JP7450370B2 - トンネルへのパイプ挿入装置、及びパイプの挿入方法 - Google Patents
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Description
また、トンネル内で複数本のパイプを溶接して接続する必要がある。これには、トンネル内で、パイプ同士の溶接だけでなく、溶接部の検査、溶接部の防食処理等の作業を行う必要がある。しかしながら、トンネル内は、作業環境が悪く、作業効率も低下しやすい。また、トンネル内に多数本のパイプを運び込むのにも手間がかかる。
(1)本発明の一態様に係るトンネル構造は、第1円弧部と第2円弧部と、を備えるトンネルと、前記トンネルの一方の端部から連続して挿入され、前記第1円弧部および前記第2円弧部に沿って曲がるパイプと、前記第1円弧部および前記第2円弧部の双方においてそれぞれに前記パイプを支持する複数のローラと、を備える。
(2)上記(1)に係るトンネル構造では、前記第1円弧部において前記パイプが撓み始めた位置と撓み終わり位置とを結ぶ弦と、最も撓む部分までの距離である矢高の比率は、前記第1円弧部の始点と終点を結ぶ弦に対する前記第1円弧部の矢高の比率よりも大きく、前記第2円弧部において前記パイプが撓み始めた位置と撓み終わり位置とを結ぶ弦と、最も撓む部分までの距離である矢高の比率は、前記第2円弧部の始点と終点を結ぶ弦に対する前記第2円弧部の矢高の比率よりも大きくてもよい。
(3)上記(1)または(2)に係るトンネル構造では、前記ローラは、前記トンネルの延伸方向において前記第1円弧部および前記第2円弧部の範囲内に固定されていてもよい。
(4)本発明の一態様に係るパイプ挿入装置は、トンネルの一方の端部から連続して挿入されるパイプの先端に固定され、前記パイプを前記トンネル内で走行させる台車と、前記トンネルの内部に固定され、前記パイプを支持する第1ローラと、を備える。
(5)上記(4)に係るパイプ挿入装置では、前記台車に設けられた車輪は、前記第1ローラに対して前記トンネルの周方向に沿って位置を異ならせ、かつ前記パイプの先端は、前記第1ローラ位置では、前記第1ローラよりも高い位置に配置されてもよい。
(6)上記(4)に係るパイプ挿入装置では、前記台車と、前記トンネルの内部に固定され、前記パイプを支持する第2ローラを備えてもよい。
(7)上記(6)に係るパイプ挿入装置では、前記台車に設けられた車輪は、前記第2ローラに対して前記トンネルの周方向に沿って位置を異ならせ、かつ前記パイプの先端は、前記第2ローラ位置では、前記第2ローラよりも高い位置に配置されてもよい。
(8)本発明の一態様に係るパイプ挿入方法は、上記(4)から(7)のいずれか1項に記載のパイプ挿入装置を用いてトンネルにパイプを挿入する方法であって、前記トンネルの第1円弧部を通して最深部に挿入させる第1工程を備え、前記第1工程では、前記台車によって前記パイプを走行させながら前記第1ローラによって前記パイプを支持させることにより、前記パイプを前記第1円弧部に沿って弾性変形させながら前記第1円弧部を通過させる。
(9)上記(8)に係るパイプ挿入方法では、前記台車が取り付けられた前記パイプを前記トンネル内で走行させ、前記パイプを、前記最深部から前記トンネルの第2円弧部を通して前記トンネルの第2勾配部に挿入させる第2工程を備え、前記第2工程では、前記台車によって前記パイプを走行させながら第2ローラによって前記パイプを支持させることにより、前記パイプを前記第2円弧部に沿って弾性変形させながら前記第2円弧部を通過させてもよい。
このような構成によれば、従来のように立坑から所定長のパイプをトンネル内に搬送することなく、その延伸方向に連続するパイプを、第1勾配部側からトンネルに連続的に挿入して、トンネル内に設置することができる。このように、作業環境が悪いトンネル内で、パイプ同士の溶接、検査、防食処理等の作業を行う必要がなく、これらの作業を地上で行うことができるので、良好な作業環境下で効率良くパイプを接続しながら、トンネル内にパイプを円滑に敷設することが可能となる。
また、本発明の他の態様に係るパイプ挿入装置は、第1勾配部と、第2勾配部と、これらの両勾配部の間に位置する最深部と、前記第1勾配部と前記最深部とを接続する第1円弧部と、前記第2勾配部と前記最深部とを接続する第2円弧部と、を備えるトンネル内にパイプを挿入するための装置であって、前記パイプに取り付けられ、前記パイプを前記トンネル内で走行させる台車と、前記第2円弧部の始点側および終点側に配置され、前記パイプが前記最深部および前記第2円弧部を通して前記第2勾配部に挿入されるときに、前記パイプを支持する第2ローラを備える。
図1に示すように、トンネル1は、例えば、堤防や橋桁等の既存構造物の杭基礎2や河川3を下方に迂回して通るものである。このトンネル1は、トンネル最深部(最深部)11と、第1勾配部12と、第2勾配部13と、第1円弧部14と、第2円弧部15と、を主に備えている。
シールド工法により構築する第2勾配部13が第2立坑17まで到達することで、トンネル1の構築が完了する。
また、下り勾配となる第1勾配部12の構築時には、推進工法を用いることで、シールド工法では困難な傾斜であっても第1勾配部12を確実に構築できる。またトンネル最深部11をシールド工法で構築することで、トンネル最深部11が大深度であっても施工を確実に行うことができる。
なお、上記したトンネル1の構築方法は一例に過ぎず、例えばトンネル1の全長を推進工法またはシールド工法で構築してもよい。
また、2つの第2ローラ32A,32Bによって支持されて略円弧状に湾曲したパイプ20において、2つの第2ローラ32A,32Bによって支持される部分を結ぶ弦の長さをLa2とし、この弦から、パイプ20が第2ローラ32A,32B間で最も撓む部分までの距離(矢高)をD2とする。前記弦は、第2円弧部15においてパイプ20が撓み始めた位置と撓み終わり位置とを結ぶ弦ともいえる。これらの距離D2と長さLa2との比率である比率D2/La2は、トンネル1の中心線Ctの第2円弧部15における始点と終点を結ぶ弦Lb2に対する矢高A2の比率A2/Lb2よりも大きい。
例えば、複数のローラ30の間隔は、パイプ20が自重によって撓む撓み量に基づいて設定される。パイプ20が自重によって撓む撓み量は、パイプ20の単位重量、断面係数、ヤング率を含む関数によって算定される。
複数のローラ30は、パイプ20の自重による撓みが第1円弧部14、第2円弧部15に沿ったものとなるような間隔に設置してもよい。また、複数のローラ30は、第1円弧部14、第2円弧部15で湾曲したパイプ20に合わせて、パイプ20の平均曲率半径Rpが適切な数値となるよう、位置を調整してもよい。
図4、図5に示すように、トンネル1内にパイプ20を挿入するパイプ挿入装置50は、上記した複数のローラ30(第1ローラ31、第2ローラ32)と、台車51と、を備える。
台車51は、ワイヤーロープ等の牽引具55を、図示しないウインチ等の巻取装置で巻き取ることで、台車51のパイプ支持部52に先端20Sが支持されたパイプ20を、トンネル1の延伸方向に引き込む。
台車51に設けられた車輪53は、パイプ20の中心軸回りの周方向に間隔をあけて設けられている。車輪53は、トンネル1の最下部に設けられたローラ30に対し、周方向両側を通る。
地表部で、ある程度の本数のパイプ材21を溶接した後、パイプ20の先端20Sに、台車51を取り付ける。
一方、トンネル1内には、予め、複数のローラ30(第1ローラ31、第2ローラ32)を設置しておく。
台車51に設けられた牽引具55(図5参照)をトンネル1の延伸方向に引っ張ることで、パイプ20を、第1勾配部12内に順次引き込んでいく。トンネル1内で、台車51は、車輪53がトンネル1の内周面(下面)上で転動する。これによってパイプ20は、トンネル1内で走行する。
この後、パイプ20の先端20Sを、台車51とともに、第2立坑17内から地表部に引き上げる。さらに、第1立坑16、第2立坑17等の埋め戻しを行うことで、トンネル1へのパイプ20の敷設が完了し、図1に示したようなトンネル構造が実現される。
このような構成では、パイプ20は、トンネル1の一端側の第1勾配部12から第1円弧部14を経て、トンネル1のトンネル最深部11に挿入される。また、パイプ20は、トンネル最深部11から第2円弧部15、第2勾配部13を経て、トンネル1の他端に到達している。トンネル1内に挿入されたパイプ20は、第1円弧部14および第2円弧部15の双方に設けられた複数のローラ30によって支持されることで、第1円弧部14および第2円弧部15に沿って曲がる。つまり、パイプ20は、第1円弧部14および第2円弧部15では、複数のローラ30間で、パイプ20の弾性変形域内で下方に撓むことで、第1円弧部14および第2円弧部15に沿って曲がる。したがって、パイプ20を予め曲げておくことなく、パイプ20を弾性変形させて湾曲させながら、第1円弧部14および第2円弧部15に通すことができる。
このような構成によれば、従来のように立坑から所定長のパイプ材をトンネル1内に搬送することなく、その延伸方向に連続するパイプ20を、第1勾配部12側からトンネル1に連続的に挿入して、トンネル1内にパイプ20を敷設することができる。このようにして、作業環境が悪いトンネル1内で、パイプ20同士の溶接、検査、防食処理等の作業を行う必要がなく、これらの作業を地表部(地上)で行うことができる。したがって、良好な作業環境下で効率良くパイプ20を接続しながら、トンネル1内のパイプ20を円滑に敷設することが可能となる。
このような構成によれば、パイプ20は、第1円弧部14および第2円弧部15の径方向外側に配置された複数のローラ30間で撓むことで、トンネル1の第1円弧部14および第2円弧部15の曲率半径に応じて湾曲する。
このような構成では、パイプ20に取り付けられた台車51がトンネル1内で走行すると、トンネル1の第1円弧部14では、トンネル1側から台車51に作用する反力Fがトンネル1の湾曲によって増大する。この反力Fにより、パイプ20は第1円弧部14の湾曲に応じて弾性変形して曲がる。このようにして湾曲に応じて曲がったパイプ20を、トンネル1の第1円弧部14の始点側および終点側に配置された第1ローラ31で支持することで、トンネル1内の第1円弧部14に沿って曲がるパイプ20と、トンネル1内に配置され、パイプ20を第1円弧部14の始点側および終点側において支持する複数の第1ローラ31と、を備えるトンネル構造が実現される。
第1円弧部14における台車51に作用する反力Fによってパイプ20を弾性変形させて曲げるときには、台車51に大きな反力Fが作用する。台車51に代えて、トンネル1側に設けた複数(多数)のローラを設けることも考えられるが、複数のローラ間でパイプ20の先端がローラと干渉してしまう。このため、トンネル1側に設けた複数のローラのみでパイプ20を曲げながらパイプ20の延伸方向に送ることは困難である。また、その場合、複数のローラは、大きな反力Fに耐えうるよう強度を高める必要があり、大掛かりなものとなる。これに対し、本実施形態の構成では、台車51のみを、大きな反力Fに耐えうるように強度を高めればよく、コスト上昇を抑えることができる。
このような構成によれば、台車51が第1ローラ31を通過する際、台車51に設けられた車輪53は、第1ローラ31に対し、トンネル1の周方向で異なる位置を通過する。したがって、台車51の車輪53と第1ローラ31との干渉を抑えることができる。
このような構成によれば、トンネル1の第1円弧部14、第2円弧部15の湾曲に応じて弾性変形して曲がったパイプ20の先端20Sが、第1ローラ31、第2ローラ32に干渉するのを抑えることができる。
このような構成によれば、第2円弧部15の湾曲に応じて曲がったパイプ20を、トンネル1の第2円弧部15の始点側および終点側に配置された第2ローラ32で支持することで、トンネル1内の第2円弧部15に沿って曲がるパイプ20と、トンネル1内に配置され、パイプ20を第2円弧部15の始点側および終点側において支持する複数の第2ローラ32と、を備えるトンネル構造が実現される。
例えば、図14に示すように、ローラ39を、トンネル1の延伸方向において第1円弧部14および第2円弧部15の範囲内に配置するようにしてもよい。
この場合、第1円弧部14および第2円弧部15の外側に設けられたローラ30(第1ローラ31、第2ローラ32)に加えて、第1円弧部14および第2円弧部15の範囲内に設けられたローラ39でも、湾曲したパイプ20を支持することができる。
11 トンネル最深部(最深部)
12 第1勾配部
13 第2勾配部
14 第1円弧部
15 第2円弧部
20 パイプ
20S 先端
30 ローラ
31、31A、31B 第1ローラ
32、32A、32B 第2ローラ
39 ローラ
50 パイプ挿入装置
51 台車
53 車輪
A1、A2 矢高
D1、D2 距離
La1、La2、Lb1、Lb2 弦
S2 パイプ挿通工程(第1工程)
Claims (4)
- トンネルの一方の端部から連続して挿入されるパイプの先端に固定され、前記パイプを前記トンネル内で走行させる台車と、
前記トンネルの内部に固定され、前記パイプを支持する第1ローラと、を備え、
前記台車に設けられた車輪は、前記第1ローラに対して前記トンネルの周方向に沿って位置を異ならせ、かつ前記パイプの先端は、前記第1ローラ位置では、前記第1ローラよりも高い位置に配置されるパイプ挿入装置。 - トンネルの一方の端部から連続して挿入されるパイプの先端に固定され、前記パイプを前記トンネル内で走行させる台車と、
前記トンネルの内部に固定されるとともに、前記トンネルの延伸方向において、前記トンネルの第1円弧部を間に挟んだ両側に配置され、前記パイプを支持する第1ローラと、
前記トンネルの内部に固定されるとともに、前記トンネルの延伸方向において、前記トンネルの第2円弧部を間に挟んだ両側に配置され、前記パイプを支持する第2ローラと、を備え、
前記台車に設けられた車輪は、前記第2ローラに対して前記トンネルの周方向に沿って位置を異ならせ、かつ前記パイプの先端は、前記第2ローラ位置では、前記第2ローラよりも高い位置に配置されるパイプ挿入装置。 - 請求項1または2に記載のパイプ挿入装置を用いてトンネルにパイプを挿入する方法であって、
前記トンネルの第1円弧部を通して最深部に挿入させる第1工程を備え、
前記第1工程では、前記台車によって前記パイプを走行させながら前記第1ローラによって前記パイプを支持させることにより、前記パイプを前記第1円弧部に沿って弾性変形させながら前記第1円弧部を通過させるパイプの挿入方法。 - 前記台車が取り付けられた前記パイプを前記トンネル内で走行させ、前記パイプを、前記最深部から前記トンネルの第2円弧部を通して前記トンネルの第2勾配部に挿入させる第2工程を備え、
前記第2工程では、前記台車によって前記パイプを走行させながら第2ローラによって前記パイプを支持させることにより、前記パイプを前記第2円弧部に沿って弾性変形させながら前記第2円弧部を通過させる請求項3に記載のパイプの挿入方法。
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