(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】2022-09-01
(45)【発行日】2022-09-09
(54)【発明の名称】反力受け構造
(51)【国際特許分類】
E21D 9/06 20060101AFI20220902BHJP
【ＦＩ】
E21D9/06 301E
【請求項の数】
1
(21)【出願番号】P 2018227787
(22)【出願日】2018-12-05
(65)【公開番号】P2020090819
(43)【公開日】2020-06-11
【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
(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２００６－００２３４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－０２３７７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０３－１９９５９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－３６４２８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－２２７２９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－２０１８９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５５－１２２９９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０４－１４９３９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５６－０３１９９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１３２９４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－１１３６９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭５４－１５４６０７（ＪＰ，Ｕ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ２１Ｄ １／００－ ９／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも底版と、該底版から立設する対向する側壁とからなる立坑内において、
シールド機の後方に組み立てられた仮組セグメントと、
前記底版に固定され、前記仮組セグメントを上載する支持架台と、
前記支持架台に定着され、前記仮組セグメントの注入孔に挿通させることで該仮組セグメントの内面側から該支持架台に固定する支持架台固定治具と、
前記対向する側壁にそれぞれ固定され、前記仮組セグメントの側面を支持する支持体を有する横ズレ防止機構と、を備える反力受け構造であって、
前記横ズレ防止機構は、前記仮組セグメントのスプリングラインに位置する側面を、前記支持体と該仮組セグメントの許容変位量相当の隙間を開けて配置され、
前記支持体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、反力受け構造。
【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のための反力受け構造に関する。
【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、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のが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
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。
また、特許文献２には、坑口部に設置したケーシング内に設けられたシールド機により、ケーシングの後方に配備する仮組セグメントから反力を取って初期掘進をする場合において、仮組セグメントに装備されたストッパーにより、仮組セグメントのズレを防止するシールド機発進機構が開示されている。特許文献２のストッパーは、仮組ケーシングの外面から突出して先端をケーシング内に設けられた支持架台に押し当てることにより仮組セグメントのズレを防止している。
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。
また、特許文献２には、坑口部に設置したケーシング内に設けられたシールド機により、ケーシングの後方に配備する仮組セグメントから反力を取って初期掘進をする場合において、仮組セグメントに装備されたストッパーにより、仮組セグメントのズレを防止するシールド機発進機構が開示されている。特許文献２のストッパーは、仮組ケーシングの外面から突出して先端をケーシング内に設けられた支持架台に押し当てることにより仮組セグメントのズレを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００１－０２０６９３号公報
【文献】特開２００７－０２３７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
シールド工法により大断面トンネルを施工する場合において、線材のみでセグメントの浮き上がりを防止しようとすると、太径の線材を使用する必要がある。太径の線材は高価であるとともに、重量があるため、大断面の仮組セグメントの周囲に太径の線材を設置するには手間がかかる。また、大断面トンネルの仮組セグメントを上方から抑えつけることにより浮き上がりを防止しようとすると、仮組セグメントが楕円形状に変形するおそれがある。仮組セグメントが変形すると、シールド機のテールシールが損傷したり、掘進方向に影響を及ぼすおそれがある。
また、特許文献２のシールド機発進機構では、シールド機を内挿するケーシングを設ける必要があるが、大断面トンネルの施工において、シールド機を内挿するケーシングを設置するためには、多大な労力と費用を要する。
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、かつ、比較的安価に、初期掘進を高精度に行うことを可能とした反力受け構造を提案することを課題とする。
また、特許文献２のシールド機発進機構では、シールド機を内挿するケーシングを設ける必要があるが、大断面トンネルの施工において、シールド機を内挿するケーシングを設置するためには、多大な労力と費用を要する。
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、かつ、比較的安価に、初期掘進を高精度に行うことを可能とした反力受け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反力受け構造は、少なくとも底版と、該底版から立設する対向する側壁とからなる立坑内において、シールド機の後方に組み立てられた仮組セグメントと、前記底版に固定され、前記仮組セグメントを上載する支持架台と、前記支持架台に定着され、前記仮組セグメントの注入孔に挿通させることで該仮組セグメントの内面側から該支持架台に固定する支持架台固定治具と、前記対向する側壁にそれぞれ固定され、前記仮組セグメントの側面を支持する支持体を有する横ズレ防止機構と、を備える反力受け構造であって、前記横ズレ防止機構は、前記仮組セグメントのスプリングラインに位置する側面を、前記支持体と該仮組セグメントの許容変位量相当の隙間を開けて配置され、前記支持体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している。
かかる反力受け構造によれば、横ズレ防止機構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。また、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。そのため、シールドトンネルの初期掘進時に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。また、大断面の線材を使用する必要がないため、簡易に構成することができ、施工性に優れている。支持架台に固定することで浮上がりが防止されているため、線材を使用する場合であっても、小断面化が可能である。
かかる反力受け構造によれば、横ズレ防止機構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。また、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。そのため、シールドトンネルの初期掘進時に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。また、大断面の線材を使用する必要がないため、簡易に構成することができ、施工性に優れている。支持架台に固定することで浮上がりが防止されているため、線材を使用する場合であっても、小断面化が可能である。
【発明の効果】
【0006】
本発明の反力受け構造によれば、簡易な構成で、かつ、比較的安価に、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】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
＜全体構成＞
図１に図２のＢ－Ｂ矢視図であり、本発明の反力受け構造を含むシールド機の発進設備平面図を示す。
本実施形態におけるシールド機の発進設備は、地盤Ｇに構築された立坑１内に設けられている。立坑１はグラウンドアンカー１２より支保されている土留め壁１１よりなる平面視矩形形状を呈している。一方の面の土留め壁１１に設置された発進エントランス３に対向するように、他方の面に反力設備５が設けられている。土留め壁１１は、ＳＭＷ工法（ソイルミキシングウォール工法）にて構築されている。ＳＭＷ工法とは、不図示の多軸混練オーガー機で原地盤を削孔し、その先端よりセメントスラリーを吐出して削孔した地山と混練することで、ＳＭＷ壁体（ソイルセメント壁体）を造るものである。本実施形態では、各削孔ごとにＨ形鋼である芯材が埋設された状態でＳＭＷ壁体を硬化させることで、芯材の周囲をＳＭＷ壁体が覆った状態で一体化されるので、止水性を兼ねた備えた剛性の高い土留め壁１１が構築される。
シールド機Ｓは、立坑１内に発進エントランス３内を通過できるように組立て・配置されている。
＜全体構成＞
図１に図２のＢ－Ｂ矢視図であり、本発明の反力受け構造を含むシールド機の発進設備平面図を示す。
本実施形態におけるシールド機の発進設備は、地盤Ｇに構築された立坑１内に設けられている。立坑１はグラウンドアンカー１２より支保されている土留め壁１１よりなる平面視矩形形状を呈している。一方の面の土留め壁１１に設置された発進エントランス３に対向するように、他方の面に反力設備５が設けられている。土留め壁１１は、ＳＭＷ工法（ソイルミキシングウォール工法）にて構築されている。ＳＭＷ工法とは、不図示の多軸混練オーガー機で原地盤を削孔し、その先端よりセメントスラリーを吐出して削孔した地山と混練することで、ＳＭＷ壁体（ソイルセメント壁体）を造るものである。本実施形態では、各削孔ごとにＨ形鋼である芯材が埋設された状態でＳＭＷ壁体を硬化させることで、芯材の周囲をＳＭＷ壁体が覆った状態で一体化されるので、止水性を兼ねた備えた剛性の高い土留め壁１１が構築される。
シールド機Ｓは、立坑１内に発進エントランス３内を通過できるように組立て・配置されている。
【0009】
仮組セグメント４は、シールド機Ｓ内で複数のセグメントピースをリング状に組み立てることで形成されたセグメントリング４１を、シールド機Ｓ内に装備された油圧ジャッキＳ１にてシールド機Ｓの後方に順次押し出すことで複数のセグメントリング４１，４１・・・が継手により連結されて形成されている。
最初に組み立てられたセグメントリング４１が反力設備５に当接されることで、油圧ジャッキＳ１から付与される推力が仮組セグメント４から反力設備５に伝達され、反力設備５の背面に存在する地盤Ｇに伝達されることで、シールド機Ｓを前方に推進させるための反力が確保できる。反力設備５は、鋼材の骨組みやコンクリート壁等の公知の構成からなり、ここでの説明は省略する。
ここで、仮組セグメント４には、シールド機Ｓ側から油圧ジャッキＳ１による推力と、反力設備５側からその反力とがそれぞれ作用するため、例えば仮組セグメント４の下方に偏心荷重が作用する場合、仮組セグメント４が上方に弓なりに膨らむように浮き上がる可能性がある。
この現象によって、仮組セグメント４自体が損傷を受けたり、仮組セグメント４の一部を内包するシールド機Ｓの後胴部が仮組セグメント４に突き上げられるように浮き上がる可能性もある。係る現象の発生を許容することは、施工品質管理上、安全管理上ともに好ましくないので、仮組セグメント４の浮き上がりを規制する対策が必要となる。つまり、仮組セグメント４の浮き上がりによって生じる反力を受ける構造を仮組セグメント４の所定の位置に設けることで対応することができる。
そこで本実施形態では、仮組セグメント４の浮き上がり防止措置としての反力受け構造として、以下の対策を採用している。
仮組セグメント４の水平方向の変動を規制するための横ズレ防止機構６と、仮セグメント４の下部を下方からの引張り力で上下方向の変動を規制するための支持架台固定治具７の２つである。
最初に組み立てられたセグメントリング４１が反力設備５に当接されることで、油圧ジャッキＳ１から付与される推力が仮組セグメント４から反力設備５に伝達され、反力設備５の背面に存在する地盤Ｇに伝達されることで、シールド機Ｓを前方に推進させるための反力が確保できる。反力設備５は、鋼材の骨組みやコンクリート壁等の公知の構成からなり、ここでの説明は省略する。
ここで、仮組セグメント４には、シールド機Ｓ側から油圧ジャッキＳ１による推力と、反力設備５側からその反力とがそれぞれ作用するため、例えば仮組セグメント４の下方に偏心荷重が作用する場合、仮組セグメント４が上方に弓なりに膨らむように浮き上がる可能性がある。
この現象によって、仮組セグメント４自体が損傷を受けたり、仮組セグメント４の一部を内包するシールド機Ｓの後胴部が仮組セグメント４に突き上げられるように浮き上がる可能性もある。係る現象の発生を許容することは、施工品質管理上、安全管理上ともに好ましくないので、仮組セグメント４の浮き上がりを規制する対策が必要となる。つまり、仮組セグメント４の浮き上がりによって生じる反力を受ける構造を仮組セグメント４の所定の位置に設けることで対応することができる。
そこで本実施形態では、仮組セグメント４の浮き上がり防止措置としての反力受け構造として、以下の対策を採用している。
仮組セグメント４の水平方向の変動を規制するための横ズレ防止機構６と、仮セグメント４の下部を下方からの引張り力で上下方向の変動を規制するための支持架台固定治具７の２つである。
【0010】
図２に図１のＡ－Ａ矢視であり、本発明の反力受け構造の断面図を、図３に図２のＣ部であり、本発明の反力受け構造である横ズレ防止機構の構造断面図を、図４に図２のＤ部であり、本発明の反力受け構造であるセグメントの支持架台固定の構造断面図をそれぞれ示す。
以降、反力受け構造の各構造について、図２～図４を用いて説明する。
以降、反力受け構造の各構造について、図２～図４を用いて説明する。
【0011】
＜横ズレ防止機構＞
図２より、本実施形態の横ズレ防止機構６，６は、仮組セグメント４の側方に立設する土留め壁１１，１１に固定されている。横ズレ防止機構６，６は、仮組セグメント４を左右外側から挟むように配置されており、理想的には仮組セグメント４の設計上の中心点を通過するスプリングラインＳＬ上（水平線上）で、かつ設計上の仮組セグメント４の外面に当接するように配置されていることが望ましい。しかし、実際に組み立てられた仮組セグメント４は、施工誤差や製造誤差等の様々な要因により、必ずしも真円ではなく、設計上の所望する位置に配置されていないことの方が多い。
したがって、本実施形態における横ズレ防止機構６，６は、組み立てられた仮組セグメント４の凡そのスプリングラインＳＬ上の外面から許容変位量に相当する１０ｍｍ程度の隙間δを設けて当接するように配置されている（図３参照のこと。）。
図２より、本実施形態の横ズレ防止機構６，６は、仮組セグメント４の側方に立設する土留め壁１１，１１に固定されている。横ズレ防止機構６，６は、仮組セグメント４を左右外側から挟むように配置されており、理想的には仮組セグメント４の設計上の中心点を通過するスプリングラインＳＬ上（水平線上）で、かつ設計上の仮組セグメント４の外面に当接するように配置されていることが望ましい。しかし、実際に組み立てられた仮組セグメント４は、施工誤差や製造誤差等の様々な要因により、必ずしも真円ではなく、設計上の所望する位置に配置されていないことの方が多い。
したがって、本実施形態における横ズレ防止機構６，６は、組み立てられた仮組セグメント４の凡そのスプリングラインＳＬ上の外面から許容変位量に相当する１０ｍｍ程度の隙間δを設けて当接するように配置されている（図３参照のこと。）。
【0012】
図３より、１組の横ズレ防止機構６は、Ｈ形鋼である当接材６１、梁材６２，６２、接続材６３，６３、及びジャッキ６４，６４とからなる。
当接材６１は、フランジ面が仮組セグメント４に当接するように鉛直に配置され、当接材６１に直交するように、当接材６１の背面フランジの上下に、梁材６２，６２、ジャッキ６４，６４、接続材６３，６３の順に溶接により一体に接続されている。πの字を紙面反時計回りに９０度回転させたような形状である。
横ズレ防止機構６は、接続材６３，６３の端部を土留め壁１１の芯材に溶接して固定されている。ジャッキ６４を調整することによって、仮組セグメント４の外面からの配置を微調整するとともに、油圧ジャッキを採用すれば、仮組セグメント４が当接材６１に当接した場合であっても、油圧により、仮組セグメント４に過度な集中荷重が作用することを抑制し、セグメントの損壊を緩和できる。
また、同じ理由から、当接材６１の当接面にゴム製の板材であるパッド６５を貼り付けておくことが望ましい。
当接材６１は、フランジ面が仮組セグメント４に当接するように鉛直に配置され、当接材６１に直交するように、当接材６１の背面フランジの上下に、梁材６２，６２、ジャッキ６４，６４、接続材６３，６３の順に溶接により一体に接続されている。πの字を紙面反時計回りに９０度回転させたような形状である。
横ズレ防止機構６は、接続材６３，６３の端部を土留め壁１１の芯材に溶接して固定されている。ジャッキ６４を調整することによって、仮組セグメント４の外面からの配置を微調整するとともに、油圧ジャッキを採用すれば、仮組セグメント４が当接材６１に当接した場合であっても、油圧により、仮組セグメント４に過度な集中荷重が作用することを抑制し、セグメントの損壊を緩和できる。
また、同じ理由から、当接材６１の当接面にゴム製の板材であるパッド６５を貼り付けておくことが望ましい。
【0013】
＜支持架台固定治具＞
図２より、仮組セグメント４は、多数の形鋼から形成される支持架台２上にトンネル軸方向に平行に固定された複数のレール材２１，２１・・・の上に、複数のキャンバー２２，２２・・・を介して載置されている。支持架台固定治具７は、後述するＰＣ鋼棒を主材として、仮組セグメント４の内面側から支持架台２に定着させることで、仮セグメント４の上方への浮き上がりを抑制している。
図２より、仮組セグメント４は、多数の形鋼から形成される支持架台２上にトンネル軸方向に平行に固定された複数のレール材２１，２１・・・の上に、複数のキャンバー２２，２２・・・を介して載置されている。支持架台固定治具７は、後述するＰＣ鋼棒を主材として、仮組セグメント４の内面側から支持架台２に定着させることで、仮セグメント４の上方への浮き上がりを抑制している。
【0014】
図４より、１組の支持架台固定治具７は、ＰＣ鋼棒７１と、Ｃ形鋼材７２，７２・・・と、座金７３，７３・・・と、ナット７４，７４とからなり、仮組セグメント４のレールに近傍する箇所に位置するセグメントピースに予め設けられた注入孔４２を挿通して支持架台２に固定される。
具体的には、ＰＣ鋼棒７１は、セグメントの注入孔４２に挿通し、セグメントの内面側からＰＣ鋼棒７１を挟むように対向する２つのＣ形鋼材７２，７２を配置し、Ｃ形鋼材７２，７２の頭部を跨ぎ、係止するようにＰＣ鋼棒７１の上部から座金７３を挿通し、ナット７４で螺合されている。注入孔４２を挿通されたＰＣ鋼棒７１は、支持架台２のフランジ面に設けられた貫通孔２３に挿通され、セグメントの内面側と同様に、該フランジ面に係止するように、該フランジ面の背面側から挿通されたＰＣ鋼棒７１を挟むように２つのＣ形鋼材７２，７２を配置し、Ｃ形鋼材７２，７２の頭部を跨ぎ、係止するようにＰＣ鋼棒７１の上部から座金７３を挿通し、ナット７４で螺合されている。
具体的には、ＰＣ鋼棒７１は、セグメントの注入孔４２に挿通し、セグメントの内面側からＰＣ鋼棒７１を挟むように対向する２つのＣ形鋼材７２，７２を配置し、Ｃ形鋼材７２，７２の頭部を跨ぎ、係止するようにＰＣ鋼棒７１の上部から座金７３を挿通し、ナット７４で螺合されている。注入孔４２を挿通されたＰＣ鋼棒７１は、支持架台２のフランジ面に設けられた貫通孔２３に挿通され、セグメントの内面側と同様に、該フランジ面に係止するように、該フランジ面の背面側から挿通されたＰＣ鋼棒７１を挟むように２つのＣ形鋼材７２，７２を配置し、Ｃ形鋼材７２，７２の頭部を跨ぎ、係止するようにＰＣ鋼棒７１の上部から座金７３を挿通し、ナット７４で螺合されている。
【0015】
以上より、本実施形態に係る反力受け構造によれば、横ズレ防止機構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。また、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。そのため、シールドトンネルの初期掘進時に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。また、大断面の線材を使用する必要がないため、簡易に構成することができ、施工性に優れている。支持架台に固定することで浮上がりが防止されているため、線材を使用する場合であっても、小断面化が可能である。
【0016】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限られず、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。
【符号の説明】
【0017】
Ｇ 地盤
Ｓ シールド機
Ｓ１ 油圧ジャッキ
ＳＬ スプリングライン
δ 隙間
１ 立坑
１１ 土留め壁
１２ グラウンドアンカー
１３ 基礎コンクリート
１４ 底版
２ 支持架台
２１ レール材
２２ キャンバー
２３ 貫通孔
３ 発進エントランス
４ 仮組セグメント
４１ セグメントリング
４２ 注入孔
５ 反力設備
６ 横ズレ防止機構
６１ 当接材
６２ 梁材
６３ 接続材
６４ ジャッキ
６５ パッド
７ 支持架台固定治具
７１ ＰＣ鋼棒
７２ Ｃ形鋼材
７３ 座金
７４ ナット
Ｓ シールド機
Ｓ１ 油圧ジャッキ
ＳＬ スプリングライン
δ 隙間
１ 立坑
１１ 土留め壁
１２ グラウンドアンカー
１３ 基礎コンクリート
１４ 底版
２ 支持架台
２１ レール材
２２ キャンバー
２３ 貫通孔
３ 発進エントランス
４ 仮組セグメント
４１ セグメントリング
４２ 注入孔
５ 反力設備
６ 横ズレ防止機構
６１ 当接材
６２ 梁材
６３ 接続材
６４ ジャッキ
６５ パッド
７ 支持架台固定治具
７１ ＰＣ鋼棒
７２ Ｃ形鋼材
７３ 座金
７４ ナット
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】