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技術 地下構造物の施工方法

出願人 鹿島建設株式会社
発明者 増田昌弘佐々木豊永井淳一郎裏山昌平長津浩太良酒匂智彦坂西由弘
出願日 2019年4月15日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2019-077269
公開日 2020年10月29日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-176383
状態 未査定
技術分野 立坑・トンネルの掘削技術
主要キーワード 設置過程 圧入範囲 リング状構造体 作業用ステージ 支持鋼材 継手付き 施工予定位置 計画位置
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年10月29日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (11)

課題

部材の厚みを薄くすることが可能で、非開削部に短期間で地下構造物施工できる地下構造物の施工方法を提供する。

解決手段

地盤1に構築した発進立坑3から、断面が略円形の地下構造物の施工予定位置の全周の外側に沿って複数の鋼管9を圧入する。また、施工予定位置の内部の地盤1に、鋼管9と平行に複数の中段支持鋼材11を設置する。その後、発進立坑3にリング状構造体19を建て込み、リング状構造体19の内部に作業用ステージ21を設ける。そして、中段支持鋼材11の端部を作業用ステージ21で支持しつつ作業用ステージ21を用いて施工予定位置に横坑17を掘削し、リング状構造体19を発進立坑3から横坑17に圧入する。

概要

背景

従来、地盤開削せずに構造物施工する方法として、トンネル計画位置の上方の外周の地盤に周方向に所定の間隔で長尺材を押し込み、トンネル計画位置の外周を囲むように地盤改良を行った後、トンネル計画位置を掘削し、場所打ちコンクリートによってトンネルを構築する方法がある(例えば、特許文献1参照)。

また、立坑からパイプルーフガイド導坑を施工し、ガイド導坑からパイプルーフの内側を地盤改良した後、ガイド導坑に牽引部材を挿入し、先端に刃口を取り付けたプレキャスト製コンクリート函体牽引して地中引き込む方法がある(例えば、特許文献2参照)。

概要

部材の厚みを薄くすることが可能で、非開削部に短期間で地下構造物を施工できる地下構造物の施工方法を提供する。地盤1に構築した発進立坑3から、断面が略円形の地下構造物の施工予定位置の全周の外側に沿って複数の鋼管9を圧入する。また、施工予定位置の内部の地盤1に、鋼管9と平行に複数の中段支持鋼材11を設置する。その後、発進立坑3にリング状構造体19を建て込み、リング状構造体19の内部に作業用ステージ21を設ける。そして、中段支持鋼材11の端部を作業用ステージ21で支持しつつ作業用ステージ21を用いて施工予定位置に横坑17を掘削し、リング状構造体19を発進立坑3から横坑17に圧入する。

目的

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

地盤構築した立坑から、断面が略円形地下構造物施工予定位置の少なくとも上半部の外側に沿って複数の鋼管圧入する工程aと、前記施工予定位置に横坑掘削しつつ、前記立坑に建て込んだリング状構造体を前記横坑に圧入する工程bと、を具備することを特徴とする地下構造物の施工方法

請求項2

前記工程aで、前記施工予定位置の内部に、前記鋼管と平行に複数の中段支持鋼材を設置することを特徴とする請求項1記載の地下構造物の施工方法。

請求項3

前記工程bで、前記リング状構造体の内部に作業用ステージを設け、前記中段支持鋼材の端部を前記作業用ステージで支持しつつ前記作業用ステージを用いて前記横坑を掘削することを特徴とする請求項2記載の地下構造物の施工方法。

請求項4

前記工程bで、前記施工予定位置の前記中段支持鋼材より上方の地盤を所定の距離まで掘削した後、前記中段支持鋼材より下方の地盤を掘削面が前記上方の地盤と連続するように掘削することを特徴とする請求項2または請求項3記載の地下構造物の施工方法。

請求項5

前記工程aで、前記施工予定位置の全周の外側に沿って前記鋼管を圧入することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の地下構造物の施工方法。

請求項6

前記工程bで、前記横坑を掘削した後、前記横坑内から前記鋼管同士の間に継手部分を設置してパイプルーフを形成することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の地下構造物の施工方法。

技術分野

0001

本発明は、地下構造物施工方法に関するものである。

背景技術

0002

従来、地盤開削せずに構造物施工する方法として、トンネル計画位置の上方の外周の地盤に周方向に所定の間隔で長尺材を押し込み、トンネル計画位置の外周を囲むように地盤改良を行った後、トンネル計画位置を掘削し、場所打ちコンクリートによってトンネルを構築する方法がある(例えば、特許文献1参照)。

0003

また、立坑からパイプルーフガイド導坑を施工し、ガイド導坑からパイプルーフの内側を地盤改良した後、ガイド導坑に牽引部材を挿入し、先端に刃口を取り付けたプレキャスト製コンクリート函体牽引して地中引き込む方法がある(例えば、特許文献2参照)。

先行技術

0004

特許第5308116号公報
特許第3834571号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかし、非開削部において場所打ちコンクリートによって地下にトンネル等の構造物を構築すると、現地での作業時間が長くなり、多くの作業人員が必要であった。また、プレキャストコンクリート製のコンクリート函体を用いる場合、地下での土圧水圧に耐えるために所定以上の肉厚が必要であり、製造から運搬設置過程などにおいて、必ずしも効率的ではなかった。

0006

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすることは、部材の厚みを薄くすることが可能で、非開削部に短期間で地下構造物を施工できる地下構造物の施工方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0007

前述した目的を達成するために、本発明は、地盤に構築した立坑から、断面が略円形の地下構造物の施工予定位置の少なくとも上半部の外側に沿って複数の鋼管圧入する工程aと、前記施工予定位置に横坑を掘削しつつ、前記立坑に建て込んだリング状構造体を前記横坑に圧入する工程bと、を具備することを特徴とする地下構造物の施工方法である。

0008

本発明によれば、リング状構造体を用いるので部材の厚みを薄くすることが可能である。また、地下構造物の施工予定位置の少なくとも上半部の地盤を複数の鋼管によって支持しつつ、横坑を掘削してリング状構造体を圧入するので、非開削部に短期間で地下構造物を施工できる。

0009

前記工程aで、前記施工予定位置の内部に、前記鋼管と平行に複数の中段支持鋼材を設置してもよい。
これにより、地下構造物が大型である場合などに、施工予定位置の内部の地盤を中段支持鋼材で支持して掘削面滑りを抑止できる。

0010

中段支持鋼材を設置する場合、前記工程bで、前記リング状構造体の内部に作業用ステージを設け、前記中段支持鋼材の端部を前記作業用ステージで支持しつつ前記作業用ステージを用いて前記横坑を掘削することが望ましい。
作業用ステージを設けることにより、横坑を掘削する際に作業用ステージ上にも重機等を配置することができる。また、中段支持鋼材の端部を作業用ステージで支持することにより、横坑の掘削によって露出した中断支持鋼材が片持ち状態となることを防止できる。

0011

中段支持鋼材を設置する場合、前記工程bで、前記施工予定位置の前記中段支持鋼材より上方の地盤を所定の距離まで掘削した後、前記中段支持鋼材より下方の地盤を掘削面が前記上方の地盤と連続するように掘削することが望ましい。
これにより、掘削面の崩落リスクを低減し、安全に横坑を掘削できる。

0012

前記工程aで、前記施工予定位置の全周の外側に沿って前記鋼管を圧入してもよい。
これにより、施工予定位置の周辺地盤からの外圧リング状に配置された鋼管で支えることができる。

0013

前記工程bで、前記横坑を掘削した後、前記横坑内から前記鋼管同士の間に継手部分を設置してパイプルーフを形成してもよい。
これにより、継手付きの鋼管の圧入が困難であっても、止水性が確保されたパイプルーフを形成できる。

発明の効果

0014

本発明によれば、部材の厚みを薄くすることが可能で、非開削部に短期間で地下構造物を施工できる地下構造物の施工方法を提供できる。

図面の簡単な説明

0015

地盤1に鋼管9を圧入した状態を示す図。
鋼管9周辺の拡大図。
横坑の掘削を開始した状態を示す図。
作業用ステージ21の斜視図。
スライド機構27を設置した状態を示す図。
リング状構造体19を圧入した状態を示す図。
施工予定位置を上下に分割して掘削する方法を示す図。
施工予定位置を上下に分割して掘削する方法を示す図。
他の作業用ステージ21aを示す図。
作業用ステージ21aを用いて地下構造物を施工する例を示す図。

実施例

0016

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。本実施形態では、断面が略円形の地下構造物を施工する。

0017

図1は、地盤1に鋼管9を圧入した状態を示す図である。図1(a)は施工予定位置の軸方向の断面を示す図、図1(b)は図1(a)に示す矢印A−Aによる断面を示す図である。

0018

図1に示す工程では、まず、地盤1に発進立坑3および到達立坑5を構築する。地下構造物は発進立坑3から到達立坑5に向けて構築され、以下、「前方」は到達立坑5側に、「後方」は発進立坑3側に対応する。そして、発進立坑3と到達立坑5の坑口形成予定位置付近改良地盤7を形成する。改良地盤7は、地盤1から発進立坑3や到達立坑5内への地下水の流入を防止する。

0019

次に、発進立坑3と到達立坑5との間に複数の鋼管9を圧入する。鋼管9は、断面が略円形の地下構造物の施工予定位置の全周の外側に沿って圧入される。鋼管9内には図示しない中詰めコンクリート充填する。鋼管9は、施工予定位置の周囲の地盤1を支持する。

0020

また、鋼管9の圧入と前後して、施工予定位置の内部に、鋼管9と平行に複数の中段支持鋼材11を設置する。中段支持鋼材11は、例えば鋼管である。中段支持鋼材11は、例えば施工予定位置の高さ方向の中央付近、すなわち施工予定位置の周方向断面において水平方向の幅が最も大きくなる部分に設置される。中段支持鋼材11は、一定間隔で設置してもよいし、周方向断面の中央部分が外側部分より密になるように設置してもよい。中段支持鋼材11は、施工予定位置の内部の地盤1を支持する。

0021

鋼管9を施工予定位置の全周の外側に沿って圧入したら、複数の鋼管9で囲まれた部分の周囲に改良地盤13を形成する。改良地盤13は、発進立坑3と到達立坑5との間の全長に亘って形成される。

0022

図2は、図1(b)における鋼管9周辺の拡大図である。図2に示すように、鋼管9は外周の2ケ所にアングル材10が設けられ、隣り合う鋼管9のアングル材10同士が近接するように地盤1に圧入される。改良地盤13を形成するには、隣り合う鋼管9のアングル材10同士の間に注入管12を設置し、注入管12から薬液注入する。

0023

図3は、横坑の掘削を開始した状態を示す図である。図3(a)は施工予定位置の軸方向の断面を示す図、図3(b)は図3(a)に示す矢印B−Bによる断面を示す図である。図4は、作業用ステージ21の斜視図である。

0024

図3に示す工程では、発進立坑3内に複数のリング状構造体19を建て込む。リング状構造体19は、例えば地上で1リングずつ組み立てられて発進立坑3内に吊り下ろされる。

0025

発進立坑3内にリング状構造体19を建て込んだら、リング状構造体19の底部上に配置した重機等を用いて発進立坑3の鏡面15(図1参照)の鏡割りを行い、施工予定位置の地盤1を所定の距離まで掘削して横坑17を形成する。

0026

改良地盤13は地盤1から横坑17への地下水の流入を防止する。横坑17の掘削で発生した掘削土は、必要に応じてリング状構造体19内の埋戻し土39(図6参照)などに用いられる。不要な掘削土は発進立坑3から地上に排出される。

0027

所定の距離まで横坑17を形成したら、リング状構造体19の内部に作業用ステージ21を設置する。図4に示すように、作業用ステージ21は、鋼管211、桁212a、桁212b、覆工板213、脚214等からなる。脚214は、前記した中段支持鋼材11と直交する方向に配置された桁212bを支える。桁212bは、中段支持鋼材11の延長上の位置に配置された鋼管211、鋼管211同士の間に鋼管211と平行に配置された桁212aを支える。

0028

作業用ステージ21は、脚214がリング状構造体19上に設置され、前方側の桁212bから鋼管211、桁212a、覆工板213が突出するように配置される。また、横坑17の掘削時に露出した中段支持鋼材11の端部が作業用ステージ21の鋼管211内に挿入される。これにより、中段支持鋼材11の端部が作業用ステージ21で支持される。

0029

なお、リング状構造体19を建て込む工程、鏡割りを行う工程、横坑17を掘削する工程、作業用ステージ21を設置する工程を実施する順序は、上記の通りでなくてもよい。例えば、鏡割りを行った後、リング状構造体19を建て込んでもよい。

0030

図3に示す工程では、作業用ステージ21を設置した後、作業用ステージ21を用いて横坑17内から鋼管9同士の間に継手部分であるジャンクションモルタル23を設置する。これにより、鋼管9とジャンクションモルタル23とからなるパイプルーフ25が形成される。横坑17の掘削面37には地盤1の滑り防止のために傾きがもたせてある。そのため、横坑17の上半部では、下半部よりも長い区間にパイプルーフ25が形成される。

0031

図5は、スライド機構27を設置した状態を示す図である。図5(a)は施工予定位置の軸方向の断面を示す図、図5(b)はスライド機構27を設置した部分の断面斜視図である。また、図6は、リング状構造体19を圧入した状態を示す図である。図6(a)は施工予定位置の軸方向の断面を示す図、図6(b)は図6(a)に示す矢印C−Cによる断面を示す図である。

0032

図5に示す工程では、横坑17の下半部のパイプルーフ25上にスライド機構27を設置する。

0033

スライド機構27は、図5(b)に示すように、例えばレール29と短管31とからなる。レール29は鋼管9の延伸方向に配置される。短管31は、断面が円形で長さがレール29の幅以下であり、レール29上に並べて配置される。

0034

スライド機構27を設置したら、発進立坑3内に設置した圧入装置33を用いてリング状構造体19の端面を前方に押し、図6(a)に示すようにリング状構造体19の一部を発進立坑3から横坑17に圧入する。

0035

ここで、図6(b)に示すように、リング状構造体19は底部付近に脚部20を有し、スライド機構27は脚部20に対応する位置に設けられる。そのため、圧入装置33でリング状構造体19を押すと、リング状構造体19の脚部20がスライド機構27上で短管31の回転によってレール29の延伸方向に移動して、発進立坑3内のリング状構造体19の一部が横坑17内に配置される。リング状構造体19内に設置された作業用ステージ21も同時に移動する。

0036

図5(a)に示す発進立坑3内のリング状構造体19の一部の横坑17内への圧入が終わったら、図6(a)に示すように発進立坑3内にリング状構造体19をさらに建て込み、リング状構造体19を後方に延伸する。

0037

その後、横坑17をさらに掘削するが、このとき施工予定位置の中段支持鋼材11より上方の地盤と下方の地盤とに分割して掘削してもよい。

0038

図7図8は、施工予定位置を上下に分割して掘削する方法を示す図である。施工予定位置を上下に分割して掘削する場合、まず、図7(a)に示すように、作業用ステージ21上に配置した重機等を用いて、中段支持鋼材11より上方の地盤1aを所定の距離まで掘削する。これにより、上方の地盤1aのみ横坑17が延伸され、上方の地盤1aの掘削面37と下方の地盤1bの掘削面37とが不連続となる。そして、横坑17の上半部にジャンクションモルタル23を設置してパイプルーフ25を形成する。

0039

上方の地盤1aを掘削したら、図7(b)に示すように、リング状構造体19の底部上に配置した重機等を用いて、中段支持鋼材11より下方の地盤1bを掘削面37が上方の地盤1aの掘削面37と連続するように掘削する。これにより、下方の地盤1bにも横坑17が延伸される。そして、横坑17の下半部にジャンクションモルタル23を設置してパイプルーフ25を形成し、パイプルーフ25上にスライド機構27を設置する。

0040

その後、図8に示すように発進立坑3内のリング状構造体19を横坑17に圧入して、発進立坑3に新たなリング状構造体19を建て込む。圧入による作業用ステージ21の移動に伴って作業用ステージ21から後方側に突出した中段支持鋼材11(図8破線で示す部分)は、切断して撤去する。

0041

以降、横坑17をさらに掘削する工程と、新たに掘削した区間にパイプルーフ25を形成してスライド機構27を設置する工程と、リング状構造体19を横坑17に圧入して新規のリング状構造体19を発進立坑3に建て込む工程とを繰り返して、発進立坑3と到達立坑5との間の全長に亘ってリング状構造体19を配置する。そして、立坑からリング状構造体19とパイプルーフ25との間に流動化処理土を充填して地下構造物を完成する。

0042

ここで、一回の掘削工程における横坑17の掘削距離はパイプルーフ25を形成せずに坑壁の安定をある程度保つことが可能な距離であり、一回の圧入工程におけるリング状構造体19の圧入数は掘削工程における横坑17の掘削距離に応じて決定される。横坑17の掘削距離を短くすれば、掘削後の早期にパイプルーフ25を形成してリング状構造体19を圧入することができるので、これらを用いて横坑17の周囲の地盤1を確実に支えることができる。

0043

なお、横坑17の上半部にパイプルーフ25を形成する際には、必要に応じて作業用ステージ21の前方に図示しない延長ステージを設置してもよい。この場合、掘削面37にぶつからないように延長ステージを撤去してからリング状構造体19を圧入する。

0044

このように、本実施形態によれば、リング状構造体19を用いるので部材の厚みを薄くすることが可能である。また、地下構造物の施工予定位置の外周部の地盤1からの外圧をリング状に配置された複数の鋼管9によって支持した状態で横坑17を掘削しつつ、横坑17にリング状構造体19を圧入するので、非開削部に短期間で地下構造物を施工できる。

0045

本実施形態では、施工予定位置の内部に複数の中段支持鋼材11を設置して地盤1を支持することにより、掘削面37の滑りを抑止でき、中段支持鋼材11を設けない場合と比較して掘削面37の傾きを急にすることができる。また、リング状構造体19の内部に作業用ステージ21を設けることにより、リング状構造体19の底部だけでなく作業用ステージ21上にも重機等を配置して横坑17を掘削することができる。さらに、中段支持鋼材11の端部を作業用ステージ21で支持できるので、中段支持鋼材11が片持ち状態となることを防止できる。

0046

本実施形態では、横坑17内から鋼管9同士の間にジャンクションモルタル23を設置することにより、継手付きの鋼管の圧入が困難な地盤にも止水性が確保されたパイプルーフ25を形成できる。また、施工予定位置の上方の地盤1aと下方の地盤1bとを分割して掘削することにより、掘削面37の崩落のリスクを低減して安全に横坑17を掘削できる。

0047

なお、作業用ステージは上記した構成に限らず、掘削用の重機等を設置したり走行させたりできるとともに、中段支持鋼材11の端部を支持できるような構成であればよい。

0048

図9は、他の作業用ステージ21aを示す図である。作業用ステージ21aは、鋼管211、桁212c、覆工板213、脚214等からなる。脚214は、前記した中段支持鋼材11と直交する方向に配置された桁212cを支える。桁212cは、覆工板213を支える。中段支持鋼材11の延長上の位置に配置された鋼管211は、桁212cのウェブに設けた孔に挿通される。

0049

図10は、作業用ステージ21aを用いて地下構造物を施工する例を示す図である。図10に示すように、リング状構造体19内に作業用ステージ21aを設け、作業用ステージ21aの鋼管211に中段支持鋼材11を通した場合にも、上記の実施形態と同様の効果が得られる。

0050

作業用ステージ21aを用いる場合、必要に応じて発進立坑3側に脚214、桁212c及び覆工板213を追加してもよい。これにより、重機等の作業スペースを後方に延長できる。

0051

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

0052

例えば、本実施形態では施工予定位置の全周の外側に沿って鋼管9を圧入したが、鋼管9の圧入範囲はこれに限らない。鋼管9の圧入範囲は地盤1の条件によって決定される。鋼管9は、少なくとも施工予定位置の上半部の外側に沿って圧入されればよい。

0053

また、リング状構造体19の底部上に設置した重機で横坑17の全面を掘削できる場合は、作業用ステージ21を設けなくてもよい。さらに、横坑17の掘削時に掘削面37が崩落する可能性がなければ中段支持鋼材11を省略してもよい。

0054

本実施形態ではパイプルーフ25の継手部分にジャンクションモルタル23を用いたが、継手部分の構成はこれに限らない。鋼管9同士の間隔が狭く地下水が多い場合には本実施形態で示した継手部分が有効であるが、鋼管9同士の間隔が広く地下水が少ない場合には、例えば、鋼管9同士を鋼材でつないで鋼材の外周側に木矢板を設置した構成の継手部分を用いることもできる。

0055

1、1a、1b………地盤
3………発進立坑
5………到達立坑
7、13………改良地盤
9………鋼管
10………アングル材
11………中段支持鋼材
12………注入管
15………鏡面
17………横坑
19………リング状構造体
20………脚部
21、21a………作業用ステージ
23………ジャンクションモルタル
25………パイプルーフ
27………スライド機構
29………レール
31………短管
33………圧入装置
35………クレーン
37………掘削面
39………埋戻し土
211………鋼管
212a、212b、212c………桁
213………覆工板
214………脚

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