シールドトンネルと立坑の接合方法

【課題】地震時には応力集中すると考えられるシールドトンネルと到達立坑１との接合部の耐震性能を向上させる。
【解決手段】到達立坑１にはシールド掘進機２を受け入れる受け口筒１１を設置し、受け口筒１１の内面にはリング鋼板１２を取り付ける。受け口筒１１の地山側には切削が容易な材料で土留壁１３を構築する。土留壁１３に到達したシールド掘進機２によって、土留壁１３にはシールド掘進機２の外径よりも大きい内径の切削部を形成する。その後、シールド掘進機２のスキンプレート２１先端をリング鋼板１２で包囲された空間の内部で停止させ、リング鋼板１２の内面に溶接した止水鉄板１５によってスキンプレート２１の先端とリング鋼板１２の間を溶接し閉塞して止水機能を持たせる。リング鋼板１２と鍔板１６と各鍔板１６に平行して溶接した延長板と、延長板から直交方向に張り出して蓋板１４、および蓋板１４の先端の間に張り渡した可撓帯３によって閉塞した緩衝室３１を形成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドトンネルと立坑の接合部方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にシールドトンネルは発進立坑から発進して、到達立坑に到達して完了する。
したがってシールドトンネルと立坑との接合部は構造上、大きな変化点であり、各種の工法が開発され実施されている。
【特許文献１】特開平１１−２４７５８２号公報。
【特許文献２】特開２００１−５５８９４号公報。
【特許文献３】特開２００８−７５３２８号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
シールドトンネルと立坑との接合部には、地震時には応力集中すると考えられるが、従来の接合部は止水性に重点をおいた構造となっており、耐震性能についての配慮は十分とは言いがたい面があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記のような課題を解決するために、本発明のシールドトンネルと立坑の接合方法は、到達立坑にはシールド掘進機を受け入れる受け口を設置し、受け口の内面にはリング鋼板を取り付け、受け口の地山側には切削が容易な材料で土留壁を構築し、土留壁に到達したシールド掘進機によって、土留壁にはシールド掘進機の外径よりも大きい内径の切削部を形成し、その後、シールド掘進機のスキンプレート先端をリング鋼板で包囲された空間の内部で停止させ、リング鋼板の内面に溶接した止水鉄板によってスキンプレートの先端とリング鋼板の間を閉塞して止水機能を持たせ、リング鋼板と、鍔板と、各鍔板に平行して溶接した延長板と、延長板から直交方向に張り出して蓋板、および蓋板の先端の間に張り渡した可撓帯によって閉塞した緩衝室を形成し、緩衝室の内部には緩衝部材を配置して行うことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のシールドトンネルと立坑の接合方法は以上説明したようになるから、少なくとも次のような効果のいくつかを得ることができる。
＜１＞地震時に緩衝室が変形することが可能であるため、立坑とシールド掘進機の軸方向の変位を許容することができる。
＜２＞地震時に余掘り部に充填した裏込め材などが変形して、立坑とシールド掘進機の鉛直方向の変位を許容することができる。
＜３＞地震時に軸方向、鉛直方向の変位が発生した場合にも、止水性を保持することができる。
＜４＞土留壁と本体構造が直打設により、切削後の片持ち状態の土留めの安定が事前に確保でき、かつ腹起し材が不要となるので障害とならず、最終構造が安定する構造を得ることができる。
＜５＞シールド掘進機の蛇行があっても、枠材を、延長板の面に沿ってスライドさせて溶接すれば、蛇行の誤差量を吸収することができる。
＜６＞止水ゴムに硬化材などが侵入していると、地震時にゴムの破壊の可能性があるが、ゴムの蓋をすることによってそのような事故を防止できる。
＜７＞地震時に地下水圧が上昇しても、加圧水が噴出する箇所が限定でき漏電等を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下図面を参照にしながら本発明の好適な実施の形態を施工順序にしたがって詳細に説明する。
【実施例】
【０００７】
＜１＞立坑の構成。
本発明は、到達立坑１にシールド掘進機２が到達した場合の構造と、施工方法である。
そして到達立坑１はその側面に、シールド掘進機２を受け入れるために、その外径より多少大きい内径を有する短筒を、受け口筒１１として突設してある。
この場合に多少大きい内径とは、シールド掘進の誤差を吸収できかつ地震時に止水性を維持しつつその変位を許容できるよう許容すべき変位量だけ大きく開口しておくという意味である。
筒状の受け口筒１１の内面には、全周面にわたって帯状の鋼板を、リング鋼板１２として取り付けてある。
リング鋼板１２の取付は、立坑１の構築時に取り付けることも、あるいは後から取り付けることもできる。
このリング鋼板１２は、シールド掘進機２のスキンプレート２１の先端と、溶接し止水するための鋼板である。
なお、以下の実施例ではシールド掘進機２が円筒形である場合を説明するが、シールド掘進機２が矩形の場合も同様の構成、施工方法を採用することができる。
【０００８】
＜２＞受け口筒の機能。
立坑１の受け口筒１１が、地山側の土留壁１３に突設しているために、到達時のシールド掘進機２の推力の反力をここで受けることができ、到達後切削され片持状態となる土留壁１３の地山土圧をその先端にて受けることができる。
そのために切削された土留壁１３が片持ち状態になることがなく、地山の緩みを最小限に抑えることができる。
さらに後述するように受け口筒１１の内側を二次覆工すれば、接合部の剛性を向上させることができる。
【０００９】
＜３＞土留壁１３。
受け口筒１１の外側の地中には、受け口筒１１に接して公知の方法で構築した土留壁１３を形成する。
したがって受け口筒１１の地中側は、土留壁１３によって蓋をしたような状態を呈することになる。
この土留壁１３は強度の高い壁ではなく、たとえばその芯材が、ガラス繊維混入発泡ウレタンや、炭素繊維などのシールド掘進機２による切削可能材１３ａで構成する。
例えば切削可能材で構成した連壁や泥水固化壁が知られており、それらと同様の壁面体である。
【００１０】
＜４＞蓋板の設置。
次に施工方法を説明する。
まず、到達立坑１の受け口筒１１の内側に蓋板１４を取り付ける。
そして蓋板１４と土留壁１３の間の空間に流動化処理土等切削可能なものを充填する。
流動化処理土等の充填方法は到達立坑１側からポンプ打設にて、エア抜きを併用しつつ密実に充填する。密実に充填するのは、到達時の漏水や土砂噴出危険を最小化するためである
【００１１】
＜５＞土留壁の余掘り。
前面のカッターを回転して地中を掘進してきたシールド掘進機２の先端は、まず土留壁１３まで到達する。
その状態で一端停止し、シールド掘進機２のコピーカッターを使用して、土留壁１３にシールド掘進機２の直径よりも大きい直径の穴を切削する。
コピーカッターとは、シールド掘進機２の外周に向けて突出可能なカッターであり、そのカッターを突出状態で回転させることによって、流動化処理土にはシールド掘進機２の外径よりも大きい直径の穴を開設することができる。
そのような余掘りの寸法は、地震時の軸直角面方向に変位を吸収するだけの寸法である。
流動化処理土を切削してシールド掘進機２は受け口筒１１の内部まで侵入する。
【００１２】
＜６＞カッターなどの撤去。
シールド掘進機２は、スキンプレート２１の前端部がリング鋼板１２で包囲された空間の内部に位置して停止している。
そこで立坑１の内部から、蓋板１４、流動化処理土を撤去する。
ついで、前面が露出したシールド掘進機２のカッターを上方から解体してゆく。
カッターの解体にあわせてシールド掘進機２の内部においては推進装置、排土装置、などを解体撤去する。
すると、受け口筒１１の内部には中空のスキンプレート２１だけが位置していることになる。
【００１３】
＜７＞止水鉄板の溶接。
カッターの解体と平行して、止水鉄板１５の一端を、リング鋼板１２と直交する状態でリング鋼板１２に溶接する。
この止水鉄板１５は、スキンプレート２１の先端に位置させる。
この止水鉄板１５は一定幅の鋼板であり、スキンプレート２１とリング鋼板１２の間隔を立坑１側から閉塞する状態で設置する。
このようにスキンプレート２１とリング鋼板１２の間隔を止水鉄板１５で閉塞してしまうから、地山からの地下水の流出を阻止して、シールド掘進機２の到達直後の地盤の緩みを防止することができる。
さらに止水鉄板１５で止水しておくことによって地下水が流出していないから、その後の二次覆工やジョイントの設置作業も容易に行うことができる。
なお止水鉄板１５は、あくまで工事中の止水を担保するものであり、スキンプレート２１先端と溶接することにより完結する。
地震時はこの部分は破断すると考えられるが、後述の可撓性帯等の機能により、止水性は別に担保される。
【００１４】
＜８＞鍔板の溶接。
さらにスキンプレート２１の内側にはシールド側鍔板２２を溶接する。
このシールド側鍔板２２は一定幅の鋼板であり、スキンプレート２１の全周の内面に内側に向けて突出させた状態で取り付ける。
一方、リング鋼板１２の立坑１側の内面には、立坑側鍔板１６を取り付ける。
この鍔板１６も一定幅の鋼板であり、リング鋼板１２の全周の内面に、内側へ向けて突出させた状態で、かつ前記のシールド側鍔板２２と平行に取り付ける。
【００１５】
＜９＞延長板の溶接。
各鍔板２２、１６には面接触した状態で延長板２３、１７を溶接して取り付ける。
この延長板は、一定幅を有する円弧状の鋼板であり、全円周に沿って、平行に対向させて設置する。
もしシールド掘進機２の蛇行によってその中心と、受け口筒１１の中心とが一致していない場合に延長板を、鍔板の面上でスライドさせて溶接することによって誤差の修正を行うことができる。
２枚の延長板２３、１７の対向する内側には、延長板と直交する方向、すなわちリング鋼板１２と平行方向に蓋板２４、１４を突設する。
蓋板２４、１４は、リング鋼板１２に平行な状態で全円周に沿って設置する。
両蓋板２４、１４の先端の間には隙間を設け、この隙間には平板を配置する。
この平板は一方の縁だけを蓋板１４に取り付けることによってパッキン状フラットバーとして機能させることができる。
この平板は、後述する可撓帯の内部へ裏込材が流入することを阻止する機能も果たす。
【００１６】
＜１０＞緩衝室。
平行する鍔板２２、１６の間を、蓋板２４、１４と可撓帯３で連結することによって、両側を鍔板２２、１６と蓋板２４、１４で囲まれた中空容器が形成される。
この中空の容器を緩衝室３１として構成する。
この緩衝室３１は、地震時のスキンプレート２１と立坑１の受け口筒１１との軸方向の相対的な変位、および鉛直方向の変位を吸収するために設ける。
同時に、内部に空間を残さず、地下水の微量な流入を最小限に抑え得るように充填材等で構成しておくことが望ましい。
【００１７】
＜１１＞二次覆工コンクリートの打設。
シールド掘進機２のスキンプレート２１の内側、および立坑１の受け口筒１１の内側に配筋の上、立坑１躯体と機械式接合等により一体化し、その後に一定の厚さのコンクリートを二次覆工コンクリート５として打設する。
二次覆工コンクリート５の内側型枠は、シールド掘進機２あるいは受け口筒１１と同心円状の円筒状の型枠を使用する。
二次覆工コンクリート５の妻板の緩衝室３１取り合いは、鍔板１６と延長板１７とによって構成する。
二次覆工コンクリート５の打設前に、緩衝室３１からの水抜きパイプを配管して二次覆工コンクリート５の外部に導出し、そこには弁を取り付けておく。
【００１８】
＜１２＞裏込材の充填。
緩衝室３１の内部に裏込材３３を充填する。
緩衝室３１は前記したように軸方向、鉛直方向の変位を吸収するためのものであり、緩衝室３１がつぶれて内部の裏込材３３や緩衝用樹脂などが変位を吸収する。
そのために緩衝室３１の内部には一部、あるいは全部に変形が容易な裏込材３３や緩衝用樹脂を充填する。
例えば発泡性樹脂、エフレックスパイプなどの緩衝用樹脂製配管材、あるいはそれらとセメント系固化材を併用して充填する。
緩衝用配管材を使用すれば、同時に地下水の導水管としても活用できる。
この導水管を緩衝室３１内部の内周に配置することにより万が一の漏水の場合の導水機能を付与できる。
また、地震時に緩衝室３１の内圧が可撓帯３の耐圧を超えて高まり、内部の地下水が噴出する場合、その箇所を緩衝用配管材に限定でき、漏電などのトラブルを防止できる。
【００１９】
＜１３＞可撓帯３の設置。
蓋板２４、１４の先端の間を、ゴム板などで構成したΩ状の可撓帯３によって連結する。
両方の蓋板２４、１４間が可撓帯３で連結しているから、シールド掘進機２と立坑１との相対変位があった場合に、緩衝室３１が変形しても止水機能を破損することがない。
道路トンネルの場合、可撓帯３の外側には、耐火板３２を取り付ける。
すなわち、スキンプレート２１の内側に打設した二次覆工コンクリート５の端部と、受け口筒１１の内側に打設した二次覆工コンクリート５の端部との間に、耐火板３２を取り付けることによって、可撓帯３のトンネル内側面をコンクリートの耐火板３２で被覆して耐火機能を持たせる。
【００２０】
＜１４＞変位の吸収機能。
上記したように地震時におけるシールドトンネルの軸方の変位、および軸直角面方向の変位を緩衝室３１の変形で吸収する。
ここで、土留壁１３をシールド掘進機２の外径以上の形状に余掘りしているので、その間隔によって地震時の軸直角面方向の変位を許容することができる。

【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】シールドトンネルと立坑と土留壁の配置の説明図。
【図２】本発明のリング鋼板に取り付けた部材の説明図。
【図３】施工状態の説明図。
【図４】図３のIV部分の拡大図。
【図５】施工状態の説明図。
【図６】図５のVI部分の拡大図。
【図７】施工状態の説明図。
【図８】図７のVIII部分の拡大図。
【図９】施工状態の説明図。
【図１０】図９のX部分の拡大図。
【図１１】施工状態の説明図。
【図１２】図１１のXII部分の拡大図。
【図１３】施工状態の説明図。
【図１４】図１３のXIV部分の拡大図。
【図１５】施工状態の説明図。
【図１６】図１５のXVI部分の拡大図。
【図１７】施工状態の説明図。
【図１８】図１７のXVIII部分の拡大図。
【図１９】施工状態の説明図。
【図２０】図１９のXX部分の拡大図。
【符号の説明】
【００２２】
１：到達立坑
１１：受け口筒
１２：リング鋼板
１３：土留壁
１４：蓋板
１５：止水鉄板
１６：立坑側鍔板
１７：立坑延長板
２：シールド掘進機
２１：スキンプレート
２２：シールド側鍔板
２３：シールド側延長板
２４：蓋板
３：可撓帯
３１：緩衝室
３２：耐火板
４：流動化処理土
５：二次覆工コンクリート

【特許請求の範囲】
【請求項１】
到達立坑にはシールド掘進機を受け入れる受け口を設置し、
受け口の内面にはリング鋼板を取り付け、
受け口の地山側には切削が容易な材料で土留壁を構築し、
土留壁に到達したシールド掘進機によって、土留壁にはシールド掘進機の外径よりも大きい内径の切削部を形成し、
その後、シールド掘進機のスキンプレート先端をリング鋼板で包囲された空間の内部で停止させ、
リング鋼板の内面に溶接した止水鉄板によってスキンプレートの先端とリング鋼板の間を閉塞して止水機能を持たせ、
リング鋼板と、
鍔板と、各鍔板に平行して溶接した延長板と、
延長板から直交方向に張り出して蓋板、
および蓋板の先端の間に張り渡した可撓帯によって閉塞した緩衝室を形成し、
緩衝室の内部には緩衝部材を配置して行う、
シールドトンネルと立坑の接合方法。

【図１】