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JP6775414B2 - Ground excavation method - Google Patents
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Description

本発明は、シールド掘進機等の掘削機械により地盤を掘削する地盤掘削方法に関する。 The present invention relates to a ground excavation method for excavating the ground with an excavation machine such as a shield excavator.

地下水を含む帯水層や軟弱層を含む地盤をシールド掘進機等の掘削機械により掘削する場合、止水や地盤の強化のために地盤の一部を凍結させる凍結工法が用いられることがある。 When excavating aquifer containing groundwater or ground containing a soft layer with an excavation machine such as a shield excavator, a freezing method may be used to freeze a part of the ground to stop water or strengthen the ground.

前記凍結工法を用いた地盤掘削方法としては、特許文献1に記載された地盤掘削方法(トンネル掘削方法)が知られている。この地盤掘削方法では、地山の礫質地盤に挿入した凍結管を介して凍結媒体を地盤に注入して地盤を凍結させ、その後、凍結管を地盤から引き抜き、この状態で、凍結された地盤をシールド掘進機により掘削している。これにより、掘削中の切羽面の崩壊や地下水のシールド掘進機内への流入を防止又は抑制している。 As a ground excavation method using the freezing method, the ground excavation method (tunnel excavation method) described in Patent Document 1 is known. In this ground excavation method, a freezing medium is injected into the ground through a freezing pipe inserted into the gravel ground of the ground to freeze the ground, and then the freezing pipe is pulled out from the ground, and in this state, the frozen ground is frozen. Is being excavated by a shield excavator. This prevents or suppresses the collapse of the face surface during excavation and the inflow of groundwater into the shield excavator.

特開2009−293205号公報JP-A-2009-293205

しかしながら、特許文献1に記載された地盤掘削方法では、凍結された地盤をシールド掘進機により掘削する前に、凍結管を引き抜かなければならず、その引き抜き作業に手間が掛っていた。また、地盤が凍結した状態で凍結管を引き抜くことが困難な場合には、凍結管を引き抜くために解凍させているので、実際に地盤を掘削するときには、折角凍結させた地盤の一部を解凍させてしまい、凍結地盤を適切な範囲に施工することができない可能性がある。 However, in the ground excavation method described in Patent Document 1, the frozen pipe must be pulled out before the frozen ground is excavated by the shield excavator, and the pulling out work is troublesome. In addition, when it is difficult to pull out the frozen pipe when the ground is frozen, it is thawed to pull out the frozen pipe, so when actually excavating the ground, a part of the frozen ground is thawed. There is a possibility that the frozen ground cannot be constructed in an appropriate range.

本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、作業工数を低減可能であると共に、凍結地盤を適切な範囲に施工した状態で掘削を行うことが可能な地盤掘削方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made by paying attention to such a problem, and provides a ground excavation method capable of reducing work man-hours and excavating with frozen ground constructed in an appropriate range. The purpose is to do.

上記課題に対して、本発明に係るトンネル掘進方法は、その一態様として、地盤を掘削機械により掘削する地盤掘削方法において、前記地盤の掘削予定領域のうちの所定領域に、前記掘削機械により切削可能な冷媒流通用の配管を配置する配管配置工程と、前記配管に冷媒を流通させて前記所定領域の地盤を凍結させる凍結工程と、前記掘削予定領域のうちの前記所定領域については、前記凍結工程の後に前記所定領域に前記冷媒流通用の配管を残置させた状態で前記掘削機械により掘削する掘削工程と、を含む、構成とした。 In response to the above problems, the tunnel excavation method according to the present invention is one aspect of the ground excavation method of excavating the ground with an excavation machine, in which the excavation machine cuts into a predetermined area of the planned excavation area of the ground. A pipe arranging step of arranging possible pipes for excavation, a freezing step of flowing a refrigerant through the pipes to freeze the ground in the predetermined region, and freezing the predetermined region of the planned excavation region. The configuration includes an excavation step of excavating with the excavation machine in a state where the pipe for the refrigerant flow is left in the predetermined region after the step.

本発明に係る地盤掘削方法の上記一態様によると、掘削機械による掘削に先立って、掘削予定領域のうちの所定領域(例えば、地下水を含む帯水層や軟弱層の領域)に、掘削機械により切削可能な冷媒流通用の配管を配置すると共にこの配管に冷媒を流通させて前記所定領域の地盤を凍結させ、その後、冷媒流通用の配管を残置させた状態で前記所定領域を掘削する。
このように、冷媒流通用の配管を掘削機械により切削可能なものとしたことにより、所定領域の地盤と共に冷媒流通用の配管を一緒に切削することができるため、掘削機械による掘削の前に、凍結管(冷媒流通用の配管)の引き抜き作業を必要とした従来の掘削方法と比較して、作業工数を削減することができる。また、引き抜き作業を不要としたため、例えば、引き抜きのために冷媒流通用の配管に温水等を流して解凍させる必要もない。その結果、適切な範囲に凍結地盤を施工することができる。
According to the above aspect of the ground excavation method according to the present invention, prior to excavation by the excavation machine, an excavation machine is used in a predetermined area (for example, an aquifer layer containing groundwater or a soft layer) in the planned excavation area. A cuttable pipe for flowing a refrigerant is arranged, and a refrigerant is circulated through the pipe to freeze the ground in the predetermined region, and then the predetermined region is excavated with the pipe for flowing the refrigerant left.
In this way, by making the pipe for the refrigerant flow cuttable by the excavation machine, the pipe for the refrigerant flow can be cut together with the ground in the predetermined area. Therefore, before excavation by the excavation machine, Compared with the conventional excavation method that requires the extraction work of the freezing pipe (piping for the flow of refrigerant), the work manpower can be reduced. Further, since the drawing work is not required, for example, it is not necessary to pour hot water or the like through the refrigerant flow pipe for drawing to thaw. As a result, frozen ground can be constructed in an appropriate range.

このようにして、作業工数を低減可能であると共に、凍結地盤を適切な範囲に施工した状態で掘削を行うことが可能な地盤掘削方法を提供することができる。 In this way, it is possible to provide a ground excavation method capable of reducing the work man-hours and excavating with the frozen ground constructed in an appropriate range.

本発明に係る第1実施形態の地盤掘削方法を適用するトンネル工事エリアの地盤の断面図である。It is sectional drawing of the ground of the tunnel construction area to which the ground excavation method of 1st Embodiment which concerns on this invention is applied. 前記地盤掘削方法における配管配置工程を説明するための図面である。It is a drawing for demonstrating the pipe arrangement process in the said ground excavation method. 前記配管配置工程において配置する凍結管の断面図である。It is sectional drawing of the freezing pipe arranged in the said pipe arrangement process. 前記地盤掘削方法における所定領域の凍結工程を説明するための図面である。It is a drawing for demonstrating the freezing process of a predetermined area in the said ground excavation method. 前記地盤掘削方法におけるシールド掘進機の発進用の坑口の形成工程を説明するための図面である。It is a drawing for demonstrating the process of forming the wellhead for starting a shield excavator in the said ground excavation method. 前記坑口に設けられるエントランスパッキンの部分拡大図である。It is a partially enlarged view of the entrance packing provided in the wellhead. 前記坑口にシールド掘進機の前部が進入した状態を示した部分拡大図である。It is a partially enlarged view which showed the state which the front part of the shield excavator entered into the well mouth. 前記地盤掘削方法における掘削工程を説明するための図面である。It is a drawing for demonstrating the excavation process in the said ground excavation method. 前記掘削工程における前記所定領域の掘削状態を示した図である。It is a figure which showed the excavation state of the predetermined area in the excavation process. 前記掘削工程における裏込め材の充填状態を示した図である。It is a figure which showed the filling state of the backfill material in the excavation process. 前記所定領域を貫通して、セグメントリングを構築しつつ、残りの掘削を行っている状態を示した図である。It is a figure which showed the state which performed the remaining excavation while constructing a segment ring through the predetermined area. 本発明に係る第2実施形態の地盤掘削方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the ground excavation method of the 2nd Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第3実施形態の地盤掘削方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the ground excavation method of the 3rd Embodiment which concerns on this invention.

以下、添付図面を参照して、本発明に係る地盤掘削方法の実施形態について、当該地盤掘削方法をトンネル工事エリアに適用した場合を一例に挙げて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the ground excavation method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, taking as an example a case where the ground excavation method is applied to a tunnel construction area.

図1は、本発明に係る第1実施形態の地盤掘削方法を適用するトンネル工事エリアの地盤の断面図であり、掘削機械としてのシールド掘進機1の円柱状の掘削予定領域A0と地盤の各層との位置関係を示した図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view of the ground in a tunnel construction area to which the ground excavation method of the first embodiment according to the present invention is applied, and is a columnar excavation planned area A0 of a shield excavator 1 as an excavation machine and each layer of the ground. It is a figure which showed the positional relationship with.

本実施形態におけるシールド掘進機1の発進側のトンネル工事エリアの地盤は、図1に示すように、地下水を含む帯水層(例えば、砂層又は礫層)G1と、この帯水層G1の下方に隣接する泥岩層G2と、を含んでいるものとする。シールド掘進機1は、発進用の発進立坑2内の底面側に配置され、例えば、図示省略する到達用の到達立坑又は地山の法面等に向かって水平方向に掘進するものとする。発進立坑2は、例えば、鉄筋コンクリートからなり、円筒状の周壁2aと周壁2aの下端を閉塞する底壁2bとを有し、上端が開口された有底筒状に形成されており、地表面側から鉛直方向に延伸するように配置されている。図1中、二点鎖線は、シールド掘進機1の掘進中の外形軌跡を示している。シールド掘進機1の掘削予定領域A0は、この外形軌跡(二点鎖線)と発進用の立坑2の周壁2aとで囲まれた円柱状の領域を言う。本実施形態においては、掘削予定領域A0のうちの発進用の立坑2の近傍の領域が帯水層G1内に位置しており、掘削予定領域A0のうち到達立坑等の図示外の領域は、例えば、泥岩層内に位置しているものとする。 As shown in FIG. 1, the ground of the tunnel construction area on the starting side of the shield excavator 1 in the present embodiment is an aquifer (for example, a sand layer or a gravel layer) G1 containing groundwater and a lower part of the aquifer G1. It is assumed that the mudstone layer G2 adjacent to the above is included. The shield excavator 1 is arranged on the bottom surface side in the starting shaft 2 for starting, and is excavated in the horizontal direction toward, for example, the reaching shaft or the slope of the ground, which is not shown. The starting shaft 2 is made of, for example, reinforced concrete, has a cylindrical peripheral wall 2a and a bottom wall 2b that closes the lower end of the peripheral wall 2a, and is formed in a bottomed tubular shape with an open upper end, and is formed on the ground surface side. It is arranged so as to extend in the vertical direction from. In FIG. 1, the alternate long and short dash line indicates the outer trajectory of the shield excavator 1 during excavation. The planned excavation area A0 of the shield excavator 1 refers to a columnar area surrounded by this outer trajectory (dashed line) and the peripheral wall 2a of the shaft 2 for starting. In the present embodiment, the area of the planned excavation area A0 near the starting shaft 2 is located in the aquifer G1, and the area of the planned excavation area A0 such as the reaching shaft is not shown. For example, it is assumed that it is located in the mudstone layer.

ここで、シールド掘進機1の発進立坑2の近傍の領域に帯水層G1が存在すると、地下水や土砂が、発進立坑2の周壁2aに形成する発進用の坑口2c(後述する図5参照)を介して発進立坑2内に流れ込む可能性がある。一方、本実施形態では、到達側においては、例えば、帯水層でも軟弱層でもない泥岩層に位置しており、止水や土砂流入に対する対策を図る必要性は低いものとし、発進側についてのみ上記対策を図るものとする。 Here, if the aquifer G1 exists in the region near the starting shaft 2 of the shield excavator 1, groundwater and earth and sand form on the peripheral wall 2a of the starting shaft 2 for starting wellhead 2c (see FIG. 5 described later). There is a possibility that it will flow into the starting shaft 2 via. On the other hand, in the present embodiment, on the reaching side, for example, it is located in a mudstone layer that is neither an aquifer nor a soft layer, and it is considered that there is little need to take measures against water stoppage and sediment inflow, and only on the starting side. The above measures shall be taken.

本実施形態における地盤掘削方法は、地盤をシールド掘進機1により掘削する方法であり、配管配置工程と、凍結工程と、坑口形成工程と、掘削工程とを含み、止水及び土砂の発進立坑2内への流入を防止可能に構成されている。 The ground excavation method in the present embodiment is a method of excavating the ground with a shield excavator 1, and includes a pipe arrangement process, a freezing process, a wellhead formation process, and an excavation process, and includes a water stoppage and a start shaft 2 for earth and sand. It is configured to prevent inflow to the inside.

以下においては、図2〜図11を参照して各工程について説明する。図2、図4、図5、図8〜図11は、本実施形態の地盤掘削方法の手順を説明するための図である。図3は図2に示すB−B矢視における凍結管3の断面図であり、図6は発進用の坑口2c(図5参照)に設けられるエントランスパッキン4の部分拡大図であり、図7は坑口2cからシールド掘進機1が進入した状態を示した部分拡大図である。詳しくは、図2は配管配置工程を、図4は凍結工程を、図5は坑口形成工程を、図8〜図11は掘削工程を、それぞれ示している。 In the following, each step will be described with reference to FIGS. 2 to 11. 2, FIG. 4, FIG. 5, and FIGS. 8 to 11 are diagrams for explaining the procedure of the ground excavation method of the present embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view of the freezing pipe 3 in the arrow view of BB shown in FIG. 2, and FIG. 6 is a partially enlarged view of the entrance packing 4 provided at the starting wellhead 2c (see FIG. 5). Is a partially enlarged view showing a state in which the shield excavator 1 has entered from the wellhead 2c. Specifically, FIG. 2 shows the pipe arrangement process, FIG. 4 shows the freezing process, FIG. 5 shows the wellhead forming process, and FIGS. 8 to 11 show the excavation process.

前記配管配置工程では、図2に示すように、地盤の掘削予定領域A0のうちの所定領域A1に、凍結管3を配置する。本実施形態において、所定領域A1は、発進立坑2の近傍の領域である。所定領域A1は、詳しくは、発進立坑2の周壁2aに形成されるシールド掘進機1の発進用の坑口2c(図5参照)を周壁2aの外方から覆うように設定された領域である。言い換えると、この所定領域A1は、凍結工程において凍結させる予定の領域として概ね設定された領域であり、その範囲が厳密に設定された領域を示しているものではない。凍結工程において、この所定領域A1内の地盤は確実に凍結され、所定領域A1外の領域であっても、所定領域A1の近傍の地盤は一部凍結し得る。 In the pipe arranging step, as shown in FIG. 2, the freezing pipe 3 is arranged in a predetermined area A1 of the planned excavation area A0 of the ground. In the present embodiment, the predetermined region A1 is a region in the vicinity of the starting shaft 2. The predetermined region A1 is specifically a region set so as to cover the starting wellhead 2c (see FIG. 5) of the shield excavator 1 formed on the peripheral wall 2a of the starting shaft 2 from the outside of the peripheral wall 2a. In other words, this predetermined region A1 is a region generally set as a region to be frozen in the freezing step, and does not indicate a region in which the range is strictly set. In the freezing step, the ground inside the predetermined region A1 is surely frozen, and even if the region is outside the predetermined region A1, the ground near the predetermined region A1 can be partially frozen.

前記凍結管3は、シールド掘進機1により切削可能な冷媒流通用の配管であり、適宜の断面形状を有して形成されている。本実施形態では、凍結管3は、図3に示すように、例えば、偏平な断面形状を有して一方向(鉛直方向)に延伸するように形成されている。凍結管3は、例えば、アルミニウムや銅等の軟鋼材の押出し成形により形成されたものであり、偏平な角柱の内部に通路(後述の供給通路3a、戻し通路3b)が形成されている。また、凍結管3は、例えば、その断面の長辺L1がシールド掘進機1の掘進方向に延伸するように地盤内に配置されている。後述するように、冷媒として液化二酸化炭素を用いる場合、液化二酸化炭素の粘性が塩化ナトリウム等のブラインより著しく低いため、凍結管3内を流通する際の抵抗がブラインと比較すると極めて小さい。そのため、凍結管3内の通路断面積を、ブラインを用いた場合と比べると格段に小さくすることができるので、図3に示すような偏平な部材で凍結管3を形成することができる。例えば、凍結管3の長辺L1の長さを約50mm程度とし、凍結管3の短辺L2の長さを5mm程度とすることができる。なお、各図において、凍結管3は、図の明瞭化のため、実際の大きさよりも誇張して大きく示されている。 The freezing pipe 3 is a pipe for refrigerant flow that can be cut by the shield excavator 1, and is formed to have an appropriate cross-sectional shape. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the freezing tube 3 is formed so as to have a flat cross-sectional shape and extend in one direction (vertical direction), for example. The freezing pipe 3 is formed by, for example, extrusion molding of a mild steel material such as aluminum or copper, and passages (supply passage 3a and return passage 3b described later) are formed inside a flat prism. Further, the freezing pipe 3 is arranged in the ground so that, for example, the long side L1 of its cross section extends in the digging direction of the shield digging machine 1. As will be described later, when liquefied carbon dioxide is used as the refrigerant, the viscosity of the liquefied carbon dioxide is significantly lower than that of brine such as sodium chloride, so that the resistance when flowing through the freezing tube 3 is extremely small as compared with brine. Therefore, the cross-sectional area of the passage in the freezing tube 3 can be made much smaller than that in the case of using brine, so that the freezing tube 3 can be formed by a flat member as shown in FIG. For example, the length of the long side L1 of the freezing tube 3 can be about 50 mm, and the length of the short side L2 of the freezing tube 3 can be about 5 mm. In each figure, the freezing tube 3 is exaggerated and shown larger than the actual size for the sake of clarity of the figure.

また、本実施形態では、凍結管3は、地上側に配置される冷媒供給装置10から供給される冷媒を流通させる供給通路3aと、供給通路3aを流通した冷媒を冷媒供給装置10へ還流させる戻し通路3bとを有する。具体的には、凍結管3の内部には、供給通路3a及び戻し通路3bがそれぞれ適宜の本数(図では5本)ずつ形成されており、凍結管3の内部は、各通路(供給通路3a、戻し通路3b)が互いに間隔を掛けて平行に延伸するように区画されている。また、図2に示すように、凍結管3の上端側(地表面側端部)には、上端蓋3cが取付けられており、この上端蓋3cには、冷媒供給装置10からの冷媒供給管10aが接続されると共に、冷媒供給装置10への冷媒戻り管10bが接続される。上端蓋3cの内部は、複数の供給通路3aと連通する領域と複数の戻し通路3bと連通する領域とに区画されている。そして、凍結管3の下端側(地中側端部)には、下端蓋3dが取付けられており、この下端蓋3dの内部は、上端蓋3cと同様に複数の供給通路3aと連通する領域と複数の戻し通路3bと連通する領域とに区画されている。 Further, in the present embodiment, the freezing pipe 3 recirculates the refrigerant supplied from the refrigerant supply device 10 arranged on the ground side to the refrigerant supply device 10 and the supply passage 3a flowing through the supply passage 3a. It has a return passage 3b. Specifically, an appropriate number of supply passages 3a and return passages 3b (five in the figure) are formed inside the freezing pipe 3, and each passage (supply passage 3a) is formed inside the freezing pipe 3. , The return passage 3b) is partitioned so as to extend in parallel with a distance from each other. Further, as shown in FIG. 2, an upper end lid 3c is attached to the upper end side (ground surface side end portion) of the freezing pipe 3, and a refrigerant supply pipe from the refrigerant supply device 10 is attached to the upper end lid 3c. 10a is connected, and the refrigerant return pipe 10b to the refrigerant supply device 10 is connected. The inside of the upper end lid 3c is divided into a region communicating with the plurality of supply passages 3a and a region communicating with the plurality of return passages 3b. A lower end lid 3d is attached to the lower end side (underground side end portion) of the freezing pipe 3, and the inside of the lower end lid 3d is a region communicating with a plurality of supply passages 3a like the upper end lid 3c. And a region communicating with the plurality of return passages 3b.

前記冷媒供給装置10は、例えば、冷媒を圧送するポンプ(図示省略)と、冷媒を冷却する冷却装置(図示省略)を含む。冷媒供給装置10は、前記冷却装置により冷却された冷媒を前記ポンプにより圧送して冷媒供給管10aを介して凍結管3へ供給し、温度上昇した冷媒を凍結管3から冷媒戻り管10bを介して前記冷却装置へ還流させて冷却し、その後、再び前記ポンプにより圧送するように構成された、冷媒の冷却循環装置である。循環させる冷媒としては、例えば、液化二酸化炭素や塩化ナトリウム等のブライン等の適宜のものを用いることができ、本実施形態では、液化二酸化炭素を用いるものとする。 The refrigerant supply device 10 includes, for example, a pump for pumping the refrigerant (not shown) and a cooling device for cooling the refrigerant (not shown). The refrigerant supply device 10 pumps the refrigerant cooled by the cooling device by the pump and supplies it to the freezing pipe 3 via the refrigerant supply pipe 10a, and the temperature-raised refrigerant is supplied from the freezing pipe 3 through the refrigerant return pipe 10b. It is a cooling circulation device for a refrigerant, which is configured to return the refrigerant to the cooling device for cooling, and then pump it again by the pump. As the refrigerant to be circulated, for example, an appropriate refrigerant such as liquefied carbon dioxide or brine such as sodium chloride can be used, and in this embodiment, liquefied carbon dioxide is used.

また、本実施形態では、配管配置工程において、所定領域A1に凍結管3の外径よりも大きい内径を有するガイド管5を配置し、ガイド管5内に凍結管3を配置する。このガイド管5は、凍結管3を地盤内に挿入するための孔BHの孔壁の崩壊を防止し、例えば、その下端が所定領域A1の下端に位置するように配置されている。そして、ガイド管5の内壁と凍結管3の外壁との間の空間Sには、熱伝導性の比較的高い適宜の熱伝導媒体6が充填される。具体的には、熱伝導媒体6としては、例えば、適宜に配合されたセメントベントナイトが用いられる。このセメントベントナイトからなる熱伝導媒体6は、充填し終えた時の液面が所定領域A1の上端の高さ位置に一致するように、前記空間Sに流し込まれている。したがって、地表面から所定領域A1の上端(熱伝導媒体6の上端)までの領域には、熱伝導媒体6は充填されておらず、単に大気(空気)が存在しているだけであるため、所定領域A1より上方における凍結管3の外周には簡易な断熱層が形成されている。 Further, in the present embodiment, in the pipe arranging step, the guide pipe 5 having an inner diameter larger than the outer diameter of the freezing pipe 3 is arranged in the predetermined region A1, and the freezing pipe 3 is arranged in the guide pipe 5. The guide pipe 5 prevents the hole wall of the hole BH for inserting the freezing pipe 3 into the ground from collapsing, and is arranged so that the lower end thereof is located at the lower end of the predetermined region A1. Then, the space S between the inner wall of the guide tube 5 and the outer wall of the freezing tube 3 is filled with an appropriate heat conductive medium 6 having a relatively high thermal conductivity. Specifically, as the heat conductive medium 6, for example, cement bentonite appropriately blended is used. The heat conductive medium 6 made of cement bentonite is poured into the space S so that the liquid level when the filling is completed coincides with the height position of the upper end of the predetermined region A1. Therefore, the region from the ground surface to the upper end of the predetermined region A1 (the upper end of the heat conductive medium 6) is not filled with the heat conductive medium 6, and only the atmosphere (air) is present. A simple heat insulating layer is formed on the outer periphery of the freezing tube 3 above the predetermined region A1.

前記凍結工程では、図4に示すように、凍結管3に冷媒を流通させて所定領域A1の地盤を凍結させる(図中、網掛け部分は凍結領域を示している)。つまり、冷媒供給装置10から送出された液化二酸化炭素が凍結管3内の複数の供給通路3aを流通する際に、液化二酸化炭素が地中の熱を吸収して気化する時の気化潜熱を利用することにより、地盤を凍結させる。本実施形態では、所定領域A1の高さ位置に対応して熱伝導媒体6としてセメントベントナイトが凍結管3とガイド管5との間に充填されており、この熱伝導媒体6を介して地盤と凍結管3内の冷媒との間の熱交換が効率的に行われて、所定領域A1の地盤が凍結される。一方、所定領域A1より上方においては、凍結管3とガイド管5との間(冷媒と地盤との間)に断熱層が存在するため、地盤と凍結管3内の冷媒との間の熱交換は殆ど行われず、所定領域A1より上方の地盤はほぼ凍結されない。 In the freezing step, as shown in FIG. 4, a refrigerant is circulated through the freezing pipe 3 to freeze the ground in the predetermined region A1 (in the figure, the shaded portion indicates the frozen region). That is, when the liquefied carbon dioxide sent from the refrigerant supply device 10 flows through the plurality of supply passages 3a in the freezing pipe 3, the latent heat of vaporization when the liquefied carbon dioxide absorbs the heat in the ground and vaporizes is used. By doing so, the ground is frozen. In the present embodiment, cement bentonite is filled between the freezing tube 3 and the guide tube 5 as the heat conductive medium 6 corresponding to the height position of the predetermined region A1, and the heat conductive medium 6 is used to connect to the ground. Heat exchange with the refrigerant in the freezing pipe 3 is efficiently performed, and the ground in the predetermined region A1 is frozen. On the other hand, above the predetermined region A1, since the heat insulating layer exists between the freezing pipe 3 and the guide pipe 5 (between the refrigerant and the ground), heat exchange between the ground and the refrigerant in the freezing pipe 3 Is rarely performed, and the ground above the predetermined area A1 is hardly frozen.

ここで、所定領域A1の鉛直方向の高さhは、少なくとも坑口2cの開口直径よりも大きくなるように設定され、所定領域A1のシールド掘進機1が掘進する部分についての水平方向の厚みtは、シールド掘進機1のうちのカッターヘッド1aを含む掘進機本体1bの本体全長Lの概ね1/2の長さより長くなるように設定されている(つまりt>約0.5L)。本実施形態では、所定領域A1の厚みtは、例えば、本体全長Lと同じになるように設定されている。この所定領域A1の高さhや厚みtは、シールド掘進機1の外径及び本体全長Lや帯水層G1の地下水圧及び土圧等に応じて、凍結工程における冷媒の循環時間や循環量等を調整することにより適宜に設定することができる。また、本実施形態では、一本の凍結管3を配置するものとして示したが、凍結させるべき領域の体積が比較的大きくなり、所定領域A1が広範囲になった場合には、複数本の凍結管3を配置してもよい。 Here, the height h in the vertical direction of the predetermined area A1 is set to be at least larger than the opening diameter of the wellhead 2c, and the thickness t in the horizontal direction of the portion to be dug by the shield excavator 1 in the predetermined area A1 is , The length of the excavator main body 1b including the cutter head 1a of the shield excavator 1 is set to be approximately ½ of the total length L (that is, t> about 0.5 L). In the present embodiment, the thickness t of the predetermined region A1 is set to be the same as the total length L of the main body, for example. The height h and thickness t of the predetermined region A1 are the circulation time and the circulation amount of the refrigerant in the freezing step, depending on the outer diameter of the shield excavator 1, the total length L of the main body, the groundwater pressure and the earth pressure of the aquifer G1 and the like. It can be set appropriately by adjusting the above. Further, in the present embodiment, it is shown that one freezing tube 3 is arranged, but when the volume of the region to be frozen becomes relatively large and the predetermined region A1 becomes a wide area, a plurality of freezing tubes 3 are frozen. The tube 3 may be arranged.

前記坑口形成工程では、図5に示すように、発進立坑2の周壁2aにシールド掘進機1の発進用の坑口2cを形成する。坑口2cは、前記凍結工程の完了後に形成され、シールド掘進機1の外径よりも大きい開口を有する。周壁2aの内周面側における坑口2cの周縁部には、図5及び図6に示すように、エントランスパッキン4が取付けられている。このエントランスパッキン4は、発進立坑2の坑口2cとシールド掘進機1の外周との間の隙間(図7及び図8参照)や、発進立坑2の坑口2cと後述するセグメントリング7との間の隙間(図9参照)を塞ぐことにより、地下水や土砂が当該隙間から発進立坑2の内部に浸入することを防止又は抑制することを目的として設置されるパッキン装置である。なお、図7は、シールド掘進機1がエントランスパッキン4に接触している状態を示しており、このときにエントランスパッキン4はシールド掘進機1に接触しつつ屈曲する。このように、発進立坑2の坑口2cにシールド掘進機1が配置され、掘削工程に進む。 In the wellhead forming step, as shown in FIG. 5, a wellhead 2c for starting the shield excavator 1 is formed on the peripheral wall 2a of the starting shaft 2. The wellhead 2c is formed after the completion of the freezing step and has an opening larger than the outer diameter of the shield excavator 1. As shown in FIGS. 5 and 6, an entrance packing 4 is attached to the peripheral edge of the wellhead 2c on the inner peripheral surface side of the peripheral wall 2a. The entrance packing 4 is provided between the wellhead 2c of the starting shaft 2 and the outer circumference of the shield excavator 1 (see FIGS. 7 and 8) and between the wellhead 2c of the starting shaft 2 and the segment ring 7 described later. It is a packing device installed for the purpose of preventing or suppressing the infiltration of groundwater and earth and sand into the inside of the starting shaft 2 through the gap (see FIG. 9). Note that FIG. 7 shows a state in which the shield excavator 1 is in contact with the entrance packing 4, and at this time, the entrance packing 4 bends while being in contact with the shield excavator 1. In this way, the shield excavator 1 is arranged at the wellhead 2c of the starting shaft 2 and proceeds to the excavation process.

前記掘削工程では、図8〜図11に示すように、掘削予定領域A0のうちの所定領域A1については、前記凍結工程の後に所定領域A1に凍結管3を残置させた状態でシールド掘進機1により掘削し、掘削予定領域A0のうちの所定領域A1以外の領域については、凍結させることなくシールド掘進機1によりそのまま掘削する。 In the excavation process, as shown in FIGS. 8 to 11, for the predetermined area A1 of the planned excavation area A0, the shield excavator 1 is left in the predetermined area A1 after the freezing process. The area other than the predetermined area A1 in the planned excavation area A0 is excavated as it is by the shield excavator 1 without freezing.

詳しくは、発進立坑2の周壁2aに坑口2cを形成する前に、前記凍結工程を完了させ、坑口2cが形成された後に、坑口2cからシールド掘進機1を進入させて掘削工程を開始する。そして、坑口2c内にシールド掘進機1の前部を配置した後、シールド掘進機1の先端部としてのカッターヘッド1aがガイド管5に到達する前に、図8に示すように、ガイド管5を、例えば、その下端が所定領域A1の上端に位置する所まで引き上げる。ガイド管5は、完全に引き抜いてもよいが、本実施形態のように、セメントベントナイトからなる熱伝導媒体6を所定領域A1に対応する高さ位置にのみに充填する場合には、凍結工程における孔壁の崩壊を確実に防止するために、ガイド管5を、その下端部が所定領域A1の上端に位置するところまで引き上げた状態で維持するとよい。なお、凍結工程の完了後においては、凍結管3についてはそのまま地盤内に残置させ、ガイド管5については、完全に引き抜いてもよいし、地表面から吐出した部分を切断して凍結管3と共に地盤内に残置させてもよい。ガイド管5を完全に引き抜く場合は、孔壁と凍結管3との間に土砂等を埋戻し、ガイド管5も残置させる場合は、ガイド管5と凍結管3との間の空間Sに土砂等を埋め戻す。 Specifically, the freezing step is completed before the wellhead 2c is formed on the peripheral wall 2a of the starting shaft 2, and after the wellhead 2c is formed, the shield excavator 1 is made to enter from the wellhead 2c to start the excavation process. Then, after arranging the front portion of the shield excavator 1 in the wellhead 2c, and before the cutter head 1a as the tip portion of the shield excavator 1 reaches the guide pipe 5, as shown in FIG. 8, the guide pipe 5 Is pulled up to a place where the lower end thereof is located at the upper end of the predetermined area A1. The guide tube 5 may be completely pulled out, but when the heat conductive medium 6 made of cement bentonite is filled only at the height position corresponding to the predetermined region A1 as in the present embodiment, in the freezing step. In order to surely prevent the hole wall from collapsing, the guide pipe 5 may be maintained in a state of being pulled up to a position where the lower end portion thereof is located at the upper end portion of the predetermined region A1. After the freezing step is completed, the freezing pipe 3 may be left in the ground as it is, and the guide pipe 5 may be completely pulled out, or the portion discharged from the ground surface may be cut and together with the freezing pipe 3. It may be left in the ground. When the guide pipe 5 is completely pulled out, earth and sand are backfilled between the hole wall and the freezing pipe 3, and when the guide pipe 5 is also left, the earth and sand are filled in the space S between the guide pipe 5 and the freezing pipe 3. Etc. are backfilled.

ここで、図示を省略するが、シールド掘進機1の後端部とこの後端部に対向する周壁2aとの間には、例えば、反力架台が配置されており、この反力架台を介して、発進立坑2から反力を取ってシールド掘進機1を発進させる。なお、冷媒供給装置10からの冷媒の供給は、例えば、シールド掘進機1が凍結管3に到達する直前まで行う、つまり、凍結管3に到達する直前に冷媒供給装置10のポンプを停止させるとよい。しかし、これに限らず、本実施形態のように、冷媒として液化二酸化炭素を用いる場合は、冷媒の供給を、例えば、シールド掘進機1が所定領域A1を貫通するまで行ってもよい。 Although not shown here, for example, a reaction force pedestal is arranged between the rear end portion of the shield excavator 1 and the peripheral wall 2a facing the rear end portion, and the reaction force pedestal is interposed through the reaction force pedestal. Then, the reaction force is taken from the starting shaft 2 to start the shield excavator 1. Note that the refrigerant is supplied from the refrigerant supply device 10 until, for example, just before the shield excavator 1 reaches the freezing pipe 3, that is, when the pump of the refrigerant supply device 10 is stopped immediately before reaching the freezing pipe 3. Good. However, the present invention is not limited to this, and when liquefied carbon dioxide is used as the refrigerant as in the present embodiment, the refrigerant may be supplied until, for example, the shield excavator 1 penetrates the predetermined region A1.

図9は、シールド掘進機1が図8の状態から更に掘進した状態を示しており、カッターヘッド1aが所定領域A1を貫通する直前の状態を示している。したがって、この状態では、坑口2cは依然として凍結された地盤によって確実に覆われている。そして、本実施形態では、シールド掘進機1が所定領域A1を貫通する前に、シールド掘進機1の掘進機本体1bの後部において、複数のセグメントからなり、掘進機本体1bの外径より小さい外径を有する円筒状のセグメントリング7を組み立てる。本実施形態では、図9に示す状態において、最初のセグメントリング7の後端(掘進方向とは反対側端部)は、坑口2c内に位置しており、セグメントリング7の外周にエントランスパッキン4が接触している。ここで、図9の状態で、そのまま更に掘進を進めて、掘進機本体1bが所定領域A1を貫通し始めると、帯水層G1内の水や土砂が、その貫通部分から掘進機本体1bの外周と掘削された地山の掘削内面S1(図10参照)との間(僅かな隙間)を経由して、セグメントリング7と坑口2cとの間の領域に流入し得るが、この場合であっても、エントランスパッキン4と、掘進機本体1bの外殻をなす円筒状のスキンプレートの後端部とセグメントリング7との間をシールするテールシール8とにより、発進立坑2及びシールド掘進機1内への水や土砂の流入は防止又は抑制されている。
なお、発進立坑2及びシールド掘進機1内への水等の流入を確実に防止するために、掘削工程において、シールド掘進機1が所定領域A1を貫通する前に、例えば、図10に示すように、裏込め材9を、坑口2cの内周面、エントランスパッキン4の表面、セグメントリング7の外周面、及び、掘進機本体1bの外周面によって区画形成される空間内に充填してもよい。
FIG. 9 shows a state in which the shield excavator 1 further excavates from the state of FIG. 8, and shows a state immediately before the cutter head 1a penetrates the predetermined region A1. Therefore, in this state, the wellhead 2c is still reliably covered by the frozen ground. Then, in the present embodiment, before the shield excavator 1 penetrates the predetermined area A1, the rear portion of the excavator main body 1b of the shield excavator 1 is composed of a plurality of segments and is smaller than the outer diameter of the excavator main body 1b. Assemble a cylindrical segment ring 7 having a diameter. In the present embodiment, in the state shown in FIG. 9, the rear end (the end opposite to the excavation direction) of the first segment ring 7 is located in the wellhead 2c, and the entrance packing 4 is located on the outer periphery of the segment ring 7. Are in contact. Here, in the state of FIG. 9, when the excavation machine main body 1b begins to penetrate the predetermined region A1 by further advancing the excavation as it is, water and earth and sand in the aquifer G1 will flow from the penetrating portion of the excavator main body 1b. It can flow into the region between the segment ring 7 and the wellhead 2c via (a slight gap) between the outer circumference and the excavated inner surface S1 (see FIG. 10) of the excavated ground, but in this case. However, the start shaft 2 and the shield excavator 1 are provided by the entrance packing 4 and the tail seal 8 that seals between the rear end of the cylindrical skin plate forming the outer shell of the excavator body 1b and the segment ring 7. The inflow of water and earth and sand into the interior is prevented or suppressed.
In addition, in order to surely prevent the inflow of water or the like into the starting shaft 2 and the shield excavator 1, before the shield excavator 1 penetrates the predetermined area A1 in the excavation process, for example, as shown in FIG. In addition, the backfill material 9 may be filled in the space formed by the inner peripheral surface of the wellhead 2c, the surface of the entrance packing 4, the outer peripheral surface of the segment ring 7, and the outer peripheral surface of the excavator main body 1b. ..

次に、シールド掘進機1により所定領域A1を貫通し、図11に示すように、掘削予定領域A0のうちの所定領域A1以外の領域を更に掘進しつつ、シールド掘進機1の後方に次々にセグメントリング7を組み立てて掘進方向に連結すると共に、セグメントリング7と掘削内面S1との間に裏込め材9’を充填することで筒状の覆工体を図示省略する到達用の到達立坑又は地山の法面等に向かって構築する。これにより、トンネル工事が完了する。 Next, the shield excavator 1 penetrates the predetermined area A1, and as shown in FIG. 11, while further excavating the area other than the predetermined area A1 in the planned excavation area A0, one after another behind the shield excavator 1. By assembling the segment ring 7 and connecting it in the excavation direction, and filling the backfill material 9'between the segment ring 7 and the excavation inner surface S1, the tubular lining body is omitted from the drawing. Build toward the slope of the ground. This completes the tunnel construction.

本実施形態の地盤掘削方法によれば、シールド掘進機1による掘削に先立って、掘削予定領域A0のうちの所定領域A1に、シールド掘進機1により切削可能な凍結管3を配置すると共にこの凍結管3に冷媒を流通させて所定領域A1の地盤を凍結させ、その後、凍結管3を残置させた状態で所定領域A1を掘削する。このように、凍結管3をシールド掘進機1により切削可能なものとしたことにより、所定領域A1の地盤と共に凍結管3を一緒に切削することができるため、シールド掘進機1による掘削の前に、凍結管の引き抜き作業を必要とした従来の掘削方法と比較して、作業工数を削減することができる。また、引き抜き作業を不要としたため、例えば、引き抜きのために凍結管3に温水等を流して解凍させる必要もない。その結果、適切な範囲に凍結地盤を施工することができる。
このようにして、作業工数を低減可能であると共に、凍結地盤を適切な範囲に施工した状態で掘削を行うことが可能な地盤掘削方法を提供することができる。
According to the ground excavation method of the present embodiment, prior to excavation by the shield excavator 1, a freezing pipe 3 that can be cut by the shield excavator 1 is arranged in a predetermined area A1 of the planned excavation area A0, and the freezing is performed. A refrigerant is circulated through the pipe 3 to freeze the ground in the predetermined region A1, and then the predetermined region A1 is excavated with the freezing pipe 3 left behind. Since the freezing pipe 3 can be cut by the shield excavator 1 in this way, the freezing pipe 3 can be cut together with the ground in the predetermined area A1 before excavation by the shield excavator 1. Compared with the conventional excavation method that requires the work of pulling out the freezing pipe, the work man-hours can be reduced. Further, since the pulling operation is not required, it is not necessary to pour hot water or the like through the freezing tube 3 for pulling, for example, to thaw. As a result, frozen ground can be constructed in an appropriate range.
In this way, it is possible to provide a ground excavation method capable of reducing the work man-hours and excavating with the frozen ground constructed in an appropriate range.

また、本実施形態では、シールド掘進機1が凍結管3に到達する直前に冷媒供給装置10のポンプを停止させる構成とした。これにより、ポンプ停止による所定領域A1の自然解凍を凍結管3の切削直前まで防止することができるため、凍結地盤をより適切な範囲で施工した状態で所定領域A1の掘削を行うことができる。 Further, in the present embodiment, the pump of the refrigerant supply device 10 is stopped immediately before the shield excavator 1 reaches the freezing pipe 3. As a result, natural thawing of the predetermined region A1 due to the stop of the pump can be prevented until just before the cutting of the freezing pipe 3, so that the predetermined region A1 can be excavated with the frozen ground constructed in a more appropriate range.

また、本実施形態では、前記配管配置工程において、所定領域A1に凍結管3の外径よりも大きい内径を有するガイド管5を配置し、ガイド管5内に凍結管3を配置すると共に、ガイド管5の内壁と凍結管3の外壁との間にセメントベントナイトからなる熱伝導媒体6を充填する、構成とした。これにより、冷媒と地盤との間の熱交換を効率的に行いつつ、ガイド管5を引き上げた部分の孔BH(図2参照)の孔壁の安定化を容易に図ることができる。 Further, in the present embodiment, in the pipe arranging step, a guide pipe 5 having an inner diameter larger than the outer diameter of the freezing pipe 3 is arranged in a predetermined region A1, the freezing pipe 3 is arranged in the guide pipe 5, and a guide is provided. A heat conductive medium 6 made of cement bentonite was filled between the inner wall of the pipe 5 and the outer wall of the freezing pipe 3. As a result, it is possible to easily stabilize the hole wall of the hole BH (see FIG. 2) of the portion where the guide pipe 5 is pulled up while efficiently exchanging heat between the refrigerant and the ground.

また、本実施形態では、前記掘削工程において、シールド掘進機1が所定領域A1を貫通する前に、坑口2cの内周面、エントランスパッキン4の表面、セグメントリング7の外周面、及び、掘進機本体1bの外周面によって区画形成される空間に裏込め材9を充填すると共に、シールド掘進機1が所定領域A1を貫通して掘進する際に、セグメントリング7と掘削内面S1との間に裏込め材9’を充填する構成とした。これにより、地下水圧や土圧が比較的に高く、エントランスパッキン4やテールシール8だけでは、十分に止水や土砂の流入を抑制又は防止できない場合に、それらを確実に抑制又は防止することができる。なお、エントランスパッキン4やテールシール8により十分に止水や土砂の流入を抑制又は防止できる場合には、坑口2cにおいて裏込め材9を充填しなくてもよい。 Further, in the present embodiment, in the excavation process, the inner peripheral surface of the wellhead 2c, the surface of the entrance packing 4, the outer peripheral surface of the segment ring 7, and the excavator before the shield excavator 1 penetrates the predetermined area A1. The space formed by the outer peripheral surface of the main body 1b is filled with the backfill material 9, and when the shield excavator 1 penetrates the predetermined area A1 and excavates, the back surface is formed between the segment ring 7 and the excavation inner surface S1. It was configured to be filled with the filling material 9'. As a result, when the groundwater pressure and earth pressure are relatively high and the entrance packing 4 and the tail seal 8 alone cannot sufficiently suppress or prevent the water stoppage and the inflow of earth and sand, they can be reliably suppressed or prevented. it can. If the entrance packing 4 and the tail seal 8 can sufficiently suppress or prevent water stoppage and inflow of earth and sand, it is not necessary to fill the backfill material 9 at the wellhead 2c.

また、本実施形態では、シールド掘進機1の発進立坑2の近傍の領域に帯水層G1が存在するものとし、発進立坑2の周壁2aにシールド掘進機1の発進用の坑口2cを形成する前に、前記凍結工程を完了させ、坑口2cが形成された後に、坑口2cからシールド掘進機1を進入させて前記掘削工程を開始するものとした。これにより、発進立坑2の周壁2aを開口して坑口2cを形成したときに、地下水や土砂が坑口2cを介して発進立坑2内に流入することを容易に防止することができ、発進側における掘削を比較的容易に行うことができる。 Further, in the present embodiment, it is assumed that the aquifer G1 exists in the region near the starting shaft 2 of the shield excavator 1, and the wellhead 2c for starting the shield excavator 1 is formed on the peripheral wall 2a of the starting shaft 2. Previously, after the freezing process was completed and the wellhead 2c was formed, the shield excavator 1 was made to enter from the wellhead 2c to start the excavation process. As a result, when the peripheral wall 2a of the starting shaft 2 is opened to form the wellhead 2c, it is possible to easily prevent groundwater and earth and sand from flowing into the starting shaft 2 through the wellhead 2c, and it is possible to prevent the groundwater and earth and sand from flowing into the starting shaft 2 on the starting side. Excavation can be done relatively easily.

また、本実施形態では、凍結管3は、偏平な断面形状を有するものとし、その断面の長辺L1がシールド掘進機1の掘進方向に延伸するように地盤内に配置されているものとした。つまり、凍結管3の短辺L2側の側面をシールド掘進機1のカッターヘッド1aに対向させている。これにより、シールド掘進機1における切削抵抗を極めて低くすることができ、凍結管3をより容易に切削することができる。 Further, in the present embodiment, the freezing pipe 3 is assumed to have a flat cross-sectional shape, and the long side L1 of the cross section is arranged in the ground so as to extend in the excavation direction of the shield excavator 1. .. That is, the side surface of the freezing pipe 3 on the short side L2 side faces the cutter head 1a of the shield excavator 1. As a result, the cutting resistance of the shield excavator 1 can be made extremely low, and the freezing pipe 3 can be cut more easily.

本実施形態では、発進立坑2の近傍の領域にのみ帯水層G1が存在する場合を一例に挙げて説明したが、これに限らず、到達立坑20の近傍のみに帯水層G1が存在する場合もある。 In the present embodiment, the case where the aquifer G1 exists only in the vicinity of the starting shaft 2 has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and the aquifer G1 exists only in the vicinity of the reaching shaft 20. In some cases.

図12は、本発明に係る第2実施形態の地盤掘削方法を説明するための図である。本実施形態においては、シールド掘進機1の到達用の到達立坑20の近傍のみに帯水層G1が存在するものとし、以下に、第1実施形態と異なる構成について説明する。
本実施形態では、所定領域A1は、シールド掘進機1の到達用の到達立坑20の近傍の領域である。到達立坑20は、例えば、鉄筋コンクリートからなり、円筒状の周壁20aと周壁20aの下端を閉塞する底壁20bとを有し、上端が開口された有底筒状に形成されており、地表面側から鉛直方向に延伸するように配置されている。所定領域A1は、詳しくは、到達立坑20の周壁20aに形成されるシールド掘進機1の退出用の坑口20cを周壁20aの外方から覆うように設定された領域である。例えば、図示外の発進立坑又は地山の法面等からシールド掘進機1を到達立坑20に向かって掘進させて、掘削予定領域A0のうちの所定領域A1以外の領域の地盤を凍結させることなくそのまま掘削し、シールド掘進機1の後方に次々にセグメントリング7を組み立てると共に、セグメントリング7と掘削内面S1との間に裏込め材9’を第1実施形態と同様に充填する。そして、到達立坑20の周壁20aに坑口20cを形成する前に、前記凍結工程を完了させる。その後、所定領域A1の掘削を行いつつ、セグメントリング7の組み立て及び裏込め材9’の充填を行い。最後に、坑口20cを形成することにより、トンネル工事が完了する。
FIG. 12 is a diagram for explaining the ground excavation method of the second embodiment according to the present invention. In the present embodiment, it is assumed that the aquifer G1 exists only in the vicinity of the reaching shaft 20 for reaching the shield excavator 1, and a configuration different from that of the first embodiment will be described below.
In the present embodiment, the predetermined area A1 is an area in the vicinity of the reaching shaft 20 for reaching the shield excavator 1. The reaching shaft 20 is made of, for example, reinforced concrete, has a cylindrical peripheral wall 20a and a bottom wall 20b that closes the lower end of the peripheral wall 20a, and is formed in a bottomed tubular shape with an open upper end, and is formed on the ground surface side. It is arranged so as to extend in the vertical direction from. The predetermined region A1 is specifically a region set to cover the exit 20c of the shield excavator 1 formed on the peripheral wall 20a of the reaching shaft 20 from the outside of the peripheral wall 20a. For example, the shield excavator 1 is dug toward the reaching shaft 20 from a starting shaft or a slope of a ground (not shown) without freezing the ground in a region other than the predetermined region A1 in the planned excavation region A0. The excavation is carried out as it is, the segment rings 7 are assembled one after another behind the shield excavator 1, and the backfill material 9'is filled between the segment ring 7 and the excavation inner surface S1 in the same manner as in the first embodiment. Then, the freezing step is completed before the wellhead 20c is formed on the peripheral wall 20a of the reaching shaft 20. After that, while excavating the predetermined area A1, the segment ring 7 is assembled and the backfill material 9'is filled. Finally, the tunnel construction is completed by forming the wellhead 20c.

第2実施形態による地盤掘削方法によれば、到達立坑20の周壁20aを開口して坑口20cを形成したときに、地下水や土砂が坑口20cを介して到達立坑20内に流入することを容易に防止することができる。また、裏込め材9’により、止水や土砂の流入をより確実に抑制又は防止することができる。
なお、第2実施形態では、所定領域A1をシールド掘進機1が貫通する前に、シールド掘進機1の後方では裏込め材9’により十分な止水が施されている。したがって、第2実施形態における前記厚みtは、掘進機本体1bの本体全長Lに関わらず、単に、帯水層G1の地下水圧及び土圧に耐え得るように設定されていればよく、第1実施形態における前記厚みtよりも薄くすることができる。また、発進立坑2の近傍と到達立坑20の近傍のいずれにも帯水層G1が存在する場合は、所定領域A1を発進立坑2の近傍と到達立坑20の近傍としてそれぞれに凍結管3を配置して凍結地盤を形成し、それぞれの所定領域A1において凍結管3と共に地盤を掘削するようにしてもよい。
According to the ground excavation method according to the second embodiment, when the peripheral wall 20a of the reaching shaft 20 is opened to form the wellhead 20c, groundwater and earth and sand can easily flow into the reaching shaft 20 through the wellhead 20c. Can be prevented. In addition, the backfill material 9'can more reliably suppress or prevent water stoppage and inflow of earth and sand.
In the second embodiment, before the shield excavator 1 penetrates the predetermined area A1, sufficient water stoppage is provided by the backfill material 9'behind the shield excavator 1. Therefore, the thickness t in the second embodiment may be set so as to be able to withstand the groundwater pressure and the earth pressure of the aquifer G1 regardless of the total length L of the excavator main body 1b. It can be made thinner than the thickness t in the embodiment. When the aquifer G1 exists in both the vicinity of the starting shaft 2 and the vicinity of the reaching shaft 20, the freezing pipe 3 is arranged in each of the predetermined area A1 as the vicinity of the starting shaft 2 and the vicinity of the reaching shaft 20. Then, the frozen ground may be formed, and the ground may be excavated together with the freezing pipe 3 in each predetermined area A1.

また、上記各実施形態では、所定領域A1は帯水層G1に位置するものとしたが、これに限らず、軟弱層であってもよい。この場合、前記配管配置工程において、ガイド管5は不要であり、凍結管3の上端を押圧することにより、凍結管3を所定領域A1に圧入して配置すればよい。また、軟弱層において凍結管3単体での所定領域A1への圧入が困難な場合や、帯水層G1において、例えば、凍結管3を加工して適宜の断面形状の形鋼(H形鋼、山形鋼、溝形鋼等)に仮止めした状態で、形鋼と共に圧入し、その後、形鋼のみを地盤から引き抜くようにしてもよい。 Further, in each of the above embodiments, the predetermined region A1 is located in the aquifer G1, but the present invention is not limited to this, and a soft layer may be used. In this case, the guide pipe 5 is not required in the pipe arranging step, and the freezing pipe 3 may be press-fitted into the predetermined region A1 and arranged by pressing the upper end of the freezing pipe 3. Further, when it is difficult to press-fit the freezing tube 3 alone into the predetermined region A1 in the soft layer, or in the water-bearing layer G1, for example, the freezing tube 3 is processed to form a shaped steel having an appropriate cross-sectional shape (H-shaped steel, It may be temporarily fixed to angle steel, channel steel, etc.), press-fitted together with the section steel, and then only the section steel is pulled out from the ground.

さらに、シールド掘進機1の発進、到達用に、鉄筋コンクリート製の立坑(2、20)を形成するものとしたが、これに限らず、スチール製等の土留め壁により発進、到達用の空間を形成してもよい。 Further, a shaft (2, 20) made of reinforced concrete is formed for starting and reaching the shield excavator 1, but the space for starting and reaching is not limited to this, and a space for starting and reaching is provided by a retaining wall made of steel or the like. It may be formed.

また、上記各実施形態では、凍結管3は、地表面側から鉛直に延伸するように配置するものとしたが、これに限らず、傾斜させて配置してもよい。 Further, in each of the above embodiments, the freezing pipe 3 is arranged so as to extend vertically from the ground surface side, but the present invention is not limited to this, and the freezing pipe 3 may be arranged at an angle.

そして、上記各実施形態では、発進立坑2や到達立坑20の近傍の地盤を凍結させることを目的として、凍結管3を地表面側から地盤内に挿入する場合を一例に挙げて説明したが、これに限らない。例えば、軟弱層等を含む地盤を掘削中において、作業者がシールド掘進機1の機外に出て、カッターヘッド1a等のシールド掘進機1の前部をメンテナンスする場合には、本発明に係る第3実施形態の地盤掘削方法を説明するための図である図13に示すように、凍結管3をシールド掘進機1の前部から前方の地盤に挿入して、シールド掘進機1による掘削中の切羽面を含む前方地盤を凍結させるようにしてもよい。詳しくは、複数の凍結管3を、カッターヘッド1aのスポーク等の間を介して機内から機外に向かって直接建て込んで、カッターヘッド1aの前方にシールド掘進機1の推進中心軸を頂点とする円錐状(傘の骨組み状)の凍結管群を配置するとよい。これにより、図13に網掛け部分で示すように、円錐状の外殻をなす所定領域A1内の地盤を凍結させることができるため、作業者は、所定領域Aの内部に作業スペースを安全に確保することができる。 In each of the above embodiments, the case where the freezing pipe 3 is inserted into the ground from the ground surface side has been described as an example for the purpose of freezing the ground in the vicinity of the starting shaft 2 and the reaching shaft 20. Not limited to this. For example, when the operator goes out of the shield excavator 1 and maintains the front part of the shield excavator 1 such as the cutter head 1a while excavating the ground including a soft layer or the like, the present invention relates to the present invention. As shown in FIG. 13, which is a diagram for explaining the ground excavation method of the third embodiment, the freezing pipe 3 is inserted into the ground from the front part of the shield excavator 1 to the ground in front of the shield excavator 1 and excavated by the shield excavator 1. The front ground including the face surface of the slab may be frozen. Specifically, a plurality of freezing pipes 3 are directly built from the inside of the machine to the outside of the machine through the spokes of the cutter head 1a, and the propulsion center axis of the shield excavator 1 is set as the apex in front of the cutter head 1a. It is advisable to arrange a group of conical (umbrella skeleton) freezing tubes. As a result, as shown by the shaded portion in FIG. 13, the ground in the predetermined area A1 forming the conical outer shell can be frozen, so that the operator can safely set the work space inside the predetermined area A. Can be secured.

また、図示を省略するが、例えば、既設のトンネル等の地下構造物の一部を拡幅する拡幅工事エリアにおいて、その拡幅予定領域の周囲に帯水層や軟弱層が存在する場合もある。この場合、前記拡幅予定領域を前記掘削予定領域A0とし、前記拡幅予定領域の周囲を前記所定領域A1とし、この所定領域A1に向かって、既設の地下構造物から複数の凍結管3を配置するようにしてもよい。具体的には、前記拡幅予定領域の前後における既設の地下構造物の外周から前記拡幅予定領域の周囲の前記所定領域A1に向かって、複数の凍結管3を挿入して円錐状に配置された二つの凍結管群によって、前記拡幅予定領域を前後両側から全周を囲むようにしてもよい。これにより、前記拡幅予定領域を囲むそろばん玉状の凍結地盤を形成することができる。そして、前記拡幅予定領域における拡幅構造体の構築の際に、凍結管3と共に凍結地盤を一緒に掘削することができるため、拡幅構造体を容易に構築することができる。 Further, although not shown, for example, in a widening work area for widening a part of an underground structure such as an existing tunnel, an aquifer or a soft layer may exist around the planned widening area. In this case, the planned widening area is set as the planned excavation area A0, the circumference of the planned widening area is set as the predetermined area A1, and a plurality of freezing pipes 3 are arranged from the existing underground structure toward the predetermined area A1. You may do so. Specifically, a plurality of freezing pipes 3 were inserted and arranged in a conical shape from the outer periphery of the existing underground structure before and after the planned widening area toward the predetermined area A1 around the planned widening area. The widening area may be surrounded by two groups of freezing tubes from both front and rear sides. As a result, an abacus ball-shaped frozen ground surrounding the planned widening area can be formed. Then, when constructing the widening structure in the planned widening region, the frozen ground can be excavated together with the freezing pipe 3, so that the widening structure can be easily constructed.

また、凍結管3は、供給通路3aと戻し通路3bとを有し、冷媒を循環可能に構成した場合を一例に挙げて説明したが、これに限らず、冷媒を循環させずに、地盤内に直接、注入させてもよい。また、凍結管3は、偏平な角柱の内部に通路が形成されるものとしたが、これに限らず、シールド掘進機1により切削可能であれば、適宜の形状に形成することができる。 Further, the case where the freezing pipe 3 has a supply passage 3a and a return passage 3b and the refrigerant can be circulated has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and the inside of the ground without circulating the refrigerant. May be injected directly into. Further, the freezing pipe 3 is assumed to have a passage formed inside a flat prism, but the present invention is not limited to this, and the freezing pipe 3 can be formed into an appropriate shape as long as it can be cut by the shield excavator 1.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形及び変更が可能である。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications and modifications can be made based on the technical idea of the present invention.

1・・・・・シールド掘進機(掘削機械)
2・・・・・発進立坑
2a・・・・周壁
2c・・・・坑口
3・・・・・凍結管(配管)
5・・・・・ガイド管
6・・・・・セメントベントナイト(熱伝導媒体)
20・・・・到達立坑
20a・・・周壁
20c・・・坑口
A0・・・・掘削予定領域
A1・・・・所定領域
S1・・・・・掘削内面
1 ... Shield excavator (excavation machine)
2 ... Starting shaft 2a ... Peripheral wall 2c ... Wellhead 3 ... Freezing pipe (piping)
5 ・ ・ ・ ・ ・ Guide tube 6 ・ ・ ・ ・ ・ Cement bentonite (heat conductive medium)
20 ... Reaching shaft 20a ... Peripheral wall 20c ... Wellhead A0 ... Expected excavation area A1 ... Predetermined area S1 ... Excavation inner surface

Claims (3)

地盤を掘削機械により掘削する地盤掘削方法において、
前記地盤の掘削予定領域のうちの所定領域に、前記掘削機械により切削可能な冷媒流通用の配管を配置する配管配置工程と、
前記配管に冷媒を流通させて前記所定領域の地盤を凍結させる凍結工程と、
前記掘削予定領域のうちの前記所定領域については、前記凍結工程の後に前記所定領域に前記配管を残置させた状態で前記掘削機械により掘削する掘削工程と、
を含
前記配管は、偏平な角柱状の断面を有し一方向に延伸するように形成され、
前記配管配置工程は、前記配管の断面における長辺が前記掘削機械の掘進方向に延伸するように、前記配管を地盤内に配置する、地盤掘削方法。
In the ground excavation method of excavating the ground with an excavation machine,
A piping arrangement process for arranging a refrigerant flow pipe that can be cut by the excavation machine in a predetermined area of the planned excavation area of the ground.
A freezing step in which a refrigerant is circulated through the pipe to freeze the ground in the predetermined region,
For the predetermined region of the expected excavation area, a drilling step for drilling by the drilling machine in a state of being left behind the front Sharing, ABS pipe to said predetermined area after the freezing step,
Only including,
The pipe has a flat prismatic cross section and is formed so as to extend in one direction.
The pipe arranging step is a ground excavation method in which the pipe is arranged in the ground so that the long side in the cross section of the pipe extends in the excavation direction of the excavating machine .
地盤を掘削機械により掘削する地盤掘削方法において、In the ground excavation method of excavating the ground with an excavation machine,
前記地盤の掘削予定領域のうちの所定領域に、前記掘削機械により切削可能な冷媒流通用の配管を配置する配管配置工程と、A piping arrangement process for arranging a refrigerant flow pipe that can be cut by the excavation machine in a predetermined area of the planned excavation area of the ground.
前記配管に冷媒を流通させて前記所定領域の地盤を凍結させる凍結工程と、A freezing step in which a refrigerant is circulated through the pipe to freeze the ground in the predetermined region,
前記掘削予定領域のうちの前記所定領域については、前記凍結工程の後に前記所定領域に前記配管を残置させた状態で前記掘削機械により掘削する掘削工程と、Regarding the predetermined area of the planned excavation area, an excavation step of excavating with the excavation machine in a state where the pipe is left in the predetermined area after the freezing step.
を含み、Including
前記配管は、偏平な角柱状の断面を有し一方向に延伸するように形成され、The pipe has a flat prismatic cross section and is formed so as to extend in one direction.
前記配管配置工程は、前記配管における断面視で短辺側の側面が前記掘削機械のカッターヘッドに対向するように、前記配管を地盤内に配置する、地盤掘削方法。The pipe arranging step is a ground excavation method in which the pipe is arranged in the ground so that the side surface on the short side side of the pipe faces the cutter head of the excavating machine.
前記配管は、地上側に配置される冷媒供給装置から供給される冷媒を流通させる供給通路と、該供給通路を流通した冷媒を前記冷媒供給装置へ還流させる戻し通路とを有する、請求項1又は2に記載の地盤掘削方法。 The pipe has a supply passage for circulating a refrigerant supplied from a refrigerant supply device arranged on the ground side, and a return passage for returning the refrigerant flowing through the supply passage to the refrigerant supply device, according to claim 1 or ground excavation method described in 2.
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