JP2021155939A - シールド掘削機元押し装置及びシールド掘削機の初期掘進方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業の短縮化及び簡易化を図ることが可能なシールド掘削機元押し装置を提供する。【解決手段】後端部に推進ジャッキ１３を有する掘削機本体１０の初期掘進時に使用する元押し装置２０であって、水平方向に離間して配置され、掘削機本体１０を前方に押す少なくとも２本の元押しジャッキ２１を備え、掘削機本体１０を発進坑Ａ内に配置するとき、縮小状態の元押しジャッキ２１の先端部と発進坑Ａの口部側の壁面との前後方向の間に、掘削機本体１０が位置するとともに、元押しジャッキ２１の先端部と掘削機本体１０の後端部の推進ジャッキ１３との前後方向の間に、仮組セグメント３１が最大２リング設置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、シールド掘削機元押し装置及びシールド掘削機の初期掘進方法に関する。

パイプライン用などのトンネルを施工する際には、シールド掘削機を用いて、掘削機本体の前端部で地盤を掘削し、掘削機本体の後部においてセグメントを組み立てることをセグメントの１リング毎に繰り返している。

掘削機本体を発進坑から発進させる際には、掘削機本体を元押しジャッキによって推進するが、その間に設置されている多数のリング数の仮組セグメントやストラットを介して反力をとっており、仮組セグメントを１リング毎に設置しながら推進させている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−８８７７号公報

しかしながら、仮組セグメントは、トンネルの一部となるセグメントが本組みされた後に解体される。また、仮組セグメントやストラットは円筒状であるので、作業員の通行、セグメントなどの資材の搬入、切削土砂の排出などの際に妨げとなっていた。なお、仮組セグメントの上部だけを先に解体することも可能であるが、下部は残存するので、作業などを行う際に邪魔になる。特に、このような不都合は、パイプラインなどの長尺体が挿入可能となるように発進坑が前後方向に長い場合に顕著であった。

本発明は、以上の点に鑑み、作業の短縮化及び簡易化を図ることが可能なシールド掘削機元押し装置及びシールド掘削機の初期掘進方法を提供することを目的とする。

本発明のシールド掘削機元押し装置は、後端部に推進ジャッキを有する掘削機本体の初期掘進時に使用する元押し装置であって、水平方向に離間して配置され、前記掘削機本体を前方に押す少なくとも２本の元押しジャッキを備え、前記掘削機本体を前記発進坑内に配置するとき、縮小状態の前記元押しジャッキの先端部と前記発進坑の口部側の壁面との前後方向の間に、前記掘削機本体が位置するとともに、前記元押しジャッキの先端部と前記掘削機本体の後端部の前記推進ジャッキとの前後方向の間に、仮組セグメントが最大２リング設置されていることを特徴とする。

本発明のシールド掘削機元押し装置によれば、掘削機本体を発進坑内に配置するとき、元押しジャッキの先端部と掘削機本体の後端部の推進ジャッキとの前後方向の間に、仮組セグメントが最大２リングしか設置されていない。これにより、セグメントを本組みした後に解体される仮設セグメントのリング数を従来と比較して抑制できるので、作業の短縮化を図ることが可能となる。さらに、元押しジャッキは水平方向に離間して配置されており、その間の空間において作業可能であるので、本組みしたセグメントの後方近傍における作業の簡易化を図ることが可能となる。なお、元押しジャッキの先端部と掘削機本体の後端部の推進ジャッキとの前後方向の間に、仮組セグメントは１リングのみ設置されていることが好ましい。

本発明のシールド掘削機元押し装置において、前記元押しジャッキは、多段ジャッキであることが好ましい。

この場合、元押しジャッキが３段式以上の多段式であるので通常の２段式のジャッキである場合と比較して、ジャッキの長さが同じである場合のストロークを長くすることが可能となる。これにより、元押しジャッキの先端部と掘削機本体の後端部の推進ジャッキとの前後方向の間に仮組セグメントが最大２リングしか存在しなくとも、掘削機本体を発進坑の口部から前方に十分に推進させることが可能となる。

また、本発明のシールド掘削機元押し装置において、前記元押しジャッキの基端部と前記発進坑の口部とは反体側の壁面との前後方向の間に押角又はストラットの少なくとも何れかが存在することが好ましい。

この場合、押角又はストラットが存在することによって、元押しジャッキの先端部と掘削機本体の後端部の推進ジャッキとの前後方向の間に仮組セグメントが最大２リングしか存在しなくとも、掘削機本体を発進坑の口部から前方に十分に推進させることが可能となる。

本発明のシールド掘削機の初期掘進方法は、水平方向に離間して配置される少なくとも２本の元押しジャッキを発進坑内に配置する工程と、縮小状態とした前記元押しジャッキの先端部と前記発進坑の口部側の壁面との前後方向の間の前記発進坑内に、後端部に推進ジャッキを有する掘削機本体を配置する工程と、前記掘削機本体を前記元押しジャッキのピストンを伸長させることに前方に押し出し、前記発進坑の口部より前方の地盤を掘削する工程と、前記掘削機本体の後部であって、前記元押しジャッキの先端部と前記掘削機本体の後端部の前記推進ジャッキとの前後方向の間に、最大２リングの仮組セグメントを設置する工程と、前記掘削機本体を前記推進ジャッキを用いて前方に推進させて、前記掘削機本体の後部であって、前記発進坑の口部の壁面より前方の部分に、前記仮組セグメントに連続させて本設セグメントを組み付ける工程とを備えることを特徴とする。

本発明のシールド掘削機の初期掘進方法によれば、元押しジャッキの先端部と掘削機本体の後端部の推進ジャッキとの前後方向の間に、仮組セグメントが最大２リングしか設置されない。これにより、セグメントを本組みした後に解体される仮組セグメントのリング数を従来と比較して抑制できるので、作業の短縮化を図ることが可能となる。さらに、元押しジャッキは水平方向に離間して配置されており、その間の空間において作業可能であるので、本組みしたセグメントの後方近傍における作業の簡易化を図ることが可能となる。

本発明の実施形態に係るシールド掘削機元押し装置を含むシールド掘削機を用いた発進方法を示す模式正面図。 シールド掘削機を用いた初期掘進方法を示す模式上面図。 シールド掘削機本体を発進坑内に位置させた状態を示す模式正面図。 本発明の実施形態に係るシールド掘削機を用いた初期掘進方法を示すフローチャート。

本発明の実施形態に係るシールド掘削機元押し装置２０を含む（以下、単に元押し装置２０という）シールド掘削機１００について図１及び図２を参照して説明する。シールド掘削機１００は、パイプライン用などのシールドトンネルを施工する際に使用される。

シールド掘削機１００の発進坑Ａは、地盤Ｂを垂直方向に掘削した立坑として形成されている。パイプライン用のシールドトンネルを施工する場合、トンネル完成後に発進坑Ａから長尺のパイプラインを挿入する必要があるため、発進坑Ａは前後方向（シールド掘削機１００の推進方向）に長く形成されている。発進坑Ａを掘削する地盤Ｂには、必要に応じて地盤改良を行っておくことが好ましい。発進坑Ａの口部の周囲には坑口コンクリートＣが設けられており、この坑口コンクリートＣにはパッキン（不図示）が設けられている。

発進坑Ａ内には、シールド掘削機１００を支持する受け台Ｄが設けられている。掘削機１００は、掘削機本体１０、及び掘削機本体１０を発進させるとともに初期掘進時に使用する元押し装置２０を備えている。

掘削機本体１０は、シールド掘削を行う際に使用される掘削機の本体であり、従来から周知のものである。掘削機本体１０は、シールド筒１１、掘削用のカッタヘッド１２、推進用の推進ジャッキ１３、シールド筒１１の内部にてセグメント３１，３２を組み付けるためのエレクタ（不図示）、掘削した土砂を後方に搬出する排土機構（不図示）などを備えている。推進ジャッキ１３は掘削機本体１０の後端部に配置されている。

元押し装置２０は、複数本、ここでは４本の元押しジャッキ２１、反圧壁（支圧壁）２２、押角２３及びストラット２４などから構成されており、これらは受け台Ｄにより支持されている。

元押しジャッキ２１は、水平方向に離間して設けられており、ここでは、２本の元押しジャッキ２１ａが水平方向に離間して受け台Ｄに支持され、他の２本の元押しジャッキ２１ｂが元押しジャッキ２１ａのそれぞれの上方に位置するように、受け台Ｄに設けられた支持台Ｅによって支持されている。なお、図２において、受け台Ｄに及び支持台Ｅは省略されている。

元押しジャッキ２１は、ここでは、互いに連接された複数の異径ロッド部を順次大径側に収納する構造の油圧式多段ジャッキである。多段ジャッキは、収縮時には、各ロッド部が大径側の隣接ロッド部に収納され、最大径のロッド部がシリンダ部中に収納されるので、完全収縮時にはジャッキの全長はシリンダ部の長さにほぼ等しくなる。一方、伸長時には、各ロッド部が順次大径側の隣接ロッド部から突出する。これにより、ジャッキの長さが同じである場合、通常の２段式のジャッキと比較して、大きなストロークを得ることができる。なお、元押しジャッキ２１は、図面では３段式であるが、これに限定されず４段式以上の多段ジャッキであってもよく、さらには、２段式の通常のジャッキであってもよい。

反力壁２２は、発進坑Ａにおける口部とは反対の側、すなわち、発進坑Ａの口部の対面側に設けられており、例えば鋼材などから構成されている。

押角２３は、ボックス鋼材又は型鋼を用いた枠体よりなり、全体として直方体形状である。押角２３は、水平方向に離間した元押しジャッキ２１に対応して、元押しジャッキ２１の後方にて反力壁２２と当接するように位置している。そして、押角２３は、ここでは、前後方向に２個連続して位置するように設けられているが、１個でも３個以上でもよく、その個数は限定されない。

ストラット２４は、板状鋼材などを用いた円筒形状であり、その前後側面には、円形状又は円盤形状の接続板が固定されている。そして、ストラット２４は、接続板同士がボルトなどで連結されることにより、前後方向に連続して、ここでは、３個連続して、元押しジャッキ２１の基端部と押角２３との間に、それぞれ当接して位置している。なお、ストラット２４の個数も限定されない。

そして、元押しジャッキ２１は、それぞれのシリンダの基端側が反力壁２２の側に位置し、ロッドの先端側が発進坑Ａの口部側に位置している。これにより、元押しジャッキ２１は、シリンダの基端部において反力壁２２から押角２３及びストラット２４を介して反力を取って、ロッドの進出、退入により、伸縮可能となっている。

なお、押角２３及びストラット２４は、元押しジャッキ２１と反力壁２２との間に位置して、元押しジャッキ２１のロッドの伸長により掘削機本体１０を発進させるために機能する推力受材であり、上述した構成や形状が異なっていてもよい。

元押しジャッキ２１は、ロッドの伸長により、押輪２５を介してセグメント３１，３２を前方に推進させる。押輪２５は、例えば鋼製の短円筒形状であり、受け台Ｃに支持されている。

それぞれのセグメント３１，３２は、例えば、６個などの複数個の鋼製の部材が組み付けられてなる全体として短円筒状（リング状）の部材であり、掘削機本体１０の後部の前記エレクタを用いて作業員によって組み立てられる。

仮組セグメント３１は、発進坑Ａ内に位置する仮組みのセグメントであり、本設セグメント３２が構築された後に除去され、ここでは１リングのみである。一方、本設セグメント３２は、トンネルの壁体の一部となるものであり、仮組セグメント３１の前方に多数リング連続して組み付けられる。そして、掘削機本体１０の発進時において、元押しジャッキ２１の先端部の推進ジャッキ１３と掘削機本体１０の後端との前後方向の間に、仮組セグメント３１が１リングしか設置されていない。

さらに、図３を参照して、全ての元押しジャッキ２１のピストンを完全に収縮したときに、発進坑Ａの口部側の側面とストラット２４との前後方向の隙間の空間に、掘削機本体１０が配置することができるように、押角２３及びストラット２４の前後方向の合計長さが定められている。押角２３及びストラット２４は、元押しジャッキ２１と反力壁２２との間隔を調整する機能も有する。

以下、本発明の実施形態に係るシールド掘削機１００の初期掘進方法について図４も参照して説明する。

まず、元押しジャッキ２１、反圧壁２２、押角２３及びストラット２４から構成される元押し装置２０を発進坑Ａ内に配置する元押し装置配置工程（Ｓ１）を行う。

次に、縮小状態とした元押しジャッキ２１の先端部と発進坑Ａの口部側の壁面との前後方向の間の発進坑Ａ内に、掘削機本体１０を配置する掘削機本体配置工程（Ｓ２）を行う。

次に、掘削機本体１０を元押しジャッキ２１のピストンを伸長させることに前方に押し出し、発進坑Ａの口部より前方の地盤を掘削する地盤掘削工程（Ｓ３）を行う。

次に、掘削機本体１０の後部において、元押しジャッキ２１の先端部と掘削機本体１０の後端部の推進ジャッキ１３との前後方向の間に、仮組セグメント３１を１リングのみ設置するセグメント仮組み工程（Ｓ４）を行う。

次に、掘削機本体１０を前方に推進させて、掘削機本体１０の後部において、発進坑Ａの口部の壁面より前方の部分に、仮組セグメント３１に連続させて本設セグメント３２を設置するセグメント本組み工程（Ｓ５）を行う。セグメント本組み工程（Ｓ５）を連続して行うことにより、本設セグメント３２が前後方向に連続してなるトンネルを構築することができる。

セグメント本組み工程（Ｓ５）において、掘削機本体１０の前方への推進は、推進ジャッキ１３の伸長によって行う。ここで、推進ジャッキ１３の反力は、本設セグメント３２が存在しない場合、あるいは本設セグメント３２のリング数が所定数に達していない場合には、仮組セグメント３１などを介して反力壁２２にとり、本設セグメント３２が所定リング数以上存在する場合には、本設セグメント３２にとればよい。

そして、本設セグメント３２が所定リング数以上設置され、本設セグメント３２から推進ジャッキ１３の反力がとれるようになった後、元押し装置２０及び仮組セグメント３１を解体して発進坑Ａから外部に運び出す解体工程（Ｓ６）を行う。

以上説明したように、本実施形態によれば、元押しジャッキ２１の先端部と掘削機本体１０の後端部の推進ジャッキ１３との前後方向の間に、仮組セグメント３１が１リングしか設置されない。これにより、本設セグメント３２を設置した後に解体される仮組セグメント３１のリング数を従来と比較して抑制できるので、作業の短縮化を図ることが可能となる。

さらに、元押しジャッキ２１は水平方向に離間して配置されており、その間の空間において作業可能であるので、本設セグメント３２の後方近傍における作業の簡易化を図ることが可能となる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。例えば、元押しジャッキ２１の先端部と掘削機本体１０の後端との前後方向の間に仮組セグメント３１が１リングのみ存在する場合について説明したが、２リング存在してもよい。

１０…掘削機本体、 １１…シールド筒、 １２…カッタヘッド、 １３…推進ジャッキ、 ２０…元押し装置（シールド掘削機元押し装置）、 ２１，２１ａ，２１ｂ…元押しジャッキ、 ２２…反圧壁、 ２３…押角、 ２４…ストラット、 ２５…押輪、 ３１…仮組セグメント、 ３２…本設セグメント、 １００…シールド掘削機、 Ａ…発進坑、 Ｂ…地盤、 Ｃ…坑口コンクリート、 Ｄ…受け台、 Ｅ…支持台。

Claims (4)

1. 後端部に推進ジャッキを有する掘削機本体の初期掘進時に使用する元押し装置であって、
   水平方向に離間して配置され、前記掘削機本体を前方に押す少なくとも２本の元押しジャッキを備え、
   前記掘削機本体を前記発進坑内に配置するとき、縮小状態の前記元押しジャッキの先端部と前記発進坑の口部側の壁面との前後方向の間に、前記掘削機本体が位置するとともに、
   前記元押しジャッキの先端部と前記掘削機本体の後端部の前記推進ジャッキとの前後方向の間に、仮組セグメントが最大２リング設置されていることを特徴とするシールド掘削機元押し装置。
2. 前記元押しジャッキは、多段ジャッキであることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘削機元押し装置。
3. 前記元押しジャッキの基端部と前記発進坑の口部とは反体側の壁面との前後方向の間に押角又はストラットの少なくとも何れかが存在することを特徴とする請求項１又は２に記載のシールド掘削機元押し装置。
4. 水平方向に離間して配置される少なくとも２本の元押しジャッキを発進坑内に配置する工程と、
   縮小状態とした前記元押しジャッキの先端部と前記発進坑の口部側の壁面との前後方向の間の前記発進坑内に、後端部に推進ジャッキを有する掘削機本体を配置する工程と、
   前記掘削機本体を前記元押しジャッキのピストンを伸長させることに前方に押し出し、前記発進坑の口部より前方の地盤を掘削する工程と、
   前記掘削機本体の後部であって、前記元押しジャッキの先端部と前記掘削機本体の後端部の前記推進ジャッキとの前後方向の間に、最大２リングの仮組仮設セグメントを設置する工程と、
   前記掘削機本体を前記推進ジャッキを用いて前方に推進させて、前記掘削機本体の後部であって、前記発進坑の口部の壁面より前方の部分に、前記仮組セグメントに連続させて本設セグメントを組み付ける工程とを備えることを特徴とするシールド掘削機の初期掘進方法。

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