JP5491576B2 - オープンシールド機 - Google Patents

Description

本発明は、オープンシールド工法に使用するオープンシールド機に関するものである。

周知のごとくオープンシールド工法は、開削工法（オープン工法）とシールド工法の長所を生かした合理性に富む工法である。

先にこのオープンシールド工法では、シールド機を前方の機体の後端に後方の機体の前端が嵌入して、相互の嵌合部で屈曲可能としてカーブ施工を可能としたり、方向修正を行えるようにしたものがある。

その一例を説明すると、下記特許文献にも示すが、オープンシールド機１は、図７に示すように基本的には左右の側壁板１ａ，１ｂとこれら側壁板１ａ，１ｂと同程度の長さでその間を連結する底板１ｃとからなる前面、後面及び上面を開口したシールド機である。
特開平１０−９６２３４号公報

該オープンシールド機１は図８に示すように矩形機体を前後方向で複数に分割し、フロント部２としての前方の機体の後端にテール部３としての後方の機体の前端が嵌入して、相互の嵌合部で屈曲可能とした。

フロント部２は主として掘削を行うもので、前端と上面を開放面としてあり、矩形機体内で後部に後方へ向けて中折ジャッキ４を左右によせて、また上下複数段に配設している。

これに対してテール部３はコンクリート函体８の設置を行うもので、機体内で前部に後方へ向けてシールドジャッキ５を左右によせて、また上下複数段に配設している。図中６はフロント部２の前端に設けたスライド土留め板（可動分割刃口）、７はテール部３の後端に設けた土留板、９はストラット、１０はプレスバー（押角）である。

このようなオープンシールド機１を使用するオープンシールド工法は、図９〜図１２に示すように、発進坑と到達坑との間で施工される。発進坑１１内で前記オープンシールド機を組立て、発進坑１１の前の地盤を地上に設置したシャベル系の掘削機１２で掘削し、該オープンシールド機１のシールドジャッキ５を伸長して発進坑１１内の反力壁に反力をとってオープンシールド機１を前進させ、地下構造物を形成する第１番目のコンクリート函体８を上方から吊り降し、オープンシールド機１のテール部３内で縮めたシールドジャッキ５の後方にストラット９およびプレスバー１０とともにセットする。

また、発進坑１１はシートパイル等の土留壁で構成し、オープンシールド機１を発進させるにはこの土留壁を一部鏡切りするが、必要に応じて薬液注入等で発進坑１１の前方部分に地盤改良を施しておくこともある。

次いで、同様にバックホウ等の掘削機１２でフロント部２の前面又は上面から土砂を掘削しかつ排土してオープンシールド機１を前進させ、前記第１番目のコンクリート函体８の前に第２番目のコンクリート函体８をテール部３内に吊り降す。以下、同様の掘進及びコンクリート函体８のセット工程を繰返して、順次コンクリート函体８を縦列に地中に埋設し、後方のコンクリート函体８上にダンプ１４で埋戻しを施し、オープンシールド機１が到達坑１３まで達したならばこれを分解・撤去して工事を完了する。図中１５はグラウト機である。

ところで、オープンシールド機１の掘進はシールドジャッキ５を伸長だけでなく、このシールドジャッキ５を固定して中折ジャッキ４の伸長でテール部３に対してフロント部２を進めることでも行なわれ、シールドジャッキ５と中折ジャッキ４との２段階で押し進める。

その際、中折ジャッキ４のうち、左右いずれかを多く伸長させればフロント部２はその反対側に向きを変え、その方向に曲がる。また、上下いずれかを多く伸長させればフロント部２はその反対側に向きを変え、上向きまたは下向きに曲がる。このようにしたカーブ施工または方向修正が可能である。

図１３〜図１５に示すように、オープンシールド機１は、機体を前後方向で複数に分割し、テール部３の前端は縮径してフロント部２の後端に入り込むもので、これによりフロント部２とテール部３との間には隙間が確保され、これがジャッキ部（中折れ部）１６となる。

フロント部２とテール部３はいずれも左右側壁板間に梁板や底板とからなる前面、後面及び上面を開口した矩形の機体とし、このうち、フロント部２は前端にスライド土留め板（可動分割刃口）６を有し、中央にフロント部隔壁２１を形成している。

従来のオープンシールド工法は、シールド機１のフロント部２の前面の隔壁２１と両側部で囲まれた中をバックホウ等の掘削機１２で切羽前方方向に法面を形成しながら、上部より掘削していく。

このとき、オープンシールド機１の両側部に装着してあるスライド土留め板６を上段のスライド土留め板６から順次、前方に伸長することにより、オープンシールド機１の両側部の地山の緩みを抑える。

特に、オープンシールド機１の底部付近が比較的硬質な地盤の場合は、推力低減のためバックホウ等の掘削機１２で両コーナー部を掘削する必要がある。切羽下部コーナー部はバックホウのバケット部分がシールド機側部より出て過堀（余堀）が生じ周辺に崩壊の危険性が生じる。

また、図１３、図１４に示すように、オープンシールド機１の底板コーナー部付近の地山をバックホウ等の掘削機１２で掘削する場合、地山が硬質なため、図１５に示すように、余掘りが大きくなる傾向となり、また、コーナー部の掘削が不十分な場合は掘り残し土がシールド機推進時の抵抗が大きくなり、シールド機の姿勢制御が困難となる。

さらに、地下水のある条件下では掘削部を目視できず、コーナー部の過大な余掘りまたは掘削不足が生じ易く、シールド機側部地山の緩みや掘り残しによるシールド機推進時の推進抵抗の増大が生じる。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、バックホウを使用せずコーナー部の掘削が可能となる。コーナー部の掘削にバックホウを使用することがない為、側部地山は土留め板にて防護され安全に切羽内を掘削することが可能であるオープンシールド機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、前端にスライド土留め板を設けたフロント部と、コンクリート函体の設置を行うもので、機体内で前部に後方へ向けてシールドジャッキを配設したテール部とからなるオープンシールド機のフロント部の刃口内方のコーナー部に揺動式のカッターを左右のコーナー部にそれぞれ２連並べて設け、それぞれ２連並べた各カッター毎にトルク発生ジャッキを連結し、この２連並べて設けたカッターに連結する２台のジャッキはそれぞれのジャッキが伸びるときに、軸に対して相異なる向きの回転を与えられるように配置したことを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、シールド機コーナー部に揺動式のカッターを設けることにより、シールド機下隅地山を揺動式のカッターで揉みほぐし、コーナー部の地山の抵抗を低減させることができる。

このようにコーナー部の掘削は切削カッターにより行う為、バックホウのバケットによる掘削が必要なく、またスライド土留め板を縮小することなく、コーナー部の掘削が可能となる。土留め板を縮小することがない為、側部地山は土留め板にて防護され安全に切羽内を掘削することが可能である。

また、揺動式のカッターは左右のコーナー部にそれぞれ２連並べて設け、各カッター毎にトルク発生ジャッキを連結し、この２台のジャッキはそれぞれのジャッキが伸びるときに、軸に対して相異なる向きの回転を与えられるように配置したので、一方のジャッキが伸びると他方のジャッキは縮む動作をし、結果としていずれの方向に回転する場合においても同等のトルクを発現することが可能となる。

以上述べたように本発明のオープンシールド機は、前端にスライド土留め板を設けたフロント部と、コンクリート函体の設置を行うもので、機体内で前部に後方へ向けてシールドジャッキを配設したテール部とからなるオープンシールド機において、バックホウを使用せず、コーナー部の掘削が可能となるものである。

以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明のオープンシールド機の１実施形態を示す平面図、図２は同上縦断側面図で、オープンシールド機１は前記従来例と同じく、機体を前後方向で複数に分割し、テール部３の前端は縮径してフロント部２の後端に入り込むもので、これによりフロント部２とテール部３との間には隙間が確保され、これがジャッキ部（中折れ部）１６となる。

フロント部２とテール部３はいずれも左右側壁板間に梁板や底板とからなる前面、後面及び上面を開口した矩形の機体とし、このうち、フロント部２は前端にスライド土留め板（可動分割刃口）６を有し、中央にフロント部隔壁２１を形成している。

図示は省略するが、機体内でこのフロント部隔壁２１よりも後部に、後方へ向けて中折ジャッキを左右によせて、また上下複数段に配設した。

テール部３は前端にジャッキ部隔壁１７を設け、これも図示は省略するが、機体内で前部に後方へ向けてシールドジャッキを左右によせて、また上下複数段に配設している。

本発明はオープンシールド機１のフロント部２の刃口内方のコーナー部に揺動式のカッター１８を設けた。

揺動式のカッター１８は、軸支されるトルク伝達軸１９の先端に鍔状の回転板２０を設け、この回転板２０から先端尖りの三角形の櫛の歯状のカッター２２を円弧に並ぶように突設したもので、トルク伝達軸１９の後部にカム２３を介してトルク発生ジャッキ２４ａ，２４ｂのロッドを連結する。

トルク発生ジャッキは２台装備する。２台のトルク発生ジャッキ２４ａ，２４ｂはそれぞれのジャッキが伸びるときに、軸に対して相異なる向きの回転を与えられるように配置する。図６において、トルク発生ジャッキ２４ａが伸びる時と、トルク発生ジャッキ２４ｂが伸びるときのトルク伝達軸１９の回転方向は逆向きになる。トルク発生ジャッキ２４ａが下方へ伸長し、トルク発生ジャッキ２４ｂが左側へ縮むことにより、図３の右隅の２つ並ぶ揺動式のカッター１８のうち右側の揺動式のカッター１８は反時計回りに半回転する。

また、一方のジャッキが伸びる時には、他方のジャッキが縮むように油圧配管を行う。（３方切替バルブ２５とジャッキの間でP・T分岐を設け、相異なるジャッキの押側・戻側に接続されるように油圧配管を行う。）

こうすることで、一方のジャッキが伸びる時、他方のジャッキは縮む動作をし、結果としていずれの方向に回転する場合においても同等のトルクを発現することが可能となる。

ジャッキの伸縮操作は、手動または自動（電磁弁と各種センサー）で行う。左右コーナーの回転方向を選択操作することで、シールド機の方向制御性の向上も期待できる。

本実施形態では、揺動式のカッター１８は２連並べて設けるものであり、トルク発生ジャッキ２４ａを共用させた。揺動式のカッター１８は共に、カッター２２は同一方向に回転し、シールド機下隅地山を揺動式のカッターで揉みほぐし、コーナー部の地山の抵抗を低減させる。

このようにして、図４、図５に示すように、シャベル系の掘削機１２で掘削する際に、コーナー部掘削域αについては、掘削機１２に代わって揺動式のカッター１８により揉みほぐしの掘削を行うことができ、余掘りがなくなり、コーナー部の地山崩壊を抑制できる。

コーナー部の掘削が確実に行えるため、掘削抵抗を軽減でき、シールド機の制御が容易になる。

バックホウのシャベル系の掘削機１２と異なり、目視することなくコーナー部の掘削作業が行え、水中掘削も可能となる。

なお、前記実施形態ではオープンシールド機１はフロント部２とテール部３というように機体を２分割した場合について説明したが、分割しない場合や、フロント部２とテール部３との間にミドル機が加わり、３分割以上にする場合でも本発明は応用できるものである。

本発明のオープンシールド機の実施形態を示す平面図である。 本発明のオープンシールド機の実施形態を示す縦断側面図である。 図１のＣ矢視図、Ｄ矢視図である。 本発明のオープンシールド機の掘削状態の平面図である。 本発明のオープンシールド機の掘削状態の縦断側面図である。 揺動式のカッターの動作説明図である。 オープンシールド機の概要を示す縦断正面図である。 オープンシールド機の概要を示す縦断側面図である。 オープンシールド工法の第１工程を示す側面図である。 オープンシールド工法の第２工程を示す側面図である。 オープンシールド工法の第３工程を示す側面図である。 オープンシールド工法の第４工程を示す側面図である。 従来のオープンシールド工法での掘削を示す平面図である。 従来のオープンシールド工法での余掘り掘削を示す平面図である。 従来のオープンシールド工法での余掘り掘削を示す正面図である。

１…オープンシールド機
１ａ，１ｂ…側壁板 １ｃ…底板
２…フロント部 ３…テール部
４…中折ジャッキ ５…シールドジャッキ
６…スライド土留め板 ７…土留板
８…コンクリート函体 ９…ストラット
１０…プレスバー １１…発進坑
１２…掘削機 １３…到達孔
１４…ダンプ １５…グラウト機
１６…ジャッキ部 １７…ジャッキ部隔壁
１８…揺動式のカッター １９…トルク伝達軸
２０…回転板 ２１…フロント部隔壁
２２…カッター ２３…カム
２４ａ，２４ｂ…トルク発生ジャッキ
２５…３方切替バルブ

Claims (1)

1. 前端にスライド土留め板を設けたフロント部と、コンクリート函体の設置を行うもので、機体内で前部に後方へ向けてシールドジャッキを配設したテール部とからなるオープンシールド機のフロント部の刃口内方のコーナー部に揺動式のカッターを左右のコーナー部にそれぞれ２連並べて設け、それぞれ２連並べた各カッター毎にトルク発生ジャッキを連結し、この２連並べて設けたカッターに連結する２台のジャッキはそれぞれのジャッキが伸びるときに、軸に対して相異なる向きの回転を与えられるように配置したことを特徴とするオープンシールド機。

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