JP3821919B2 - 移動式バックアンカー装置およびこれを用いたシールド発進方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、従来より発進立坑内でシールド機を前進させるために必要とされていた仮組セグメントを不要とし得る移動式バックアンカー装置と、これを用いたシールド発進方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、シールド等が発進立坑から発進を開始する際、立坑の背面壁にバックアンカー(支圧壁)を組み立てた後、その前方側(発進方向)に順次仮組セグメントを組み立て、これにシールドジャッキの反力を取りながらシールド機を前進させる方法が一般に採用されている。
【0003】
具体的には、先ず図31(A)に示されるように、地盤中に断面略方形状の立坑50を構築した後、立坑50の背面壁にバックアンカー51を構築するとともに、上方が開口している仮組セグメント52、52…を順次設置し、これに反力を取りながらシールド機Mを前進させている。また、シールド機Mの前進に伴い、シールド機Mの後方側に枕木53、53…を設置するとともに、この枕木53,53…上に左右一対のレール54、54を敷設する。図31(C)に示されるように、シールド機Mがさらに掘進し、掘削後に順次設置される本セグメントと地山との摩擦抵抗が増大し、シールド機Mの反力が立坑50に影響しなくなったならば、図32(A)に示されるように、一旦前記仮組セグメント52,52…、バックアンカー51、レール54…、枕木53…を撤去し、図32(B)に示されるように、ステージ鋼材55、55…を設置するとともに、このステージ鋼材55,55…の上に本レール56、56を敷設する。この本掘進に移行するまでの掘進工程は、通常「初期掘進」と呼ばれている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、今までの初期掘進方法では、常識的にシールド機Mの前進のために仮組セグメントが必要とされていた。この仮組セグメントは、上方を開口として設置されるセグメントであり、初期掘進時には、この仮組セグメントに形成された幅狭の上部開口から種々の資材、機材の搬出入やズリ出し等を行わなければならず、作業に大幅な制約を受けるために作業そのものが非常に非効率となっている。通常、初期掘進から本掘進への段取り替えに1〜2ヶ月の期間を要する場合があり、平均掘進効率の低下原因の一つとなっている。
【0005】
また、前記バックアンカー51は、シールドの外径寸法に合わせて製作されるため他に転用することができず、使用後は解体処分とされていたため、資材としての無駄が多い。一方、仮組セグメントについては、解体後に整備・再使用されることが多いが、特にRCセグメントの場合には、解体時の衝撃などにより欠損やクラックなどの発生が見られ、転用するに当たって修繕費が嵩むなどの問題がある。さらに仮組セグメント解体時には、シールド機の推力を受けていたこと、および専用機がないことなどから解体作業には危険が伴うなどの問題がある。
【0006】
他方、図33に示されるように、シールド機Mとバックアンカー51との間に仮支保工分の設置スペースを必要とする。この仮支保工の設置スペース寸法Lは、たとえば下水道設計積算要領〔管路施設(シールド編)〕(社団法人 日本下水道協会)によれば、トンネルの仕上がり内径が4750mm以上の場合、約仮組セグメントの2リング分に相当する2200mmの長さを必要とする。すなわち、従来法の場合には、立坑50の断面寸法を決定するに当たり、当初から前記仮支保工分の設置スペース分の容積を見込まなければならず、その分大きな立坑形状となっていた。近年の都市土木では、用地面積を十分に確保できる条件の場合の方がむしろ少なく、立坑用地をできる限り小さくできるものが望まれている。
【0007】
そこで本発明の主たる課題は、従来必要とされていた仮組セグメントを不要として初期掘進の作業効率の向上、低コスト化および安全性の向上を図るとともに、立坑サイズの縮小化を図り得るようにすることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため本発明は、発進立坑内においてシールド機の後方側に取り付けられ、シールド機の前進に追従して移動可能とされるとともに、シールド機の前進ステップ毎に推進時反力を支持するための移動式バックアンカー装置であって、
前記バックアンカー装置は、左右両側部に立坑側壁に対して圧着自在とされるグリッパを備えた枠状のバックアンカー本体と、このバックアンカー本体のシールド機がわ面に一体的に設けられ、シールド機からの推進時反力を受けるためのプレスリングとから構成されたことを特徴とするものである。
【0009】
この場合において、前記プレスリングの先端面に対して、シールド機のシールド推進ジャッキを連結し、所謂テレスコ推進によって前記シールド機およびバックアンカー装置を交互に移動させるようにするのが望ましい。もちろん、前記移動式バックアンカー装置を自走可能あるいは他の移動手段によって移動させることもできる。
【0010】
また、前記バックアンカー本体は、4つの隅角部ブロックと、これら隅角部ブロックの間に配設されたスペーサブロックとによって組み立てられている構造とすることによって、前記スペーサブロックのサイズ変更によって任意のトンネル径に対応し得るようになるとともに、少なくとも前記隅角部ブロックについては転用が可能となり資材の無駄を無くすことができる。
【0011】
一方、前記移動式バックアンカー装置を用いた立坑からのシールド発進方法は、立坑底部にシールド機を組立・設置するとともに、前記シールド機と立坑背面壁との間に前記移動式バックアンカー装置を組立・設置した後、
前記移動式バックアンカー装置のグリッパを立坑側壁に圧着して反力支持を取り、前記シールド機をシールドジャッキにより1ステップ分だけ前進させる第1工程と、
前記移動式バックアンカー装置のグリッパ支持を解放し、移動式バックアンカー装置をシールド機の後方位置まで移動させる第2工程と、
の繰り返しによって前記シールド機を順次前進させることを特徴とするものである。
【0012】
また、前記移動式バックアンカー装置のみではシールド機からの反力に耐えきれないと想定される場合には、後述する各種の反力補助方法を併用することが可能である。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を作業工程に従いながら図面に基づいて詳述する。図1は、本発明に係る初期掘進工程(その1)の平面図である。本発明では地盤中に構築された発進立坑2の底部に対して、シールド機Mを組立・設置した後、このシールド機Mの後方側に移動式バックアンカー装置1(以下、移動バックアンカーという。)が組立・設置される。
【0014】
前記発進立坑2の底面には、図2に示されるように、予めシールド受台3が設置され、このシールド受台3の上面に左右一対のシールド機用レール4,4が敷設されるとともに、その外側位置に同じく左右一対の移動バックアンカー用レール5,5が敷設され、これら各レール4,5…にそれぞれ荷重を預けて前記シールド機Mおよび移動バックアンカー1が載置される。また、図30を参照すれば判るように、本初期掘進方法によれば、シールド機Mの背面側には、余裕代とバックアンカー分のスペースを取れば十分であり、図33に示される従来方法と比較して仮支保工分のスペースが不要となる。
【0015】
前記移動バックアンカー1は、詳細には図4〜図6に示されるように、バックアンカー本体10と、これのシールド機M側に一体的に付設されたリング形状のプレスリング11とから構成されている。
【0016】
前記バックアンカー本体10は、中央に空間を有する枠状部材であり、左右両側部にそれぞれ上下2段に亘って、内設されたグリッパジャッキ13,13によって進退自在とされるグリッパ12A〜12Dを備えており、シールド機Mの前進に際して、前記グリッパ12A〜12Dを立坑側壁に対して圧着させて推進反力を取るようになっている。また、バックアンカー本体10は、隅角部ブロック10A〜10Dと、これら隅角部ブロック10A〜10Dの間に配設されたスペーサブロック14A〜14Dとによって組み立てられており、前記スペーサブロック14A〜14Dのサイズ変更によって任意のトンネル径のものに対応し得るようになっている。したがって、図7に示される組み立て例を最小サイズとして、工事対象毎のトンネル径に合わせて前記スペーサブロック14A〜14Dを製作すれば、巾広い径に適用可能となっている。なお、下側隅角部ブロック10C、10Dの下面に設けられた切欠き10c、10dは、図3を見れば判るように、シールド機用レール4,4のための設置空間を確保するためのものである。
【0017】
一方、前記プレスリング11は、前記バックアンカー本体10に一方側端面が連結固定された断面多角形状の中間プレスリング15と、この中間プレスリング15の先端側に固設された断面円形状の先端プレスリング16とから構成されている。前記中間プレスリング15は、前記バックアンカー本体10と同様に、リングブロック15A,15B…の間にそれぞれプレスリングスぺーサ17A、17B…を介在させて構成されており、シールド機Mのスキンプレート内径に応じて径を任意に変更できるようになっている。なお、先端プレスリング16については、トンネル径に応じて製作された所定径のリング部材でトンネル工事毎に製作されるものである。
【0018】
前記移動バックアンカー1の組立て完了状態では、図8に示されるように、シールド機Mの内周部に多数配設されたシールド推進ジャッキ18,18…のピストン先端が前記先端プレスリング16に対して連結される。
【0019】
前記シールド機Mの推進は、前記移動バックアンカー1との連携による、テレスコ推進である。図9に示されるように、前記移動バックアンカー1のグリッパ12A〜12Dを立坑側壁に圧着させて位置を固定したならば、これを反力部材として前記シールド推進ジャッキ18,18…を伸長させてシールド機Mを掘進方向に前進させる。次いで、移動完了後、前記グリッパ12A〜12Dによる反力支持を解放した後、シールド推進ジャッキ18,18…を収縮させることにより前記移動バックアンカー1をシールド機Mの後方位置まで引き寄せる。この工程の繰り返しにより、シールド機Mと移動バックアンカー1とが交互に前進される。なお、前記移動バックアンカー1に自走装置を取付け、あるいは他の移動手段により、前記移動バックアンカー1をシールド機Mとは別に移動させるようにすることもできる。
【0020】
シールド機Mの推進に当たっては、スキンプレートの後方端に設けられたテールシール19,19が傷付かないように配慮しながらジャッキ操作が行われる。すなわち、図10(A)の状態からシールド推進ジャッキ18を伸長させてシールド機Mを前進させる際、図10(B)に示されるように、シールド推進ジャッキ18の伸長量を、先端プレスリング16とテールシール19とが接触しないように1ストローク長を制限している。
【0021】
前述要領によりシールド機Mおよび移動バックアンカー1を交互に前進させ、前記移動バックアンカー1の背面側に空間が空いたならば、図11に示されるように、順次ステージング鋼材20が所定の間隔で配設されるとともに、掘進方向に2条の本レール21,21が敷設される。
【0022】
前記シールド機Mおよび移動バックアンカー1の移動が進み、移動バックアンカー1が発進坑口位置に到達したならば、図12に示されるように、前記移動バックアンカー1を発進坑口に残したままでシールド機Mのみが本セグメント22,22…を組み立てながら掘進する。
【0023】
その後、図14に示されるように、シールド機Mの掘進が進み、本セグメント22,22…と地山との摩擦抵抗が増大し、シールド機Mの掘進反力が発進立坑2に影響しなくなった段階で、前記移動バックアンカー1を撤去する。
【0024】
ところで、前記シールド機Mが発進立坑2内を推進する際、移動バックアンカー1のみではシールド機Mからの反力に耐えきれない場合がある。このような場合には、後述する種々の反力補助方法により不足分の反力を補うことができる。
【0025】
先ず、第1の方法として、図15および図16に示されるアースアンカー式補助工法は、シールド掘進方向側の立坑壁面より前方地山中に、好ましくは全ネジロッドによるアースアンカー23,23…を打設し、これら各アースアンカー23,23…の一端端側をバックアンカー本体10に挿通し、その背面側において定着用ナット24,24…により定着し、シールド機Mの反力の一部を前記アースアンカー23,23…に分担させる方法である。
【0026】
前記移動バックアンカー1の前進に合わせて前記定着用ナット24,24…をシールド掘進方向に螺進させるようにし、シールド機Mの前進時には、移動バックアンカー1の背面に前記定着用ナット24,24…を定位させ反力点とする。なお、前記定着用ナット24に代えてセンターホールジャッキを用いれば、このセンターホールジャッキの駆動により前記移動バックアンカー1を前進させることもできる。
【0027】
次いで、第2の方法として図17〜図20に示される後方ジャッキ式補助工法は、先ず図17に示されるように、移動バックアンカー1が所定量だけ前進したならば、バックアンカー本体10と背面立坑壁との間に第1背面ジャッキ25,25…を設置し、図18に示されるように、シールド機Mが前進する際の反力の一部を前記第1背面ジャッキ25,25…に分担させる。次いで、移動バックアンカー1が1ストローク分、前方に移動した段階においても第1背面ジャッキ25,25…のピストンを伸長させてバックアンカー本体10に当接させ、次ステップのシールド機推進の際にも前記第1背面ジャッキ25,25…により反力補助をおこなうようにする。その後、さらに移動バックアンカー1が前進し、前記第1背面ジャッキ25,25…では追従できなくなったならば、図20に示されるように、一旦前記第1背面ジャッキ25,25…を縮め、中間受け鋼材26を設置するとともに、この中間受け鋼材26とバックアンカー本体10との間に、前記第1背面ジャッキ25と実質的に直列配置となるように第2背面ジャッキ27,27…を設置してシールド機Mの反力部材とする。
【0028】
さらに第3の方法として、図21および図22に示されるブラケット式補助工法は、左右それぞれの側において、上下段のグリッパ12A、12C(12B、12D)との間の空間位置にH鋼などのブラケット取付鋼材28,28を水平配置で立坑側壁に固定しておき、このブラケット取付鋼材28,28の所定位置、具体的にはバックアンカー本体10を背面で支える位置に図示しないボルト等により反力ブラケット29,29を固定し、シールド機Mの推進時の反力を分担させる方法である。
【0029】
第4の方法として、図23および図24に示される反力鋼材式補助工法は、発進立坑2の両側壁にそれぞれ鉛直配置で、かつ掘進方向に所定間隔でH鋼などの反力鋼材30,30…を配列固定しておき、移動バックアンカー1が移動する各ステップ毎にグリッパ12A,12B…を前記反力鋼材30,30…の間に嵌合させ、シールド機Mの推進時反力の一部を分担させる方法である。
【0030】
第5の方法として、図25および図26に示されるロッド式補助工法は、立坑の鏡面側にロッド支点鋼材31を固定するとともに、このロッド支点鋼材31に一端が連結された複数の反力ロッド32,32…の他端側をバックアンカー本体10の側部に貫通させ、その背面側で定着用ナット33,33…により定着し、シールド機Mの推進に際して前記反力ロッド群32,32…に反力を分担させる方法である。
【0031】
第6の方法として、図27〜図29に示されるジャバラ式反力装置による方法は、掘進方向に伸縮自在に構成されたジャバラ反力装置34をバックアンカー本体10と立坑背面壁との間に設置し、バックアンカー本体10の進行に合わせて前記ジャバラ装置34を伸長させるようにしてシールド機Mの推進時反力を前記ジャバラ反力装置34に分担させるようにするものである。前記ジャバラ装置34は、弦材を連続X字状となるようにヒンジ連結した面材を左右一対として構成された伸縮自在装置であり、伸縮操作は上下ヒンジ間を連結するように設けられた鉛直配置の油圧ジャッキ35,35によって成される。
【0032】
シールド機Mの反力が比較的小さい場合には、前記油圧ジャッキ35,35…により十分な反力支持が可能であるが、前記油圧ジャッキ35が受ける軸力は構造的に隣接する斜弦材の合成応力となる関係上、反力が大きい場合には、図28に示されるように、隣接するヒンジ間を連結する水平配置の油圧ジャッキ等を設けてこれに反力を支持させるようにするとよい。また、移動バックアンカー1の上下グリッパ12A、12Cとの間に噛咬グリッパ37を設けるとともに、図29に示すように、立坑側壁面に水平板状の噛板38を配置し、移動バックアンカー1の移動ステップの各段階で前記噛咬グリッパ37によって噛板38を狭持するようにして反力補助を取ることもできる。
【0033】
【発明の効果】
以上詳説のとおり本発明によれば、従来必要とされていた仮組セグメントを不要とすることができ、初期掘進時における大幅な作業効率の向上、低コスト化を図り得るようになるとともに、仮組セグメント解体作業が無くなるため安全性が向上する。また、従来より必要とされていた仮支保工分の設置スペースが不要となるため、立坑サイズの縮小化も同時に達成できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る初期掘進工程(その1)の平面図である。
【図2】図1のII−II線矢視図である。
【図3】図1のIII−III線矢視図である。
【図4】移動バックアンカー1の平面図である。
【図5】図4のV−V線矢視図である。
【図6】図4のVI−VI線矢視図である。
【図7】移動バックアンカーの最小サイズ時の正面図である。
【図8】組立完了状態を示す一部破断平面図である。
【図9】本発明の係る初期掘進工程(その2)の平面図である。
【図10】テールシール部のテレスコ推進要領図である。
【図11】本発明に係る初期掘進工程(その3)の平面図である。
【図12】本発明に係る初期掘進工程(その3)の断面図である。
【図13】図11のXIII−XIII線矢視図である。
【図14】本発明に係る初期掘進工程(その4)の平面図である。
【図15】反力補助工法の第1例を示す平面図である。
【図16】図15のXVI-XVI 線矢視図である。
【図17】反力補助工法の第2例を示す手順図(その1)である。
【図18】反力補助工法の第2例を示す手順図(その2)である。
【図19】反力補助工法の第2例を示す手順図(その3)である。
【図20】反力補助工法の第2例を示す手順図(その4)である。
【図21】反力補助工法の第3例を示す平面図である。
【図22】図21のXXII−XXII線矢視図である。
【図23】反力補助工法の第4例を示す手順図(その1)である。
【図24】反力補助工法の第4例を示す手順図(その2)である。
【図25】反力補助工法の第5例を示す断面図である。
【図26】図25のXXVI−XXVI線矢視図である。
【図27】反力補助工法の第6例を示す手順図(その1)である。
【図28】反力補助工法の第6例を示す手順図(その2)である。
【図29】反力補助工法の第6例に係る平面図である。
【図30】本発明の場合の立坑平面寸法図である。
【図31】従来の初期掘進方法の手順図(その1)である。
【図32】従来の初期掘進方法の手順図(その2)である。
【図33】従来法の場合の立坑平面寸法図である。
【符号の説明】
1…移動バックアンカー、2…発進立坑、3…レール受台、4…シールド機用レール、5…移動バックアンカー用レール、10…バックアンカー本体、10A〜10D…隅角部ブロック、11…プレスリング、12A〜12D…グリッパ、13…グリッパジャッキ、14A〜14D…スペーサブロック、15…中間プレスリング、15A〜15D…リングブロック、16…先端プレスリング、17A〜17D…プレスリングスペーサ、18…シールド推進ジャッキ、19…テールシール、23…アースアンカー、24…定着用ナット、25…第1背面ジャッキ、26…中間受け鋼材、27…第2背面ジャッキ、28…ブラケット取付鋼材、29…反力ブラケット、30…反力鋼材、32…反力ロッド、33…定着用ナット、34…ジャバラ反力装置、37…噛咬グリッパ、38…噛板、M…シールド機
Claims (10)
- 発進立坑内においてシールド機の後方側に取り付けられ、シールド機の前進に追従して移動可能とされるとともに、シールド機の前進ステップ毎に推進時反力を支持するための移動式バックアンカー装置であって、
前記バックアンカー装置は、左右両側部に立坑側壁に対して圧着自在とされるグリッパを備えた枠状のバックアンカー本体と、このバックアンカー本体のシールド機がわ面に一体的に設けられ、シールド機からの推進時反力を受けるためのプレスリングとから構成されたことを特徴とする移動式バックアンカー装置。 - 前記プレスリングの先端面に対して、シールド機のシールド推進ジャッキが連結されている請求項1記載の移動式バックアンカー装置。
- 前記バックアンカー本体は、4つの隅角部ブロックと、これら隅角部ブロックの間に配設されたスペーサブロックとによって組み立てられている請求項1〜2記載の移動式バックアンカー装置。
- 前記請求項1〜3記載の移動式バックアンカー装置を用いた立坑からのシールド発進方法であって、
立坑底部にシールド機を組立・設置するとともに、前記シールド機と立坑背面壁との間に前記移動式バックアンカー装置を組立・設置した後、
前記移動式バックアンカー装置のグリッパを立坑側壁に圧着して反力支持を取り、前記シールド機をシールドジャッキにより1ステップ分だけ前進させる第1工程と、
前記移動式バックアンカー装置のグリッパ支持を解放し、移動式バックアンカー装置をシールド機の後方位置まで移動させる第2工程と、
の繰り返しによって前記シールド機を順次前進させることを特徴とするシールド発進方法。 - 掘進方向の地山中にアースアンカーを打設し、このアースアンカーの端部を移動式バックアンカー装置に定着させることにより、シールド機前進時の反力補助を取るようにする請求項4記載のシールド発進方法。
- 前記移動式バックアンカー装置と立坑背面壁との間に、掘進方向に単一または実質的に直列的に連設したジャッキにより、シールド機前進時の反力補助を取るようにする請求項4記載のシールド発進方法。
- 立坑の両側壁に水平配置でブラケット取付鋼材を固定しておき、このブラケット取付鋼材に対して固定される反力ブラケットにより、シールド機前進時の反力補助を取るようにする請求項4記載のシールド発進方法。
- 立坑の両側壁に掘進方向に所定の間隔を空けて複数の反力鋼材を鉛直配置で配列固定しておき、移動式バックアンカー装置が移動する各ステップ毎にグリッパを前記反力鋼材の間に嵌合させることにより、シールド機前進時の反力補助を取るようにする請求項4記載のシールド発進方法。
- 立坑の鏡面側にロッド支点鋼材を設置するとともに、このロッド支点鋼材に一端が連結された複数の反力ロッドの他端側を移動式バックアンカー本体に定着させることにより、シールド機前進時の反力補助を取るようにする請求項4記載のシールド発進方法。
- 掘進方向に伸縮自在に構成されたジャバラ式反力装置を移動式バックアンカー装置と立坑背面壁との間に設置し、移動式バックアンカー装置の移動に合わせて前記ジャバラ式反力装置を伸長させ、シールド機前進時の反力補助を取るようにする請求項4記載のシールド発進方法。
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