JP2016113871A - オープンシールド機用ジャッキの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のように状況に応じた使用ジャッキの選択をしなくても安定した掘進が可能となり、各ポンプに装備されているインバータ回路による流量調整機能を使用することで各ブロックのジャッキスピードを調整することができ、シールド機の方向修正や曲線施工に対して有効である。【解決手段】個々にインバータ回路２３を内蔵した流量調整可能なポンプ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを仕様は同一のものとして複数用意し、オープンシールド機１に装備された推進ジャッキ２をブロックごとに各ブロックにおいて使用するジャッキ台数を等しくし、グループ化した個々のブロックに対して前述のポンプ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを１台ずつ割り当て、また、ポンプの吐出ライン２５を相互に連結し連結配管上にバルブ３２を設け、バルブ３２の開閉によりブロックごとの単独運転と、全てのポンプからの吐出油を合流させた連結運転を可能とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、市街地に上下水道、地下道などの地下構造物を施工するオープンシールド機の推進ジャッキの制御方法に関するものである。

オープンシールド機によるオープンシールド工法は開削工法（オープンカット工法）とシールド工法の長所を生かした合理性に富む工法であり、このオープンシールド工法で使用するオープンシールド機１の概略は図５に示すような左右の側壁板１ａと、これら側壁板１ａに連結する底板１ｂとからなる前面、後面および上面を開口したもので、前記側壁板１ａと底板１ｂの先端を刃口１１として形成し、また、側壁板１ａの中央または後端近くに推進（シールド）ジャッキ２を後方に向けて上下に並べて配設する。図中３は隔壁を示す。

かかるオープンシールド機１を使用して施工するオープンシールド工法は、図示は省略するが、発進坑内にこのオープンシールド機１を設置して、オープンシールド機１の推進（シールド）ジャッキ２を伸長して発進坑内の反力壁に反力をとってオープンシールド機１を前進させ、地下構造物を形成する第１番目のコンクリート函体４を上方から吊り下ろし、オープンシールド機１のテール部１ｃ内で縮めた推進（シールド）ジャッキ２の後方にセットする。推進（シールド）ジャッキ２と反力壁との間にはストラットを配設して適宜間隔調整をする。

また、発進坑は土留壁で構成し、オープンシールド機１を発進させるには、この土留壁を一部鏡切りするが、必要に応じて薬液注入などで発進坑の前方部分に地盤改良を施しておくこともある。

ショベルなどの掘削機９でオープンシールド機１の前面または上面から土砂を掘削しかつ排土する。この排土工程と同時またはその後に推進（シールド）ジャッキ２を伸長してオープンシールド機１を前進させる。この前進工程の場合、コンクリート函体４の前にはボックス鋼材または型鋼を用いた枠体よりなる押角８を配設し、オープンシールド機１は後方にセットされたコンクリート函体４から反力をとる。

そして前記第１番目のコンクリート函体４の前に第２番目のコンクリート函体４をオープンシールド機１のテール部１ｃ内に吊り下ろす。以下、同様の排土工程、前進工程、コンクリート函体４のセット工程を適宜繰返して、順次コンクリート函体４をオープンシールド機１の前進に伴い縦列に地中に残置し、さらにこのコンクリート函体４の上面に埋戻土５を入れる。

なお、コンクリート函体４をオープンシールド機１のテール部１ｃ内に吊り下ろす際には、コンクリートブロックなどによる高さ調整材７をコンクリート函体４下に配設し、このテール部１ｃ内でコンクリート函体４の左右および下部の空隙にグラウト材６を充填する。

このようにしてオープンシールド機１が到達坑まで到達したならば、これを撤去して工事を完了する。

このようなオープンシールド工法では、前記のごとくコンクリート函体４をオープンシールド機１の前進に伴い地中に残置し、コンクリート函体４は、オープンシールド機１のテール部１ｃ内に吊り下ろされ、オープンシールド機１の前進とともにこのテール部１ｃから出て地中に残されていくものであり、オープンシールド機１はこのように地中に残置したコンクリート函体４に反力をとって前進する。

コンクリート函体４は鉄筋コンクリート製のもので、図６に示すように左側板４ａ、右側板４ｂと上床板４ｃと下床板４ｄとからなるもので、前後面が開口１０として開放されている。

ところで、先端の刃口１１を備えた部分から後端のコンクリート函体４を吊り下ろすテール部１ｃまでが一体に形成されているオープンシールド機１では、機体全体が同時に同方向に進行するため、曲線施工が困難であった。そこで、オープンシールド機１の機体を前後方向に複数に分割するものが提案されており、例えば図３にも示すように刃口１１を先端に有するフロント部１ｄ、推進（シールド）ジャッキ２が配設されているジャッキ部１ｅ、コンクリート函体４が吊り下ろされるテール部１ｃの３つに分割し、さらに刃口１１を有するフロント部１ｄおよびジャッキ部１ｅを上下左右方向に複数に分割するものがある（例えば下記特許文献１参照）。
特開２００２−１６８０８９号公報

そして、かかるタイプのオープンシールド機１では、例えば、先端のフロント部１ｄには左右両側に位置する分割体に、先端に土留板を設けた山留め（スライド）ジャッキ１２を縦横に配設するとともに、フロント部１ｄとジャッキ部１ｅとに跨らせて例えばピンジャッキで構成する修正ジャッキ１４を配設する。さらに、ジャッキ部１ｅにはテール部１ｃの方向に向けて推進（シールド）ジャッキ２を配設し、これによりフロント部１ｄ、ジャッキ部１ｅ、テール部１ｃはそれぞれ独自に方向変換可能な中折れ構造となる。

そして、オープンシールド機１を推進するには、フロント部１ｄに配設した山留め（スライド）ジャッキ１２を手動操作で伸長してフロント部１ｄを前進させた後、山留め（スライド）ジャッキ１２を収縮させてジャッキ部１ｅを前進させるとともに推進（シールド）ジャッキ２を伸長し、次に推進（シールド）ジャッキ２を収縮させてテール部１ｃを前進させ、前進方向は修正ジャッキ１４で修正する。

曲線施工の場合は、施工曲線に対応させて分割されたフロント部１ｄを分割体毎にストロークを異ならせて前進させ、これに追随するように前後に分割されたジャッキ部１ｅ、ジャッキ部１ｅおよびテール部１ｃを方向修正しながら推進（シールド）ジャッキ２で前進させる。この場合、修正する方向はフロント部１ｄやテール部１ｃをそれぞれ例えば４点でレベル測量し、この測量結果から前進方向を修正し決定している。

前記各種のジャッキは１個以上の操作盤が接続され分流器を介して油圧ポンプに接続され、これにより作動する。このため、操作に手間を要するだけでなく、使用する油圧ホースの数も多くなり、構造も複雑となる。特に大断面での油圧機器の接続は、油圧ホース・油量も比例して大きくなるため、油圧操作・油圧機器の据付、撤去に膨大な労力と時間を要することになる。

また、掘進も現場でレベル測量しながら前進方向を修正して行っているため、修正には時間と手間を要し作業性がよくないのみならず、コンクリート函体を設計どおりに据え付けるにはシールド機の測量管理が重要になるが、コンクリート函体が大断面のものになると、それに比例してシールド機も大型のものとなるため、かかる大型のシールド機の推進方向を正確にするには従来の方法では不十分であった。

これに対して下記特許文献は、コンクリート函体が大断面のものになっても、ジャッキを作動する油圧機器の設備構成が複雑になることを防止し、操作性を向上させることができ、また、シールド機の掘進方向の微調整制御も可能として大断面のコンクリート函体であっても設計どおりの据付が可能となるものとして先に出願人が提案したものである。
特開２００５−１８００１０号公報

この特許文献２は、図３に示すように、フロント部に配設した山留めジャッキ１２、シールド機を前進させる推進ジャッキ２や前進方向を修正する修正ジャッキ１４などの各種ジャッキを備えるオープンシールド機の油圧回路において、前記多数のジャッキのうち、同じ内容の操作がされる複数のジャッキの操作部をひとつの操作盤に統合させ、同じ内容の操作がされる複数のジャッキに接続される油圧ホースを共用のもので構成したものである。

オープンシールド機１の油圧回路は、オープンシールド機１に備えられている複数の推進ジャッキ２をマニホールド２ａを介してまとめて一つの操作盤２ｂに接続し、同様にして複数の修正ジャッキ１４をマニホールド１４ａを介して操作盤１４ｂに接続し、複数の山留めジッャキ１２をマニホールド１２ａを介して操作盤１２ｂに接続し、複数の牽引ジャッキ１５をマニホールド１５ａを介して操作盤１５ｂに接続し、複数の底盤ジャッキ１６をマニホールド１６ａを介して操作盤１６ｂに接続した。

そして、前記操作盤２ｂ、１４ｂ、１２ｂ、１５ｂ、１６ｂがインバータを備えるモータ１７に並列に接続されるとともに、油圧ポンプ１８に並列に接続される。インバータは油圧回路に接続されるジャッキの数量が多数の場合でも、油量不足にならず油量調整が行えるよう機能するものである。

このようにしてオープンシールド機１に配備されている多種類、複数のジャッキは同じ内容の操作がされるものの複数を一つのマニホールドでまとめて一つの操作盤に接続した。

さらに、山留めジャッキ１２の油圧回路については、推進ジャッキ２を伸長させるとき山留めジャッキ１２を切羽圧力で戻すためのリリーフ弁２１を設けた。

さらにオープンシールド機１の姿勢制御方法として、図４に示すようにフロント部１ｄおよびテール部１ｃに傾斜計１９、２０を設置し、この傾斜計１９、２０からの出力に基づいて制御装置で修正方法をリアルタイムに算出し、この修正方法で、油圧回路に接続される修正ジャッキ１４により前進方向を修正するように構成した。

オープンシールド機１の前進方法は、フロント部１ｄ、ジャッキ部１ｅおよびテール部１ｃを別個に前進させる場合は、まず切羽の掘削を行いながら山留め（スライド）ジャッキ１２を伸長する。このとき、山留めジャッキ１２は後方のジャッキ部１ｅとテール部１ｃの自重と土圧による摩擦抵抗を反力として伸長する。

次に山留めジャッキ１２を収縮させてフロント部１ｄを山留めジャッキ１２のストローク分だけ前進させるとともに修正ジャッキ１４を収縮してジャッキ部１ｅを前進させ、同時に推進ジャッキ２を伸長し、次に推進ジャッキ２を収縮させてテール部１ｃを前進させる。この場合、山留めジャッキ１２の戻しは、リリーフ弁２１を開放し推進ジャッキ２を伸長することによって、山留めジャッキ１２の圧力は切羽の地山により推進と同時に戻るまたは地山に貫入するから、山留めジャッキ１２を戻すための作業を簡略化できるとともに切羽の崩壊も防止できる。

この場合、複数の山留めジャッキ１２の伸長は、図３に示すように、操作盤１２ｂからの操作で使用する山留めジャッキ１２が接続されているマニホールド１２ａを開いて使用する山留めジャッキ１２のレバーを押し側に入れ、操作盤１２ｂの元レバーをオンロードにする。これにより山留めジャッキ１２が作動し元圧ゲージが振れる。よって、山留めジャッキ１２が伸長すれば、これを停止、元レバーをニュートラルに戻す。

前記のように、ジャッキ部１ｅをフロント部１ｄの方向に前進させるには、修正ジャッキ１４を収縮することでジャッキ部１ｅをフロント部１ｄの方向に前進させる。この場合、施工場所が曲線のときは、曲線に対応させて複数の山留めジャッキ１２毎に伸長ストロークを変え、フロント部１ｄの分割体ごとに前進ストロークを異ならせているが、フロント部１ｄとジャッキ部１ｅとを接続している修正ジャッキ１４もフロント部１ｄの前進ストロークに対応して伸長する。このようにして先端のフロント部１ｄが曲線に対応しながら前進する。

この修正ジャッキ１４による方向修正は、図４に示すようにフロント部１ｄに取り付けた傾斜計１９とテール部１ｃに取り付けた傾斜計２０からの測定値を制御装置（ホストコンピュータ）にリアルタイムで取り込んで、オープンシールド機１の実際の位置と基本線とのズレを演算し、ズレを修正する適切な方法をこの制御装置で算出し、オープンシールド機１に搭載の制御装置に出力してこの制御装置からの制御信号によって操作盤やジャッキを自動的に作動させ、方向修正する。

または、制御装置（ホストコンピュータ）からの指示に従い、オープンシールド機１を操作する現場のオペレータが操作盤を操作して手動で方向修正する。

これにより、オープンシールド機１の姿勢が遠隔地でも分かり、的確な修正方法を容易に得ることができ、また、従来は勘に頼っていた修正を傾斜計１９、２０からのデータに基づいて正確に算出でき、シールド機の制御経験のない者でも微調整制御が可能となり、シールド機操作用の専門のオペレータが不要となる。

そして、前記したジャッキ操作はインバータを備えるモータ１７で行うことで、多量のジャッキ操作を行う場合の油量の調整ができ、油量不足を防止でき、多量の油量を消費する場合でもジャッキ伸長と収縮の作業が行える。

フロント部１ｄ、ジャッキ部１ｅおよびテール部１ｃを同時に前進させる場合は、修正ジャッキ１４はジャッキ部１ｅ及びテール部１ｃの方向修正のみを行い、ジャッキ部１ｅとテール部１ｃとの前進は推進ジャッキ２のみで行う。

この特許文献２によれば、各ジャッキを接続する伸長側と収縮側の油圧ホースをマニホールドにて集中的な配管を行い操作盤に接続することによって、マニホールドごとの操作、使用する油圧ホースの数を減少できる。

また、山留めジャッキの圧力は切羽の地山により推進と同時に戻るまたは地山に貫入するから、山留めジャッキを戻すための作業を簡略化できるとともに切羽の崩壊も防止できる。

掘進抵抗は切羽への貫入抵抗うや周面の摩擦力により発生するが、その時々の掘削状況、シールド機の姿勢、施工条件などによって都度変化し一律ではないため局部的に推進力の強弱を付ける必要がある。

また、シールド機の方向修正を行う場合など上下または左右でジャッキストロークの差を付ける必要がある。従来の油圧系統は単一のポンプから吐出される作動油を分流器、操作盤を介してジャッキに分配していた為、ジャッキ単体で推力を調整したりスピードを変えることは困難であった。

本発明の目的は前記従来例を解消し、従来のように状況に応じた使用ジャッキの選択をしなくても安定した掘進が可能となり、各ポンプに装備されているインバータ回路による流量調整機能を使用することで各ブロックのジャッキスピードを調整することができ、シールド機の方向修正や曲線施工に対して有効であるオープンシールド機用ジャッキの制御方法を提供することにある。

本発明は前記従来例の不都合を解消するため、個々にインバータ回路を内蔵した流量調整可能なポンプを仕様は同一のものとして複数用意し、シールド機に装備された推進ジャッキをブロックごとに各ブロックにおいて使用するジャッキ台数を等しくし、グループ化した個々のブロックに対して前述のポンプを１台ずつ割り当て、また、ポンプの吐出ラインを相互に連結し連結配管上にバルブを設け、バルブの開閉によりブロックごとの単独運転と、全てのポンプからの吐出油を合流させた連結運転を可能とすることを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、個々にインバータ回路に内蔵した流量調整可能なポンプを複数用意するが、この（油圧）ポンプの仕様は同一であるため、各ブロックにおいて使用するジャッキ台数を等しくすればジャッキのスピードは各ブロック間で等しくなる。

そして、ポンプの吐出ラインの連結配管上のバルブを閉じた状態では各ブロックごとに独立した油圧系統となるため、シールド機の各部に発生する掘進抵抗に応じてブロック単位で必要なジャッキ推力が発生するようになり、従来のように状況に応じた使用ジャッキの選択をしなくても安定した掘進が可能となる。

さらに、各ポンプに装備されているインバータ回路による流量調整機能を使用することで各ブロックのジャッキスピードを調整することができ、シールド機の方向修正や曲線施工に対して有効である。

以上述べたように本発明のオープンシールド機用ジャッキの制御方法は、従来のように状況に応じた使用ジャッキの選択をしなくても安定した掘進が可能となり、各ポンプに装備されているインバータ回路による流量調整機能を使用することで各ブロックのジャッキスピードを調整することができ、シールド機の方向修正や曲線施工に対して有効である。

以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明のオープンシールド機用ジャッキの制御方法を示す油圧回路図、図２はシールド機の縦断側面で、前記従来例を示す図３、図４と同一構成要素には同一参照符号を付したものである。

先にオープンシールド機１について説明すると、刃口１１を先端に有するフロント部１ｄ、推進（シールド）ジャッキ２が配設されているジャッキ部１ｅ、コンクリート函体４が吊り下ろされるテール部１ｃの３つに分割し、さらに刃口１１を有するフロント部１ｄおよびジャッキ部１ｅを上下左右方向に複数に分割する。

そして、かかるタイプのオープンシールド機１では、例えば、先端のフロント部１ｄには左右両側に位置する分割体に、先端に土留板を設けた山留め（スライド）ジャッキ１２を縦横に配設するとともに、フロント部１ｄとジャッキ部１ｅとに跨らせて例えばピンジャッキで構成する修正ジャッキ１４を配設する。さらに、ジャッキ部１ｅにはテール部１ｃの方向に向けて推進（シールド）ジャッキ２を配設し、これによりフロント部１ｄ、ジャッキ部１ｅ、テール部１ｃはそれぞれ独自に方向変換可能な中折れ構造となる。

なお、タイプによっては、３分割ではなく、フロント部とテール部の２分割の場合もあり得る。

オープンシールド機１の油圧回路は、オープンシールド機１に備えられている複数の推進ジャッキ２をブロックごと（ジャッキブロックＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）に各ブロックＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて使用するジャッキ台数を等しくし（図示の例では４台）、ブロック毎に設ける操作盤２２ｂ−１、操作盤２２ｂ−２、操作盤２２ｂ−３、操作盤２２ｂ−４に接続した。

これら複数の推進ジャッキ２は、個々にインバータ回路２３を内蔵した流量調整可能なポンプ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄで操作盤２２ｂ−１、操作盤２２ｂ−２、操作盤２２ｂ−３、操作盤２２ｂ−４を介して駆動されるが、ポンプ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄは仕様は同一のものとして前記ブロックの数（本実施形態では４個）だけ複数用意した。すなわち、グループ化した個々のブロックに対してポンプ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを１台ずつ割り当てる。

また、ポンプ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄの吐出ライン２５を相互に連結する連結配管２６上にバルブ３２を設け、このバルブ３２の開閉によりブロックごとの単独運転と、全てのポンプからの吐出油を合流させた連結運転を可能とする。

図中２８はＰＣ（パソコン）で、変換器２９、３０、３１が接続され、このうち変換器３０はインバータ回路２３を内蔵した流量調整可能なポンプ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを制御するものとして、ポンプモーターを駆動制御するこのインバータ回路２３に制御信号を送る。

また、ポンプ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄの吐出ライン２５にそれぞれ圧力計２７を接続し、その検知信号を変換器２９を介してＰＣ２８に取り込む。

図示は省略するが、前記バルブ３２の開閉制御信号もＰＣ２８から変換器を介して送信するようにしてもよい。

変換器３１は、各ジャッキにストローク検知センサを設けた場合などに、そのストロークデータをＰＣ２８に取り込むためのものである。

以上は推進（シールド）ジャッキ２の制御について説明したが、山留め（スライド）ジャッキ１２や修正ジャッキ１４についても、オープンシールド機１に配備されている多種類、複数のジャッキは同じ内容の操作がされるものの複数を一つのマニホールドでまとめて一つの操作盤に接続する。

次に動作について説明する。オープンシールド機１を使用するオープンシールド工法は、工法の全体の概要としては前記図５に示すとおりで詳細説明は省略する。

ポンプ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄは仕様は同一であるため、各ジャッキブロックＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて使用するジャッキ台数を４個と等しくしたので、複数の推進ジャッキ２のスピードは各ブロック間で等しくなる。

バルブ３２をすべて開いた状態では、全てのポンプからの吐出油を合流させた連結運転を可能となる。

また、バルブ３２を閉じた状態では各ジャッキブロックＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄごとに独立した油圧系統となる。

その結果、シールド機の各部に発生する掘進抵抗に応じてブロック単位で必要なジャッキ推力が発生するようになり、これを圧力計２７で検知してインバータ制御すれば、従来のように状況に応じた使用ジャッキの選択をしなくても安定した掘進が可能となる。

ＰＣ（パソコン）２８には、推進ジャッキ２の仕様、使用台数に関連する数値が作動する掘進抵抗などが入力され、予め入力しておいた推進ジャッキ２の仕様と使用台数を基にした適正推進力である適正設定値と前記圧力計２７で計測される実際の推進力とを比較する手段が形成されている。

このようにして、各ポンプ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄに装備されているインバータ回路２３による流量調整機能を使用することで各ジャッキブロックＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのジャッキスピードを調整することができ、シールド機の方向修正や曲線施工に対して有効である。

なお、各種センサを併用し各ポンプの吐出圧や各ジャッキのストロークデータをＰＣ２８に取り込むことで、掘進の状況をモニターできる。

また同様にＰＣ２８から各ポンプの吐出量をコントロールすることも可能である。

本発明のオープンシールド機用ジャッキの制御方法の１実施形態を示す油圧回路図である。 本発明のオープンシールド機用ジャッキの制御方法を行うシールド機の縦断側面である。 従来例を示す回路図である。 オープンシールド機の概要を示す縦断側面図である。 オープンシールド工法の概要を示す縦断側面図である。 コンクリート函体の斜視図である。

１ オープンシールド機 １ａ 側壁板
１ｂ 底板 １ｃ テール部
１ｄ フロント部 １ｅ ジャッキ部
２ 推進ジャッキ ３ 隔壁
４ コンクリート函体 ４ａ 左側板
４ｂ 右側板 ４ｃ 上床板
４ｄ 下床板 ５ 埋戻土
６ グラウト材 ７ 高さ調整材
８ 押角 ９ 掘削機
１０ 開口 １１ 刃口
１２ 山留めジャッキ １４ 修正ジャッキ
１５ 牽引ジャッキ １６ 底盤ジャッキ
１７ モータ １８ 油圧ポンプ
１９、２０ 傾斜計 ２１ リリーフ弁
２２、２２ｂ−１、２２ｂ−２、２２ｂ−３、２２ｂ−４…操作盤
２３…インバータ回路
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ…ポンプ
２５…吐出ライン ２６…連結配管
２７…圧力計 ２８…ＰＣ
２９、３０、３１…変換器 ３２…バルブ

本発明は前記従来例の不都合を解消するため、個々にインバータ回路を内蔵した流量調整可能なポンプを仕様は同一のものとして複数用意し、シールド機に装備された推進ジャッキを上下左右４つのブロックごとに各ブロックにおいて使用するジャッキ台数を等しくし、グループ化した個々のブロックに対して前述のポンプを１台ずつ割り当て、また、ポンプの吐出ラインを相互に連結し連結配管上にバルブを設け、バルブの開閉によりブロックごとの単独運転と、全てのポンプからの吐出油を合流させた連結運転を可能とすることを要旨とするものである。

Claims (1)

1. 個々にインバータ回路を内蔵した流量調整可能なポンプを仕様は同一のものとして複数用意し、
   シールド機に装備された推進ジャッキをブロックごとに各ブロックにおいて使用するジャッキ台数を等しくし、
   グループ化した個々のブロックに対して前述のポンプを１台ずつ割り当て、
   また、ポンプの吐出ラインを相互に連結し連結配管上にバルブを設け、
   バルブの開閉によりブロックごとの単独運転と、全てのポンプからの吐出油を合流させた連結運転を可能とすることを特徴としたオープンシールド機用ジャッキの制御方法。

Images