JPH0387499A - シールド工法における押出・空隙量の算出方法 - 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 この発明はシールド工法における押出・空隙量の算出方
法に関する。

従来の技術 シールド工法においては、シールド機の掘進に伴いシー
ルド機の前後の重量差、推進ジヤツキの稼働状態或いは
フェースカッタの回転方向地山の状態等の要因により大
なり小なり蛇行を生じ、この蛇行により、シールド機の
外周面に押出・空隙部が発生する。

そしてこの押出・空隙部の発生により、地表面沈下を生
じたり、地下埋設構造物に影響を与えたりするので、こ
れを裏込め注入等により充填することが行われている。

発明が解決しようとする課題 ところで従来はこのような押出・空隙部の空隙量を正確
に算出する方法がなく、したがってその充填に必要な裏
込め注入量を正確に決定することができない等施工管理
が正常に行われにぐいという問題がある。

そこでこの発明の目的は、前記押出・空隙量が正確に算
出できて、施工管理が正常に行われるのに資することの
できる押出・空隙量の算出方法を提供することである。

課題を解決するための手段 上記の目的を遠戚するために、この発明は、シールド機
の後方に設けられた位置検出器により、シールド機の位
置をこのシールド機の任意の位置に設けた基準点の任意
の点を原点とする座標で求め、シールド機が前回位置か
ら今回位置へ蛇行して１掘進する場合、上記位置検出器
によりシールド機が掘進開始から終了まで分割してシー
ルド機の掘進方向に直角な面内でシールド機の外周面と
地山との間に生ずる押出・空隙の面積を算出し、更に上
記位置検出器により、掘進開始から終了までシールド機
の基準点の軸方向の移動量を分割して計測し、上記面積
とこの移動量から上記押出・空隙部の体積量を算出する
。

作　　　用 シールド機の後方に設けられた位置検出器により、シー
ルド機の位置をこのシールド機の任意の位置に設けた基
準点の任意の点を原点とする座標で求め、シールド機が
前回位置から今回位置へ１ｕＡ進したときシールド機の
掘進方向に直角な面内でシールド機の地山と外周面との
間に生ずる押出・空隙の体積を算出するためシールド機
が掘進を開始してから終了まで分割して上記シールド機
の基準点の移動量を前記位置検出器で検出して座標上の
変動量として求め、分割してそれぞれの押出・空隙部の
面積を算出し、シールド機の輪方向の移動量を分割して
上記シールド機の基準点と上記位置検出器から求め、上
記面積を上記シールド機の軸方向に積分して上記各部の
体積量を求める。

実施例 シールド機の概要は、第１図に示すとおりで、シールド
機１の外周は、スキンプレート２によって構成され、前
面部分にはフェースカッタ３が装着され、これのフェー
スカッタ３を図示してい１２い駆動装置で回転させなが
ら地山に押し付けることにより、地山がこのカッタ３で
掘削されるにの掘削によるシールド機１の進行方向は矢
印で示す。掘削された土砂は、フェースカッタ３の後方
に設けられたスクリューコンベヤ等（図示せず）より地
上に排出される。掘削された後の空間部にはセグメント
５が配設されてトンネル坑道が構築されてゆく。またフ
ェースカッタ３の先端部には、フェースカッタ３の掘削
円を大きくするためフェースカッタ３の外周より外側を
掘削するコピーカッタ４が内蔵されている。このコピー
カッタ４は、例えばシールド機１を右方向に曲げて進め
ようとする場合右側掘削の際だけコピーカッタ４を突出
させ、その分だけ地山とシールド機１との間に間隙を生
じさせてシールド機１を曲進させるのに使用される。

次に押出・空隙量を計算するため、シールド機１の外周
面と地山との間に生ずる押出・空隙部の面積計算につい
て述べる。

第２図においてシールド機１は、任意の点Ｏを原点とす
る座標軸Ｘ、Ｙ、Ｚに対して座標（Ｘ＾。

ＹＡ、　Ｚ＾）及び（ＸＢ、　ＹＢ、　ＺＢ）に位置す
るシールド機１の前後面中心点からなる基準点Ａ。

Ｂが置かれる。このようなシールド機１が前回位置ＬＯ
から、今回位置Ｌ１まで掘進して基準点Ａ、ＢがＣ，Ｄ
に移動すると、その座標Ｃ，Ｄは（Ｘ（、Ｙｃ、　Ｚｃ
）及び（ＸＤ、　Ｙｏ、　Ｚｏ）となる、この座標は便
宜上、Ｘ、Ｙ軸を水平面とし、原点ＯからＹ軸の正の方
向を見たときＸ軸の正の方向が右となり、上方がＺ軸と
なるように表わされている。

また、シールド機ｌの座標を、シールド機ｌの前後面中
心点を基準点Ａ、Ｂとして決めたが、この座標系では、
この基準点をシールド機１のどこに選んでも理論上差し
支えない。しかしシールド機１が円筒形であるために、
その円筒形の端面である円の中心に座標点を選べば計算
が容易となる。

第３図は、シールド機１の移動量を座標系で捉える位置
検出装置を示したちので、シールド機１の内側には予め
決められた位置にターゲット７が固定され、このターゲ
ット７にシールドｙ＆ｌの後端より後方に配設されたレ
ーザトランシット８のレーザ光Ｋを照射する。このレー
ザトランシット８の位置は一般的な路線測量によって求
められる。このレーザ光にの光の方向及び光波圧＠Ｑは
、レーザトランシット８で測定され、レーザ光にの当る
Ｅ、Ｆ点を測定してシールド機１の横移動縦移動、角度
を測定し、これらのデータから従来におけると同様にし
て基準点Ａ、Ｂの座標変換量の計算を行なう。

このようなレーザトランシット８の代りにジャイロコン
パス等を用いてもよい。

この発明による面積の計算は、シールド機が１掘進する
間に何回かの掘進距離に分割され、この分割掘進毎に面
積が計算される。

上記したシールド機の分割掘進について何回分割掘進さ
せ、何回面積計算を行なうか又、それぞれの分割掘進距
離をどれだけにするかは。

この発明とは別の技術であるシールド機の方向制御で得
られた情報に基づき定められる。勿論分割回数が多く、
１掘道中の面積計算のデータ量が多ければ、それだけ精
密な押出・空隙量の計算ができる訳であるが、この発明
においては、上記したようにシールド機の方向制御で得
られた情報に基づき、シールド機が１掘進する間何回分
割して面積計算を行うか、又分割した分割掘進量も等分
されるのではなく、それぞれの分割掘進距離を定める。

第４図は、シールド機１が掘進方向に直角な面内で掘進
前のシールド機１の中心Ｐ点から掘進後の中心点Ｑまで
ｄだけシールド機がズした状態を示したものである。

シールド機１が移動すると同時に押出部工、空隙部Ｊの
面積計算が開始され、掘進が終了するまで継続される。

上記押出部Ｉ及び空隙部Ｊの面積の計算は第４図から明
らかなようにシールド機１が掘進中ＰからＱまで中心位
置がｄだけ動いたとき■及びＪの面積は、シールド機１
の半径をＲとすれば２Ｒｄとなる（°、゛第４第４休全
面積は、２Ｒ−ｄ＋πＲ２、よってＩ＝２Ｒ・ｄ＋πＲ
２−πＲ２＝２Ｒ−ｄ、Ｊ＝２Ｒ−ｄ＋πＲ２−πＲ２
＝２Ｒ−ｄ）、従って、求められたＩ、Ｊの面積をＹの
方向で積分すれば、押出・空隙量が求まる。

次に、押出・空隙部にシールド機外周面の履歴、即ちシ
ールド機１の外周面を成る時点に限定せず、シールド機
１が１掘進する前と１掘進した後の時間的経過を考慮し
、コピーカッタを使用した場合も考えて押出・空隙部の
生成過程を調査した結果、押出部は地山押出部と空隙押
出部；空隙部は、押無空隙部と押有空隙部とに区分され
るということが分った。以降これらの地山押出部と空隙
押出部、押無空隙部、押有空隙部の体積の計算方法につ
いて述べる。

これら各４部分の名称は、この発明の説明に用いるため
に下記に示す意味の定義づけを行ったものである。それ
では、上記各４の説明を前記の履歴を併わせて行うこと
とする。

第５図（Ａ）は、コピーカッタを使用しないで掘削して
いる状態を示し、シールド機１が前回位置ＬＯから今回
位置Ｌ１まで１掘進したとき、１、　地山押出部Ｓは、
前回位置ＬＯのときは地山であったが、前回位置ＬＯか
ら今回位置Ｌ１までシールド機１が進むことにより、こ
の部分Ｓはスキンプレート２（第１図）で外側に押出さ
れてできた空所である。

２、　空隙押出部Ｔは、シールド機が前回位置ＬＯまで
掘進した時点でフェースカッタ３　（第１図）で掘削さ
れて既に空所となっている部分で、この空所は、シール
ド機１が今回位置Ｌ１まで進む間にスキンプレート２（
第１図）により外側に押出されて形成される。

３、　押無空隙部Ｕは、フェースカッタ３（第１図）が
、前回位置ＬＯから今回位置Ｌ１まで掘削したことによ
り生じたものであり、地山を押出した履歴はない。

４、　押有空隙部Ｖは、以前地山押出部となっていた個
所が前回位置ＬＯから今回位置Ｌ１まで掘進したことに
より生じた空所である。

次にコピーカッタ４（第１図）を用いた場合を第５図（
Ｂ）で説明すると、この場合はシールド機１の図面に向
って左側が拡幅されている状況が示されており５シ一ル
ド機１が前回位置ＬＯから今回位置Ｌ１まで掘進したと
き第５図（Ａ）とは状況が異なり。

１、　地山押出部Ｓは、コピーカッタ４が掘削した影響
があり、わずかな量出現する。

２、　空隙押出部Ｔは、シールド機１の外側部は。

第５図（Ａ）の場合とほぼ同様であるがシールド機の湾
曲内側部にも出現して、一部分は、押無空隙部Ｕと重複
する。

３、　押無空隙部Ｕが最も多量に出現する。

４、　押有空隙部Ｖは、コピーカッタ４の影響をうけて
、第５図（Ａ）の場合よりも著しく少量となって現われ
る。

なお、押無空隙部Ｕは、第９図に示す通り。

コピーカッタ４が使用される時点から急増する。

図示するようにシールドｔｌｌｌが２４ｍ進んだ時点で
コピーカッタ４が使用され（その使用時点を点Ｐで示し
である。）コピーカッタ４が使用されたＰ点以降は、押
無空隙部Ｕを示す線は急カーブで上昇している。このコ
ピーカッタ４は、例えばシールド機１を右方向に曲げて
進めようとする場合右側だけコピーカッタ４を突出させ
れば、その分だけ地山とシールド機１との間に間隙を生
ずるのでシールド機１が曲り易くなる。

次に押出・空隙量を計算するためシールド機１の座標と
シールド機１の外周面に生ずる外周内部分の面積計算に
ついて述べる。

第２図においてシールド機ｌは、任意の点０を原点とす
るｘ、ｙ、ｚ軸座標上にシールド機の前後面中心点から
なる基準点Ａ、Ｂが置かれていて、これらの基準点Ａ、
Ｂは（Ｘ　Ａ　、　Ｙ　Ａ　。

Ｚ＾）、（Ｘａ、　Ｙｓ、　ＺＢ）で表わされるが、こ
の座標は便宜上Ｘ、Ｙ軸を水平面とし、原点０からＹ軸
の正の方向を見たときＸ軸の正の方向が右となり上方が
２軸となるように表わされている。

また、シールド機１の座標を、シールド機１の前後面中
心点を基準として定めたが、この座標系では、この基準
点をシールド機１のどこに選んでも理論上は差し支えな
い。しかしシールド機１が円筒形であるためにその円筒
形の端面である円の中心に座標点を選べば計算が容易と
なる。

シールド機１の位置検出装置は、既に第３図で詳細に説
明した通りである。

シールド機１が移動すると同時に押出・空隙部、即ち、
地山押出部Ｓ、空隙押出部Ｔ、押無空隙部Ｕ及び押有空
隙部Ｖの計算が開始され、掘進が終了するまで継続され
る。上記各押出・空隙部がシールド機１の掘進に伴ない
、増加する態様を第９図のグラフに示す。

上記の各押出・空隙量は、シールド機１の成る位置のシ
ールド機１の進行方向に直角な面で、シールド機１の外
周面に生ずる各外周内部分の面積を計算し、これを進行
方向に積分することによって求められる。

ここで地山押出部Ｓの計算方法を第６図を用いて説明す
ると、第６図は、シールド機１の掘削中心０１が前回位
置中心０２へ、更に現在位置中心０３へと矢印に示すよ
うに移動した場合の断面を示しシールド機１の外周面に
地山押出部Ｓが出現した場合を表わしている。地山押出
部の理論式は、前回までの最外周の外（Ａ）ａｎｄ現在
断面内（Ｂ）で表わされ、それぞれの斜線で区切られた
部分Ｓが地山押出部である。しかしてその面積は、全周
２π（ラジアン）をｎ等分し、ｎ等分された微小角がΔ
θ（で示され、この微小角Δθｔに相当する微小面積は
ΔＳＬ＝ΔθＬ／　２　（ｒ２ｏｕｔ−ｒ２ｉｎ）で示
される。

ここでｒｏｕｔは外側半径、ｒｉｎは内側半径を示す。

従って地山押出部円弧面積ＳＡは、ＳＡ＝ΣΔＳ＝Δθ
１／２　（ｒ２ｏｕｔ−ｒ２ｉｎ）＋Δｆ）　２／２（
ｒ２ｏｕｔ−ｒ２ｉｎ）＋Δθ３／２（ｒ２ｏｕｔ−ｒ
２ｉｎ）　＋＝−十ΔθＬ／２　（ｒ２ｏｕｔ−ｒ２ｉ
ｎ）　−１−＋ΔＯｎ／Ｚ（ｒ２ｏｕｔ−ｒ２ｉｎ）と
なる。

このようにして地山押出部の面積ＳＡが求められれば、
この面積ＳＡをシールド機１の軸方向に積分すれば地山
押出部Ｓの体積が求められる。ただしｒｏｕｔ）ｒｉｎ
の条件を満す時のみ地山押出部Ｓは存在する。その他空
隙押出部Ｔ、押無空隙部Ｕ及び押有空隙部Ｖも同様な方
法で算出される。

第７図Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれ空隙押出部Ｔ、押無空隙
部Ｕ及び押有空隙部Ｖを第６図と同様に表わしたもので
それぞれの論理式は。

空隙押出部Ｔ＝前回までの最外周内（ハ）ａｎｄ前回断
面外（ニ）ａｎｄ現在断面内（ロ）；押無空隙部Ｕ＝現
在断面外（ホ）ａｎｄ　ｍ削断面内（へ）ａｎｄ現在断
面外（ト）； 押有空隙部Ｖ＝掘削断面外（チ）ａｎｄ現在断面外（す
）ａｎｄ前回断面内（ト）で表わされ、そして上記理論
式中の境界線（ハ）（ニ）（ホ）（へ）（ト）等は、そ
れぞれ斜線をもって示してあり、これらの斜線で区切ら
れた部分が、それぞれ空隙押出部Ｔ、押無空隙部Ｕ及び
押有空隙部Ｖを示している。

以上は、押出・空隙量の算出方法について述べたが、同
様の計算手段でシールド機１のテール部に発生するテー
ルボイド量を求めることもできる。第８図は、シールド
機１の後端部の縦断面を示すもので、（Ａ）は前回位置
、（Ｂ）は今回位置の状態を示す、第８図（Ａ）では、
シールド機１のスキンプレート２の外側にテール空隙部
ＩＯが存在しており、スキンプレート２のテール部は、
既設裏込め注入１１に接している。１掘進が終った状態
が第８図（Ｂ）でシールド機１が第８図（Ｂ）に示す今
回位置に進行し、スキンプレート２ち進行してスキンプ
レート２のテール部と既設裏込め注入１１との間にはテ
ールボイド１２が出現し、その外方にテール空隙部１０
が出現する。このテールボイドＩＩ及びテール空隙部１
０はテールボイド量であり、この空間には裏込めが注入
される。従って、テールボイド量が知れれば裏込め注入
量を正確に把握できる。

次に実際の工事例から具体例を示す。

シールド機寸法；外径７，０００＋ｎ＋ｎ、長さ６．０
００ｍｍ掘進全計測区間；３６，０００ｍａ＋、直線部
２４．０００ｍ曲線部１２．０００ｍｎ＋ （半径、　１００ｍ）の 左回り円弧区間 第９図は、上記条件で、掘削開始から終了までの掘削全
計測区間における地山押出部Ｓ、空隙押出部Ｔ、押無空
隙部Ｕ及び押有空隙部Ｖの累積量を示したグラフであっ
て、直線部２４．０００閣掘削したとき点Ｐでコピーカ
ッタの使用を開始したものである。第５図の（Ｂ）に示
すように、コピーカッタを使用した場合は、使用しない
場合に比較して著るしく地山押出部Ｓが減少し、押無空
隙部Ｕが増大する。これは、コピーカッタの使用により
、地山を押出す量が少くなり、従って地盤に対する影響
も少なくシールド機の推進力も少くてすむことが分る。

発明の効果 以上詳述したようにこの発明によれば、シールド機の掘
進に伴い生ずる押出・空隙量の生成過程や、その量を数
量的に把握できるので、例えば地山を押出してシールド
機が進むとき地山押出部の量の多寡が分り、地山の移動
による地中構造物に対する影響が予測できるとともに施
工精度の向上に寄与できる。また押出・空隙部の量から
裏込め注入量も正確に把握できるなどのシールド工法の
精度向上やシールド工法の施工管理の容易化に効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれもこの発明の実施例を示すちので第１図は
、シールド機の概略斜視図、第２図は、シールド機の座
標を説明する座標図、第３図は、シールド機の位置を知
るためのレーザ光を使用した位置検出器の概略側面図、
第４図はシールド機が掘進したときに生ずる押出・空隙
部を示す水平断面図、第５図は、シールド機が円弧上を
掘進した場合の押出・空隙部を説明する水平断面図、第
６図は、シールド機が円弧上を掘進したときに生ずる地
山押出部のシールド機掘進方向に直角な面を示す断面図
、第７図Ａ。 Ｂ、Ｃは、第６図に示した以外のそれぞれ空隙押出部Ｔ
、押無空隙部Ｕ及び押有空隙部Ｖの断面図、第８図は、
シールド機のテール部に発生する空隙部の説明図、第９
図は、この発明の計算結果の例を示すグラフである。 Ａ・・・シールド機前面中心点　　Ｂ・・・シールド機
後面中心点Ｃ・・・シールド機前面中心点　　Ｄ・・・
シールド機後面中心点Ｓ・・・地山押出部　　　　　　
　Ｔ・・・空隙押出部Ｕ・・・押無空隙部　　　　　　
　Ｖ・・・押有空隙部Ｋ・・・レーザ光　　　　　　　
　Ｇ・・・地山ＳＡ・・・地山押出部円弧面積　　　Ｅ
Ｆ・・・ターゲット測定点Ｑ・・・光波距離　　　　Δ
θ・・・円周をｎ分割した時の微少角ΔＳ・・・Δθに
相当する地山押出部の微少面積Ｐ・・・押出部　　　　
　　　　　Ｑ・・・空隙部ＬＯ・・・前回位置　　　　
　　　　ｔｉ・・・今回位置Ｒ・・・シールド機半径 １・・・シールド機 ２・・・スキンプレート ３・・・フェースカッタ ４・・・コピーカッタ ７・・・ターゲット ０１・・・掘削中心 ０２・・・前回位置中心 ０３・・・現在位置中心 ５・・・セグメント ８・・・レーザートランシフト １０・・・テール空隙部 １１・・・既設裏込め注入 １ｚ・・・テールボイド部 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 （Ａ） （８） 第８図 （Ａ） （Ｂ） 押出・空隙量 （−）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、シールド機の後方に設けられた位置検出器により、
   シールド機の位置をこのシールド機の任意の位置に設け
   た基準点の任意の点を原点とする座標で求め、シールド
   機が前回位置から今回位置へ蛇行して１掘進する場合、
   上記位置検出器によりシールド機が掘進開始から終了ま
   で分割してシールド機の掘進方向に直角な面内でシール
   ド機の外周面と地山との間に生ずる押出・空隙の面積を
   算出し、更に上記位置検出器により、掘進開始から終了
   までシールド機の基準点の軸方向の移動量を分割して計
   測し、上記面積とこの移動量から上記押出・空隙部の体
   積量を算出することを特徴とするシールド工法における
   押出・空隙量の算出方法。