フラッシュ溶接装置およびこれを使用してなる多連トンネルの施工方法
【課題】作業効率に優れ、トンネル内におけるパイプルーフ施工に要する各種作業用の空間を可及的に広く採ることのできる、フラッシュ溶接装置とこれを使用してなる多連トンネルの施工方法を提供する。
【解決手段】パイプルーフ用の鋼管を推進させる推進装置１０の鋼管案内架台１１に着脱自在で、鋼管Ｐ１，Ｐ２同士をフラッシュ溶接するためのフラッシュ溶接装置２０であり、鋼管Ｐ１，Ｐ２を把持する第１、第２の把持装置２１，２２と、把持装置２１，２２同士を繋いで、フラッシュ溶接の途中工程で鋼管Ｐ１，Ｐ２同士を引き寄せるためのサーボジャッキ２３と、さらに把持装置２１，２２同士を繋いで、フラッシュ溶接の最終工程で鋼管Ｐ１，Ｐ２同士をアプセットするためのアプセットジャッキ２５とを具備し、把持装置２１，２２、サーボジャッキ２３、アプセットジャッキ２５が鋼管案内架台１１に順次取り付けおよび取り外し自在となっている。
【解決手段】パイプルーフ用の鋼管を推進させる推進装置１０の鋼管案内架台１１に着脱自在で、鋼管Ｐ１，Ｐ２同士をフラッシュ溶接するためのフラッシュ溶接装置２０であり、鋼管Ｐ１，Ｐ２を把持する第１、第２の把持装置２１，２２と、把持装置２１，２２同士を繋いで、フラッシュ溶接の途中工程で鋼管Ｐ１，Ｐ２同士を引き寄せるためのサーボジャッキ２３と、さらに把持装置２１，２２同士を繋いで、フラッシュ溶接の最終工程で鋼管Ｐ１，Ｐ２同士をアプセットするためのアプセットジャッキ２５とを具備し、把持装置２１，２２、サーボジャッキ２３、アプセットジャッキ２５が鋼管案内架台１１に順次取り付けおよび取り外し自在となっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイプルーフ用の鋼管を地盤内に推進させる推進装置の鋼管案内架台に着脱自在なフラッシュ溶接装置と、このフラッシュ溶接装置が装着された推進装置を使用して、少なくとも３連以上の多連トンネルを施工する多連トンネルの施工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地下道路トンネルのランプ部をはじめとして地中にてトンネルを接合することによって断面が多連円弧状のトンネルを施工する方法として、従来は大規模な開削工法が適用されてきたが、用地確保、地上交通への影響、工期の長期化とそれに伴なう工費の増大などから、より安全かつ経済的なトンネル接合方法が切望されており、建設各社が検討／開発を進めている。
【０００３】
上記する多連円弧状トンネルの施工方法として、間隔を置いて併設した例えば２つのトンネルを推進工法もしくはシールド工法にて先行施工し、双方のトンネル間を湾曲したパイプルーフ（曲線パイプルーフ）で繋いで支保工を構築した後に該支保工直下を掘削することにより、多連円弧状トンネルを施工する技術がある。この工法では、鋼管の先端に推進機を設け、一方のトンネル側から鋼管を順次継ぎ足しながら地盤内に推進させ、他方のトンネル側でこの推進鋼管を受け取ることで上記曲線パイプルーフを構築するものであり、この曲線パイプルーフをトンネルの長手方向に連続して、あるいは間隔をおいて構築することで上方地盤を支持させ、次いでその下方地盤を掘削することによりたとえば３連の大断面トンネルを構築するものである。
【０００４】
上記する鋼管同士の接続方法として、接着接合方法や形状記憶合金継ぎ手方法、手動溶接もしくは半自動溶接などを挙げることができる。しかし、これらの方法には、接続部を鞘管形状に加工したり、開先を取ったり、熟練技術者を要したり、有資格者による施工が義務付けられているなどの課題があった。特に、手動溶接や半自動溶接は信頼性が高い一方で、往々にして溶接時間が長くなってしまうことからパイプルーフ施工全体の工期が長くなってしまうという課題もあった。
【０００５】
上記課題を解消する一つの方策として、フラッシュ溶接技術を採用することが考えられる。このフラッシュ溶接とは、接続される２つの鋼管同士を把持し、鋼管の間に数万アンペアにも及ぶ大電流を流し、この際に発生する火花（フラッシュ）によって接合端面を過熱溶融させ、鋼管同士を加圧（アプセット）することによって酸化物や不純物を接合部から外側に押し出して余盛りを形成して接合する方法であり、その施工に際して資格も不要であり、熟練を要することもなく、さらには効率的な接続施工を実現することができるものである。なお、このフラッシュ溶接を採用して鋼製部材を溶接しながら地盤内に圧入する技術が特許文献１，２に開示されている。
【０００６】
上記各特許文献に開示のフラッシュ溶接装置をはじめとする従来のフラッシュ溶接装置は、鋼管を圧入する装置に直接組み込まれていたり、あるいはフラッシュ溶接装置全体が既に組みつけられており、これをトンネル内におけるパイプルーフ用鋼管接続施工に適用しようとすると、鋼管推進装置とフラッシュ溶接装置がトンネル内の作業空間を占有してしまい、トンネル内における鋼管や溶接装置の搬入作業や鋼管案内架台への鋼管の設置作業、接続鋼管および被接続鋼管の接続作業や鋼管推進作業などを実行するための十分な作業空間を確保できないことは必然である。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２５９８５０号公報
【特許文献２】特開２００２−３８４７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、作業効率に優れ、熟練技術や有資格者を要することもなく、トンネル内におけるパイプルーフ施工に要する各種作業用の空間を可及的に広く取ることのできる、フラッシュ溶接装置とこれを使用してなる多連トンネルの施工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成すべく、本発明によるフラッシュ溶接装置は、パイプルーフ用の鋼管を地盤内に推進させる推進装置の鋼管案内架台に着脱自在で、２つの鋼管同士をフラッシュ溶接するための装置であって、前記２つの鋼管のそれぞれを把持する第１、第２の把持装置と、前記第１、第２の把持装置同士を繋いで、フラッシュ溶接の途中工程で前記２つの鋼管同士を引き寄せるための第１のジャッキと、前記第１、第２の把持装置同士を繋いで、フラッシュ溶接の最終工程で前記２つの鋼管同士をアプセットするための第２のジャッキと、を少なくとも具備し、前記第１の把持装置、第２の把持装置、第１のジャッキ、第２のジャッキが前記鋼管案内架台に順次取り付けおよび取り外し自在であることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明のフラッシュ溶接装置は、トンネル内に設置されたパイプルーフ用鋼管を推進するための推進装置にその構成部材が順次組み付けられ、さらには取り外される構成部材分離型の装置であり、２つの鋼管同士をフラッシュ溶接した後に即座に解体されることでその後の推進作業のための空間を可及的に広く取ることを可能とした装置である。
【００１１】
このフラッシュ溶接には、有資格者や熟練技術は必要なく、当初別体の構成部材を組み付けるだけで溶接作業は自動制御されるものである。
【００１２】
フラッシュ溶接装置は、溶接される２つのパイプルーフ用の鋼管のそれぞれを把持固定する２つの把持装置（第１、第２の把持装置）と、この２つの把持装置を別々に繋ぐ２つのジャッキ（第１、第２のジャッキ）を少なくとも備え、たとえばこれらのジャッキ双方の駆動を制御する回路装置が設けられている。ここで、第１、第２のジャッキは、ラック駆動式や軸受けねじ式等の機械式ジャッキや、油圧ジャッキ等の液体作動式ジャッキなどを使用することができる。油圧ジャッキを使用する場合には、各ジャッキは油圧回路装置にてその油圧制御が実行されるものであり、この油圧制御方式としては、比例制御方式やサーボ制御方式などがある。
【００１３】
フラッシュ溶接とは、把持された鋼管の間に数万アンペア程度の大電流を流し、発生するフラッシュによって接合端面を過熱溶融させ、次いで鋼管同士をアプセット（加圧）することで酸化物や不純物を接合断面外に押し出して余盛りを形成し、最後にバリ等を除去して仕上げる溶接方法のことである。ここで、鋼管の接合端面を過熱溶融する途中工程では、双方の鋼管同士を一定速度で引き寄せたり、あるいは一方の鋼管を固定し、他方の鋼管のみを一定速度で引き寄せながらフラッシュを発生させるに適した鋼管の位置制御が実行されるものであり、この引き寄せ作業による鋼管の位置制御を目的として上記する第１のジャッキが使用される。
【００１４】
一方、アプセット時には第２のジャッキにて一方または双方の鋼管を短いストロークだけ急速に引き寄せながら加圧することにより高い接合強度を得るものである。
【００１５】
トンネル内に装備された推進装置にはパイプルーフ用の曲線鋼管が設置されており、先行鋼管の一部が地盤内に所定長だけ推進された姿勢でその後方端面がトンネル内に臨んでいる。この状態で継ぎ足される曲線鋼管が推進装置に設置され、次いで、双方の鋼管に上記する２つの把持部材がそれぞれ取り付けられ、この把持部材同士を繋ぐようにして上記する２つのジャッキが取付けられる。上記するフラッシュ溶接作業が終了したら、フラッシュ溶接装置を構成する各構成部材を順次解体してトンネル内の作業空間を広くし、曲線鋼管の推進作業に移行する。
【００１６】
上記作業を順次繰り返すことによって一方のトンネルから地盤内に間隔を置いて併設された他方のトンネルに曲線パイプルーフを掛け渡することができる。
【００１７】
本発明のフラッシュ溶接装置は、その全体が推進装置に当初から設置されるものではなく、また、構成部材が予め組み付けられたフラッシュ溶接装置をトンネルに搬入し、推進装置にこれを設置するものではないことから、フラッシュ溶接自体の有する各種効果を得ることができることに加えて、一般に狭隘なトンネル内で溶接作業以外の作業の際にフラッシュ溶接装置が空間を占有して作業効率を低下させるという虞がない。
【００１８】
また、本発明によるフラッシュ溶接装置の好ましい実施の形態において、前記第１のジャッキには、前記第２のジャッキによるアプセット時の作用力を吸収するための保護装置が装着されているものである。
【００１９】
アプセット用の第２のジャッキは大推力にて鋼管同士を引き寄せることから、このアプセット時には上記するフラッシュ発生用の第１のジャッキに過大な作用力が作用する。この過大な作用力から第１のジャッキを保護することを目的として、本実施の形態では、第１のジャッキに保護装置を装着するものである。ここで、この保護装置としては、第１のジャッキに所定値以上の推力が作用しないように調整された別途のジャッキやダンパー、与圧されたバネなどを適用できる。
【００２０】
また、本発明によるフラッシュ溶接装置の他の実施の形態は、前記推進装置を構成する鋼管推進用ジャッキが前記第２のジャッキとして併用されることを特徴とするものである。
【００２１】
パイプルーフ用の曲線鋼管を推進する推進装置の推進ジャッキは大推力を発揮できる性能を有しており、また、本発明のフラッシュ溶接装置が推進装置にその構成部材を順次組み付けてできるものであることから、この推進ジャッキをフラッシュ溶接装置の第２のジャッキに有効利用することにより、構成部材の低減と組み付けや解体に伴う作業工数の低減を図ることができる。
【００２２】
また、上記する把持装置の一実施の形態として、鋼管を直接把持するリング部材と、該リング部材に固定されるとともに前記第１、第２のジャッキが取り付けられ、前記鋼管案内架台に位置決め固定される固定部材と、を少なくとも具備する形態がある。
【００２３】
ここで、リング部材として、ピン結合された半割り状の半リングを鋼管外周で設置する形態などがある。また、曲線鋼管の端部近傍の外周には他の曲線鋼管とボルト結合するためのボルト孔が複数設けられているのが一般的であることから、このボルト孔を利用して鋼管とリング部材をボルト結合することが可能である。
【００２４】
このリング部材に第１、第２のジャッキが直接接続される固定部材がやはりボルト結合等されることで把持部材が形成される。
【００２５】
この固定部材もリング部材を囲繞する２つの部材から構成でき、一方の部材には第１、第２のジャッキが取り付けられ、他方の部材は推進装置の鋼管案内架台上方の円弧状フランジに取り付けられるものである。
【００２６】
また、本発明によるフラッシュ溶接装置を構成する油圧回路装置の一実施の形態として、前記フラッシュ溶接の最終工程において、前記第２のジャッキに対し、２つの鋼管同士を所定の引き寄せ速度で所定量だけ引き寄せる制御を実行するものを適用できる。
【００２７】
フラッシュ溶接の最終工程であるアプセット工程では、たとえば１ｍｍ程度のストローク量を１０ｍｍ／ｓｅｃ程度のストローク速度で双方の鋼管同士を加圧するのがよく、この所定量で所定速度のストローク制御を油圧回路装置が実行するものである。
【００２８】
ここで、アプセット時のアプセット推力は鋼管端面におよそ５０Ｎ／ｍｍ２程度の推力でジャッキ送りすることにより、溶接品質に優れた接合部を形成することが可能となる。
【００２９】
また、上記するアプセット時のジャッキ送りをより経済的に実行するために、油圧回路内にフラッシュ溶接の途中工程における加圧油を少なくとも蓄える蓄圧器（アキュムレータ）を内蔵しておき、フラッシュ溶接の最終工程であるアプセット工程で上記する第２のジャッキに該加圧油が提供されるように該油圧回路装置を実行制御するのが好ましい。
【００３０】
フラッシュ溶接の最終工程であるアプセット工程では、ジャッキのストローク量はわずかであるもののその送り速度はたとえば１０ｍｍ／ｓｅｃ程度と比較的高速度であることから、この制御を実行するには大吐出量の油圧ポンプが必要となる。アプセット工程は瞬時に終了することからすれば、このわずかな時間のために高価で大体格、大吐出量の油圧ポンプを使用するのは極めて不経済である。そこで、フラッシュ溶接装置を構成する各ジャッキの送り制御を実行する油圧回路装置に蓄圧器とさらには方向切換え制御バルブを内蔵しておく。フラッシュ溶接の途中工程であるフラッシュ工程では油圧ポンプからの油量で第１、第２のジャッキを駆動し（第２のジャッキも第１、第２の把持装置に装着されていることから、フラッシュ工程の際にはこれも第１のジャッキに同期して同程度の送りを実行する必要がある）、アプセット工程の際には切換え制御バルブにて蓄圧器からの加圧油を使用して第２のジャッキを送り制御するものである。
【００３１】
本実施の形態によれば、より安価でよりコンパクトなフラッシュ溶接装置を得ることができ、トンネル内における該溶接装置の占有空間をより狭小化することができる。
【００３２】
さらに、本発明による多連トンネルの施工方法は、地中に併設するトンネルを構築する第１の工程と、前記フラッシュ溶接装置が装着された推進装置を使用して、一方のトンネル側から鋼管を順次フラッシュ溶接しながら地盤内に推進させ、他方のトンネル側に到達させて先受け用のパイプルーフを設ける第２の工程と、一方のトンネルにおける他方のトンネル側の鋼殻を撤去するとともに、パイプルーフ下方に本設接合躯体を施工して少なくとも３連以上の多連トンネルを構築する第３の工程と、を少なくとも具備し、前記フラッシュ溶接に際して、分離されたフラッシュ溶接装置の各構成部材を組み付けてフラッシュ溶接装置を前記推進装置に装着し、フラッシュ溶接が終了して鋼管の推進を実行する前にフラッシュ溶接装置を解体することを特徴とするものである。
【００３３】
多連トンネルとは、例えば２つの円形トンネルと該トンネル同士を上下の円弧状の接続部にて繋いでなるトンネルのことであり、そのほかにも、間隔を置いて併設する３つの円形トンネル（例えば第１トンネル、第２トンネル、第３トンネルという）において、第１トンネルと第２トンネル、第２トンネルと第３トンネルをそれぞれ上下の円弧状の接続部にて繋いでなるトンネルなどを意味している。また、この施工方法は、トンネルの分合流部の拡幅部（本線トンネルとランプトンネルとが接続する区間）や、地下鉄路線と駅舎との接続部、各種地下施設を収容するための広範な地下空間等がその用途である。
【００３４】
まず、併設する被接続トンネルをシールド工法もしくは推進工法にて平行して施工し、もしくは順次施工する。このトンネルは鋼製セグメントや鋼製函体などから構成されており、たとえば鋼製セグメントには予めパイプルーフ挿通用の挿通孔を設けておくこともできる。
【００３５】
曲線パイプルーフは、地盤条件等により、トンネルの長手方向に隙間なく構築される場合とトンネルの長手方向に間隔を置いて構築される場合がある。
【００３６】
一方のトンネル内から所定長の曲線鋼管が上記するフラッシュ溶接装置で溶接され、次いで推進装置で地盤内に押出され、これが繰り返し実行されることで鋼管先端が他方のトンネル側で受け取られて仮固定されることで２つのトンネル間に曲線パイプルーフが構築される。
【００３７】
パイプルーフ施工後、このパイプルーフ直下を掘削するとともに例えばＲＣ造の本設接合躯体を施工し、双方のトンネル同士を連通させるに障害となる鋼殻を撤去することにより、多連トンネルが構築される。
【００３８】
本発明の多連トンネルの施工方法によれば、推進装置に取り付けられた本発明のフラッシュ溶接装置を使用することで、鋼管同士の接続強度の高い高品質の曲線パイプルーフを構築することができる。しかも、構成部材が分離されたフラッシュ溶接装置を推進装置に組み付けてフラッシュ溶接を実行し、推進施工の前にこのフラッシュ溶接装置を解体することで、トンネル内における溶接作業以外の作業段階でフラッシュ溶接装置がトンネル内空間を占有することがないため、全体の作業効率が高められることで多連トンネル全体の施工効率の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００３９】
以上の説明から理解できるように、本発明のフラッシュ溶接装置によれば、フラッシュ溶接装置の構成部材を推進装置に順次組み付けし、フラッシュ溶接作業終了後は構成部材ごとに解体／取り外し自在であり、この組み付けや解体作業も容易であることから、該フラッシュ溶接作業以外の作業においては狭隘なトンネル内の作業空間を可及的に広くすることができ、効率的な曲線パイプルーフ施工を実現することができる。また、本発明の多連トンネルの施工方法によれば、本発明のフラッシュ溶接装置を備えた推進装置を使用して曲線パイプルーフを構築することにより、その施工効率を格段に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１はトンネル内で推進装置に本発明のフラッシュ溶接装置の一実施の形態が取り付けられた状態を説明する側面図であり、図２は図１におけるフラッシュ溶接装置を拡大した図であり、図３は図２のIII−III矢視図である。図４は鋼管と把持装置の取り付け態様を説明した断面図であり、図５は推進装置および鋼管へのフラッシュ溶接装置の組み付け方法、取り外し方法を説明した図であり、図６はフラッシュ溶接装置を構成する油圧回路装置の回路図の一実施の形態である。図７〜９は順に、３連円弧トンネルの施工方法を説明した断面図である。
【００４１】
図１はトンネル１００内の推進装置用架台の床面Ｆ上に載置された推進装置１０に本発明のフラッシュ溶接装置２０が組み付けられた状態を示した図であり、図２は図１の先行鋼管Ｐ１と後行鋼管Ｐ２の溶接箇所Ｗ付近のフラッシュ溶接装置２０を拡大した図であり、さらに図３は図２のIII−III矢視図である。
【００４２】
推進装置１０は、床面Ｆ上に固定され、曲線鋼管と同曲率を有する曲線フランジ１１ａをその上方に備えた傾斜架台１１と、この傾斜架台１１の脚部でその一端が回動自在に装着された推進ジャッキ１２とから構成されており、推進ジャッキ１２をストローク制御することで鋼管を地盤Ｇ内に推進させるものである。
【００４３】
フラッシュ溶接装置２０は、先行鋼管Ｐ１と後行鋼管Ｐ２のそれぞれに取り付け固定された把持装置２１，２２と、この把持装置２１，２２を別々に繋ぐサーボジャッキ２３とアプセットジャッキ２５を具備しており、サーボジャッキ２３の先端にはアプセット工程時の作用力を緩和するためのダンパジャッキ２４が装着されている。
【００４４】
フラッシュ溶接装置２０を構成する上記各部材は、後述するようにトンネル内をそれぞれ分離された姿勢で搬送され、推進装置１０に順次組み付けられて図示するフラッシュ溶接装置２０が形成されるものである。
【００４５】
図２，３より、把持装置２１，２２はそれぞれ、先行鋼管Ｐ１と後行鋼管Ｐ２を直接把持する２つの半割りリングが一点で回動自在に蝶番接続されたリング部材２１ａ，２２ａと、各リング部材２１ａ，２２ａにボルトまたはピンにて固定される固定部材上半部２１ｂ１，２２ｂ１、固定部材下半部２１ｂ２，２２ｂ２からなる固定部材２１ｂ、２２ｂとから構成されている。
【００４６】
各リング部材２１ａ，２２ａは鋼管Ｐ１，Ｐ２に予め設けられたピン孔Ｐ１ａ，Ｐ２ａにボルト留めされる。後行鋼管Ｐ２と把持装置２２の固定態様を説明した図３に基づいて説明すると、リング部材２２ａと鋼管Ｐ２は双方に穿孔された対応する孔にリングセットピン２２ｄが嵌め込まれて固定されるとともに、リング部材２２ａと固定部材下半部２２ｂ２がボルト固定され、固定部材上半部２２ｂ１が固定部材下半部２２ｂ２にボルト固定される。
【００４７】
２つのサーボジャッキ２３，２３と２つのアプセットジャッキ２５，２５が固定部材上半部２２ｂ１にそれぞれボルト固定される。
【００４８】
固定部材下半部２２ｂ２はその下方でスライド固定部２２ｃとボルト固定されており、このスライド固定部２２ｃが具備する固定ボルト２２ｃ１，…が傾斜架台１１の曲線フランジ１１ａを挟むようにして適宜の位置で把持装置２２を固定するものである。なお、先行鋼管Ｐ１を把持する把持装置２１も同様である。
【００４９】
この把持装置２１，２２は、それぞれ２組のサーボジャッキ２３，２３とアプセットジャッキ２５，２５で溶接箇所Ｗを挟んで繋がれる。
【００５０】
なお、後行鋼管Ｐ２と固定部材上半部２２ｂ１との固定態様を図４でより詳細に説明しているが、同図より、固定部材上半部２２ｂ１を構成するサーボジャッキ２３搭載用プレートとリング部材２２ａとが絶縁材２２ｆを介して固定されており、このプレートには鋼管位置を調整するための調整ボルト２２ｅにて位置調整がおこなわれるようになっている。
【００５１】
図５は、以上で説明したフラッシュ溶接装置２０の推進装置１０および鋼管Ｐ１，Ｐ２への組み付けおよび取り外し（解体）を説明した図であり、同図では、その把持装置２２と後行鋼管Ｐ２を取り上げて説明している。なお、図５は、センターラインの左右で固定部材下半部２２ｂ２が傾斜架台１１を構成する左右の曲線フランジ１１ａ，１１ａとこれらを繋ぐ鋼材の中央に設けられた中空センターポール１１ｂから上方に移動した状態（左図）と下方に移動した状態（右図）を図示している。図示例では、固定部材下半部２２ｂ２が中空センターポール１１ｂに回転自在に装着されており、この固定部材下半部２２ｂ２に装着された水平バーにスライド固定部２２ｃがスライド自在に装着されている。
【００５２】
フラッシュ溶接装置２０を構成する各構成部材は別体でトンネル内に搬送される。鋼管Ｐ２および推進装置１０の曲線フランジ１１ａへの組み付けは、センターポール１１ｂ内から固定部材下半部２２ｂ２を上方へ引き出して（Ｘ３方向）後行鋼管Ｐ２に固定するとともに、センターポール１１ｂ側に寄せられた左右のスライド固定部２２ｃ、２２ｃを左右の曲線フランジ１１ａ，１１ａに引き出し（Ｘ２方向）、上下一対の固定ボルト２２ｃ１，…で曲線フランジ１１ａを挟み込んで固定する。
【００５３】
次いで、固定部材上半部２２ｂ１を位置決め固定された固定部材下半部２２ｂ２にボルト固定するとともに、この固定部材上半部２２ｂ１にサーボジャッキ２３，２３とアプセットジャッキ２５，２５を取り付ける（Ｘ１方向）。
【００５４】
図示を省略するが、他方の把持装置２１も先行鋼管Ｐ１および傾斜架台１１に同様に取り付け、サーボジャッキ２３の先端にはダンパジャッキ２４を取り付けてこれを把持装置２１に取り付け、アプセットジャッキ２５の先端は把持装置２１に取り付けることによって組み付けが完了し、図２，３に示すフラッシュ溶接装置２０が形成される。
【００５５】
フラッシュ溶接工程が終了し、推進工程に移行するに先んじて、今度はフラッシュ溶接装置２０の解体および取り外しをおこなう。この解体および取り外し作業は、既述する組み付け作業の逆の手順で行えばよく、各固定部材上半部２１ｂ１、２２ｂ１と固定部材下半部２１ｂ２、２２ｂ２を解体してこれを下方に移動させ（Ｘ４方向）、各リング部材２１ａ，２２ａを撤去し、スライド固定部２１ｃ、２２ｃを中央のセンターポール１１ｂ側に縮め（Ｘ２方向）、固定部材下半部２２ｂ２、２１ｂ２を回転させることにより（Ｘ５方向）、フラッシュ溶接装置２０が完全に解体される。
【００５６】
次に、図６に示す本発明のフラッシュ溶接装置を形成する油圧回路装置の回路図に基づいて、フラッシュ溶接工程の特に最終工程であるアプセット工程の概要を説明する。ここで、本説明では先行鋼管を固定し、後行鋼管をこの先行鋼管側に送り制御しながらフラッシュ溶接するものである。
【００５７】
まず、先行鋼管および後行鋼管の双方に本発明のフラッシュ溶接装置を取り付けた後に、双方の鋼管に数万アンペアの電流を流しながら、後行鋼管を先行鋼管側に２〜３分の時間をかけて２０ｍｍ程度送り制御しながら、発生するフラッシュによって鋼管端部を過熱溶融する（フラッシュ工程）。このフラッシュ工程では、サーボジャッキの送り量に同期するようにアプセットジャッキも同量の送り制御が実行され、この送り制御の過程で油圧ポンプからの加圧油が蓄圧器３１（アキュムレータ）に蓄えられる。
【００５８】
次に、フラッシュ溶接の最終工程であるアプセット工程に移行する。まず、図６で示す回路図において、アプセットジャッキ２５は油圧モータ３４によって作動するものであり、アプセット工程に移行した段階で切換え制御バルブ３２が作動して蓄圧器３１に蓄えられた圧力油がアプセットジャッキ２５に送られて鋼管同士のアプセットが実行される。
【００５９】
なお、サーボジャッキ２３の先端に装着されたダンパジャッキ２４の作用により、アプセット工程に移行した際にアプセットジャッキからサーボジャッキに作用する作用力のうち、予め設定されたサーボジャッキの許容作用力以上の力はダンパジャッキ２４がパッシブに変位することで吸収される。
【００６０】
このアプセット工程では、後行鋼管をその断面当たり５０Ｎ／ｍｍ２程度の推力で固定された先行鋼管側に送り出すことにより、１０ｍｍ／ｓｅｃの送り速度で１ｍｍ程度の送り制御を実行し、アプセットするものである。
【００６１】
図示する回路図で示すように、油圧回路装置の内部にフラッシュ工程中で生じる圧油を蓄えておく蓄圧器３１を内蔵しておくことで、アプセット工程で本来必要となる大吐出量のポンプが不要となり、経済的な油圧回路装置を形成することができる。このことは、フラッシュ溶接装置全体の製作コストの廉価にも繋がり、さらには、該装置のトンネル内占有空間の狭小化にも繋がるものである。
【００６２】
次に、図７〜９に基づいて上記する推進装置１０およびフラッシュ溶接装置２０を使用してなる３連円弧トンネルの施工方法を概説する。
【００６３】
図７は、不図示の２台のシールド機が並行して、または１台のシールド機が順次掘進しながら鋼製セグメントＳ，…からなるセグメントトンネル１００，２００が所定間隔を置いて地盤Ｇ内に施工された状況を示している。パイプルーフの施工に先んじて、地盤改良施工が実施されて止水層３００，３００’が造成される。さらに、パイプルーフ設置部位近傍にパイプルーフとこれに接続するトンネル部位を支持するための鉛直支保工１０１，２０１が設置され、さらには、別途の斜材にて支持されている。この鉛直支保工１０１,２０１には、Ｈ型鋼材、Ｉ型鋼材、鋼管（角鋼管）、プレキャストＲＣ柱等を使用することができる。
【００６４】
次いで、トンネル１００，２００の長手方向に所定間隔をおいて、パイプルーフ用の湾曲した曲線鋼管Ｐが掘進機Ｍに誘導されながら推進施工される。この曲線鋼管Ｐは、トンネル１００内にある推進装置１０とこれに組み付けられたフラッシュ溶接装置２０によって所定長の曲線鋼管が順次フラッシュ溶接されて推進されたものである。なお、図７中、発進部位Ａと到達部位Ｂを結ぶラインＴは推進軌跡ラインであり、Ｚ方向に掘進機Ｍが推進している状況を示している。
【００６５】
双方のトンネル１００，２００における対応する鋼製セグメントＳ，Ｓの所定位置には鋼管挿通用の不図示の挿通孔がそれぞれ設けられていて、一方のトンネルの挿通孔を介して地盤Ｇ内に挿入（押し出）されるとともに他方のトンネルの挿通孔を介して地盤Ｇ内から受け取られることで双方のトンネル間に曲線パイプルーフが仮設される。なお、下方に設置される曲線鋼管も同様の施工方法にて双方のトンネル間に仮設される。
【００６６】
図８は上下の曲線パイプルーフ４００，４００’が施工された状況を示している。
【００６７】
次いで図９に示すように、ＲＣ造の接合体５００，５００’が施工される。具体的には、円弧方向およびトンネル軸方向に延びる不図示の引張材（鉄筋、ＰＣ鋼材等）を配設し、コンクリートを一方または双方のトンネル内から打設することによって施工される。なお、接合体５００，５００’を構成する円弧方向に延びる引張材の端部はトンネルの鋼殻Ｓにナット固定ないしは溶接固定等されることで接続される。次いで、トンネル１００，２００を連通するに不要な鋼殻Ｓ，…を撤去して双方のトンネル同士を連通させ、本設構造体を構築することで図示する地下道の分合流部１０００が施工される。なお、地下道の分合流部以外にも、多連円弧状の大断面トンネルからなるライフライン施設や地下ショッピングセンターなどを施工することもできる。
【００６８】
本発明によるフラッシュ溶接装置２０を推進装置１０に組み付けて曲線パイプルーフを施工することにより、溶接作業の際には容易に該フラッシュ溶接装置２０を組み付けることができ、推進作業の際には迅速にフラッシュ溶接装置２０を取り外すことによってトンネル内の作業空間を十分に確保することができるため、多連円弧トンネルの施工効率を大幅に高めることができる。
【００６９】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】トンネル内で推進装置に本発明のフラッシュ溶接装置の一実施の形態が取り付けられた状態を説明する側面図である。
【図２】図１におけるフラッシュ溶接装置を拡大した図である。
【図３】図２のIII−III矢視図である。
【図４】鋼管と把持装置の取り付け態様を説明した断面図である。
【図５】推進装置および鋼管へのフラッシュ溶接装置の組み付け方法、取り外し方法を説明した図である。
【図６】フラッシュ溶接装置を構成する油圧回路装置の回路図の一実施の形態である。
【図７】３連円弧トンネルの施工方法を説明した断面図である。
【図８】図７に続き、３連円弧トンネルの施工方法を説明した断面図である。
【図９】図８に続き、３連円弧トンネルの施工方法を説明した断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０…推進装置、１１…傾斜架台、１１ａ…曲線フランジ、１２…推進ジャッキ、２０…フラッシュ溶接装置、２１，２２…把持装置（第１、第２の把持装置）、２１ａ，２２ａ…リング部材、２１ｂ、２２ｂ…固定部材、２１ｂ１，２２ｂ１…固定部材上半部、２１ｂ２，２２ｂ２…固定部材下半部、２１ｃ、２２ｃ…スライド固定部、２２ｄ…リングセットピン、２２ｅ…位置調整ボルト、２２ｆ…絶縁材、２３…サーボジャッキ（第１のジャッキ）、２４…ダンパジャッキ（保護装置）、２５…アプセットジャッキ（第２のジャッキ）、１００，２００…トンネル、１０１，２０１…鉛直支保工、３００，３００’…止水層、４００，４００’…接合体、１０００…分合流部、Ｓ…セグメント（鋼殻）、Ｇ…地盤、Ｐ１…先行鋼管、Ｐ２…後行鋼管、Ｗ…溶接箇所、Ｍ…掘進機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイプルーフ用の鋼管を地盤内に推進させる推進装置の鋼管案内架台に着脱自在なフラッシュ溶接装置と、このフラッシュ溶接装置が装着された推進装置を使用して、少なくとも３連以上の多連トンネルを施工する多連トンネルの施工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地下道路トンネルのランプ部をはじめとして地中にてトンネルを接合することによって断面が多連円弧状のトンネルを施工する方法として、従来は大規模な開削工法が適用されてきたが、用地確保、地上交通への影響、工期の長期化とそれに伴なう工費の増大などから、より安全かつ経済的なトンネル接合方法が切望されており、建設各社が検討／開発を進めている。
【０００３】
上記する多連円弧状トンネルの施工方法として、間隔を置いて併設した例えば２つのトンネルを推進工法もしくはシールド工法にて先行施工し、双方のトンネル間を湾曲したパイプルーフ（曲線パイプルーフ）で繋いで支保工を構築した後に該支保工直下を掘削することにより、多連円弧状トンネルを施工する技術がある。この工法では、鋼管の先端に推進機を設け、一方のトンネル側から鋼管を順次継ぎ足しながら地盤内に推進させ、他方のトンネル側でこの推進鋼管を受け取ることで上記曲線パイプルーフを構築するものであり、この曲線パイプルーフをトンネルの長手方向に連続して、あるいは間隔をおいて構築することで上方地盤を支持させ、次いでその下方地盤を掘削することによりたとえば３連の大断面トンネルを構築するものである。
【０００４】
上記する鋼管同士の接続方法として、接着接合方法や形状記憶合金継ぎ手方法、手動溶接もしくは半自動溶接などを挙げることができる。しかし、これらの方法には、接続部を鞘管形状に加工したり、開先を取ったり、熟練技術者を要したり、有資格者による施工が義務付けられているなどの課題があった。特に、手動溶接や半自動溶接は信頼性が高い一方で、往々にして溶接時間が長くなってしまうことからパイプルーフ施工全体の工期が長くなってしまうという課題もあった。
【０００５】
上記課題を解消する一つの方策として、フラッシュ溶接技術を採用することが考えられる。このフラッシュ溶接とは、接続される２つの鋼管同士を把持し、鋼管の間に数万アンペアにも及ぶ大電流を流し、この際に発生する火花（フラッシュ）によって接合端面を過熱溶融させ、鋼管同士を加圧（アプセット）することによって酸化物や不純物を接合部から外側に押し出して余盛りを形成して接合する方法であり、その施工に際して資格も不要であり、熟練を要することもなく、さらには効率的な接続施工を実現することができるものである。なお、このフラッシュ溶接を採用して鋼製部材を溶接しながら地盤内に圧入する技術が特許文献１，２に開示されている。
【０００６】
上記各特許文献に開示のフラッシュ溶接装置をはじめとする従来のフラッシュ溶接装置は、鋼管を圧入する装置に直接組み込まれていたり、あるいはフラッシュ溶接装置全体が既に組みつけられており、これをトンネル内におけるパイプルーフ用鋼管接続施工に適用しようとすると、鋼管推進装置とフラッシュ溶接装置がトンネル内の作業空間を占有してしまい、トンネル内における鋼管や溶接装置の搬入作業や鋼管案内架台への鋼管の設置作業、接続鋼管および被接続鋼管の接続作業や鋼管推進作業などを実行するための十分な作業空間を確保できないことは必然である。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２５９８５０号公報
【特許文献２】特開２００２−３８４７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、作業効率に優れ、熟練技術や有資格者を要することもなく、トンネル内におけるパイプルーフ施工に要する各種作業用の空間を可及的に広く取ることのできる、フラッシュ溶接装置とこれを使用してなる多連トンネルの施工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成すべく、本発明によるフラッシュ溶接装置は、パイプルーフ用の鋼管を地盤内に推進させる推進装置の鋼管案内架台に着脱自在で、２つの鋼管同士をフラッシュ溶接するための装置であって、前記２つの鋼管のそれぞれを把持する第１、第２の把持装置と、前記第１、第２の把持装置同士を繋いで、フラッシュ溶接の途中工程で前記２つの鋼管同士を引き寄せるための第１のジャッキと、前記第１、第２の把持装置同士を繋いで、フラッシュ溶接の最終工程で前記２つの鋼管同士をアプセットするための第２のジャッキと、を少なくとも具備し、前記第１の把持装置、第２の把持装置、第１のジャッキ、第２のジャッキが前記鋼管案内架台に順次取り付けおよび取り外し自在であることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明のフラッシュ溶接装置は、トンネル内に設置されたパイプルーフ用鋼管を推進するための推進装置にその構成部材が順次組み付けられ、さらには取り外される構成部材分離型の装置であり、２つの鋼管同士をフラッシュ溶接した後に即座に解体されることでその後の推進作業のための空間を可及的に広く取ることを可能とした装置である。
【００１１】
このフラッシュ溶接には、有資格者や熟練技術は必要なく、当初別体の構成部材を組み付けるだけで溶接作業は自動制御されるものである。
【００１２】
フラッシュ溶接装置は、溶接される２つのパイプルーフ用の鋼管のそれぞれを把持固定する２つの把持装置（第１、第２の把持装置）と、この２つの把持装置を別々に繋ぐ２つのジャッキ（第１、第２のジャッキ）を少なくとも備え、たとえばこれらのジャッキ双方の駆動を制御する回路装置が設けられている。ここで、第１、第２のジャッキは、ラック駆動式や軸受けねじ式等の機械式ジャッキや、油圧ジャッキ等の液体作動式ジャッキなどを使用することができる。油圧ジャッキを使用する場合には、各ジャッキは油圧回路装置にてその油圧制御が実行されるものであり、この油圧制御方式としては、比例制御方式やサーボ制御方式などがある。
【００１３】
フラッシュ溶接とは、把持された鋼管の間に数万アンペア程度の大電流を流し、発生するフラッシュによって接合端面を過熱溶融させ、次いで鋼管同士をアプセット（加圧）することで酸化物や不純物を接合断面外に押し出して余盛りを形成し、最後にバリ等を除去して仕上げる溶接方法のことである。ここで、鋼管の接合端面を過熱溶融する途中工程では、双方の鋼管同士を一定速度で引き寄せたり、あるいは一方の鋼管を固定し、他方の鋼管のみを一定速度で引き寄せながらフラッシュを発生させるに適した鋼管の位置制御が実行されるものであり、この引き寄せ作業による鋼管の位置制御を目的として上記する第１のジャッキが使用される。
【００１４】
一方、アプセット時には第２のジャッキにて一方または双方の鋼管を短いストロークだけ急速に引き寄せながら加圧することにより高い接合強度を得るものである。
【００１５】
トンネル内に装備された推進装置にはパイプルーフ用の曲線鋼管が設置されており、先行鋼管の一部が地盤内に所定長だけ推進された姿勢でその後方端面がトンネル内に臨んでいる。この状態で継ぎ足される曲線鋼管が推進装置に設置され、次いで、双方の鋼管に上記する２つの把持部材がそれぞれ取り付けられ、この把持部材同士を繋ぐようにして上記する２つのジャッキが取付けられる。上記するフラッシュ溶接作業が終了したら、フラッシュ溶接装置を構成する各構成部材を順次解体してトンネル内の作業空間を広くし、曲線鋼管の推進作業に移行する。
【００１６】
上記作業を順次繰り返すことによって一方のトンネルから地盤内に間隔を置いて併設された他方のトンネルに曲線パイプルーフを掛け渡することができる。
【００１７】
本発明のフラッシュ溶接装置は、その全体が推進装置に当初から設置されるものではなく、また、構成部材が予め組み付けられたフラッシュ溶接装置をトンネルに搬入し、推進装置にこれを設置するものではないことから、フラッシュ溶接自体の有する各種効果を得ることができることに加えて、一般に狭隘なトンネル内で溶接作業以外の作業の際にフラッシュ溶接装置が空間を占有して作業効率を低下させるという虞がない。
【００１８】
また、本発明によるフラッシュ溶接装置の好ましい実施の形態において、前記第１のジャッキには、前記第２のジャッキによるアプセット時の作用力を吸収するための保護装置が装着されているものである。
【００１９】
アプセット用の第２のジャッキは大推力にて鋼管同士を引き寄せることから、このアプセット時には上記するフラッシュ発生用の第１のジャッキに過大な作用力が作用する。この過大な作用力から第１のジャッキを保護することを目的として、本実施の形態では、第１のジャッキに保護装置を装着するものである。ここで、この保護装置としては、第１のジャッキに所定値以上の推力が作用しないように調整された別途のジャッキやダンパー、与圧されたバネなどを適用できる。
【００２０】
また、本発明によるフラッシュ溶接装置の他の実施の形態は、前記推進装置を構成する鋼管推進用ジャッキが前記第２のジャッキとして併用されることを特徴とするものである。
【００２１】
パイプルーフ用の曲線鋼管を推進する推進装置の推進ジャッキは大推力を発揮できる性能を有しており、また、本発明のフラッシュ溶接装置が推進装置にその構成部材を順次組み付けてできるものであることから、この推進ジャッキをフラッシュ溶接装置の第２のジャッキに有効利用することにより、構成部材の低減と組み付けや解体に伴う作業工数の低減を図ることができる。
【００２２】
また、上記する把持装置の一実施の形態として、鋼管を直接把持するリング部材と、該リング部材に固定されるとともに前記第１、第２のジャッキが取り付けられ、前記鋼管案内架台に位置決め固定される固定部材と、を少なくとも具備する形態がある。
【００２３】
ここで、リング部材として、ピン結合された半割り状の半リングを鋼管外周で設置する形態などがある。また、曲線鋼管の端部近傍の外周には他の曲線鋼管とボルト結合するためのボルト孔が複数設けられているのが一般的であることから、このボルト孔を利用して鋼管とリング部材をボルト結合することが可能である。
【００２４】
このリング部材に第１、第２のジャッキが直接接続される固定部材がやはりボルト結合等されることで把持部材が形成される。
【００２５】
この固定部材もリング部材を囲繞する２つの部材から構成でき、一方の部材には第１、第２のジャッキが取り付けられ、他方の部材は推進装置の鋼管案内架台上方の円弧状フランジに取り付けられるものである。
【００２６】
また、本発明によるフラッシュ溶接装置を構成する油圧回路装置の一実施の形態として、前記フラッシュ溶接の最終工程において、前記第２のジャッキに対し、２つの鋼管同士を所定の引き寄せ速度で所定量だけ引き寄せる制御を実行するものを適用できる。
【００２７】
フラッシュ溶接の最終工程であるアプセット工程では、たとえば１ｍｍ程度のストローク量を１０ｍｍ／ｓｅｃ程度のストローク速度で双方の鋼管同士を加圧するのがよく、この所定量で所定速度のストローク制御を油圧回路装置が実行するものである。
【００２８】
ここで、アプセット時のアプセット推力は鋼管端面におよそ５０Ｎ／ｍｍ２程度の推力でジャッキ送りすることにより、溶接品質に優れた接合部を形成することが可能となる。
【００２９】
また、上記するアプセット時のジャッキ送りをより経済的に実行するために、油圧回路内にフラッシュ溶接の途中工程における加圧油を少なくとも蓄える蓄圧器（アキュムレータ）を内蔵しておき、フラッシュ溶接の最終工程であるアプセット工程で上記する第２のジャッキに該加圧油が提供されるように該油圧回路装置を実行制御するのが好ましい。
【００３０】
フラッシュ溶接の最終工程であるアプセット工程では、ジャッキのストローク量はわずかであるもののその送り速度はたとえば１０ｍｍ／ｓｅｃ程度と比較的高速度であることから、この制御を実行するには大吐出量の油圧ポンプが必要となる。アプセット工程は瞬時に終了することからすれば、このわずかな時間のために高価で大体格、大吐出量の油圧ポンプを使用するのは極めて不経済である。そこで、フラッシュ溶接装置を構成する各ジャッキの送り制御を実行する油圧回路装置に蓄圧器とさらには方向切換え制御バルブを内蔵しておく。フラッシュ溶接の途中工程であるフラッシュ工程では油圧ポンプからの油量で第１、第２のジャッキを駆動し（第２のジャッキも第１、第２の把持装置に装着されていることから、フラッシュ工程の際にはこれも第１のジャッキに同期して同程度の送りを実行する必要がある）、アプセット工程の際には切換え制御バルブにて蓄圧器からの加圧油を使用して第２のジャッキを送り制御するものである。
【００３１】
本実施の形態によれば、より安価でよりコンパクトなフラッシュ溶接装置を得ることができ、トンネル内における該溶接装置の占有空間をより狭小化することができる。
【００３２】
さらに、本発明による多連トンネルの施工方法は、地中に併設するトンネルを構築する第１の工程と、前記フラッシュ溶接装置が装着された推進装置を使用して、一方のトンネル側から鋼管を順次フラッシュ溶接しながら地盤内に推進させ、他方のトンネル側に到達させて先受け用のパイプルーフを設ける第２の工程と、一方のトンネルにおける他方のトンネル側の鋼殻を撤去するとともに、パイプルーフ下方に本設接合躯体を施工して少なくとも３連以上の多連トンネルを構築する第３の工程と、を少なくとも具備し、前記フラッシュ溶接に際して、分離されたフラッシュ溶接装置の各構成部材を組み付けてフラッシュ溶接装置を前記推進装置に装着し、フラッシュ溶接が終了して鋼管の推進を実行する前にフラッシュ溶接装置を解体することを特徴とするものである。
【００３３】
多連トンネルとは、例えば２つの円形トンネルと該トンネル同士を上下の円弧状の接続部にて繋いでなるトンネルのことであり、そのほかにも、間隔を置いて併設する３つの円形トンネル（例えば第１トンネル、第２トンネル、第３トンネルという）において、第１トンネルと第２トンネル、第２トンネルと第３トンネルをそれぞれ上下の円弧状の接続部にて繋いでなるトンネルなどを意味している。また、この施工方法は、トンネルの分合流部の拡幅部（本線トンネルとランプトンネルとが接続する区間）や、地下鉄路線と駅舎との接続部、各種地下施設を収容するための広範な地下空間等がその用途である。
【００３４】
まず、併設する被接続トンネルをシールド工法もしくは推進工法にて平行して施工し、もしくは順次施工する。このトンネルは鋼製セグメントや鋼製函体などから構成されており、たとえば鋼製セグメントには予めパイプルーフ挿通用の挿通孔を設けておくこともできる。
【００３５】
曲線パイプルーフは、地盤条件等により、トンネルの長手方向に隙間なく構築される場合とトンネルの長手方向に間隔を置いて構築される場合がある。
【００３６】
一方のトンネル内から所定長の曲線鋼管が上記するフラッシュ溶接装置で溶接され、次いで推進装置で地盤内に押出され、これが繰り返し実行されることで鋼管先端が他方のトンネル側で受け取られて仮固定されることで２つのトンネル間に曲線パイプルーフが構築される。
【００３７】
パイプルーフ施工後、このパイプルーフ直下を掘削するとともに例えばＲＣ造の本設接合躯体を施工し、双方のトンネル同士を連通させるに障害となる鋼殻を撤去することにより、多連トンネルが構築される。
【００３８】
本発明の多連トンネルの施工方法によれば、推進装置に取り付けられた本発明のフラッシュ溶接装置を使用することで、鋼管同士の接続強度の高い高品質の曲線パイプルーフを構築することができる。しかも、構成部材が分離されたフラッシュ溶接装置を推進装置に組み付けてフラッシュ溶接を実行し、推進施工の前にこのフラッシュ溶接装置を解体することで、トンネル内における溶接作業以外の作業段階でフラッシュ溶接装置がトンネル内空間を占有することがないため、全体の作業効率が高められることで多連トンネル全体の施工効率の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００３９】
以上の説明から理解できるように、本発明のフラッシュ溶接装置によれば、フラッシュ溶接装置の構成部材を推進装置に順次組み付けし、フラッシュ溶接作業終了後は構成部材ごとに解体／取り外し自在であり、この組み付けや解体作業も容易であることから、該フラッシュ溶接作業以外の作業においては狭隘なトンネル内の作業空間を可及的に広くすることができ、効率的な曲線パイプルーフ施工を実現することができる。また、本発明の多連トンネルの施工方法によれば、本発明のフラッシュ溶接装置を備えた推進装置を使用して曲線パイプルーフを構築することにより、その施工効率を格段に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１はトンネル内で推進装置に本発明のフラッシュ溶接装置の一実施の形態が取り付けられた状態を説明する側面図であり、図２は図１におけるフラッシュ溶接装置を拡大した図であり、図３は図２のIII−III矢視図である。図４は鋼管と把持装置の取り付け態様を説明した断面図であり、図５は推進装置および鋼管へのフラッシュ溶接装置の組み付け方法、取り外し方法を説明した図であり、図６はフラッシュ溶接装置を構成する油圧回路装置の回路図の一実施の形態である。図７〜９は順に、３連円弧トンネルの施工方法を説明した断面図である。
【００４１】
図１はトンネル１００内の推進装置用架台の床面Ｆ上に載置された推進装置１０に本発明のフラッシュ溶接装置２０が組み付けられた状態を示した図であり、図２は図１の先行鋼管Ｐ１と後行鋼管Ｐ２の溶接箇所Ｗ付近のフラッシュ溶接装置２０を拡大した図であり、さらに図３は図２のIII−III矢視図である。
【００４２】
推進装置１０は、床面Ｆ上に固定され、曲線鋼管と同曲率を有する曲線フランジ１１ａをその上方に備えた傾斜架台１１と、この傾斜架台１１の脚部でその一端が回動自在に装着された推進ジャッキ１２とから構成されており、推進ジャッキ１２をストローク制御することで鋼管を地盤Ｇ内に推進させるものである。
【００４３】
フラッシュ溶接装置２０は、先行鋼管Ｐ１と後行鋼管Ｐ２のそれぞれに取り付け固定された把持装置２１，２２と、この把持装置２１，２２を別々に繋ぐサーボジャッキ２３とアプセットジャッキ２５を具備しており、サーボジャッキ２３の先端にはアプセット工程時の作用力を緩和するためのダンパジャッキ２４が装着されている。
【００４４】
フラッシュ溶接装置２０を構成する上記各部材は、後述するようにトンネル内をそれぞれ分離された姿勢で搬送され、推進装置１０に順次組み付けられて図示するフラッシュ溶接装置２０が形成されるものである。
【００４５】
図２，３より、把持装置２１，２２はそれぞれ、先行鋼管Ｐ１と後行鋼管Ｐ２を直接把持する２つの半割りリングが一点で回動自在に蝶番接続されたリング部材２１ａ，２２ａと、各リング部材２１ａ，２２ａにボルトまたはピンにて固定される固定部材上半部２１ｂ１，２２ｂ１、固定部材下半部２１ｂ２，２２ｂ２からなる固定部材２１ｂ、２２ｂとから構成されている。
【００４６】
各リング部材２１ａ，２２ａは鋼管Ｐ１，Ｐ２に予め設けられたピン孔Ｐ１ａ，Ｐ２ａにボルト留めされる。後行鋼管Ｐ２と把持装置２２の固定態様を説明した図３に基づいて説明すると、リング部材２２ａと鋼管Ｐ２は双方に穿孔された対応する孔にリングセットピン２２ｄが嵌め込まれて固定されるとともに、リング部材２２ａと固定部材下半部２２ｂ２がボルト固定され、固定部材上半部２２ｂ１が固定部材下半部２２ｂ２にボルト固定される。
【００４７】
２つのサーボジャッキ２３，２３と２つのアプセットジャッキ２５，２５が固定部材上半部２２ｂ１にそれぞれボルト固定される。
【００４８】
固定部材下半部２２ｂ２はその下方でスライド固定部２２ｃとボルト固定されており、このスライド固定部２２ｃが具備する固定ボルト２２ｃ１，…が傾斜架台１１の曲線フランジ１１ａを挟むようにして適宜の位置で把持装置２２を固定するものである。なお、先行鋼管Ｐ１を把持する把持装置２１も同様である。
【００４９】
この把持装置２１，２２は、それぞれ２組のサーボジャッキ２３，２３とアプセットジャッキ２５，２５で溶接箇所Ｗを挟んで繋がれる。
【００５０】
なお、後行鋼管Ｐ２と固定部材上半部２２ｂ１との固定態様を図４でより詳細に説明しているが、同図より、固定部材上半部２２ｂ１を構成するサーボジャッキ２３搭載用プレートとリング部材２２ａとが絶縁材２２ｆを介して固定されており、このプレートには鋼管位置を調整するための調整ボルト２２ｅにて位置調整がおこなわれるようになっている。
【００５１】
図５は、以上で説明したフラッシュ溶接装置２０の推進装置１０および鋼管Ｐ１，Ｐ２への組み付けおよび取り外し（解体）を説明した図であり、同図では、その把持装置２２と後行鋼管Ｐ２を取り上げて説明している。なお、図５は、センターラインの左右で固定部材下半部２２ｂ２が傾斜架台１１を構成する左右の曲線フランジ１１ａ，１１ａとこれらを繋ぐ鋼材の中央に設けられた中空センターポール１１ｂから上方に移動した状態（左図）と下方に移動した状態（右図）を図示している。図示例では、固定部材下半部２２ｂ２が中空センターポール１１ｂに回転自在に装着されており、この固定部材下半部２２ｂ２に装着された水平バーにスライド固定部２２ｃがスライド自在に装着されている。
【００５２】
フラッシュ溶接装置２０を構成する各構成部材は別体でトンネル内に搬送される。鋼管Ｐ２および推進装置１０の曲線フランジ１１ａへの組み付けは、センターポール１１ｂ内から固定部材下半部２２ｂ２を上方へ引き出して（Ｘ３方向）後行鋼管Ｐ２に固定するとともに、センターポール１１ｂ側に寄せられた左右のスライド固定部２２ｃ、２２ｃを左右の曲線フランジ１１ａ，１１ａに引き出し（Ｘ２方向）、上下一対の固定ボルト２２ｃ１，…で曲線フランジ１１ａを挟み込んで固定する。
【００５３】
次いで、固定部材上半部２２ｂ１を位置決め固定された固定部材下半部２２ｂ２にボルト固定するとともに、この固定部材上半部２２ｂ１にサーボジャッキ２３，２３とアプセットジャッキ２５，２５を取り付ける（Ｘ１方向）。
【００５４】
図示を省略するが、他方の把持装置２１も先行鋼管Ｐ１および傾斜架台１１に同様に取り付け、サーボジャッキ２３の先端にはダンパジャッキ２４を取り付けてこれを把持装置２１に取り付け、アプセットジャッキ２５の先端は把持装置２１に取り付けることによって組み付けが完了し、図２，３に示すフラッシュ溶接装置２０が形成される。
【００５５】
フラッシュ溶接工程が終了し、推進工程に移行するに先んじて、今度はフラッシュ溶接装置２０の解体および取り外しをおこなう。この解体および取り外し作業は、既述する組み付け作業の逆の手順で行えばよく、各固定部材上半部２１ｂ１、２２ｂ１と固定部材下半部２１ｂ２、２２ｂ２を解体してこれを下方に移動させ（Ｘ４方向）、各リング部材２１ａ，２２ａを撤去し、スライド固定部２１ｃ、２２ｃを中央のセンターポール１１ｂ側に縮め（Ｘ２方向）、固定部材下半部２２ｂ２、２１ｂ２を回転させることにより（Ｘ５方向）、フラッシュ溶接装置２０が完全に解体される。
【００５６】
次に、図６に示す本発明のフラッシュ溶接装置を形成する油圧回路装置の回路図に基づいて、フラッシュ溶接工程の特に最終工程であるアプセット工程の概要を説明する。ここで、本説明では先行鋼管を固定し、後行鋼管をこの先行鋼管側に送り制御しながらフラッシュ溶接するものである。
【００５７】
まず、先行鋼管および後行鋼管の双方に本発明のフラッシュ溶接装置を取り付けた後に、双方の鋼管に数万アンペアの電流を流しながら、後行鋼管を先行鋼管側に２〜３分の時間をかけて２０ｍｍ程度送り制御しながら、発生するフラッシュによって鋼管端部を過熱溶融する（フラッシュ工程）。このフラッシュ工程では、サーボジャッキの送り量に同期するようにアプセットジャッキも同量の送り制御が実行され、この送り制御の過程で油圧ポンプからの加圧油が蓄圧器３１（アキュムレータ）に蓄えられる。
【００５８】
次に、フラッシュ溶接の最終工程であるアプセット工程に移行する。まず、図６で示す回路図において、アプセットジャッキ２５は油圧モータ３４によって作動するものであり、アプセット工程に移行した段階で切換え制御バルブ３２が作動して蓄圧器３１に蓄えられた圧力油がアプセットジャッキ２５に送られて鋼管同士のアプセットが実行される。
【００５９】
なお、サーボジャッキ２３の先端に装着されたダンパジャッキ２４の作用により、アプセット工程に移行した際にアプセットジャッキからサーボジャッキに作用する作用力のうち、予め設定されたサーボジャッキの許容作用力以上の力はダンパジャッキ２４がパッシブに変位することで吸収される。
【００６０】
このアプセット工程では、後行鋼管をその断面当たり５０Ｎ／ｍｍ２程度の推力で固定された先行鋼管側に送り出すことにより、１０ｍｍ／ｓｅｃの送り速度で１ｍｍ程度の送り制御を実行し、アプセットするものである。
【００６１】
図示する回路図で示すように、油圧回路装置の内部にフラッシュ工程中で生じる圧油を蓄えておく蓄圧器３１を内蔵しておくことで、アプセット工程で本来必要となる大吐出量のポンプが不要となり、経済的な油圧回路装置を形成することができる。このことは、フラッシュ溶接装置全体の製作コストの廉価にも繋がり、さらには、該装置のトンネル内占有空間の狭小化にも繋がるものである。
【００６２】
次に、図７〜９に基づいて上記する推進装置１０およびフラッシュ溶接装置２０を使用してなる３連円弧トンネルの施工方法を概説する。
【００６３】
図７は、不図示の２台のシールド機が並行して、または１台のシールド機が順次掘進しながら鋼製セグメントＳ，…からなるセグメントトンネル１００，２００が所定間隔を置いて地盤Ｇ内に施工された状況を示している。パイプルーフの施工に先んじて、地盤改良施工が実施されて止水層３００，３００’が造成される。さらに、パイプルーフ設置部位近傍にパイプルーフとこれに接続するトンネル部位を支持するための鉛直支保工１０１，２０１が設置され、さらには、別途の斜材にて支持されている。この鉛直支保工１０１,２０１には、Ｈ型鋼材、Ｉ型鋼材、鋼管（角鋼管）、プレキャストＲＣ柱等を使用することができる。
【００６４】
次いで、トンネル１００，２００の長手方向に所定間隔をおいて、パイプルーフ用の湾曲した曲線鋼管Ｐが掘進機Ｍに誘導されながら推進施工される。この曲線鋼管Ｐは、トンネル１００内にある推進装置１０とこれに組み付けられたフラッシュ溶接装置２０によって所定長の曲線鋼管が順次フラッシュ溶接されて推進されたものである。なお、図７中、発進部位Ａと到達部位Ｂを結ぶラインＴは推進軌跡ラインであり、Ｚ方向に掘進機Ｍが推進している状況を示している。
【００６５】
双方のトンネル１００，２００における対応する鋼製セグメントＳ，Ｓの所定位置には鋼管挿通用の不図示の挿通孔がそれぞれ設けられていて、一方のトンネルの挿通孔を介して地盤Ｇ内に挿入（押し出）されるとともに他方のトンネルの挿通孔を介して地盤Ｇ内から受け取られることで双方のトンネル間に曲線パイプルーフが仮設される。なお、下方に設置される曲線鋼管も同様の施工方法にて双方のトンネル間に仮設される。
【００６６】
図８は上下の曲線パイプルーフ４００，４００’が施工された状況を示している。
【００６７】
次いで図９に示すように、ＲＣ造の接合体５００，５００’が施工される。具体的には、円弧方向およびトンネル軸方向に延びる不図示の引張材（鉄筋、ＰＣ鋼材等）を配設し、コンクリートを一方または双方のトンネル内から打設することによって施工される。なお、接合体５００，５００’を構成する円弧方向に延びる引張材の端部はトンネルの鋼殻Ｓにナット固定ないしは溶接固定等されることで接続される。次いで、トンネル１００，２００を連通するに不要な鋼殻Ｓ，…を撤去して双方のトンネル同士を連通させ、本設構造体を構築することで図示する地下道の分合流部１０００が施工される。なお、地下道の分合流部以外にも、多連円弧状の大断面トンネルからなるライフライン施設や地下ショッピングセンターなどを施工することもできる。
【００６８】
本発明によるフラッシュ溶接装置２０を推進装置１０に組み付けて曲線パイプルーフを施工することにより、溶接作業の際には容易に該フラッシュ溶接装置２０を組み付けることができ、推進作業の際には迅速にフラッシュ溶接装置２０を取り外すことによってトンネル内の作業空間を十分に確保することができるため、多連円弧トンネルの施工効率を大幅に高めることができる。
【００６９】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】トンネル内で推進装置に本発明のフラッシュ溶接装置の一実施の形態が取り付けられた状態を説明する側面図である。
【図２】図１におけるフラッシュ溶接装置を拡大した図である。
【図３】図２のIII−III矢視図である。
【図４】鋼管と把持装置の取り付け態様を説明した断面図である。
【図５】推進装置および鋼管へのフラッシュ溶接装置の組み付け方法、取り外し方法を説明した図である。
【図６】フラッシュ溶接装置を構成する油圧回路装置の回路図の一実施の形態である。
【図７】３連円弧トンネルの施工方法を説明した断面図である。
【図８】図７に続き、３連円弧トンネルの施工方法を説明した断面図である。
【図９】図８に続き、３連円弧トンネルの施工方法を説明した断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０…推進装置、１１…傾斜架台、１１ａ…曲線フランジ、１２…推進ジャッキ、２０…フラッシュ溶接装置、２１，２２…把持装置（第１、第２の把持装置）、２１ａ，２２ａ…リング部材、２１ｂ、２２ｂ…固定部材、２１ｂ１，２２ｂ１…固定部材上半部、２１ｂ２，２２ｂ２…固定部材下半部、２１ｃ、２２ｃ…スライド固定部、２２ｄ…リングセットピン、２２ｅ…位置調整ボルト、２２ｆ…絶縁材、２３…サーボジャッキ（第１のジャッキ）、２４…ダンパジャッキ（保護装置）、２５…アプセットジャッキ（第２のジャッキ）、１００，２００…トンネル、１０１，２０１…鉛直支保工、３００，３００’…止水層、４００，４００’…接合体、１０００…分合流部、Ｓ…セグメント（鋼殻）、Ｇ…地盤、Ｐ１…先行鋼管、Ｐ２…後行鋼管、Ｗ…溶接箇所、Ｍ…掘進機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイプルーフ用の鋼管を地盤内に推進させる推進装置の鋼管案内架台に着脱自在で、２つの鋼管同士をフラッシュ溶接するための装置であって、
前記２つの鋼管のそれぞれを把持する第１、第２の把持装置と、
前記第１、第２の把持装置同士を繋いで、フラッシュ溶接の途中工程で前記２つの鋼管同士を引き寄せるための第１のジャッキと、
前記第１、第２の把持装置同士を繋いで、フラッシュ溶接の最終工程で前記２つの鋼管同士をアプセットするための第２のジャッキと、を少なくとも具備し、
前記第１の把持装置、第２の把持装置、第１のジャッキ、第２のジャッキが前記鋼管案内架台に順次取り付けおよび取り外し自在である、フラッシュ溶接装置。
【請求項２】
前記第１のジャッキには、前記第２のジャッキによるアプセット時の作用力を吸収するための保護装置が装着されている、請求項１に記載のフラッシュ溶接装置。
【請求項３】
前記推進装置を構成する鋼管推進用ジャッキが前記第２のジャッキとして併用されることを特徴とする、請求項１または２に記載のフラッシュ溶接装置。
【請求項４】
前記把持装置は、鋼管を直接把持するリング部材と、該リング部材に固定されるとともに前記第１、第２のジャッキが取り付けられ、前記鋼管案内架台に位置決め固定される固定部材と、を少なくとも具備している、請求項１〜３のいずれかに記載のフラッシュ溶接装置。
【請求項５】
前記フラッシュ溶接の最終工程において、前記第２のジャッキに対し、２つの鋼管同士を所定の引き寄せ速度で所定量だけ引き寄せる制御を実行する油圧回路装置を備えている、請求項１〜４のいずれかに記載のフラッシュ溶接装置。
【請求項６】
前記油圧回路装置には、前記フラッシュ溶接の途中工程における加圧油を少なくとも蓄える蓄圧器が内蔵されており、前記フラッシュ溶接の最終工程で前記第２のジャッキに該加圧油が提供されるように制御されている、請求項５に記載のフラッシュ溶接装置。
【請求項７】
地中に併設するトンネルを構築する第１の工程と、
請求項１〜６のいずれかに記載のフラッシュ溶接装置が装着された推進装置を使用して、一方のトンネル側から鋼管を順次フラッシュ溶接しながら地盤内に推進させ、他方のトンネル側に到達させて先受け用のパイプルーフを設ける第２の工程と、
一方のトンネルにおける他方のトンネル側の鋼殻を撤去するとともに、パイプルーフ下方に本設接合躯体を施工して少なくとも３連以上の多連トンネルを構築する第３の工程と、を少なくとも具備し、
前記フラッシュ溶接に際して、分離されたフラッシュ溶接装置の各構成部材を組み付けてフラッシュ溶接装置を前記推進装置に装着し、フラッシュ溶接が終了して鋼管の推進を実行する前にフラッシュ溶接装置を解体することを特徴とする、多連トンネルの施工方法。
【請求項１】
パイプルーフ用の鋼管を地盤内に推進させる推進装置の鋼管案内架台に着脱自在で、２つの鋼管同士をフラッシュ溶接するための装置であって、
前記２つの鋼管のそれぞれを把持する第１、第２の把持装置と、
前記第１、第２の把持装置同士を繋いで、フラッシュ溶接の途中工程で前記２つの鋼管同士を引き寄せるための第１のジャッキと、
前記第１、第２の把持装置同士を繋いで、フラッシュ溶接の最終工程で前記２つの鋼管同士をアプセットするための第２のジャッキと、を少なくとも具備し、
前記第１の把持装置、第２の把持装置、第１のジャッキ、第２のジャッキが前記鋼管案内架台に順次取り付けおよび取り外し自在である、フラッシュ溶接装置。
【請求項２】
前記第１のジャッキには、前記第２のジャッキによるアプセット時の作用力を吸収するための保護装置が装着されている、請求項１に記載のフラッシュ溶接装置。
【請求項３】
前記推進装置を構成する鋼管推進用ジャッキが前記第２のジャッキとして併用されることを特徴とする、請求項１または２に記載のフラッシュ溶接装置。
【請求項４】
前記把持装置は、鋼管を直接把持するリング部材と、該リング部材に固定されるとともに前記第１、第２のジャッキが取り付けられ、前記鋼管案内架台に位置決め固定される固定部材と、を少なくとも具備している、請求項１〜３のいずれかに記載のフラッシュ溶接装置。
【請求項５】
前記フラッシュ溶接の最終工程において、前記第２のジャッキに対し、２つの鋼管同士を所定の引き寄せ速度で所定量だけ引き寄せる制御を実行する油圧回路装置を備えている、請求項１〜４のいずれかに記載のフラッシュ溶接装置。
【請求項６】
前記油圧回路装置には、前記フラッシュ溶接の途中工程における加圧油を少なくとも蓄える蓄圧器が内蔵されており、前記フラッシュ溶接の最終工程で前記第２のジャッキに該加圧油が提供されるように制御されている、請求項５に記載のフラッシュ溶接装置。
【請求項７】
地中に併設するトンネルを構築する第１の工程と、
請求項１〜６のいずれかに記載のフラッシュ溶接装置が装着された推進装置を使用して、一方のトンネル側から鋼管を順次フラッシュ溶接しながら地盤内に推進させ、他方のトンネル側に到達させて先受け用のパイプルーフを設ける第２の工程と、
一方のトンネルにおける他方のトンネル側の鋼殻を撤去するとともに、パイプルーフ下方に本設接合躯体を施工して少なくとも３連以上の多連トンネルを構築する第３の工程と、を少なくとも具備し、
前記フラッシュ溶接に際して、分離されたフラッシュ溶接装置の各構成部材を組み付けてフラッシュ溶接装置を前記推進装置に装着し、フラッシュ溶接が終了して鋼管の推進を実行する前にフラッシュ溶接装置を解体することを特徴とする、多連トンネルの施工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−１２５７８２（Ｐ２００９−１２５７８２Ａ）
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３０４８１９（Ｐ２００７−３０４８１９）
【出願日】平成１９年１１月２６日（２００７．１１．２６）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【出願人】（０００２１６０２５）鉄建建設株式会社 (109)
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２６日（２００７．１１．２６）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【出願人】（０００２１６０２５）鉄建建設株式会社 (109)
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]