JP4038533B2 - 可変断面シールドの覆工構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円形断面を有する一般部と上記断面を半径方向に拡幅した拡幅部との間に拡幅幅が変化するテーパ部を設けた可変断面シールドの覆工構造に関するもので、特に、テーパ部の覆工構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、円形断面を有する一般部に掘削断面が広がった拡幅部を有するようなトンネルを掘削する場合には、シールドの胴部の一部を拡幅方向に一様に拡幅して掘削を行う、いわゆる平行拡縮式のシールド推進機が用いられている。また、トンネルの拡幅幅が大きい場合には、上記一般部と拡幅部との間に拡幅幅が徐々に変化するテーパ部を設けてトンネルの掘進を行う方法がある。図１４は、テーパ部において、上記平行拡縮式のシールド推進機を用い、左，右の胴部が平行な状態で掘削を行った場合の覆工状態を示す図である。ここでは、テーパ部のトンネル形状をできるだけ滑らかにするため、シールド推進機は一つのセグメント１１の幅分だけ進む毎にシールド胴部を段階的に拡幅して掘進を行っている。このような可変断面シールドの覆工で用いられるセグメント１１としては、断面１１ｚの形状が長方形であるセグメントが用いられている。また、セグメント１１と掘削されたトンネルの隙間にはテールシール１３が取付けられていて、土砂と水の進入を防ぐようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記セグメント１１の断面１１ｚの形状が長方形なので、セグメントの内側及び外側の両方で、リング間の段差が生じてしまい、テールシール１３が上記リング間の段差に追従できなくなり、止水対策が難しくなるという問題点があった。
【０００４】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、テーパ部を設けた可変断面シールドにおいて、上記テーパ部の形状に追随できるようなセグメントを用いた可変断面シールドの覆工構造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の可変断面シールドの覆工構造は、テーパ部を設けた可変断面シールドのテーパ部に用いられるセグメントとして、セグメントの外周側の形状が上記テーパ部と平行になるように形成されたセグメントを用いたことを特徴とする。
【０００６】
本発明の請求項２に記載の可変断面シールドの覆工構造は、上記セグメントの幅方向の断面形状が平行四辺形であることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係わるシールド掘進機２０の構成を示す図で、図１（ａ）は全体断面図、図１（ｂ）は正面図である。図において、１はシールド掘進機２０の前面に取付けられ切り羽を掘削するメインカッター、２は上記メインカッター１に取付けられ上記メインカッター１の径方向（シールドの径方向）に伸縮自在な１対の余堀装置、３Ｌ，３Ｒはそれぞれ左，右に移動する断面が円弧状の左，右の拡幅胴、４は上記メインカッター１の後部に配置された円板状の隔壁、５Ａ，５Ｂは前面に複数のサブカッター５ｋを備え、シールド掘進機２０の軸方向と平行に延長する平板状の水平フレームで、５Ａは上部胴を構成する上側の水平フレーム、５Ｂは下部胴を構成する下側の水平フレームである。なお、上記水平フレーム５Ａ，５Ｂは、上記左，右の拡幅胴３Ｌ，３Ｒとともにシールド胴部３を構成している。また、６はシールドの中胴部の内部に設けられ上記隔壁４とともに上記水平フレーム５Ａ，５Ｂを支える支柱、７は上記水平フレーム５Ａ，５Ｂのシールド内部側に取付けられ上記左，右の拡幅胴３Ｌ，３Ｒをそれぞれ左，右に移動させるためスライドジャッキ、８はメインカッターの１の軸部、９はメインカッター１の駆動装置、１０はセグメント１１を押してシールド掘進機を前進させるためのシールド推進ジャッキ、１２はセグメント１１をリング状に組立るためのエレクタ、１３は上記セグメント１１とシールド掘進機２０との間に設置される止水用のテールシールである。なお、上，下の水平フレーム５Ａ，５Ｂ内でサブカッター５ｋの後部には、上記サブカッター５ｋの駆動装置５ｍが収納される。また、図を簡明化するため、隔壁４の前方に高圧の泥水を送るための送泥管１４と、メインカッター１等で掘削された土砂等と上記泥水とをシールドの後方に送るための排泥管１５とを２点鎖線で示した。
【０００８】
図２（ａ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図で、サブカッター５ｋは、水平フレーム５Ａ，５Ｂのそれぞれの両端側に各３個ずつ設けられており、３個のサブカッターのうち中央のサブカッターは他のサブカッターよりも前面に位置している（図１（ｂ）参照）。また、上側の水平フレーム５Ａの前面中央には送泥管１４の送泥口１４ａが、下側の水平フレーム５Ｂの前面中央には、掘削された土砂等と上記送泥口１４ａからの泥水とを攪拌するアジテータ１６と排泥管１５の排泥口１５ａとが設けられている。なお、同図の排泥口１５ａの一方は予備の排泥口である。また、左，右の拡幅胴３Ｌ，３Ｒの隔壁４の裏側にあたる部分には、図示しない止水用のシールを挟んで、上記隔壁４に密着するように移動隔壁３ｐ，３ｑが設けられている。
図２（ｂ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図で、支柱６は水平フレーム５Ａ，５Ｂ間に上記水平フレーム５Ａ，５Ｂに垂直に建られた平行な２本の棒状の部材から構成されている。また、メインカッター１の駆動装置９はシールド胴部３と同心円状に左，右３個ずつ設けられ、シールド推進ジャッキ１０は、シールド胴部３の内側に同心円状に設けられいる。詳細には、上部胴及び下部胴である水平フレーム５Ａ，５Ｂの内側に配置されたシールド推進ジャッキは、サブカッター５ｋの駆動装置５ｍの後部に配置され、他のシールド推進ジャッキは、移動する左，右の拡幅胴３Ｌ，３Ｒの内側に配置されている。なお、図１（ｂ）では、支柱６に取付けられているエレクタ１２は省略した。
【０００９】
次に、上記構成のシールド掘進機２０の動作について説明する。切り羽の掘進は、上側の水平フレーム５Ａに設けられた送泥管１４の送泥口１４ａから高圧の泥水を送りながらメインカッター１を回転させ、シールド推進ジャッキ１０でリング状に組立られたセグメント１１を押して、シールド掘進機２０を前進させつつ行う。このとき、上，下の水平フレーム５Ａ，５Ｂに設けられたサブカッター５ｋによる上，下の水平方向に延長する長穴の掘削も同時に行う。掘削された土砂等は、メインカッター１，アジテータ１６により上記泥水とともに攪拌され、排泥口１５ａから排泥管１４を通ってシールド掘進機２０外部の図示しない排泥処理装置に送られる。１つのセグメント幅の掘削が完了すると、シールド掘進機２０の後部において、エレクタ１２を用いてセグメント１１の組立を行う。セグメント１１とシールド掘進機２０の隙間にはテールシール１３が取付けられていて、土砂と水の進入を防ぐようにしている。
【００１０】
図３は、シールド前胴部の隔壁４と、シールドの中胴部の内部に直角に建てられた支柱６と、隔壁４と支柱６の上，下にそれぞれ取付けられた上，下の水平フレーム５Ａ，５Ｂとから構成される補強枠の構成と、左，右の拡幅胴３Ｌ，３Ｒの移動機構であるスライドジャッキ７の配置の詳細を示す斜視図である。スライドジャッキ７は、水平フレーム５Ａ，５Ｂのシールド内部側に上，下に各４個ずつ取付けられ、右の拡幅胴３Ｒを移動させるための前，後２本の右胴スライドジャッキ７Ｒ，７ｒと、左の拡幅胴３Ｌを移動させるための前，後２本の左胴スライドジャッキ７Ｌ，７ｌとから成り、右胴スライドジャッキ７Ｒ，７ｒと左胴スライドジャッキ７Ｌ，７ｌとは前，後方向に交互に配置されている。なお、同図で、符号５Ｐは、上，下胴部である水平フレーム５Ａ，５Ｂの隔壁で、隔壁４と一体に構成されている（図１（ａ）では省略した）。
図４は、上記スライドジャッキ７により、シールドの掘削方向の左，右に移動するシールド胴部（左，右の拡幅胴３Ｌ，３Ｒ）を示す斜視図で、隔壁４の後部には、メインカッターの１の軸部を避けるための矩形の切り欠き部を有する移動隔壁３ｐ，３ｑが上記隔壁４と重複するように位置している。また、上記移動隔壁３ｐ，３ｑのそれぞれの後部で、かつ、左，右の拡幅胴３Ｌ，３Ｒの上，下の部分にはシールドの軸方向に延長された板状の延長部が形成され、この延長部のシールド内側の端面で上記スライドジャッキ７の先端部に対応する位置には、スライドジャッキ７の先端部を受けるジャッキ受け部３ｘが設けられている。スライドジャッキ７がこのジャッキ受け部３ｘをそれぞれシールドの左，右方向に押すことにより、左，右の拡幅胴３Ｌ，３Ｒが左，右方向へそれぞれ移動しシールド胴部３は左，右に拡幅される。なお、移動隔壁３ｐ，３ｑと隔壁４の間等の拡幅時の移動箇所には、図示しない止水用のシールが設けられている。
【００１１】
図５（ａ）は、スライドジャッキ７の一例を示す図で、スライドジャッキ７は、ガイド部材７ｂに収納されたシリンダ７ａによりロッド７ｐを伸縮させるもので、図５（ｂ）に示すように、シールド掘進機２０の前，後方向でスライドジャッキ７Ｒ，７Ｌ，７ｒ，７ｌの各ロッド７ｐの伸縮量を適宜設定し、シールド胴部（左，右の拡幅胴３Ｌ，３Ｒ）の前，後方向の拡幅量を変化させる。なお、左，右の拡幅胴３Ｌ，３Ｒとが平行でない場合でも、ジャッキ受け部３ｘが一様に押され、左，右の拡幅胴３Ｌ，３Ｒの移動が滑らかになるように、ロッド７ｐの先端部７ｘは曲面で構成されている。また、符号７ｑは移動隔壁３ｐ，３ｑの受け部で、通常時には上記ジャッキ受け部３ｘと接している。
【００１２】
図６（ａ），（ｂ）は、拡幅部の施工を行う場合のシールド掘進機２０の正面図及びＡ−Ａ断面図（図１参照）で、左，右の拡幅胴３Ｌ，３Ｒを上述したスライドジャッキ７によりそれぞれ左，右に移動させ、メインカッター１に備えられた余掘り装置２を駆動して左，右方向の拡幅掘削を行う。余掘り装置２は、図６（ａ）に示すように、伸縮する腕部２ａの先端に余掘り用カッター２ｂを取付けたもので、メインカッター１の対称な位置にそれぞれ１個ずつ取付けられており、拡幅掘削時には、予め設定された左，右の拡幅胴３Ｌ，３Ｒの拡幅幅相当の余掘りを行うように、メインカッター１の回転に同期して上記腕部２ａの長さが制御される。このとき、移動隔壁３ｐ，３ｑは隔壁４と重畳した状態で左，右に拡幅する。シールド掘進機２０は、上述した補強枠により補強されているので、シールド掘進機２０全体の剛性が高く、したがって、拡幅掘削時に左，右の拡幅胴３Ｌ，３Ｒの受ける反力を十分受け取ることができる。
【００１３】
また、図６（ｃ）は、上述したシールド掘進機２０のＢ−Ｂ断面図（図１参照）の拡幅施工時の状態を示す図で、最後部（図では手前）の左胴スライドジャッキ７ｌが左の拡幅胴３Ｌを、右の拡幅胴スライドジャッキ７ｒが右の拡幅胴３Ｒをそれぞれ左，右に押し、このとき、左，右の拡幅胴３Ｌ，３Ｒの内側に配置されたそれぞれの推進ジャッキ１０は、拡幅胴３Ｌ，３Ｒと一体となってそれぞれ左，右に移動する。１つのセグメント幅の掘削が完了すると、シールド掘進機２０の後部において、図示しないエレクタ１２によりセグメント１１を組立てる。
図７（ａ）は、シールド掘進機２０による一般部の掘削形状を示す図で、図７（ｂ）は、拡幅部の掘削形状を示す図である。同図において、サブカッター５ｋによる掘削で生じるテールボイド１７ｖ（同図の斜線部）には、セメントや水ガラス等の混合物からなる裏込め材を注入し充填する。また、一般部及び拡幅部に使用されるセグメント１１は、後述するように、トンネルの掘削形状にあわせたものを用いる。
【００１４】
図８は、本実施の形態のシールド掘進機２０を用いて、掘進方向にテーパ部が設けられたトンネル１８を掘削する様子を模式的に示したもので、シールド胴部３の左，右方向への拡幅量をシールド掘進機２０の前，後方向で可変することができるため、シールド掘進機２０全体をトンネル形状に沿って移動させることができる。したがって、余掘量を少なくでき、掘進の結果、シールド掘進機と地山との間のクリアランスを小さくできる。
【００１５】
図９（ａ）は、円形断面の一般部にセグメント１１を組上げた状態を示す図で、図９（ｂ）は、テーパ部または拡幅部にセグメント１１を組上げた状態を示す図である。一般部では、図１０（ａ）に示すように、セグメント形状が一定の円弧状のセグメント１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｋが用いられ、テーパ部または拡幅部では、上記セグメント１１Ａ，１１Ｋの他に、図１０（ｂ）に示すような、２つの円弧部１１ｘの間に水平部１１ｙを有するセグメント１１Ｍ，１１Ｎが用いられる。
【００１６】
また、セグメントがテーパ部で用いられるセグメントである場合には、セグメント幅方向（掘進方向）をテーパ状に形成する。例えば、円弧状のセグメント１１Ａでは、図１１（ａ）に示すように、セグメント１１Ａの両側面１１ｚ，１１ｚにおいてセグメント幅方向の外周側をテーパ状に形成し、セグメント外面でのリング間に段差が生じないようにする。あるいは、図１１（ｂ）に示すように、セグメント幅方向の断面を平行四辺形に形成し、セグメントの内，外面ともに段差が生じないようにする。但し、Ｋセグメントであるセグメント１１Ｋにはテーパを形成せず、セグメントＫに隣接するセグメント１１Ｂ，１１Ｍ，１１Ｎの各セグメントのセグメントＫ側の側面にはテーパを形成しない。
図１２は、上記平行四辺形のセグメント断面を有するセグメントを用いて拡幅部にセグメントを組上げた図で、セグメント１１Ａの外面がテーパ状に形成されているため、テールシール１３のテールシールプレート１３ａをセグメントの外周に追従して設定することができる。また、セグメント外周と地山の隙間がほぼ一定なので、シールブラシ１３ｂを長足化したり増毛したりすることなくテールシール１３を取り付けることができ、容易に止水性を向上させることができる。
【００１７】
このように、本実施の形態によれば、左，右の拡幅胴３Ｌ，３Ｒの左，右方向への拡幅量を掘進方向の前，後方向で可変できるようなシールド掘進機２０を用いて掘削を行い、拡幅部及びテーパ部に用いるセグメントとして、セグメント幅方向の外周側をテーパ状に形成したセグメント、あるいは、幅方向の断面形状が平行四辺形であるセグメントを用いて可変断面シールドの覆工を行ったので、セグメント１１の内外周ともにリング間の段差がなく、したがって、テールシール１３の追従性を向上させることができ、止水性の高い覆工を行うことができる。
【００１８】
なお、本実施の形態においては、セグメント幅方向の外周側をテーパ状に形成するか、あるいは、セグメント幅方向の断面１１ｚを平行四辺形に形成したが、図１３（ａ）に示すように、セグメント１１の外面の端部付近のみをテーパ状に形成しても、セグメントの外側でのリング間の段差を解消することができ、止水性を向上させることができる。図１３（ｂ）は、上記セグメント１１の断面１１ｚを拡大したもので、セグメント１１の断面１１ｚのトンネルの傾斜が拡大する側の端部に、上記傾斜よりも大きな傾斜をもつテーパ部を形成し、隣接するセグメントの外側の段差をなくすようにしている。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、テーパ部を設けた可変断面シールドのテーパ部に用いられるセグメントとして、セグメントの外周側の形状が上記テーパ部と平行になるように形成されたセグメントを用いたので、セグメントの外側でのリング間の段差を解消することができ、テールシールの追従性を向上させることができ、止水性の高い覆工を行うことができる。
【００２０】
また、請求項２に記載の発明によれば、セグメントの幅方向の断面形状が平行四辺形であるセグメントを用いて可変断面シールドのテーパ部の覆工を行ったので、セグメントの内外周ともにリング間の段差がなく、止水性を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わるシールド掘進機の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係わるシールド掘進機の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係わるシールド掘進機の枠構造を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係わるシールド掘進機の拡幅胴を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係わる拡幅胴の移動機構を説明するための図である。
【図６】拡幅時のシールド掘進機の正面図とシールド胴部の断面を示す図である。
【図７】実施の形態のシールド掘進機による掘削形状を示す図である。
【図８】実施の形態のシールド掘進機のテーパ部における掘進状態を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態に係わるセグメントの組上げ状態を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係わるセグメント形状の一例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係わるテーパを有するセグメントの一例である。
【図１２】本発明の実施の形態に係わる平行四辺形の断面を有するセグメントを用いたテーパ部のトンネル断面を示す図である。
【図１３】端部付近にテーパを有する断面のセグメントを用いた場合のトンネル断面を示す図である。
【図１４】従来の平行拡縮式のシールド推進機による可変断面シールドのテーパ部の覆工方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１ メインカッター
２ 余堀装置
３ シールド胴部
３Ｌ 左の拡幅胴
３Ｒ 右の拡幅胴
４ 隔壁
５Ａ，５Ｂ 水平フレーム
６ 支柱
７ スライドジャッキ
８ （メインカッターの）軸部
９ （メインカッターの）駆動装置
１０ シールド推進ジャッキ
１１ セグメント
１２ エレクタ
１３ テールシール
１４ 送泥管
１５ 排泥管
１６ アジテータ
２０ シールド掘進機

Claims (2)

1. 円形断面を有する一般部と上記断面を半径方向に拡幅した拡幅部との間に拡幅幅が変化するテーパ部を設けた可変断面シールドのテーパ部に用いられるセグメントとして、セグメントの外周側の形状が上記テーパ部と平行になるように形成されたセグメントを用いたことを特徴とする可変断面シールドの覆工構造。
2. セグメントの幅方向の断面形状が平行四辺形であることを特徴とする請求項１記載の可変断面シールドの覆工構造。

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