JP2015117480A

JP2015117480A - 掘進機の発進方法

Info

Publication number: JP2015117480A
Application number: JP2013259940A
Authority: JP
Inventors: 米森　清晴; Kiyoharu Yonemori; 清晴米森
Original assignee: Sun Shield Co Ltd
Current assignee: Sun Shield Co Ltd
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2015-06-25

Abstract

【課題】掘進機の初期掘進時における作業工程を低減し、また、作業安全性を向上させる掘進機の発進方法を提供する。【解決手段】本方法において掘進機１と反力壁８５との間に設置される発進用押角３は、環の一部が欠落したＣ字状のフレーム３０と、フレーム３０の周方向に沿って互いに平行に配置された複数の油圧シリンダ４０とを備え、当輪２を介して掘進機１を推進させるジャッキ機能を有している。これにより、掘進機１を発進立坑９に投入する前に予め鋼管を地山に貫入させる従来技術に対し、推進架台や油圧ジャッキの盛り替え、及び鋼管推進等の作業工程を省略することができる。また、掘進機１を据え付けた後すぐに発進が可能であるため、地山が露出している状態を最小限に留めることができ、崩壊性の高い地山での土砂噴発等を回避することができる。よって、作業安全性を向上させることができる。【選択図】図９

Description

本発明は、セミシールド工法において比較的小径の発進立坑から掘進機を発進させる発進方法に関する。

従来、小型立坑からの掘進機の発進時（初期掘進時）において、掘進機と推進ジャッキとの間、又は、推進ジャッキと反力壁との間にスペーサ部材としての押角（ストラット）を挿入しつつ、推進ジャッキを１ストロークずつ伸長させることで掘進機を順次推進し、地山に貫入させる発進方法が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００３−６４９８２号公報

従来の小型立坑からの掘進機の発進方法では、掘進機の構造や特性により、予め鋼管を地山に貫入させ、鋼管内に掘進機の前部を収容するスペースを確保する必要があった。この場合、鋼管推進用の推進架台及び油圧ジャッキを設置して鋼管を推進した後、掘進機推進用の推進架台及び油圧ジャッキに盛り替えてから掘進機の発進を開始することとなり、推進架台、油圧ジャッキの盛り替えや鋼管推進等の作業工程が余分にかかっていた。
また、掘進機を据え付ける段階では、坑口の鏡切りが済んでおり、地山が露出している状態であるため、崩壊性の高い地山では土砂噴発等のおそれがあった。

さらに、従来の押角は、前後のフレーム間に、周方向に配置した複数のパイプを溶接して製作されており、前後の長さが固定されていた。そのため、押角、又は、押角の前端と掘進機の後端との間に設ける当輪について、立坑の寸法や油圧ジャッキのストロークに応じて様々な長さのものを用意する必要があった。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、掘進機の初期掘進時における作業工程を低減し、また、作業安全性を向上させる掘進機の発進方法を提供することにある。

本発明は、セミシールド工法において発進立坑から掘進機を発進させる発進方法であって、環状、又は環の一部が欠落したＣ字状のフレームと、フレームの周方向に沿って互いに平行に配置された複数の油圧シリンダとを備える発進用押角を用い、以下の第１工程〜第３工程を含むことを特徴とする。
第１工程では、発進立坑の底に推進架台を敷設し、発進立坑の掘進方向と反対側の内壁に反力壁を設置し、前面が掘進方向を向き後面が反力壁に当接するように発進用押角を設置する。
第２工程では、掘進機を推進架台上に据え付け、発進用押角の複数の油圧シリンダのピストンを後退させた状態で、発進用押角の前面に設けた環状の当輪を掘進機の後端周縁部に対向させる。
第３工程では、発進用押角の複数の油圧シリンダのピストンを前進させ、当輪を介して掘進機を推進する。

本発明では、発進用押角自体が当輪を介して掘進機を推進させるジャッキ機能を有しているため、推進架台や油圧ジャッキの盛り替え、及び鋼管推進等の作業工程を省略することができる。
また、掘進機を据え付けた後すぐに発進が可能であるため、地山が露出している状態を最小限に留めることができ、崩壊性の高い地山での土砂噴発等を回避することができる。よって、作業安全性を向上させることができる。

さらに、本発明に用いる発進用押角は、油圧シリンダを伸縮させることにより長さを調整することができるため、長さが固定された従来の押角を用いる場合のように数種類のものを用意する必要がない。したがって、標準仕様の発進用押角を各工事現場で共通に使用可能であるため、発進用押角の製作工数や資材管理の工数を低減することができる。

本発明の一実施形態による掘進機の発進方法の第１工程の側面図である。図１のＩＩ方向矢視図である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。本発明の一実施形態による掘進機の発進方法に用いる発進用押角の（ａ）ピストン後退時、（ｂ）ピストン前進時の側面図である。図４の発進用押角の正面図である。同上の第２工程の側面図である。図６のＶＩＩ方向矢視図である。図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。同上の第３工程の側面図である。従来技術による掘進機の発進方法の第１工程の側面図である。従来技術による掘進機の発進方法の第２工程の側面図である。図１１のＸＩＩ方向矢視図である。図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。従来技術による掘進機の発進方法の第３工程の側面図である。従来技術による掘進機の発進方法の第４工程の側面図である。従来技術による掘進機の発進方法の第５工程の側面図である。図１６のＸＶＩＩ方向矢視図である。図１６のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線断面図である。従来技術による押角の（ａ）側面図、（ｂ）正面図である。

以下、本発明の一実施形態による掘進機の発進方法を従来技術と対比しながら図面に基づいて説明する。
この方法は、発進立坑から到達立坑に向かって、掘進機に後続する推進管により地中に横坑を構築するセミシールド工法において、発進立坑からの掘進を開始する初期掘進段階で用いられる。特にこの方法は、発進立坑の内径が掘進機の全長に対して比較的小さい場合、例えば、内径２５００ｍｍの発進立坑から呼び径８００ｍｍの推進管を構築するような場合に有効である。

（従来技術）
本発明の実施形態の説明に先だって、従来技術による掘進機の発進方法について、図１０〜１８の工程図を参照して説明する。各工程図は模式的なものであり、必ずしも正確な投影視や断面視を図示していない。各工程について、主に、掘進方向の側面から視た側面図（掘進機の部分は断面図）を用いて説明する。また、第２工程及び第５工程について、平面図（図１２、１７）及び立坑後方からの断面図（図１３、１８）を追加した。その他の工程の平面図及び後方視断面図は、容易に類推可能であるため図示を省略した。
ここで、第１〜第５工程の区分は、図面を参照する上での便宜的な区分であり、現実の作業単位とは必ずしも対応しなくてもよい。

図１０〜１８共通に、発進立坑９の上下方向の軸をｚ、内壁を９１、底を９２と示す。また、ｚ軸に直交する掘進方向の軸をｘ、掘進機の正面視での左右方向の軸をｙと示す。
各工程の側面図である図１０、１１、１４、１５、１６、及び平面図である図１２、１７にて、斜線部は地山を示し、図の左側が掘進方向となる。以下、掘進方向を前方、掘進方向と反対側を後方という。後方、すなわち図の右側における発進立坑９の内壁９１には反力壁８５が設置される。また、発進立坑９の底９２には基礎架台８０が敷設される。この基礎架台８０上に、図１０〜１３では鋼管用推進架台８１が載置され、図１４〜１８ではかさ上げ鋼材８２及び掘進機用推進架台８３が載置される。

（従来技術−第１、第２工程）
図１０〜１３に示すように、従来技術では、発進立坑９に掘進機１を投入する前に、掘進機１の前部を収容するスペースを確保するための鋼管７１を予め鋼管推進用坑口９４に貫入する工程を実施する。
発進立坑９の内壁９１に鋼管推進用坑口９４を設けた後、図１０に示す第１工程にて、鋼管用推進架台８１の上に後面を反力壁８５に当接させて油圧ジャッキ６０を設置する。また、油圧ジャッキ６０のピストン前端６３と鋼管７１の後端との間に当輪７２を設置する。

続いて第２工程（符号は図１１〜１３参照）では、油圧ジャッキ６０の本体６１からピストン６２を前進させ、反力壁８５から反力を受けつつ当輪７２を介して鋼管７１を１ストローク分推進する。そして、ピストン６２を後退させ、当輪７２とピストン前端６３との間に押角７３を挿入し再びピストン６２を前進させる。この作業を繰り返し、図１１、１２に示すように、押角７３の数を増やす度に、鋼管７１を地山に深く貫入していく。

（従来技術−第３、第４工程）
鋼管７１を所定深さまで貫入させた後、図１４に示す第３工程にて、鋼管推進用の油圧ジャッキ６０を撤収する。また、掘進機１を設置する高さを調整するため、基礎架台８０上にかさ上げ鋼材８２、及び、鋼管７１の底にかさ上げ鋼材８４を置いた上に掘進機用推進架台８３を敷設する。また、鋼管７１の前端部にて地山を露出させ、掘進機１用の坑口７４を設ける。
続いて、図１５に示す第４工程にて、掘進機用推進架台８３の上に後面を反力壁８５に当接させて掘進機推進用の油圧ジャッキ６５を設置する。

（従来技術−第５工程）
図１６〜１８に示すように、第５工程にて掘進機用推進架台８３の上に掘進機１を据え付ける。このとき、掘進機１は前部を下に傾けた状態でクレーンに吊り下げられ、前部を鋼管７１に収容させながら後部を徐々に下ろして水平に設置される。掘進機１が推進架台８３上に据え付けられた状態で、油圧ジャッキ６５の前端６８が掘進機１の後端に取り付けられた当輪２５に対向する。この状態から、油圧ジャッキ６５で当輪２５を介して掘進機１を押し、初期掘進させる。

ここで、掘進機１の概略構造について説明する。なお、本来、図１６は側面視による断面図であり、図１７は平面視による断面図であるが、便宜上同一の図を共用する。また、図１７では掘進機１内の各部の符号を省略する。
掘進機１の前部に設けられる掘削駆動部は、非回転の固定部と回転部とを含む。固定部は、フード１１、インナーコーン１４、隔壁１５等からなる。回転部は、カッタヘッド１２、アウターコーン１３等からなり、カッタモータ１６によって回転駆動される。

固定部について、円筒状のフード１１は、アウターコーン１３の外周を覆う。隔壁１５は、前方のシールド空間と後方の制御空間とを区画する。隔壁１５の中心前方にはインナーコーン１４が固定されており、後方にはカッタモータ１６が固定されている。また、隔壁１５には土圧計１７が設けられている。隔壁１５の後方には、カッタモータ１６と干渉しない位置に排泥管１８が接続されている。
カッタモータ１６の出力は、ピニオン及びギアを経由して減速され、アウターコーン１３に伝達される。
インナーコーン１４は、カッタヘッド１２の中心部を回転可能に軸支する筒状部、及び、筒状部から後方に向かって拡径しているテーパ部等を有している。

次に、回転部であるカッタヘッド１２は、アウターコーン１３の前端に固定されており、アウターコーン１３と共に回転する。
カッタヘッド１２は、前面に設けられた複数種類のカッタビットにより、泥土の掘削や礫の破砕を行う。被掘削物は、アウターコーン１３の内壁と、インナーコーン１４の外壁と、隔壁１５とにより区画されたシールド空間内に流入する。

アウターコーン１３は、フード１１の内側に配置され、内壁に、前端側から後端側に向かって徐々に厚肉となるすり鉢部が形成されている。すり鉢部の回転中心は、インナーコーン１４のテーパ部の軸に対して偏心するように設けられている。また、すり鉢部に形成された掻き上げ板により泥土を掻き上げ、礫をアウターコーン１３とインナーコーン１４との間に誘導する。

シールド空間に送られた被掘削物は、土圧により破砕される。さらに、土圧により破砕されない硬質な礫等は、アウターコーン１３の回転力により、アウターコーン１３のすり鉢部とインナーコーン１４のテーパ部との間に挟まれ圧縮されることにより破砕される。そして、土圧により、隔壁１５に接続された排泥管１８に導入される。
フード１１の後方に接続される制御管１９の管内には、カッタモータ１６や排泥管１８等が収容されている。
セミシールド工法では、このような概略構成の掘進機１により、発進立坑９から図示しない到達立坑に向かって横坑が構築される。

以上のように、従来技術による掘進機１の発進方法では、鋼管推進用の推進架台８１及び油圧ジャッキ６０を設置して鋼管７１を推進した後、掘進機推進用の推進架台８３及び油圧ジャッキ６５に盛り替えてから掘進機１の発進を開始することとなり、推進架台、油圧ジャッキの盛り替えや鋼管推進等の作業工程が必要であった。
また、掘進機１を据え付ける段階では、坑口の鏡切りが済んでおり、地山が露出している状態であるため、崩壊性の高い地山では土砂噴発等のおそれがあった。

さらに、第５工程に続いて掘進機１を推進する第６工程（図示しない）では、当輪２５と油圧ジャッキ６５との間に図１９に示すような押角３７を挿入して油圧ジャッキ６５を前進させる。この押角３７は、前後のＣ字状のフレーム３８間に、周方向に配置した複数のパイプ３９を溶接して製作されており、前後の長さが固定されている。そのため、立坑の寸法や油圧ジャッキ６５のストロークに応じて様々な長さのものを用意する必要があった。

（本発明の一実施形態）
次に、従来技術の問題点を解決すべく考案された本発明の一実施形態による掘進機の発進方法について、図１〜図９を参照して説明する。本実施形態の各工程図に関する注釈は従来技術の各工程図に準ずる。また、本実施形態の図において、従来技術と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

（第１工程）
図１〜３に示すように、本実施形態では第１工程から、基礎架台８０上にかさ上げ鋼材８２を置いた上に掘進機用推進架台８３を敷設する。そして、推進架台８３上に、後面を反力壁８５に当接させて、本実施形態の特徴的構成である「発進用押角３」を設置する。また、発進立坑９の掘進方向の内壁９１には発進坑口９３が形成される。
本実施形態の第１工程は、掘進機１を推進架台８３上に据え付ける準備を完了するという意味で、従来技術の第４工程（図１５参照）に対応する。

発進用押角３の構成について、図４、５を参照して説明する。
発進用押角３は、フレーム３０、Ｕバンド３５、及び複数の油圧シリンダ４０を備えている。フレーム３０は、環の一部が上部で欠落したＣ字状を呈しており、反力壁８５に当接可能な背板３１、円弧状に湾曲した側板３２、及び、Ｃ字の両端で上方に突出しクレーンで吊るための穴が開いた吊り部３３を有している。

複数の油圧シリンダ４０は、仕様が互いに同等であり、フレーム３０の周方向に沿って配置されている。油圧シリンダ４０の本体部４１は、Ｕバンド３５によって径内方向から側板３２に固定されている。複数の油圧シリンダ４０は、図示しない油圧ホースを経由して油圧が供給されることにより、それぞれのピストン４２が同期して往復移動する。

ここで、フレーム３０の吊り部３３同士の間は、油圧シリンダ４０への油圧ホース、及び、当輪２の穴を通って掘進機１の推進管１９内に接続される電気配線やエアホース等を通す空間として利用される。仮にこれらの配管、配線の通路を他の場所に確保できる場合には、フレームは、上部が連結した環状に形成されてもよい。
なお、油圧シリンダ４０への油圧供給装置は、掘進機１による本掘進工程で使用する装置を共用することができるため、専用設備を必要としない。

発進用押角３の前面には、鍔部２１及び筒部２２からなる環状の当輪２が設けられている。当輪２の鍔部２１には油圧シリンダ４０のピストン４２の前端４３が当接している。
複数の油圧シリンダ４０のピストン４２が同期して前進することで、当輪２は、傾くことなく軸方向前方に移動する。

（第２工程）
図６〜８に示すように、本実施形態の第２工程は、従来技術の第５工程（図１６〜１８参照）に対応し、掘進機１が推進架台８３上に据え付けられる工程である。
従来技術と同様に、掘進機１は前部を下に傾けた状態でクレーンに吊り下げられ、前部を発進坑口９３に収容させながら後部を徐々に下ろして水平に設置される。掘進機１が推進架台８３上に据え付けられた状態で、発進用押角３の前面に設けられた当輪２が掘進機１の推進管１９の後端周縁部に対向する。そして、当輪２の筒部２２が推進管１９の内径に嵌合することで、掘進機１と発進用押角３とがほぼ同軸に配置される。

（第３工程）
図９に示す本実施形態の第３工程は、従来技術では図示しない第６工程に対応する。
上記第２工程から発進用押角３の複数の油圧シリンダ４０のピストン４２を前進させると、当輪２の鍔部２１が推進管１９の後端面に当接し掘進機１を推進することで、掘進機１が発進坑口９３の奥の地山に貫入される。作業者は、掘進機１が地山に貫入するときの状況を細かく観察することができ、万一異常が発生した場合は迅速に対処することができる。以後、掘進機１のカッタヘッド１２によって地山の泥土を掘削する「本掘進工程」により到達立坑までの横坑が構築される。

以上のように、本実施形態による掘進機１の発進方法では、発進用押角３自体が当輪２を介して掘進機１を推進させるジャッキ機能を有しているため、上記の従来技術の説明の第１〜第３工程に相当する推進架台や油圧ジャッキの盛り替え、及び鋼管推進等の作業工程を省略することができる。
また、掘進機１を据え付けた後すぐに発進が可能であるため、地山が露出している状態（いわゆる鏡切り後の状態）を最小限に留めることができ、崩壊性の高い地山での土砂噴発等を回避することができる。よって、作業安全性を向上させることができる。

さらに、本発明に用いる発進用押角３は、油圧シリンダ４０を伸縮させることにより長さを調整することができるため、長さが固定された従来の押角３７を用いる場合のように数種類のものを用意する必要がない。したがって、標準仕様の発進用押角３を各工事現場で共通に使用可能であるため、発進用押角３の製作工数や資材管理の工数を低減することができる。

（その他の実施形態）
上記実施形態の第３工程で掘進機１を所定距離前進させた後、複数の油圧シリンダ４０のピストン４２を後退させ、当輪２と発進用押角３との間に第２の発進用押角３を設置し、２つの発進用押角３の複数の油圧シリンダ４０のピストン４２を前進させ、掘進機１を更に推進する第４工程を含むようにしてもよい。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１・・・掘進機、
２・・・当輪、
３・・・発進用押角、
３０・・・フレーム、
４０・・・油圧シリンダ、４２・・・ピストン、４３・・・前端、
８３・・・（掘進機用）推進架台、
８５・・・反力壁、
９・・・発進立坑、９１・・・内壁、９２・・・底。

本発明は、セミシールド工法において発進立坑から掘進機を発進させる発進方法であって、環の一部が欠落したＣ字状を呈し、Ｃ字の両端の間に油圧ホースを配設可能なフレームと、フレームの周方向に沿って互いに平行に配置され、油圧ホースに接続された複数の油圧シリンダとを備える発進用押角を用い、以下の第１工程〜第３工程を含むことを特徴とする。
第１工程では、発進立坑の底に推進架台を敷設し、発進立坑の掘進方向と反対側の内壁に反力壁を設置し、前面が掘進方向を向き後面が反力壁に当接するように発進用押角を設置する。
第２工程では、掘進機を推進架台上に据え付け、発進用押角の複数の油圧シリンダのピストンを後退させた状態で、発進用押角の前面に設けた環状の当輪を掘進機の後端周縁部に対向させる。
第３工程では、発進用押角の複数の油圧シリンダのピストンを前進させ、当輪を介して掘進機を推進する。

Claims

セミシールド工法において発進立坑（９）から掘進機（１）を発進させる発進方法であって、
環状、又は環の一部が欠落したＣ字状のフレーム（３０）と、前記フレームの周方向に沿って互いに平行に配置された複数の油圧シリンダ（４０）と、を備える発進用押角（３）を用い、
前記発進立坑の底（９２）に推進架台（８３）を敷設し、前記発進立坑の掘進方向と反対側の内壁（９１）に反力壁（８５）を設置し、前面が掘進方向を向き後面が前記反力壁に当接するように前記発進用押角を設置する第１工程と、
前記掘進機を前記推進架台上に据え付け、前記発進用押角の前記複数の油圧シリンダのピストン（４２）を後退させた状態で、前記発進用押角の前面に設けた環状の当輪（２）を前記掘進機の後端周縁部に対向させる第２工程と、
前記発進用押角の前記複数の油圧シリンダの前記ピストンを前進させ、前記当輪を介して前記掘進機を推進する第３工程と、
を含むことを特徴とする掘進機の発進方法。
前記第３工程で前記掘進機を所定距離前進させた後、前記複数の油圧シリンダの前記ピストンを後退させ、前記当輪と前記発進用押角との間に第２の前記発進用押角を設置し、
２つの前記発進用押角の前記複数の油圧シリンダの前記ピストンを前進させ、前記掘進機を更に推進する第４工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の掘進機の発進方法。