JP2018003412A - Shield excavator having replaceable tail seal, and tail seal replacement method for shield excavator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シールド掘進機における交換可能なテールシールおよびその交換方法に関する。 The present invention relates to a replaceable tail seal in a shield machine and a replacement method thereof.
シールド掘進機のスキンプレートの内周面には、スキンプレートと組み立てられたセグメントとの間を通ってトンネル外部の地下水、土砂等が浸入しないようにテールシールが設けられている。 A tail seal is provided on the inner peripheral surface of the skin plate of the shield machine so that ground water, earth and sand, etc. outside the tunnel do not enter through between the skin plate and the assembled segment.
昨今、シールド工法においては、長距離施工が要求されるケースが多い。シールド工法の長距離施工における課題の一つには、テールシールの摩耗および損耗の問題がある。テールシールの摩耗および損耗によって止水性が低下すると、地下水、土砂等がシールド掘進機内に浸入し、地表面の変状につながる。また、高水圧下等の施工においては、急激で大量の地下水、土砂等のシールド掘進機内への浸入は、坑内の水没や地表の陥没につながる危険性もある。 In recent years, the shield method often requires long-distance construction. One of the problems in the long distance construction of the shield method is the problem of wear and wear of the tail seal. When the water stoppage is lowered due to the wear and wear of the tail seal, groundwater, earth and sand, etc. enter the shield machine and lead to deformation of the ground surface. In addition, in construction under high water pressure and the like, sudden intrusion of a large amount of groundwater and earth and sand into a shield machine may lead to submergence in the mine or depression of the ground surface.
テールシールの摩耗および損耗の対策として、テールシールを交換することが挙げられる。テールシールを交換する従来技術1としては、図9に示すようなものがある。
As a countermeasure for the wear and wear of the tail seal, the tail seal can be replaced. As
図9(A)に示すように、このシールド掘進機100は、前胴101、後胴102を有し、後胴のスキンプレート103の内周面にテールシール105、106がシールド掘進機軸方向に複数列(図では二列)設けられている。図9(B)に示すように、シールドジャッキ104により最後列以外のテールシール105がセグメント200から露出するまで、シールド掘進機100を前進させる。このとき、最後列のテールシール106は、セグメント200に当接して機能しているので、地下水や土砂等はシールド掘進機100の内部には浸入してこない。露出した最後列以外のテールシール105をスキンプレート103から取り外して、新たなテールシールを取付ける。
As shown in FIG. 9A, this
最後列のテールシール106は、他の列のテールシールより、摩耗および損耗、裏込め材の付着等のダメージが大きくもっとも交換の必要性が高い。しかしながら、従来技術1では、最後列のテールシール106の交換を行うことができない。
最後列以外のテールシール105を交換作業中は、ダメージが大きい最後列のテールシール106だけで止水性を確保するために、その確保に不安が残る。また、隣り合う列のテールシール間には、テールグリース107が充填されており、止水性が高められているが、この交換作業時では、最後列のテールシール106とその前列のテールシール105との間のテールグリース107も撤去された状態となるので、より危険な状態と成り得る。
この交換作業自体も時間がかかるもので、例えばシールド掘進機外径3〜5mの中程度では約1ヶ月の日数を要する。また、状況によっては、周辺地盤の改良が必要となり、さらに工期やコストの負担増となる。
The
During the replacement work of the
This replacement work itself is time consuming. For example, it takes about one month in the middle of a shield machine outside diameter of 3 to 5 m. Also, depending on the situation, it is necessary to improve the surrounding ground, which further increases the work period and cost.
最後列のテールシールを交換可能な従来技術2としては、特許文献1のようなものがある。これは、シールド機の軸方向に沿ってスライド可能となるようにテールブラシが取付けられたものである。最後列に配設されたテールブラシを交換する際には、シールド機の軸方向前部における交換部に新しいテールブラシを配置する。そして、この新しいテールブラシをジャッキによってシールド機の軸方向後方に押し出し、最後列のテールブラシを廃棄する。
As the
従来技術2は、最後列のテールシールの交換が可能なものである。しかしながら、新しいテールシールを押す際には、スキンプレートの全周にわたって新しいテールシールを配置して、これらを同時に押し出す必要がある。この際には、ジャッキを複数設けて同期させるなどの対策が必要で、その制御の精度確保も難しい。その同期制御の精度が低ければ、全周のうち一部のテールシールに力がかかり、テールシールがその部分で変形し、止水性が低下するおそれが生じ得る。
In the
また、テールシールには、通常、テールブラシが用いられる。テールブラシは、スキンプレートに取付けられるベース部からセグメントに当接するブラシ部がセグメント方向に向かって傾斜した形状となっている。よって、従来技術2のように、テールブラシが前方から押し出され際には、この傾斜したブラシ部がセグメントと接触して、押し出し作業の大きな抵抗となる。そして、この抵抗に抗して押し出すので、傾斜したブラシ部が、シールド掘進機前方向にめくれてしまうおそれがある。この前方向にめくれてしまう現象が、廃棄しない最後列以外のテールブラシで生じた場合には、止水性の低下はもちろん、シールド掘進機の前進にも支障が生じ得ることになる。
A tail brush is usually used for the tail seal. The tail brush has a shape in which a brush portion that abuts on a segment from a base portion attached to the skin plate is inclined toward the segment direction. Therefore, as in the
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点を鑑みて、交換作業が効率的で、交換されないテールシールがめくれないで止水性が確保されるとともに、最後列のテールシールを交換可能なシールド掘進機およびテールシールの交換方法を提供することである。 Accordingly, in view of the above-described problems of the prior art, the object of the present invention is that the replacement work is efficient, the tail seals that are not replaced are not turned over, and water sealing is ensured, and the tail seals in the last row can be replaced. It is to provide a shield excavator and a tail seal replacement method.
本願請求項1に係る発明は、スキンプレートの内周面に交換可能なテールシールを有するシールド掘進機であって、前記シールド掘進機は、前記スキンプレートの内周面に設けられ、前記テールシールをスライド可能に取付けることが可能なガイドレールと、前記ガイドレールにスライド可能に取付けられた複数のテールシールと、を備え、前記ガイドレールは、前記スキンプレートの内周面に、スパイラル状に設けられていることを特徴とするシールド掘進機である。
The invention according to
本願請求項2に係る発明は、前記ガイドレールは、前記スキンプレートの内周面を少なくとも一周回するようなスパイラル状に設けられており、シールド掘進機の軸方向に並ぶテールシールとテールシールとの間には、テールシール間部材が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のシールド掘進機である。
In the invention according to
本願請求項3に係る発明は、前記テールシール間部材は、前記複数のテールシールのうち少なくとも一つのテールシールにシールド掘進機軸方向の後側から一体に延設されていることを特徴とする請求項2に記載のシールド掘進機である。
The invention according to
本願請求項4に係る発明は、前記テールシール間部材は、水膨張性シール材を備えることを特徴とする請求項2または請求項3に記載のシールド掘進機である。
The invention according to
本願請求項5に係る発明は、請求項1乃至4のうちいずれか1項に記載のシールド掘進機のテールシール交換方法であって、前記ガイドレールの始点に取付けられているテールシールを終点方向へ移動させることで、前記ガイドレールの終点に取付けられているテールシールを前記ガイドレールから押し出すことを特徴とするシールド掘進機のテールシール交換方法である。
The invention according to claim 5 of the present application is the tail seal replacement method for a shield machine according to any one of
請求項1から5に係る構成により、交換作業が効率的で、交換されないテールシールがめくれないで止水性が確保されるとともに、最後列のテールシールを交換可能なシールド掘進機およびテールシールの交換方法を実現できる。
With the configuration according to
以下、本発明の実施形態について図面と共に説明する。なお、実施形態は例示であって、寸法値も示すこともあるが、本発明が当該寸法値には限定されず、実施形態にも限定されないことはいうまでもない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, although embodiment is an illustration and may show a dimension value, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the said dimension value, and is not limited to embodiment.
図1に示すように、シールド掘進機10は、前胴11と後胴12とを有している。シールド掘進機10の後胴12のスキンプレート13で囲まれた内部には、トンネル構造体となるセグメント20が組み立てられる。図1乃至図3に示すように、テールシール30は、スキンプレート13とセグメント20との間に全体としてスパイラル状に配置されている。
As shown in FIG. 1, the
テールシール30は、スキンプレート13の内周面にスパイラル状に形成されたガイドレール32に複数の単位テールシール31をスライド可能に係合して配置することで形成されている。このスパイラル状とは、シールド掘進機10の前側を始点として、スキンプレート13の内周面を一周回するに従ってシールド掘進機10の軸方向への位置が後側へ移動する線形状のことである。そして、スキンプレート13の内周面を一周回するまで配置された単位テールシール31が一列のテールシール30に相当する。
本実施の形態では、スキンプレート13の内周面を丁度二周回するまで単位テールシール31が配置されており、二列のテールシール30を形成している。
本実施の形態においては、スパイラル状に配置された単位テールシール31を始点から終点に向かって、順に31−1、31−2、31−3、・・・、31−n−2、31−n−1、31−nの符号を付して表している。
The
In the present embodiment, the unit tail seals 31 are arranged until the inner peripheral surface of the
In the present embodiment, the unit tail seals 31 arranged in a spiral shape are arranged in order 31-1, 31-2, 31-3, ..., 31-n-2, 31- from the start point to the end point. Symbols n-1 and 31-n are given.
図4(A)および図4(B)に示すように、単位テールシール31には、ブラシ形式のものを採用している。単位テールシール31の形状は、基本的には一般的なテールブラシと同様でブラシ部31a、ベース部31bとを有している。単位テールシール31は、ブラシ部31aの先端からベース部31b側にかけてが弾性的にセグメント20に接触することで、止水性能を発揮する。
単位テールシール31は、スキンプレート13の内周面方向に沿って湾曲している。単位テールシール31のスキンプレート13内周方向の長さは、500mm程度に設定してある。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the
The
図4(B)に示すように、単位テールシール31のベース部31bは、前側と後側に前側係合部31cと後側係合部31dを有している。この前側係合部31cと後側係合部31dが、後述するガイドレール32の前側ガイドレール32aと後側ガイドレール32bとにスライド可能に係合するようになっている。本実施の形態では、前側係合部31cは、ベース部31bの前端部分で形成されている。後側係合部31dは、ベース部31bの後端部分から延出して設けられることで形成されている。なお、ベース部31b、前側係合部31c、後側係合部31dはそれぞれ別部材で設けてもいいし、一体形成されても良い。
As shown in FIG. 4B, the
図4(B)に示すように、後側係合部31dは、前側係合部31cより高さが低くなっているが、これは、後述するテールシール間部材の水膨張性シール材33が取付けられるためである。
As shown in FIG. 4B, the
ガイドレール32は、複数の単位テールシール31をスパイラル状に配置するためにスキンプレート13の内周面に設けられたものである。本実施の形態では、二列のテールシール30を形成しているので、スキンプレート13の内周面を丁度二周分するようにスパイラル状に配置されている。その始点は、スパイラル状の始点に配置される単位テールシール31−1に対応する点からで、終点は、スパイラル状の終点に配置される単位テールシール31−nに対応する点までとなっている。
The
ガイドレール32は、前側ガイドレール32aと後側ガイドレール32bとで構成されている。前側ガイドレール32aは、単位テールシール31の前側係合部31cの前方向とスキンプレート13から離間する方向への移動を規制する形状である。後側ガイドレール32bは、単位テールシール31の後側係合部31dの後方向とスキンプレート13から離間する方向への移動を規制する形状である。前側ガイドレール32a、後側ガイドレール32bおよびスキンプレート13とで形成された溝に単位テールシール31がスライド可能に係合される。
The
テールシール30の交換時に単位テールシール31並びにガイドレール32およびスキンプレート13の内周面とのスライドを可能にするために、摩擦を低減する手段を更に講じても良く、具体的には、グリース、ベアリング、ローラ等介在させる等の手段が挙げられる。また、前側ガイドレール32a、後側ガイドレール32bおよびスキンプレート13とで形成された溝と単位テールシール31との間にグリース等を充填させ、止水性を高めても良い。
In order to enable sliding with the
図4(B)に示すように、後側ガイドレール32bは、前側ガイドレール32aより高さが低くなっているが、これは、前側係合部31cと後側係合部31dとの高さの関係と同様に、後述するテールシール間部材の水膨張性シール材33が取付けられるためである。
As shown in FIG. 4B, the
本実施の形態のテールシール30の交換方法について、以下に説明する。なお、図面において、シールドジャッキは省略している。
シールド掘進機10のカッターヘッドを回転させ地盤を掘削しながら、シールドジャッキを伸長させることにより、シールド掘進機10を前進させる。次に、シールド掘進機10のシールドジャッキを適宜縮小させながら、後胴12のスキンプレート13の内部でセグメント20をリング状に組み立てる。これらの工程を繰り返すのが、基本的なシールド工法の流れである。
A method for replacing the
The
シールド掘進機10の掘進が所定の距離となる等といった、テールシール30を交換することが必要となれば、シールド掘進機10の掘進を中断する。
テールシール30の交換方法は、スパイラル状に配置されたテールシール30の始点に配置された単位テールシール31−1を、新しい単位テールシール31−0で押してスライドさせ、スパイラル状の終点に配置された単位テールシール31−nを押し出していく方法である。
If it is necessary to replace the
The replacement method of the
図5乃至図7に示すように、スパイラル状の始点に配置された単位テールシール31−1に、新しい単位テールシール31−0を当接させ、前側係合部31cと後側係合部31dとを、前側ガイドレール32aと後側ガイドレール32bとにそれぞれ係合させながら、始点に配置されていた単位テールシール31−1の位置まで挿入する。この挿入により、始点に配置されていた単位テールシール31−1が、その隣に配置されていた単位テールシール31−2の位置まで移動する。この挿入は、図示しないジャッキをスキンプレート13の円周方向に配置して、ジャッキを伸長させることで行う。
なお、始点に配置された単位テールシール31−1を、直接ジャッキで押して移動させてから新しい単位テールシール31−0を挿入しても良い。
As shown in FIGS. 5 to 7, the new unit tail seal 31-0 is brought into contact with the unit tail seal 31-1 disposed at the spiral starting point, and the
Note that a new unit tail seal 31-0 may be inserted after the unit tail seal 31-1 disposed at the starting point is directly pushed by a jack and moved.
新しい単位テールシール31が始点に挿入されるとともに、スパイラル状に配置された各単位テールシール31が、ガイドレール32に沿って終点方向にスライド移動する。そして、終点に配置されていた単位テールシール31−nが、ガイドレール32の終端から外れることで、シールド掘進機10から切り離される。
A new
この工程を必要数繰り返すことで、消耗した単位テールシール31を新しい単位テールシール31に交換していく。必要数については、例えば、最後列の一列だけを交換するときは、新しい単位テールシール31を一列分(スキンプレート13の内周一週分)用意して、順に挿入すれば良い。二列を交換するときは、新しい単位テールシール31を二列分用意して挿入する。
By repeating this process as many times as necessary, the worn
このようなテールシール30によれば、消耗や欠損が最も予想される最後列のテールシール30から交換でき、しかも、使用時間がもっとも長い終点の単位テールシール31-nから交換できる。
According to such a
また、始点の単位テールシール31−1に力を加えるジャッキも一つで済ませることができ、ジャッキを複数設ける場合に比べると複雑な制御を必要としない。または、ジャッキを複数設けたとしても、単位テールシールの受圧箇所の範囲が小さいので、単位テールシールの部分的な変形も防止できる。 Further, it is possible to use only one jack for applying a force to the unit tail seal 31-1 at the starting point, and complicated control is not required as compared with the case where a plurality of jacks are provided. Alternatively, even if a plurality of jacks are provided, since the range of the pressure receiving location of the unit tail seal is small, partial deformation of the unit tail seal can be prevented.
さらに、単位テールシール31のブラシ部31aのベース部31bからの延出方向が、単位テールシール31のスライド方向に対してほぼ直角になり、平行とはならないことから、スライドさせる際に、ブラシ部31aの先端がセグメント20の外周面に接触して抵抗となり難く、また、ブラシ部31aがめくりあがるという弊害も発生しない。
Furthermore, since the extending direction of the
テールシール30の交換作業のスライド移動に際して、単位テールシール31が、セグメント20が存在しない箇所から存在する箇所にスライド移動する箇所がある。図5乃至図7では、単位テールシール31−3から単位テールシール31−4へ移動する部分である。この箇所は、単位テールシール31−3のブラシ部31aが、その弾性により起き上がりセグメント20の側面に接触し、スライド移動の支障に成り得る。そのため、単位テールシール31−3のブラシ部31aをその弾性に抗してスキンプレート13の方向へ押し付けて、セグメント20とスキンプレート13との間に収まるようにしつつスライド移動させる。
When the
スパイラル状のテールシール30の列と列との間(一列目と二列目との間)には、空間が発生する。この空間に沿って、外部から地下水や土砂等が浸入するため、この列と列との間にテールシール間部材を配置する。
テールシール間部材としては、この空間を充填したグリースで構成するようにしても良い。しかしながら、グリースが外部に消耗していくなどによって、充填作業も頻繁になるおそれも生じ得る。よって、テールシール間部材として、水膨張性シール材33を設けても良い。
A space is generated between the rows of the spiral tail seals 30 (between the first row and the second row). Along the space, since groundwater, earth and sand, etc. enter from the outside, a member between the tail seals is arranged between the rows.
The member between the tail seals may be made of grease filling this space. However, there is a possibility that the filling operation is frequently performed due to the grease being consumed to the outside. Therefore, you may provide the water
図8(A)、図8(B)に示すように、水膨張性シール材33は、単位テールシール31のベース部31bやブラシ部31aの後側に一体に取付けられ、取付けた単位テールシール31と一体となってスライド移動するものである。後側の列の前側ガイドレール32aや単位テールシール31に対してスライド可能に当接するように配置される。
この水膨張性シール材33は、膨張して空間を塞ぎ止水性を確保できるものであれば良い。また、グリースの充填と併用しても良い。併用の場合は、完全に空間を塞げなくとも止水性を確保できる。さらに、充填されたグリースにこのような水膨張性シール材33を併用すれば、充填されたグリースが流出するのを防止する効果がある。グリースの流出を防止するという効果だけを図るのであれば、水膨張性シール材33でなくとも、単なるグリース流出防止として流出の抵抗となる機能を備えるものであれば良い。
As shown in FIGS. 8A and 8B, the water-
The water-
図8(A)、図8(B)では、水膨張性シール材33は、膨張する前の状態のイメージを示している。図2、図5乃至図7では、水膨張性シール材33は、膨張した後の状態のイメージを示している。図2、図5乃至図7では、水膨張性シール材33は、スキンプレート13の周方向に隣接する2つの単位テールシール31にわたって取付けられている。このようにすると、隣接する2つの単位テールシール31間の止水性が向上する。しかし、これに限らず、一つの単位テールシール31に取付けられても良い。
8A and 8B, the water-
水膨張性シール材33は、数個の単位テールシール31のうちの一つに設けるというように、間隔を空けて更に設けても良い。そのようにすると、グリースの流出防止効果も止水性も向上させることができる。
The water-
また、単位テールシール31に取付ける水膨張性シール材33に代えて、流体を充填することで空間を閉塞させる袋体を取付けるようにしても良い。このような袋体であれば、スライドさせる際には、止水性を確保した上で充填した流体を適宜な量で排出することで、スライド作業に際しての抵抗を低下させることができる。その際には、袋体に充填する流体の通路は、周方向に並ぶ単位テールシール31のベース部31bを貫通させて形成して、スパイラル状の始点付近に開口させるようにするなどして確保する。
Further, instead of the water-
本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば以下のようなものも含まれる。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the following are included.
本実施の形態では、テールシールにブラシ方式を採用したが、他の方式のものでも良い。
また、スキンプレート13の内周面に前側ガイドレール32aと後側ガイドレール32bを設けてガイドレール32としたが、スキンプレート自体に溝を設けてテールシールをスライド移動可能に係合させるものでも良い。さらに、テールシール側に溝を設けて当該溝にスライド可能に係合するガイドレールをスキンプレートに設けるようにしても良い。
In this embodiment, the brush method is adopted for the tail seal, but other types may be used.
Also, the
テールシールを交換する際にテールシールに接触するセグメントは、その接触面の摩擦係数が低いものにしても良い。例えば、RCセグメントではなく鋼製セグメントとしたり、RCセグメントの背面に鋼板を貼り付けたものとする。このようにすると、テールシールをスライドさせる際の抵抗を小さくすることができる。 The segment that comes into contact with the tail seal when the tail seal is replaced may have a low coefficient of friction on the contact surface. For example, it is assumed that the steel segment is used instead of the RC segment, or a steel plate is attached to the back surface of the RC segment. If it does in this way, the resistance at the time of sliding a tail seal can be made small.
いずれの実施形態における各技術的事項を他の実施形態に適用して実施例としても良い。 Each technical matter in any embodiment may be applied to other embodiments as an example.
10 シールド掘進機
11 前胴
12 後胴
13 スキンプレート
20 セグメント
30 テールシール
31 単位テールシール
31a ブラシ部
31b ベース部
31c 前側係合部
31d 後側係合部
32 ガイドレール
32a 前側ガイドレール
32b 後側ガイドレール
33 テールシール間部材(水膨張性シール材)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記シールド掘進機は、
前記スキンプレートの内周面に設けられ、前記テールシールをスライド可能に取付けることが可能なガイドレールと、
前記ガイドレールにスライド可能に取付けられた複数のテールシールと、
を備え、
前記ガイドレールは、前記スキンプレートの内周面に、スパイラル状に設けられていることを特徴とするシールド掘進機。 A shield machine having a replaceable tail seal on the inner peripheral surface of the skin plate,
The shield machine is
A guide rail provided on the inner peripheral surface of the skin plate and capable of slidably mounting the tail seal;
A plurality of tail seals slidably attached to the guide rail;
With
The shield machine according to claim 1, wherein the guide rail is spirally provided on the inner peripheral surface of the skin plate.
シールド掘進機の軸方向に並ぶテールシールとテールシールとの間には、テールシール間部材が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のシールド掘進機。 The guide rail is provided in a spiral shape that makes at least one round of the inner peripheral surface of the skin plate,
The shield machine according to claim 1, wherein a tail seal inter-member is provided between the tail seals arranged in the axial direction of the shield machine.
前記ガイドレールの始点に取付けられているテールシールを終点方向へ移動させることで、前記ガイドレールの終点に取付けられているテールシールを前記ガイドレールから押し出すことを特徴とするシールド掘進機のテールシール交換方法。 A tail seal replacement method for a shield machine according to any one of claims 1 to 4,
The tail seal attached to the start point of the guide rail is moved in the direction of the end point to push out the tail seal attached to the end point of the guide rail from the guide rail. method of exchange.
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