JPH066875B2 - シ−ルド掘進機のライニング材現場打設制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシールド掘進機のライニング材現場打設制御方
法に係り、詳しは、型枠内に打設されたライニング材
を、テールボイドにまで圧密することができるようにし
たライニング材現場打設制御方法に関するものである。

〔従来技術〕

地中などにトンネルを形成するために採用されるシール
ド掘進工法にあっては、シールド機の掘進に伴って生じ
る地山とセグメントとの間の隙間が地表面沈下の原因と
なる。そのため、シールド本体が前進した後の空間にモ
ルタルなどの裏込め材を充填して地盤の陥没を防止する
必要がある。これを解消する手立てとして、セグメント
を使用することなくシールド本体の後方の空間に型枠を
リング状に組立て、流動状態にあるライニング材をその
型枠周囲に打設する工法がある。例えば特開昭60−1419
98号公報には、リング状に組立てられた型枠の前端にプ
レスリングを押し当て、プレスリングを介して型枠で反
力をとる一方、型枠外周面とプレスリングの後面とシー
ルド本体のスキンプレート内面とで囲まれるリング状空
間にライニング材を打設するようにしたものが記載され
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したライニング材の現場打設式によるシールド掘進
工法においては、掘進反力を後方にある程度の距離まで
連続している型枠リングで受け持たせることができるの
で、ライニング材の固化を待つことなく、シールド掘進
ができる。しかし、打設されたライニング材はその注入
した際の圧力でリング状空間に閉じ込められているだけ
であり、シールド本体が前進するとそのスキンプレート
が移動した後に生じるテールボイドへのライニング材の
充填は、ライニング材の自然流動に委ねられる。したが
って、固化した後のライニング材に所定の均質な稠密度
が得られない場合が起こる。

本発明は上述の問題を解決するためになされたもので、
その目的は、シールド本体が前進した後に生じるテール
ボイドへのライニング材の充填を確実なものとし、ま
た、その圧密のために使用されるプレスリングの軽量小
型化やプレスリング摺接面における止水性の向上を実現
することができるシールド掘進機のライニング材現場打
設制御方法を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明とシールド掘進機のライニング材現場打設制御方
法の特徴を、以下に第１図（ａ）〜（ｄ）を参照して説
明する。

トンネル壁を構築するために、掘削されたトンネル内で
リング状に組立てられた型枠内へライニング材を打設
し、掘進反力を型枠に作用させてトンネル掘進するライ
ニング材の現場打設方法において、 シールドジャッキ９を伸長させることにより、新しい型
枠２Ａ内のライニング材空間１５が、テールプレート４
ｂの前進で生じるテールボイド１５Ｍに連通する位置ま
で、シールド本体４Ａを前進させ、 プレスリング１３を押圧するためにシールド本体４Ａの
円周上に配置されたプレスジャッキ１４を、シールドジ
ャッキ９の伸長作動と連動させつつプレスリング１３の
傾きを設定範囲に納めるようにプレスジャッキ１４の伸
長作動を同調制御し、 シールドジャッキ９が所定量伸長すると上記同調制御を
解除して、シールドジャッキ９の伸長作動とは独立に、
ライニング材３の所要圧密圧力に応じた圧力がプレスリ
ング１３に作用するようにプレスジャッキ１４を圧力制
御し、 その圧力制御の間にプレスリング１３の傾きが設定範囲
外になると、プレスジャッキ１４の圧力制御を解除して
前記した同調制御を再開させ、プレスリング１３の姿勢
が補正された状態で圧力制御を再開し、 シールドジャッキ９が最大に伸長するまでの間に打設さ
れたラニング材３を圧密すると共に、テールプレート４
ｂが前進した後に生じたテールボイド１５Ｍにライニン
グ材３を加圧充填するようにしたことである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、プレスリングを押圧するためにシール
ド本体の円周上に配置されたプレスジャッキを、シール
ドジャッキの伸長作動と連動させつつプレスリングの傾
きが設定範囲に納まるように同調制御するので、プレス
リングがほぼ一定の姿勢を維持してライニング材を圧密
することができる。その結果、プレスリングに作用する
撓みなどは抑制され、その構造強度の過度な増強を避け
ることができる。また、プレスリングの定姿勢移動が維
持され、プレスリングの内外周に取り付けられているシ
ールなどの損耗も軽減される。一方、シールドジャッキ
が所定量伸長するとプレスジャッキの同調制御を解除し
て、シールドジャッキの伸長作動とは独立に、ライニン
グ材の負荷分布に応じた圧力がプレスリングに作用する
ようにプレスジャッキを圧力制御するので、ライニング
材の均質な圧密が図られ、良質のライニングとすること
ができる。

〔実 施 例〕

以下、本発明をその実施例に基づいて詳細に説明する。
第２図（ａ），（ｂ）は、トンネル壁１を構築するため
に、掘削されたトンネル内でリング状に組立てられた型
枠２内へライニング材３を打設し、掘進反力を型枠２に
作用させてトンネルを掘進するシールド掘進機のシール
ド本体４Ａの後部縦および横断面である。本図には現れ
ていないがシールド本体４Ａの前部には、その本体とほ
ぼ同径のカッタディスクなどの回転掘削具があり、油圧
モータなどの動力で回転されると前方の切羽が掘削され
るようになっている。本例は泥水シールド式であり、送
泥管５や排泥管６が配設されて前方に延び、バルクヘッ
ドを貫通してカッタチャンバに開口している。なお、カ
ッタディスク直後に形成されるカッタチャンバは泥水に
よって所定圧が作用され、切羽の崩壊が防止されると共
に、掘削された土砂を流動させ、排泥管６を通して流体
輸送することによりシールド本体４Ａの後方へ掘削土砂
を搬出することができる。

このようなシールド本体４Ａの後部には、型枠組立用エ
レクタ装置７があり、その後に個々の型枠２を支持した
り締結するための作業デッキ８が設置されている。リン
グ状に組立てられる型枠２は例えば１／６円弧の鋼鉄製
の枠組物で、その長さｌはシールド本体４Ａが１回の掘
削で得られる掘進距離例えば愛900mmであり、シールド
ジャッキ９の全ストローク量よりやや短い。シールドジ
ャッキ９は、第３図に示すように、シールド本体４Ａの
周囲に例えば24個設けられる。シールドジャッキ９のシ
リンダ後部がリングガーダ１０〔第２図（ａ）参照〕に
支承され、型枠２を押すことによって得られる掘進力
は、図示しない前部リングガーダを介してシールド本体
４Ａに伝達される。そのシールドジャッキ９のピストン
ロッド９ａの先端には、押圧枠体１１が取り付けられ、
その押圧枠体１１はリング状となっている。押圧枠体１
１はシールド本体４Ａのスキンプレート４ａに沿って移
動する車輪１２に支持され、内周部は型枠押圧部１１Ａ
を形成し、外周部はプレスリング１３とプレスジャッキ
１４を装備している。

プレスリング１３はプレスジャッキ１４の作動でスキン
プレート４ａと型枠押圧部１１Ａとの間を移動し、スキ
ンプレート４ａと組立てられた型枠２とのライニング空
間１５に打設されたコンクリートなどのライニング材３
を圧密する。本例にあっては、１つのプレスジャッキ１
４が１つのシールドジャッキ９と対をなして、部材１６
〔第４図参照〕に第３図に示したごとく同一円周上に中
心軸線がずれて隣り合うようにして取り付けられてい
る。したがって、プレスジャッキ１４も24個装備されて
いる。プレスリング１３は各プレスジャッキ１４に対応
して24個設けておいてもよいが、本例ではプレスリング
１３は環状になり、プレスジャッキ１４が円周上に24個
装備される。プレスジャッキ１４は各６本ずつ４つの例
えば上下左右のブロックに分けられ、その各々のブロッ
クごとの制御が可能な構造となっている。それらの分割
形態は上下左右のものからなり、第６図における説明で
は添字ａ，ｂ，ｃ，ｄをそれぞれに付して区別する。

次に、シールド本体４Ａの下部を拡大した第１図（ａ）
を参照して、空間１５に打設されたライニング材３の圧
密機構について述べる。型枠押圧部１１Ａに沿って移動
するプレスリング１３は、プレスジャッキ１４の伸長に
よってライニング材３を圧密するので、その内外周にラ
イニング材３の漏れや水の侵入を防止するためのシール
１７，１８が装着されている。シールド本体４Ａの後端
はテールプレートと呼ばれ、１ストロークの掘進により
得られた空間に組立てられる新しい型枠２Ａは、その後
端面２ｎがテールプレート４ｂの後端部４ｎよりやや前
方となる位置とされる。プレスジャッキ１４が縮小した
状態では、プレスリング１３は型枠２Ａの前端に力を及
ぼす型枠押圧部１１Ａの後端面１１ｎより前方に位置
し、ライニング材３の打設される空間１５の長さは図示
したＬとなる。本例においては、型枠２Ａの後端面２ｎ
よりテールプレート４ｂがはみ出している距離Ｌａは例
えば200mmであり、プレスリング１３は型枠押圧部１１
Ａの後端面１１ｎまでの距離Ｌｂである250mm伸長す
る。シールドジャッキ９が伸長することにより、第１図
（ｂ）の破線で示したリング状のテールボイド１５Ｍが
生じるが、その空間はプレスリング１３がライニング材
３を圧密するときに充填されることになる。なお、１ス
トローク掘進後にシールドジャッキ９が全ストローク量
の950mm縮小すると、押圧部材１１も同距離前進して、
型枠押圧部１１Ａと型枠２Ａとの間に950mmの隙間が確
保され、その間に次の型枠（型枠幅900mm）を組み入れ
ることができる。そして、それをリング状に組立てた後
シールドジャッキ９を初期余裕の50mm伸長すると、第１
図（ａ）の状態に戻る。

本発明は、第１図（ａ）〜（ｄ）に示す工程を経る間
に、次に述べる手順でライニング材３の打設と圧密が行
なわれる。なお、本実施例では多数のプレスジャッキ１
４が採用されているので、前述したようにプレスジャッ
キ１４が６本ずつの４グループ化され、グループ間では
伸長量や加圧力が別々に調整されるようになっている。
すなわち、１回の掘進で形成されたテールプレート４ｂ
内の空間に、従前に組立てられている型枠２に連続する
ように新しい型枠２Ａを組立て、その型枠２Ａ外周の前
端部に位置するプレスリング１３と新しい型枠２Ａとで
囲まれる空間１５内にライニング材３を打設する。シー
ルドジャッキ９を伸長させることにより、新しい型枠２
Ａ内のライニング材空間１５が、テールプレート４ｂの
前進で生じるテールボイド１５Ｍに連通する位置まで、
シールド本体４Ａを前進させる〔第１図（ｂ）参照〕。
この位置を検出すると、４グループ化されたプレスジャ
ッキ１４を、シールドジャッキ９の伸長作動と連動させ
つつ伸長させ、かつ、プレスリング１３の傾きを設定範
囲に納めるようにプレスジャッキ９の伸長作動を同調制
御する。シールドジャッキ９が所定量伸長すると上記同
調制御を解除して、シールドジャッキ９の伸長作動とは
独立に、ライニング材３の所要圧密圧力に応じた圧力が
プレスリング１３に作用するように、プレスジャッキ１
４を圧力制御する。その圧力制御の間にプレスリング１
３の傾きが設定範囲外になると、プレスジャッキ１４の
圧力制御を解除してグループ間で同調制御を再開させ、
プレスリング１３の姿勢が修正されたことを検出して圧
力制御を再開する。このようにしてシールドジャッキ９
が最大に伸長するまでの間に、新しい型枠２Ａ内に打設
されたライニング材３を圧密すると共に、テールプレー
ト４ｂが前進した後に生じたテールボイド１５Ｍにライ
ニング材３が加圧充填されるのである。

このような制御方式をとるシールド掘進機の作動を、以
下に第５図（ａ），（ｂ）のフローチャートをも参照し
ながら説明する。

第１図（ａ）の状態よりシールドジャッキ９が伸長する
〔フローチャートのステップ１、以下Ｓ１などと記
す〕。シールドジャッキ９が300mm伸長すると〔Ｓ
２〕、その伸長量が第６図に示す制御指令系統図から判
るように、差動トランス２１ｂなどを介して検出され
〔Ｓ３〕、その伸長量に比例するようにプレスジャッキ
１４の伸長量が制御され、クループ間の同調制御が開始
される〔Ｓ４〕。これによりプレスリング１３がライニ
ング材３を圧縮する方向に移動するので、ライニング材
３が圧密されるの共にテールボイド１５Ｍにライニング
材３が充填される。その間のシールドジャッキ９とプレ
スジャッキ１４との伸長作動の関係は、第７図のグラフ
における直線部Ａのように、比例制御される。これを第
６図を基に説明する。シールドジャッキ９の伸長量はグ
ループ中のいずれか１つのシールドジャッキより検出さ
れる。その検出値が300mm以上650mm以内であればリレー
Ｒ１が励磁されるがリレーＲ２は励磁されず、常開接点
ｒ１は接続状態となる。一方、常閉接点ｒ２は閉止を維
持する。したがって、第７図に基づくＹ＝αＸ＋βなる
比例演算が演算器２２ｂにて行なわれ、プレスリング１
３ｂのグレープにおけるシールドジャッキ９の伸長量Ｘ
ｂに対するプレスジャッキ１４の伸長量Ｙｂが求められ
る。このような演算値となるように簡易サーボ弁２３の
流量調節開度が調整され、プレスジャッキ１４の伸長量
が制御される。この作動は他のプレスリング１３ａ，１
３ｃ，１３ｄについても行なわれ、全プレスジャッキ１
４の伸長量制御がなされる。その結果、４つの制御ブロ
ックを有するプレスリング１３は、ライニング材３を圧
密するように移動する。第８図に示すようにプレスリン
グ１３の上方側が後方へ移動しやすくなり、プレスリン
グが傾斜する。これをある一定の角度φｏ以内に抑える
と、プレスリング１３に作用する撓みなどが軽減され、
剛性の高い構造のプレスリングが不要となり、内外周に
装着されたシール１７，１８の損耗が軽減される。その
ためにプレスジャッキ１４の傾き抑制制御がなされる。
第６図において、それぞれ、プレスリング１３における
１つのプレスジャッキ１４から、差動トランス２４ａ〜
２４ｄを介して、各グループにおけるプレスジャッキ１
４の伸長量Ｙａ〜Ｙｄが検出される〔Ｓ５〕。それぞれ
の検出値が他のグループを検出値と比較され、例えば上
方側のプレスリング１３の伸長量と下方側のプレスリン
グ１３ｂとの伸長量との差が、オペアンプ２５ｂで比較
され、設定された許容値例えばプレスリング１４の実質
的な傾斜角が５度に相当する値を越えないように制御さ
れる。プレスリング１３の傾斜角が５度を検出されると
〔Ｓ６〕、その検出値の差が小さくなるように、簡易サ
ーボ弁２３が制御される。プレスリングにおけるそれぞ
れの制御ブロックごとのプレスジャッキ１４の伸長量が
一致するようにフィードバック制御される〔Ｓ７〕。

このようにしてシールドジャッキ９の伸長量が650mmに
なると〔Ｓ８〕、上述の同調制御が解除される〔Ｓ
９〕。それと同時に第９図に示す圧力設定器２６による
比率演算された圧力が各グループ化されたプレスジャッ
キ１４に作用されるようになって、プレスジャッキの圧
力制御が開始される〔Ｓ10〕。これはライニング材３の
所要圧密圧力が、ライニング材３の上下位置で著しく生
じるので、それに対応させなければならないことに基づ
く。つまり、プレスジャッキ１４を同調制御させるだけ
に頼っていては、そこで、シールドジャッキ９の伸長作
動とは独立に、ライニング材３の負荷分布に応じた圧力
がプレスリング１３に作用するようにプレスジャッキ１
４の圧力制御がなされる。例えば上方のプレスリング１
３ａに作用させる力Ｆに対して左右のプレスリング１３
ｃ，１３ｄにはその１．５倍、下方のプレスリング１３
ｂには２倍となるよう、比率演算器２７ａ〜２７ｄが設
けられており、それによって簡易サーボ弁２３によって
圧力制御される。したがって、圧力設定器２６でライニ
ング材３の圧密圧力を例えば３kgf／cm²と指定すると、
上方のプレスリング１３ａには３kgf／cm²、下方のプレ
スリング１３ｂには６kgf／cm²、左右の各プレスリング
１３ｃ，１３ｄには４．５kgf／cm²に相当する圧力制御
がされる。

ところで、このようなプレスジャッキ１４の圧力制御を
している間に、同調制御がされないためプレスリング１
３が傾斜することがある。プレスリング１３の傾きが設
定範囲である例えば５度を越えると〔Ｓ11〕、プレスジ
ャッキ１４の圧力制御は解除される〔Ｓ12〕。シールド
ジャッキ９の伸長量が差動トランス２１ｂにより検出さ
れ〔Ｓ13〕、それに応じて上述した同調制御が再開され
る。そのプレスリング１３の設定値を越える傾斜のあっ
たことが、プレスジャッキ１４の伸長量である差動トラ
ンス２４ａ〜２４ｄの出力値で検出され、その対比でリ
レーＲ11〜Ｒ16のいずれかが励磁され、第６図中の常開
接点ｒｏが接続されて同調制御に戻されるのである。そ
の際、演算器３０ｂでは第７図のグラフ中の直線部Ｂに
相当するＹ＝γＸ＋δなる関係で同調が行なわれる〔Ｓ
14〕。プレスリング１３の姿勢が補正されるまでは〔Ｓ
15〕、プレスジャッキ１４の伸長量補正がなされ〔Ｓ1
6〕、補正されると〔Ｓ15〕、圧力制御が再開される
〔Ｓ10〕。シールドジャッキ９が最大の950mmまで伸長
すると〔Ｓ17〕、第１図（ｄ）のように新しい型枠２Ａ
内に打設されたライニング材３は完全に圧密されると共
に、テールプレート４ｂが前進した後に生じたテールボ
イド１５Ｍにライニング材３が加圧充填される。

なお、以上の説明はシールドジャッキやプレスジャッキ
を上下左右の４つのグループに分けたものを例にした
が、プレスジャッキの数が少ないときにはグループ化す
る必要はないし、またグループ化する場合でもそのグル
ープ数を適当に選定することができるのは述べるまでも
ない。もちろん、シールド掘進機は本例のような泥水式
シールドに限らず、他の形式の掘進機に本発明を適用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明に係る作動を行なうプレスリング
の近傍の拡大図で、作動の初期状態を示す。第１図
（ｂ）〜（ｄ）は作動の変遷を説明する作動図、第２図
（ａ）は本発明が適用されるシールド掘進機のシールド
本体における後部縦断面図、第２図（ｂ）は同図（ａ）
のII−II線断面図、第３図は第２図（ａ）のIII−III線
断面図、第４図は第２図（ａ）のIV−IV線断面図、第５
図（ａ）および（ｂ）は作動を説明するフローチャー
ト、第６図は同調制御を説明する制御系統図、第７図は
シールドジャッキとプレスジャッキとの関係図、第８図
はプレスリングの傾斜説明図、第９図は圧力制御を説明
する制御系統図である。 １…トンネル壁、２，２Ａ…型枠、３…ライニング材、
４Ａ…シールド本体、４ｂ…テールプレート、９…シー
ルドジャッキ、１３…プレスリング、１４…プレスジャ
ッキ、１５…空間、１５Ｍ…テールボイド。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トンネル壁を構築するために、掘削された
   トンネル内でリング状に組立てられた型枠内へライニン
   グ材を打設し、掘進反力を型枠に作用させてトンネル掘
   進するライニング材の現場打設方法において、 シールドジャッキを伸長させることにより、新しい型枠
   内のライニング材空間が、テールプレートの前進で生じ
   るテールボイドに連通する位置まで、シールド本体を前
   進させ、 プレスリングを押圧するためにシールド本体の円周上に
   配置されたプレスジャッキを、シールドジャッキの伸長
   作動と連動させつつプレスリングの傾きを設定範囲に納
   めるようにプレスジャッキの伸長作動を同調制御し、 シールドジャッキが所定量伸長すると上記同調制御を解
   除して、シールドジャッキの伸長作動とは独立に、ライ
   ニング材の所要圧密圧力に応じた圧力がプレスリングに
   作用するようにプレスジャッキを圧力制御し、 その圧力制御の間にプレスリングの傾きが設定範囲外に
   なると、プレスジャッキの圧力制御を解除して前記した
   同調制御を再開させ、プレスリングの姿勢が補正された
   状態で圧力制御を再開し、 シールドジャッキが最大に伸長するまでの間に打設され
   たライニング材を圧密すると共に、テールプレートが前
   進した後に生じたテールボイドにライニング材を加圧充
   填するようにしたことを特徴とするシールド掘進機のラ
   イニング材現場打設制御方法。