JP2023146573A - 函体の設置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パイプルーフと函体との間の地山に発生した欠損部による地山の緩みを防止する。【解決手段】複数本のパイプ８を相互に隣接するように地山Ｅに挿入して、設置される函体１１を防護するためのパイプルーフ８Ｒを構築する第１の工程と、パイプルーフ８Ｒの下側に函体１１を進入させて、函体設置予定領域Ｓに函体１１を設置する第２の工程とを有し、第２の工程では、パイプ８のパイプルーフ８Ｒ側に形成された注入孔８ａからパイプルーフ８Ｒと函体１１との間に硬質発泡ウレタンＵＦを注入する。【選択図】図４

Description

本発明は、函体の設置方法に関し、アンダーパス工事において地山に挿入した複数の鋼管で構築されるパイプルーフの下側に函体を設置するときの地山の緩みを防止する技術に関するものである。

アンダーパス工法は、都市トンネルを非開削により構築する施工方法である。すなわち、鉄道や道路等の施設を使用したままの状態で下側の地盤を掘削し、ボックスカルバートなどの函体を設置して隧道を構築する工法である。なお、鉄道や道路等の施設の進路と隧道の進路とは交差する。

このようなアンダーパス工法の一つとして、上部の施設に沈下や変形が生じないように、函体設置予定領域の外側に、当該函体の上面、あるいは上面と両側面を覆う形で複数の鋼管（パイプ）を挿入して防護部材としてのパイプルーフを構築し、当該パイプルーフの下側に本体構造物である函体を設置する工法が知られている。

当該工法において、鋼管は函体の幅方向および上下方向になるべく隙間なく連続して配置され、地山の発進側から到達側まで貫通させる。また、鋼管は、矩形または円形の中空断面を有しており、中空部の内側から切羽を掘削しながら地山に挿入される。１組の鋼管が発進側から到達側に達した（挿入が完了した）後、これに隣接する鋼管が発進側から挿入される。

また、鋼管を前進させながら、上端に設けた注入孔から地山に充填剤を注入する。充填剤は鋼管を挿入することでその上方の地山に生じた緩みを担保するためのものである。よって、充填剤としては、止水性と硬化性とを有しているものが好適である。なお、充填剤の注入は、鋼管を所定距離（例えば、鋼管１ピース分）挿入した後、掘削と挿入とを止めて、前方を土留め部材で保護して切羽面の地山を安定させてから行われる。

このようにして鋼管を地山に挿入してパイプルーフを構築したならば、その下側に函体が挿入される。その際、パイプルーフと函体の上面とは所定の間隔を維持するように施工される。また、函体の切羽側前面は開口しており、その外周には刃口が設けられている。そして、函体の開口の内側から切羽を掘削しながら函体を前進させ、到達側まで施工が行われる。

なお、鋼管の前方を土留め部材で保護する技術としては、特開２０１８－１７２９２９号公報（特許文献１）に記載された技術があり、パイプルーフの下側に函体を進入させる際における路面の沈下等の発生を防止する技術としては、特開２００３－０６４９８５号公報（特許文献２）に記載された技術がある。

特許文献１には、中空パイプ部材（鋼管）の掘進作業を休止している間、掘進作業を休止した中空パイプ部材の掘削刃口部材にエアバック部材をセットし、当該エアバック部材を膨張させてその先端面部を切羽面に押し付けて密着させるとともに、膨張させたエアバック部材の側周面部を掘削刃口部材の内周面に押し付けて支持反力を得ることによって、切羽面を土留めする技術が記載されている。

また、特許文献２には、パイプルーフと函体との間に、函体に設けられた注入口から、それ自体は固化性を持たない流動性充填材を所定圧力で注入するとともに、刃口の外縁部に配備した流体封止手段により流動性充填材の流出を防止して、パイプルーフと函体との間に生じた地山の欠損部に流動性充填材を充満させた状態に維持して函体を進入させる技術が記載されている。

特開２０１８－１７２９２９号公報 特開２００３－０６４９８５号公報

ここで、前述したアンダーパス工法において、パイプルーフの下側には掘削されていない（乱されていない）地山が存在しており、これがパイプルーフを下側から支持している。当該地山は、函体の進入に伴って函体や刃口との摩擦によって進入方向に運ばれたり、函体先端から崩れたりして部分的に欠損ができてしまうことがある。

とりわけ函体の幅が広い場合は、その幅の函体が同時に進入することになるので、パイプルーフと函体の間の地山が函体の進入で受ける影響が大きくなり、欠損が大きくなる。

さらに、函体の長さが長くなると、これらの欠損の累積によって地山の緩みが大きくなり、結果として地上に構築された施設、設備等に沈下や変形が生じるおそれがある。

本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、パイプルーフと函体との間の地山に発生した欠損部による地山の緩みを防止することができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明における函体の設置方法は、複数本の鋼管を相互に隣接するように地山に挿入して、設置される函体を防護するためのパイプルーフを構築する第１の工程と、前記パイプルーフの下側に前記函体を進入させて、函体設置予定領域に前記函体を設置する第２の工程と、を有し、前記第２の工程では、前記鋼管の前記パイプルーフ側に形成された注入孔から前記パイプルーフと前記函体との間に硬質発泡ウレタンを注入する、ことを特徴とする。

請求項２に記載の発明における函体の設置方法は、請求項１記載の発明において、前記パイプルーフは、前記函体設置予定領域の上側に複数本の鋼管が相互に隣接するように地山に挿入された一文字型、または前記函体設置予定領域の上側および両側部の外側に複数本の鋼管が相互に隣接するように地山に挿入された門型であり、前記硬質発泡ウレタンは、少なくとも前記函体の上側に位置する部分の前記パイプルーフと前記函体の上面との間に注入する、ことを特徴とする。

請求項３に記載の発明における函体の設置方法は、請求項１または２に記載の発明において、前記第２の工程では、進入中の先頭の前記函体が前記鋼管に形成された注入孔に達したときに、当該注入孔から前記パイプルーフと前記函体との間に硬質発泡ウレタンを注入する、ことを特徴とする。

請求項４に記載の発明における函体の設置方法は、請求項１～３の何れか一項に記載の発明において、前記第２の工程では、前記函体を、その進行方向側の開口から前方の地山を掘削しながら進入させる工法により前記パイプルーフの下側に設置する、ことを特徴とする。

本発明によれば、硬質発泡ウレタンをパイプルーフと函体との間に注入するようにしているので、硬質発泡ウレタンがパイプルーフと函体との間の地山に生じた欠損部に浸透して硬化するので、地山の緩みを防止することが可能になる。

本発明の一実施の形態における地山にパイプルーフを構築する工程を示す説明図である。 図１の工程によって構築されたパイプルーフを示す正面図である。 本発明の一実施の形態におけるパイプルーフの下側に函体を進入させて設置する工程を示す説明図である。 図３の工程で函体の設置を行う際における要部拡大図である。 本発明の一実施の形態により構築されたパイプルーフとその下側に設置された函体を示す正面図である。

以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

本実施の形態の函体の設置方法を図１～図５を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態における地山にパイプルーフを構築する工程を示す説明図、図２は図１の工程によって構築されたパイプルーフを示す正面図、図３はパイプルーフの下側に函体を進入させて設置する工程を示す説明図、図４は図３の工程で函体の設置を行う際における要部拡大図、図５は構築されたパイプルーフとその下側に設置された函体を示す正面図である。なお、図１および図３において、符号Ｒは地山の表面に設けられた道路を示している。

ここで、本実施の形態における函体１１の設置には、ＦＪ工法（ＦＲＯＮＴＥ ＪＡＣＫＩＮＧ ＭＥＴＨＯＤ）と、ＥＳＡ工法（ＥＮＤＬＥＳＳ ＳＥＬＦ ＡＤＶＡＮＣＩＮＧ ＭＥＴＨＯＤ）とを組み合わせた工法が用いられている。

ＦＪ工法とは、パイプルーフ８Ｒ（図２参照）の施工完了後、地山Ｅの函体１１の設置範囲内に貫通孔を設けてＰＣ鋼線を設置し、ＰＣ鋼線の発進側を函体１１に、到達側を牽引ジャッキ（フロンテジャッキ）Ｊ２（図３参照）に接続することで、函体１１を到達側から引張って前進させる工法である。また、ＥＳＡ工法とは、軸方向に３つ以上のピースから構成される各函体１１をＰＣ鋼線で連結し、各ピース間と最後部にジャッキを設置し、ピースの尾部を固定して頭部を前進させ、次に頭部を固定して尾部を引き寄せるという動きを繰り返すことで、函体１１を１ピースずつ他の函体１１の反力を利用して順次推進させる工法である。そして、ＦＪ工法とＥＳＡ工法とを組み合わせた工法を用いることで、函体１１の牽引（ＦＪ工法）と反力による函体１１の推進（ＥＳＡ工法）とにより、函体１１を効率的に前進させることができる。

さて、図１に示すように、地山Ｅにおける函体１１（図３，図５参照）の設置予定領域の両側に仮土留杭１を打設して掘削することにより、道路Ｒを挟むようにして作業空間である２カ所の立坑２を形成する。続いて、一方の立坑２内に支圧壁３および発進台４を築造した後、井桁枠５を築造する。その後、後述するパイプ８を推進する架台６を築造した後、その架台６上に推進ジャッキ等のような推進機７を据え付ける。

そして、クレーン車等により架台６上にパイプ（鋼管）８を設置し、反対側の立坑２に向かって推進機７により推進して圧入する。圧入時にパイプ８の中に生じた掘削土は、例えば、オーガ等のような搬送装置により外部に排出する。但し、作業者が内部で作業することが可能な程度に太いパイプ８の場合には、作業者によりパイプ８の圧入面を掘削する工程と、推進機７によりパイプ８を圧入する工程とを繰り返すようにしてもよい。

なお、本実施の形態においては、交軸方向の断面が円形のパイプ８が用いられているが、交軸方向の断面が矩形のパイプであってもよい。また、１本のパイプ８では一方の立坑２から反対側の立坑２まで到達しない場合には、複数本のパイプ８を直列に接続しながら圧入するようにする。

ここで、パイプ８には、軸方向に沿って所定の間隔おきに注入孔８ａ（図４）が形成されている。この注入孔８ａは、後述するようにパイプ８を地山Ｅに圧入して形成されたパイプルーフ８Ｒと函体１１との間に硬質発泡ウレタンＵＦを注入するための孔である。したがって、パイプ８を地山Ｅに圧入する際には、注入孔８ａが函体設置予定領域Ｓ（図２）側を向くようにする。

１本目のパイプ８の圧入が完了したならば、そのパイプ８に隣接させて次のパイプ８を圧入し、さらに当該パイプ８に隣接させて次のパイプ８を圧入するという工程を繰り返し行う。このようにして、図２に示すように、設置される函体１１を防護するための複数のパイプ８で構成されたパイプルーフ８Ｒを形成する（第１の工程）。

本実施の形態では、パイプルーフ８Ｒの配置形状は門型となっている。すなわち、複数のパイプ８が、函体設置予定領域Ｓの上側および両側部の外側に沿って互いに隣接した状態で設置されている。但し、パイプルーフ８Ｒの配置形状は、門型に限定されるものではなく、例えば、複数のパイプ８を函体設置予定領域Ｓの上側に沿って互いに隣接した状態で一列に設置した一文字型などでもよい。

さて、パイプルーフ８Ｒを形成したならば、図３に示すように、当該パイプルーフ８Ｒの下側に函体１１を進入させて、函体設置予定領域Ｓに函体１１を設置する（第２の工程）。

函体１１は、例えば、地下横断歩道のような隧道を構築する構造体であり、中空構造となっている。図５に示すように、函体１１は、上下（高さ）方向で対向する上部スラブ１１－１および下部スラブ１１－２と、これらの両端および中間位置において横方向で対向する壁板１１－３とで構成されている。また、前後が開口部として開放されている。本実施の形態の函体１１は、複数のピース（函体１１）の開口部を互いに連通させた状態で軸方向に配置することで構築される。また、函体１１には、ＰＣ鋼線が挿通される貫通孔（図示せず）がパイプ８の長手方向（つまり、函体１１の推進方向）に沿って形成されている。

さて、図３において、函体１１を進入させて設置する際には、発進側の立坑２（ここでは、図３の右側の立坑２）から複数の函体１１を貫いてＰＣ鋼線で連結し、各函体１１の間に中押しジャッキＪ１を設置し、最後部にセンターホール式の油圧ジャッキであるＥＳＡジャッキ（図示せず）を設置する。なお、ＰＣ鋼線の先端（函体１１の推進方向の先端）は先頭の函体１１に固定し、後端は最後部のＥＳＡジャッキに取り付ける。なお、本実施の形態では、４ピースの函体１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが示されているが、ＥＳＡ工法が成立する複数函体があればよい。

また、先頭の函体１１ａの圧入方向先端には、地山を切削しながら函体１１ａを圧入するための刃口Ｂｍを設置する。

さらに、到達側の立坑２（ここでは、図３の左側の立坑２）から地山Ｅの函体１１の設置範囲内に貫通孔（ガイド導坑）を設けてＰＣ鋼線を挿通し、一方端を先頭の函体１１ａに固定し、他方端を到達側の立坑２に設けられて函体１１を牽引するための牽引ジャッキＪ２に接続する。

このような構成で、１つの函体１１を推進するときは、他の複数の函体１１の土圧および自重による摩擦抵抗力を反力抵抗体とする。具体的には、本実施の形態のように４ピースの函体１１ａ～１１ｄを推進する場合、先ず、先頭の函体１１ａを当該函体１１ａの尾部に設置された中押しジャッキＪ１で前進させる。このとき、前述した牽引ジャッキＪ２でも函体１１ａを牽引し、前進ができた位置で当該函体１１ａを保持して土圧による後退を防止する。次に、先頭の函体１１ａを前進させた中押しジャッキＪ１を縮めて、函体１１ｂの尾部に設置された中押しジャッキＪ１で函体１１ｂを前進させる。次に、函体１１ｂを前進させた中押しジャッキＪ１を縮めて、函体１１ｃの尾部に設置された中押しジャッキＪ１で函体１１ｃを前進させる。最後に、函体１１ｃを前進させた中押しジャッキＪ１を縮めて、ＰＣ鋼線で連結した函体１１ａ～１１ｃを反力として最後尾に設置したＥＳＡジャッキで最後部の函体１１ｄを前進させる。このようにして、先頭の函体１１ａから後続する函体１１ｂ、１１ｃ、１１ｄについて１ピースずつ順次推進して行き、パイプルーフ８Ｒの下側に函体１１を設置する（図５参照）。

ここで、函体１１を進入させるとき、図４に示すように、パイプ８に形成された注入孔８ａからパイプルーフ８Ｒと函体１１との間に硬質発泡ウレタンＵＦを注入する。本実施の形態では、パイプ８内には作業者が入っており、進入中の先頭の函体１１ａがパイプ８に形成された注入孔８ａに達したことをその作業者が確認したときに、確認した注入孔８ａからパイプルーフ８Ｒと函体１１との間に、人力で硬質発泡ウレタンＵＦを注入している。硬質発泡ウレタンＵＦを注入するのは、次のような理由からである。

すなわち、構築されたパイプルーフ８Ｒの下側には、当該パイプルーフ８Ｒを支持している未掘削の地山Ｅが存在するが、当該地山Ｅは、函体１１の進入に伴って函体１１や刃口Ｂｍとの摩擦によって進入方向に運ばれたり、刃口Ｂｍの先端から崩れて函体１１の前方側の開口部から函体１１内に土砂が流入するなどして部分的に欠損ができてしまう。

とりわけ、幅の広い函体１１では、その幅の函体１１が同時に進入することになるので、パイプルーフ８Ｒと函体１１の間の地山Ｅが函体１１の進入で受ける影響が大きくなって欠損が大きくなる。また、函体１１の長さが長くなると、地山Ｅの欠損の累積によって地山Ｅの緩みが大きくなり、結果として地上に構築された施設、設備等に沈下や変形が生じるおそれがある。

このとき、前述のように、硬質発泡ウレタンＵＦをパイプルーフ８Ｒと函体１１との間に注入することで、硬質発泡ウレタンＵＦが地山Ｅに生じた欠損部に浸透して硬化するので、地山Ｅの緩みを防止することが可能になる。

なお、硬質発泡ウレタンＵＦの注入タイミングは、先頭の函体１１ａがパイプ８に形成された注入孔８ａに達したとき、あるいは通過したときに限られるものではなく、自由に決定することができる。また、硬質発泡ウレタンＵＦの注入は作業者ではなくてもよく、例えば、カメラで注入孔８ａと函体１１との位置関係を確認しながら、パイプ８内にチューブを挿入して行ってもよい。作業者やカメラで函体１１の位置を確認する場合、全ての函体１１で確認する必要は無く、特定のパイプ８内から確認できたタイミングで全てのパイプ８から硬質発泡ウレタンＵＦを注入してもよい。また、全てのパイプ８に注入孔８ａを設ける必要は無く、硬質発泡ウレタンＵＦの充填性に応じて、いくつかおきに注入孔８ａを設けたパイプ８を設置してもよい。

硬質発泡ウレタンＵＦとしては、本実施の形態では、例えばセットフォーム（日清紡ケミカル株式会社の登録商標）が用いられている。この硬質発泡ウレタンＵＦは、注入後１２秒で発泡を開始し、硬化時間は約１分と早く、約３０分で最終強度（１Ｎ／ｍｍ^２程度）に達する。但し、用いられる硬質発泡ウレタンＵＦの種類は特に限定されるものではない。

ここで、前述のように、本実施の形態のパイプルーフ８Ｒの配置形状は門型となっており、複数のパイプ８が、函体設置予定領域Ｓの上側および両側部の外側に沿って互いに隣接した状態で設置されている。このような門型のパイプルーフ８Ｒでは、函体１１の上側に位置する部分のパイプルーフ８Ｒと函体１１の上面との間にだけ硬質発泡ウレタンＵＦを注入し、硬質発泡ウレタンＵＦの注入された函体１１の上面でパイプルーフ８Ｒを支持するようしてもよい。また、図５に示すように、パイプルーフ８Ｒの両側と函体１１の側面との間にも硬質発泡ウレタンＵＦを注入し、パイプルーフ８Ｒの側方にかかる土圧を函体１１の側面で支持するようしてもよい。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではない。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。

例えば、本実施の形態では、ＦＪ工法とＥＳＡ工法とを組み合わせた工法が用いられているが、これに限定されるものではなく、パイプルーフ８Ｒを使用するアンダーパス工法（パイプルーフ８Ｒの下側に函体１１を推進させて隧道を構築する工法）であれば、ＦＪ工法やＥＳＡ工法を単独で用いた工法、あるいは発進立坑側に反力壁を設けて当該反力壁で反力をとって函体１１を推進させる工法など、どのような工法でもよい。

また、本実施の形態においては、注入孔８ａが函体設置予定領域Ｓ側を向くようにパイプ８を地山Ｅに圧入しているが、注入孔８ａが厳密に函体１１と対向する位置になっている必要はなく、硬質発泡ウレタンＵＦがパイプルーフ８Ｒと函体１１との間に注入されるような位置を注入孔８ａが向いていればよい。

以上の説明では、本発明を、地下横断歩道を形成するための函体の設置方法に適用した場合について説明したが、例えば、下水道、導水路または道路用暗渠等、他の用途の函体の設置方法に適用することもできる。

１ 仮土留杭
２ 立坑
８ パイプ（鋼管）
８ａ 注入孔
８Ｒ パイプルーフ
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 函体
Ｂｍ 刃口
Ｅ 地山
Ｊ１ 中押しジャッキ
Ｊ２ 牽引ジャッキ
Ｓ 函体設置予定領域
ＵＦ 硬質発泡ウレタン

Claims (4)

1. 複数本の鋼管を相互に隣接するように地山に挿入して、設置される函体を防護するためのパイプルーフを構築する第１の工程と、
   前記パイプルーフの下側に前記函体を進入させて、函体設置予定領域に前記函体を設置する第２の工程と、
   を有し、
   前記第２の工程では、
   前記鋼管の前記パイプルーフ側に形成された注入孔から前記パイプルーフと前記函体との間に硬質発泡ウレタンを注入する、
   ことを特徴とする函体の設置方法。
2. 前記パイプルーフは、前記函体設置予定領域の上側に複数本の鋼管が相互に隣接するように地山に挿入された一文字型、または前記函体設置予定領域の上側および両側部の外側に複数本の鋼管が相互に隣接するように地山に挿入された門型であり、
   前記硬質発泡ウレタンは、少なくとも前記函体の上側に位置する部分の前記パイプルーフと前記函体の上面との間に注入する、
   ことを特徴とする請求項１記載の函体の設置方法。
3. 前記第２の工程では、
   進入中の先頭の前記函体が前記鋼管に形成された注入孔に達したときに、当該注入孔から前記パイプルーフと前記函体との間に硬質発泡ウレタンを注入する、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の函体の設置方法。
4. 前記第２の工程では、
   前記函体を、その進行方向側の開口から前方の地山を掘削しながら進入させる工法により前記パイプルーフの下側に設置する、
   ことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の函体の設置方法。

Images