JP2007032103A - シールドトンネル急曲線対応形テレスコ式伸縮装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、地盤中にトンネルを掘削するシールド工法に於て、掘削した土砂を地上へ排出する輸送配管の継ぎ足しに用いるテレスコ式伸縮装置に係り、詳しくはシールドトンネルの急曲線カーブ，小断面に対応可能なシールドトンネル急曲線対応形テレスコ式伸縮装置に関する。
【解決手段】 シールド掘削機の後続台車の後方に接続され、トンネル内のレール上を移動自在で、連結管を備えた複数の連結台車と、連結台車の連結管間に、トンネル側壁のカーブに沿って回動自在に連結され、シールド掘削機の掘削速度に同調して外管内から内管が伸長するテレスコ式伸縮管と、テレスコ式伸縮管の外周に装着され、上記内管の伸縮操作を行う油圧シリンダとからなることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、地盤中にトンネルを掘削するシールド工法に於て、掘削した土砂を地上へ排出する輸送配管の継ぎ足しに用いるテレスコ式伸縮装置に係り、詳しくはシールドトンネルの急曲線カーブ，小断面に対応可能なシールドトンネル急曲線対応形テレスコ式伸縮装置に関する。

従来、地盤中にトンネルを掘削するシールド工法では、シールド掘削機で掘削した土砂を地上へ排出する方法として、圧送ポンプを用いたポンプ圧送工法が広く使用されている。
このポンプ圧送工法は、シールド掘削機の掘進に伴い、これと一体になって前進するシールド掘削機の後続台車に圧送ポンプを配置し、当該圧送ポンプの圧力で土砂を輸送配管により地上（坑外）へ圧送，排出するもので、後続台車後方に伸縮装置が接続され、伸縮装置の後方に、１本が約６ｍの長さを有する輸送配管が順次接続される。

そして、シールド掘削機の掘進に伴い、後続台車と伸縮装置が引っ張られると、伸縮装置はシールド掘削機の掘削速度に同調して伸長するように構成されており、伸縮装置が限界付近まで伸長した処で圧送ポンプを停止し、伸縮装置と最前列輸送配管とのジョイントを外して伸縮装置を圧送ポンプ方向へ収縮させた後、新たな輸送配管を伸縮装置に継ぎ足して、輸送配管を順次延長していくようになっている。そして、この種の伸縮装置として、従来、複数のベンド管を左右方向に交互に接続したスネーク式伸縮管装置と、特許文献１に開示されるように、１本の内管と外管とで構成された二重管構造のテレスコ式伸縮管装置が広く使用されている。
特開平９−３２８９９４号公報

しかし乍ら、上記スネーク式伸縮管装置は複数のベンド管を左右方向に交互に接続した構造上、装置全体の横幅が大きく、これを小断面のシールドトンネルの掘削に用いた場合、トンネル内を通る機材運搬用の電車と干渉してしまう虞があり、また、装置そのものがトンネルカーブに沿って曲がる構造ではないため、トンネルカーブの急曲線カーブ（例えば、トンネルカーブＲ２０ｍ）では、装置がトンネル側壁に干渉して通過することができない不具合があった。

一方、テレスコ式伸縮装置は全長が長く（１７ｍ以上あり）、トンネルカーブＲ１００ｍ以上でないと通過できないのが実情であった。
このため、従来、トンネルの急曲線カーブでは、伸縮装置をカーブ手前に置き、カーブ区間でトンネル掘削作業を一時停止して、短い輸送配管とホースによる段取り替えを行った後に、もり替えてトンネル掘削作業を再開していた。

しかし、作業性の悪いトンネル内でのこれらの作業は作業者にとって危険であるばかりでなく、トンネル掘削作業が一時的に停止することで施工に遅れが生じ、また、段取り替えの経費が多くかかってしまう不具合も指摘されていた。
本発明は斯かる実情に鑑み案出されたもので、トンネルの急曲線カーブ，小断面に対応可能なシールドトンネル急曲線対応形テレスコ式伸縮装置を提供することを目的とする。

斯かる目的を達成するため、請求項１に係るシールドトンネル急曲線対応形テレスコ式伸縮装置は、シールド掘削機の後続台車の後方に接続され、トンネル内のレール上を移動自在で、連結管を備えた複数の連結台車と、連結台車の連結管間に、トンネル側壁のカーブに沿って回動自在に連結され、シールド掘削機の掘削速度に同調して外管内から内管が伸長するテレスコ式伸縮管と、テレスコ式伸縮管の外周に装着され、上記内管の伸縮操作を行う油圧シリンダとからなることを特徴とする。

そして、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のシールドトンネル急曲線対応形テレスコ式伸縮装置に於て、連結台車の連結管とテレスコ式伸縮管は、夫々、連結端部に曲り管が上下方向に配置され、両曲り管がビクトリックジョイントを介して連結されていることを特徴とし、請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のシールドトンネル急曲線対応形テレスコ式伸縮装置に於て、連結管は、連結台車上に旋回自在に取り付けられていることを特徴とする。

更に、請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のシールドトンネル急曲線対応形テレスコ式伸縮装置に於て、テレスコ式伸縮管の伸長は、油圧シリンダの最大ストローク終端で停止することを特徴としている。

各請求項に係る発明によれば、トンネルの急曲線カーブ，小断面に対応が可能で、従来の伸縮装置のように急曲線カーブでの段取り替えのためにトンネル掘削作業を停止する必要もなく、危険な段取り替え作業をなくして低コストで施工できる利点を有する。
そして、請求項４に係る発明によれば、テレスコ式伸縮管の伸長は油圧シリンダの最大ストローク終端で停止するため、テレスコ式伸縮管の停止装置が別途不要となり、構造が簡素化できる利点を有する。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は請求項１乃至請求項４の一実施形態に係るシールドトンネル急曲線対応形テレスコ式伸縮装置（以下、「急曲線対応形テレスコ式伸縮装置」という）の側面図、図２は当該急曲線対応形テレスコ式伸縮装置の平面図を示し、従来のスネーク式伸縮管装置と同様、本実施形態に係る急曲線対応形テレスコ式伸縮装置１も、シールド掘削機の後続台車の後方に接続されている。

而して、急曲線対応形テレスコ式伸縮装置１は、トンネル３内のレール５上を移動自在な複数の連結台車７と、各連結台車７間にトンネル側壁９のカーブに沿って回動自在に連結された複数本の短尺なテレスコ式伸縮管１１と、各テレスコ式伸縮管１１の外周に夫々装着された油圧シリンダ１３を基本的な構成要素としている。
そして、通常、連結台車７とテレスコ式伸縮管１１は、トンネル３のカーブに合わせて５連または６連組式として使用されるが、本実施形態では６個の連結台車７が使用されると共に、これらの間に５本のテレスコ式伸縮管１１が接続されて、最大伸長時の全長が約２５．６ｍ、最大収縮時の全長が約１８．８５ｍに設定されている。

図３は連結台車７の詳細を示し、図中、１５は４本のチャンネル１７を平面視四角形状の枠体に連結して、その上下に鋼板１９を配した台車本体で、その底部の４カ所に、レール５上を走行可能に既存の車輪ユニット２１が溶接されている。
そして、図３に示すように連結台車７は一辺の寸法Ｎが０．４５ｍとされており、この連結台車７の一辺の寸法Ｎが、本実施形態に係る急曲線対応形テレスコ式伸縮装置１の最大幅となっている。

尚、複数のベンド管を左右方向に交互に接続した従来のスネーク式伸縮管装置の最大幅は、概ね０．８０ｍである。
一方、台車本体１５の上部には、中央の係合孔２３内に金属製のブッシュ２５が収容された旋回ベース２７が溶接されると共に、当該旋回ベース２７上にスラストブッシュ２９がネジ止めされ、スラストブッシュ２９の中央にはブッシュ２５の内径と同一径の挿通孔３１が設けられている。

また、図３に於て、３３は上記挿通孔３１を挿通してブッシュ２５に回動自在に挿入された回動軸で、当該回動軸３３は１枚の鋼板からなる旋回板３５の中央を貫通して当該旋回板３５に溶接されている。
そして、旋回板３５の脱落防止を図るため、その周縁部を覆って断面逆Ｌ字状に形成された二つ割りの押工フランジ３７が旋回ベース２７にボルト締めされており、旋回板３５は、上記回動軸３３を回動中心としてスラストブッシュ２７上を旋回可能となっている。そして、旋回板３５上に、４枚の板材３９からなる中空な支柱４１が立設され、図４に示すように当該支柱３９の上部に連結管４３が装着されている。

連結管４３は、連結台車７の進行方向に沿って支柱４１の上部に横置きに溶接されたストレート管４５と、当該ストレート管４５の両端に溶接されたベンド管（曲り管）４７とからなり、ベンド管４７はストレート管４５から下方へ向かって接続されている。
また、支柱３９の側面には、相対する一対の補強板４９が取り付けられており、補強板４９の上部はストレート管４５の軸方向に沿ってその外周に溶接されている。

尚、図１に示すように連結管４３の寸法Ｌは１ｍに設定されている。
そして、上記ベンド管４７にテレスコ式伸縮管１１が接続されている。
図４に示すようにテレスコ式伸縮管１１は、外管５１と内管５３とで構成された二重管構造で、全長が１７ｍを超す従来のテレスコ式伸縮装置に比し短く、１本の全長が最大伸長時に約４．０ｍ、最大収縮時に約２．６５ｍとされている。

而して、外管５１の反切羽側は縮径されて、その端部にベンド管５５が上方へ向けて溶接されており、当該ベンド管５５と隣接する連結管４３側のベンド管４７が、ビクトリックジョイント５７を介して回動自在に接続されている。
また、外管５１から突出する内管５３の端部にもベンド管５９が上方へ向けて溶接されており、当該ベンド管５９と隣接する連結管４３側のベンド管４７が、同じくビクトリックジョイント５７を介して回動自在に接続されている。

図５は外管５１と内管５３のシール構造を示し、図中、６１は外管５１の端部外周に溶接されたスペーサフランジで、当該スペーサフランジ６１に複数本のタイロッド６３が内管５３の軸方向に貫通している。
そして、図示するようにスペーサフランジ６１側から、内管５３を中心としてその外周に、円盤状のゴム板パッキン６５、グリースニップル６７が挿着されたパッキン押工フランジ６９、円盤状のゴム板パッキン７１、スペーサフランジ７３，７５、グリースニップル７７が挿着されたグリース注入フランジ７９、センターハウジング８１、グリースニップル８３が挿着されたグリース注入フランジ８５、スペーサフランジ８７，８９、円盤状のゴム板パッキン９１、パッキン押工フランジ９３が順次配置されており、タイロッド６３はこれらを挿通している。そして、スペーサフランジ６１とパッキン押工フランジ９３間が、タイロッド６３の両端側に螺着した二重ナット９５で締め付けられている。

而して、上記ゴム板パッキン６５，７１，９１は内管５３の外周に圧接し、また、センターハウジング８１の内側に、キャストナイロン製のシールハウジング９７が内管５３の外周に環装されると共に、スペーサフランジ７５，グリース注入フランジ７９とスペーサフランジ８７，グリース注入フランジ８５の内側に、夫々、キャストナイロン製のシールハウジング９９が内管５３の外周に環装されており、当該シールハウジング９９にはグリース流路１０１が設けられている。

上記シールハウジング９７は、内管５３が伸びきった際にそのぐらつきを防止するもので、前記ナット９５を締め付けることでそのシール性が増加するようになっている。そして、シールハウジング９７の両端側内周には、更にＵパッキン１０３が内管５３の外周に環装されて、シール性の強化が図られている。
その他、図中、１０５はＯ−リングを示し、これらのシール構造によって、外管５１と、当該外管５１内を往復動する内管５３との間のシール性が確保されている。

そして、既述したように本実施形態では６個の連結台車７が使用され、これらの間に５本のテレスコ式伸縮管１１が接続されているが、図４に示すように各テレスコ式伸縮管１１の外周に、その伸縮操作を行う油圧シリンダ１３が、夫々、装着されている。
油圧シリンダ１３は片側ロッド式複動シリンダで、ロッドカバー１０７が前記センターハウジング８１の外周にＬ字ブラケット１０９を介して止着され、ヘッドカバー１１１が外管５１の他端側外周（反切羽側外周）にＬ字ブラケット１１３を介して止着されている。
また、図２及び図４に示すようにピストンロッド１１５の端部が、取付ブラケット１１７を介して内管５３のベンド管５９側端部の外周に止着されている。

そして、図６に示すようにピストン１１９の両側（ロッドとヘッド側）に油の口が設けられている。
図６は油圧シリンダ１３の油圧回路を示し、各テレスコ式伸縮管１１の外周に装着した各油圧シリンダ１３とタンク１２１との間に、オープンセンタのソレノイドバルブ１２３が１個設けられている。

そして、従来の伸縮装置と同様、急曲線対応形テレスコ式伸縮装置１はシールド掘削機の掘進に伴い後続台車と共に引っ張られるが、シールド掘削機の掘進時に油圧ポンプＰは停止している。
このため、各油圧シリンダ１３とタンク１２１との間にオープンセンタのソレノイドバルブ１２３を設けたことで、シールド掘削機の掘削速度に同調して各テレスコ式伸縮管１１の内管５３が伸長し、これに伴い各油圧シリンダ１３もピストンロッド１１５が伸長して、急曲線対応形テレスコ式伸縮装置１全体が伸長するようになっている。

そして、各テレスコ式伸縮管１１の伸長は、夫々の油圧シリンダ１３の最大ストローク終端で停止するようになっており、油圧シリンダ１３のストロークは１．３５ｍとされている。このため、既述したように１本のテレスコ式伸縮管１１の全長は、最大伸長時に約４．０ｍ、最大収縮時に約２．６５ｍとなる。
油圧ポンプＰは、圧送ポンプを停止して新たな輸送配管を接続するに当たり、全体が伸長している急曲線対応形テレスコ式伸縮装置１を収縮させる際に作動させるもので、油圧ポンプＰの作動開始と同時に前記ソレノイドバルブ１２３を動作させて、油圧シリンダ１３のシリンダＢと油圧ポンプＰを接続させると、油圧シリンダ１３が収縮し、これに伴い、テレスコ式伸縮管１１が収縮して急曲線対応形テレスコ式伸縮装置１全体が収縮するようになっている。

また、油圧ポンプＰは、新たな輸送配管を接続する際に、急曲線対応形テレスコ式伸縮装置１をやや伸長させてその微調整を行う場合にも作動させるもので、急曲線対応形テレスコ式伸縮装置１を伸長させるには、上記ソレノイドバルブ１２３で油圧シリンダ１３の油路を切り換えればよく、油圧ポンプＰの作動開始と同時にソレノイドバルブ１２３を動作させてシリンダＡと油圧ポンプＰを接続させると、油圧シリンダ１３が伸長し、これに伴いテレスコ式伸縮管１１が伸長して急曲線対応形テレスコ式伸縮装置１全体が伸長するようになっている。

その他、図６中、１２５はリリーフバルブ、１２７はチェックバルブである。
本実施形態に係る急曲線対応形テレスコ式伸縮装置１はこのように構成されており、次にその使用方法と動作を説明する。
地盤中にトンネルを掘削するに当たり、先ず、シールド掘削機と一体になって前進する後続台車の後方に急曲線対応形テレスコ式伸縮装置１を縮めた状態で配置する。そして、急曲線対応形テレスコ式伸縮装置１の先頭の連結台車７の連結管４３を圧送ポンプ側からの配管に接続し、最後部の連結台車７の連結管４３を立坑側に予め付設した輸送配管に接続した後、シールド掘削機を作動させて掘削を行えばよい。

而して、シールド掘削機による掘進に伴い、掘削された土砂は、圧送ポンプの圧力でテレスコ式伸縮管１１や連結管４３を通って下流側の輸送配管から坑外に排出される。そして、掘進に伴い、後続台車と共に急曲線対応形テレスコ式伸縮装置１が引っ張られると、シールド掘削機の掘削速度に同調して短尺な各テレスコ式伸縮管１１が伸長し、これに伴い各油圧シリンダ１３が伸長して急曲線対応形テレスコ式伸縮装置１全体が伸長する。そして、各テレスコ式伸縮管１１の伸長は、夫々の油圧シリンダ１３の最大ストローク終端で停止するが、斯様に急曲線対応形テレスコ式伸縮装置１が限界付近まで伸長した処で、シールド掘削機と圧送ポンプを停止させる。

そして、最後部の連結管４３と立坑側輸送配管とのジョイントを外した後、油圧ポンプＰを作動させ、且つソレノイドバルブ１２３を動作させて油圧シリンダ１３のシリンダＢと油圧ポンプＰを接続させると、油圧シリンダ１３が収縮し、これに伴い、テレスコ式伸縮管１１が収縮して急曲線対応形テレスコ式伸縮装置１全体が収縮する。
このように、急曲線対応形テレスコ式伸縮装置１全体を収縮させた後、油圧ポンプＰを停止して、新たな輸送配管を、急曲線対応形テレスコ式伸縮装置１の後端と、立坑側に予め付設した輸送配管との間に接続する。そして、再び、シールド掘削機と圧送ポンプを作動させて土砂を掘削して行けばよく、以後、同様の操作を繰り返して行くことで、シールド掘削機の掘削に伴い、急曲線対応形テレスコ式伸縮装置１の後方に新規輸送配管が順次継ぎ足されて行くこととなる。

そして、既述したように連結台車７に装着された連結管４３は、旋回板３５を介して台車本体１５上を旋回可能に構成され、更に当該連結部材４３に対して短尺なテレスコ式伸縮管１１はビクトリックジョイント５７を介して回動自在に連結されているから、上述の如き伸長動作時に、図２に示すように急曲線対応形テレスコ式伸縮装置１は、急な右カーブ、左カーブを問わず、自在にトンネル３の急曲線カーブに沿って複数の短尺なテレスコ式伸縮管１１が伸び進んで行き、トンネル側壁９と干渉することがない。

而も、既述したように、複数のベンド管を左右方向に交互に接続した従来のスネーク式伸縮管装置の最大幅が概ね０．８０ｍであるのに対し、連結台車７の一辺の寸法Ｎ（Ｎ＝０．４５ｍ）が急曲線対応形テレスコ式伸縮装置１の最大幅であるため、図２，図７及び図８に示すようにトンネル３が小断面であっても、急曲線対応形テレスコ式伸縮装置１が横を通過する機材運搬用電車１２９と干渉することがない。

このように、本実施形態に係る急曲線対応形テレスコ式伸縮装置１によれば、トンネル３の急曲線カーブ，小断面に対応が可能で、従来の伸縮装置のように急曲線カーブでの段取り替えのためにトンネル掘削作業を停止する必要もなく、危険な段取り替え作業をなくして低コストで施工できる利点を有する。
而も、テレスコ式伸縮管１１の伸長は油圧シリンダ１３の最大ストローク終端で停止するため、テレスコ式伸縮管１１の停止装置が別途不要となり、構造が簡素化できる利点を有する。

尚、図９に示すように、図６の油圧回路に４個のリミッタースイッチ１３１-1，１３１-2，１３１-3，１３１-4とソレノイドバルブ１３３-1，１３３-2，１３３-3，１３３-4を装着して、油圧シリンダ１３がシールド掘削機側から順次伸びていくように構成してもよい。
即ち、本実施形態は、上記実施形態に於ける各テレスコ式伸縮管１１の油圧シリンダ１３を、シールド掘削機側から第１セクション〜第５セクションと区画して、第１セクション〜第４セクションの油圧シリンダ１３に、夫々、リミッタースイッチ１３１-1，１３１-2，１３１-3，１３１-4を装備すると共に、第２〜第５セクションの油圧シリンダ１３と前記ソレノイドバルブ１２３との間に、ソレノイドバルブ１３３-1，１３３-2，１３３-3，１３３-4を夫々装着している。

そして、第１セクションの油圧シリンダ１３のピストンロッド１１５の伸び終端でリミッタースイッチ１３１-1がこれを感知すると、リミッタースイッチ１３１-1が第２セクションのソレノイドバルブ１３３-1に電気信号を発進して、第２セクションの油圧シリンダ１３のブレー回路が解放されて第２セクションの油圧シリンダ１３がフリーとなってテレスコ式伸縮管１１がシールド掘削機の掘削速度に同調して伸長し、以下、各セクションのリミッタースイッチ１３１-2，１３１-3，１３１-4の電気信号を受けて、第３セクション以降のテレスコ式伸縮管１１が順を追って伸びて行くように構成したものである。

而して、斯かる構成によっても、前記実施形態と同様、所期の目的を達成することが可能である。

請求項１乃至請求項４の一実施形態に係る急曲線対応形テレスコ式伸縮装置の側面図である。 図１に示す急曲線対応形テレスコ式伸縮装置の平面図である。 連結台車の断面図である。 テレスコ式伸縮管と油圧シリンダ，連結台車の拡大側面図である。 テレスコ式伸縮管の外管と内管のシール構造の拡大断面図である。 油圧シリンダの油圧回路図である。 図４のＡ−Ａ線断面図である。 図４のＢ−Ｂ線断面図である。 油圧シリンダの油圧回路の変形例の回路図である。

符号の説明

１ 急曲線対応形テレスコ式伸縮装置
３ トンネル
５ レール
７ 連結台車
９ トンネル側壁
１１ テレスコ式伸縮管
１３ 油圧シリンダ
１５ 台車本体
２１ 車輪ユニット
２７ 旋回ベース
２９ スラストブッシュ
３５ 旋回板
４１ 支柱
４３ 連結管
４５ ストレート管
４７，５５，５９ ベンド管
５１ 外管
５３ 内管
５７ ビクトリックジョイント
６１ スペーサフランジ
６３ タイロッド
６５，６７，９１ ゴム板パッキン
８１ センターハウジング
９７，９９ シールハウジング
１１５ ピストンロッド
１１９ ピストン１１９
１２１ タンク
１２３，１３３-1，１３３-2，１３３-3，１３３-4 ソレノイドバルブ
１３１-1，１３１-2，１３１-3，１３１-4 リミッタースイッチ

Claims (4)

1. シールド掘削機の後続台車の後方に接続され、
   トンネル内のレール上を移動自在で、連結管を備えた複数の連結台車と、
   連結台車の連結管間に、トンネル側壁のカーブに沿って回動自在に連結され、シールド掘削機の掘削速度に同調して外管内から内管が伸長するテレスコ式伸縮管と、
   テレスコ式伸縮管の外周に装着され、上記内管の伸縮操作を行う油圧シリンダと、
   からなることを特徴とするシールドトンネル急曲線対応形テレスコ式伸縮装置。
2. 連結台車の連結管とテレスコ式伸縮管は、夫々、連結端部に曲り管が上下方向に配置され、両曲り管がビクトリックジョイントを介して連結されていることを特徴とする請求項１に記載のシールドトンネル急曲線対応形テレスコ式伸縮装置。
3. 連結管は、連結台車上に旋回自在に取り付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に記載のシールドトンネル急曲線対応形テレスコ式伸縮装置。
4. テレスコ式伸縮管の伸長は、油圧シリンダの最大ストローク終端で停止することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のシールドトンネル急曲線対応形テレスコ式伸縮装置。

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