JP3941182B2 - シールド掘進機の拡縮施工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は掘削口拡大又は縮小方向に拡幅または縮幅する機構を備えたシールド掘進機におけるトンネル口径の拡大または縮小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１０は同公報に開示された多連型シールド掘進機７０を示しており、その構成を概説すると、左右の主力ッター７１と中央の副カッター７２とを、シールドフレーム７３の前面部に回転駆動可能に取り付けてなる左右の主シールド部７４と中央の副シールド部７５とを備え、且つ上記シールドフレーム７３を、主力ッター７１の軸心と平行な上下部で、側方シールドフレーム体７３ａと中央シールドフレーム体７３ｂとに分割して、各分割部を左右方向へ一定量スライドし得るように重合させたものである。
【０００３】
上記のように構成された多連型シールド掘進機においては、シールドフレーム７３の後端内面において該シールドフレーム７３内周面に沿うようにセグメントを組み立てることによってシールドトンネルが構築されることになる。そして、構築されたシールドトンネルの外周面とシールドフレーム７３の内周面との隙間から土砂等が機内に侵入するのを防止するために、シールドフレーム７３の後端内周面にシールテールというブラシが装備され、該ブラシで前記隙間を塞ぐように構成されている。
なお、掘進途中でトンネルの口径を拡大しようとする場合には、側方シールドフレーム体７３ａを中央シールドフレーム体７３ｂに対して左右方向にスライドさせて、トンネル構築部の口径を拡大させた後に該拡大させた口径に合わせてトンネルを構築することになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、トンネル構築部の口径を拡大するために側方シールドフレーム体７３ａを中央シールドフレーム体７３ｂに対して左右方向にスライドさせると、テールシールが既設のシールドトンネルの外周面から離れてしまい、シールドトンネルの外周面とシールドフレーム７３の内周面との間に隙間が生じ、該隙間から土砂等がシールド掘進機の内部に侵入してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、拡幅施工の際に土砂等が機内に侵入することのない拡幅機能を備えた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。
【０００６】
【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縮施工法は、拡縮機構を備えたシールド掘進機を用いてトンネルの口径を拡縮させる施工方法であって、
シールド掘進機の内部にてトンネル口径拡縮方向に拡縮可能な拡縮セグメントを組み立てる工程と、
シールド掘進機後端の内周面に設けられたテールシールが前記拡縮セグメントの外周面に当接する位置までシールド掘進機を掘進させる工程と、
前記拡縮セグメントのブロックの周面に作用する土圧を検出し、検出された土圧が一定以上にならないように前記ブロックの移動速度を制御するとともに、拡縮セグメントの外周面にテールシールを当接させた状態を保持しながら、トンネル口径拡縮方向に前記拡縮セグメントを拡縮させる工程とを備えたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る拡幅施工方法の実施の形態を説明する前に、該方法に使用する機器について説明する。
図４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一例を示した斜視図である。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４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。
【０００９】
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部３ａ、前部３ａに連続して幅方向に延びる平面断面が矩形状の中部３ｂ、中部３ｂに連続して前後方向に延びる平面断面が矩形状の後部３ｃから構成されている。そして、前部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には余掘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。
【００１０】
図５は図４に示したシールド掘進機１の平面断面図である。以下、図５に基づいてシールド掘進機１の内部構造を説明する。図５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。
なお、左右掘削ブロック５，７と前部３ａで本発明の前胴部が構成され、左右構築ブロック９，１１と後部３ｃで本発明の後胴部が構成される。
【００１１】
２１は左右掘削ブロック５，７を本体ブロック３の前部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。
４５，４６はそれぞれ左右構築ブロック９，１１の後端内周面に設けられたテールシールである。
【００１２】
次に、拡幅施工方法に使用する拡縮セグメントについて説明する。
図６は本発明の一つの例を示す拡縮セグメント５０の全体を示す斜視図である。本セグメントは、左右のセグメント桁及び上下のセグメント桁の一部を構成する拡縮移動セグメント５１と上下のセグメント桁を構成する中央セグメント５２からその周囲が構成される。拡縮移動セグメント５１と中央セグメント５２は、本拡縮セグメント左側の上下対称部にそれぞれ１つの接合部５３と、右側の上下対称部にそれぞれ１つの接合部５３を備えており、これら２組の接合部５３は拡縮移動セグメント５１が中央セグメント５２に対して左右（シールド機の進行方向に直角な方向）に摺動できるようにはめ合わされる。
【００１３】
さらに、拡縮移動セグメント５１を摺動させる拡縮移動装置として、例えばスライドジャッキ５５を着脱可能に左右の拡縮移動セグメント５１間に渡しておく。ここではスライドジャッキを上下２段に設けている。また、拡縮移動セグメント５１と中央セグメント５２との各接合部５３には、拡縮移動セグメント５１が中央セグメント５２から離れる方向に移動したときに本拡縮セグメント外側に生じる空間を充填するために、収縮自在なシール袋５４、例えば水圧調整が可能な水袋を配置している。これに加えて、拡縮移動セグメント５１及び中央セグメント５２の前後端面（以後これを接合面という）には、本セグメントとこの前後の隣接セグメントとを接合するために使用するボルト用長穴５６が全周にわたって設けられる。このボルト用長穴５６の長手方向長さは、例えば拡縮移動セグメント１の移動量に等しくしておく。
【００１４】
図７は図６の拡縮移動セグメント５１を外側に摺動させて、セグメント全体が拡幅した場合の図６の接合部５３付近の拡大図である。拡縮移動セグメント５１の外側方向への摺動に伴って、本セグメントにおける拡縮移動セグメント５１と中央セグメント５２との間には外側に空間が生じることになるが、その空間は図７に示すように水圧が加えられたシール袋５４によって常に充填されて、隙間が生じないように調整される。
【００１５】
次に、前記のシールド掘進機及び拡縮セグメントを用いた拡縮施工方法について説明する。図１乃至図３は拡縮施工方法の説明図であり、図５と同様にシールド掘進機の平面断面を示している。
左右掘削ブロック５，７及び左右構築ブロック９，１１を縮幅させた状態で掘進して、トンネル幅を拡大すべき位置までくると、左右掘削カッター１５，１７に内蔵されたコピーカッタ３１，３２を最大量突出させて余掘り掘削を開始する。余掘り掘削を行いながら掘進して、シールド掘進機１の左右掘削ブロック５，７の後端部が余掘り開始位置に到達すると、この地点からは余掘りを行うと同時に左右掘削ブロック５，７を拡幅させながら掘進する。図１はこのようにして掘進して左右掘削ブロック５，７を最大拡幅させた状態を示している。この掘進の際には左右構築ブロック９，１１においては通常のセグメント６５（拡縮しないセグメント）によってシールドトンネルが組み立てられている。
【００１６】
上記のように余掘りしながら掘進して左右構築ブロック９，１１を拡幅させることができる位置まで到達すると、左右構築ブロック９，１１の内部で拡縮セグメントを図１に示すように組み立てる。なお、図では示していないが、本セグメント５０はこの状態で既設の隣接セグメント６５とボルトによって接合されている。
【００１７】
次に、シールド掘進機を掘進して、図２に示すように拡縮セグメント５０の外周面がテールシール４５，４６に当接する位置まで来たら、拡縮セグメント５０と隣接するセグメント６５との接合ボルトをゆるめる。この状態で、左右構築ブロック９，１１を拡幅させると共に、この拡幅に追従させるべくスライドジャッキ５５により拡縮移動セグメント５１を拡幅方向に摺動させる。このとき、拡縮移動セグメント５１と中央セグメント５２との接合部５３に発生する空間のうち、本拡縮セグメント５０の外面に発生する空間は、中央セグメント５２に内蔵したシール袋５４に外部の圧力に対抗する水圧を注入してその空間を充填するようにする。図３は左右構築ブロック９，１１及び拡縮移動セグメント５１を拡幅方向に移動させた状態を示している。
以上のような動作により、左右構築ブロック９，１１が拡幅する際にもテールシール４５，４６と拡縮移動セグメント５１とが離れることがなく、左右構築ブロック９，１１の内周面と拡縮移動セグメント５１の外周面から土砂等が機内に侵入するのを防止することができるのである。
【００１８】
なお、この拡縮移動セグメント５１の移動前、本拡縮セグメント５０のボルト用長穴５６の一端に接していた既設セグメント６５との接合ボルトは、拡縮移動セグメント５１の最大移動後、ボルト用長穴５６の他端で接する事になり、その位置で該ボルトを再び締め付けるようにする。すなわち、ボルト用長穴５６を採用したことによって、拡縮移動セグメント５１の拡縮の際に、いちいちボルトを外して締め直しする手間を省くことができる。
【００１９】
また、図７に示すように、既設の隣接セグメント６５が実線と２点鎖線で囲まれたサイズのセグメントであった場合、この既設セグメント６５に接合された本拡縮セグメント５０が接合後拡幅された場合にも、これらのセグメント接合面周囲に重複接合部（図７のＡ部）が確保されるように、本拡縮セグメント５０の接合面を拡幅しないタイプの既設セグメント６５の接合面より大きくして、その接合部からの土砂や地下水のセグメント内部への侵入を阻止している。
以上、本拡縮セグメント５０の拡幅施工方法について説明したが、この反対に拡幅状態で掘進して、途中で縮幅する場合には余掘りをする必要がない点以外は拡幅の場合の逆の動作を行えばよい。
【００２０】
なお、左右構築ブロック９，１１及び左右掘削ブロック５，７の拡縮時においては、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。
【００２１】
図８は拡縮セグメントの他の例の斜視図である。この例は、先に説明したものとは、拡縮移動セグメント５１と中央セグメント５２との接合部５３の構成が少し相違している。すなわち、中央セグメント５２を中心として、左右の拡縮移動セグメント５１にオーバーラップするシール板５７を本拡縮セグメントの外側に設け、拡縮移動セグメント５１が拡幅した場合にも、シール板５７が拡縮移動セグメント５１と中央セグメント５２との接合部５３に発生する空間を外側から塞ぐようにしたものである。なお、拡縮移動セグメント５１に、シール板５７との間及び中央セグメント５２との間でそれぞれ摺動するシール材５８を設けることで、シール機能の一層の向上を図ることができる。
【００２２】
図９は更に別の拡縮セグメントの例の斜視図である。図からわかるように、これは図８に示したものの変形例であり、拡縮移動セグメント５１と中央セグメント５２との接合部５３の内周側にジャバラシール５９を設け、拡縮移動セグメント５１の摺動に伴ってこのジャバラシール５９を拡幅させるようにしたものである。なお、この場合には、ジャバラシール５９をカバーするための保護板６０を、拡縮移動セグメント５１と中央セグメント５２との間に渡すのがよい。
【００２３】
なお、上記各実施の形態では、角形の拡縮セグメントについて説明したが、セグメントの形状は楕円や円であってもよい。また、セグメント桁の対称部に設ける接合部５３を、上記の例では拡縮セグメントの左側と右側の２組から構成したが、それは１組としても、あるいは２組以上にしてもよい。
【００２４】
また、上記の実施の形態においてはシールド掘進機の拡幅前に余掘りをする例を示したが、地盤が柔らかい場合には余掘りをすることなく拡幅することができる場合がある。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように、拡縮セグメントの外周面にテールシールを当接させた状態を保持しながら、シールド掘進機と拡縮セグメントを拡縮させるようにしたので、シールド掘進機の拡縮の際にシールド掘進機の内周面とセグメントの外周面との間に隙間が生ずることがなく、シールド掘進機の拡縮時に土砂が機内に侵入することがない。
【００２６】
また、拡縮施工の際に拡縮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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の説明図である。
【図２】 本発明の実施の形態の説明図である。
【図３】 本発明の実施の形態の説明図である。
【図４】 本発明の実施の形態に用いるシールド掘進機の一例の斜視図である。
【図５】 図４に示したシールド掘進機の平面断面図である。
【図６】 本発明の実施の形態に用いる拡縮セグメントの斜視図である。
【図７】 図６の拡縮移動セグメント５１を外側に摺動させて、セグメント全体が拡幅した場合の接合部５３付近の拡大図である。
【図８】 拡縮セグメントの他の例の斜視図である。
【図９】 拡縮セグメントのさらに別の例の斜視図である。
【図１０】 従来の多連型シールド掘進機の斜視図である。
【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
４１，４２，４３，４４ 土圧計
４５，４６ テールシール
５０ 拡縮セグメント

Claims (1)

1. 拡縮機構を備えたシールド掘進機を用いてトンネルの口径を拡縮させる施工方法であって、
   シールド掘進機の内部にてトンネル口径拡縮方向に拡縮可能な拡縮セグメントを組み立てる工程と、
   シールド掘進機後端の内周面に設けられたテールシールが前記拡縮セグメントの外周面に当接する位置までシールド掘進機を掘進させる工程と、
   前記拡縮セグメントのブロックの周面に作用する土圧を検出し、検出された土圧が一定以上にならないように前記ブロックの移動速度を制御するとともに、拡縮セグメントの外周面にテールシールを当接させた状態を保持しながら、トンネル口径拡縮方向に前記拡縮セグメントを拡縮させる工程とを備えたことを特徴とするシールド掘進機の拡縮施工方法。

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