JPH03212595A - 掘削とセグメント組立とを併行に行うシールド工法及びこれに用いるシールド掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、地中にトンネルを施工するための掘削とセ
グメント組立とを併行に行うシールド工法及びこれに用
いるシールド掘削機に関するものである。

「従来の技術」 近年、工期短縮を目的として、一部のシールドジヤツキ
を用いてシールド掘削機の推進動作をしつつ、その他の
部分でセグメントを組み立でることで同時施工を行おう
とする試みが提案されている。このような試みの一例と
して、シールドジヤツキをセグメント２リング分以上伸
ばせるストロークとし、シールドジャ７キがセグメント
のｌすング分以上伸びたときに部分的にシールドジヤツ
キを戻し、セグメントを組み立てるような方法がある（
たとえば特開昭６０−２６７９７号公報）「発明が解決
しようとする課題」 しかし、従来は、シールドジヤツキのストロークをそれ
ぞれ異ならせることで掘削機の姿勢制御を行っており、
この場合、シールドジヤツキをセグメントの端部から離
した際に発生する偶力のため、シールド機に回転モーメ
ントが作用してシールド機の姿勢制御が困難になる、と
いう事態が生じていた。従って、シールドジヤツキの一
部でもセグメントの先端から離した状態でのシールド機
の推進動作は大変困難であり、シールドジヤツキによる
推進動作とセグメントの組立動作とを同時に行うことは
困難であった。

「課題を解決するための手段」 そこでこの発明のうち第１の請求項に係る発明は、シー
ルド掘削機後端部で覆工体を組み立てつつこの覆工体の
端部に反力を取ることでシールド掘削機全体を推進させ
る際に、反力を取るべき覆工体を複数の部分に分け、こ
れら各部分に順次反力を取ってシールド掘削機を推進さ
せつつそれ以外の部分において覆工体の組立を行い、か
つ、シールド掘削機先端部の首振操作でシールド掘削機
の姿勢を制御するような掘削とセグメント組立とを併行
に行うシールド工法を構成することで、前記課題を解決
せんとしている。

また、第２の請求項に係る発明は、シールド掘削機の後
端部に設けられて少なくとも覆工体の幅以上のストロー
クを有する推進用ジヤツキと、先端部にカッタを備え、
前記シールド姿勢制御装置からの操作信号で首振動作す
る掘削とセグメント組立とを併行に行うシールド工法に
用いるシールド掘削機を構成することで、前記課題を解
決せんとしている。

ここで、シールド掘削機の先端部をシールド掘削機本体
の周方向に延在する環状の球面部に支承させることが好
ましい。

「実施例」 以下、図面を参照してこの発明の実施例について詳細に
説明する。

第１図ないし第２図は、この発明の一実施例である掘削
とセグメント組立とを併行に行うシールド掘削機を示す
図である。これら図において、符号１全体で表されるも
のはシールド掘削機であり、このシールド掘削機１は、
外形筒状に形成されたスキンプレート２と、このスキン
プレート２の前端部に設けられ、図示されない支持部に
より回動自在に支持されたカッタ３と、スキンプレート
２の後端部に設けられ、このスキンプレート２の周方向
に間隔を置いて配置された複数個のシールドジヤツキ４
．４、・・・とから概略構成されている。

このシールド掘削機１は、そのスキンプレート２がカッ
タ３後方にある仕切板（バルクヘッド）５の直後力で前
後に２分割されることで、それぞれ前部シールドｌａ、
後部シールド１ｂに分割されている。そして、これら前
部、後部シールド１ａ、１ｂ間には球面座６が介在され
ることで、前部シールド１ａと後部シールドｌｂとが３
６０゜いずれの方向へも首振自在に枢支されている。

具体的には、後部シールド１ｂの先端には、そのスキン
プレート２の前端部から連なる摺動板６ａがシールド１
ｂの内方かつ前方に向けて延出されていると共に、前部
シールド１ａの後端には、そのスキンプレート２の後端
部から連なる摺動板６ｂがシールド１ａの内方かつ前方
に向けて延出され、これら摺動板６ａ、６ｂが同一曲率
の球面に形成されて互いに当接されることで、球面座６
が構成されている。なお、この摺動板６ａ、６ｂを構成
する球面であるが、中心がシールド掘削機１の軸心上に
あり、半径がスキンプレート２の半径以上の球を、その
半径に垂直で互いに平行な２面で切断することで得られ
る球面であることが望ましい。

また、これら前部、後部シールド１ａ、１ｂは互いに首
振用ジヤツキ７．７、・・・及び密着用ジヤツキ８．８
、・・・により連結されている。

すなわち、首振用ジヤツキ７は、その後端部が後部シー
ルド１ｂの先端部にビン接合されていると共に、その前
端部が前部シールドｌａの後端部にビン接合され、しか
も、前部シールド１ａとの接合部が後部シールド１ｂと
の接合部よりシールド掘削機１の内方に偏っていること
で、ジャッキ７全体が斜め前方に配置されている。さら
に、本実施例では、第２図に示すように首振用ジヤツキ
７、・・・は８本用意されており、これらジヤツキ７、
・・・は、互いに直交してシールド掘削機１の軸心を通
る軸線９．９を挾んで２本１組とされ、シールド掘削機
１の軸心に向かって「ハ」の字を描くように軸線９．９
に線対称な位置に配置されている。

これにより、首振用ジヤツキ７、・・・の伸縮により前
部シールド１ａの首振動作が可能となると共に、シール
ド掘削機ｌの軸心回りの回転（ローリング）に対して前
部、後部シールド１ａ、１ｂを一体化することが可能と
なる。

一方、前記密着用ジヤツキ８、・・・はシールド掘削機
１の軸心に略平行となるように、その端部がそれぞれ前
部、後部シールド１ａ、１ｂにビン接合されている。ま
た、第２図に示すように、密着用ジヤツキ８、・・・は
前記軸線９．９上に４本配置されている。この密着用ジ
ヤツキ８、・・・は、首振用ジヤツキ７、・・・による
首振動作時に前部、後部シールドｌａ、ｌｂを互いに引
っ張って近接させることで、前記球面座６がらの土砂、
水等の侵入を防止する役割を有する。

また、前部シールド１ａには、第１図に示すように、掘
削切羽の土質を測定する測定装置１０がその中心部に設
けられている。この測定装置１０は、後端部にある押出
ジヤツキ１１により前後方向に水平に移動自在とされた
棒状のロッド１２と、このロッド１２の外側面を囲繞す
る外筒１３と、この外筒１３の外周に設けられた螺旋状
のスクリュー１４と、スクリュー１４を囲繞する筒状の
ケーシング１５と、外筒１３及びスクリュー１４を一体
に回動及び水平前後動させるモータ１６、ジヤツキ１７
とから構成されている。ジヤツキ１１のストロークはセ
グメント２０の１リング分以上を確保している。

なお、本実施例では、シールドジヤツキ４、・・・のス
トロークはセグメント２０の２リング分以上とされてい
る。また、シールド掘削機ｌ全体の動作は図示されない
シールド制御装置により制御されている。

次に、第１図ないし第３図を参照して、この発明の一実
施例である掘削とセグメント組立とを併行に行うシール
ド工法について説明する。

■　シールド掘削機による推進及び覆工シールド掘削機
ｌの後端部に設けられたシールドジヤツキ４、・・・は
、２グループ、例えば１個おきのグループに予め分けら
れている。そして、これらグループのうち一方のグルー
プに属するシールドジヤツキ４、・・・を伸長させて、
セグメント２０、・・・端部に反力を取ってシールド掘
削機１を推進させることで、セグメント２０組立とシー
ルド掘削機ｌの推進の同時施工を行う。

すなわち、一方のグループのシールドジヤツキ４、・・
・によりシールド掘削機１の推進動作を行っている際に
は、他方のグループのシールドジヤツキ４、・・・を短
縮させて、その隙間にセグメント２０、・・・を組み立
てる。このセグメント２０、・・・は、その後方にある
既に組立完了したセグメント２０の端部にボルト等で接
合する。

他方のシールドジヤツキ４、・・・の隙間にセグメント
２０、・・・を全て組み立てたら、今度は他方のシール
ドジヤツキ４、・・・によりシールド掘削機１の推進動
作を行いつつ、一方のシールドジヤツキ４、・・・を短
縮させて、その隙間にセグメント２０、・・・を組み立
てる。これにより、ｌリン７分のセグメント２０．・・
・の組立が終了する。この際、各シールドジヤツキ４、
・・・のストロークが２リング分以上確保されているこ
とから、シールド掘削機１の推進作業を途切れさせるこ
となくセグメント２０、・・・の組立作業を行うことが
できる。

■　シールドの姿勢制御 １リング分のシールド掘削機ｌの推進及びセグメント２
０、・・・組立の間にシールド掘削機１の姿勢を測定し
、その修正の度合を確認する。そして、シールド掘削機
１が設定した推進線に乗っている場合はそのまま推進を
続行し、乗っていない場合は首振用ジヤツキ７、・・・
の伸縮量を再度設定し直す。

すなわち、各種計測装置から得られるシールド掘削機１
の姿勢データに基づいて、シールド掘削機１の現時点で
の姿勢を前記制御装置により算出する。この姿勢データ
は、従来のシールド掘削機の姿勢制御のために用いられ
るデータでよく、例えばシールド掘削機に内蔵したピッ
チング計、ローリング計、テールクリアランス測定装置
、あるいはレーザビーム式方向検出装置等からのデータ
が好適に使用可能である。

また、前記検出装置１０により、掘削切羽の土質を測定
する。まず、押出ジヤツキ１１を伸長させることで、ロ
ッド１２を所定長さだけ切羽に向けて貫入させ、その貫
入抵抗をジヤツキ１１に加えた力で算出する。次に、モ
ータ１６及びジヤツキ１７を作動させることで、外筒１
３及びスクリュー〕４を回転させつつケーシング１５と
共に前進させ、ロッド１２の押出長さだけスクリュー１
４等が前進したら回転、前進動作を停止する。この際、
ロッド１２は停止させておく。この状態で更にロッド１
２を所定長さだけ切羽に向けて貫入させ、その貫入抵抗
を算出する。なお、ロッド１２の貫入長さはセグメント
２０の１リング分以上とする。

このようにロッド１２を２段階に分けて切羽に向けて貫
入させるのは、ロッド１２を深く貫入させた時の地山の
圧密の影響を少なくすること、ロッド１２の強度を確保
すること、及び、カッタ３からの影響を受けた領域と真
の地山の強度領域とを分けて測定することを目的とする
からである。

次ニ、ロッド１２の貫入抵抗がら切羽の土質を測定する
。まず、ロッド１２の貫入抵抗は次式で表される。

ｑ　ｃ＝ ここで、 ｑＣ：単位面積当り貫入抵抗（ｋｇｆ／ｃｍ２）Ｑ　：
ジャッキ１１から得られる貫入抵抗値（ｋｇｆ） Ａ　：ロッド１２の断面積（０ｍ２） なお、ロッド１２の自重による摩擦抵抗は、貫入方向が
水平でしかも貫入距離が短いために無視する。また、Ｑ
は、ジヤツキ１１のヘッド側圧力とロッド側圧力の双方
を計測し、その差圧から計算した値より無負荷時の摺動
抵抗を引いたものとする。

π　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　πＱ　
＝−一刊５２（Ｐｈ−Ｐｆｈ）−一一六ｄｓ２−ｄｒ２
）（Ｐｒ−Ｐｆｒ）４ ここで、 ｄｓニジリンダ内径（Ｃｍ） ｄｒニジリンダロッド径（ａｍ） Ｐｈ、シリンダヘッド側圧力（ｋｇｆ／ｃｍ　２）Ｐｒ
：シリンダロッド側圧力（ｋｇｆ／ｃｍ２）Ｐｆｈ：無
負荷時のシリンダヘッド側圧力（ｋｇｆ／ａｍ　２）Ｐ
ｒｈ　：無負荷時のシリンダロッド側圧力（ｋｇｆ／ｃ
ｍ　２）以上の式より得られたｑｃと、排土された土の
性状、あるいは予め実施されたポーリングデータにより
判明している土質とから、次式により切羽付近の土の強
度を知ることができる（土質工学金偏「土質調査法」参
照）。

ｑｃ＝ｎ、、Ｉ）ＸＮ ｑ　Ｃｍ　　１　４−１　７ＸＣｕ （ただし、内部摩擦角ψ弁０の粘土） ここで、 Ｎ　：標準貫入試験打撃回数（Ｎ値） ｎｓ、）：静的動的貫入抵抗比（土質によって異なるが
２〜６、但し洪積砂礫を除く） Ｃｕ：粘土の粘着力 よって、この検出装置１０により、切羽の土質の強度あ
るいは摩擦抵抗を測定することが可能となる。

そして、前述したシールド掘削機１の姿勢データ及び検
出装置１０により得られた地山強度、摩擦抵抗力データ
を制御装置に加算し、これらデータを考慮して、制御装
置内に予め記憶されているシールド掘削機１のステアリ
ング特性（すなわち前部シールド１ａの首振動作に対す
るシールド掘削機ｌ全体の姿勢変更の度合）に基づいて
姿勢修正のための推進軌道の曲率半径及び推進距離を設
定し、首振用ジヤツキ７、・・・の伸縮量を決定する。

なお、通常はシールドジヤツキ４、・・・のストローク
を全て同一とするが、前部シールド１ａの首振動作だけ
では姿勢制御ができない場合にのみジヤツキパターンの
変更によってもシールド掘削機１の姿勢制御を行うもの
とする。

このようにして、シールド掘削機１の姿勢制御を行いつ
つ、シールド掘削機ｌの推進及びセグメント２０、・・
・の組立を同時に行うことで、地盤中にトンネルを施工
するのである。

従って、本実施例によれば、前部シールドｌａを後部シ
ールドｌｂに対して相対的に首振可能としているので、
この前部シールド１ａの首振動作によりシールド掘削機
１全体の姿勢制御を行うことができる。これにより、シ
ールドジヤツキ４、・・・のストロークを全て同一にし
てシールド掘削機ｌの推進動作を行うことができ、シー
ルド掘削機ｌの姿勢制御が簡易なものとなる。これによ
り、シールドジヤツキ４、・・の一部をセグメント２０
、・・・の端部から離した状態でもシールド掘削機１の
推進動作を行うことができ、また、シールドジヤツキ４
、・・・を２グループに分けて交互に推進動作を行わせ
ることで、セグメント２０、・・・組立動作との同時施
工が可能となる。

加えて、シールド掘削機１先端部、すなわち前部シール
ド１ａでシールド掘削機１全体の舵取りを行うため、前
部シールド１ａの首振動作に連れて速やかにシールド掘
削機１の姿勢も変化する、という優れた利点も有する。

しかも、本実施例では切羽の土質を検出する検出装置１
０をシールド掘削機１に設けており、従来の数百ｍおき
のポーリングデータに頼ったシールド機の姿勢制御に比
較して、現実の切羽の土質に対応したきめ細かなシール
ド掘削機１の姿勢制御が可能となる。

なお、この発明の掘削とセグメント組立とを併行に行う
シールド工法及びこれに用いるシールド掘削機は、その
細部が前記実施例に限定されず、種々の変形例が可能で
ある。

「発明の効果」 以上詳細に説明したように、この発明によれば、シール
ド掘削機の先端部の首振動作によりシールド掘削機全体
の姿勢制御を行っているので、シールドジヤツキのスト
ロークを全て同一にしてシールド掘削機の推進動作を行
うことができ、シールド掘削機の姿勢制御が簡易かつ確
実なものとなる。

これにより、覆工体の一部にのみ反力を取ってもシール
ド掘削機の推進動作を安定して行うことができ、これに
より、覆工体を複数の部分に分け、これら各部分につい
て順次反力を取って推進動作を行わせることで、覆工体
組立動作との同時施工が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第２図は、この発明の一実施例であるシー
ルド掘削機を示す図であって、第１図は縦断面図、第２
図は横断面図、第３図はこの発明の一実施例であるシー
ルド工法を説明するための図である。 １・・・・・・シールド掘削機、１ａ・・・・・・前部
シールド、ｌｈ・・・・・後部シールド、３・・・・・
・カッタ、４・・・・・・シルトジヤツキ、６・・・・
・・球面座、ヤンキ、８・・・・・・密着用ジヤツキ、
ント（覆工体） ７・・・・・・首振用ジ ２０・・・・・・セグメ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）シールド掘削機後端部で覆工体を組み立てつつこ
   の覆工体の端部に反力を取ることでシールド掘削機全体
   を推進させる際に、反力を取るべき覆工体を複数の部分
   に分け、これら各部分に順次反力を取ってシールド掘削
   機を推進させつつそれ以外の部分において覆工体の組立
   を行い、かつ、シールド掘削機先端部の首振操作でシー
   ルド掘削機の姿勢を制御することを特徴とする掘削とセ
   グメント組立とを併行に行うシールド工法。
2. （２）シールド掘削機の後端部に設けられて少なくとも
   覆工体の幅以上のストロークを有する推進用ジャッキと
   、先端部にはカッタを備え、前記シールド姿勢制御装置
   からの操作信号で首振動作する掘削とセグメント組立と
   を併行に行うシールド工法に用いるシールド掘削機。
3. （３）シールド掘削機の先端部はシールド掘削機本体の
   周方向に延在する環状の球面部に支承されていることを
   特徴とする請求項２記載の掘削とセグメント組立とを併
   行に行うシールド工法に用いるシールド掘削機。