技術 オープンシールド工法

0001

本発明は、上下水道、共同溝、電信・電話などの付設地下道等の地下構造物を市街地などに施工するオープンシールド工法に関するものである。

0002

オープンシールド工法は開削工法（オープンカット工法）とシールド工法の長所を活かした合理性に富む工法で、その概要を図２４に示すと、下記特許文献にもあるように、オープンシールド工法で使用するオープンシールド機１は左右の側壁板１ａと、これら側壁板１ａに連結する底板１ｂとからなる前面、後面および上面を開口したもので、前記側壁板１ａと底板１ｂの先端を刃口１１として形成し、また側壁板１ａの中央または後端近くにシールドジャッキ（推進ジャッキ）２を後方に向け上下に並べて配設する。図中３は隔壁を示す。
特開２００３−４１８９６号公報

0003

図示は省略するが、オープンシールド機１は機体を前後方向で複数に分割し、フロント機としての前方の機体の後端にテール機としての後方の機体の前端が嵌入して、相互の嵌合部で屈曲可能とすることもある。

0004

前記フロント機は主として掘削を行うもので、前端と上面を開放面としてあり、機体内で後部に後方へ向けて中折ジャッキを左右によせて、また上下複数段に配設している。これに対してテール機はコンクリート函体４の設置を行うもので、機体内で前部に後方へ向けて推進ジャッキ(シールドジャッキ)２を左右によせて、また上下複数段に配設している。

0005

かかるオープンシールド機１を使用して施工するオープンシールド工法は、発進坑内にこのオープンシールド機１を設置して、オープンシールド機１のシールドジャッキ２を伸長して発進坑内の反力壁に反力をとってオープンシールド機１を前進させ、地下構造物を形成する第１番目のコンクリート函体４を上方から吊り降ろし、オープンシールド機１のテール部１ｃ内で縮めたシールドジャッキ２の後方にセットする。シールドジャッキ２と反力壁との間にはストラットを配設して適宜間隔調整をする。

0006

また、発進坑は土留壁で構成し、オープンシールド機１を発進させるにはこの土留壁を一部鏡切りするが、必要に応じて薬液注入などで発進坑の前方部分に地盤改良を施しておくこともある。

0007

ショベル等の掘削機９でオープンシールド機１の前面または上面から土砂を掘削しかつ排土する。この排土工程と同時またはその後にシールドジャッキ２を伸長してオープンシールド機１を前進させる。この前進工程の場合、コンクリート函体４の前にはボックス鋼材または型鋼を用いた枠体よりなるプレスバー８を配設し、オープンシールド機１は後方にセットされたコンクリート函体４から反力をとる。

0008

そして第１番目のコンクリート函体４の前に第２番目のコンクリート函体４をオープンシールド機１のテール部１ｃ内で吊り降ろす。以下、同様の排土工程、前進工程、コンクリート函体４のセット工程を適宜繰返して、順次コンクリート函体４をオープンシールド機１の前進に伴い縦列に地中に残置し、さらにこのコンクリート函体４の上面に埋戻土５を入れる。

0009

なお、コンクリート函体４をオープンシールド機１のテール部１ｃ内に吊り降ろす際には、コンクリートブロック等による高さ調整材７をコンクリート函体４下に配設し、このテール部１ｃ内でコンクリート函体４の左右および下部の空隙に可塑状の裏込注入材６を充填する（一次注入工）。

0010

図２６はこの一次注入工を示すもので、コンクリート函体４のグラウトホール１２を介してコンクリート函体４の内部よりテール部１ｃの内面とコンクリート函体４の外面との空隙に可塑状の裏込注入材６ａを注入ノズル１３で注入充填する。裏込注入材６ａは、Ａ液・Ｂ液の２液からなり、Ａ液は早強セメント・助材・安定材・水を混練りしたセメントミルク状であり、Ｂ液の急硬剤は低粘性の液体であり、単独で使用する。

0011

施工は地上に設置した専用の裏込作液プラントでＡ液を作液し、裏込作液プラントからＡ液は２Ｂ管、Ｂ液は１Ｂ管を使用してシールド機後方まで配管し、各々圧送された２液を函体グラウトホールに取付けた特殊２重管を介し混合注入する。

0012

また、図２７に示すように、推進と同時にコンクリート函体４の内部よりテールボイド（テール部底板及び側板の厚み分）に可塑状の裏込注入材６ｂを注入充填する二次注入を行う。この二次注入は前記一次注入と同様にコンクリート函体４の底版部のグラウトホール１２に注入ノズル１３を堅固に固定して行う。

0013

このようにして、オープンシールド機１が到達坑まで達したならばこれを撤去して工事を完了する。

0014

このようなオープンシールド工法では、前記のごとくコンクリート函体４をオープンシールド機１の前進に伴い縦列に地中に残置し、コンクリート函体４は、オープンシールド機１のテール部１ｃ内に吊り降ろされ、オープンシールド機１の前進とともに該テール部１ｃから出て地中に残されていくものであり、オープンシールド機１はこのように地中に残置したコンクリート函体４に反力をとって前進する。

0015

コンクリート函体４は鉄筋コンクリート製で、図２５に示すように左側板４ａ、右側板４ｂと上床板４ｃと下床板４ｄとからなるもので、前後面を開口１０として開放されている。

0016

コンクリート函体４同士の接続は、コーナー部に前後方向の貫通孔を設け、長ボルト等のＰＣ鋼棒の緊結をもって縦列に並ぶものを接続していく。

0017

前記のオープンシールド工法は、ＰＣ鋼棒で函体毎に緊結すること、及び敷設されるコンクリート函体の下床板と函体両側板外周に裏込め注入材を充填することにより、敷設した函体全体がほぼ一体化した函渠構造となり、函渠の不同沈下防止が図れる。

0018

また、コンクリート函体下床板と両側板外周に充填された裏込注入材と地山が密着し、敷設されるコンクリート函体の沈下抑制効果が期待できるものである。

0019

しかし、充填された裏込注入材と地山との境界はほぼ平滑に近い状態と想定され、裏込注入材と地山との付着性能が敷設する地盤の土質性状によってはバラツキが出てくることが懸念される。

0020

また、特許文献１に記載の地盤出は、裏込注入材と地山との付着性能の低下も懸念される。

0021

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、基礎地盤が軟弱な場合でも、敷設するコンクリート函体が地山とのフリクションの増大により沈下を確実に防止できるオープンシールド工法を提供することにある。

0022

本発明は前記目的を達成するため、オープンシールド機の前面または上面開口より前方の土砂を掘削・排土する工程と、推進ジャッキを伸長してコンクリート函体を反力にしてシールド機を前進させる工程と、シールド機のテール部内で縮めた推進ジャッキの後方に新たなコンクリート函体を上方から吊り降ろしてセットする工程とを適宜繰り返して順次コンクリート函体を縦列に埋設し、テール部内にコンクリート函体を設置した後、テール部内面と函体外面との空隙に可塑状の裏込注入材を注入充填する一次注入工と、シールド機前進と同時にテールボイドに可塑状の裏込注入材を注入充填する作業である二次注入工を行うオープンシールド工法において、シールド機後端部に後端キーとしてテール外側面より突起を出し、シールド機を前進時に前記突起により地山に凹状の溝を付け、その凹状の溝に２次裏込注入材を充填させ、コンクリート函体と地山のフリクションを増大させることを要旨とするものである。

0023

請求項１記載の本発明によれば、シールド機後端部に後端キーとしてテール外側面より突起を出し、シールド機を前進時に前記突起により地山に凹状の溝を付け、その凹状の溝に２次裏込注入材を充填させることで、コンクリート函体と地山との間に充填された部分の２次裏込注入材は、凸状の突起のある形状となり、地山と裏込注入材との付着面積の増加とその突起による抵抗により、敷設したコンクリート函体の沈下抑制の向上が図れることになる。

0024

また、フリクションを増加させるための凹状の溝は、シールド機が前進する時に形成でき、特にそのための道具や機械等もいらないので、手間がなく行うことができる。

0025

請求項２記載の本発明は、突起は鑿状のもので、オープンシールド機の側壁板の外側面に横向きに複数段上下間隔を存して設けることを要旨とするものである。

0026

請求項２記載の本発明によれば、凹状の溝は矩形断面のもので、横向きにかつ上下間隔を存して複数段形成され、２次裏込注入材はここに充填させることで２次裏込としては全体として壁体に横桟が複数条形成されるようなものとなり、地山と強固に結合して裏込注入材による地山とのフリクションが増加し、函体の沈下抑制をさらに向上させることができる。

0027

請求項３記載の本発明は、突起は鑿状のもので、オープンシールド機の底板の外面に横向きに間隔を存して設けることを要旨とするものである。

0028

請求項３記載の本発明によれば、凹状の溝は矩形断面のもので、横向きにかつ上下間隔を存して複数段形成され、函体下床板と地山の間に充填される裏込め注入材は、凸状の突起のあるものとなり、地山と裏込注入材との付着面積がさらに増加することに加え、函体下床板下側の凸状の裏込注入材が地山を拘束し、さらに沈下抑制効果が増大する。

0029

請求項４記載の本発明は、コンクリート函体は左右側板外面に凹凸を形成してあり、一次注入工の裏込注入材はこの凹凸で函体と接合し、函体とのフリクションを増加させることを要旨とするものである。

0030

請求項４記載の本発明によれば、コンクリート函体は左右側板外面に凹凸を形成したことで、一次注入工の裏込注入材はこの凹凸で函体と接合し、函体とのフリクションを増加させることができ、その結果、布設函体の沈下抑制をより効果的に行うことができる。

0031

以上述べたように本発明のオープンシールド工法は、基礎地盤が軟弱な場合でも、敷設するコンクリート函体が地山とのフリクションの増大により沈下を確実に防止できるものである。

0032

以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明のオープンシールド工法の１実施形態と示す横断平面図、図３は同上要部の部分縦断正面図で、図中１はオープンシールド機である。

0033

オープンシールド機１は前記図７で説明した通りで、左右の側壁板１ａと、これら側壁板１ａに連結する底板１ｂとからなる前面、後面および上面を開口したもので、前記側壁板１ａと底板１ｂの先端を刃口１１として形成し、また側壁板１ａの中央または後端近くにシールドジャッキ２を後方に向け上下に並べて配設する。

0034

本発明で使用するオープンシールド機１は図２およびシールド機の断面図である図５に示すようにシールド機１のテール部１ｃを形成する側壁板１ａの外側面後端に鑿状の突起１４を形成した。

0035

鑿状の突起１４はオープンシールド機１の前進方向にテーパー先端面１４aを形成した角棒状のものがオープンシールド機１のテール部１ｃ面に取り付いたものであり、第1実施形態としては、オープンシールド機１の側壁板１ａの外側面に横向きにして複数段上下間隔を存して設けた。

0036

第２実施形態としては、突起１４は鑿状のもので、オープンシールド機１の底板１ｂの外面に横向き（シールド機長さ方向）に向けて相互間隔を存して設けた。

0037

第３実施形態としては、突起１４は側壁板１ａの外側面と底板１ｂの外面の双方に設ける。

0038

なお、突起１４の後端部はオープンシールド機１のテール部１ｃの後端より突き出させてもよい。

0039

また、本発明のオープンシールド工法も基本は図７で説明した通りであり、ショベル等の掘削機９でオープンシールド機１の前面または上面から土砂を掘削しかつ排土する。

0040

この排土工程と同時またはその後にシールドジャッキ２を伸長してオープンシールド機１を前進させる。

0041

この前進工程の場合、コンクリート函体４の前にはボックス鋼材または型鋼を用いた枠体よりなるプレスバー８を配設し、オープンシールド機１は後方にセットされたコンクリート函体４から反力をとる。

0042

そして既設のコンクリート函体４の前に新たなコンクリート函体４をオープンシールド機１のテール部１ｃ内で吊り降ろす。

0043

以下、同様の排土工程、前進工程、コンクリート函体の４のセット工程を適宜繰返して、順次コンクリート函体４をオープンシールド機１の前進に伴い縦列に地中に残置し、さらにこのコンクリート函体４の上面に埋戻土５を入れる。

0044

なお、コンクリート函体４をオープンシールド機１のテール部１ｃ内に吊り降ろす際には、このテール部１ｃ内でコンクリート函体４の左右および下部の空隙に裏込注入材６を充填する。

0045

このようにして、オープンシールド機１が到達坑まで達したならばこれを撤去して工事を完了する。

0046

オープンシールド機１は前記前進の際に突起１４が地盤を櫛り、地山に凹状の溝１５を水平方向に付ける。その際、突起１４のテーパー先端面１４ａにより地山にきれいな溝１５が形成される。

0047

前記裏込注入材６の注入はコンクリート函体４をオープンシールド機１のテール部１ｃ内に吊り降ろした時に行なう一次注入工と、オープンシールド機１の推進と同時にコンクリート函体４の内部よりテールボイド（テール部底板及び側板の厚み分）に注入行う二次注入に分かれるが、二次注入の可塑状の裏込注入材６ｂは、前記地山に付けた凹状の溝１５内にも充填されて硬化する。

0048

図７〜図１０は本発明の第２実施形態を示すもので、コンクリート函体４は前記図２５で説明したように鉄筋コンクリート製で、左側板４ａ、右側板４ｂと上床板４ｃと下床板４ｄとからなるもので、前後面を開口１０として開放されているが、左側板４ａ、右側板４ｂの外面に凹凸を形成した。

0049

この凹凸は本実施形態ではコンクリート函体４の前後方向に伸びる横桟状の凸条１６aとその間の断面矩形の溝条１６ｂの交互並びとした。

0050

図１１に示すように、横桟状の凸条１６aの高さをｈ、幅をｔ、溝条１６ｂの幅をｌとした場合、ｔ≒ｈ×√２、ｌ≒ｔ×１．５となる。

0051

この凹凸はコンクリート函体４を型枠成形する際に一体的に成形することができる。

0052

また、図９に示すように、コンクリート函体４の下床板４ｄの下側面にも断面矩形横桟状の凸条１６aとその間の断面矩形の溝条１６ｂの交互並びとした凹凸を形成してもよい。

0053

図１２〜図１４は凹凸の第２実施形態を示すもので、横桟状の凸条１７aとその間の溝条１７ｂは断面矩形ではなく断面台形とした。

0054

図１５〜図１７は凹凸の第３実施形態を示すもので、三角形状の山１８aと谷１８ｂの連続波状とした。

0055

図１８〜図２０は凹凸の第４実施形態を示すもので、不陸による粗面として梨地１９とした。

0056

図２１〜図２３は凹凸の第５実施形態を示すもので、凸は円形の突起２０aを点在させたものであり、凹はこの円形の突起２０a間（左側板４ａ、右側板４ｂの外表面）であるとした。

0057

このように本発明の第２実施形態では、前記第１実施形態のシールド機を前進時に前記突起により地山に凹状の溝を付け、その凹状の溝に２次裏込注入材を充填させることで、コンクリート函体と地山との間に充填された部分の２次裏込注入材は、凸状の突起のある形状となり、地山と裏込注入材との付着面積の増加とその突起による抵抗により、敷設したコンクリート函体の沈下抑制の向上が図れるようにしたことに加えて、コンクリート函体は左右側板外面に凹凸を形成したことで、一次注入工の裏込注入材はこの凹凸で函体と接合し、函体とのフリクションを増加させることができ、その結果、布設函体の沈下抑制を行うことができる。

0058

本発明のオープンシールド工法の第１実施形態と示す横断平面図である。
本発明のオープンシールド工法で使用するオープンシールド機の後端部分の斜視図である。
本発明のオープンシールド工法の第１実施形態と示す部分縦断正面図である。
本発明のオープンシールド工法の第１実施形態と示す縦断側面図である。
本発明のオープンシールド工法で使用するオープンシールド機の縦断正面図である。
本発明のオープンシールド工法の第１実施形態と示す全体の縦断正面図である。
本発明のオープンシールド工法の第２実施形態と示す縦断正面図である。
本発明のオープンシールド工法の第２実施形態で使用するコンクリート函体の第１例を示す正面図である。
本発明のオープンシールド工法の第２実施形態で使用するコンクリート函体の第１例を示す正面図である。
本発明のオープンシールド工法の第２実施形態で使用するコンクリート函体の第１例を示す側面図である。
本発明のオープンシールド工法の第２実施形態で使用するコンクリート函体の第１例の凹凸の説明図である。
本発明のオープンシールド工法の第２実施形態で使用するコンクリート函体の第２例を示す正面図である。
本発明のオープンシールド工法の第２実施形態で使用するコンクリート函体の第２例を示す斜視図である。
本発明のオープンシールド工法の第２実施形態で使用するコンクリート函体の第２例を示す側面図である。
本発明のオープンシールド工法の第２実施形態で使用するコンクリート函体の第３例を示す正面図である。
本発明のオープンシールド工法の第２実施形態で使用するコンクリート函体の第３例を示す斜視図である。
本発明のオープンシールド工法の第２実施形態で使用するコンクリート函体の第３例を示す側面図である。
本発明のオープンシールド工法の第２実施形態で使用するコンクリート函体の第４例を示す正面図である。
本発明のオープンシールド工法の第２実施形態で使用するコンクリート函体の第４例を示す斜視図である。
本発明のオープンシールド工法の第２実施形態で使用するコンクリート函体の第４例を示す側面図である。
本発明のオープンシールド工法の第２実施形態で使用するコンクリート函体の第５例を示す正面図である。
本発明のオープンシールド工法の第２実施形態で使用するコンクリート函体の第５例を示す斜視図である。
本発明のオープンシールド工法の第２実施形態で使用するコンクリート函体の第５例を示す側面図である。
オープンシールド工法の概略を示す縦断側面図である。
コンクリート函体の斜視図である。
裏込注入材（一次注入工）を示す説明図である。
裏込注入材（二次注入工）を示す説明図である。

0059

１…オープンシールド機
１ａ…側壁板１ｂ…底板
１ｃ…テール部２…推進ジャッキ（シールドジャッキ）
３…隔壁４…コンクリート函体
４ａ…左側板４ｂ…右側板
４ｃ…上床板４ｄ…下床板
５…埋戻土 ６，６ａ，６ｂ…裏込注入材
７…高さ調整材８…プレスバー
９…掘削機１０…開口
１１…刃口１２…グラウトホール
１３…注入ノズル１４…突起
１４ａ…テーパー先端面 １５…溝
１６a…横桟状の凸条１６ｂ…溝条
１７a…横桟状の凸条 １７ｂ…溝条
１８a…山 １８ｂ…谷
１９…梨地２０a…円形の突起