JP4022687B2

JP4022687B2 - 地下構造物の構築工法

Info

Publication number: JP4022687B2
Application number: JP2002212302A
Authority: JP
Inventors: 耕一田中; 義信鈴木; 新一田島
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2022-07-22
Also published as: JP2004052398A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、比較的浅い位置に構築される地下構造物の構築工法に関し、開削で施工できない場合の大断面トンネル特に幅の狭い道路や限られた用地の下に地下構造物を構築する場合に適し、例えば地下道、地下鉄などの地下交通施設、電力、ガス、上下水道などのライフライン施設、さらには地下鉄の駅舎、地下街、地下駐車場などの都市施設として広く利用される地下構造物の建設に用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
これまで、都市部における道路、鉄道、河川、公園などの公共施設の限られた施設内の地盤面下に地下交通施設などの地下構造物を構築する方法としては、敷地面積が広く敷地に比較的余裕があるときは、地上から施工する開削工法が用いられ、他の施工方法として円形または矩形の大断面シールド工法、さらに大断面トンネルの外殻部を複数の小断面または中断面シールドマシンで構築した後、内部を掘削して大断面地下空間を完成するＭＭＳＴ工法などが用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、開削工法の場合、掘削規模が非常に大きいと周囲の地山を保持する山止め壁、支持杭、支保工などの仮設工事が大規模なものとなり、また大量の掘削土と埋戻し土が発生し、その処理・取り扱いが大きな課題になっていた。
【０００４】
特に、非常に限られた敷地内で比較的面積が広く、しかも掘削断面幅が途中で変化するような地下構造物を開削工法で構築する場合、掘削のための山止め壁を周辺構造物に近接させて施工する必要があるため、大規模掘削に伴い発生する周辺地盤の変形・沈下が周辺の地上構造物に大きな影響を及ぼし、その影響を低減するには地盤改良などの防護工が必要であった。
【０００５】
また施工中、地上に広大な作業帯が必要になることから、地上の道路や公園などの地上施設の使用を一部制限せざるを得ず、交通渋滞を招く等して市民生活に大きな影響を及ぼす場合もあった。
【０００６】
一方、大断面シールド工法の場合、シールドマシンが大掛りなものとなる等してきわめて不経済な施工を強いられ、特に円形断面シールド工法の場合、形状的にいわゆるデットスペースが生じ、しかも掘削土量が膨大になり、トンネルの掘削コストが嵩み、きわめて不経済なものとなり、残土処理などの環境上の課題があった。
【０００７】
また、間口の広い断面や断面幅が途中で変化する地下構造物を施工するには、特殊仕様のシールドマシンが必要になり、施工可能なシールド孔の断面も非常に限られたものになる等の課題があった。
【０００８】
本願発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、近隣の既存構造物への影響がきわめて少なく、かつ都市部などのきわめて限られた道路や用地の下に可能な限り大きな空間を持つ地下構造物をきわめて効率的に、かつ安全に構築できる地下構造物の構築工法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の地下構造物の構築工法は、複数階をなす地下構造物を構築する地下構造物の構築工法であって、シールド孔を掘進する工程と、当該シールド孔より下方に山止め壁を構築する工程と、前記シールド孔より下方の地盤を掘削する工程と、各階の床スラブを構築する工程と、各階の側壁を構築する工程とからなり、前記シールド孔は地下一階分の空間を有する矩形断面形に掘進すると共に、鋼殻または鋼製セグメントと中柱によって地山を保持しつつ掘進し、前記山止め壁は前記シールド孔を作業空間にして構築し、前記各階の床スラブと側壁のうち地下一階の床スラブは前記シールド孔の床部分に構築し、前記地下一階の側壁は前記シールド孔内に構築し、当該地下一階の床スラブおよび側壁より下方に地下二階以降の各階の床スラブと側壁を構築することを特徴とするものである。
【００１０】
この場合のシールド孔は、施工後地下構造物の地下一階として用いられる部分であり、また施工に際しては、地下構造物を構築する際の作業空間として利用する部分であるため、少なくとも地下一階分の空間を有するシールド孔とする必要がある。
【００１１】
また、シールド孔の地山は、例えば図６に図示するような鋼殻または鋼製セグメントで覆工するが、他にＲＣセグメント等の既成セグメントで覆工してもよく、特に鋼殻は厚手の鋼板からシールド孔の大きさや形状に応じて任意大きさのものまで比較的容易にしかも廉価に形成することができ、また必要に応じてコンクリートを充填して全体または部分的に補強できるので、製作および施工時の自由度が高く、この場合の覆工材として適している。
【００１２】
また、地下構造物の間口（幅）が非常に大きい場合には、複数のシールド孔を所定間隔離して並列に掘進した後、各シールド孔間の地盤部を掘削して一つの大空間を形成し、この大空間を作業空間として山止め壁を施工し、地下構造物を構築することもできる。
【００１３】
請求項２記載の地下構造物の構築工法は、請求項１記載の地下構造物の構築工法において、地下二階以降の各階の床スラブと側壁は、シールド孔より下方の地盤を掘削しながら最下階まで順に構築することを特徴とするものである。
【００１４】
本工法は、いわゆる逆巻きコンクリート工法であり、本工法によれば構築後の側壁および床スラブを、次の階の側壁と床スラブを構築する際の山止めと切り梁として利用することにより施工の効率化を図ることができる。
【００１５】
請求項３記載の地下構造物の構築工法は、請求項１記載の地下構造物の構築工法において、地下二階以降の各階の床スラブと側壁は、シールド孔より下方の地盤を最下階まで掘削した後、最下階から上階に順に構築工することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項４記載の地下構造物の構築工法は、請求項１〜３のいずれかに記載の地下構造物の構築工法において、シールド孔の鋼殻または鋼製セグメントに、当該鋼殻または鋼製セグメントより下方に山止め壁を構築するための開口部を前記シールド孔の掘進方向に連続して設け、その両側に補強梁を設置し、当該補強梁間に複数の横梁を設置することを特徴とするものである。
【００１７】
請求項５記載の地下構造物の構築工法は、請求項１〜４のいずれかに記載の地下構造物の構築工法において、山止め壁を柱列式地中連続壁工法でシールド孔より構築することを特徴とするものである。
【００１８】
柱列式地中連続壁工法の一例として、ＳＭＷ工法があり、例えば先端に削孔ビットを備えた削孔機を用い、この削孔機で掘削した掘削土と注入したセメントミルク等を攪拌混合して柱列体を造成し、この柱列体に芯杭としてＨ形鋼などの形鋼を挿入する地中連続壁の施工方法である。この他に地中連続壁ＲＣ工法などを用いることもできる。
【００１９】
請求項６記載の地下構造物の構築工法は、請求項１〜５のいずれかに記載の地下構造物の構築工法において、シールド孔より下方に中間杭を施工することを特徴するものである。本工法は、地下構造物の間口（幅）が非常に広い場合や施工地盤が必ずしも安定しない場合などにシールド孔の下方に支持杭として中間杭を施工することにより、必要な支持力を確保するものである。
【００２０】
なお、請求項１〜６記載のいずれの工法においても、各シールド孔の断面形状は特に限定されるものではないが、シールド孔の掘削断面を矩形断面とした場合、地下空間として利用する上で無駄な空間が発生しにくく、また掘削土量も掘削断面に比して少なく望ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本願発明の地下構造物の構築工法によって構築された地下構造物の一例を示し、図において比較的浅い位置に地下一階の天井スラブ１が配置され、その下側に各階の床スラブ２ａ，２ｂと基礎スラブ３が配置され、その両側に各階の側壁４ａ，４ｂ，４ｃが配置されている。
【００２２】
また、地下一階の天井スラブ１と床スラブ２ａとの間、各階の床スラブ２ａ，２ｂの間、および基礎スラブ３とその直上階の床スラブ２ｂとの間には各階の柱または間仕切り壁５ａ，５ｂ，５ｃがそれぞれ配置されていることもある。
【００２３】
地下一階の天井スラブ１、各階の床スラブ２ａ，２ｂ、基礎スラブ３および各階の側壁４ａ，４ｂ，４ｃ、そして各階の柱または間仕切り壁５ａ，５ｂ，５ｃは、いずれもＲＣ構造やＳＲＣ構造などによって構築されている。
【００２４】
このような構成において、次に地下構造物の構築工法の一例を図２〜図８に示す例に基いて説明する。
【００２５】
▲１▼ 最初に、シールドマシンの発進基地として予め構築した立坑（図省略）内にシールドマシン（図省略）を組み立てる。この場合のシールドマシンには、切り羽を掘削するための複数の面板とシールド孔の径を変更するための拡径および縮径の機能を備え、偏平な矩形状に構成されたシールドマシンを用いる。
【００２６】
▲２▼ 次に、この立坑からシールドマシンを推進させて構築しようとする地下構造物Ａの地下一階分の空間を有するシールド孔６を矩形断面形に掘進する。同時に、シールドマシンのテール部において鋼殻７を組立て、シールド孔６の地山を複数の鋼殻７からなる鋼殻セグメント７Ａによって覆工する。また、鋼殻セグメント７Ａ内に中柱８を建て付ける（ＳＴＥＰ．１参照）。
この場合、必要に応じてシールドマシンの拡径および縮径機能を作動させてシールド孔６の径を変える。
【００２７】
ここで用いる鋼殻７には、例えば図８（ａ），（ｂ）に図示するように、ほぼ平行に設置された複数の主桁板７ａ，７ａとこの主桁板７ａ，７ａの端部間にそれぞれ設置された継手板７ｂ，７ｂと主桁板７ａ，７ａ間に所定間隔おきに設置された複数のリブ板７ｃと、これらの部材からなる枠体の地山側に設置されたスキンプレート７ｄとから矩形板状に形成されたものを用いる。
【００２８】
また特に、後述する中間杭を打ち込む位置の鋼殻７には、例えば図８（ｃ）に図示するように中間杭を打ち込むための杭建込み孔７ｅが形成され、かつその周囲に補強リブ７ｆが取り付けられた鋼殻を用いる。
【００２９】
そして、このように形成された鋼殻７は、シールド孔６の地山にその周方向と掘進方向にそれぞれ互いに隣接させて設置し、かつシールド孔６の周方向と掘進方向に隣接する鋼殻７どうしを継手ボルト等の継手金具によってそれぞれ接合する。
【００３０】
中柱８は鋼殻セグメント７Ａの補強材であり、Ｈ形鋼などの形鋼を用い、シールド孔６内に掘進方向に所定間隔おきに建て付ける。この場合、鋼殻リング７Ａの床部と天井部に受け土台（図省略）と受け梁（図省略）をシールド孔６の掘進方向または径方向に架け渡し、この受け土台と受け針梁との間に中柱８を建て込むものとする。
【００３１】
▲３▼ 次に、シールド孔６内の空間を作業空間にして、シールド孔６より下方の地盤中に中間杭９を打ち込む（ＳＴＥＰ．２参照）。中間杭９は杭建込み孔７ｅから地盤中に打ち込む。
この場合の中間杭９にはＨ形鋼などの形鋼を用い、シールド孔６内において形鋼を適宜継ぎ足しながら打ち込む。また、各中間杭９の上端部に中柱８と同様の目的で中柱９ａを建て込み、その上端部は中柱８の上端部と同様に受け梁（図省略）で受ける。
【００３２】
▲４▼ 次に、鋼殻セグメント７Ａの床部の両端部分イに、鋼殻セグメント７Ａの一部を撤去してシールド孔６の掘進方向に連続する開口部１０を形成する（ＳＴＥＰ．３参照）。また、例えば図６（ｃ）および図７に図示するように、開口部１０の両側に補強梁１１，１１をシールド孔６の掘進方向に連続させて設置し、かつこの補強梁１１，１１間に横梁１２を所定間隔おきに架け渡すことにより、開口部１０を形成したことによる鋼殻セグメント７Ａの強度低下を防ぐ。なお、この場合の補強梁１１と横梁１２にはＨ形鋼などを用いるものとする。
【００３３】
▲５▼ 次に、開口部１０より下方に山止め壁１３を施工する（ＳＴＥＰ．４〜６参照）。この場合の山止め壁１３は、例えば先端に削孔ビットを備えた削孔機を用い、この削孔機で掘削した掘削土と注入したセメントミルクとを攪拌混合して柱列体１３ａを造成し、この柱列体１３ａに芯杭１３ｂとしてＨ形鋼などの形鋼や鋼管を挿入する柱列式地中連続壁工法などによって施工する。なお、開口部１０は山止め壁１３を施工した後、コンクリート１３ｃを打設して埋める。
【００３４】
▲６▼ 次に、山止め壁１３の上端部に中柱１４を建て付け、かつ中柱１４，１４間に切梁１５を架け渡して鋼殻セグメント７Ａを補強し、そして鋼殻セグメント７Ａの床部の鋼殻７と中柱８を撤去する（ＳＴＥＰ．７参照）。なお、この場合の中柱１４と切梁１５にはＨ形鋼などの形鋼を用いる。
【００３５】
▲７▼ 次に、鋼殻７を撤去した位置に地下一階の床スラブ２ａを構築し、また地下一階の天井スラブ１、側壁４ａ，４ａおよび地下一階の柱または間仕切り壁５ａをそれぞれ構築する（ＳＴＥＰ．８参照）。この場合、中柱１４は側壁４ａの鉄骨材として用い、中柱９ａは柱または間仕切り壁５ａの鉄骨材として用いる。
【００３６】
▲８▼ 次に、床スラブ２ａの下側の地盤を地下二階分の深さまで掘り下げ、そしてその底部に地下二階の床スラブ２ｂを構築し、また地下二階の側壁４ｂ，４ｂをそれぞれ構築する（ＳＴＥＰ．９参照）。
以下、同様にして床スラブ２ｂの下側の地盤を地下三階分の深さまで掘り下げた後、地下三階の床スラブとともに基礎スラブ３、側壁４ｃ，４ｃをそれぞれ構築する（ＳＴＥＰ．１０，１１参照）。
【００３７】
▲９▼ そして、切梁１５と不要な中柱を撤去して工事を完了する（ＳＴＥＰ．１２参照）。
なおこの場合、山止め壁１３，１３と各階の床スラブ２ａ，２ｂ，２ｃおよび基礎スラブ３を先に構築し、その後から各階の側壁４ａ，４ｂ，４ｃおよび各階の柱または間仕切り５ａ，５ｂ，５ｃを構築してもよい。
【００３８】
また特に、地下構造物Ａの間口（幅）が特に広い場合には、例えば図９に図示するように、複数のシールド孔６，６を所定間隔離して並列に掘進した後、各シールド孔６，６間の地盤部Ｂを掘削して一つの大空間６Ａを形成し、この大空間６Ａを作業空間として山止め壁１３を施工し、地下構造物Ａを構築することもできる。
【００３９】
この場合、シールド孔６，６間の地盤部Ｂを掘削するには、例えばシールド孔６，６の上端部間に山止め材として鋼管や形鋼などを並列に架け渡し、その後シールド孔６側から山止め材の下側の地盤部Ｂを掘削して大空間６Ａを形成し、そして地山を鋼殻で覆工し、さらに鋼殻セグメントの補強材として複数の中柱を建て付ける。
【００４０】
【発明の効果】
本願発明は以上説明したとおりであり、必要な地下空間を有する地下構造物を非開削工法により容易に構築することができ、特に大規模な掘削が不要なことから地上施設の構造変更、供用制限は不要であり、また仮設構造物、掘削土量を最少に抑えることができ、しかも埋め戻し土量は発生せず、さらに周囲の既存構造物に対して悪影響を及ぼすことも少ない。
【００４１】
また、掘削断面を自由に変更できるため、非開削工法でありながら幅の広い断面や幅が変化する地下構造物をも、限られた用地幅、既存の埋設物で挟まれた空間を有効に利用して容易に構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、地下構造物の一例を示す縦断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、施工工程を示す縦断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、施工工程を示す縦断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、施工工程を示す縦断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、施工工程を示す縦断面図である。
【図６】シールド孔の一例を示し、（ａ）はシールド孔の一部斜視図、（ｂ）は（ｃ）におけるＡ部拡大図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】図６（ａ）におけるＣ部拡大断面図である。
【図８】鋼殻の一例を示し、（ａ），（ｂ）は鋼殻の平面図、（ｃ）は鋼殻の断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、施工工程を示す平面図である。
【符号の説明】
１地下一階の天井スラブ
２ａ各階の床スラブ
２ｂ各階の床スラブ
３基礎スラブ
４ａ各階の側壁
４ｂ各階の側壁
４ｃ各階の側壁
５ａ各階の柱または間仕切り壁
５ｂ各階の柱または間仕切り壁
５ｃ各階の柱または間仕切り壁
６シールド孔
７鋼殻
７Ａ鋼殻セグメント
８中柱
９中間杭
１０開口部
１１補強梁
１２横梁
１３山止め壁
１４中柱
１５切梁

Claims

複数階をなす地下構造物を構築する地下構造物の構築工法であって、シールド孔を掘進する工程と、当該シールド孔より下方に山止め壁を構築する工程と、前記シールド孔より下方の地盤を掘削する工程と、各階の床スラブを構築する工程と、各階の側壁を構築する工程とからなり、前記シールド孔は地下一階分の空間を有する矩形断面形に掘進すると共に、鋼殻または鋼製セグメントと中柱によって地山を保持しつつ掘進し、前記山止め壁は前記シールド孔を作業空間にして構築し、前記各階の床スラブと側壁のうち地下一階の床スラブは前記シールド孔の床部分に構築し、前記地下一階の側壁は前記シールド孔内に構築し、当該地下一階の床スラブおよび側壁より下方に地下二階以降の各階の床スラブと側壁を構築することを特徴とする地下構造物の構築工法。
地下二階以降の各階の床スラブと側壁は、シールド孔より下方の地盤を掘削しながら最下階まで順に構築することを特徴とする請求項１記載の地下構造物の構築工法。
地下二階以降の各階の床スラブと側壁は、シールド孔より下方の地盤を最下階まで掘削した後、最下階から上階に順に構築工することを特徴とする請求項１記載の地下構造物の構築工法。
シールド孔の鋼殻または鋼製セグメントに、当該鋼殻または鋼製セグメントより下方に山止め壁を構築するための開口部を前記シールド孔の掘進方向に連続して設け、その両側に補強梁を設置し、当該補強梁間に複数の横梁を設置することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の地下構造物の構築工法。
山止め壁を柱列式地中連続壁工法によってシールド孔よりで構築することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の地下構造物の構築工法。
シールド孔より下方に中間杭を施工することを特徴する請求項１〜５のいずれかに記載の地下構造物の構築工法。