JP2011196033A - 螺旋トンネル掘削用シールド掘進機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】矩形断面のシールド本体11を、螺旋軸を中心とする円弧状に形成するとともに前胴12と後胴13とで構成し、後胴13に対して前胴12を、掘進方向に向かって左カーブするときには、時計方向に所定の捻り角βで捻って連結固定し、前胴12の前端面と後胴13の後端面とをそれぞれ螺旋経路S上の螺旋トンネルTsの断面に略合致させた。
【選択図】図1
Description
螺旋軸を中心として所定の勾配の螺旋経路に沿って、非円形断面の螺旋トンネルを掘削する螺旋トンネル掘削用シールド掘進機であって、
前部に掘削装置を有し、後部に螺旋トンネルに沿って覆工体を組み立てるエレクタ装置を有するシールド本体を、螺旋軸を中心とする円弧状に形成するとともに、前後に複数に分割された複数の胴部により構成し、
互いに隣接される後方の胴部に対して前方の胴部を、掘進方向に向かって左右一方に旋回して螺旋トンネルを掘削する場合に、左右他方に所定の捻り角で捻って連結固定することにより、前端の胴部の前端面と後端の胴部の後端面とをそれぞれ螺旋経路上の螺旋トンネル断面に略合致させるものである。
螺旋軸を中心として所定の勾配の螺旋経路に沿って、非円形断面の螺旋トンネルを掘削する螺旋トンネル掘削用シールド掘進機であって、
前部に掘削装置を有し、後部に螺旋トンネルに沿って覆工体を組み立てるエレクタ装置を有するシールド本体を、前後に複数に分割された複数の胴部により構成するとともに、当該各胴部を、螺旋トンネルに内接するように中間部で折り曲げられた複数の直状断面の分割胴部により形成し、
互いに隣接される後方の胴部に対して前方の胴部を、掘進方向に向かって左右一方に旋回して螺旋トンネルを掘削する場合に、左右他方に所定の捻り角で捻って連結固定することにより、前端の胴部の前端面と後端の胴部の後端面とをそれぞれ螺旋経路上の螺旋トンネル断面に略合致させるものである。
前後に3個以上に分割された複数の胴部からなるシールド本体における連結部の捻り角は、連結部の前後の胴部の合計の周長または螺旋軸を中心とする占有角の比率により設定され、ここで周長は、端部の胴部は全周長、中間の胴部は周長の1/2、また占有角は、端部の胴部は全占有角、中間の胴部は占有角の1/2としたものである。
連結部に、前側胴部の連結端面と後側胴部の連結端面との合致部分からはみ出す胴部拡張部が形成され、
前側胴部と後側胴部の連結部側の外面に、前記胴部拡張部を削除する削除面部および前記胴部拡張部に連続する増径面部の少なくとも一方を設けたものである。
[実施例1]
図1,図3に示すように、この螺旋トンネル掘削用シールド掘進機は、螺旋軸Osを中心とする勾配:α、ピッチ:Pの螺旋経路Sに沿って矩形(正方形を含む)断面の螺旋トンネルTsを、上下辺が水平で左右側辺が鉛直な正立姿勢で掘削するもので、切羽崩壊土圧を保持する圧力室を有しない開放形に構成されている。もちろん、密閉形(圧力保持形)であってもよい。このシールド掘進機のシールド本体11は、互いに連結された前胴12と後胴13とを具備し、螺旋トンネルTsよりひと回り大きい相似形の略矩形断面に形成されている。また前胴12および後胴13は、螺旋トンネルTsの螺旋軸Osを中心とする円弧状にそれぞれ形成されている。
ここで、前胴12と後胴13との捻り角βが必要な理由を簡単に説明する。
矩形断面の螺旋トンネルを掘削する場合、セグメントは正立姿勢で組み立てられるため、後胴の後端面を正立姿勢に保持する必要がある。円弧状のシールド本体では、前述したように、掘進方向に左右一方に旋回して螺旋経路Sを掘削する場合、シールド本体は左右一方に回転するので、左右他方側に強制的に捻りを加えながら掘進する必要がある。たとえば掘進方向に左旋回して螺旋経路Sを掘進する場合、シールド本体は反時計回りに回転するので、強制的に時計回りに捻りを加えながら掘進する。
次に前胴12と後胴13の捻り角βについて、図4を参照して説明する。
螺旋軸Osを中心とし、螺旋半径:Rの螺旋経路S上で、点P0から占有角:θ(rad)を隔てた点P1に至る円弧の周長:L(円弧面の内周長とする)は、
L=R×θ…(1)式で求められる。
また螺旋経路Sのリード角:αとすると、点P0−P1間のリード:Hは、
tanα=H/L→H=L×tanα…(2)式で求められる。
さらに図4(c)に示すように、円弧面の前辺の傾き角∠PO−Os’−P1である捻れ角β(rad)から求められる点P0−P1間のリード:Hは、
tanβ=H/R→H=R×tanβ…(3)式で求められる。ここで捻れ角β(rad)は、(円弧面の前辺の傾き角∠PO−Os’−P1)
上記(1)、(2)式から、
R×tanβ=L×tanα、(3)式を代入すると、
R×tanβ=R×θ×tanα
β=tan-1(θ×tanα)…(4)式により、捻り角:βを求めることができ、螺旋トンネルTsを掘削するには、後胴13に対して前胴12を捻り角:βとは逆方向にβだけ捻ればよい。
上記実施例によれば、矩形断面のシールド本体11を構成する前胴12と後胴13を円弧状に形成するとともに、その連結部31で、後胴13に対して前胴12を、掘進方向に左旋回して螺旋トンネルを掘削する場合には、時計方向に所定の捻り角だけ捻って連結固定し、また掘進方向に右旋回して螺旋トンネルを掘削する場合には、反時計方向に所定の捻り角だけ捻って連結固定し、これにより、シールド本体11の前端面と後端面とを螺旋経路S上の螺旋トンネルTsの断面に略合致させることにより、余掘り量を極力少なくして、シールド本体11を掘進することで掘削した螺旋トンネルTsの断面により、シールド本体をローリングさせる捻り力を付与することができ、螺旋トンネルTsを正立姿勢でスムーズに掘削することができる。またシールド本体11を、螺旋経路Sを中心とする円弧状に形成した前胴12と後胴13とを、連結部31で捻って連結するだけでよいので、低コストで製作できる。さらに連結部31で捻り角を変更することにより、勾配の異なる螺旋トンネルTsを掘削することができ、汎用性を拡大することができる。
上記実施例1および2では、矩形断面のトンネルTsを掘削するシールド掘進機で説明したが、図8(a)に示すように、前胴51fと後胴51rとを有する楕円形断面のシールド本体51や、図8(b)に示すように、前胴52fと後胴52rとを有するまゆ形断面のシールド本体52、図8(c)に示すように、前胴53fと後胴53rとを有する角丸矩形断面のシールド本体53、図8(d)に示すように、前胴54fと後胴54rとを有する長円形断面のシールド本体54、図8(e)に示すように、前胴55fと後胴55rとを有する釣鐘形断面のシールド本体55、図8(f)に示すように、前胴56fと後胴56rとを有する長辺膨出タイプの矩形断面のシールド本体56であってもよい。
このシールド本体41は、図7に示すように、掘進方向に向かって左旋回する螺旋トンネルTsを掘削するもので、前胴42と中胴43とを前連結部45を介して掘進方向に向かって時計方向に捻り角β1で捻って連結固定し、中胴43と、後胴44とを後連結部46を介して掘進方向に向かって時計方向に捻り角β2で捻って連結固定したものである。これにより前胴42の前端面と後胴の後端面とを、螺旋経路S上の螺旋トンネルTsの断面に略合致される。さらに連結部45,46の捻り角:β1およびβ2は、連結部45,46に接する前後の胴部の長さ(占有角)、すなわち端部の胴部42,44は全占有角、中間の胴43部は占有角の1/2の比で求められる。すなわち、前胴42の占有角:θ1、中胴43の占有角:θ2、後胴44の占有角:θ3とすると、
β1:β2=(θ1+θ2/2):(θ2/2+θ3)…(5)式
となる。
β1:β2=(L1+L2/2):(L2/2+L3)…(6)式
上記構成によれば、連結部45,46を複数個所設けて捻り角β1,β2を付与することにより、周長の長いシールド本体41や螺旋半径の小さい螺旋トンネルであっても、スムーズに掘削することができる。
螺旋トンネル掘削用シールド掘進機の実施例3を、図9〜図11を参照して説明する。このシールド掘進機は、正方形断面の螺旋トンネルを掘削するためのもので、実施例1と同一、略同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
第1連結構造は、図9(c)(d)に示すように、後胴連結端面63を基準として、前胴12のスキンプレート12U,12D,12O,12Iに、前胴12の中間部にある前胴中央横断面FCPから後胴拡張部65の外縁に至る高さの低い直角三角錐空間Pに増径面部66Fを増設することにより、その平坦な外面で前胴12外面から後胴拡張部65に連続させる。
第2連結構造は、図10(a)(b)に示すように、前胴連結端面62を基準として、後胴13のスキンプレート13U,13D,13O,13Iに、前胴拡張部64の外縁から後胴13の後胴中央横断面RCPに至る高さの低い直角三角錐空間Pに増径面部66Rを増設することにより、その平坦な外面で前胴拡張部64から後胴13の外面に連続させる。
第3連結構造は、図11(a)(b)に示すように、前胴連結端面64と後胴連結端面63とが互いに重なり合う八角形の合致面を基準として、前胴12のスキンプレート12U,12D,12O,12Iに、前胴中央横断面FCPから前胴拡張部64に至る高さの低い直角三角錐形部分QFを削除して削除面部67Fを形成することにより、その平坦な削除面で前胴12の外面から後胴13の外面を連続させる。
上記実施例1〜3では、矩形(正方形)断面の螺旋トンネルTsを掘削するシールド掘進機について説明したが、実施例4では、まゆ形断面の螺旋トンネルTsを掘削するシールド掘進機について、図12,図13を参照して説明する。なお、ここで、シールド本体の前部に設けられる掘削装置や後部に設けられるエレクタ装置などの内部機構の説明は省略する。
図13に示すように、この連結部74には、掘進抵抗を軽減するために、後胴73の連結端側に、対称位置の2つの後胴拡張部76をそれぞれ削除する円筒テーパ面状の部分削除面部77が形成されている。この部分削除面部77により、前胴連結端面74Fから後胴73の外面に連続させることができ、掘進抵抗を軽減させることができる。
図14に示すように、シールド本体71の後胴73の連結端側に、後胴連結端面74Rを含む全周にわたって全周削除面部78を形成したもので、全周削除面部78の外径が前胴連結端面74Fと略同一か、小さく形成されている。この全周削除面部78により2つの後胴拡張部76を削除している。
上記実施例4によれば、実施例1と同様の作用効果を奏することができるとともに、前胴72と後胴73の連結部74で、後胴73のスキンプレートに、後胴拡張部66の突出を削除する部分削除面部77または全周削除面部78を形成したので、連結部における後胴拡張部76を無くすことができ、掘進抵抗を減少させて螺旋トンネルTsをスムーズに掘削することができる。
上記各実施例1〜4では、シールド本体11を螺旋軸を中心とする円弧状に形成した。ところで、図8(a)〜(f)に示すような非円形断面では、特に内外周部に湾曲面を有している胴部は、円弧状に加工することがきわめて難しく、製作工程が複雑となり、製作期間も長く必要で、製作コストが嵩むという問題がある。このため、この実施例5では、軸方向に同一断面形状である直状断面に形成した複数の分割胴部を使用し、これら分割胴部を、螺旋軸を中心とする掘削トンネルの内外周線MSi,MSoに内接するように、所定角度折り曲げて接合形成して、シールド本体81を製作している。
この連結部31に、実施例3における第1連結構造の増径面部66Fと削除面部67Fを前胴82に設けたものを図17(a)に示し、第2連結構造の増径面部66Rと削除面部37Rを後胴83に設けたものを図17(a)に示し、第3連結構造の削除面部67F,67Rを前胴82と後胴83設けたものを図17(a)に示す。これら第1〜第3変形例によれば、上記作用効果に加えて、連結部31に突出部がなくなり、掘進抵抗を軽減することができる。
実施例6では、まゆ形断面の螺旋トンネルを掘削するシールド掘進機の実施例6を、図18,図19を参照して説明する。掘削装置やエレクタ装置などの内部機構は説明を省略する。
上記構成によれば、円弧状に製作するのが困難なまゆ形断面のシールド本体91であっても、掘削トンネルに内接するようにまゆ形直状断面の分割前胴92f,92rおよび分割後胴93f,93rを折り曲げて接合することにより前胴92と後胴93を形成し、連結部31で捻り角βだけ捻って連結固定することにより、まゆ形断面の螺旋トンネルを正立姿勢でスムーズに掘削することができる。また前胴92および後胴93を容易に製作することができ、製作コストおよび製作期間を削減することができる。
Os 螺旋軸
O シールド軸心(掘削機軸心)
S 螺旋経路
β 捻り角
R 半径
α 勾配
θ 占有角
FCP 前胴中央断面
RCP 後胴中央断面
MSi 内周線
MSo 外周線
11 シールド本体
12 前胴
13 後胴
14 水平区画板
15 垂直区画板
16 掘削室
17 掘削装置
18 集荷排土コンベヤ
19 合流排土コンベヤ
22 推進ジャッキ
23 セグメント
31 連結部
21 エレクタ装置
32 前フランジ板
33 後フランジ板
34 連結ボルト
41 シールド本体
42 前胴
43 中胴
44 後胴
51〜55 シールド本体
51f〜55f 前胴
51r〜55r 後胴
64 前胴拡張部
65 後胴拡張部
66F,66R 増径面部
67F,67R 削除面部
71 シールド本体
72 前胴
73 後胴
74F 前胴連結端面
74R 後胴連結端面
75 前胴拡張部
76 後胴拡張部
77 部分削除面部
78 全周削除面部
81 シールド本体
82 前胴
83 後胴
82U,83U 上面プレート
82D,83D 下面プレート
82If,82Ir、83If,83Ir 分割内周面プレート
82Of,82Or、83Of,83Or 分割外周面プレート
Claims (4)
- 螺旋軸を中心として所定の勾配の螺旋経路に沿って、非円形断面の螺旋トンネルを掘削する螺旋トンネル掘削用シールド掘進機であって、
前部に掘削装置を有し、後部に螺旋トンネルに沿って覆工体を組み立てるエレクタ装置を有するシールド本体を、螺旋軸を中心とする円弧状に形成するとともに、前後に複数に分割された複数の胴部により構成し、
互いに隣接される後方の胴部に対して前方の胴部を、掘進方向に向かって左右一方に旋回して螺旋トンネルを掘削する場合に、左右他方に所定の捻り角で捻って連結固定することにより、前端の胴部の前端面と後端の胴部の後端面とをそれぞれ螺旋経路上の螺旋トンネル断面に略合致させる
ことを特徴とする螺旋トンネル掘削用シールド掘進機。 - 螺旋軸を中心として所定の勾配の螺旋経路に沿って、非円形断面の螺旋トンネルを掘削する螺旋トンネル掘削用シールド掘進機であって、
前部に掘削装置を有し、後部に螺旋トンネルに沿って覆工体を組み立てるエレクタ装置を有するシールド本体を、前後に複数に分割された複数の胴部により構成するとともに、当該各胴部を、螺旋トンネルに内接するように中間部で折り曲げられた複数の直状断面の分割胴部により形成し、
互いに隣接される後方の胴部に対して前方の胴部を、掘進方向に向かって左右一方に旋回して螺旋トンネルを掘削する場合に、左右他方に所定の捻り角で捻って連結固定することにより、前端の胴部の前端面と後端の胴部の後端面とをそれぞれ螺旋経路上の螺旋トンネル断面に略合致させる
ことを特徴とする螺旋トンネル掘削用シールド掘進機。 - 前後に3個以上に分割された複数の胴部からなるシールド本体における連結部の捻り角は、連結部の前後の胴部の合計の周長または螺旋軸を中心とする占有角の比率により設定され、ここで周長は、端部の胴部は全周長、中間の胴部は周長の1/2、また占有角は、端部の胴部は全占有角、中間の胴部は占有角の1/2とした
ことを特徴とする請求項1または2記載の螺旋トンネル掘削用シールド掘進機。 - 連結部に、前側胴部の連結端面と後側胴部の連結端面との合致部分からはみ出す胴部拡張部が形成され、
前側胴部と後側胴部の連結部側の外面に、前記胴部拡張部を削除する削除面部および前記胴部拡張部に連続する増径面部の少なくとも一方を設けた
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の螺旋トンネル掘削用シールド掘進機。
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CN108661653A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-10-16 | 中交二公局第三工程有限公司 | 通过人工操作盾构机主动铰接推进实现快速纠偏的方法 |
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JPH03176592A (ja) * | 1989-12-04 | 1991-07-31 | Sato Kogyo Co Ltd | 螺旋形トンネル構築方法及びシールド掘進機 |
JPH10280864A (ja) * | 1997-04-07 | 1998-10-20 | Taisei Corp | シールド掘進機のローリング修正装置 |
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2010
- 2010-03-18 JP JP2010061726A patent/JP5538965B2/ja not_active Expired - Fee Related
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