JP6480773B2

JP6480773B2 - シールド掘進機

Info

Publication number: JP6480773B2
Application number: JP2015060293A
Authority: JP
Inventors: 浅沼　廉樹; 廉樹浅沼
Original assignee: Fujita Corp
Current assignee: Fujita Corp
Priority date: 2015-03-24
Filing date: 2015-03-24
Publication date: 2019-03-13
Anticipated expiration: 2035-03-24
Also published as: JP2016180226A

Description

本発明は、地盤にトンネルを掘る場合に用いるシールド掘進機に関する。

従来、都市部等のように、地上に建物が存在している地盤にトンネルを掘る場合はシールド掘進機が用いられている。シールド掘進機は、筒状のシールド本体に設けたカッタヘッドと、シールド本体内に設けた隔壁と、隔壁により仕切られたチャンバ及び作業空間と、チャンバ内の土砂を作業空間へ排出するスクリューコンベアと、を備えている。そして、発進立坑から到達立坑へ向けてカッタヘッドにより地盤を掘削してトンネルを形成する。また、作業者は、作業空間で複数のセグメントを組み立て、トンネル内に覆工壁を設ける。さらに、チャンバ内の土砂は、スクリューコンベアにより作業空間へ排出され、作業空間の土砂は、トロッコ等の搬送機構を用いて発進立坑へ搬送される。

さらに、シールド本体の後端にテールブラシが設けられており、テールブラシが、覆工壁の外周面に接触する。テールブラシは、シールド本体と覆工壁との間をシールし、トンネル内の地下水等が、シールド本体内に侵入することを防止する。

テールブラシを備えたシールド掘進機は、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載されたテールブラシは、シールド本体から覆工壁に向けて繰り出し可能であり、摩耗したテールブラシを再生可能であると記載されている。また、特許文献１には、テールブラシの摩耗を、テールブラシの中にセンサを設けて検知してもよい、と記載されている。

特開２００５−１２７０４９号公報

しかし、特許文献１に記載されたシールド掘進機のテールブラシは、覆工壁に対してどのように接触しているかを検知する記載がなく、未だ、改善の余地があった。

本発明の目的は、覆工壁に対するテールブラシの接触状態を検知することの可能なシールド掘進機を提供することにある。

本発明は、地盤を掘削してトンネルを形成するシールド本体を備えたシールド掘進機であって、前記シールド本体に設けられ、かつ、前記トンネルの覆工壁と前記シールド本体との間をシールするテールブラシと、前記覆工壁に接触している前記テールブラシの曲げ量と、予め定められている目標曲げ量とを比較して、前記テールブラシのシール状態を判断する判断部と、を有し、前記判断部は、前記シールド本体がカーブ移動する時に内側となる箇所に位置する前記テールブラシの前記目標曲げ量を、前記シールド本体が直線状に移動する場合における前記目標曲げ量よりも大きく設定し、前記判断部は、前記シールド本体がカーブ移動する時に外側となる箇所に位置する前記テールブラシの前記目標曲げ量を、前記シールド本体が直線状に移動する場合における前記目標曲げ量よりも小さく設定する。

本発明は、前記テールブラシに取り付けられて前記テールブラシの曲げ量を検出する曲げセンサが設けられ、前記判断部は、前記曲げセンサが検出した前記テールブラシの曲げ量と、前記目標曲げ量とを比較して、前記テールブラシのシール状態を判断する。

本発明の前記テールブラシは、グリースを保持している。

本発明の前記シールド本体は、前記テールブラシが取り付けられた第１構成部と、前記シールド本体の移動方向で前記第１構成部よりも前方に配置され、かつ、前記第１構成部に対する角度を変更可能な第２構成部と、を有し、前記シールド本体は、前記第１構成部に対する前記第２構成部の角度を変更すると直線状に移動すること及びカーブ移動することが可能である。

本発明のシールド掘進機は、テールブラシの曲げ量に基づいて、テールブラシのシール状態を判断することができる。

本発明のシールド掘進機で地盤を掘削する工程の模式的な断面図である。本発明のシールド掘進機の正面断面図である。本発明のシールド掘進機の要部を示す拡大断面図である。本発明のシールド掘進機の隔壁を示す側面断面図である。本発明のシールド掘進機の制御系統を示すブロック図である。本発明のシールド掘進機の要部を示す拡大断面図である。本発明のシールド掘進機の要部を示す拡大断面図である。本発明のシールド掘進機に用いるテールブラシの拡大図である。本発明のシールド掘進機に設けた曲げセンサの出力波形を示す線図である。（Ａ），（Ｂ）は、本発明のシールド掘進機に設けたテールブラシ及び曲げセンサを示す模式図である。（Ａ），（Ｂ）は、本発明のシールド掘進機に設けたテールブラシ及び曲げセンサを示す模式図である。

本発明のシールド掘進機は、土圧式シールド工法に用いることができる。土圧式シールド工法は、地盤もしくは地山を切り崩して得た土砂をチャンバ内で撹拌して流動性をもたせ、その土砂を利用して掘削面に圧力を加えて掘削面の安定を図る工法である。以下、本発明の実施の形態であるシールド掘進機を、図面を参照して説明する。

地盤１０に対して鉛直方向に発進立坑１１が掘削されており、発進立坑１１から到着立坑１２に向けてシールド掘進機１３が地盤１０を掘削して進み、トンネル１４を形成する。シールド掘進機１３は、図２のように、地盤１０の崩落を防ぐシールド本体１５を備えており、シールド本体１５は、フード部１６及びテール部１７及び接続部１８を有する。フード部１６及びテール部１７及び接続部１８は、鋼鉄製であり、かつ、筒形状である。接続部１８は、フード部１６とテール部１７とを接続する。テール部１７と接続部１８とは、軸線Ａ１を中心として同心状に配置され、かつ、互いに固定されている。フード部１６は、シールド本体１５の移動方向で、テール部１７よりも前方に配置されている。

また、フード部１６は、接続部１８に対して首振りまたは揺動可能である。軸線Ａ１に沿った方向で、フード部１６において接続部１８とは反対側にカッタヘッド１９が設けられている。また、フード部１６内に隔壁２０が設けられており、隔壁２０とカッタヘッド１９との間にチャンバＢ１を形成している。カッタヘッド１９により掘削された土砂は、チャンバＢ１へ溜まる。

接続部１８内にフレーム２１が設けられている。フード部１６内から接続部１８内に亘って第１空間Ｃ１が形成されている。テール部１７内に第２空間Ｃ２が形成されている。フレーム２１は、軸線Ａ１に沿った方向で第１空間Ｃ１と第２空間Ｃ２との間に配置されている。このように、第１空間Ｃ１は、軸線Ａ１に沿った方向で、チャンバＢ１と第２空間Ｃ２との間に配置されている。隔壁２０は、チャンバＢ１と第１空間Ｃ１とを隔てる。

第１空間Ｃ１に第１電動モータ２２が設けられている。隔壁２０に支持台２３が固定されており、第１電動モータ２２は支持台２３に取り付けられている。第１電動モータ２２の出力軸２４にドライブギヤ２５が設けられている。第１電動モータ２２の出力軸２４は、軸線Ａ１と平行な軸線を中心として回転可能である。隔壁２０により回転軸２６が回転可能に支持されている。回転軸２６は軸線Ａ１を中心として回転可能である。回転軸２６は、第１空間Ｃ１からチャンバＢ１に亘って配置されている。回転軸２６のうち第１空間Ｃ１に配置された箇所にドリブンギヤ２７が設けられ、ドリブンギヤ２７はドライブギヤ２５に噛み合っている。ドライブギヤ２５及びドリブンギヤ２７は減速機構である。つまり、出力軸２４の回転速度に対して、回転軸２６の回転速度の方が低速となり、トルクが増幅される。

また、カッタヘッド１９は、回転軸２６におけるチャンバＢ１側の端部に取り付けられている。カッタヘッド１９は、図３のように、回転軸２６に固定された複数のカッタスポーク２８と、複数のカッタスポーク２８にそれぞれ固定したカッタビット２９と、回転軸２６の先端に固定された尖突部３０と、を備えている。複数のカッタビット２９は、回転軸２６を中心として放射状に配置されている。さらに、複数のカッタスポーク２８に、ジャッキ３１と、ジャッキ３１により動作する移動部材３２と、移動部材３２の先端に取り付けたコピーカッタ３３とが、それぞれ設けられている。ジャッキ３１は、油圧シリンダである。

移動部材３２は、回転軸２６の径方向でジャッキ３１よりも外側に設けられている。回転軸２６の径方向で、ジャッキ３１の内端はブラケット３４を介してカッタスポーク２８に連結されている。このため、移動部材３２は、ジャッキ３１の動力で回転軸２６の径方向に移動される。カッタスポーク２８は、回転軸２６の外周面に固定されており、カッタスポーク２８におけるチャンバＢ１側の箇所に、可動撹拌翼３５がそれぞれ取り付けられている。可動撹拌翼３５は、回転軸２６の径方向に沿ってカッタスポーク２８に複数個取り付けられている。また、隔壁２０におけるチャンバＢ１側の箇所に、固定撹拌翼３６が取り付けられている。固定撹拌翼３６は、回転軸２６の回転方向に複数配置されている。回転軸２６の径方向で、固定撹拌翼３６の配置位置と、可動撹拌翼３５の配置位置とが異なる。また、軸線Ａ１に沿った方向で、可動撹拌翼３５の配置範囲と、固定撹拌翼３６の配置範囲とが重なっている。

さらに、図４のように、隔壁２０に注入口３７が設けられている。注入口３７は、添加材をチャンバＢ１内に供給する通路である。添加材は、チャンバＢ１内における土砂の流動状態を改善するためのものであり、添加材としては、粘土・ベンナイト系・高分子系・気泡系等を用いることが可能である。注入口３７は、パイプを介して添加材のタンクに接続される。パイプには、図５のように添加材の注入量を調整するコンプレッサ３８が設けられている。コンプレッサ３８はモータより駆動されて、タンクに貯留された添加材を吐出して注入口３７へ供給する。添加材の供給量は、モータの回転数を制御して調整可能である。

第１空間Ｃ１に中折れ装置３９が設けられている。中折れ装置３９は、シールド本体１５の移動方向を制御する機構である。このため、中折れ装置３９は、フード部１６を接続部１８に対して首振りまたは揺動させる。中折れ装置３９は、シールド本体１５の円周方向に沿って複数設けられている。フード部１６を接続部１８に対して首振りまたは揺動させると、フード部１６の軸線Ａ２と、接続部１８の軸線Ａ１との間に形成される角度が変化する。図２は、軸線Ａ１軸線Ａ２との間に形成される角度が、１８０度である状態を示す。つまり、軸線Ａ１と軸線Ａ２とが直線状になっている。

中折れ装置３９は、油圧シリンダ４０と、油圧シリンダ４０により動作するプランジャ４１と、を備えている。油圧シリンダ４０は、ブラケット４２を介してフード部１６に連結され、プランジャ４１の先端は、ブラケット４３を介して接続部１８に連結されている。油圧シリンダ４０の動作によりプランジャ４１が伸縮することで、フード部１６は、接続部１８に対して首振りまたは揺動する。

第１空間Ｃ１から第２空間Ｃ２に亘ってスクリューコンベア４４が設けられている。スクリューコンベア４４は、カッタヘッド１９により掘削した土砂を、チャンバＢ１内から第２空間Ｃ２へ搬送する機構である。スクリューコンベア４４は、第１空間Ｃ１から第２空間Ｃ２に亘って配置された排出管４５と、排出管４５内に回転可能に配置したスクリュー４６と、スクリュー４６を排出管４５内で回転させる第２電動モータ４７と、を備えている。フレームに２１は、第１空間Ｃ１と第２空間Ｃ２とをつなぐ開口部４８が設けられ、排出管４５は開口部４８に配置されている。排出管４５の中心線Ｆ１は、軸線Ａ１に対して傾斜している。排出管４５のうち、第１空間Ｃ１に近い端部は、第２空間Ｃ２に近い端部よりも下方にある。

隔壁２０には開口部４９が設けられている。開口部４９は、垂直方向で回転軸２６よりも下方、より具体的には、最も下方に配置されている。排出管４５のうち、第１空間Ｃ１側の端部は、開口部４９に挿入されており、排出管４５は隔壁２０により支持されている。また、排出管４５は、隔壁２０に支持された箇所を支点として、軸線Ａ１に対する傾斜角度を変更可能である。

第２電動モータ４７は、排出管４５のうち第２空間Ｃ２側の端部に設けられている。また、排出管４５にスクリューゲート５０が設けられており、スクリューゲート５０を開閉する開閉機構５１が設けられている。開閉機構５１は、油圧シリンダ５２と、油圧シリンダ５２により動作してスクリューゲート５０を開閉するシャッタ５３と、を備えている。

さらに、第２空間Ｃ２内に、組み立て機７６が設けられている。組み立て機７６は、地盤１０に形成したトンネル１４の内面に沿ってセグメント５４を組み立てて、トンネル１４の内面を覆工する機構である。セグメント５４は、円弧形状であり、セグメント５４は、軸線Ａ１を中心とする円周方向に複数個並べられてリング形状となる。また、セグメント５４は、軸線Ａ１方向に複数個並べられる。フレーム２１に、第３電動モータ５５が取り付けられており、第２空間Ｃ２内に環状の保持部材５６が設けられている。テール部１７の内面にローラ５７が回転可能に取り付けられている。ローラ５７は、テール部１７の円周方向に沿って複数配置されており、保持部材５６は、複数のローラ５７によって軸線Ａ１を中心として回転可能に支持されている。組み立て機７６は、保持部材５６に取り付けられており、第３電動モータ５５の動力で保持部材５６が回転すると、組み立て機７６は第２空間Ｃ２で軸線Ａ１を中心として移動する。

さらに、シールド本体１５を前進させる推進機構５８が設けられている。推進機構５８は、第１空間Ｃ１から第２空間Ｃ２に亘って設けられている。推進機構５８は、シールド本体１５の円周方向に沿って複数設けられている。推進機構５８は、接続部１８に固定された油圧シリンダ５９と、油圧シリンダ５９により動作するプランジャ６０と、プランジャ６０に固定されて第２空間Ｃ２に配置されたプレート６１と、を備えている。油圧シリンダ５９のプランジャ６０が動作すると、プレート６１がセグメント５４に押し付けられ、その反力でシールド本体１５が、軸線Ａ１に沿った方向に移動、つまり前進する。

さらに、隔壁２０に土圧計６７が設けられている。土圧計６７は、軸線Ａ１を中心とする円周方向に複数設けられている。土圧計６７は、チャンバＢ１内の土砂の圧力を測定し、測定結果に応じた信号を出力する。土圧計６７が測定する圧力は、カッタヘッド１９の回転方向における圧力である。

また、図６のように、接続部１８の一部は、フード部１６内へ配置されており、接続部１８の外周面と、フード部１６の内周面との間をシールするシール部材７３が設けられている。さらに、テール部１７において接続部１８とは反対側の端部は、図７のように、セグメント５４の組み立てにより形成される覆工壁７５の外側に配置されている。

テール部１７において接続部１８とは反対側の端部に、テールブラシ７４が取り付けられている。テールブラシ７４は、テール部１７の内周面に取り付けられている。テールブラシ７４は、テール部１７の開口端に全周に亘って環状に取り付けられている。テールブラシ７４は、図８のように、多数の合成樹脂製の繊維を金具７８で束ねて第１層７９及び第２層８０が形成されている。第１層７９は第２層８０よりも内側に配置されている。第１層７９と第２層８０との間、第１層７９の内側、第２層８０の外側に、それぞれパッド８１が設けられている。パッド８１は、合成ゴム製であり、かつ、繊維の整列及び形態保持の役割を果たす。第１層７９及び第２層８０、パッド８１は可撓性を有する。第１層７９及び第２層８０にグリースが注入されている。

テールブラシ７４は、覆工壁７５に接触していない無負荷状態では、実線の形態である。テールブラシ７４の無負荷状態における内径は、覆工壁７５の外径よりも小さい。テールブラシ７４が覆工壁７５の外周面に押し付けられている負荷状態では、二点鎖線で示す形態となる。つまり、テールブラシ７４は、無負荷状態から径方向で外側に向けて撓み、テールブラシ７４の内周端が覆工壁７５に押し付けられる。テールブラシ７４は、環状の覆工壁７５の外周面と、テール部１７の内周面との間をシールする。

さらに、第２層８０に曲げセンサ６３が設けられている。曲げセンサ６３は、テール部１７の円周方向に間隔をおいて複数個設けられている。曲げセンサ６３は、２枚の曲げ量センサを重ねたものである。曲げセンサ６３は、テールブラシ７４の固定端から自由端に向けて配置されたプレート形状である。曲げセンサ６３の厚さ方向は、テール部１７の径方向である。曲げ量センサ６３は、曲げ量の絶対値を検出して信号を出力する圧電センサである。曲げセンサ６３は、テール部１７の径方向の荷重を受けてテールブラシ７４と共に弾性変形する。曲げセンサ６３は、テールブラシ７４が覆工壁７５に接触した際の曲げ量を検出する。

曲げセンサ６３は、図５に示すロガー６６に接続されている。ロガー６６は、曲げセンサ６３の出力信号を処理して、曲げセンサ６３の曲げ量の波形、曲げセンサ６３の出力電圧等を表示・記録することの可能な電圧計であり、ロガー６６は、トンネル１４内の作業台等に置かれる。なお、トンネル１４内には、土砂を発進立坑１１へ搬送する搬送機構、例えば、コンベア、ポンプ、トロッコ等が配置される。

さらに、図５の制御盤６８は、複数個のセグメント５４を組み立てて覆工されたトンネル１４内に設けられる。制御盤６８は、信号やデータを処理する演算処理装置６９、データを記憶する記憶部７０、データや波形を表示する表示部７１、作業者が操作する操作部７２等を備えている。制御盤６８から出力される信号により、第１電動モータ２２、第２電動モータ４７、第３電動モータ５５、油圧シリンダ４０，５２，５９、コンプレッサ３８等が制御される。制御盤６８は、ロガー６６から出力される信号を処理する。制御盤６８は、単位時間当たりの第１電動モータ２２の回転数、油圧シリンダ４０，５２，５９の動作、コンプレッサ３８による添加材の注入量等を制御する。

表示部７１は、ロガー６６から送られる波形、データ、及びこれらの波形及びデータを処理または加工した情報、操作部７２の操作内容等を表示する。さらに、制御盤６８は、ロガー６６から送られる波形、データを処理してテールブラシ７４の状態を判断する機能を備えている。

次に、シールド掘進機１３が、地盤１０を掘削してトンネル１４を形成する工程を説明する。まず、第１電動モータ２２の出力軸２４が回転され、出力軸２４のトルクで回転軸２６が所定方向に回転する。カッタヘッド１９は回転軸２６と共に回転し、カッタビット２９が地盤１０を掘削する。カッタヘッド１９の単位時間当たりの回転数は、例えば、２rpm となるように、第１電動モータ２２の回転数が制御される。岩盤や玉石は、カッタヘッド１９により細かく砕かれて土砂となり、その土砂は、カッタスポーク２８同士の間を通りチャンバＢ１内へ進入する。チャンバＢ１内に進入した土砂は、可動撹拌翼３５及び固定撹拌翼３６により撹拌されるとともに、注入口３７から添加材がチャンバＢ１へ注入され、土砂の流動性が改善される。

また、第２電動モータ４７のトルクによりスクリュー４６が回転すると、チャンバＢ１内の土砂は排出管４５内へ排出される。排出管４５内の土砂は、スクリューゲート５０から排出され、排出された土砂は、搬送機構により発進立坑１１へ搬送される。チャンバＢ１から排出する土砂の量を調整することで、掘削面の圧力を一定に保持する。

さらに、シールド掘進機１３が地盤１０を掘削することによりトンネル１４を形成する工程と併行して、トンネル１４の内周面に覆工壁７５を形成する。すなわち、作業者は第２空間Ｃ２でセグメント５４を組み立て機７６により所定の位置へ移動し、かつ、セグメント５４をトンネル１４の内周面に沿って配置し、かつ、セグメント５４同士をボルト等の締結要素で固定して、覆工壁７５を施工する。

さらに、推進機構５８の油圧シリンダ５９を動作させてプレート６１を、軸線Ａ１方向でフード部１６に最も近い箇所に位置するセグメント５４へ押し付ける。すると、プレート６１をセグメント５４に押し付けた反力で、シールド本体１５は覆工壁７５から離れる向きで軸線Ａ１方向に移動、つまり、前進する。シールド本体１５が前進する速度は、例えば、１分間に数cmとなるように、推進機構５８が制御される。また、スクリューコンベア４４がチャンバＢ１から排出する土砂の量は、シールド本体１５が前進する速度に応じて調整される。チャンバＢ１から排出する土砂の量は、第２電動モータ４７の回転数を制御することができる。以後、複数のセグメント５４を固定して覆工壁７５を形成する工程と、推進機構５８によりシールド本体１５を前進する工程とを、交互に繰り返し、トンネル１４の全長を長くする。

さらに、中折れ装置３９によってフード部１６の軸線Ａ２を軸線Ａ１に対して交差させると、シールド本体１５の移動経路をカーブさせることができる。中折れ装置３９は、シールド本体１５の円周方向に複数設けられており、各中折れ装置３９の油圧シリンダ４０の動作をそれぞれ制御して、各油圧シリンダ４０プランジャ４１の突出量を制御する。その結果、軸線Ａ１と軸線Ａ２との交差角度が調整されて、シールド本体１５の移動経路がカーブする。

ところで、覆工壁７５と地盤１０との間に隙間Ｇ１が形成される。そこで、地盤１０の沈下を防止するために、隙間Ｇ１に裏込材を充填する。裏込材としては、二液性の可塑状裏込材が主流である。二液性の裏込材は、セメント系結合材、粘性土、安定化剤等の薬剤および水から構成される主剤と、硅酸ソーダ（水ガラス）を主成分とする硬化剤と、を混合して使用する。なお、裏込材は、テール部１７に設けた注入口、または、覆工壁７５に設けた注入口から、隙間Ｇ１へ注入される。

また、テールブラシ７４は、覆工壁７５の外周面に接触することで、覆工壁７５の外周面とテール部１７の内周面との間をシールする。このため、シールド掘進機１３によりトンネル１４を形成する過程で、地盤１０と覆工壁７５との隙間Ｇ１へ漏れ出した地下水や、隙間Ｇ１へ注入した裏込材が、覆工壁７５の外周面とテール部１７の内周面との間を通って第２空間Ｃ２へ侵入することを抑制できる。特に、テールブラシ７４にグリースが注入されているため、シール性を一層向上できる。

さらに、制御盤６８はテールブラシ７４の状態を判断する。制御盤６８は、ロガー６６から入力される信号を処理して、波形データを採取する。曲げセンサ６３が荷重を受けて弾性変形しており、そのセンサ６３の曲げ量の経時変化を表す波形データを採取する。

制御盤６８は、曲げセンサ６３の曲げ量を表す波形データを解析し、ピーク間変位差、波形幅を抽出する。図９は、曲げセンサ６３の曲げ量Ｍ１の波形を示す線図である。曲げ量Ｍ１のピーク間変位差ｈ１は、曲げ量Ｍ１の最大値と、曲げ量Ｍ１の最小値との差である。曲げ量Ｍ１の波形幅Ｌ１は、曲げ量Ｍ１が所定値から増加し、その後に、所定値まで低下するまでの時間である。

記憶部７０には、テールブラシ７４のシール性能を適切に維持するための目標曲げ量が記憶されている。目標曲げ量は、実験、シミュレーションによって求めた値である。制御盤６８は、目標曲げ量と、曲げセンサ６３の信号から求められるテールブラシ７４の実際の曲げ量とを比較して、テールブラシ７４の状態、つまり、シール性、摩耗状態、覆工壁７５に対する追従性等を判断する。例えば、テールブラシ７４の先端と、覆工壁７５の外周面との間に異物が挟まった場合、テールブラシ７４の実際の曲げ量は、目標曲げ量よりも大きくなる。また、テールブラシ７４の摩耗量が増加した場合や、グリースが不足した場合は、テールブラシ７４の実際の曲げ量は、目標曲げ量よりも小さくなる。

制御盤６８は、これらの判断結果を表示部７１に表示する。作業者は、表示部７１を目視してテールブラシ７４の実際の曲げ量に基づいて、テールブラシ７４のシール状態、例えば、テールブラシ７４と覆工壁７５との間に介在する異物の有無、テールブラシ７４のグリース保持量、テールブラシ７４の摩耗状態及び耐久性を判断できる。そして、テールブラシ７４の交換時期、グリースの補給量及び補給時期等のメンテナンスを行う。

さらに、制御盤６８は、中折れ装置３９の機能によりシールド本体１５がカーブ移動する場合に、カーブ移動に応じた目標曲げ量を設定することが可能であり、その例を、図１０及び図１１を参照して説明する。図１０（Ａ）及び図１１（Ａ）は、シールド本体１５が直線状に移動する場合を示す。図１０（Ｂ）は、シールド本体１５がカーブして移動する場合に、カーブの中心に最も近い箇所に相当するテールブラシ７４Ａ及び曲げセンサ６３Ａの形状を示す。図１１（Ｂ）は、シールド本体１５がカーブして移動する場合に、カーブの中心から最も遠い箇所に相当するテールブラシ７４Ｂ及び曲げセンサ６３Ｂの形状を示す。

図１０及び図１１では、無負荷状態におけるテールブラシ７４Ａ，７４Ｂ及び曲げセンサ６３Ａ，６３Ｂの形状が実線で示され、負荷状態におけるテールブラシ７４Ａ，７４Ｂ及び曲げセンサ６３Ａ，６３Ｂの形状が二点鎖線で示されている。また、図１０（Ｂ）に相当するシールド本体１５のカーブ半径と、図１１（Ｂ）に相当するシールド本体１５のカーブ半径とは同じであり、かつ、シールド本体１５がカーブする向きは同じである。

テール部１７の軸線Ａ１と、覆工壁７５の軸線とが同心状である場合は、図１０（Ａ）のように、無負荷状態の曲げセンサ６３Ａに対して、負荷状態の曲げセンサ６３Ａの曲げ量を長さＫ１で表すことができる。

これに対して、シールド本体１５がカーブ移動して、テール部１７の軸線Ａ１と、覆工壁７５の軸線とが交差する場合は、図１０（Ｂ）のように、無負荷状態の曲げセンサ６３Ａに対する負荷状態の曲げセンサ６３Ａの曲げ量を、長さＫ２で表すことができる。ここで、長さＫ２は長さＫ１よりも大きい。

テール部１７の軸線Ａ１と、覆工壁７５の軸線とが同心状である場合は、図１１（Ｂ）のように、無負荷状態の曲げセンサ６３Ａに対する負荷状態の曲げセンサ６３Ａの曲げ量は、長さＫ３で表すことができる。長さＫ３は長さＫ１と同じである。これに対して、シールド本体１５がカーブ移動して、テール部１７の軸線Ａ１と、覆工壁７５の軸線とが交差する場合は、図１１（Ｂ）のように、無負荷状態の曲げセンサ６３Ａに対する負荷状態の曲げセンサ６３Ａの曲げ量は、長さＫ４で表すことができる。ここで、長さＫ４は長さＫ３よりも小さい。

長さＫ１，Ｋ３は、テール部１７の軸線Ａ１と、覆工壁７５の軸線とが同心状である場合における目標曲げ量である。長さＫ２，Ｋ４は、テール部１７の軸線Ａ１と、覆工壁７５の軸線とが交差する場合における目標曲げ量である。

このように、シールド本体１５がカーブ移動して、テール部１７の軸線と、覆工壁７５の軸線とが交差する場合は、テールブラシ７４の曲げ量が不可避的に変化する。このため、シールド本体１５がカーブ移動する時に内側となる箇所に位置するテールブラシ７４Ａの目標曲げ量は、シールド本体１５が直線状に移動する場合における目標曲げ量よりも大きく設定する。また、シールド本体１５がカーブ移動する時に外側となる箇所に位置するテールブラシ７４Ｂの目標曲げ量は、シールド本体１５が直線状に移動する場合における目標曲げ量よりも小さく設定する。そして、長さＫ２，Ｋ４は、シールド本体１５がカーブ移動する時期、カーブする向き、カーブ時の半径等の各条件に基づいて、予め実験、シミュレーションを行ったデータとして、記憶部７０に記憶されている。

本実施の形態の構成と本発明の構成との対応関係を説明すると、シールド本体１５は、本発明のシールド本体であり、シールド掘進機１３は、本発明のシールド掘進機であり、テールブラシ７４は、本発明のテールブラシであり、テール部１７は、本発明の第１構成部であり、フード部１６は、本発明の第２構成部であり、曲げセンサ６３は、本発明の曲げセンサであり、制御盤６８は、本発明の判断部である。本発明における曲げセンサの曲げ量は、無負荷状態にある曲げセンサから、負荷状態にある曲げセンサまでの長さ、距離、角度のうち、少なくとも１つの物理量で把握することが可能である。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、アクチュエータとして油圧シリンダを例示しているが、空気圧シリンダを用いることも可能である。さらに、ロガー６６と制御盤６８とを別々に設けることなく、ロガー６６の機能を備えた一体型の制御盤６８を設けてもよい。

本発明のシールド掘進機は、土圧式シールド工法の他、泥水式シールド工法にも適用可能である。泥水式シールド工法は、チャンバ内に、地下水圧に対抗する加圧した泥水を充填することで、カッタヘッドの安定を図りながら地盤を掘削する工法である。

１０地盤
１３シールド掘進機
１４トンネル
１５シールド本体
１６フード部
１７テール部
６３，６３Ａ，６３Ｂ曲げセンサ
６８制御盤
７４，７４Ａ，７４Ｂテールブラシ
７５覆工壁

Claims

地盤を掘削してトンネルを形成するシールド本体を備えたシールド掘進機であって、
前記シールド本体に設けられ、かつ、前記トンネルの覆工壁と前記シールド本体との間をシールするテールブラシと、
前記覆工壁に接触している前記テールブラシの曲げ量と、予め定められている目標曲げ量とを比較して、前記テールブラシのシール状態を判断する判断部と、
を有し、
前記判断部は、前記シールド本体がカーブ移動する時に内側となる箇所に位置する前記テールブラシの前記目標曲げ量を、前記シールド本体が直線状に移動する場合における前記目標曲げ量よりも大きく設定し、
前記判断部は、前記シールド本体がカーブ移動する時に外側となる箇所に位置する前記テールブラシの前記目標曲げ量を、前記シールド本体が直線状に移動する場合における前記目標曲げ量よりも小さく設定する、シールド掘進機。
請求項１に記載のシールド掘進機において、
前記テールブラシに取り付けられて前記テールブラシの曲げ量を検出する曲げセンサが設けられ、
前記判断部は、前記曲げセンサが検出した前記テールブラシの曲げ量と、前記目標曲げ量とを比較して、前記テールブラシのシール状態を判断する、シールド掘進機。
請求項１または２に記載のシールド掘進機において、
前記テールブラシは、グリースを保持している、シールド掘進機。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のシールド掘進機において、
前記シールド本体は、前記テールブラシが取り付けられた第１構成部と、前記シールド本体の移動方向で前記第１構成部よりも前方に配置され、かつ、前記第１構成部に対する角度を変更可能な第２構成部と、を有し、
前記シールド本体は、前記第１構成部に対する前記第２構成部の角度を変更すると直線状に移動すること及びカーブ移動することが可能である、シールド掘進機。