JP2018009322A

JP2018009322A - 異形断面上向きシールド工法

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Publication number: JP2018009322A
Application number: JP2016137629A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　広幸; Hiroyuki Ito; 広幸伊藤; 中島　芳人; Yoshito Nakajima; 芳人中島; 坂本　英俊; Hidetoshi Sakamoto; 英俊坂本; 島田　哲治; Tetsuji Shimada; 哲治島田
Original assignee: Taisei Corp; Jim Technology Corp
Current assignee: Taisei Corp; Jim Technology Corp
Priority date: 2016-07-12
Filing date: 2016-07-12
Publication date: 2018-01-18
Anticipated expiration: 2036-07-12
Also published as: JP6711714B2

Abstract

【課題】横坑と接続される大きな面積立坑を地上環境への影響を抑えて、地下の横坑から効率的に構築できる異形断面上向きシールド工法を提供する。【解決手段】地下の横坑２から上向きに立坑３２を掘進する上向きシールド工法において、横坑２内に搬入可能、かつ、横坑２内から発進な幅で、かつ、長さが幅より長い非円形シールド機１を用い、この非円形シールド機１を横坑２内から上向きに発進させて、従来の円形断面より大きな面積の立坑３２を構築するものである。【選択図】図１

Description

本発明は、地下の横坑内から上向きに立坑を掘進する異形断面上向きシールド工法に関するものである。

横坑と接続される立坑には、下水道の流入坑（ドロップシャフト等）として用いられるものや、電力洞導の共同溝として用いられるもの等がある。流入坑として用いられる立坑には、作業用の空間を並設したいという顧客ニーズが高く、共同溝として用いられる立坑には、ケーブルの曲げ半径が確保できる程度の断面積が欲しいという顧客ニーズが高い等、大きな面積の立坑の顧客ニーズは高い。

特開平９−４１８７３号公報

しかしながら、地上の環境に影響を及ぼさせずに横坑と接続される大きな面積の立坑を構築する工法が存在しないという課題があった。

従来の工法で横坑のルート上に立坑を設ける場合、地上から下向きに立坑を掘進した後、立坑に横坑用シールド機を到達及び発進させて接続する土木的手法が採用された。この土木的手法によれば、上述の顧客ニーズを満たすことは技術的には可能であった。しかし、横坑と立坑との接続作業を土水圧が高い地下で行わなければならず、安全確保に時間とコストがかかり課題があった。また、地上に立坑を掘削するための設備が必要となり、その占有面積および期間または騒音等が地上環境により制約を受ける場合があった。

上述の課題を解決するために、立坑を構築する技術としては、横坑内に円形断面のシールド機を搬入したのち、横坑内からシールド機を上向きに掘進させる上向きシールド工法は知られている。しかし、構築できる立坑のサイズが横坑のサイズで制限されることがあった。

そこで、本発明の目的は、横坑と接続される大きな面積の立坑を地上環境への影響を抑えて、地下の横坑から効率的に構築できる異形断面上向きシールド工法を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明は、地下の横坑内から上向きに立坑を掘進する上向きシールド工法において、前記横坑内に搬入可能な幅で、かつ、長さが前記幅より長い非円形シールド機を用い、この非円形シールド機を前記横坑内から上向きに発進させて、従来の円形断面より大きな面積の立坑を構築する上向きシールド工法を提供する。

本発明の上向きシールド工法によれば、横坑と接続される従来の円形断面より大きな面積の立坑を地下の横坑から構築できる。

本発明の一実施の形態に係る非円形シールド機の斜視説明図である。図１の平面図である。図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。図３のＢ−Ｂ線矢視断面図である。図３のＣ−Ｃ線矢視断面図である。横坑内で搬送中の非円形シールド機の正面断面図である。他の実施の形態に係る非円形シールド機の側面断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

まず、上向きシールド工法で用いる非円形シールド機について説明する。

図１及び図２に示すように、非円形シールド機１は、横坑２内から発進される上向きシールド機である。非円形シールド機１の断面形状は、横坑２内に搬入可能、かつ、横坑２内から発進可能な最大の幅Ｗで、かつ、長さＬが幅Ｗより長い長円形（小判形）に形成されている。具体的には、幅Ｗは、横坑２内から非円形シールド機１が発進するとき横坑２が土水圧等に耐えられる限界の寸法であり、横坑の内径φの約８０％以下である。また、長さＬは、非円形シールド機で構築される立坑の断面が顧客ニーズに沿う面積となるよう設定されている。

図３、図４及び図５に示すように、非円形シールド機１は、上下に延びる筒状に形成されると共に断面形状が横坑２の軸方向に長い長円形に形成されたシールドフレーム３と、シールドフレーム３の上端部を塞ぐバルクヘッド４と、バルクヘッド４に対して回転自在に、かつ、バルクヘッド４の長手方向にスライド自在に設けられた土砂掘削用カッタ装置５と、シールドフレーム３の内周面に沿って組み立てられ構築したセグメントｓから反力を取って推進力を得るためのシールドジャッキ６とを備える。

バルクヘッド４は、後述するカッタスポーク２５の下方（掘進方向後方）に形成されるチャンバ７と、シールド機内８とを隔てる隔壁として機能する。バルクヘッド４は、板状に形成された隔壁部９と、隔壁部９に設けられ土砂掘削用カッタ装置５をスライド可能に支持するスライド支持部１０とを備える。

隔壁部９は、シールドフレーム３の上端部を塞ぐように長円形に形成されている。また、隔壁部９の中央には、後述する土砂掘削用カッタ装置５のセンターシャフト２４を挿通させるための挿通孔１１が形成されている。挿通孔１１は、隔壁部９の長手方向に長い長円形に形成されている。これにより、土砂掘削用カッタ装置５が隔壁部９の長手方向に移動可能となっている。

また、隔壁部９の短手方向の離間したスライド支持部１０外側の２箇所には、排土装置１２の排土管１３がチャンバ７に対して開口して設けられている。排土管１３は、複数の短管を継ぎ足して形成され、それぞれにピンチバルブ１４が設けられると共に、一対の排土ゲート１５がピンチバルブ１４の入口と出口とに位置して設けられている。排土管１３はスライド支持部１０を避けて斜め下方に延ばされ、非円形シールド機１の下方で合流され排土装置１２が形成されている。なお、非円形シールド機１の断面積によっては、排土管１３を１箇所にした排土装置１２とすることも可能である。

スライド支持部１０は、隔壁部９から下方に延びると共にバルクヘッド４の長手方向に延びる板状に形成された一対のフレーム部１６と、これらフレーム部１６に設けられ土砂掘削用カッタ装置５をガイドする一対のガイドレール１７とを備える。フレーム部１６は、バルクヘッド４の短手方向に間隔を隔てて平行に、かつ、バルクヘッド４の中央部を挟むように配置されている。ガイドレール１７は、断面Ｌ字状に形成されており、それぞれのフレーム部１６の対向面に対称に設けられている。ガイドレール１７は、上下方向に延びると共にバルクヘッド４の長手方向に延びる側面ガイド部１７ａと、側面ガイド部１７ａの下端からバルクヘッド４の中央に向けて延びる底面ガイド部１７ｂとを備える。

土砂掘削用カッタ装置５は、ガイドレール１７に沿ってスライドするスライド基部１８と、スライド基部１８に回転自在に設けられたカッタ本体１９とを備える。

スライド基部１８は、バルクヘッド４の長手方向に延びる箱形に形成されている。スライド基部１８は、一対のガイドレール１７の側面ガイド部１７ａ間に位置されており、底面がそれぞれのガイドレール１７の底面ガイド部１７ｂ上に載って支持される。また、スライド基部１８には、後述するカッタ本体１９のセンターシャフト２４を回転自在に支持する軸受部材２０が設けられている。軸受部材２０は、スライド基部１８から上方に延びる筒状の上部軸受部材２０ａと、スライド基部１８から下方に延びる筒状の下部軸受部材２０ｂとからなる。上部軸受部材２０ａは、隔壁部９の挿通孔１１に挿通されている。また、上部軸受部材２０ａには、挿通孔１１を塞ぐための上部蓋板部材２１及び下部蓋板部材２２が設けられている。上部蓋板部材２１及び下部蓋板部材２２は、土砂掘削用カッタ装置５の移動ストローク間にどこの位置であっても挿通孔１１を塞ぐ大きさに形成され、隔壁部９と上部蓋板部材２１及び下部蓋板部材２２との間には土砂シールが設けられており、挿通孔１１を上下から塞いで挿通孔１１の位置に密閉空間を形成する。密閉空間には、止水用のグリスが封入されており、土砂掘削用カッタ装置５の往復移動中においてチャンバ７からの止水が確保されている。

また、それぞれのフレーム部１６には、土砂掘削用カッタ装置５をガイドレール１７に沿ってスライド駆動するためのスライド用駆動装置２３が設けられている。スライド用駆動装置２３は、ジャッキ等をアクチュエータとする。具体的には、スライド用駆動装置２３は、一端がフレーム部１６に連結されると共に、他端がスライド基部１８に連結されており、伸縮することでスライド基部１８をバルクヘッド４の長手方向にスライドさせる。

カッタ本体１９は、スライド基部１８に回転自在に、かつ、上下に延びて設けられたセンターシャフト２４と、センターシャフト２４の上端部外周から径方向外方に放射状に延びて設けられた複数のカッタスポーク２５と、センターシャフト２４及びカッタスポーク２５に設けられた複数のカッタビット２６とを備える。

カッタスポーク２５は、センターシャフト２４の基端側から径方向外方の先端に向けて下方に傾斜して形成される。本実施例は横坑と立坑の外形比率が小さいため、基端側スポーク部２５ａと、先端側に形成され基端側スポーク部２５ａからさらに下方に屈曲された先端側スポーク部２５ｂとを有し、２段の傾斜を設けている。

カッタビット２６は、センターシャフト２４の先端に山形のフィッシュテール部材２７を介して設けられると共に、カッタスポーク２５の上端面にカッタスポーク２５の長手方向に沿って複数設けられている。また、カッタスポーク２５に設けられたカッタビット２６の列は、上端が横坑２の内径φの半径と同じ円弧を描くように形成されている。これにより、カッタ本体１９が回転したとき、カッタビット２６先端の軌跡が横坑２の内径φの半径と同じドーム形状となる。

また、スライド基部１８には、センターシャフト２４を回転駆動するための複数の駆動用モータ２９が設けられている。

次に、非円形シールド機１を用いた立坑の構築方法について述べる。

非円形シールド機１を用いて立坑を構築する場合、まず、横坑２内に非円形シールド機１を搬入する。

図６に示すように、横坑２内に敷設されたレール３０上に台車３１を載せ、この台車３１上に非円形シールド機１を載せ、台車３１を立坑構築位置まで走行させる。

このとき、予め立坑構築位置の横坑２の上壁を切削可能な強度材料から成る切削可能壁（図示せず）で形成しておき、切削可能壁の鉛直下方に、非円形シールド機１を発進させるための反力架台（図示せず）を設置しておく。

この後、非円形シールド機１が立坑構築位置に到達したら、非円形シールド機１を反力架台上に載せ、発進させる。

非円形シールド機１は、シールドジャッキ６を伸長させることで反力架台から反力を取ると共に、土砂掘削用カッタ装置５を回転駆動させ、かつ、土砂掘削用カッタ装置５をバルクヘッド４の長手方向に往復移動させる。カッタ本体１９は、駆動用モータ２９の駆動力で回転駆動され、スライド用駆動装置２３で往復移動される。また、カッタ本体１９は、回転されることでカッタスポーク２５のカッタビット２６先端の軌跡が横坑２の内径φの半径と同じドーム形状となるため、短手方向断面では横坑２の切削可能壁を略均等な厚さで、かつ、長手方向断面ではカッタ本体１９の中心側から切り拡げる形態で掘進できる。このため、例えば平面的な土砂掘削用カッタ（図示せず）のように、外周側ビットが先に接触・切削し、残される中心部切削可能壁の切削片の大きな塊が排出されることがなく、切削可能壁の切削片の大きな塊による排土管１３への閉塞およびピンチバルブ１４等の損傷を防ぐことができる。

この後、非円形シールド機１は、セグメントｓを組み立てて断面長円形の立坑３２（図１参照）を構築しつつ、組み立てたセグメントｓから反力を取って地中を掘進する。非円形シールド機１で構築される立坑３２の幅寸法Ｗは、従来と同等であるものの、長さＬが幅Ｗより長く、従来の円形断面より大きな面積となる。

このように、横坑２内に搬入可能、かつ、横坑２内から発進な幅Ｗで、かつ、長さＬが幅Ｗより長い非円形シールド機１を用い、非円形シールド機１を横坑２内から上向きに発進させて立坑３２を構築するため、横坑２と接続される大きな面積の立坑３２を構築できる。

また、非円形シールド機１は、上下に延びる筒状に形成されると共に断面形状が横坑２の軸方向に長い非円形に形成されたシールドフレーム３と、シールドフレーム３の上端部を塞ぐバルクヘッド４と、バルクヘッド４に対して回転自在に設けられた土砂掘削用カッタ装置５とを備え、土砂掘削用カッタ装置５に設けられたカッタ本体１９は、回転軌跡が横坑２の内径φの半径と同じドーム形状（球面形状）となるように形成されたため、切削可能壁の大きな塊が排土装置１２に取り込まれるのを防ぐことができ、排土管１３への閉塞およびピンチバルブ１４等の損傷を防ぐことができる。

また、シールドフレーム３が断面長円形に形成されると共にバルクヘッド４がシールドフレーム３の上端部を塞ぐ長円形に形成され、土砂掘削用カッタ装置５は、バルクヘッド４に対して回転自在に、かつ、バルクヘッド４の長手方向にスライド自在に設けられるものとしたため、地山を簡易な構造で確実に長円形に掘削できる。

なお、土砂掘削用カッタ装置５は、バルクヘッド４に対して回転自在に、かつ、バルクヘッド４の長手方向にスライド自在に設けられるものとしたが、これに限るものではない。

図７に示すように、土砂掘削用カッタ装置４０は、バルクヘッド４１に対して回転自在に、かつ、バルクヘッド４１の長手方向に揺動自在に設けられるものであってもよい。

この土砂掘削用カッタ装置４０を備える非円形シールド機４２について説明する。なお、上述と同様の構成については説明を省略し、同符号を付す。

非円形シールド機４２は、シールドフレーム３と、シールドフレーム３の上端部を塞ぐバルクヘッド４１と、バルクヘッド４１に対して回転自在に、かつ、バルクヘッド４１の長手方向に揺動自在に設けられた土砂掘削用カッタ装置４０と、シールドジャッキ６とを備える。

バルクヘッド４１は、シールドフレーム３の上端部を塞ぐように長円形に形成された隔壁部４３と、隔壁部４３の中央に設けられ土砂掘削用カッタ装置４０を揺動自在に支持する揺動支持部４４とを備える。揺動支持部４４は、環状に形成されており、内周面４４ａの上下の中間部が球面状に窪んで形成されている。

土砂掘削用カッタ装置４０は、揺動支持部４４の内周面４４ａに沿って揺動する揺動基部４５と、揺動基部４５に回転自在に設けられたカッタ本体４６とを備える。揺動基部４５は、上下に延びる筒状に形成されると共に上下の中間部が球面状に膨らむ形状に形成されている。また、揺動基部４５の外周面４５ａと揺動支持部４４の内周面４４ａは、同じ径に形成されており、常に密接し、これらの間には土砂シールが設けられ揺動作動中におけるチャンバ７からの止水が確保されるようになっている。カッタ本体４６は、揺動基部４５に回転自在に設けられた旋回環４７と、旋回環４７に設けられた中間リング４８と、中間リング４８から上方（掘進方向前方）に延びる複数の中間ビーム４９と、中間ビーム４９の上端に設けられたカッタスポーク５０と、カッタスポーク５０に設けられたカッタビット５１とを備える。

また、揺動基部４５には、カッタスポーク５０の下方に形成されるチャンバ５２とシールド機内５３を隔てる中央隔壁５４が設けられている。中央隔壁５４には、排土装置５５の排土管５６がチャンバ５２側に開口して設けられている。排土管５６は、複数の短管を継ぎ足して形成されている。また、排土管５６には、ピンチバルブ１４が設けられると共に、排土ゲート１５がピンチバルブ１４の出口側に位置して設けられている。別の実施例として排土装置５５を揺動基部４５の中央隔壁部５４に設けず、揺動支持部４４の外側の隔壁部４３に前述のスライド式の実施例のように２箇所の排土管１３を設け、ピンチバルブ１４と排土ゲート１５で形成させ非円形シールド機４２の下方で合流させる方法もある（図示せず）。

このように、土砂掘削用カッタ装置４０が、バルクヘッド４１に対して回転自在に、かつ、バルクヘッド４１の長手方向に揺動自在に設けられるものであっても、地山を確実に長円形に掘削できる。

なお、非円形シールド機１は、カッタスポーク２５を有するスポーク式について説明したが、面板式であってもよい。

また、非円形シールド機は、断面長円形に限るものでもない。例えば非円形シールド機は、断面円形の上向きシールド機を横坑２の軸方向に複数連結した形状の多連シールド機（図示せず）であってもよい。

１非円形シールド機
２横坑
３２立坑

Claims

地下の横坑内から上向きに立坑を掘進する上向きシールド工法において、前記横坑内に搬入可能、かつ、前記横坑内から発進可能な幅で、かつ、長さが前記幅より長い非円形シールド機を用い、この非円形シールド機を前記横坑内から上向きに発進させて大きな面積の立坑を構築することを特徴とする異形断面上向きシールド工法。
前記非円形シールド機は、上下に延びる筒状に形成されると共に断面形状が前記横坑の軸方向に長い非円形に形成されたシールドフレームと、前記シールドフレームの上端部を塞ぐバルクヘッドと、前記バルクヘッドに対して回転自在に、かつ、長手方向に移動可能に設けられた土砂掘削用カッタ装置とを備え、前記土砂掘削用カッタ装置は、回転軌跡が前記横坑の外径より小径のドーム形状となるように形成された請求項１に記載の異形断面上向きシールド工法。
前記シールドフレームが断面長円形に形成されると共に前記バルクヘッドが前記シールドフレームの上端部を塞ぐ長円形に形成され、前記土砂掘削用カッタ装置は、前記バルクヘッドに対して回転自在に、かつ、前記バルクヘッドの長手方向にスライド自在に設けられた請求項２に記載の異形断面上向きシールド工法。
前記シールドフレームが断面長円形に形成されると共に前記バルクヘッドが前記シールドフレームの上端部を塞ぐ長円形に形成され、前記土砂掘削用カッタ装置は、前記バルクヘッドに対して回転自在に、かつ、前記バルクヘッドの長手方向に揺動自在に設けられた請求項２に記載の異形断面上向きシールド工法。