JP5960784B2

JP5960784B2 - オープンシールド工法

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Publication number: JP5960784B2
Application number: JP2014255932A
Authority: JP
Inventors: 廣明竹川; 植村　誠; 誠植村; 賢治郎植村
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Current assignee: Individual
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2016-08-02
Anticipated expiration: 2034-12-18
Also published as: JP2016113872A

Description

本発明は、市街地に上下水道、地下道等の地下構造物を施工するオープンシールド工法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生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のうち、オープンシールド機１の機体を前後方向に複数に分割して、他の分割体ブロックから反力をとってＥＳＡ工法（ENDLESS SELF ADVANCING METHOD）「無限自走前進工法」と同様の方式で個々に自走して前進する自走式のオープンシールド機１が下記特許文献に示すように、提案されている。

なお、ＥＳＡ工法（ENDLESS SELF ADVANCING METHOD）「無限自走前進工法」は、その原理は、尺取虫の動きに似ていて、尾部を固定（反力）して頭部を前進させる。次に頭部を固定（反力）して尾部を引き寄せるように動いて行く。これを繰り返し行ない前進するもので、複数の（３個以上）のボックスカルバートを貫いてＰＣ鋼線で連結し、各ボックスカルバート間と最後部に油圧ジャッキを設置してＥＳＡ設備を構成する。ジャッキ圧力は各々のボックスカルバートに伝えるようにする。１つのボックスカルバートを推進する時は、他の複数のボックスカルバートの土圧及び自重による摩擦抵抗力を反力抵抗体として、１函体づつ順次推進して行くものである。
特開２０００−６４７７９号公報特開２００２−３４９１８７号公報

これらは、図２、図３、図４に示すように、オープンシールド機１は機体を前後方向に複数に分割するもので、本実施形態では刃口１１を先端に有するフロント部１ｄ、ミドル部１ｅ、コンクリート函体４が吊り降ろされるテール部１ｃの３つに分割し、フロント部１ｄとミドル部１ｅとの間に第１の推進ジャッキ１２を、ミドル部１ｅとテール部１ｃとの間に第２の推進ジャッキ１３を、フロント部１ｄとテール部１ｃとの間に第３の推進ジャッキ１４をそれぞれ配設した。これらの推進ジャッキ１２、１３、１４にはピンジャッキを使用する。

前記特許文献２の例では、フロント部１ｄ、ミドル部１ｅ、テール部１ｃの機体本体の横幅は、ミドル部１ｅをフロント部１ｄよりも小さく、テール部１ｃをミドル部１ｅよりもさらに小さく形成し、推進方向に対して後方にいくに従い順次小さくなるように形成している。

フロント部１ｄの底部に複数に分割された鋼製のフリクションカッター１５を配設し、該フリクションカッター１５を前進するためのフリクションカッタージャッキ１９をフロント部１ｄの底部に配設する。

ミドル部１ｅの側部にはアウトキー（スリット）１６を側方の地山に張出て地山に貫入させ、地山から反力を得るためのアウトキージャッキ１７を配設する。

さらに、ミドル部１ｅの後部に後方のコンクリート函体４から反力を得るためのストッパージャッキ１８を配設する。

このようなオープンシールド機１を使用するオープンシールド工法は、オープンシールド機１の前進方法は、まず第１工程としてテール部１ｃ内にコンクリート函体４を布設する。

次に第２工程としてフロント部１ｄの底部に配設してあるフリクションカッタージャッキ１９を伸長してフリクションカッター１５を前進させる。

その後、第３工程として第１の推進ジャッキ１２を伸長し、フロント部１ｄのみを第１の推進ジャッキ１２のストローク分だけ前進させる。このとき、第１の推進ジャッキ１２は後方のミドル部１ｅとテール部１ｃの自重と土圧による摩擦抵抗を反力として伸長する。

この場合、フロント部１ｄは前工程で先進させてあるフリクションカッター１５の上を前進するから、ともに鋼製のフリクションカッター１５とフロント部１ｄの底部との摺動摩擦となり、フロント部１ｄ掘進のための摩擦抵抗は少なく、フロント部１ｄは滑るようにして前進できる。このフロント部１ｄの掘進時、フリクションカッタージャッキ１９はリリーフ状態としておき、フロント部１ｄの推進速度と同速度で戻す。

なお、フロント部１ｄの前進時には側方の地山との間にも摩擦抵抗が生じることから、反力が不足する場合は、ミドル部１ｅに配設してあるアウトキージャッキ１７を伸長してアウトキー（スリット）１６を側方の地山に張出て地山に貫入させる。これによりミドル部１ｅが地山に固定され、反力の増加を図ることができる。

前記アウトキー（スリット）１６ではまだ反力が不足する場合は、ストッパージャッキ１８を後方に伸長して、先端をコンクリート函体４に当接し、これによりフロント部１ｄの前進時にミドル部１ｅやテール部１ｃが後方に戻ることを阻止して、不足分の反力をコンクリート函体４から得る。この場合、ストッパージャッキ１８は前記のように不足する反力をコンクリート函体４から得るためのものであり、このストッパージャッキ１８で推進することはない。

次に、第４工程として第２の推進ジャッキ１３を伸長してミドル部１ｅをフロント部１ｄの方向に前進させる。

このミドル部１ｅの前進時、第１の推進ジャッキ１２はリリーフ状態としておき、ミドル部１ｅの推進速度と同速度で戻す。また、フロント部１ｄの推進時にアウトキージャッキ１７を使用した場合は、この引き戻しを行う。そして、第２の推進ジャッキ１３の伸長ストロークによって中折れ量を確保でき前進方向を修正できる。

さらに第５工程として第２の推進ジャッキ１３と第３の推進ジャッキ１４とでテール部１ｃを前進させる。このとき、テール部１ｃは第３の推進ジャッキ１４でフロント部１ｄと直結されているから、容易に引き込める。また、テール部１ｃはミドル部１ｅよりもさらに機体幅を狭く形成してあるから、側方の地山との間に摩擦抵抗が生じることはなく、第２の推進ジャッキ１３および第３の推進ジャッキ１４はテール部１ｃの自重だけを引き込めばよく、推進は楽に行える。

かかる工程を繰り返して複数のコンクリート函体４を縦列に布設する。

このように、各分割体ブロックであるフロント部１ｄ、ミドル部１ｅ、テール部１ｃはそれぞれ推進ジャッキの伸長や牽引により、他の分割体から反力をとってＥＳＡ工法と同様の方式で個々に自走して前進する。

よって、各分割体が単独で容易に方向変換でき、曲線施工も可能となるだけでなく、基本的には後方のコンクリート函体４に反力をとる必要がなく、また、反力壁を設置した発進坑も不要となるから、施工が容易となり工期も短縮できる。特に、自走式のオープンシールド機を用いる利点は、従来のオープンシールド工法およびオープンシールド機では、発進に反力をとるための反力壁を必要とするので、反力壁を設けた発進坑を形成しなければならない。しかも、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もので、コンクリート函体４はオープンシールド機１の前進のための反力体となり、ジャッキの推力を受けるので、クラックが入り易く、強度が要求される。このクラックの発生は曲線施工を行う際に、左右に推進ジャッキの伸長度が異なり、アンバランスな外力をコンクリート函体４に加える場合に起こり易い。その結果、鉄筋量を多くすることや、鋼板で表面を被覆するなど高価なものとなることが解消できる。

前記特許文献２では、ミドル部とテール部を前進させる際の、側部の地山との間に摩擦抵抗も低減できて楽に掘進できるものであるが、従来のオープンシールド機の自走タイプは、フロント部である第１ブロック推進時の刃口抵抗が大きく、フロント部の推進は大きな推進推力が必要となり、土質条件等によってはフロント部の前進ができなくなったり、ミドル部とテール部である第２ブロック、第３ブロックが後退してしまう場合がある。

前記特許文献２では、フリクションカッターを用いてフロント部の摩擦軽減を図るが、底部のみの配慮であり十分ではなく、フロント部の前進時には側方の地山との間にも摩擦抵抗が生じる。

そこで、ミドル部の反力が不足することがあり、その場合は、このミドル部にアウトキージャッキ、アウトキーの配設が必要となる。

さらに、前記アウトキーではまだ反力が不足する場合は、ストッパージャッキの配設が必要となり、これを後方に伸長して、先端をコンクリート函体に当接し、これによりフロント部の前進時にミドル部やテール部が後方に戻ることを阻止する。

このようなアウトキージャッキ、アウトキーやストッパージャッキの配設を行わなければならないのでは、面倒であり、施工の手順も複雑なものとなる。

本発明は前記従来例の不都合を解消し、フロント部、ミドル部、テール部の３分割体ブロック、もしくは２分割体ブロックでオープンシールド機の機体を構成して、他の分割体ブロックから反力をとってＥＳＡ工法（ENDLESS SELF ADVANCING METHOD）「無限自走前進工法」と同様の方式で個々に自走して前進する場合、周面摩擦が十分に得られない場合でも、抵抗に対して必要最小限の補助反力を推進補助ジャッキにより得られ、かつ、この推進補助ジャッキの要否を機械的に判断し、自動的に作動させることができるので、反力体に不要な負荷を掛けずに施工できるオープンシールド工法を提供することにある。

前記目的を達成するため請求項１記載の本発明は、機体をフロント部、ミドル部、テール部となる第１、第２、第３の分割体ブロックとし、フロント部とミドル部とを推進ジャッキとしての第１の推進・牽引ジャッキで連結し、ミドル部とテール部とを推進ジャッキとしての第２の推進・牽引ジャッキで連結するオープンシールド機を使用し、フロント部は、ミドル部とテール部の自重と土圧による摩擦抵抗を反力にして前進させ、ミドル部は、前記第１の推進・牽引ジャッキと第２の推進・牽引ジャッキでフロント部とテール部に反力をとって伸長することで前進させ、テール部は、第２の推進・牽引ジャッキを作動してフロント部とミドル部の分割体ブロックを反力として第２の推進・牽引ジャッキで前方に牽引して前進させるオープンシールド工法において、ミドル部、テール部間に、推進反力をコンクリート函体設置の際にコンクリート函体下に形成するコンクリート函体の敷設基礎を兼ねる反力体より得る推進補助ジャッキを設け、推進ジャッキである第１の推進・牽引ジャッキ、第２の推進・牽引ジャッキを操作する油圧系統に圧力計を設け、圧力計による検知圧力を信号としてＰＣ（パーソナルコンピュータ）に取り込み、ＰＣに予め入力しておいた推進ジャッキの仕様と使用台数により得られるシールド機の推進力がＰＣに予め入力しておいた一定値を下回った場合に制御信号を発し、推進補助ジャッキ用の操作盤とそのポンプの間のバイパスラインに設けた電磁弁を開いてこの推進補助ジャッキの推進力を加え、推進ジャッキの仕様と使用台数により得られるシールド機の推進力がＰＣに予め入力しておいた一定値を上回っている場合には制御信号を発し、推進補助ジャッキ用の操作盤とそのポンプの間のバイパスラインに設けた電磁弁を閉じて推進補助ジャッキを作動させない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、ＰＣを使用して推進補助ジャッキの要否を推進補助ジャッキの要否を機械的に判断し、自動的に作動させることができるので、反力体に不要な負荷を掛けずに施工できる。このように掘進抵抗が不足した時も自動的に補助反力が得られるため、遅滞なく施工できる。

また、推進補助ジャッキの推進反力はこれをコンクリート函体より直接得るのではなく、コンクリート函体にジャッキ推力を加えることがないのでコンクリート函体を痛めるおそれがない。特に、後方のコンクリート函体に反力をとる必要がなく、また、反力壁を設置した発進坑も不要となるから、施工が容易となり工期も短縮できるという自走前進式のオープンシールド工法の利点を損なわないですむ。

さらに、推進補助ジャッキは常時は無負荷に近い状態で反力体にあてがわれ、掘進抵抗が不足した際に反力体を支圧することになる。

以上述べたように本発明のオープンシールド工法は、フロント部、ミドル部、テール部の３分割体ブロック、もしくは２分割体ブロックでオープンシールド機の機体を構成して、他の分割体ブロックから反力をとってＥＳＡ工法（ENDLESS SELF ADVANCING METHOD）「無限自走前進工法」と同様の方式で個々に自走して前進する場合、周面摩擦が十分に得られない場合でも、抵抗に対して必要最小限の補助反力を推進補助ジャッキにより得られ、かつ、この推進補助ジャッキの要否を機械的に判断し、自動的に作動させることができるので、反力体に不要な負荷を掛けずに施工できるものである。

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１実施形態を説明図であり、前記従来例を示す図２〜図４と同一構成要素には同一参照符号を付したものである。

使用するオープンシールド機１も基本構成は従来例と同様であり、先端を刃口として形成し、また側壁板の中央または後端近くに推進ジャッキを後方に向け上下に並べて配設した。

本実施形態では、オープンシールド機１は機体を前後方向に複数に分割するものであり、刃口１１を先端に有するフロント部１ｄ、ミドル部１ｅ、コンクリート函体４が吊り降ろされるテール部１ｃの３つの分割体ブロックに分割した。

第１の分割体ブロックであるフロント部１ｄと第２の分割体ブロックであるミドル部１ｅとの間に第１の推進・牽引ジャッキ１２を、ミドル部１ｅと第３の分割体ブロックであるテール部１ｃとの間に第２の推進・牽引ジャッキ１３をそれぞれ配設した。これらの推進・牽引ジャッキ１２、１３（以下これらを推進ジャッキＡと称する）には端部を回動自在に軸着するピンジャッキを使用する。

本発明は、ミドル部１ｅとテール部１ｃ間に、これらミドル部１ｅとテール部１ｃを跨るようにして推進補助ジャッキ１９を設けた。

この推進補助ジャッキ１９は、テール部１ｃにおいては、コンクリート函体４が吊り降ろされる場所よりも前側で、その伸長ロッドを後方に向けて設置されることになる。

図中２１は前記第１の推進・牽引ジャッキ１２や第２の推進・牽引ジャッキ１３（推進ジャッキＡ）を駆動するための油圧ポンプ、２２はその操作盤であるが、これら推進ジャッキＡを操作する油圧系統に圧力計２３を設け、その圧力検知信号を変換器２４を介してＰＣ（パーソナルコンピュータ）２５に取り込む。

ＰＣ（パーソナルコンピュータ）２５では、推進ジャッキＡの仕様、使用台数に関連する数値、推進補助ジャッキ１９が作動する掘進抵抗などが入力され、予め入力しておいた推進ジャッキＡの仕様と使用台数を基にした適正推進力である適正設定値と前記圧力計２３で計測される実際の推進力とを比較する手段が形成されている。

また、図中２７は前記推進補助ジャッキ１９の油圧ポンプ、２８は操作盤、２９は、この推進補助ジャッキ１９の操作盤２８と油圧ポンプ２７の間のバイパスラインに設けられた電磁弁で、開閉操作を行う電磁弁２９に対する制御信号を前記ＰＣ（パーソナルコンピュータ）２５から変換器２６を介して送るようにする。

オープンシールド機１を使用する本発明のオープンシールド工法について説明すると、発進坑を形成しての最初の発進に関しては図示は省略するが、発進坑の土留壁を一部鏡切りするが、必要に応じて薬液注入等で発進坑の前方部分に地盤改良を施しておき、反力壁を設置し、適宜、ストラットを介在させて、推進・牽引ジャッキＡで推進させる。

オープンシールド機１を掘進させ、テール部１ｃにコンクリート函体４を敷設するスペースを確保したならば、コンクリート函体４の敷設スペースの下方で、反力体３０を構築する。

この反力体３０はコンクリート函体４の敷設基礎を兼ねるもので、テール部１ｃ内に砕石を敷き均し、この函体基礎の上にコンクリート板を敷設する。コンクリート板には、現場打設コンクリートによる型枠作成のものを用いてもよいが、ＰＣ板（プレキャストコンクリート板）を使用する。

該コンクリート板は前に敷設したコンクリート板に接続するように敷設するし、その上に新たなコンクリート函体４をセットするとともに、このコンクリート板の連続体を反力にして推進ジャッキを伸長してシールド機を前進させるものとする。

下記表１にオープンシールド機１の推進のサイクルを示す。

オープンシールド機１の前進方法は、まず第１工程として、フロント部１ｄの推進として、ミドル部１ｅとテール部１ｃの土圧と自重を反力に、推進・牽引ジャッキ１２を伸縮（伸長）させることによりフロント部１ｄを推進させる。なお、バック防止および補助反力として推進補助ジャッキ１９を固定して介在させることもできる。

第２工程として、ミドル部１ｅの推進として、フロント部１ｄとテール部１ｃの土圧と自重を反力に、推進・牽引ジャッキ１２、推進・牽引ジャッキ１３を伸縮（推進・牽引ジャッキ１２は縮小、推進・牽引ジャッキ１３は伸長）させることによりミドル部１ｅを推進させる。バック防止および補助反力として推進補助ジャッキ１９を固定して介在させることもできる。

第３工程として、テール部１ｃの推進として、フロント部１ｄとミドル部１ｅの土圧と自重を反力に、推進・牽引ジャッキ１３を伸縮（縮小）させることによりテール部１ｃを推進させる。バック防止および補助反力として推進補助ジャッキ１９を固定して介在させることもできる。

前記第１工程から第３工程を繰り返し、１函体分オープンシールド機１を掘進させ、同様のテール部１ｃ内に基礎砕石を敷き均し、コンクリート板を設置して、基礎を築造する。

オープンシールド機１の後方よりクレーンにてコンクリート函体４を設置する。

このようにして、初期段階においては発進立坑の受動土圧により反力を得、ある程度掘進した段階でオープンシールド機１の周面摩擦抵抗から反力を得る。

そして、周面摩擦が十分に得られなり場合には、掘進抵抗に対して必要最小限の補助反力を推進補助ジャッキ１９から得るようにする。

前記ＰＣ（パーソナルコンピュータ）２５では、圧力計による検知圧力を信号として取り込み、ＰＣ２５に予め入力しておいた推進ジャッキＡの仕様と使用台数により得られるシールド機の推進力がＰＣに予め入力しておいた一定値を下回った場合に制御信号を発し、電磁弁２９を開いてこの推進補助ジャッキ１９の推進力を加える。

なお、推進ジャッキの仕様と使用台数により得られるシールド機の推進力がＰＣ２５に予め入力しておいた一定値を上回っている場合には制御信号を発し、前記電磁弁２９を閉じて推進補助ジャッキ１９を作動させないものである。

本発明のオープンシールド工法の１実施形態を示す説明図である。従来例の平面図である。従来例の縦断側面図である。従来例の一部切欠いた縦断正面図である。

１…オープンシールド機
１ｃ…テール部
１ｄ…フロント部
１ｅ…ミドル部
４…コンクリート函体
１１…刃口
１２…第１の推進・牽引ジャッキ
１３…第２の推進・牽引ジャッキ
１５…フリクションカッター

１６…アウトキー
１７…アウトキージャッキ
１８…ストッパージャッキ
１９…推進補助ジャッキ
２１…油圧ポンプ
２２…操作盤
２３…圧力計
２４…変換器
２５…ＰＣ（パーソナルコンピュータ）
２６…変換器
２７…油圧ポンプ
２８…操作盤
２９…電磁弁
３０…反力体

Claims

機体をフロント部、ミドル部、テール部となる第１、第２、第３の分割体ブロックとし、フロント部とミドル部とを推進ジャッキとしての第１の推進・牽引ジャッキで連結し、ミドル部とテール部とを推進ジャッキとしての第２の推進・牽引ジャッキで連結するオープンシールド機を使用し、フロント部は、ミドル部とテール部の自重と土圧による摩擦抵抗を反力にして前進させ、ミドル部は、前記第１の推進・牽引ジャッキと第２の推進・牽引ジャッキでフロント部とテール部に反力をとって伸長することで前進させ、テール部は、第２の推進・牽引ジャッキを作動してフロント部とミドル部の分割体ブロックを反力として第２の推進・牽引ジャッキで前方に牽引して前進させるオープンシールド工法において、ミドル部、テール部間に、推進反力をコンクリート函体設置の際にコンクリート函体下に形成するコンクリート函体の敷設基礎を兼ねる反力体より得る推進補助ジャッキを設け、推進ジャッキである第１の推進・牽引ジャッキ、第２の推進・牽引ジャッキを操作する油圧系統に圧力計を設け、圧力計による検知圧力を信号としてＰＣ（パーソナルコンピュータ）に取り込み、ＰＣに予め入力しておいた推進ジャッキの仕様と使用台数により得られるシールド機の推進力がＰＣに予め入力しておいた一定値を下回った場合に制御信号を発し、推進補助ジャッキ用の操作盤とそのポンプの間のバイパスラインに設けた電磁弁を開いてこの推進補助ジャッキの推進力を加え、推進ジャッキの仕様と使用台数により得られるシールド機の推進力がＰＣに予め入力しておいた一定値を上回っている場合には制御信号を発し、推進補助ジャッキ用の操作盤とそのポンプの間のバイパスラインに設けた電磁弁を閉じて推進補助ジャッキを作動させないことを特徴とするオープンシールド工法。