JP4531309B2 - シールド掘進機および同時掘進シールド工法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機及び同時掘進シールド工法に係り、特に、簡易なシステムでシールド掘進機の方向制御を可能としたシールド掘進機及び同時掘進シールド工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘進機は、シールド本体の前面に設けられた回転カッタで地山を掘削しながら土砂を取り込んで後方に搬出し、そのシールド本体の後方で順次セグメントを組み立ててトンネルを構築して行くものである。シールド掘進機の推進は、シールド本体内周に沿って多数設けられたシールドジャッキで行われ、シールドジャッキのロッドを既設セグメントに当接させた状態でロッドを伸長させてシールド掘進機に推進力を与えるようにしている。
【０００３】
近年、掘進速度の高速化の目的から、地山の掘削を行いつつその後方でセグメントの組み立てを行う、所謂、同時掘進工法が行われるようになってきている。その場合、円周方向のシールドジャッキ中、組立中のセグメントに対応するジャッキ（盛替えシールドジャッキ群）のロッドを収縮（不作動）してそこにセグメントを組み立てると共に、盛替えシールドジャッキ群以外のジャッキ（推進シールドジャッキ群）のロッドを伸長させてシールド掘進機の推進を行う。盛替えシールドジャッキ群は、順次円周方向に移し替えられて、掘進と同時にセグメントの組立てが行われる。
【０００４】
ところで、このような同時掘進工法を行う場合、盛替えシールドジャッキ群の不作動によって、円周方向における推進力のバランスが崩れるため、シールド掘進機に強制的なモーメントが発生する。そこで、同時掘進時におけるシールド掘進機の方向制御を行うために各種装置および方法が提案されている。
【０００５】
例えば、特許第３１０４９５５号公報に開示されている同時掘進シールド工法は、盛替えシールドジャッキ群以外の推進シールドジャッキ群を三つの群に分割し、各ジャッキ群に付与する圧力を調節してシールド掘進機の方向制御を行うものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこの方法では、推進シールドジャッキ群を３分割してそれぞれ圧力制御するため、油圧回路も３系統必要となり、装置の複雑化およびコスト増加等の問題があった。
【０００７】
また、特開平３−２１２５９５号公報には、シールド掘進機先端部を首振操作することによってシールド掘進機の方向制御をする方法および装置が開示されている。
【０００８】
しかしながら、この方法においても装置が非常に複雑なものとなり、製造コストが増加する問題があった。また、強制モーメントの発生するシールドジャッキの位置とシールド掘進機先端部とに距離があるため方向制御が難しく、所望の計画線に沿ってシールド掘進機を正確に推進させることが困難であった。
【０００９】
更に、特開平２−４７４９６号公報には、盛替えシールドジャッキ群と対称に位置するシールドジャッキを不作動とすることによって、強制モーメントの発生を防止してシールド掘進機を直進させる方法および装置が開示されている。
【００１０】
この方法では、簡易なシステムでシールド掘進機の直進制御を行うことができるが、盛替えシールドジャッキ群と対称に位置するシールドジャッキを不作動とするため、推進シールドジャッキ群の本数が少なくなり、各シールドジャッキの負荷が大きくなる問題があった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、簡易なシステムでシールド掘進機の方向制御を可能とする同時掘進シールド工法を提供することにある。
【００１２】
【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は、シールド本体内周に沿って多数設けられたシールドジャッキの内、組立中のセグメントに対応する盛替えシールドジャッキ群以外の推進シールドジャッキ群で既設セグメントから反力を取って推進するシールド掘進機において、上記推進シールドジャッキ群を三つの群に分割して、上記盛替えシールドジャッキ群の両隣に隣接する推進シールドジャッキ群を負荷側ジャッキ群、残りの推進シールドジャッキ群を制御側ジャッキ群とし、上記負荷側ジャッキ群の各シールドジャッキに付与する負荷圧力と上記制御側ジャッキ群の各シールドジャッキに付与する制御圧力を、上記シールド本体の軸心と上記盛替えシールドジャッキ群の中心を通る盛替え中心線およびその盛替え中心線に対して上記軸心を通って直交する分割線を中心に生じるモーメントが互いにうち消しあうようにそれぞれ設定してゼロモーメントで推進するようにしたものである。
【００１３】
この構成によれば、負荷圧力側と制御圧力側との２系統の油圧回路でシールド掘進機の方向制御を行うことができるため簡易かつ低コストで提供できる。また、盛替えシールドジャッキ群以外の全てのシールドジャッキを推進シールドジャッキとできるため、各シールドジャッキの負荷を小さくできる。
【００１４】
また、上記負荷側ジャッキ群の各シールドジャッキに付与する負荷圧力を均一とし、上記制御側ジャッキ群の各シールドジャッキに付与する制御圧力を均一とし、負荷側ジャッキ群の各シールドジャッキに負荷圧力を付与し、制御側ジャッキ群の各シールドジャッキに制御圧力を付与したときに上記分割線を中心に生じるモーメントが互いにうち消しあうような上記負荷圧力と制御圧力の比を予め設定し、シールドジャッキ全体に必要とされる総推進力から上記負荷圧力と制御圧力とを設定するようにしても良い。
【００１５】
また、上記分割線上に位置するシールドジャッキを上記負荷側ジャッキ群とするようにしても良い。
【００１６】
また、上記制御側ジャッキ群のうち、上記盛替え中心線上に位置するシールドジャッキを不作動とするようにしても良い。
【００１７】
また、上記シールド掘進機は、中折れジャッキを備えた中折れシールド掘進機であり、掘進方向性制御は上記中折れジャッキによって行うようにしても良い。
【００１８】
更に本発明は、シールド本体内周に沿って多数設けられたシールドジャッキの内、組立中のセグメントに対応する盛替えシールドジャッキ群以外の推進シールドジャッキ群で既設セグメントから反力を取ってシールド掘進機を推進させる同時掘進シールド工法において、上記推進シールドジャッキ群を三つの群に分割して、上記盛替えシールドジャッキ群の両隣に隣接する推進シールドジャッキ群を負荷側ジャッキ群、残りの推進シールドジャッキ群を制御側ジャッキ群とし、上記負荷側ジャッキ群の各シールドジャッキに付与する負荷圧力と上記制御側ジャッキ群の各シールドジャッキに付与する制御圧力を、上記シールド本体の軸心と上記盛替えシールドジャッキ群の中心を通る盛替え中心線およびその盛替え中心線に対して上記軸心を通って直交する分割線を中心に生じるモーメントが互いにうち消しあうようにそれぞれ設定し、上記シールド掘進機をゼロモーメントで推進させるようにしたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１は本実施形態のシールド掘進機の概略を示したものである。
【００２１】
図１において、シールド本体１０の前面にはカッタ３が回転自在に設けられており、カッタ３が回転駆動装置１４により回転されて地山を掘削すると共にカッタ３を介して土砂をカッタ室８に取り込む。カッタ室８にはスクリュウコンベア１６が接続されており、カッタ室８内に取り込まれた土砂を後方に排出するようになっている。
【００２２】
また、シールド本体１０の後方には、セグメントＳを組み立てるセグメント組立装置１８がシールド本体１０の軸方向に移動自在かつ固定可能に設けられており、シールド本体１０の内周には、既設のセグメントＳから反力を取ってシールド掘進機１を推進させるシールドジャッキ９が多数本設けられている。シールドジャッキ９はシリンダ９ａがシールド本体１０に固定され、シリンダ９ａからロッド９ｂを既設セグメントＳに当接させた状態で伸長させてシールド掘進機１に推進力を与えるようになっている。また、ロッド９ｂの伸縮ストローク長さは、セグメントＳの１リング幅ｗの２倍より長くなるように、即ち、最大伸長時に２リング分のセグメントＳの幅よりやや長くなるように形成される。
【００２３】
更に、シールド本体１０は前胴１１と後胴１３とからなり、その前胴１１と後胴１３とは周方向に多数本設けられた中折れジャッキ２０にて連結されている。この中折れジャッキ２０を伸長あるいは収縮することによってシールド掘進機１の掘進方向を制御できる。
【００２４】
さて、シールド掘進機１はシールドジャッキ９により常時推進され、同時に、セグメント組立位置１８にてセグメントＳの組み立てが行われる。このとき、組立中のセグメントに対応するシールドジャッキ９（盛替えシールドジャッキ群）は収縮（不作動）とされ、それ以外のシールドジャッキ９（推進シールドジャッキ群）を伸長させて既設セグメントＳから反力を取ってシールド掘進機１を推進させる。
【００２５】
本発明は、推進シールドジャッキ群を構成するシールドジャッキ９に付与する圧力を制御して、盛替えシールドジャッキ群の不作動により発生する強制的なモーメントをうち消してシールド掘進機をゼロモーメントで推進させるようにしたものである。
【００２６】
これを、図２〜図５を用いて説明する。
【００２７】
先ず、図２に示すようにシールド本体１０の内周にはシールドジャッキ９が、例えばＮｏ．１〜１２で示したように１２本が、周方向に等間隔を隔てて配置されている。これらシールドジャッキ９は全て等しい能力のものが用いられる。
【００２８】
また、セグメントは本実施形態では、周方向に４分割に形成されたセグメントＳ１〜Ｓ４からなり、Ｓ１〜Ｓ４の順でセグメント組立装置１８により組み立てられてリングとされ、続いて、シールド本体１０の軸方向に新たなセグメントＳ１〜Ｓ４が組み立てられ、これを繰り返すことによってトンネルが構築される。
【００２９】
図２はセグメントＳ１の組立時を示しており、セグメントＳ１に対応するＮｏ．７〜９のシールドジャッキ９が盛替えシールドジャッキ群Ｊ１とされる。盛替えシールドジャッキ群Ｊ１を構成するＮｏ．７〜９のシールドジャッキ９はそのロッドが収縮され不作動とされる。
【００３０】
そして盛替えシールドジャッキ群Ｊ１以外のＮｏ．１〜６、１０〜１２のシールドジャッキ９は、シールド掘進機を推進させるための推進シールドジャッキ群Ｊ２とされる。
【００３１】
更に、この推進シールドジャッキ群Ｊ２は、シールド本体１０の軸心Ｃと盛替えシールドジャッキ群Ｊ１の中心を通る盛替え中心線Ａに対して、シールド本体１０の軸心Ｃを通って直交する分割線Ｂで三つのシールドジャッキ群に分割され、その内、分割線Ｂ上に位置するＮｏ．５，１１と、分割線Ｂよりも盛替えシールドジャッキ群Ｊ１側に位置するＮｏ．６，１０の合計４本のシールドジャッキ９が二つの負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２とされ、他方側に位置するＮｏ．１〜４，１２の合計５本のシールドジャッキ９が制御側ジャッキ群ＳＪとされる。言い換えれば、盛替えシールドジャッキ群Ｊ１の両隣に隣接する推進シールドジャッキ群Ｎｏ．５，６、Ｎｏ．１０，１１がそれぞれ負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２とされ、残りの推進シールドジャッキ群Ｎｏ．１〜４，１２が制御側ジャッキ群ＳＪとされる。図から明らかなように、負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２および制御側ジャッキ群ＳＪはそれぞれ、盛替え中心線Ａの両隣に対称に選択される。
【００３２】
そして、負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２を構成する各シールドジャッキ９に付与する負荷圧力Ｐ１および制御側ジャッキ群ＳＪを構成する各シールドジャッキ９に付与する制御圧力Ｐ２を、上記分割線Ｂを中心に生じるモーメントが互いにうち消しあうようにそれぞれ設定し、上記強制的なモーメントをうち消してシールド掘進機をゼロモーメントで推進させる。負荷圧力Ｐ１および制御圧力Ｐ２の設定方法は後述する。
【００３３】
このように、負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２および制御側ジャッキ群ＳＪによって強制的なモーメントはうち消され、シールド掘進機は直進しようとする。そして、図１に示す中折れジャッキ２０を適宜伸長あるいは収縮させて方向制御を行うことによって、シールド掘進機を所望の掘進計画線に沿って推進させる。
【００３４】
次に、図３はセグメントＳ２の組立時を示しており、セグメントＳ２に対応するＮｏ．１〜３のシールドジャッキ９が盛替えシールドジャッキ群Ｊ１とされる。
【００３５】
一方、盛替えシールドジャッキ群Ｊ１以外のＮｏ．４〜１２のシールドジャッキ９が推進シールドジャッキ群Ｊ２とされ、更に、その推進シールドジャッキ群Ｊ２の内、シールド本体１０の軸心Ｃと盛替えシールドジャッキ群Ｊ１の中心を通る盛替え中心線Ａに対して、シールド本体１０の軸心Ｃを通って直交する分割線Ｂ上に位置するＮｏ．５，１１と、分割線Ｂよりも盛替えシールドジャッキ群Ｊ１側に位置するＮｏ．４，１２の合計４本のシールドジャッキ９が負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２とされると共に、他方側に位置するＮｏ．６〜１０の合計５本のシールドジャッキ９が制御側ジャッキ群ＳＪとされる。
【００３６】
そして、負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２および制御側ジャッキ群ＳＪの各シールドジャッキ９に、それぞれ上述したような負荷圧力Ｐ１および制御圧力Ｐ２が付与され、シールド掘進機がゼロモーメントで推進される。
【００３７】
図４はセグメントＳ３の組立時を示しており、セグメントＳ３に対応するＮｏ．４〜６のシールドジャッキ９が盛替えシールドジャッキ群Ｊ１とされる。
【００３８】
一方、盛替えシールドジャッキ群Ｊ１以外のＮｏ．１〜３，７〜１２のシールドジャッキ９が推進シールドジャッキ群Ｊ２とされ、シールド本体１０の軸心Ｃと盛替えシールドジャッキ群Ｊ１の中心を通る盛替え中心線Ａに対して、シールド本体１０の軸心Ｃを通って直交する分割線Ｂ上に位置するＮｏ．２，８と、分割線Ｂよりも盛替えシールドジャッキ群Ｊ１側に位置するＮｏ．３，７の合計４本のシールドジャッキ９が負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２とされると共に、他方側に位置するＮｏ．９〜１２，１の合計５本のシールドジャッキが制御側ジャッキ群ＳＪとされる。
【００３９】
同様に、図５はセグメントＳ４の組立時を示しており、セグメントＳ４に対応するＮｏ．１０〜１２のシールドジャッキ９が盛替えシールドジャッキ群Ｊ１とされる。
【００４０】
一方、盛替えシールドジャッキ群Ｊ１以外のＮｏ．１〜９のシールドジャッキ９が推進シールドジャッキ群Ｊ２とされ、シールド本体１０の軸心Ｃと盛替えシールドジャッキ群Ｊ１の中心を通る盛替え中心線Ａに対して、シールド本体１０の軸心Ｃを通って直交する分割線Ｂ上に位置するＮｏ．２，８と、分割線Ｂよりも盛替えシールドジャッキ群Ｊ１側に位置するＮｏ．１，９の合計４本のシールドジャッキ９が負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２とされると共に、他方側に位置するＮｏ．３〜７の合計５本のシールドジャッキ９が制御側ジャッキ群ＳＪとされる。
【００４１】
このようにして、１リング分のセグメントＳの組み立てが完了したならば、上記と同様の方法にて軸方向に新たなセグメントＳを組み立て、順次これを繰り返していく。
【００４２】
この方法によれば、油圧回路は負荷圧力用と制御圧力用の２系統あればよく、簡易かつ低コストなシステムで方向制御が可能となる。また、シールドジャッキ９によって、盛替えシールドジャッキ群の不作動により発生する強制的なモーメントをうち消してゼロモーメントとした上で、中折れジャッキ２０にて掘進方向性制御を行うため正確な方向制御ができる。従って、信頼性の向上が図れる。また、盛替えシールドジャッキ群Ｊ１以外のシールドジャッキ９を全て推進シールドジャッキ群Ｊ２としているため、推進シールドジャッキＪ２を構成するシールドジャッキ９の本数が多く、各シールドジャッキ９の負荷が大きくならない。
【００４３】
ここで、図６を用いて、負荷圧力Ｐ１と制御圧力Ｐ２の設定方法を説明する。
【００４４】
図６はセグメントＳ１の組立時を示しており、Ｎｏ．７〜９のシールドジャッキ９が盛替えシールドジャッキ群Ｊ１、Ｎｏ．５，６，１０，１１のシールドジャッキ９が負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２、Ｎｏ．１〜４，１２のシールドジャッキ９が制御側ジャッキ群ＳＪとされる。
【００４５】
そして、負荷圧力Ｐ１および制御圧力Ｐ２は、それぞれ、盛替え中心線Ａを中心とするヨーイングＹ方向へのモーメント力および分割線Ｂを中心とするピッチングＰ方向へのモーメント力がゼロとなるような値に設定される。
【００４６】
まず、盛替え中心線Ａを中心とするヨーイングＹ方向に生じるモーメントについて説明する。
【００４７】
負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２を構成するＮｏ．５，６，１０，１１の各シールドジャッキ９に付与する負荷圧力Ｐ１および、制御側ジャッキ群ＳＪを構成するＮｏ．１〜４，１２の各シールドジャッキ９に付与する制御圧力Ｐ２はそれぞれ均一であり、盛替え中心線Ａの両隣に位置する負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２および制御側ジャッキ群ＳＪの本数はそれぞれ同一であるので、当然、盛替え中心線Ａで対向する負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２および制御側ジャッキ群ＳＪの圧力は等しい。従って、盛替え中心線Ａで対向する負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２および制御側ジャッキ群ＳＪによりヨーイングＹ方向に発生するモーメント力は互いにうち消し合い、負荷圧力Ｐ１および制御圧力Ｐ２の設定値に関わらず、結果としてゼロモーメントとなる。
【００４８】
次に、分割線Ｂを中心とするピッチングＰ方向へのモーメント力を説明する。
【００４９】
まず、負荷圧力をＰ１とすると、負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２により発生するピッチングＰ方向へのモーメント力ＭＨは、次式▲１▼で表すことができる。
【００５０】
ＭＨ＝（２Ｐ１×ｒ×ｓｉｎθ１＋２Ｐ１×ｒ×ｓｉｎ０°）×Ｑ ・・・▲１▼
ただし、ｒ：円上に配置されたシールドジャッキの配置半径、Ｑ：ジャッキシリンダ面積。
【００５１】
一方、制御圧力をＰ２とすると、制御側ジャッキ群ＳＪにより発生するピッチングＰ方向へのモーメント力ＭＳは、次式▲２▼で表すことができる。
【００５２】
ＭＳ＝（２Ｐ２×ｒ×ｓｉｎθ２＋２Ｐ２×ｒ×ｓｉｎθ３＋Ｐ２×ｒ×ｓｉｎθ４）×Ｑ ・・・▲２▼
シールド掘進機をゼロモーメントで推進させるには、上記ＭＨとＭＳの大きさが等しく（ＭＨ＝ＭＳ）、互いにうち消し合うようにすれば良い。従って、分割線Ｂを中心に生じるモーメントが互いにうち消しあうような負荷圧力と制御圧力の比は▲１▼および▲２▼の式から求められ、次式▲３▼で表すことができる。
【００５３】
Ｐ２／Ｐ１＝ｓｉｎθ１／（ｓｉｎθ２＋ｓｉｎθ３＋（ｓｉｎθ４／２））・・・▲３▼
本実施形態では、θ１およびθ２は３０°、θ３は６０°、θ４は９０°であるので、ｓｉｎθ１、ｓｉｎθ２＝１／２、ｓｉｎθ３＝３1/2 ／２、ｓｉｎ９０°＝１をそれぞれ代入すると次式▲４▼となる。
【００５４】
Ｐ２／Ｐ１≒０．２７ ・・・▲４▼
従って、負荷圧力Ｐ１と制御圧力Ｐ２を、▲４▼式を満たすように設定すれば、ヨーイングＹ方向およびピッチングＰ方向へのモーメント力はゼロとなり、シールド掘進機をゼロモーメントで推進させることができる。
【００５５】
このように、ピッチングＰ方向へのモーメント力がゼロとなるような負荷圧力Ｐ１と制御圧力Ｐ２の比が予め設定される。この比は、等分割セグメントであり、シールドジャッキ９が周方向に等間隔に配置されている場合であれば、セグメントの組立位置に関わらず常に一定である。セグメントが不当分割、あるいはシールドジャッキ９が不当間隔に配置されている場合、各セグメントの組立位置に対して、ヨーイングＹ方向およびピッチングＰ方向へのモーメント力がゼロとなるような負荷圧力Ｐ１と制御圧力Ｐ２の比が設定される。
【００５６】
次に、推進シールドジャッキ群Ｊ２全体による総推進力ＴＦは次式▲５▼で表すことができる。
【００５７】
ＴＦ＝（Ｐ１×Ｈｊ＋Ｐ２×Ｓｊ）×Ｑ ・・・▲５▼
ただし、Ｈｊ：負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２のシールドジャッキの本数、Ｓｊ：制御側ジャッキ群ＳＪのシールドジャッキの本数。
【００５８】
推進シールドジャッキ群Ｊ２全体に必要とされる総推進力ＴＦは、シールド掘進機が掘進時に地山から受ける反力により決定される。従って、掘削すべき地山の土質等によって総推進力ＴＦが決定されると、上記▲４▼および▲５▼の式に基づいて負荷圧力Ｐ１および制御圧力Ｐ２が算出される。
【００５９】
このように、本発明によれば簡単な計算式により負荷圧力Ｐ１および制御圧力Ｐ２を設定することができる。従って、高価な計算機器等が必要なく低コスト化が図れる。
【００６０】
なお、図６において、制御側ジャッキ群ＳＪの内、盛替えシールドジャッキ群Ｊ１と正面対向するシールドジャッキ９、即ち、盛替え中心線Ａ上に位置するＮｏ．２のシールドジャッキ９は不作動としても良い。
【００６１】
次に、図７を用いて、各シールドジャッキ９に油を供給する油圧回路について説明する。
【００６２】
図に示すように、油圧回路３０は油圧ポンプＯＰに接続された圧油供給ライン３１を備えており、その圧油供給ライン３１に油圧ポンプＯＰより油が供給され、リリーフ弁３２によって圧油供給ライン３１内の油圧が、設定された負荷圧力Ｐ１に維持される。シールドジャッキ９は、負荷圧力側回路３３および制御圧力側回路３４を介して圧油供給ライン３１と接続されている。負荷圧力側回路３３には、負荷圧力側回路３３を開閉する弁手段３５と、逆止弁３６とが設けられている。一方、制御圧力側回路３４は、制御圧力側回路３４内の油圧を設定された制御圧力Ｐ２まで減圧する減圧弁３７と、制御圧力側回路３４を開閉する弁手段３８と、逆止弁３９とが設けられている。
【００６３】
図示したシールドジャッキ９が推進シールドジャッキ群Ｊ２に選定され、更に負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２と選定された場合、負荷圧力側回路３３の弁手段３５が開、制御圧力側回路３４の弁手段３８が閉とされ、圧油供給ライン３１の油が負荷圧力側回路３３を通ってシールドジャッキ９に供給され、負荷圧力Ｐ１が付与される。
【００６４】
一方、図示したシールドジャッキ９が、制御側ジャッキ群ＳＪと選定された場合、制御圧力側回路３４の弁手段３８が開、負荷圧力側回路３３の弁手段３５が閉とされ、圧油供給ライン３１の油が制御圧力側回路３４を通り、減圧弁３７により制御圧力Ｐ２まで減圧された後、シールドジャッキ９に供給され、制御圧力Ｐ２が付与される。
【００６５】
更に、シールドジャッキ９が盛替えシールドジャッキ群Ｊ１と選定された場合、制御圧力側回路３４の弁手段３８および負荷圧力側回路３３の弁手段３５が共に閉とされ、シールドジャッキ９に油は供給されない。また、シールドジャッキ９内の油は図示しないリリーフ回路によってタンクへと戻され、シールドジャッキ９は収縮（不作動）となる。
【００６６】
このように、本発明によれば油圧回路は負荷圧力側と制御圧力側との２系統あれば良い、従って、簡易かつ低コストな構成とすることができる。
【００６７】
なお、本発明は通常の矩形状のセグメント、ハニカムセグメント、ＤＮＡセグメント等、様々なタイプのセグメントに適用できる。
【００６８】
更に、シールド掘進機の掘進方向を中折れジャッキにて制御するとして説明してきたが、本発明はこの点において限定されず、テーパーフードや可動そり等他の装置を使用しても良い。要するに、シールドジャッキによって盛替えシールドジャッキ群の不作動により発生する強制的なモーメントをうち消すことができるものであり、シールド掘進機の方向性制御にはどのような装置を適用しても良いものである。
【００６９】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、以下に示すごとく優れた効果を発揮するものである。
１）簡易かつ低コストなシステムで同時掘進シールド掘進機の方向制御を行うことができる。
２）信頼性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態において、セグメントＳ１を組み立てる状態を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態において、セグメントＳ２を組み立てる状態を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態において、セグメントＳ３を組み立てる状態を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態において、セグメントＳ４を組み立てる状態を示す図である。
【図６】負荷圧力と制御圧力の設定方法を説明する図である。
【図７】シールドジャッキに油を供給する油圧回路の概略図である。
【符号の説明】
９ シールドジャッキ
１０ シールド本体
２０ 中折れジャッキ
Ａ 盛替え中心線
Ｂ 分割線
Ｊ１ 盛替えシールドジャッキ群
Ｊ２ 推進シールドジャッキ群
ＨＪ１，ＨＪ２ 負荷側ジャッキ群
ＳＪ 制御側ジャッキ群
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機及び同時掘進シールド工法に係り、特に、簡易なシステムでシールド掘進機の方向制御を可能としたシールド掘進機及び同時掘進シールド工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘進機は、シールド本体の前面に設けられた回転カッタで地山を掘削しながら土砂を取り込んで後方に搬出し、そのシールド本体の後方で順次セグメントを組み立ててトンネルを構築して行くものである。シールド掘進機の推進は、シールド本体内周に沿って多数設けられたシールドジャッキで行われ、シールドジャッキのロッドを既設セグメントに当接させた状態でロッドを伸長させてシールド掘進機に推進力を与えるようにしている。
【０００３】
近年、掘進速度の高速化の目的から、地山の掘削を行いつつその後方でセグメントの組み立てを行う、所謂、同時掘進工法が行われるようになってきている。その場合、円周方向のシールドジャッキ中、組立中のセグメントに対応するジャッキ（盛替えシールドジャッキ群）のロッドを収縮（不作動）してそこにセグメントを組み立てると共に、盛替えシールドジャッキ群以外のジャッキ（推進シールドジャッキ群）のロッドを伸長させてシールド掘進機の推進を行う。盛替えシールドジャッキ群は、順次円周方向に移し替えられて、掘進と同時にセグメントの組立てが行われる。
【０００４】
ところで、このような同時掘進工法を行う場合、盛替えシールドジャッキ群の不作動によって、円周方向における推進力のバランスが崩れるため、シールド掘進機に強制的なモーメントが発生する。そこで、同時掘進時におけるシールド掘進機の方向制御を行うために各種装置および方法が提案されている。
【０００５】
例えば、特許第３１０４９５５号公報に開示されている同時掘進シールド工法は、盛替えシールドジャッキ群以外の推進シールドジャッキ群を三つの群に分割し、各ジャッキ群に付与する圧力を調節してシールド掘進機の方向制御を行うものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこの方法では、推進シールドジャッキ群を３分割してそれぞれ圧力制御するため、油圧回路も３系統必要となり、装置の複雑化およびコスト増加等の問題があった。
【０００７】
また、特開平３−２１２５９５号公報には、シールド掘進機先端部を首振操作することによってシールド掘進機の方向制御をする方法および装置が開示されている。
【０００８】
しかしながら、この方法においても装置が非常に複雑なものとなり、製造コストが増加する問題があった。また、強制モーメントの発生するシールドジャッキの位置とシールド掘進機先端部とに距離があるため方向制御が難しく、所望の計画線に沿ってシールド掘進機を正確に推進させることが困難であった。
【０００９】
更に、特開平２−４７４９６号公報には、盛替えシールドジャッキ群と対称に位置するシールドジャッキを不作動とすることによって、強制モーメントの発生を防止してシールド掘進機を直進させる方法および装置が開示されている。
【００１０】
この方法では、簡易なシステムでシールド掘進機の直進制御を行うことができるが、盛替えシールドジャッキ群と対称に位置するシールドジャッキを不作動とするため、推進シールドジャッキ群の本数が少なくなり、各シールドジャッキの負荷が大きくなる問題があった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、簡易なシステムでシールド掘進機の方向制御を可能とする同時掘進シールド工法を提供することにある。
【００１２】
【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は、シールド本体内周に沿って多数設けられたシールドジャッキの内、組立中のセグメントに対応する盛替えシールドジャッキ群以外の推進シールドジャッキ群で既設セグメントから反力を取って推進するシールド掘進機において、上記推進シールドジャッキ群を三つの群に分割して、上記盛替えシールドジャッキ群の両隣に隣接する推進シールドジャッキ群を負荷側ジャッキ群、残りの推進シールドジャッキ群を制御側ジャッキ群とし、上記負荷側ジャッキ群の各シールドジャッキに付与する負荷圧力と上記制御側ジャッキ群の各シールドジャッキに付与する制御圧力を、上記シールド本体の軸心と上記盛替えシールドジャッキ群の中心を通る盛替え中心線およびその盛替え中心線に対して上記軸心を通って直交する分割線を中心に生じるモーメントが互いにうち消しあうようにそれぞれ設定してゼロモーメントで推進するようにしたものである。
【００１３】
この構成によれば、負荷圧力側と制御圧力側との２系統の油圧回路でシールド掘進機の方向制御を行うことができるため簡易かつ低コストで提供できる。また、盛替えシールドジャッキ群以外の全てのシールドジャッキを推進シールドジャッキとできるため、各シールドジャッキの負荷を小さくできる。
【００１４】
また、上記負荷側ジャッキ群の各シールドジャッキに付与する負荷圧力を均一とし、上記制御側ジャッキ群の各シールドジャッキに付与する制御圧力を均一とし、負荷側ジャッキ群の各シールドジャッキに負荷圧力を付与し、制御側ジャッキ群の各シールドジャッキに制御圧力を付与したときに上記分割線を中心に生じるモーメントが互いにうち消しあうような上記負荷圧力と制御圧力の比を予め設定し、シールドジャッキ全体に必要とされる総推進力から上記負荷圧力と制御圧力とを設定するようにしても良い。
【００１５】
また、上記分割線上に位置するシールドジャッキを上記負荷側ジャッキ群とするようにしても良い。
【００１６】
また、上記制御側ジャッキ群のうち、上記盛替え中心線上に位置するシールドジャッキを不作動とするようにしても良い。
【００１７】
また、上記シールド掘進機は、中折れジャッキを備えた中折れシールド掘進機であり、掘進方向性制御は上記中折れジャッキによって行うようにしても良い。
【００１８】
更に本発明は、シールド本体内周に沿って多数設けられたシールドジャッキの内、組立中のセグメントに対応する盛替えシールドジャッキ群以外の推進シールドジャッキ群で既設セグメントから反力を取ってシールド掘進機を推進させる同時掘進シールド工法において、上記推進シールドジャッキ群を三つの群に分割して、上記盛替えシールドジャッキ群の両隣に隣接する推進シールドジャッキ群を負荷側ジャッキ群、残りの推進シールドジャッキ群を制御側ジャッキ群とし、上記負荷側ジャッキ群の各シールドジャッキに付与する負荷圧力と上記制御側ジャッキ群の各シールドジャッキに付与する制御圧力を、上記シールド本体の軸心と上記盛替えシールドジャッキ群の中心を通る盛替え中心線およびその盛替え中心線に対して上記軸心を通って直交する分割線を中心に生じるモーメントが互いにうち消しあうようにそれぞれ設定し、上記シールド掘進機をゼロモーメントで推進させるようにしたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１は本実施形態のシールド掘進機の概略を示したものである。
【００２１】
図１において、シールド本体１０の前面にはカッタ３が回転自在に設けられており、カッタ３が回転駆動装置１４により回転されて地山を掘削すると共にカッタ３を介して土砂をカッタ室８に取り込む。カッタ室８にはスクリュウコンベア１６が接続されており、カッタ室８内に取り込まれた土砂を後方に排出するようになっている。
【００２２】
また、シールド本体１０の後方には、セグメントＳを組み立てるセグメント組立装置１８がシールド本体１０の軸方向に移動自在かつ固定可能に設けられており、シールド本体１０の内周には、既設のセグメントＳから反力を取ってシールド掘進機１を推進させるシールドジャッキ９が多数本設けられている。シールドジャッキ９はシリンダ９ａがシールド本体１０に固定され、シリンダ９ａからロッド９ｂを既設セグメントＳに当接させた状態で伸長させてシールド掘進機１に推進力を与えるようになっている。また、ロッド９ｂの伸縮ストローク長さは、セグメントＳの１リング幅ｗの２倍より長くなるように、即ち、最大伸長時に２リング分のセグメントＳの幅よりやや長くなるように形成される。
【００２３】
更に、シールド本体１０は前胴１１と後胴１３とからなり、その前胴１１と後胴１３とは周方向に多数本設けられた中折れジャッキ２０にて連結されている。この中折れジャッキ２０を伸長あるいは収縮することによってシールド掘進機１の掘進方向を制御できる。
【００２４】
さて、シールド掘進機１はシールドジャッキ９により常時推進され、同時に、セグメント組立位置１８にてセグメントＳの組み立てが行われる。このとき、組立中のセグメントに対応するシールドジャッキ９（盛替えシールドジャッキ群）は収縮（不作動）とされ、それ以外のシールドジャッキ９（推進シールドジャッキ群）を伸長させて既設セグメントＳから反力を取ってシールド掘進機１を推進させる。
【００２５】
本発明は、推進シールドジャッキ群を構成するシールドジャッキ９に付与する圧力を制御して、盛替えシールドジャッキ群の不作動により発生する強制的なモーメントをうち消してシールド掘進機をゼロモーメントで推進させるようにしたものである。
【００２６】
これを、図２〜図５を用いて説明する。
【００２７】
先ず、図２に示すようにシールド本体１０の内周にはシールドジャッキ９が、例えばＮｏ．１〜１２で示したように１２本が、周方向に等間隔を隔てて配置されている。これらシールドジャッキ９は全て等しい能力のものが用いられる。
【００２８】
また、セグメントは本実施形態では、周方向に４分割に形成されたセグメントＳ１〜Ｓ４からなり、Ｓ１〜Ｓ４の順でセグメント組立装置１８により組み立てられてリングとされ、続いて、シールド本体１０の軸方向に新たなセグメントＳ１〜Ｓ４が組み立てられ、これを繰り返すことによってトンネルが構築される。
【００２９】
図２はセグメントＳ１の組立時を示しており、セグメントＳ１に対応するＮｏ．７〜９のシールドジャッキ９が盛替えシールドジャッキ群Ｊ１とされる。盛替えシールドジャッキ群Ｊ１を構成するＮｏ．７〜９のシールドジャッキ９はそのロッドが収縮され不作動とされる。
【００３０】
そして盛替えシールドジャッキ群Ｊ１以外のＮｏ．１〜６、１０〜１２のシールドジャッキ９は、シールド掘進機を推進させるための推進シールドジャッキ群Ｊ２とされる。
【００３１】
更に、この推進シールドジャッキ群Ｊ２は、シールド本体１０の軸心Ｃと盛替えシールドジャッキ群Ｊ１の中心を通る盛替え中心線Ａに対して、シールド本体１０の軸心Ｃを通って直交する分割線Ｂで三つのシールドジャッキ群に分割され、その内、分割線Ｂ上に位置するＮｏ．５，１１と、分割線Ｂよりも盛替えシールドジャッキ群Ｊ１側に位置するＮｏ．６，１０の合計４本のシールドジャッキ９が二つの負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２とされ、他方側に位置するＮｏ．１〜４，１２の合計５本のシールドジャッキ９が制御側ジャッキ群ＳＪとされる。言い換えれば、盛替えシールドジャッキ群Ｊ１の両隣に隣接する推進シールドジャッキ群Ｎｏ．５，６、Ｎｏ．１０，１１がそれぞれ負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２とされ、残りの推進シールドジャッキ群Ｎｏ．１〜４，１２が制御側ジャッキ群ＳＪとされる。図から明らかなように、負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２および制御側ジャッキ群ＳＪはそれぞれ、盛替え中心線Ａの両隣に対称に選択される。
【００３２】
そして、負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２を構成する各シールドジャッキ９に付与する負荷圧力Ｐ１および制御側ジャッキ群ＳＪを構成する各シールドジャッキ９に付与する制御圧力Ｐ２を、上記分割線Ｂを中心に生じるモーメントが互いにうち消しあうようにそれぞれ設定し、上記強制的なモーメントをうち消してシールド掘進機をゼロモーメントで推進させる。負荷圧力Ｐ１および制御圧力Ｐ２の設定方法は後述する。
【００３３】
このように、負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２および制御側ジャッキ群ＳＪによって強制的なモーメントはうち消され、シールド掘進機は直進しようとする。そして、図１に示す中折れジャッキ２０を適宜伸長あるいは収縮させて方向制御を行うことによって、シールド掘進機を所望の掘進計画線に沿って推進させる。
【００３４】
次に、図３はセグメントＳ２の組立時を示しており、セグメントＳ２に対応するＮｏ．１〜３のシールドジャッキ９が盛替えシールドジャッキ群Ｊ１とされる。
【００３５】
一方、盛替えシールドジャッキ群Ｊ１以外のＮｏ．４〜１２のシールドジャッキ９が推進シールドジャッキ群Ｊ２とされ、更に、その推進シールドジャッキ群Ｊ２の内、シールド本体１０の軸心Ｃと盛替えシールドジャッキ群Ｊ１の中心を通る盛替え中心線Ａに対して、シールド本体１０の軸心Ｃを通って直交する分割線Ｂ上に位置するＮｏ．５，１１と、分割線Ｂよりも盛替えシールドジャッキ群Ｊ１側に位置するＮｏ．４，１２の合計４本のシールドジャッキ９が負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２とされると共に、他方側に位置するＮｏ．６〜１０の合計５本のシールドジャッキ９が制御側ジャッキ群ＳＪとされる。
【００３６】
そして、負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２および制御側ジャッキ群ＳＪの各シールドジャッキ９に、それぞれ上述したような負荷圧力Ｐ１および制御圧力Ｐ２が付与され、シールド掘進機がゼロモーメントで推進される。
【００３７】
図４はセグメントＳ３の組立時を示しており、セグメントＳ３に対応するＮｏ．４〜６のシールドジャッキ９が盛替えシールドジャッキ群Ｊ１とされる。
【００３８】
一方、盛替えシールドジャッキ群Ｊ１以外のＮｏ．１〜３，７〜１２のシールドジャッキ９が推進シールドジャッキ群Ｊ２とされ、シールド本体１０の軸心Ｃと盛替えシールドジャッキ群Ｊ１の中心を通る盛替え中心線Ａに対して、シールド本体１０の軸心Ｃを通って直交する分割線Ｂ上に位置するＮｏ．２，８と、分割線Ｂよりも盛替えシールドジャッキ群Ｊ１側に位置するＮｏ．３，７の合計４本のシールドジャッキ９が負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２とされると共に、他方側に位置するＮｏ．９〜１２，１の合計５本のシールドジャッキが制御側ジャッキ群ＳＪとされる。
【００３９】
同様に、図５はセグメントＳ４の組立時を示しており、セグメントＳ４に対応するＮｏ．１０〜１２のシールドジャッキ９が盛替えシールドジャッキ群Ｊ１とされる。
【００４０】
一方、盛替えシールドジャッキ群Ｊ１以外のＮｏ．１〜９のシールドジャッキ９が推進シールドジャッキ群Ｊ２とされ、シールド本体１０の軸心Ｃと盛替えシールドジャッキ群Ｊ１の中心を通る盛替え中心線Ａに対して、シールド本体１０の軸心Ｃを通って直交する分割線Ｂ上に位置するＮｏ．２，８と、分割線Ｂよりも盛替えシールドジャッキ群Ｊ１側に位置するＮｏ．１，９の合計４本のシールドジャッキ９が負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２とされると共に、他方側に位置するＮｏ．３〜７の合計５本のシールドジャッキ９が制御側ジャッキ群ＳＪとされる。
【００４１】
このようにして、１リング分のセグメントＳの組み立てが完了したならば、上記と同様の方法にて軸方向に新たなセグメントＳを組み立て、順次これを繰り返していく。
【００４２】
この方法によれば、油圧回路は負荷圧力用と制御圧力用の２系統あればよく、簡易かつ低コストなシステムで方向制御が可能となる。また、シールドジャッキ９によって、盛替えシールドジャッキ群の不作動により発生する強制的なモーメントをうち消してゼロモーメントとした上で、中折れジャッキ２０にて掘進方向性制御を行うため正確な方向制御ができる。従って、信頼性の向上が図れる。また、盛替えシールドジャッキ群Ｊ１以外のシールドジャッキ９を全て推進シールドジャッキ群Ｊ２としているため、推進シールドジャッキＪ２を構成するシールドジャッキ９の本数が多く、各シールドジャッキ９の負荷が大きくならない。
【００４３】
ここで、図６を用いて、負荷圧力Ｐ１と制御圧力Ｐ２の設定方法を説明する。
【００４４】
図６はセグメントＳ１の組立時を示しており、Ｎｏ．７〜９のシールドジャッキ９が盛替えシールドジャッキ群Ｊ１、Ｎｏ．５，６，１０，１１のシールドジャッキ９が負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２、Ｎｏ．１〜４，１２のシールドジャッキ９が制御側ジャッキ群ＳＪとされる。
【００４５】
そして、負荷圧力Ｐ１および制御圧力Ｐ２は、それぞれ、盛替え中心線Ａを中心とするヨーイングＹ方向へのモーメント力および分割線Ｂを中心とするピッチングＰ方向へのモーメント力がゼロとなるような値に設定される。
【００４６】
まず、盛替え中心線Ａを中心とするヨーイングＹ方向に生じるモーメントについて説明する。
【００４７】
負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２を構成するＮｏ．５，６，１０，１１の各シールドジャッキ９に付与する負荷圧力Ｐ１および、制御側ジャッキ群ＳＪを構成するＮｏ．１〜４，１２の各シールドジャッキ９に付与する制御圧力Ｐ２はそれぞれ均一であり、盛替え中心線Ａの両隣に位置する負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２および制御側ジャッキ群ＳＪの本数はそれぞれ同一であるので、当然、盛替え中心線Ａで対向する負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２および制御側ジャッキ群ＳＪの圧力は等しい。従って、盛替え中心線Ａで対向する負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２および制御側ジャッキ群ＳＪによりヨーイングＹ方向に発生するモーメント力は互いにうち消し合い、負荷圧力Ｐ１および制御圧力Ｐ２の設定値に関わらず、結果としてゼロモーメントとなる。
【００４８】
次に、分割線Ｂを中心とするピッチングＰ方向へのモーメント力を説明する。
【００４９】
まず、負荷圧力をＰ１とすると、負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２により発生するピッチングＰ方向へのモーメント力ＭＨは、次式▲１▼で表すことができる。
【００５０】
ＭＨ＝（２Ｐ１×ｒ×ｓｉｎθ１＋２Ｐ１×ｒ×ｓｉｎ０°）×Ｑ ・・・▲１▼
ただし、ｒ：円上に配置されたシールドジャッキの配置半径、Ｑ：ジャッキシリンダ面積。
【００５１】
一方、制御圧力をＰ２とすると、制御側ジャッキ群ＳＪにより発生するピッチングＰ方向へのモーメント力ＭＳは、次式▲２▼で表すことができる。
【００５２】
ＭＳ＝（２Ｐ２×ｒ×ｓｉｎθ２＋２Ｐ２×ｒ×ｓｉｎθ３＋Ｐ２×ｒ×ｓｉｎθ４）×Ｑ ・・・▲２▼
シールド掘進機をゼロモーメントで推進させるには、上記ＭＨとＭＳの大きさが等しく（ＭＨ＝ＭＳ）、互いにうち消し合うようにすれば良い。従って、分割線Ｂを中心に生じるモーメントが互いにうち消しあうような負荷圧力と制御圧力の比は▲１▼および▲２▼の式から求められ、次式▲３▼で表すことができる。
【００５３】
Ｐ２／Ｐ１＝ｓｉｎθ１／（ｓｉｎθ２＋ｓｉｎθ３＋（ｓｉｎθ４／２））・・・▲３▼
本実施形態では、θ１およびθ２は３０°、θ３は６０°、θ４は９０°であるので、ｓｉｎθ１、ｓｉｎθ２＝１／２、ｓｉｎθ３＝３1/2 ／２、ｓｉｎ９０°＝１をそれぞれ代入すると次式▲４▼となる。
【００５４】
Ｐ２／Ｐ１≒０．２７ ・・・▲４▼
従って、負荷圧力Ｐ１と制御圧力Ｐ２を、▲４▼式を満たすように設定すれば、ヨーイングＹ方向およびピッチングＰ方向へのモーメント力はゼロとなり、シールド掘進機をゼロモーメントで推進させることができる。
【００５５】
このように、ピッチングＰ方向へのモーメント力がゼロとなるような負荷圧力Ｐ１と制御圧力Ｐ２の比が予め設定される。この比は、等分割セグメントであり、シールドジャッキ９が周方向に等間隔に配置されている場合であれば、セグメントの組立位置に関わらず常に一定である。セグメントが不当分割、あるいはシールドジャッキ９が不当間隔に配置されている場合、各セグメントの組立位置に対して、ヨーイングＹ方向およびピッチングＰ方向へのモーメント力がゼロとなるような負荷圧力Ｐ１と制御圧力Ｐ２の比が設定される。
【００５６】
次に、推進シールドジャッキ群Ｊ２全体による総推進力ＴＦは次式▲５▼で表すことができる。
【００５７】
ＴＦ＝（Ｐ１×Ｈｊ＋Ｐ２×Ｓｊ）×Ｑ ・・・▲５▼
ただし、Ｈｊ：負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２のシールドジャッキの本数、Ｓｊ：制御側ジャッキ群ＳＪのシールドジャッキの本数。
【００５８】
推進シールドジャッキ群Ｊ２全体に必要とされる総推進力ＴＦは、シールド掘進機が掘進時に地山から受ける反力により決定される。従って、掘削すべき地山の土質等によって総推進力ＴＦが決定されると、上記▲４▼および▲５▼の式に基づいて負荷圧力Ｐ１および制御圧力Ｐ２が算出される。
【００５９】
このように、本発明によれば簡単な計算式により負荷圧力Ｐ１および制御圧力Ｐ２を設定することができる。従って、高価な計算機器等が必要なく低コスト化が図れる。
【００６０】
なお、図６において、制御側ジャッキ群ＳＪの内、盛替えシールドジャッキ群Ｊ１と正面対向するシールドジャッキ９、即ち、盛替え中心線Ａ上に位置するＮｏ．２のシールドジャッキ９は不作動としても良い。
【００６１】
次に、図７を用いて、各シールドジャッキ９に油を供給する油圧回路について説明する。
【００６２】
図に示すように、油圧回路３０は油圧ポンプＯＰに接続された圧油供給ライン３１を備えており、その圧油供給ライン３１に油圧ポンプＯＰより油が供給され、リリーフ弁３２によって圧油供給ライン３１内の油圧が、設定された負荷圧力Ｐ１に維持される。シールドジャッキ９は、負荷圧力側回路３３および制御圧力側回路３４を介して圧油供給ライン３１と接続されている。負荷圧力側回路３３には、負荷圧力側回路３３を開閉する弁手段３５と、逆止弁３６とが設けられている。一方、制御圧力側回路３４は、制御圧力側回路３４内の油圧を設定された制御圧力Ｐ２まで減圧する減圧弁３７と、制御圧力側回路３４を開閉する弁手段３８と、逆止弁３９とが設けられている。
【００６３】
図示したシールドジャッキ９が推進シールドジャッキ群Ｊ２に選定され、更に負荷側ジャッキ群ＨＪ１，ＨＪ２と選定された場合、負荷圧力側回路３３の弁手段３５が開、制御圧力側回路３４の弁手段３８が閉とされ、圧油供給ライン３１の油が負荷圧力側回路３３を通ってシールドジャッキ９に供給され、負荷圧力Ｐ１が付与される。
【００６４】
一方、図示したシールドジャッキ９が、制御側ジャッキ群ＳＪと選定された場合、制御圧力側回路３４の弁手段３８が開、負荷圧力側回路３３の弁手段３５が閉とされ、圧油供給ライン３１の油が制御圧力側回路３４を通り、減圧弁３７により制御圧力Ｐ２まで減圧された後、シールドジャッキ９に供給され、制御圧力Ｐ２が付与される。
【００６５】
更に、シールドジャッキ９が盛替えシールドジャッキ群Ｊ１と選定された場合、制御圧力側回路３４の弁手段３８および負荷圧力側回路３３の弁手段３５が共に閉とされ、シールドジャッキ９に油は供給されない。また、シールドジャッキ９内の油は図示しないリリーフ回路によってタンクへと戻され、シールドジャッキ９は収縮（不作動）となる。
【００６６】
このように、本発明によれば油圧回路は負荷圧力側と制御圧力側との２系統あれば良い、従って、簡易かつ低コストな構成とすることができる。
【００６７】
なお、本発明は通常の矩形状のセグメント、ハニカムセグメント、ＤＮＡセグメント等、様々なタイプのセグメントに適用できる。
【００６８】
更に、シールド掘進機の掘進方向を中折れジャッキにて制御するとして説明してきたが、本発明はこの点において限定されず、テーパーフードや可動そり等他の装置を使用しても良い。要するに、シールドジャッキによって盛替えシールドジャッキ群の不作動により発生する強制的なモーメントをうち消すことができるものであり、シールド掘進機の方向性制御にはどのような装置を適用しても良いものである。
【００６９】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、以下に示すごとく優れた効果を発揮するものである。
１）簡易かつ低コストなシステムで同時掘進シールド掘進機の方向制御を行うことができる。
２）信頼性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態において、セグメントＳ１を組み立てる状態を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態において、セグメントＳ２を組み立てる状態を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態において、セグメントＳ３を組み立てる状態を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態において、セグメントＳ４を組み立てる状態を示す図である。
【図６】負荷圧力と制御圧力の設定方法を説明する図である。
【図７】シールドジャッキに油を供給する油圧回路の概略図である。
【符号の説明】
９ シールドジャッキ
１０ シールド本体
２０ 中折れジャッキ
Ａ 盛替え中心線
Ｂ 分割線
Ｊ１ 盛替えシールドジャッキ群
Ｊ２ 推進シールドジャッキ群
ＨＪ１，ＨＪ２ 負荷側ジャッキ群
ＳＪ 制御側ジャッキ群
Claims (10)
- シールド本体内周に沿って多数設けられたシールドジャッキの内、組立中のセグメントに対応する盛替えシールドジャッキ群以外の推進シールドジャッキ群で既設セグメントから反力を取って推進するシールド掘進機において、
上記推進シールドジャッキ群を三つの群に分割して、上記盛替えシールドジャッキ群の両隣に隣接する推進シールドジャッキ群を負荷側ジャッキ群、残りの推進シールドジャッキ群を制御側ジャッキ群とし、上記負荷側ジャッキ群の各シールドジャッキに付与する負荷圧力と上記制御側ジャッキ群の各シールドジャッキに付与する制御圧力を、上記シールド本体の軸心と上記盛替えシールドジャッキ群の中心を通る盛替え中心線およびその盛替え中心線に対して上記軸心を通って直交する分割線を中心に生じるモーメントが互いにうち消しあうようにそれぞれ設定してゼロモーメントで推進するようにしたことを特徴とするシールド掘進機。 - 上記負荷側ジャッキ群の各シールドジャッキに付与する負荷圧力を均一とし、上記制御側ジャッキ群の各シールドジャッキに付与する制御圧力を均一とし、負荷側ジャッキ群の各シールドジャッキに負荷圧力を付与し、制御側ジャッキ群の各シールドジャッキに制御圧力を付与したときに上記分割線を中心に生じるモーメントが互いにうち消しあうような上記負荷圧力と制御圧力の比を予め設定し、シールドジャッキ全体に必要とされる総推進力から上記負荷圧力と制御圧力とを設定する請求項１記載のシールド掘進機。
- 上記分割線上に位置するシールドジャッキを上記負荷側ジャッキ群とする請求項１又は２記載のシールド掘進機。
- 上記制御側ジャッキ群のうち、上記盛替え中心線上に位置するシールドジャッキを不作動とする請求項１〜３いずれかに記載のシールド掘進機。
- 上記シールド掘進機は、中折れジャッキを備えた中折れシールド掘進機であり、掘進方向性制御は上記中折れジャッキによって行う請求項１〜４いずれかに記載のシールド掘進機。
- シールド本体内周に沿って多数設けられたシールドジャッキの内、組立中のセグメントに対応する盛替えシールドジャッキ群以外の推進シールドジャッキ群で既設セグメントから反力を取ってシールド掘進機を推進させる同時掘進シールド工法において、
上記推進シールドジャッキ群を三つの群に分割して、上記盛替えシールドジャッキ群の両隣に隣接する推進シールドジャッキ群を負荷側ジャッキ群、残りの推進シールドジャッキ群を制御側ジャッキ群とし、上記負荷側ジャッキ群の各シールドジャッキに付与する負荷圧力と上記制御側ジャッキ群の各シールドジャッキに付与する制御圧力を、上記シールド本体の軸心と上記盛替えシールドジャッキ群の中心を通る盛替え中心線およびその盛替え中心線に対して上記軸心を通って直交する分割線を中心に生じるモーメントが互いにうち消しあうようにそれぞれ設定し、上記シールド掘進機をゼロモーメントで推進させるようにしたことを特徴とする同時掘進シールド工法。 - 上記負荷側ジャッキ群の各シールドジャッキに付与する負荷圧力を均一とし、上記制御側ジャッキ群の各シールドジャッキに付与する制御圧力を均一とし、負荷側ジャッキ群の各シールドジャッキに負荷圧力を付与し、制御側ジャッキ群の各シールドジャッキに制御圧力を付与したときに上記分割線を中心に生じるモーメントが互いにうち消しあうような上記負荷圧力と制御圧力の比を予め設定し、シールドジャッキ全体に必要とされる総推進力から上記負荷圧力と制御圧力とを設定する請求項６記載の同時掘進シールド工法。
- 上記分割線上に位置するシールドジャッキを上記負荷側ジャッキ群とする請求項６又は７記載の同時掘進シールド工法。
- 上記制御側ジャッキ群のうち、上記盛替え中心線上に位置するシールドジャッキを不作動とする請求項６〜８いずれかに記載の同時掘進シールド工法。
- 上記シールド掘進機が中折れシールド掘進機であり、掘進方向性制御は中折れシールド掘進機の中折れジャッキによって行う請求項６〜９いずれかに記載の同時掘進シールド工法。
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