特許 6685739 防護プロテクターおよびシールドセグメント撤去方法

(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】6685739

(24)【登録日】2020年4月3日

(45)【発行日】2020年4月22日

(54)【発明の名称】防護プロテクターおよびシールドセグメント撤去方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 19/00 20060101AFI20200413BHJP

   E21D 13/02 20060101ALI20200413BHJP

   E21D 11/40 20060101ALI20200413BHJP

   E21D 9/06 20060101ALI20200413BHJP

   E21D 9/04 20060101ALI20200413BHJP

   E21D 23/00 20060101ALI20200413BHJP

【ＦＩ】

   E21D19/00

   E21D13/02

   E21D11/40 A

   E21D9/06 301D

   E21D9/04 F

   E21D11/40 Z

   E21D23/00

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2016-16215(P2016-16215)

(22)【出願日】2016年1月29日

(65)【公開番号】特開2017-133311(P2017-133311A)

(43)【公開日】2017年8月3日

【審査請求日】2019年1月29日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｔｒ．ｍｌｉｔ．ｇｏ．ｊｐ／ｇａｉｋａｎ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ 掲載日 平成２７年１２月２２日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国土交通省関東地方整備局、東京外環トンネル地中拡幅部における技術開発業務（その７）、履行期間 平成２６年１１月６日〜平成２７年９月３０日、国土交通省関東地方整備局、東京外環トンネル地中拡幅部における技術開発業務（その１０）、履行期間 平成２６年１１月６日〜平成２７年９月３０日、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】青山 哲也

(72)【発明者】

【氏名】浜口 幸一

(72)【発明者】

【氏名】増田 湖一

【審査官】 富士 春奈

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−０８３０１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１１５７８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２９１３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２１３２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２２９７５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 韓国登録特許第１０−１００２４０２（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】 特開２０００−０３４９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２４２５９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ２１Ｄ １／００−１９／０６、２３／００−２３／２６

Ｅ０２Ｄ １／００−３／１１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シールドトンネルを供用しながらシールドトンネルの覆工セグメントの撤去作業を可能とするためにシールドトンネル内に設けられる防護プロテクターであって、
横断面視で円弧状の覆工セグメントを下方から支持するためのセグメント支持装置を備え、
セグメント支持装置は、ジャッキの伸縮で上下移動可能な支持フレームを備えており、支持フレームは、その上方に位置する覆工セグメントを支持可能な横断面視で円弧状のフレームであることを特徴とする防護プロテクター。

【請求項2】

シールドトンネルを供用しながらシールドトンネルの覆工セグメントの撤去作業を可能とするためにシールドトンネル内に設けられる防護プロテクターであって、覆工セグメントを下方から支持するためのセグメント支持装置を備える防護プロテクターにおいて、
セグメント支持装置は、撤去対象の覆工セグメントと、これに軸方向に隣接する覆工セグメントとを同時に支持可能であることを特徴とする防護プロテクター。

【請求項3】

シールドトンネルを供用しながらシールドトンネルの覆工セグメントの撤去作業を可能とするためにシールドトンネル内に設けられる防護プロテクターであって、覆工セグメントを下方から支持するためのセグメント支持装置を備える防護プロテクターにおいて、
横断面視で左右に張り出して覆工セグメントに当接し、撤去対象の覆工セグメントを撤去する際の支保機能を発揮する張出部を備えることを特徴とする防護プロテクター。

【請求項4】

シールドトンネルを供用しながらシールドトンネルの覆工セグメントの撤去作業を可能とするためにシールドトンネル内に設けられる防護プロテクターであって、覆工セグメントを下方から支持するためのセグメント支持装置を備える防護プロテクターを用いて供用中のシールドトンネルの覆工セグメントを撤去することを特徴とするシールドセグメント撤去方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば道路トンネルの分岐合流部などの大断面の地中空洞を施工する場合に用いられる防護プロテクターおよびこの防護プロテクターを用いたシールドセグメント撤去方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、未固結地盤の都市圏における道路トンネルの施工に際しては、地表および地中の既存構造物に対する悪影響を回避するべく地山に対する高度の支保性能が要求され、また施工中および完成後の止水性能と地下水保全性能が高度に要求されることから、一般にシールド工法が採用されている。

【0003】

道路トンネルをシールド工法により施工する場合、本線トンネルの他にランプトンネルを設け、それら双方のトンネルを要所にて接合して分岐合流部を施工する必要があるが、そのような分岐合流部の施工は必ずしも容易ではない。すなわち、本線トンネルおよびランプトンネルはそれぞれ在来のシールド工法により地山を安定に支保し、また止水性を確保しつつ支障なく施工できるが、分岐合流部では断面を漸次変化させつつ双方のシールドトンネルどうしを接合する必要があることから、分岐合流部の施工に際しては在来のシールド工法をそのまま適用できるものではなく、何らかの補助工法の採用が不可欠である。

【0004】

そのため、大規模な道路トンネルにおける分岐合流部の施工に好適な工法として、例えば特許文献１〜４に示されるトンネル工法が提案されている。例えば特許文献１は、本線シールドトンネルとランプシールドトンネルとをいずれも在来のシールド工法により施工するとともに、それらの分岐合流部の外側に複数のルーフシールドトンネルを所定間隔で先行施工してシールドルーフ先受工を構築し、シールドルーフ先受工と凍結ゾーン（改良ゾーン）を施工したうえでルーフシールドトンネルどうしを連結する形態で分岐合流部の本設覆工壁を施工していき、その内側全体を掘削することで分岐合流部となる地中空洞を完成させるものである。最終的には、分岐合流部の両端部に対して褄壁となる覆工壁を本設覆工壁の内側にそれぞれ設け、前方側の褄壁には本線シールドトンネルとランプシールドトンネルとを接合して、後方側の褄壁には本線シールドトンネルを接合し、分岐合流部の覆工全体を完成する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−１５６９０７号公報

【特許文献2】特開２００６−７０５３０号公報

【特許文献3】特開２００７−２１７９１１号公報

【特許文献4】特開２０１４−４３７３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、本設覆工壁および褄壁の施工が完了した後、本線シールドトンネルを部分供用した状態で本設覆工壁の内側を掘削し、本線シールドトンネルの覆工セグメントを撤去することができれば、道路供用開始時期が早まるので経済的に有利である。

【0007】

これを実現する方法として、例えば本線シールドトンネル内に車両を保護するための防護プロテクターを設け、その上で覆工セグメント撤去作業を行うことが考えられる。しかし、撤去中の覆工セグメントが防護プロテクターに落下するおそれや、撤去中の覆工セグメントに隣接した覆工セグメントに過大な負荷がかかり破損するおそれがある。また、撤去作業中は覆工セグメントが横断面視で円の一部が欠けた欠円状になるため、何らかの支保工が必要になるという問題がある。

【0008】

このため、本線シールドトンネルを供用しながら本線シールドトンネルの覆工セグメントを撤去する場合において、覆工セグメントの落下を確実に防止することのできる技術の開発が求められていた。

【0009】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、シールドトンネルを供用しながらシールドトンネルの覆工セグメントを撤去する場合において、覆工セグメントの落下を確実に防止することのできる防護プロテクターおよびシールドセグメント撤去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】

【0010】

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る防護プロテクターは、シールドトンネルを供用しながらシールドトンネルの覆工セグメントの撤去作業を可能とするためにシールドトンネル内に設けられる防護プロテクターであって、覆工セグメントを下方から支持するためのセグメント支持装置を備えることを特徴とする。

【0011】

また、本発明に係る他の防護プロテクターは、上述した発明において、セグメント支持装置は、ジャッキの伸縮で上下移動可能な支持フレームを備えることを特徴とする。

【0012】

また、本発明に係る他の防護プロテクターは、上述した発明において、セグメント支持装置は、軸方向に走行移動可能であることを特徴とする。

【0013】

また、本発明に係る他の防護プロテクターは、上述した発明において、セグメント支持装置は、撤去対象の覆工セグメントと、これに軸方向に隣接する覆工セグメントとを同時に支持可能であることを特徴とする。

【0014】

また、本発明に係る他の防護プロテクターは、上述した発明において、横断面視で左右に張り出して覆工セグメントに当接し、撤去対象の覆工セグメントを撤去する際の支保機能を発揮する張出部を備えることを特徴とする。

【0015】

また、本発明に係るシールドセグメント撤去方法は、上述した防護プロテクターを用いて供用中のシールドトンネルの覆工セグメントを撤去することを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明に係る防護プロテクターによれば、シールドトンネルを供用しながらシールドトンネルの覆工セグメントの撤去作業を可能とするためにシールドトンネル内に設けられる防護プロテクターであって、覆工セグメントを下方から支持するためのセグメント支持装置を備えるので、セグメント支持装置で撤去中の覆工セグメントを下方から支持することにより、覆工セグメントの落下を確実に防止することができるという効果を奏する。

【0017】

また、本発明に係る他の防護プロテクターによれば、セグメント支持装置は、ジャッキの伸縮で上下移動可能な支持フレームを備えるので、支持フレームを介して撤去中の覆工セグメントを支持するとともに、その支持荷重を調整することができるという効果を奏する。

【0018】

また、本発明に係る他の防護プロテクターによれば、セグメント支持装置は、軸方向に走行移動可能であるので、軸方向に連続して設けられた覆工セグメントリングの各リングを撤去することができるという効果を奏する。

【0019】

また、本発明に係る他の防護プロテクターによれば、セグメント支持装置は、撤去対象の覆工セグメントと、これに軸方向に隣接する覆工セグメントとを同時に支持可能であるので、撤去対象の覆工セグメントに引っ張られて隣接する覆工セグメントが落下する事態を防ぐことができるという効果を奏する。

【0020】

また、本発明に係る他の防護プロテクターによれば、横断面視で左右に張り出して覆工セグメントに当接し、撤去対象の覆工セグメントを撤去する際の支保機能を発揮する張出部を備えるので、覆工セグメントの撤去用の支保工を新たに設けずに済み、撤去作業の安全性および効率が向上するという効果を奏する。

【0021】

また、本発明に係るシールドセグメント撤去方法によれば、上述した防護プロテクターを用いて供用中のシールドトンネルの覆工セグメントを撤去するので、セグメント支持装置で撤去中の覆工セグメントを下方から支持することにより、覆工セグメントの落下を確実に防止することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は、分岐合流部の施工方法の概略説明図である。

【図2】図２は、分岐合流部の横断面図である。

【図3】図３は、分岐合流部の平断面図である。

【図4】図４は、分岐合流部の施工方法の手順を示す図である。

【図5】図５は、本発明に係る防護プロテクターおよびシールドセグメント撤去方法の実施の形態を示す横断面図である。

【図6】図６は、本発明に係る防護プロテクターおよびシールドセグメント撤去方法の実施の形態を示す縦断面図である。

【図7】図７は、本発明に係る防護プロテクターおよびシールドセグメント撤去方法の実施の形態を示す部分拡大図であり、左側のＭ１は移動時、右側のＭ２はセグメント解体作業時である。

【図8】図８は、本発明に係る防護プロテクターおよびシールドセグメント撤去方法によるセグメント撤去時の作業概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下に、本発明に係る防護プロテクターおよびシールドセグメント撤去方法の実施の形態について、道路トンネルの分岐合流部の施工に適用する場合を例に取り、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

【0024】

（分岐合流部の施工方法）
まず、本発明に係る防護プロテクターおよびシールドセグメント撤去方法が適用される分岐合流部（地中空洞）の施工方法について説明する。

【0025】

図１〜図３に示すように、この分岐合流部の施工方法は、本線シールドトンネル１０およびランプシールドトンネル１２を包含する分岐合流部１４の掘削予定位置の外側に、小口径の外殻シールド機１６を使って予め複数の外殻シールドトンネル１８を配列した状態で施工することにより、それら外殻シールドトンネル１８によって分岐合流部１４の掘削予定位置を取り囲む外殻体２０を構築し、この外殻体２０の内側の地山を掘削して分岐合流部１４を施工する。

【0026】

より具体的には、まず、図４（１）に示すように、本線シールドトンネル１０を在来のシールド工法により地山を安定に支保し、止水性を確保しつつ施工する。同様に、本線シールドトンネル１０の隣に図示しないランプシールドトンネル１２を在来のシールド工法により施工する。続いて、施工予定の分岐合流部１４の軸方向（本線シールドトンネル１０が延在するトンネル軸方向と平行な方向）の後端部（始端部）となる本線シールドトンネル１０の外周に大径の地中発進基地Ｂを構築する。地中発進基地Ｂは、分岐合流部１４の外殻体２０をなす外殻シールドトンネル１８を掘進する小口径の外殻シールド機１６を発進するための基地である。なお、本実施の形態では本線シールドトンネル１０の直径が例えば１６ｍ程度、ランプシールドトンネル１２の直径が例えば１１ｍ程度、分岐合流部１４の直径が３２ｍ程度であることを想定している。

【0027】

次に、図４（２）に示すように、地中発進基地Ｂから外殻シールド機１６を発進させ、施工予定の分岐合流部１４の外側周囲にその軸方向に沿う複数の小径（例えば直径４ｍ程度）の外殻シールドトンネル１８を所定間隔で配列した状態で施工する。

【0028】

次に、図４（３）に示すように、この外殻シールドトンネル１８間の地山を凍結工法や薬液注入工法などにより改良して施工予定領域を取り囲む改良ゾーンを形成した後に本体覆工壁２２を形成し、さらに、図３に示すように、本体覆工壁２２の両端となる部分にそれぞれ褄壁２３Ａ、２３Ｂを形成することによって外殻体２０を構築する。図４（４）に示すように、この外殻体２０によって囲まれた領域の地山を掘削して分岐合流部１４を施工する。このようにして図４（５）に示すような道路トンネル用の分岐合流部１４が完成する。なお、図３中の符号２５Ａは、褄壁２３Ａを構築する場合に必要となる凍結壁であり、符号２５Ｂは、凍結壁２５Ａおよび本体覆工壁２２によって囲まれる領域に構築した未凍結地盤改良部分である。

【0029】

（防護プロテクター）
次に、上記の施工方法に適用される本発明に係る防護プロテクターについて説明する。

【0030】

図５〜図７に示すように、供用中の本線シールドトンネル１０内に道路面をなす床板２６が設けられており、この上を車両Ｖが走行可能となっている。床板２６の上方には車両Ｖを防護する防護プロテクター１００が設けられている。図５中の符号２６Ａは建築限界を示している。

【0031】

防護プロテクター１００は、逆Ｕ字状断面のプロテクター本体２８と、その上方に設けられるセグメント支持装置３０とからなる。

【0032】

プロテクター本体２８は、軸方向に間隔を置いて横断面視で左右に配置される柱材３２と、これにジャッキ３４を介して支持された平板状の屋根材３６と、柱材３２の下端どうしを繋ぐ敷材３８と、軸方向に隣り合う柱材３２の上下端を繋ぐ斜材４０（図６を参照）とからなる。屋根材３６は覆工セグメント１０Ａ撤去時の支保材として機能する。屋根材３６の上面には覆工板４２が設けられており、その上にセグメント支持装置３０が配置される。

【0033】

また、屋根材３６の横断面視で左右端部には張出部４４（図５を参照）が設けられている。この張出部４４は左右に張り出して両側の覆工セグメント１０Ａに当接しており、上側の撤去対象の覆工セグメント１０Ａを撤去する際の支保機能を発揮するようになっている。張出部４４を設けることで、覆工セグメント１０Ａの撤去用の支保工を新たに設けずに済み、撤去作業の安全性および効率が向上する。

【0034】

セグメント支持装置３０は、作業員が搭乗可能な移動式作業架台４６と、油圧ジャッキ４８と、支持フレーム５０とからなる。

【0035】

移動式作業架台４６は、下部四隅に車輪５２を備え、モータ５４を駆動源として覆工板４２上に設けられた図示しない車輪ガイドに沿って軸方向に走行移動可能な架台である。移動式作業架台４６が軸方向に移動可能であることにより、軸方向に連続して設けられた覆工セグメント１０Ａの各リングを撤去することができる。油圧ジャッキ４８は移動式作業架台４６の左右端側に固定されている。

【0036】

支持フレーム５０は、その上方に位置する本線シールドトンネル１０の覆工セグメント１０Ａを支持可能な横断面視で円弧状のフレームであり、例えばＨ型鋼などの鋼材で構成されている。支持フレーム５０の下側には左右方向に延在する補強材５０Ａが設けられている。支持フレーム５０の円弧の長さは、撤去対象の覆工セグメント１０Ａと、これに周方向に隣接する覆工セグメント１０Ａとを同時に支持可能な長さとしてある。これにより、撤去対象の覆工セグメント１０Ａに引っ張られて隣接する覆工セグメント１０Ａが落下する事態を防ぐことができる。

【0037】

図６に示すように、支持フレーム５０は軸方向に複数（図６の例では３箇所）設けられており、撤去対象の覆工セグメント１０Ａと、これに軸方向に隣接する覆工セグメント１０Ａとを同時に支持可能である。これにより、撤去対象の覆工セグメント１０Ａに引っ張られて隣接する覆工セグメント１０Ａが落下する事態を防ぐことができる。

【0038】

図７に示すように、支持フレーム５０の円弧の左右端部は油圧ジャッキ４８に固定されている。油圧ジャッキ４８は覆工板４２上に配置された桁材５６に接離可能に配置される。図７の左側のＭ１に示すように、移動式作業架台４６が軸方向に走行移動する際には、油圧ジャッキ４８が桁材５６から浮き、支持フレーム５０が覆工セグメント１０Ａから下方に離れた状態で移動する。一方、図７の右側のＭ２に示すように、覆工セグメント１０Ａを撤去等するために支持フレーム５０を上下移動する際には、油圧ジャッキ４８は桁材５６に支持されて、上下に伸縮するようになっている。この場合、支持フレーム５０を介して撤去中の覆工セグメント１０Ａを支持可能である。また、油圧ジャッキ４８を伸縮することで支持荷重を調整することができる。

【0039】

上記の構成によれば、セグメント支持装置３０で撤去中の覆工セグメント１０Ａを下方から支持することにより、覆工セグメント１０Ａの落下を確実に防止することができる。

【0040】

（シールドセグメント撤去方法）
次に、上記の防護プロテクター１００を用いた本発明に係るシールドセグメント撤去方法について説明する。

【0041】

図８に示すように、本発明に係るシールドセグメント撤去方法は、上記の防護プロテクター１００を用いて供用中の本線シールドトンネル１０の覆工セグメント１０Ａを撤去する方法である。例えば本体覆工壁２２の施工後に本線シールドトンネル１０の内部に防護プロテクター１００を設置し、本線シールドトンネル１０の供用を開始する。その後、バックホウなどの作業機械で本体覆工壁２２の内部を掘削するとともに、供用中の本線シールドトンネル１０の覆工セグメント１０Ａを撤去する。ここで、覆工セグメント１０Ａを１リング撤去する毎にセグメント支持装置３０を軸方向に走行移動させることにより、覆工セグメント１０Ａを撤去していく。

【0042】

本実施の形態によれば、支持フレーム５０で撤去対象と隣の覆工セグメント１０Ａを支持した状態で覆工セグメント１０Ａを撤去するので、撤去中の覆工セグメント１０Ａ自体が落下したり、隣のものまで引っ張って落下したり破壊する事態を防止することができる。

【0043】

また、防護プロテクター１００自体が支保兼用の構造となるため、覆工セグメント撤去用に新たに支保工を設ける必要がなく作業の安全性、効率が向上する。

【0044】

以上説明したように、本発明に係る防護プロテクターによれば、シールドトンネルを供用しながらシールドトンネルの覆工セグメントの撤去作業を可能とするためにシールドトンネル内に設けられる防護プロテクターであって、覆工セグメントを下方から支持するためのセグメント支持装置を備えるので、セグメント支持装置で撤去中の覆工セグメントを下方から支持することにより、覆工セグメントの落下を確実に防止することができる。

【0045】

また、本発明に係る他の防護プロテクターによれば、セグメント支持装置は、ジャッキの伸縮で上下移動可能な支持フレームを備えるので、支持フレームを介して撤去中の覆工セグメントを支持するとともに、その支持荷重を調整することができる。

【0046】

また、本発明に係る他の防護プロテクターによれば、セグメント支持装置は、軸方向に走行移動可能であるので、軸方向に連続して設けられた覆工セグメントリングの各リングを撤去することができる。

【0047】

また、本発明に係る他の防護プロテクターによれば、セグメント支持装置は、撤去対象の覆工セグメントと、これに軸方向に隣接する覆工セグメントとを同時に支持可能であるので、撤去対象の覆工セグメントに引っ張られて隣接する覆工セグメントが落下する事態を防ぐことができる。

【0048】

また、本発明に係る他の防護プロテクターによれば、横断面視で左右に張り出して覆工セグメントに当接し、撤去対象の覆工セグメントを撤去する際の支保機能を発揮する張出部を備えるので、覆工セグメントの撤去用の支保工を新たに設けずに済み、撤去作業の安全性および効率が向上する。

【0049】

また、本発明に係るシールドセグメント撤去方法によれば、上述した防護プロテクターを用いて供用中のシールドトンネルの覆工セグメントを撤去するので、セグメント支持装置で撤去中の覆工セグメントを下方から支持することにより、覆工セグメントの落下を確実に防止することができる。

【産業上の利用可能性】

【0050】

以上のように、本発明に係る防護プロテクターおよびシールドセグメント撤去方法は、例えば道路トンネルの分岐合流部などの大断面の地中空洞を施工する場合に有用であり、特に、シールドトンネルを供用しながらシールドトンネルの覆工セグメントを撤去する際に、覆工セグメントの落下を確実に防止するのに適している。

【符号の説明】

【0051】

１０ 本線シールドトンネル（シールドトンネル）
１０Ａ 覆工セグメント
１２ ランプシールドトンネル
１４ 分岐合流部（地中空洞）
１６ 外殻シールド機
１８ 外殻シールドトンネル
２０ 外殻体
２２ 本体覆工壁
２３Ａ，２３Ｂ 褄壁
２５Ａ 凍結壁
２５Ｂ 未凍結地盤改良部分
２６ 床板
２６Ａ 建築限界
２８ プロテクター本体
３０ セグメント支持装置
３２ 柱材
３４ ジャッキ
３６ 屋根材
３８ 敷材
４０ 斜材
４２ 覆工板
４４ 張出部
４６ 移動式作業架台
４８ 油圧ジャッキ
５０ 支持フレーム
５０Ａ 補強材
５２ 車輪
５４ モータ
５６ 桁材
１００ 防護プロテクター
Ｂ 地中発進基地
Ｖ 車両

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】