JP4391386B2 - Obstacle removal method - Google Patents
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Description
本発明は、掘進先にH型鋼や鋼矢板(シートパイル)等の支障物があった場合でも安全かつ確実に支障物を撤去してトンネルを掘削可能な支障物撤去方法に関する。 The present invention is to remove the safe and reliable obstacle even if there is obstacle such as H-section steel and steel sheet piles (sheet pile) regarding excavation for supporting Sawabutsu removing method tunnels excavation destination.
近年、都市土木,下水道工事における排水管等の布設に伴い、地中支障物(H型鋼や鋼矢板(シートパイル)等の障害物)に遭遇することが多くなってきている。この場合、一般的なシールド掘削機(トンネル掘削機)では、次のような理由で支障物を撤去することが困難なため、人間が切羽に出て直接ガス溶断などの方法で撤去するしかなく、危険性の高い作業を行なう必要があった。
(1)切削中の支障物が動いてしまうと、カッタヘッドにからみつき、シールド掘削機が掘進不能に陥ると共にビットが欠損する虞がある。
(2)カッタヘッド中央部のフィッシュテールカッタがひどく損傷する。
(3)通常の土砂切削用カッタビットで支障物を切削すると欠けてしまう。
(4)切削した支障物片が大きい場合、カッタヘッドやスクリュコンベアに絡みつき、シールド掘削機が掘進不能に陥る虞がある。
In recent years, along with the construction of drainage pipes and the like in urban civil engineering and sewerage works, there have been increased encounters with underground obstacles (obstacles such as H-shaped steel and steel sheet pile (sheet pile)). In this case, in general shield excavators (tunnel excavators), it is difficult to remove obstacles for the following reasons, so humans have to go out to the face and remove them directly by gas cutting etc. It was necessary to carry out high-risk work.
(1) If the obstacle during cutting moves, it may be entangled with the cutter head, and the shield excavator may not be able to dig and the bit may be lost.
(2) The fishtail cutter at the center of the cutter head is severely damaged.
(3) When an obstacle is cut with an ordinary earth and sand cutting cutter bit, it is chipped.
(4) When the obstructed piece is large, the shield excavator may become unable to dig up due to entanglement with the cutter head or screw conveyor.
そこで、最近では、特許文献1で、切羽に対峙して回転するカッタヘッドに半径方向に間隔を隔てて複数配置された掘削ビット、切削ビット、及び保護ビットからなり、掘削ビットは、カッタヘッドの回転により切羽全面を切削するように配置されており、切削ビットは、カッタヘッドと同心に円弧状に形成され、かつ半径方向に隣接する切削ビットの間を前記掘削ビットが通るように配置されており、保護ビットは、切削ビットの回転軌跡上に位置し、かつ先端が切削ビットより前方に位置する保護位置と後方に位置する待機位置との間を前後に移動可能に設けられているシールド掘進機の障害物切削装置(及び方法)が開示されている。
Therefore, recently, in
これによれば、障害物に切削ビットにより半径方向に間隔を隔てた溝(切り込み)を切削加工することができ、更に、溝が加工されて破断し易くなった障害物を掘削ビットにより容易に破断し、切削ビットの半径方向間隔よりも小さい破片に破断することができる。また、保護ビットを切削ビットより前方に移動することにより、切削ビット不使用時における切削ビットの摩耗を低減することができる、等の利点が得られる。 According to this, it is possible to cut the grooves (cuts) spaced in the radial direction on the obstacle by the cutting bit, and further, the obstacle which is easily broken due to the processing of the groove can be easily cut by the excavation bit. It can break and break into pieces that are smaller than the radial spacing of the cutting bits. Further, by moving the protective bit forward from the cutting bit, there are obtained advantages such that the wear of the cutting bit when the cutting bit is not used can be reduced.
また、特許文献2で、複数本の地盤掘削ビットとこの地盤掘削ビットに対して出没可能な複数本の障害物切削ビットとを配設してなるカッタヘッドをスキンプレートの開口前端部の隔壁に回転自在に支持させ、この隔壁の外周にリング体を一体に設けてこのリング体を上記スキンプレートの開口前端部に前後摺動自在に内嵌させると共にスキンプレートとリング体とを切り離し可能に固定するロック手段を配設し、さらに、ロック手段の後方側におけるスキンプレートの内周面に隔壁の推進機構を配設しているシールド掘削機が開示されている。 Further, in Patent Document 2, a cutter head comprising a plurality of ground excavation bits and a plurality of obstacle cutting bits that can be projected and retracted with respect to the ground excavation bits is used as a partition wall at the front end portion of the skin plate. A ring body is integrally provided on the outer periphery of the partition wall, and the ring body is fitted in the front end of the skin plate so as to be slidable back and forth, and the skin plate and the ring body are detachably fixed. Further, there is disclosed a shield excavator in which a locking means is disposed, and a partition propulsion mechanism is disposed on the inner peripheral surface of the skin plate on the rear side of the locking means.
これによれば、障害物切削時には、障害物切削ビットを地盤掘削ビットに対して前方に突出させた状態にして推進機構によりカッタヘッドを前進させながら障害物切削ビットにより確実に障害物を切除することができる。また、この際、カッタヘッドのみを隔壁と共に前進させながら障害物の切削、除去を行なうことができるので、カッタヘッドが振れることなく円滑に回転して障害物切削ビットの欠損や損傷をなくして長期間の使用に供することができると共に比較的小さな推進力で能率よく障害物を切除していくことができる、等の利点が得られる。 According to this, at the time of obstacle cutting, the obstacle cutting bit is reliably cut off by the obstacle cutting bit while the obstacle cutting bit is projected forward with respect to the ground excavation bit and the cutter head is advanced by the propulsion mechanism. be able to. At this time, since the obstacle can be cut and removed while only the cutter head is moved forward together with the partition wall, the cutter head rotates smoothly without shaking, and the obstruction cutting bit is not broken or damaged. Advantages such as being able to be used for a period of time and efficiently cutting off an obstacle with a relatively small driving force can be obtained.
また、特許文献3で、筒状をなす掘削機本体の前部にカッタヘッドを回転自在に支持し、該カッタヘッドの前面部に複数の土砂掘削用カッタビットと複数の支障物掘削用カッタビットを設け、前記土砂掘削用カッタビットに対して前記支障物掘削用カッタビットを掘進方向後方にずらして配設したトンネル掘削機が開示されている。 Further, in Patent Document 3, a cutter head is rotatably supported at a front portion of a tubular excavator body, and a plurality of earth and sand excavation cutter bits and a plurality of obstacle excavation cutter bits are provided on the front surface of the cutter head. There is disclosed a tunnel excavator in which the obstacle excavation cutter bit is shifted and arranged rearward in the excavation direction with respect to the earth and sand excavation cutter bit.
これによれば、土砂掘削中は支障物掘削用カッタビットが後方に位置して摩耗することが抑制され、地盤が土砂から高度な支障物に変わったら、掘進方向前側の土砂掘削用カッタビットが摩耗あるいは欠損して支障物掘削用カッタビットが最前方に位置して支障物を掘削することができ、簡単な構造で確実に支障物を掘削することで、掘削作業を中断せずにトンネルを継続して掘削可能として作業性を向上することができる、等の利点が得られる。 According to this, during excavation of the earth and sand, the obstacle excavation cutter bit is restrained from being worn rearward, and when the ground changes from earth and sand to an advanced obstacle, the excavation direction front bit of the earth and sand excavation cutter bit is The obstacle excavation cutter bit can be excavated due to wear or loss, and the obstacle can be excavated with a simple structure. Advantages such as being able to continue excavation and improving workability can be obtained.
ところが、特許文献1から特許文献3にあっては、切削ビット、障害物切削ビット及び支障物掘削用カッタビットとそれぞれ支障物切削用の専用ビットを装備しているが、切削ビットはのこぎり状の刃で形成され(特許文献1)、障害物切削ビットはその全ての先端角度が鋭角であり(特許文献2)、支障物掘削用カッタビットはその一部の先端角度が鋭角である(特許文献3)ので、耐久性の面で難点があった。例えば軟弱地盤中に残置、設置された支障物(鋼矢板等の撓み性構造物)を地中で切削撤去する際には、横方向からのシールド外力(カッタトルク:推力)に対し支障物が地盤とともに変状を起こすことから、切削中にビットと支障物とが互いに移動(振動)しながら当たることになるのでビットが欠損し易いのである。
However, in
また、特許文献1では、切削ビットは、カッタヘッドと同心に円弧状に形成され、かつ半径方向に隣接する切削ビットの間を掘削ビットが通るように配置されて、支障部を切削ビットの半径方向間隔よりも小さい破片に破断することが可能になっているが、このようなビットの半径方向間隔では未だ不十分で、切削した支障物片がカッタヘッドやスクリュコンベアに絡みつき、シールド掘削機が掘進不能に陥る虞が依然として残っている。
Further, in
本発明はこのような問題を解決するものであって、耐久性の高い支障物切削用ビットを装備すると共に安全かつ確実に支障物を撤去してトンネルを掘削可能な支障物撤去方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, provides a safe and reliable obstacle to be removed can excavate the tunnel of supporting Sawabutsu removing method as well as equipped with a high obstacle cutting bit durability The purpose is to do.
上述の目的を達成するための本発明の支障物撤去方法は、筒状をなす掘削機本体の前部にカッタヘッドを回転自在に支持し、該カッタヘッドの先細りの円錐状に傾斜した前面部に複数の土砂用切削ビットと複数の支障物切削ビットを設け、該支障物切削ビットのチップ先端角度を鈍角としたトンネル掘削機を用いて掘進先の支障物を撤去する際に、支障物及び地盤におけるカッタヘッド中央のフィッシュテールカッタ通過部を先行して削孔しておくことを特徴とするものである。 The obstruction removal method of the present invention for achieving the above-described object includes a front part of a cutter head that is rotatably supported by a cutter head at a front portion of a tubular excavator body and is tapered in a tapered cone shape. Provided with a plurality of earth and sand cutting bits and a plurality of obstacle cutting bits, and using a tunnel excavator with an obtuse tip end angle of the obstacle cutting bits, A fishtail cutter passage portion at the center of the cutter head in the ground is drilled in advance .
また、筒状をなす掘削機本体の前部にカッタヘッドを回転自在に支持し、該カッタヘッドの先細りの円錐状に傾斜した前面部に複数の土砂用切削ビットと複数の支障物切削ビットを設け、該支障物切削ビットはそのチップ先端角度を鈍角とすると共にカッタヘッドの半径方向に隣り合うパスのものをラップさせて配置したトンネル掘削機を用いて掘進先の支障物を撤去する際に、支障物及び地盤におけるカッタヘッド中央のフィッシュテールカッタ通過部を先行して削孔しておくことを特徴とするものである。 In addition, a cutter head is rotatably supported at the front portion of a cylindrical excavator main body, and a plurality of earth and sand cutting bits and a plurality of obstacle cutting bits are provided on a tapered conical inclined front portion of the cutter head. When the obstacle cutting bit is removed by using a tunnel excavator in which the tip end angle of the tip is made obtuse and the path adjacent to the cutter head in the radial direction is wrapped, is disposed. The fishtail cutter passage portion at the center of the cutter head in the obstacle and the ground is drilled in advance .
また、筒状をなす掘削機本体の前部にカッタヘッドを回転自在に支持し、該カッタヘッドの先細りの円錐状に傾斜した前面部に複数の土砂用切削ビットと複数の支障物切削ビットを設け、該支障物切削ビットはそのチップ先端角度を鈍角とすると共に切削方向に対称な山型状や円弧状に形成されて一つのビットでカッタヘッドの左,右両回転に対応可能となっているトンネル掘削機を用いて掘進先の支障物を撤去する際に、支障物及び地盤におけるカッタヘッド中央のフィッシュテールカッタ通過部を先行して削孔しておくことを特徴とするものである。 In addition, a cutter head is rotatably supported at the front portion of a cylindrical excavator main body, and a plurality of earth and sand cutting bits and a plurality of obstacle cutting bits are provided on a tapered conical inclined front portion of the cutter head. The obstruction cutting bit has an obtuse tip tip angle and is formed in a mountain shape or arc shape symmetrical to the cutting direction, so that one bit can handle both left and right rotation of the cutter head. When the obstacle at the excavation site is removed using the existing tunnel excavator, the fish tail cutter passage portion at the center of the cutter head in the obstacle and the ground is drilled in advance .
また、筒状をなす掘削機本体の前部にカッタヘッドを回転自在に支持し、該カッタヘッドの先細りの円錐状に傾斜した前面部に複数の土砂用切削ビットと複数の支障物切削ビットを設け、該支障物切削ビットはそのチップ先端角度を鈍角とすると共にカッタヘッドの半径方向に隣り合うパスのものをラップさせて配置し、かつ切削方向に対称な山型状や円弧状に形成されて一つのビットでカッタヘッドの左,右両回転に対応可能となっているトンネル掘削機を用いて掘進先の支障物を撤去する際に、支障物及び地盤におけるカッタヘッド中央のフィッシュテールカッタ通過部を先行して削孔しておくことを特徴とするものである。 In addition, a cutter head is rotatably supported at the front portion of a cylindrical excavator main body, and a plurality of earth and sand cutting bits and a plurality of obstacle cutting bits are provided on a tapered conical inclined front portion of the cutter head. The obstruction cutting bit is formed in a chevron shape or an arc shape symmetrical with respect to the cutting direction, with the tip end angle of the tip being an obtuse angle and a path adjacent to the cutter head in the radial direction wrapped. When using a tunnel excavator that can handle both left and right rotation of the cutter head with a single bit, when the obstacle at the excavation site is removed, it passes through the fish tail cutter in the center of the cutter head on the obstacle and the ground. It is characterized by drilling a hole in advance.
また、前記削孔の後、支障物を動かないように固定するための補助工法を施工することを特徴とするものである。 In addition, after the drilling, an auxiliary method for fixing the obstacle so as not to move is constructed.
本発明の支障物撤去方法によれば、フィッシュテールカッタの耐久性を上げられる。また、地盤改良等の補助工法を施工することで、より一層支障物切削用ビットの耐久性を上げられると共に安全かつ確実に支障物を撤去できる。 According to the obstacle removing method of the present invention, the durability of the fishtail cutter can be increased. In addition, by constructing an auxiliary method such as ground improvement, the durability of the obstacle cutting bit can be further improved and the obstacle can be removed safely and reliably.
以下、本発明に係る支障物撤去方法を実施例により図面を用いて詳細に説明する。 It will be described in detail with reference to the drawings by the engagement Ru supported Sawabutsu removing method of the present invention embodiment.
図1は本発明の一実施例を示すトンネル掘削機としてのシールド掘削機の側面図、図2はカッタヘッドの斜視図、図3は支障物切削ビットと土砂用切削ビットの説明図、図4は各支障物切削ビットの軌跡図、図5は支障物切削ビットの配置図、図6はカッタヘッドの形状比較図、図7は削孔説明図、図8は地盤改良の施工図、図9は地盤改良の施工範囲の設定フロー、図10は改良強度の説明図で同図(a)は支障物撤去概略図、同図(b)は地盤改良計算モデル図、図11は地盤改良範囲(奥行き方向)の断面図である。 FIG. 1 is a side view of a shield excavator as a tunnel excavator showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a cutter head, FIG. 3 is an explanatory diagram of an obstacle cutting bit and an earth and sand cutting bit, and FIG. Is a locus diagram of each obstacle cutting bit, FIG. 5 is an arrangement diagram of the obstacle cutting bit, FIG. 6 is a shape comparison diagram of the cutter head, FIG. 7 is an explanatory diagram of drilling holes, FIG. 8 is a construction diagram of ground improvement, FIG. Fig. 10 is an explanatory diagram of the improvement strength, Fig. 10 (a) is a schematic diagram of obstacle removal, Fig. 10 (b) is a ground improvement calculation model diagram, and Fig. 11 is a ground improvement range ( It is sectional drawing of a depth direction.
図1に示すように、トンネル掘削作業に用いられる本実施例のシールド掘削機10において、筒状をなす掘削機本体11の前部にはバルクヘッド12が形成され、このバルクヘッド12にはリングギア付き軸受18により回転体14が回転自在に支持され、この回転体14に後述するカッタ面板16及びカッタスポーク17(カッタヘッドの前面部)が先細りの円錐状に傾斜する傾斜型のカッタヘッド15が装着されている。回転体14と掘削機本体11との間にはシール13があり、ギアの噛み合わせ部分へ土砂などの異物が侵入するのを防いでいる。
As shown in FIG. 1, in the
カッタヘッド15及び回転体14の後部には前述したリングギア付き軸受18が固定される一方、掘削機本体11には駆動モータ19が装着され、この駆動モータ19の駆動ギア20がリングギア付き軸受18のリングギア部に噛み合っている。従って、駆動モータ19を駆動して駆動ギア20を回転駆動すると、リングギア付き軸受18及び回転体14を介してカッタヘッド15を回転することができる。
The above-described bearing 18 with a ring gear is fixed to the rear part of the
一方、掘削機本体11内にはスクリュコンベア21が配設されており、前端部がバルクヘッド12を貫通してチャンバ22に連通されている。また、掘削機本体11の内周面には周方向に沿って図示しないシールドジャッキが複数並設されると共に、その後部にセグメントを組立てる図示しないエレクタ装置が配設されている。従って、このシールドジャッキが掘進方向後方に伸長して既設のセグメントに押し付けることで、その反力により掘削機本体11を前進することができると共に、エレクタ装置が前進した掘削機本体11と既設のセグメントとの空所にセグメントを組み付けることができる。
On the other hand, a
尚、図1中23はセンターシャフト24の先端に取り付けられたフィッシュテールカッタ(多数の先行カッタビットからなる)で、25はカッタヘッド15に内蔵されて、押出ジャッキ26によって外周側に突出可能なコピーカッタである。
In FIG. 1,
図2に示すように、カッタヘッド15は、点対称位置にて2つのカッタスポーク17及びカッタ面板16がセンターシャフト24と外周リング27に支持されてなり、各カッタスポーク17の両側に土砂用切削ビット30がまた中央にスポーク取付用の支障物切削ビット31が多数装着され、各カッタ面板17に面板取付用の支障物切削ビット32が多数装着されている。また、外周リング27と各カッタ面板17には外周部取付用の支障物切削ビット33が複数装着されている。
As shown in FIG. 2, the
図3に示すように、土砂用切削ビット30は、そのかんな刃状の超硬チップ30aが所定のすくい角α1と逃げ角βを有してチップ先端角度が鋭角になっている(図4の(a)参照)。一方、スポーク取付用の支障物切削ビット31は、一つ(複数でも良い)の超硬チップ31aを中心にして切削方向(カッタヘッド15の周方向)に対称な山型状に形成されて土砂用切削ビット30の超硬チップ30aと比較するとすくい角α2がマイナスとなっており、チップ先端角度が鈍角であると言える(図4の(b)参照)。また、面板取付用の支障物切削ビット32と外周部取付用の支障物切削ビット33は複数(図示例では5つ)の超硬チップ32a(33a)を切削方向に所定の間隔をおいて埋設するも切削方向に対称な円弧状に形成されて、スポーク取付用の支障物切削ビット31と同様に、すくい角がマイナスとなっており、チップ先端角度が鈍角であると言える(図4の(c)参照)。尚、外周部取付用の支障物切削ビット33は面板取付用の支障物切削ビット32をカッタヘッドの半径方向に二分割したものである。
As shown in FIG. 3, the earth and
図4及び図5に示すように、スポーク取付用の支障物切削ビット31、面板取付用の支障物切削ビット32及び外周部取付用の支障物切削ビット33は、カッタヘッド15の半径方向に隣り合うパスのものとラップさせて配置し、ビット間に隙間をあけないようになっている。図示例では外周部及びカッタ面板16上には隙間が無いように配置し、カッタ面板16上とカッタスポーク17上の位置関係は例えば図5に示すように半ピッチずらした形で配置している。尚、図5中Cはカッタヘッド中心からのビット取付位置、Wbはビット配置間隔で、Waはビット幅をそれぞれ示す。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
従って、このように構成されたシールド掘削機10にてトンネルを掘削するには、図1に示すように、駆動モータ19によりカッタヘッド15を回転させながら複数のシールドジャッキを伸長すると、既設のセグメントへの押し付け反力によって掘削機本体11が前進し、最前方に位置しているフィッシュテールカッタ23と土砂用切削ビット30及び各支障物切削ビット31,32,33が前方の地盤を掘削する。そして、掘削された土砂はチャンバ22に取り込まれ、スクリューコンベヤ21によって外部に排出される。その後、シールドジャッキの何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグメントとの間に空所を形成し、エレクタ装置によってこの空所に新しいセグメントを装着する。この作業の繰り返しによってトンネルを連続的に掘削形成していくことになる。
Accordingly, in order to excavate a tunnel with the
この掘削途中で、図6に示すように、H型鋼や鋼矢板(シートパイル)等の支障物Sに遭遇した際には、上述したようなカッタヘッド15の形状と各支障物切削ビット31,32,33の形状及び配置で効果的に支障物Sを切削することができる。
During this excavation, as shown in FIG. 6, when an obstacle S such as H-shaped steel or steel sheet pile (sheet pile) is encountered, the shape of the
即ち、カッタ面板16及びカッタスポーク17が円錐状に傾斜する(例えば5°〜10°)傾斜型のカッタヘッド15(図6の(a)参照)により、カッタヘッドに傾斜が無いもの(図6の(b)参照)に比べて、支障物切削範囲Aが小さくなり、切削抵抗の低減が図れるのである。
In other words, the
また、各支障物切削ビット31,32,33におけるチップ先端角度が鈍角であると共に、切削方向(カッタヘッド15の周方向)に対称な山型状や円弧状に形成されて一つのビットでカッタヘッド15の左,右両回転に対応可能となっているので、一般的な土砂用切削ビットに比べて、切削効率や耐久性が高い。
Further, the tip end angle of each
また、各支障物切削ビット31,32,33は、カッタヘッド15の半径方向に隣り合うパスのものとラップさせて配置し、ビット間に隙間をあけないようになっているので、
支障物Sを可及的に小片で切削でき、切削片を迅速かつ円滑にスクリュコンベア21で排出することができる。
In addition, each
The obstacle S can be cut as small as possible, and the cut piece can be discharged quickly and smoothly by the
そして、本実施例では、掘進先に予め支障物Sが有ることが解っている場合は、図7に示すように、地盤及び支障物Sにおけるカッタヘッド15のフィッシュテールカッタ23通過部は発進立坑40に設置した水平ボーリング41により先行して削孔しておくようになっている。図示例では、管径の異なる3本の削孔管P1、P2、P3からなる釣竿方式を採用し、管径の大きなものから徐々に小さなものに変化させて施工する方式としている。
In the present embodiment, when it is known in advance that the obstacle S is present at the excavation destination, as shown in FIG. 7, the
更に、図8に示すように、補助工法として全方位型高圧噴射方式の地盤改良を適用し、支障物S周辺の地盤を改良し、支障物Sを固定するようになっている。それには、支障物Sを事前に水平ボーリング41(図7参照)により穿孔し、高圧噴射工法の改良最終位置まで多数本の多孔管P4を挿入しておく必要がある。尚、図8中イは地盤改良範囲で、ロはトンネル、ハは多孔管P4による高圧噴射域をそれぞれ示す。 Furthermore, as shown in FIG. 8, the ground improvement of the omnidirectional high-pressure injection system is applied as an auxiliary method, the ground around the obstacle S is improved, and the obstacle S is fixed. For this purpose, it is necessary to drill the obstacle S in advance by the horizontal boring 41 (see FIG. 7) and insert a large number of perforated pipes P4 up to the final improved position of the high-pressure injection method. In FIG. 8, “a” indicates the ground improvement range, “b” indicates the tunnel, and “c” indicates the high-pressure injection region by the porous tube P4.
この際、図9に示すように、先ず対象となる地盤の物理特性及び力学特性を把握してからシールド計画と支障物の位置確認をし、その後形状寸法や材料の物理力学を確認し、最後に対象となる支障物を切削可能なカッタトルク値、切削掘進速度の設定を行なうという設計条件が満たされてから、改良強度・改良範囲の設定として、カッタトルクから要求される改良強度・・・(1)と切削を確実にする支障物の許容変位から決まる改良強度・・・(2)と奥行き方向の改良範囲・・・(3)を計算する。 At this time, as shown in FIG. 9, first, the physical characteristics and mechanical characteristics of the target ground are grasped, the shield plan and the position of the obstacle are confirmed, and then the geometric dimensions and physical mechanics of the material are confirmed. After satisfying the design conditions of setting the cutter torque value and cutting speed that can cut the target obstacle, the improvement strength required from the cutter torque as the setting of improvement strength and improvement range ... Calculate (1) and the improvement strength (2) determined from the allowable displacement of the obstacle to ensure cutting and the improvement range (3) in the depth direction.
次に、上記(1)〜(3)の計算方法の一例を以下に示す。
(1)カッタトルク値より決まる改良強度
鋼材等を切削するに必要な最大トルク Tc(kN・m)
回転半径 r(m)
障害物切削ビット 本数n 断面積a(m2)
地盤改良に求められる強度 qc=Tc/r/(n・a) (kN/m2)
安全率 n(現場状況に応じて協議)
設計改良強度 qa=n・qc (kN/m2)
Next, an example of the calculation methods (1) to (3) will be shown below.
(1) Improved strength determined by cutter torque value Maximum torque required to cut steel, etc. Tc (kN · m)
Turning radius r (m)
Obstacle cutting bit Number n Cross section a (m 2 )
Strength required for ground improvement qc = Tc / r / (n · a) (kN / m 2 )
Safety factor n (consultation depending on site conditions)
Design improvement strength qa = n · qc (kN / m 2 )
(2)障害物に許される許容変位から決まる改良強度
以下に支障物にシールド外力による発生変位量の算定理論を示す。
発生変位量の許容値は、掘進速度等の諸条件から定める。
基本的には、発生変位量は1cm以下とする。
支障物に発生する変位モデルは、図10に示す諸条件を基に「弾性床上の梁モデル」により算出する。
ここに、 EI:(例えば、鋼矢板の曲げ剛性)
L :支障物埋設長さ(m)
Lu:支障物天端から地盤改良体(上端)までの深さ(m)
B1:シールド掘削機天端からの上部改良厚さ(m):通常1.0m
D :シールド掘削機外径(m)
B2:シールド掘削機天端からの下部改良厚さ(m):通常1.0m
Ls:支障物下端から地盤改良体(下端)までの深さ(m)
kHs:改良地盤の地盤反力係数(kN/m3)(B1+D+B2)区間
kH0:未改良地盤の地盤反力係数(kN/m3)シールド外径より上部地盤
kH1:未改良地盤の地盤反力係数(kN/m3)シールド外径より下部地盤
Ns:障害物に作用するシールド水平外力(kN/m2)
Qs:障害物に作用するシールド垂直外力(kN/m2)
Ms:障害物に作用するシールドモーメント(トルク)外力(kN・m)
なお、「弾性床上の梁モデル」の梁の境界条件は、現場状況に即したものを入力する。
(2) Improved strength determined by the allowable displacement allowed for obstacles The calculation theory of the amount of displacement generated by shield external force on obstacles is shown below.
The allowable value of the generated displacement amount is determined from various conditions such as the excavation speed.
Basically, the generated displacement is 1 cm or less.
The displacement model generated in the obstacle is calculated by the “beam model on the elastic floor” based on various conditions shown in FIG.
Where EI: (for example, bending stiffness of steel sheet pile)
L: Obstacle burial length (m)
Lu: Depth (m) from the top of the obstacle to the ground improvement body (top)
B1: Upper improved thickness from the top of shield excavator (m): Normal 1.0m
D: Outer diameter of shield excavator (m)
B2: Lower part thickness from the top of shield excavator (m): Normally 1.0m
Ls: Depth from obstacle lower end to ground improvement body (lower end) (m)
kHs: Ground reaction force coefficient of improved ground (kN / m 3 ) (B1 + D + B2) section
kH 0 : Ground reaction force coefficient of unmodified ground (kN / m 3 ) Upper ground from shield outer diameter
kH 1 : Ground reaction force coefficient of unmodified ground (kN / m 3 ) Lower ground than shield outer diameter
Ns: Shield horizontal external force acting on obstacles (kN / m 2 )
Qs: Shield normal external force acting on an obstacle (kN / m 2 )
Ms: Shield moment (torque) external force (kN · m) acting on the obstacle
The beam boundary condition of the “beam model on elastic floor” is input according to the field situation.
(3)奥行き方向の改良範囲の設定
奥行き方向の改良範囲は、図11に示すように、シールド掘削機外径下端:B2下端より、地盤に受働崩壊角度(45―φ/2)°とシールド掘削機外径上端:B1上端より水平線を引いた交差位置までを奥行き方向の改良範囲とする。
(粘性土、内部摩擦角度φ=0の場合、奥行き改良幅は、B1+D+B2の正方形)
(内部摩擦角度を考慮できる場合は、(45−φ/2)°と長くなる。)
(3) Depth direction improvement range setting As shown in Fig. 11, the improvement range in the depth direction is as follows: shield excavator outer diameter lower end: B2 lower end, passive collapse angle (45-φ / 2) ° on the ground and shield Excavator outer diameter upper end: The range up to the intersection where the horizontal line is drawn from the upper end of B1 is the improvement range in the depth direction.
(When clay soil, internal friction angle φ = 0, depth improvement width is square of B1 + D + B2)
(When the internal friction angle can be taken into account, it becomes as long as (45−φ / 2) °.)
このようにして、本実施例では、掘進先に予め支障物Sが有ることが解っている場合は、地盤及び支障物Sにおけるカッタヘッド15のフィッシュテールカッタ23通過部を先行して削孔しておくので、フィッシュテールカッタ23の損傷が低減される。また、地盤改良で支障物Sを動かないように固定するので、支障物Sが動いてカッタヘッド15にからみつきシールド掘削機10が掘進不能に陥ると共にビットが欠損することが未然に回避される。
In this way, in this embodiment, when it is known that the obstacle S is present in advance at the excavation destination, the ground and the obstacle S are cut in advance through the
従って、前述したようなカッタヘッド15の形状と各支障物切削ビット31,32,33の形状及び配置との相乗効果で安全かつ確実に支障物Sを撤去することができる。そして、本実施例は、掘削機本体11内に支障物Sを撤去する設備や作業スペースを持ち得ない掘削機外径が約270cm程度の比較的小径のトンネル掘削機にも用いることが可能である。
Therefore, the obstacle S can be removed safely and reliably by the synergistic effect of the shape of the
尚、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることはいうまでもない。例えば、各支障物切削ビット31,32,33の形状及び配置の変更や支障物Sを固定する補助工法として地盤改良以外のものを採用しても良い。また、地盤改良による固化方法として水平ボーリング41による水平施工を用いたが鉛直(垂直)ボーリングによる鉛直(垂直)施工を用いても良い。
Needless to say, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, other than ground improvement may be employed as an auxiliary construction method for changing the shape and arrangement of the
10 シールド掘削機、11 掘削機本体、12 バルクヘッド、13 シール、14 回転体、15 カッタヘッド、16 カッタ面板、17 カッタスポーク、18 リングギア付き軸受、19 駆動モータ、20 駆動ギア、21 スクリュコンベア、22 チャンバ、23 フィッシュテールカッタ、24 センターシャフト、25 コピーカッタ、26 押出ジャッキ、27 外周リング、30 土砂用切削ビット、31 スポーク取付用支障物切削ビット、32 面板取付用支障物切削ビット、33 外周部取付用支障物切削ビット、30a,32a,33a 超硬チップ、40 発進立坑、41 水平ボーリング、P1,P2,P3 削孔管、P4 多孔管、イ 地盤改良範囲、ロ トンネル、ハ 高圧噴射域、S 支障物。
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