JP4520495B2 - オープンシールド工法およびこれに使用するオープンシールド機 - Google Patents

Description

本発明は、上下水道、共同溝、電信・電話などの付設地下道等の地下構造物を市街地などに施工するオープンシールド工法およびこれに使用するオープンシールド機に関するものである。

オープンシールド工法は開削工法（オープンカット工法）とシールド工法の長所を活かした合理性に富む工法であり、このオープンシールド工法で使用するオープンシールド機１の概略は図７に示すように左右の側壁板１ａと、これら側壁板１ａに連結する底板１ｂとからなる前面、後面および上面を開口したもので、前記側壁板１ａと底板１ｂの先端を刃口１１として形成し、また側壁板１ａの中央または後端近くにシールドジャッキ２を後方に向け上下に並べて配設する。図中３は隔壁を示す。

かかるオープンシールド機１を使用して施工するオープンシールド工法は、図示は省略するが、発進坑内にこのオープンシールド機１を設置して、オープンシールド機１のシールドジャッキ２を伸長して発進坑内の反力壁に反力をとってオープンシールド機１を前進させ、地下構造物を形成する第１番目のコンクリート函体４を上方から吊り降ろし、オープンシールド機１のテール部１ｃ内で縮めたシールドジャッキ２の後方にセットする。シールドジャッキ２と反力壁との間にはストラットを配設して適宜間隔調整をする。

また、発進坑は土留壁で構成し、オープンシールド機１を発進させるにはこの土留壁を一部鏡切りするが、必要に応じて薬液注入などで発進坑の前方部分に地盤改良を施しておくこともある。

ショベル等の掘削機９でオープンシールド機１の前面または上面から土砂を掘削しかつ排土する。この排土工程と同時またはその後にシールドジャッキ２を伸長してオープンシールド機１を前進させる。この前進工程の場合、コンクリート函体４の前にはボックス鋼材または型鋼を用いた枠体よりなるプレスバー８を配設し、オープンシールド機１は後方にセットされたコンクリート函体４から反力をとる。

そして第１番目のコンクリート函体４の前に第２番目のコンクリート函体４をオープンシールド機１のテール部１ｃ内で吊り降ろす。以下、同様の排土工程、前進工程、コンクリート函体の４のセット工程を適宜繰り返して、順次コンクリート函体４をオープンシールド機１の前進に伴い縦列に地中に残置し、さらにこのコンクリート函体４の上面に埋戻土５を入れる。

なお、コンクリート函体４をオープンシールド機１のテール部１ｃ内に吊り降ろす際には、コンクリートブロック等による高さ調整材７をコンクリート函体４下に配設し、このテール部１ｃ内でコンクリート函体４の左右および下部の空隙にグラウト材６を充填する。

このようにして、オープンシールド機１が到達坑まで達したならばこれを撤去して工事を完了する。

このようなオープンシールド工法では、前記のごとくコンクリート函体４をオープンシールド機１の前進に伴い縦列に地中に残置し、コンクリート函体４は、オープンシールド機１のテール部１ｃ内に吊り降ろされ、オープンシールド機１の前進とともに該テール部１ｃから出て地中に残されていくものであり、オープンシールド機１はこのように地中に残置したコンクリート函体４に反力をとって前進する。

コンクリート函体４は鉄筋コンクリート製で、図８に示すように左側板４ａ、右側板４ｂと上床板４ｃと下床板４ｄとからなるもので、前後面を開口１０として開放されている。

前記先行技術は当業者間で一般的に行なわれているものであり、文献公知発明にかかるものではない。

前記シールドジャッキ２はオープンシールド機１本体を推進させる推進ジャッキであるが、これは図４、図５にも示すようにオープンシールド機１の左右位置で縦列に複数段、図示の例では３段配置されている。

そして、これらシールドジャッキ２の駆動系統は、図６に示すように左右のシールドジャッキ２ごとに個別の操作盤１２ａ，１２ｂが接続され、各操作盤１２ａ，１２ｂは分流器１３を介して共用の油圧ポンプ１４に接続される。

ところで、曲線施工場所ではカーブの内側と外側ではオープンシールド機１の移動量が異なる。このため、カーブの内外（左右）でシールドジャッキ２のストローク量に差を設ける必要がある。

同時にカーブの内側と外側では推進抵抗も異なる。このため、カーブの内外（左右）で推力を変えることも求められる。

ところが従来は前記のように１台の油圧ポンプ１４に分流器１３、操作盤１２ａ，１２ｂを介して各シールドジャッキ２が接続されているため、全てのシールドジャッキ２に均等に油圧が作用する。

その結果、各シールドジャッキ２ではその推力が全て等しくなる。また、油圧ポンプ１４から吐出される作動油は常に一定であり、各シールドジャッキ２のスピードを調整することはできない。

このため、カープの内外でシールドジャッキ２にストローク差をつけるためにはカーブの外側に位置するシールドジャッキ２のみを使用して掘進し、また、推力差をつけるためにはカーブの内外においてシールドジャッキ２の使用台数を異ならせるようにしている。

しかし、このような方法では、推力差を設けるために、例えば内側を１台、外側を３台、または内側を２台、外側を３台とした場合、台数単位での推力差にしかならず、実際に求められる微妙な推力差を得ることが困難である。

また、同時操作しているシールドジャッキ２は、それぞれにかかる反力の小さいものから先に伸びるため、断続的に内側または外側のシールドジャッキ２で片押ししている状態となる。

その結果、オープンシールド機の高さ方向において左右のシールドジャッキ２のバランスが異なり、ピッチングやローリングが生じてオープンシールド機の挙動に悪影響を及ぼしやすい。

さらに、曲線施工部における複雑な施工条件への対応は各シールドジャッキ２のオンオフ操作のみで行うこととなるため、油圧操作が煩雑なものになる。

そして、刃口１１は、その形状が内側が斜めに形成されているため、曲線部施工の場合、余掘りすることがある。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、曲線の施工場所でオープンシールド機の左右においてジャッキバランスを保つことができ、ローリングやピッチングなどが発生しにくく、また、オープンシールド機の推進速度も容易に制御できスムーズなカーブ施工が可能となるオープンシールド工法およびこれに使用するオープンシールド機を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、工法として、左右の側壁板と、これら側壁板に連結する底板とからなる前面、後面および上面を開口したもので、前記側壁板と底板の先端を刃口として形成したオープンシールド機の前面または上面開口より前方の土砂を掘削・排土する工程と、シールド機の左右に縦列に複数配設したシールドジャッキを伸長してコンクリート函体を反力にしてシールド機を前進させる工程と、シールド機のテール部内で縮めたシールドジャッキの後方に新たなコンクリート函体を上方から吊り降ろしてセットする工程とを適宜繰り返して順次コンクリート函体を縦列に埋設するオープンシールド工法において、前記刃口は、外側形状を内側に向って傾斜する斜め形状に形成し、曲線施工部ではカーブの内側と外側でシールドジャッキのスピードと推力を異ならせることを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、曲線施工部では、カーブの内側と外側でシールドジャッキのスピードと推力を異ならせるようにしたから、全てのシールドジャッキを使用できる。よって、従来のように使用するシールドジャッキを選択し、シールドジャッキにストローク差を設けることでオープンシールド機の左右での移動量を異ならせるようにして制御する場合に比較して、オープンシールド機の左右においてジャッキバランスを保つことができ、微妙な推力差も調整できローリングやピッチングなどの現象も発生しにくい。

オープンシールド機として、請求項２記載の発明は、先端に刃口を有するフロント部の前面または上面開口より前方の土砂を掘削・排土する工程と、ジャッキ・テール部の左右に縦列に複数配設したシールドジャッキを伸長してコンクリート函体を反力にしてオープンシールド機を前進させる工程と、オープンシールド機のジャッキ・テール部内で縮めたシールドジャッキの後方に新たなコンクリート函体を上方から吊り降ろしてセットする工程とを適宜繰り返して順次コンクリート函体を縦列に埋設するオープンシールド工法で使用するオープンシールド機において、前記刃口は、外側形状を内側に向って傾斜する斜め形状に形成し、また、前記オープンシールド機の左右に縦列に複数配列されるシールドジャッキに接続される油圧駆動系統を左右で独立した別個のものとし、この油圧駆動系統はインバータ回路が接続される油圧ポンプで構成することを要旨とするものである。

請求項２記載の本発明によれば、オープンシールド機の左右に縦列に複数配列されるシールドジャッキに接続される油圧駆動系統を左右で独立した別個のものとしたから、油圧ポンプの圧力調整を行うことで掘進抵抗に応じた推力を左右それぞれの油圧系統に提供することができ、また、インバータ回路を利用する油圧ポンプの流量調整を行うことで左右のシールドジャッキのスピードを異ならせることができ、左右の移動量を調整できる。

請求項１および請求項２記載の発明は、前記刃口は、外側形状を内側に向って傾斜する斜め形状に形成した。

これにより、刃口は、外側形状を内側に向って傾斜する斜め形状に形成したから、曲線部の施工で、カーブの外側を余掘りすることなく、また、掘削壁の圧密もでき、より大きな側面地盤反力を得ることができる。

以上述べたように本発明のオープンシールド工法およびこれに使用するオープンシールド機は、オープンシールド機を推進するシールドジャッキを左右で別個の独立した油圧系統を接続したから、左右で別個に油圧ポンプの圧力調整および流量調整ができ、曲線の施工場所でオープンシールド機の左右においてスピード差および推力差を設けることができて、ジャッキバランスを保つことができ、ローリングやピッチングなどが発生しにくく、また、オープンシールド機の推進速度も容易に制御できスムーズなカーブ施工が可能となるものである。

以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明のオープンシールド工法の実施形態を示す曲線部施工でシールド機推進前の状態の横断平面図で、本発明のオープンシールド機の構成から説明する。

本発明のオープンシールド工法で使用するオープンシールド機は、基本構成は図４、図５に示した従来例と同様であるが、本発明では刃口（羽先構造）として図１に示すように切羽先端外側１１ａを内側に向く斜め形状とした。

また、オープンシールド機１の推進は従来と同様に推進ジャッキである左右のシールドジャッキ２ａ，２ｂで行うが、この左右のシールドジャッキ２ａ，２ｂの駆動油圧系統をシールド機の左右に配置されるシールドジャッキ２ａ，２ｂでそれぞれ別個の独立したものに構成する。

図３はシールドジャッキ２の駆動油圧系統のブロック図で、図中１７は油圧ユニットを示し、左側のシールドジャッキ２ａの油圧系統としてインバータモータ１５ａが接続された油圧ポンプ１４ａが左側の操作盤１２ａを介して左側のシールドジャッキ２ａに接続される。また、右側のシールドジャッキ２ｂの油圧系統としてインバータモータ１５ｂが接続された油圧ポンプ１４ｂが右側の操作盤１２ｂを介して右側のシールドジャッキ２ｂに接続される。左右の操作盤１２ａ，１２ｂは使用するシールドジャッキ２ａ，２ｂを指定する機能を有する。

図中１６はオイルタンクを示す。

図中１８は左右のシールドジャッキ２ａ，２ｂの運転条件を設定し、また、運転状況を表示する操作パネルを示し、操作部として左右のシールドジャッキ２ａ，２ｂの使用台数を設定する使用台数設定部１９、カーブの内外における移動量差に応じ必要なジャッキスピード比を設定するジャッキスピード比設定部２０が設けられ、また、左右の油圧ポンプ１４ａ，１４ｂの推力表示部２１、速度表示部２２が設けられている。

そして、操作パネル１８に内蔵の制御部からの制御信号をインバータモータ１５ａ，１５ｂに導入し、油圧ユニット１７に設けてある油圧ポンプ１４ａ，１４ｂと左右のシールドジャッキの操作盤１２ａ，１２ｂとを結ぶパイプに設けた圧力センサー２４ａ，２４ｂからの作動圧力値を操作パネル１８に送る。

図中２３は、左右の油圧系統を同調させて運転する場合に開く油圧・油量同調バルブを示し、左右の油圧ポンプ１４ａ，１４ｂと左右のシールドジャッキの操作盤１２ａ，１２ｂとをそれぞれ結ぶパイプの連結パイプに配設される。

次に前記操作パネル１８、油圧ユニット１７、シールドジャッキ２ａ，２ｂを使用して曲線部を施工する方法を説明する。曲線部では、カーブの内外でシールド機１の移動量と掘進抵抗が異なり、カーブの外側の方が内側よりも移動量が多く、また、掘進抵抗も大きいが、これに対処する方法として、操作盤１２ａ，１２ｂで使用するシールドジャッキ２ａ，２ｂを指定した上で、操作パネル１８の使用台数設定部１９に使用する左右のシールドジャッキ２ａ，２ｂの台数を入力し、ジャッキスピード比設定部２０に掘進作業でカーブ内外における移動量差に応じ必要な左右のジャッキスピード比を設定入力する。

前記入力値に基いて、操作パネル１８に内蔵の制御部で左右の油圧ポンプ１４ａ，１４ｂに送るそれぞれのオイルの流量と圧力が演算され、演算値が制御信号としてインバータモータ１５ａ，１５ｂに送られる。

これに基いて左右の油圧ポンプ１４ａ，１４ｂの回転数（吐出量）が調整されることで流量が調整されて左右のシールドジャッキ２ａ，２ｂの曲線部での内外におけるスピード差がつけられる。

同時に左右の油圧ポンプ１４ａ，１４ｂの圧力調整がされてカーブの内外における推進抵抗差に応じてそれぞれに必要な油圧が左右のシールドジャッキ２ａ，２ｂに供給され、曲線部での内外における推力差が得られる。

左右それぞれの油圧系統の作動圧力は圧力センサー２４ａ，２４ｂで自動計測され、電気信号として操作パネル１８に送られる。操作パネル１８ではこの圧力信号を取りこんで運転状況を推力表示部２１、速度表示部２２に表示する。

このようにカーブの内外でシールドジャッキ２ａ，２ｂに接続する油圧系統をそれぞれ独立したものとすることで、掘進抵抗に応じた推力を左右それぞれの油圧系統に供給することができ、インバータ回路を利用した流量調整機能によりシールドジャッキ２ａ，２ｂのスピードをカーブ内外で強制的に調整できる。

よって、曲線施工部においてもシールド機の左右においてシールドジャッキ２ａ，２ｂのバランスを保つことができ、ローリングやピッチングが起りにくくなる。

さらに、シールド機に必要な推力は自動的に供給されるため、油圧操作が容易になる。

また、切羽先端外側１１ａを内側に向く斜め形状としたから、曲線施工部で余掘りすることがなく、側面地盤反力を大きく期待でき、掘削壁の圧密もできる。

本発明のオープンシールド工法の曲線施工部におけるシールド機推進前の横断平面図である。 本発明のオープンシールド工法の曲線施工部におけるシールド機推進後の横断平面図である。 本発明のオープンシールド工法に使用するオープンシールド機のシールドジャッキの制御ブロック図である。 従来のオープンシールド機の横断平面図である。 従来のオープンシールド機の縦断側面図である。 従来のオープンシールド機のシールドジャッキの制御ブロック図である。 オープンシールド工法の概略を示す縦断側面図である。 コンクリート函体の斜視図である。

１ オープンシールド機 １ａ 側壁板
１ｂ 底板 １ｃ テール部
１ｄ フロント部 ２ シールドジャッキ
２ａ，２ｂ シールドジャッキ ３ 隔壁
４ コンクリート函体
４ａ 左側板 ４ｂ 右側板
４ｃ 上床板 ４ｃ 下床板
５ 埋戻土 ６ グラウト材
７ 高さ調整材 ８ プレスバー
９ 掘削機 １０ 開口
１１ 刃口 １１ａ 切羽先端外側
１２，１２ａ，１２ｂ 操作盤
１３ 分流器 １４、１４ａ，１４ｂ 油圧ポンプ
１５ ａ，１５ｂ インバータモータ
１６ オイルタンク １７ 油圧ユニット
１８ 操作パネル １９ 使用台数設定部
２０ ジャッキスピード比設定部 ２１ 推力表示部
２２ 速度表示部 ２３ 油圧・油量同調バルブ
２４ａ，２４ｂ 圧力センサー

Claims (2)

1. 左右の側壁板と、これら側壁板に連結する底板とからなる前面、後面および上面を開口したもので、前記側壁板と底板の先端を刃口として形成したオープンシールド機の前面または上面開口より前方の土砂を掘削・排土する工程と、シールド機の左右に縦列に複数配設したシールドジャッキを伸長してコンクリート函体を反力にしてシールド機を前進させる工程と、シールド機のテール部内で縮めたシールドジャッキの後方に新たなコンクリート函体を上方から吊り降ろしてセットする工程とを適宜繰り返して順次コンクリート函体を縦列に埋設するオープンシールド工法において、前記刃口は、外側形状を内側に向って傾斜する斜め形状に形成し、曲線施工部ではカーブの内側と外側でシールドジャッキのスピードと推力を異ならせることを特徴とするオープンシールド工法。
2. 先端に刃口を有するフロント部の前面または上面開口より前方の土砂を掘削・排土する工程と、ジャッキ・テール部の左右に縦列に複数配設したシールドジャッキを伸長してコンクリート函体を反力にしてオープンシールド機を前進させる工程と、オープンシールド機のジャッキ・テール部内で縮めたシールドジャッキの後方に新たなコンクリート函体を上方から吊り降ろしてセットする工程とを適宜繰り返して順次コンクリート函体を縦列に埋設するオープンシールド工法で使用するオープンシールド機において、前記刃口は、外側形状を内側に向って傾斜する斜め形状に形成し、また、前記オープンシールド機の左右に縦列に複数配列されるシールドジャッキに接続される油圧駆動系統を左右で独立した別個のものとし、この油圧駆動系統はインバータ回路が接続される油圧ポンプで構成することを特徴とするオープンシールド機。

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