JPH10148090A - 残置杭等の障害物の切断装置および切断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シールド工事で残置杭等の障害物に突き当っ
た場合に、作業員が切羽に直接出て作業する必要もな
く、したがって、地盤改良を施す必要がなく、さらに、
装置も大掛かりでなく、安全、確実で安価に障害物を除
去できる。 【解決手段】 シールド掘進機１の先端のカッターヘッ
ドのカッタースポーク３に研磨材を混入した高圧水の噴
射ノズル４を切羽面に向けて設け、噴射ノズル４を搖動
させながらここから研磨材を混入した高圧水を障害物に
向けて噴射して切断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

〔発明の詳細な説明〕

【０００２】

【従来の技術】シールド工事では、シールド掘進機でト
ンネルを構築中に、地中に埋設された残置杭等の障害物
に突き当たることがあり、このような障害物は除去する
必要がある。除去の方法として、従来は例えば地上から
クレーンなどの機械を使用して引き抜いたり、作業員が
切羽に出て障害物を切断または破砕するなどして取り除
いていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】地上からの引き抜きは
強い引き抜き力が必要で、これが出来ない場合が多い。
かかる地上からの引き抜きが不可能な場合は、前記のよ
うに作業員が切羽に出て撤去作業することになるが、地
盤改良の補助工法が必要となる。かかる地盤改良は、例
えばコラムジェットグラウト工法などにより、水タン
ク、超高圧ポンプ、超高圧ホースを介して供給される高
圧水、エアホースで供給される空気、グラウトミキサ、
グラウトポンプ、グラウトホースを介して供給されるグ
ラウト剤をコラムマシンで三重管によって障害物の周囲
の地盤に注入して行う。しかし、地盤改良は設備も大掛
かりでコスト高であり、また、都心部では全面地盤改良
が困難な場合が多く、障害物の撤去作業は危険の伴うも
のとなっている。

【０００４】本発明の目的は前記従来例の不都合を解消
し、シールド工事で残置杭等の障害物に突き当った場合
に、作業員が切羽に直接出て作業する必要もなく、した
がって、地盤改良を施す必要がなく、また、装置も大掛
かりでなく、安全、確実で、コストも低廉なものである
残置杭等の障害物の切断装置および切断方法を提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、装置として、第１に、シールド掘進機の先端
のカッターヘッドに研磨材を混入した高圧水の噴射ノズ
ルを切羽面に向けて設けたこと、第２に、噴射ノズルに
該噴射ノズルを上下方向に搖動させる搖動機構を設けた
こと、第３に、噴射ノズルは、カッターヘッドのカッタ
ースポークに複数個を並設することを要旨とするもので
ある。

【０００６】また、方法として、第１に、シールド掘進
機の先端のカッターヘッドを超低速で回転し、噴射ノズ
ルを位置合わせ、または回転させながらノズルから噴射
する研磨材が混入された高圧水で、残置杭等の障害物を
切断すること、第２に、研磨材が混入された高圧水の噴
射は、複数の噴射ノズルから障害物の切断位置に対応す
るものを選択して行うこと、第３に、泥水加圧式シール
ド掘進機では、切羽を泥水加圧した状態で切羽に存する
障害物を切断すること、第４に、泥水加圧式シールド掘
進機では、障害物の切断時は、切断中に出すエアーを回
収するために、送・排泥輸送ラインをシールドマシンま
たは後続台車位置で逆循環（クロス回路）とし、この
後、切断した障害物の回収時は、元のラインに戻し、さ
らに流速を高めるために循環ラインを運転させることを
要旨とするものである。

【０００７】請求項１、請求項４記載の本発明によれ
ば、シールド掘進機の先端のカッターヘッドを超低速で
回転させるとともに、カッターヘッドに切羽面に向けて
設けた噴射ノズルから研磨材を混入した高圧水を残置杭
等の障害物に噴射し、これにより切断する。

【０００８】よって、シールド掘進機の設備を利用して
切断でき、地盤改良も必要がなく、作業員が切羽に出な
くてもすむ。

【０００９】請求項２記載の本発明によれば、前記作用
に加えて、噴射ノズルは搖動機構でスイングするので、
シールド断面の障害物を切断する場合に、カッターヘッ
ド回転と加えて、ほぼシールド断面に出現する障害物を
全て切断することができる。

【００１０】請求項３記載の本発明によれば、前記作用
に加えて、研磨材を混入した高圧水の噴射は、障害物の
切断位置に対応させて複数の噴射ノズルから選択して行
えるから、障害物の位置、大きさに柔軟に対処できる。

【００１１】請求項５，６記載の本発明によれば、前記
作用に加えて、障害物の切断時は、切羽を泥水加圧し、
切断中に出すエアーを回収するために、送・排泥輸送ラ
インをシールドマシンまたは後続台車位置で逆循環（ク
ロス回路）とし、この後、切断した障害物の回収時は、
元のラインに戻し、さらに流速を高めるために循環ライ
ンを運転させ障害物を回収できるようにしたから、地盤
改良を特に行わずに障害物が切断回収される際に切羽の
安定を図ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】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は本発明の残置杭等の障
害物の切断装置の実施形態を示す説明図、図２は同上要
部である噴射ノズルの作動機構を示す縦断側面図で、図
中１はシールド掘進機を示し、該シールド掘進機１のシ
ールド本体２の前面のカッターヘッドのカッタースポー
ク３に研磨材を混入した高圧水の噴射ノズル４を複数
個、図３、図４に示した例では１４個、シールド本体２
の直径方向に間隔をおいて縦列に配設した。図３におい
て５はカッタービットを示す。

【００１３】各噴射ノズル４ごとにホース８ｂ，９ｂを
接続し、各ホース８ｂ，９ｂの端部にホース切替え用の
ジョイント７を接続し、このジョイント７を介して複数
のホース８ｂ，９ｂのいずれかと高圧水を送る超高圧ポ
ンプ８と研磨材供給装置９とをそれぞれホース８ａ，９
ａで連結する。

【００１４】各噴射ノズル４には該噴射ノズル４を切羽
方向に摺動自在とする摺動機構、噴射ノズル４を垂直方
向に回転させる回転機構および噴射ノズル４を上下方向
に搖動させる搖動機構をそれぞれ設ける。

【００１５】噴射ノズル４は図２に示すようにカッター
スポーク３に設けた軸受け10でボールジョイント11を介
して摺動、回転、かつ搖動自在に支持されるもので、摺
動機構は、切羽方向に向けて水平に配設した一対の回転
ネジ棒12を噴射ノズル４の両側に該噴射ノズル４と平行
にして配置し、この回転ネジ棒12が挿通されてその回転
により水平方向に摺動する摺動体13を噴射ノズル４の端
に固定するものである。

【００１６】図中14は回転ネジ棒12を回転させる駆動源
である油圧モータを示し、該油圧モータ14は回転ネジ棒
12、摺動体13などを収納するケーシング６の端部に固定
され、噴射ノズル４はこのケーシング６から切羽方向に
向けて出没自在に摺動するようにケーシング６内に収納
される。

【００１７】回転機構は、駆動源としての油圧モータ15
を前記摺動体13に固定し、この油圧モータ13の駆動軸に
ギヤ16を取り付け、噴射ノズル４に取り付けたギヤ17を
前記ギヤ16に噛合わせて、噴射ノズル４を軸の周方向に
回転自在となるように構成した。

【００１８】搖動機構は、ケーシング６の一方の端部の
外側下方に油圧ジヤッキ18などによる昇降装置を配設
し、そのロッド18ａの先端をケーシング６の下部に回動
自在に軸着し、ケーシング６の他方の端部に設けた軸部
６ａを図５に示すようにカッタースポーク３に回動自在
に軸着し、噴射ノズル４を前記のようにカッタースポー
ク３に設けた軸受け10に取り付けたボールジョイント11
で支持して構成する。

【００１９】このようにしてケーシング６が図５に示す
ようにカッタースポーク３に搖動自在に取り付けられる
ことにより、ケーシング６内に配設した噴射ノズル４が
カッタースポーク３から切羽方向に向けて摺動するよう
に出没自在に取り付けられると同時に軸の周方向に回転
自在に取り付けられる。

【００２０】この場合、図３、図５に示すようにケーシ
ング６はカッタースポーク３の長さ方向において中央に
配置されるのではなく、一方の端に寄せて配置され、他
方の端にそって噴射ノズル４の交換用のスペースとなる
空間24を確保した。

【００２１】図２において19はノズルを交換するとき本
バルブを閉める場合に使用するボールバルブ、20は噴射
ノズル４から水がもれないようにする場合に締めつけの
ために使用する口元パッカーを示す。

【００２２】次に泥水加圧式シールド掘進機で掘進して
いるときに残置杭等の障害物に突き当たり、これを切断
する方法を図７のフローチャートについて説明する。通
常のシールド掘進時には、先端のカッターピット５で切
羽を掘削しながらシールド掘進機１を通常の速度で前進
させ、このとき、図14に示すように泥水の輸送ラインと
しては、タンク21に貯留してある泥水はポンプＰ１から
バルブＶ１を通過してシールド本体２の先端のチャンバ
ーに送られ、切羽の安定を図ると同時に掘削土と混合し
てバルブＶ３、Ｖ５を通過してポンプＰ２から処理プラ
ントに排出されている。

【００２３】切羽に残置杭等の障害物が検知されると、
障害物のシールド断面位置を確認後、障害物の切断位置
を決定し、泥水の輸送ラインを図15のように変更する。
すなわち、シールド本体の前部のチャンバーに送る泥水
を通常時と上下逆とし、チャンバー内にエアーがたまら
ないよう、チャンバー上部より排水する。

【００２４】このように泥水の輸送ラインを通常時と逆
とした状態で、複数ある噴射ノズル４から障害物の切断
位置に対応するものを選択して、当該噴射ノズル４に超
高圧ポンプ８と研磨材供給装置９とから高圧水と研磨材
を送り、研磨材を混入した高圧水を噴射ノズル４の先端
の噴射口から障害物に向けて噴射して切断を開始する。
このとき、カッタースポーク３は１か所切断毎に正確な
位置合わせが可能なよう、さらにカッタースポーク３を
回転させながら切断できるよう回転速度を超低速とす
る。

【００２５】噴射ノズル４による切断は、該噴射ノズル
４を摺動、回転および搖動させながら行うものであり、
摺動は、ケーシング６内に設置の油圧モータ14を駆動し
て回転ネジ棒12を回転し、摺動体13を水平方向にスライ
ドさせることにより行い、これにより該摺動体13に端部
を固定した噴射ノズル４がスライドする。

【００２６】噴射ノズル４が摺動することで図８〜図10
に示すように噴射ノズル４が障害物である残置杭23の方
向に移動してこれを切断する。噴射による切断可能な距
離は、一例として100mm 程度に設定してある。

【００２７】同時に、油圧モータ15を駆動してギヤ16を
回転し、該ギヤ16の回転をギヤ17に伝達してこのギヤ17
に取り付けた噴射ノズル４を回転する。これにより、噴
射口を斜めに向けてある噴射ノズル４からは図８〜図10
に示すように円錐形状に高圧水が噴射され、切断可能な
径は例えば100mm となる。

【００２８】この場合、噴射ノズル４が同時に摺動して
いても、油圧モータ15は摺動体13に固定してあるから、
該摺動体13と一体となって油圧モータ15およびギヤ16、
17が移動し、噴射ノズル４の回転は摺動と同時に支障な
く行える。

【００２９】さらに、同時に油圧ジャッキ18のロッド18
ａを伸縮してケーシング６の端部を上下動させれば、ケ
ーシング６の全体が他端の軸部６ａを中心軸として搖動
する。搖動範囲は図６に示すように一例として上下にそ
れぞれ15°程度に設定した。これにより、ケーシング６
から突出している噴射ノズル４の噴射口からの高圧水の
噴射方向も30°の範囲内で移動することになる。この場
合、噴射ノズル４はボールジョイント11で支持してある
から、ケーシング６の搖動に追従して自在に搖動する。

【００３０】以上のようにして噴射ノズル４を同時に摺
動、回転、搖動させながら残置杭23を切断していくもの
であるが、切断形状は前記のように円錐の孔状になるか
ら、一か所を所定の深さ切断したならば、カッタースポ
ーク３を回転して切断個所を隣に移動して、図12に示す
ように円錐の切断孔を少しずつダブらせるようにして切
断面をひろげていく。

【００３１】なお、噴射ノズル４を使用しての切断時は
カッタースポーク３の回転は超低速とし、回転移動量が
40cm前後となるように設定する。そして、切断時もカッ
タースポーク３はこのように超低速で回転しているから
切断の軌跡は図12に示すように円弧状となる。

【００３２】そして、一つの噴射ノズル４により一か所
の切断が終了すれば、超高圧ポンプ８と研磨材供給装置
９とからのホース８ａ，９ａをジョイント７で別の噴射
ノズル４に接続するホース８ｂ，９ｂに切替えて接続す
る。この切替えの作業は人力で行う。

【００３３】このようにしてホース８ａ，９ａをジョイ
ント７で別の噴射ノズル４のホース８ｂ，９ｂに順次切
替えて、使用する噴射ノズル４を順次切り換えることに
より、残置杭23を切断する。全ての噴射ノズル４の使用
による切断可能な範囲は、図13に示すようにシールド本
体２の前面の面板の範囲にほぼ等しい同心円の範囲とな
る。

【００３４】なお、残置杭23がＨ鋼やＰＩＰ工法により
構築したモルタルなどによる杭の場合は、噴射ノズル４
からの研磨材を混入した高圧水での切断が可能である
が、鉄筋籠などを埋設した連続壁などは研磨材を混入し
た高圧水だけでは切断が困難であり、このような場合は
カッタービット５を併用して切断する。

【００３５】噴射ノズル４を使用してのシールド断面内
の残置杭23の切断が終了すれば、シールド掘進機１を低
速で掘進させ、切断した障害物の回収は図16のように、
泥水の輸送ラインを回収ラインとし、さらに循環ライン
を運転することで、通常時の排泥流量をトロンメル入口
側で倍以上とすることにより、流速を高める。切断杭を
取り込み泥水とともに処理プラントに送って回収する。
このとき、カッタースポーク３の回転は低速とする。

【００３６】切断杭の回収が終了すれば、通常のシール
ド掘進に戻る。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように本発明の残置杭等の障
害物の切断装置および切断方法は、シールド工事で残置
杭等の障害物に突き当った場合に、作業員が切羽に直接
出て作業する必要もなく、したがって、地盤改良を施す
必要がなく、さらに、装置も大掛かりでなく、安全、確
実でコストも低廉なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の残置杭等の障害物の切断装置の実施形
態を示す説明図である。

【図２】本発明の残置杭等の障害物の切断装置の実施形
態の要部である噴射ノズルの作動機構を示す縦断側面図
である。

【図３】本発明の残置杭等の障害物の切断装置の実施形
態を示すシールド本体前面の正面図である。

【図４】本発明の残置杭等の障害物の切断装置の実施形
態を示す噴射ノズルの配列を示す説明図である。

【図５】本発明の残置杭等の障害物の切断装置の実施形
態を示す噴射ノズルのカッタースポークへの内蔵位置を
示す説明図である。

【図６】本発明の残置杭等の障害物の切断装置の実施形
態を示す噴射ノズルの搖動範囲を示す説明図である。

【図７】本発明の残置杭等の障害物の切断方法を示すフ
ローチャートである。

【図８】本発明の残置杭等の障害物の切断装置による切
断の開始状態における噴射ノズルと障害物との関係を示
す側面図である。

【図９】本発明の残置杭等の障害物の切断装置による切
断途中における噴射ノズルと障害物との関係を示す側面
図である。

【図１０】本発明の残置杭等の障害物の切断装置による
切断がさらに進行した状態における噴射ノズルと障害物
との関係を示す側面図である。

【図１１】本発明の残置杭等の障害物の切断方法による
杭切断状態の側面図である。

【図１２】本発明の残置杭等の障害物の切断方法による
杭切断状態の正面図である。

【図１３】本発明の残置杭等の障害物の切断方法による
杭切断可能範囲を示す説明図である。

【図１４】本発明の残置杭等の障害物の切断方法による
通常掘進時の泥水の輸送ラインを示す配管図である。

【図１５】本発明の残置杭等の障害物の切断方法による
杭切断時の泥水の輸送ラインを示す配管図である。

【図１６】本発明の残置杭等の障害物の切断方法による
切断杭の回収時の泥水の輸送ラインを示す配管図であ
る。

【符号の説明】

１…シールド掘進機 ２…シールド本体 ３…カッタースポーク ４…噴射ノズル ５…カッタービット ６…ケーシング ６ａ…軸部 ７…ジョイント ８…超高圧ポンプ ８ａ，８ｂ…ホース ９…研磨材供給装置 ９ａ，９ｂ…ホース 10…軸受け 11…ボールジョイン
ト 12…回転ネジ棒 13…摺動体 14…油圧モータ 15…油圧モータ 16…ギヤ 17…ギヤ 18…油圧ジヤッキ 18ａ…ロッド 19…ボールバルブ 20…口元パッカー 21…タンク 22…トロンメル 23…残置杭 24…空間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池添 勝次 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 (72)発明者 坂本 好謙 東京都港区元赤坂一丁目３番８号 鹿島建 設株式会社東京支店内 (72)発明者 磯部 隆寿 東京都調布市飛田給二丁目19番１号 鹿島 建設株式会社技術研究所内 (72)発明者 猪又 勝美 東京都港区元赤坂一丁目３番８号 鹿島建 設株式会社東京支店内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド掘進機の先端のカッターヘッド
   に、研磨材を混入した高圧水の噴射ノズルを切羽面に向
   けて設けたことを特徴とする残置杭等の障害物の切断装
   置。
2. 【請求項２】 噴射ノズルに該噴射ノズルを上下方向に
   搖動させる搖動機構を設けた請求項１記載の残置杭等の
   障害物の切断装置。
3. 【請求項３】 噴射ノズルは、カッターヘッドのカッタ
   ースポークに複数個を並設する請求項１記載の残置杭等
   の障害物の切断装置。
4. 【請求項４】 シールド掘進機の先端のカッターヘッド
   を超低速で回転し、噴射ノズルを位置合わせ、または回
   転させながらノズルから噴射する研磨材が混入された高
   圧水で、残置杭等の障害物を切断することを特徴とする
   残置杭等の障害物の切断方法。
5. 【請求項５】 研磨材が混入された高圧水の噴射は、複
   数の噴射ノズルから障害物の切断位置に対応するものを
   選択して行う請求項４記載の残置杭等の障害物の切断方
   法。
6. 【請求項６】 泥水加圧式シールド掘進機では、切羽を
   泥水加圧した状態で切羽に存する障害物を切断する請求
   項４または請求項５のいずれかに記載の残置杭等の障害
   物の切断方法。
7. 【請求項７】 泥水加圧式シールド掘進機では、障害物
   の切断時は、切断中に出すエアーを回収するために、送
   ・排泥輸送ラインをシールドマシンまたは後続台車位置
   で逆循環（クロス回路）とし、この後、切断した障害物
   の回収時は、元のラインに戻し、さらに流速を高めるた
   めに循環ラインを運転させる請求項４乃至請求項６のい
   ずれかに記載の残置杭等の障害物の切断方法。