JP4666498B2

JP4666498B2 - 土圧式シールド

Info

Publication number: JP4666498B2
Application number: JP2005362780A
Authority: JP
Inventors: 豊加島; 秀行武内
Original assignee: 大豊建設株式会社
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2025-12-16
Also published as: JP2007162407A

Description

本発明は、土圧式シールドの掘進停止中に、チャンバ内の土圧が降下することによる切羽地山の緩みを防止するためのチャンバ内の泥土圧を保持する装置を備えた土圧式シールドに関する。

土圧式シールドでは、切羽の崩壊を、掘進時、チャンバ内に充満している泥土の土圧で押さえながら掘削を行っている。このような装置としては、例えば特許第１３８９７３８号が存在する。そして、所定範囲の掘進が終了すると、シールドジャッキを順次引き戻して、新たなセグメントを順次組み立てて行く。このとき、セグメントの組立空間を維持するために、セグメントに反力をとっていたシールドジャッキがそのバルブからわずかオイルが洩れることによりシールドがわずかであるが後退することにより、チャンバ内泥土圧が減少することがある。

また、土圧式シールドを長期間にわたって停止させた場合には、チャンバ内における泥土内の間隙水圧が徐々に地山側に拡散するため、チャンバ内泥土圧が減少するとともに、泥土の体積減少を起こす。

その結果、チャンバ内泥土圧が土圧式シールドの推進時に比べて停止時には減少する。

チャンバ内泥土圧が減少すると、切羽地山を抑える圧力が減少する。切羽地山を抑える圧力が減少すると、地山の緩みが発生する。地山が緩むと、これが要因となって地盤が沈下し、変位することがある。いったん地盤が沈下し、変位した状態で土圧式シールドを再び推進させ、チャンバ内泥土圧を高くして掘進しても、沈下、変位した地盤を元に戻すことができない。
特許第１３８９７３８号

土圧式シールドにおけるチャンバ内泥土圧の降下により地山が緩み、地盤沈下、変位する不具合を防ぐため、従来、土圧式シールドの掘進停止中にチャンバ内泥土に作泥土材を注入し、チャンバ内泥土圧を高く保持しようとする方法が試みられている。

しかし、作泥土材は水にベントナイトや高分子吸水材を混合して膨潤させたものであるから、泥土内の間隙水圧を上昇させることができるのみで、上昇した間隙水は容易に地山に拡散してしまう。

したがって、チャンバ内泥土に作泥土材を注入する方法は、土粒子の直接的な有効応力を上昇させることができず、チャンバ内泥土圧を上昇させ、地山の緩みを防止し、地盤の沈下、変位を防止することができなかった。

また、チャンバ内泥土に作泥土材（溶液）を注入すると、適正な状態にある泥土の塑性流動性が損なわれてしまい、流動性が顕著な状態になってしまう。チャンバ内泥土が顕著な流動性を持った状態に変わると、次回からの掘進時の土圧管理に悪影響を及ぼすことが多い。

また、作泥土材や添加剤を、チャンバ内に圧力を高くして注入しても、地山や土圧式シールドのフードの周囲などの間隙から漏れてしまい、チャンバ内泥土の有効応力を高めたり、保持したりすることはできなかった。

本発明は、上記の事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、土圧式シールドの掘進停止中のチャンバ内泥土圧を設定値以上に確実に上昇させ、かつ保持することができ、しかもチャンバ内泥土の過剰流動化を防止し得るチャンバ内泥土圧保持装置を備えた土圧式シールドを提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、チャンバ１６内の土圧を監視する土圧計２２と、チャンバ１６内に泥土を押し出し可能で、かつ隔壁３後方に進退可能に設置された加圧部材２６と、前記土圧式シールドの掘進停止中においてチャンバ内泥土圧が設定値未満に降下したとき、前記加圧部材２６を進退操作する進退操作手段２８とを具備し、前記隔壁３は、その前面から後方に向って形成され、泥土を蓄える凹状のピット２７を有し、このピット２７は前記チャンバ１６と連通し、ピット２７内には進退自在に設けられた加圧部材２６が設けられ、この加圧部材２６はピストンロッド２９を介し前記進退操作手段２８に連結され、前記加圧部材２６および進退操作手段２８は隔壁３の後方に設けられたハウジング２４内に設けられ、進退操作手段２８はハウジング２４の底部に反力をとり、かつ前記ハウジング２４の前部であって前記加圧部材２６の外周にはハウジング２４内への泥土の侵入を防止するピット隔壁２５が設けられ、前記進退操作手段２８により進退操作される前記加圧部材２６の進退移動軸直角方向の断面積は、前記ピット２７の断面積に比し小さく、かつ前記加圧部材２６の前方突出時に前記ピストンロッド２９は前記ピット隔壁２５の前方に突出しないことを特徴とする。

本発明では、土圧式シールドの掘進停止中においても、チャンバ内泥土圧を監視する。監視の結果、チャンバ内泥土圧が設定値未満に降下したときは、チャンバ１６内に泥土を押し込んだり、チャンバ１６内の体積を減少させたりし、これにより、チャンバ内泥土圧を設定値以上に確実に上昇させ，保持することができる。したがって、高いチャンバ内泥土圧により切羽地山を抑えることができるので、地山の緩みを防止し、地盤の沈下、変位を防止し得る効果がある。

また、本発明によれば、チャンバ１６内の体積を減少させる技術においてはもとより、チャンバ１６内に泥土を押し込む技術においても、チャンバ内泥土の過剰流動化を回避できるので、次回からの掘進時の土圧管理を容易に行い得る効果がある。

さらに、本発明では土圧式シールドの掘進停止中においても、土圧計２２によりチャンバ内泥土圧を監視し、チャンバ内泥土圧が設定値未満に降下したとき、進退操作手段２８により加圧部材を進出操作し、チャンバ１６内の体積を減少させるようにしているので、チャンバ内泥土圧を設定値以上に確実に上昇させ、保持することができ、高いチャンバ内泥土圧により切羽地山を抑えることができるので、地山の緩みを防止し、地盤の沈下、変位を防止し得る。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施例１を示す縦断側面図である。

この図１に示す土圧式シールド１は、シールド筒２と、隔壁３と、フード４と、カッタヘッド５と、カッタ回転軸１０と、カッタ駆動部１１と、チャンバ１６と、排土装置１７と、シールドジャッキ１８と、作泥土材供給配管２１と、土圧計２２と、チャンバ内泥土圧保持装置２３と、操作室３０と、これの内部に配置されたモニタ３１および制御装置３２等を備えている。

前記カッタヘッド５は、カッタスポーク６と、これの前面に多数設けられたカッタビット７と、カッタスポーク６の前面中央部に設けられたフィッシュテールビット８と、カッタスポーク６の背面に設けられた複数本の練り混ぜ翼９とを有している。そして、カッタヘッド５はカッタ回転軸１０に一体に取り付けられている。

カッタ回転軸１０は、隔壁３に設けられた軸受１１と、後述のギアボックス１３の後部に設けられた軸受１５とに回転自在に支持されている。また、カッタ回転軸１０はカッタ駆動部１２に連結されている。

前記カッタ駆動部１２は、隔壁３の背面側に固定されたギアボックス１３と、これの後壁に取り付けられた回転駆動源１４と、この回転駆動源１４の出力軸と前記カッタ回転軸１０間にわたって設けられかつギアボックス１３の内部に収納された減速歯車（図示省略）とを有している。

チャンバ１６は、隔壁３と、フード４と、カッタスポーク６に囲まれた空間にて形成されている。

排土装置１７には、この実施例ではスクリューコンベアを用いている。この排土装置１７における泥土取り込み口は、前記チャンバ１６に臨ませて設置されている。

シールドジャッキ１８は、シールド筒２の内部において、円周方向に所要の間隔をおいて複数基設置されている。

シールド筒２の後端部には、テールシール１９が設けられている。

前記カッタ回転軸１０の後端部には、スイベルジョイント２０が設けられている。このスイベルジョイント２０には、作泥土材供給配管２１が接続されている。この作泥土材供給配管２１からは、スイベルジョイント２０→カッタ回転軸１０の内部に設けられた作泥土材通路（図示省略）→カッタスポーク６の内部に設けられた作泥土材通路（図示省略）→カッタスポーク６の前面側に設けられた複数の吐出口およびフィッシュテールビット８の部位に設けられた吐出口（いずれも図示省略）を通じて作泥土材を吐出し、供給し得るようになっている。

土圧計２２は、チャンバ１６に臨ませて隔壁３に設けられている。この土圧計２２により計測したチャンバ内泥土圧を、モニタ３１に送信するようになっている。

チャンバ内泥土圧保持装置２３は、隔壁３の前面から後方に向って形成された、チャンバ１６の後部側に設けられ、チャンバ１６と連通する凹状のピット２７と、このピット２７内に設けられ、矢印で示すように前進・後退自在で、隔壁３の後方に設けられたハウジング２４側に内挿された加圧部材２６とを備え、加圧部材２６は進退操作手段２８のピストンロッド２９の前部に設けられ、加圧部材２６、進退操作手段２８等はほぼ有底筒状のハウジング２４内に設けられている。図中２５はハウジング２４の前部に設けられ、かつ加圧部材２６の外周に位置するピット隔壁であり、ハウジング２４内にチャンバ内泥土５１が侵入することを防止するためのものである。なお、図１から明らかなように、進退操作手段２８により進退操作される前記加圧部材２６の進退移動軸直角方向の断面積は、ピット２７の断面積に比して小さく形成されている。

進退操作手段２８としては、この実施例では流体圧ジャッキが用いられている。この流体ジャッキは、ハウジング２４の底部に反力をとる。

このチャンバ内泥土圧保持装置２３は、１基でも良いが、円周方向に互いに所要の間隔をおいて複数基設置しても良い。

操作室３０は、この実施例では地上に設置されている。この操作室３０内には、前記モニタ３１と、制御装置３２等が配置されている。また、坑内のシールド後続設備に設けても良い。

前述のごとく構成した土圧式シールド１の作用に関連して、本発明方法の一例を説明する。

この実施例１の土圧式シールド１により切羽地山５０を掘進し、トンネルを構築するときは、次のようにして行う。

まず、カッタ駆動部１２を駆動させ、カッタ回転軸１０を回転させ、カッタヘッド５を回転させ、切羽地山５０を掘削する。

切羽地山５０の掘削過程で、作泥土材供給配管２１→スイベルジョイント２０→カッタ回転軸１０の内部に設けられた作泥土材通路→カッタスポーク６の内部に設けられた作泥土材通路→カッタスポーク６の前面側に設けられた複数の吐出口およびフィッシュテールビット８の部位に設けられた吐出口を通じて掘削土砂に作泥土材を注入する。

切羽地山５０を掘削した掘削土砂と作泥土材と水等の混合物をチャンバ１６内に取り込む。そして、前記掘削土砂と作泥土材と水等の混合物をカッタスポーク６の背面に設けられた練り混ぜ翼９により混練し、塑性流動性に富んだ泥土５１を作成する。この泥土５１はチャンバ１６内に充満される。また、ピット２７内にも入り、蓄えられる。

前記チャンバ１６内の泥土５１は、軟弱粘土、シルト、あるいは砂礫と、作泥土材および水等の混合物であり、望ましくはスランプで５〜２０ｃｍ程度の塑性流動性を持った土砂である。

また、切羽地山５０の掘削過程で、チャンバ内泥土圧をほぼ一定値に保ちつつ、排土装置１７によりチャンバ１６内の泥土５１を取り込み、スクリューコンベアを経てベルトコンベア等の搬送装置（図示省略）により土圧式シールド１の後方に搬送し、排出する。

このようにして、切羽地山５０を所定の範囲掘削した後、いったん掘進を停止させる。ついで、シールド筒２の後方で予め組み立てられたセグメント５３に反力を取ってシールドジャッキ１８を一斉に伸長させ、土圧式シールド１を推進させる。

土圧式シールド１をセグメントを組み立て可能な距離を推進させた後、順次シールドジャッキ１８を引き戻して、ここにシールド筒２の後方で新たにセグメント５３を組み立てる。ついで、新たに組み立てられたセグメント５３にシールドジャッキ１８のスプレッダを当接させる。

この状態から再びカッタヘッド５を回転させ、切羽地山５０の掘削を再開する。

以上の作業を繰り返して行い、トンネルを掘進して行く。

ところで、この実施例では切羽地山５０の掘進時はもとより、停止中においても土圧計２２によりチャンバ１６内の泥土圧を計測し、その計測値を操作室３０内のモニタ３１に送り、監視する。停止するときシールドジャッキ１８はセグメント５３に当接せしめ土圧式シールド１の後退を防止する。

そして、チャンバ１６内の泥土圧が設定値未満に降下したときは、制御装置３２を通じてチャンバ内泥土圧保持装置２３の例えばジャッキ等の進退操作手段２８に制御信号を送り、進退操作手段２８をアプローチ側に作動させ、ピストンロッド２９を介してハウジング２４内に設けられた加圧部材２６を前方に押し出す。ピット２７内の泥土５１は加圧部材２６の前面によってチャンバ１６内に押し出される。また、加圧部材２６が前方へ押し出されるため、チャンバ１６内の体積を減少させることができる。

このようにして、チャンバ１６内の体積を減少させることによって、チャンバ１６内の泥土圧を設定値以上に上昇させる。そして、上昇させた泥土圧に保持する。

これにより、新たにセグメント５３を組み立てるため、シールドジャッキ１８を引き戻したときに、シールドジャッキ１８の押し付け力が減少することによってチャンバ１６内の泥土圧が減少し、切羽地山５０を抑えていた圧力が減少して地山の緩みが発生し、地盤の沈下、変位を起こす不具合を解消することができる。

また、この実施例によれば、土圧式シールド１を長期間にわたって停止させたときに、チャンバ１６内における泥土内の間隙水圧が拡散し、チャンバ１６内の泥土圧が減少することによって切羽地山５０に対する圧力が減少し、地山の緩みが発生し、地盤の沈下、変位を起こす不具合をも的確に防止することができる。

ところで、土圧式シールドの掘進停止中に、チャンバ内泥土に作泥土材を注入し、チャンバ内泥土圧を高め、その泥土圧に保持しようとする技術では、前述のごとく、土粒子間の間隙水圧が上昇して泥土の適正な塑性流動性が損なわれ、流動性が顕著となり、次回からの掘進時の土圧管理に悪影響を及ぼすことが知られている。その点、この実施例によれば、チャンバ１６内にピット２７内の泥土を押し出したり、加圧部材２６を前方に向って進出させ、チャンバ１６内の体積を減少させ、チャンバ内泥土圧を上昇させるようにしているので、チャンバ１６内の泥土５１の過剰流動化による問題が全く生じない。したがって、次回からの掘進時の土圧管理の問題をも解消することができる。図１は加圧部材２６を進出した状態を示す。なお、加圧部材２６を前方に突出させた際、ピストンロッド２９はピット隔壁２５の前方に突出することはない。突出するとハウジング２４内にチャンバ内泥土５１が侵入するためである。

なお、トンネルの掘進が再開され、チャンバ１６内の泥土圧が通常の状態に回復したときは、制御装置３２から進退操作手段２８に制御信号を送り、進退操作手段２８をリターン側に作動させ、加圧部材２６を後退させ初期位置に戻す。

本発明装置の実施例１を示す縦断側面図である。

１土圧式シールド
２シールド筒
３隔壁
４フード
５カッタヘッド
１０カッタ回転軸
１２カッタ駆動部
１６チャンバ
１７排土装置
１８シールドジャッキ
２１作泥土材供給配管
２２土圧計
２３チャンバ内泥土圧保持装置
２４ハウジング
２５ピット隔壁
２６加圧部材
２７ピット
２８進退操作手段
２９ピストンロッド
３０操作室
３１モニタ
３２制御装置
５０切羽地山
５１チャンバ内の泥土

Claims

チャンバ（１６）内の土圧を監視する土圧計（２２）と、
チャンバ（１６）内に泥土を押し出し可能で、かつ隔壁（３）後方に進退可能に設置された加圧部材（２６）と、
前記土圧式シールドの掘進停止中においてチャンバ内泥土圧が設定値未満に降下したとき、前記加圧部材（２６）を進退操作する進退操作手段（２８）と、
を具備し、
前記隔壁（３）は、その前面から後方に向って形成され、泥土を蓄える凹状のピット（２７）を有し、このピット（２７）は前記チャンバ（１６）と連通し、ピット（２７）内には進退自在に設けられた加圧部材（２６）が設けられ、この加圧部材（２６）はピストンロッド（２９）を介し前記進退操作手段（２８）に連結され、前記加圧部材（２６）および進退操作手段（２８）は隔壁（３）の後方に設けられたハウジング（２４）内に設けられ、進退操作手段（２８）はハウジング（２４）の底部に反力をとり、かつ前記ハウジング（２４）の前部であって前記加圧部材（２６）の外周にはハウジング（２４）内への泥土の侵入を防止するピット隔壁（２５）が設けられ、前記進退操作手段（２８）により進退操作される前記加圧部材（２６）の進退移動軸直角方向の断面積は、前記ピット（２７）の断面積に比し小さく、かつ前記加圧部材（２６）の前方突出時に前記ピストンロッド（２９）は前記ピット隔壁（２５）の前方に突出しないことを特徴とする土圧式シールド。