JP2014118767A - 同時掘進シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な操作で同時掘進シールド掘進機の方向制御を行う。
【解決手段】シールド掘進機１は、同時掘進時にシールド本体３に発生するアンバランスモーメントを低減させるアンバランスモーメント低減機構１０を備え、アンバランスモーメント低減機構１０は、シールド本体３の前部に地山側に出没可能に設けられる可動ソリ１１と、同時掘進時にシールド本体３に発生するアンバランスモーメントを低減させるべく、同時掘進時に可動ソリ１１を地山側に突出させる可動ソリ制御部１２とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シールド本体を複数のシールドジャッキにより推進させながら、同時にシールド本体の後部でセグメントを組み立てる同時掘進シールド掘進機に関する。

シールド掘進機は、シールド本体の前部に設けられた回転カッタで地山を掘削しながら土砂を取り込んで後方に搬出し、シールド本体の後部で順次セグメントを組み立ててトンネルを構築していくものである。シールド掘進機の掘進は、シールド本体の内周に沿って複数設けられたシールドジャッキで行われ、シールドジャッキのロッドを既設セグメントに当接させた状態でロッドを伸長させてシールド掘進機に推進力を与えるようにしている。

近年、掘進速度の高速化の目的から、地山の掘削を行いつつその後方でセグメントの組立を行う所謂同時掘進シールド工法が行われるようになってきている。その場合、周方向に複数設けられたシールドジャッキの内、組立中のセグメントに対応するシールドジャッキ（盛り替えジャッキ）を引き抜いてそこにセグメントを組み立てると共に、盛り替えジャッキ以外のシールドジャッキを伸長させてシールド掘進機の推進を行う。盛り替えシールドジャッキは、順次周方向に移し替えられて、掘進と同時にセグメントの組立が行われる。

ところで、このような同時掘進シールド工法を行う場合、一部のシールドジャッキ（盛り替えジャッキ）の不作動によって、周方向における推進力のバランスが崩れるため、シールド本体にアンバランスモーメントが発生する可能性がある。そこで、同時掘進時におけるシールド掘進機の方向制御を行うために各種の装置及び方法が提案されている。

例えば、同時掘進シールド工法としては、盛り替えジャッキ以外のシールドジャッキを負荷ジャッキと制御ジャッキとに分け、負荷ジャッキと制御ジャッキとに分けられた各シールドジャッキに供給する圧油の圧力（ジャッキ圧力）を三種類（負荷圧Ｐ１、制御圧Ｐ２、Ｐ３）に分けて調整して、シールド掘進機の方向制御を行うものが提案されている（特許文献１及び２参照）。

特許第３１０４９５５号公報 特開２０１０−７７６５１号公報

しかしながら、盛り替えジャッキ以外のシールドジャッキを負荷ジャッキと制御ジャッキとに分けて制御する従来の方法では、シールドジャッキに供給する圧油の圧力制御のための圧力制御弁を多数必要とし、操作も複雑となる。

また、盛り替えジャッキ以外のシールドジャッキを負荷ジャッキと制御ジャッキとに分けて制御する従来の方法では、シールドジャッキの装備本数が少ない小口径のシールド掘進機においては、シールド掘進機の方向制御（姿勢制御）が困難となる場合がある。

そこで、本発明の目的は、簡易な操作で同時掘進シールド掘進機の方向制御を行うことにある。

上述の目的を達成するために、本発明に係る同時掘進シールド掘進機は、シールド本体を複数のシールドジャッキにより推進させながら、同時に前記シールド本体の後部でセグメントを組み立てる同時掘進シールド掘進機において、同時掘進時に前記シールド本体に発生するアンバランスモーメントを低減させるアンバランスモーメント低減機構を備え、前記アンバランスモーメント低減機構は、前記シールド本体の前部に地山側に出没可能に設けられる可動ソリと、同時掘進時に前記シールド本体に発生するアンバランスモーメントを低減させるべく、同時掘進時に前記可動ソリを地山側に突出させる可動ソリ制御部とを有するものである。

前記可動ソリは、前記シールド本体に周方向に複数設けられても良い。

前記アンバランスモーメント低減機構は、前記シールドジャッキに供給する圧油の圧力を調整する圧力制御弁を含む油圧回路と、前記油圧回路を用いて前記シールドジャッキを制御するシールドジャッキ制御部とをさらに有し、前記シールドジャッキ制御部は、既設のセグメントから反力を取って前記シールド本体を推進させる負荷ジャッキ及び制御ジャッキを前記シールドジャッキから選択し、前記シールド本体の設定推進力及び同時掘進時に前記シールド本体に発生するアンバランスモーメントを基に、負荷ジャッキに選択された前記シールドジャッキに供給する圧油の圧力である負荷圧と制御ジャッキに選択された前記シールドジャッキに供給する圧油の圧力である制御圧とを設定するものであっても良い。

前記シールド本体の後部の長さ及び前記シールドジャッキのストロークに、前記シールド本体の推進と同時に下部ピースのセグメントを組み立てるのに必要な長さ分の余裕をもたせ、前記シールド本体を１リング分のセグメント幅に相応する距離だけ推進させた後に、前記シールド本体の推進と同時に下部ピースのセグメントを組み立てるようにしても良い。

本発明によれば、簡易な操作で同時掘進シールド掘進機の方向制御を行うことができるという優れた効果を奏する。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る同時掘進シールド掘進機の側断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視図である。 同時掘進時のシールドジャッキ選択パターンの説明図である。 同時掘進時のシールドジャッキ選択パターンの説明図である。 同時掘進時のシールドジャッキ選択パターンの説明図である。 同時掘進シールド工法の説明図である。 シールドジャッキに圧油を供給する油圧回路の概略図である。 （ａ）は本発明の他の実施形態に係る同時掘進シールド掘進機の側断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視図である。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

本実施形態に係る同時掘進シールド掘進機は、本発明を岩盤・巨礫用泥土圧シールド掘進機に適用したものである。

図１に示すように、本実施形態に係る同時掘進シールド掘進機（以下、シールド掘進機という）１は、筒状（本実施形態では円筒状）のシールドフレーム２を有するシールド本体３と、シールド本体３の前部に回転可能に配設され、地山を切削する回転カッタ４と、回転カッタ４によって切削された土砂をシールド本体３の内部に取り込むための排土装置（本実施形態ではスクリューコンベヤ）５と、シールド本体３の内部に配設され、セグメントＳをシールドフレーム２の内周面に沿ってリング状に組み立てるエレクタ６と、シールドフレーム２の内周面に周方向に間隔を隔てて複数配設され、リング状に組み立てられたセグメントＳに反力を取ってシールド本体３を前進させるためのシールドジャッキ（推進ジャッキ）７とを備えている。

シールドフレーム２は、筒状（本実施形態では円筒状）の前胴２ｆと後胴２ｒとから構成されており、前胴２ｆと後胴２ｒとが球面継手８を介して全方向に屈曲可能に接続され、且つ、前胴２ｆと後胴２ｒとが中折れジャッキ９を介して連結されている。中折れジャッキ９は、シールドフレーム２の周方向に間隔を隔てて複数配設されている。

本実施形態に係るシールド掘進機１では、シールド本体３の内部には、シールドジャッキ７が、シールドフレーム２の周方向に間隔を隔てて８本（Ｎｏ．１〜８）配設されている（図１（ｂ）参照）。また、１リング分のセグメント（Ｓ１〜Ｓ４及びＳＫ）が、エレクタ６によってリング状に組み立てられるようになっている（図１（ｃ）参照）。

また、本実施形態に係るシールド掘進機１では、シールド本体３の後胴２ｒの長さ（テール長さ）、及びシールドジャッキ７のストローク（シールドジャッキストローク）に、前側セグメント組立余裕（一般に１００〜１５０ｍｍ）と、後側セグメント押し余裕（一般に５０〜１００ｍｍ）とに加えて、シールド本体３の推進と同時に下部１ピースのセグメントＳ１を組み立てるのに必要な長さ分の余裕（本実施形態では１５０ｍｍ）をもたせている。

即ち、テール長さ及びシールドジャッキストロークは、１リング分のセグメント幅（本実施形態では１２００ｍｍ）に、前側セグメント組立余裕と、後側セグメント押し余裕と、シールド本体３の推進と同時に下部１ピースのセグメントＳ１を組み立てるのに必要な長さ分の余裕とを足し合わせた長さとされている。シールド本体３の推進と同時に下部１ピースのセグメントＳ１を組み立てるのに必要な長さ分の余裕は、同時掘進時の掘進速度と、同時掘進時に下部１ピースのセグメントＳ１を組み立てるのに要する時間とから求めることができる。

また、本実施形態に係るシールド掘進機１では、下部１ピースのセグメントＳ１にのみ対応するシールドジャッキ７は下部１ピースのセグメントＳ１を組み立てる際には必ず縮退されるので、下部１ピースのセグメントＳ１にのみ対応するシールドジャッキ７（本実施形態ではＮｏ．４、５のシールドジャッキ７）のストロークにはシールド本体３の推進と同時に下部１ピースのセグメントＳ１を組み立てるのに必要な長さ分の余裕をもたせてはいない。即ち、下部１ピースのセグメントＳ１にのみ対応するシールドジャッキ７以外のシールドジャッキ７のストロークだけが、シールド本体３の推進と同時に下部１ピースのセグメントＳ１を組み立てるのに必要な長さ分の余裕の分だけ長くなっている（図１（ａ）参照）。

本実施形態に係るシールド掘進機１は、同時掘進時にシールド本体３に発生するアンバランスモーメントを低減させるアンバランスモーメント低減機構（アンバランスモーメント修正機構）１０を備えている。

アンバランスモーメント低減機構１０は、可動ソリ１１と、可動ソリ制御部１２とを有する。

可動ソリ１１は、シールド本体３の前胴２ｆの下半部に地山側に出没可能に設けられている。可動ソリ１１は、シールド本体３の内部に設けられた油圧シリンダ１３によって地山側へ押し出されるようになっている。また、可動ソリ１１の地山への押し付け力は、油圧シリンダ１３に供給する圧油の圧力を調整することにより任意に調整することができる。

可動ソリ制御部１２は、同時掘進時にシールド本体３に発生するアンバランスモーメントを低減させるべく、同時掘進時に可動ソリ１１を地山側に突出させる。可動ソリ制御部１２は、回転カッタ４やシールドジャッキ７等を制御するための制御装置１４に設けられている。

本実施形態に係るシールド掘進機１では、可動ソリ制御部１２は、同時掘進時にシールド本体３に発生するピッチング方向（上下方向）のアンバランスモーメントＭｐを基に、可動ソリ１１の地山への押し付け力を設定するようになっている。

また、アンバランスモーメント低減機構１０は、圧力制御弁１５を有する油圧回路１６（図６参照）と、油圧回路１６を用いてシールドジャッキ７を制御するシールドジャッキ制御部１７とを有する。

図６に示す油圧回路１６は、油圧ポンプ１８に接続され、油圧ポンプ１８により加圧された圧油をシールドジャッキ７に供給するための圧油供給ライン１９を有している。圧油供給ライン１９に負荷圧側ライン２０が接続されており、負荷圧側ライン２０には、上流側から順次、負荷圧側ライン２０を開閉する開閉弁２１、チェック弁（逆止弁）２２が設けられている。また、圧油供給ライン１９に制御圧側ライン２３が接続されており、制御圧側ライン２３には、上流側から順次、圧力制御弁１５、制御圧側ライン２３を開閉する開閉弁２４、チェック弁（逆止弁）２５が設けられている。

シールドジャッキ制御部１７は、既設のセグメントＳから反力を取ってシールド本体３を推進させる負荷ジャッキ及び制御ジャッキをシールドジャッキ７から選択し、シールド本体３の設定推進力及び同時掘進時にシールド本体３に発生するアンバランスモーメントを基に、負荷ジャッキに選択されたシールドジャッキ７に供給する圧油の圧力（負荷圧Ｐ１）と制御ジャッキに選択されたシールドジャッキ７に供給する圧油の圧力（制御圧Ｐ２）とを設定する。シールドジャッキ制御部１７は、油圧ポンプ１８の速度制御によって負荷圧Ｐ１の設定を行い、圧力制御弁１５の開度制御によって制御圧Ｐ２の設定を行うようになっている。シールドジャッキ制御部１７は、回転カッタ４やシールドジャッキ７等を制御するための制御装置１４に設けられている。

シールドジャッキ７が負荷ジャッキに選択された場合、負荷圧側ライン２０の開閉弁２１が開、制御圧側ライン２３の開閉弁２４が閉とされ、圧油供給ライン１９の圧油が負荷圧側ライン２０を通ってシールドジャッキ７に供給され、シールドジャッキ７に負荷圧Ｐ１が付与される。

一方、シールドジャッキ７が制御ジャッキに選択された場合、負荷圧側ライン２０の開閉弁２１が閉、制御圧側ライン２３の開閉弁２４が開とされ、圧油供給ライン１９の圧油が制御圧側ライン２３を通り、圧力制御弁１５によって減圧された後、シールドジャッキ７に供給され、シールドジャッキ７に制御圧Ｐ２が付与される。

本実施形態に係るシールド掘進機１では、シールドジャッキ制御部１７は、不作動のシールドジャッキ７（引き抜きジャッキ）以外のシールドジャッキ７を負荷ジャッキと制御ジャッキとに分けた後、シールド本体３の設定推進力及びヨーイング方向（左右方向）のアンバランスモーメントＭｙを基に、負荷ジャッキに選択されたシールドジャッキ７に付与する負荷圧Ｐ１と制御ジャッキに選択されたシールドジャッキ７に付与する制御圧Ｐ２とを設定するようになっている。

同時掘進時のシールドジャッキ選択パターンの一例を図２〜４に示す。

図２に示すパターン〔１〕及び〔２〕は負荷ジャッキを４本とした例である。

パターン〔１〕では、Ｎｏ．２、４〜６のシールドジャッキ７が引き抜きジャッキであり、Ｎｏ．１、３、７、８のシールドジャッキ７が負荷ジャッキとなる。

パターン〔２〕では、Ｎｏ．３〜６のシールドジャッキ７が引き抜きジャッキであり、Ｎｏ．１、２、７、８のシールドジャッキ７が負荷ジャッキとなる。

パターン〔１〕及び〔２〕では、負荷ジャッキに選択されたシールドジャッキ７によってヨーイング方向のアンバランスモーメントＭｙが相殺できるように、シールドジャッキ７に付与する負荷圧Ｐ１が設定される。

図３に示すパターン〔３〕から〔５〕は、負荷ジャッキを３本とし、制御ジャッキを２本とした例である。

パターン〔３〕では、Ｎｏ．４〜６のシールドジャッキ７が引き抜きジャッキであり、Ｎｏ．３、７、８のシールドジャッキ７が負荷ジャッキとなり、Ｎｏ．１、２のシールドジャッキ７が制御ジャッキとなる。

パターン〔４〕では、Ｎｏ．４〜６のシールドジャッキ７が引き抜きジャッキであり、Ｎｏ．２、７、８のシールドジャッキ７が負荷ジャッキとなり、Ｎｏ．１、３のシールドジャッキ７が制御ジャッキとなる。

パターン〔５〕では、Ｎｏ．４〜６のシールドジャッキ７が引き抜きジャッキであり、Ｎｏ．１、７、８のシールドジャッキ７が負荷ジャッキとなり、Ｎｏ．２、３のシールドジャッキ７が制御ジャッキとなる。

パターン〔３〕から〔５〕では、負荷ジャッキ及び制御ジャッキに選択されたシールドジャッキ７によってヨーイング方向のアンバランスモーメントＭｙが相殺できるように、シールドジャッキ７に付与する負荷圧Ｐ１及び制御圧Ｐ２が設定される。

図４に示すパターン〔６〕及び〔７〕は、負荷ジャッキを３本とし、制御ジャッキを１本とした例である。

パターン〔６〕では、Ｎｏ．１、４〜６のシールドジャッキ７が引き抜きジャッキであり、Ｎｏ．３、７、８のシールドジャッキ７が負荷ジャッキとなり、Ｎｏ．２のシールドジャッキ７が制御ジャッキとなる。

パターン〔７〕では、Ｎｏ．１、４〜６のシールドジャッキ７が引き抜きジャッキであり、Ｎｏ．２、７、８のシールドジャッキ７が負荷ジャッキとなり、Ｎｏ．３のシールドジャッキ７が制御ジャッキとなる。

パターン〔６〕及び〔７〕では、負荷ジャッキ及び制御ジャッキに選択されたシールドジャッキ７によってヨーイング方向のアンバランスモーメントＭｙが相殺できるように、シールドジャッキ７に付与する負荷圧Ｐ１及び制御圧Ｐ２が設定される。

本実施形態に係るシールド掘進機１を用いた同時掘進シールド工法を図５に示す。

図５（ａ）に示すように、シールド本体３を１リング分のセグメント幅に相応する距離だけ推進させた後に、下側（Ｎｏ．４〜６）のシールドジャッキ７の引き（縮退）を開始する（同時掘進開始）。

下側（Ｎｏ．４〜６）のシールドジャッキ７の引きの開始により、シールド本体３に下向きのアンバランスモーメントＭｐ及び左右方向のアンバランスモーメントＭｙが発生する。そのため、可動ソリ１１を地山側に突出させ、可動ソリ１１によって地山から反力を取ることにより下向きのアンバランスモーメントＭｐを修正する。一方、左右方向のアンバランスモーメントＭｙはシールドジャッキ７の選択パターンと圧力制御（負荷圧Ｐ１、制御圧Ｐ２）とにより修正する。

図５（ｂ）に示すように、下側（Ｎｏ．４〜６）のシールドジャッキ７の引きが完了した後に、エレクタ６による下部１ピースのセグメントＳ１の組立を開始する。そして、下部１ピースのセグメントＳ１の組み立てが完了した後に、下側（Ｎｏ．４〜６）のシールドジャッキ７の押し（伸長）を開始する。

図５（ｃ）に示すように、シールド本体３を同時掘進開始から同時掘進距離（本実施形態では１５０ｍｍ）だけ掘進させた後に、シールド掘進機１の掘進を停止する（同時掘進終了）。

以上の構成からなる本実施形態に係るシールド掘進機１の作用効果を説明する。

本実施形態に係るシールド掘進機１では、同時掘進時にシールド本体３に発生するピッチング方向のアンバランスモーメントＭｐはシールド本体３の前胴２ｆに設けた可動ソリ１１によって修正することにより、同時掘進時におけるシールド掘進機１の方向制御を行うようにしている。

また、本実施形態に係るシールド掘進機１では、同時掘進時にシールド本体３に発生するヨーイング方向のアンバランスモーメントＭｙはシールドジャッキ７の圧力制御（負荷圧Ｐ１、制御圧Ｐ２）によって修正することにより、同時掘進時におけるシールド掘進機１の方向制御を行うようにしている。

このように、アンバランスモーメント低減機構１０を可動ソリ１１とシールドジャッキ７の圧力制御（圧力制御弁１５）とを組み合わせたシステムとすることにより、簡易な操作で同時掘進が可能となる。

特に、アンバランスモーメント低減機構１０に可動ソリ１１を装備することにより、シールドジャッキ７の圧力制御の方法が簡易となり、シールドジャッキ７の装備本数が少ない小口径のシールド掘進機１においても、シールド掘進機１の方向制御が可能である。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、図７に示すように、可動ソリ１１を、シールド本体３の前胴２ｆに周方向に間隔を隔てて複数設けても良い。可動ソリ１１をシールド本体３の前胴２ｆに周方向に複数設ける場合、可動ソリ１１の配置によっては、ピッチング方向のアンバランスモーメントＭｐのみならず、ヨーイング方向のアンバランスモーメントＭｙも可動ソリ１１で修正可能である。

また、シールド掘進機１は、本実施形態では岩盤・巨礫対応型のものを示したが、岩盤・巨礫対応型以外のものであっても良い。

また、シールド掘進機１は、本実施形態では泥土圧式のものを示したが、泥水式のものであっても良い。

１ シールド掘進機（同時掘進シールド掘進機）
３ シールド本体
７ シールドジャッキ
１０ アンバランスモーメント低減機構（アンバランスモーメント修正機構）
１１ 可動ソリ
１２ 可動ソリ制御部
１５ 圧力制御弁
１６ 油圧回路
１７ シールドジャッキ制御部
Ｓ セグメント

Claims (4)

1. シールド本体を複数のシールドジャッキにより推進させながら、同時に前記シールド本体の後部でセグメントを組み立てる同時掘進シールド掘進機において、同時掘進時に前記シールド本体に発生するアンバランスモーメントを低減させるアンバランスモーメント低減機構を備え、前記アンバランスモーメント低減機構は、前記シールド本体の前部に地山側に出没可能に設けられる可動ソリと、同時掘進時に前記シールド本体に発生するアンバランスモーメントを低減させるべく、同時掘進時に前記可動ソリを地山側に突出させる可動ソリ制御部とを有することを特徴とする同時掘進シールド掘進機。
2. 前記可動ソリは、前記シールド本体に周方向に複数設けられる請求項１に記載の同時掘進シールド掘進機。
3. 前記アンバランスモーメント低減機構は、前記シールドジャッキに供給する圧油の圧力を調整する圧力制御弁を含む油圧回路と、前記油圧回路を用いて前記シールドジャッキを制御するシールドジャッキ制御部とをさらに有し、
   前記シールドジャッキ制御部は、既設のセグメントから反力を取って前記シールド本体を推進させる負荷ジャッキ及び制御ジャッキを前記シールドジャッキから選択し、前記シールド本体の設定推進力及び同時掘進時に前記シールド本体に発生するアンバランスモーメントを基に、負荷ジャッキに選択された前記シールドジャッキに供給する圧油の圧力である負荷圧と制御ジャッキに選択された前記シールドジャッキに供給する圧油の圧力である制御圧とを設定する
   請求項１又は２に記載の同時掘進シールド掘進機。
4. 前記シールド本体の後部の長さ及び前記シールドジャッキのストロークに、前記シールド本体の推進と同時に下部ピースのセグメントを組み立てるのに必要な長さ分の余裕をもたせ、
   前記シールド本体を１リング分のセグメント幅に相応する距離だけ推進させた後に、前記シールド本体の推進と同時に下部ピースのセグメントを組み立てる
   請求項１から３のいずれかに記載の同時掘進シールド掘進機。