JP6764441B2 - オープンシールド機 - Google Patents

Description

本発明は、市街地に上下水道、地下道等の地下構造物を施工するのに用いるオープンシールド機で、地下水取込装置を備えたオープンシールドに関する。

オープンシールド機を用いるオープンシールド工法で、河川の改修や地下水を含む耐水性の地盤を対象とする場合にはオープンシールド機周辺の水位が高く、工事作業中にオープンシールド機に浸水するおそれがある。

オープンシールド機の掘削部（切羽）の地下水位が高い場合、地下水位以下での掘削となるため、目視で掘削部を確認できないため掘削作業の難易度が高くなる。

また、地下水位以下での掘削を行った場合、地下水位の流動により周辺地山の崩れによる周辺影響が懸念される。

掘削残土の脱水処理等が必要となり、施工に手間を要する。

また、掘削に伴う急激な地下水の低下では、周辺地下水が急激に掘削箇所に流れ込む為に、地下水と共に周辺地山土砂が崩れる場合がある。

下記特許文献はオープンシールド機内への地下水の浸入を簡単かつ確実に抑えることができるオープンシールド工法を提供するものとして提案されたもので、図２３、図２４に示すように、オープンシールド機１は左右の側壁板２の下方部分にメッシュ１４またはスリットでの土砂流入防止手段を備えた透水孔１３を設け、この透水孔１３からの浸入水を排出してオープンシールド機１の外側の地下水位を下げることを内容とする。
特許第３２５０７０９号公報

なお、オープンシールド機１は左右の側壁板２とこれら側壁板２に連結する底板３とからなる前面、後面及び上面を開口したシールド機で、カーブ施工に対応できるように、フロント部１ａとテール部１ｂとに分割し、相互に端部を遊嵌する。

オープンシールド機１はフロント部１ａにおいて前記側壁板２と底板３の先端を刃口として形成し、また、フロント部１ａとテール部１ｂの双方で側壁板２の内側に推進ジャッキ４を後方に向け上下に並べて配設する。なお、フロント部１ａについていえば、隔壁５により前半の掘削部と後半の推進ジャッキ４による推進部とに区画される。

前記透水孔１３の周囲から内側に継手１５を突設し、この継手１５に送水管１６の端部を接続し、該送水管１６を左右の側壁板２の内側に沿って立ち上げて地上まで導く。また、送水管１６の途中にはポンプ１７を配設した。

ポンプ１７を駆動して透水孔１３からの浸入水を送水管１６を介して地上へ排出すれば、オープンシールド機１の外側の地下水位を鎖線のように下げることができる。

これにより、透水孔１３以外から、特にフロント部とテール部の相互遊嵌個所などからオープンシールド機１内に浸入する地下水の量を極力減じることができ、オープンシールド機内の作業の支障にならないようにすることができる。

下記特許文献は、粒状又は粉状の固体を含んでなり、該粒状又は該粉状の固体同士の間を吸入水が通過することにより、吸入孔から吸入された吸入水に同伴される土砂を濾過により除去する土砂除去手段を備えてなるオープンシールド機として提案された。
特願２０１８−４４３７３号公報

該粒状又は該粉状の固体は濾材であり、粒径１．７ｍｍ〜４．８ｍｍの珪砂を用いている。

また、前記特許文献２は、土砂除去手段が吸入水から除去した土砂を、土砂除去手段から取り除く土砂取り除き手段として、吸入水を濾過し土砂を取り除く際の吸入水の流れる方向とは逆方向の水である逆洗水を土砂除去手段に流す逆洗手段を備える。

この特許文献２によれば、土砂を同伴する吸入水が、土砂除去手段に含まれる粒状又は粉状の固体同士の間を通過し濾過されることで、吸入水に同伴される土砂の少なくとも一部が除去される。

前記特許文献１に記載のオープンシールド工法及びオープンシールド機においては、メッシュまたはスリットでの土砂流入防止手段を備えるものの、実際にはメッシュ又はスリットを土砂が通過することで、送水管の詰まりやポンプの故障を生じる問題があった。

前記特許文献２は、土砂除去手段は濾材によるもので、さらに、土砂取り除き手段として逆洗手段を併用しなければならない。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、オープンシールド機の外部から地下水を吸入し排出することでオープンシールド機外側の地下水位を下げることができる長時間安定した運転が可能なもので、そのための地下水取込装置として、目詰まりを起こすおそれのある土砂を簡単に取り除くことができるものを備えた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、前面に開閉可能な取水孔を多数形成し、また、背面に土砂排出用の開閉蓋を設け、側部には排水バルブを取り付けた取水ボックスからなる地下水取込装置を備え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、地下水は取水ボックスの前面の取水孔から入り、側部の排水バルブを経由して取込み処理される。

そして地下水とともに取り込まれる土砂は取水ボックス内に蓄積され、土砂は背面に取り付けた土砂排出用の開閉蓋を開いて取り出すことができ、その際、取水孔は閉めておけるので、地下水の流入を停止できる。

請求項２記載の本発明は、地下水取込装置の取水孔の開閉可能な構成は、取水孔を多数形成した前面板と、この前面板の裏側にスライド可能に重合するもので、取水孔を多数形成した仕切り板とからなることを要旨とするものである。

請求項２記載の本発明によれば、取水孔の開閉可能なものとするのに、取水孔を多数形成した前面板と、この前面板の裏側にスライド可能に重合した取水孔を多数形成した仕切り板とで簡単に構成でき、開閉操作も楽に行え、しかも、前面板と仕切り板との重なり位置を調整することで取水孔の開閉程度を調整することもできる。

請求項３記載の本発明は、地下水取込装置の土砂排出用の開閉蓋には透明板による覗き窓を形成したことを要旨とするものである。

請求項３記載の本発明によれば、砂排出用の開閉蓋には透明板による覗き窓を形成したので、取水ボックス内に蓄積される土砂の状態をこの覗き窓より観取できる。

請求項４記載の本発明は、地下水取込装置の排水バルブは機内に開口し、オープンシールド機底部には取水用の水中ポンプを設置することを要旨とするものである。

請求項４記載の本発明によれば、排水バルブを経由した地下水はオープンシールド機内に排出され底部に溜るがそこから水中ポンプで取水して外部に捨てられる。

請求項５記載の本発明は、地下水取込装置の排水バルブに排水ポンプからの排水ホースを接続することを要旨とするものである。

請求項５記載の本発明によれば、排水バルブを経由した地下水はオープンシールド機内にでることなく、排水ホースを経由して排水ポンプで外部に捨てられる。

請求項６記載の本発明は地下水取込装置は、フロント部隔壁に設けることを要旨とするものである。

請求項６記載の本発明によれば、地下水取込装置の取水ボックスは、フロント部隔壁に設けてここから地下水を取り入れるようにしたので、地下水が溜り易いオープンシールド機フロント部からの効率的な取水ができる。

なお、フロント部には雨水も溜り易く、地下水のみならず、溜り込んだ雨水も取水ができる。

請求項７記載の本発明は地下水取込装置は、オープンシールド機のテール部側壁に設けることを要旨とするものである。

請求項７記載の本発明によれば、地下水取込装置の取水ボックスをオープンシールド機のテール部側壁に設けることでオープンシールド機のテール部側方の地下水位を下げることが可能となる。

請求項８記載の本発明はは地下水取込装置は、フロント部隔壁後方の底板に設けることを要旨とするものである。

請求項８記載の本発明によれば、地下水取込装置の取水ボックスをフロント部隔壁後方の底板に設けることでープンシールド機の下側の地下水を取り込んで地下水位を下げ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、オープンシールド機の外部から地下水を吸入し排出することでオープンシールド機外側の切羽を含むシールド機周辺の地下水位を下げることができる長時間安定した運転が可能なもので、そのための地下水取込装置として、目詰まりを起こすおそれのある土砂を簡単に取り除くことができるものである。

本発明のオープンシールド機の地下水取込装置の１実施形態を示す背面図である。 本発明のオープンシールド機の地下水取込装置の１実施形態を示す正面図である。 本発明のオープンシールド機の地下水取込装置の１実施形態を示す側面図である。 本発明のオープンシールド機の地下水取込装置の１実施形態を示す取水孔の閉孔時の平面図である。 本発明のオープンシールド機の地下水取込装置の１実施形態を示す地下水取込装置の取水孔の開孔時の平面図である。 本発明の地下水取込装置を設けたオープンシールド機の第１実施形態を示す縦断側面図である。 本発明の地下水取込装置を設けたオープンシールド機の第１実施形態を示す横断平面図である。 図７のＡ−Ａ線矢視図である。 図７のＢ−Ｂ線矢視図である。 本発明の地下水取込装置を設けたオープンシールド機の第２実施形態を示す縦断側面図である。 本発明の地下水取込装置を設けたオープンシールド機の第２実施形態を示す横断平面図である。 本発明の地下水取込装置を設けたオープンシールド機の第３実施形態を示す縦断側面図である。 本発明の地下水取込装置を設けたオープンシールド機の第３実施形態を示す横断平面図である。 本発明の地下水取込装置を設けたオープンシールド機の第４実施形態を示す縦断側面図である。 本発明の地下水取込装置を設けたオープンシールド機の第４実施形態を示す横断平面図である。 本発明の地下水取込装置を設けたオープンシールド機の第５実施形態を示す縦断側面図である。 本発明の地下水取込装置を設けたオープンシールド機の第６実施形態を示す縦断側面図である。 本発明の地下水取込装置を設けたオープンシールド機の応用例を示す横断平面図である。 オープンシールド工法の概要を示す第１工程の縦断側面図である。 オープンシールド工法の概要を示す第２工程の縦断側面図である。 オープンシールド工法の概要を示す第３工程の縦断側面図である。 オープンシールド工法の概要を示す第４工程の縦断側面図である。 従来例を示す縦断正面図である。 従来例を示す縦断側面図である。

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６は本発明の地下水取込装置を設けたオープンシールド機の１実施形態を示す縦断側面図、図７は同上横断平面図で、前記従来例の図２３、図２４でも示すように、オープンシールド機１は左右の側壁板２とこれら側壁板２に連結する底板３とからなる前面、後面及び上面を開口したシールド機で、カーブ施工に対応できるように、フロント部１ａとテール部１ｂとに分割し、相互に端部を遊嵌した。

フロント部１ａにおいて前記側壁板２の先端にスライドジャッキ２０を添設した可動分割刃口１９を設け、フロント部１ａとテール部１ｂ間には中折れジャッキ２１を配設し、テール部１ｂの側壁板２の内側に推進ジャッキ４を後方に向け上下に並べて配設する。

なお、フロント部１ａについていえば、隔壁５により前半の掘削部と後半の推進ジャッキ４による推進部とに区画される。

本発明は前記オープンシールド機１に地下水取込装置として、開閉可能な取水孔を多数形成したものであり、鋼製の箱体からなる取水ボックス２２を隔壁５に設けた。

取水ボックス２２は、取水孔２３を多数形成した前面板２４と、この前面板２４の裏側または表側にスライド可能に重合した仕切り板２５からなる開閉機構を設けた。

仕切り板２５にも取水孔２３を多数形成し、前面板２４の取水孔２３と仕切り板２５の取水孔２３との重なり程度で開閉する。

仕切り板２５は両サイドからスライドする引き戸形式であり、端部には内側に向けて取っ手を設けている。

また、取水ボックス２２の背面には土砂排出用の開閉蓋２６をネジ止めで設け、この開閉蓋２６の中央には透明板としてのアクリル板による覗き窓２７を縦長に形成した。覗き窓２７は取水ボックス２２に堆積する土砂を外側から観取できるものである。

さらに、取水ボックス２２の側部には排水バルブ２８を取り付けた。該排水バルブ２８はエルボ管であり、コック２８ａを有する。

図示の例では、排水バルブ２８はオープンシールド機１の機内に開口し、これに対応してオープンシールド機１の底部には取水用の水中ポンプ２９を設置して、
水中ポンプ２９からの排水ホース３０は地上に設置する貯水槽３１に導く。

図１０、図１１は第２実施形態を示すもので、地上に排水ポンプ３２を設置し、この排水ポンプ３２からの排水ホース３３を排水バルブ２８に直結させた。

図１２、図１３は第３実施形態、図１４、図１５は第４実施形態を示すもので、取水ボックス２２は、オープンシールド機１のテール部１ｂの側壁板２に設けた。

図１６は第５実施形態、図１７は第６実施形態を示すもので、取水ボックス２２は、フロント部１ａの隔壁５の前方の底板３に設けた。

前記第３実施形態、第５実施形態は、オープンシールド機１の底部には取水用の水中ポンプ２９を設置して、水中ポンプ２９からの排水ホース３０は地上に設置する貯水槽３１に導く場合であり、第４実施形態、第６実施形態は排水ポンプ３２からの排水ホース３３を排水バルブ２８に直結させた場合である。

次に使用法について説明するが、先にオープンシールド機１を使用して行うオープンシールド工法についてその概略を説明する。

図１９に示すように、発進坑８内にこのオープンシールド機１を設置して、シールド機１の推進ジャッキ４を伸長して発進坑８内の反力壁６に反力をとってフロント部１ａとテール部１ｂを順次個別に前進させ、地下構造物を形成する第１番目のコンクリート函体７を上方から吊り降し、シールド機１のテール部１ｂ内で縮めた推進ジャッキ４の後方にセットする。

図中１０はストラットで、推進ジャッキ３と反力壁６の間に適宜間隔調整のために配設する。また、発進坑８は土留壁で構成し、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８の前方部分に地盤改良１１を施しておくこともある。

次いで、ショベル等の掘削機９でオープンシールド機１のフロント部１ａの前面又は上面から土砂を掘削しかつ排土する。この排土工程と同時またはその後に推進ジャッキ４を伸長してフロント部１ａとテール部１ｂを前進させる。

そして前記第１番目のコンクリート函体７の前に第２番目のコンクリート函体７をシールド機１のテール部１ｂ内に吊り降す。

図２０、図２１に示すように、以下、同様の排土工程、前進工程、コンクリート函体７のセット工程を適宜繰返して、順次コンクリート函体７をオープンシールド機１の前進に伴い縦列に地中に残置し、さらにこのコンクリート函体７の上面に埋戻しを施す。

このようにして、図２２に示すように、オープンシールド機１が到達坑１２まで達したならばこれを撤去して工事を完了する。

このようなオープンシールド工法で、河川の改修などで帯水性の地盤を対象とする場合には地下水位が高く、シールド機後方土被り部よりシールド機内に地下水が流入し、施工困難となる場合がある。

かかる地下水が高い状態では、掘削部を確認できないため掘削作業の難易度が高くなる。また、地下水位以下での掘削を行った場合、地下水位の流動により周辺地山の崩れによる周辺影響が懸念される。

掘削残土の脱水処理等が必要となり、施工に手間を要する。

また、掘削に伴う急激な地下水の低下により周辺地下水が流れ込む際に、地下水と共に周辺地山土砂が崩れる場合がある。

そこで、地下水をオープンシールド機１内に取り込み、切羽を含むシールド機周辺の地下水位を掘削前に低下させる。

オープンシールド機１内に地下水を取り込む場合は、取水ボックス２２は前面板２４と仕切り板２５同士の取水孔２３を完全に合わせて開いておく。

このようにすれば、地下水は取水孔２３を介して取水ボックス２２内に取り込まれ、この取水ボックス２２から排水バルブ２８を介してオープンシールド機１内に地下水を取り込む。

取り込んだ地下水はシールド機１内に配置した水中ポンプ２９により外部に排水する。

また、取水ボックス２２に直接排水ポンプ３２を接続した場合は、地下水の流入が芳しく無い場合に強制的に地下水を取り込むことも可能である。

地下水を取り込む取水ボックス２２は仕切り板２５を持つブラインド構造であり、原則的には掘削部の土砂（砂、粘性土など）は入らないような構造であるが、それでも地下水とともに取り込まれる土砂があり、これは取水ボックス２２内に蓄積される。

また、取込み口は仕切り板２５で開閉可能であり、排水バルブ２８でも地下水の取込みを止めることもできる。

前記取水ボックス２２内に蓄積された土砂αは背面に設けた土砂排出用の開閉蓋２６を開いて取り出すことができ、その際、取水ボックス２２は前面板２４と仕切り板２５同士の取水孔２３を完全にずらせて閉じておけば、地下水の流入を停止できる。

前記土砂排出用の開閉蓋２６の取り外しは、泥溜め部が目詰まりを起した場合の清掃にも利用できる。

図１８は応用例を示すもので、取水した地下水を貯水する貯水槽３１に送水ポンプ３４を設置し、この送水ポンプ３４からの送水ホース３５を排水バルブ２８につなぎ、排水バルブ２８を開放し、また、取水孔２３を開いておく。

このようにして貯水槽３１からの水を送水ポンプ３４により取水ボックス２２に送り、取水ボックス２２から散水する。

すなわち、貯水槽３１から本発明の地下水取込み装置を通して地山に水を送り込むことで、低下した地下水位の上昇を図り、地山土砂を安定させることも可能なものとなる。

乾燥し、硬質となった地山に対しても水槽から地下水取込み装置を通して地山に水を送り込むことで、シールド機周辺地山をほぐし、掘削作業の効率を上げることができる。

１…オープンシールド機 １ａ…フロント部
１ｂ…テール部 ２…側壁板
３…底板 ４…推進ジャッキ
５…隔壁 ６…反力壁
７…コンクリート函体 ８…発進坑
９…掘削機 １０…ストラット
１１…地盤改良 １２…到達坑
１３…透水孔 １４…メッシュ
１５…継手 １６…送水管
１７…ポンプ
１９…可動分割刃口 ２０…スライドジャッキ
２１…中折れジャッキ ２２…取水ボックス
２３…取水孔 ２４…前面板
２５…仕切り板 ２６…開閉蓋
２７…覗き窓 ２８…排水バルブ
２８ａ…コック ２９…水中ポンプ
３０…排水ホース ３１…貯水槽
３２…排水ポンプ ３３…排水ホース
３４…送水ポンプ ３５…送水ホース

Claims (8)

1. 前面に開閉可能な取水孔を多数形成し、また、背面に土砂排出用の開閉蓋を設け、側部には排水バルブを取り付けた取水ボックスからなる地下水取込装置を備えたことを特徴とするオープンシールド機。
2. 地下水取込装置の取水孔の開閉可能な構成は、取水孔を多数形成した前面板と、この前面板の裏側にスライド可能に重合するもので、取水孔を多数形成した仕切り板とからなる請求項１記載のオープンシールド機。
3. 地下水取込装置の土砂排出用の開閉蓋には透明板による覗き窓を形成した請求項１または請求項２記載のオープンシールド機。
4. 地下水取込装置の排水バルブは機内に開口し、オープンシールド機底部には取水用の水中ポンプを設置する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のオープンシールド機。
5. 地下水取込装置の排水バルブに排水ポンプからの排水ホースを接続する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のオープンシールド機。
6. 地下水取込装置は、フロント部隔壁に設ける請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のオープンシールド機。
7. 地下水取込装置は、オープンシールド機の側壁に設ける請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のオープンシールド機。
8. 地下水取込装置は、オープンシールド機の底板に設ける請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のオープンシールド機。

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