特許 6211279 トンネル施工方法

(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】6211279

(24)【登録日】2017年9月22日

(45)【発行日】2017年10月11日

(54)【発明の名称】トンネル施工方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 11/10 20060101AFI20171002BHJP

【ＦＩ】

   E21D11/10 Z

【請求項の数】4

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2013-45306(P2013-45306)

(22)【出願日】2013年3月7日

(65)【公開番号】特開2014-173290(P2014-173290A)

(43)【公開日】2014年9月22日

【審査請求日】2015年11月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】303059071

【氏名又は名称】独立行政法人鉄道建設・運輸施設整備支援機構

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096091

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 誠一

(72)【発明者】

【氏名】野口 守

(72)【発明者】

【氏名】松原 功明

(72)【発明者】

【氏名】大野 俊夫

(72)【発明者】

【氏名】小林 聖

(72)【発明者】

【氏名】藤田 浩一

【審査官】 苗村 康造

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０１−１７４７９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１０８５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２８２７９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−２６６０９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第２５２７２８９（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開平１０−２２０１８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２２５４５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ２１Ｄ ９／００〜 １９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シールド掘削機により地山を掘削しつつ、前記シールド掘削機の後方に設置された型枠と掘削孔とで形成される空間に、コンクリートポンプによってコンクリートを圧送することで、覆工コンクリートを構築するトンネル施工方法であって、
前記シールド掘削機の後方に後方台車が連結され、前記後方台車の後方に前記コンクリートポンプが連結されており、
前記シールド掘削機の掘進に伴い、前記シールド掘削機の後方であって、前記覆工コンクリート上にレールを形成し、前記後方台車は、前記レール上を移動し、
前記シールド掘削機の掘進に伴い、前記後方台車の後方であって、トンネル底部の前記覆工コンクリート上に硬練りコンクリートを順次配置し、前記硬練りコンクリートを締め固め装置によって締め固めてインバートを構築し、前記コンクリートポンプは、前記インバート上を移動し、
前記覆工コンクリートを構築するコンクリートは前記インバート上を走行する運搬車により前記コンクリートポンプに運搬されることを特徴とするトンネル施工方法。

【請求項2】

前記硬練りコンクリートは、ＪＩＳ Ａ１１０１で測定されるスランプ値が０であるゼロスランプコンクリートであることを特徴とする請求項１記載のトンネル施工方法。

【請求項3】

前記硬練りコンクリートは、前記トンネル内の前記インバート上を走行する運搬車によって運搬されることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のトンネル施工方法。

【請求項4】

前記インバートは、構築先端部において、下部から所定高さまで複数段に分けて構築され、先に構築されたインバートの上方及び前方に次のインバートを構築することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のトンネル施工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、場所打ちコンクリート方式によるトンネルの施工方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、トンネルを構築する際には、例えば、ＥＣＬ（Ｅｘｔｒｕｄｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｌｉｎｉｎｇ）用のシールド機を用いて、場所打ちコンクリートによりトンネルを構築する方法がある。場所打ちコンクリート方式によるトンネル施工では、シールド機の掘進に伴い、シールド機の後方に設置された型枠を用いて、掘削孔と型枠との隙間にコンクリートが打設される。したがって、コンクリートをポンプによって圧送する必要がある。

【0003】

例えば、内型枠と妻型枠を設置して、内型枠と妻型枠と地山とで形成される空間にコンクリートポンプによってコンクリートを圧送し、妻型枠を押圧してシールド機が掘進する。また、ＳＥＮＳ（Ｓｈｉｅｌｄ Ｅｘｔｒｕｄｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｌｉｎｉｎｇ ＮＡＴＭ Ｓｙｓｔｅｍ）工法では、内型枠を押圧しながらシールド機を掘進させ、内型枠と妻型枠と地山とで形成される空間に、連続してコンクリートが打設される。

【0004】

このように、場所打ちコンクリート方式では、シールド機の掘進とともに、コンクリートの打設位置が前方に移動する。したがって、コンクリートを圧送するコンクリートポンプも、シールド機の掘進に合わせて移動させる必要がある。

【0005】

このようなコンクリートポンプは、例えば、ポンプ車に乗せられる。ポンプ車は、シールド機の後方台車の移動に合わせて移動する必要がある。ポンプ車には、ミキサー車などの運搬車両によって外部からコンクリートが運搬される。したがって、シールド機の後方においては、ミキサー車やポンプ車が走行するインバートを形成する必要がある。

【0006】

このようなインバートとしては、掘削土として排出される泥土に固化材を混合して埋め戻し材とするトンネルの製造方法がある（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００５−１３９８４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかし、特許文献１のように、インバートを泥土で形成すると、路盤が泥濘化し、ポンプ車等の走行が困難となる。一方、インバートを従来のように通常のコンクリートで構成すると、コンクリートを打設後、インバートが硬化するまでは、硬化前のインバート上をポンプ車等が走行することができない。すなわち、シールド機の後方においては、シールド機の掘進に合わせてインバートが構築されるが、打設後、所定の間は、上方をポンプ車等が走行することできない。このため、ポンプ車等は、インバートを打設してから所定時間経過した部位までしかシールド機に近づくことができない。

【0009】

したがって、ポンプ車等は、シールド機（またはこれと接続される後方台車）から、所定の距離をあけて走行する必要がある。このため、ポンプ車からシールド機までの距離が長くなる。ポンプ車からシールド機までの距離が長いと、コンクリートを圧送する配管の長さが長くなる。したがって、配管内のコンクリートの圧力損失が大きくなり、ポンプの圧送能力によってはコンクリートの圧送ができなくなる恐れがある。

【0010】

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、泥濘化することなく、早期に上方を車両が走行可能なインバートを構築し、場所打ちコンクリート方式によりトンネルを構築することで、効率的なトンネル施工方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

前述した目的を達成するため、第１の発明は、シールド掘削機により地山を掘削しつつ、前記シールド掘削機の後方に設置された型枠と掘削孔とで形成される空間に、コンクリートポンプによってコンクリートを圧送することで、覆工コンクリートを構築するトンネル施工方法であって、前記シールド掘削機の後方に後方台車が連結され、前記後方台車の後方に前記コンクリートポンプが連結されており、前記シールド掘削機の掘進に伴い、前記シールド掘削機の後方であって、前記覆工コンクリート上にレールを形成し、前記後方台車は、前記レール上を移動し、前記シールド掘削機の掘進に伴い、前記後方台車の後方であって、トンネル底部の前記覆工コンクリート上に硬練りコンクリートを順次配置し、前記硬練りコンクリートを締め固め装置によって締め固めてインバートを構築し、前記コンクリートポンプは、前記インバート上を移動し、前記覆工コンクリートを構築するコンクリートは前記インバート上を走行する運搬車により前記コンクリートポンプに運搬されることを特徴とするトンネル施工方法である。

【0012】

前記硬練りコンクリートは、ＪＩＳ Ａ１１０１で測定されるスランプ値が０であるゼロスランプコンクリートであることが望ましい。

【0014】

前記硬練りコンクリートは、前記トンネル内の前記インバート上を走行する運搬車によって運搬されることが望ましい。

【0015】

本発明によれば、硬練りコンクリートを締め固め装置によって締め固めることでインバートを構築するため、インバートが泥濘化することがない。また、構築した直後であっても、車両が通行する程度の強度を有するインバートを得ることができる。したがって、構築直後のインバート上を、コンクリートポンプが搭載されたポンプ車等が走行することができる。したがって、コンクリートポンプとシールド機の距離を短くすることができる。このため、コンクリートポンプからシールド機までの配管長を短くすることができ、配管による圧力損失を小さくすることができる。

【0016】

このような、硬練りコンクリートとしては、ゼロスランプコンクリートを用いることで、構築直後から必要な強度を確実に確保することができ、インバートが泥濘化して崩れることもない。

【0017】

また、コンクリートポンプをシールド機と連結ビームで連結することで、シールド機の掘進に連動して、インバート上でコンクリートポンプを移動させることができる。

【0018】

また、インバートを構築するための硬練りコンクリートを、インバート上を走行する運搬車によって運搬することで、インバートの先端部近傍まで、硬練りコンクリートを直接運搬することができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、泥濘化することなく、早期に上方を車両等が走行可能なインバートを構築し、場所打ちコンクリート方式によりトンネルを構築することで、効率的なトンネル施工方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】シールド機１によりトンネルを掘削する状態を示す図。

【図2】インバート１１を構築する工程を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施の形態にかかるトンネルの施工方法について説明する。図１は、シールド機１により、トンネルを構築する状態を示す図である。シールド機１は、スキンプレートの前方にカッタヘッドを有する。スキンプレートは例えば円筒状部材である。カッタヘッドは図示を省略したモータ等により回転可能であり、シールド機１の前方の地山を掘削する。スキンプレートの内面には、推進用ジャッキが複数設けられる。

【0022】

シールド機１は、シールド機１の前方の地山をカッタヘッドで掘削して、掘削土砂をスクリューコンベアでシールド機１の後方に運搬しながら、推進用ジャッキを内型枠２ａまたは妻型枠２ｂに押し付け、反発力により前方に推進する。この際、内型枠２ａおよび妻型枠２ｂおよび周囲を地山とで囲まれた空間にコンクリートが打設される。コンクリートは、図示を省略したレミキサおよびポンプ等により、空間に打設される。なお、コンクリートは、シールド機１の掘進時に連続して圧送されても良く、または、所定距離掘進するごとに、断続的に圧送されても良い。コンクリートが硬化すると、内型枠２ａが撤去される。以上により、覆工コンクリート１３が形成される。覆工コンクリートは流動性のある、有スランプコンクリートが用いられる。一般に軟練コンクリート、つまり有スランプコンクリートはポンプ等で圧送してバイブレータ等の簡易な締め固め機械で締め固めが可能であるが、ゼロスランプコンクリートはポンプ等での圧送が不可能であり、締め固めにも大型の締め固め装置が必要となる。

【0023】

覆工コンクリート１３が形成された上面には、レール等が形成され、後方台車３が配置される。後方台車３は、シールド機１に連結ビーム５により連結される。すなわち、シールド機１の掘進と連動して後方台車３も前方に移動する。後方台車３には、例えば制御装置や油圧装置等が搭載される。

【0024】

後方台車３のさらに後方であって、トンネル内下部には、インバート１１が設けられる。インバート１１は、略円形のトンネルの下部に形成され、上部を車両等が通行可能なように、略平坦に形成される。

【0025】

前述の通り、シールド機１は、前方を掘削しながら、後方の掘削孔内面にコンクリートを打設する。したがって、シールド機１には、掘削に並行してコンクリートを圧送する必要がある。コンクリートは、ポンプ車９に搭載されたコンクリートポンプによってシールド機１に圧送される。ポンプ車９は、インバート１１上を走行可能である。なお、ポンプ車９には、ミキサー車等によって、トンネル外部からコンクリートが運搬される。すなわち、ポンプ車９にコンクリートを運搬する運搬車両も、インバート１１上を走行する。

【0026】

なお、ポンプ車９は、後方台車３に連結ビーム７によって連結される。ポンプ車９は、後方台車３の移動に連結して、前方に移動する。後方台車３はシールド機１に連動するので、ポンプ車９は、シールド機１の掘進に連動する。ポンプ車９を後方台車３に連結し、シールド機１に連動することでポンプ車９を個別、独自に移動する必要がなくなる。なお、ポンプ車９からのコンクリートは、図示を省略した配管を介して、シールド機１まで圧送される。配管は、例えば連結ビーム７、連結ビーム５に支持される。

【0027】

次に、インバート１１の施工方法について説明する。図２（ａ）は、インバート１１の施工先端近傍の拡大概略図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。前述の通り、略円形のトンネルの下部にインバート１１を形成することで、車両等が通行することが可能な平坦部を形成することができる。

【0028】

インバート１１は、シールド機１の掘進方向（図２（ａ）の左方向）に、シールド機１の掘進速度に合わせて構築される。この際、インバート１１の構築先端部では、下部から所定高さまで複数段に分けて構築される。例えば、図２（ａ）の例では、まず、Ｄ部の上方と前方にインバート１１が構築される（図中Ｃ部）。次いで、複数段の図中Ｃ部の上方および前方に、インバート１１が複数段に構築される（図中Ｂ部）。さらに、複数段の図中Ｂ部の上方および前方に、インバート１１が構築される（図中Ａ部）。以上のようにして、所定の高さのインバート１１を前方に向かって、徐々に構築する。

【0029】

インバートの１段当たりの打設高さについては締め固め装置の種類にもよるが、振動ローラを用いる場合には、好ましくは１５ｃｍ以上１００ｃｍ以下、更に好ましくは１５ｃｍ以上６０ｃｍ以下であり、タンパ、ランマを用いる場合には、好ましくは１５ｃｍ以上５０ｃｍである。１段当たりの打設高さが低すぎる場合、打設装置の締め固め振動によりコンクリートがまとまらずばらけてしまう。一方、打設高さが高すぎる場合、打設装置の締め固め振動が下方のコンクリートに伝わらず締め固めが不十分になる。なお、先端での崩れが生じなければ、インバート１１の構築方法は、図示した例には限られない。

【0030】

ここで、本発明では、インバート１１は、硬練りコンクリートで構築される。硬練りコンクリートとしては、例えば、水：８３ｋｇ／ｍ^３、セメント（密度３．１４ｇ／ｃｍ^３、比表面積４５２０ｃｍ^２／ｇ）：１９０ｋｇ／ｍ^３、細骨材（表乾密度２．６２ｇ／ｃｍ^３、吸水率１．９３％）：６７９ｋｇ／ｍ^３、粗骨材（表乾密度２．６５ｇ／ｃｍ^３、吸水率１．５９％ 最大寸法１５ｍｍ）：１５３０ｋｇ／ｍ^３、混和材：１．９０ｋｇ／ｍ^３（水セメント比４３．７％、細骨材比率３１．０％）のものを用いることができる。

【0031】

このような、硬練りコンクリートは、ＪＩＳ Ａ１１０１で測定されるスランプ値が低い方が望ましい。例えば、スランプ値が０であるゼロスランプコンクリートが好ましい。通常、トンネル工事は狭い坑内での作業となるからコンクリートの打設が容易に行える軟練コンクリートが用いられる。軟練コンクリートは例えば、コンクリートシュートを利用して坑内で移動することが容易であり、バイブレータで振動を加えることで流動性が増し打設作業が容易である。しかし、軟練コンクリートを用いた場合、打設直後は崩れや流れが発生しやすい。これに対し、本発明では、硬練りコンクリートを用いることで、打設後のインバート１１の崩れや流れを確実に防止することができる。

【0032】

本発明では、上述のコンクリートを順次配置後、締め固め装置によって締め固める。締め固め装置としては、例えば、ローラ系の振動ローラや、平板式のタンパ、ランマ等を用いる必要がある。軟練コンクリートはバイブレータ等の簡易な持ち運びが容易な締め固め機械で締め固めが可能であるが、硬練コンクリート、例えばゼロスランプコンクリートはローラ系の振動ローラや、平板式のタンパ、ランマ等の大型の締め固め装置でなければ締め固めることができない。

【0033】

本発明では、硬練りコンクリートを締め固めることでインバート１１が構築されるため、構築した直後から、インバート１１はある程度の強度を有する。例えば、通常のコンクリートでは、打設後所定時間は強度を有さず、流動性を有する。しかし、硬練りコンクリートであれば、締め固め装置で締め固めた後には、コンクリートが流動せず、上部を車両等が通行することができる。

【0034】

すなわち、図２（ａ）の例において、インバート１１の先端部のＡ部を構築した直後であっても、Ａ部の上部まで、車両等が通行することができる。したがって、インバート１１を構築しながら、インバート１１の先端近傍まで、ポンプ車９、およびポンプ車９にコンクリートを運搬する運搬車両を走行させることができる。このため、コンクリートを圧送するコンクリートポンプを、シールド機１に対して近付けることができる。

【0035】

なお、打設後の硬練りコンクリートは、その後さらに強度が上昇するが、例えば８時間後には０．５Ｎ／ｍｍ^２以上、さらに望ましくは、１Ｎ／ｍｍ^２以上の強度を有することが望ましい。打設後に十分に硬化して強度が発現すれば、インバート上にベルトコンベア等の運搬設備等を敷設することも可能となる。

【0036】

以上、本実施の形態にかかるトンネルの施工方法によれば、インバート１１が、打設直後であっても流動せず、車両が通行可能な程度の強度を有するため、コンクリートが硬化するまでの間に車両の通行を待つ必要がない。

【0037】

また、場所打ちコンクリート方式によりトンネルを施工する際に、シールド機１にコンクリートを圧送するポンプ車９を、施工した直後のインバート１１先端部近傍まで移動させることができる。したがって、コンクリートポンプとシールド機１との距離を近づけることができる。このため、コンクリートを圧送する配管長を短くすることができる。また、配管長が短くなるため、コンクリートの圧送時の圧力損失を小さくすることができるとともに、配管詰まり等を抑制することができる。

【0038】

また、ポンプ車９を後方台車３に連結ビーム７で連結することで、後方台車３およびシールド機１の移動に連動して、ポンプ車９を移動することができる。この際、コンクリートを圧送する配管は、連結ビーム５によって支持することができる。

【0039】

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【符号の説明】

【0040】

１………シールド機
３………後方台車
５………連結ビーム
７………連結ビーム
９………ポンプ車
１１………インバート
１３………覆工コンクリート

【図1】

【図2】