JPH0654076B2 - 立坑の堀削方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、立坑の掘削方法に係り、特に、新設又は既設
のシールド坑より土質が変化しても土砂崩れを起こすこ
となく、地表に垂直に上方向に掘削することのできる立
坑の掘削方法に関する。

【従来の技術】

一般に電話線やあるいは電力線といった送信線あるいは
送電線を地下ケーブルによって布設する場合、後の補修
が容易に行ない得るように直径３〜５ｍの大きさの横坑
を掘って布設している。この横坑（シールド坑）を掘る
には、まず、地上に櫓を組み上げ、土砂等を排出する装
置を設置し、立坑を所定の深さまで掘り込んだ後、シー
ルドマシンを坑内に搬入し、横方向に掘進する。このよ
うにシールド坑（横坑）を掘るには、従より手作業によ
らず、能率も良いところからジャッキの力を推進力とす
るシールドマシンを用いた方法が採られている。この方
法は地下鉄工事や下水工事等にも採用されている。すな
わち、横坑シールドマシンを用いて自動的に掘り進んで
行くわけである。 そして、所定距離シールド坑（横坑）を掘進すると、所
定位置に立坑を掘削する。この立坑を掘削するには、従
は、シールド坑の所定位置に相当する位置の地表に路下
室を造り、この路下室においてシールド坑に向かって地
表より掘削していた。 しかしながら、近年、経済社会の発達に伴い、地上は、
道路周辺に家が密集し、道路上には車や人が氾濫してい
る。このような家の密集している道路に立坑を掘削する
場合、地表に櫓を組み資材置場を確保し、路下室を造る
には、広い作業面積を必要とし、導路が狭い場合には、
他人の土地を利用しなければならない場合が多々出てき
て、その土地の所有権、地上権等の諸権利関係、また、
地上での作業時に発生する騒音等から地上での作業が極
端に制限され能率良く作業することが甚だ困難を極める
に至っている。また、道路幅が広くても、櫓等を立てる
ため道路を全面封鎖しなければならない場合が生じ、従
来の激しい道路では道路を全面的に封鎖して作業を行な
うことが中々難しく、道路周辺に家が密集していると、
地上での作業時に発する騒音等から地上での作業が極端
に制限され能率良く作業することが甚だ困難を極めるに
至っている。 そこで、近年、新設又は既設のシールド坑に立坑を掘削
する場合、シールド坑から地表に向かって立坑を掘削す
る方法が嘱望されている。

【発明が解決しようとする課題】

立坑を掘削する地層は、例えば地表から、表土（約３
ｍ）、粘土層（約９ｍ）、滞水砂礫層（約２０ｍ）、土
丹層（約５ｍ）となっている。この地層中、シールド坑
（横坑）は、土丹層中に形成されている。この土丹層中
を横方向に掘削するには、従来よりシールドマシンが使
用されている。しかし、このシールド坑掘削用のシール
ドマシンをシールド坑内より垂直に立てて上方向に掘削
しようとすると、掘刃によって掘削した土砂等は、掘刃
から掘削され、直ちに下に落下することになるが、従来
のシールドマシンは、上方向より落下してくる土砂を順
次定量的に排出する構造とは成っておらず、従来のシー
ルドマシンをシールド坑内に垂直に立てて上方向に掘削
するようにしただけでは立坑掘削作業を行なうことがで
きないという問題点を有している。 また、従来のシードマシンを垂直に立てて、土丹層中を
掘削する場合、掘削した土砂がダイレクトに下方に落下
してくるため、シールドマシンの下で、立坑の壁面を構
成するセグメントや掘削土砂をシールド坑を利用して坑
外に排出する作業を行なうことができないという問題点
を有している。しかも、地層は、前述の如く、土丹層の
上に、水分を多く含んだ滞水砂礫層があり、この滞水砂
礫層にシールドマシンが進んだ場合に特に問題がある。
すなわち、この滞水砂礫層は、脆い層で崩れ落ちる性質
を有しており、溢水層でもある。このため、単に下から
掘削機によって掘削するだけで崩れ落ちる程の脆い層
で、シールドマシンが仮りに滞水砂礫層内に入った場合
には、滞水砂礫層の掘削面でシールドマシンを支えるこ
とはできず、シールドマシンの掘進方向がふらついてし
まうばかりか立坑の壁面を構成するセグメントの組立が
できず、上部周囲の土層の崩落を防止することができず
に地表陥没をさせてしまう危険性があるという問題点を
有している。 また、滞水砂礫層で出る水を従来のシールドマシンは処
理することができず、シールドマシン内はもとより、シ
ールドマシンの下で人間が作業することができないとい
う問題点を有している。 このように、従来は、シールド抗から地表に向かって上
方向に立坑を掘削することができないという問題点を有
している。 本発明は、土質が変化しても土砂崩れを起こすことな
く、シールド坑より地表に垂直に上方向に掘削すること
のできる立坑の掘削方法を提供することを目的としてい
る。

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本発明の立坑の掘削方法に
おいては、新設又は既設シールド坑より地表に向け垂直
方向に、土質の変化に対応させて掘刃の長さを調節して
削進し、該掘削した土砂等の土質の変化に応じて生じる
土砂等の発生量の如何に拘らず土砂等の掘削落下量を制
御して削坑すると共に溢水及び掘削した土砂等を中心軸
方向に集中せしめ定量的に排出し、該排出した土砂等を
スパイラル状に前記シールド坑内に落下せしめ、立坑に
かかる土圧を坑壁で支えて土砂等の崩落を防止しながら
掘削するようにしたものである。

【作用】

上記のように構成される立坑の掘削方法によると、シー
ルド坑の形成されている土丹層から順次滞水砂礫層、粘
度層、表土へと土質が変化しても土質の変化に適応させ
て掘削することができ、掘削した土砂等を中心軸方向に
集中して排出し、該排出された土砂等をスパイラル状に
シールド坑に落下させるので、掘削した坑壁にかかる圧
力を支えて土石の崩落を防止しながらシールド坑より地
表に向かって垂直に上方向に効率よく掘削することがで
きる。

【実施例】

以下、本発明の実施例について説明する。 第１図には、本発明の概略構成図が示されている。すな
わち、地上２００より地表２１０、粘土層２３０、滞水
砂礫層２３０、土丹層２４０まで立坑２５０を掘削し、
この立坑２５０の最下点より横方向に横坑（シールド
坑）２６０をシールドマシン２７０によって掘削する。
このようにして所定地点まで掘り進んで、地表に設けら
れた路下室３００に向かって立坑２９０を掘削機２８０
で掘削することになる。このシールド坑２６０から上方
向に垂直に掘削するには、土丹層から順に変化する土質
の変化に準じて、土質の変化によって掘削時に発生する
土砂等の量は変化する。そこで、土質の変化に適応させ
て掘刃の長さを調整して削坑し、削坑していくにしたが
って変化する土質の性質如荷にかかわらず、掘削によっ
て生じる土砂等の量が所定量になるように制御する。ま
た、掘刃の長さを調整しても土質が変化することによっ
て掘削によって生じる土砂等の量が変化したような場合
にも、シールドマシン２７０内に落下する土砂等の量を
制御する。 また、掘削し始めてから出てくる溢水及び土砂等は、シ
ールドマシンの中心の一箇所に集中して下方に排出す
る。この排出に際しては、溢水及び土砂等をスパイラル
状にシールド坑に落下させる。また、掘削していく上
で、特に上方からかかる土圧を立坑の壁面で支え、土石
の崩落を防止する。このようにして掘削すると、土石の
崩落を防止しつつ、シールド坑から地表に向けて立坑を
掘削することができる。 第２図に、この具体的な方法として、掘削機２８０の具
体的構成を示したアップワードシールドマシン１の全体
が示されている。 図において、アップワードシールドマシン１は、筒状に
形成される胴体２を有している。この胴体２は、上胴３
と、中胴４と、下胴５とによって構成されており、この
上胴３と中胴４と下胴５とは分割可能に構成されてい
る。 上胴３の先端部には、回転可能に構成される掘削装置６
が取付けられている。この掘削装置６は、ターンテーブ
ル７の内歯ギア８に噛合するピニオン９を回転駆動する
油圧モータ１０によって回転するようになっている。ま
た、この掘削装置６の先端には、シャフト１１が渡され
ており、このシャフト１１には、円筒１２、１３が回転
自在に嵌合されている。この円筒１２、１３には、第３
図に示す如く、カッタービット１４、１５が相背向して
２列設けられている。この円筒１２、１３は、第４図、
第５図に示す如く、ジャッキ１６、１７を駆動すること
によって作動するリンク機構１８、１９（図示されてい
ない）によって所定角度回動するように構成されてい
る。第５図に示す如く、ジャッキ１６のピストンロッド
を矢印Ａに示す如く突出させると、円筒１２は矢印Ｂに
示す方向に回動し、カッタービット１４Ａが引っ込み、
カッタービット１４Ｂが突出する。このカッタービット
１４Ａ、１４Ｂの使い分けは、例えば、カッタービット
１４Ａは右回転用に、カッタービット１４Ｂは左回転用
に用いる場合である。 また、掘削装置６の先端には、第３図に示す如くカッタ
ービット１４、１５を挟んで面板２０、２１が設けられ
ている。この面板２０とカッタービット１４、１５との
間には、カッタービット１４、１５によって掘削された
土砂等を排出（落下）するためのスリット２２が、ま
た、面板２１とカッタービット１４、１５との間には、
スリット２３が設けられている。このスリット２２、２
３は、第４図に示す如くジャッキ８０、８１、８２、８
３によって摺動する第３図図示摺動板８４、８５、８
６、８７により開口面積を可変できるようになってい
る。また、円筒１２と円筒１３との間、略中央には、円
錘体２４が設けられており、この円錘体２４は、中央で
２つに分割され、溝２５が形成されている。この溝２５
には、センタービット２６が嵌合されている。このセン
タービット２６は、第２図に示す如く、複数の掘刃が所
定間隔を置いて一列に、しかも山型に配列されている。
このセンタービット２６は、油圧ジャッキ２７によって
円錘体２４からの刃の突出具合を調整できるようになっ
ている。 この掘削装置６の最下部に第４図に示す如く、相対向す
る凹面状の排土板７０、７５が設けられている。この排
土板７０、７５は、掘削装置６の回数にあわせて回転す
るようになっている。 また、この掘削装置６は、下面でチャンバ２８に接して
いる。このチャンバ２８内には、適宜箇所（本実施例に
おいては、図示されていないが等間隔で３カ所）にスク
ケーパー２９が設けられている。このスクレーパー２９
は、スリット２２、２３から落下してチャンバ２８内に
溜った土砂等を強制的にチャンバ２８下方に送り出す作
用を有している。すなわち、スクレーパー２９は、複数
本のアーム３０に回転羽根３１を設け、この回転羽根３
１をアーム３０によってロータリージョイント３２を介
して掘削装置６の回転を利用して回転させて土砂等を送
り出すものである。このスクレーパー２９の回転速度
は、ロータリージョイント３２内のギヤ比によって設定
されるものであるが、ギヤ比は、１：２（掘削装置６の
２倍の速さ）又は、１：３（同じく３倍の速さ）にする
のが適当である。 また、チャンバ２８の下端部には、ゲートバルブ３３を
介してロータリーフィーダー３４が接続されている。こ
のゲートバルブ３３は、チャンバ２８に溜った土砂等の
排出量を制御する作用を有するもので、ゲート板３３Ａ
をゲートジャッキ３３Ｂによって開閉するように構成さ
れている。このゲートバルブ３３には、ロータリーフィ
ーダー３４のケーシング３５が接続されている。このケ
ーシング３５内には回転軸３６を中心に放射線状に羽根
３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ、３７Ｄがそれぞれ取付けられ
ており、ケーシング３５の内壁を密に摺動して回転する
ように構成されている。このケーシング３５の下部は排
出口３８が形成されており、この排出口３８の下方には
円筒状の筒体３９が接続されている。この筒体３９は、
上部筒体４０と下部筒体４１を有している。上部筒体４
０の外周面には、外周面に沿って移動可能にアーム４２
が取付けられている。このアーム４２の先端部には、吊
り上げ具４３が取付けられている。この吊り上げ具４３
は、ワイヤーロープ４４を巻き取り、ワイヤーロープ４
４の先端に固着されているフック４５に引っ掻けたセグ
メント５００を吊り上げる作用を有している。また、下
部筒体４１の外周面には、筒４６が回転自在に嵌合され
ている。この筒４６の外周面にジャッキ４７の本体が固
着されており、このジャッキ４７のピストンロッドの先
端には、セグメント１００を取付けるタッグ４８が固着
されている。このジャッキ４７は、筒４６に固着される
ジャッキ４９によって上下方向に摺動できるように構成
されている。また、この筒４６は、油圧モータ５０によ
って回転できるようになっている。 また、アップワードシールドマシン１の中胴４の上端部
に第６図に示す如くアップワードシールドマシン１を推
進するためのジャッキ５１、５２、５３、５４、５５、
５６のピストンロッドの先端が固着されている。このジ
ャッキ５１、５２、５３、５４、５５、５６の本体は、
組み上げられたセグメント６００の最上端部に載置さ
れ、胴体２をセグメント１０１を足場にして推進する作
用を有している。この胴体２は、中胴４の外周に設けら
れた爪５７によって、掘削部６が回転し、カッタービッ
ト１４、１５によって掘削する際に自転してしまうこと
がないよになっている。 また、筒体３９内は、スパイラルシュートに構成されて
いる。 この筒体３９の最下端部には、土砂排出用の円筒５８が
接続されている。この円筒５８が接続されている。この
円筒５８の最上部には、セグメント組立デッキ５９が取
付けられている。 なお、第２図における６０、６１はセグメント１０１に
掛けられた梯子を示している。この梯子６０と梯子６１
とは多少ずれた位置に掛けられている。これは、万一梯
子６０で足を踏み外しても、一番下まで落ちることがな
いよう安全上からの設計である。 次に、本実施例の動作について説明する。 まず、シールド坑（図示されていない）内において、立
坑を掘削する箇所にアップワードシールドマシン１をセ
ットする。次に掘削装置６の先端のセンタービット２６
を掘削する土質に合わせて刃の出し具合を調整する。ま
た、カッタービット１４、１５についても掘削装置６の
回転方向に合わせて調整する。その後、立坑の壁にいな
るセグメントの上にジャッキ５１、５２、５３、５４、
５５、５６を載置し、このジャッキ５１、５２、５３、
５４、５５、５６を駆動させながら油圧モータ１０を駆
動して掘削装置６を回転する。この掘削装置６の回転に
よってセンタービット２６及びカッタービット１４、１
５によって掘削された土砂等がスリット２２、２３を通
ってチャンバ２５内に落下する。この土砂等は、排土板
７０、７５によって中央に掻き寄せられ、スクレーパー
２９によって、ゲートバルブ３３を通りロータリーフィ
ーダー３４に送られる。このゲートバルブ３３は、土質
が滞水砂礫層のように崩落しやすい土質の場合にゲート
板３３Ａによって土砂等の通過面積を可変する。また、
土質が著しく軟らかく掘削部で掘削するまでもなく多量
に土砂が落下してくるような場合等、排出作業が土砂等
の排出速度に追い着かないようなときに、一時土砂等の
排出を停止するためゲート板３３Ａを閉じるといった作
業効率や安全性をも考慮したものである。 このようにロータリーフィーダー３４に送られた土砂等
は、ロータリーフィーダー３４の羽根３７によっての筒
体３９に送られる。この筒体３９ではスパイラルシュー
トの作用により、土砂等は直接最下点まで落下せず、ス
パイラル状に移動しながら落下していく。 このようにして掘削装置６が、マシン推進用のジャッキ
５１、５２、５３、５４、５５、５６の推進距離（ピス
トンロッドが伸びきる距離）いっぱいまで掘り進と、ア
ーム４２の先端に取付けられた吊り上げ具４３によって
セグメント１００を吊り上げ、ジャッキ５１、５２、５
３、５４、５５、５６の足場としているセグメント１０
１の上の位置まで吊り上げる。注ぎに、このジャッキ５
１、５２、５３、５、５５、５６の中のいずれか１個、
例えばジャッキ５１を縮小させる。すると、ジャッキ５
１は、中胴の先端側に引き寄せられ足場としていたセグ
メント１０１の上が開く。この開いたところに先に吊り
上げられていたセグメント１００をダック４８に固定し
たジャッキ４７で外周側に押圧し、ジャッキ４９で高さ
を調整する。次に押されてセットされたセグメント１０
０とをボルト等で固定する。次にジャッキ５２を同様に
縮小し、ジャッキ５２の足場していたセグメント１０１
と吊り上げたセグメント１００とを固着する。同様にし
てジャッキ５３、５４、５５、５６についても行ない、
一周に渡ってセグメント組立を行なう。次に、いま組み
上げたセグメント１００を足場にして前記同様掘削装置
６を回転させながら掘進する。このセグメント数個組み
上げたところで筒体３９の下端部に円筒５８を継ぎ足
す。 このようにして順次セグメントを組立て、円筒５８を継
ぎ足していき立坑を掘り上げていく。 本実施例においては、セグメントの組立は、胴体２内、
すなわち、中胴４と下胴５の内部で行なわれる点に特徴
がある。すなわち、第１図でセグメント１０１Ａ、１０
１Ｂの外側に下胴５が嵌合しており、この状態で次のセ
グメントが組立てられる。したがって、セグメント１０
１Ａ、１０１Ｂと共に胴体２がセグメント１０１同様立
坑の壁面の働きをしており、この状態で掘進し胴体２が
前進してセグメント１０１Ａ、１０１Ｂが外部の土質と
接し、はじめて実質的な立坑の壁面を構成することにな
る。このため、土質が脆い滞水砂礫層の場合でも、上部
周囲の土層の崩落を防止し、地表が陥没するのを防止し
ている。すなわち、アップワードシールドマシン１に横
方向から係る圧力を胴体２の下胴５とセグメント１０１
Ａ、１０１Ｂとの嵌合部で支えることになる。

【発明の効果】

本発明によれば、掘削した坑壁にかかる圧力を支えて土
石の崩落を防止しながらシールド坑より地表に向かって
垂直に上方向に効率よく掘削することができる。 また、本発明によれば、土層の土質の変化、あるいは、
同じ層でも内容物の変化に十分に対応することができ、
いかなる層の掘削も可能にできる。 さらに、本発明によれば、排出された土砂等が周辺に広
がらずに纒まって、しかも一気に最下端に落下するので
はなく徐々に落下させることができる。 またさらに、滞水砂礫層内を掘削する際、掘削によって
生じる土砂等のチャンバ内への落下が土砂等の排出作業
速度に比して多い場合に、掘削によって生じる土砂等の
チャンバ内への落下量を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る立坑の掘削方法を説明するための
図、第２図は本発明に係る立坑の掘削方法の具体的な実
施例を示すアップワードシールドマシンの全体構成図、
第３図は第２図図示アップワードシールドマシンの平面
図、第４図は第２図の面板を取り払った状態での平面
図、第５図は第４図図示Ａ−Ａ断面図、第６図は第２図
図示Ａ−Ａ断面図である。 １……アップワードシールドマシン ６……掘削装置 １４，１５……カッタービット ２６……センタービット ２８……チャンバ ３３……ゲートバルブ ３４……ロータリフィーダー ３９……筒体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】新設又は既設シールド坑より地表に向け垂
   直方向に、土質の変化に対応させて掘刃の長さを調節し
   て削進し、該掘削した土砂等の土質の変化に応じて生じ
   る土砂等の発生量の如何に拘らず土砂等の掘削落下量を
   制御して削坑すると共に溢水及び掘削した土砂等を中心
   軸方向に集中せしめ定量的に排出し、該排出した土砂等
   をスパイラル状に前記シールド坑内に落下せしめ、立坑
   にかかる土圧を坑壁で支えて土砂等の崩落を防止しなが
   ら掘削するようにしたことを特徴とする立坑の掘削方
   法。