JP3549864B2 - トンネルボーリングマシン用セグメント及びトンネルボーリングマシン推進方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルボーリングマシン（以下、ＴＢＭという）による地山の掘削において、ＴＢＭが推進する際の反力を取るためのＴＢＭ用セグメント及びＴＢＭ推進方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
山岳トンネル施工等の岩盤掘削を対象としたＴＢＭは、通常グリッパシューと呼ばれる反力装置を掘削したトンネルの壁面に押し付け、壁面との摩擦力を推進反力としている。しかし、断層破砕帯等の軟弱地盤をＴＢＭが通過する際には、トンネルの壁面に推進反力をとることができないため、シールド工法で用いられるようなセグメントによって壁面の支保が行われる。セグメントは、カッタヘッドの後部で組み立てられ、トンネルの壁面に沿ったリング状のセグメントの内面からＴＢＭのグリッパシューが張られ、セグメントとの摩擦力を推進反力としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、セグメントは、一般的にセグメントの外部にかかる土圧や水圧に対して設計されるため、セグメント内面からの力に対しては強度が十分ではない。また、ＴＢＭのグリッパシューは、例えば、φ４．５ｍ級のマシンにおいては１，６００ｔ（マシンが前進するためには最低５００ｔ程度）の力を必要とする。したがって、この力がグリッパシューからセグメントに直接かかると、セグメントは変形あるいは破損し、ＴＢＭが推進した後に再度組み直す必要がある。
また、セグメントの変形や破損を防ぐために、セグメント内面のグリッパシューが接触する箇所に木材を設置する場合があるが、木材は、ほとんど弾性変形せず、塑性変形もしくは一回の使用で破損してしまう。
一方、ＴＢＭでは、上記課題を解決する簡易な方法としてセグメントのグリッパシューが接触する箇所にコンクリートを吹き付けることも可能であるが、ＴＢＭの吹き付けコンクリートは高価である。また、この吹き付けたコンクリートは最終的にはつる必要があり、その際に早期に強度発現したコンクリートのはつりに多くの作業時間を必要としていた。
【０００４】
そこで、本発明の課題は、グリッパシューからの押圧力による変形及び破損を防止するＴＢＭ用セグメント及びＴＢＭ推進方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、
請求項１記載の発明は、例えば、図１〜２、図５に示すように、トンネルボーリングマシン３により地山を掘削してトンネルを構築する際に軟弱地盤部分などで支保として用いられ、トンネルボーリングマシンが推進する際の反力を掘削されたトンネル内面から取るためのグリッパシュー３６が押し付けられるトンネルボーリングマシン用セグメント１１〜１３であって、支保となるセグメント本体と、該セグメント本体の内面側のトンネルボーリングマシンのグリッパシューが対応する部分に設けられる緩衝ゴム２とを備えていることを特徴とする。
【０００６】
請求項１記載の発明によれば、支保となるセグメント本体と、セグメント本体の内面側のトンネルボーリングマシンのグリッパシューが対応する部分に緩衝ゴムが設けられているため、緩衝ゴムがグリッパシューからセグメントにかかる押圧力を分散させることができ、セグメントの変形及び破損を防止することができる。これにより、トンネルボーリングマシン通過後のセグメントの組み直し作業を省くことができる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、例えば、図１、図５に示すように、前記セグメント本体は、スキンプレート１５、主桁１６、継手板１７、補強リブ１８を備え、前記緩衝ゴムは、前記主桁、継手板、補強リブのうちの一つ以上に囲まれるセグメント本体内面に設置され、前記スキンプレートの内面から前記主桁、継手板、補強リブの長尺側の側縁までの距離より前記緩衝ゴムが厚く形成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明によれば、スキンプレートの内面から主桁、継手板、補強リブの長尺側の側縁までの距離より緩衝ゴムが厚く形成されているため、グリッパシューがセグメント本体に接触することがない。したがって、セグメントの変形及び破損を防止することができる。
【０００９】
請求項３記載の発明は、例えば、図２に示すように、前記緩衝ゴムが複数層からなるとともに、前記セグメント本体の内面側に配置される主ゴム層２１と、前記グリッパシューが接触する側に設けられる表面ゴム層２２とを備え、前記表面ゴム層が主ゴム層より柔軟なゴムから形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明によれば、緩衝ゴムを複数層から形成することにより、グリッパシューからの押圧力を分散させる効果がさらに向上する。また、グリッパシューが緩衝ゴムに接触する部分には、主ゴム層より柔軟な表面ゴム層が設けられているため、グリッパシューの緩衝ゴムへのくい込みを確実なものとすることができる。また、劣化するのはグリッパシューに接触する表面ゴム層であり、緩衝ゴムのメンテナンスは表面ゴム層を交換するだけでよく、交換作業の容易化及びコストの低減を図ることができる。
【００１１】
請求項４記載の発明は、例えば、図１〜２、図５に示すように、前記緩衝ゴムが脱着自在に前記セグメント本体に取り付けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明によれば、緩衝ゴムが脱着自在にセグメント本体に取り付けられているため、再利用が可能であり、作業工程及びコストの低減を図ることができる。
【００１３】
請求項５記載の発明は、例えば、図１、図３に示すように、請求項１〜４のいずれか一つに記載のトンネルボーリングマシン用セグメントを用いたトンネルボーリングマシン推進方法であって、トンネルの既に構築された部分に設置されたセグメントの前記緩衝ゴムの部分にグリッパシューを押し付けて、セグメントからグリッパシューを介して反力を取り、トンネルボーリングマシンを推進することを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の発明によれば、緩衝ゴムの部分にグリッパシューを押し付けて、セグメントからグリッパシューを介して反力を取り、トンネルボーリングマシンを推進する簡単な施工方法で請求項１〜４のいずれかと同様の効果を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態のＴＢＭ用セグメント及びＴＢＭ推進方法について詳細に説明する。
最初に、本実施の形態で用いるオープンタイプのＴＢＭ３による地山の掘削の概略について説明する。
図３に示すように、ＴＢＭ３の前部には、カッタヘッドサポート３１を介してカッタヘッド３２が備えられ、該カッタヘッド３２の最先端部は岩盤を掘削するためのトリコンカッタ及びディスクカッタ等のカッタ３３，３３…が複数備えられている。また、後部にはメインビーム３４を介してスラストジャッキ３５によりトンネルの軸方向の前後へ伸縮可能に設けられるグリッパシュー３６が備えられている。
【００１６】
グリッパジャッキ３７，３７の先端には、グリッパシュー３６が備えられており、良好な地山の掘削のときにはグリッパシュー３６，３６をトンネルの壁面に押し付けて反力を取り、カッタヘッド３２を回転させながらスラストジャッキ３５を伸長させてＴＢＭ３本体を推進させて、所定の長さの掘削を完了した後、グリッパジャッキ３７，３７を収縮してトンネルの壁面への押し付けを解除するとともに、グリッパシュー３６をスラストジャッキ３５の収縮によりメインビーム３４に対して前進させることを繰り返し行い、連続的にトンネルを構築する。また、カッタヘッド３２内に取り込まれた掘削土はコンベア（図示しない）により後続設備３８を経由しズリトロや連続コンベアにより坑外へ搬出される。
【００１７】
なお、後続設備３８には、ズリ出し設備のほか、ＴＢＭ３操作のための油圧機器、電気機器等が搭載されている。また、掘削は、事前に先進ボーリングを行い軟弱地盤等の不良地盤の有無を確認しながら行い、不良地盤に遭遇した場合には通常、この種のＴＢＭ３の支保材としては、図示は省略するがメッシュの取着、吹付けコンクリート及びＨ型鋼の支保工で施工する。しかし、出水を伴う断層破砕帯の該不良地盤を掘削するには、カッタヘッドサポート３１の後方にセグメントを組み立てて円筒状のセグメントリングを形成し、不良地盤を保護しながらカッタヘッド３２を推進させ、不良地盤を通過する。
【００１８】
セグメントリング１は、図４〜図７に示すように、Ａ型、Ｂ型、Ｋ型の円弧形状の鋼製セグメント１１〜１３が組み合わされて構成されている。
【００１９】
Ａ型セグメント１１には、図５に示すように、スキンプレート１５、主桁１６、継手板１７、補強リブ１８等が備えられている。
【００２０】
スキンプレート１５は、長方形状の鋼板を円弧板状に湾曲したものであり、地山からの土圧及び水圧を直接受け止める部材である。
【００２１】
主桁１６は、隣接するセグメントリング１間（トンネルの軸方向）の継手となるものである。主桁１６は、スキンプレート１５と同程度に面方向に湾曲された鋼板から形成され、短尺側の側縁部の長さの略１／３となる位置には、隣接するセグメントリング１の主桁１６と接合するための複数のボルト孔が長尺側の側縁部にほぼ平行に備えられている。
主桁１６の長尺側となる一方の側縁部は、スキンプレート１５の長尺側となる二つの側縁部に対応して配置され、二枚の主桁１６のそれぞれ長尺側となる一方の側縁部が溶接によってスキンプレート１５に接合されている。
なお、隣接するセグメントリング１同士は、主桁１６に備えられたボルト孔を介してボルトにて接合されている。
【００２２】
継手板１７は、隣接するセグメントピース間（トンネルの周方向）の継手となるものである。継手板１７は、長方形状の鋼板から形成され、短尺側の側縁部の長さの略１／３となる位置には、隣接するセグメントピースの継手板１７と接合するための複数のボルト孔が長尺側の側縁部にほぼ平行に備えられている。
【００２３】
継手板１７の長尺側となる一方の側縁部は、スキンプレート１５の短尺側となる二つの側縁部に対応して配置され、二枚の継手板１７のそれぞれ長尺側となる一方の側縁部が溶接によってスキンプレート１５に接合されている。
なお、隣接するセグメントピース同士は、継手板１７に備えられたボルト孔を介してボルトにて接合されている。
【００２４】
補強リブ１８は、セグメントの補強を目的とするものであり、トンネルの軸方向に沿ってセグメント内に複数配置されている。補強リブ１８は、アングルのように中央をほぼ直角に曲げられた鋼板から形成されている。また、補強リブ１８の長尺側となる一方の側縁部は、スキンプレート１５の短尺側の側縁部とほぼ平行になるよう、溶接にてスキンプレート１５上に複数接合される。また、補強リブ１８の短尺側となる両側縁部は、スキンプレート１５の長尺側の側縁部に接合された二枚の主桁１６にそれぞれ直角に当接され、溶接にて接合されている。
【００２５】
また、スキンプレート１５の短尺側方向のほぼ中央を通る位置には、裏込材を注入するための円筒形状の注入孔１９がスキンプレート１５の内周面から外周面に貫通するように備えられている。
【００２６】
Ｂ型セグメント１２は、Ａ型セグメント１１と同様の構成であるため、構成要素には同一符号を付して説明を省略する。なお、Ａ型セグメント１１との違いは、Ｂ型セグメント１２の一方の継手板１７が、Ｋ型セグメント１３の継手板１７と接合するために、スキンプレート１５の内周面から見てセグメントリング１の径方向に対して内側へ少し傾いた状態とされていることである。
【００２７】
Ｋ型セグメント１３は、Ａ型セグメント１１と同様の構成であるため、構成要素には同一符号を付して説明を省略する。なお、Ａ型セグメント１１との違いは、Ｋ型セグメント１３の両側の継手板１７が、Ｂ型セグメント１２の継手板１７と接合するために、スキンプレート１５の内周面から見てセグメントリング１の径方向に対して外側へ少し傾いた状態とされていることである。
【００２８】
セグメントリング１は、図４に示すように、トンネルの底部及び側壁部にＡ型セグメント１１が設置され、該Ａ型セグメント１１の端部にＢ型セグメント１２が接続され、Ｂ型セグメント１２の端部間にキーセグメントであるＫ型セグメント１３がはめ込まれ、それぞれがボルトで接続されて完成する。
【００２９】
次に、上述のセグメントの内面に設置される緩衝ゴム２について説明する。
緩衝ゴム２は、主ゴム２１のどちらか一方の表面に表面ゴム２２を接着したものである。主ゴム２１は、例えば、天然ゴムから組成され、グリッパシューの接地圧１６ｋｇｆ／ｃｍ２に対して変形率が４％で、厚さが１００ｍｍ程度のものを使用した。また、表面ゴム２２は、例えば、主ゴム２１より柔軟なコンベアゴムを用い、厚さが９ｍｍ程度のものを使用した。
【００３０】
なお、緩衝ゴム２は、主ゴム２１だけから形成しても使用することはできるが、上述のように４％の変形率では１００ｍｍ程度の厚さとなる主ゴム２１は、４ｍｍ程度収縮するだけであり、グリッパシュー３６のくい込みが浅くなるため、主ゴム２２より柔軟な表面ゴム２２を主ゴム２１に接着することでグリッパシュー３６のくい込み効果を向上させた。また、主ゴム２１と表面ゴム２２との接着には、例えば、ゴム用常温加硫等の方法を用いた。
また、緩衝ゴム２は、一つのセグメント内面側の主桁１６、継手板１７、補強リブ１８のうちの一つ以上によって囲まれる範囲内の大きさに形成されており、使用するセグメントによって自由にサイズを変更することが可能である。
【００３１】
緩衝ゴム２は、バインド線等でセグメントリング１間の継手ボルトに固定されている。その際、スキンプレート１５の内面から主桁１６、継手板１７、補強リブ１８の長尺側の側縁までの距離より緩衝ゴム２が厚く形成されているため、グリッパシュー３６がセグメント本体に接触することがない。
【００３２】
ここで、セグメントに緩衝ゴム２を設置した際の作用について説明する。
ＴＢＭ３のグリッパシュー３６の位置決めを行い、推進反力をとるためにグリッパシュー３６が対応するセグメント内面側に緩衝ゴム２が設置される。グリッパジャッキ３７を伸ばすと、グリッパシュー３６が緩衝ゴム２に接触し、次第に緩衝ゴム２を押圧する。表面ゴム２２にはグリッパシュー３６が十分にくい込み、グリッパシュー３６からの押圧力は、表面ゴム２２から主ゴム２１に伝わる。グリッパシュー３６からの押圧力は、主ゴム２１によって吸収、分散され、セグメントには、セグメントが変形または破損しない程度の押圧力がかかることとなる。
【００３３】
ＴＢＭ３が所定の距離の掘削作業を終えると、グリッパジャッキ３７を収縮させ、グリッパシュー３６の緩衝ゴム２への押圧が解除される。その後、スラストジャッキ３５の収縮により、グリッパシュー３６は掘削方向に移動し、新たな位置で推進反力を取ることになる。また、グリッパシュー３６の移動中に、緩衝ゴム２はセグメントから取り外され、次にグリッパシュー３６が反力を取るセグメントの内面に設置される。以下、この作業を繰り返し、トンネルを構築する。
【００３４】
なお、ＴＢＭ３の規模に合わせて緩衝ゴム２の材質、厚さ等を適宜変更することでセグメントの変形及び破損を防止することができる。また、緩衝ゴム２の設置前にセグメントの注入孔１９から裏込め材を注入しておくことで、セグメントの内側からのグリッパシューの押圧力に対して高い耐久性を発揮することができる。
【００３５】
したがって、本発明のオープンタイプのＴＢＭ３用セグメントによれば、緩衝ゴム２がグリッパシュー３６からの押圧力を吸収及び分散することができるので、セグメントの変形及び破損を防止することができる。また、主ゴム２１を二層に重ねることにより、緩衝ゴム２の効果がさらに向上する。
また、劣化するのは主に表面ゴム２２であり、表面ゴム２２を交換するだけでよく、交換作業の容易化及びコストの低減を図ることができる。また、表面ゴム２２がグリッパシュー３６の緩衝ゴム２へのくい込みを確実なものとすることができる。
また、緩衝ゴム２は、脱着可能であるため、再利用が可能であり、作業工程及びコストの低減を図ることができる。
【００３６】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、緩衝ゴムの代わりに、ゴム状の樹脂等の押圧力を吸収するものであればその材質は問わない。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、緩衝ゴムがグリッパシューからセグメントにかかる押圧力を分散させることができ、セグメントの変形及び破損を防止することができる。これにより、トンネルボーリングマシン通過後のセグメントの組み直し作業を省くことができる。
【００３８】
請求項２記載の発明によれば、スキンプレートの内面から主桁、継手板、補強リブの長尺側の側縁までの距離より緩衝ゴムが厚く形成されているため、グリッパシューがセグメント本体に接触することがない。したがって、セグメントの変形及び破損を防止することができる。
【００３９】
請求項３記載の発明によれば、緩衝ゴムを複数層から形成することにより、グリッパシューからの押圧力を分散させる効果がさらに向上する。また、グリッパシューが緩衝ゴムに接触する部分には、主ゴム層より柔軟な表面ゴム層が設けられているため、グリッパシューの緩衝部材へのくい込みを確実なものとすることができる。また、劣化するのはグリッパシューに接触する表面ゴム層であり、緩衝ゴムのメンテナンスは表面ゴム層を交換するだけでよく、交換作業の容易化及びコストの低減を図ることができる。
【００４０】
請求項４記載の発明によれば、再利用が可能であり、作業工程及びコストの低減を図ることができる。
【００４１】
請求項５記載の発明によれば、緩衝ゴムの部分にグリッパシューを押し付けて、セグメントからグリッパシューを介して反力を取り、トンネルボーリングマシンを推進する簡単な施工方法で請求項１〜４のいずれか一つと同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の緩衝ゴムの配置を説明するためのトンネルの断面図である。
【図２】上記実施の形態における緩衝ゴムの構造を説明するための図である。
【図３】上記実施の形態におけるトンネルボーリングマシン（ＴＢＭ）の構造を説明するための図である。
【図４】上記実施の形態におけるセグメントリングを説明するためのトンネルの断面図である。
【図５】上記実施の形態におけるセグメントリングのＡ型セグメントを説明するための図である。
【図６】上記実施の形態におけるセグメントリングのＢ型セグメントを説明するための図である。
【図７】上記実施の形態におけるセグメントリングのＫ型セグメントを説明するための図である。
【符号の説明】
１ セグメントリング
１１，１２，１３ セグメント
１５ スキンプレート
１６ 主桁
１７ 継手板
１８ 補強リブ
２ 緩衝ゴム
２１ 主ゴム
２２ 表面ゴム
３ トンネルボーリングマシン
３６ グリッパシュー
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルボーリングマシン（以下、ＴＢＭという）による地山の掘削において、ＴＢＭが推進する際の反力を取るためのＴＢＭ用セグメント及びＴＢＭ推進方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
山岳トンネル施工等の岩盤掘削を対象としたＴＢＭは、通常グリッパシューと呼ばれる反力装置を掘削したトンネルの壁面に押し付け、壁面との摩擦力を推進反力としている。しかし、断層破砕帯等の軟弱地盤をＴＢＭが通過する際には、トンネルの壁面に推進反力をとることができないため、シールド工法で用いられるようなセグメントによって壁面の支保が行われる。セグメントは、カッタヘッドの後部で組み立てられ、トンネルの壁面に沿ったリング状のセグメントの内面からＴＢＭのグリッパシューが張られ、セグメントとの摩擦力を推進反力としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、セグメントは、一般的にセグメントの外部にかかる土圧や水圧に対して設計されるため、セグメント内面からの力に対しては強度が十分ではない。また、ＴＢＭのグリッパシューは、例えば、φ４．５ｍ級のマシンにおいては１，６００ｔ（マシンが前進するためには最低５００ｔ程度）の力を必要とする。したがって、この力がグリッパシューからセグメントに直接かかると、セグメントは変形あるいは破損し、ＴＢＭが推進した後に再度組み直す必要がある。
また、セグメントの変形や破損を防ぐために、セグメント内面のグリッパシューが接触する箇所に木材を設置する場合があるが、木材は、ほとんど弾性変形せず、塑性変形もしくは一回の使用で破損してしまう。
一方、ＴＢＭでは、上記課題を解決する簡易な方法としてセグメントのグリッパシューが接触する箇所にコンクリートを吹き付けることも可能であるが、ＴＢＭの吹き付けコンクリートは高価である。また、この吹き付けたコンクリートは最終的にはつる必要があり、その際に早期に強度発現したコンクリートのはつりに多くの作業時間を必要としていた。
【０００４】
そこで、本発明の課題は、グリッパシューからの押圧力による変形及び破損を防止するＴＢＭ用セグメント及びＴＢＭ推進方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、
請求項１記載の発明は、例えば、図１〜２、図５に示すように、トンネルボーリングマシン３により地山を掘削してトンネルを構築する際に軟弱地盤部分などで支保として用いられ、トンネルボーリングマシンが推進する際の反力を掘削されたトンネル内面から取るためのグリッパシュー３６が押し付けられるトンネルボーリングマシン用セグメント１１〜１３であって、支保となるセグメント本体と、該セグメント本体の内面側のトンネルボーリングマシンのグリッパシューが対応する部分に設けられる緩衝ゴム２とを備えていることを特徴とする。
【０００６】
請求項１記載の発明によれば、支保となるセグメント本体と、セグメント本体の内面側のトンネルボーリングマシンのグリッパシューが対応する部分に緩衝ゴムが設けられているため、緩衝ゴムがグリッパシューからセグメントにかかる押圧力を分散させることができ、セグメントの変形及び破損を防止することができる。これにより、トンネルボーリングマシン通過後のセグメントの組み直し作業を省くことができる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、例えば、図１、図５に示すように、前記セグメント本体は、スキンプレート１５、主桁１６、継手板１７、補強リブ１８を備え、前記緩衝ゴムは、前記主桁、継手板、補強リブのうちの一つ以上に囲まれるセグメント本体内面に設置され、前記スキンプレートの内面から前記主桁、継手板、補強リブの長尺側の側縁までの距離より前記緩衝ゴムが厚く形成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明によれば、スキンプレートの内面から主桁、継手板、補強リブの長尺側の側縁までの距離より緩衝ゴムが厚く形成されているため、グリッパシューがセグメント本体に接触することがない。したがって、セグメントの変形及び破損を防止することができる。
【０００９】
請求項３記載の発明は、例えば、図２に示すように、前記緩衝ゴムが複数層からなるとともに、前記セグメント本体の内面側に配置される主ゴム層２１と、前記グリッパシューが接触する側に設けられる表面ゴム層２２とを備え、前記表面ゴム層が主ゴム層より柔軟なゴムから形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明によれば、緩衝ゴムを複数層から形成することにより、グリッパシューからの押圧力を分散させる効果がさらに向上する。また、グリッパシューが緩衝ゴムに接触する部分には、主ゴム層より柔軟な表面ゴム層が設けられているため、グリッパシューの緩衝ゴムへのくい込みを確実なものとすることができる。また、劣化するのはグリッパシューに接触する表面ゴム層であり、緩衝ゴムのメンテナンスは表面ゴム層を交換するだけでよく、交換作業の容易化及びコストの低減を図ることができる。
【００１１】
請求項４記載の発明は、例えば、図１〜２、図５に示すように、前記緩衝ゴムが脱着自在に前記セグメント本体に取り付けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明によれば、緩衝ゴムが脱着自在にセグメント本体に取り付けられているため、再利用が可能であり、作業工程及びコストの低減を図ることができる。
【００１３】
請求項５記載の発明は、例えば、図１、図３に示すように、請求項１〜４のいずれか一つに記載のトンネルボーリングマシン用セグメントを用いたトンネルボーリングマシン推進方法であって、トンネルの既に構築された部分に設置されたセグメントの前記緩衝ゴムの部分にグリッパシューを押し付けて、セグメントからグリッパシューを介して反力を取り、トンネルボーリングマシンを推進することを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の発明によれば、緩衝ゴムの部分にグリッパシューを押し付けて、セグメントからグリッパシューを介して反力を取り、トンネルボーリングマシンを推進する簡単な施工方法で請求項１〜４のいずれかと同様の効果を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態のＴＢＭ用セグメント及びＴＢＭ推進方法について詳細に説明する。
最初に、本実施の形態で用いるオープンタイプのＴＢＭ３による地山の掘削の概略について説明する。
図３に示すように、ＴＢＭ３の前部には、カッタヘッドサポート３１を介してカッタヘッド３２が備えられ、該カッタヘッド３２の最先端部は岩盤を掘削するためのトリコンカッタ及びディスクカッタ等のカッタ３３，３３…が複数備えられている。また、後部にはメインビーム３４を介してスラストジャッキ３５によりトンネルの軸方向の前後へ伸縮可能に設けられるグリッパシュー３６が備えられている。
【００１６】
グリッパジャッキ３７，３７の先端には、グリッパシュー３６が備えられており、良好な地山の掘削のときにはグリッパシュー３６，３６をトンネルの壁面に押し付けて反力を取り、カッタヘッド３２を回転させながらスラストジャッキ３５を伸長させてＴＢＭ３本体を推進させて、所定の長さの掘削を完了した後、グリッパジャッキ３７，３７を収縮してトンネルの壁面への押し付けを解除するとともに、グリッパシュー３６をスラストジャッキ３５の収縮によりメインビーム３４に対して前進させることを繰り返し行い、連続的にトンネルを構築する。また、カッタヘッド３２内に取り込まれた掘削土はコンベア（図示しない）により後続設備３８を経由しズリトロや連続コンベアにより坑外へ搬出される。
【００１７】
なお、後続設備３８には、ズリ出し設備のほか、ＴＢＭ３操作のための油圧機器、電気機器等が搭載されている。また、掘削は、事前に先進ボーリングを行い軟弱地盤等の不良地盤の有無を確認しながら行い、不良地盤に遭遇した場合には通常、この種のＴＢＭ３の支保材としては、図示は省略するがメッシュの取着、吹付けコンクリート及びＨ型鋼の支保工で施工する。しかし、出水を伴う断層破砕帯の該不良地盤を掘削するには、カッタヘッドサポート３１の後方にセグメントを組み立てて円筒状のセグメントリングを形成し、不良地盤を保護しながらカッタヘッド３２を推進させ、不良地盤を通過する。
【００１８】
セグメントリング１は、図４〜図７に示すように、Ａ型、Ｂ型、Ｋ型の円弧形状の鋼製セグメント１１〜１３が組み合わされて構成されている。
【００１９】
Ａ型セグメント１１には、図５に示すように、スキンプレート１５、主桁１６、継手板１７、補強リブ１８等が備えられている。
【００２０】
スキンプレート１５は、長方形状の鋼板を円弧板状に湾曲したものであり、地山からの土圧及び水圧を直接受け止める部材である。
【００２１】
主桁１６は、隣接するセグメントリング１間（トンネルの軸方向）の継手となるものである。主桁１６は、スキンプレート１５と同程度に面方向に湾曲された鋼板から形成され、短尺側の側縁部の長さの略１／３となる位置には、隣接するセグメントリング１の主桁１６と接合するための複数のボルト孔が長尺側の側縁部にほぼ平行に備えられている。
主桁１６の長尺側となる一方の側縁部は、スキンプレート１５の長尺側となる二つの側縁部に対応して配置され、二枚の主桁１６のそれぞれ長尺側となる一方の側縁部が溶接によってスキンプレート１５に接合されている。
なお、隣接するセグメントリング１同士は、主桁１６に備えられたボルト孔を介してボルトにて接合されている。
【００２２】
継手板１７は、隣接するセグメントピース間（トンネルの周方向）の継手となるものである。継手板１７は、長方形状の鋼板から形成され、短尺側の側縁部の長さの略１／３となる位置には、隣接するセグメントピースの継手板１７と接合するための複数のボルト孔が長尺側の側縁部にほぼ平行に備えられている。
【００２３】
継手板１７の長尺側となる一方の側縁部は、スキンプレート１５の短尺側となる二つの側縁部に対応して配置され、二枚の継手板１７のそれぞれ長尺側となる一方の側縁部が溶接によってスキンプレート１５に接合されている。
なお、隣接するセグメントピース同士は、継手板１７に備えられたボルト孔を介してボルトにて接合されている。
【００２４】
補強リブ１８は、セグメントの補強を目的とするものであり、トンネルの軸方向に沿ってセグメント内に複数配置されている。補強リブ１８は、アングルのように中央をほぼ直角に曲げられた鋼板から形成されている。また、補強リブ１８の長尺側となる一方の側縁部は、スキンプレート１５の短尺側の側縁部とほぼ平行になるよう、溶接にてスキンプレート１５上に複数接合される。また、補強リブ１８の短尺側となる両側縁部は、スキンプレート１５の長尺側の側縁部に接合された二枚の主桁１６にそれぞれ直角に当接され、溶接にて接合されている。
【００２５】
また、スキンプレート１５の短尺側方向のほぼ中央を通る位置には、裏込材を注入するための円筒形状の注入孔１９がスキンプレート１５の内周面から外周面に貫通するように備えられている。
【００２６】
Ｂ型セグメント１２は、Ａ型セグメント１１と同様の構成であるため、構成要素には同一符号を付して説明を省略する。なお、Ａ型セグメント１１との違いは、Ｂ型セグメント１２の一方の継手板１７が、Ｋ型セグメント１３の継手板１７と接合するために、スキンプレート１５の内周面から見てセグメントリング１の径方向に対して内側へ少し傾いた状態とされていることである。
【００２７】
Ｋ型セグメント１３は、Ａ型セグメント１１と同様の構成であるため、構成要素には同一符号を付して説明を省略する。なお、Ａ型セグメント１１との違いは、Ｋ型セグメント１３の両側の継手板１７が、Ｂ型セグメント１２の継手板１７と接合するために、スキンプレート１５の内周面から見てセグメントリング１の径方向に対して外側へ少し傾いた状態とされていることである。
【００２８】
セグメントリング１は、図４に示すように、トンネルの底部及び側壁部にＡ型セグメント１１が設置され、該Ａ型セグメント１１の端部にＢ型セグメント１２が接続され、Ｂ型セグメント１２の端部間にキーセグメントであるＫ型セグメント１３がはめ込まれ、それぞれがボルトで接続されて完成する。
【００２９】
次に、上述のセグメントの内面に設置される緩衝ゴム２について説明する。
緩衝ゴム２は、主ゴム２１のどちらか一方の表面に表面ゴム２２を接着したものである。主ゴム２１は、例えば、天然ゴムから組成され、グリッパシューの接地圧１６ｋｇｆ／ｃｍ２に対して変形率が４％で、厚さが１００ｍｍ程度のものを使用した。また、表面ゴム２２は、例えば、主ゴム２１より柔軟なコンベアゴムを用い、厚さが９ｍｍ程度のものを使用した。
【００３０】
なお、緩衝ゴム２は、主ゴム２１だけから形成しても使用することはできるが、上述のように４％の変形率では１００ｍｍ程度の厚さとなる主ゴム２１は、４ｍｍ程度収縮するだけであり、グリッパシュー３６のくい込みが浅くなるため、主ゴム２２より柔軟な表面ゴム２２を主ゴム２１に接着することでグリッパシュー３６のくい込み効果を向上させた。また、主ゴム２１と表面ゴム２２との接着には、例えば、ゴム用常温加硫等の方法を用いた。
また、緩衝ゴム２は、一つのセグメント内面側の主桁１６、継手板１７、補強リブ１８のうちの一つ以上によって囲まれる範囲内の大きさに形成されており、使用するセグメントによって自由にサイズを変更することが可能である。
【００３１】
緩衝ゴム２は、バインド線等でセグメントリング１間の継手ボルトに固定されている。その際、スキンプレート１５の内面から主桁１６、継手板１７、補強リブ１８の長尺側の側縁までの距離より緩衝ゴム２が厚く形成されているため、グリッパシュー３６がセグメント本体に接触することがない。
【００３２】
ここで、セグメントに緩衝ゴム２を設置した際の作用について説明する。
ＴＢＭ３のグリッパシュー３６の位置決めを行い、推進反力をとるためにグリッパシュー３６が対応するセグメント内面側に緩衝ゴム２が設置される。グリッパジャッキ３７を伸ばすと、グリッパシュー３６が緩衝ゴム２に接触し、次第に緩衝ゴム２を押圧する。表面ゴム２２にはグリッパシュー３６が十分にくい込み、グリッパシュー３６からの押圧力は、表面ゴム２２から主ゴム２１に伝わる。グリッパシュー３６からの押圧力は、主ゴム２１によって吸収、分散され、セグメントには、セグメントが変形または破損しない程度の押圧力がかかることとなる。
【００３３】
ＴＢＭ３が所定の距離の掘削作業を終えると、グリッパジャッキ３７を収縮させ、グリッパシュー３６の緩衝ゴム２への押圧が解除される。その後、スラストジャッキ３５の収縮により、グリッパシュー３６は掘削方向に移動し、新たな位置で推進反力を取ることになる。また、グリッパシュー３６の移動中に、緩衝ゴム２はセグメントから取り外され、次にグリッパシュー３６が反力を取るセグメントの内面に設置される。以下、この作業を繰り返し、トンネルを構築する。
【００３４】
なお、ＴＢＭ３の規模に合わせて緩衝ゴム２の材質、厚さ等を適宜変更することでセグメントの変形及び破損を防止することができる。また、緩衝ゴム２の設置前にセグメントの注入孔１９から裏込め材を注入しておくことで、セグメントの内側からのグリッパシューの押圧力に対して高い耐久性を発揮することができる。
【００３５】
したがって、本発明のオープンタイプのＴＢＭ３用セグメントによれば、緩衝ゴム２がグリッパシュー３６からの押圧力を吸収及び分散することができるので、セグメントの変形及び破損を防止することができる。また、主ゴム２１を二層に重ねることにより、緩衝ゴム２の効果がさらに向上する。
また、劣化するのは主に表面ゴム２２であり、表面ゴム２２を交換するだけでよく、交換作業の容易化及びコストの低減を図ることができる。また、表面ゴム２２がグリッパシュー３６の緩衝ゴム２へのくい込みを確実なものとすることができる。
また、緩衝ゴム２は、脱着可能であるため、再利用が可能であり、作業工程及びコストの低減を図ることができる。
【００３６】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、緩衝ゴムの代わりに、ゴム状の樹脂等の押圧力を吸収するものであればその材質は問わない。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、緩衝ゴムがグリッパシューからセグメントにかかる押圧力を分散させることができ、セグメントの変形及び破損を防止することができる。これにより、トンネルボーリングマシン通過後のセグメントの組み直し作業を省くことができる。
【００３８】
請求項２記載の発明によれば、スキンプレートの内面から主桁、継手板、補強リブの長尺側の側縁までの距離より緩衝ゴムが厚く形成されているため、グリッパシューがセグメント本体に接触することがない。したがって、セグメントの変形及び破損を防止することができる。
【００３９】
請求項３記載の発明によれば、緩衝ゴムを複数層から形成することにより、グリッパシューからの押圧力を分散させる効果がさらに向上する。また、グリッパシューが緩衝ゴムに接触する部分には、主ゴム層より柔軟な表面ゴム層が設けられているため、グリッパシューの緩衝部材へのくい込みを確実なものとすることができる。また、劣化するのはグリッパシューに接触する表面ゴム層であり、緩衝ゴムのメンテナンスは表面ゴム層を交換するだけでよく、交換作業の容易化及びコストの低減を図ることができる。
【００４０】
請求項４記載の発明によれば、再利用が可能であり、作業工程及びコストの低減を図ることができる。
【００４１】
請求項５記載の発明によれば、緩衝ゴムの部分にグリッパシューを押し付けて、セグメントからグリッパシューを介して反力を取り、トンネルボーリングマシンを推進する簡単な施工方法で請求項１〜４のいずれか一つと同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の緩衝ゴムの配置を説明するためのトンネルの断面図である。
【図２】上記実施の形態における緩衝ゴムの構造を説明するための図である。
【図３】上記実施の形態におけるトンネルボーリングマシン（ＴＢＭ）の構造を説明するための図である。
【図４】上記実施の形態におけるセグメントリングを説明するためのトンネルの断面図である。
【図５】上記実施の形態におけるセグメントリングのＡ型セグメントを説明するための図である。
【図６】上記実施の形態におけるセグメントリングのＢ型セグメントを説明するための図である。
【図７】上記実施の形態におけるセグメントリングのＫ型セグメントを説明するための図である。
【符号の説明】
１ セグメントリング
１１，１２，１３ セグメント
１５ スキンプレート
１６ 主桁
１７ 継手板
１８ 補強リブ
２ 緩衝ゴム
２１ 主ゴム
２２ 表面ゴム
３ トンネルボーリングマシン
３６ グリッパシュー
Claims (5)
- トンネルボーリングマシンにより地山を掘削してトンネルを構築する際に軟弱地盤部分などで支保として用いられ、トンネルボーリングマシンが推進する際の反力を掘削されたトンネル内面から取るためのグリッパシューが押し付けられるトンネルボーリングマシン用セグメントであって、
支保となるセグメント本体と、
該セグメント本体の内面側のトンネルボーリングマシンのグリッパシューが対応する部分に設けられる緩衝ゴムとを備えていることを特徴とするトンネルボーリングマシン用セグメント。 - 前記セグメント本体は、スキンプレート、主桁、継手板、補強リブを備え、
前記緩衝ゴムは、前記主桁、継手板、補強リブのうちの一つ以上に囲まれるセグメント本体内面に設置され、
前記スキンプレートの内面から前記主桁、継手板、補強リブの長尺側の側縁までの距離より前記緩衝ゴムが厚く形成されていることを特徴とする請求項１記載のトンネルボーリングマシン用セグメント。 - 前記緩衝ゴムが複数層からなるとともに、
前記セグメント本体の内面側に配置される主ゴム層と、
前記グリッパシューが接触する側に設けられる表面ゴム層とを備え、
前記表面ゴム層が主ゴム層より柔軟なゴムから形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のトンネルボーリングマシン用セグメント。 - 前記緩衝ゴムが脱着自在に前記セグメント本体に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のトンネルボーリングマシン用セグメント。
- 請求項１〜４のいずれか一つに記載のトンネルボーリングマシン用セグメントを用いたトンネルボーリングマシン推進方法であって、
トンネルの既に構築された部分に設置されたセグメントの前記緩衝ゴムの部分にグリッパシューを押し付けて、セグメントからグリッパシューを介して反力を取り、トンネルボーリングマシンを推進することを特徴とするトンネルボーリングマシンの推進方法。
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