JPH0325600B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、シールドのテール部で覆工コンクリ
ートを打設し、この覆工コンクリートで推進反力
を負担して掘進するシールドトンネル掘進工法
と、同工法の施工に用いる推進装置に関するもの
である。

シールド工事費のうちの20〜30％を占めるセグ
メントを使用せず、また、裏込注入も省略し、シ
ールドのテール部で直接覆工コンクリートを打設
する経済的な、いわゆる、場所打ちライニング工
法は種々の工法が考案され、実施されている。こ
の工法に用いられるシールド機の主なものとして
は、自走式シールド機に属するブレードシールド
機（メツセルシールド機）及びグリツパー式シー
ルド機や推進ジヤツキ式シールド機等がある。

ブレードシールド機は、ブレードという矢板を
トンネル外周に配置し、このブレードを支えるサ
ポーテイングフレームと、ブレードを前進させる
プツシングフレームとを備えており、機体の前進
は、推力をセグメントより反力を取るシールド掘
進機とは異なり、機体周辺の地山とブレードとの
摩擦力を利用するもので、先ずトンネル天端部分
より左右同数づつのブレードを、プツシングフレ
ームに反力を取りジヤツキにて前進させ、すべて
のブレードの前進が完了したらサポーテイングフ
レームとプツシングフレームをジヤツキにより前
進させ、これを繰返すことにより前進するもので
ある。

このブレードシールド機は、掘進作業が覆工等
の後向き作業に拘束させることがないため掘進能
率が良く、また、左右のブレードの張出長さを変
化させることにより、曲線部の施工が容易である
等の特徴がある反面、機械の構造が複数で価格が
高いという問題点を有している。

また、グリツパー式シールド機は、掘進機を前
後に分割し、分割した前体部と、後体部に、それ
ぞれグリツパージヤツキにより作動されるグリツ
パーを取付けるとともに、両体部のジヨイント部
に推進ジヤツキを取付けたものである。

機体の前進は、分割した前体部と後体部のグリ
ツパーと推進ジヤツキを交互に作動させることに
より、いわゆる尺取虫が前進するような要領で自
走前進する。

このようにして機体の前進を行なうグリツパー
式シールド機は、ブレードシールド機と同様、掘
進作業が覆工等後向き作業に拘束されることがな
いため掘進能率が良いという特徴があるが、反
面、機体が前体部と後体部に分割されているため
機長が長くなり、曲線部の施工が困難となるとと
もに、地山の土質が、例えば柔らかい土質の場
合、機体を地山に固定するグリツパー効果が期待
できないことがあり、さらには機体の全長が長い
ため、重量が大きく、構造が複雑で高価となる問
題を有している。

さらに、推進ジヤツキ式シールド機は、一般に
施工されているシールド掘削機とほぼ同様の構造
であり、前記した２つのものとは、推進反力を場
所打ちライニングで負担する点において異なつて
いる。

この推進ジヤツキ式シールド機は、現在迄のシ
ールド実績から明らかなように、曲線施工が容易
であり、しかも、ブレードシールド機やグリツパ
ーシールド機と比較すると機長が短いため重量も
軽く、構造も簡単であるため安価である等の特徴
がある。

しかし、場所打ちライニングに推進反力を負担
させるため、ライニングに問題点が生じる。この
点について、以下に説明する。

まず、場所打ちライニングコンクリートで推進
反力を負担する方法で、コンクリート硬化後、推
進する方法は、ライニングコンクリート硬化の時
間を要するため掘進速度が低下する。一方、コン
クリート硬化前に推進する方法は、コンクリート
硬化後の推進に比較すれば早くなるが、凝結中の
コンクリートに、変動するジヤツキの推力を加え
るためライニングコンクリートに悪影響を及ぼ
す。

また、プツシユロツドに推進反力を負担させる
方法がある。この方法の場合、掘進速度は、前記
のコンクリート硬化前の推進とほぼ同程度である
が、曲線部施工時に偏圧をプツシユロツドに加え
た場合、プロツシユロツドに変位を生じ、凝結中
のコンクリートに悪影響を与えることがあると共
にプツシユロツドの重量が大きく高価である。推
進ジヤツキ式シールド機は、上記のような問題点
があるため、現在迄のところあまり普及していな
い。

以上、従来技術について検討したが、それぞれ
機械には一長一短はあるものの掘進機の構造にお
いては推進ジヤツキ式が一番優れている。その理
由としては、前述したように構造が簡単で、低価
格であり、しかも機長が短いため、曲線施工が容
易である点を上げることができる。

しかし、シールド反力を必要とするため、推進
ジヤツキ式場所打ちライニング工法を行なう必要
がある。

この際の必要な条件としては、 (1) 掘進速度が早められること。

(2) 硬化後のライニングにひびわれが生じにくい
こと。

(3) 反力を受ける手段として、例えばプツシユロ
ツド等を使用しないこと。

などが上げられる。

掘進速度を早めるためには、早強性のコンクリ
ートを使用する必要がある。その理由は、コンク
リート硬化後、直ちに推進が可能であり、また型
枠の延長が短くて済むためである。この早強性コ
ンクリートについては、一般に、コンクリート混
和剤として市販されている早強性混和剤のみで
は、コンクリート打設後、１〜２時間で、圧縮強
度を100Kg／cm²程度まで、上昇させることは困難
である。このため推進ジヤツキの推力を利用して
打設コンクリートを加圧して短時間に強度を上昇
させる必要がある。しかし、シールド掘進機の刃
口抵抗の変化、シールド機体の周辺摩擦の変化等
により推力が変動するため、硬化していないライ
ニングコンクリートに悪影響を与えるおそれがあ
り、また、シールド機の推力が大きくなつた場
合、一応の硬化が行なわれたライニングコンクー
トを破壊する恐れがある。従つて、打設したコン
クリートに一定のプレス圧を加える必要がある。
硬化後のコンクリートのひびわれの主な原因は、
早強性コンクリートを使用するため発熱量が大き
く硬化後急冷されるために起る温度変化によるも
の、無筋ライニングコンクリートの場合、荷重条
件によりコンクリートに曲げ引張り応力が加わつ
ていることによるもの等であり、このようなコン
クリートのひびわれは、硬化していないライニン
グコンクリートに地山の弾性係数を考慮したプレ
ス圧を加えることによつてライニングコンクリー
トにプレストレスを加え、温度変化によるコンク
リート内部の引張応力及びトンネルに加わる荷重
により発生する曲げ引張応力によるひびわれを防
止することができる。

本発明は以上の点に鑑み提案されたもので、そ
の目的とするところは、早期強度の上昇により掘
進速度を高めること、硬化中のコンクリートを波
壊しないこと、ライニングコンクリートが未凝結
の状況での地下水の漏水を防止すること、及び硬
化後のライニングコンクリートのひびわれを防止
することのできる推進工法と、同工法に適用して
好適な推進ジヤツキ式シールド機の特徴を生かし
た機長が短く、重量が軽く、構造が簡単で、安価
なシールドトンネル掘進装置を提供することにあ
る。

本発明のシールドトンネル掘進工法は、シール
ドのテール部で覆工コンクリートを打設し、この
覆工コンクリートで推進反力を負担して掘進する
シールドトンネル掘進工法において、打設した覆
工コンクリートを加圧する加圧ジヤツキと、同覆
工コンクリートの型枠を加圧する推進ジヤツキと
を併用するもので、前記覆工コンクリートの打設
直後、同コンクリートが流動性を維持している間
に前記加圧ジヤツキにて加圧するとともに、この
加圧により前記型枠に加わる側圧を側圧計にて計
測して前記加圧ジヤツキの推力を制御し、前記推
力から加圧ジヤツキの推力を差し引いた推力を前
記推進ジヤツキに負担させ、この推力を前記型枠
及び同型枠のスライドジヤツキを介してグリツパ
ーに負担させて掘進することを特徴とするもので
ある。

また、本発明のシールドトンネル掘進装置は、
シールドのテール部で覆工コンクリートを打設
し、この覆工コンクリートで推進反力を負担して
推進するシールドトンネル掘進装置において、シ
ールド本体に取付けられたリングガーダーのテー
ル部に装着された加圧ジヤツキ及び推進ジヤツキ
と、前記加圧ジヤツキに取付けられ、打設された
コンクリートを加圧するプレスリングと、前記推
進ジヤツキに連結される打設コンクリート用の型
枠と、同型枠に装着され、前記型枠に装着され、
かつ前記加圧ジヤツキの推力を制御する為の側圧
を計測する側圧計と、前記推進ジヤツキの推力を
負担するグリツパーと、同グリツパーと前記型枠
との間に装着された型枠スライドジヤツキとを備
えたことを特徴とするものである。

本発明の別の目的及び特徴は、以下に説明する
本発明の実施例から明らかになる。

第１図はシールドトンネル掘進装置の断面図で
ある。同図において、１は掘進される地山、２は
シールド本体、３はシールド本体の外周に設けら
れたスキンプレート、４はシールド本体２の後方
に取付けられたリングガーダー、５はシールドテ
ール部、６及び７はリングガーダー４のテール部
に装着された加圧ジヤツキ及び推進ジヤツキで、
加圧ジヤツキ６は、その中心がライニングコンク
リート８の巻厚中心に位置するよう、第２図に示
すように円周等間隔で複数本設けられており、ま
た、推進ジヤツキ７は打設コンクリート用の型枠
９の中心に位置するよう第２図に示すように加圧
ジヤツキ６の内周側で、同加圧ジヤツキ６の間に
位置して円周等間隔で複数本設けられている。

１０は加圧ジヤツキ６に取付けられ、打設した
コンクリートの漏洩を防止するとともに、同コン
クリートを加圧するプレスリング、１１は第３図
に示すように型枠９の円周上の複数箇所（本実施
例では４ケ所）に装着され、型枠９に加わる側圧
を計測して加圧ジヤツキ６の推力を制御する側圧
計、１２は型枠９に設けられているコンクリート
打設口、１３はコンクリート打設口１２に接続さ
れた配管で、図示されていないコンクリートポン
プに連なつているものである。１４は推進ジヤツ
キ７の推力を受けるためのグリツパーで、第４図
に示すようにライニングコンクリート８に同グリ
ツパーを拡張又は縮小させるためのグリツパージ
ヤツキ１５を備えている。１６はグリツパー１４
と型枠９との間に位置するようグリツパー１４に
装着された型枠スライドジヤツキである。

また、加圧ジヤツキ６の加圧制御は第５図に示
すように、油圧ポンプ１７から供給される作動油
を手動の圧力調整弁１８を経由させて圧力調整
し、これを切換弁１９を介して加圧ジヤツキ６に
供給することにより加圧ジヤツキ６を伸長させ、
ライニングコンクリート打設直後に、加圧ジヤツ
キ６によりコンクリートを加圧し、型枠９に装着
した複数個の側圧計１１の読みの平均値が、設定
値に到達したときの油圧を油圧計２０で読み取
り、この油圧を圧力調整弁で維持させることによ
り今回打設したコンクリートに対して加圧を行な
うように構成されている。

次に、上記の如く構成された装置による掘進要
領を説明する。

まず、グリツパージヤツキ１５を収縮させてグ
リツパー１４をライニングコンクリート８より解
放し、ついで型枠スライドジヤツキ１６を収縮さ
せてグリツパージヤツキ１５を伸長させて、グリ
ツパー１４をライニングコンクリート８に圧着固
定する。

次に、推進ジヤツキ７を収縮させると同時に型
枠推進ジヤツキ１６を伸長させて型枠９を前方へ
送り込む。

前回打設したライニングコンクリート８が凝結
を開始した後（コンクリート混練後約１時間以
上）加圧ジヤツキ６を収縮させ、型枠９に設けた
コンクリート打設口１２よりコンクリートを打設
する。コンクリート打設後、直ちに加圧ジヤツキ
６により加圧し、推進ジヤツキ７と併用して掘削
推進を開始する。掘削推進作業は、打設したコン
クリートが流動性を維持している間に行なう必要
があり、これはライニングコンクリート８を地山
１に完全に密着させる必要があるためである。

ライニングコンクリート８に加える加圧力は地
山１の弾性係数及び強度により設定する。この加
圧力の測定は、コンクリート打設直後で、流動性
を維持しているコンクリートを加圧ジヤツキ６で
加圧した状態の型枠９に加わる側圧を型枠９に装
着した側圧計で読み、側圧が設定値に到達した加
圧力を今回打設したコンクリートの延長分につい
て一定にして掘削作業を行なう。

側圧を一定にして掘削推進と行なう理由は、 (1) 掘削された地山内面にライニングコンクリー
トを完全に密着させること、 (2) 前回打設したライニングコンクリートに過大
な推力を加えないこと、 (3) ライニングコンクリートが未凝結の状況での
漏水を防止すること、 (4) 地山の弾性係数を考慮してライニングコンク
リートにプレストレスを与えることにより、ひ
びわれを防止すること、 にある。

側圧を一定にして加圧する方法は、前記したよ
うにライニングコンクリート打設直後に加圧ジヤ
ツキ６にてコンクリートを加圧し、型枠９に取付
けられた複数個の側圧計１１のみの平均値が設定
値に到着した油圧を油圧計２０で読み取り、この
油圧に圧力調整弁１８により維持させることによ
つて加圧する。

設定値をライニングコンクリート打設直後に測
定し、一定加圧を行なう理由は、実験によれば、
コンクリートの側圧は打設直後より徐々に減少
し、コンクリートの凝結が開始する時点では側圧
が40％程度まで減少してしまうためである。

また、ライニングコンクリートの配合を一定に
して施工すれば地山に変化がない限り、ほぼ一定
の加圧力にて施工可能である。

なお、ライニングコンクリートと型枠との付着
を防止するために加圧ジヤツキ６を作動させた状
態で、掘削推進を一時中断し、型枠スライドジヤ
ツキ１６と推進ジヤツキ７を交互に作動させて型
枠９を前後に摺動させるようにしてもよい。

加圧ジヤツキ６の推力のみでは推力が不足する
ため、推進ジヤツキ７の推力を併用して掘削推進
を行なう。この際、推進ジヤツキ７の推力は型枠
９に伝達し、更に型枠スライドジヤツキ１６を経
てグリツパー１４に負担させる。今回打設した分
の掘削推進が完了した後、上記した作業を繰返す
ことにより掘削を行なう。

以上に述べた実施例から明らかなように、本発
明のシールドトンネル掘削工法は、シールド工事
費のうち20〜30％を占めるセグメントを使用せ
ず、裏込注入及び二次ライニングを省略し、一般
のシールドと比較して同じ内空断面ではセグメン
トを使用しないため内空断面を小さくすることが
可能であるほかに、ライニングコンクリートに一
定のプレス圧を加えることにより早期及び長期強
度の上昇を図ることができるとともに、掘削地山
の弾性係数を利用することによりライニングコン
クリートにプレストスを与え、これにより温度変
化を原因とするひびわれの防止及びトンネルに加
わる荷重により発生する曲げ引張応力によるひび
われの防止を図ることができる。

更にまた、本発明によれば、上記工法を用いて
好適な、機長が短く、重量が軽く、構造が簡単で
安価なシールドトンネル掘進装置を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るシールドトンネル掘進
装置の縦断面図、第２図は、第１図のＡ−Ａ線断
面図、第３図は、第１図のＢ−Ｂ線断面図、第４
図は、第１図のＣ−Ｃ線断面図、第５図は、加圧
ジヤツキの油圧制御回路図である。 １……地山、２……シールド本体、４……リン
グガーダー、５……テール部、６……加圧ジヤツ
キ、７……推進ジヤツキ、８……ライニングコン
クリート、９……型枠、１０……プレスリング、
１１……側圧計、１４……グリツパー、１６……
型枠スライドジヤツキ、１８……圧力調整弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シールドのテール部で覆工コンクリートを打
   設し、この覆工コンクリートで推進反力を負担し
   て掘進するシールドトンネル掘進工法において、 打設した覆工コンクリートを加圧する加圧ジヤ
   ツキと、同覆工コンクリートの型枠を加圧する推
   進ジヤツキとを併用するもので、 前記覆工コンクリートの打設直後、同コンクリ
   ートが流動性を維持している間に前記加圧ジヤツ
   キにて加圧するとともに、この加圧により前記型
   枠に加わる側圧を側圧計にて計測して前記加圧ジ
   ヤツキの推力を制御し、前記推力から加圧ジヤツ
   キの推力を差し引いた推力を前記推進ジヤツキに
   負担させ、この推力を前記型枠及び同型枠のスラ
   イドジヤツキを介してグリツパーに負担させて掘
   進することを特徴とするシールドトンネル掘進工
   法。 ２ 前記型枠に取付けた複数個の側圧計の平均値
   が設定値となつたときの油圧を油圧計で読み取
   り、この油圧を圧力調整弁にて維持することで前
   記型枠に加わる側圧を一定に制御することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のシールドトン
   ネル掘進工法。 ３ 前記加圧ジヤツキを作動させた状態で掘進を
   一時中断し、前記推進ジヤツキ及び型枠のスライ
   ドジヤツキを交互に作動させ、前記型枠を前後に
   摺動させることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のシールドトンネル掘進工法。 ４ シールドのテール部で覆工コンクリートを打
   設し、この覆工コンクリートで推進反力を負担し
   て掘進するシールドトンネル掘進装置において、
   シールド本体に取付けられたリングガーターのテ
   ール部に装着された加圧ジヤツキ及び推進ジヤツ
   キと、 前記加圧ジヤツキに取付けられ、打設されたコ
   ンクリートを加圧するプレスリングと、 前記推進ジヤツキに連結される打設コンクリー
   ト用の型枠と、 前記型枠に装着され、かつ前記加圧ジヤツキの
   推力を制御する為の側圧を計測する側圧計と、 前記推進ジヤツキの推力を負担するグリツパー
   と、同グリツパーと前記型枠との間に装着された
   型枠スライドジヤツキとを備えたことを特徴とす
   るシールドトンネル掘進装置。