特許 7133459 浮上防止構造

(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】

(24)【登録日】2022-08-31

(45)【発行日】2022-09-08

(54)【発明の名称】浮上防止構造

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/06 20060101AFI20220901BHJP

【ＦＩ】

E21D9/06 301E

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2018236018

(22)【出願日】2018-12-18

(65)【公開番号】P2020097836

(43)【公開日】2020-06-25

【審査請求日】2021-08-03

(73)【特許権者】

【識別番号】000206211

【氏名又は名称】大成建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】足立 英明

(72)【発明者】

【氏名】金田 修一

【審査官】五十幡 直子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１３０００１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１０６０８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公平０７－０６２４３３（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２００３－２２７２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０１４８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０４１８８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－０９３４３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１４９３９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３６４２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０２３７７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２０１８９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１５８９８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ ９／０４－９／１３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シールド機の上面に沿って、当該シールド機の掘進方向に並設された複数のアーチ状横桁と、
前記アーチ状横桁同士を連結する縦桁と、
前記シールド機の後方に組み立てられた仮組セグメントと、
前記仮組セグメントが載置される支持架台と、
前記仮組セグメントの側面を支持する横ズレ防止材と、を備える浮上防止構造であって、
前記アーチ状横桁の端部は、トンネル坑口部予定箇所に形成された土留壁の前面から延設された支持部材または前記シールド機の側方に形成された側壁に設けられた支持部材に固定されていて、
前記仮組セグメントは、注入孔に挿通された治具を介して前記支持架台に固定されており、
前記横ズレ防止材は、前記シールド機の掘進方向と交差する方向に進退可能であることを特徴とする、浮上防止構造。

【請求項2】

前記アーチ状横桁上に、足場が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の浮上防止構造。

【請求項3】

前記シールド機の外周面と前記アーチ状横桁の下面との間に所定の大きさの隙間が設けられていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の浮上防止構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シールドトンネルの初期掘進時に使用する浮上防止構造に関する。

【背景技術】

【0002】

シールドトンネルの初期掘進時には、シールド機の後方に形成された反力受け構造から反力を取るのが一般的である。
このような反力受け構造としては、例えば特許文献１に示すように、シールド機の後方に組み立てられた仮組セグメントにより形成するものがある。
また、特許文献２には、坑口部にシールド機を内挿する円筒形部材を設け、円筒径部材内のシールド機の後方に配備する仮組セグメントから反力を取る初期掘削方法が開示されている。円筒形部材の内面とシールド機の外面との間には、シール材が介設されている。
ここで、初期掘進時に推進ジャッキの推力が仮組セグメントに作用すると、シールド機に比べて軽量な仮組セグメントが浮き上がるおそれがある。仮組セグメントが浮き上がると、シールド機による掘進方向がズレてしまう。そのため、従来の反力受け構造では、両端部がアンカー等により固定された線材（例えばＰＣ鋼線）を仮組セグメントの上半部分の外面に周設することで、仮組セグメントが浮き上がるのを防止する場合がある。
シールド機は、進行方向前部分の重量が後部分に比べて大きい。そのため、気中で実施される初期掘進時にはシールド機の後部分が浮き上がるおそれがある。一方、掘進に伴って移動するシールド機に対しては、仮組セグメントと同様の線材を外周面に周設して固定することはできない。
特許文献２の初期掘削方法によれば、円筒形部材によりシールド機の掘進方向の精度を維持することは可能であるものの、大断面トンネルの施工において、シールド機を内挿する円筒形部材を設置するためには、多大な労力と費用を要する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００１－０２０６９３号公報

【文献】特開平０８－０２１１８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、前記の問題点を解決することを目的とするものであり、簡易な構成で、初期掘進を高精度に行うことを可能とした浮上防止構造を提案することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

前記課題を解決するための本発明の第一の浮上防止構造は、シールド機の上面に沿って、当該シールド機の掘進方向に並設された複数のアーチ状横桁と、前記アーチ状横桁同士を連結する縦桁と、前記シールド機の後方に組み立てられた仮組セグメントと、前記仮組セグメントが載置される支持架台と、前記仮組セグメントの側面を支持する横ズレ防止材とを備えている。前記アーチ状横桁の端部は、トンネル坑口部予定箇所に形成された土留壁の前面から延設された支持部材または前記シールド機の側方に形成された側壁に設けられた支持部材に固定されている。また、仮組セグメントは、注入孔に挿通された治具を介して前記支持架台に固定されている。さらに、前記横ズレ防止材は、前記シールド機の掘進方向と交差する方向に進退可能である。
かかる浮上防止構造によれば、シールド機が浮き上がった場合に、アーチ状横桁によって大きなズレを抑制することができる。また、アーチ状横桁は、土留壁や側壁等に固定されているため、底版（地面）等から立設させた支柱を必要としない。そのため、大断面トンネルの施工であっても、大規模な支持構造を要することなく、比較的簡易な構成とすることができる。なお、アーチ状横桁上（浮上防止構造上）に足場を形成することで、坑口部処理用の足場として利用することができる。なお、シールド機の外周面とアーチ状横桁の下面との間に、所定の大きさの隙間が設けられているか、ローラ等が介設されていれば、シールド機の掘進時にアーチ状横桁がシールド機と接触して掘進を妨げることがない。なお、ローラを設置する場合には、シールド機の外面の不陸に追従可能であるのが望ましい。

【0006】

また、かかる浮上防止構造によれば、仮組セグメントが治具を介して支持架台に固定されているため、仮組セグメントの浮き上がりが防止されている。また、横ズレ防止材により仮組セグメントが横方向にずれることが防止されているとともに、仮組セグメントが楕円形状に変形することも防止されている。このように、本発明によれば、シールドトンネルの初期掘進時に仮組セグメントのズレが抑制されるため、仮組セグメントのズレに起因するシールド機のズレも抑制される。

【発明の効果】

【0008】

本発明の浮上防止構造によれば、複数のアーチ状横桁と縦桁との簡易な構成により、通常時はシールド機との間に隙間を有しているため掘進を妨げることがなく、シールド機に浮上がりが生じた場合にはシールド機と接触して大きなズレを抑制するため、シールドトンネルの初期掘進を高精度に行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る浮上防止構造の平面図である。

【図2】浮上防止構造の正面図である。

【図3】（ａ）および（ｂ）は浮上防止構造の一部を示す側面図である。

【図4】浮上防止構造の一部を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本実施形態では、道路トンネル用のシールドトンネルの初期掘進時において、気中に配設されたシールド機１０の浮き上がりを防止するための浮上防止構造１について説明する。
本実施形態では、図１に示すように、気中において組み立てたシールド機１０を利用して、トンネルを掘削する。トンネル坑口部予定箇所には、土留壁Ｗ１が形成されており、シールド機１０を挟んで土留壁Ｗ１と対向するように反力版Ｗ２が形成されている。さらにシールド機１０の一方の側方には側壁Ｗ３が形成されていて、他方の側方には門型クレーンのクレーン用架台Ｓが形成されている。なお、トンネル坑口部の構成は限定されるものではない。例えば、クレーン用架台Ｓは必要に応じて形成すればよい。また、初期掘進は、周囲が土留壁により囲まれた立坑内から開始してもよい。
浮上防止構造１は、図１および図２に示すように、アーチ状横桁２と、縦桁３と、支持部材４と、足場５と、仮組セグメント６とを備えている。なお、図１では、足場５の図示を省略している。

【0011】

アーチ状横桁２は、シールド機１０の上面に沿って配設された鋼材である。本実施形態では、シールド機１０の掘進方向に間隔をあけて、３つのアーチ状横桁２が並設されている。なお、アーチ状横桁２の数は限定されるものではない。また、本実施形態では、アーチ状横桁２がＨ形鋼により構成されているが、アーチ状横桁２を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、溝形鋼やＬ形鋼であってもよい。アーチ状横桁２は、アーチ状のアーチ部２１とアーチ部２１の両端から延びる左右の直線部２２，２２とを備えている。
アーチ部２１は、中心角が６０°～９０°程度の円弧状を呈している。なお、アーチ部２１の中心角の大きさは限定されるものではない。アーチ部２１（アーチ状横桁２）の下面は、シールド機１０の上部分の外周面と平行である。また、アーチ部２１（アーチ状横桁２）の下面とシールド機１０の外周面との間には所定の大きさの隙間が設けられている。なお、アーチ状横桁２とシールド機１０との隙間の大きさは限定されるものでないが、本実施形態では、１０ｍｍ～２０ｍｍとする。
直線部２２は、直線状の鋼材からなり、アーチ部２１の端部に一体に固定されている。直線部２２の先端（アーチ状横桁２の下端部）は、支持部材４に固定されている。

【0012】

縦桁３は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、隣り合うアーチ状横桁２のウェブ同士の間隔以下の長さの直線状の鋼材からなり、アーチ状横桁２同士の間に介設されている。縦桁３は、シールド機１０の掘進方向で隣り合うアーチ状横桁２同士を連結している。本実施形態では、アーチ状横桁２のアーチ部２１同士を縦桁３により連結している。縦桁３は、アーチ状横桁２の長さ方向に所定の間隔をあけて複数本配設されている。なお、縦桁３の数および配置（配設ピッチ）は限定されるものではない。また、縦桁３は、必ずしもアーチ状横桁２同士の間に介設する必要はない。例えば、縦桁３として、アーチ状横桁２同士の間隔よりも大きな長さの鋼材を使用して、複数のアーチ状横桁２の上面または下面において連結してもよい。アーチ状横桁２の下面に縦桁３を固定する場合には、縦桁３の下面とシールド機１０の外面との間に隙間を設けておく。

【0013】

支持部材４は、アーチ状横桁２を支持するものであって、鋼材を組み合わせることにより形成されている。図１および図２に示すように、支持部材４は、シールド機１０の左右にそれぞれ形成されている。一方の支持部材４（第一支持部材４１）は、図３（ａ）に示すように、トンネル坑口部予定箇所に形成された土留壁Ｗ１の前面からシールド機１０の軸方向に沿って延設されている。なお、第一支持部材４１の先端部（土留壁Ｗ１と反対側の端部）は、シールド機１０の側方に形成された架台に固定されたブラケット４３によって支持されている。また、他方の支持部材４（第二支持部材４２）は、図３（ｂ）に示すように、シールド機１０の側方に形成された側壁Ｗ３から張り出している。第二支持部材４２は、側壁Ｗ３に固定された上下の第一部材４４と、上下の第一部材４４同士を連結する第二部材４５と、前後に隣り合う第一部材４４同士を連結する第三部材４６とを組み合わせることにより形成された台座である。アーチ状横桁２の一方の端部（直線部２２の先端）は、第一支持部材４１の上面に固定されていて、アーチ状横桁２の他方の端部（直線部２２の先端）は第二支持部材４２の上面に固定されている。なお、支持部材４の構成は限定されるものではない。例えば、底版Ｂに立設された支柱を介して設けられていてもよい。

【0014】

足場５は、図２に示すように、アーチ状横桁２上に形成されている。足場５は、アーチ状横桁２の上面に固定された支持枠５１と、支持枠５１の上面に敷設された足場板５２と、手摺り５３とを備えている。支持枠５１は、鋼材を組み合わせることにより形成されている。本実施形態の足場５は、アーチ状横桁２の頂部に形成された平場５４と、平場５４の断面視左右にそれぞれ複数段形成された小段５５とを有している。隣り合う小段５５同士は、階段５６により行き来が可能である。なお、足場５の小段５５の段数や段差の大きさは限定されるものではない。また、足場５は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、平場５４から前方（土留壁Ｗ１側）に延びる張出部５７を備えている。

【0015】

仮組セグメント６は、図１に示すように、シールド機１０の後方に組み立てられている。仮組セグメント６は、図４に示すように、底版Ｂに形成された支持架台７に載置されている。本実施形態の仮組セグメント６は、裏込め材の注入孔（図示せず）に挿通された治具７１を介して支持架台７に固定されている。本実施形態では、治具７１としてＰＣ鋼棒を使用する。なお、治具７１を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、ＰＣ鋼線やボルトであってもよい。支持架台７は、鋼材を組み合わせることにより構成されている。また、仮組セグメント６は、治具７１の取り付け箇所に応じて、注入孔（挿通孔）を増加してもよい。支持架台７の上面には、一対の三角形状の凸部７２が間隔をあけて形成されている。一対の凸部７２が形成されていることにより、支持架台７の上面には、円形の仮組セグメント６の下部を挿入可能な凹部７３が形成されている。仮組セグメント６は、凹部７３に下部を挿入した状態で、一対の凸部７２に載置する。その後、注入孔に治具７１を挿通し、凸部７２に治具７１を固定する。
また、仮組セグメント６は、横ズレ防止材８により側面が支持されている。横ズレ防止材８は、ジャッキ（図示せず）を備えており、シールド機１０の掘進方向と交差する方向に進退可能に構成されている。横ズレ防止材８は、仮組セグメント６の高さ方向中間部（スプリングラインＳＬ）の位置において、仮組セグメント６の側面に接している。また、横ズレ防止材８は、仮組セグメント６の側方に形成された側壁Ｗ３やクレーン用架台Ｓに固定されている。
シールド機１０による掘進に伴い、シールド機１０の後方においてアーチ状横桁２の下に組み立てられた仮組セグメント６は、アーチ状横桁２によって浮上がりを抑制する。仮組セグメント６は、シールド機１０よりも外径が小さいために、アーチ状横桁２と仮組セグメント６との間に隙間が形成されるが、当該隙間にスペーサ（例えば鋼材）を挟み込むことで、仮組セグメント６の浮上がりを防止する。なお、スペーサの構成は限定されるものではなく、例えば、ジャッキ等でってもよい。

【0016】

本実施形態の浮上防止構造１によれば、シールド機１０の上方にアーチ状横桁２が横架されているため、初期掘進時にシールド機１０の後方が浮き上がったとしても、アーチ状横桁２によって大きな変位が抑制される。そのため、シールド機１０による掘進方向に大きなズレが生じることを抑制することができる。また、シールド機１０とアーチ状横桁２との間には隙間が形成されているため、シールド機１０にズレが生じることなく掘進している場合には、シールド機１０とアーチ状横桁２とが接触することはない。そのため、アーチ状横桁２がシールド機１０の掘削の妨げになることもない。また、アーチ部２１（アーチ状横桁２）の下面は、シールド機１０の上部分の外周面と平行であるため、シールド機１０の横方向のズレも抑制することができる。また、アーチ状横桁２は、坑口部管理用（坑口部からの漏水処理や、グラウト注入用のバルブ操作等）の足場５の土台として使用できるため、別途足場を組み立てる手間と費用を削減できる。すなわち、アーチ状横桁２（浮上防止構造１）は、シールド機１０の浮き上がりを抑制するための引張材として機能するとともに、足場５の土台として機能する。
また、アーチ状横桁２は、土留壁Ｗ１や側壁Ｗ３等から延設された支持部材４に固定されているため、シールド機１０の周囲に大掛かりな支持構造を構築する必要がない。そのため、比較的簡易かつ安価に浮上防止構造１を形成することができる。

【0017】

また、仮組セグメント６は、治具７１を介して支持架台７に固定されているため、浮上がりが防止されている。そのため、仮組セグメント６が浮き上がりに起因するシールド機１０の後部の浮き上がりが防止されている。また、横ズレ防止材８が仮組セグメント６の側方に配設されているため、仮組セグメント６が横方向にずれることが防止されているとともに、仮組セグメント６が楕円形状に変形することも防止されている。そのため、シールドトンネルの初期掘進時にシールド機１０の掘進方向のズレが抑制されて、高精度に施工を行うことができる。

【0018】

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、道路トンネルを施工する場合について説明したが、トンネルの使用目的は限定されるものではない。
また、足場５は、必要に応じて形成すればよい。
また、仮組セグメント６は、必ずしも支持架台７に固定する必要はなく、固定することなく支持架台７に載置してもよい。
また、横ズレ防止材８は、必要に応じて設ければよい。また、横ズレ防止材８は、必ずしも進退可能である必要はない。
また、シールド機１０の側方にも、横ズレ防止材８を設けておくことで、シールド機１０の横ズレを制御するようにしてもよい。このとき、シールド機１０の外面と横ズレ防止材８との間には、隙間を設けておき、シールド機１０にズレが生じた場合のみにおいて、横ズレ防止材８と接触するようにするのが望ましい。
また、両端部がアンカー等により底版Ｂに固定された線材（例えばＰＣ鋼線）Ｒを仮組セグメント６の外面に周設してもよい。
また、前記実施形態では、シールド機１０の外周面とアーチ状横桁２の下面との間に、所定の大きさの隙間を設けるものとしたが、隙間は必ずしも形成する必要はない。例えば、シールド機１０の外周面とアーチ状横桁２の下面との間に、球ローラやシールド機１０の進行方向と直交する軸を中心に回転可能なタイヤ式のローラ等を介設してもよい。シールド機１０とアーチ状横桁２との間にローラを設ければ、シールド機１０の掘進を妨げることなく、シールド機１０の大きな変位を抑制することができる。なお、このようなローラは、シールド機１０の外面の不陸に追従可能であるのが望ましい。

【符号の説明】

【0019】

１ 浮上防止構造
１０ シールド機
２ アーチ状横桁
３ 縦桁
４ 支持部材
５ 足場
６ 仮組セグメント
７ 支持架台
８ 横ズレ防止材
Ｗ１ 土留壁
Ｗ３ 側壁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】