JP2002061492A - オープンシールド工法による管渠の敷設方法とオープンシールド機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 とくに軟弱地盤でオープンシールド工法で生
じる不都合を小さくする。 【解決手段】 オープンシールド機のテールフレーム３
の両側地表面に滑走台２１を設け、滑走台の上面を滑る
ソリ７をテールフレームに取付けて、テールフレームを
滑走台に支持させる。テールフレーム底面への反力負担
が軽減され、掘進時のオープンシールド機の沈下や管渠
の沈下が防止できる。又、テール部内の管渠基礎の高さ
を敷設する管渠の中心までとし、反力板に管渠の中心よ
り上部の外形に合わせた凹部を設け、推進時に後方埋戻
し土に反力をとる。後方埋戻し土と反力板との接触面積
が広くなって推進力を大きくとれるので、オープンシー
ルド機の推進トラブルが避けられるとともに、テールフ
レームボイドの充填性が高まり周辺に及ぼす影響を小さ
くできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、とくに軟弱地盤
に於いて、オープンシールド工法により、パイプ、ボッ
クスカルバートなどの管渠を連結して、用排水路、或い
はガス・油等のパイプラインを地中に敷設する方法と、
これに用いるオープンシールド機の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】オープンシールド工法による管渠の敷設
にあたって、軟弱地盤ではオープンシールド機の推進に
つき、又、掘進に伴う周辺地盤・構造物に対する影響に
付き、下記のような不具合を生じる。

【０００３】 オープンシールド機の推進時に、オー
プンシールド機のフロント部はボトムブレードによる地
盤反力の軽減と、刃口部に上向きの力を受けることで推
進時に於ける機体の沈下はほとんど生じない。反面、テ
ール部は、テールフレーム底面支持力とテールフレーム
周面の摩擦力とで支持されるが、推進時には周面摩擦力
が減少し、特に軟弱地盤では支持力不足により機体の沈
下を生じる。

【０００４】 オープンシールド工法に於いて、オー
プンシールド機の掘進に伴う周辺地盤・構造物に影響を
及ぼす原因として、次のようなことが挙げられる。 イ）側方土圧によるオープンシールド機のフレームの変
形に伴う周辺地山のゆるみ。 ロ）オープンシールド機の推進に伴うブレードの移動に
よるブレードと周辺地山との接触面の乱れ。 ハ）オープンシールド機の切羽の開放に伴う周辺地山の
ゆるみ。 ニ）オープンシールド機の推進に伴うテールフレームボ
イドへの埋戻し土の不十分な充填による周辺地山のゆる
み。 ホ）オープンシールド機の推進に伴う刃口の地山への貫
入による周辺地山の圧縮。 ヘ）オープンシールド機の推進に伴う推進反力の作用に
よる周辺地山の圧縮。

【０００５】ここで、従来のオープンシールド工法によ
り管渠、例えば管体を敷設する場合、管渠基礎を管頂ま
でオープンシールド機のテール部で施工していた。その
ため、管の敷設前では、オープンシールド機のテール部
は上部切梁とテールフレームの剛性のみで周辺地山の側
方土圧に対抗していた。従って、テールフレームは下方
へ行くに従い内側に大きく変形する。即ち、前述のオー
プンシールド機の推進に伴う周辺地盤・構造物に影響を
及ぼす原因のうち、最も影響が大きいものは、イ）の側
方土圧によるオープンシールド機のフレームの変形に伴
う周辺地山のゆるみによるものである。とくに軟弱地盤
に於いては、側方土圧が増大するため、フレームの変形
も増大し、周辺に及ぼす影響がさらに大きくなる。

【０００６】又、後方埋戻しに於いて、テールフレーム
ボイドへの埋戻し土の投入距離が長いため、その充填性
が不十分となり、前述のニ）の原因により周辺地盤・構
造物に影響を及ぼす。とくに軟弱地盤の場合は地盤剛性
が低いため、その影響は顕著になる。

【０００７】 オープンシールド工法はオープンシー
ルド機後方の埋戻し土に反力をとって推進するものであ
るが、その反力が不足するとオープンシールド機は推進
できなくなる。とくに敷設管渠が浅埋設の場合は、後方
での埋戻し高さが低くなるため、十分な推進力の確保が
困難になる。

【０００８】 オープンシールド機テール部内での管
渠基礎の高さが高いほど、オープンシールド機内面と管
渠基礎との摩擦力が大きくなり、軟弱地盤でオープンシ
ールド機の沈下が生じた場合、管渠、例えば管体を下方
に押さえ込む力として作用し、管体の沈下を生じさせ
る。又、摩擦力により、オープンシールド機のテールフ
レーム引き寄せ時に、管体に引抜き力が発生するため、
既に埋め戻した後方の管体と連結して敷設管の引き抜け
を防止する。そのため、オープンシールド機のテールフ
レーム引き寄せ時には管体に軸力が発生し、管体に障害
を与えることがある。管渠基礎の高さが高いほど前記摩
擦力が大きくなるため、管体軸力もおおきくなって管体
に与える障害も大きくなる。

【０００９】 オープンシールド機は後方の埋戻し土
に反力をとって推進するものであり、十分な反力が確保
できるまで埋戻し土は締め固められる。その時、埋戻し
土の圧縮とともに敷設した管体が後方に押し込まれるた
め、管体接合部に障害を与える。とくに軟弱地盤では、
オープンシールド機周面に作用する摩擦力が増大し、推
進抵抗が大きくなるため、埋戻し土に作用する反力も増
大して、管体の押し込み力が大きくなり、そのため管体
接合部に与える障害もより大きくなる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は次の点にある。に対して、オープンシー
ルド機のテールフレーム底面への反力の負担を軽減す
る。に対して、テールフレームボイドへの埋戻し土の
投入距離をできるだけ短くするとともに、オープンシー
ルド機のテールフレームの全体剛性をできるだけ高め
る。に対して、後方の埋戻し土とオープンシールド機
の反力板との接触面をできるだけ広くする。に対し
て、オープンシールド機のテール部内で施工する管渠基
礎をできるだけ低くする。に対して、管体の押し込み
を防止する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、次のような
特徴を有する。オープンシールド機のテールフレームの
両側の地表面にテールフレームに沿って滑走台を設け、
滑走台の上面を滑るソリをテールフレームに取付けて、
テールフレームを滑走台に支持させる。そのため、オー
プンシールド機には、テールフレームの前後上部に、両
端部がテールフレーム外に突出する支持材を横架し、各
支持材の両端部の底面にはソリを設ける。テールフレー
ムが滑走台に支持されるので、テールフレーム底面への
反力負担が軽減される。

【００１２】テール部内の管渠基礎の高さは、敷設する
管渠の中心までとし、反力板には管渠の中心より上部の
外形に合わせた凹部を設け、推進時には反力板の後方の
埋戻し土に反力をとる。又、オープンシールド機の反力
板に、敷設する管渠の中心より上部の外形に合わせた凹
部を設ける。管渠基礎の高さが低くなるためテールフレ
ームボイドへの埋戻し土の投入距離を短くできるうえ、
後方の埋戻し土と反力板との接触面を広くとれる。さら
に、テールフレーム上部の空間が広くなるため、テール
フレームに鉛直火打ち梁を設けることができ、鉛直火打
ち梁を設けることによりテールフレームの全体剛性を高
められる。

【００１３】オープンシールド工法による大口径管の敷
設に於いて、管体を差し込まれた後続の管体のテーパ部
分に、背面が前記テーパの勾配に合わせて形成され、か
つ背面にゴム板を取付けた保持部材を、油圧ジャッキで
押し当てる。この工法により、オープンシールド機の推
進時に、差し込んだ管渠が差し込まれた後続の管渠を押
し込もとする力に対して、管渠のテーパ部分とゴム板と
の摩擦力で抵抗するので、先行する管渠の押し込みを防
止できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】まず、オープンシールド機につい
て図１により簡単に説明すると、１はオープンシールド
機、２はフロントフレーム、３はテールフレーム、４は
オープンシールド機推進用の油圧ジャッキ、５は反力板
である。

【００１５】前記の課題については、図１及び図２で
示すように、左右のテールフレーム３の両側に沿って整
地した地表面に、例えば、Ｈ型鋼を使用した滑走台２１
を設ける。左右のテールフレーム３の前後上部には、両
端部がテールフレーム外へ突出する支持材６を横架して
着脱可能に固定する。そして、支持材６の両端部底面に
沈下防止用のソリ７を取付けて、オープンシールド機１
の運行に伴って滑走台２１上面をソリ７を滑らせる。

【００１６】オープンシールド機の自重反力を比較的地
盤の安定した地表面にとることで、軟弱なテールフレー
ム３底面への反力の負担を軽減することによりオープン
シールド機の沈下を防止する。なお、滑走台２１は上面
が平滑な平面を形成するものであればよく、板体、箱状
体など任意である。又、ソリ７の形状も任意であって、
底面が平滑な平面に形成されていればよい。

【００１７】前記〜の課題に対しては、図３で示す
ように、まず反力板５の下端の高さをほぼ敷設する管
渠、例えば管体２２の中心の高さとし、その下部に敷設
する管体の上半分に被さる、上に凸の半円状の凹部８を
設ける。そして、図４及び図５で示すように、管渠基礎
２３の施工を管体の中心の高さまでとして、反力板５を
テールフレーム３に取付ける。後方の埋戻しはテールフ
レーム内で行わず、反力板の後方で行う。これにより反
力板５とその後方の埋戻し土２４との接触面が広くな
り、オープンシールド機の十分な推進力が確保できる。
又、図４で斜線で示すテールフレーボイド２５への埋戻
し土の投入距離が短くなり、テールフレームボイドへの
埋戻し土の充填性が高まる。

【００１８】なお、９はゴム板で、半円筒状の本体の一
端に半リング状の取付部が一体に設けられている。この
ゴム板の取付部を反力板５にボルト・ナットなどの締結
具を用いて固定し、反力板の凹部８と管体２２との間に
生じる隙間を塞いで、テールフレーム３内に埋戻し土２
４が進入するのを防止する。

【００１９】管渠基礎２３の施工高さを管渠の中心迄と
することで、オープンシールド機内面と管渠基礎との摩
擦力が小さくなり、オープンシールド機の沈下に伴う管
体の沈下を抑制できるとともに、オープンシールド機の
テールフレーム引き寄せに伴う管体軸力の減少により、
管体への障害の発生が抑えられる。

【００２０】テールフレーム３内での管渠基礎２３の施
工高さを抑えることで、テールフレーム内の上部空間が
広くなる。そこで、テールフレーム３の両側部とテール
フレームの上部の切梁１０とを連結する鉛直火打ち梁１
１を取付ける。この鉛直火打ち梁を設けることで、テー
ルフレーム３の全体剛性が高められるため、テールフレ
ームの変形に伴う周辺地山に及ぼす影響を小さく抑える
ことができる。

【００２１】の課題である、オープンシールド機推進
時に於ける管渠の押し込みによる障害は、次のようにし
て防止する。図６及び図７で示すように、２２ａは差し
込んだ管体（先行する管体）、２２ｂは差し込まれた管
体（後続の管体）とする。２６は管体を傷つけない木製
の保持部材で、背面（前記テーパ部分に当接する面）は
管口のテーパの勾配に合わせ形成され、かつその背面に
ゴム板２７が取付けられている。この保持部材２６は、
管体２２のテーパ部分の複数箇所、例えば左右、上下の
４か所に油圧ジャッキ或いは押しネジを用いて押しつけ
ることにより保持される。

【００２２】他の発明の場合は、真円保持装置２８を利
用して保持部材２６を管体に保持させている。真円保持
装置２８は、「オープンシールド工法による大口径管の
敷設方法とその装置」の名称で、本出願人がした特許出
願で開示している（特願平１１−２５６０８０）。図７
により簡単に説明すると、２９は左右一対の横当て部
材、３０は上下一対の縦当て部材で、管体の内周面形状
に合わせていずれも円弧状に形成され、基部が管体の中
心に向かって突設されている。３１は基枠で、左右一対
の車輪３２を前後に備えて管体２２内を移動自在であ
る。３３は左右一対の横筒、３４は上下一対の縦筒で、
いずれも基枠３１に固定されている。そして、横当て部
材２９の基部は横筒３３に、縦当て部材３０の基部は縦
筒３４にそれぞれ摺動自在に嵌め込まれている。３５は
横油圧ジャッキで、対向する横当て部材２９の基部を連
結する。又、３６は縦油圧ジャッキで、対向する縦当て
部材３０を連結している。そこで両油圧ジャッキを作動
させると、左右の横当て部材２９を、上下の縦当て部材
３０を、それぞれ管体の内周面に押し付けることができ
る。

【００２３】そこで、保持部材２６を管体２２ｂのテー
パ部分の内周面の左右、上下に配設し、真円保持装置２
８の油圧ジャッキ３５、３６を作動させて、保持部材２
６を管体の内周面に押し当てる。オープンシールド機の
推進時、差し込んだ管体２２ａの押し込もうとする力に
対して、差し込まれた管２２ｂのテーパ部分と保持部材
２６のゴム板２７との摩擦力で抵抗し、オープンシール
ド機推進時に於ける管体２２ａの押し込みを防止する。

【００２４】

【発明の効果】滑走台、ソリとを設けることで、オープ
ンシールド機のテールフレーム底面への反力負担が軽減
され、掘進時に於けるオープンシールド機の沈下が抑え
られるので、管渠の沈下も抑えられる。

【００２５】テールフレーム内の管渠基礎をその中心の
高さとし、反力板を管渠基礎の高さに合わせることで、
後方埋戻し土とオープンシールド機の反力板との接触面
が広くなって、推進力を大きくとれるので、オープンシ
ールド機の推進トラブルが避けられる。

【００２６】テールフレームボイドへの埋戻し土の投入
距離が短くなるため、前記ボイドの充填性が高まるので
周辺に及ぼす影響が少なくなる。

【００２７】オープンシールド機内面と管渠基礎との摩
擦力が小さくなって、オープンシールド機の沈下に伴う
管渠を押さえ込む力、並びにテールフレーム引き寄せに
伴う管渠の軸力が減少するため、管渠の沈下や管渠への
障害の発生といった管渠に及ぼす影響が少なくなる。

【００２８】鉛直火打ち梁をテールフレームに設けるこ
とで、テールフレームの全体剛性が高まってその変形が
抑えられるため、周辺に及ぼす影響が少なくなる。

【００２９】管渠基礎の高さが低いため、テールフレー
ム部内の管渠基礎の作業量が少なくてすむうえ、従来の
ような大がかりな管口付近の管渠基礎の土留めが不要と
なって、作業が簡単になる。その結果、日進量が増大
し、工期の短縮、コストの縮減が図れる。

【００３０】大口径管を敷設する場合、保持部材を真円
保持装置を用いて差し込まれる管体の内周面のテーパ部
分に押し当てることで、管体構造に障害を与えることな
く確実に管体の押し込みを防止できる。既存の真円保持
装置を利用して行うと、取扱が簡単で作業を速くしかも
安全に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】ソリを取付けたオープンシールド機の平面図で
ある。

【図２】テールフレームを滑走台に支持させた概念図で
ある。

【図３】反力板の正面図である。

【図４】管渠基礎の構築と反力板の取付状態を示す背面
図である。

【図５】図４の側面図である。

【図６】大口径管の接続と、保持部材の押し当て状態を
示す断面図である。

【図７】真円保持装置を用いて保持部材を管体に押し当
てる状態を示す正面図である。

【符号の説明】

１ オープンシールド機 ３ テールフレーム ５ 反力板 ６ 支持材 ８ 凹部 ７ ソリ １１ 鉛直火打ち梁 ２１ 滑走台 ２２、２２ａ、２２ｂ管体 ２３ 管渠基礎 ２４ 埋戻し土 ２６ 保持部材 ２７ ゴム板 ２８ 真円保持装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土居 清忠 岡山県岡山市表町１丁目５番１号 アイサ ワ工業株式会社内 (72)発明者 広田 茂 岡山県岡山市表町１丁目５番１号 アイサ ワ工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2D054 AC16

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オープンシールド機のテールフレームの
   両側の地表面にテールフレームに沿って滑走台を設け、
   滑走台の上面を滑るソリをテールフレームに取付けて、
   テールフレームを滑走台に支持させるオープンシールド
   工法による管渠の敷設方法。
2. 【請求項２】 テールフレームの前後上部に、両端部が
   テールフレーム外に突出する支持材を横架し、各支持材
   の両端部の底面にはソリを設けてなるオープンシールド
   機。
3. 【請求項３】 テール部内の管渠基礎の高さは、敷設す
   る管渠の中心までとし、反力板には管渠の中心より上部
   の外形に合わせた凹部を設け、推進時には反力板の後方
   の埋戻し土に反力をとるオープンシールド工法による管
   渠の敷設方法。
4. 【請求項４】 反力板は、敷設する管渠の中心より上部
   の外形に合わせた凹部が設けられているオープンシール
   ド機。
5. 【請求項５】 テールフレームの両側に、テールフレー
   ムとテールフレーム上部の切梁とをそれぞれ連結する鉛
   直火打ち梁を設けた請求項４のオープンシールド機。
6. 【請求項６】 オープンシールド工法による大口径管の
   敷設に於いて、管体を差し込まれた後続の管体のテーパ
   部分に、背面が前記テーパの勾配に合わせて形成され、
   かつ背面にゴム板を取付けた保持部材を、油圧ジャッキ
   で押し当てるオープンシールド工法による管渠の敷設方
   法。