部 ６１ 樹脂製の
植え込みナット ６３ 樹脂製のボルト ６５ 作業用孔 ７１、７３ 補強材 ７５ 上下補強
材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 濱田 良幸 愛知県海部郡蟹江町大字蟹江新田字下市場 １ ９番地の１ 株式会社加藤建設内 (72)発明者 竹田 倫也 愛知県海部郡蟹江町大字蟹江新田字下市場 １ ９番地の１ 株式会社加藤建設内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のピース部材を連結して構成する中
   空筒体を、 内部を掘削し最上端から加圧することで、地下に沈設し
   て構築され、掘削機によりトンネルを掘削する際の発進
   立坑または到達立坑とされる地下沈設体であって、 前記ピース部材のうち発進口または到達口に相当する部
   分のピース部材が、前記シールド掘削機によって切削可
   能な材料からなることを特徴とする地下沈設体。
2. 【請求項２】 前記切削可能なピース部材の材料がコン
   クリートであり、他のピース部材の材料が鋼材、または
   鉄筋コンクリートであることを特徴とする請求項１記載
   の地下沈設体。
3. 【請求項３】 前記コンクリートを材料とするピース部
   材の厚さが、鋼材、または鉄筋コンクリートを材料とす
   るピース部材の厚さより厚く、両者の間で厚さが変化す
   る部分に、該変化が連続的に行われるよう傾斜が施され
   たことを特徴とする請求項２記載の地下沈設体。