JPS60164597A - 立坑、水平坑の掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、立坑、水平坑の掘削機に関するものである。

市街地におけるシールド立坑は最近、益々深層化の傾向
にあり、環境保全等の制約も益々きびしくなって来てい
る。

このような状況下で、現在迄施工実績のあるシールド立
坑及び検討実績のあるシールド立坑の山留工法を挙げる
と、Ｈ鋼管矢板山留、シートパイル山留、鋼管矢板山留
等の鋼材打込山留工法、柱列式地中壁、連続地中壁、オ
ープンケーソン、ニューマチックケーソン、立坑シール
ド等がある。

しかし、これらの工法において、公害規制、止水性、大
深度の施工、立坑本体との兼用化、土質による施工精度
や掘進速度、障害物の除去、工事費などの問題を全て満
足できるものはなく、それぞれにおいて、上記いずれか
あるいは複数の問題点を有しているが、これらの中で確
実に大深度立坑を族１冒１ｊ来る工法としては連続地中
壁と立坑シールドが挙げられる。

大深度シールド立坑は、長方形断面と円形断面が考えら
れ、長方形断面では立坑側壁に曲げ応力が加わるために
壁厚を厚くする必要があるが１円形断面の場合はリング
コンプレ・ンションのみしか加わらないために壁厚を薄
くすることが０ｆ能になる。

連続地中壁工法で施工する場合は、真円として施工出来
ず、ＩＦ多角形として施工しなければならないため、上
記理由から壁厚をある程度厚くする必要があり、しかも
床付は部分のボイリング、ヒービングを防止するため、
かなりの根大長を必要とするので立坑躯体の工事費が高
くなる問題がある。

これに対し、Ｘχ坑シールド工法により施」゛する場合
は、立坑躯体にセグメントを使用するため、躯体工事に
おいては経済的に有利であるが、反面ケ坑掘削終ｒ後、
シールド掘進機が撤去不能で埋殺しになる問題があった
。

以上のように従来の大深度立坑の施工を可能とする工法
はいずれも経済性について問題を有していた。

本発明は、以上に述べた点に鑑み提案されたもので、そ
の（」的とするところは、前記した立坑シールドに法の
問題点を解消し、シールド立坑を安いに東費で施工でき
る立坑、水平坑の掘削機を提供するこｋにある。

本発明は、オープンケーソンと、同オープンケーソンの
内郭に嵌合固定されるシールド掘進機と、前記オープン
ケーソンの上部に取付けられ立坑セグメントに反力を取
り同オープンケーソンを沈ドさせる沈下ジヤツキと、前
記シールド掘進機の駆動装置により駆動される沈下カッ
ターと、同法ドカッターを上下に摺動させるカッタース
ライドジヤツキとからなり、前記シールド掘進機を駆動
装置として立坑を掘削し、立坑掘削終ｒ後、同シールド
掘進機を撤去して水平坑掘進を要旨とするもので、シー
ルド掘進機を上記の如くオープンケーソンの内郭に嵌合
固定して立坑掘削の駆動装置として用い、ケ坑掘削終ｒ
後オープンケーソンの内郭から撤去して水平坑掘進に併
用できるため、従来の立坑シールド工法の問題点であっ
たシールド掘進機の埋殺しを解消して１車費を大幅に節
減することができる。

また、シールド掘進機の駆動装置により沈下カッターを
駆動するようにしているため、構造を簡素にして安価に
でき、しかも、沈下刃フタ−をカッタースライドジヤツ
キにより上下に摺動させることができるため、ケーソン
の異常沈下時に駆動装置や沈下カッターの破損を防止で
きると共に地山に適応した掘削を行なうことが可能であ
り、さらに底コンクリートを打設する際、沈下カッター
を底コンクリート内に埋込むことによって、これが底コ
ンクリートの補強桟となるため、コンクリート打設厚さ
を薄くすることができる等多大の効果を奏する。

以下、本発明を第１図乃至第３図に示す一実施例に基づ
いて説明する。

第１図は１′／、坑掘削状態、第２図はシールド掘進状
態を示す図で、第１図及び第２図に示す如く本実施例の
叡坑、水平坑の掘削機は、オープンケー。

ソンａと泥水加圧シールド掘進機すとの組合せにより構
成されている。

オーフンケーソンａは、円形断面のスチール製オープン
ケーソンと同形で、外周に使用する円筒形の鋼製ケーソ
ン外郭ｌ、内周に使用する円筒形の鋼製ケーソン内郭２
．ケーソン内側下部に設けられ、鋼製のケーソン刃口９
．ケーソン全体の剛性を増加させるためと、後述する沈
下ジヤツキを数句けるための鋼製の補強桟３で構成され
ている。ｆｏｂはケーソン刃口９に囲まれた刃口内部を
示す。

オープンケーソンａの強度を増加させるため、あるいは
ケーソンの自重を大きくする必要がある場合は、このケ
ーソン内に予めコンクリートを打設しておいてもよい。

４はケーソン最上部に位置する補強桟３に取付は固定さ
れた複数本の沈下ジヤツキで、立坑の一体として使用す
るｔ坑セグメント５に反力を取りケーソンを沈下させる
ものである。

ケーソンのｔ部と立坑セグメント５とのクリアランスか
らの漏水を防止するためテールシールを数句けてもよい
。

泥水加圧シールド掘進＠ｂは、一般に使用されている周
辺支持タイプ若しくは中間支持タイプのシールド掘進機
で、第１図及びｆｌＩＪｚ図に示すように、円筒形の鋼
製シールド本体１１．シールド本体１１の内周に設けら
れたリングガーダ−１２，シールド本体】１及びリング
ガーダ−１２に対して回転可能に支持されたカッタード
ラム１３．カッタードラム１３の後部外周に取イ１けら
れたリングギヤ１４．該リングギヤ１４に噛合うピニオ
ンギヤ１５．ピニオンギヤ１５を出力軸に固着した油圧
モータ、電動モータ等の駆動装置１Ｂ、カッタードラム
内部の圧力室１０ａに連なるよう接続される送泥管１７
及び排泥管１８、シールドトンネル用セグメント２２に
反力を取りシールド掘ａ機を推進させるための推進ジヤ
ツキ２１．及びカッタードラム１３に取付けられた地山
切削用のカッター２３等から構成されている。

沈下掘削中は前面を下方にしてオープンケーソンａの内
郭２に嵌合し、ピン等でスライド及び回転止めをして固
定据付け、力・ンタードラム１３の回転力を利用して掘
削作業を行なわせる。

なお、推進ジヤツキ２１は、前記した沈下ジヤツキ４を
転用して用いるもので、立坑掘削時はオープンケーソン
ａの補強桟３に取付けて沈下ジヤツキとして用い、シー
ルド掘進時はリングガーダ−１２に数句けて推進ジヤツ
キ２１として用いるものである６また２４は後述する沈
下カッターシャフトを抜いたあとのカッタードラム１３
の貫通穴を閉じるプラグ、２５はシールド本体１１の後
部でシールドトンネル用セグメント２２を組立てるため
のシールド筒である。

６は泥水加圧シールド掘進４１１ｂのカッタードラム駆
動装置１６によって回転駆動され、沈下掘削を杓なう回
転式沈下カッター、７は先端に沈下カッター６が数句け
られ、カッタードラム１３とともに回転されるカッター
シャフトで、泥水加圧シールド掘進機すのカッタードラ
ム１３の中心に後端部がカッタードラム１３を貫通して
後部へ突出するように、１−下に摺動可能に取付けられ
ており、その内部は沈下掘削線ｒ後ケーソン底コンクリ
ート２０を打設するため中空孔１９となっている。

なお、沈下カッター６の形状はスポークタイプのものが
好ましい。

８はカッタードラム１３にシリンダ本体がカッターシャ
フト７の後端部にロッド先端が連結されたカッタースラ
イドジヤツキでカッターシャツｌ−７を介して沈下カッ
ター６を１；ドに摺動させるものである。このように沈
下カッター６をトドに摺動させることによって、軟い地
盤を沈下掘削する場合はケーソン刃口９を貫入させた後
、力・ンター掘削でき、逆に硬い地盤を沈下掘削する場
合はカッターを先行させて掘削ができる。また、ケーソ
ンが急激に沈下したような場合、カッタースライドジヤ
ツキを解放することによって掘進機あるいは沈ドカ・ン
ターの破損を防止できる。さらには、沈下カッター６を
ト昇させることによりｌ戊コンクリート２０内に埋込み
底コンクリート２０を補強することが可能となる。

なお、通常密閉式シールド掘進機のカッターの装備トル
クは直径の３乗のトルクが必要と耳われでいるが、パー
ス坑等を掘削する場合のトルクはカッタービット径の２
乗程度で充分であるため泥水加圧シールド掘進機の装備
トルクで充分ケーソン沈下掘削はｕ（能である。

ちなみに、シールドのカッタ径を４．ｈとすると、シー
ルドのカッタートルクＴ　Ｔ−ｍはＴ＝４”＝６４Ｔ１
となり、一方、立坑の沈下カッター径を６．５ｍとする
と沈下カッタートルクＴＩはＴＩ＝１３．５＝４２．２
５７−１１１となり充分沈下掘削可能である。

また、密閉式シールド掘進機の装備ジヤツキは掘削断面
１　ｍ’当り１００ｔと言われており、シールド径４ｍ
とすると断面積は４．０”Ｘ　πＸ　’Ａ　＝　１２．
５Ｅｌ　ｍ’となり、１２５８ｔの推力が必要となる。

一方、ケーソン掘削断面積は径を６．５ｍとすると　６
．５″Ｘ　π’Ｘ　５Ａ＝　３３．１７　ｍ’となる。

ここで、ケーソンを沈下させる下向きの力は、沈下ジヤ
ツキ＋２５６ｔ　、ケーソン自主的１２０ｔ　、シール
ド掘進機自重的５０ｔの合計で１４２Ｅｌｔであり、ケ
ーソン沈下に対抗する上向きの力は、水圧４０ｔ／ｍ’
　Ｘ　３３．１？　ｒｎ’　＝１３２Ｂ、８ｔ　、周辺
摩擦Ｂ、５ｍＸ　Ｗ　Ｘ　４″Ｘ　ｌ　＝　８１．６ｔ
の合計で１４０８．４ｔであり、地下水圧４０　ｔ／ｒ
ｎ’程度までは、沈下ジヤツキ４をシールド掘進ジヤツ
キ２１に転用中ることができる。

倒し　上記計算は鋼製ケーソン厚１．２５ｍ　、周辺摩
擦１ｔ／ｍ’としたう さらに、ケーソン内郭２とシールド本体１１との間の空
隙による１１−水に対してはゴムシール等を用いて１１
水し、回転又はスライドに対しては、ｌ１ｉＪ記Ｉ７た
ようにピン等で固定すればよい。

次に、第３図（Ａ）乃至（Ｊ）を参照して作業手１順を
説明する。

先ず、第３図（Ａ）に示すように地表面に土留１′、２
６を打込むつ土留材料は、シートパイル、Ｈ鋼横矢板、
柱列杭、地下連続壁等のいずれでもよ（、＋精工打込み
後、深さ数ｍまで内部を掘削１．７、底部を平滑に仕上
げ、底部の土質が支持力不足の場合は砂を敷き乾田する
。この立坑内に立坑掘削機を据付けるため、切梁は使用
出来ないのでアースアンカー等を使用してもよい。

次いで　第３図（Ｂ）に示すように鋼製ケーソンａを据
伺け、必要に応じ外郭ｌと内郭２の間にコンクリートを
′打設する。ケーソン据付後、沈下カッター６とカッタ
ーシャフト７を据付け、更に泥水加圧シールド掘進機す
をケーソン内郭２の内部に前面を下にして据付は固定す
る。

その後、第３図（Ｃ）に示すように立坑掘削機を固定す
るため掘削機外周を良質な埋戻し士２７で埋戻しを行な
う。

なお、以−にの作業を省略して直接立坑掘削機を地表で
組立ててもよい。

１−記のように立坑掘削機を据付は後、送泥管１７より
泥水を圧力室１０ａを経由して、刃口内部１０ｂに送り
路地下水圧に等しい圧力に加圧し、泥水加圧シールド掘
進機の駆動装置１Ｂにより沈下カッター６を回転して第
３図（Ｄ）に示すように掘削を行ない、掘削した土砂は
刃口内部１０ｂ及び圧力室１０ａ内にて泥水と混合され
排泥管１８を経由して立坑」二に排出される。砂礫層等
を掘削する場合は、刃口内部１０ｂにて掘削された土砂
が沈澱してしま　−うため泥水をノズルより刃口内部ｔ
ａｂに吹込むようにして混合すればよい。また、掘削量
に応じ、沈下ジヤツキ４を伸長し、ケーソン刃口が常に
地山に接触するようにケーソンａを沈下させ、立坑セグ
メント５の１リング分沈下した後、ケーソン上部にて立
坑セグメント５を組立てる。この要領はシールド工事の
セグメント組立要領と同様である。なお、掘削深度が浅
く、立坑セグメント５と周辺地山の摩擦力が小さい場合
は沈下ジヤツキを使用せず、立坑上にてセグメントを組
立て自沈させてもよい。ケーソンａが急激に沈下する場
合は、カッタースライドジヤツキ８を直ちに解放して沈
下刃・ンター６をカッタートラム１３に対してスライド
させることにより沈下刃・ンター６及びシールド掘進機
すの破損を防止することができる。

立坑掘削完ｒ後、第３図（Ｅ）に示すようにカッタース
ライドジヤツキ８を作動し、沈下カッター６をケーソン
刃［１９に接触するまで上昇させて固定し、ケーソン底
コンクリート２０の強度を高めるため後述の様に鉄骨と
して利用する。

すなわち、第３図（Ｆ）に示すようにシールド掘進機す
自体から沈下カッター６を取り外し、シ−ルド掘進機す
を上昇させて沈下カッター６を残す。

なお、シールド掘進機すには下面より水圧がかかってい
るため大きな力は必要としない。シール１ζ掘進機すを
上昇固定後、カッターシャフト７の中空孔Ｉ８にパイプ
を接続して地上より生コンクリートを輸送し、ケーソン
底コンクリートを打設する。Ｘ′ｆ坑の深度が深く、揚
水圧力が大きい場合は、鋼繊維補強コンクリートを打設
してもよい。

このようにして打設したケーソン底コンクリート２０が
硬化した後、ＷＳ３図（Ｇ）の如く泥水加圧シールド掘
進機すを引−ヒげて撤去し、さらにケーソン−ヒ部に取
付けてあった沈下ジヤツキ４を撤去して、その位置に第
３図（Ｈ）に示すようにコンクリートを打設する。一方
、撤去した沈下ジャ・シキ４は泥水加圧シールド掘進機
すの推進ジヤツキ２１として転用する。

その後、ｔｔＳ３図（Ｉ）に示すように沈下ジヤツキ４
撤去後の位置に打設したコンクリートに反力を取りシー
ルド発進台２８を据付け、さらにシールド発進台２８に
泥水加圧シールド掘進機すを据イ１け、撤去した沈下ジ
ヤツキ４を推進ジヤツキ２１として取付けると共にシー
ルド掘ａ機すの後部に反力受２９を設置する。なお、シ
ールド発進台２日下部の空間を水替用の釜揚として使用
することもできる。

シールド掘進機すから据付けられたら、まず、第３図（
Ｊ）に示す如く推進ジヤツキ２１を作動してシールド掘
進機すを一次発進させ、シールド掘ａ機す前面には必要
に応じて薬液注入等の地盤改良工事を施工する。

シールド掘進＠ｂを発進させ、ある程度地山に貫入した
後、シールドのテール周囲にシールド筒２５を配設して
再発進を行なう。

しかし機長が特に長くないシールド掘進機を使用する場
合は、当初より据伺けておくこと、が出来るため、この
作業は必要としない。

その後、第３図（Ｋ）に示すように通常の施工同様にセ
グメントを増して泥水加圧シールドとしてシールド掘進
を行なえばよい。

以上のように、シールド掘進機を立坑掘削と水・ド坑掘
進に併用することができるため、立坑シールド工法の如
く、シールド掘進機が埋殺しにされることがなく、工事
費の低減を図ることができると共に沈下ジヤツキを推進
ジヤツキに転用して使用できるためシールド掘進嶺自体
も安価に製作することができる。また、カッタースライ
ドジヤツキを備えているため、異常沈下時、同ジヤツキ
を作動させることにより、沈下カッター及びシールド掘
進機の破損を防止でき、しかも同ジヤツキにより沈下カ
ッターを上下４ζ移動させることによって地山に適した
掘削が可能となると共に沈下カッターを上昇させてケー
ソン底コンクリート内に埋込むことができ、これによっ
て底コンクリートが補強されるため、コンクリート打設
厚さをその分薄くすることがＵ（能となる。さらに沈下
カッターシャフトに中空孔を設けているため、同中空孔
を利用して容易に底コンクリートを打設することができ
る等の多大の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の立坑掘削機を示す縦断面図、 第２図は、同掘削機に用いる泥水加圧シールド掘進機の
縦断面図、 第３図（Ａ）乃至（Ｋ）は、本発明の立坑、水平坑の掘
削機を用いた施工作業手順を説明する概要図である。 ａ・・・オープンケーソン。 ｂ・・・泥水加圧シールド掘進機。 ｌ・・・ケーソン外郭、２・・・ケーソン内郭。 ３・・・補強桟、−４・・・沈下ジヤツキ。 ５・・・立坑セグメント、　６・・・沈下カッター。 ７・・・沈−ドカッターシャフト。 ８・・・カッタースライドジヤツキ。 ９・・・ケーソン刃口＋　ＩＯａ・・・圧力室。 ｌＯｂ・・・刃口内部、　１１・・・シールド本体。 １２・・・リングカーター、１３・・・カッタードラム
。 １４・・・リングキャ、　１５・・・ピニオンギヤ。 ｌ６・・・駆動装置、　１７・・・送泥管。 １８・・・杉１泥管、　Ｉｌｌ・・・中空孔。 ２０・・・ケーソン代コンクリート。 ２１・・・推進ジヤツキ、２２・・・セグメント。 ２３・・・カッター、２４・・・プラグ。 ２５・・・シールド筒、２６・・・土留工。 ２７・・・埋ｌアし土、２８・・・シールド発進台。 ２９・・・反力受。 出−人　株式会社熊谷組 代理人　弁理士　船　橋　國　Ｕす 第１図 第２図 第３図 （Ａ）　（Ｄ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、オープンケーソンと、同オープンケーソンの内郭に
   嵌合固定されるシールド掘進機と、前記オープンケーソ
   ンの上部に数句けられ立坑セグメントに反力を取り同オ
   ープンケーソンを沈下させる沈下ジヤツキと、前記シー
   ルド掘進機の駆動装置により駆動される沈下カッターと
   、前記シールド掘進機を駆動装置としてケ坑を掘削し、
   立坑掘削終ｒ後同シールド掘進機を撤去して水平坑掘進
   に転用することを特徴とする立坑、水平坑の掘削機。 ２、前記シールド掘進機が泥水加圧シールド掘進機であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の立坑、
   水平坑の掘削機。 ３、前記沈下ジヤツキが前記シールド掘進機の推進ジヤ
   ツキに転用可能なジヤツキであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の立坑、水平坑の掘削機。 ４、前記沈下カッターが力・ンターシャフトを介して前
   記カッタードラムに数句けられていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の立坑、水平坑の掘削機。 ５、前記カッターシャフトが中空シャフトであることを
   特徴とする特許請求の範囲第４項記載の立坑、水平坑の
   掘削機。 ６、前記カッターシャフトは前記カッタードラムを頁通
   して上下に摺動可能に取付けられていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第４項及び第５項記載の立坑、水平坑
   の掘削機。 ７、前記カッタースライドジヤツキが前記カッターシャ
   フトの上端に連結されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第６項記載の立坑、水平坑の掘削機。