JP5763740B2 - 掘進機の発進方法 - Google Patents

Description

本発明は、セミシールド工法において比較的小径の発進立坑から掘進機を発進させる発進方法に関する。

従来、小型立坑からの掘進機の発進時（初期掘進時）において、掘進機と推進ジャッキとの間、又は、推進ジャッキと反力壁との間にスペーサ部材としての押角（ストラット）を挿入しつつ、推進ジャッキを１ストロークずつ伸長させることで掘進機を順次推進し、地山に貫入させる発進方法が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００３−６４９８２号公報

従来の小型立坑からの掘進機の発進方法では、掘進機の構造や特性により、予め鋼管を地山に貫入させ、鋼管内に掘進機の前部を収容するスペースを確保する必要があった。この場合、鋼管推進用の推進架台及び油圧ジャッキを設置して鋼管を推進した後、掘進機推進用の推進架台及び油圧ジャッキに盛り替えてから掘進機の発進を開始することとなり、推進架台、油圧ジャッキの盛り替えや鋼管推進等の作業工程が余分にかかっていた。
また、掘進機を据え付ける段階では、坑口の鏡切りが済んでおり、地山が露出している状態であるため、崩壊性の高い地山では土砂噴発等のおそれがあった。

さらに、油圧ジャッキは、前後方向の長さが作動ストローク以上必要である。その分、発進立坑内で掘進機を据え付けられるスペースが狭くなり、掘進機据え付け時の作業性を低下させていた。また、発進立坑の寸法によっては、掘進機をいくつかのパーツに分割して投入せざるを得ない場合があり、その場合、分割作業や再接続作業に多大な時間を要していた。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、掘進機の初期掘進時における作業工程を低減し、また、作業安全性を向上させる掘進機の発進方法を提供することにある。

本発明は、セミシールド工法において発進立坑から掘進機を発進させる発進方法であって、縮退時にマット状となる袋体であり、且つ、袋内に圧縮空気が供給されたとき軸方向に伸長する１台のエアジャッキを用い、以下の第１工程〜第３工程を含むことを特徴とする。
第１工程では、発進立坑の底に推進架台を敷設し、発進立坑の掘進方向と反対側の内壁に反力壁を設置し、前面が掘進方向を向き後面が反力壁に当接するようにエアジャッキを設置する。
第２工程では、掘進機を推進架台上に据え付け、エアジャッキが縮退した状態で、エアジャッキの前面の周縁部を掘進機の後端部に設けた環状の当輪に対向させる。
第３工程では、エアジャッキを伸長させ、当輪を介して掘進機を推進する。

本発明では、エアジャッキを用いることで、推進架台や元押ジャッキの盛り替え、鋼管推進等の作業工程を省略することができる。
また、掘進機を据え付けた後すぐに発進が可能であることから地山が露出している状態を最小限にとどめることができ、崩壊性の高い地山での土砂噴発等を回避することができる。よって、作業安全性を向上させることができる。

さらに、エアジャッキは縮退時にマット状になるため、油圧ジャッキに比べて前後方向の長さを格段に縮小することができる。その分、発進立坑内で掘進機を据え付けるためのスペースを広く確保することができ、掘進機据え付け時の作業性を向上させることができる。特に、油圧ジャッキを用いる場合に必要であった掘進機投入時の分割が不要になる場合には、分割作業及び再接続作業を廃止し、作業時間を大幅に短縮することができる。

本発明の一実施形態による掘進機の発進方法の第１工程の側面図である。 図１のＩＩ方向矢視図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 本発明の一実施形態による掘進機の発進方法に用いるエアジャッキの（ａ）縮退時、（ｂ）伸長時の当輪を含めた側面図である。 図４（ｂ）のＶ方向矢視図である。 同上の第２工程の側面図である。 図６のＶＩＩ方向矢視図である。 図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。 同上の第３工程の側面図である。 従来技術による掘進機の発進方法の第１工程の側面図である。 従来技術による掘進機の発進方法の第２工程の側面図である。 図１１のＸＩＩ方向矢視図である。 図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。 従来技術による掘進機の発進方法の第３工程の側面図である。 従来技術による掘進機の発進方法の第４工程の側面図である。 従来技術による掘進機の発進方法の第５工程の側面図である。 図１６のＸＶＩＩ方向矢視図である。 図１６のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線断面図である。

以下、本発明の一実施形態による掘進機の発進方法を従来技術と対比しながら図面に基づいて説明する。
この方法は、発進立坑から到達立坑に向かって、掘進機に後続する推進管により地中に横坑を構築するセミシールド工法において、発進立坑からの掘進を開始する初期掘進段階で用いられる。特にこの方法は、発進立坑の内径が掘進機の全長に対して比較的小さい場合、例えば、内径２５００ｍｍの発進立坑から呼び径８００ｍｍの推進管を構築するような場合に有効である。

（従来技術）
本発明の実施形態の説明に先だって、従来技術による掘進機の発進方法について、図１０〜１８の工程図を参照して説明する。各工程図は模式的なものであり、必ずしも正確な投影視や断面視を図示していない。各工程について、主に、掘進方向の側面から視た側面図（掘進機の部分は断面図）を用いて説明する。また、第２工程及び第５工程について、平面図（図１２、１７）及び立坑後方からの断面図（図１３、１８）を追加した。その他の工程の平面図及び後方視断面図は、容易に類推可能であるため図示を省略した。
ここで、第１〜第５工程の区分は、図面を参照する上での便宜的な区分であり、現実の作業単位とは必ずしも対応しなくてもよい。

図１０〜１８共通に、発進立坑９の上下方向の軸をｚ、内壁を９１、底を９２と示す。また、ｚ軸に直交する掘進方向の軸をｘ、掘進機の正面視での左右方向の軸をｙと示す。
各工程の側面図である図１０、１１、１４、１５、１６、及び平面図である図１２、１７にて、斜線部は地山を示し、図の左側が掘進方向となる。以下、掘進方向を前方、掘進方向と反対側を後方という。後方、すなわち図の右側における発進立坑９の内壁９１には反力壁８５が設置される。また、発進立坑９の底９２には基礎架台８０が敷設される。この基礎架台８０上に、図１０〜１３では鋼管用推進架台８１が載置され、図１４〜１８ではかさ上げ鋼材８２及び掘進機用推進架台８３が載置される。

（従来技術−第１、第２工程）
図１０〜１３に示すように、従来技術では、発進立坑９に掘進機１を投入する前に、掘進機１の前部を収容するスペースを確保するための鋼管７１を予め鋼管推進用坑口９４に貫入する工程を実施する。
発進立坑９の内壁９１に鋼管推進用坑口９４を設けた後、図１０に示す第１工程にて、鋼管用推進架台８１の上に後面を反力壁８５に当接させて油圧ジャッキ６０を設置する。また、油圧ジャッキ６０のピストン前端６３と鋼管７１の後端との間に当輪７２を設置する。

続いて第２工程（符号は図１１〜１３参照）では、油圧ジャッキ６０の本体６１からピストン６２を前進させ、反力壁８５から反力を受けつつ当輪７２を介して鋼管７１を１ストローク分推進する。そして、ピストン６２を後退させ、当輪７２とピストン前端６３との間に押角７３を挿入し再びピストン６２を前進させる。この作業を繰り返し、図１１、１２に示すように、押角７３の数を増やす度に、鋼管７１を地山に深く貫入していく。

（従来技術−第３、第４工程）
鋼管７１を所定深さまで貫入させた後、図１４に示す第３工程にて、鋼管推進用の油圧ジャッキ６０を撤収する。また、掘進機１を設置する高さを調整するため、基礎架台８０上にかさ上げ鋼材８２、及び、鋼管７１の底にかさ上げ鋼材８４を置いた上に掘進機用推進架台８３を敷設する。また、鋼管７１の前端部にて地山を露出させ、掘進機１用の坑口７４を設ける。
続いて、図１５に示す第４工程にて、掘進機用推進架台８３の上に後面を反力壁８５に当接させて掘進機推進用の油圧ジャッキ６５を設置する。

（従来技術−第５工程）
図１６〜１８に示すように、第５工程にて掘進機用推進架台８３の上に掘進機１を据え付ける。このとき、掘進機１は前部を下に傾けた状態でクレーンに吊り下げられ、前部を鋼管７１に収容させながら後部を徐々に下ろして水平に設置される。掘進機１が推進架台８３上に据え付けられた状態で、油圧ジャッキ６５の前端６８が掘進機１の後端に取り付けられた当輪２５に対向する。この状態から、油圧ジャッキ６５で当輪２５を介して掘進機１を押し、初期掘進させる。
また、第５工程に続いて掘進機１を推進する第６工程（図示しない）では、当輪２５と油圧ジャッキ６５との間に押角を挿入して油圧ジャッキ６５を前進させる。

ここで、掘進機１の概略構造について説明する。なお、本来、図１６は側面視による断面図であり、図１７は平面視による断面図であるが、便宜上同一の図を共用する。また、図１７では掘進機１内の各部の符号を省略する。
掘進機１の前部に設けられる掘削駆動部は、非回転の固定部と回転部とを含む。固定部は、フード１１、インナーコーン１４、隔壁１５等からなる。回転部は、カッタヘッド１２、アウターコーン１３等からなり、カッタモータ１６によって回転駆動される。

固定部について、円筒状のフード１１は、アウターコーン１３の外周を覆う。隔壁１５は、前方のシールド空間と後方の制御空間とを区画する。隔壁１５の中心前方にはインナーコーン１４が固定されており、後方にはカッタモータ１６が固定されている。また、隔壁１５には土圧計１７が設けられている。隔壁１５の後方には、カッタモータ１６と干渉しない位置に排泥管１８が接続されている。
カッタモータ１６の出力は、ピニオン及びギアを経由して減速され、アウターコーン１３に伝達される。
インナーコーン１４は、カッタヘッド１２の中心部を回転可能に軸支する筒状部、及び、筒状部から後方に向かって拡径しているテーパ部等を有している。

次に、回転部であるカッタヘッド１２は、アウターコーン１３の前端に固定されており、アウターコーン１３と共に回転する。
カッタヘッド１２は、前面に設けられた複数種類のカッタビットにより、泥土の掘削や礫の破砕を行う。被掘削物は、アウターコーン１３の内壁と、インナーコーン１４の外壁と、隔壁１５とにより区画されたシールド空間内に流入する。

アウターコーン１３は、フード１１の内側に配置され、内壁に、前端側から後端側に向かって徐々に厚肉となるすり鉢部が形成されている。すり鉢部の回転中心は、インナーコーン１４のテーパ部の軸に対して偏心するように設けられている。また、すり鉢部に形成された掻き上げ板により泥土を掻き上げ、礫をアウターコーン１３とインナーコーン１４との間に誘導する。

シールド空間に送られた被掘削物は、土圧により破砕される。さらに、土圧により破砕されない硬質な礫等は、アウターコーン１３の回転力により、アウターコーン１３のすり鉢部とインナーコーン１４のテーパ部との間に挟まれ圧縮されることにより破砕される。そして、土圧により、隔壁１５に接続された排泥管１８に導入される。
フード１１の後方に接続される制御管１９の管内には、カッタモータ１６や排泥管１８等が収容されている。
セミシールド工法では、このような概略構成の掘進機１により、発進立坑９から図示しない到達立坑に向かって横坑が構築される。

以上のように、従来技術による掘進機１の発進方法では、鋼管推進用の推進架台８１及び油圧ジャッキ６０を設置して鋼管７１を推進した後、掘進機推進用の推進架台８３及び油圧ジャッキ６５に盛り替えてから掘進機１の発進を開始することとなり、推進架台、油圧ジャッキの盛り替えや鋼管推進等の作業工程が必要であった。
また、掘進機１を据え付ける段階では、坑口の鏡切りが済んでおり、地山が露出している状態であるため、崩壊性の高い地山では土砂噴発等のおそれがあった。

さらに、油圧ジャッキ６５は、前後方向の長さが作動ストローク以上必要である。その分、発進立坑９内で掘進機１を据え付けられるスペースが狭くなり、掘進機据え付け時の作業性を低下させていた。また、発進立坑９の寸法によっては、掘進機１をいくつかのパーツに分割して投入せざるを得ない場合があり、その場合、分割作業や再接続作業に多大な時間を要していた。

（本発明の一実施形態）
次に、従来技術の問題点を解決すべく考案された本発明の一実施形態による掘進機の発進方法について、図１〜図９を参照して説明する。本実施形態の各工程図に関する注釈は従来技術の各工程図に準ずる。また、本実施形態の図において、従来技術と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

（第１工程）
図１〜３に示すように、本実施形態では第１工程から、基礎架台８０上にかさ上げ鋼材８２を置いた上に掘進機用推進架台８３を敷設する。そして、推進架台８３上に、後面５１を反力壁８５に当接させて、本実施形態の特徴的構成である「エアジャッキ５」を設置する。また、発進立坑９の掘進方向の内壁９１には発進坑口９３が形成される。
本実施形態の第１工程は、掘進機１を推進架台８３上に据え付ける準備を完了するという意味で、従来技術の第４工程（図１５参照）に対応する。

エアジャッキ５の構成について、図４、５を参照して説明する。
エアジャッキ５は、いわゆる「マット式エアジャッキ」であり、図４（ａ）に示すように、縮退時にマット状となる例えばゴム製の袋体である。エアジャッキ５には、コンプレッサ等のエア源５５からエアホース５７が接続されている。エアジャッキ５の不使用時には、エアバルブ５６が閉じられている。エアジャッキ５の縮退時において、後面５１から前面５３までの厚さは、例えば３０ｍｍ程度の比較的薄いものである。

一方、エアバルブ５６が開かれると、図４（ｂ）に示すように、エア源５５からエアジャッキ５の袋内に圧縮空気が供給され、軸方向に、例えば数百ｍｍにまで伸長する。図４（ｂ）では、伸縮部５２が三段のテーパ状に膨らむものを例示しているが、段数や膨らみの形状はこれに限らず、どのような仕様であってもよい。

図４（ｂ）及び図５では、伸長時のエアジャッキ５が環状の当輪２に当接している状態を示している。当輪２の筒部２２は掘進機１の推進管１９の内径に嵌合し、当輪２の鍔部２１は推進管１９の後端面に当接する。
図５に破線の斜線で示す部分が、エアジャッキ５の前面５３と当輪２との接触面積Ｓに相当する。エアジャッキ５は、圧縮空気の空気圧に接触面積Ｓを乗じた力で当輪２を押圧する。当輪２の中央穴２３の径を小さくするほど押圧力は大きくなり、接触面積Ｓの設定次第では、油圧ジャッキ６５と同等の押圧力を得ることができる。また、当輪２を使用することで、エアジャッキ５の力を掘進機１に均一に伝達することができる。

（第２工程）
図６〜８に示すように、本実施形態の第２工程は、従来技術の第５工程（図１６〜１８参照）に対応し、掘進機１が推進架台８３上に据え付けられ、エアジャッキの前面５３を掘進機１の後端部に設けた当輪２に対向させる工程である。
ここで、本実施形態の図６と従来技術の図１６を比べると、油圧ジャッキ６５を用いる従来技術に対し、本実施形態では縮退時のエアジャッキ５の厚さが薄いため、エアジャッキ５の前方に十分なスペースが確保されている。

そのため、従来技術では、クレーンで吊った掘進機１の後部を油圧ジャッキ６５にぶつけないように、前部を下に傾けながら注意深く下ろす必要があったのに対し、本実施形態では、比較的余裕のある状態で掘進機１を下ろすことができる。したがって、掘進機１の据え付け作業性が向上する。

（第３工程）
図９に示す本実施形態の第３工程は、従来技術では図示しない第６工程に対応する。
上記第２工程からエアバルブ５６を開き、エアジャッキ５の袋内にエア源５５から圧縮空気を供給すると、エアジャッキ５の伸縮部５２が伸長し当輪２を押圧する。その結果、
当輪２の鍔部２１が推進管１９の後端面に当接し掘進機１を推進することで、掘進機１が発進坑口９３の奥の地山に貫入される。作業者は、掘進機１が地山に貫入するときの状況を細かく観察することができ、万一異常が発生した場合は迅速に対処することができる。以後、掘進機１のカッタヘッド１２によって地山の泥土を掘削する「本掘進工程」により到達立坑までの横坑が構築される。
なお、使用後のエアジャッキ５は、袋内の圧縮空気を大気に開放させて縮退させ、元のマット状に戻すことができる。

以上のように、本実施形態による掘進機１の発進方法では、エアジャッキ５を用いることにより、上記の従来技術の説明の第１〜第３工程に相当する推進架台や油圧ジャッキの盛り替え、及び鋼管推進等の作業工程を省略することができる。
また、掘進機１を据え付けた後すぐに発進が可能であるため、地山が露出している状態（いわゆる鏡切り後の状態）を最小限に留めることができ、崩壊性の高い地山での土砂噴発等を回避することができる。よって、作業安全性を向上させることができる。

さらに、エアジャッキ５は縮退時にマット状になるため、油圧ジャッキ６５に比べて前後方向の長さを格段に縮小することができる。その分、発進立坑９内で掘進機１を据え付けるためのスペースを広く確保することができ、掘進機据え付け時の作業性を向上させることができる。

なお、上記の従来技術の説明では、掘進機１を発進立坑９に投入するとき、掘進機１を分割することまで触れていない。しかし、発進立坑９の寸法によっては、掘進機１をいくつかのパーツに分割して投入せざるを得ない場合があり、その場合、分割作業や再接続作業に多大な時間を要していた。
これに対し、本実施形態では、据え付けのスペースを広く確保することができるため、掘進機１を非分割の状態で据え付けられる可能性が高い。その場合、分割作業及び再接続作業を廃止し、作業時間を大幅に短縮することができる。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１ ・・・掘進機、
２ ・・・当輪、
５ ・・・エアジャッキ、 ５１・・・後面、 ５３・・・前面。
８３・・・（掘進機用）推進架台、
８５・・・反力壁、
９ ・・・発進立坑、 ９１・・・内壁、 ９２・・・底。

Claims (2)

1. セミシールド工法において発進立坑（９）から掘進機（１）を発進させる発進方法であって、
   縮退時にマット状となる袋体であり、且つ、袋内に圧縮空気が供給されたとき軸方向に伸長する１台のエアジャッキ（５）を用い、
   前記発進立坑の底（９２）に推進架台（８３）を敷設し、前記発進立坑の掘進方向と反対側の内壁（９１）に反力壁（８５）を設置し、前面（５３）が掘進方向を向き後面（５１）が前記反力壁に当接するように前記エアジャッキを設置する第１工程と、
   前記掘進機を前記推進架台上に据え付け、前記エアジャッキが縮退した状態で、前記エアジャッキの前面の周縁部を前記掘進機の後端部に設けた環状の当輪（２）に対向させる第２工程と、
   前記エアジャッキを伸長させ、前記当輪を介して前記掘進機を推進する第３工程と、
   を含むことを特徴とする掘進機の発進方法。
2. 前記第２工程において、前記掘進機を非分割の状態で前記推進架台上に据え付け可能であることを特徴とする請求項１に記載の掘進機の発進方法。

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