JP7384956B2 - オープンシールド工法および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およびこれに使用するオープンシールド機に関する。

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。

まず、オープンシールド工法で使用するオープンシールド機について説明すると、下記特許文献にも示すが、基本的には左右の側壁板とこれら側壁板と同程度の長さでその間を連結する底板とからなる、前面、後面及び上面を開口したシールド機である。
特開２０２０－２００７３５号

そして、図９、図１０に示すように、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５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ている。

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、機体内で後部に後方へ向けて中折ジャッキ１１を左右によせ。かつ上下複数段に配設する。

これに対してテール部５はコンクリート函体４の設置を行うもので、機体内で前部に後方へ向けて推進ジャッキ(シールドジャッキ)３を左右によせ、かつ上下複数段に配設した。

図中９は、フロント部２の前端に設けた可動分割刃口として掘削時に側部の地山崩壊を防止する為のもので、シールド機先端から前方へ伸長させるスライド土留板である。

図中１０はこのスライド土留板９を動かすスライドジャッキ、１２は隔壁、１３はプレスバー（押角）である。

前記可動分割刃口としてのスライド土留板９は、先端の刃口を上下の水平方向に複数に分割し、前記スライドジャッキ１０で左右の側壁板から前方に突出するスライドボックスによるもので、引き戸形式でオープンシールド機の側壁板の先端部を戸袋としてのボックス収納部に形成してこれに出し入れ自在に収容される。

前記フロント部２とテール部５との結合による中折れ部は、方向・勾配修正、曲線施工時に使用する。中折れ部に配設した中折ジャッキ１１によりシールド機１のフロント部２とテール部５を曲げることができる。

前記隔壁１２は、オープンシールド機１前面の掘削部と油圧機器収納部を仕切る為のもので、掘削土砂を押して圧密し、地下水の高い場所や軟弱土の施工の際に役立つ。

次にこのようなオープンシールド機１を用いて行うオープンシールド工法について概要を図１５で説明すると、発進坑７内に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３を伸長して発進坑内の反力壁８に反力をとってシールド機１を前進させ、地中構造物を形成する第１番目のコンクリート函体４を上方から吊り降し、シールド機１のテール部５で形成されるテール部内で縮めた推進ジャッキ３の後方にセットする。

発進坑７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の発進方向前方の土留矢板を撤去して鏡切りするが、必要に応じて薬液注入等で発進坑７の前方部分に地盤改良を施しておくこともある。

次いで、ショベル等の掘削機６でオープンシールド機１の前面又は上面から土砂を掘削し、かつ排土する。

前記コンクリート函体４の据付は、オープンシールド機１のテール部内に函体４を敷設するもので、通常、ラフテレーンクレーンまたはクローラクレーン等の揚重機１４を使用することが多く、テール部内底部で計画高を測定し、コンクリートブロック等での高さ調整材を設置し（４箇所）、その上にコンクリート函体４を設置する。

テール部内にコンクリート函体４を設置した後、コンクリート函体４に予め設置されてあるグラウトホールからコンクリート函体４の内部よりテール部の内面と函体４の外面との空隙に可塑状の裏込注入材１５を一次注入充填する。

敷設したコンクリート函体４を反力にオープンシールド機１を推進させるには、シールド機内部に配設した推進ジャッキ３により行う。

シールド機１の推進に伴って地中に発生するテールボイド（テール部底板及び側板の厚み分）へ、コンクリート函体４のグラウトホールから可塑状の裏込注入材１５を二次注入として注入充填する。

オープンシールド機１掘進時では通常、オープンシールド機１の前方に配置した掘削機６で前方に向かって法面を形成するように地山を掘削する。このとき、掘削法面の両側部の地山が崩れないようにスライド土留板９を前方へ伸長し、法面両側部の地山を抑える目的でスライド土留板９が使用される。

また、オープンシールド機１掘進時は、オープンシールド機１の姿勢や地山接触面との推進抵抗の他、地山の地盤構成、地山の硬軟等の影響を受けながら掘進するため、オープンシールド機１は若干のヨーイングやピッチング、ローリングの揺動を伴って推進する。

このため、オープンシールド機１がほぼ所定の計画位置や高さを推進するように、使用するシールドジャッキ３を選択し、左右上下に装備された使用するシールドジャッキ３を複数本選択し、シールドジャッキの左右上下の伸長差をつけながら、さらに、オープンシールド機１の姿勢や推進挙動傾向によっては中折ジャッキも使用し、オープンシールド機１の姿勢制御を行いながら掘進させる。

オープンシールド工法は特に軟弱地盤で良く採用され施工実績も多いが、水路改修工事や家屋が近接した狭隘な箇所などの施工条件や、多層地盤や地山の硬軟などの性状によっては、前記の制御方法でもオープンシールド機のローリングやピッチング、ヨーイングが大きくなり、姿勢制御がしづらくなってくる。

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ローリングやピッチング、ヨーイングに対するオープンシールド機の姿勢制御を簡単に行うことができるオープンシールド工法および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本発明は、左右の側壁板とこれら側壁板と同程度の長さでその間を連結する底板とからなる、前面、後面及び上面を開口したオープンシールド機で、機体を前後方向で複数に分割し、フロント部としての前方の機体の後端にテール部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、フロント部の前端にスライド土留板を設けて可動分割刃口としたオープンシールド機を使用し、オープンシールド機の前面または上面開口より前方の上砂を掘削・排土する工程と、オープンシールド機に配設された推進ジャッキを伸長してコンクリート函体を反力にしてオープンシールド機を前進させる工程と、シールド機のテール部内で縮めたオープンシールド機に配設された推進ジャッキの後方に新たな地中構造物を形成するコンクリート函体を上方から吊り降ろしてセットする工程とを適宜繰り返して順次地中構造物を形成するコンクリート函体を縦列に埋設するオープンシールド工法において、前部外面に掘進抵抗を地盤から受けてオープンシールド機の機体を傾かせるための傾斜面を設けたキャップボックス管をスライド土留板に嵌め、切羽地山に前記キャップボックス管の傾斜面が当たり、切羽地山からの反力を得て推進時のオープンシールド機の姿勢制御をおこなうことを要旨とするものである。

オープンシールド機としては、右の側壁板とこれら側壁板と同程度の長さでその間を連結する底板とからなる、前面、後面及び上面を開口したシールド機で、機体を前後方向で複数に分割し、フロント部としての前方の機体の後端にテール部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、フロント部の前端にスライド土留板を設けて可動分割刃口としたオープンシールド機において、前部外面に掘進抵抗を地盤から受けてオープンシールド機の機体を傾かせるための傾斜面を設けたキャップボックス管をスライド土留板に嵌めたことを要旨とするものである。

本発明によれば、キャップボックス管をスライド土留板に嵌めることで、スライド土留板を伸長し、前方の切羽地山に前記キャップボックス管の前端面が面として当たり、切羽地山からの反力が得られる。

このように、オープンシールド機の推進時の部分的な推進抵抗力が得られ、オープンシールド機のシールドジャッキと中折ジャッキによる方向制御と併用すれば、方向制御がよりしやすくなる。

スライド土留板を介してオープンシールド機の左右もしくは上下向きの反力、他方は下向きの反力が得られ、オープンシールド機の断面方向に回転モーメント力が得られることになり、ローリング等を改善するすることができる。

また、キャップボックス管は複数のスライド土留板を左右、もしくは上下で適宜選択することで、肌理の細かいオープンシールド機の姿勢制御が可能となる。

以上述べたように、本発明のオープンシールド工法およびオープンシールド機は、オープンシールド機のローリングやピッチング、ヨーイングに対するオープンシールド機の姿勢制御を簡単に行うことができるものである。

本発明のオープンシールド工法およびオープンシールド機の１実施形態を示す縦断側面図である。 本発明のオープンシールド工法およびオープンシールド機の１実施形態を示す平面図である。 図２のＡ－Ａ矢視図である。 図２のＢ部とＣ部の拡大図である。 本発明のオープンシールド機のスライド土留板の一例を示す側面図である。 本発明のオープンシールド機のスライド土留板の他例を示す側面図である。 オープンシールド機のスライド土留板部分の正面図である。 オープンシールド機のスライド土留板部分の他例を示す正面図である。 オープンシールド機の概要を示す側面図である。 オープンシールド機の概要を示す平面図である。 オープンシールド機のスライド土留板収納部分を示す平面図である。 オープンシールド機のスライド土留板収納部分を示す側面図である。 オープンシールド機のスライド土留板収納部分を示す正面図である。 オープンシールド機のスライド土留板の正面図である。 オープンシールド工法の概要を示す斜視図である。 オープンシールド機の斜視図である。

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１は本発明のオープンシールド工法およびオープンシールド機の１実施形態を示す縦断側面図、図２は同上平面図で、前記従来例を示す図９、図１０と同一構成要素には同一参照符号を付したものである。

オープンシールド機１の基本形状においては図９、図１０に示した従来例と同一であり、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５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。なお、１１は中折ジャッキ、１２は隔壁、１３はプレスバー（押角）である。

テール部５には機体内で前部に後方へ向けて推進ジャッキ(シールドジャッキ)３を左右によせて、また上下複数段に配設した。

図中９は、フロント部２の前端に設けた可動分割刃口として掘削時に側部の地山崩壊を防止する為のもので、１０はシールド機先端から出没するスライド土留板９を動かすスライドジャッキである。

前記スライド土留板９は、先端を鋭角とした横長形状のボックスタイプのものであり、これがフロント部２の側壁に形成した棚部に引き出しのように収まる。

このようなオープンシールド機１を用いるオープンシールド工法についても前記説明の通りであり、オープンシールド機の前面または上面開口より前方の上砂を掘削・排土する工程と、推進ジャッキを伸長してコンクリート函体を反力にしてオープンシールド機を前進させる工程と、オープンシールド機のテール部内で縮めた推進ジャッキの後方に新たなコンクリート函体を上方から吊り降ろしてセットする工程とを適宜繰り返して順次コンクリート函体を縦列に埋設する

本発明は前部外面に掘進抵抗を地盤から受けてオープンシールド機１の機体を傾かせるための傾斜面１８を設けたキャップボックス管１７をスライド土留板９に嵌めるようにした。図中１９は補強材である。

キャップボックス管１７は鋼製であり、スライド土留板９に嵌合・固定するもので、先端は閉塞面となっていて、後端は開放面でスライド土留板９の先端が入り込み、嵌るものである。

図５、図６はその詳細を示すもので、キャップボックス管１７の傾斜面１８は前部外面に掘進抵抗を地盤から受けてオープンシールド機の機体を傾かせるためのものとして下向きの場合と上向きの場合を示している。

図中αは、キャップボックス管１７の長手方向からの端面の角度であり、傾斜面１８が６０°程度としている。尚、オープンシールド機１の推進に伴ってキャップボックス管１７の端面を切羽地山に当接させるが、切羽地山が柔らかい土質の場合、切羽地山から十分な反力を得られない場合もあるので、切羽地山の硬軟の程度により、角度αを６０°～９０°の範囲で設定してもよい。

ところで、前述のとおり、オープンシールド機１は、オープンシールド機１の掘進時の姿勢や地山接触面との推進抵抗の他、地山の地盤構成、地山の硬軟等の影響を受けながら掘進するため、オープンシールド機１は若干のヨーイングやピッチング、ローリングの揺動を伴って推進する。

このとき、オープンシールド機１がほぼ所定の計画位置や高さを推進するように、使用するシールドジャッキ３を選択し、左右上下に装備された使用するシールドジャッキ３を複数本選択し、シールドジャッキ３の左右上下の伸長差をつけながら、さらに、オープンシールド機１の姿勢や推進挙動傾向によっては中折ジャッキも使用して、オープンシールド機１のフロント部２を上下や左右に向け、オープンシールド機１の挙動を制御しながら掘進させる。

しかしながら、地山の地盤構成や土質性状によっては、前記のようなシールドジャッキ３の使用だけではオープンシールド機１に大きなローリングやピッチング、ヨーイングが発生し、掘進制御がしづらくなってくる場合がある。

本発明のキャップボックス管１７をスライド土留板９に装着し、オープンシールド機１の推進時に、キャップボックス管１７の先端面が切羽地山に当接して得られる地山からの反力を、スライド土留板を介してオープンシールド機１へ伝達させ、その反力によりオープンシールド機の姿勢を修正できる。

また、前記傾斜面１８が下向きのキャップボックス管１７をスライド土留板９に嵌合・固定し、オープンシールド機１の推進に伴い切羽地山に前記端面が当接すると、キャップボックス管１７は前記端面を介して切羽地山から斜め上方の反力が得られる。

したがって、図３に示すように、オープンシールド機１が断面方向で時計周りにローリングしている場合で、前記キャップボックス管１７を図３の右側の土留スライド板９に装着してオープンシールド機１が推進すると、オープンシールド機１のローリングを修正することができる。

また、前記傾斜面１８が下向きのキャップボックス管１７をオープンシールド機１の左右に配設されたスライド土留板９のいずれか一方の側の複数に嵌合・固定した場合、例えば、図３に示すようにオープンシールド機が断面方向で時計回りにローリングしている場合で、刃先部材を１つだけ装着した場合より大きな上向きの反力を切羽地山から得ることができるので、ローリングの修正がよりしやすくなる。

また、前記傾斜面１８が下向きのキャップボックス管１７を、オープンシールド機１の左右両側のスライド土留板９に複数設置した場合は、例えば、オープンシールド機１が下向き方向の推進沈下傾向である場合では、オープンシールド機が上向きの大きな力を切羽地山からキャップボックス管１７の傾斜面１８を介して得ることができるので、オープンシールド機１を上向きへ戻す制御がしやすくなる。

キャップボックス管１７の傾斜面１８が上向きの場合、オープンシールド機１の推進に伴い切羽地山に傾斜面１８が当接すると、キャップボックス管１７は傾斜面１８を介して切羽地山から斜め下方の反力が得られる。

したがって、図３で、オープンシールド機１が断面方向で時計周りにローリングしている場合で、前記キャップボックス管１７を図３の図示とは逆に左側のスライド土留板９に装着してオープンシールド機１が推進すると、オープンシールド機１のローリングを修正することができる。

なお、オープンシールド機１は断面方向で左右シンメトリーであり、また、左右に配設されているスライド土留板９も同一形状である。したがって、キャップボックス管１７は傾斜面１８が上下、左右の向きのものを選択して使用することもできる。

オープンシールド機１の左右に配設されたスライド土留板９のいずれか一方の側の複数のスライド土留板９にキャップボックス管１７を設置した場合、例えば、図３に示すようにオープンシールド機が断面方向で時計回りにローリングしている場合で、刃先部材を１つだけ装着した場合より大きな上向きの反力を切羽地山から得ることができるので、ローリングの修正がよりしやすくなる。

また、端面が上向きのキャップボックス管１７を、オープンシールド機１の左右両側のスライド土留板９に複数設置した場合は、例えば、オープンシールド機１が上向き方向の上昇推進傾向である場合では、オープンシールド機が下向きの大きな力を切羽地山から前記傾斜面１８を介して得ることができるので、オープンシールド機１を下向きへ戻す制御がしやすくなる。

以上ローリングの修正について述べたが、ピッチング、ヨーイングに対する修正も傾斜面１８の選択で行うことができる。

また、前記姿勢制御はオープンシールド機１のフロント部２に対するものとして行うが、それにともなうテール部５の姿勢制御はシールドジャッキ３と中折ジャッキ１１により行える。

１…オープンシールド機 ２…フロント部
３…推進ジャッキ（シールドジャッキ）
４…コンクリート函体 ５…テール部
６…掘削機 ７…発進坑
８…反力壁 ９…スライド土留板
１０…スライドジャッキ １１…中折ジャッキ
１２…隔壁 １３…プレスバー（押角）
１４…揚重機 １５…裏込注入材
１７…キャップボックス管
１８…傾斜面 １９…補強材

Claims (2)

1. 左右の側壁板とこれら側壁板と同程度の長さでその間を連結する底板とからなる、前面、後面及び上面を開口したオープンシールド機で、機体を前後方向で複数に分割し、フロント部としての前方の機体の後端にテール部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、フロント部の前端にスライド土留板を設けて可動分割刃口としたオープンシールド機を使用し、
   オープンシールド機の前面または上面開口より前方の上砂を掘削・排土する工程と、オープンシールド機に配設された推進ジャッキを伸長してコンクリート函体を反力にしてオープンシールド機を前進させる工程と、シールド機のテール部内で縮めたオープンシールド機に配設された推進ジャッキの後方に新たな地中構造物を形成するコンクリート函体を上方から吊り降ろしてセットする工程とを適宜繰り返して順次地中構造物を形成するコンクリート函体を縦列に埋設するオープンシールド工法において、
   前部外面に掘進抵抗を地盤から受けてオープンシールド機の機体を傾かせるための傾斜面を設けたキャップボックス管をスライド土留板に嵌め、切羽地山に前記キャップボックス管の傾斜面が当たり、切羽地山からの反力を得て推進時のオープンシールド機の姿勢制御をおこなうことを特徴としたオープンシールド工法。
2. 左右の側壁板とこれら側壁板と同程度の長さでその間を連結する底板とからなる、前面、後面及び上面を開口したシールド機で、機体を前後方向で複数に分割し、フロント部としての前方の機体の後端にテール部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、フロント部の前端にスライド土留板を設けて可動分割刃口としたオープンシールド機において、
   前部外面に掘進抵抗を地盤から受けてオープンシールド機の機体を傾かせるための傾斜面を設けたキャップボックス管をスライド土留板に嵌めたことを特徴とするオープンシールド機。

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