JP3659485B2 - オープンシールド工法による管渠の敷設方法とオープンシールド機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、とくに軟弱地盤に於いて、オープンシールド工法により、パイプ、ボックスカルバートなどの管渠を連結して、用排水路、或いはガス・油等のパイプラインを地中に敷設する方法と、これに用いるオープンシールド機の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オープンシールド工法による管渠の敷設にあたって、軟弱地盤ではオープンシールド機の推進につき、又、掘進に伴う周辺地盤・構造物に対する影響に付き、下記のような不具合を生じる。
【０００３】
▲１▼ オープンシールド機の推進時に、オープンシールド機のフロント部はボトムブレードによる地盤反力の軽減と、刃口部に上向きの力を受けることで推進時に於ける機体の沈下はほとんど生じない。反面、テール部は、テールフレーム底面支持力とテールフレーム周面の摩擦力とで支持されるが、推進時には周面摩擦力が減少し、特に軟弱地盤では支持力不足により機体の沈下を生じる。
【０００４】
▲２▼ オープンシールド工法に於いて、オープンシールド機の掘進に伴う周辺地盤・構造物に影響を及ぼす原因として、次のようなことが挙げられる。
イ）側方土圧によるオープンシールド機のフレームの変形に伴う周辺地山のゆるみ。
ロ）オープンシールド機の推進に伴うブレードの移動によるブレードと周辺地山との接触面の乱れ。
ハ）オープンシールド機の切羽の開放に伴う周辺地山のゆるみ。
ニ）オープンシールド機の推進に伴うテールフレームボイドへの埋戻し土の不十分な充填による周辺地山のゆるみ。
ホ）オープンシールド機の推進に伴う刃口の地山への貫入による周辺地山の圧縮。
ヘ）オープンシールド機の推進に伴う推進反力の作用による周辺地山の圧縮。
【０００５】
ここで、従来のオープンシールド工法により管渠、例えば管体を敷設する場合、管渠基礎を管頂までオープンシールド機のテール部で施工していた。そのため、管の敷設前では、オープンシールド機のテール部は上部切梁とテールフレームの剛性のみで周辺地山の側方土圧に対抗していた。従って、テールフレームは下方へ行くに従い内側に大きく変形する。即ち、前述のオープンシールド機の推進に伴う周辺地盤・構造物に影響を及ぼす原因のうち、最も影響が大きいものは、イ）の側方土圧によるオープンシールド機のフレームの変形に伴う周辺地山のゆるみによるものである。とくに軟弱地盤に於いては、側方土圧が増大するため、フレームの変形も増大し、周辺に及ぼす影響がさらに大きくなる。
【０００６】
又、後方埋戻しに於いて、テールフレームボイドへの埋戻し土の投入距離が長いため、その充填性が不十分となり、前述のニ）の原因により周辺地盤・構造物に影響を及ぼす。とくに軟弱地盤の場合は地盤剛性が低いため、その影響は顕著になる。
【０００７】
▲３▼ オープンシールド工法はオープンシールド機後方の埋戻し土に反力をとって推進するものであるが、その反力が不足するとオープンシールド機は推進できなくなる。とくに敷設管渠が浅埋設の場合は、後方での埋戻し高さが低くなる
ため、十分な推進力の確保が困難になる。
【０００８】
▲４▼ オープンシールド機テール部内での管渠基礎の高さが高いほど、オープンシールド機内面と管渠基礎との摩擦力が大きくなり、軟弱地盤でオープンシールド機の沈下が生じた場合、管渠、例えば管体を下方に押さえ込む力として作用し、管体の沈下を生じさせる。又、摩擦力により、オープンシールド機のテールフレーム引き寄せ時に、管体に引抜き力が発生するため、既に埋め戻した後方の管体と連結して敷設管の引き抜けを防止する。そのため、オープンシールド機のテールフレーム引き寄せ時には管体に軸力が発生し、管体に障害を与えることがある。管渠基礎の高さが高いほど前記摩擦力が大きくなるため、管体
軸力もおおきくなって管体に与える障害も大きくなる。
【０００９】
▲５▼ オープンシールド機は後方の埋戻し土に反力をとって推進するものであり、十分な反力が確保できるまで埋戻し土は締め固められる。その時、埋戻し土の圧縮とともに敷設した管体が後方に押し込まれるため、管体接合部に障害を与える。とくに軟弱地盤では、オープンシールド機周面に作用する摩擦力が増大し、推進抵抗が大きくなるため、埋戻し土に作用する反力も増大して、管体の押し込み力が大きくなり、そのため管体接合部に与える障害もより大きくなる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この発明が解決しようとする課題は次の点にある。
▲１▼に対して、オープンシールド機のテールフレーム底面への反力の負担を軽減する。
▲２▼に対して、テールフレームボイドへの埋戻し土の投入距離をできるだけ短くするとともに、オープンシールド機のテールフレームの全体剛性をできるだけ高める。
▲３▼に対して、後方の埋戻し土とオープンシールド機の反力板との接触面をできるだけ広くする。
▲４▼に対して、オープンシールド機のテール部内で施工する管渠基礎をできるだけ低くする。
▲５▼に対して、管体の押し込みを防止する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、次のような特徴を有する。
オープンシールド機のテールフレームの両側の地表面にテールフレームに沿って滑走台を設け、滑走台の上面を滑るソリをテールフレームに取付けて、テールフレームを滑走台に支持させる。そのため、オープンシールド機には、テールフレームの前後上部に、両端部がテールフレーム外に突出する支持材を横架し、各支持材の両端部の底面にはソリを設ける。テールフレームが滑走台に支持されるので、テールフレーム底面への反力負担が軽減される。
【００１２】
テール部内の管渠基礎の高さは、敷設する管渠の中心までとし、反力板には管渠の中心より上部の外形に合わせた凹部を設け、推進時には反力板の後方の埋戻し土に反力をとる。又、オープンシールド機の反力板に、敷設する管渠の中心より上部の外形に合わせた凹部を設ける。管渠基礎の高さが低くなるためテールフレームボイドへの埋戻し土の投入距離を短くできるうえ、後方の埋戻し土と反力板との接触面を広くとれる。さらに、テールフレーム上部の空間が広くなるため、テールフレームに鉛直火打ち梁を設けることができ、鉛直火打ち梁を設けることによりテールフレームの全体剛性を高められる。
【００１３】
オープンシールド工法による大口径管の敷設に於いて、管体を差し込まれた後続の管体のテーパ部分に、背面が前記テーパの勾配に合わせて形成され、かつ背面にゴム板を取付けた保持部材を、油圧ジャッキで押し当てる。この工法により、オープンシールド機の推進時に、差し込んだ管渠が差し込まれた後続の管渠を押し込もとする力に対して、管渠のテーパ部分とゴム板との摩擦力で抵抗するので、先行する管渠の押し込みを防止できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
まず、オープンシールド機について図１により簡単に説明すると、１はオープンシールド機、２はフロントフレーム、３はテールフレーム、４はオープンシールド機推進用の油圧ジャッキ、５は反力板である。
【００１５】
前記▲１▼の課題については、図１及び図２で示すように、左右のテールフレーム３の両側に沿って整地した地表面に、例えば、Ｈ型鋼を使用した滑走台２１を設ける。左右のテールフレーム３の前後上部には、両端部がテールフレーム外へ突出する支持材６を横架して着脱可能に固定する。そして、支持材６の両端部底面に沈下防止用のソリ７を取付けて、オープンシールド機１の運行に伴って滑走台２１上面をソリ７を滑らせる。
【００１６】
オープンシールド機の自重反力を比較的地盤の安定した地表面にとることで、軟弱なテールフレーム３底面への反力の負担を軽減することによりオープンシールド機の沈下を防止する。なお、滑走台２１は上面が平滑な平面を形成するものであればよく、板体、箱状体など任意である。又、ソリ７の形状も任意であって、底面が平滑な平面に形成されていればよい。
【００１７】
前記▲２▼〜▲４▼の課題に対しては、図３で示すように、まず反力板５の下端の高さをほぼ敷設する管渠、例えば管体２２の中心の高さとし、その下部に敷設する管体の上半分に被さる、上に凸の半円状の凹部８を設ける。そして、図４及び図５で示すように、管渠基礎２３の施工を管体の中心の高さまでとして、反力板５をテールフレーム３に取付ける。後方の埋戻しはテールフレーム内で行わず、反力板の後方で行う。これにより反力板５とその後方の埋戻し土２４との接触面が広くなり、オープンシールド機の十分な推進力が確保できる。又、図４で斜線で示すテールフレーボイド２５への埋戻し土の投入距離が短くなり、テールフレームボイドへの埋戻し土の充填性が高まる。
【００１８】
なお、９はゴム板で、半円筒状の本体の一端に半リング状の取付部が一体に設けられている。このゴム板の取付部を反力板５にボルト・ナットなどの締結具を用いて固定し、反力板の凹部８と管体２２との間に生じる隙間を塞いで、テールフレーム３内に埋戻し土２４が進入するのを防止する。
【００１９】
管渠基礎２３の施工高さを管渠の中心迄とすることで、オープンシールド機内面と管渠基礎との摩擦力が小さくなり、オープンシールド機の沈下に伴う管体の沈下を抑制できるとともに、オープンシールド機のテールフレーム引き寄せに伴う管体軸力の減少により、管体への障害の発生が抑えられる。
【００２０】
テールフレーム３内での管渠基礎２３の施工高さを抑えることで、テールフレーム内の上部空間が広くなる。そこで、テールフレーム３の両側部とテールフレームの上部の切梁１０とを連結する鉛直火打ち梁１１を取付ける。この鉛直火打ち梁を設けることで、テールフレーム３の全体剛性が高められるため、テールフレームの変形に伴う周辺地山に及ぼす影響を小さく抑えることができる。
【００２１】
▲５▼の課題である、オープンシールド機推進時に於ける管渠の押し込みによる障害は、次のようにして防止する。図６及び図７で示すように、２２ａは差し込んだ管体（先行する管体）、２２ｂは差し込まれた管体（後続の管体）とする。２６は管体を傷つけない木製の保持部材で、背面（前記テーパ部分に当接する面）は管口のテーパの勾配に合わせ形成され、かつその背面にゴム板２７が取付けられている。この保持部材２６は、管体２２のテーパ部分の複数箇所、例えば左右、上下の４か所に油圧ジャッキ或いは押しネジを用いて押しつけることにより保持される。
【００２２】
他の発明の場合は、真円保持装置２８を利用して保持部材２６を管体に保持させている。真円保持装置２８は、「オープンシールド工法による大口径管の敷設方法とその装置」の名称で、本出願人がした特許出願で開示している（特願平１１−２５６０８０）。図７により簡単に説明すると、２９は左右一対の横当て部材、３０は上下一対の縦当て部材で、管体の内周面形状に合わせていずれも円弧状に形成され、基部が管体の中心に向かって突設されている。３１は基枠で、左右一対の車輪３２を前後に備えて管体２２内を移動自在である。３３は左右一対の横筒、３４は上下一対の縦筒で、いずれも基枠３１に固定されている。そして、横当て部材２９の基部は横筒３３に、縦当て部材３０の基部は縦筒３４にそれぞれ摺動自在に嵌め込まれている。３５は横油圧ジャッキで、対向する横当て部材２９の基部を連結する。又、３６は縦油圧ジャッキで、対向する縦当て部材３０を連結している。そこで両油圧ジャッキを作動させると、左右の横当て部材２９を、上下の縦当て部材３０を、それぞれ管体の内周面に押し付けることができる。
【００２３】
そこで、保持部材２６を管体２２ｂのテーパ部分の内周面の左右、上下に配設し、真円保持装置２８の油圧ジャッキ３５、３６を作動させて、保持部材２６を管体の内周面に押し当てる。オープンシールド機の推進時、差し込んだ管体２２ａの押し込もうとする力に対して、差し込まれた管２２ｂのテーパ部分と保持部材２６のゴム板２７との摩擦力で抵抗し、オープンシールド機推進時に於ける管体２２ａの押し込みを防止する。
【００２４】
【発明の効果】
滑走台、ソリとを設けることで、オープンシールド機のテールフレーム底面への反力負担が軽減され、掘進時に於けるオープンシールド機の沈下が抑えられるので、管渠の沈下も抑えられる。
【００２５】
テールフレーム内の管渠基礎をその中心の高さとし、反力板を管渠基礎の高さに合わせることで、後方埋戻し土とオープンシールド機の反力板との接触面が広くなって、推進力を大きくとれるので、オープンシールド機の推進トラブルが避けられる。
【００２６】
テールフレームボイドへの埋戻し土の投入距離が短くなるため、前記ボイドの充填性が高まるので周辺に及ぼす影響が少なくなる。
【００２７】
オープンシールド機内面と管渠基礎との摩擦力が小さくなって、オープンシールド機の沈下に伴う管渠を押さえ込む力、並びにテールフレーム引き寄せに伴う管渠の軸力が減少するため、管渠の沈下や管渠への障害の発生といった管渠に及ぼす影響が少なくなる。
【００２８】
鉛直火打ち梁をテールフレームに設けることで、テールフレームの全体剛性が高まってその変形が抑えられるため、周辺に及ぼす影響が少なくなる。
【００２９】
管渠基礎の高さが低いため、テールフレーム部内の管渠基礎の作業量が少なくてすむうえ、従来のような大がかりな管口付近の管渠基礎の土留めが不要となって、作業が簡単になる。その結果、日進量が増大し、工期の短縮、コストの縮減が図れる。
【００３０】
大口径管を敷設する場合、保持部材を真円保持装置を用いて差し込まれる管体の内周面のテーパ部分に押し当てることで、管体構造に障害を与えることなく確実に管体の押し込みを防止できる。既存の真円保持装置を利用して行うと、取扱が簡単で作業を速くしかも安全に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】ソリを取付けたオープンシールド機の平面図である。
【図２】テールフレームを滑走台に支持させた概念図である。
【図３】反力板の正面図である。
【図４】管渠基礎の構築と反力板の取付状態を示す背面図である。
【図５】図４の側面図である。
【図６】大口径管の接続と、保持部材の押し当て状態を示す断面図である。
【図７】真円保持装置を用いて保持部材を管体に押し当てる状態を示す正面図である。
【符号の説明】
１ オープンシールド機
３ テールフレーム
５ 反力板
６ 支持材
８ 凹部
７ ソリ
１１ 鉛直火打ち梁
２１ 滑走台
２２、２２ａ、２２ｂ管体
２３ 管渠基礎
２４ 埋戻し土
２６ 保持部材
２７ ゴム板
２８ 真円保持装置

Claims (2)

1. オープンシールド機のテールフレームの両側の地表面にテールフレームに沿って滑走台を設け、滑走台の上面を滑るソリをテールフレームに取付けて、テールフレームを滑走台に支持させるオープンシールド工法による管渠の敷設方法。
2. 請求項１に記載のオープンシールド工法による管渠の敷設方法に用いるオープンシールド機であって、テールフレームの前後上部に、両端部がテールフレーム外に突出する支持材を横架し、各支持材の両端部の底面にはソリを設けてなるオープンシールド機。

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