土圧バランスパイプジャッキングマシン: その仕組みと使用場所

土圧バランスパイプジャッキマシンの実際の動作

土圧バランスパイプ推進機は、パイプラインルート全体に沿って開溝を必要とせずに、切断面の土を掘削しながら、同時にその後ろにパイプを設置する非開削トンネルシステムです。通常、下水、水道、電力ケーブル、通信ケーブルパイプなどの大規模な都市パイプラインの建設に使用され、通常は粒子サイズの小さい土、砂、小石、砂利に適したコンクリートまたは鋼管セクションが使用されます。道路や空き地を掘り起こすのではなく、作業員が立坑から機械を発射し、前方に穴をあけながら、すぐ後ろにプレハブのパイプ部分がジャッキで差し込まれ、地表はほとんど傷つきません。

名前の「土圧バランス」の部分は、機械が掘削切羽を管理する方法を指します。カッターヘッドでの土圧は、隔壁、スクリューコンベア、およびステアリングシリンダー上のセンサーにより、リアルタイム調整のためにオペレーターに圧力データをフィードバックし、トンネルの前進速度と掘削土の排出速度を制御することによってバランスが保たれます。この一定のバランス作用により、掘削中に周囲の地盤が安定し、トンネル切羽が適切に支持されていない場合に発生する可能性のある表面の沈下や崩壊が防止されます。

土圧バランス法の段階的な仕組み

EPB パイプ推進プロセスは、機械の前面にある密閉された掘削チャンバーに依存しており、掘削された土はすぐに除去されるのではなく、制御された圧力下で保持されます。この技術は、掘削プロセス全体を通じて地面の圧力と機械内部の圧力の平衡を維持する可変密度チャンバーを介した機械的圧力の適用に依存しています。カッターヘッドが回転してトンネル切羽の土を砕くと、その物質がチャンバーを満たして一時的な支持媒体として機能し、機械が前進を続ける間周囲の土や地下水を押しとどめます。

軟らかい粘性土では、土圧バランスサポートを備えたトンネルボーリングマシンが一般的に好まれます。これは、緩め調整された土がトンネル切羽のプラスチック支持媒体として機能するためです。また、掘削チャンバーが完全に満たされると、制御されていない土が機械に浸透するのを防ぎ、高速で安全なトンネル掘削に必要な条件を作り出します。これを助けるために、フォームや他のポリマーなどの地面調整剤をチャンバーに注入して土壌の可塑性と不浸透性を高めることができます。これは、圧力下で自然にうまく結合しない種類の土壌を処理する場合に特に役立ちます。

プロセスに関与するコアコンポーネント

トンネル切羽の土壌、岩石破片、または混合地盤状態を粉砕する回転カッターヘッド
制御された圧力下で掘削材料を保持する密閉された掘削チャンバー
制御された速度で掘削土を除去するスクリューコンベアまたはスラリーシステム
オペレータにライブデータを供給するバルクヘッドとステアリングシリンダー上の圧力センサー
プレハブパイプセクションを機械の後方に押し出す油圧ジャッキングシリンダー

Earth Pressure Balance Pipe Jacking Machine

エンジニアが他の推進工法ではなく EPB を選択する理由

パイプ推進プロジェクトでは、通常、スラリーバランスと土圧バランスという 2 つの主要な圧力バランスアプローチのどちらかを選択します。スラリーシステムは加圧流体を循環させて地下水を管理し、トンネル切羽を安定させます。土圧バランスパイプジャッキマシン別の流体回路に依存するのではなく、必要に応じて調整された掘削土自体を使用して、同様の目的を達成します。この区別は、機器の複雑さ、表面の設置面積、および特定の地面条件での特定の機械のパフォーマンスに直接影響するため、重要です。

土圧バランスとスラリーバランスの概要

因子	土圧バランス	スラリーバランス
最良の土壌条件	柔らかく粘性のある土壌。土、砂、砂利	水を含む岩石と緩い地層
圧力管理	機械式、チャンバー内の調整済み土壌による	加圧流体回路
表面の設置面積	より小さく、より簡単なスラグ処理	大型、分離プラントが必要
地下水の取り扱い	コンディショニング剤との相性が良い	水の浸入が多い条件でも優れています

実際のプロジェクトにおける主なパフォーマンス上の利点

基本的な仕組みを超えて、いくつかの実用的な利点が、土圧バランスパイプ推進機が地方自治体のインフラプロジェクトで頼りになる選択肢となっている理由を説明しています。この方法は、地盤の沈下を制御するのに便利で効果的なスラグ輸送により、1000メートルを超えない直線または曲線の推進距離にわたる中型および大型のパイプラインの安全、効率的、高品質の非開削敷設を実現します。この沈下制御は、都市が交通量の多い道路、既存の公共施設、または敏感な構造物の下で実行されるプロジェクトにこの方法を好む最大の理由の 1 つです。表面の破壊を最小限に抑えることで、開溝アプローチでは必要となる高額な修理や交通の混乱を回避できるからです。

最新の EPB パイプジャッキマシンは、切断力を高めるために低速、高トルク伝達手法を適用し、通常の動作負荷の 3 倍に達する可能性がある過負荷係数を備えており、粗い砂や風化した砂岩を含む幅広い種類の土壌で作業できる高い柔軟性を備えています。独立した土壌注入およびグラウト注入システムにより、必要に応じて掘削切羽の状態をさらに改善できます。また、建設に関連した地盤沈下が小さいため、必要な最小表土土はトンネル直径の 1.5 倍程度で済み、精度の低い方法では実現不可能だった浅い設置のオプションが可能になります。

インフラストラクチャプロジェクト全体にわたる一般的なアプリケーション

土圧バランスパイプジャッキマシンは、パイプライン自体と同様に地表の破壊を最小限に抑えることが重要なプロジェクトで最もよく使用されます。都市の下水と給水ラインは依然として最も一般的な用途であり、特に密集した都市部では、開塹を掘ると交通、既存の公共施設、近隣の建造物が一度に数週間または数か月にわたって中断される可能性があります。電力ケーブルの導管と通信ケーブルのパイプがこれに続きます。これは、交通量の多い廊下での表面掘削のコストと中断を避けるために、電力会社が非溝設置を好むことが増えているためです。

この工法がオープントレンチ建設よりも優れたパフォーマンスを発揮する傾向がある場合

路面の混乱を最小限に抑える必要がある密集した都市部の道路
開削掘削が現実的ではない道路、鉄道、水路の下の交差点
設置中に邪魔されない既存の地下施設がある場所
地表掘削により永続的な被害が生じる可能性がある環境に敏感な地域
中間のジャッキステーションでドライブ全長を延長できる長距離パイプラインの走行

プロジェクトにマシンを選択する前に評価すべきこと

特定のプロジェクトに適切な土圧バランスパイプ推進機を選択するには、地盤の状態を明確に理解することから始まります。これは、この方法は特定の地盤タイプで最高のパフォーマンスを発揮しますが、適切な修正を行わないと他の地盤タイプでは困難になる可能性があるためです。機器を選択する前に地質調査データを確認することは、標準的な EPB 構成で十分であるかどうか、またはより硬い地盤やより変化しやすい地盤を処理するために強化されたグラウトシステムや特殊なカッターヘッドなどの追加機能が必要かどうかを判断するのに役立ちます。すべての EPB システムが同じジャッキ距離や曲率許容値で評価されているわけではないため、プロジェクトの長さ、曲線要件、および必要なパイプ直径も機械の選択に影響します。