JPH06307186A - 縦型シールドによる竪孔築造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 縦型シールドの掘進中、孔底に礫などが堆積
して排土困難となり、カッタトルクが過大になった場合
でも、孔底の堆積物を排除して容易に掘進を再開できる
ようにする。 【構成】 通常掘進時には、縦型シールド１の前胴２と
後胴３を連結している摺動ジャッキ４を伸ばし、前胴２
の先端部に装備されたカッタヘッド７を回転させて掘削
を行い、掘削土砂を排泥管１４，１５により泥水と共に
排出する。掘進中にカッタトルクが過大になったとき
は、推進を停止し、摺動ジャッキ４を縮めて、カッタチ
ャンバ２０内の泥水圧により前胴２とカッタヘッド７を
浮上させ、その後、徐々に元の掘進状態に戻し、掘進を
再開させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、縦型シールドを用いて
地下に竪孔を築造する方法に係り、特に掘進途中でのカ
ッタトルクの上昇に対処する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に使用されている横型シールドで
は、掘進中にカッタトルクが上昇した場合、推進速度を
落とすか、または推進を一時停止してカッタヘッドの回
転のみを行い、カッタトルクを低下させた後、掘進を再
開している。すなわち、推進速度を落とすか、または推
進を一時停止すると、カッタヘッドの切削抵抗が低くな
り、またカッタヘッドの前面にカッタトルク上昇の一因
となる礫や硬質土の塊などが存在する場合でも、これら
の掘削土砂はカッタヘッドの回転に伴いカッタチャンバ
内に取り込まれ、排土装置（排泥管、スクリュコンベア
など）により排出されるため、カッタトルクは低下し、
比較的容易に掘進再開が可能となる。

【０００３】縦型シールドについては稼働実績がなく、
カッタトルクが上昇した場合の対応なども未知である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】縦型シールドは鉛直方
向下方に向け掘進するシールド掘進機であり、横型シー
ルドの場合と異なり、縦型シールドでは、掘削された土
砂は重力によって掘削孔の底、つまりカッタヘッドの前
面側に集まり、堆積しようとする。孔底に集まった掘削
土砂は、カッタチャンバ内に泥水を循環させ、カッタヘ
ッド前面に排泥管の先端開口部を設けることにより、か
なりの程度排出されるが、大礫や硬質土の塊などは排泥
管の先端開口部を閉塞してしまうためになかなか排出さ
れず、孔底に堆積していくことが考えられる。堆積が進
行し、カッタヘッド背面側のカッタチャンバ内まで達す
ると、バルクヘッド側からの排出は困難なため、さらに
堆積が進行する。このような状態になると、カッタトル
クが上昇し、ついには回転不能となる恐れがある（カッ
タトルクが上昇してきた時点で推進を停止すれば、切削
抵抗がなくなるため、カッタトルクは一たん低下する
が、掘削土砂が堆積していくと、やがて回転不能とな
る）。

【０００５】本発明の目的は、縦型シールドの掘進中、
孔底に掘削土砂が堆積して排土困難となり、カッタトル
クが上昇あるいは回転不能となった場合でも、孔底の堆
積物を排除して容易に掘進を再開できる方法を提供する
ことにある。

【０００６】他の目的は、掘削孔の孔壁および孔底の安
定を保ちながら、カッタトルクを低減し、排土を促進で
きるようにすることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の発明は、縦型シールドを用いて地下に
竪孔を築造する際、通常掘進時には、縦型シールドの前
胴と後胴を相互に摺動可能なように連結している摺動ジ
ャッキを伸ばし、この摺動ジャッキを介して前胴に推進
力を与えながら、前胴の先端部に装備されたカッタヘッ
ドを回転させて地山の掘削を行い、同時にカッタヘッド
背面側のカッタチャンバ内に送泥管を通して泥水を供給
し、カッタチャンバ内に切羽の地下水圧に対抗する泥水
圧を維持するとともに、カッタヘッド前面に開口した排
泥管を通して掘削土砂を排出することにより、縦型シー
ルドを鉛直方向下方に向け掘進させ、掘進中にカッタト
ルクが過大になったときは、推進を停止するとともに、
前記摺動ジャッキを縮めて、カッタヘッドおよび排泥管
先端開口部が孔底の堆積物から離れるまで前胴をカッタ
チャンバ内の泥水圧により浮上させ、その後、縦型シー
ルドを徐々に元の掘進状態に戻し、掘進を再開させるこ
とを特徴とする。

【０００８】また、上記他の目的を達成するために請求
項２記載の発明は、前記摺動ジャッキを縮める際、カッ
タチャンバ内の泥水圧を一定に維持するように、送泥ポ
ンプの吐出量または排泥ポンプの吐出量を制御すること
を特徴とする。

【０００９】

【作用】縦型シールドにおいて、カッタチャンバ内に泥
水を循環させ、切羽の地下水圧に対抗できるようにカッ
タチャンバ内の泥水圧を維持した場合、掘削孔が深くな
るに従って地下水圧が高くなり、これに対抗する泥水圧
も高くなるため、ある程度（例えば１０ｍ）以上の深度
になると、バルクヘッドにかかる泥水圧がシールドの自
重よりも大きくなり、シールドは常に上向きの揚圧力を
受けるようになる。

【００１０】本発明では、通常掘進時、揚圧力に打ち勝
って摺動ジャッキを伸ばし、この摺動ジャッキを介して
前胴に与えられる推進力によりシールドを推進し、掘進
中にカッタトルクが過大になったときは、推進を停止す
るとともに、摺動ジャッキを縮めて、カッタチャンバ内
の泥水圧、すなわちシールドが受ける揚水圧により前胴
を、カッタヘッドおよび排泥管先端開口部が孔底の堆積
物から離れるまで浮上させる。こうすることにより、切
削抵抗および堆積物からの抵抗を受けずにカッタヘッド
を回転させることができる。また、堆積物による排泥管
先端開口部の閉塞も解除され、排土可能な状態になる。
したがって、再び摺動ジャッキを伸ばして前胴およびカ
ッタヘッドを徐々に下降させ、堆積物中に大礫がある場
合は、カッタヘッドで破砕し、排泥管を通して排出する
ことにより、堆積物を排除して掘進を再開することがで
きる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。

【００１２】図１は本発明の竪孔築造方法に使用される
縦型シールドの全体断面図である。

【００１３】縦型シールド１は、前胴２と後胴３とに分
割されている。前胴２と後胴３は、円周上に配置された
複数本の摺動ジャッキ４により連結され、摺動ジャッキ
４を伸縮させることにより、摺動部５で相互に摺動させ
ることができる。摺動部５にはシール６を介装し、シー
ルド機内への水の侵入を防いでいる。

【００１４】前胴２の先端部には、回転するカッタヘッ
ド７が装備されている。前面（下面）にカッタビット８
が取り付けられたカッタヘッド７は、前胴２のバルクヘ
ッド９に中間ビーム１０、カッタベアリング１１を介し
て支持され、バルクヘッド９の機内側に設置されたカッ
タ駆動モータ１２により回転駆動される。

【００１５】掘削穴の孔壁、孔底の安定と掘削土砂の円
滑な排出を図るために、少なくとも１本の送泥管１３と
２本の排泥管１４，１５がバルクヘッド９を貫通して設
けられており、掘進時には送泥バルブ１６，排泥バルブ
１７，１８を開き、バイパスバルブ１９を閉じて、カッ
タヘッド７とバルクヘッド９との間に形成されたカッタ
チャンバ２０に送泥管１３を通して泥水を供給し、カッ
タチャンバ２０内に泥水を充満させる。そして、送泥管
１３による送泥量と排泥管１４，１５による排泥量を調
整することにより、カッタチャンバ２０内の泥水圧を制
御する。

【００１６】バルクヘッド９より後方のシールド機内に
はシールドジャッキ２１、セグメント組立用エレクタ２
２が設置されている。後胴３内で組み立てられたセグメ
ント２３は、シールド後端を通過した直後、裏込注入に
より地山に固定され、孔壁を覆工する。後胴３に取り付
けられた複数本のシールドジャッキ２１は、既設セグメ
ント２３を反力受としてシールドに推進力を与える。

【００１７】次に、縦型シールド１の排土機構について
説明する。本実施例では、カッタヘッド７の前面形状を
截頭円錐形として、掘削された土砂が重力により孔底の
中心部に集まりやすくしている。２本設けた排泥管１
４，１５のうちの１本の排泥管１４はカッタヘッド７の
前面中央部付近まで延ばし、孔底の中心部に集まってき
た掘削土砂を先端開口部２４より排泥管１４内に吸い込
まれる。排泥管１４のバルクヘッド９より後方の部分１
４ａはシールド中心線上に配置されているが、バルクヘ
ッド９より前方の部分１４ｂはカッタチャンバ２０内で
シールド中心線からそれ、先端開口部２４がカッタヘッ
ド７上の偏心位置に配置されており、カッタヘッド７の
回転に伴って先端開口部２４が旋回移動できるように、
排泥管１４の後方部分（固定部）１４ａと前方部分（回
転部）１４ｂはバルクヘッド９上のスイベルジョイント
２５により回転自在に接続されている。この構造では、
排泥管１４の先端開口部２４が旋回移動するため、先端
開口部２４がシールド中心線上に固定されている場合に
比べ掘削土砂をより広い範囲から吸い上げることがで
き、また先端開口部にはさまった礫や土砂の塊がはずれ
やすくなる。先端開口部２４は、切羽面に接触しないよ
うに、カッタヘッド前面からの突き出し長をカッタビッ
ト８の高さより小さくする。

【００１８】もう１本の排泥管１５はカッタチャンバ２
０内に開口しており、カッタヘッド７の前面からカッタ
スリットを通って背面側に移動した掘削土砂のうち、泥
水と撹拌混合され、カッタチャンバ２０内で浮遊する土
砂をこの排泥管１５により排出させる。本実施例では、
排泥管１４を主排泥管、排泥管１５を副排泥管として使
用している。

【００１９】以上のように構成された縦型シールド１の
掘進中の状態を図２に示す。すなわち、通常掘進時に
は、摺動ジャッキ４を伸ばし、後胴３に取り付けられた
シールドジャツキ２１の推進力を摺動ジャッキ４を介し
て前胴２に作用させながら、カッタヘッド７を回転させ
て地山２６を掘削し、同時に送泥管１３を通してカッタ
チャンバ２０内に泥水を供給し、カッタチャンバ２０内
に切羽の地下水圧に対抗する泥水圧を維持するととも
に、排泥管１４，１５を通して掘削土砂を排出すること
により、縦型シールド１を鉛直方向下方に向け掘進させ
る。

【００２０】掘削された孔底に排出されにくい礫などが
堆積し、さらにはカッタヘッド７の背面側まで堆積が進
行して、掘進中にカッタトルクが過大になったときは、
シールドジャッキ２１による推進を停止するとともに、
摺動ジャッキ４を縮めて、カッタチャンバ２０内の泥水
圧により前胴２を、カッタヘッド７および排泥管１４の
先端開口部２４が堆積物２７から離れるまで浮上させる
（作用の項で述べたように、掘削孔がある程度以上の深
度になると、バルクヘッド９にかかる泥水圧がシールド
の自重よりも大きくなり、シールドは常に上向きの揚圧
力を受けているので、摺動ジャッキ４を縮めたとき、後
胴３は動かず、前胴２が浮上する）。図３にこの状態を
示す。カッタヘッド７が堆積物２７から離れると、カッ
タヘッド７は切削抵抗および堆積物２７からの抵抗を受
けずに回転できるようになり、カッタトルクは低下す
る。また、排泥管１４の先端開口部２４が堆積物２７か
ら引き上げられたことで、先端開口部２４の閉塞も解除
される。

【００２１】この状態から再び摺動ジャッキ４を伸ば
し、前胴２およびカッタヘッド７を徐々に下降させてい
く。カッタヘッド７の前面が堆積物２７に接触する位置
からはさらに下降速度を落とし、堆積物２７中に大礫な
どが存在する場合はカッタビット８で破砕を行った後、
排泥管１４により排出する。このようにすれば、元の掘
進状態に戻るまでに堆積物２７の大部分を排除して、カ
ッタトルクを低減し、かつ排土が円滑に行える状態で掘
進を再開できる。

【００２２】なお、上記方法において、摺動ジャッキ４
を縮めて前胴２およびカッタヘッド７を浮上させる際に
は、バルクヘッドと孔底との間の空間の体積が増加する
ので、その体積が増加した分まで泥水を充満させてやら
ないと、地山から地下水が流入し、孔壁および孔底の安
定が保てない。したがって、前胴２およびカッタヘッド
７を浮上させる作業は、泥水圧と地下水圧とのバランス
をとりながら行う必要がある。その方法を図４により説
明する。

【００２３】図４は縦型シールドの泥水循環系統図で、
２８は泥水循環用の泥水タンクであり、送泥管１３には
送泥ポンプ２９、送泥流量計３０が接続され、排泥管１
４には排泥ポンプ３１、排泥流量計３２が接続されてい
る。縦型シールド１内の摺動ジャッキ４には速度計３３
を付設して前胴２と後胴３との相対速度を測定し、また
バルクヘッド９に取り付けた切羽水圧計３４によりカッ
タチャンバ２０内の泥水圧を測定する。

【００２４】送泥流量計３０、排泥流量計３２、摺動ジ
ャッキ速度計３３、切羽水圧計３４の測定データを制御
装置３５に集め、摺動ジャッキ４を縮めて前胴２および
カッタヘッド７を浮上させる際、前胴２と後胴３の相対
速度を一定とした状態で、カッタチャンバ２０内に切羽
の地下水圧に対抗する一定の泥水圧を維持するように送
泥ポンプ２９の吐出量を制御する。送泥ポンプ２９の吐
出量は送泥流量計３０で測定する。この際、排泥ポンプ
３１の吐出量は一定とする（逆に、送泥ポンプ２９の吐
出量を一定として、排泥ポンプ３１の吐出量を制御して
もよい）。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、縦型シールドの掘進
中、孔底に礫などが堆積して排土困難となり、カッタト
ルクが過大になった場合、推進を停止するとともに、摺
動ジャッキを縮めて、カッタヘッドおよび排泥管先端開
口部が堆積物から離れるまで前胴をカッタチャンバ内の
泥水圧により浮上させ、その後、徐々に元の掘進状態に
戻すことにより、堆積物の排出を促進してカッタトルク
を低減し、かつ排土が円滑に行える状態として掘進を再
開できるので、特に礫まじりの地層を対象とした、縦型
シールドによる竪孔の築造を支障なく行うことができ
る。

【００２６】また、摺動ジャッキを縮めて前胴およびカ
ッタヘッドを浮上させる際、カッタチャンバ内の泥水圧
を一定に維持するように、送泥ポンプの吐出量または排
泥ポンプの吐出量を制御することにより、掘削孔の孔壁
および孔底の安定を保ちながら、カッタトルクの低減、
排泥管による排土の促進を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の竪孔築造方法に用いる縦型シールドの
全体断面図である。

【図２】縦型シールドの摺動ジャッキを伸ばして掘進中
の状態を示す部分断面図である。

【図３】縦型シールドの摺動ジャッキを縮めて前胴およ
びカッタヘッドを浮上させた状態を示す部分断面図であ
る。

【図４】縦型シールドの泥水循環系統図である。

【符号の説明】

１…縦型シールド、２…前胴、３…後胴、４…摺動ジャ
ッキ、７…カッタヘッド、９…バルクヘッド、１３…送
泥管、１４，１５…排泥管、２０…カッタチャンバ、２
１…シールドジャッキ、２４…排泥管１４の先端開口
部、２９…送泥ポンプ、３０…送泥流量計、３１…排泥
ポンプ、３２…排泥流量計、３３…摺動ジャッキ速度
計、３４…切羽水圧計、３５…制御装置。

フロントページの続き (72)発明者 小田原 健治 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式会 社竹中工務店東京本店内 (72)発明者 吉野 茂夫 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式会 社竹中土木内 (72)発明者 桜井 洋 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式会 社竹中土木内 (72)発明者 藤井 義文 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式会 社竹中土木内 (72)発明者 大西 常康 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式会 社竹中土木内 (72)発明者 脇田 一 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式会 社竹中土木内 (72)発明者 平沢 幸久 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社土浦工場内 (72)発明者 石川 泰昭 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社土浦工場内 (72)発明者 前原 信之 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 日 立建機 株式会社内 (72)発明者 渡辺 晃 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 日 立建機 株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 縦型シールドを用いて地下に竪孔を築造
   する際、通常掘進時には、縦型シールドの前胴と後胴を
   相互に摺動可能なように連結している摺動ジャッキを伸
   ばし、この摺動ジャッキを介して前胴に推進力を与えな
   がら、前胴の先端部に装備されたカッタヘッドを回転さ
   せて地山の掘削を行い、同時にカッタヘッド背面側のカ
   ッタチャンバ内に送泥管を通して泥水を供給し、カッタ
   チャンバ内に切羽の地下水圧に対抗する泥水圧を維持す
   るとともに、カッタヘッド前面に開口した排泥管を通し
   て掘削土砂を排出することにより、縦型シールドを鉛直
   方向下方に向け掘進させ、掘進中にカッタトルクが過大
   になったときは、推進を停止するとともに、前記摺動ジ
   ャッキを縮めて、カッタヘッドおよび排泥管先端開口部
   が孔底の堆積物から離れるまで前胴をカッタチャンバ内
   の泥水圧により浮上させ、その後、縦型シールドを徐々
   に元の掘進状態に戻し、掘進を再開させることを特徴と
   する縦型シールドによる竪孔築造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の縦型シールドによる竪孔
   築造方法において、前記摺動ジャッキを縮める際、カッ
   タチャンバ内の泥水圧を一定に維持するように、送泥ポ
   ンプの吐出量または排泥ポンプの吐出量を制御すること
   を特徴とする縦型シールドによる竪孔築造方法。