JP2012193570A - シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

【課題】既設管渠の側面に到達する推進施工において、シールド掘進機に装備したスライドフ−ド先端が既設管渠側面に均等に当接して、安全で確実なシールド掘進機の到達・回収が行えるシールド掘進機を提供する。
【解決手段】既設管渠１２の側面に推進管を接合させるためのシ−ルド掘進機１であって、シールド掘進機外殻４の先端開口部側に設けられたカッタヘッド２と、カッタヘッド２の外周部には少なくとも１ケ所以上設けられて径方向に伸縮する拡幅カッタ３と、カッタヘッド２後方に位置する外殻４の内周面に推進方向に摺動可能に嵌設し、先端が既設管渠１２の側面に均等に当接するように変化させた筒状のスライドフ−ド５と、該スライドフ−ド５の内壁側をシリンダ先端と連結した複数本のスライドジャッキ６とにより構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、推進工法によって既設管渠等の側面にほぼ直角にシールド掘進機を到達・回収させるためのものであって、シールド掘進機のスライドフ−ド先端と既設管渠の側面を均等に当接させて、シ−ルド掘進機の回収を短期間で安全で確実に行うことができるシ−ルド掘進機に関するものである。

推進工法は、推進管列の先端に装備したシ−ルド掘進機先端のカッタヘッドで前方の切羽地盤を掘削しながら、発進立坑内に設置した元押ジャッキで推進管列の最後端を押圧しながらシールド掘進機及び推進管列を地中に埋設していく方法である。

近年の都市部では、地下埋設物の輻輳化や地上作業基地スペ−スの制約から、到達立坑の構築が困難になって、推進管を既設管渠等に直接接合する方法が計画されるようになってきた。具体的には、雨水本管に接続される雨水枝管工事等が該当し、超大口径の雨水本管の側面に、ほぼ直角の状態で雨水枝管を接続する方法であり、一般に推進工法が多く採用される。その到達方法としては、既設管渠の側面にシ−ルド掘進機の先端が到着すると、掘進を一旦停止し、地上又は既設管渠内からシ−ルド掘進機と既設管渠の間の地盤に薬液注入等による地盤改良工法を実施して周辺地山を補強した後、既設管渠の側壁面をシ−ルド掘進機の外径よりもやや大きめで撤去し、シ−ルド掘進機前面の地盤を掘削して取出口を構築する。取出口の構築が完了すると発進立坑内に設置した元押ジャッキによって推進管列の最後端を押圧することによって、シ−ルド掘進機を既設管渠内に押出して回収し、後続する推進管列の先端を所定の位置まで既設管渠内に差し込む方法が一般に用いられていた。しかしながら、既設管渠の側面にほぼ直角接合する方法では、既設管渠の側面にシ−ルド掘進機先端のカッタヘッドが到達した時、水平方向の中心線部分は既設管渠の側面にほぼ同じ間隔で隣接しているのに対して、鉛直方向の中心線部分は既設管渠の側面と上下に大きな隙間が開いており、取出口への押出し時に地山崩壊等が想定され、安全性に不安を残すこととなる。特に、地下水圧や土圧の大きい土質条件や大深度の推進施工では、より安全性の確保が困難になる。

このため、安全性と効率の良い回収を目的として、シールド掘進機外殻の先端開口部に設けられたカッタヘッドと、該カッタヘッドの外周部には少なくとも１ケ所以上設けられて径方向に伸縮する拡幅カッタと、該カッタヘッド後方に位置する外殻の外側には、先端が既設管渠の側面に均等に当接するように推進方向に湾曲して変化させて嵌設したスライドフ−ドと、該スライドフ−ドが推進方向に前後進できるように装備した複数本のスライドジャッキと、により構成されるシ−ルド掘進機が開発されている。本技術の開発により、シールド掘進機が既設管渠の側面に隣接すると、シ−ルド掘進機外殻の外側に装着されたスライドフ−ドを押出して前進させ、スライドフ−ドの先端を既設管渠の側面部に均等に当接して、シールド掘進機と既設管渠の隙間を極力小さくする。特に、従来はシ−ルド掘進機の上下部分に大きな隙間が開いていたものが少なくなり、安全で効率の良いシ−ルド掘進機の回収が行える。しかしながら、大深度で地下水圧や土圧が大きい施工条件では、通常行われている薬液注入工法等による地盤改良工法では瞬時に薬剤が希釈されたり逸失してその効果が期待できなく、既設管渠側面とスライドフ−ド先端のわずかな隙間から地下水や土砂が流出して周辺地山を崩壊させるという問題が発生していた。そのため、大深度で地下水圧や土圧が大きい施工条件では、予め周辺地盤を凍土化させて確実なシ−ルド掘進機の回収を行う地盤凍結工法が併用して採用されている。

シールド掘進機外殻の外側に装着したスライドフ−ドと地盤凍結工法により、大深度で地下水圧等の大きな施工条件下でも、周辺地山は凍土化されて安全な状態となったが、シールド掘進機が既設管渠の側面に隣接した時、周辺地山の凍結前に予めシ−ルド掘進機外殻の外側に装着したスライドフ−ドを所定の長さだけ前進させておき、周辺地山を凍土化させた後にスライドフ−ドの先端を既設管渠に当接させる微調整作業を行うときに、スライドフ−ドが地下水の影響によって周辺地山と一体化して凍着した状態となり、大きな推進力でもスライドフ−ドの押出しができないという問題が発生していた。
特開２０１０−２５５３４４号公報

このため、発明が解決しようとする課題は、大深度で地下水圧や土圧が大きな施工条件下で既設管渠の側面にほぼ直角にシールド掘進機を安全で効率良く到達・回収させるためのシールド掘進機を提供するものである。

本発明は、既設管渠の側面に推進管を接合させるためのシ−ルド掘進機であって、
シールド掘進機外殻の先端開口部側に設けられたカッタヘッドと、該カッタヘッドの外周部には少なくとも１ケ所以上設けられて径方向に伸縮する拡幅カッタと、該カッタヘッド後方に位置する外殻の内周面に推進方向に摺動可能に嵌設し、先端が既設管渠の側面に均等に当接するように変化させた筒状のスライドフ−ドと、該スライドフ−ドの内壁側をシリンダ先端と連結した複数本のスライドジャッキと、により構成されるシールド掘進機である。

シールド掘進機外殻の先端開口側に設けられるカッタヘッドの前面には、複数個の切削ビットなどの掘削手段を備えているとともに、掘削した土砂を背面側に取り込むための取込口を複数ケ所備えている。カッタヘッドの外径は、シ−ルド掘進機外殻の内周面に嵌設されたスライドフ−ドの押出しに支障とならない大きさで製作されている。カッタヘッドの外周部に設けられる拡幅カッタは、推進施工時はシ−ルド掘進機外径の大きさのトンネル孔が確保できるように半径方向に拡径されて固定されている。該拡幅カッタの設置数は、土質条件や管径等に応じてカッタヘッドの外周部に少なくとも１ケ所以上設けられる。シ−ルド掘進機が既設管渠の手前に到達すると、拡幅カッタは縮径されてカッタヘッドの外周部内に収納されて、スライドフ−ドの支障とならないように構成されている。

シールド掘進機外殻の内周面に設けられるスライドフ−ドの先端部分の形状は、事前に、到達させる既設管渠の管径や接合角度等を考慮して、既設管渠の側面の形状に合わせて予め成型されている。また、筒状のスライドフ−ドは、シールド掘進機の外殻の内周面を推進方向に摺動できるように嵌挿されている。

推進施工時のスライドフ−ドは、スライドフ−ドの内側に設置した複数本のスライドジャッキに連結して固定されており、可動することはない。スライドジャッキは、スライドフ−ドを均等に押し出して、既設管渠の側面全体に均等に当接させるために、少なくとも左右の対象位置の２ケ所に配置されている。管径が大きくなり大きな押込力が必要となる場合には、ジャッキ数を増加させることによって対応が行われる。

本発明のシールド掘進機は、シールド掘進機が既設管渠側面の前部に到達すると、シールド掘進機先端のカッタビットの拡幅カッタを縮径してカッタヘッドの外周部内に収納し、予め既設管渠側面に合わせて成型したスライドフ−ドをスライドジャッキによって押し出し、既設管渠の側面に均等に当接させることによって、安全で確実な到達・回収作業が可能となる。

既設管渠の側面にほぼ直角にシ−ルド掘進機を到達・回収させる推進技術において、シールド掘進機外殻の内周面に嵌設したスライドフ−ドの先端を、既設管渠の側面に均等に当接させ、シールド掘進機の到達と回収を安全で確実に施工することを実現した。

図１は、本発明のシールド掘進機の到達状況を説明する縦断面図である。シールド掘進機１の先端には、外殻４の先端開口部側にカッタヘッド２が装備されている。カッタヘッド２は、中央部で回転軸７によって軸支され、隔壁８の後方に装備した駆動装置９によって回転力がカッタヘッド２に伝達される。カッタヘッド２の外周部には、半径方向に伸縮可能に設置された拡幅カッタ３が装備されている。カッタヘッド２の後方に位置する外殻４の先端部分の内周面には、スライドフ−ド５が推進方向に移動可能に嵌設されている。スライドフ−ド５の先端は、既設管渠１２の側面に均等に当接するように変化させて湾曲した形状となっている。スライドフ−ド５の移動は、スライドフ−ド５の内面に固設されたフランジにスライドジャッキ６のシリンダ先端が連結され、スライドジャッキの伸長によって行われる。スライドジャッキ６の配置は、スライドフ−ド５の移動がスム−ズに行えるように、左右対称位置に複数本設置される。設置本数は、管径や土質条件等によって事前に検討が行われ決定される。

スライドフ−ド５先端は、事前に、到達させる既設管渠の管径や接合角度等を考慮して、既設管渠の側面の形状に合わせて成型されている。シールド掘進機１が既設管渠１２側面の中心部にほぼ直角に接合する場合には、上下方向に大きな隙間ができることから、左右方向に比べて上下方向に突出したくちばし状の形状となる。

シールド掘進機１の主要な機構となるカッタヘッド、隔壁８及び駆動装置９は、外殻４よりも小径の内筒に収納された状態で、外殻４の内側に嵌設されている。通常は、隔壁８部分の円周方向に内筒内から外殻４に向けて複数本のロックピン１０が挿通されて内筒と外殻４が固定されている。

図２は、本発明のスライドフ−ドの押出しを説明する縦断面図である。既設管渠１２側面の所定の位置にシールド掘進機１が到達すると、カッタヘッド２の回転を止め、推進施工を中断させる。そして、外殻４の内側に装備したスライドジャッキ６を稼働させて伸長することによって、スライドフ−ド５を既設管渠１２側の所定の位置まで前進させて、既設管渠１２の側面にほぼ隣接した状態で停止させる。次に、既設管渠１２内または地上から、既設管渠とシ−ルド掘進機の周辺地盤１５に所定の間隔で凍結管を打設し、凍結管に冷却液を循環させることによって周辺地盤１５を凍土化する。周辺地盤１５が凍土化すると、既設管渠１２内からほぼシ−ルド掘進機１の外径で側壁を撤去し、カッタヘッド２前面の地盤を撤去して取込口を構築する。そして、再度、スライドジャッキ６を伸長して、スライドフ−ド５を前進させてスライドフ−ド５の先端全面を既設管渠１２の側面に当接させる微調整作業を行う。この時、既設管渠１２とスライドフ−ド５先端に隙間が生じているときは、取込口内より補修を行って密封される。

外殻４の内周面に嵌設されるスライドフード５との間には、スライドフ−ド５の内面に注入孔を設けて予めグリス等の潤滑材を充填しておくことによって、地下水による凍着を防止するとともに、より押出し作業が効率良く行なえる。

図３は、本発明のシ−ルド掘進機の回収を説明する縦断面図である。既設管渠１２側面に、スライドフ−ド５先端の当接が完了すると、内筒内の隔壁８部分に設置された複数本のロックピン１０を取り外し、シ−ルド掘進機１の内筒と外殻４との連結を解放する。そして、内筒の後方に設置した取出しジャッキ１３によって、シールド掘進機１の内筒を既設管渠内に押し出し撤去する。押出ジャッキ１３のストロ−クが不足する場合は、前部に押出ジャッキ１３のストロ−ク長に合わせたスペ−サ１４を用意すればよい。押出ジャッキ１３の反力は、後方に接続された後続管１１及び推進管によって得られる。

シ−ルド掘進機１の押出し・回収作業は、本発明のスライドフ−ド５によって既設管渠１２の側面と密着した状態にあり、押出し・回収作業時に周辺地山１５が崩壊したりすることはない。

シ−ルド掘進機1の回収が完了すると、スライドフード、外殻及び後続管部分に推進管の内径に合わせてコンクリ−ト等の覆工材が打設されて、本発明の推進工事は完成する。

以上のように、本発明のシールド掘進機によって、大深度で地下水圧等の大きな施工条件下でも、既設管渠の側面へシールド掘進機を安全で確実に回収できる推進施工に適用できる。

本発明のシールド掘進機の到達状況を説明する縦断面図である。 本発明のスライドフ−ドの押出しを説明する縦断面図である。 本発明のシ−ルド掘進機の回収を説明する縦断面図である。

１ シールド掘進機
２ カッタヘッド
３ 拡幅カッタ
４ 外殻
５ スライドフ−ド
６ スライドジャッキ
７ 回転軸
８ 隔壁
９ 駆動装置
１０ ロックピン
１１ 後続管
１２ 既設管渠
１３ 押出ジャッキ
１４ スペ−サ
１５ 周辺地盤

Claims (1)

1. 既設管渠の側面に推進管を接合させるためのシ−ルド掘進機であって、
   シールド掘進機外殻の先端開口部側に設けられたカッタヘッドと、該カッタヘッドの外周部には少なくとも１ケ所以上設けられて径方向に伸縮する拡幅カッタと、該カッタヘッド後方に位置する外殻の内周面に推進方向に摺動可能に嵌設し、先端が既設管渠の側面に均等に当接するように変化させた筒状のスライドフ−ドと、該スライドフ−ドの内壁側をシリンダ先端と連結した複数本のスライドジャッキと、により構成されることを特徴とするシールド掘進機。

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