JP4968670B2 - 掘進機に装備された止水装置 - Google Patents

Description

本発明は、地盤を掘削するカッター等の掘削機能を先端に設けた掘進機の後方に、地盤に埋入する推進管を複数後続させ、最後尾の推進管の管端をジャッキ等で押圧して掘進機で到達立坑まで掘削しながら推進管を地中に挿入して、トンネル・下水管路・その他の管路を構築する推進工法に用いる掘進機の付属装置であって、主として掘進機が到達立坑に達する直前の地盤改良された到達部において、掘進機の外周部（テールボイド部）に沿って地盤中の地下水や流動性土砂が移動して到達立坑内に流入するのを防ぐため、掘進機に取り付けられる掘進機の止水装置に関する。

従来、掘進機が到達地点まで掘進を完了し、到達立坑から掘進機の分解・回収を行う場合は、土留壁（到達立坑内）に止水器としてパッキンや坑口金具が土砂崩壊防止のために設置される。その場合、到達部に地盤改良を行って、一次的に地山の自立性を高め、また、止水性を向上させて掘進機回収作業の安全性を確保する事が一般的である。
しかしながら、掘進機回収作業には到達部の土留壁（鋼矢板、ライナープレート、連続壁、躯体コンクリート等）の撤去が必要となり、その土留壁の切断・撤去に多大な時間を要するため、鏡部材の撤去時に到達立坑内に土砂崩壊や地下水の流出が発生し、常に作業の危険性がはらんでいる。
そのために、事前に到達区間の地盤改良や薬液注入の効果を確認しながら作業を進めるが、時間の経過と共に改良区間の地山が緩み、掘進機を分解・回収作業時に、掘進機外周部（テールボイド部）からの地下水や流動性土砂の坑内噴出が発生しやすい状況が生まれる。

掘進機の外周に露出するように環状のパッキンを配置し、パッキンの前後縁を固着し、パッキンの内側にエア等の高圧流体を圧送してパッキンを断面Ω状に外方に膨らませることで、改良された改良地盤の削孔壁と掘進機外周との間隙を閉塞して水・土砂の移動を止める止水方法が開発されている。しかしながら、高圧流体の圧送による膨張による拡径のみでは拡幅径に限界があり、水・土砂はこの拡幅部を乗り越えて移動してしまい、止水機能が不充分であった。更に、パッキンの一部が破損して亀裂・孔があくと、膨らますことができず、止水機能が失われるものであった。
これとは別に、掘進機の外周に環状シール溝を設け、同シール溝に膨縮自在なホースを収容し、同ホースに流体を圧送することで膨張させて、シール溝からホースが突出するようにして止水する掘削機の止水構造が特開平８−１８４２９２号公報で知られている。
この構造でも、ホースの拡径はシール溝巾で制限され、又膨張による拡径であることから充分な突出高さを確保しにくく、又ホースの一部に孔があくと膨張させることができなくなり、止水機能が全く失われるものであった。
特開平８−１８４２９２号公報

本発明が解決しようとする課題は、従来のこれらの問題点を解消し、簡単な構造で止水のパッキンを大きく突出させることができ、しかも削孔壁の壁面と密着性がよく、突出量も容易に調整でき、更に、一部破損しても止水の機能が一部劣化するのみで全面的に止水機能が失われることがない到達部のテールボイド部安定のための掘進機に装備された止水装置を提供することにある。

かかる課題を解決した本発明の構成は、
１） 前端に掘削機能を有する掘進機の胴部の外周壁に環状の凹部を形成し、同凹部の全周に凹部の深さと略同じ又はこれより少し短い寸法の厚みの弾性ある帯状パッキンを配置するとともに、同パッキンの前縁部を外周壁に固着し、同パッキンの後端部を自由端とし、同パッキンの後端部を外方向に押し出す押し出し手段を掘進機の胴部に設け、しかも押し出し手段が、パッキンの裏面と凹部の底面との間に割り込むように前後に進退できる楔体と、同楔体を前後方向に進退させる可動部とからなり、同押し出し手段を作動させてパッキンの後端部を外方向に突出させてテールボイド部を止水する、掘進機に装備された止水装置
２） パッキンの後端部を後縁に従って後端部の裏面側肉を削って肉厚が薄くなるように整形した、前記１）記載の掘進機に装備された止水装置
３） パッキンが、上層の弾性体と下層の弾性体とを重ねて形成された、前記１）又は２）記載の掘進機に装備された止水装置
４） パッキンの上面にバネ鋼板を取り付けて復元力を高くした、前記１）〜３）何れか記載の掘進機に装備された止水装置
５） 楔体の可動部が、楔体にシリンダーロッドの先端を連結した油圧シリンダーである前記１）〜４）のいずれかに記載の掘進機に装備された止水装置
６） 楔体の可動部が、楔体に一端を回転自在に連結したねじ軸を中間で胴部の外周壁側に螺合し、同ねじ軸を回動させる操作部を設けた、前記１）〜４）いずれかに記載の掘進機に装備された止水装置
にある。

この発明では、押し出し手段を作動させることでパッキンの後端部を立て起すように弾性変形させ、パッキンの後端部を外方へ突出させて、パッキンの自由端を削孔壁に接触させて、孔壁と掘進機の胴部外周のテールボイド部の間隙（余掘り部分）をパッキンで閉塞し、水・土砂の移動を止める。このパッキンは前縁部のみが固着され、その後方は自由になっているので、パッキンを変形させる力は、従来の外周縁を止着して流体圧でパッキン中央部を膨張させる構造のもの又はホースを膨張させて突出させる構造のものに比べ、大巾に小さくて済み、しかもそのパッキンの後縁の突出寸法を大きくできる。現場で止水が不充分と判断すれば押し出し手段による押し出し量を大きくさせてパッキンの突出量を大きくすることで止水性能を高めることができる。よって孔壁との接触が確実に出来て、止水性が高いものにできる。
又、パッキンの突出量は、押し出し手段の押し出し部材の押し出し量例えば楔体の進退距離（楔体前後位置）で自在に調整でき、地山の構成要素や余堀量の変化に充分に対応できるものとなっている。
又、パッキンの一部が損傷・亀裂が入っても一部の止水個所が劣化するだけで全止水機能を失うことはない。
パッキンの後端部の肉厚を徐々に薄くして傾斜面としたものは、この下方に楔体を収めてもパッキンの後端部表面が筒胴から凹むことがないばかりか、楔体の前進を傾斜面で案内して楔体をスムーズに前進させてパッキンを弾性変形させて後端部を突出し易くしている。
又、パッキンの上面にバネ鋼板を取り付けた発明では、楔体を後退させたときのパッキンの凹部への戻りを確実にするとともに、パッキンを弾性変形させて突出した状態の場合において、水・土砂の圧力でパッキンの突出した自由端が前方へまくれるように変形するのを防止し、まくれによるパッキンの止水機能の低下を防止する。

本発明のパッキンは、環状の凹部に収まるように配置されるが、一枚の連続した環状パッキンでもよいし、円周方向に複数に分割して配置し、分割の境界は一部重ねて止水性が保持されるようにした構造とすることもできる。
本発明のパッキンの素材としてはゴムの如く弾性変形できて復元力のある素材がよい。
本発明の押し出し手段は、パッキン裏面に楔体を割り込ませてパッキン後端部を外方に突出させる方法と、パッキン後端部の裏面に押圧部材を当てて、掘進機の胴部の外周壁の外周面と直交する半径方向に同押圧部材で動かしてパッキン後端部を外方に押し出す方法とがある。
本発明の押し出し手段又は可動部は、油圧シリンダー，エアシリンダー，電動シリンダー等の駆動源を備えて遠隔操作で作動させてもよいし、又掘進機の胴部に作業者が入れるものであれば、手動でもって作動させてもよいが、駆動源を用いる方が操作が容易であり、好ましい。
本発明の掘進機の胴部は、円筒状（円形型）のものと、角筒状（矩形型）があり、凹部・パッキンもその胴部に適した形状とする。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。本実施例は、パッキンが後端に従って徐々に後端部裏側の肉を削って肉厚を薄くし、裏面を傾斜面としている。又押し出し手段は、パッキンの裏面と凹部の底面との間を割り込んで移動する楔体を設け、同楔体を油圧シリンダーで進退させる構造とした例である。

図１は、実施例の掘進機が到達立坑に到達する直前の状態を示す説明図である。
図２は、実施例の掘進機の一部が到達立坑に突入して止水装置が止水している状態を示す説明図である。
図３は、実施例の掘進機の通常推進時のパッキンの状態を示す説明図である。
図４は、実施例のパッキンを押し出して止水している状態を示す説明図である。
図５は、図３のＡ−Ａ断面図である。
図６は、実施例のパッキンの後端部の突出状態を示す説明図である。
図７は、実施例のパッキンと楔体と油圧シリンダーの押し出し手段を示す説明図である。
図８は、本発明のねじ軸式の可動部例を示す説明図である。
図９は、パッキンの他の構造例を示す断面図である。
尚、図中、掘進機の内部構造は省略している。

図中、１は掘進機、２は本実施例の止水装置、３は掘進機１に後続させる推進管、４は到達立坑、５は到達部の地盤改良域、６は非改良の地盤、７は掘進機で掘削させた削孔、７ａは削孔７の孔壁、８は到達立坑４の土留壁、９は削孔７と連通した土留壁８の開口８ａに設けた到達立坑４内に設けた止水の為の到達部止水エントランスケースである。

１０〜１２ｂは掘削機の構成部分であり、１０は回転盤１０ａに掘削ビット（図示せず）等を取り付けて地盤を削孔する掘進機１の先端に設けた掘削部、１１は複数の円筒状ケーシング１１ａを継いで外周壁１１ｂが構成され、その内部に掘削部１０の駆動装置・排土装置（図示せず）等を内蔵させた胴部、１２は外周壁１１ｂに形成された環状の凹部、１２ａは凹部１２の底面、１２ｂは凹部１２の側面である。
２０〜２７は止水装置２の構成部分であり、２０はゴム素材の環状のパッキン、２０ａは同パッキンの前縁部、２０ｂは同パッキンの肉厚を薄くした後端部、２０ｃは傾斜面、２０ｄは後縁、２０ｅはパッキン２０の上面に取り付けたバネ鋼板、２１はパッキン２０の前縁部２０ａを外周壁１１ｂに固着するボルト、２２はパッキン２０の裏面と凹部１２の底面との間に割り込ませる楔体であって、縦断面は略三角形状で円周方向に円弧状となった形状であり、環状凹部１２の円周を四分割して配置されている。２３は同楔体を前後に進退させる油圧シリンダー、２３ａは同油圧シリンダーのシリンダーロッドで、楔体２２と連結されている。２３ｂは同油圧シリンダー２３のシリンダーケース、２３ｃは同シリンダーケースを胴部１１側の凹部１２の側壁１２ｂに固着する取付金具である。２５は楔体２２の他の可動部例であって、楔体２２と先端で回転自在に連結されたねじ軸、２６は同ねじ軸の中間を凹部１２の側壁と螺合した螺合部、２７は同ねじ軸の他端に設けたボルト頭で操作部となり、掘進機１の内部から作業者がスパナーによる手操作でねじ軸を回転できるようにしている。

この実施例では、複数の推進管３の最尾の推進管３の管後端を出発立坑（図示せず）で油圧ジャッキで押圧することで、掘進機１の先端の掘削部１０を回動させて地盤を掘削しながら掘進機１と推進管３全体を推進して地盤に削孔７を形成しながら推進管３を挿入していく。

出発立坑から到達立坑４に到るまでの通常の掘削状態では、図１，３，６に示すように、楔体２２は後方に後退してパッキン２０の後端部２０ｂの傾斜面２０ｃの下方にあり、パッキン２０は凹部１２内に収まって胴部１１の外径から突出せず、掘進機１の進行の抵抗となっていない。

次に掘進機１が到達立坑４に到り、パッキン２０が地盤改良域５に進入すると、油圧シリンダー２３を作動させ、楔体２２を前進させると、楔体２２は傾斜面２０ｃによって案内されてパッキン２０の後端部２０ｂの裏面と凹部１２の底面１２ａとの間に割り込んで、楔体２２はパッキン２０の後端部２０ｂを起すように弾性変形させ、パッキン２０の後縁２０ｄを徐々に外方向に突出させる。
そして、パッキンの後縁２０ｄが削孔７の孔壁に接触し、後端部の先端部分は孔壁に沿って密着するように変形する。この状態は図２，４，６，７に示している。
これによって、パッキン２０は胴部１１の外周壁１１ｂと孔壁７ａとの間の間隙（テールボイド部）を閉鎖して止水するものである。

地盤の地下水・土砂の圧力は、パッキン２０の後端部を孔壁方向に押し付けるように作用するので止水は確実になされる。
又、パッキン２０の一部の切傷・破損しても全面的に止水機能が停止することもない。

更に、パッキンの復元力を増やすため、パッキンの上面にはバネ鋼板が取り付けられているので、水圧・土砂圧に負けてパッキンの後端部が前の方に変形してまくれるのを防止している。又油圧シリンダーを後退させて楔体２２を後退して戻す場合に、パッキンがバネ鋼板２０ｅの復元力で凹部１２に確実に収まるようにしている。

本実施例では、楔体２２は油圧シリンダーで前進させるだけでパッキン２０を起して後端部２０ｂを外方に大きく突出させることができる。又そのパッキンの弾性変形の力も小さいもので済ますことができる。又その押し出し手段もコンパクトで安価にできる。しかもパッキンによる止水力は高く且つ確実となる。

図８に示す押し出し手段の他の例は、実施例の楔体２２を油圧シリンダーに換えて、ねじ軸２５を用いたものであり、しかも同ねじ軸２５のボルト頭（スパナー掛け部）の操作部２７を掘進機１の内部から手作業でスパナー等の工具を用いて回転させることで、凹部１２の側壁と螺合したねじ軸２５は前進し、よってねじ軸２５に連結された楔体２２は前進させることができるものである。後退させる場合は逆方向にねじ軸２５を回転させればよい。
いずれの例も、パッキン２０の後縁の突出高さは、楔体２２の前進量で決まるので突出高さの調整が容易であり、現場でのテールボイド部の空隙の寸法の変動に充分に対応できるものとしている。

図９に示すパッキン３０は、実施例の１枚の弾性体のパッキン２０の別の例を示すものであり、ゴム素材の上層の弾性体３０ａと、ゴム素材の下層の弾性体３０ｂとを重ねて形成し、しかも後端部の肉厚を削って肉厚を薄くして傾斜面３０ｃを形成した例であり、この例では弾性体を重ねることで強度が増加して高水圧に耐えるものになる。又上層と下層の弾性体の厚み又は弾性率を異にすることで、適切な弾性・強度のものにできる。

本発明は、主に到達立坑近くの地盤改良域で使用されるが、通常の掘削の途中での止水にも使用できる。

実施例の掘進機が到達立坑に到達する直前の状態を示す説明図である。 実施例の掘進機の一部が到達立坑に突入して止水装置が止水している状態を示す説明図である。 実施例の掘進機の通常推進時のパッキンの状態を示す説明図である。 実施例のパッキンを押し出して止水している状態を示す説明図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 実施例のパッキンの後端部の突出状態を示す説明図である。 実施例のパッキンと楔体と油圧シリンダーの押し出し手段を示す説明図である。 本発明のねじ軸式の可動部例を示す説明図である。 パッキンの他の構造例を示す断面図である。

符号の説明

１ 掘進機
２ 止水装置
３ 推進管
４ 到達立坑
５ 地盤改良域
６ 非改良の地盤
７ 削孔
８ 土留壁
９ 到達部止水エントランスケース
１０ 掘削部
１０ａ 回転盤
１１ 胴部
１１ａ ケーシング
１１ｂ 外周壁
１２ 凹部
１２ａ 底面
１２ｂ 側面
２０ パッキン
２０ａ 前縁部
２０ｂ 後端部
２０ｃ 傾斜面
２０ｄ 後縁
２０ｅ バネ鋼板
２１ ボルト
２２ 楔体
２３ 油圧シリンダー
２３ａ シリンダーロッド
２３ｂ シリンダーケース
２３ｃ 取付金具
２５ ねじ軸
２６ 螺合部
２７ 操作部
３０ パッキン
３０ａ 上層弾性体
３０ｂ 下層弾性体

Claims (6)

1. 前端に掘削機能を有する掘進機の胴部の外周壁に環状の凹部を形成し、同凹部の全周に凹部の深さと略同じ又はこれより少し短い寸法の厚みの弾性ある帯状パッキンを配置するとともに、同パッキンの前縁部を外周壁に固着し、同パッキンの後端部を自由端とし、同パッキンの後端部を外方向に押し出す押し出し手段を掘進機の胴部に設け、しかも押し出し手段が、パッキンの裏面と凹部の底面との間に割り込むように前後に進退できる楔体と、同楔体を前後方向に進退させる可動部とからなり、同押し出し手段を作動させてパッキンの後端部を外方向に突出させてテールボイド部を止水する、掘進機に装備された止水装置。
2. パッキンの後端部を後縁に従って後端部の裏面側肉を削って肉厚が薄くなるように整形した、請求項１記載の掘進機に装備された止水装置。
3. パッキンが、上層の弾性体と下層の弾性体とを重ねて形成された、請求項１又は２記載の掘進機に装備された止水装置。
4. パッキンの上面にバネ鋼板を取り付けて復元力を高くした、請求項１〜３何れか記載の掘進機に装備された止水装置。
5. 楔体の可動部が、楔体にシリンダーロッドの先端を連結した油圧シリンダーである請求項１〜４のいずれかに記載の掘進機に装備された止水装置。
6. 楔体の可動部が、楔体に一端を回転自在に連結したねじ軸を中間で胴部の外周壁側に螺合し、同ねじ軸を回動させる操作部を設けた、請求項１〜４いずれかに記載の掘進機に装備された止水装置。

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