JP5836441B1 - 掘進機の先端部を到達既設構造物に密接させる制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】掘進機と到達した既設構造物との間の隙間を解消し、接続作業時の地下水や土砂の流入を防止する。【解決手段】カッターケーシング３の先端を既設構造物Ｂの外面に密接できる形状に形成する。既設構造物Ｂに到達時点でカッター２の駆動用の電動機４の電流値がカッターケーシング３と既設構造物Ｂとの接触を示す値になるとカッター２を一時停止し、複数の修正ジャッキ６の内圧の計測値のうち最大圧力値を示す修正ジャッキ６と反対側にある修正ジャッキ６を伸張操作し、その伸張後にカッター２を反対方向へ回転させ、これらの制御をカッター２の反転時と反転時との角度差である振れ角が小さい角度範囲以下になるまで繰り返してカッターケーシング３の先端を既設構造物Ｂの外面に密接させる。【選択図】図１

Description

本発明は、先端に掘進機を置き、その後方にヒューム管・鋼管等の推進管を継ぎ足しながら連結し、推進管の最後端を押圧して推進させながら地下を掘削し、その掘進機の後続の推進管を地中に残して地中管路（トンネル）を構築する推進管推進方式の掘削工法における掘進機と到達既設構造物との接続時の隙間解消の為の技術に関する。

従来、既設構造物と掘進機を接続させる場合、掘進機が既設構造物に到達後に接続部の周囲を止水目的とした地盤改良を行い、接続部の隙間からの地下水や土砂の流入を防いでいる。地盤改良後は既設構造物の接続箇所を撤去し、掘進機を既設構造物内へ押し出していた（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、既設構造物の接続箇所を撤去中に掘進機と既設構造物との間の隙間から地下水・土砂の流入を招いたり、既設構造物の接続部撤去後の掘進機の押し出し時に、撤去部分の隙間からの地下水・土砂の流入が発生する場合があった。このため、押し出し作業を難しくしていたとともに、到達坑口等の追加装置の費用と作業コストがかかっていた。また、従来の到達既設構造物の接続箇所を掘進機で全削孔する場合、既設構造物への構造的影響、削孔からの地下水・土砂の流入などの問題点があった。

特開２００９−４１２４１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、掘進機と到達した既設構造物との間の隙間を解消し、接続作業時の地下水や土砂の流入を防止することにある。

かかる課題を解決した本発明の構成は、
１） 筒状のケーシングを前後に分割してその分割した間を掘進方向を修正する複数の修正ジャッキで連結し、前部のケーシングに隔壁を設けてその前方に地盤を掘削するカッターを取り付け、同カッターの外周部に正面視でケーシングと断面略同形同寸法のカッターケーシングを取り付け、カッターを回転させる駆動部を設け、カッターが掘削した土砂を後方へ排出する排土管をケーシング内に設け、カッターで地盤を掘削しながら後部のケーシングに推進管を後続させて元押しによって推進させながら掘削する掘進機を用いて、同掘進機で掘削して目標の既設構造物に到達するとカッターケーシングの先端を既設構造物に密接させる制御方法であって、前記カッターケーシングの先端を既設構造物の外面に密接できる形状に形成し、又カッターの主軸の後端部にカッター反転時の主軸の回転角度とその次の反転時の主軸の回転角度との角度差である振れ角を計測して表示する角度計を設け、既設構造物に到達時点でカッター駆動用の電動機の電流値がカッターケーシングと既設構造物との接触を示す値になるとカッターを一時停止し、複数の修正ジャッキの内圧の計測値のうち最大圧力値を示す修正ジャッキと反対側にある修正ジャッキを伸張操作し、その伸張後にカッターを一時停止する前の回転方向と反対方向へ回転させるカッターの反転を行い、その後電動機の電流値がカッターケーシングと既設構造物との接触を示す値になるとカッターを一時停止し、複数の修正ジャッキの内圧の計測値のうち最大圧力値を示す修正ジャッキと反対側にある修正ジャッキを伸張操作し、その伸張後にカッターを一時停止する前の回転方向と反対方向へ回転させるカッターの反転を行い、前記したカッター駆動用の電動機の電流値がカッターケーシングと既設構造物との接触を示す値になるとカッターを一時停止し、複数の修正ジャッキの内圧の計測値のうち最大圧力値を示す修正ジャッキと反対側にある修正ジャッキを伸張操作し、その伸張後にカッターを一時停止する前の回転方向と反対方向へ回転させるカッターの反転を行う工程の制御を繰り返してカッターの反転時と次の反転時との角度差である角度計の振れ角が小さい設定角度以下になるまで繰り返すことで、カッターケーシングを既設構造物に密接させるようにしたことを特徴とする、掘進機の先端部を到達既設構造物に密接させる制御方法
にある。

本発明によれば、掘進機のケーシングと既設構造物との間がカッターケーシングによって隙間がほとんど無い状態となるから、接続箇所の撤去時又は掘進機による全削孔時に地下水や土砂の流入の心配がなく、従来技術のような地盤改良が不要となって安全に作業できる。また、従来技術においてケーシングと既設構造物との間に設けていた接続部をカッターケーシングで兼用するから、その接続部の製作コストや設置に要する作業及び工期を削減できる。

実施例の掘進機の側面から見た内部説明図である。 実施例の掘進機の後方から見た断面図である。 実施例の掘進機と既設構造物との密接を示す説明図である。 実施例の掘進機と既設構造物との密接を示す説明図である。 実施例のカッターと修正ジャッキの制御を示す作業フローである。

本発明のカッターケーシングは、例えば既設構造物が断面角型の場合は、その角型に対応する直線状に形成し、既設構造物が円形断面の場合は、その曲面に対応する曲線状に形成する。カッターの回転及び修正ジャッキの伸張操作、修正ジャッキの内圧の計測及び最大圧力値の検出、カッターの反転時と反転時との角度差の計測等は、自動の他、作業者が掘進機内又は発進立坑あるいは地上にて手動で行うことができ、自動と手動を組み合わせて行っても良い。

以下、本発明を実施するための形態を実施例と図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、様々な組み合わせや変形が可能である。

図１〜５に本実施例を示す。図中、１はケーシング、１ａは隔壁、２はカッター、３はカッターケーシング、３ａは切削ビット、４は電動機、５は排土管、６は修正ジャッキ、７は圧力センサー、８は圧力検出器、９は角度計、１０はカッター回転制御装置、Ａは掘進機、Ｂは既設構造物である。

掘進機Ａは、前後に分割された構造の円筒状のケーシング１と、前部のケーシング１の隔壁１ａの前方に回転自在に取り付けたカッター２と、カッター２の外周部に一体的に取り付けたカッターケーシング３と、カッター２を駆動する電動機４と、カッター２が掘削した土砂を後方へ排出する排土管５と、前後のケーシング１の分割した間を連結して掘進方向を修正する４体の修正ジャッキ６とで構成されている。

カッターケーシング３は、正面視でケーシング１と断面略同形同寸法で、その先端は円形断面の横向きの既設構造物Ｂの外形状に密接できるように上下が前方へ緩やかに張り出した曲線状に形成されている。カッターケーシング３の先端の上下には切削ビット３ａが３体ずつ、先端の左右に１体ずつ突設されている。４体の修正ジャッキ６は、上下左右に対称に備えている。

修正ジャッキ６には、その内圧を計測する圧力センサー７がそれぞれ取り付けられ、各圧力センサー７が計測した圧力値のうち最も高い圧力値とそれを示す修正ジャッキ６を検出して表示する圧力検出器８がケーシング１の内面に取り付けられている。

カッター２の主軸の後端部には、カッター２の反転時と反転時との角度差（以下振れ角という）を計測して表示する角度計９が取り付けられ、カッター２の回転を制御するカッター回転制御装置１０がケーシング１の内面に取り付けられている。カッター回転制御装置１０は、電動機４の電流値がカッターケーシング３と既設構造物Ｂとの接触を示す値（例えば電動機４の定格値）以上になるとカッター２を一時停止させる制御と、一時停止後にタイマーで数秒カウントしてカッター２を反対方向へ回転させる制御とを備えている。

以下、本実施例の制御方法を図３，４及び図５のフローに基づいて説明する。本実施例では、発進位置から既設構造物Ｂとの接触位置までの区間を全方向回転掘削域、残りの接続位置までの区間を揺動掘削域とする。カッター２とカッターケーシング３を回転させ、掘進機Ａに推進管（図示は省略）を後続させて元押しすると、図３（ａ）に示すように、カッター２とカッターケーシング３で地盤が円形断面に掘削されて既設構造物Ｂの方向へ掘進し、地中に推進管が埋入されていく。

掘進機Ａが全回転掘削域を掘進して揺動掘削域に到達し、カッターケーシング３が既設構造物Ｂに接触するとカッター２の回転と元押しを一旦停止し、カッターケーシング３の突出している２箇所の最先端部位を真上と真下に合わせる。

掘進機Ａの後方より推進力を若干与えてカッター２を回転させると、図３（ｂ）に示すように、カッターケーシング３が既設構造物Ｂに接触し、カッター２にかかる負荷で電動機４の電流値が上昇し、電流値が定格値以上になるとカッター２が一時停止する。この電流値の計測と一時停止の工程（図５において想像線で囲まれた（イ）の部分）は、本実施例では自動で行うようにしたが、作業者が手動で行っても良い。

４体の修正ジャッキ６には後方からの推進力で圧力がかかっており、それぞれの内圧が圧力センサー７で計測され、それらの圧力値のうち最も高い圧力値とそれを示す修正ジャッキ６が圧力検出器７で検出して表示される。計測された各圧力値が大きく異なっている場合は、カッターケーシング３の先端が既設構造物Ｂの外面に均等に接触しておらず、隙間が発生している状態である。この内圧の計測と最大圧力値の検出の工程（図５において想像線で囲まれた（ロ）の部分）は、本実施例では自動で行うようにしたが、作業者が手動で行っても良い。

最大圧力値を示すのが、例えば図２において左上の修正ジャッキ６であった場合、図３（ｃ）に示すように、その反対側（対角位置）にある右下の修正ジャッキ６を伸張操作する。ケーシング１の前部は右下の修正ジャッキ６の箇所が前方へ動いて掘進機Ａの姿勢が修正される。この作業はカッター回転制御装置１０のタイマーのカウント中に作業者が手動で行うが、自動で制御できるようにしても良い。タイマーで所定時間カウント後はカッター２が反対方向へ回転する。この間、掘進機Ａには後方から推進力が加わり続けている。

図４（ａ）に示すように、カッターケーシング３が既設構造物Ｂに再度接触すると、カッター２にかかる負荷で電動機４の電流値が上昇し、電流値が定格値以上になるとカッター２が一時停止する。このとき、角度計９でカッター２の振れ角が計測され、振れ角が設定角以上である場合は、まだカッター２がある程度回転できる状態（カッターケーシング３の先端と既設構造物Ｂの外面との間に隙間がある状態）と判断し、制御を継続する。この振れ角の計測の工程（図５において想像線で囲まれた（ハ）の部分）は、本実施例では自動で行うようにしたが、作業者が手動で行っても良い。そして、今度は例えば図２において左下の修正ジャッキ６が最大圧力値を示した場合は、図４（ｂ）に示すように、右上の修正ジャッキ６を伸張操作して掘進機Ａの姿勢を修正する。タイマーで所定時間カウント後は前記と同じようにカッター２が反対方向へ回転する。

以上のようにして、カッター２と修正ジャッキ６の制御を図３（ｂ），（ｃ）及び図４（ａ），（ｂ）に示すように繰り返すと、カッター２の振れ角が徐々に小さくなっていき、カッターケーシング３の先端と既設構造物Ｂの外面との間の隙間が徐々に解消される。最終的に振れ角が設定角以下になると（カッター２がほとんど回転できなくなると）、カッター２を完全に停止させる。これによって、図４（ｃ）に示すように、既設構造物Ｂを損傷させないようにしてカッターケーシング３を既設構造物Ｂに正確に密接させることができる。

その後、既設構造物Ｂの接続箇所を既設構造物Ｂ側から撤去するか又は掘進機Ａで全削孔し、貫通後に掘進機Ａの内部機器（カッター２、電動機４、排土管５、修正ジャッキ６等）を既設構造物Ｂの方へ押し出す。この撤去又は全削孔のとき、ケーシング１と既設構造物Ｂとの間はカッターケーシング３で隙間がほとんど無い状態であるから、地下水や土砂の流入の心配がなく、事前の地盤改良が基本的に不要となって安全に作業できる。内部機器の押し出し後は、既設構造物Ｂの貫通した開口部とカッターケーシング３とケーシング２の内面に渡って内壁を施工する。

本発明の技術は、円形断面など非直線状の断面形状の既設構造物への接続に有用である。

１ ケーシング
１ａ 隔壁
２ カッター
３ カッターケーシング
３ａ 切削ビット
４ 電動機
５ 排土管
６ 修正ジャッキ
７ 圧力センサー
８ 圧力検出器
９ 角度計
１０ カッター回転制御装置
Ａ 掘進機
Ｂ 既設構造物

Claims (1)

1. 筒状のケーシングを前後に分割してその分割した間を掘進方向を修正する複数の修正ジャッキで連結し、前部のケーシングに隔壁を設けてその前方に地盤を掘削するカッターを取り付け、同カッターの外周部に正面視でケーシングと断面略同形同寸法のカッターケーシングを取り付け、カッターを回転させる駆動部を設け、カッターが掘削した土砂を後方へ排出する排土管をケーシング内に設け、カッターで地盤を掘削しながら後部のケーシングに推進管を後続させて元押しによって推進させながら掘削する掘進機を用いて、同掘進機で掘削して目標の既設構造物に到達するとカッターケーシングの先端を既設構造物に密接させる制御方法であって、前記カッターケーシングの先端を既設構造物の外面に密接できる形状に形成し、又カッターの主軸の後端部にカッター反転時の主軸の回転角度とその次の反転時の主軸の回転角度との角度差である振れ角を計測して表示する角度計を設け、既設構造物に到達時点でカッター駆動用の電動機の電流値がカッターケーシングと既設構造物との接触を示す値になるとカッターを一時停止し、複数の修正ジャッキの内圧の計測値のうち最大圧力値を示す修正ジャッキと反対側にある修正ジャッキを伸張操作し、その伸張後にカッターを一時停止する前の回転方向と反対方向へ回転させるカッターの反転を行い、その後電動機の電流値がカッターケーシングと既設構造物との接触を示す値になるとカッターを一時停止し、複数の修正ジャッキの内圧の計測値のうち最大圧力値を示す修正ジャッキと反対側にある修正ジャッキを伸張操作し、その伸張後にカッターを一時停止する前の回転方向と反対方向へ回転させるカッターの反転を行い、前記したカッター駆動用の電動機の電流値がカッターケーシングと既設構造物との接触を示す値になるとカッターを一時停止し、複数の修正ジャッキの内圧の計測値のうち最大圧力値を示す修正ジャッキと反対側にある修正ジャッキを伸張操作し、その伸張後にカッターを一時停止する前の回転方向と反対方向へ回転させるカッターの反転を行う工程の制御を繰り返してカッターの反転時と次の反転時との角度差である角度計の振れ角が小さい設定角度以下になるまで繰り返すことで、カッターケーシングを既設構造物に密接させるようにしたことを特徴とする、掘進機の先端部を到達既設構造物に密接させる制御方法。
   

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