JP5066280B2 - 掘削機構 - Google Patents

Description

本発明は、掘削機構に関するものである。

大断面一括でトンネル掘進する場合には、大断面であるがゆえに、掘削に伴う前面地山の弛みが大きくなることが予想され、地上の沈下が大きくなる可能性があった。このことから、従来、鉄道直下では、先行して上部を矩形ルーフ等で保護してトンネルを築造するＲ＆Ｃ工法等が多く採用されてきた（例えば、特許文献１参照）。その他、上部を可動型のフード等で押さえながら掘進するルーフプロテクトシールド工法等が考えられてきた。

一般に、地下通を推進工法で施工する場合には、矩形ルーフを施工し、薬液による地盤改良を行った後、函体を直接牽引または推進させながら本断面部を掘削する方法があり、ＥＳＡ工法、フロンテジャッキ工法ならびにそれらを併用する工法が実用化されてきた。
同様に、シールド工法では、ルーフ部を多数配置した小型のカッタで先行掘削するルーフシールド工法があった。

特開２００１−７３６７０号公報

しかしながら、矩形ルーフで保護する方法は、矩形ルーフ自体の施工長さに限界があり、長距離の施工は難しいとされている。また、工程が長期に亘る場合が多い。
シールド工法では、機構上、保護となるルーフの長さに限界があり、沈下影響範囲を超えるルーフがシールド機に設置できない場合がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、矩形ルーフの施工長さに限界がある場合にも、短い工期で経済的に地下空間を掘削できる掘削機構を提供することにある。

前述した目的を達成するための本発明は、本断面掘削機と、前記本断面掘削機の本体の後部の上面に配置された矩形ルーフ推進室と、前記本断面掘削機の後方に設けられた推進ジャッキと、前記矩形ルーフ推進室の前方に設けられ、前記本断面掘削機から独立して駆動する矩形ルーフ掘削機と、前記矩形ルーフ推進室の内部に設けられた矩形ルーフ用推進ジャッキと、を具備し、前記矩形ルーフ掘削機が、水平方向に揺動するカッタを備えることを特徴とする掘削機構である。

前記矩形ルーフ掘削機の上面と側面には、前記矩形ルーフ掘削機の掘進とともに移動するカバープレートが取り付けられることが望ましい。

また、前記本断面掘削機が、カッタを備えることが望ましい。

また、第１の発明の掘削機構は、前記矩形ルーフ掘削機の姿勢制御を行うための中折れ機構を有することが望ましい。

また、第１の発明の掘削機構は、前記矩形ルーフ用推進ジャッキを用いて、前記矩形ルーフ掘削機を掘進させ前記矩形ルーフ掘削機の後方に矩形ルーフを設置することが望ましい。

本発明によれば、矩形ルーフの施工長さに限界がある場合にも、短い工期で経済的に地下空間を掘削できる掘削機構を提供できる。

立坑１に設置された掘削機構２の側面図 立坑１から発進した掘削機構２の水平断面図 図４に示す矢印Ｄ−Ｄによる掘削機構２の断面図 矩形ルーフ２７を規定長さ施工した状態での掘削機構２の垂直断面図 摺動部付近の拡大断面図 矩形ルーフ２７の回収中の掘進機構２の垂直断面図 矩形ルーフ２７を規定長さ施工した状態での掘削機構２ａの垂直断面図

以下、図面に基づいて、本発明の第１の実施の形態について詳細に説明する。図１は、立坑１に設置された掘削機構２の側面図、図２は、立坑１から発進した掘削機構２の水平断面図、図３は、図４に示す矢印Ｄ−Ｄによる掘削機構２の断面図である。図２は、掘削機構２を、矩形ルーフ掘削機１３を含む水平面で切断した断面図を示す。

図１、図２に示すように、掘削機構２は、本断面掘削機１５、本断面掘削機１５の後方に設けられた推進ジャッキ３３、矩形ルーフ掘削機１３、矩形ルーフ掘削機１３の後方に設けられた矩形ルーフ用推進ジャッキ２１等からなる。

図１から図３に示すように、本断面掘削機１５は、断面が矩形の２台の掘削機１１を上下２段に配置したものである。掘削機１１は、例えば、鼓動型掘削機とする。図１、図３に示すように、上段の掘削機１１ａ、下段の掘削機１１ｂは、それぞれ、本体３１ａ、本体３１ｂの前面にカッタ２９ａ、カッタ２９ｂを有する。掘削機１１ａでは、本体３１ａのスキンプレート５１ａの内部に、ルーフ組立機５３、排土装置（図示せず）等が配置される。掘削機１１ｂでは、本体３１ｂのスキンプレート５１ｂの内部に、排土装置（図示せず）等が配置される。

図１、図３に示すように、上段の掘削機１１ａでは、本体３１ａの後半部の上面に、断面が矩形で幅が本体３１ａと同等の凸部４７が設けられる。凸部４７のスキンプレート５１ｄと本体３１ａのスキンプレート５１ａとは、一体に形成される。本体３１ａのスキンプレート５１ａの上面の後半部は、本体３１ａと凸部４７との隔壁５１ｃとして機能する。隔壁５１ｃには開口部５５が設けられ、凸部４７の内空と掘削機１１ａの本体３１ａの内空とは、開口部５５を介して繋がっている。凸部４７の内空は、矩形ルーフ推進室５７として用いられる。矩形ルーフ推進室５７には、矩形ルーフ用推進ジャッキ２１が配置される。

図１、図２に示すように、矩形ルーフ掘削機１３は、本断面掘削機１５の凸部４７の前方に設けられる。矩形ルーフ掘削機１３は、例えば、断面が扁平な矩形の鼓動型掘進機である。矩形ルーフ掘削機１３は、本体１９の前面にカッタ１７を有する。矩形ルーフ掘削機１３では、本体１９のスキンプレート２０の内部に、排土装置３９、土砂圧送管４１等が配置される。矩形ルーフ掘削機１３は、中折れ機構１４を有する。矩形ルーフ掘削機１３は、中折れ機構１４により上下左右方向の姿勢制御を行いつつ、本断面掘削機１５から独立して駆動する。

図１から図３に示すように、矩形ルーフ掘削機１３の後端２３付近には、カバープレート２５が取り付けられる。カバープレート２５は、矩形ルーフ掘削機１５の上面２２（図１）および側面２４（図２）の後端２３付近に取り付けられる。

次に、上述した掘削機構２を用いて地盤３に複数の鋼殻３７からなる地下構造物を構築する方法について説明する。掘削機構２を用いて地盤３に地下構造物を構築する場合、まず、第１の工程で、発進側の立坑１に掘削機構２を設置し、矩形ルーフ掘削機１３の後端付近にカバープレート２５を取り付ける。次に、第２の工程で、矩形ルーフ掘削機１３を掘進させつつ、矩形ルーフ掘削機１３の後方に矩形ルーフ２７を設置する。そして、第３の工程で、本断面掘削機１５を掘進させつつ、凸部４７内に位置する矩形ルーフ２７を回収撤去し、本断面掘削機１５と推進ジャッキ３３との間に鋼殻３７を設置する。

第１の工程では、図１に示すように、まず、地盤３に発進側の立坑１を掘削し、坑口５の形成予定位置付近の地盤３ａを薬液等で改良する。坑口５の形成予定位置の周囲には、坑口コンクリート６が設置され、坑口コンクリート６には、エントランスパッキン７が設けられる。

立坑１を掘削した後、立坑１内に推進機受台９、掘削機構２を設置する。そして、鏡切りを行って坑口６を形成する。掘削機構２を立坑１内に設置するには、推進機受台９上に本断面掘削機１５を設置する。また、立坑１の掘進方向後方の壁面に推進ジャッキ３３を固定し、推進ジャッキ３３の前方に押し輪３５を設置する。さらに、本断面掘削機１５の凸部４７の前方に矩形ルーフ掘削機１３を設置し、凸部４７の内部に矩形ルーフ推進用ジャッキ２１を固定する。

立坑１から掘削機構２を発進させる際には、矩形ルーフ掘削機１３と本断面掘削機１５とを同時に掘進させる。矩形ルーフ掘削機１３は、矩形ルーフ推進用ジャッキ２１を押し出すことにより掘進し、本断面掘削機１５は、推進ジャッキ３３を押し出すことにより掘進する。

矩形ルーフ掘削機１３は、カッタ１７を図２の矢印Ｂに示すように運動させつつ地盤３（地盤３ａ）を掘削する。掘削土（図示せず）は、土圧を管理しながらスクリューコンベア等の排土装置３９で取り込まれ、土砂圧送管４１を用いて掘削方向後方へ運搬される。本断面掘削機１５は、カッタ２９で地盤３（地盤３ａ）を掘削する。掘削土は、図示しない排土装置等を用いて掘削方向後方へ運搬される。

図１に示すように、矩形ルーフ掘削機１３および本断面掘削機１５で地盤３ａを掘削した後、本断面掘削機１５の後方で鋼殻３７を組立てる。また、矩形ルーフ掘削機１３の上面２２および側面２４の後端２３付近に、所定の長さのカバープレート２５を溶接して取り付ける。

図４は、矩形ルーフ２７を規定長さ施工した状態での掘削機構２の垂直断面図を示す。第２の工程では、図２、図４に示すように、矩形ルーフ掘削機１３を本断面掘削機１５に先行して掘進させ、矩形ルーフ掘削機１３の後方に矩形ルーフ２７を設置する。矩形ルーフ２７は、必要に応じた剛性を有するボックス構造で、分割式とする。

第２の工程では、矩形ルーフ用推進ジャッキ２１を伸長させて先行する矩形ルーフ２７を１スパン押し出す作業と、矩形ルーフ用推進ジャッキ２１を引き込む作業と、後行する矩形ルーフ２７を先行する矩形ルーフ２７と結合する作業とを繰り返すことにより、本断面掘削機１５による掘削時に影響を受けない範囲まで矩形ルーフ２７を設置する。

後行する矩形ルーフ２７は、掘削機１１ａの本体３１ａと凸部４７との隔壁５１ｃに設けられた開口部５５を介して矩形ルーフ推進室５７に搬入され、先行する矩形ルーフ２７と結合される。矩形ルーフ２７同士は、ボルトおよびナット（図示せず）での締結方式により結合するのが望ましい。締結は、矩形ルーフ２７の内部に作業員が入り込んで行う。または、矩形ルーフ２７の外部の作業員が矩形ルーフ２７にあらかじめ設けた開口部から締結を行い、締結完了後に開口部を閉じてもよい。

矩形ルーフ掘削機１３は、第１の工程で取り付けられたカバープレート２５を牽引しながら推進する。矩形ルーフ掘削機１３の推進によって矩形ルーフ推進室５７（凸部４７）から押し出された矩形ルーフ２７は、矩形ルーフ掘削機１３に牽引されたカバープレート２５内に配置される。

図５は、摺動部付近の拡大断面図を示す。図５は、図４の範囲Ｅに示す部分の拡大図である。矩形ルーフ２７は矩形ルーフ推進室５７（凸部４７）から押し出されるため、矩形ルーフ掘削機１３によって掘削された掘削坑の坑壁と矩形ルーフ２７との間には、ボイド部６３が形成される。矩形ルーフ掘削機１３に牽引されたカバープレート２５は、このボイド部６３によって上方の地盤３が沈下するのを防止する。

第２の工程では、矩形ルーフ２７を矩形ルーフ推進室５７（凸部４７）の内部から押し出す際、矩形ルーフ２７とカバープレート２５との間のボイド部６３に、充填材である充填材６５を注入する。また、矩形ルーフ推進室５７（凸部４７）から押し出された矩形ルーフ２７とカバープレート２５との間に、サポート４５を設置する。サポート４５は、矩形ルーフ２７の内側から突出させて設置される。充填材６５およびサポート４５は、カバープレート２５の撓みによる路上沈下を防止する。

なお、カバープレート２５の長さは、図４に示すように、規定の長さの矩形ルーフ２７を施工した時に、後端部４３が本断面掘削機１５の上段の本体３１ａのスキンプレート５１ａと重なるように設定される。カバープレート２５は、矩形ルーフ掘進機１３の掘進に伴って、所定の長さとなるまで立坑１内で継ぎ足される。

図６は、矩形ルーフ２７の回収中の掘進機構２の垂直断面図である。第３の工程では、図６に示すように、本断面掘削機１５を掘進させつつ、凸部４７内に位置する矩形ルーフ２７を回収撤去し、本断面掘削機１５と推進ジャッキ３３との間に鋼殻３７を設置する。

第３の工程では、推進ジャッキ３３を伸長させて先行する鋼殻３７を１スパン押し出す作業と、推進ジャッキ３３を引き込む作業と、後行する鋼殻３７を先行する鋼殻３７と結合する作業とを繰り返すことにより、地上への影響が懸念される距離まで本断面掘削機１５を掘進させる。

図５に示すように、本断面掘削機１５では、凸部４７の入口付近の内周面に、例えば２段のシール５９、シール６７が設けられる。１段目のシール５９は、凸部４７の前端部に固定される。２段目のシール６７は、シール５９の掘削方向後方に固定される。シール５９は、凸部４７のスキンプレート５１ｄの内面に設けられたシール５９ａと、隔壁５１ｃの上面に設けられたシール５９ｂとからなる。シール６７は、凸部４７のスキンプレート５１ｄの内面に設けられたシール６７ａと、隔壁５１ｃの上面に設けられたシール６７ｂとからなる。

推進ジャッキ３３で鋼殻３７を押し出して本断面掘削機１５を掘進させると、図６に示すように、矩形ルーフ２７の後部が、矩形ルーフ推進室５７（凸部４７）内に引き込まれる。このとき、土砂が摺動部に噛み込み、引き込み不能となる恐れがあることから、図５に示すように、２段に設けられたシール５９とシール６７との間に、滑材６９を注入する。

なお、矩形ルーフ２７から突出したサポート４５は、矩形ルーフ２７が矩形ルーフ推進室５７（凸部４７）に引き込まれる際に矩形ルーフ２７の内部に回収される。

矩形ルーフ２７は、本断面掘削機１５の掘進に伴い、１スパンごとに解体され、回収される。矩形ルーフ２７を回収する際には、図６の矢印Ｆに示すように、最後部の矩形ルーフ２７を切り離し、掘削機１１ａと凸部４７との隔壁５１ｃに設けられた開口部５５を介して矩形ルーフ推進室５７から撤去する。

掘削機構２を用いて地下構造物を構築する際には、第３の工程が終了した後、第２の工程および第３の工程を適宜繰り返す。そして、矩形ルーフ掘削機１３と本断面掘削機１５の双方が到達側の立坑（図示せず）に到達した後、到達側の鏡切りを行い、矩形ルーフ掘削機１３および本断面掘削機１５を到達側の立坑（図示せず）内に同時に押し出す。矩形ルーフ掘削機１３に牽引されたカバープレート２５は、切断されて地盤３に埋設される。その後、到達側の立坑（図示せず）内で矩形ルーフ掘削機１３および本断面掘削機１５の解体を行う。

次に、第２の実施の形態について説明する。図７は、矩形ルーフ２７を規定長さ施工した状態での掘削機構２ａの垂直断面図を示す。第２の実施の形態で用いる掘削機構２ａは、第１の実施の形態で用いた掘削機構２とほぼ同様の構成であるが、図７に示すように、矩形ルーフ掘削機１３の内部に、フリクションカット材７１が内蔵される。

第２の実施の形態では、第１の実施の形態とほぼ同様の方法で地下構造物を構築するが、矩形ルーフ掘削機１３の掘進時に、図７に示すように、カバープレート２５と地盤３との間にフリクションカット材７１を配置する。フリクションカット材７１は、矩形ルーフ掘削機１３の掘削長の全長にわたって配置される。フリクションカット材７１は、地盤３の土被りが小さい場合に、矩形ルーフ掘削機１３や本断面掘削機１５、鋼殻３７の前進に伴う上載地盤の共ずれを防止する。

第１、第２の実施の形態では、先行して矩形ルーフ２７を形成する工程と、矩形ルーフ２７を回収しつつ本断面を掘削する工程とを繰り返す。これにより、矩形ルーフ２７の１回の施工距離が短くなり、矩形ルーフ２７の施工長さに限界がある場合にも、短い工期で長距離の施工が可能となる。また、分割式の矩形ルーフ２７をボルト締結により結合する合理的な覆工構造を用いることにより、大幅な経費節減が可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明にかかる掘削機構の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

２、２ａ………掘削機構
３………地盤
１１、１１ａ、１１ｂ………掘削機
１３………矩形ルーフ掘削機
１４………中折れ機構
１５………本断面掘削機
１７、２９、２９ａ、２９ｂ………カッタ
１９、３１、３１ａ、３１ｂ………本体
２１………矩形ルーフ用推進ジャッキ
２２………上面
２３………後端
２４………側面
２５………カバープレート
２７………矩形ルーフ
３３………推進ジャッキ
３７………鋼殻
４５………サポート
４７………凸部
５１、５１ａ、５１ｂ、５１ｄ………スキンプレート
５１ｃ………隔壁
５５………開口部
５７………矩形ルーフ推進室
５９、５９ａ、５９ｂ、６７、６７ａ、６７ｂ………シール
６３………ボイド部
６５………充填材
６９………滑材
７１………フリクションカット材

Claims (5)

1. 本断面掘削機と、
   前記本断面掘削機の本体の後部の上面に配置された矩形ルーフ推進室と、
   前記本断面掘削機の後方に設けられた推進ジャッキと、
   前記矩形ルーフ推進室の前方に設けられ、前記本断面掘削機から独立して駆動する矩形ルーフ掘削機と、
   前記矩形ルーフ推進室の内部に設けられた矩形ルーフ用推進ジャッキと、
   を具備し、
   前記矩形ルーフ掘削機が、水平方向に揺動するカッタを備えることを特徴とする掘削機構。
2. 前記矩形ルーフ掘削機の上面と側面に、前記矩形ルーフ掘削機の掘進とともに移動するカバープレートが取り付けられることを特徴とする請求項１記載の掘削機構。
3. 前記本断面掘削機が、カッタを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の掘削機構。
4. 前記矩形ルーフ掘削機の姿勢制御を行うための中折れ機構を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の掘削機構。
5. 前記矩形ルーフ用推進ジャッキを用いて、前記矩形ルーフ掘削機を掘進させ前記矩形ルーフ掘削機の後方に矩形ルーフを設置することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の掘削機構。

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