JP5310364B2 - シールド貫通部を有する地中連続壁の構築方法、及びシールド貫通部を有する地中連続壁 - Google Patents

Description

本発明は、シールドマシンで直接貫通しやすくするため、応力材を設置しない部分を有する地中連続壁の構築方法、及びこのシールド貫通部を有する地中連続壁に関する。

シールド工法では、発進立坑と到達立坑を設けてシールド掘進を行うが、両立坑の間には付帯施設等を建設することを目的として中間立坑を構築する場合がある。従来のシールドマシンの性能では長距離掘進能力が高くなかったこともあり、中間立坑でシールドマシンの整備やカッタービットの交換等を行っていたが、近年ではシールドマシンの長距離掘進性能が向上し、中間立坑がこれらの役割を必要としない事例も出現してきた。

このような状況で、シールド掘削工程と中間立坑構築工程が合致しない場合、中間立坑の土留壁だけを先行して構築し、中間立坑構築前に、地中に埋設された状態の土留壁だけをシールドマシンで貫通することが考えられる。しかし、一般に地中連続壁の内部には鉄筋等の応力材が設けられており、シールドマシンによる切削を困難なものとしている。このような課題に関する技術が、次の特許文献に開示されている。

特許文献１は、シールドマシンの発進又は到達を行うための立坑の構築方法について開示する。この工法では、地盤に形成した掘削溝に、シールドマシン貫通部位を囲む鉄製枠を設けた鉄筋籠を建て込み、鉄製枠よりも外側の有筋部分には通常のコンクリートを打設し、鉄製枠よりも内側の無筋部分には繊維補強コンクリートを打設している。

特許文献２は、シールドマシン通過後に中間立抗を構築する工法を開示する。この工法では、土留壁（地中連続壁）を構築し、この土留壁をシールドマシンで貫通させた後、土留壁の内側を掘削している。この工法では、土留壁をシールドマシンが貫通する前に、土留壁に土水圧がかかることがないので、繊維補強コンクリート等の高価な材料を用いなくても済む。

特開２０００−１３００７０号公報 特開２００４−１９０９９号公報

しかしながら、特許文献１の工法では、通常のコンクリートと繊維補強コンクリートとに分けて打設をしなければならず、作業が複雑になる上、繊維補強コンクリートが高価であることと相俟って、コスト高になってしまうという問題点があった。

特許文献２の工法では、どのような工法によってシールドマシンが貫通可能な土留壁を構築するか不明である。ここで、２〜３ｍ程度の小口径であれば、鉄筋籠に貫通部となる無筋部分を設けることも考えられる。しかし、大口径のシールドマシンが貫通するような１２〜１３ｍといった口径の場合、吊り下げ時の荷重で鉄筋籠が変形してしまう懸念があるので当該部分を無筋にすることは困難であり、一般的にはＮＯＭＳＴ（登録商標）工法等のようにシールドマシンのカッタービットで容易に切削できる代替応力材が用いられている。

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、シールドマシンが貫通可能な地中連続壁を、簡便に構築できる地中連続壁の構築方法を提供することを目的とするものである。

本発明の地中連続壁の構築方法は、
地中連続壁を構築するための掘削溝を地盤に形成し、
シールドマシンの通過部分には設置を省略している応力材を、下部側の下部応力材と上部側の上部応力材とに分けて作製し、
前記下部応力材を前記掘削溝の下部に位置決めし、前記掘削溝の底部に自硬性の根固め材を充填して、前記下部応力材の下端を前記掘削溝内に固定し、
前記上部応力材を前記下部応力材よりも上方の前記掘削溝の上部に位置決めし、前記下部応力材及び前記上部応力材が埋設されるまで自硬性充填材を前記掘削溝に充填して、前記自硬性充填材を硬化させる、ことを特徴とする。

本発明によれば、シールドマシンの通過部分には設置を省略している応力材を、下部応力材と上部応力材とに分けて形成し、下部応力材を固定した状態で上部応力材を位置決めしているので、吊り下げ時における応力材の変形を抑制できる。その結果、シールドマシンによる通過部分に応力材が配置されていない地中連続壁を容易に構築できる。

本発明において、前記掘削溝を、前記地中連続壁の必要高さよりも所定深さだけ深く掘削し、前記根固め材を、前記掘削溝の底部に前記所定深さの分だけ充填することとすれば、根固め材の部分を先に硬化させても、地中連続壁として必要高さが確保されているので、設計断面に欠損が生じない。

また、本発明において、前記下部応力材を、遠隔操作で係止状態を解除可能な係止機構を有する吊り下げ治具を介して吊り下げて前記掘削溝の下部に位置決めし、前記根固め材の硬化後に前記係止機構による係止状態を解除し、前記吊り下げ治具を前記掘削溝から引き上げることとすれば、下部応力材を掘削溝の下部に確実に固定できる。

さらに、本発明において、前記シールドマシンの通過部分が、前記地中連続壁の壁面方向に分割して形成されている場合には、大口径の通過部分を有する地中連続壁を容易に構築できる。

また、本発明の地中連続壁は、請求項１から４の何れか１項に記載の構築方法で構築されたことを特徴とする。

本発明によれば、シールドマシンで直接貫通しやすい、応力材が設置されていない部分を有する地中連続壁を、簡便に構築できる。

（ａ），（ｂ）は、発進立抗、中間立抗、到達立抗を説明する図である。 シールドマシンが貫通する貫通壁部を説明する図である。 （ａ）は左側掘削溝を説明する図、（ｂ）は左側掘削溝に下部鉄筋籠を建て込んだ状態を説明する図、（ｃ）は係止機構を説明する図である。 （ａ）は左側掘削溝に根固めコンクリートを充填した状態を説明する図、（ｂ）は下部鉄筋籠との係止状態が解かれた吊り金具を引き上げている状態を説明する図、（ｃ）は左側掘削溝に上部鉄筋籠を建て込んだ状態を説明する図、（ｄ）は左側掘削溝の全体にコンクリートを打設した状態を説明する図である。 （ａ）は中間掘削溝に下部鉄筋籠を建て込み、根固めコンクリートを充填した状態を説明する図、（ｂ）は下部鉄筋籠との係止状態が解かれた吊り金具を引き上げている状態を説明する図、（ｃ）は中間掘削溝に上部鉄筋籠を建て込んだ状態を説明する図である。 （ａ）は右側掘削溝に下部鉄筋籠を建て込み、根固めコンクリートを充填した状態を説明する図、（ｂ）は右側掘削溝に上部鉄筋籠を建て込み、右側掘削溝の全体にコンクリートを打設した状態を説明する図である。 （ａ）〜（ｄ）は、シールドトンネルの構築を説明する図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、このシールド工法では、発進立抗１と到達立抗２の間に中間立抗３構築時の土留壁となる地中連続壁４を構築する。この地中連続壁４は、シールドマシン６が到達するより前の段階に形成される。また、この地中連続壁４は、平面視矩形状をしており、シールドマシン６の進路に対向し、シールドマシン６によって貫通される貫通壁部５ａと、貫通されない側壁部５ｂとを有する。

シールドマシン６が貫通する貫通壁部５ａは、シールドマシン６が貫通可能な貫通部分（シールド貫通部）に、鉄筋籠等の応力材が配置されておらず、コンクリート等の充填材のみの部分となっている。これにより、シールドマシン６の貫通部分について、シールドマシン６による切削を容易にしている。図２に示す本実施形態における貫通壁部５ａは、壁面方向に並ぶ複数の縦長エレメント７〜９で構成されており、３つのエレメント７〜９には、それぞれ鉄筋を配置していない無筋部分１０〜１２が設けられている。これらの無筋部分１０〜１２は全体で円形状をなし、シールドマシン６の貫通部分を構成する。

なお、図２の左側に位置する左側エレメント７のさらに左側や、右側に位置する右側エレメント９のさらに右側にも必要に応じてエレメントが設けられる。これらのエレメントは、鉄筋籠や鉄骨材等の応力材が全体に配置されている点で、図２の各エレメント７〜９と異なっている。同様に、地中連続壁４の一部を構成する側壁部５ｂも、応力材が全体に配置された複数の縦長エレメントで構成される。

図１（ｂ）に示す地中連続壁４で囲まれた地盤Ｇは、シールドマシン６が貫通するまで掘削しないか、或いは、掘削したとしても、地表部近傍までの深さに留める。これは、貫通壁部５ａが有する無筋部分を保護するためである。そして、この地盤Ｇは、シールドマシン６が貫通壁部５ａを貫通した後に掘削が行われる。この手順で施工を行うことにより、地中連続壁４におけるシールドマシン６の貫通部分に応力材が配置されていなくても、土留めとしての機能を果たすことができる。

次に、地中連続壁４の構築方法について説明する。なお、シールドマシン６が貫通しない側壁部５ｂは公知の方法で構築される。このため、シールドマシン６が貫通する貫通壁部５ａの構築方法について説明する。なお、説明の便宜上、図２に示す３つのエレメント７〜９、すなわち、無筋部分１０〜１２を有する左側エレメント７、中間エレメント８、及び右側エレメント９について、構築方法を説明する。

まず、左側エレメント７を構築するための掘削溝１３（左側掘削溝１３という）を地盤Ｇに形成する。このとき、図３（ａ）に示すように、左側掘削溝１３の深さＨは、地中連続壁４の必要高さＨ１よりも所定深さＨ２だけ深くなるように掘削（余堀り）する。これは、根固めコンクリート２１（図４（ａ）を参照）を打設する部分を確保するためである。本実施形態では、地中連続壁４の必要長さが約４４ｍであり、余堀り部分の深さが１ｍである。このため、地表から４５ｍの深さまで左側掘削溝１３を掘削する。このように、地中連続壁４の必要高さよりも深く余堀りしているので、根固めコンクリート２１を先に硬化させても、地中連続壁４としての必要高さＨ１が確保されており、根入れ長を確保できる。

また、左側掘削溝１３の開口形状は平面視で長方形状であり、例えば、左側エレメント７の厚さ（貫通壁部５ａの厚さ）となる短辺が１〜２ｍであって左側エレメント７の幅となる長辺が４〜５ｍの大きさとする。また、内壁が崩れてしまう不具合を抑制するため、左側掘削溝１３の内部には、ベントナイトやポリマーを混ぜた安定液を注入する。

左側掘削溝１３を形成したならば、左側エレメント７に設けられる下側鉄筋籠１４を、左側掘削溝１３の下部所定位置に建て込む。本実施形態において、下側鉄筋籠１４は、シールドマシン６が通る部分を無筋にしている。下側鉄筋籠１４の建て込みは、例えば図３（ｂ）に示すように、長尺な吊り金具１５を用いて行う。すなわち、吊り金具１５の下端に設けた係止機構１６によって下側鉄筋籠１４を係止し、吊り金具１５とともに下側鉄筋籠１４をクレーンで吊り下げ、左側掘削溝１３の下部に下側鉄筋籠１４が位置するまで下降させる。

係止機構１６は、例えば図３（ｃ）に示すように、係止ピン１７を動作させる油圧ジャッキ１８と油圧ジャッキ１８を固定する吊り金具側プレート１９で構成されている。この油圧ジャッキ１８には地上からのホース（図示せず）が接続され、ホースを通じて伝達される油圧により、係止ピン１７の移動を地上から遠隔操作できる。係止状態において、係止機構１６は、吊り金具側プレート１９の係止溝と下側鉄筋籠側プレート２０の係止溝とを、係止ピン１７によって貫通している。

下側鉄筋籠１４は、その下端が左側掘削溝１３の余堀り部分には達するが、底面には接触しないように位置決めをする。下側鉄筋籠１４の下端が底面に接触してしまうと、下側鉄筋籠１４が傾き、本来あるべき位置からずれてしまう可能性が高くなるからである。下側鉄筋籠１４を所定位置に建て込んだならば、図４（ａ）に示すように、左側掘削溝１３の余堀部分に根固めコンクリート２１を打設（充填）する。これにより、下側鉄筋籠１４は、その下端部分が根固めコンクリート２１に埋設され、根固めコンクリート２１の硬化によって左側掘削溝１３の下端部に固定される。

下側鉄筋籠１４が固定されたならば、係止機構１６を動作させて係止ピン１７による係止状態を解く。例えば、図３（ｃ）に点線で示すように、油圧によって係止ピン１７を後退させ、係止ピン１７を鉄筋籠側プレート２０の係止溝から抜き取る。これにより、下側鉄筋籠１４を残した状態で、吊り金具１５を上方へ移動させることができる。ここで、本実施形態では、係止機構１６を油圧ジャッキ１８によって構成しているので、安定液ＬＱで満たされた左側掘削溝１３であっても、地上からの遠隔操作で係止状態を確実に解除できる。

図４（ｂ）に示すように、係止機構１６による係止状態が解かれた吊り金具１５は、クレーンによって引き上げられる。吊り金具１５が引き上げられた後、図４（ｃ）に示すように、上側鉄筋籠２２を、下側鉄筋籠１４よりも上方の左側掘削溝１３の上部に建て込む。上側鉄筋籠２２もまた、シールドマシン６が通る部分を無筋にしている。上側鉄筋籠２２の建て込み時も、吊り金具１５を使って上側鉄筋籠２２を吊り下げ、クレーンで所定位置に位置決めする。上側鉄筋籠２２の建て込みが終了したならば、左側掘削溝１３にコンクリート２３を打設する。この場合、まず先端が根固めコンクリート２１の付近に位置するまで、トレミー管（図示せず）を左側掘削溝１３に挿入する。次に、コンクリート２３を打設しつつ、打設された量にあわせてトレミー管を上方に移動させる。そして、図４（ｄ）に示すように、下側鉄筋籠１４及び上側鉄筋籠２２が埋設されるまでコンクリート２３を打設したならば、養生してコンクリート２３を硬化させる。これにより、無筋部分１０を有する左側エレメント７が構築される。

左側エレメント７が構築されたならば、中間エレメント８を構築する。中間エレメント８の構築手順も、左側エレメント７の構築手順と同様である。例えば、図５（ａ）に示すように、まず中間エレメント８用の中間掘削溝２４を左側エレメント７の右隣に形成する。この場合も、地中連続壁４の必要高さＨ１よりも所定深さＨ２分だけ余堀りをする。そして、中間掘削溝２４の下部に下側鉄筋籠２５を建て込み、余堀り部分に根固めコンクリート２１を打設する。根固めコンクリート２１が硬化したならば、係止機構１６を動作させて吊り金具１５と下側鉄筋籠２５との係止状態を解除し、図５（ｂ）に示すように、吊り金具１５を引き上げる。その後、図５（ｃ）に示すように、上側鉄筋籠２６を中間掘削溝２４の上部に建て込んで位置決めする。そして、中間掘削溝２４の全体にコンクリート２３を打設する。打設したコンクリート２３の硬化により、中間エレメント８の構築が終了する。

中間エレメント８が構築されたならば、右側エレメント９を構築する。右側エレメント９の構築手順も、左側エレメント７や中間エレメント８の構築手順と同様である。簡単に説明すると、図６（ａ）に示すように、中間エレメント８の右隣に右側掘削溝２７を形成し、下側鉄筋籠２８を建て込む。そして、余堀り部分に根固めコンクリート２１を打設して下側鉄筋籠２８を固定する。下側鉄筋籠２８が固定されたら、図６（ｂ）に示すように、上側鉄筋籠２９を建て込み、右側掘削溝２７の全体にコンクリート２３を打設する。これにより、シールドマシン６の貫通部分が無筋部分１０〜１２とされた貫通壁部５ａが構築される。

なお、左側エレメント７、中間エレメント８、及び右側エレメント９では幅が不足する場合、前述したように、左側エレメント７の左側や右側エレメント９の右側にもエレメントを構築すればよい。

このように、本実施形態の構築方法では、簡易な設備のみでシールドマシン６の通過部分を無筋部分１０〜１２とした貫通壁部５ａを簡便に構築できる。また、鉄筋籠を分割し、コンクリート２３を打設しているので、鉄筋籠の変形を抑制しつつ、十分な強度を得ることができる。

次に、この地中連続壁４を用いたシールド工法について説明する。このシールド工法では、まず図７（ａ）に示すように、発進立抗１を構築し、シールドマシン６を発進させる。この発進時において、中間立抗３や到達立抗２はまだ構築されていない。図７（ｂ）に示すように、中間立抗３を構成する地中連続壁４（貫通壁部５ａ，側壁部５ｂ）は、シールドマシン６の到達前に構築される。シールドマシン６は、構築された地中連続壁４の貫通壁部５ａを貫通する。その際、貫通壁部５ａにおける無筋部分１０〜１２を切削するので、シールドマシン６は容易に地中連続壁４を貫通できる。

中間立抗３の構築時において、地中連続壁４で囲まれた地盤Ｇは、シールドマシン６の通過後に掘削される。すなわち、中間立抗３は、シールドマシン６がシールドトンネルを形成した後に完成する。このため、図７（ｃ），（ｄ）に示すように、中間立抗３の構築を到達立抗２の構築と並行して行うことができる。従って、中間立抗３の構築について工期の自由度を高めることができ、ひいては全体の工期を短縮させることができる。

ところで、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

前述の実施形態では、地中連続壁４に用いられる応力材として鉄筋籠１４，２２等を用いていたが、これに限定されない。例えば、応力材としてＨ型鋼を用いてもよい。この場合、Ｈ型鋼の長さを部位毎に定めることでシールドマシン６の貫通部分に対するＨ型鋼の設置を省略し、図２に示すような、Ｈ型鋼が設置されていない略円形の部分を有する貫通壁部を構築することができる。また、応力材としてＨ型鋼を用いた場合、Ｈ型鋼が十分な剛性を有しているので、自硬性充填材は、コンクリートよりも剛性の低い素材であってもよい。例えば、ソイルセメントを用いることができる。或いは、固化剤の混入によって硬化する自硬性安定液を用いてもよい。そして、自硬性安定液を用いると、この安定液をコンクリートで置換しなくても済むので、工期を短縮できる。

貫通壁部５ａ関し、この実施形態の事例では、左側エレメント７、中間エレメント８、右側エレメント９の順で構築されていたが、この構築順序に拘わらない。例えば、左側エレメント７、右側エレメント９、中間エレメント８の様な構築順序も考えられ、一般的に行われている。

また、貫通壁部５ａを壁面方向に３分割したが、分割数はこれに限定されない。２分割であっても４分割以上であってもよい。加えて、応力材の自重による変形が支障のない程度であり、応力材の重量がクレーンで吊り下げることのできる程度であれば、壁面方向への分割はしなくてもよい。

また、下部鉄筋籠を固定する際に根固めコンクリート２１を用いたが、この構成に限定されない。下部鉄筋籠を固定できれば他の自硬性充填材を根固め材として用いてもよい。

さらに、中間立抗３を構成する地中連続壁４を例示したが、これに限定されない。例えば、シールドマシン６が貫通する地中連続壁基礎についても同様に構成できる。

１ 発進立抗
２ 到達立抗
３ 中間立抗
４地中連続壁
５ａ 貫通壁部
５ｂ 側壁部
６ シールドマシン
７ 左側エレメント
８ 中間エレメント
９ 右側エレメント
１０〜１２ 無筋部分
１３ 左側掘削溝
１４，２５，２８ 下側鉄筋籠
１５ 吊り金具
１６ 係止機構
１７ 係止ピン
１８ 油圧ジャッキ
１９ 吊り金具側プレート
２０ 下側鉄筋籠側プレート
２１ 根固めコンクリート
２２，２６，２９ 上側鉄筋籠
２３ コンクリート
２４ 中間掘削溝
２７ 右側掘削溝
Ｇ 地盤
Ｈ 左側掘削溝の深さ
Ｈ１ 地中連続壁の必要高さ
Ｈ２ 余堀り深さ
ＬＱ 安定液

Claims (5)

1. 地中連続壁を構築するための掘削溝を地盤に形成し、
   シールドマシンの通過部分には設置を省略している応力材を、下部側の下部応力材と上部側の上部応力材とに分けて作製し、
   前記下部応力材を前記掘削溝の下部に位置決めし、前記掘削溝の底部に自硬性の根固め材を充填して、前記下部応力材の下端を前記掘削溝内に固定し、
   前記上部応力材を前記下部応力材よりも上方の前記掘削溝の上部に位置決めし、前記下部応力材及び前記上部応力材が埋設されるまで自硬性充填材を前記掘削溝に充填して、前記自硬性充填材を硬化させる、ことを特徴とする地中連続壁の構築方法。
2. 前記掘削溝を、前記地中連続壁の必要高さよりも所定深さだけ深く掘削し、
   前記根固め材を、前記掘削溝の底部に前記所定深さの分だけ充填する、ことを特徴とする請求項１に記載の地中連続壁の構築方法。
3. 前記下部応力材を、遠隔操作で係止状態を解除可能な係止機構を有する吊り下げ治具を介して吊り下げて前記掘削溝の下部に位置決めし、
   前記根固め材の硬化後に前記係止機構による係止状態を解除し、前記吊り下げ治具を前記掘削溝から引き上げる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の地中連続壁の構築方法。
4. 前記シールドマシンの通過部分が、前記地中連続壁の壁面方向に分割して形成されている、ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の地中連続壁の構築方法。
5. 請求項１から４の何れか１項に記載の構築方法で構築されたことを特徴とする地中連続壁。

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