JP4941861B2 - シールド掘進機におけるテール部内の競り合い状況計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、シールド掘進機において、そのテール部内にてセグメントを組み立てて覆工を延長し、これに反力を取って掘進機を押し出しつつ掘進する際に、覆工の中心線方向に対してシールド掘進機の中心線方向にずれによって生じる、覆工とテール部内面との競り合い状況を計測するためのシールド掘進機におけるテール部内の競り合い状況計測装置に関する。

一般に、シールド工法においては、シールド掘進機のテール部内面にてセグメントをリング状に組み立てて覆工を延長させ、これに反力を取って掘進機を押し出しつつ掘進するようにしている。シールド掘進機内で組み立てられる覆工外径は、シールド掘進機のスキンプレート内径より小さいため、施工状況に応じた隙間（以下テールクリアランスと記す）が生じている。

このためテール部では、このテールクリアランスから地下水や裏込材等がシールド掘進機内に侵入するのを防止するため、図７に示すように、スキンプレート１のテール部内面に、覆工２の外周面に摺接するテールシール３が設置されている。このテールシール３は、一般に、円周方向に連続させたリング状のワイヤブラシ４，４を２段乃至３段に設置し、その各ワイヤブラシ４の前面側に保護バネ６を設置するとともに、該各ワイヤブラシ４内及び両ワイヤブラシ４，４間にテールグリース５を充填したものが使用されている。

このようなシールド掘進機におけるトンネル施工において、上下左右方向の曲線施工時には、図８に示すようにシールド掘進機７の掘進方向制御によって、掘進機７の中心線方向Ｘ１とその内部で組み立てられた覆工２の中心線方向Ｘ２に角度を生じ、テールクリアランス内において、覆工後端が円周方向の何れかに偏ることとなるが、その偏りを前記テールシール３の弾力によって吸収し、その吸収許容範囲内にて曲線施工が可能となっている。

上述の如き従来のシールド掘進機においては、テールシールのフリクションの範囲内にて曲線施工が可能となっているものであるが、テールシールのつぶれ具合を目視することは不可能であり、また、掘進施工中にテールグリースが漏出し、裏込材がワイヤブラシ間に詰まり、テールシールのフリクション範囲が当初に比べて小さくなっていることが多く、予め設定された曲線施工に耐えない状態となり、無理に掘進作業を続行すると、シールド掘進機の推進力の増加、覆工やテールシールの損傷等を招く結果となる。

その結果、損傷したセグメントは取り替えができず、後続作業として大規模な補修作業が発生する。また、二次覆工省略型セグメントを採用する場合、損傷部分の補修に加えて、設備機器やそのレイアウトなどの大幅な設計変更が必要となる。

このため、実際の曲線施工では、イ．セグメント組み立てによる覆工と切羽とのクリアランス量計測ロ．シールド掘進機方向測量及び覆工の出来型測量ハ．シールド掘進機の推力などの運転データ等からテールシールとその内部を押し出される覆工との競り合い具合を推測し、次の掘進方向制御指示やセグメントの割付計画が適当であるかどうかを判断するようにしているが、その作業は片番（半日）若しくは１日の作業終了時になるため、リアルタイム性に欠け、充分な出来型や方向制御効果が得られなかった場合には、以降のセグメント割付、掘進方向の線形管理等に大きな見直しが必要とされる。

また、掘進中に掘進方向制御だけに管理が集中すると、セグメント組み立て側の覆工がテールシールに対して強く競り合って、次の組み立て作業に準備したセグメントが組めなくなり、また、最悪の場合、作業基地の在庫セグメントでは対処できなくなり、別途に修正用のセグメント製作を余儀なくされることとなる等の問題があった。

本発明は、このような従来の問題に鑑み、リアルタイムにテール部内の覆工との過度の競り合いを未然に防止し、テールシールや覆工の損傷及びセグメントの組み立て不能状況を回避できるように、テールシールとその内部を押し出される覆工との競り合い状態をリアルタイムに知ることができる、シールド掘進機におけるテール部内の競り合い状況計測装置の提供を目的としたものである。

上述の如き従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための本発明シールド掘進機におけるテール部内の競り合い状況計測装置の特徴は、シールド掘進機テール部に、その円周方向に所定の間隔を隔てて複数のひずみケージを設置し、該テール部内で組み立てられたセグメントによる覆工に反力を取って掘進機を押し出しつつ掘進する際に、前記シールド掘進機テール部内のテールシールを介して加わる圧力による該テール部のひずみを、前記ひずみゲージによって計測することにある。

なお、スキンプレート肉厚内に、軸方向に向けた細長の棒状をしたひずみケージを、円周方向に一定間隔を隔てて多数埋設すること、更にはシールド掘進機テール部内面に固定されたテールシールに、その円周方向に向けて一定間隔毎にひずみケージを、円周方向に一定間隔を隔てて多数埋設することが好ましい。

上述のように、本発明に係るシールド掘進機におけるテール部内の競り合い状況計測装置においては、シールド掘進機テール部のテールシール取り付け部に、その円周方向に所定の間隔を隔てて複数の圧力センサーを設置し、該テール部内で組み立てられたセグメントによる覆工を押し出しつつ掘進する際に、前記ひずみケージのひずみデータの前記テール部内における分布を計測することにより、次の如き効果がある。

即ち、イ、掘進中に、スキンプレートテール部とセグメントとの競り具合を推測することができ、早期に施行状態に合ったセグメント割付の適否の判断、方向制御に効果的に寄与できる。
ロ、応力分布がリアルタイムで把握できるため、競り合いや、過度の推力増大によるセグメントの亀裂発生や破損を未然に防止することができる。
ハ、工事毎の計測データを解析することにより、最適な設計クリアランス量の決定に寄与することができる。

また、シールド掘進機テール部におけるテールシール取り付け部のスキンプレート肉厚内に、軸方向に向けた細長の棒状をしたひずみケージを、円周方向に一定間隔を隔てて多数埋設することにより、スキンプレートテール部全体の応力分布の計測ができ、しかも、ひずみケージがテール部内面に露出しないため、掘進作業中における損傷が防止される。

更に、シールド掘進機テール部内面に固定されたテールシールに、その円周方向に向けて一定間隔毎にひずみケージを多数埋設することにより、テールシールの変形状況を的確に把握することができ、正確な競り合い状況を知ることができるとともに、テールシールの柔軟度の変化をも適格に把握することができる。

次に本発明の実施の形態を図面について説明する。

図１乃至図３は、本発明を説明するための参考形態を示している。図において、１０はシールド掘削機のスキンプレートである。このスキンプレート１０のテール部内面には軸方向に向けた多数のセンサー支持棹１１が、円周方向に一定間隔を隔てて設置されている。

この各センサー支持棹１１は図２に示すように、表面側に一定間隔を隔てて多数の超薄型ロードセル（箔ひずみゲージ）からなるひずみケージ１２が埋設されている。センサー支持棹１１の裏面には長手方向に向けて溝状の配線ダクト１３が形成されており、そのダクト内に各ひずみケージ１２に接続されたリード線１４が埋設されている。

各センサー支持棹１１は、図３に示すように、スキンプレート１０のテール部内面に形成された凹溝１６内に嵌め込まれ、土圧によるスキンプレート１０のひずみが伝わらないように設置されている。スキンプレート１０の各凹溝位置外面には補強用の肉盛り１５が施されている。

このようにして多数のひずみケージ１２をスキンプレート１０のテール部内周面に軸方向及び円周方向に間隔を隔てて多数設置し、その内側に図４に示すように、ワイヤブラシ１７及びテールグリース１８からなるテールシール１９が設置されている。

この装置においては、テールシール１９を介してシールド掘進機のテール部にかかる覆工２０からの圧力を、各ひずみケージ１２によって検出し、そのデータを集計し、スキンプレート１０に対する覆工の競り合い状況を判断するようにしている。

図５は本発明の第一実施形態を示している。尚、参考形態と同一部分には同一符号を付して詳細説明を省略する。この実施形態では、スキンプレート１０のテール部肉厚内に細長の棒状をした所謂棒状ひずみゲージ２１が軸方向に向けて埋設されている。尚、図には詳示してないが、ひずみケージ２１は円周方向に一定間隔を隔て、スキンプレートの全周域に、略等間隔で多数配置されている。

このように多数のひずみケージ２１を埋設したスキンプレート１０のテール部内面に、従来と同様にテールシール１９が固定されている。

シールド掘進機は一度地山内に入ると、セグメントが連続して組み立てられるため、予定された地点に到達するまで、テール部は図５に示されているように、覆工２０の外周面に両ワイヤブラシ１７が接触した状態にあり、テールグリース１８は両側の各ワイヤブラシ１７，１７に浸透し、地下水や裏込材の流入を防ぐ止水効果や、ワイヤブラシなどの防錆効果を持続させるようにしている。

しかし、ワイヤブラシ１７内への浸透と合わせ、外部への流出や、ワイヤブラシ１７への外部からの泥や裏込材の付着固化が同時に発生しており、掘進距離が伸びるにつれ、前述した所望の効果が期待できなくなる。また、急曲線施工においては、クリアランスが著しく小さいものとなり、覆工がスキンプレートと競り合うこととなる。このような状況下では、覆工２０がスキンプレート１０に作用する力も増大し、その結果、セグメントのクラック、破損につながる。

この装置においては、テールシール１９を介してスキンプレートテール部にかかる圧力を、スキンプレート１０のひずみを検出することによって計測し、その圧力データを集計し、スキンプレート１０に対する覆工の競り合い状況や、テールシール１９のワイヤブラシ柔軟性低下を推測するようにしている。

図６は本発明の第二実施形態を示している。尚、参考形態と同一部分には同一符号を付して詳細説明を省略する。この実施形態では、スキンプレート１０のテール部内に従来と同様にテールシール１９を固定し、その一段目のワイヤブラシ１７前面側の保護バネ２２の内側面にひずみゲージ２３を固定する。尚、図には詳示してないが、ひずみゲージ２３は円周方向に一定間隔を隔て、スキンプレートの全円周域に多数配置している。

この装置では、ワイヤブラシ１７は覆工２０とスキンプレート１０との間のクリアランス内において柔軟にしなり、クリアランス量に追従する。しかし、図６に示すようにワイヤブラシ１７の付け根部分に裏込材などの固形物２４が流入し、その固化が始まると次第に大きくなり、ワイヤブラシ１７のしなり代がなくなってしまう。すると、覆工２０に対して応力が掛かり、強い競り合いが発生する。この時、ワイヤブラシ１７及び保護バネ２２には通常のしなり状態以上に応力がかかることとなり、これを各ひずみケージ２３によって検出し、その圧力データを集計して全周囲に亘る圧力分布を計測し、競り合い状態を判断する。

本発明を説明するための参考形態の概略構成を示す斜視図である。 同上のセンサー支持棹を示す斜視図である。 同上のスキンプレートに対するセンサー支持状態を示す部分拡大断面図である。 同上の使用状態の断面図である。 本発明の第一実施形態を示す部分断面図である。 本発明の第二実施形態を示す部分断面図である。 従来のシールド掘進機のテールシールを示す断面図である。 従来のシールド掘進機の曲線施工状態を示す平面図である。

１０ スキンプレート
１１ センサー支持棹
１２，２１，２３ ひずみゲージ
１３ 配線ダクト
１４ リード線
１５ 凹溝
１６ 肉盛り
１７ ワイヤブラシ
１８ テールグリース
１９ テールシール
２０ 覆工
２２ 保護バネ
２４ 固形物

Claims (3)

1. シールド掘進機テール部に、その円周方向に所定の間隔を隔てて複数のひずみケージを設置し、該テール部内で組み立てられたセグメントによる覆工に反力を取って掘進機を押し出しつつ掘進する際に、前記シールド掘進機テール部内のテールシールを介して加わる圧力による該テール部のひずみを、前記ひずみゲージによって計測することを特徴としてなるシールド掘進機におけるテール部内の競り合い状況計測装置。
2. 前記ひずみゲージは細長の棒状をした棒状ひずみゲージを使用し、該ひずみゲージを前記シールド掘進機のスキンプレートのテール部肉厚内に埋設している請求項１に記載のシールド掘進機におけるテール部内の競り合い状況計測装置。
3. 前記ひずみゲージは、テールシールを構成するワイヤブラシ前面側の保護バネの内側面に固定している請求項１に記載のシールド掘進機におけるテール部内の競り合い状況計測装置。
   

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