JP4226433B2 - シールドの接合方法及び到達防護壁構造 - Google Patents

Description

本発明は、既設管または立坑の到達坑口に対し、これと交差する方向に新たなシールドトンネルを接合する方法と、既設管または立坑の到達坑口の新たなシールドトンネルとの接合部分である到達防護壁の構造に関するものである。

従来、既設のトンネルへ新たなシールドトンネルを接合する方法としては、図８に示すように、既設トンネル１０の内面側に予めコンクリート等による盛り付け材層（防護コンクリート）１８を形成しておくとともに、メインカッター２１の外周側に、先端に切削用ビット２２ｋを備えた、前進・回転可能な切削補強リング２２を装着したシールド掘進機２０を用いてトンネル２０Ｔの掘削を行い、上記シールド掘進機２０が既設トンネル１０に到達した時点で、上記切削補強リング２２を前進・回転させて上記既設トンネル１０側面の覆工（セグメントリング）１１を切削する。そして、上記セグメントリング１１の切削後には上記防護コンクリート１８の上記切削補強リング２２の内側を撤去して貫通孔１１Ｒを開口させる方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
ところで、上記方法においては、切削補強リング２２の周囲に切削による隙間（以下、切削溝という）２２ｍが生じ、この切削溝２２ｍから地下水が浸入する恐れがあるため、図９に示すように、上記防護コンクリート１８の打設に際し、その内部の切断予定位置に止水材注入用のＵ字状のパイプ１５を一定間隔毎に埋設しておく。そして、上記セグメントリング１１の切削時には、上記Ｕ字状のパイプ１５の折り返し部分１５ａは、上記切削補強リング２２により切断されるので、この時点で上記セグメントリング１１の切削を停止し、上記切断されたＵ字状のパイプ１５から止水材を注入して上記切削溝２２ｍに止水材を充填する。これにより、既設トンネル１０のセグメントリング１１と切削補強リング２２外周面間が止水される。
特開２０００−３５６０９２号公報

しかしながら、切削補強リング２２の外周面と切削溝面との間に形成された隙間（切削溝２２ｍ）は、セグメントリング１１の厚さに対しては極めて小さいこと、また、上記Ｕ字状のパイプ１５の切断点がセグメントリング１１内にあるため、特に、高圧下においては、上記Ｕ字状のパイプ１５からの注入材は既設トンネル１０の外周面までは十分に充填されず、地下水の浸入を防止するには不十分であった。
また、止水材は既設トンネル１０の内部側から充填されていくので、上記止水材が切削溝２２ｍのセグメントリング１１外側まで充填されているかどうかなどの、止水材の充填状態を確認できないことや充填状態にバラツキがあることなど、止水信頼性にも問題があった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、既設管または立坑の到達坑口に対し、これと交差する方向に新たなシールドトンネルを接合する際に、地下水の浸入を確実に防止することのできるシールドの接合方法と到達防護壁の構造とを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の発明は、既設管または立坑の到達坑口の接合位置の覆工を、新設トンネルを掘削するシールド掘進機に取付けられた、先端に切削用ビットを備えた切削補強リングを回転・前進させて切削して上記接合位置に貫通孔を形成するシールドの接合方法において、予め、上記既設管または立坑の到達坑口の内部の上記切削補強リングによる切削予定位置の外周側に上記切削補強リングが貫入する筒状体を設置し、この筒状体の内周側に、少なくとも一端が上記既設管または立坑の到達坑口内に導出する、上記切削補強リングによる切削予定位置に交差する交差部を有する止水注入用のパイプを配置し、上記筒状体を少なくとも外周部が撤去・再設置可能な複数の蓋部材に分割された蓋体で閉鎖し、上記筒状体の内部に盛り付け材を充填して盛り付け材層を形成した後、上記切削補強リングを回転・前進させて上記止水注入用のパイプを切断して、上記切削補強リングにより形成された切削溝に上記既設管または立坑の到達坑口の内側から止水材を充填させるとともに、上記筒状体の外周部に、上記覆工の外側に連通する止水材注入孔を設けて、上記既設管または立坑の到達坑口の外側から上記切削補強リングの外周側に止水材を注入し、上記各蓋部材で分割された領域毎に上記盛り付け材層の撤去を行うようにしたことを特徴とするものである。これにより、既設管または立坑の到達坑口の覆工の内部と外部とから上記切削溝に止水材を注入することができるので、止水の信頼性を大幅に向上させることが可能となるとともに、万が一漏水があった場合でも作業箇所が狭いので容易に止水対策を行うことが可能となる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のシールドの接合方法において、上記止水材注入用のパイプの少なくとも上記切削補強リングとの交差部を、上記既設管または立坑の到達坑口の覆工に埋設したことを特徴とするもので、これにより、既設管または立坑の到達坑口の覆工の内部からの注入材の注入を更に容易にすることができ、止水の信頼性を更に向上させることが可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のシールドの接合方法において、上記蓋体を人力撤去できる重量になる大きさの蓋部材に分割したことを特徴とするもので、これにより、重機等を用いることなく蓋部材の取付け及び取り外しができるので、作業効率を大幅に改善することができる。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のシールドの接合方法において、盛り付け材層の撤去後に、上記切削補強リングと上記筒状体の内面との間に、溶接等により止水鉄板を取付けるようにしたことを特徴とするもので、これにより、止水の信頼性を更に向上させることが可能となる。

また、請求項５に記載の発明は、既設管または立坑の到達坑口の接合位置の覆工を、新設トンネルを掘削するシールド掘進機に取付けられた、先端に切削用ビットを備えた切削補強リングを回転・前進させて切削して、上記接合位置に貫通孔を形成する際に、上記既設管または立坑の到達坑口の上記接合部分に構築される到達防護壁構造であって、上記既設管または立坑の到達坑口の内部の上記切削補強リングによる切削予定位置の外周側に設置された筒状体と、この筒状体の内周側に配置された、少なくとも一端が上記既設管または立坑の到達坑口内に導出する、上記切削補強リングによる切削予定位置に交差する交差部を有する止水注入用のパイプと、上記筒状体を上記既設管または立坑の到達坑口の内部側から閉鎖する、少なくとも外周部が撤去・再設置可能な複数の蓋部材に分割された蓋体と、上記筒状体の内部に盛り付け材を充填して形成される盛り付け材層と、上記筒状体の外周部に設けられた、上記覆工の外側に連通する止水材注入孔とを備えたものである。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の到達防護壁構造において、上記止水材注入用のパイプの少なくとも上記切削補強リングとの交差部を、上記既設管または立坑の到達坑口の覆工に埋設したものである。

本発明によれば、既設管または立坑の到達坑口と新設シールドとを接合する際に、止水材注入用のパイプを埋設するとともに、切削溝形成部の外周部に、上記既設管または立坑の到達坑口の覆工の外側に連通する止水材注入孔を設けて、上記既設管または立坑の到達坑口の内側と外側の両方から上記切削補強リングの外周部に止水材を注入するようにしたので、高水圧下においても止水の信頼性を大幅に向上させることができる。
このとき、上記止水材注入用のパイプの上記切削補強リングとの交差部を、上記既設管または立坑の到達坑口の覆工に埋設するようにすれば、注入材の注入を更に容易にすることができる。
また、上記止水材注入孔と上記切削補強リングとの間に上記切削補強リングが貫入する筒状体を配置するとともに、上記パイプの埋設後、上記筒状体を外周部が開閉可能な複数の蓋部材に分割された蓋体で閉鎖し、上記各蓋部材で分割された領域毎に上記盛り付け材層の撤去を行うようにしたので、万が一漏水があった場合でも容易に止水対策を行うことができる。更に、上記切削補強リングと上記筒状体の内面との間に、溶接等により止水鉄板を取付けるようすれば、止水の信頼性を更に向上させることができる。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
なお、以下の説明中、従来例と共通する部分については同一符号を用いて説明する。
図１及び図２は、本最良の形態に係る既設トンネル１０の到達防護壁の構築方法を示す図で、各図において、（ａ）図は既設トンネル１０の開口予定部をトンネル内側から見た正面図で、（ｂ）図は（ａ）図のＡ−Ａ断面図である。
本例では、まず、図１の径Ｄの一点鎖線で示す既設トンネル１０の開口予定部の周辺に位置するセグメントリング１１を補強部材１２にて補強した後、上記セグメントリング１１の、新設トンネルを掘削するシールド掘進機（図示せず）に取付けられた切削補強リング２２による切削予定位置の外周側に、上記切削補強リング２２が貫通する鋼性の筒状体１３を設置する。そして、この筒状体１３の周囲に、円周方向に沿って複数箇所に止水材注入孔１４を形成するとともに、上記各注入孔１４にそれぞれ注入バルブ１４ｖを取付け、この注入バルブ１４ｖを図示しない注入材供給装置に接続する。なお、本例では、上記セグメントリング１１を構成するセグメントとして、鋼製のセグメントを用いた。
次に、図２に示すように、上記筒状体１３の内周側に、円周方向に沿って、止水材注入用のＵ字状のパイプ１５を複数配置する。このとき、上記各パイプ１５の上記切削補強リング２２との交差部となる折り返し部分１５ａを上記セグメントリング１１内に位置させるとともに、折り返し部分１５ａが上記切削予定位置にくるように、上記各パイプ１５を一定間隔毎に上記セグメントリング１１に埋設した後、上記各パイプ１５両端のトンネル内導出部１５ｂ，１５ｂにそれぞれバルブ１５ｖ，１５ｖと圧力計（図示せず）とを取付ける。
Ｕ字状のパイプ１５の配置が完了した後には、上記筒状体１３を蓋体１６で閉鎖し、支保工１７により押さえて、その内部にコンクリート等の盛り付け材を充填して盛り付け材層１８を形成して到達防護壁を構築する。
本例の蓋体１６は、上記パイプ１５の埋設部を覆う外周部１６Ａとその内側の中央部１６Ｂとに大別されており、外周部１６Ａは、更に、人力により撤去・再設置が可能な重量となる大きさの複数の蓋部材１６ａに分割されている。また、中央部１６Ｂは、例えば、４分割程度に分割した。

次に、シールドの接合方法について、図３（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
はじめに、地山を掘削して新設トンネル２０Ｔを構築しながらシールド掘進機２０を前進させ、上記到達防護壁が構築された既設トンネル１０の側面に上記シールド掘進機２０が到達した時点で停止させた後、上記シールド掘進機２０に取付けられた切削補強リング２２を回転させて既設トンネル１０の切削予定位置のセグメントリング１１及び盛り付け材層１８を切削する。そして、上記筒状体１３の内周側に配置されたＵ字状のパイプ１５の折り返し部分１５ａを切断した時点で上記切削補強リング２２の前進・回転を停止させる。上記Ｕ字状のパイプ１５の切断確認は、上記パイプ１５のバルブ１５ｖを開いて上記パイプ１５内に水などの流体を予め充填しておき、上記切削補強リング２２により上記パイプ１５が切断されて、上記切削補強リング２２により形成された円形の切削溝２２ｍ内に浸入してきた地下水の圧力により上記流体の圧力が変化したときにその圧力変化を上記パイプ１５に取付けられた図示しない圧力計により検出するなどして行うことができる。なお、その後は、上記バルブ１５ｖを閉じ、上記パイプ１５を図示しない注入材供給装置に接続する。
切削補強リング２２の前進・回転の停止確認後には、上記注入バルブ１４ｖを開放して筒状体１３の外周部の注入孔１４からセグメントリング１１外側の地山内に注入材を注入し、更に、上記パイプ１５から上記切削補強リング２２により形成された切削溝２２ｍへ注入材を注入する。上記注入孔１４からの注入材は、図３（ｂ）に示すように、セグメントリング１１の外側から注入されるので、上記切削補強リング２２とセグメントリング１１との接合部における切削補強リング２２外周側の切削溝２２ｍを確実に充填することができ、止水性を大幅に向上させることができるだけでなく、セグメントリング１１の切削時に上記セグメントリング１１の外周側に生じる地山５０との隙間５０ｍにも注入材を充填することができるので、セグメントリング１１と切削補強リング２２との間を確実に止水することができる。更には、上記接合部の内側と外側の両方から注入材を注入することができるので、止水性を大幅に向上させることができる。
加えて、上記止水材注入用のＵ字状のパイプ１５の切断部がセグメントリング１１内にあることから上記パイプ１５からセグメントリング１１の外側までの距離が短いので、注入材の注入を容易にすることができ、止水の信頼性を更に向上させることができる。

注入材の注入後には、シールド掘進機２０のチャンバ圧力、上記パイプ１５に設置した圧力計、漏水量の測定量により止水性を確認後、図４（ａ），（ｂ）に示すように、上記外周部の蓋部材１６ａのうち、上部から２〜３ピースを撤去して、内部の充填コンクリート（盛り付け材層１８の外周部）をはつるとともに、上記切削補強リング２２の先端部に装着されている切削用ビット２２ｋを撤去する。そして、切削補強リング２２と筒状体１３の内面側との間に止水鉄板１９を溶接等により取付けた後、上記各ピース（蓋部材１６ａ）を元に位置に戻す。この作業を繰り返し行うことにより、図５（ａ），（ｂ）に示すように、上記切削補強リング２２全周に止水鉄板１９を取付けて止水の補強を行う。これにより、万が一切削溝２２ｍからの漏水があった場合でも既設トンネル１０内部への地下水の侵入を防止することができる。
止水鉄板１９の取付け後には、、蓋体１６と支保工１７と盛り付け材層１８の残った充填コンクリートを撤去する。最後に、シールド掘進機２０を解体した後、図６（ａ），（ｂ）に示すように、接合部の場所打ちコンクリート２３を施工する。

このように、本最良の形態では、既設トンネル１０の、新設トンネル２０Ｔを掘削するシールド掘進機２０の切削補強リング２２による切削予定位置の外周側に、上記切削補強リング２２が貫通する鋼性の筒状体１３を設置して、この筒状体１３の周囲の複数箇所に止水材注入孔１４を形成するとともに、上記筒状体１３の内周側に、接合時には切削補強リング２２により切断される止水材注入用のＵ字状のパイプ１５を複数配置し、その後、上記筒状体１３を蓋体１６で閉鎖し、支保工１７により押さえて、その内部にコンクリート等の盛り付け材を充填して盛り付け材層１８を形成して到達防護壁を構築することにより、新設トンネル２０Ｔとの接合時に、既設トンネル１０の内部と外部とから上記切削補強リング２２の周囲に止水材を注入することができるので、止水性を大幅に向上させることができる。
また、注入材の注入後には、上記切削補強リング２２と筒状体１３の内面側との間に止水鉄板１９を溶接するようにしたので、万が一漏水があった場合でも既設トンネル１０内部への地下水の浸入や土砂の侵入を確実に防止することができる。

上記最良の形態では、セグメントリング１１を構成するセグメントとして、鋼製のセグメントを用いたがＲＣであってもよい。但し、ＲＣセグメントを用いる場合には、セグメントを作製する時に、上記Ｕ字状のパイプ１５を予め埋設しておいたり、Ｕ字状のパイプ１５の埋設箇所を予め確保しておいたりしておくことが好ましい。なお、注入材は、上記止水材注入孔１４からも切削溝２２ｍに充填されるので、上記Ｕ字状のパイプ１５を設置する際には、上記パイプ１５の切削補強リング２２との交差部を、必ずしも、セグメントリング１１内に埋設する必要はなく、盛り付け材層１８内に埋設しても止水性を大幅に向上させることができる。

また、上記例では、既設トンネル１０に新設トンネル２０Ｔを接合する場合について説明したが、これに限るものではなく、本発明は、立抗の到達坑口に新設トンネルを接合する場合にも適用可能である。
図７（ａ），（ｂ）は、立抗の到達坑口３０に構築した到達防護壁の一例を示す図で、立抗の到達坑口３０の坑口コンクリート３１の、図示しないシールド掘進機に取付けられた切削補強リング２２による切削予定位置の外周側に、上記切削補強リング２２が貫通する鋼性の筒状体１３を設置するとともに、上記筒状体１３の周囲の複数箇所に止水材注入孔１４を形成し、上記各注入孔１４にそれぞれ注入バルブ１４ｖを取付け、この注入バルブ１４ｖを図示しない注入材供給装置に接続する。
次に、上記筒状体１３の内周側に、バルブ１５ｖ，１５ｖと圧力計（図示せず）が取付けられた複数個の止水材注入用のＵ字状のパイプ１５を、折り返し部分１５ａが上記切削予定位置にくるように埋設した後、上記筒状体１３を蓋体１６で閉鎖し、支保工１７Ｋにより押さえて、その内部にモルタルを充填して盛り付け材層１８Ｋを形成して到達防護壁を構築する。
そして、立抗の到達坑口３０に新設トンネルを接合する際には、上記最良の形態と同様に、上記注入孔１４と上記パイプ１５とを用いて立坑の到達坑口３０の内部と外部とから上記切削補強リング２２の周囲に止水材を注入することにより、止水性を確保する。
また、注入材の注入後には、上記切削補強リング２２と筒状体１３の内面側との間に止水鉄板を溶接することにより止水性を更に向上させる。

以上説明したように、本発明によれば、既設管または立坑の到達坑口の覆工の内部と外部とから上記切削溝に止水材を注入することにより、高水圧下においても、接合作業時の止水性と安全性を確保するようにしたので、既設管または立坑の到達坑口と新たなシールドトンネルとの接合を容易にかつ確実に行うことができる。

本発明の最良の形態に係る到達防護壁の構築方法を示す図である。 本最良の形態に係る到達防護壁の構築方法を示す図である。 本最良の形態に係るシールドの接合方法を示す図である。 本最良の形態に係るシールドの接合方法を示す図である。 本最良の形態に係るシールドの接合方法を示す図である。 本最良の形態に係るシールドの接合方法を示す図である。 本発明に係る到達防護壁の他の例を示す図である。 従来のシールドの接合方法を示す図である。 従来のシールドの接合方法における止水方法を示す図である。

符号の説明

１０ 既設トンネル、１１ 既設トンネルのセグメントリング、１２ 補強部材、
１３ 筒状体、１４ 止水材注入孔、１４ｖ 注入バルブ、１５ Ｕ字状のパイプ、
１５ａ 折り返し部分、１５ｂ トンネル内導出部、１５ｖ バルブ、１６ 蓋体、
１６Ａ 蓋体の外周部、１６ａ 蓋部材、１６Ｂ 蓋体の中央部、１７ 支保工、
１８ 盛り付け材層、１９ 止水鉄板、２０ シールド掘進機、２０Ｔ 新設トンネル、２２ 切削補強リング、２２ｍ 切削溝。

Claims (6)

1. 既設管または立坑の到達坑口の接合位置の覆工を、新設トンネルを掘削するシールド掘進機に取付けられた、先端に切削用ビットを備えた切削補強リングを回転・前進させて切削して上記接合位置に貫通孔を形成するシールドの接合方法において、予め、上記既設管または立坑の到達坑口の内部の上記切削補強リングによる切削予定位置の外周側に上記切削補強リングが貫入する筒状体を設置し、この筒状体の内周側に、少なくとも一端が上記既設管または立坑の到達坑口内に導出する、上記切削補強リングによる切削予定位置に交差する交差部を有する止水注入用のパイプを配置し、上記筒状体を少なくとも外周部が撤去・再設置可能な複数の蓋部材に分割された蓋体で閉鎖し、上記筒状体の内部に盛り付け材を充填して盛り付け材層を形成した後、上記切削補強リングを回転・前進させて上記止水注入用のパイプを切断して、上記切削補強リングにより形成された切削溝に上記既設管または立坑の到達坑口の内側から止水材を充填させるとともに、上記筒状体の外周部に、上記覆工の外側に連通する止水材注入孔を設けて、上記既設管または立坑の到達坑口の外側から上記切削補強リングの外周側に止水材を注入し、上記各蓋部材で分割された領域毎に上記盛り付け材層の撤去を行うようにしたことを特徴とするシールドの接合方法。
2. 上記止水材注入用のパイプの少なくとも上記切削補強リングとの交差部を、上記既設管または立坑の到達坑口の覆工に埋設したことを特徴とする請求項１に記載のシールドの接合方法。
3. 上記蓋体を人力撤去できる重量になる大きさの蓋部材に分割したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシールドの接合方法。
4. 盛り付け材層の撤去後に、上記切削補強リングと上記筒状体の内面との間に止水鉄板を取付けるようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のシールドの接合方法。
5. 既設管または立坑の到達坑口の接合位置の覆工を、新設トンネルを掘削するシールド掘進機に取付けられた、先端に切削用ビットを備えた切削補強リングを回転・前進させて切削して、上記接合位置に貫通孔を形成する際に、上記既設管または立坑の到達坑口の上記接合部分に構築される到達防護壁構造であって、上記既設管または立坑の到達坑口の内部の上記切削補強リングによる切削予定位置の外周側に設置された筒状体と、この筒状体の内周側に配置された、少なくとも一端が上記既設管または立坑の到達坑口内に導出する、上記切削補強リングによる切削予定位置に交差する交差部を有する止水注入用のパイプと、上記筒状体を上記既設管または立坑の到達坑口の内部側から閉鎖する、少なくとも外周部が撤去・再設置可能な複数の蓋部材に分割された蓋体と、上記筒状体の内部に盛り付け材を充填して形成される盛り付け材層と、上記筒状体の外周部に設けられた、上記覆工の外側に連通する止水材注入孔とを備えたことを特徴とする到達防護壁構造。
6. 上記止水材注入用のパイプの少なくとも上記切削補強リングとの交差部を、上記既設管または立坑の到達坑口の覆工に埋設したことを特徴とする請求項５に記載の到達防護壁構造。

Images