JP3814933B2 - シールド掘進機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に直接地中接合工法（ＭＳＤ工法）に適したシールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、シールド工事の長距離化、大深度化に伴ってシールド掘進機の地中接合工事が多く実施されるようになってきた。従来の地中接合工事では接合部分の地盤を地盤改良、または地表部からの凍結等で強化してシールド掘進機の接合を行う方法が採用されている。しかし、これらの方法では作業時に部分的にかつ一時的に地山応力を解放するため、防護工法の信頼性や作業の安全性が危惧されることや、防護工や接合時の作業量が多くそのため工期も長くなるなど不利な面も見受けられた。
【０００３】
これに対し、シールド掘進機を直接地中で接合する直接地中接合工法（ＭＳＤ(Mechanical Shield Docking) 工法）は、地上からの作業がなく貫入リングで確実な止水が行えるため、接合部の信頼性や作業の安全性が高く、工期も短縮できて、従来の接合工法の短所を充分に補うことができる。ＭＳＤ工法は、全ての作業を地中で行うことができ補助工法を用いないため、広い範囲の土質に適用できる新しいタイプの地中接合工法である。以下に本工法の概要・特徴について述べる。
【０００４】
図７に示すように、本工法は、同一径のシールド掘進機ａ，ｂを機械的に正面接合させる工法である。接合させる２台のシールド掘進機ａ，ｂを各々、押出側シールド掘進機ａ、受入側シールド掘進機ｂとして一対製作し、その２台のシールド掘進機ａ，ｂの持つ接合機構により簡便に接合をおこなうものである。具体的には、押出側シールド掘進機ａには地中接合の構造体となる円筒の鋼製貫入リングｃを、受入側シールド掘進機ｂには止水部材となる受圧ゴムリングｄをそれぞれ内蔵させる。接合方法は、２台のシールド掘進機ａ，ｂを異なる地点から掘進させ、所定の接合地点に到達したならば両機のカッターヘッドｅ，ｆ径を縮小し、押出側シールド掘進機ａに内蔵した鋼製の貫入リングｃを受入側シールド掘進機ｂの貫入室ｇに挿入することで２台を機械的に接合して一体化する。詳しくは以下の通りである。
【０００５】
▲１▼両側から掘進してきた２台のシールド掘進機ａ，ｂのカッターｅ，ｆが所定地点で回転を停止する。シールド掘進機内から切羽に向かって泥土または泥水圧の作用下において、カッターヘッド径を縮小する。なお、カッターヘッドスライド機構を装備したシールド掘進機の場合は、ヘッド径縮小後シールド掘進機を前進させながらカッターヘッドをスライドしてチャンバー内に取込む。
【０００６】
▲２▼カッター縮小・カッターヘッドスライド終了後、押出側シールド掘進機ａの貫入リングｃを受入側シールド掘進機ｂの貫入室ｇに挿入して機械的に接合する。これにより土・水圧に抵抗する。
【０００７】
▲３▼接合部には接合鋼板を貫入リング周囲に溶接して両機の一体化を行う。この後、接合部を残してシールド掘進機を解体・撤去し、コンクリートによる二次覆工を行う。
【０００８】
このようなＭＳＤ工法には次のような特徴がある。▲１▼地上の条件にとらわれず接合地点を自由に選択できる。▲２▼地山を改良強化するための補助工法を必要としない。▲３▼このため、接合のための地上作業が必要なく、交通や住民への環境公害がない。▲４▼地盤条件に左右されず、あらゆる土質に適用できる。▲５▼土圧・水圧を鋼製リングで直接支えるため安全で確実な工法である。▲５▼接合時に地上や地中構造物への影響がない。▲７▼接合作業が極めて短時間に完了するため、工期の短縮がはかれる。▲８▼貫入した鋼製リングは構造体として使用できる。▲９▼泥水式ならびに土圧式のいずれのシールド工法に対しても適用できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような優れた特徴を有するＭＳＤ工法であるが、一般に貫入リングはシールド掘進機のドッキング状態に応じて所定の長さ（約１〜２ｍ）が必要であり、これを継ぎ足すこともできないことから、機体内に収めたときに機長が長くなる欠点がある。こうなると立坑内に入らなかったり、特に中折れ式の場合ではカーブ施工で余掘りが多くなったり、カーブの曲率が大きくとれなかったりする問題が生じる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、機体の前部に前方に突出可能な貫入リングを設けたシールド掘進機にあって、上記貫入リングを多重に構成したものである。
【００１１】
これによれば、貫入リングをテレスコピック状に構成でき、伸長時の長さを従来と同等としながら収縮時には長さを短縮できる。よって機長を短縮し、上述の問題を解決することが可能となる。
【００１２】
なお、上記貫入リングは、第１の貫入リングとこれを厚さ中心部に収める第２の貫入リングとから二重に構成されてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１４】
図１は、本発明に係るシールド掘進機を示す縦断面図である。図示するシールド掘進機１は押出側のものであり、全体として円筒状に形成された機体（シールドフレーム）２を有する。機体２は前後に二分割されて途中で折れ曲がり可能であり、その分割位置には折れ曲がりを許容するための球体部３、摺接部４及び中折れジャッキ５が設けられる。シールド掘進機１による地山掘削後にはセグメント６が順次組み付けられ、この組み付けを行うためのエレクタ（図示せず）が機体２内に配設されている。
【００１５】
機体２の前部には隔壁７が設けられ、隔壁７の前方には地山掘削のためのカッタ８が装備されている。カッタ８は、隔壁７に装着されたカッタ駆動装置９により回転駆動されるようになっている。また隔壁７には送泥管１０、排泥管（図示せず）及びアジテータ１１等も装着されている。
【００１６】
カッタ８は、中心から半径方向に延びる長カッタスポーク１２と短カッタスポーク１３とから主に構成されている。これら長カッタスポーク１２と短カッタスポーク１３とは周方向に所定間隔で複数交互に配設され、これらカッタスポーク１２，１３の前面部には複数のカッタビット１４が適宜間隔で配設されている。ここでカッタ８にはカッタスポーク伸縮ジャッキ１５が設けられ、これによって長カッタスポーク１２は半径方向に伸縮できるようになっている。図は伸長時の状態を示すが、このとき長カッタスポーク１２の先端には外周リング１６が係合している。即ち外周リング１６は、伸長時の全ての長カッタスポーク１２の先端に係合してカッタ８の回転によって回転され、長カッタスポーク１２の収縮時には係合が外れてカッタ８から離脱される。なお１７はコピーカッタである。
【００１７】
特に、機体２の前部には前方に突出可能な貫入リング１８が設けられている。貫入リング１８は二重に構成され、第１の貫入リング１９とこれを厚さ中心部に収める第２の貫入リング２０とからなっている。即ち、第１の貫入リング１９は比較的薄い厚さの単純な円筒状に形成され、第２の貫入リング２０は比較的厚い厚さを有し、その内部に前端が開放された第１リング収容室２１を区画している。第１リング収容室２１の前端の内壁には第１シール部３５が設けられ、第１シール部３５は第１の貫入リング１９と摺接し、その前方への移動を許容している。第１リング収容室２１の後端は後端板３６により閉塞される。第２の貫入リング２０は、機体２に設けられた第２リング収容部３７に収められている。第２リング収容部３７は、その前部内壁に互いに離間された第２シール部３８を有し、これら第２シール部３８によって第２の貫入リング２０を２点支持し、且つその前方への摺動移動を許容するようになっている。第２の貫入リング２０には、その前方への移動を規制すべく後方の第２シール部３８に突き当たるための内周鍔部３９が設けられる。
【００１８】
第２リング収容部３７は、図中上方に示すようにボックス状に形成された部分と、図中下方に示すようにオープン状に形成された部分とがある。そしてボックス状に形成された部分では、後端壁４０が中折れジャッキ５の接続部の一部をなしている。一方オープン状に形成された部分では、後端壁４０が、機体２のスキンプレート２ａから若干内方に突出され、第２の貫入リング２０の後方停止位置を決定する。
【００１９】
一方、機体２の長手方向中間部には、掘進機全体を推進させるためのシールドジャッキ２２が設けられている。シールドジャッキ２２は、その本体２３が球体部３の内面にブラケット２４により固定されている。ここでブラケット２４は、本体２３を外周側から把持する筒状に形成されるが、ボルト等による把持力を開放させると、本体２３を前後に摺動移動させることができる。一方、本体後端にはフランジ部２５が設けられ、フランジ部２５は機体２の内周フランジ２６にボルト等により着脱自在に固定されている。シールドジャッキ２２は、その伸長により、ロッド後端のシュー２７を後方に移動させてセグメント６に押し当てる。そしてこのときの反力により掘進機全体を前方に推進させることができる。シールドジャッキ２２と中折れジャッキ５とは、図６に示すように、異なる半径位置に、周方向に沿って所定間隔で複数配設されている。よってこれらジャッキ２２，５の位置に対応して第２リング収容部３７の構成が前述の如く異なる。特にこの掘進機では、８つのシールドジャッキ２２のうち、図中ハッチングを施した４つが第２の貫入リング２０の押出しに利用できるようになっている。これについては後述する。
【００２０】
一方、図４には第１の貫入リング１９を押し出すための構成が詳細に示されている。即ち、第２の貫入リング２０の後端板３６には、押出用シールドジャッキ２２の周方向位置に対応して孔２９と一対の鍔部４１とが設けられる。一方、第１の貫入リング１９の後端にはロッド３０が溶接等で取り付けられ、ロッド３０は孔２９から摺動自在に後方に突出されている。よってこのロッド３０を前方に押せば、第１の貫入リング１９を前方に押出すことができる。ロッド３０を押すのは別の押出しジャッキ４８（図３参照）である。ロッド３０は通常、ストッパ部材としてのボルト４２によって鍔部４１に係止されている。よって押出しを行うときは、ナット４３を緩めてボルト４２を取り外せばよい。ロッド３０の後端面には雌ねじ穴４４が設けられ、この雌ねじ穴４４を利用してロッド３０には図５に示すように別の延長ロッド４５を継ぎ足すことができる。即ち延長ロッド４５は、その前端に雄ねじ部４６を、後端に雌ねじ部４７を有している。
【００２１】
次に、この掘進機における貫入リング１８の押出し方法を説明する。
【００２２】
図２を参照して、先ず最初は、押出用シールドジャッキ２２を伸長させてシュー２７をセグメント６に突き当て、この状態でシュー２７を機体２のスキンプレート２ａに溶接する。なおシュー２７はセグメント６に固定することも可能であるし、溶接以外の方法で固定することも可能である。
【００２３】
次に、シールドジャッキ本体２３を機体２との固定状態から解放する。具体的には、ブラケット２４の把持力を緩め、フランジ部２５と内周フランジ２６との固定のためのボルトを取り外す。そしてシールドジャッキ２２を最短まで収縮させていわゆる引きエンドにする。こうなると仮想線で示すようにシールドジャッキ本体２３が後方に移動し、シールドジャッキ本体２３の前端とロッド３０の後端との間にある程度の隙間ができるようになる。この後、シールドジャッキ本体２３の前端に仮想線で示すように偏心ブラケット３２を取り付ける。偏心ブラケット３２は、シールドジャッキ２２と貫入リング１８との径方向位置が異なるためその位置合わせを行うためのものである。そして第２の貫入リング２０の後端板３６には、偏心ブラケット３２の押し力を作用させるための軸部材３１を溶接等で取り付ける。
【００２４】
この状態でシールドジャッキ２２を伸長させると、セグメント６及び機体２が反力受けとなってシールドジャッキ本体２３が実線の如く前方に移動し、これにより第２の貫入リング２０が、偏心ブラケット３２及び軸部材３１を介して前方に押されるようになる。このときにはまだ第１の貫入リング１９が第２の貫入リング２０に係止されているので、第２の貫入リング２０の移動と共に第１の貫入リング１９も前方に移動される。
【００２５】
次に、図３を参照して、シールドジャッキ２２を収縮させてシールドジャッキ本体２３を後方に移動させ、偏心ブラケット３２及び軸部材３１を撤去すると共に、これによって空いたスペースに、収縮状態の押出しジャッキ４８を機体２のスキンプレート２ａに溶接等で固定する。そしてロッド３０に延長ロッド４５を１本だけ継足し、前述のボルト４２を取り外して第１の貫入リング１９を第２の貫入リング２０から解放する。この後、押出しジャッキ４８を伸長させれば、延長ロッド４５の１本分の長さだけ第１の貫入リング１９が前方に押し出されるようになる。さらに押出しジャッキ４８の収縮、延長ロッド４５の継足し及び押出しジャッキ４８の伸長を順次繰り返していけば、第１の貫入リング１９が徐々に前方に突出されていき、同時に前方にて向き合う受入側シールド掘進機の貫入室に挿入されていき、やがては止水部材となる受圧ゴムリングに突き当たる。こうなれば互いのシールド掘進機の接合が完了し、この後は最後端の延長ロッド４５を後端板３６に溶接固定する。
【００２６】
なお、延長ロッド４５の継足しは４つの全箇所で同時に行わず、１箇所ずつ行うようにする。押し力の完全解放により第１の貫入リング１９がバックリングするからである。またこのような貫入リング１８の押出しに際しては長カッタスポーク１２をカッタスポーク伸縮ジャッキ１５によって予め引き込んでおく。貫入リング１８と長カッタスポーク１２との干渉を防止するためである。なお、長カッタスポーク１２を引き込んだ場合、外周リング１６は係合を解除されてそのまま取り残される。
【００２７】
このように、かかるシールド掘進機においては、貫入リング１８を多重に構成したため、貫入リング１８をテレスコピック状に構成でき、伸長時の長さを従来と同等としながら収縮時には長さを短縮できる。よって機長を短縮し、従来の問題を解決することが可能となる。なお上記構成では貫入リング１８を二重に構成したが、三重、四重とすることもでき、その数は限定されない。
【００２８】
またこの構成によれば、既存の推進用シールドジャッキ２２を貫入リング１８（第２の貫入リング２０）の押出し用としても用いるため、既存の装備の有効利用が図れ、構造のシンプル化、低コスト化が可能となる。ここでは第２の貫入リング２０の押出しにのみ使用したが、第１の貫入リング１９の押出しに使用することも可能である。このときは押出しジャッキ４８を省略できる。
【００２９】
さらに、貫入リング１８は比較的長く突出させる必要があるが、これをジャッキの１ストロークで行おうとするとジャッキが長くなり、機長も長くなってしまう。本シールド掘進機では、継足し可能な延長ロッド４５を用いたため、短いストロークで貫入リング１８（第１の貫入リング１９）の略全長を突出させられ、上記問題を解決できる。
【００３０】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されず、他の様々な実施の形態を採ることが可能である。例えばシールド掘進機は中折れ式のものでなくても構わないし、貫入リングの構成も他の構成が可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、機長を短縮できるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシールド掘進機を示す縦断面図である。
【図２】貫入リングの押出し方法を説明するための図である。
【図３】貫入リングの押出し方法を説明するための図である。
【図４】第１の貫入リングと第２の貫入リングとの係止部を示す縦断面図である。
【図５】ロッドと延長ロッドとの継足し状態を示す縦断面図である。
【図６】シールドジャッキと中折れジャッキとの配置を示し、シールド掘進機を後方から見たときの図である。
【図７】ＭＳＤ工法を説明するための図である。
【符号の説明】
１ シールド掘進機
２ 機体
１８ 貫入リング
１９ 第１の貫入リング
２０ 第２の貫入リング

Claims (2)

1. 機体の前部に前方に突出可能な貫入リングを設けたシールド掘進機にあって、上記貫入リングを多重に構成したことを特徴とするシールド掘進機。
2. 上記貫入リングが、第１の貫入リングとこれを厚さ中心部に収める第２の貫入リングとから二重に構成される請求項１記載のシールド掘進機。

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