JP2011069105A - 同時掘進シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の簡素化および低コスト化を図ることができる同時掘進シールド掘進機を提供する。
【解決手段】複数のシールドジャッキ８で既設セグメントＳから反力を取りながらシールド掘進機１を掘進させ、掘進と同時にセグメントＳを組み立てていく同時掘進シールド掘進機１において、複数のシールドジャッキ８のストロークをセグメント幅ｗの一倍以上で且つ二倍未満にすると共に、複数のシールドジャッキ８をシールド本体１０の上部に取り付けられる上部シールドジャッキと下部に取り付けられる下部シールドジャッキとに２分割し、上部シールドジャッキを下部シールドジャッキに対して抗口側にずらして取り付けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、シールド本体で地山を掘進しながら、その後方で同時進行でセグメントを組立てる同時掘進シールド掘進機に関するものである。

シールド掘進機は、シールド本体の前面に設けられた回転カッタで地山を掘削しながら土砂を取り込んで後方に搬出し、シールド本体の後方で順次セグメントを組み立ててトンネルを構築して行くものである。シールド掘進機の推進は、シールドジャッキのロッドを既設セグメントに当接させた状態でロッドを伸長させることで行なわれる。一般に、シールドジャッキがセグメント１リング分伸長した後、掘進を停止し、順次シールドジャッキを縮退させて、その間にセグメン組立装置でセグメントを組み立てていき、１リング分のセグメントを組立てた後は、シールドジャッキを再度伸長させて掘進するといったように、掘進作業とセグメントの組立て作業とが交互に行われるようになっている。

近年、トンネル構築の短縮化の目的から地山の掘削を行いつつ、その後方でセグメントの組立を同時に行う同時掘進シールド工法が行われるようになっている。この同時掘進シールド工法は、長尺タイプで２リング分のロングストロークを有するシールドジャッキを備え、２リング分のセグメント組立スペースを確保したもの（特許文献１）や、複胴タイプで前胴部に摺動機構を設けたもの（特許文献２）が知られている。

また円周方向のシールドジャッキの内、組立中のセグメントに対応するシールドジャッキ（盛替えシールドジャッキ）のロッドを縮退してそこにセグメントを組み立てると共に、盛替えシールドジャッキ以外のシールドジャッキのロッドを伸長させてシールド掘進機の推進をして掘進とセグメント組立てを同時に行うものが考えられている（特許文献３）。

特開昭６０−２６７９７号公報 特開平８−４２２８１号公報 特開平８−２８４５８６号公報

しかしながら特許文献１による工法は、３０００ＫＮクラスでは２リング分のロングストロークを有するシールドジャッキはコストアップを招く上、シールドジャッキのストロークが長いためにシールド掘進機の長さが長くなり、搬入作業が困難である。特許文献２による工法は、前胴部に摺動機構を設けるため不安定であるほか、前胴部を後胴部に対して推進させる補助シールドジャッキを設けるためシールドジャッキの本数が２倍となり、個々のジャッキの制御が困難であり、また高価となる。

また特許文献３による掘進方式によれば、盛替えシールドジャッキは順次円周方向に移し替えられて、掘進と同時にセグメントの組立てが行われるが、シールドジャッキ群を多段階に分割して（すなわち、シールドジャッキ群を軸方向に段階的に位置をずらして）シールド本体に取り付け、これら多段階に分割したシールドジャッキ群をそれぞれ圧力制御するため、油圧回路も多系統必要となり、装置の複雑化およびコスト増加等の問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、装置の簡素化および低コスト化を図ることができる同時掘進シールド掘進機を提供することにある。

前記課題を解決するために本発明は、シールド本体の内周面に周方向に間隔を隔てて複数設置されたシールドジャッキで、該シールドジャッキの後方にてエレクタによりリング状に組み立てられた既設セグメントから反力を取りながらシールド掘進機を掘進させ、その掘進と同時にセグメントを組み立てていく同時掘進シールド掘進機において、前記複数のシールドジャッキのストロークをセグメント幅の一倍以上で且つ二倍未満にすると共に、該複数のシールドジャッキを前記シールド本体の上部に取り付けられる上部シールドジャッキと下部に取り付けられる下部シールドジャッキとに２分割し、前記上部シールドジャッキの設置位置を前記下部シールドジャッキに対して抗口側にずらし、前記エレクタにより前記下部シールドジャッキに対応するセグメントから順次組み立てを行うようにしてセグメントの組立作業とシールド掘進機の掘削作業を同時併行に施工するようにしたことを特徴とする。

また前記上部シールドジャッキは前記シールド本体の上部１２０°の範囲に取り付け、前記下部シールドジャッキは前記シールド本体の下部２４０°の範囲に取り付けるのが好ましい。

本発明の同時掘進シールド掘進機によれば、標準ストロークのシールドジャッキを使用でき、しかも複数のシールドジャッキを必要最小限に分割（２分割）するだけでよいため、装置の簡素化および低コスト化を図ることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る同時掘進シールド掘進機の概略図である。 図２は、図１の実施形態に係る同時掘進シールド掘進機で下部１２０°の範囲のセグメントを組み立てる際において、シールドジャッキとセグメントとの関係を示す図であり、（ａ）は側断面図で、（ｂ）は切羽側から見た図である。 図３は、図２の状態から時計方向に６０°の範囲のセグメントを組み立てる際において、シールドジャッキとセグメントとの関係を示す図であり、（ａ）は側断面図で、（ｂ）は切羽側から見た図である。 図４は、図２の状態から反時計方向に６０°の範囲のセグメントを組み立てる際において、シールドジャッキとセグメントとの関係を示す図であり、（ａ）は側断面図で、（ｂ）は切羽側から見た図である。 図５は、上部１２０°の範囲のセグメントを組み立てる際において、シールドジャッキとセグメントとの関係を示す図であり、（ａ）は側断面図で、（ｂ）は切羽側から見た図である。 図６は、１リング分のセグメントが組み立てられた際において、シールドジャッキとセグメントとの関係を示す図であり、（ａ）は側断面図で、（ｂ）は切羽側から見た図である。

本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に示すように、同時掘進シールド掘進機１（以下、シールド掘進機１という）はシールド本体１０を有し、シールド本体１０の前部には隔壁１１により区画されたチャンバ１２が形成されていると共に、スポーク状のカッタ２が回転自在に設けられている。カッタ２の内部には、コピーカッタ３がカッタ２の径方向に出没自在に設けられている。カッタ２が回転駆動装置４で回転されることにより地山を掘削し、カッタ２を介して土砂をチャンバ１２に取り込む。チャンバ１２下部にはスクリューコンベア７が接続されており、チャンバ１２内に取り込まれた土砂を後方に排出するようになっている。なお、５はチャンバ１２に取り込まれた土砂を撹拌するための撹拌翼であり、６はアジテータである。

シールド本体１０の内周面には、周方向に等間隔を隔ててシールドジャッキ８が複数配置されている。シールドジャッキ８はシリンダ８１とロッド８２とからなり、シリンダ８１がシールド本体１０に固定され、シリンダ８１からロッド８２が伸縮自在に突出している。シールドジャッキ８の後方（坑口側）にて、エレクタ（セグメント組立装置）９によりリング状に組み立てられた既設セグメントＳにロッド８２の先端を当接させた状態で伸長することで、シールド掘進機１に推進力を与えるようになっている。これらシールドジャッキ８は全て等しい能力のものが用いられる。ロッド８２の伸縮ストローク長さは、セグメントＳの１リング幅ｗの１倍以上で２倍未満に形成される。本実施形態では、セグメントＳの１リング幅ｗが２０００ｍｍとすると、ロッド８２の最大ストロークは３０５０ｍｍで、ロッド８２の最大ストロークはセグメントＳの１リング幅ｗの略１．５倍となっている。

図２（ｂ）に示すように、シールド本体１０の内周に沿って配置される複数のシールドジャッキ８は、シールド本体１０の上部に取り付けられる上部シールドジャッキ８ａと、シールド本体１０の下部に取り付けられる下部シールドジャッキ８ｂとに２分割されている。そして上部シールドジャッキ８ａは、下部シールドジャッキ８ｂに対してシールド本体１０の抗口側にずらして取り付けられている。さらに上部シールドジャッキ８ａはシールド本体１０の上部１２０°の範囲に取り付けられ、下部シールドジャッキ８ｂはシールド本体１０の下部２４０°の範囲に取り付けられている。これら上部シールドジャッキ８ａと下部シールドジャッキ８ｂが、シールド本体１０の軸心と平行する水平方向に例えば６０本配列されている。

また上部シールドジャッキ８ａをシールド本体１０の抗口側にずらす量は、上部シールドジャッキ８ａのロッド８２を縮退し既設セグメントＳ前端面との間に形成される組立スペース１５が、少なくとも１リング分の最後に組み立てるセグメントの挿入代以上となるようにする（図５参照）。

なお本実施形態では、図１に示すようにシールド本体１０の前胴１０ａと後胴１０ｂとを、周方向に間隔を隔てて複数本設けられた中折れジャッキ１３にて連結し、中折れジャッキ１３を伸長あるいは縮退することによってシールド掘進機１の掘進方向を制御できるようになっている。

シールド本体１０の後胴１０ｂの内部には、エレクタ９が後胴１０ｂの周方向に回転自在、径方向及び軸方向に移動自在に設けられている。エレクタ９の軸方向への移動は、同時掘進が可能なようにシールド掘進機１の推進に同期するように制御されている。エレクタ９は、シールド掘進機１の後方から搬送されたセグメントＳを受け渡すための図示しないセグメントキャリアから１ピース分のセグメントＳを受け取り、それを組立スペース１５で組み立てていく。組立スペース１５は組立中のセグメントＳを収容するためのスペースで、シールド掘進機１の掘進に応じてセグメント幅ｗの１倍以上で２倍未満となる。

さて、シールド掘進機１はシールドジャッキ８により推進され、同時に、エレクタ９にてセグメントＳの組み立てが行われる。このとき、組立中のセグメントＳに対応するシールドジャッキ（盛替えシールドジャッキ）８は縮退され、それ以外のシールドジャッキ（推進シールドジャッキ）８を伸長させて既設セグメントＳから反力を取ってシールド掘進機１を推進させる。

本実施形態では、セグメントの１ピース目を組み立てる組立スペース１５を確保するために、伸長状態にある複数本のシールドジャッキ８のうち、組み立てるセグメントの１ピース目に対応する盛替えシールドジャッキ８（例えば、図２に示すシールド本体１０下部におけるシールドジャッキ８ｂ）を縮退させる。すると盛替えシールドジャッキ８ｂと既設セグメントＳとの間に、セグメントの１ピース目を組み立てる組立スペース１５が形成される。盛替えシールドジャッキ８ｂを除く他のシールドジャッキ８を伸長させて既設セグメントＳから反力を取ることでシールド掘進機１が掘進される。盛替えシールドジャッキ８ｂはセグメント組立時は、縮退状態にされ、その他のジャッキで、設定の推進力を調整する。

次に、シールド掘進機１による同時掘進について図２から図６に基づいて説明する。図においてＳは既設セグメント、Ｓ１は組立中のセグメント、仮想線で示すＳ２は組立予定のセグメントである。

１．下部１２０°の範囲のセグメントの組立
先ず、図２に示すようにシールド本体１０の下部１２０°の範囲のセグメントＳ１が組み立てられる。この場合、各シールドジャッキ８を所定長さ伸長させた後（下部シールドジャッキ８ｂは略フルストローク伸長）、組み立てられるべきセグメントＳ１に対応する盛替えシールドジャッキ８ｂのロッド８２を縮退して最縮退位置とし、盛替えシールドジャッキ８ｂと既設セグメントＳの前端面との間の組立スペース１５が組み立てられるべきセグメントＳ１の幅ｗ以上のスペースを確保するようにする。図２はセグメントＳ１の組立時を示しており、セグメントＳ１に対応する盛替えシールドジャッキ８ｂのロッド８２が縮退されている。縮退により生じた組立スペース１５にエレクタ９でセグメントＳ１の組み立てを行う。同時に、盛替えシールドジャッキ８ｂ以外の他の全てのシールドジャッキ８のロッド８２を伸長し、回転駆動装置４を駆動してカッタ２を回動し、掘削を継続する。

なお後胴１０ｂ後端のテールシール１４が既設セグメントＳに当接してシールされ、土砂がシールド本体１０内に流入することはない。

２．一側部６０°の範囲のセグメントの組立
そして、図３に示すようにシールド本体１０の下部１２０°の範囲のセグメントＳ（図２のセグメントＳ１）を組み立てた後に、この新たに組み立てられたセグメントＳに対応する下部シールドジャッキ８ｂのロッド８２を伸ばして、このセグメントＳに当接させて掘進反力を受けるようにする。シールド本体１０の下部１２０°の範囲から図３（ｂ）に示すように切羽側から見て左側部６０°の範囲のセグメントＳ１を組み立てるために、これに対応する盛替えシールドジャッキ８ｂのロッド８２を縮退して最縮退位置とする。これによって盛替えシールドジャッキ８ｂと既設セグメントＳの前端面との間のスペースが組み立てられるべきセグメントＳ１の幅ｗ以上の組立スペース１５が確保される。確保された組立スペース１５にエレクタ９でセグメントＳ１の組み立てを行う。同時に、盛替えシールドジャッキ８ｂ以外の他の全てのシールドジャッキ８のロッド８２を伸長し、既設セグメントＳより掘進反力を受け、回転駆動装置４を駆動してカッタ２を回動し、掘削を継続する。

そして、左側部６０°の範囲のセグメントＳ１を組み立てた後に、この新たに組み立てられたセグメントＳに対応する下部シールドジャッキ８ｂのロッド８２を伸ばして、このセグメントＳに当接させて掘進反力を受けるようにする。

３．他側部６０°の範囲のセグメントの組立
シールド本体１０の下部１２０°の範囲から図４（ｂ）に示すように切羽側から見て右側部６０°の範囲のセグメントＳ１を組み立てるために、これに対応する盛替えシールドジャッキ８ｂのロッド８２を縮退して最縮退位置とする。これによって盛替えシールドジャッキ８ｂと既設セグメントＳの前端面との間のスペースが組み立てられるべきセグメントＳ１の幅ｗ以上の組立スペース１５が確保される。確保された組立スペース１５にエレクタ９でセグメントＳ１の組み立てを行う。同時に、盛替えシールドジャッキ８ｂ以外の他の全てのシールドジャッキ８のロッド８２を伸長し、既設セグメントＳより掘進反力を受け、回転駆動装置４を駆動してカッタ２を回動し、掘削を継続する。

そして、右側部６０°の範囲のセグメントＳ（図４のセグメントＳ１）を組み立てた後に、この新たに組み立てられたセグメントＳに対応する下部シールドジャッキ８ｂのロッド８２を伸ばして、このセグメントＳに当接させて掘進反力を受けるようにする（図５参照）。

４．上部１２０°の範囲のセグメントの組立
次に、図５に示すようにシールド本体１０の上部１２０°の範囲のセグメントＳ１を組み立てる。この場合、組み立てられるべきセグメントＳ１に対応する上部シールドジャッキ（盛替えシールドジャッキ）８ａのロッド８２を縮退して最縮退位置とする。これによって盛替えシールドジャッキ８ａと既設セグメントＳの前端面との間のスペースが組み立てられるべきセグメントＳ１の幅ｗ以上の組立スペース１５が確保される。これまでと同様に確保された組立スペース１５にエレクタ９でセグメントＳ１の組み立てを行う。同時に、盛替えシールドジャッキ８ａ以外の他の全てのシールドジャッキ８のロッド８２を伸長し、既設セグメントＳより掘進反力を受け、回転駆動装置４を駆動してカッタ２を回動し、掘削を継続する。

５．１リング分のセグメントの組立
そして、図６に示すように上部１２０°の範囲のセグメントＳ（図５のセグメントＳ１）を組み立てた後に、この新たに組み立てられたセグメントＳに対応する上部シールドジャッキ８ａのロッド８２を伸ばして、このセグメントＳに当接させて掘進反力を受けるようにして、１リング分のセグメントＳの組立が完了する。図２及び図６に示すように、１リング分のセグメントの組立が完了すると、シールド掘進機１は、セグメントＳの組立開始時の位置より組立スペース１５の長さ分だけ掘進したこととなる。つまり、本実施の形態においては、シールドジャッキ８が組立スペース１５の長さ分のストロークになるまでに１リング分のセグメントＳの組立を完了させるようにしている。

以下同様の手順にて、順次セグメントＳを軸方向に隣接するリング同士で千鳥状に組み立ててトンネルが構築される。

このように本実施の形態によれば、盛替えシールドジャッキ８が縮退して確保された組立スペース１５にてセグメントＳ１を組み立てているときに、盛替えシールドジャッキ８以外の他の全てのシールドジャッキ８がそのまま伸長してシールド本体１０を推進してカッタ２による掘削を行うと共に、エレクタ９によるセグメントＳの組み立てを同時に行っているので、掘進及びセグメントＳの組み立てのサイクルが早くなり、トンネルの高速施工が可能となる。そしてシールドジャッキ８のストロークがセグメント幅ｗの略１．５倍であるため、従来のように１リング分のストロークのシールドジャッキを多段階に分割してずらす必要はなく、上下に２分割して上部シールドジャッキ８ａを坑口側にずらすだけでよい。

以上、本発明によれば、従来のようにシールドジャッキを２リング分のロングストロークタイプとすることなく、標準ストロークのシールドジャッキを使用でき、しかも複数のシールドジャッキを多段階に分割することなく、必要最小限に分割（２分割）するだけでよいため、装置の簡素化および低コスト化を図ることができる。

１ シールド掘進機
３ カッタ
４ 回転駆動装置
５ 攪拌翼
６ アジテータ
７ スクリューコンベア
８ シールドジャッキ
８ａ 上部シールドジャッキ
８ｂ 下部シールドジャッキ
９ エレクタ
１０ シールド本体
１１ 隔壁
１２ チャンバ
１３ 中折れジャッキ
１４ テールシール
１５ 組立スペース
８１ シリンダ
８２ ロッド
Ｓ 既設セグメント
Ｓ１ 組立中セグメント
Ｓ２ 組立予定セグメント

Claims (2)

1. シールド本体の内周面に周方向に間隔を隔てて複数設置されたシールドジャッキで、該シールドジャッキの後方にてエレクタによりリング状に組み立てられた既設セグメントから反力を取りながらシールド掘進機を掘進させ、その掘進と同時にセグメントを組み立てていく同時掘進シールド掘進機において、
   前記複数のシールドジャッキのストロークをセグメント幅の一倍以上で且つ二倍未満にすると共に、該複数のシールドジャッキを前記シールド本体の上部に取り付けられる上部シールドジャッキと下部に取り付けられる下部シールドジャッキとに２分割し、
   前記上部シールドジャッキの設置位置を前記下部シールドジャッキに対して抗口側にずらし、
   前記エレクタにより前記下部シールドジャッキに対応するセグメントから順次組み立てを行うようにしてセグメントの組立作業とシールド掘進機の掘削作業を同時併行に施工するようにしたことを特徴とする同時掘進シールド掘進機。
2. 前記上部シールドジャッキは前記シールド本体の上部１２０°の範囲に取り付け、前記下部シールドジャッキは前記シールド本体の下部２４０°の範囲に取り付けた請求項１記載の同時掘進シールド掘進機。

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