JPH0351879B2 - - Google Patents

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
くなつて来ている。

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鋼横矢板山留、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
ユーマチツクケーソン、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
坑を施工出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、円
形断面の場合はリングコンプレツシヨンのみしか
加わらないために壁厚を薄くすることが可能にな
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、正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、しかも床付け部分のボイリング、ヒ
ービングを防止するため、かなりの根入長を必要
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、立坑シールド工法により施工する
場合は、立体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
立坑掘削終了後、シールド掘進機が撤去不能で埋
殺しになる問題があつた。

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、その目的とするところは、前記した立坑シ
ールド工法の問題点を解消し、シールド立坑を安
い工事費で施工できる立坑、水平坑の掘削機を提
供することにある。

本発明は、外郭と内郭を有するオープンケーソ
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
部に取付けられかつ外郭と内郭との間に位置し、
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ツターと、
同沈下カツターを上下に摺動させるカツタースラ
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、立坑掘削終了後、
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、立坑掘削終了後オープンケーソ
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つたシ
ールド掘進機の埋殺しを解消して工事費を大幅に
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
ツ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、沈下カツターをカ
ツ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
装置や沈下カツ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、沈下カツター
を底コンクリート内に埋込むことによつて、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図は立坑掘削状態、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
実施例の立坑、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ｂとの組合せに
より構成されている。

オープンケーソン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１、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
取付けるための鋼製の補強桟３で構成されてい
る。１０ｂ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
け固定された複数本の沈下ジヤツキで、立坑の躯
体として使用する立坑セグメント５に反力を取り
ケーソンを沈下させるものである。

ケーソンの上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
取付けてもよい。

泥水加圧シールド掘進機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図及び第２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ー１２、
シールド本体１１及びリングガーダー１２に対し
て回転可能に支持されたカツタードラム１３、カ
ツタードラム１３の後部外周に取付けられたリン
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１６、カツ
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進
機を推進させるための推進ジヤツキ２１、及びカ
ツタードラム１３に取付けられた地山切削用のカ
ツター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、カツタードラム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
ー１２に取付けて推進ジヤツキ２１として用いる
ものである。また２４は後述する沈下カツターシ
ヤフトを抜いたあとのカツタードラム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機ｂのカツタードラ
ム駆動装置１６によつて回転駆動され、沈下掘削
を行なう回転式沈下カツター、７は先端に沈下カ
ツター６が取付けられ、カツタードラム１３とと
もに回転されるカツターシヤフトで、泥水加圧シ
ールド掘進機ｂのカツタードラム１３の中心に後
端部がカツタードラム１３を貫通して後部へ突出
するように、上下に摺動可能に取付けられてお
り、その内部は沈下掘削終了後ケーソン底コンク
リート２０を打設するため中空孔１９となつてい
る。

なお、沈下カツター６の形状はスポークタイプ
のものが好ましい。

８はカツタードラム１３にシリンダ本体がカツ
ターシヤフト７の後端部にロツド先端が連結され
たカツタースライドジヤツキでカツターシヤフト
７を介して沈下カツター６を上下に摺動させるも
のである。このように沈下カツター６を上下に摺
動させることによつて、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、カツター
掘削でき、逆に硬い地盤を沈下掘削する場合はカ
ツ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、カツタースライ
ドジヤツキを解放することによつて掘進機あるい
は沈下カツターの破損を防止できる。さらには、
沈下カツター６を上昇させることにより底コンク
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削機のカツターの
装備トルクは直径の３乗のトルクが必要と言われ
ているが、バース坑等を掘削する場合のトルクは
カツタービツト径の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
ン沈下掘削は可能である。

ちなみに、シールドのカツタ径を4.0ｍとする
と、シールドのカツタートルクT_T-nはＴ＝4³＝
64_T-nとなり、一方、立坑の沈下カツター径を6.5
ｍとすると沈下カツタートルクT₁はT₁＝6.5²＝
42.25_T-nとなり充分沈下掘削可能である。

また、密閉式シールド掘削機の装備ジヤツキは
掘削断面１m²当り100tと言われており、シールド
径４ｍとすると断面積は、4.0²×π×1/4＝12.56
m²となり、1256t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6.5²×π×1/4＝33.17m²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
1256t、ケーソン自重約120t、シールド掘進機自
重約50tの合計で1426tであり、ケーソン沈下に対
抗する上向きの力は、水圧40t／m²×33.17m²＝
1326.8t、周辺摩擦6.5ｍ×π×４ｍ×１＝81.6tの
合計で1408.4tであり、地下水圧40t／m²程度まで
は、沈下ジヤツキ４をシールド掘進ジヤツキ２１
に転用することができる。

但し、上記計算は鋼製ケーソン厚1.25ｍ、周辺
摩擦1t／m²とした。

さらに、ケーソン内郭２とシールド本体１１と
の間の空隙による止水に対してはゴムシール等を
用いて止水し、回転又はスライドに対しては、前
記したようにピン等で固定すればよい。

次に、第３図Ａ乃至Ｊを参照して作業手順を説
明する。

先ず、第３図Ａに示すように地表面に土留工２
６を打込む。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く、
土留工打込み後、深さ数ｍまで内部を掘削し、底
部を平滑に仕上げ、底部の土質が支持力不足の場
合は砂を敷き転圧する。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
を据付け、必要に応じ外郭１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、沈下カツ
ター６とカツターシヤフト７を据付け、更に泥水
加圧シールド掘進機ｂをケーソン内郭２の内部に
前面を下にして据付け固定する。

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土２７で埋
戻しを行なう。

なお、以上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。

上記のように立坑掘削機を据付け後、送泥管１
７より泥水を圧力室１０ａを経由して、刃口内部
１０ｂに送り略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１６により沈
下カツター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
経由して立坑上に排出される。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１
０ｂ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、カツタースライドジヤツキ８を
直ちに解放して沈下カツター６をカツタードラム
１３に対してスライドさせることにより沈下カツ
ター６及びシールド掘進機ｂの破損を防止するこ
とができる。

立坑掘削完了後、第３図Ｅに示すようにカツタ
ースライドジヤツキ８を作動し、沈下カツター６
をケーソン刃口９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ｂ自体から沈下カツター６を取り外し、シール
ド掘進機ｂを上昇させて沈下カツター６を残す。

なお、シールド掘進機ｂには下面から水圧がか
かつているため大きな力は必要としない。シール
ド掘進機ｂを上昇固定後、カツターシヤフト７の
中空孔１９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。立坑の深度が深く、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、第３図Ｇの如く泥水加圧シ
ールド掘進機ｂを引上げて撤去し、さらにケーソ
ン上部に取付けてあつた沈下ジヤツキ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、撤去した沈下ジヤツキ４は
泥水加圧シールド掘進機ｂの推進ジヤツキ２１と
して転用する。

その後、第３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ｂを据付
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進機ｂの後部に
反力受２９を設置する。なお、シールド発進台２
８下部の空間を水替用の釜場として使用すること
もできる。

シールド掘進機ｂ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ｂを一次発進させ、シールド掘進
機ｂ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。

シールド掘進機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、当初より据付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
平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機自体も安価に製作す
ることができる。また、カツ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、沈下カツター及びシール
ド掘進機の破損を防止でき、しかも同ジヤツキに
より沈下カツターを上下に移動させることによつ
て地山に適した掘削が可能となると共に沈下カツ
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、これによつ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
薄くすることが可能となる。さらに沈下カツター
シヤ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、１……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……沈下カツター、７…
…沈下カツターシヤフト、８……カツタースライ
ドジヤツキ、９……ケーソン刃口、１０ａ……圧
力室、１０ｂ……刃口内部、１１……シールド本
体、１２……リングガーダー、１３……カツター
ドラム、１４……リングギヤ、１５……ピニオン
ギヤ、１６……駆動装置、１７……送泥管、１８
……排泥管、１９……中空孔、２０……ケーソン
底コンクリート、２１……推進ジヤツキ、２２…
…セグメント、２３……カツター、２４……プラ
グ、２５……シールド筒、２６……土留工、２７
……埋戻し土、２８……シールド発進台、２９…
…反力受。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外郭と内郭を有するオープンケーソンと、同
   オープンケーソンの内郭に嵌合されて立坑掘削終
   了後撤去され、水平坑掘削に転用されるシールド
   掘進機と、 前記オープンケーソンの上部に取付けられかつ
   外郭と内郭との内周との間に位置し、立坑セグメ
   ントに反力を取つて同オープンケーソンを沈下さ
   せる為の沈下ジヤツキと、 前記シールド掘進機の駆動装置により駆動され
   る沈下カツターとから成る立坑、水平坑の掘削
   機。 ２ 前記シールド掘進機は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 前記沈下ジヤツキは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 前記沈下カツターはカツターシヤフトを介し
   て前記カツタードラム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１項記載の立坑、水
   平坑の掘削機。 ５ 前記カツターシヤフトは中空シヤフトである
   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 前記カツターシヤフトは前記カツタードラム
   を貫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項又は第５項
   記載の立坑、水平坑の掘削機。 ７ 前記カツタースライドジヤツキは前記カツタ
   ーシヤ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。