JP3870992B2 - シールド掘進機の拡幅施工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地中を掘進して断面の変化するトンネルを構築できる拡幅機能を備えたシールド掘進機の拡幅施工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トンネルの断面を変化させたいときにシールド掘進機の本体を拡幅させて掘進する多連型シールド掘進機が、例えば特開平６−１４６７７６号公報に開示されている。
図７は上記公報に開示された多連型シールド掘進機の切断平面図、図８は図７に示した多連型シールド掘進機のＡ−Ａ矢視図、図９は図７に示した多連型シールド掘進機のＢ−Ｂ矢視図である。図７乃至図９に示すように、従来の多連型シールド掘進機は、円形の左右の主カッター５１，５２と、これらの間の背面側に位置させた円形の副カッター５３を、これらカッター５１乃至５３の正面形状と対応する形状を輪郭形状としたシールドフレーム５５の前面部に、回転駆動可能に取り付けて、左右の主シールド部５７，５９と中央の副シールド部６１とを有する構成としたものである。
【０００３】
シールドフレーム５５は、主カッター５１，５２の軸心と平行な方向に上下位置で３分割されて、両側に配置された主シールドフレーム部５５ａ，５５ｂと中央シールドフレーム部５５ｃの３つのフレーム部から構成されている。そして、各分割部には左右方向へ一定量スライドし得るスライドガイド機構６２がそれぞれ設けられて、左右の主シールド部５７，５９を中央の副シールド部６１に対してそれぞれ左右方向へスライド可能に構成されている。スライドガイド機構６２は図８，図９から分かるように、主シールドフレーム部５５ａ，５５ｂの表面部にスリットを設け、中央シールドフレーム部５５ｃの端部がこのスリットに挿入されるという構造をしている。
そしてさらに、上記各主シールド部５７，５９と副シールド部６１との間に、それぞれ左右方向へ配した拡幅ジャッキ６３を介装させ、該拡幅ジャッキ６３の伸長作動で主シールド部５７，５９が左右方向へスライドすることによりシールドフレーム５５が拡幅できるように構成されている。
【０００４】
上記のように構成された従来のシールド掘進機によるトンネルを施工方法を概説する。一般部では、シールドフレーム５５を縮幅した状態で、左右の主シールド部５５ａ，５５ｂの主カッター５１，５２にて左右の道路本線部を掘削して行くようにすると共に、中央の副シールド部６１の副カッター５３にて左右の道路本線部の連絡部を掘削して行くようにする。
【０００５】
上記一般部の掘削作業を行っている状態において、拡幅すべき箇所の所要量手前の位置に達したときに、主カッター５１，５２の外周部からコピーカッター（図示なし）を突出させ、該コピーカッターにより切羽側方部を余堀りしながら掘削を行い、シールドフレーム５５の拡幅空間を確保するようにする。所要の範囲に亘って拡幅空間が形成されると、図７乃至図９の左半分に示すように、各拡幅ジャッキ６３を所定量伸長させて主シールド部５５ａ，５５ｂを左右方向外方へスライドさせることにより、シールドフレーム５５を所定量拡幅させ、拡幅量に見合った形状寸法のトンネル覆工用セグメントを組み付け、以後、さらなる余堀り掘削とシールドフレーム５５の拡幅を必要回数繰り返してトンネルの横幅を拡げながら覆工を施工して行く。
【０００６】
トンネル横幅が必要幅まで拡げられたところで、次に、シールドフレーム５５の拡幅状態を維持しつつ必要長さの直線掘削を行いながら同形状の覆工を施して行くようにする。しかる後、上記拡幅時とは逆に、トンネルを除々に縮幅しながら縮幅量に見合った形状寸法の覆工を施して、非常用駐車帯などの拡幅スペースを完成させる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した多連型シールド掘進機においては、コピーカッタによって余堀りを行い、その後、各拡幅ジャッキ６３を所定量伸長させてシールドフレーム５５を所定量拡幅させているが、実際には余堀りした土砂などが邪魔になりシールドフレーム５５をスムーズに拡幅するのは難しい。
また、拡幅状態から縮幅する場合には、地盤とシールド掘進機との間に空隙が出来てしまい、地盤が柔らかい場合には地盤が崩れ、周辺地盤が変形してしまうという問題がある。
【０００８】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、拡幅施工がスムーズに行え、また周辺地盤の変形を最小限に抑えることのできるシールド掘進機の拡幅施工方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るシールド掘進機の拡幅機構は、拡幅機能を備えたシールド掘進機の拡幅施工の際に、拡幅する外殻に作用する土圧を検出して、該検出された土圧に基づいて拡幅の速度を制御するようにしたものである。
【００１０】
また、前記シールド掘進機が土砂取り込み口を有し、前記外殻の拡幅移動の際に、抵抗となる土砂を前記土砂取り込み口から機内側に取り込むようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の一実施の形態である拡幅施工方法に用いるシールド掘進機の斜視図である。図において、１はシールド掘進機であり、シールド掘進機１は平面断面形状が十字状の本体ブロック３、本体ブロック３の前部左右に幅方向移動可能に設置されて前端側に掘削機構を有する左右掘削ブロック５，７、本体ブロック３の後部左右に幅方向移動可能に設置されて後部側にトンネル構築部を有する左右構築ブロック９，１１から構成されている。なお、図１は左右掘削ブロック５，７及びを左右構築ブロック９，１１を拡幅させた状態を示している。
【００１６】
本体ブロック３は、前後方向に延びる平面断面が矩形状の前胴部３ａ、前胴部３ａに連続して幅方向に延びる平面断面が矩形状の中胴部３ｂ、中胴部３ｂに連続して前後方向に延びる平面断面が矩形状の後胴部３ｃから構成されている。そして、前胴部３ａの前端側には、地盤を掘削するための副掘削カッター１３が設けられ、後胴部３ｃの後端側にはトンネルを構築するためのトンネル構築部が設けられている。
左右掘削ブロック５，７は、本体ブロック３の前胴部３ａの左右位置に図中破線で示す拡幅機構２１を介して幅方向に移動可能に設置されており、それぞれの前端側には主掘削カッター１５，１７が設けられている。そして、主掘削カッター１５，１７には余堀り掘削機構である既知のコピーカッタ３１，３２が内蔵されている。
左右構築ブロック９，１１は、本体ブロック３の後胴部３ｃの左右位置に図中破線で示す拡幅機構２３を介して幅方向に移動可能に設置されており、それぞれの後端側にはトンネル構築部が設けられている。
【００１７】
図２は図１に示したシールド掘進機１の平面断面図である。以下、図２に基づいてシールド掘進機１の内部構造を説明する。図２において、２４は主掘削カッター１５，１７及び副掘削カッター１３の掘削動作によって発生した土砂をシールド掘進機１の後方へ搬出する排土機構である。排土機構２４は、左右掘削ブロック５，７に設けられて、それぞれの掘削ブロック５，７の前方近傍で発生する土砂をシールド掘進機１の内部に取り込む左右排土管２５ａ，２５ｂ、左右排土管２５ａ，２５ｂを連結して主排土管２９に連結する連結管２７ａ，２７ｂとから構成されている。
【００１８】
２１は左右掘削ブロック５，７を本体ブロック３の前胴部３ａに拡幅可能に連結する拡幅機構、２３は左右構築ブロック９，１１を本体ブロック３の後胴部３ｃに拡幅可能に連結する拡幅機構である。これら拡幅機構２１，２３は同一の構成である。
４１，４２はそれぞれ左右掘削ブロック５，７の側面に設置した土圧計、４３，４４はそれぞれ左右構築ブロック９，１１の側面に設置した土圧計である。
【００１９】
図３乃至図５は上述したシールド掘進機の拡幅施工方法の説明図（平面図）であり、図において図１及び図２と同一部分には同一符号が付してある。図において、４５はシールド掘進機１の後胴部側で構築されたトンネル、４６は地盤、４７はコピーカッタ３１，３２によって余堀りされて流動性の高まった掘削土である。
図３乃至図５に基づいてシールド掘進機の拡幅施工方法を説明する。縮幅状態でシールド掘進機１を屈進させて、拡幅すべき位置に到達すると、コピーカッタ３１，３２を突出させて余堀りを開始する。そして、余堀りをしながらシールド掘進機１の全長が余堀ゾーンに入るまで掘進する。このシールド掘進機１の全長が余堀ゾーンに入った状態が図３に示してある。
【００２０】
次に、図４に示すように左右構築ブロック９，１１を幅方向に移動させて後胴側を拡幅させる。このとき、左右構築ブロック９，１１の周囲にあった流動性の高まった掘削土４７は、左右構築ブロック９，１１の外周面に押されて、前方の左右掘削ブロック５，７側へ移動する。そして、左右掘削ブロック５，７の周辺にあった掘削土４７は後方からの掘削土４７に押されてシールド掘進機１の前端側に移動する。このとき左右排土管２５ａ，２５ｂの排土機構を駆動して、前端側に押されてきた掘削土４７を機内側に取り込みシールド掘進機１の後方側へ排土する。
【００２１】
左右構築ブロック９，１１の移動が終了すると、次に左右掘削ブロック５，７の移動を行う。左右掘削ブロック５，７を拡幅方向に移動させると、左右構築ブロック９，１１の移動の場合と同様に左右掘削ブロック５，７の周辺の掘削土４７はシールド掘進機１の前端側に移動して左右排土管２５ａ，２５ｂから後方に排出される。左右掘削ブロック５，７を幅方向に最大移動させた状態が図５に示す状態である。
【００２２】
なお、左右構築ブロック９，１１及び左右掘削ブロック５，７の拡幅時においては、土圧計４１乃至４４によって各ブロックの周面に作用する土圧を検出し、該土圧が一定以上にならないように各ブロックの移動スピードを制御する。これによって、各ブロックの周面の土圧が急激に高まって周辺地盤が変化するのを防止することができる。
【００２３】
なお、上記の実施の形態においては、予め余堀りを行う例であるが、シールド掘進機の周辺地盤が柔らかいような場合には、余堀りを行わずに拡幅施工を行うこともできる。
【００２４】
実施の形態２．
図６は本発明の他の実施の形態に使用するシールド掘進機の平面断面図である。図において、図２と同一部分には同一符号が付してある。図６に示すシールド掘進機は図２に示した構造のものに、掘削ブロック５，７のそれぞれに外周部に土砂取り込み口を有する排土管２６ａ，２６ｂを備え、構築ブロック９，１１のそれぞれに外周部に土砂取り込み口を有する排土管２７ａ，２７ｂを備えたものである。
【００２５】
図６に示したシールド掘進機を用いて拡幅施工を行う場合の動作は、基本的に実施の形態１と同様であるが、左右構築ブロック９，１１又は左右掘削ブロック５，７を移動させる際に、土圧計４１乃至４４の検出値により、土圧が高くなったような場合には適宜排土管２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂから掘削土砂を取り込むようにする。このようにすることによって、左右構築ブロック９，１１又は左右掘削ブロック５，７の移動をよりスムーズに行うことができる。
【００２６】
また、縮幅施工を行う場合には、左右構築ブロック９，１１又は左右掘削ブロック５，７の縮幅方向への移動に伴って、地盤と各ブロックとの間に隙間が生ずることになる。そこで、この隙間に排土管２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂからモルタルなどの充填剤を放出して前記隙間に注入するようにする。これによって、地盤を安定させながら、かつ極めてスムーズな縮幅施工ができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように請求項１又は６記載の発明においては、拡幅施工の際に拡幅する外殻に作用する土圧を検出して、該検出された土圧に基づいて拡縮の速度を制御するようにしたので、周辺地盤の変形を最小限に抑えることができる。
【００２８】
また、後胴部を掘削口拡大方向に移動させる第１工程と、前胴部を掘削口拡大方向に移動させる第２工程とを備え、第１及び第２工程中に前記前胴部の取込口から掘削土砂を機内側に取り込むようにすれば、後胴部、前胴部を掘削口拡大方向に移動させたときに周辺土砂が前胴部の前端側に移動して、前胴部と取込口から機内側に取り込まれ、スムーズな拡幅施工が実現できる。
【００２９】
また、前胴部及び後胴部における移動方向に対向する地盤に臨ませて掘削土砂の取込口を設け、後胴部又は前胴部の拡幅移動の際に、抵抗となる土砂を前記取込口から機内側に取り込むようにすれば、よりスムーズな拡幅施工が実現できる。
【００３０】
また、縮幅施工の際に、シールド掘進機と地盤との間に生ずる隙間に充填剤を注入しながら施工するようにすれば、地盤が安定して周辺地盤の変形を抑えることができる。
【００３１】
また、拡幅の際には土砂の取込口から掘削土砂を取り込み、縮幅の際には土砂の取込口から充填剤を放出するようにすれば、円滑な拡幅と共に、周辺地盤の変形を抑えた縮幅施工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態に使用するシールド掘進機の斜視図である。
【図２】 図１の水平断面図である。
【図３】 本発明の一実施の形態の説明図である。
【図４】 本発明の一実施の形態の説明図である。
【図５】 本発明の一実施の形態の説明図である。
【図６】 本発明の他の実施の形態に使用するシールド掘進機の平面断面図である。
【図７】 従来の多連型シールド掘進機の切断平面図である。
【図８】 図７に示した多連型シールド掘進機のＡ−Ａ矢視図である。
【図９】 図７に示した多連型シールド掘進機のＢ−Ｂ矢視図である。
【符号の説明】
１ シールド掘進機
３ 本体ブロック
５ 左掘削ブロック
７ 右掘削ブロック
９ 左構築ブロック
１１ 右構築ブロック
１３ 副掘削カッタ
１５，１７ 主掘削カッタ
２１，２３ 拡幅機構
２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ 排土管
４１，４２，４３，４４ 土圧計

Claims (2)

1. 拡幅機能を備えたシールド掘進機の拡幅施工の際に、拡幅する外殻に作用する土圧を検出して、該検出された土圧に基づいて拡幅の速度を制御するようにしたことを特徴とするシールド掘進機の拡幅施工方法。
2. 前記シールド掘進機が土砂取り込み口を有し、前記外殻の拡幅移動の際に、抵抗となる土砂を前記土砂取り込み口から機内側に取り込むようにしたことを特徴とする請求項１記載のシールド掘進機の拡幅施工方法。

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