(57)【要約】【課題】シールド掘削機を曲進させる際に必要な推力を十分に確保して、シールド掘削機の掘進方向を高精度に制御することができるシールド掘進セグメント組立同時施工法を提供する。【解決手段】セグメント組立位置に対応したシールドジャッキ１９の圧力と、セグメント組立位置の点対称位置に配置されたシールドジャッキ１９の圧力とを、それぞれゼロにして、シールド掘削機１の掘進方向を制御する際において、セグメント組立位置に対応したシールドジャッキ１９及びセグメント組立位置の点対称位置に配置されたシールドジャッキ１９以外の全ての推進ジャッキ１９のうち、鉛直方向上側に配置されたシールドジャッキ１９と、曲進方向内側に配置されたシールドジャッキ１９とを、それぞれ低圧で既設のセグメントＳまで伸長させて、シールド掘削機１を曲進させる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘削機を、その周方向に沿うように設けた多数の推進ジャッキにおける最大圧力による伸長によって掘進させると同時に、前記推進ジャッキの後方において、セグメントを組み立てる際に、
セグメント組立位置に対応した推進ジャッキの圧力と、前記セグメント組立位置の点対称位置に配置された推進ジャッキの圧力とを、それぞれゼロにすることによって、それら前記推進ジャッキの伸長を禁止して、前記シールド掘削機の掘進方向を制御するようにしたシールド掘進セグメント組立同時施工法において、
前記セグメント組立位置に対応した前記推進ジャッキ及び前記セグメント組立位置の点対称位置に配置された前記推進ジャッキ以外の全ての推進ジャッキのうち、鉛直方向上側に配置された推進ジャッキと、曲進方向内側に配置された推進ジャッキとを、それぞれ低圧で既設のセグメントまで伸長させて、前記シールド掘削機を曲進させる
ことを特徴とするシールド掘進セグメント組立同時施工法。
【請求項２】
請求項１に記載のシールド掘進セグメント組立同時施工法において、
前記セグメント組立位置に対応した前記推進ジャッキ、または、前記セグメント組立位置の点対称位置に配置された前記推進ジャッキが、曲進方向内側に配置された推進ジャッキとなる場合には、
前記セグメント組立位置に対応した前記推進ジャッキ、または、前記セグメント組立位置の点対称位置に配置された前記推進ジャッキの左右両側に隣接した推進ジャッキを、それぞれ低圧で伸長させる
ことを特徴とするシールド掘進セグメント組立同時施工法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシールド掘進セグメント組立同時施工法において、
前記セグメント組立位置の点対称位置に配置された前記推進ジャッキを、前記既設のセグメントまで伸長させて、当該セグメントに対してその推力を与えることなく接触させる
ことを特徴とするシールド掘進セグメント組立同時施工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド掘削機の掘進方向を制御するようにしたシールド掘進セグメント組立同時施工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、シールド掘削機においては、掘削機本体の前部に設けられたカッタによって、前方の地山を掘削しながら、その掘削土砂を取り込んで後方に搬送すると共に、掘削機本体の後部において、セグメントを順次組み立てることにより、トンネルを構築することが可能となっている。このとき、シールド掘削機の掘進は、推進ジャッキの伸縮によって既設セグメントから推進反力を得ることにより行われており、セグメントの組み立ては、エレクタ装置の駆動によって行われている。
【０００３】
また、シールド掘削機においては、そのシールド掘進とセグメントの組み立てとを、交互に繰り返し行っていたため、効率が悪く、トンネル施工期間が非常に長くなるという問題を有していた。
【０００４】
そこで、近年、トンネル施工期間の短縮化を図ることを目的として、シールド掘進とセグメントの組み立てとを同時に並行して行うことができるシールド掘削機が提供されている。そして、このような、シールド掘削機については、例えば、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平７−１０９１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来のシールド掘削機においては、セグメント組立位置に対応した推進ジャッキの短縮による推力バランスの不釣り合いを解消するため、セグメント組立位置に対応した推進ジャッキだけでなく、そのセグメント組立位置の点対称位置に配置された推進ジャッキにおいても、その圧力をＯＦＦ操作して、短縮させるようにしている。
【０００７】
また、上記従来のシールド掘削機を曲進させる場合には、セグメント組立位置に対応した推進ジャッキや、そのセグメント組立位置の点対称位置に配置された推進ジャッキだけでなく、更に、曲進方向内側に配置された推進ジャッキにおいても、その圧力をＯＦＦ操作して、短縮させる必要がある。
【０００８】
しかしながら、上述したように、曲進方向内側に配置された推進ジャッキについても短縮させると、推進ジャッキの総数量のうち、掘進用に伸長する推進ジャッキの数量が激減してしまう。これにより、シールド掘削機を曲進させるために必要な推力が不足するおそれがある。即ち、シールド掘削機の掘進方向を、推進ジャッキにおける圧力のＯＮ／ＯＦＦ操作のみで制御しようとすると、シールド掘削機を、意図する方向に掘進させることができないおそれがある。
【０００９】
従って、本発明は上記課題を解決するものであって、シールド掘削機を曲進させる際に必要な推力を十分に確保して、シールド掘削機の掘進方向を高精度に制御することができるシールド掘進セグメント組立同時施工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する第１の発明に係るシールド掘進セグメント組立同時施工法は、
シールド掘削機を、その周方向に沿うように設けた多数の推進ジャッキにおける最大圧力による伸長によって掘進させると同時に、前記推進ジャッキの後方において、セグメントを組み立てる際に、
セグメント組立位置に対応した推進ジャッキの圧力と、前記セグメント組立位置の点対称位置に配置された推進ジャッキの圧力とを、それぞれゼロにすることによって、それら前記推進ジャッキの伸長を禁止して、前記シールド掘削機の掘進方向を制御するようにしたシールド掘進セグメント組立同時施工法において、
前記セグメント組立位置に対応した前記推進ジャッキ及び前記セグメント組立位置の点対称位置に配置された前記推進ジャッキ以外の全ての推進ジャッキのうち、鉛直方向上側に配置された推進ジャッキと、曲進方向内側に配置された推進ジャッキとを、それぞれ低圧で既設のセグメントまで伸長させて、前記シールド掘削機を曲進させる
ことを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第２の発明に係るシールド掘進セグメント組立同時施工法は、
前記セグメント組立位置に対応した前記推進ジャッキ、または、前記セグメント組立位置の点対称位置に配置された前記推進ジャッキが、曲進方向内側に配置された推進ジャッキとなる場合には、
前記セグメント組立位置に対応した前記推進ジャッキ、または、前記セグメント組立位置の点対称位置に配置された前記推進ジャッキの左右両側に隣接した推進ジャッキを、それぞれ低圧で伸長させる
ことを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第３の発明に係るシールド掘進セグメント組立同時施工法は、
前記セグメント組立位置の点対称位置に配置された前記推進ジャッキを、前記既設のセグメントまで伸長させて、当該セグメントに対してその推力を与えることなく接触させる
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
従って、本発明に係るシールド掘進セグメント組立同時施工法によれば、鉛直方向上側に配置された推進ジャッキと、曲進方向内側に配置された推進ジャッキとを、低圧で伸長させて、シールド掘削機を曲進させることにより、そのシールド掘削機を曲進させる際に必要な推力を十分に確保することができるので、当該シールド掘削機の掘進方向を高精度に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施例に係るシールド掘進セグメント組立同時施工法が適用されるシールド掘削機の概略構成図である。
【図２】図１のII−II矢視断面図であって、シールドジャッキの配置図である。
【図３】シールド掘削機に対する一般的な着力点操作の概念を示した図である。
【図４】（ａ）は直進時におけるシールドジャッキの圧力状態を示した図、（ｂ）は同図（ａ）に対応したシールドジャッキの圧力分布を示した図である。
【図５】（ａ）は曲進時におけるシールドジャッキの圧力状態の一例を示した図、（ｂ）は同図（ａ）に対応したシールドジャッキの圧力分布を示した図である。
【図６】（ａ）は曲進時におけるシールドジャッキの圧力状態の他の例を示した図、（ｂ）は同図（ａ）に対応したシールドジャッキの圧力分布を示した図である。
【図７】曲進時におけるシールドジャッキの圧力状態の更なる他の例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係るシールド掘進セグメント組立同時施工法について、図面を用いて詳細に説明する。
【実施例】
【００１６】
図１に示すように、シールド掘削機１は、円筒状をなす掘削機本体１１を有しており、この掘削機本体１１の前端部内には、隔壁となるバルクヘッド１２が設けられている。また、掘削機本体１１の前部には、円盤状のカッタヘッド１３が回転可能に支持されており、このカッタヘッド１３は、カッタ駆動用モータ１４の駆動によって回転可能となっている。これにより、バルクヘッド１２とカッタヘッド１３との間には、チャンバ１５が区画形成されることになり、このチャンバ１５内には、カッタヘッド１３の掘削によって生じた掘削土砂が、取り込まれるようになっている。
【００１７】
そして、掘削機本体１１内には、スクリューコンベヤ１６が、前端部から後端部に向かうに従って上方に向けて傾斜するように設けられており、そのスクリューコンベヤ１６の前端部は、バルクヘッド１２を貫通して、チャンバ１５内に配置されている。これにより、チャンバ１５内に溜められた掘削土砂は、スクリューコンベヤ１６の回転駆動によって、掘削機本体１１の外部に搬送されるようになっている。
【００１８】
一方、掘削機本体１１の後端部内には、エレクタ装置１７が移動可能に支持されている。このエレクタ装置１７は、覆工部材としてのセグメントＳを組み立てるものであって、そのセグメントＳは、掘削されたトンネルの内周面形状に沿うような環片となっている。従って、エレクタ装置１７を駆動させることにより、複数のセグメントＳをトンネル周方向に沿ってリング状に組み付けることができる。
【００１９】
更に、掘削機本体１１の後端部には、複数のテールシール１８が、その周方向に沿って設けられている。これらテールシール１８は、既設のセグメントＳの外周面に密着することにより、掘削機本体１１内への泥土や泥水等の浸入を防止するようになっている。
【００２０】
また、図１及び図２に示すように、掘削機本体１１の内周面には、多数の油圧式シールドジャッキ（推進ジャッキ）１９が、その周方向において、等角度間隔で支持されている。これらシールドジャッキ１９は、既設のセグメントＳに当接した状態から、トンネル後方に向けて伸長することにより、掘削機本体１１に推進力（推進反力）を与えるものである。即ち、掘削機本体１１は、それらシールドジャッキ１９がセグメントＳを押圧したときに発生する、推進反力によって、前進可能となっている。
【００２１】
従って、シールド掘削機１によってトンネルを構築する場合には、カッタ駆動用モータ１４を駆動させることにより、カッタヘッド１３を回転させながら、シールドジャッキ１９を伸長させることにより、既設のセグメントＳから推進反力を得て、掘削機本体１１を前進させる。これにより、シールド掘削機１の前方にある地盤に、切羽が掘削される。
【００２２】
また、地盤掘削に伴って発生した掘削土砂は、カッタヘッド１３の土砂取込口を介して、チャンバ１５内に充満することになり、そのチャンバ１５内は、所定の圧力に維持される。続いて、チャンバ１５内に充満した掘削土砂は、スクリューコンベヤ１６の回転駆動によって、トンネル後方に向けて排出される。つまり、シールド掘削機１においては、掘削土砂をチャンバ１５内に充満させて、そのチャンバ１５内を所定の圧力に維持しながら排土することにより、切羽の安定化を図りながら、トンネルを掘削するようになっている。
【００２３】
これと同時に、エレクタ装置１７の駆動によって、複数のセグメントＳがトンネル周方向に沿ってリング状に組み立てられる。また、このように、セグメントＳが組み立てられると、シールドジャッキ１９は、その既設のセグメントＳを押圧することになる。
【００２４】
即ち、シールド掘削機１においては、シールドジャッキ１９によって既設のセグメントＳから推進反力を取って掘進しながら、これと同時に、その後方において、新設のセグメントＳを組み立てるようになっている。これにより、上述したような、シールド掘進とセグメントＳの組み立てとを同時に並行して行うことを可能とするため、シールドジャッキ１９においては、テールシール１８の前端部と当該シールドジャッキ１９の最縮退位置との間の長さが、セグメントＳの幅の２倍以上となるように、その設置位置及びストロークが設定されている。
【００２５】
従って、シールドジャッキ１９を最も短縮させる（シールドジャッキ１９の伸長を禁止する）と、当該シールジャッキ１９と既設のセグメントＳとの間に形成されたスペースが、新設のセグメント組立位置となる。そして、新設のセグメントＳをエレクタ装置１７によって上記スペースにおいて組み立てると、短縮状態（伸長禁止状態）のシールドジャッキ１９は、その組み立てられた新設のセグメントＳを押圧する。
【００２６】
ところで、図３に示すように、上述したシールド掘削機１においては、その掘削機中心Ｏが、予め計画された、トンネル中心線となる計画路線Ｋを通るように、その掘進方向が制御される。即ち、シールド掘削機１を、その掘削機中心Ｏが計画路線Ｋを通過するように、直進または曲進させる場合には、シールドジャッキ１９の伸長による総推力の合力点（作用点）となる着力点Ｐを位置調整する。
【００２７】
このとき、掘進方向を制御するために選択したシールドジャッキ１９の圧力を、セグメントＳから推進反力を得るためのシールドジャッキ１９の圧力よりも低圧にすることにより、シールド掘削機１が曲進する場合であっても、その総推力を十分に確保できるようにする。なお、掘進方向を制御するために選択されるシールドジャッキ１９の数量や、それらの圧力の大きさは、シールド掘削機１の掘進速度や計画路線Ｋの曲率等に基づいて設定される。
【００２８】
以下、シールド掘削機１の掘進方向制御について、図３乃至図７を用いて説明する。
【００２９】
なお、図４乃至図７においては、全てのシールドジャッキ１９に対して、ＳＪ１からＳＪ７０までの番号を順に付しており、「●」印のシールドジャッキ１９を、推進用に伸長した圧力（推力）最大のＯＮ操作ジャッキ、「〇」印のシールドジャッキ１９を、セグメント組立用に短縮した圧力（推力）ゼロのＯＦＦ操作ジャッキ、「◎」印のシールドジャッキ１９を、掘進方向制御用に伸縮した低圧力（低推力）のＯＮ操作ジャッキとしている。
【００３０】
シールド掘削機１による、シールド掘進とセグメント組み立てとの同時施工では、上述したように、カッタヘッド１３の回転によって、前方の地盤を掘削すると同時に、エレクタ装置１７の駆動によって、セグメントＳをリング状に組み付けている。
【００３１】
このとき、図４（ａ），（ｂ）に示すように、セグメント組立位置に対応したＳＪ３９〜ＳＪ４６番目のシールドジャッキ１９の伸長は、禁止されている。更に、掘削機中心Ｏを中心として、セグメント組立位置の１８０度反対側、即ち、セグメント組立位置の点対称位置に配置されたＳＪ４〜ＳＪ１１番目のシールドジャッキ１９の伸長も、禁止されている。また、それら伸長禁止状態のシールドジャッキ１９以外のＳＪ１２〜ＳＪ３８，ＳＪ４７〜ＳＪ６８番目のシールドジャッキ１９においては、伸長しており、既設のセグメントＳから推進反力を得ている。
【００３２】
ここで、一般的に、シールド掘削機においては、その先端側（カッタヘッド側）が重くなる構造となるため、トンネルを掘削していると、その先端側がその重力によって若干下方に向けて沈み込んでしまう。
【００３３】
そこで、シールド掘削機１においては、上記問題を解消するため、その沈み込む方向の反対方向となる鉛直方向上側に配置されたシールドジャッキ１９の圧力を低圧にする。例えば、図４（ａ），（ｂ）に示すように、鉛直方向上側に配置されたＳＪ１，ＳＪ２，ＳＪ６９，ＳＪ７０番目のシールドジャッキ１９の圧力を、ＳＪ１２〜ＳＪ３８，ＳＪ４７〜ＳＪ６８番目のシールドジャッキ１９の最大圧力よりも、低圧となるように制御する。
【００３４】
これにより、シールド掘削機１の着力点Ｐは、掘削機中心Ｏよりも、若干、鉛直方向下方に位置調整されるものの、その推力バランスは良好となる。よって、図３に示すように、シールド掘削機１は、その掘削機中心Ｏが計画路線Ｋの直線部分を通るように直進することになる。
【００３５】
そして、図３に示すように、シールド掘削機１が直進しながら掘削を続けていると、計画路線Ｋが、直線から曲線へと変化し始める。このとき、計画路線Ｋがトンネル幅方向左側向けて徐々に曲がっていくため、シールド掘削機１もトンネル幅方向左側に向けて曲進しなければならず、その曲進方向内側に配置されたシールドジャッキ１９の圧力を低圧にする。例えば、図５（ａ），（ｂ）に示すように、曲進方向内側に配置されたＳＪ５０〜ＳＪ５６番目のシールドジャッキ１９の圧力を低圧となるように制御する。
【００３６】
これにより、シールド掘削機１の着力点Ｐは、掘削機中心Ｏよりも下方で、且つ、掘削機中心Ｏよりも右側に位置調整される。このように、曲進方向内側に配置されたシールドジャッキ１９の圧力を低圧にすることによって、シールド掘削機１の掘進方向を制御するようにしているので、それらのシールドジャッキ１９の圧力をゼロに（ＯＦＦ操作）するときに比べて、シールド掘削機１の推力が十分に確保される。よって、図３に示すように、シールド掘削機１は、その掘削中心Ｏが計画路線Ｋの曲線部分を通るように曲進することになる。
【００３７】
続いて、図３に示すように、計画路線Ｋが更にトンネル幅方向左側向けて曲がっていくと、シールド掘削機１も更にトンネル幅方向左側に向けて曲進しなければならないため、その曲進方向内側において、低圧に制御するシールドジャッキ１９の数量を増加させる。例えば、図６（ａ），（ｂ）に示すように、曲進方向内側に配置されたＳＪ４８〜ＳＪ５８番目のシールドジャッキ１９の圧力を低圧となるように制御する。
【００３８】
これにより、シールド掘削機１の着力点Ｐは、掘削機中心Ｏよりも更に右側に位置調整される。よって、図３に示すように、シールド掘削機１は、その掘削中心Ｏが計画路線Ｋの曲線部分を通るように曲進することになる。
【００３９】
なお、シールド掘削機１が曲進する際に、セグメント組立位置に対応したシールドジャッキ１９、または、セグメント組立位置の点対称位置に配置されたシールドジャッキ１９が、曲進方向内側に配置されたシールドジャッキ１９となる場合には、例えば、図７に示すように、セグメント組立位置に対応する、または、セグメント組立位置の点対称位置に配置された、ＳＪ４９〜ＳＪ５６番目のシールドジャッキ１９の左右両側に隣接したシールドジャッキ１９を、低圧に制御する。
【００４０】
また、セグメント組立位置は、１つのセグメントＳの組み立てが完了するごとに、順次、トンネル周方向（掘削機周方向）にずれていくため、そのセグメント組立位置の点対称位置に配置されるシールドジャッキ１９も変わることになる。
【００４１】
そこで、セグメント組立位置の点対称位置に配置されたシールドジャッキ１９においては、その圧力（値）がゼロ（極低圧）となるものの、そのシールドジャッキ１９に対向した既設のセグメントＳまで伸長して、これに接触している。つまり、セグメント組立位置の点対称位置に配置されたシールドジャッキ１９は、その圧力がゼロ（極低圧）で、且つ、対向した既設のセグメントＳに対して推力を与えることなく接触した状態となっている。
【００４２】
これにより、セグメント組立位置が次のセグメント組立位置に移行して、セグメント組立位置の点対称位置に今まで配置されていたシールドジャッキ１９が、セグメント組立位置の点対称位置ではなくなると、そのシールドジャッキ１９に最大圧力（ＯＮ操作）が付与されて、伸長することになり、当該シールドジャッキ１９に対向した既設のセグメントＳに対して、直ちに最大推力を与えることができる。
【００４３】
即ち、シールドジャッキ１９が、最縮退位置から伸長して、既設のセグメントＳから推進反力を得るまでの時間は、シールドジャッキ１９が、既設のセグメントＳに接触した位置から伸長して、そのセグメントＳから推進反力を得るまでの時間よりも、遥かに、長い時間となる。従って、シールドジャッキ１９が最縮退位置から伸長した場合には、推進反力を得るまでの無駄な時間が生じてしまう。
【００４４】
よって、セグメント組立位置の点対称位置に配置されたシールドジャッキ１９を、上述した状態に保持することにより、シールドジャッキ１９における最縮退位置から伸長して既設のセグメントＳに接触する位置までの推力未発生期間を、無くすことができるだけでなく、そのシールドジャッキ１９における推力発生期間を、可能な限り長くすることができる。
【００４５】
従って、本発明に係るシールド掘進セグメント組立同時施工法によれば、鉛直方向上側に配置されたシールドジャッキ１９と、曲進方向内側に配置されたシールドジャッキ１９とを、それぞれ低圧で伸長させて、シールド掘削機１を曲進させることにより、そのシールド掘削機１を曲進させる際に必要な推力を十分に確保することができるので、当該シールド掘削機１の掘進方向を高精度に制御することができる。
【００４６】
また、曲進方向内側に配置されたシールドジャッキ１９が、セグメント組立位置の点対称位置に配置されたシールドジャッキ１９となる場合には、そのセグメント組立位置の点対称位置に配置されたシールドジャッキ１９の左右両側に隣接したシールドジャッキ１９を、それぞれ低圧で伸長させることにより、セグメント組立位置が、トンネル周方向において、どのような位置に変化しても、シールド掘削機１を曲進させる際に必要な推力を確保することができる。
【００４７】
更に、セグメント組立位置の点対称位置に配置されたシールドジャッキ１９を、その圧力がゼロの状態で、既設のセグメントＳまで伸長させて、当該セグメントＳに対して推力を与えることなく接触させることにより、そのシールドジャッキ１９が、セグメント組立位置の点対称位置ではなくなると、当該シールドジャッキ１９の圧力を直ちに最大にして、推進反力を即座に得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、掘進速度の高速化を図ることを目的としたシールド掘進セグメント組立同時施工法に適用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１      シールド掘削機
１１      掘削機本体
１２      バルクヘッド
１３      カッタヘッド
１４      カッタ駆動用モータ
１５      チャンバ
１６      スクリューコンベヤ
１７      エレクタ装置
１８      テールシール
１９      シールドジャッキ
Ｏ      掘削機中心
Ｋ      計画路線
Ｐ      着力点
Ｓ      セグメント
【図１】
2015129377.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015129377.tif 000007
【図６】
2015129377.tif 000008
【図７】
2015129377.tif 000009