(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に管状部材を埋設するために、前記管状部材を埋設するための坑内におけるシールド掘削機の後続台車の移動と物資運搬とに使用される坑内軌道システムであって、
前記掘削機によって坑内壁が形成された掘削区間のうち先頭部から所定の長さの切羽区間に設けられ、前記物資運搬に使用される第１物資運搬軌道と、前記後続台車の移動に使用される後続台車用軌道とを有し、前記第１物資運搬軌道と前記後続台車用軌道とが横並びで第１枕木を介して前記坑内壁に固定されている第１軌道と、
前記掘削区間の全区間に設けられ、前記物資運搬に使用される第２物資運搬軌道と、前記第２物資運搬軌道を前記坑内壁に固定する第２枕木とを有し、前記切羽区間において前記第１枕木よりも前記坑内壁の底部に近い位置に配置されている第２軌道と、
前記第２物資運搬軌道上を移動可能であり、前記第１物資運搬軌道と前記第２物資運搬軌道の高低差と左右方向のズレとを吸収して連結する連結軌道装置と、
を備え、
前記連結軌道装置は、前記第１物資運搬軌道と連結されている第１連結軌道と、前記第２物資運搬軌道と連結されている第２連結軌道と、前記第１連結軌道と前記第２連結軌道とを連結する中間連結軌道と、前記第１連結軌道と前記中間連結軌道とを水平面内で回動可能に連結する第１連結ヒンジと、前記第２連結軌道と中間連結軌道とを水平面内で回動可能に連結する第２連結ヒンジと、を有する坑内軌道システム。
【請求項２】
前記第２枕木は、
前記坑内壁の内面の周方向に沿う方向に湾曲している湾曲部と、
前記湾曲部の両端部の各々から前記湾曲部の中心位置に向かってそれぞれ同一距離だけ離間させて設けられている一対の突出部と、
を有し、
前記第２物資運搬軌道は、相互に直角に折り曲げられている第１の板部と第２の板部とで構成されている断面を含み、前記第２物資運搬軌道面が上面に形成されている前記第１の板部が前記湾曲部に載せられ、前記第２の板部が前記突出部に当接する請求項１に記載の坑内軌道システム。
【請求項３】
前記連結軌道装置は、前記第２物資運搬軌道面上を摺動し、前記第１連結軌道を支持する第１支持部と、前記第２物資運搬軌道面上を摺動し、前記中間連結軌道を支持する中間支持部と、前記第２物資運搬軌道面上を摺動し、前記第２連結軌道を支持する第２支持部と、を備え、
前記第１支持部は、前記第１物資運搬軌道の間に挟まれることによって、前記第１物資運搬軌道に対する前記第１連結軌道の平行度を維持する第１平行度規制部を有し、
前記第２支持部は、前記第２物資運搬軌道を外側から挟むことによって、前記第２物資運搬軌道に対する前記第２連結軌道の平行度を維持する第２平行度規制部を有し、
前記第２連結軌道は、前記第２平行度規制部から前記第２物資運搬軌道の中心側に延びて前記第２物資運搬軌道の内側の面と共通する面を形成する請求項２に記載の坑内軌道システム。
【請求項４】
前記第２枕木は、前記湾曲部において所定の間隔を隔てて設けられ、上方に起立する一対の起立部を有し、
前記第１の板部は、前記起立部の上端部に載せられている請求項２又は３に記載の坑内軌道システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の坑内軌道システムを使用して、シールド掘削機で地中を掘削するとともに、前記掘削された掘削孔内に管状部材を埋設する工法であって、
前記シールド掘削機の前方において、前記第１物資運搬軌道と前記第２物資運搬軌道と前記後続台車用軌道とを敷設する軌道敷設工程と、
前記シールド掘削機によって掘削しつつ、前記シールド掘削機を前進させる掘削機前進工程と、
前記第２物資運搬軌道を残存させた状態において、前記シールド掘削機の通過後の区間の前記第１物資運搬軌道と前記後続台車用軌道とを撤去する軌道撤去工程と、
前記第２物資運搬軌道を使用して前記連結軌道装置を前進させて、前記第２物資運搬軌道と前記第１物資運搬軌道とを連結する連結軌道工程と、
前記第２物資運搬軌道を使用して前記掘削孔内に前記管状部材を運搬する管状部材運搬工程と、
前記管状部材と前記第２物資運搬軌道とを前記掘削孔内に埋設する埋設工程と、
を備える管状部材埋設工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド掘削機により掘削された掘削坑の内壁面を覆工するための資材等を坑内に搬送する車両が通る軌道に関し、特に管状部材を埋設するための小口径の掘削坑の覆工に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水道設備の敷設等に必要な小口径の掘削坑の形成にシールド工法が使用されている。シールド工法では、たとえば下水道設備の敷設は、一次覆工と二次覆工という２つの工程によって行われている。一次覆工は、シールドの掘削を進行させつつ鋼製または鉄筋コンクリート製のセグメントを組立てて坑内壁を形成する工事である。二次覆工は、一次覆工後の掘削坑に強プラ管等（たとえばＦＲＰＭ管、鋼管、鋳鉄管）を挿入し、一次覆工後の内面と強プラ管等との間にモルタル（あるいは発泡モルタル）を注入して下水管を敷設する工事である。このような２段階の工事は、各工事の工期が必要となるため工期が長くなるという問題と、各工事において軌道装置の敷設と撤去とを行わなければならないという問題とを有していた。
【０００３】
特許文献１では、一次覆工に使用される後続台車配置区間Ａと、二次覆工に使用される軌条盛替え完了区間Ｃと、後続台車配置区間Ａと軌条盛替え完了区間Ｃとを接続するための傾斜を有する斜路区間Ｂとを有する軌道区間が提案されている。この工法では、シールド機に後続する後続台車の通過に応じて、斜路区間Ｂを挟んで軌条盛替え完了区間Ｃに置き換えていくことによって一次覆工用の軌道と二次覆工用の軌道とを同時に敷設することができるので、作業の効率化および施工期間の短縮化を図ることができる。
【０００４】
しかしながら、斜路区間Ｂは、軌条を傾斜させて敷設させるために上面フランジのみを傾斜させた特殊形状の斜路枕木を用いるとともに、坑内運搬車がスムーズに走行できるように長い区間を要するという問題を有している（特許文献１の段落００１９）。
【０００５】
一方、特許文献２では、二次覆工において、セグメントの内表面に面接触する主板と、主板に載置されるレールとを有する枕木が提案されている。この枕木によれば、作業を行う空間の有効径を大きくするとともに、作業者の歩行を容易にすることができる。
【０００６】
しかしながら、特許文献２の工法では、軌道の高さを低くすることができないので、強プラ管等を装備するための有効径が効果的に大きくなるわけではなく、二次覆工において軌道の撤去が依然として必要であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−３３６５００号公報
【特許文献２】特開２００６−３４２５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上述の先行技術は、いずれも軌道の枕木の構成を工夫するにすぎず、小口径の掘削坑を形成するためのシールド工法に適した軌道装置（軌道及び枕木）の全体の改善といった観点からは検討がなされていなかった。
【０００９】
本発明は、上述の従来の課題を解決するために創作されたものであり、シールド工法を改善する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、上記課題を解決するのに有効な手段等につき、必要に応じて効果等を示しつつ説明する。
【００１１】
手段１．地中に管状部材を埋設するために、前記管状部材を埋設するための坑内におけるシールド掘削機の後続台車の移動と物資運搬とに使用される坑内軌道システムであって、
前記掘削機によって坑内壁が形成された掘削区間のうち先頭部から所定の長さの切羽区間に設けられ、前記物資運搬に使用される第１物資運搬軌道と、前記後続台車の移動に使用される後続台車用軌道とを有し、前記第１物資運搬軌道と前記後続台車用軌道とが横並びで第１枕木を介して前記坑内壁に固定されている第１軌道と、
前記掘削区間の全区間に設けられ、前記物資運搬に使用される第２物資運搬軌道と、前記第２物資運搬軌道を前記坑内壁に固定する第２枕木とを有し、前記切羽区間において前記第１枕木よりも前記坑内壁の底部に近い位置に配置されている第２軌道と、
前記第２物資運搬軌道上を移動可能であり、前記第１物資運搬軌道と前記第２物資運搬軌道の高低差と左右方向のズレとを吸収して連結する連結軌道装置と、
を備え、
前記連結軌道装置は、前記第１物資運搬軌道と連結されている第１連結軌道と、前記第２物資運搬軌道と連結されている第２連結軌道と、前記第１連結軌道と前記第２連結軌道とを連結する中間連結軌道と、前記第１連結軌道と前記中間連結軌道とを水平面内で回動可能に連結する第１連結ヒンジと、前記第２連結軌道と中間連結軌道とを水平面内で回動可能に連結する第２連結ヒンジと、を有する坑内軌道システム。
【００１２】
手段１の第１軌道においては、一次覆工でのシールド掘削機の後続台車の移動に使用される後続台車用軌道と、掘削残土や資材といった物資の運搬に使用される第１物資運搬軌道とが横並びで配置されているので、比較的に長い第１枕木が必要とされることになる。これに対して、二次覆工にも使用される第２物資運搬軌道においては、物資運搬に使用される第２物資運搬軌道のみが必要なので、比較的に短い第２枕木で足りることになる。これにより、第２物資運搬軌道は、一次覆工の完了後において、掘削径に対して大きな径の管状部材を運搬することができるとともに、掘削孔内に二次覆工のための作業空間や敷設空間を広く確保することもできる。
【００１３】
一方、第１物資運搬軌道と第２物資運搬軌道とは、第２物資運搬軌道上を移動する連結軌道装置によって連結されている。移動可能な連結軌道装置を使用すれば、シールド掘削機の前進に追従して通過区間の第１物資運搬軌道を撤去しつつ連結軌道装置を前進させることによって簡易に軌道の連結を維持することもできる。連結軌道装置は、第１連結部材と、第２連結部材と、中間連結部材と、第１連結部材と中間連結部材とを回動可能に接続する第１ヒンジと、第２接続部と中間接続部とを回動可能に接続する第２ヒンジとを有しているので、掘削孔がカーブしていても簡易かつ円滑に軌道の接続を維持することもできる。これにより、一次覆工の完了と同時に二次覆工に適した第２物資運搬軌道のみを残すことができるので、軌道の撤去と敷設の工期を排除して工期短縮化を図ることもできる。
【００１４】
手段２．前記第２枕木は、
前記坑内壁の内面の周方向に沿う方向に湾曲している湾曲部と、
前記湾曲部の両端部の各々から前記湾曲部の中心位置に向かってそれぞれ同一距離だけ離間させて設けられている一対の突出部と、
を有し、
前記第２物資運搬軌道は、相互に直角に折り曲げられている第１の板部と第２の板部とで構成されている断面を含み、前記第２物資運搬軌道面が上面に形成されている前記第１の板部が前記湾曲部に載せられ、前記第２の板部が前記突出部に当接する手段１に記載の坑内軌道システム。
【００１５】
手段２は、相互に直角に折り曲げられている第１の板部と第２の板部とで構成されている断面を含む第２の軌道装置が車輪を支持する軌道面を提供するので、耐久性が高く再利用可能ではあるが高価な軌道用レールを使用することなく坑内軌道装置を実現することができる。一方、２つの第２の軌道部材は、湾曲部の曲率中心側の面に溶着されている２つの係止部材に当接し、軌道面の各裏面には湾曲部が溶着されているので、掘削孔の内面に荷重を流す構造をコンパクトに実現することができる。これにより、軌道用レールを使用することなく、管状部材の敷設のために有効な敷設空間を大きくすることができる。
【００１６】
本発明者は、車輪を支持する軌道面には、耐久性が高く高価なレールを使用しなければならないという従来の技術常識に反し、軌道システムの一部に敢えて軌道用レール以外の軌道部材（たとえば安価なＬ型鋼）を使用している。このような軌道部材の使用は、従来の技術常識では、磨耗や変形が問題となる。しかし、本発明者の実験によれば、このような軌道部材は、掘削残土や資材の運搬を目的とし、数キロメートル程度のトンネルの施工を１回だけ行うという用途であれば十分な耐久性を有することが確認された。本発明は、軌道の途中で軌道部材が軌道用レールからＬ型鋼に変更されるという従来技術の常識にも反している極めて独創的な着想に基づいて構成されたものである。
【００１７】
本発明は、「安価な鋼材の使用可能性」と「有効な敷設空間の実現」という２つの特徴によって、二次覆工において軌道装置を撤去することなく、埋設することを可能とすることができる。これにより、軌道装置の撤去工事を排除して施工期間を短縮化することができるとともに、二次覆工用の軌道装置の撤去工事に伴う廃材の発生を無くすことによって環境にも好ましい工法を実現することができる。さらに、掘削孔の内面に対する軌道面の高さを低くすることができるので、仮に脱線してもズリ鋼車が転倒しにくいという構成も実現可能である。
【００１８】
手段３．前記連結軌道装置は、前記第２物資運搬軌道面上を摺動し、前記第１連結軌道を支持する第１支持部と、前記第２物資運搬軌道面上を摺動し、前記中間連結軌道を支持する中間支持部と、前記第２物資運搬軌道面上を摺動し、前記第２連結軌道を支持する第２支持部と、を備え、
前記第１支持部は、前記第１物資運搬軌道の間に挟まれることによって、前記第１物資運搬軌道に対する前記第１連結軌道の平行度を維持する第１平行度規制部を有し、
前記第２支持部は、前記第２物資運搬軌道を外側から挟むことによって、前記第２物資運搬軌道に対する前記第２連結軌道の平行度を維持する第２平行度規制部を有し、
前記第２連結軌道は、前記第２平行度規制部から前記第２物資運搬軌道の中心側に延びて前記第２物資運搬軌道の内側の面と共通する面を形成する手段２に記載の坑内軌道システム。
【００１９】
手段３では、連結軌道装置は、第２物資運搬軌道面上を摺動して移動するように構成されているので簡易に連結位置を移動（前進）させることができる。第１支持部は、第１物資運搬軌道に対する平行度を維持する第１平行度規制部を有し、連結軌道装置を前進移動させても第１物資運搬軌道との平行度を確実に維持することができるので、坑内運搬車両列８０の円滑な走行を実現することができる。第１平行度規制部は、第１物資運搬軌道の間に挟まれることによって平行度を維持することができるので、第１物資運搬軌道が掘削坑の中心から側方にシフトした位置に配置されていても坑内壁との干渉を確実に防止することができる。
【００２０】
第２支持部は、第２物資運搬軌道に対する平行度を維持する第２平行度規制部を有し、連結軌道装置を前進移動させても第１物資運搬軌道との平行度を確実に維持することができる点で、第１支持部と共通する。ただし、第２平行度規制部は、第２物資運搬軌道を外側から挟むことによって、第２物資運搬軌道に対する平行度を維持するように構成されている。このような構成は、第２平行度規制部から第２物資運搬軌道の中心側に延びて一対の第２物資運搬軌道の内側の面と共通する面の形成を実現することができる。これにより、車輪が接する面の近傍で第２物資運搬軌道と第２連結部とで連続する面を形成することができる。
【００２１】
手段４．前記第２枕木は、前記湾曲部において所定の間隔を隔てて設けられ、上方に起立する一対の起立部を有し、
前記第１の板部は、前記起立部の上端部に載せられている手段２又は３に記載の軌道構造。
【００２２】
手段４では、支持部は、いずれも湾曲部の周方向の中心位置と湾曲の曲率中心とを結ぶ線である中心線に平行に曲率中心側に延びている直線部なので、一本の平板を湾曲加工と曲げ加工の組成加工のみで製造することができる。さらに、本直線部は、湾曲部と折り曲げ部を介して接続されているので、Ｌ字型軌道部からの垂直荷重を折り曲げ部から掘削孔の内面に直線的な圧縮荷重として効率的に伝達させることができる。
【００２３】
手段５．手段１乃至４のいずれか一つに記載の坑内軌道システムを使用して、シールド掘削機で地中を掘削するとともに、前記掘削された掘削孔内に管状部材を埋設する工法であって、
前記シールド掘削機の前方において、前記第１物資運搬軌道と前記第２物資運搬軌道と前記後続台車用軌道とを敷設する軌道敷設工程と、
前記シールド掘削機によって掘削しつつ、前記シールド掘削機を前進させる掘削機前進工程と、
前記第２物資運搬軌道を残存させた状態において、前記シールド掘削機の通過後の区間の前記第１物資運搬軌道と前記後続台車用軌道とを撤去する軌道撤去工程と、
前記第２物資運搬軌道を使用して前記連結軌道装置を前進させて、前記第２物資運搬軌道と前記第１物資運搬軌道とを連結する連結軌道工程と、
前記第２物資運搬軌道を使用して前記掘削孔内に前記管状部材を運搬する管状部材運搬工程と、
前記管状部材と前記第２物資運搬軌道とを前記掘削孔内に埋設する埋設工程と、
を備える管状部材埋設工法。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態の下水道施工システムの構成を示す縦断面図。
【図２】実施形態の下水道施工システムの構成を示すＡ−Ａ断面図。
【図３】シールド掘削システム７０が前進した状態を示す縦断面図。
【図４】実施形態の下水道施工システムの構成を示すＢ−Ｂ断面図。
【図５】実施形態の下段軌道装置５０の構成を示す斜視図。
【図６】実施形態の下段軌道装置５０を掘削方向に見た正面図。
【図７】実施形態の二次覆工が完了した状態を示す断面図。
【図８】実施形態の連結軌道装置３０の構成を示す斜視図。
【図９】下段連結ユニット３１と下段軌道装置５０との接続状態を示す斜視図。
【図１０】上段連結ユニット３３の下段軌道部材５５，５６への設置状態を示す斜視図。
【図１１】本実施形態の上段接続アダプタ３６を示す斜視図。
【図１２】本実施形態の中間接続アダプタ３８を示す斜視図。
【図１３】実施形態の下水道施工の各工程を示すフローチャート。
【図１４】実施形態の一次覆工の各工程を示すフローチャート。
【図１５】実施形態の二次覆工の各工程を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を具現化した各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２６】
（実施形態のシールド掘削システムの構成）
図１は、実施形態の下水道施工システムの構成を示す縦断面図である。下水道施工システムは、シールド掘削システム７０と坑内運搬車両列８０と軌道構造６０とを備えている。シールド掘削システム７０は、地中を掘削し、掘削された坑内で複数のセグメントＳを組立てることによって坑内壁９５を形成するシステムである。坑内運搬車両列８０は、電池で牽引駆動するバッテリ機関車８１と、シールド掘削システム７０にセグメントＳを供給する材料台車８２と、掘削残土を運搬する運搬車両８３とを備えている。軌道構造６０は、坑内運搬車両列８０が坑内を移動するための上段軌道部材１１と、シールド掘削システム７０の後続台車が移動するための後続台車用軌道（後述）とを備えている。
【００２７】
シールド掘削システム７０の後続台車には、切刃で地中を掘削する泥土圧シールド７１と、運転台車７３と、電源台車７４と、シールド掘削システム７０を制御する制御盤台車７５と、シールド掘削システム７０の動力源としての油圧源を搭載する油圧源台車７６と、トランス台車７７と、ケーブルリール台車７８とが含まれている。なお、泥土圧シールド７１は、シールド掘削機あるいは掘削機とも呼ばれる。
【００２８】
運転台車７３は、シールド掘削システム７０を操作するにオペレータが乗車する。制御盤台車７５は、オペレータの操作に応じてシールド掘削システム７０を制御する。ケーブルリール台車７８は、電源台車７４と地上とを繋ぐ電源ケーブルや通信ケーブルを格納している。トランス台車７７は、電圧を変換して電源台車７４に電力を供給する。電源台車７４は、シールド掘削システム７０に電力を供給する。泥土圧シールド７１は、掘削残土を運搬車両８３まで運搬するベルトコンベア７２を備えている。
【００２９】
図２は、実施形態の下水道施工システムの構成を示すＡ−Ａ断面図である。後続台車用軌道２０は、上段枕木１７に固定されている。後続台車用軌道２０は、シールド掘削システム７０の後続台車が坑内を前進するための軌道を提供している。後続台車７３，７４，７５，７６，７７，７８には、相互に図示しない牽引ロープが各台車間に締結されている。これにより、泥土圧シールド７１は、後続台車用軌道２０が提供する軌道上において後続台車７３，７４，７５，７６，７７，７８を牽引することができる。上段枕木１７は、第１枕木とも呼ばれる。
【００３０】
制御盤台車７５は、単レールの後続台車用軌道２０の上を転がる車輪７５ｄを有している。制御盤台車７５は、後続台車用軌道２０と平行な方向に延びる軸を有する円柱状の形状を有する可動ソリ７５ｃと、可動ソリ７５ｃを支持する腕部７５ｂとを有している。可動ソリ７５ｃは、単レールである後続台車用軌道２０上の制御盤台車７５を坑内壁９５の側方から支持している。一方、坑内壁９５には、制御盤台車７５が坑内壁９５の中心方向に向けて倒れないように、倒れ止め９５ｓが制御盤台車７５に対して少し隙間を空けて配置されている。なお、他の後続台車７３，７４，７６，７７，７８は、制御盤台車７５と同様の構成を有している。
【００３１】
後続台車用軌道２０は、泥土圧シールド７１の掘削による前進に伴って運転台車７３の前方に継ぎ足されることによって前方側に順に延長される。一方、ケーブルリール台車７８の後方においては、後続台車用軌道２０は存在する必要がないので解体撤去することができる。解体された後続台車用軌道２０は、運転台車７３の前方における軌道の延長に利用することができる。シールド掘削システム７０は、一般に後進することはないからである。このように、後続台車用軌道２０は、それ自体が実質的に前方に移動（順にシフト）することによって、シールド掘削システム７０の前進に利用されることになる。
【００３２】
上段軌道部材１１は、坑内運搬車両列８０の資材（たとえばセグメントや副資材）や掘削残土の運搬のための軌道を提供する。資材は、クレーン装置９１を使用し、地上から縦穴Ｔ２の底部に到着した運搬車両８３に搭載される。運搬車両８３は、バッテリ機関車８１に駆動（押される）ことによって、上段軌道部材１１の軌道上を移動して泥土圧シールド７１の近傍まで運搬することができる。
【００３３】
一方、材料台車８２は、バッテリ機関車８１に牽引されることによって、上段軌道部材１１の軌道上を移動して、ベルトコンベア７２の掘削土排出口７２ａ（図１参照）の下方まで移動することができる。材料台車８２は、掘削土排出口７２ａから排出された掘削残土を搭載し、上段軌道部材１１の軌道上を縦穴Ｔ２まで運搬する。これにより、掘削残土は、クレーン装置９１によって引き上げ可能な状態となる。なお、クレーン装置９１は、材料台車８２自体を吊り上げて、地上で材料台車８２を転回して掘削残土を地上に降ろすように構成されていてもよい。
【００３４】
後続台車用軌道２０及び上段軌道部材１１は、直線状の一本のＨ型鋼で形成されている上段枕木１７に横並びで固定されている。上段軌道部材１１は、一対のレール、すなわち掘削方向に向かって左側に配置されている左側レール１１ａと、掘削方向に向かって右側に配置されている右側レール１１ｂと、を備えている。上段軌道部材１１は、第１物資運搬軌道とも呼ばれる。
【００３５】
上段枕木１７の下方には、上段軌道部材１１と共通の軌道幅を有する下段軌道装置５０が備えられている。下段軌道装置５０は、シールド掘削システム７０が通過した後において、上段軌道部材１１、後続台車用軌道２０、および上段枕木１７が撤去されることによって上方に露出して利用可能となる。上段軌道部材１１、下段軌道装置５０、および後続台車用軌道２０は、相互に平行に延びている。
【００３６】
図３は、実施形態の下水道施工システムにおいてシールド掘削システム７０が前進した状態を示す縦断面図である。図４は、実施形態の下水道施工システムの構成を示すＢ−Ｂ断面図である。本図では、シールド掘削システム７０の前進によって、シールド掘削システム７０の後方に下段軌道装置５０が露出して利用可能となった状態が示されている。下段軌道装置５０は、第２物資運搬軌道とも呼ばれる。
【００３７】
掘削坑内Ｔ１には、セグメントＳが組立てられて坑内壁９５が形成されている。このような工事は一次覆工と呼ばれる。掘削坑内Ｔ１は、軌道構造６０の構成に応じて、一次覆工完了区間Ｚ１と、二次覆工可能区間Ｚ２と、遷移区間Ｚ３とに分けられている。一次覆工完了区間Ｚ１は、下段軌道装置５０、上段軌道部材１１、および後続台車用軌道２０が備えられている区間である。二次覆工可能区間Ｚ２は、上段軌道部材１１、後続台車用軌道２０、および上段枕木１７が撤去され、下段軌道装置５０が露出することによって広い作業空間（移動空間あるいは敷設空間）が確保されて二次覆工が可能な区間である。遷移区間Ｚ３は、上段軌道部材１１、後続台車用軌道２０、および上段枕木１７が撤去され、上段軌道部材１１と下段軌道装置５０とを接続する連結軌道装置３０が設置されている傾斜区間である。なお、一次覆工完了区間Ｚ１は、切羽区間とも呼ばれる。
【００３８】
図５は、実施形態の下段軌道装置５０の構成を示す斜視図である。図６は、実施形態の下段軌道装置５０を掘削方向に見た正面図である。下段軌道装置５０は、下段枕木５１と、一対の下段軌道部材５５，５６とを備えている。下段枕木５１は、坑内壁９５の内面の周方向に沿う方向に湾曲している湾曲部５４ａと、一対の折り曲げ部５４ｂ，５４ｃと、一対の起立部５４ｄ，５４ｅと、位置決め部材５３ａ，５３ｂとを備えている。下段枕木５は、第２枕木とも呼ばれる。位置決め部材５３ａ，５３ｂは、一対の突出部とも呼ばれる。
【００３９】
下段枕木５１は、金属製の平板を曲げ加工で湾曲させて湾曲部５４ａを形成するとともに、一対の折り曲げ部５４ｂ，５４ｃにおいて折り曲げて一対の起立部５４ｄ，５４ｅを形成し、位置決め部材５３ａ，５３ｂを溶着することによって製造される。位置決め部材５３ａ，５３ｂは、湾曲部５４ａの両端部を形成する一対の折り曲げ部５４ｂ，５４ｃの各々から湾曲部５４ａの中心位置に向かってそれぞれ同一距離だけ離間させて設けられている。
【００４０】
下段軌道部材５５は、相互に直角に折り曲げられている第１の板部５５ａと第２の板部５５ｂとで構成されている断面を含むＬ型鋼を長手方向に切断することによって製造され、下段枕木５１に溶着されている。第１の板部５５ａは、起立部５４ｄの上端部に溶着されている。第２の板部５５ｂは、位置決め部材５３ａに溶着されている。一方、下段軌道部材５６は、相互に直角に折り曲げられている第１の板部５６ａと第２の板部５６ｂとで構成されている断面を含むＬ型鋼を長手方向に切断することによって製造され、下段枕木５１に溶着されている。第１の板部５６ａは、起立部５４ｅの端部に溶着されている。第２の板部５６ｂは、位置決め部材５３ｂに溶着されている。第１の板部５５ａ及び第１の板部５６ａの上面は、第２物資運搬軌道面とも呼ばれる。
【００４１】
下段軌道装置５０は、一般的なレール部材を使用しない簡易な構成を有することによって、坑内壁９５の底部からの高さを低くすることができるので、掘削坑内Ｔ１に広い作業空間を確保することができる。これにより、下段軌道装置５０は、掘削坑内Ｔ１に埋設される強化プラスティック管９８を掘削坑内Ｔ１に搬入することができる。換言すれば、下段軌道装置５０は、掘削坑内Ｔ１の内径を有効利用することを可能とするので、強化プラスティック管９８の外形に対して、掘削坑内Ｔ１の内径を小さくして掘削量を低減させることができる。
【００４２】
図７は、実施形態の二次覆工が完了した状態を示す断面図である。二次覆工とは、本実施形態では、強化プラスティック管９８を埋設する工事である。強化プラスティック管９８は、発泡モルタル層９７によって掘削坑内Ｔ１において坑内壁９５に対して固定されている。発泡モルタル層９７は、坑内壁９５と強化プラスティック管９８との間に注入された発泡コンクリートである中込材が硬化したものである。これにより、下水道工事の二次覆工が完了したことになる。
【００４３】
下段軌道装置５０は、図７から分るように、地上で廃棄されること無く発泡モルタル層９７の内部に埋設されている。さらに、後続台車用軌道２０は、前述のように、それ自体が実質的に前方に移動することによって、シールド掘削システム７０が前進するごとに再利用されるので、後続台車用軌道２０の敷設のための資材を顕著に低減させることができる。これにより、軌道の敷設に必要な資材を顕著に低減させるだけでなく、軌道の敷設や撤去に伴う資材の廃棄に起因する環境負荷を顕著に低減させることができる。
【００４４】
図８は、実施形態の連結軌道装置３０の構成を示す斜視図である。連結軌道装置３０は、
下段連結ユニット３１と、中間連結ユニット３２と、上段連結ユニット３３と、下段接続ヒンジ３４と、上段接続ヒンジ３５とを備えている。下段連結ユニット３１には、下段軌道装置５０と連結されるための一対の下段連結軌道部材３１ａ，３１ｂが装備されている。上段連結ユニット３３には、上段軌道部材１１と連結されるための上段連結軌道部材３３ａ，３３ｂが装備されている。中間連結ユニット３２には、下段連結軌道部材３１ａ，３１ｂと上段連結軌道部材３３ａ，３３ｂとを連結するための中間連結軌道３２ａ，３２ｂが装備されている。上段連結軌道部材３３ａ，３３ｂは、第１連結軌道とも呼ばれる。下段連結軌道部材３１ａ，３１ｂは、第２連結軌道とも呼ばれる。
【００４５】
下段接続ヒンジ３４は、下段連結軌道部材３１ａ，３１ｂと中間連結軌道３２ａ，３２ｂとを水平面内で回動可能に接続している。中間連結軌道３２ａ，３２ｂは、それぞれ隙間３２ｅ，３２ｆを空けて一対の下段連結軌道部材３１ａ，３１ｂと連結されている。隙間３２ｅ，３２ｆは、下段連結軌道部材３１ａ，３１ｂと中間連結軌道３２ａ，３２ｂの回動動作によって相互に干渉しないように設けられた隙間である。
【００４６】
上段接続ヒンジ３５は、上段連結軌道部材３３ａ，３３ｂと中間連結軌道３２ａ，３２ｂとを水平面内で回動可能に接続している。中間連結軌道３２ａ，３２ｂは、それぞれ隙間３２ｃ，３２ｄを空けて一対の上段連結軌道部材３３ａ，３３ｂと連結されている。隙間３２ｃ，３２ｄは、上段連結軌道部材３３ａ，３３ｂと中間連結軌道３２ａ，３２ｂの回動動作によって相互に干渉しないように設けられた隙間である。
【００４７】
図９は、下段連結ユニット３１と下段軌道装置５０との接続状態を示す斜視図である。下段連結ユニット３１は、下段連結軌道部材３１ａ，３１ｂと、下段軌道部材５５，５６上を摺動して下段連結軌道部材３１ａ，３１ｂをそれぞれ支持する下段支持部３１ｃ，３１ｄと、下段平行度規制部３１ｅ，３１ｆと、を備えている。下段平行度規制部３１ｅ，ｆは、下段軌道部材５５，５６を外側から挟むことによって、下段軌道部材５５，５６に対する下段連結軌道部材３１ａ，３１ｂの平行度を維持することができる。下段支持部３１ｃ，３１ｄは、第２支持部とも呼ばれる。下段平行度規制部３１ｅ，３１ｆは、第２平行度規制部とも呼ばれる。
【００４８】
下段平行度規制部３１ｅ，３１ｆは、それぞれ起立部５４ｄ，５４ｅに対して締結工具としてのブルマン等で簡易に締結することができる。これにより、たとえば車輪７５ｄの通過時に下段軌道装置５０から下段連結軌道部材３１ａ，３１ｂがずれてしまう事態を防止することができる。ただし、連結軌道装置３０の軌道方向の位置は、起立部５４ｄ，５４ｅの軌道方向において飛び飛びの位置（起立部５４ｄ，５４ｅの存在位置）に制限されることになる。
【００４９】
下段支持部３１ｃは、下段平行度規制部３１ｅから下段軌道部材５５の中心側に延びて下段軌道部材５５の内側の面５５ｆと共通する面３１ｉを有するように構成されている。下段支持部３１ｄは、下段支持部３１ｃと対称の構成を有している。下段連結軌道部材３１ａ，３１ｂは、それぞれの端部３１ｊ，３１ｋに近づくほど、高さが低くなる形状（断面厚さが薄くなる形状）を有している。下段支持部３１ｃ，３１ｄは、それぞれの内側角部３１ｇ，３１ｈに近づくほど、高さが低くなる形状を有している。これにより、下段軌道部材５５，５６への軌道の円滑な連結が実現されている。
【００５０】
図１０は、上段連結ユニット３３の下段軌道部材５５，５６への設置状態を示す斜視図である。上段連結ユニット３３は、上段連結軌道部材３３ａ，３３ｂと、下段軌道部材５５，５６上を摺動して上段連結軌道部材３３ａ，３３ｂを支持する上段支持部３３ｃと、を備えている。上段支持部３３ｃは、一対のソリ部３３ｄ，３３ｅと、上段平行度規制部３３ｆ１，３３ｆ２と、連結腕３３ｇと、を備えている。一対のソリ部３３ｄ，３３ｅは、上段支持部３３ｃを下段軌道部材５５，５６上において円滑に摺動させるための部材である。連結軌道装置３０の移動は、バッテリ機関車８１が連結腕３３ｇで掘削側に牽引することによって簡易に実現することができる。一対のソリ部３３ｄ，３３ｅには、上段支持部３３ｃの下面において下段軌道部材５５，５６上を摺動するための各平面が連なっている。上段支持部３３ｃは、第１支持部とも呼ばれる。
【００５１】
上段平行度規制部３３ｆ１，３３ｆ２は、上段支持部３３ｃの移動において上段軌道部材１１に対する上段連結軌道部材３３ａ，３３ｂの平行度を維持する部材である。平行度の維持は、上段平行度規制部３３ｆ１，３３ｆ２が下段軌道部材５５，５６の内側に挟まれることによって実現されている。上段平行度規制部３３ｆ１，３３ｆ２は、上段軌道部材１１との左右方向の位置決めも自動的に行うことができる。
【００５２】
これにより、上段連結ユニット３３は、バッテリ機関車８１に牽引されて円滑に移動することができるとともに、上段軌道部材１１との位置関係や平行度も自動的に調整されることになる。なお、上段平行度規制部３３ｆ１，３３ｆ２と下段軌道部材５５，５６の内側との間に所定の隙間を設けておき、摺動を円滑化するための別部材を装着するようにしてもよい。
【００５３】
図１１は、本実施形態の上段接続アダプタ３６を示す斜視図である。上段接続アダプタ３６は、上段連結軌道部材３３ａ，３３ｂと上段軌道部材１１との間の隙間において軌道を形成して両者を接続するアダプタである。上段連結軌道部材３３ａ，３３ｂと上段軌道部材１１との間に隙間が発生するのは、連結軌道装置３０の位置が下段枕木５１の位置によって飛び飛びの位置に制限され、上段連結軌道部材３３ａ，３３ｂの位置を上段軌道部材１１の位置に合わせて微調整できないからである。
【００５４】
上段接続アダプタ３６は、Ｃ型の断面を有する型材を加工することによって製造することができる。上段接続アダプタ３６は、平行な一対の板部３６ａ，３６ｃと、一対の板部３６ａ，３６ｃに対して垂直な板部３６ｂと、を有している。平行な一対の板部３６ａ，３６ｃは、垂直な板部３６ｂによって接続されている。本実施形態では、上段接続アダプタ３６と対称な形状を有するアダプタ（図示省略）も使用される。
【００５５】
板部３６ｃには、軌道方向の端部に向かって厚さが薄くなるように形成された傾斜面３６ｄ，３６ｅが形成されている。板部３６ｂには、軌道方向の端部に向かって厚さが薄くなるように形成された傾斜面３６ｆ，３６ｇが形成されている。傾斜面３６ｄ，３６ｆは、上段連結軌道部材３３ｂとの軌道の接続を滑らかにするために形成されている傾斜面である。傾斜面３６ｅ，３６ｇは、上段軌道部材１１の右側レール１１ｂとの軌道の連結を滑らかにするために形成されている傾斜面である。傾斜面は、たとえば切削加工によって簡易に形成することができる。
【００５６】
図１２は、本実施形態の中間接続アダプタ３８を示す斜視図である。中間接続アダプタ３８は、中間連結軌道３２ａ，３２ｂの両端で生じる隙間３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｆ（図８参照）において隙間を埋める軌道を形成して連結するアダプタである。Ｌ型の断面を有する型材と２枚の平板を相互に溶着し、一部に切削加工を施すことによって製造することができる。Ｌ型の断面を有する型材は、相互に垂直に接続されている２枚の板部３８ｂ，３８ｃを有している。板部３８ｃには、中間連結軌道３２ａ，３２ｂ等との軌道の連結を滑らかにするために軌道方向の端部に向かって厚さが薄くなるように形成されている傾斜面３８ｄ，３８ｅが設けられている。板部３８ｂには、中間連結軌道３２ａ，３２ｂ等との軌道の連結を滑らかにするために軌道方向の端部に向かって厚さが薄くなるように形成されている傾斜面３８ｇ，３８ｈが設けられている。
【００５７】
板部３８ｂには、板材３８ａが溶着されている。平行に配置されている板材３８ａと板部３８ｃとの間には、板材３８ｆが溶着されている。板材３８ｆは、隙間３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｆ（図８参照）に挿入され、軌道上において隙間３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｆの位置に拘束されることになる。すなわち、中間接続アダプタ３８は、隙間３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｆに嵌め込むだけで、位置ズレを生じさせること無く軌道を連結させることができる。
【００５８】
（実施形態の下水道工事の内容）
図１３は、実施形態の下水道施工の各工程を示すフローチャートである。ステップＳ１０では、一次覆工（図３参照）が行われる。一次覆工は、シールド掘削システム７０によって地中を掘削するとともに、掘削孔の内面に対してセグメントＳを組立てて坑内壁９５を形成する工程である。
【００５９】
ステップＳ２０では、二次覆工（図７参照）が行われる。二次覆工は、坑内壁９５が形成された坑内に強化プラスティック管９８を運び込むとともに、強化プラスティック管９８を相互に接続した状態において発泡モルタルで埋設する工程である。二次覆工は、掘削が完了してシールド掘削システム７０が坑内から運び出された状態で行われるので、シールド掘削システム７０の移動に使用される後続台車用軌道２０が不要な工程である。
【００６０】
図１４は、実施形態の一次覆工の各工程を示すフローチャートである。ステップＳ１１では、作業者は、掘削工程を実行する。掘削工程は、泥土圧シールド７１で地中を掘削して前進する工程である。泥土圧シールド７１は、その先端部の圧力分布を調整することによって上下左右に方向を操作することができる。これにより、泥土圧シールド７１は、民間地の地下を回避して道路下の地中を掘り進むことができる。
【００６１】
ステップＳ１２では、作業者は、セグメント組立工程を実行する。セグメント組立工程は、坑内壁９５が複数の部分に分割されたセグメントＳを油圧ジャッキ等で前方に押し込んで相互に連結して組立てる工程である。セグメントＳは、本実施形態では、掘削方向の長さが０．９ｍなので、ステップＳ１１とステップＳ１２とを順に実行することによって、泥土圧シールド７１は、０．９ｍ前進することができる。一方、上段軌道部材１１を形成するレールは、本実施形態では、単体として５ｍの長さを有しているので、ステップＳ１１とステップＳ１２の各工程を５回乃至６回繰り返すことによって、泥土圧シールド７１の前方において、上段軌道部材１１を形成するレールを敷設するだけの長さの掘削坑内Ｔ１を確保することができる（ステップＳ１３，Ｓ１４）。
【００６２】
ステップＳ１５では、作業者は、軌道設置工程を実行する。軌道設置工程は、（１）坑内壁９５のリブ９５ｒに対して下段軌道装置５０を溶着して固定する工程と、（２）坑内壁９５のリブ９５ｒに対して上段枕木１７を組み付ける工程と、（３）上段枕木１７に対して上段軌道部材１１と後続台車用軌道２０と組み付ける工程とを含んでいる。上段軌道部材１１、後続台車用軌道２０、および上段枕木１７は、シールド掘削システム７０が通過した後の資材を再利用することによって敷設される。
【００６３】
上段軌道部材１１、後続台車用軌道２０、および上段枕木１７は、再利用が可能となるように組立と解体とが簡単にできるように坑内壁９５に対して組みつけられている。上段枕木１７は、たとえば上段枕木１７の両端に締結（たとえば溶着）されたブルマン（図示省略）によってリブ９５ｒを締め付けることによって固定することができる。上段軌道部材１１と後続台車用軌道２０とは、ネジ等の締結部材を使用して固定することができる。
【００６４】
このように、本実施形態では、下段軌道装置５０の材料だけを搬入することによって、上段軌道部材１１、後続台車用軌道２０、および上段枕木１７の資材を地上から搬入することなく、泥土圧シールド７１の前方に全ての軌道装置を装着することができる。一方、下段軌道装置５０は、上述のように極めて簡素な構成を有しているので、最小限の資材の搬入で軌道を前方に延ばすことができる。
【００６５】
ステップＳ１６では、作業者は、連結軌道装置移動工程を実行する。連結軌道装置移動工程は、シールド掘削システム７０の後方における上段軌道部材１１、後続台車用軌道２０、および上段枕木１７の撤去によって露出した下段軌道装置５０を使用して、上段軌道部材１１と下段軌道装置５０の軌道を連結するために連結軌道装置３０を前進させる工程である。連結軌道装置３０の前進は、前述のように連結軌道装置３０が有する連結腕３３ｇ（図１０参照）をバッテリ機関車８１で牽引することによって行うことができる。
【００６６】
ステップＳ１７では、作業者は、連結軌道工程を実行する。連結軌道工程は、連結軌道装置３０を使用して下段軌道装置５０と上段軌道部材１１の軌道を連結する工程である。連結軌道工程は、（１）一対の上段接続アダプタ３６を使用して下段軌道装置５０を連結軌道装置３０の下段連結軌道部材３１ａ，３１ｂに連結する工程と、（２）上段軌道部材１１を上段連結軌道部材３３ａ，３３ｂに連結する工程と、（３）４個の中間接続アダプタ３８を装着する工程と、を含んでいる。
【００６７】
ステップＳ１８では、作業者は、貫通を確認する。貫通は、終端地に掘削されている縦孔（図示省略）に到達することを意味する。作業者は、坑内壁９５を完成させた後にシールド掘削システム７０を解体して地上に搬出する。
【００６８】
図１５は、実施形態の二次覆工の各工程を示すフローチャートである。ステップＳ２１では、作業者は、配管敷設工程を実行する。配管敷設工程は、バッテリ機関車８１によって掘削坑内Ｔ１の内部で強化プラスティック管９８を運搬し、その埋設位置に固定する工程である。埋設位置への固定は、たとえばレバーブロック（登録商標）等によって芯出し作業を行った後に埋設済みの強化プラスティック管９８に連結し、その状態で坑内壁９５と強化プラスティック管９８との間に位置決め用の治具（図示省略）を装着することによって行われる。
【００６９】
ステップＳ２２では、作業者は、間仕切壁設置工程を実行する。間仕切壁設置工程は、中込材の注入時に中込材の流出を防ぐために坑内壁９５と強化プラスティック管９８との隙間に間仕切壁を設置する工程である。間仕切壁は、たとえばセメントレンガやモルタルで形成される。
【００７０】
ステップＳ２３では、作業者は、中込材注入工程を実行する。中込材注入工程は、地上のミキシングプラント（図示省略）で配合された中込材を圧送管（図示省略）で掘削坑内Ｔ１に送って、坑内壁９５と強化プラスティック管９８との隙間に中込材を注入する工程である。
【００７１】
本発明は以下の効果を奏することができる。
（１）一次覆工においては、以下の効果を奏することができる。すなわち、極めて簡素な構成の下段軌道装置５０の資材だけを搬入することによって、上段軌道部材１１、後続台車用軌道２０、および上段枕木１７の資材を地上から搬入することなく、泥土圧シールド７１の前方に全ての軌道装置を装着することができる。これにより、後続台車用軌道２０や下段軌道装置５０の敷設のための資材の廃棄に起因する環境負荷を低減させることができる。
（２）一次覆工の完了後に二次覆工を開始するまでには、一次覆工用の軌道の撤去と二次覆工用の軌道の設置のための工期を費用としていたが、本実施形態によれば、一次覆工の完了時に自動的に二次覆工用の軌道が完成していることになる。これにより、工期を顕著に短縮化することができる。
（３）二次覆工においては、下段軌道装置５０は、掘削坑内において広い敷設空間を提供することができるので、地上で廃棄されること無く発泡モルタル層９７の内部に埋設することができる。これにより、下段軌道装置５０の資材撤去の工期を不要として、その廃棄に起因する環境負荷を低減させることができる。
【００７２】
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態に限らず、例えば次のように実施されてもよい。
【００７３】
上記実施形態では、下水道の敷設を例にとって本発明を説明しているが、たとえば上水道や光ケーブル、電線地中化といった管状部材を埋設する工事に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１１…上段軌道部材、１７…上段枕木、２０…後続台車用軌道、３０…連結軌道装置、
５０…下段軌道装置、６０…軌道構造、７０…シールド掘削システム、７１…泥土圧シールド、７２…ベルトコンベア、７３…運転台車、７４…電源台車、７５…制御盤台車、
７６…油圧源台車、７７…トランス台車、７８…ケーブルリール台車、８０…坑内運搬車両列、８１…バッテリ機関車、８２…材料台車、８３…運搬車両、９１…クレーン装置、
９７…発泡モルタル層、９８…強化プラスティック管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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