特許 5871369 エレメント推進装置及びそれを用いたエレメント推進工法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5871369

(24)【登録日】2016年1月22日

(45)【発行日】2016年3月1日

(54)【発明の名称】エレメント推進装置及びそれを用いたエレメント推進工法

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/04 20060101AFI20160216BHJP

   E21D 9/06 20060101ALI20160216BHJP

【ＦＩ】

   E21D9/04 F

   E21D9/06 311Z

【請求項の数】6

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2011-263727(P2011-263727)

(22)【出願日】2011年12月1日

(65)【公開番号】特開2013-117090(P2013-117090A)

(43)【公開日】2013年6月13日

【審査請求日】2014年10月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000221616

【氏名又は名称】東日本旅客鉄道株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100139103

【弁理士】

【氏名又は名称】小山 卓志

(74)【代理人】

【識別番号】100092495

【弁理士】

【氏名又は名称】蛭川 昌信

(74)【代理人】

【識別番号】100139114

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 貞嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100119220

【弁理士】

【氏名又は名称】片寄 武彦

(72)【発明者】

【氏名】石橋 忠良

(72)【発明者】

【氏名】森山 智明

(72)【発明者】

【氏名】桑原 清

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 貴

【審査官】 越柴 洋哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−１９５６８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２０７７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０５７７９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭４７−０２４８０３（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特公昭５５−０１２５１５（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開２０００−０６４７６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１２１２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２４４８０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９６１４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ２１Ｄ １／００−１９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地下にエレメントを貫入するエレメント推進装置において、
筒状の刃口と、
刃口の上方に開放されたシート収納部と、
前記シート収納部に回転可能に収納されるローラと、
前記ローラに巻かれるシート部材と、
前記刃口の上方に開放され前記シート収納部に対して推進方向の後方に設けられた持ち上げ部材収納部と、
前記持ち上げ部材収納部内に配置された持ち上げ部材と、
を備え、
前記持ち上げ部材は、フラットジャッキである
ことを特徴とするエレメント推進装置。

【請求項2】

前記持ち上げ部材及び前記シート部材は、前記推進方向に対して直交する方向に複数並列に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載のエレメント推進装置。

【請求項3】

地下にエレメントを貫入するエレメント推進装置を用いたエレメント推進工法において、
前記エレメント推進装置は、
筒状の刃口と、
刃口の上方に開放されたシート収納部と、
前記シート収納部に回転可能に収納されるローラと、
前記ローラに巻かれるシート部材と、
前記刃口の上方に開放され前記シート収納部に対して推進方向の後方に設けられた持ち上げ部材収納部と、
前記持ち上げ部材収納部内に配置された持ち上げ部材と、
を備え、
前記エレメント推進装置を推進させる工程と、
前記持ち上げ部材によって、前記刃口上方の地盤を持ち上げる工程と、
注入剤を注入することで膨らむ押さえ部材を前記シート部材の上面に設置し、前記持ち上げ部材を下げると同時に、前記押さえ部材に注入剤を注入することで前記地盤を押さえる工程と、
を有する
ことを特徴とするエレメント推進工法。

【請求項4】

前記持ち上げ部材は、フラットジャッキである
ことを特徴とする請求項３に記載のエレメント推進工法。

【請求項5】

前記持ち上げ部材及び前記シート部材は、前記推進方向に対して直交する方向に複数並列に配置される
ことを特徴とする請求項３又は４に記載のエレメント推進工法。

【請求項6】

前記持ち上げ部材を下げる際には、少なくとも１つずつ順に下げる
ことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１つに記載のエレメント推進工法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、線路、道路又は構造物等の地下にこれらを横断するトンネルを掘削する場合に使用されるエレメント推進装置及びそれを用いたエレメント推進工法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、線路、道路又は構造物等の地下に、これらと立体交差して横断する鉄道、道路、配管又は通信ケーブル等のためのトンネルを掘削する場合に、エレメント推進工法が使用されている（特許文献１〜３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１−２７８６８９号公報

【特許文献2】特開平８−３１９７９２号公報

【特許文献3】特開２０１１−１７４２１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

エレメント推進工法では、掘削時にエレメント等の貫入を行う際、地盤が緩い箇所では小さな空隙等によって、直進精度が低下したり、地表面が沈下するおそれがある。また、エレメント自体が沈下するおそれもある。

【0005】

この対策として、エレメント上部の裏込め注入等を行うとともに、軌道整備などによる沈下対策を行ってきた。一方、省力化軌道は、通常のバラスト軌道とは異なり、バラストとマクラギをセメント系の材料により固める構造であるため軌道整備が困難である。このため、エレメント貫入前に省力化軌道を取り壊し、バラスト軌道に代えてからエレメント貫入が行われる場合があった。

【0006】

本発明の目的は、このような問題点を解決するためになされたものであり、簡単に地表面の沈下を低減し、安定してエレメントを貫入するエレメント推進装置及びそれを用いたエレメント推進工法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成する本発明は、地下にエレメントを貫入するエレメント推進装置において、筒状の刃口と、刃口の上方に開放されたシート収納部と、前記シート収納部に回転可能に収納されるローラと、前記ローラに巻かれるシート部材と、前記刃口の上方に開放され前記シート収納部に対して推進方向の後方に設けられた持ち上げ部材収納部と、前記持ち上げ部材収納部内に配置された持ち上げ部材と、を備え、前記持ち上げ部材は、フラットジャッキであることを特徴とする。
また、前記持ち上げ部材及び前記シート部材は、前記推進方向に対して直交する方向に複数並列に配置される
ことを特徴とする。

【0008】

さらに、上記目的を達成する本発明のエレメント推進工法は、地下にエレメントを貫入するエレメント推進装置を用いたエレメント推進工法において、前記エレメント推進装置は、筒状の刃口と、刃口の上方に開放されたシート収納部と、前記シート収納部に回転可能に収納されるローラと、前記ローラに巻かれるシート部材と、前記刃口の上方に開放され前記シート収納部に対して推進方向の後方に設けられた持ち上げ部材収納部と、前記持ち上げ部材収納部内に配置された持ち上げ部材と、を備え、前記エレメント推進装置を推進させる工程と、前記持ち上げ部材によって、前記刃口上方の地盤を持ち上げる工程と、注入剤を注入することで膨らむ押さえ部材を前記シート部材の上面に設置し、前記持ち上げ部材を下げると同時に、前記押さえ部材に注入剤を注入することで前記地盤を押さえる工程と、を有することを特徴とする。
また、前記持ち上げ部材は、フラットジャッキであることを特徴とする。
また、前記持ち上げ部材及び前記シート部材は、前記推進方向に対して直交する方向に複数並列に配置されることを特徴とする。
また、前記持ち上げ部材を下げる際には、少なくとも１つずつ順に下げる
ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

以上の本発明によると、地下にエレメントを貫入するエレメント推進装置において、筒状の刃口と、刃口の上方に開放されたシート収納部と、前記シート収納部に回転可能に収納されるローラと、前記ローラに巻かれるシート部材と、前記刃口の上方に開放され前記シート収納部に対して推進方向の後方に設けられた持ち上げ部材収納部と、前記持ち上げ部材収納部内に配置された持ち上げ部材と、を備えるので、簡単に地表面の沈下を低減し、安定してエレメントを貫入することが可能となる。また、シート部材を有するので、エレメント推進装置が推進する際の地中の土等との摩擦を低減させ路盤滑動による変状を抑えることが可能となる。

【0012】

また、前記持ち上げ部材は、油圧フラットジャッキであるので、地盤の緩み又は微少な空隙が解消されて、地盤沈下のおそれを低減することが可能となる。

【0013】

また、前記持ち上げ部材及び前記シート部材は、前記推進方向に対して直交する方向に複数並列に配置されるので、不良地の発生箇所に対応して持ち上げ部材を作動させることができ、的確に地盤の緩み又は微少な空隙を解消することが可能となる。

【0014】

さらに、上記目的を達成する本発明のエレメント推進工法によると、前記エレメント推進装置を推進させる工程と、前記持ち上げ部材によって、前記刃口上方の地盤を持ち上げる工程と、注入剤を注入することで膨らむ押さえ部材を前記シート部材の上面に設置し、前記持ち上げ部材を下げると同時に、前記押さえ部材に注入剤を注入することで前記地盤を押さえる工程と、を有するので、簡単に地表面の沈下を低減し、安定してエレメントを貫入すると共に、地盤の緩み又は微少な空隙が解消されて、地盤沈下のおそれを低減する状態を維持することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本実施形態のエレメント推進工法に用いるエレメント推進装置を示す図である。

【図2】ジャッキを示す図である。

【図3】ジャッキの作動状態を示す図である。

【図4】本実施形態のエレメント推進工法の第１工程を示す図である。

【図5】本実施形態のエレメント推進工法の第２工程を示す図である。

【図6】図５の推進方向に直交する断面図である。

【図7】本実施形態のエレメント推進工法の第３工程を示す図である。

【図8】図７の推進方向に直交する断面図である。

【図9】本実施形態のエレメント推進工法の第４工程を示す図である。

【図10】第４工程の第１段階での図９の推進方向に直交する断面図である。

【図11】第４工程の第２段階での図９の推進方向に直交する断面図であり

【図12】本実施形態のエレメント推進工法の第５工程を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本実施形態のエレメント推進工法について、以下説明する。なお、本実施形態におけるエレメントとは、構造物を構築する鋼製エレメントやボックスカルバート等の矩形の函体がこのましい。

【0017】

図１は本実施形態のエレメント推進工法に用いるエレメント推進装置１を示す図である。

【0018】

エレメント推進装置１は、エレメント駆体１０の推進方向の前方に取り付けられた刃口２と、刃口２の推進方向前方上部に取り付けられたビット３と、刃口２の上方に開放されたシート収納部４と、シート収納部４に回転可能に収納されるローラ５と、ローラ５に巻かれるシート部材としてのフリクションカットシート６と、刃口２の上方に開放されシート収納部４に対して推進方向の後方に設けられた持ち上げ部材収納部としてのジャッキ収納部７と、ジャッキ収納部７内に配置された持ち上げ部材としてのジャッキ８と備える。なお、矢印が推進方向Ａを示す。

【0019】

刃口２は、推進方向Ａの前方及び後方が開口となっている角形筒状の形状をしており、推進方向Ａの前側が上方に向かうほど前方へ延びている。本実施形態のエレメント推進装置１は、人力掘削である。そのため、刃口２は、１人又は２人程度の作業員が内部で作業可能な大きさを有する。

【0020】

ビット３は、刃口２の推進方向Ａの前方上部に着脱自在に取り付けられている。また、ビット３は、推進方向Ａの前方に尖った形状となっている。そのため、ビット３は、地中の切羽面に突き刺さり、容易に掘削することが可能な機能を有する。

【0021】

なお、刃口２の前方開口の側辺もビット３のように推進方向Ａの前方に尖った形状とすると好ましい。刃口２の前方開口の側辺が地中の切羽面に突き刺さり、さらに容易に掘削することが可能となる。

【0022】

シート収納部４は、推進方向Ａと直交する方向に延び、刃口２の上方に開放されて設けられている。シート収納部４の内部には、ローラ５が推進方向Ａと直交する方向を回転軸として回転可能に収納されている。

【0023】

フリクションカットシート６は、エレメント推進装置１が推進する際に、地中の土等との摩擦を低減させるためのものであり、ローラ５に引き出し可能に巻かれている。本実施形態では、フリクションカットシート６は、推進方向と直交するローラ５の回転軸方向に、並列に５枚配置されている。なお、フリクションカットシート６の枚数に対応してローラ５を配置してもよい。

【0024】

ジャッキ収納部７は、刃口２の上方に開放されシート収納部４に対して推進方向Ａの後方に設けられている。ジャッキ収納部７の内部には、ジャッキ８が収納されている。

【0025】

図２はジャッキ８を示す図であり、図３はジャッキの作動状態を示す図である。

【0026】

ジャッキ８は、油圧等によって中央部が持ち上がる薄型のフラットジャッキが好ましい。図２に示すように、ジャッキ８は、中央で張り合わせた円形の板状部材８ａと、板状部材８ａの外周に溶接等により連結された断面円筒状の外縁部８ｂと、外縁部８ｂに連結され液体を注入する注入口８ｃと、外縁部８ｂに連結され液体を排出する排出口８ｄと、を有する。

【0027】

図３（ａ）は液体を注入する前のジャッキ８を示す図であり、図３（ｂ）は液体を注入した後のジャッキ８を示す図である。

【0028】

図３（ａ）に示すように、外部の油圧装置等とホース等によって連結し、液体を注入する前のジャッキ８は、外縁部８ｂよりも板状部材８ａの厚さが薄くなっている。そこでできた凹部にセメント製の支持板８ｅを形成する。図３（ａ）に示したジャッキ８に注入口から液体を注入して液圧をかけると、図３（ｂ）に示すように、２枚の板状部材８ａが引き離されて、支持板８ｅが持ち上がり、揚力を発生する。

【0029】

また、図３（ｂ）に示した支持板８ｅが持ち上がった状態のジャッキ８の排出口８ｄからホース等によって外部の油圧装置等に液体を排出すると、図３（ａ）に示すように、ジャッキ８は薄くなる。

【0030】

次に、図１に示したエレメント推進装置を用いたエレメント推進工法について説明する。

【0031】

図４は、本実施形態のエレメント推進工法の第１工程を示す図である。

【0032】

第１工程では、図１に示したエレメント推進装置１を設置する。図４に示すように、省力化軌道２１の下方の土地Ｌは、あらかじめ土留め部材２２等を貫入させて崩れないようにおさえておく。次に、エレメント推進装置１の発進側と到達側に立坑を掘削する。そして、発進側の立坑にエレメント推進装置１を設置する。なお、図中、省力化軌道２１の下方に斜めに延びる破線は、影響範囲Ｌ’を示すものであり、特に、この破線の間の沈下を防ぎながらエレメントを推進させることが好ましい。

【0033】

図５は本実施形態のエレメント推進工法の第２工程を示す図であり、図６は図５の推進方向に直交する断面図である。

【0034】

第２工程では、図４に示したように設置したエレメント推進装置１を、省力化軌道２１に略直交する推進方向Ａに推進させる。図５に示すように、作業員は、エレメント推進装置１の推進方向Ａの前方を掘削しながら、エレメント推進装置１を徐々に推進方向Ａの前方に進める。その際、作業員は、シート収納部４に収納されたフリクションカットシート６をローラ５から引き出していく。フリクションカットシート６は、図５に示すように、推進方向Ａの後方に延びていき、エレメント推進装置１が推進する際の地中の土等との摩擦を低減させ直進精度を向上させる。

【0035】

ここで、エレメント推進装置１のフリクションカットシート６の上方に地盤の緩み又は微少な空隙等による不良地Ｌ１が発生したとする。不良地Ｌ１が発生すると、図６に示した二点鎖線Ｌ２のように地盤沈下を生じるおそれがある。そこで、不良地Ｌ１に対応して地盤の緩み又は微少な空隙を解消する必要がある。

【0036】

なお、図６に示すように、エレメント推進装置１は、推進方向に直交する方向に、並列に複数のジャッキ８を配置することが好ましい。複数のジャッキ８を配置することで、不良地Ｌ１の発生箇所に対応してジャッキ８を作動させることができ、的確に地盤の緩み又は微少な空隙を解消することが可能となる。

【0037】

図７は本実施形態のエレメント推進工法の第３工程を示す図であり、図８は図７の推進方向に直交する断面図である。

【0038】

第３工程では、図７に示したように、ジャッキ８に液体等を注入して加圧し、作動させる。ジャッキ８が作動すると、図３で示したように、ジャッキ８は、揚力を発生し、上方のフリクションカットシート６と共に不良地Ｌ１を持ち上げる。したがって、地盤の緩み又は微少な空隙が解消されて、地盤沈下のおそれを低減する。

【0039】

しかしながら、この状態のままでは、エレメント推進装置１の推進が不可能なので、第４工程では、不良地Ｌ１を持ち上げた状態を維持するための処理を行う。

【0040】

図９は本実施形態のエレメント推進工法の第４工程を示す図であり、図１０は第４工程の第１段階での図９の推進方向に直交する断面図であり、図１１は第４工程の第２段階での図９の推進方向に直交する断面図である。

【0041】

第４工程では、まず、作業員が押さえ部材としての注入バック９を、ジャッキ８が持ち上げたフリクションカットシート６の上面に設置する。そして、図９に示すように、ジャッキ８から液体等を排出すると同時に、注入バック９に図示しない充填装置等によって注入剤を注入する。なお、注入剤は、セメントミル、Ｅソイル、又は固化材等が好ましい。

【0042】

このように、ジャッキ８から液体等を排出し、ジャッキ８を下げると同時に、注入バック９に注入剤を注入し、注入バック９を膨らますと、ジャッキ８が持ち上げていた不良地Ｌ１は、注入バック９が膨らむことによって、持ち上げられていた位置を保持する。したがって、地盤の緩み又は微少な空隙が解消されて、地盤沈下のおそれを低減する状態を維持することが可能となる。

【0043】

また、ジャッキ８から液体等を排出すると同時に、注入バック９に注入剤を注入する際には、第１段階として、図１０に示すように、並列して配置したジャッキ８及び注入バック９を、１つずつ飛ばして千鳥状に交互に作動させて、その後、第２段階として、図１１に示すように、残りのジャッキ８及び注入バック９を作動させると好ましい。なお、本実施形態では、１つずつ飛ばして千鳥状に交互に作動させたが、一度に下げず、少なくとも１つずつ順に下げれば、どのような順序であってもよい。

【0044】

このように、ジャッキ８及び注入バック９を第１段階と第２段階に分けて作動させることによって、一度に作動させる場合と比較して、不良地Ｌ１に与える力の変動が小さくなり、的確に不良地Ｌ１を持ち上げている状態を維持することができ、地盤の緩み又は微少な空隙が解消されて、地盤沈下のおそれを低減する状態を維持することが可能となる。

【0045】

図１２は本実施形態のエレメント推進工法の第５工程を示す図である。

【0046】

第５工程では、図９に示したように、第４工程で注入バック９に注入し、ジャッキ８をジャッキ収納部７に納めた状態から、エレメント推進装置１を、省力化軌道２１に略直交する推進方向Ａに推進させる。図１２に示すように、作業員は、第２工程と同様に、エレメント推進装置１の推進方向Ａの前方を掘削しながら、エレメント推進装置１を徐々に推進方向Ａの前方に進める。その際、作業員は、シート収納部４に収納されたフリクションカットシート６をローラ５から引き出していく。フリクションカットシート６は、図１２に示すように、推進方向Ａの後方に延びていき、エレメント推進装置１が推進する際の地中の土等との摩擦を低減させ直進精度を向上させる。

【0047】

この後、本実施形態のエレメント推進工法では、エレメント推進装置１が破線の間の影響範囲Ｌ’を掘削し、到達側の立坑に到達するまで第３工程〜第５工程を繰り返す。

【0048】

エレメント推進装置１が到達側の立坑に到達した後、刃口２とエレメント駆体１０とを切り離し、エレメント駆体１０を地中に残して作業を終える。その後、第１工程〜第５工程を繰り返し、複数のエレメント駆体１０を埋め込み、地下構造体の形状を形成し、エレメント駆体１０内にセメント等を詰めて地下構造体を完成させる。

【0049】

本実施形態のエレメント推進装置１は、刃口２内で作業員が作業するものとしたが、刃口２内にオーガ等の掘削装置を内蔵したものであってもよい。また、牽引装置で牽引してもよい。

【0050】

また、本実施形態では、第４工程で作業員が押さえ部材としての注入バック９を、ジャッキ８が持ち上げたフリクションカットシート６の上面に設置したが、あらかじめフリクションカットシート６の上面に注入バック９を取り付けておいてもよい。

【0051】

以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。

【符号の説明】

【0052】

１…エレメント推進装置
２…刃口
３…ビット
４…シート収納部
５…ローラ
６…フリクションカットシート（シート部材）
７…ジャッキ収納部
８…ジャッキ（持ち上げ部材）
９…注入バック（押さえ部材）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】