JP2020084692A - スプレッダ - Google Patents

Abstract

【課題】セグメント種類の切り替えに伴うスプレッダに固定する硬質ウレタン等の弾性板材の脱着作業を不要とし、当該段取り替えによるシールド工事の工程遅延を回避することを可能とするスプレッダの提供をする。【解決手段】推進ジャッキ１２の先端に設けられセグメント２を押圧するスプレッダ３において、スプレッダ３の押圧面の周縁部のうち、トンネルの内側に位置する内側縁部及び／又はトンネルの外側に位置する外側縁部に沿って弾性板材３２を設けること。【選択図】図２

Description

本発明は、シールド機に装備された推進ジャッキの推力をセグメントに伝達させるためのスプレッダに関する。

鉄筋コンクリート製セグメント（以下、ＲＣセグメントと略記する。）に、シールド機に備えられた推進ジャッキの推力を伝達させる場合、スプレッダの押圧面である鋼製の支圧板の全面にウレタン製等のパッドを固定し、ＲＣセグメントから鋼製セグメント（以下、ＳＴセグメントと略記する。）にセグメントを切り替える場合はパッドを取り外す作業が従来より行われている。
すなわち、コンクリートより剛性の高い鋼製の支圧板をＲＣセグメントにそのまま押し当てると、当該セグメントの角部に局所的な応力が集中し、角欠けの原因になるため、ＲＣセグメント等のコンクリート系セグメントをジャッキで推進する場合は、コンクリートより剛性の低いウレタン等の弾性体を鋼製の支圧板全面に固定する形態が一般に適用されている。
一方、ＳＴセグメントの場合、トンネル軸方向に配置されている縦リブに推力を集中的に伝達させるため、鋼製より剛性の低い素材でセグメントの端面を押圧すると、主桁等の構造部材にもその押圧力が加わり、曲げ変形を起こす可能性がある。このため、ＳＴセグメントに対しては、鋼製の支圧板全面で押圧する形態が採られている。

特許文献１には、セグメントに当接するスプレッダーシューが互いに重なり合う２枚の板状の滑動材と、これらの滑動材を両側から挟むように配置された支圧板と、滑動材及び支圧板に形成された穴を貫通するように設けられた鋼製のピンと、ピンの外周を囲むように設けられた筒状のゴムからなる弾性体と、支圧板のセグメント側の面に取り付けられたアダプターとを備え、その面内方向のすべての向きに移動可能な形態が開示されている。

特開２０１０−２０３１７０号公報

支圧板のセグメントとの当接面へのパッドの取付・取り外し作業は、大掛かりな段取り替えを伴い、トンネルが大断面になるほど、パッドが大型化・重量化し、スプレッダの数も増え、高所での作業も発生することから、当該作業に要する時間も必然的に長くなる。結果的に、その間の掘進停止が余儀なくされるので、トンネル工事の全体工程が圧迫されるのである。
特に、複数車線を備える大断面の道路トンネル等では、一般部を安価なＲＣセグメントで構築するが、併設する上下線同士を連結して、人や緊急車輛等の往来を可能にする横連絡道坑やＵターン路等工事区間については、トンネルを構成するセグメントの切開きを伴うため、ガスによる溶断が可能なＳＴセグメントが適用されることが多い。また、土被りが浅い区間は、軟弱層であることが多く、この場合、耐震上の観点から高耐力を有するコンクリート中詰め鋼製セグメントが適用されることも多い。
このように、１つの工事区間において、頻繁に種類の異なるセグメントを入れ替える作業が発生する場合は、パッドの着脱作業に伴う段取り替えによって、工事全体工程に多大な影響を及ぼす。

本発明は、セグメント種類の切り替えに伴うスプレッダに固定する硬質ウレタン等の弾性板材の脱着作業を不要とし、当該段取り替えによるシールド工事の工程遅延を回避することを可能とするスプレッダの提供を目的とするものである。

前記課題を解決するために、本発明のスプレッダは、推進ジャッキの先端に設けられセグメントを押圧するスプレッダにおいて、前記スプレッダの押圧面の周縁部のうち、トンネルの内側に位置する内側縁部及び／又はトンネルの外側に位置する外側縁部に沿って弾性板材を設けることを特徴とする。
前記前記弾性板材間は鋼製の面からなり、前記弾性板材は前記鋼製の面から突出しており、その突出量は少なくとも推進ジャッキの装備推力の１０％の押圧力で押しつぶすことができ、前記弾性板材は硬質ウレタンからなっていても良い。

スプレッダの内外両周縁部に鋼より低剛性の弾性板材を設けたことによって、ＲＣセグメントの角欠けを防止できる。ＳＴセグメントに使用した際は、弾性板材間の鋼製の面がＳＴセグメントの表面を平面で押圧するので、縦リブ間の主桁等の変形を防止できる。つまり、一つのスプレッダで、ＲＣセグメントとＳＴセグメントの両方に対応できるので、硬質ウレタン等からなる弾性板材の着脱作業を行う必要がない。
したがって、セグメント種類の切替えによる掘進停止が不要となるので、シールド工事全体の工程が大幅に短縮される。
また、弾性板材を前記鋼製の面から少なくとも推進ジャッキの装備推力の１０％の押圧力で押しつぶせるように突出させることで、推進時に弾性板材が圧縮されて、弾性板材間は鋼製の面と略面一になる。これにより、片当たりによるＲＣセグメントの角欠けを防止できる。

シールド機の側断面図である。 本発明のスプレッダ断面図である（図１のＡ部詳細）。 本発明のスプレッダ正面図である（図２の矢視Ａ−Ａ）。 ＲＣセグメントを用いた実施例である（（ａ）側断面図（同図（ｃ）の矢視Ｅ−Ｅ）、（ｂ）平面図（同図（ｃ）の矢視Ｃ−Ｃ）、（ｃ）正面図（同図（ｂ）の矢視Ｄ−Ｄ））。 ＳＴセグメントを用いた実施例である（（ａ）側断面図（同図（ｃ）の矢視Ｅ−Ｅ）、（ｂ）平面図（同図（ｃ）の矢視Ｃ−Ｃ）、（ｃ）正面図（同図（ｂ）の矢視Ｄ−Ｄ））。 従来技術の実施例であり、（ａ）ＲＣセグメントに全面鋼製の面を用いた場合（側断面図（同図の矢視Ｊ−Ｊ）、平面図（同図の矢視Ｉ−Ｉ））、（ｂ）ＳＴセグメントに全面弾性板材を用いた場合（側断面図（同図の矢視Ｌ−Ｌ）、平面図（同図の矢視Ｋ−Ｋ））である。

＜スプレッダ構造＞
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に、シールド機の側断面図を示す。
シールド機１は、円筒形に形成されたシールドスキンプレート１１内に備えられた複数の推進ジャッキ１２，１２・・・からの推力を後述する本発明のスプレッダ３，３・・・を介してリング状に形成されたセグメント２を押圧しながら反力を得て、カッター１３を回転させ地盤中を推進する。
図２に、図１のＡ部詳細である本発明のスプレッダ断面図を、図３に、図２の矢視Ａ−Ａである本発明のスプレッダ正面図をそれぞれ示す。
スプレッダ３には、セグメント２との当接面に鋼製の支圧板３１が備えられている。支圧板３１のセグメント２との当接面は、セグメント２と面接触できるように平滑に形成されている。支圧板３１の当接面は、トンネル断面の内外縁周部に帯状に対向するように配置された弾性板材３２，３２と、その間を支圧板３１の一部である鋼製の面３３とによって構成されている。
なお、弾性板材３２は、セグメントの角欠け等による損傷した部位の供用中の車輛等への落下防止という安全上の観点からは、トンネル断面の内縁周部が優先されるべきであり、帯状に連続的な構成でなくても良い。
各弾性板材３２，３２は、トンネルと同心円の曲率を有する平板状に形成され、各弾性板材３２，３２に設けられた貫通孔に２本のボルト３４，３４をセグメント２との当接する方向から挿通し、支圧板３１に螺合されている。貫通孔は、ボルト３４の螺合部のみ挿通できる径に形成され、ボルト３４の頭部が貫通孔に係止，押圧することで弾性板材３２が支圧板３１に密着一体に固定される。
なお、ボルト３４の頭部端面は、貫通孔と同心円状に設けられた非貫通の凹部内に、少なくとも鋼製の面３３より突出しないように収められている。

本実施形態の弾性板材３２は、硬質ウレタンを用いているが、鋼製の面３３の剛性より低剛性であり、推進ジャッキ１２の最大推力下においても塑性化しないものであれば、その材質は限定されない。
鋼製の面３３からの弾性板材３２の突出量は、少なくとも推進ジャッキ１２の装備推力の１０％の押圧力で押しつぶせる１ｍｍとしている。この突出量は、セグメント２に有害な損傷を及ぼさない値であるが、当該突出量は、弾性板材３２の剛性や、セグメントの剛性、シール溝等の形状・寸法・配置、セグメント２の角部に設けられるラウンド加工等様々な要因で変化するため、この値に限定されない。

＜実施例１＞ ＲＣセグメントを用いた場合
図４に、ＲＣセグメントを用いた実施例を示す。
スプレッダ３を構成する支圧板３１には、ＲＣセグメント２１の角部に相当する位置をカバーするようにトンネル断面の内外縁周部に、帯状に弾性板材３２，３２が配置されているので、鋼より低剛性の弾性板材３２，３２からＲＣセグメント２１の当接面に作用する推力Ｐ₁は、その突出量分の収縮による弾性反発力に相当し、鋼製の面３３からＲＣセグメント２１に作用する推力Ｐ₂と比較して極めて小さく抑えることができる。しかも弾性板材３２，３２を全く付さない場合と比べ、当該当接面には小さいながらも推力Ｐ₁が確実に作用するため、急激な推力の変化によるＲＣセグメント２１の角部周りの過度な応力変化も緩和でき、角欠け等の損傷を防止できる。

＜実施例２＞ ＳＴセグメントを用いた場合
図５に、ＳＴセグメントを用いた実施例を示す。
ＳＴセグメント２２は、主にトンネル断面に沿ってＳＴセグメントの端部にリング状に形成されている主鋼材の主桁２２１，２２１と（中主桁を含む場合は、その中央部に中主桁も配置する。）、主桁２２１に直交するように、対向する主桁２２１，２２１同士を接続している複数の縦リブ２２３，２２３・・・と、主桁２２１，２２１と複数の縦リブ２２３，２２３・・・とを覆うようにトンネルの外殻を形成する円筒状のスキンプレート２２２からなる。
シールド機１のジャッキ推力の伝達は、主に押圧有効断面２２４（縦リブ２２３の鋼製の面３３に当接する範囲）を介して行われるため、その推力Ｐ₄は縦リブ２２３に線荷重的に集中的に作用する。密実なコンクリートで形成されているＲＣセグメント２１の面荷重的に作用する場合とは対照的である。

＜従来技術１＞ ＲＣセグメントを用いた場合
図６に、従来技術の実施例であり、（ａ）ＲＣセグメントに全面鋼製の面を用いた場合及び（ｂ）ＳＴセグメントに全面弾性板材を用いた場合を示す。
同図（ａ）より、支圧板３１のＲＣセグメント２１への当接面から弾性板材を外した全面が鋼製の面３３の場合であって、密実なＲＣセグメント２２の当接面には、略同様な推力Ｐ₂’が作用する。このため、ＲＣセグメント２１に、ＲＣセグメント２１を構成するコンクリートより剛性の高い鋼製の面３３が当接する際の衝撃や片当たり等によって、ＲＣセグメント２１の、特に角部（同図Ｃ部）には応力が集中し、角欠け等の損傷を及ぼす原因となり得る。
一方、本実施形態の弾性板材３２，３２の形態であれば、ＲＣセグメント２１の角部には、その突出量分の収縮による弾性反発力に相当する推力Ｐ₁が作用するのみなので、その影響は極めて小さく抑えることができる。

＜従来技術２＞ ＳＴセグメントを用いた場合
また、同図（ｂ）より、支圧板３１のＳＴセグメント２２への当接面の全面に、ウレタン等の弾性板材を固定した場合、縦リブ２２３の剛性が当該弾性板材の剛性より高いので、支圧板３１の押圧によって、縦リブ２２３が弾性板材に食い込み、その食い込んだ分、主桁２２１には弾性板材からの弾性反発力が作用し、同図に示すような面外の曲げモーメントＭが生じる。これにより、主桁２２１が曲げ変形を起こしたり、変形によって各溶接部に損傷が波及する可能性も考えられる。
一方、本実施形態の弾性板材３２，３２の形態であれば、主桁２２１にはその突出量分の収縮による弾性反発力に相当する推力Ｐ₃が作用するのみなので、その影響は極めて小さく抑えることができる。

このように、本実施形態のスプレッダによれば、スプレッダの内外両周縁部に鋼より低剛性の弾性板材を設けたことによって、ＲＣセグメントの角欠けを防止できる。ＳＴセグメントに使用した際は、弾性板材間の鋼製の面がＳＴセグメントの表面を平面で押圧するので、縦リブ間の主桁の変形を防止できる。つまり、一つのスプレッダで、ＲＣセグメントとＳＴセグメントの両方に対応できるので、硬質ウレタン等からなる弾性板材の着脱作業を行う必要がない。
したがって、セグメント種類の切替えによる掘進停止が不要となるので、シールド工事全体の工程が大幅に短縮される。
また、弾性板材を前記鋼製の面から少なくとも推進ジャッキの装備推力の１０％の押圧力で押しつぶせるように突出させることで、推進時に弾性板材が圧縮されて、弾性板材間は鋼製の面と略面一になる。これにより、片当たりによるＲＣセグメントの角欠けを防止できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

１ シールド機
１１ シールドスキンプレート
１２ 推進ジャッキ
１３ カッター
２ セグメント
２１ ＲＣセグメント
２２ ＳＴセグメント
２２１ 主桁
２２２ スキンプレート
２２３ 縦リブ
２２４ 押圧有効断面(縦リブの一部)
３ スプレッダ
３１ 支圧板
３２ 弾性板材
３３ 鋼製の面
３４ ボルト

Claims (4)

1. シールド機の推進ジャッキ先端に設けられセグメントを押圧するスプレッダにおいて、
   前記スプレッダの押圧面の周縁部のうち、トンネルの内側に位置する内側縁部及び／又はトンネルの外側に位置する外側縁部に沿って鋼より低剛性の弾性板材を設けることを特徴とするスプレッダ。
2. 前記弾性板材間は鋼製の面からなり、前記弾性板材は前記鋼製の面から突出していることを特徴とする請求項１に記載のスプレッダ。
3. 前記弾性板材の突出量は少なくとも推進ジャッキの装備推力の１０％の押圧力で押しつぶせることを特徴とする請求項１又は２に記載のスプレッダ。
4. 前記弾性板材は硬質ウレタンからなることを特徴とする請求項１乃至３に記載のスプレッダ。

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