JP3946413B2

JP3946413B2 - セグメントの組立方法

Info

Publication number: JP3946413B2
Application number: JP2000148449A
Authority: JP
Inventors: 久長谷川; 敏和大島; 崇杉山; 敏雄長江; 洋和田
Original assignee: Okumura Corp; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: Okumura Corp; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2020-05-19
Also published as: JP2001329798A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシールド掘削機により掘削されるトンネル掘削壁面にセグメントを効率よく組立てることができるセグメントの組立方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、シールド掘削機によってトンネルを掘削する一方、このシールド掘削機の後方部でエレクタによりセグメントを組立てながら掘削壁面を覆工する場合、シールド掘削機によって１リング分のセグメント幅に相当する長さのトンネルを掘削したのち、エレクタによって１リング分のセグメントを組み立てを行っている。また、シールド掘削機によって一定長のトンネルを掘削する毎に、レールの継ぎ足しや配管、配線作業を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えばガス管をトンネルの掘削と並行してトンネル内に同時施工する場合には、シールド掘削機によって掘削されるトンネルは小径であり、且つ敷設しているガス管の存在によってシールド掘削機までセグメントを搬入するための空間が狭くなる関係上、セグメントとしてはトンネル長さ方向に対応した幅を小幅に形成しているセグメントを採用し、このセグメントをトンネル後方からシールド掘削機側に搬入して施工せざるを得ない。そのため、シールド掘削機によって１リング分のセグメント幅に相当する長さのトンネルを掘削する工程と、この工程毎に１リング分のセグメントの組立作業を行う工程とを順次繰り返しながらトンネルの掘進とセグメントの施工とを行うと、作業能率が低下し、長期に亘るトンネル施工期間を必要となる。
【０００４】
特に、シールド掘削機によって一定長のトンネルを掘削する場合、１回のトンネル掘削長が短いと、１リング分のセグメント幅に相当する長さのトンネルを掘削する工程と、１リング分のセグメントの組立作業を行う工程とを順次繰り返す毎に行われるレールの継ぎ足し作業や配管、配線作業等の付帯作業も頻繁に行わなければならず、全体の工期が遅れるという問題点が生じるものである。また、一つのセグメントの長さを単純に長くするという方法も考えられるが、それではセグメントの強度がもたない。
【０００５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、シールド掘削機による１回のトンネル掘削長を増大させると共にこのトンネル掘削長に対応したセグメントの組立てを行うことにより、トンネル施工期間の短縮を図ることができるセグメントの組立方法を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のセグメントの組立方法は、請求項１に記載したように、シールド掘削機をその後胴部の前端部内周面に取り付けている２リング分のトンネル長さ方向のセグメント幅に相当するストローク長を有する複数本のシールドジャッキによって推進させて２リング分のセグメントを組立可能な一定長のトンネルを掘削する工程と、この一定長のトンネルの掘削後に上記後胴部内に配設しているトンネル長さ方向に移動可能なエレクタにより後胴部内においてトンネル周方向にセグメントを２リング分、組立てる工程とを繰り返し行うセグメントの組立方法であって、上記全てのシールドジャッキを先に組立てたセグメント覆工の前端面にそのスプレッダを当接させた状態にして伸長させることによりトンネル長さ方向に相当するセグメント幅の２倍の長さを有するトンネルを掘削したのち、下周部側に配設しているシールドジャッキのみを収縮させて上記セグメント覆工の下周部のセグメントの前端面に上記エレクタによって新たなセグメントを連結する作業とこのセグメントの前端面に次のセグメントを連結する作業とを行うことによりこれらのセグメントを前後に組み合わせ、この前後に組み合わせたセグメントの前端面に上記収縮させておいたシールドジャッキのスプレッダを押し付けたのち、これらの前後に組み合わせたセグメントの一側方と他側方に順次、上記同様にして２個のセグメントをそれぞれ前後に組み合わせた状態となるように上記セグメント覆工の前端面に連結、施工し、さらに、この前後セグメントの組み合わせ施工作業をトンネル周方向にトンネル天端面に向かって行うことにより２リング分のセグメントを組み立てることを特徴とする。
【０００７】
【作用及び効果】
シールド掘削機を推進させて２リング分のセグメントが組立可能な長さのトンネルを順次連続して掘削する工程と、この一定長のトンネルの掘削毎にトンネル周方向にセグメントを２リング分、一括して組立てる工程とを繰り返し行うものであるから、シールド掘削機による一回のトンネル掘進長が長くなって掘削作業が能率よく行え、トンネル全長に対する掘削時間の短縮を図ることができる。その上、このシールド掘削機による一定長のトンネルの掘削毎に、トンネル掘削壁面に対して２リング分のセグメントを同時に一括して施工するので、セグメントの覆工作業が２リング分のトンネル長さに亘って同時に円滑に行うことができると共にレールの継ぎ足し作業や配管、配線作業等の付帯作業も効率よく行え、上記掘削時間の短縮とあいまって工期の短縮を図ることができる。
【０００８】
さらに、トンネル掘削壁面に対してセグメントを前後に並列状態にして底面側から天端面側に向かって順次連結していくことにより２リング分のセグメントを一括して組立てるものであるから、トンネルを覆工したセグメントの前端に反力をとってシールド掘削機を推進させるシールドジャッキの盛り替え工程数、即ち、シールドジャッキを収縮させてセグメントの前端面から離間させることにより該シールドジャッキとセグメント前端面間にセグメントの組立てに必要な空間部を設ける工程数が半減してセグメントの組立作業が一層、円滑に且つ能率よく行えるものである。
【０００９】
また、シールド掘削機はその後端部に２リング分のセグメント幅に相当するストローク長を有するシールドジャッキを取付けているので、このシールドジャッキの一回の伸縮動作によって上記２リング分のセグメント幅に相当する長さのトンネルを掘削することができ、その後方部に２リング分のセグメントが組立手可能なトンネル掘削壁面を形成することができる。さらに、シールド掘削機の後端部に、トンネル長さ方向に往復移動可能なエレクタを配設しているので、このエレクタによって上記トンネル掘削壁面への２リング分のセグメントの覆工作業が迅速に且つ正確に行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、シールド掘削機１は図１に示すように、そのスキンプレート２を数分割して互いに中折れジャッキ３を介して順次屈折自在に連結した前胴部2aと中間胴部2b〜2eと後胴部2fに形成していると共に、後胴部2fの前端部には、周方向に一定間隔毎に複数本のシールドジャッキ４、４・・・を取付けてあり、さらに、この後胴部2f内には、トンネルの長さ方向に移動可能なエレクタ５を配設している。
【００１１】
上記各シールドジャッキ４は後胴部2fの前端部内周面に固着しているフランジ部1aにそのピストンロッドを後方に向けた状態で取付けられてあり、ピストンロッドの先端にはトンネル掘削壁面Ｔの内周面を覆工したセグメントＳの前端面に当接させるスプレッダ4aを装着している。さらに、これらのシールドジャッキ４のピストンロッドのストローク長、即ち、伸長量はトンネル長さ方向のセグメント幅Ｗの２倍の長さに形成されてあり、従って、これらのシールドジャッキ４を伸長させることによってシールド掘削機１を２リング分のセグメント幅（トンネル長さ方向の幅）に相当する長さだけ掘進させるように構成している。
【００１２】
一方、エレクタ５は図２、図３に示すように、後胴部2fの前端部にトンネル周方向に回転する回転円板６を配設し、この回転円板６の後面中央部に後方に向かって水平に突設している複数本のガイドロッド７に前後方向に往復移動可能に支持されている。詳しくは、両側部に設けた孔に上記複数本のガイドロッド７を挿通させてこのガイドロッド７に沿って前後方向に往復移動可能に支持された移動フレーム51と、この移動フレーム51の両側部にトンネル径方向に移動自在に支持させれ昇降アーム部材52、52と、これらの昇降アーム部材52、52の先端間に一体に固着している取付フレーム53と、この取付フレーム53の中央部に前後方向に伸縮可能に装着された位置調整ジャッキ54と、該位置調整ジャッキ54に取り付けられてセグメントＳの中央部を把持する把持具55と、上記移動フレーム51の両側部に装着されて上記昇降アーム部材52、52をトンネル径方向に移動させる昇降用ジャッキ56、56と、移動フレーム51の両側部と上記回転円板６の両側部との対向面間に配設されて前端を回転円板６に、後端を移動フレーム51に連結した左右一対の移動用ジャッキ57、57とからエレクタ５を構成し、移動用ジャッキ57、57を伸縮させることによってこのエレクタ５全体を前後に組み合わされるセグメントＳ、Ｓに対する把持位置間を往復移動するように構成している。
【００１３】
上記回転円板６は、その前面外周部にリング状の内歯車８を一体に固着してこの内歯車８の外周面を後胴部2fの前端部内周面に軸支された複数個の支持ローラ20によって回転自在に支持させていると共に、該内歯車８に後胴部2fの前端部内周面における適所に取付けているモータ９の回転軸に固着したピニオン10を噛合させてあり、従って、このモータ９の駆動により回転円板６を周方向に回転させて上記エレクタ５を同一方向に一体に回転させるように構成している。
【００１４】
シールド掘削機１の上記前胴部2aには公知のように、その前端部にカッタヘッド11とこのカッタヘッド11の回転駆動機構12を配設していると共にカッタヘッド11の後面と隔壁13との間に泥水室14を設けて掘削された土砂をこの泥水室14内に取り込み、さらに該泥水室14からトンネル内を通じて地上まで配管した送排泥管15、16内を還流する泥水によって土砂を排出するように構成している。また、シールド掘削機１の中間胴部2b〜2e内には、シールド掘削機１を作動させるための電気設備17や油圧ユニット18、土砂排出機構19などの設備が搭載、設置されている。
【００１５】
シールド掘削機１によって掘削されたトンネル掘削壁面Ｔを覆工するためのセグメントＳの形状は公知のように、トンネル掘削壁面Ｔに沿ってその長さ方向を円弧状に湾曲した一定長さと一定幅および一定厚みを有する平面矩形状に形成されてあり、本実施例においてはトンネル方向に向ける幅Ｗを１ｍ幅に形成してトンネル内にガス管を敷設する作業と共にガス管の存在にもかかわらず敷設したガス管に沿って搬送台車（図示せず）により後方からシールド掘削機１の後胴部2fまでセグメントＳを搬入できるように形成している。
【００１６】
次に、上記のように構成したシールド掘削機１によってトンネルを掘進すると共にその後方部でセグメントＳを組立てる方法について説明する。まず、後胴部2f内に配設している上記全てのシールドジャッキ４を収縮させた状態にして、先に組立てたセグメントＳの前端面にそのスプレッダ4aを当接させ、この状態からカッタヘッド11の回転駆動機構12を作動させてカッタヘッド11を回転させると共に上記シールドジッャキ４を伸長させると、シールド掘削機１が前進してその前方の地盤を掘進していく。掘削された土砂は、泥水室14内に取り込まれて排泥管16内を通じて排出される。
【００１７】
シールドジャッキ４が最大限まで伸長すると、シールド掘削機１によってセグメント幅Ｗの２倍の幅に相当する長さのトンネルが掘削され、シールド掘削機１の後胴部2f側においては、図４に示すように該後胴部2f内で先に組立てられたセグメントＳがセグメント幅Ｗの２倍の幅に相当する長さだけ後胴部2f内から相対的に後方に送り出された状態となり、該セグメントＳの前方側における後胴部2f内に次のセグメントＳを２リング分、組立可能な空間部が形成される。
【００１８】
後胴部2f内にセグメントＳを２リング分、組立可能な上記空間部が形成されるとシールドジャッキ４の伸長、即ち、シールド掘削機１の掘進を停止させ、しかるのち、後胴部2fの周方向に一定間隔毎に配設されている上記複数本のシールドジャッキ４のうち、下周部側に配設されているシールドジャッキ４のみを図４に示すように収縮させてその他のシールドジャッキ４を先に組立てたセグメントＳの前端面に押し付けた状態を維持させ、次いで、１個のセグメントＳを後胴部2f内に搬入して上記空間部内における後胴部2fの内底面上に載置する。
【００１９】
しかるのち、エレクタ５の移動用ジャッキ57、57を伸長させることにより、エレクタ全体を水平ガイドロッド７に沿って後方に移動させると共にガイドロッド７を突設している回転円板６をモータ９を作動させることによって回転させてエレクタ５における把持具55を下方に向ける。さらに、エレクタ５が上記セグメントＳ上に達すると、昇降用ジャッキ56、56を伸長させることにより昇降アーム部材52、52を下方に移動させて上記把持具55をセグメントＳの凹円弧状湾曲面の中央部に設けている被把持部（図示せず）にまで降下させ、上記回転円板６によって該把持具55のトンネル周方向の位置と、位置調整ジャッキ54の伸縮により把持具55のトンネル長さ方向の位置とを微調整して把持具55をセグメントＳの被把持部に合致させ、この状態から昇降用ジャッキ56、56を僅かに伸長させることによって把持具55でセグメントＳの被把持部を把持させる。
【００２０】
次いで、上記昇降用ジャッキ56、56を収縮させてセグメントＳを僅かに吊り上げると共に位置調整ジャッキ54を作動させることにより該セグメントＳの後端面を、先にトンネル掘削壁面Ｔに沿ってリング状に組み立てたセグメント覆工（以下、既設のセグメント覆工という）における下周部のセグメントＳの前端面に当接させ、昇降用ジャッキ56、 56や回転円板６等を操作して把持具55により把持されたセグメントＳの後端面を上記セグメントＳの前端面に正確に接合させた状態にしてボルト・ナットによりこれらのセグメント同士を一体に連結したのち、把持具55により把持を解く。
【００２１】
このように、エレクタ５によって１個のセグメントＳを既設のセグメント覆工の下周部のセグメントＳに接合、連結させたのち、再び、次のセグメントＳを後胴部2f内に搬入してこのセグメントＳを上記同様にエレクタ５の把持具55により把持させたのち、エレクタ５を前進させて図５に示すように、該セグメントＳを既設のセグメント覆工の下周部側のセグメントＳに連結した上記セグメントＳの前方部にまで移動させたのち、このセグメントＳの前端面にその後端面を上記同様に把持具55を移動させながら全面的に接合させ、ボルト・ナットにより一体に連結する。
【００２２】
こうして既設のセグメント覆工の下周部側のセグメントＳの前端面に、２個のセグメントＳ、Ｓを前後に並列させた状態に組み合わせて施工したのち、この施工を可能にするために予め、収縮させておいた後胴部2fの下周部側のシールドジャッキ４を僅かに伸長させてそのスプレッダ4aを前側のセグメントＳの前端面に当接させる一方、上記前後に組み合わせて施工したセグメントＳ、Ｓの一側方において、既設のセグメント覆工の一側部前端面に当接させておいたシールドジャッキ４を収縮させてセグメント覆工の一側部前端面に次のセグメントＳ、Ｓを前後に組立て可能にする空間部を形成する。
【００２３】
しかるのち、後胴部2f内に次のセグメントＳを搬入し、上記同様にエレクタ５をそのセグメントＳの位置まで移動させて把持具55により該セグメントＳを把持し、エレクタ５をトンネル周方向に移動させて図６に示すように、セグメントＳを上記空間部側にまで持ち上げ、このセグメントＳの後端面と下向き側端面とをリング状に組立てている既設のセグメント覆工における一側部側のセグメントＳの前端面と先に下周部側（底面側）に組み込んだ上記前後１組のセグメントＳ、Ｓにおける後側のセグメントＳの上向き側端面とにそれぞれ接合させてボルト・ナットにより連結する。
【００２４】
次いで、再び新たに搬入したセグメントＳを上記同様にエレクタ５の把持具55に把持させてエレクタ５を既設のセグメント覆工における一側部側のセグメントＳの前端面に連結させた上記セグメントＳの前方側にまで移動させたのち、このセグメントＳの前端面に該エレクタ５の把持具55によって把持された上記セグメントＳの後端面を接合させ、これらのセグメントＳ、Ｓを互いに前後に並列に組み合わせた状態でボルト・ナットにより連結すると共にこれらの前後セグメントＳ、Ｓと後胴部2fの底面側に施工した上記前後セグメントＳ、Ｓとの対向側端面をボルト・ナットによって連結したのち、前側のセグメントＳの前端面に対応する上記収縮させておいてシールドジャッキ４を僅かに伸長させることによってそのスプレッダ4aをこのセグメントＳの前端面に当接させる。
【００２５】
以下、既設のセグメント覆工における他側部側のセグメントＳの前端面側においても、該セグメントＳに当接させておいたシールドジャッキ４を収縮させたのち、このセグメントＳの前端面に上記同様のエレクタ操作によって２個のセグメントＳ、Ｓを前後並列に組み合わせた状態となるように連結、施工し、上記シールジャッキ４を僅かに伸長させて前側のセグメントＳの前端面に当接させる。さらに、このような２個のセグメントＳ、Ｓを前後並列に組み合わせてなる上記両側の前後セグメントＳ、Ｓ間における後胴部2fの天端部側においても図７に示すように、、エレクタ５によりセグメントＳ、Ｓ及び必要に応じてキーセグメント（図示せず）を前後に並列した状態に組み合わせる。この場合においても、セグメントＳを施工すべき位置におけるシールドジャッキ４を収縮させておき、施工後にセグメントＳの前端面に当接させる。
【００２６】
このように、既設のセグメント覆工の前端面に対して後胴部2f内で、エレクタ５を用いてトンネル掘削壁面Ｔの底面部側から天端部側に向かって前後セグメントＳ、Ｓを順次、トンネル周方向に組み立てることより２リング分のセグメント覆工を同時に一括して形成するものである。
【００２７】
なお、既設のセグメント覆工の前端面にまず１リング分のセグメントＳを組み立てたのち、このセグメントＳの前端面に１リング分のセグメントＳを組み立てると、まず、後側の１リング分のセグメントＳを組立てる時に、組み立てるべきセグメントＳに対応するシールドジャッキ４を収縮させ、該セグメントＳを既設のセグメント覆工の前端面に組み込んだのち伸長させる工程と、次に前側の１リング分のセグメントＳを組立てる時においても、このセグメントＳの前側に組み込むセグメントＳに対して上記シールドジャッキ４を収縮させる工程を必要とし、従って、作業能率の低下につながるので、上述したように前後のセグメントＳ、Ｓを一組として複数組のセグメントＳをトンネル掘削壁面Ｔの底面部側から天端部側に向かって組み立てて２リング分のセグメントを同時に一括して施工するものである。
【００２８】
こうして、既設のセグメント覆工の前端面に２リング分のセグメントを組み込んでセグメント覆工を２リング分だけ延長した状態にしたのち、このセグメント覆工の前端面に当接させている全てのシールドジャッキ４を再び伸長させると共にカッタヘッド11を回転させることによってシールド掘削機１を掘進させ、次の２リング分のセグメントが組立可能な一定長のトンネルを掘削したのち、停止して後胴部2f内に形成された空間部内で上記同様にエレクタ５により２リング分のセグメントを組み立てるものであり、このように、シールド掘削機を推進させて２リング分のセグメントが組立可能な一定長のトンネルを掘削する工程と、この一定長のトンネルの掘削後にトンネル周方向にセグメントを２リング分、一括して組立てる工程とを繰り返し行ってトンネル全長に亘ってその掘削壁面にセグメント覆工を施工するものである。
【００２９】
また、上記のように２リング分のセグメントの施工後に、或いはこの施工と並行して作業台車の走行用レールの継ぎ足し、延長作業や、配管、配線作業等の付帯作業を行うものである。
【００３０】
次に、２リング分のセグメントの組立を行う場合における本発明の具体的な実施例と、従来の方法（比較例とする）とのタイムスケジュールを表示する。
【００３１】
【表１】

【００３２】
この表から明らかなように、本発明実施例におけるセグメント組立方法によれば、従来例に比べて２リング分のセグメント施工に必要な時間がシールド掘削機による一定長（セグメント２リング分）のトンネル掘削時間と合わせて１３分も短縮することができ、トンネル全長に亘るシールド掘削機による作業能率の向上と共にセグメントの施工が能率よく行え、施工時間の著しい短縮を図ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】シールド掘削機の簡略縦断側面図。
【図２】その後胴部側の縦断側面図。
【図３】その縦断正面図。
【図４】底部側の後部にセグメントを組み込んでいる状態を示す簡略縦断側面図。
【図５】底部側の前部にセグメントを組み込んでいる状態を示す簡略縦断側面図。
【図６】側方部にセグメントを組み込んでいる状態を示す簡略縦断正面図。
【図７】天端側にセグメントを組み込んでいる状態を示す簡略縦断側面図。
【符号の説明】
１シールド掘削機
2a 前胴部
2f 後胴部
４シールドジャッキ
５エレクタ
11 カッタヘッド
Ｓセグメント

Claims

シールド掘削機をその後胴部の前端部内周面に取り付けている２リング分のトンネル長さ方向のセグメント幅に相当するストローク長を有する複数本のシールドジャッキによって推進させて２リング分のセグメントを組立可能な一定長のトンネルを掘削する工程と、この一定長のトンネルの掘削後に上記後胴部内に配設しているトンネル長さ方向に移動可能なエレクタにより後胴部内においてトンネル周方向にセグメントを２リング分、組立てる工程とを繰り返し行うセグメントの組立方法であって、上記全てのシールドジャッキを先に組立てたセグメント覆工の前端面にそのスプレッダを当接させた状態にして伸長させることによりトンネル長さ方向に相当するセグメント幅の２倍の長さを有するトンネルを掘削したのち、下周部側に配設しているシールドジャッキのみを収縮させて上記セグメント覆工の下周部のセグメントの前端面に上記エレクタによって新たなセグメントを連結する作業とこのセグメントの前端面に次のセグメントを連結する作業とを行うことによりこれらのセグメントを前後に組み合わせ、この前後に組み合わせたセグメントの前端面に上記収縮させておいたシールドジャッキのスプレッダを押し付けたのち、これらの前後に組み合わせたセグメントの一側方と他側方に順次、上記同様にして２個のセグメントをそれぞれ前後に組み合わせた状態となるように上記セグメント覆工の前端面に連結、施工し、さらに、この前後セグメントの組み合わせ施工作業をトンネル周方向にトンネル天端面に向かって行うことにより２リング分のセグメントを組み立てることを特徴とするセグメントの組立方法。