JP3937391B2 - 既設地下構造物と新設シールドトンネルとの接合方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、既設シールドトンネルなどの既設地下構造物と新設シールドトンネルとの接合方法に関し、特に、これらの接合部分に地震対策を施す技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
掘削中のシールド掘進機で構築している新設シールドトンネルを既設のシールドトンネルの側面に接合して、両者をドッキングさせる方法としては、従来、シールド掘進機を既設シールドトンネルとの接合地点の近傍で停止し、シールド掘進機の先端と接合地点との間に地盤改良ゾーンを形成し、その後、シールド掘進機の内部から、地盤改良ゾーンを貫通して、先端が接合地点の既設シールドトンネルの外面に到達する円筒状の貫入リングを設置した後に、掘進機本体と既設シールドトンネルとの間を連通させるとともに、貫入リングと掘進機体とを結合させていた。
【０００３】
この場合、貫入リングは、後からその内面側に打設される場所打ちコンクリートにより、掘進機本体側の新設シールドトンネルおよび既設シールドトンネルの双方に剛結合されていた。
【０００４】
しかしながら、このような従来の既設シールドトンネルとシールド掘進機を介する新設シールドトンネルとの接合方法には、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、既設シールドトンネルと、その側面に結合される新設シールドトンネルとの間に介在する貫入リングを双方に剛結合する接合方法では、地震時に、既設シールドトンネルと新設シールドトンネルとの振動挙動が異なるので、これらの結合部分に応力集中が発生し易くなる。
【０００６】
このような結合部分へ応力集中が発生すると、結合部分にクラックが入ったり、破壊される要因となり、このような欠陥が結合部分に発生すると、この部分が水道となって、出水事故や地盤陥没事後に繋がる恐れがあるし、このような欠陥の補修工事には、多大な時間と費用がかかるという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、地震時に、既設地下構造物と新設シールドトンネルとの間の結合部分に、応力集中が発生しない接合方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、既設シールドトンネルなどの既設地下構造物と、掘進機本体の先端側に掘削部が設けられたシールド掘進機で構築した新設シールドトンネルとを接合させる際に、前記シールド掘進機を前記既設地下構造物との接合地点の近傍で停止させ、前記シールド掘進機の内部から、前記シールド掘進機の先端と前記接合地点との間に形成された地盤改良ゾーンを貫通して、先端が前記接合地点の前記既設地下構造物の外面に到達する貫入リングを設置した後に、前記掘進機本体と前記既設地下構造物との間を連通させるとともに、前記貫入リングと前記掘進機本体とを介して、前記既設地下構造物と前記新設シールドトンネルとを結合させる接合方法において、前記貫入リングと前記掘進機本体との間に可撓性構造部を介在させる既設地下構造物と新設シールドトンネルとの接合方法であって、前記可撓性構造部は、外周側が前記掘進機本体の内面に固設され、内周側にシールパッキンを介装して、前記貫入リングの外周に摺接する外リングプレートと、外周側にシールパッキンを介装して、前記貫入リングの内面に摺接する内リングプレートと、一端側が前記掘進機本体の内面に固定され、前記貫入リングの端面に当接してその後退を防止するとともに、前記内リングプレートを内方側から支持する後退防止板と、前記貫入リングと前記内，外リングプレートの周面との間に形成された注入空間に充填された親水性ポリウレタン系やクロロプレン系の水膨張性シール材とで構成した。
【０００９】
このように構成した既設地下構造物と新設シールドトンネルとの接合方法によれば、既設地下構造物と新設シールドトンネルとの結合部分の位置する貫入リングと掘進機本体との間に可撓性構造部を介在させるので、地震動に対して、既設構造物と新設シールドトンネルの双方が、他方に影響を及ぼすことなく、独自に挙動することが可能になる。
【００１０】
この結果、地震時に、既設地下構造物と新設シールドトンネルとの結合部分に応力集中が発生することを回避できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１から図８は、本発明にかかる既設地下構造物と新設シールドトンネルとの接合方法の一実施例を示している。
【００１４】
これらの図に示した接合方法は、新設シールドトンネル１０が接合される既設地下構造物は、既設シールドトンネル１２であって、この既設シールドトンネル１２の中心軸上の側面に新設シールドトンネル１０をドッキングさせる場合に、本発明を適用している。
【００１５】
既設シールドトンネル１２は、セグメント１２ａを環状に組立てて、円形断面に形成されている。新設シールドトンネル１０を構築するシールド掘進機１４は、両端が開口した円筒状のスキンプレート（掘進機本体）１６を有している。
【００１６】
スキンプレート１６の前端側には、掘削ビットを有する面板１８が回転自在に設置され、この面板１８を図外の油圧モータなどで回転駆動させることにより、地山が掘削され、面板１８は、シールド掘進機１４の掘削部となっている。
【００１７】
また、スキンプレート１６の後部側には、シールド掘進機１４の掘進に伴って、順次環状にセグメント２０が組立てられ、環状に組立てられたセグメント２０を軸方向に連結することで、新設シールドトンネル１０が構築される。
【００１８】
スキンプレート１６の内部には、セグメント２０に反力を取って、これを前方に掘進させる複数のシールドジャッキ２２が、周方向に所定の間隔をおいて設置されている。
【００１９】
面板１８には、径方向に出没するコピーカッタ２４が内蔵されていて、このコピーカッタ２４を突出させて掘削することで、スキンプレート１６の直径よりも小さい外径の面板１８の外方を、スキンプレート１６の直径とほぼ同じ径に掘削できるように構成されている。
【００２０】
また、スキンプレート１６の内部には、円筒状の貫入リング２６が設置されている。本実施例の貫入リング２６は、両端が開口した所定長さの円筒状のものであって、図２に要部を拡大して示すように、スキンプレート１６の先端内周面に、外周が固設されたリングビーム２８に貫通形成されたスリット孔３０から出没自在に設置されている。
【００２１】
この場合、貫入リング２６の出没位置は、面板１８の外端よりも外側にあって、出没に伴う貫入リング２６と面板１８の相互干渉が回避できるようになっている。
【００２２】
この貫入リング２６は、全体を円筒状に形成したものでもよいし、円筒を周方向に複数に分割した円弧状の曲面板を組合わせた形状のものであってもよい。貫入リング２６の先端側には、外および内リングプレート３２，３４とシールパッキン３６とで構成したシール部３７が設けられている。
【００２３】
このシール部３７は、その詳細を図３に拡大して示すように、軸方向に所定の間隔をおいて、２段状に突出する突起３２ａ，３４ａが設けられた外および内リングプレート３２，３４を、各突起３２ａ，３４ａが対向するように配置し、対向する突起３２ａ，３４ａ間に貫入リング２６を挿通させて、突起３２ａ，３４ａと貫入リング２６の内外面との間にそれぞれシールパッキン３６を介装するようになっている。
【００２４】
外リングプレート３２は、貫入リング２６の外周面に沿って延設され、その外周端は、スキンプレート１６の内周面に固設されている。内リングプレート３４は、貫入リング２６の内周面に沿って延設され、その側方端面は、リングビーム２８の側面に固設されている。
【００２５】
このように構成したシール部３７では、２段状に突出する突起３２ａ，３４ａが設けられた外および内リングプレート３２，３４とリングビーム２８とにより、外リングプレート３２の内面および内リングプレート３４の外面と貫入リング２６の内外面との間に、２列状の環状注入空間３８が形成され、これらの各環状注入空間３８には、バルブ付きの注入管路４０が連通設置されている。
【００２６】
一方、貫入リング２６の内部には、先端側に開口した洗浄管４２が内蔵されている。また、貫入リング２６の後端側には、リングビーム２８に本体が固設された押出ジャッキ４４の伸縮端が結合されている。
【００２７】
既設シールドトンネル１２に新設シールドトンネル１０を接合する際には、掘進してきたシールド掘進機１４が、図１に示すように、既設シールドトンネル１２の接合地点の近傍で停止される。
【００２８】
次に、シールド掘進機１４の先端と既設シールドトンネル１２の接合地点との間に地盤改良ゾーン４６を形成する。この地盤改良ゾーン４６は、既設シールドトンネル１２やシールド掘進機１４内から凍結ないしは薬液注入工法などを採用して、ドッキングすべき周辺の地盤を安定化させる。なお、この地盤改良ゾーン４６は、シールド掘進機１４が接合地点に到達する前に、地上側から形成しても良い。
【００２９】
地盤改良ゾーン４６が形成されると、次に、図４に示すように、シールド掘進機１４の内部から、地盤改良ゾーン４６を貫通して、先端が接合地点の既設シールドトンネル１２の外面に到達するように貫入リング２６が設置される。
【００３０】
貫入リング２６をこのような状態に設置する際には、シールド掘進機１４内に設けられている押出ジャッキ４４が使用され、図２に示す押出ジャッキ４４の伸縮プランジャを収縮すると、貫入リング２６が前方に押し出される。貫入リング２６を押出して、既設シールドトンネル１２の側面に当接させる際には、洗浄管４２から洗浄液を噴出させる。
【００３１】
次に、シールド掘進機１４の面板１８やバルクヘッドを除去し、既設シールドトンネル１２の接合地点のセグメント１２ａを撤去して、スキンプレート１６と既設シールドトンネル１２との間を連通させる。
【００３２】
このような連通作業が終了すると、本実施例の場合には、新設シールドトンネル１０と既設シールドトンネル１２との間の結合部分に可撓性構造部４８が設けられる。
【００３３】
この可撓性構造部４８は、スキンプレート１６内に位置する貫入リング２６の周面と、スキンプレート１６の内面との間に、前述したシール部３７を利用して形成される。
【００３４】
すなわち、本実施例の可撓性構造部４８は、外，内リングプレート３２，３４と、後退防止板５０と、抜け止板５２と、シール材５４とを備えている。外リングプレート３２は、外周側がスキンプレート１６の内面に固設され、内周側にシールパッキン３６を介装して貫入リング２６の外周に摺接している。
【００３５】
内リングプレート３４は、外周側にシールパッキン３６を介装して貫入リング２６の内面に摺接している。後退防止板５０は、一端側がスキンプレート１６の内面に固定され、貫入リング２６の端面に、抜け止板５２を介して、当接してその後退を防止するようになっている。
【００３６】
また、この後退防止板５０は、内端側が内リングプレート３４の内面に沿って延設されていて、内リングプレート３４を内方側から支持している。抜け止板５２は、貫入リング２６の後端に固設され、貫入リング２６が前方に抜け出すのを防止する。
【００３７】
シール材５４は、例えば、親水性ポリウレタン系やクロロプレン系などの水膨張性シール材の液状物であり、注入管路４０を介して、環状注入空間３８内に注入充填される。このように構成された可撓性構造部４８では、シール材５４とシールパッキン３６によりシール性が確保されている。
【００３８】
また、２段状に突出する突起３２ａ，３４ａが設けられた外および内リングプレート３２，３４を、各突起３２ａ，３４ａが対向するように配置し、対向する突起３２ａ，３４ａ間に貫入リング２６を挿通させて、突起３２ａ，３４ａと貫入リング２６の内外面との間にそれぞれシールパッキン３６を介装しているので、貫入リング２６は、シールパッキン３６を圧縮変形させることで、貫入リング２６が新設シールドトンネル１０に対して偏心して、可撓性が得られる。
【００３９】
この場合の偏心ないしは可撓性の度合いは、突起３２ａ，３４ａと貫入リング２６の内外面との間の隙間の大きさに応じて、適宜変更することができる。
【００４０】
以上のようにして、貫入リング２６とスキンプレート１６との間に可撓性構造部４８が介在させられると、次に、図７に示すように、スキンプレート１６の内周面側と、貫入リング２６の内周面側とに、それぞれ場所打ちコンクリート層５６を形成して覆工を行う。
【００４１】
この場合、場所打ちコンクリート層５６は、可撓性構造部４８を除くようにして、分断して形成され、一方のコンクリート層５６の端部が既設シールドトンネル１２のセグメント１２ａと一体化され、他方のコンクリート層５６の端部が新設シールドトンネル１０のセグメント２０と一体化される。
【００４２】
場所打ちコンクリート層５６が分断された部分には、図８に示すような、伸縮性のある金属カバー５８が設置され、このカバー５８を設置すると、新設シールドトネル１０と既設シールドトンネル１２との接合が完了する。
【００４３】
さて、以上のように構成した接合方法によれば、新設シールドトネル１０と既設シールドトンネル１２との接合部分に位置する貫入リング２６とスキンプレート１６との間に可撓性構造部４８を介在させるので、地震動に対して、新設シールドトネル１０と既設シールドトンネル１２との双方が、他方に影響を及ぼすことなく、独自に挙動することが可能になる。
【００４４】
この結果、地震時に、新設シールドトネル１０と既設シールドトンネル１２との結合部分に応力が発生することを回避でき、これにより、結合部分にクラックが入ったり、破壊される要因を排除することができる。
【００４５】
なお、上記実施例では、既設地下構造物として既設シールドトンネル１２を例示したが、本発明は、既設シールドトンネル１２に新設シールドトンネル１０を接合する場合だけでなく、到達立坑に新設シールドトンネル１０を接合する場合にも適用することができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明にかかる既設地下構造物との新設シールドトンネルとの接合方法によれば、既設地下構造物と新設シールドトンネルとの間の結合部分に応力が発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる既設地下構造物との新設シールドトンネルとの接合方法の初期状態の断面説明図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】図２のＡ部拡大図である。
【図４】図１に引き続いて行われる工程の要部説明図である。
【図５】図４に引き続いて行われる工程の要部説明図である。
【図６】図５のＢ部拡大図である。
【図７】図５に引き続いて行われる工程の要部説明図である。
【図８】図６に引き続いて行われる工程の要部説明図である。
【符号の説明】
１０ 新設シールドトンネル
１２ 既設シールドトンネル（地下構造物）
１４ シールド掘進機
１６ スキンプレート（掘進機本体）
１８ 面板
２０ セグメント
２２ シールドジャッキ
２６ 貫入リング
３２ 外リングプレート
３４ 内リングプレート
３８ 環状注入空間
４４ 押出ジャッキ
４６ 地盤改良ゾーン
４８ 可撓性構造部

Claims (1)

1. 既設シールドトンネルなどの既設地下構造物と、掘進機本体の先端側に掘削部が設けられたシールド掘進機で構築した新設シールドトンネルとを接合させる際に、前記シールド掘進機を前記既設地下構造物との接合地点の近傍で停止させ、前記シールド掘進機の内部から、前記シールド掘進機の先端と前記接合地点との間に形成された地盤改良ゾーンを貫通して、先端が前記接合地点の前記既設地下構造物の外面に到達する貫入リングを設置した後に、前記掘進機本体と前記既設地下構造物との間を連通させるとともに、前記貫入リングと前記掘進機本体とを介して、前記既設地下構造物と前記新設シールドトンネルとを結合させる接合方法において、前記貫入リングと前記掘進機本体との間に可撓性構造部を介在させる既設地下構造物と新設シールドトンネルとの接合方法であって、
   前記可撓性構造部は、外周側が前記掘進機本体の内面に固設され、内周側にシールパッキンを介装して、前記貫入リングの外周に摺接する外リングプレートと、外周側にシールパッキンを介装して、前記貫入リングの内面に摺接する内リングプレートと、
   一端側が前記掘進機本体の内面に固定され、前記貫入リングの端面に当接してその後退を防止するとともに、前記内リングプレートを内方側から支持する後退防止板と、
   前記貫入リングと前記内，外リングプレートの周面との間に形成された注入空間に充填された親水性ポリウレタン系やクロロプレン系の水膨張性シール材とからなることを特徴とする既設地下構造物と新設シールドトンネルとの接合方法。

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