(57)【要約】【課題】トンネルの口径にかかわらずセグメントを確実に搬送することができ、施工時間を短縮して工期を短縮することのできる泥水式シールド掘進機を提供する。【解決手段】シールドチャンバー２４に泥水を供給しつつ、排泥管３４によりシールドチャンバー２４内の泥水を掘削土砂とともに排出してトンネルを掘削する泥水式シールド掘進機１０に関する。この場合、掘進機本体１２内のエレクター３８よりも前方位置に排泥用の高揚程ポンプ５４を設置するとともに、エレクター３８よりも前方位置の掘進機本体１２に軸方向に伸縮可能な二重構造のスライド胴部６０を設け、このスライド胴部６０の伸張によって排泥用の追加高揚程ポンプ６４（追加ポンプ）の設置スペース６２を形成可能とした。【選択図】　　　　図２
2004011106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドチャンバーに泥水を供給しつつ、排泥管によりシールドチャンバー内の泥水を掘削土砂と共に排出してトンネルを掘削する泥水式シールド掘進機において、
掘進機本体内のエレクターよりも前方位置に排泥用の高揚程ポンプを設置すると共に、
前記エレクターよりも前方位置の前記掘進機本体に軸方向に伸縮可能な二重構造のスライド胴部を設け、このスライド胴部の伸張によって追加設置する排泥用ポンプの設置スペースを形成可能としたことを特徴とする泥水式シールド掘進機。
【請求項２】
請求項１において、
前記エレクターによって組み立てられるセグメントは、対角線の長さが組み立て後の前記セグメントの内のり直径を超えるセグメントピースを有することを特徴とする泥水式シールド掘進機。
【請求項３】
シールド掘進機前部のシールドチャンバーに泥水を供給しつつ、排泥管によりシールドチャンバー内の泥水を掘削土砂と共に排出してトンネルを掘削する泥水式シールド工法において、
掘進機本体内のエレクターよりも前方位置に排泥用の高揚程ポンプを設置すると共に、前記エレクターよりも前方位置の前記掘進機本体に軸方向に伸縮可能な二重構造のスライド胴部を設けたシールド掘進機を用いて所定距離まで前記高揚程ポンプによって掘削土砂を流体輸送しながら掘進する工程と、
前記高揚程ポンプで掘削土砂を流体輸送可能な距離を超えて掘削する場合には、前記スライド胴部を伸張して前記掘削機本体内に余剰の設置スペースを形成し、前記余剰の設置スペースに排泥用の追加ポンプを設置する工程と、
を含むことを特徴とする泥水式シールド工法。
【請求項４】
請求項３において、
前記追加ポンプの設置以前における掘進においては、前記エレクターによるセグメントの組み立て中に前記スライド胴部を伸張させながら掘進作業を行うことを特徴とする泥水式シールド工法。
【請求項５】
請求項４において、
前記セグメント組み立て中における掘進は、組み立て中の部分のシールドジャッキをのぞく他のシールドジャッキにて既設のセグメントに反力を持たせて推進力を得ることを特徴とする泥水式シールド工法。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれかにおいて、
前記排泥用の追加ポンプは、高揚程ポンプであることを特徴とする泥水式シールド工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中継ポンプを用いずに掘削土砂を排出することのできる泥水式シールド掘進機及び泥水式シールド工法に関する。
【０００２】
【背景技術及び発明が解決しようとする課題】
一般に、土圧式のシールド工法においては、シールド掘進機内に取り込んだ掘削土砂をズリトロにて立坑まで搬送して排出するようにしている。
【０００３】
この場合、セグメント搬送台車とズリトロを１つの編成で搬送している。
【０００４】
このように両者を１つの編成にしていると、掘削距離が長くなった場合、搬送時間がかかりセグメントを組み終わってもズリトロがシールド機後方の掘削土砂積み込み位置に入ってこないと掘削ができず、施工に時間を要することになり、特に、長距離になるとそれだけ時間を要し、施工期間が長期化することとなる。
【０００５】
これに対し泥水式のシールド工法においては、排泥管により泥水とともに掘削土砂を搬送するため、ズリトロで搬送する場合に比し、セグメント組み立て終了と同時に掘削ができるため、時間を短縮して施工期間を短縮することができるという利点がある。
【０００６】
しかし、泥水式のシールド工法では、ポンプを用いて排泥を行うため、トンネル抗内の途中に中継ポンプを設置することが必要で、この中継ポンプを設置した場合、トンネルの口径が小さくなってくると、セグメントの搬送が困難となってくる。
【０００７】
特に、セグメントピースを横にして搬送しなければならないような場合に、中継ポンプによってセグメントの搬送ができないような場合が生じることとなる。
【０００８】
本発明の目的は、トンネルの口径にかかわらずセグメントを確実に搬送することができ、施工時間を短縮して工期を短縮することのできる泥水式シールド掘進機及び泥水式シールド工法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の泥水式シールド掘進機は、シールドチャンバーに泥水を供給しつつ、排泥管によりシールドチャンバー内の泥水を掘削土砂と共に排出してトンネルを掘削する泥水式シールド掘進機において、
掘進機本体内のエレクターよりも前方位置に排泥用の高揚程ポンプを設置すると共に、
前記エレクターよりも前方位置の前記掘進機本体に軸方向に伸縮可能な二重構造のスライド胴部を設け、このスライド胴部の伸張によって追加設置する排泥用ポンプの設置スペースを形成可能としたことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、掘進機本体内のエレクターよりも前方位置に排泥用の高揚程ポンプを設置することで、エレクターよりも後方には中継ポンプを設置することなく高揚程ポンプのみで排泥を立坑位置まで搬送することができ、従って、トンネルの口径にかかわらずセグメントを確実に搬送することができ、待ち時間を設けることなくセグメント搬送台車によりセグメントをエレクターまで搬送することができ、施工時間を短縮して工期を短縮することができる。
【００１１】
また、エレクターよりも前方位置の掘進機本体に軸方向に伸縮可能な二重構造のスライド胴部を設け、このスライド胴部の伸張によって追加設置する排泥用ポンプの設置スペースを形成可能とすることで、既設の高揚程ポンプの搬送能力を超える距離まで達した場合には、この設置スペースに排泥用ポンプを設置することで、さらに掘進距離を伸ばすことができる。
【００１２】
さらに、このスライド胴部を用いてエレクターによるセグメントの組み立て中に掘進を行わせることで、高速掘進を行うことができ、工期の短縮に寄与することができる。
【００１３】
本発明においては、前記エレクターによって組み立てられるセグメントは、対角線の長さが組み立て後の前記セグメントの内のり直径を超えるセグメントピースを有するものとすることができる。
【００１４】
このような構成とすることにより、対角線の長さが組み立て後のセグメントの内のり直径を超えるセグメントピースは、セグメント内で水平回転することができないため、セグメント搬送台車に横方向に載置して搬送する状態となり、このような状態であっても中継ポンプが存在しないため、セグメントピースを確実に搬送することができる。
【００１５】
本発明の泥水式シールド工法は、シールド掘進機前部のシールドチャンバーに泥水を供給しつつ、排泥管によりシールドチャンバー内の泥水を掘削土砂と共に排出してトンネルを掘削する泥水式シールド工法において、
掘進機本体内のエレクターよりも前方位置に排泥用の高揚程ポンプを設置すると共に、前記エレクターよりも前方位置の前記掘進機本体に軸方向に伸縮可能な二重構造のスライド胴部を設けたシールド掘進機を用いて所定距離まで前記高揚程ポンプによって掘削土砂を流体輸送しながら掘進する工程と、
前記高揚程ポンプで掘削土砂を流体輸送可能な距離を超えて掘削する場合には、前記スライド胴部を伸張して前記掘削機本体内に余剰の設置スペースを形成し、前記余剰の設置スペースに排泥用の追加ポンプを設置する工程と、
を含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、掘進機本体内のエレクターよりも前方位置に排泥用の高揚程ポンプを設置することで、エレクターよりも後方位置に中継用のポンプを設置することなく排泥を行うことができ、トンネルの口径にかかわらずセグメントを確実に搬送することができ、セグメント搬送の待ち時間を設けることなく施工時間を短縮して工期を短縮することができる。
【００１７】
また、高揚程ポンプで掘削土砂を流体輸送可能な距離を超えて掘削する場合には、スライド胴部を伸張して余剰の設置スペースを形成し、そこに排泥用の追加ポンプを設置することで、既設の高揚程ポンプに加えて、追加ポンプを用いてより長距離の掘進を行うことができる。
【００１８】
本発明においては、前記追加ポンプの設置以前における掘進においては、前記エレクターによるセグメントの組み立て中に前記スライド胴部を伸張させながら掘進作業を行うことができる。
【００１９】
このような構成とすることにより、追加ポンプ設置以前においては、セグメントの組み立て中にスライド胴部を伸張させながら掘進作業を行うことで、高速掘進を行うことができ、より施工期間の短縮に寄与することができる。
【００２０】
この場合、前記セグメント組み立て中における掘進は、組み立て中の部分のシールドジャッキをのぞく他のシールドジャッキにて既設のセグメントに反力を持たせて推進力を得ることができる。
【００２１】
このような構成とすることにより、セグメントの組み立て中においても、組み立て中の部分をのぞく既設のセグメントに反力を持たせて推進力を得ることで、セグメントの組み立て中においても確実な反力を得て掘進を行うことができる。
【００２２】
本発明においては、前記排泥用の追加ポンプは、高揚程ポンプとすることができる。
【００２３】
このような構成とすることにより、既設の高揚程ポンプの掘進距離に加えて追加した高揚程ポンプにより先と同程度の掘進距離が得られることとなる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１〜図５は、本発明の一実施の形態に係る泥水式シールド掘進機を示す図である。
【００２６】
図１及び図２に示すように、この泥水式シールド掘進機１０は、掘進機本体１２を前胴部１４、中胴部１６及び後胴部１８からなる３分割の構成とされている。
【００２７】
前胴部１４は、前面にカッタ２０を有し、このカッタ２０と隔壁２２との間にシールドチャンバー２４が形成されている。
【００２８】
また、前胴部１４内には、カッタ駆動モータ２６及びローリージョイント２８が配設され、カッタ２０を駆動し得るようになっている。
【００２９】
さらに、隔壁２２の上部には送泥管３０が接続され、この送泥管３０からシールドチャンバー２４内に泥水を供給し得るようになっており、隔壁２２の下部には、クラッシャ３２及び排泥管３４が接続され、シールドチャンバー２４内の泥水を掘削土砂とともに地上へと搬送して排出し得るようになっている。
【００３０】
中胴部１６は、内部に、通常エレクターの後方に配設されるシールド制御・操作盤３６が配設され、掘進制御を行うようになっている。
【００３１】
後胴部１８は、内部にエレクター３８が配設され、このエレクター３８によって後胴部１８内でセグメント４０の組み立てが行われるようになっている。
【００３２】
また、後胴部１８にはシールドジャッキ４２が配設され、このシールドジャッキ４２により既設のセグメント４０に反力をとって掘進を行うようになっている。
【００３３】
さらに、前胴部１４及び中胴部１６には、中折れジャッキ４４及び４６が配設され、急曲線施工に対応し得るようにされている。
【００３４】
エレクター３８により組み立てられるセグメント４０は、図３及び図４に示すように、分割数の少ない例えば４つのセグメントピース４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄから構成され、各セグメントピース４８ａ〜４８ｄは、図３に示すように、一次覆工部５０ａと二次覆工部５０ｂとを備え、組み立て後の二次覆工工程を省略し得るようになっている。
【００３５】
また、セグメントピース４８ａ〜４８ｃは、図４に示すように、対角線の長さＬ１が組み立て後のセグメント４０の内のり直径Ｌ２を超える状態となっている。
【００３６】
従って、このようなセグメントピース４８ａ〜４８ｃは、組み立て後のセグメント４０内で水平回転させることができず、そのため、セグメントピース４８ａ〜４８ｃは、縦長の状態で搬送すると横長の状態に方向変換させることができず、図３に示すように、はじめからセグメント搬送台車５２上に横長の状態で載置してそのままの状態でエレクター３８により組み立てるようにしている。
【００３７】
そのため、エレクター３８より後方のトンネル抗内には、セグメント搬送台車５２によるセグメントピース４８ａ〜４８ｃの搬送を妨げるもの、例えばシールド制御・操作盤３６や排泥用の中継ポンプを設置することができない。
【００３８】
そこで、エレクター３８より前方の中胴部１６内にシールド制御・操作盤３６を設置している。
【００３９】
また、トンネル抗内の排泥用の中継ポンプを省略して、エレクター３８より前方に位置する前胴部１４内に高揚程ポンプ５４及びポンプ駆動モータ５６を設置し、中胴部１６内にポンプインバータ盤５８を設置するようにしている。
【００４０】
この高揚程ポンプ５４は、例えば、１１０Ｋｗ、最高回転出力１７８０回転／分、圧力０．７ＭＰａ、揚程７０ｍ、流量３．４ｍ３／分（口径６インチ）の渦巻きポンプで、最長１０００ｍ程度の搬送が可能なものを採用している。
【００４１】
ここで、高揚程ポンプとは、揚程５０ｍ以上のものを対象としている。
【００４２】
また、１０００ｍ程度を超える掘進を行う場合には、この高揚程ポンプ５４のみでは搬送ができなくなるため、エレクター３８よりも前方位置の掘進機本体１２、具体的には、中胴部１６に軸方向に伸縮可能な二重構造のスライド胴部６０を設け、このスライド胴部６０の伸張によって、図２に示すように、中胴部１６内に余剰の設置スペース６２を形成し、この設置スペース６２に排泥用の追加ポンプとして追加高揚程ポンプ６４及びポンプ駆動モータ６６を設置するようにしている。
【００４３】
この追加高揚程ポンプ６４は、既設の高揚程ポンプ５４とほぼ同様の能力のもので、この追加高揚程ポンプ６４の設置によってほぼ２０００ｍ程度までの掘進が可能となる。
【００４４】
なお、スライド胴部６０の伸張による設置スペース６２の形成は、中折れジャッキ４６によって行うようにしている。
【００４５】
次に、このような泥水式シールド掘進機１０を用いた泥水式シールド工法について説明する。
【００４６】
まず、前胴部１４、中胴部１６及び後胴部１８を分解した状態で、前胴部１４を発進立坑内に搬入し、前胴部１４による発進を行う。
【００４７】
この場合、前胴部１４のシールドチャンバー２４に送泥管３０より泥水を供給しつつ、前胴部１４内の高揚程ポンプ５４を用いて排泥管３４によりシールドチャンバー２４内の泥水を掘削土砂とともに排出してトンネルを掘削する。
【００４８】
次に、前胴部１４により所定距離掘進した後、中胴部１６を発進立坑内に搬入し、前胴部１４と接続して掘進を継続する。
【００４９】
次に、中胴部１６も所定距離進んだ状態で、発進立坑内に後胴部１８を搬入し、中胴部１６と接続して掘進を継続する。
【００５０】
このように、泥水式シールド掘進機１０を前胴部１４、中胴部１６及び後胴部１８を分解した状態で掘進状況に応じて接続していくことで、比較的小さな立坑面積での発進を行うことができる。
【００５１】
なお、この場合、中胴部１６には追加高揚程ポンプ６４は設置されていない。
【００５２】
次に、エレクター３８位置までセグメント搬送台車５２によりセグメントピース４８ａ〜４８ｄを搬送してエレクター３８により組み立てながら所定距離まで掘進する。
【００５３】
この場合、高揚程ポンプ５４によって１０００ｍ程度の掘削土砂の搬送が可能であるため、トンネル抗内の途中位置に中継ポンプを設置する必要がなく、しかも、シールド制御・操作盤３６もエレクター３８よりも前方の中胴部内に設置されているため、エレクター３８より後方にはセグメント搬送台車５２による搬送の妨げとなるものが存在せず、セグメントピース４８ａ〜４８ｃが横方向に設置された状態で搬送しなければならない状態であっても、確実にセグメントピース４８ａ〜４８ｃの搬送が可能である。
【００５４】
また、土圧式シールド工法の場合に比し、ズリトロによる掘削土砂の搬送を待つことなくセグメントピース４８ａ〜４８ｄを搬送することができるので、施工期間の短縮化を図ることができる。
【００５５】
さらに、高揚程ポンプ５４によって掘削土砂を流体輸送しながら掘進する場合には、エレクター３８によるセグメント４０の組み立て中に、中折れジャッキ４６を用いてスライド胴部６０を伸張させながら掘進作業を行うことで、高速施工を可能とし、工期短縮に寄与することができる。
【００５６】
この場合、セグメント４０の組み立て中における掘進は、組み立て中のセグメントピース４８ａ、４８ｂ、４８ｃまたは４８ｄに相当する部分のシールドジャッキ４２をのぞく他のシールドジャッキ４２にて既設のセグメント４０に反力を持たせて推進力を得るようにしている。
【００５７】
例えば、セグメントピース４８ａを組み立てる場合には、図５に示すシールドジャッキ４２ａ〜４２ｃが組み立て中のセグメントピース４８ａに相当する部分で、これらをのぞく他のシールドジャッキ４２ｄ〜４２ｈにて既設のセグメント４０に反力を持たせて推進力を得るようにしている。
【００５８】
同様に、セグメントピース４８ｂを組み立てる場合には、シールドジャッキ４２ｇ及び４２ｈをのぞく他のシールドジャッキ４２ａ〜４２ｆを用いて反力をとるようにしている。
【００５９】
また、セグメントピース４８ｃを組み立てる場合は、シールドジャッキ４２ｄ及び４２ｅを除くシールドジャッキ４２ａ〜４２ｃ、４２ｆ〜４２ｈを用いて反力をとるようにしている。
【００６０】
さらに、セグメントピース４８ｄを組み立てる場合には、シールドジャッキ４２ｆをのぞく他のシールドジャッキ４２ａ〜４２ｅ、４２ｇ及び４２ｈを用いて反力をとるようにしている。
【００６１】
また、この場合反力を均一にとっていないが、本実施の形態における泥水式シールド掘進機１０は、通常のシールド掘進機よりも全長が長いため、シールド掘進機１０の姿勢は地山の反力を利用して掘進方向に保つことが可能である。
【００６２】
次に、既設の高揚程ポンプ５４で掘削土砂を流体輸送可能な距離、例えば１０００ｍを超えて掘削する場合には、中折れジャッキ４６を用いて、スライド胴部６０を伸張させ、掘削機本体１２内に余剰の設置スペース６２を形成する。
【００６３】
そして、この設置スペース６２に排泥用の追加高揚程ポンプ６４を設置するようにしている。
【００６４】
このスライド胴部６０の伸張は、中折れジャッキ４６を用いて一部伸張させた後、中折れジャッキ４６を縮めてスペーサを取り付け、さらに中折れジャッキ４６を用いて一部伸張させる状態を複数回繰り返して所定の長さの伸張を行うようにしている。
【００６５】
そして、この状態で、既設の高揚程ポンプ５４及び追加高揚程ポンプ６４の双方を用いて掘削土砂を輸送しながら掘削を継続することで、例えば２０００ｍ程度の掘進が可能となる。
【００６６】
図６及び図７は、本発明の他の実施の形態に係る泥水式シールド掘進機を示す図である。
【００６７】
この実施の形態では、中胴部１６内に設ける中折れジャッキ６８の長さをスライド胴部６０のスライド長と同じ程度に設定することで、スライド胴部６０の伸張を複数回に分けて行うことなく一度で伸張可能としている。
【００６８】
このようにすることで、エレクター３８によるセグメント４０の組み立て中における掘進及び追加高揚程ポンプ６４の余剰の設置スペース６２の形成を高速に行うことができるようにしている。
【００６９】
他の構成及び作用は、前記実施の形態と同様につき説明を省略する。
【００７０】
本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の形態に変形可能である。
【００７１】
例えば、前記実施の形態では、泥水式シールド掘進機を３分割のものとしているが、この例に限定されるものではなく、２分割あるいは４分割以上とすることもでき、あるいは、分割しない状態とすることも可能である。
【００７２】
また、前記実施の形態では、泥水式シールド掘進機を中折れタイプのものとしているが、この例に限らず、中折れできない状態とすることもできる。
【００７３】
さらに、前記実施の形態では、既設の高揚程ポンプ及び追加高揚程ポンプをそれぞれ１台としているが、この例に限らず、それぞれを複数台ずつ設けることも可能である。
【００７４】
また、前記実施の形態では、排泥用の追加ポンプとして追加高揚程ポンプを用いているが、掘進距離がそれほど長くない場合には、揚程５０ｍ以下の通常揚程の追加ポンプを適宜選択して用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る泥水式シールド掘進機を示す断面図である。
【図２】図１の状態から中胴部のスライド胴部を伸張して余剰の設置スペースを形成しそこに追加高揚程ポンプを設置した状態を示す断面図である。
【図３】既設のセグメント内でのセグメントピースの搬送状態を示す断面図である。
【図４】組み立て後のセグメントとセグメントピースの対角線の長さの状態を示す断面図である。
【図５】後胴部のシールドジャッキの状態を示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施の形態に係る泥水式シールド掘進機を示す断面図である。
【図７】図６の状態から中胴部のスライド胴部を伸張して余剰の設置スペースを形成した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０　泥水式シールド掘進機
１２　掘進機本体
１４　前胴部
１６　中胴部
１８　後胴部
２４　シールドチャンバー
３０　送泥管
３４　排泥管
３８　エレクター
４０　セグメント
４２　シールドジャッキ
４４、４６　中折れジャッキ
４８ａ〜４８ｄ　セグメントピース
５２　セグメント搬送台車
５４　高揚程ポンプ
６０　スライド胴部
６２　設置スペース
６４　追加高揚程ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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