JP2008196260A - シールド機の発進方法 - Google Patents

Abstract

【課題】立坑内からシールド機の発進させた後における本掘削への移行のための段取り替えを合理化する。
【解決手段】立坑１内の底部にシールド機２の発進架台３を設置し、その後方にシールド機を押し出す推進ジャッキ４を設置し、それらの間に推進力伝達機構５を介装し、推進ジャッキによって推進力伝達機構を介してシールド機を前方に押し出して前進させて発進させる。推進ジャッキによりシールド機の最後部まで立坑外に押し出した時点でシールド機自体による初期掘進を開始する。本掘進に移行した後、推進ジャッキおよび推進力伝達機構を解体撤去するが、少なくとも推進力伝達機構の一部を残置して立坑底部に設置する作業床１０として転用する。
【選択図】図２

Description

本発明は、トンネル施工に際してシールド機を立坑内から発進させるための方法に関する。

周知のように、立坑内からシールド機を発進させる際にはたとえば特許文献１〜２に示されるように、立坑内に仮セグメントを組み立てていきつつ、シールド機が備えるシールドジャッキによって仮セグメントから推進反力をとって初期掘進を行うことが最も一般的である。
また、特許文献３には、立坑内に仮セグメントを組み立てることに代えて、初期掘進時の推進反力をうけるための反力板を立坑内に前方に移動可能に設置して、その反力板から反力をとって発進させる方法が開示されている。
特開２０００−４５６８５号公報 特開２００１−３２６７５号公報 特開２００１−４０９８２号公報

しかし、上記のような従来一般の発進方法によることでは、いずれにしてもシールド機が備えるシールドジャッキによる初期掘進によって発進するものであることから、初期掘進から本掘進に移行する際には煩雑な段取り替えのための作業を必要とする。
すなわち、特許文献１〜２に示されるものでは立坑内に組み立てた仮セグメントを解体撤する必要があるし、特許文献３に示されるものでは反力板やそれを前進可能に支持している機構を解体撤去する必要がある。そして、いずれもそれらを解体撤去した後に、立坑内には本掘削に必要な後続機や資材を搬出入するための作業床を改めて設置する必要がある。

したがって従来一般の発進方法によることでは、発進のための初期掘進から本掘進に移行する際に段取り替えの作業のために少なからぬ工期と工費を要することが不可避であり、そのため、そのような段取り替えをより合理化し得る有効適切な発進方法の開発が望まれていた。

本発明は、トンネル施工に際してシールド機を立坑内から発進させるための方法であって、立坑内の底部にシールド機を前進可能に支持する発進架台を設置するとともに、その後方にシールド機を押し出し可能な推進ジャッキを設置し、発進架台により支持したシールド機をその後方から前記推進ジャッキによって前方に押し出して前進させるとともに、該推進ジャッキとシールド機との間に推進力伝達機構を介装しかつ該推進力伝達機構の押し出し方向の長さを順次大きくしていきつつ、該推進力伝達機構を介して推進ジャッキによる押し出し操作を繰り返してシールド機を順次前進させていき、前記推進ジャッキにより前記推進力伝達機構を介してシールド機をほぼその最後部まで立坑外に押し出した後、シールド機内においてセグメントを組み立てて該セグメントを前記推進力伝達機構の前方に設置し、シールド機が備えるシールドジャッキによって該セグメントを介して前記推進力伝達機構および前記推進ジャッキから反力をとってシールド機を発進させ、セグメントと地盤との間の摩擦力により掘進反力を確保し得る位置まで掘進を行った後に、立坑内から推進ジャッキおよび推進力伝達機構を解体撤去するとともに、少なくとも推進力伝達機構の一部を残置して立坑底部に設置する作業床として転用することを特徴とする。

本発明においては、推進力伝達機構を、押し出し方向に連続的に配列可能かつ上下方向に積層可能な多数のブロック体の集合体として構成するとともに、該ブロック体をシールド機の底部および両側部を押し出す位置に組み立てることによって推進力伝達機構の横断面形状を底部と両側の壁部とからなり上部が開口しているＵ形断面とし、該推進力伝達機構を解体撤去する際にはその底部を構成していたブロック体を残置して作業床として転用することが好ましい。

また、本発明においては、推進力伝達機構を前進可能に支持する推進架台を立坑底部に設置して、該推進架台上に推進力伝達機構を組み立てていくとともに、該推進力伝達機構を解体撤去する際には、該推進力伝達機構の底部を構成していたブロック体とともに推進架台も残置してそれらを作業床として転用することが考えられる。
また、その場合においては、推進力伝達機構を支持する推進架台と、シールド機を支持する発進架台とを兼用することが考えられる。

あるいは、本発明においては、シールド機を支持する発進架台を立坑底面上に前進可能に設置しておくとともに、推進力伝達機構を立坑底面上に前進可能に配置し、前記発進架台をシールド機とともに前進させていきつつ前進に伴ってその前部から順次解体撤去していって、その後方の立坑底面上に推進力伝達機構を順次組み立てていき、前記推進力伝達機構を解体撤去する際には、該推進力伝達機構の底部を構成していたブロック体を立坑底面上に残置して作業床として転用することが考えられる。

本発明によれば、立坑内に設置した推進ジャッキにより推進力伝達機構を介してシールド機を後方から押し出して発進させることにより、従来一般のシールド機自体による初期掘進によって発進させる場合のように立坑内に仮セグメントや前進可能な反力板を組み立てる必要がなく、当然にそれらを解体撤去する必要もなく、発進後に推進力伝達機構を作業床として転用することによって発進工程から本掘削工程への移行時の段取り替え工程を充分に軽減することができ、工期短縮と工費削減に寄与することができる。

また、推進力伝達機構を多数のブロック体の集合体として構成することにより、それらブロック体を単に配列し積層することで所望形態の推進力伝達機構を自由にかつ容易にくみたてることができるし、発進後にはそれを容易に解体撤去しかつその一部を残置することののみでそれをそのまま作業床として転用することができる。
特に、ブロック体の集合体として組み立てる推進力伝達機構の形態を上部が開口しているＵ形断面の形態とすることにより、その開口部を通して資材搬送や掘削土砂の搬出を支障なく行うことができる。

以下、本発明の実施形態を図１〜図１２を参照して説明する。
本発明方法は、立坑１内からシールド機２を発進させる際に、立坑１内の底部にシールド機２を前進可能に支持する発進架台３を設置するとともに、その後方に設置した推進ジャッキ４によって推進力伝達機構５および推進フレーム６を介してシールド機２を押し出して前進させる、つまり、通常のようにシールド機２が備えるシールドジャッキによる初期掘進により発進させることに代えて、立坑１内に別途設置した推進ジャッキ４によってシールド機２を後方から前方に押し出して発進させることを主眼とする。

図１〜図８は本発明の第１実施形態を示すものであり、まず図１〜図２を参照してその概要を説明する。
図１〜図２に示すように、シールド機２を発進させるための立坑１内の底部には、シールド機２を前進可能に支持するための発進架台３を設置しておく。図示例の発進架台３は、シールド機２の底部を滑動可能に支持しつつ前方へのスライドを案内する２本の平行な鉄骨からなる支持部材３ａとその支柱３ｂからなる。
また、発進架台３の両側には、シールド機２を押し出すための推進フレーム６および推進力伝達機構５を前進可能に支持するための推進架台７を設置する。図示例の推進架台７は、発進架台３における支持部材３ａの外側に２本ずつ平行に設置された計４本の支持部材７ａとその支柱７ｂからなる。
図示例の推進フレーム６は角鋼管等が横長の矩形フレーム状に組まれたものであり、これをスライドベース６ａを介して推進架台７上に配置して推進ジャッキ４により前方に押し出し、かつその推進フレーム６と推進ジャッキ４との間に推進力伝達機構５を順次組み立てていくことによって、その前方に配置されているシールド機２を押し出すようにされている。
なお、推進フレーム６の形状や寸法はシールド機２全体を後方から安定に押し出すことができる範囲で適宜設定すれば良い。また、発進架台３と推進架台７を兼用しても良く、たとえば図８に示すようにシールド機２を支持する支持部材３ａによって同時に推進フレーム６も支持する構成とすることが考えられる。

一方、推進ジャッキ４を立坑１の後方側の壁面に設けた反力板８（図３参照）の前面に設置しておく。それら推進ジャッキ４は推進フレーム６および推進力伝達機構５を前方に押し出すもので、図示例では全８台の推進ジャッキ４を推進フレーム６の形状に対応させて配列し、そのうちの４台で推進フレーム６の底部を押し出し、２台ずつで両側部を押し出すように配列している。なお、それら推進ジャッキ４の所要台数やその配列はシールド機２の径寸法や総重量、推進フレーム６の形状や寸法に対応させて適宜設定すれば良い。

本実施形態における推進力伝達機構５は、発進工程において推進ジャッキ４と推進フレーム６との間に介装されて推進フレーム６とともに推進架台７上を前進していくものであり、それにより推進ジャッキ４による推進力を推進フレーム６を介してシールド機２に伝達してそれを前進させるものである。
本実施形態の推進力伝達機構５は、図２に示すように多数のブロック体５ａの集合体として構成され、シールド機２の前進に伴ってその全長（シールド機２を押し出す方向の長さ寸法）が順次大きくなるようにブロック体５ａを順次後方側に継ぎ足して組み立てていくものである。図示例のブロック体５ａは直方体状ないし厚肉平板状の形態をなす鋼製ないしコンクリート製のものであるが、いずれにしてもシールド機２を押し出すに充分な強度を有し、その長さ寸法は推進ジャッキ４の１ストロークに相当するように設定されている。
そして、本実施形態における推進力伝達機構５は、推進フレーム６の後方の推進架台７上にスライドベース５ｂを介して各ブロック体５ａを配置していって、それらブロック体５ａを前後左右に配列しかつ上下にも多段に積層して適宜連結していくことにより、その全体により構成される推進力伝達機構５の横断面形状を底部５ｃとその両側に立ち上げられた壁部５ｄを有するＵ形断面の形態として上部を開口したものとなっており、したがって発進時におけるシールド機２への資材搬送や掘削土砂の搬出をその開口部を通して支障なく行い得るものとなっている。
ただし、推進力伝達機構５の形態は図示例に限るものではなく、多数のブロック体５ａの集合体としてその全長を順次大きくできるように容易に組み立てることができ、かつ推進ジャッキ４と推進フレーム６との間に介装されて推進力を有効に伝達できるものであれば良く、その限りにおいて推進ジャッキ４の台数やその配列、推進フレーム６の形状や寸法に対応させて適宜設定すれば良い。

本実施形態の発進方法の工程を具体的に説明する。
図１および図３に示すようにシールド機２を発進架台３上に前進可能に設置するとともに、その後方の推進架台７上には推進フレーム６を前進可能に配置する。その際、シールド機２および推進フレーム６を支持する案内部材３ａ、７ａの表面は充分な滑動面に形成し、必要に応じて適宜の潤滑手段によりそれらが滑らかに前進できるようにすれば良い。
また、シールド機２のスキンプレートはそれ自体では充分な強度を有していないことが通常であるため、図３（ｄ）に示すようにスキンプレート２ａ内に少なくとも１リング分のセグメント２１を予め組み付けておくとともに、その外側にはさらに補強リング２２を装着しておくと良く、そのようにすればスキンプレート２ａの座屈や変形を確実に防止することができる。ただし、スキンプレート２ａ自体で推進力を支障なく受けることが可能な場合にはそれらは省略可能であるし、あるいは推進フレーム６に補強リング２２やセグメント２１に相当する機能を持たせておくことも考えられる。

そして、推進フレーム６に推進ジャッキ４を押し当て、図４に示すように各推進ジャッキ４を同期させて一斉に伸張させることにより、推進フレーム６とともにシールド機２を１ストローク分だけ押し出して前進させる。

その後、推進ジャッキ４を縮退させ、図５に示すように推進フレーム６の後方の推進架台７上に１列目のブロック体５ａを配列し積層して推進力伝達機構５を組み立て、それに推進ジャッキ４を押し当て、今度は推進力伝達機構５を介して推進フレーム６を押し出してシールド機２をさらに前進させる。
以上のようにしてブロック体５ａを順次後方に継ぎ足して推進力伝達機構５の全長を大きくしていきながら、その全体をさらに前方へ押し出す工程を繰り返すことにより、シールド機２を段階的に押し出していき、同時にシールド機２が備えるカッタ２ｂによる地盤掘削を行い、シールド機２の前部を地盤中に貫入させていく。図６はブロック体５ａを３列目まで組み立てた状態の推進力伝達機構５によりシールド機２を押し出した状態を示しており、図２はその状態に対応している。

そのようにしてシールド機２を前進させていき、推進フレーム６が立坑１の前面側の壁面位置まで到達したら、つまりシールド機２が最後部のみを残してその大半が立坑１外に押し出されたら、その時点でシールド機２自体による初期掘進に移行する。
すなわち、シールド機２内においてセグメント２ｂを組み立てていきつつ、それから反力をとってシールド機２が備えるシールドジャッキによる掘進を開始する。その際、推進反力はセグメント２ｂから推進フレーム６、推進力伝達機構５、推進ジャッキ４、反力板８を介して立坑１の後方側の壁面に伝達され、初期掘進時の推進反力は支障なく確保される。

そして、セグメント２ｂと地盤との間の摩擦力により掘進反力が確保し得る位置まで掘進が進行した後に、推進ジャッキ４および反力壁８を撤去するとともに、推進力伝達機構５を解体撤去して立坑１底部に作業床１０を設置する。その際、図７に示すように推進力伝達機構５の底部５ｃおよびそれを支持している推進架台７は解体せずにそのまま残置してそれらを作業床１０として転用し、その上部に後続機のための軌条１１を敷設するとともに、トンネル内にもその軌条１１を延長して枕木１２により支持して敷設していけば良い。なお、シールド機２を支持していた発進架台３はこの時点では不要となっているので、必要であれば撤去しても良いが、作業床１０の下部にそのまま残置しても支障はない。

以上の発進方法によれば、立坑１内に設置した推進ジャッキ４により推進力伝達機構５を介してシールド機２を後方から押し出して発進させることにより、従来一般のシールド機自体による初期掘進によって発進させる場合のように立坑１内に仮セグメントや前進可能な反力板を組み立てる必要がなく、当然にそれらを解体撤去する必要もない。
特に、推進力伝達機構５はブロック体５ａを単に配列し積層して組み立てる構成であるので、その組み立てや解体撤去は容易に行うことができるばかりでなく、発進後には推進力伝達機構５の一部を残置してそのまま作業床１０に転用可能であるので、従来に比べて本掘進に移行するための段取り替えを大幅に軽減し得てその施工性を大きく改善することができる。勿論、撤去したブロック体５ａや推進ジャッキ４、反力壁８は他の現場においてて繰り返し転用することができる。

以上で第１実施形態を説明したが、次に図９〜図１２を参照して本発明の第２実施形態を説明する。
本第２実施形態においても、推進力伝達機構５をブロック体５ａにより構成するとともにその上部を開放したＵ形断面の形態としておき、その推進力伝達機構５および推進フレーム６を介してシールド機２を押し出していく（ただし、図示例では補強リング２ｃは省略している）ことを基本とするものであるが、第１実施形態においては推進力伝達機構５を推進架台７上に配置して前進させていくのに対し、本第２実施形態では推進力伝達機構５を立坑底面１ａ上に直接設置して立坑底面１ａ上をそのまま前進させていくこととしており、そのため立坑底面１ａにはそれが可能な程度の滑動性を有するものとしている。

また、第１実施形態においてはシールド機２の発進架台３を立坑底面１ａに固定的に設置したのであるが、本第２実施形態においては上記のように推進力伝達機構５を立坑底１ａ面上に直接配置することから、発進架台３を固定的に設置した場合には推進力伝達機構５と干渉してその前進に支障を来してしまう。そこで、本第２実施形態では発進架台３を予め分割構造（図示例では５分割構造）としておき、図１０に示すようにその発進架台３をシールド機２と一体に前進させていきながら前部側のものから順次分割して撤去していくものとしている。

したがって本第２実施形態においては図１１に示すように発進完了時点では発進架台３が自ずと全て撤去され、それに代わって推進力伝達機構５が立坑１内に配置されるので、発進完了後には図１２に示すように推進力伝達機構５の底部５ｃを構成していたブロック体を残置することでそれをそのまま作業床１０として転用可能であり、その上部に枕木２１を介して軌条１１を直ちに設置することができ、第１実施形態と同様に本掘削に移行するための段取り替えを簡略化し得て施工性を改善できるものとなっている。

以上で本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで好適な一例に過ぎず、要は立坑内に設けた推進ジャッキによってシールド機を推進力伝達機構を介して押し出して発進させ、最終的には推進力伝達機構の一部を立坑内に残置して作業床として転用すれば良いのであり、本発明はそのような要旨を逸脱しない範囲で適宜の設計的変更や応用が可能である。
たとえば、既に述べたように推進力伝達機構は推進ジャッキの推進力をシールド機に有効に伝達でき、その長さを順次大きくしていくことができ、最終的には作業床として転用できるものであれば良いのであり、その限りにおいては推進力伝達機構の形態や構造は任意であり、上記実施形態のようにブロック体の集合体として構成することに限るものではないし、Ｕ形断面の形態とすることに限るものでもない。
また、上記実施形態のように推進力伝達機構とシールド機との間には推進フレームを介装し、さらに必要に応じてシールド機には予め１リング分のセグメントや補強リングを組み付けておくことが現実的ではあるが、要は推進ジャッキの推進力を推進力伝達機構を介してシールド機に伝達できれば良いのであり、その限りにおいてセグメントや補強リングのみならず推進フレームも含めてそれらを適宜省略することも不可能ではない。

本発明の第１実施形態を示すもので、発進開始時点の状態を示す概要図である。 同、発進途中の状態を示す概要図である。 同、発進開始時点の状態を示す立面図、平面図、断面図、要部拡大図である。 同、推進ジャッキにより推進フレームを押し出した状態を示す立面図である。 同、１列目のブロック体を組み立てた状態を示す立面図である。 同、３列目のブロック体を組み立てて押し出した状態を示す立面図および平面図である。 同、発進後が完了して作業床を設置した状態を示す立面図および断面図である。 同、発進架台および推進架台の変形構成例を示す断面図である。 本発明の第２実施形態を示すもので、発進開始時点の状態を示す立面図および断面図である。 同、１列目のブロック体を組み立てた状態を示す立面図および断面図である。 同、発進後が完了した状態を示す立面図である。 同、作業床を設置した状態を示す立面図および断面図である。

符号の説明

１ 立坑
１ａ 立坑底面
２ シールド機
２ａ スキンプレート
２ｂ カッタ
３ 発進架台
３ａ 支持部材
３ｂ 支柱
４ 推進ジャッキ
５ 推進力伝達機構
５ａ ブロック体
５ｂ スライドベース
５ｃ 底部（作業床）
５ｄ 壁部
６ 推進フレーム
６ａ スライドベース
７ 推進架台
７ａ 支持部材
７ｂ 支柱
８ 反力板
１０ 作業床
１１ 軌条
１２ 枕木
２１ セグメント
２２ 補強リング

Claims (5)

1. トンネル施工に際してシールド機を立坑内から発進させるための方法であって、
   立坑内の底部にシールド機を前進可能に支持する発進架台を設置するとともに、その後方にシールド機を押し出し可能な推進ジャッキを設置し、
   発進架台により支持したシールド機をその後方から前記推進ジャッキによって前方に押し出して前進させるとともに、該推進ジャッキとシールド機との間に推進力伝達機構を介装しかつ該推進力伝達機構の押し出し方向の長さを順次大きくしていきつつ、該推進力伝達機構を介して推進ジャッキによる押し出し操作を繰り返してシールド機を順次前進させていき、
   前記推進ジャッキにより前記推進力伝達機構を介してシールド機をほぼその最後部まで立坑外に押し出した後、
   シールド機内においてセグメントを組み立てて該セグメントを前記推進力伝達機構の前方に設置し、シールド機が備えるシールドジャッキによって該セグメントを介して前記推進力伝達機構および前記推進ジャッキから反力をとってシールド機を発進させ、
   セグメントと地盤との間の摩擦力により掘進反力を確保し得る位置まで掘進を行った後に、立坑内から推進ジャッキおよび推進力伝達機構を解体撤去するとともに、少なくとも推進力伝達機構の一部を残置して立坑底部に設置する作業床として転用することを特徴とするシールド機の発進方法。
2. 請求項１記載のシールド機の発進方法であって、
   推進力伝達機構を、押し出し方向に連続的に配列可能かつ上下方向に積層可能な多数のブロック体の集合体として構成するとともに、該ブロック体をシールド機の底部および両側部を押し出す位置に組み立てることによって推進力伝達機構の横断面形状を底部と両側の壁部とからなり上部が開口しているＵ形断面とし、
   該推進力伝達機構を解体撤去する際にはその底部を構成していたブロック体を残置して作業床として転用することを特徴とするシールド機の発進方法。
3. 請求項２記載のシールド機の発進方法であって、
   推進力伝達機構を前進可能に支持する推進架台を立坑底部に設置して、該推進架台上に推進力伝達機構を組み立てていくとともに、該推進力伝達機構を解体撤去する際には、該推進力伝達機構の底部を構成していたブロック体とともに推進架台も残置してそれらを作業床として転用することを特徴とするシールド機の発進方法。
4. 請求項３記載のシールド機の発進方法であって、
   推進力伝達機構を支持する推進架台と、シールド機を支持する発進架台とを兼用することを特徴とするシールド機の発進方法。
5. 請求項２記載のシールド機の発進方法であって、
   シールド機を支持する発進架台を立坑底面上に前進可能に設置しておくとともに、推進力伝達機構を立坑底面上に前進可能に配置し、
   前記発進架台をシールド機とともに前進させていきつつ前進に伴ってその前部から順次解体撤去していって、その後方の立坑底面上に推進力伝達機構を順次組み立てていき、
   前記推進力伝達機構を解体撤去する際には、該推進力伝達機構の底部を構成していたブロック体を立坑底面上に残置して作業床として転用することを特徴とするシールド機の発進方法。

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