JP2015172292A

JP2015172292A - シールド掘進機の推進方法およびシールドジャッキ装置

Info

Publication number: JP2015172292A
Application number: JP2014048265A
Authority: JP
Inventors: 真浩松本; Masahiro Matsumoto
Original assignee: KUBOTA KOKEN KK; Kubota Koken KK
Current assignee: KUBOTA KOKEN KK; Kubota Koken KK
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2015-10-01

Abstract

【課題】座屈モーメントに対するセグメントの強度不足を防止することができるシールド掘進機の推進方法を提供する。
【解決手段】シールド掘進機のシールドジャッキの先に設けられたスプレッダー２１でセグメント７を押して、シールド掘進機の推力を発生させる推進方法であって、シールドジャッキがスプレッダー２１を押す押圧点Ｐを、円弧状のセグメント７の径方向Ｒにおける中心位置Ａよりも、スプレッダー２１とセグメント７との重複部分におけるセグメント７の図心Ｇに近い位置に設定する。
【選択図】図７

Description

本発明は、例えば非開削工法等に使用されるシールド掘進機の推進方法およびシールドジャッキ装置に関する。

従来、非開削工法において、図１３に示すように、シールド掘進機１０１を用いてトンネル１０２を掘削するとともに、トンネル１０２内に搬送された複数のセグメント１０３をシールド掘進機１０１の後方で円筒状に組み立てて鞘管１０４を形成している。尚、鞘管１０４はトンネル１０２の周壁をなすものである。

図１４に示すように、セグメント１０３は円弧状の部材である。また、図１３〜図１５に示すように、シールド掘進機１０１の後部のスキンプレート１０５内には、シールド掘進機１０１の推進力を発生させる複数のシールドジャッキ装置１０６が設けられている。シールドジャッキ装置１０６は、シールドジャッキ１０７と、シールドジャッキ１０７から受ける集中荷重を分散させるスプレッダー１０８と、偏芯金具１０９とを有している。スプレッダー１０８は、円弧状の部材であり、偏芯金具１０９を介してシールドジャッキ１０７のピストンロッド１１０の先端部に設けられている。

これによると、シールドジャッキ１０７のピストンロッド１１０を後方へ伸ばすことにより、押圧力Ｆがシールドジャッキ１０７から偏芯金具１０９を介してスプレッダー１０８に伝えられ、トンネル１０２内で組み立てられて固定されたセグメント１０３が押圧され、このときの反力によってシールド掘進機１０１が前進する。

このようなシールド掘進機１０１のシールドジャッキ装置１０６については、例えば下記特許文献１に記載されている。

特開２００９−２４３２０９

しかしながら上記の従来形式では、シールドジャッキ１０７が偏芯金具１０９を介してスプレッダー１０８を押す押圧点Ｐは、セグメント１０３の径方向Ｒにおける中心位置Ａに合わせられている。尚、セグメント１０３は円弧形状であるため、スプレッダー１０８とセグメント１０３との重複部分におけるセグメント１０３の図心をＧとすると、この図心Ｇは上記中心位置Ａよりも径方向Ｒにおける内側に位置する。

従って、シールドジャッキ１０７でセグメント１０３を押した際、上記図心Ｇを中心とした座屈モーメントＭが発生する虞がある。すなわち、図心Ｇからスプレッダー１０８の押圧点Ｐ（すなわちセグメント１０３の中心位置Ａ）までの距離をＤとすると、上記座屈モーメントＭは押圧力Ｆと距離Ｄとの積となる。

このようにセグメント１０３に過大な座屈モーメントＭが発生した場合、セグメント１０３の強度が不足するといった問題がある。
本発明は、座屈モーメントに対するセグメントの強度不足を防止することができるシールド掘進機の推進方法およびシールドジャッキ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明は、シールド掘進機のシールドジャッキの先に設けられたスプレッダーでセグメントを押して、シールド掘進機の推力を発生させる推進方法であって、
シールドジャッキがスプレッダーを押す押圧点を、円弧状のセグメントの径方向における中心位置よりも、スプレッダーとセグメントとの重複部分におけるセグメントの図心に近い位置に設定するものである。

これによると、シールドジャッキでスプレッダーをセグメント側へ押す際、スプレッダーの押圧点は、セグメントの径方向における中心位置よりも、スプレッダーとセグメントとの重複部分におけるセグメントの図心に近い位置に設定されている。このため、スプレッダーとセグメントとの重複部分におけるセグメントの図心からスプレッダーの押圧点までの距離が短縮され、セグメントに作用する座屈モーメントが低減される。これにより、座屈モーメントに対してセグメントの強度が不足するのを防止することができる。

本第２発明におけるシールド掘進機の推進方法は、押圧点の位置を、スプレッダーとセグメントとの重複部分におけるセグメントの図心に合わせるものである。
これによると、スプレッダーとセグメントとの重複部分におけるセグメントの図心からスプレッダーの押圧点までの距離が無くなり、座屈モーメントが発生しないので、セグメントの強度が不足するのを防止することができる。

本第３発明は、上記第２発明に記載のシールド掘進機の推進方法に用いられるシールドジャッキ装置であって、シールドジャッキのピストンロッドの先端部にスプレッダーが設けられ、押圧点の位置が、スプレッダーとセグメントとの重複部分におけるセグメントの図心に合うように設定されているものである。

以上のように本発明によると、座屈モーメントに対するセグメントの強度不足を防止することができる。

本発明の実施の形態におけるシールド掘進機の後部の断面図である。同、セグメントの斜視図である。同、複数のセグメントを円環状に接合した図である。同、シールド掘進機の複数のスプレッダーで円環状に接合されたセグメントを押している図である。同、シールド掘進機のシールドジャッキ装置でセグメントを押している様子を示す側面図である。図５におけるＸ−Ｘ矢視図である。同、１台のスプレッダーで１枚のセグメントを押している図である。同、１台のスプレッダーで１枚のセグメントを押している場合のスプレッダーとセグメントとの重複部分を示す図である。同、１台のスプレッダーで２枚のセグメントを押している図である。同、１台のスプレッダーで２枚のセグメントを押している場合のスプレッダーとセグメントとの重複部分を示す図である。同、セグメントの図心を求めるための説明図である。同、セグメントの図心を求めるための説明図である。従来のシールド掘進機の後部の断面図である。同、スプレッダーで１枚のセグメントを押している図である。同、シールド掘進機のシールドジャッキ装置でセグメントを押している様子を示す側面図である。

以下、本発明における実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１に示すように、１は非開削工法等において使用されるシールド掘進機である。シールド掘進機１は、カッタービット（図示省略）、円筒状のスキンプレート２、シールド掘進機１の推進力を発生させる複数のシールドジャッキ装置３等を有している。

図２，図３に示すように、７は非開削工法等において使用される円弧状のセグメントである。セグメント７は、円弧状に湾曲した外板部８と、一対の主桁９と、一対の継手板１０と、アングル状の複数の補強部材１１とを有している。主桁９は、内フランジ形状を有し、鞘管１３の長さ方向Ｂにおける外板部８の両端部に、内側へ突出して設けられている。主桁９は、ボルト、ナット等の連結部材を用いて、複数のセグメント７同士を鞘管１３の長さ方向Ｂにおいて接続するためのものである。

継手板１０は、鞘管１３の周方向Ｃにおける外板部８の両側端部に、内側へ突出して設けられている。継手板１０は、ボルト、ナット等の連結部材を用いて、複数のセグメント７同士を鞘管１３の周方向Ｃにおいて接続するためのものである。

図１，図４〜図６に示すように、シールドジャッキ装置３は、シールド掘進機１のスキンプレート２内の後部に、周方向Ｃにおいて所定角度おきに複数台（例えば９０°おきに４台）配置されている。各シールドジャッキ装置３は、シールドジャッキ２０と、シールドジャッキ２０から受ける集中荷重を分散させるスプレッダー２１と、偏芯部材２２とを有している。スプレッダー２１は、円弧状の部材であり、偏芯部材２２を介してシールドジャッキ２０のピストンロッド２３の先端部に設けられている。

偏芯部材２２は、ピストンロッド２３の先端部に取り付けられた球面継手であり、先端が球面状の突軸部２５を有している。
図５〜図８に示すように、スプレッダー２１は、円弧状の押圧板２７と、押圧板２７の中央部に設けられた胴部２８と、押圧板２７に設けられた補強部材２９とを有している。胴部２８には係合孔３０が形成され、偏芯部材２２の突軸部２５が胴部２８の係合孔３０に遊嵌され、ボルト３１によって突軸部２５と胴部２８とが相対揺動自在に連結されている。

図５，図７，図８に示すように、偏芯部材２２の突軸部２５の先端は、シールドジャッキ２０がスプレッダー２１を押す押圧点Ｐを有する。押圧点Ｐの位置は、シールドジャッキ２０のピストンロッド２３の軸心２３ａよりも径方向Ｒにおける外側に偏芯しており、スプレッダー２１とセグメント７との重複部分３３におけるセグメント７の図心Ｇに合うように設定されている。

尚、上記重複部分３３とは、シールドジャッキ２０のピストンロッド２３の伸縮方向から見て、スプレッダー２１とセグメント７とが当接して重複する部分である。図７，図８には、スプレッダー２１が１枚のセグメント７に重複している様子を示しており、円弧状の重複部分３３を斜線で表示している。また、図９，図１０には、スプレッダー２１が２枚のセグメント７にわたって重複している様子を示しており、円弧状の重複部分３３を斜線で表示している。このように、図心Ｇとは、重複部分３３におけるセグメント７の図心であり、セグメント７の径方向Ｒにおける中心位置Ａよりも内側に位置する。

以下、スプレッダー２１とセグメント７との重複部分３３におけるセグメント７の図心Ｇを、単に「セグメント７の図心Ｇ」と記載する。
セグメント７の図心Ｇは下記のようにして求めることができる。図１１に示すように、扇形の面積をＡ、中心角を２θ（ｒａｄ）、半径をｒ、弧の長さをｌ、弦の長さをｍ、図心をｇ、扇形の中心から図心ｇまでの距離をｙとすると、扇形の面積Ａと扇形の中心から図心ｇまでの距離ｙは下記の式（１）（２）で表される。

また、図１２に示すように、スプレッダー２１とセグメント７との重複部分３３におけるセグメント７の面積をＡ_３、セグメント７の重複部分３３を含む扇形の全面積（すなわち扇形の中心からセグメント７の重複部分３３の外周までの面積）をＡ_２、セグメント７の重複部分３３を含まない扇形の面積（すなわち扇形の中心からセグメント７の重複部分３３の内周までの面積）をＡ_１とし（すなわちＡ_１＋Ａ_３＝Ａ_２の関係にある）、セグメント７の図心をＧ、セグメント７の重複部分３３を含む扇形の図心をＧ_２、セグメント７の重複部分３３を含まない扇形の図心をＧ_１とし、扇形の中心から各図心Ｇ，Ｇ_２，Ｇ_１までの距離をｙ_３，ｙ_２，ｙ_１とすると、下記の式（３）の関係が成立する。

上記の式（３）を下記式（４）のように変形し、さらに、図１２に示すように、半径をｒ_１，ｒ_２、弧の長さをｌ_１，ｌ_２、弦の長さをｍ_１，ｍ_２、とすると、上記式（１）（２）に基づいて、これらを下記式（４）に代入することにより、下記式（５）に示すように、扇形の中心からセグメント７の図心Ｇまでの距離ｙ_３が求められる。

また、スプレッダー２１の図心の位置はセグメント７の図心Ｇの位置に一致している。

以下、上記構成における作用を説明する。
図１に示すように、シールド掘進機１を用いてトンネル３５を掘削するとともに、トンネル３５内に搬送された複数のセグメント７をシールド掘進機１の後方で円筒状に組み立てて鞘管１３を形成している。この際、図５に示すように、シールドジャッキ２０のピストンロッド２３を後方へ伸ばすことにより、押圧力Ｆがシールドジャッキ２０から偏芯部材２２を介してスプレッダー２１に伝えられ、トンネル内で組み立てられて固定されたセグメント７が押圧され、このときの反力によってシールド掘進機１が前進する。

このようにして、シールドジャッキ２０でスプレッダー２１をセグメント７側へ押す際、図５，図７又は図９に示すように、スプレッダー２１の押圧点Ｐの位置がセグメント７の図心Ｇの位置と一致しているため、セグメント７の図心Ｇからスプレッダー２１の押圧点Ｐまでの径方向Ｒにおける距離Ｄが無くなり、座屈モーメントＭが発生しないので、セグメント７の強度が不足するのを防止することができる。

上記実施の形態では、図５，図７，図９に示すように、スプレッダー２１の押圧点Ｐの位置とセグメント７の図心Ｇの位置とを一致させているが、スプレッダー２１の押圧点Ｐの位置がセグメント７の図心Ｇの位置から僅かにずれていてもよい。この場合、押圧点Ｐを、セグメント７の径方向Ｒにおける中心位置Ａよりもセグメント７の図心Ｇに近い位置に設定することにより、図心Ｇから押圧点Ｐまでの径方向Ｒにおける距離が従来よりも短縮され、座屈モーメントＭが低減するため、セグメント７の強度が不足するのを防止することができる。

上記実施の形態では、シールド掘進機１にシールドジャッキ装置３を４台設けているが、４台に限定されるものではなく、それ以外の複数台設けてもよい。
上記実施の形態では、スプレッダー２１の図心の位置とセグメント７の図心Ｇの位置とを一致させているが、ずれていてもよい。

１シールド掘進機
３シールドジャッキ装置
７セグメント
２０シールドジャッキ
２１スプレッダー
２３ピストンロッド
３３スプレッダーとセグメントとの重複部分
Ａ中心位置
Ｐ押圧点
Ｒ径方向
Ｇ図心

Claims

シールド掘進機のシールドジャッキの先に設けられたスプレッダーでセグメントを押して、シールド掘進機の推力を発生させる推進方法であって、
シールドジャッキがスプレッダーを押す押圧点を、円弧状のセグメントの径方向における中心位置よりも、スプレッダーとセグメントとの重複部分におけるセグメントの図心に近い位置に設定することを特徴とするシールド掘進機の推進方法。
押圧点の位置を、スプレッダーとセグメントとの重複部分におけるセグメントの図心に合わせることを特徴とするシールド掘進機の推進方法。
上記請求項２に記載のシールド掘進機の推進方法に用いられるシールドジャッキ装置であって、
シールドジャッキのピストンロッドの先端部にスプレッダーが設けられ、
押圧点の位置が、スプレッダーとセグメントとの重複部分におけるセグメントの図心に合うように設定されていることを特徴とするシールド掘進機のシールドジャッキ装置。