(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機により、断面が矩形状の覆工部を、順次並行して構築していく際に、シールド本体内面から、矢板を、隣接する既設の覆工部の両外面に沿って押し出し、この矢板にて囲まれた隙間部分に止水材を注入することを特徴とするシールド工法。
【請求項２】
断面が矩形状の覆工部を構築するためのシールド掘進機であって、断面が矩形状にされたシールド本体と、このシールド本体の前端部に回転自在に設けられて矩形状穴を掘削するためのカッタヘッドと、並設された既設の覆工部との隙間部分の外面に矢板を打設する矢板打設装置とを有し、かつ上記矢板打設装置を、シールド本体側に配置された矢板保持装置と、シールド本体の側部内面に配置された矢板案内装置と、この矢板案内装置により所定の方向で案内支持された矢板を、シールド本体内面から隣接する既設の覆工部の両外面に沿って押し出す矢板押出装置とから構成したことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項３】
矢板押出装置に、矢板案内装置により所定の方向で案内支持された矢板の端部を押圧するシリンダー装置を具備させたことを特徴とする請求項２記載のシールド掘進機。
【請求項４】
矢板押出装置に、矢板案内装置により所定の方向で案内支持された矢板をクランプして押し出すチェーンを具備させたことを特徴とする請求項２記載のシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超大型断面のトンネルの壁体を構成するために、シールド掘進機により断面が矩形状の小トンネル覆工部を構築するシールド工法およびそのシールド工法に使用するシールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、自動車用（または鉄道用）の超大型断面のトンネルを掘削する場合、図１６に示すように、まずトンネル１０１の周囲に、トンネル１０１の壁体となる比較的厚みのある覆工体１０２を構築し、この覆工体１０２で囲まれた内側部分を、後からパワーショベルなどの通常の掘削機を使用して掘削する工法が提案されている。
【０００３】
ところで、この覆工体１０２を構築する方法としては、覆工体１０２の厚みまたは幅に相当する矩形状の穴すなわち矩形状の小トンネルを掘削するシールド掘進機１１１を所定間隔置きに並べて配置し、例えばシールド掘進機（矩形３連型）１１１Ａを先行させ、次にシールド掘進機１１１Ｂを、次にシールド掘進機１１１Ｃ，１１１Ｄと、順次、シールド掘進機１１１を進めて、複数個の小トンネル１０３を掘削するとともに、各小トンネル１０３にそれぞれ覆工部１０４を順次構築していく方法が提案されている。
【０００４】
そして、このような小トンネル１０３に覆工部１０４を順次構築していく場合、既に構築された覆工部１０４Ａとこれから構築しようとする覆工部１０４Ｂすなわちシールド掘進機のシールド本体との隙間周辺に止水用の薬液などを注入して地盤を改良しながら、新しい覆工部１０４Ｂを構築する方法が考えられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の構築方法によると、既設の覆工部１０４Ａとの隙間周辺に薬液を注入する作業が非常に面倒であり、また薬液の効果が現れるまでに時間を要するという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、小トンネルを掘削して順次覆工部を構築していく際に、容易かつ短時間に覆工部を構築し得るシールド工法およびシールド掘進機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のシールド工法は、シールド掘進機により、断面が矩形状の覆工部を、順次並行して構築していく際に、シールド本体内面から、矢板を、隣接する既設の覆工部の両外面に沿って押し出し、この矢板にて囲まれた隙間部分に止水材を注入する方法である。
【０００８】
また、上記課題を解決するため、本発明のシールド掘進機は、断面が矩形状の覆工部を構築するためのシールド掘進機であって、断面が矩形状にされたシールド本体と、このシールド本体の前端部に回転自在に設けられて矩形状穴を掘削するためのカッタヘッドと、並設された既設の覆工部との隙間部分の外面に矢板を打設する矢板打設装置とを有し、かつ上記矢板打設装置を、シールド本体側に配置された矢板保持装置と、シールド本体の側部内面に配置された矢板案内装置と、この矢板案内装置により所定の方向で案内支持された矢板を、シールド本体内面から隣接する既設の覆工部の両外面に沿って押し出す矢板押出装置とから構成したものである。
【０００９】
また、上記シールド掘進機の矢板押出装置に、矢板案内装置により所定の方向で案内支持された矢板の端部を押圧するシリンダー装置を具備させたものである。
【００１０】
さらに、上記シールド掘進機の矢板押出装置のシリンダー装置の替わりに、矢板案内装置により所定の方向で案内支持された矢板をクランプして押し出すチェーンを具備させたものである。
【００１１】
上記のシールド工法およびシールド掘進機の構成によると、断面が矩形状の覆工部を、順次並行して構築していく際に、シールド本体内面から、矢板を、隣接する既設の覆工部の両外面に沿って押し出すようにしたので、新しく構築する覆工部と既設の覆工部との隙間部分が矢板で覆われるため、止水材である止水用の薬液を地中に注入する場合に、その注入量が非常に少なくて済み、また掘削作業をより安全に行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のシールド掘進機における第１の実施の形態を、図１〜図１３に基づき説明する。
【００１３】
本発明に係るシールド掘進機は、超大型断面のトンネル周囲の壁体を構成する覆工体を構築するのに使用されるものであり、断面が矩形状の覆工部（覆工体を複数に分割したもの）をトンネルの周囲に順次並設するためのものであって、隣接する既設の覆工体の上に、覆工部を設ける場合について説明する。
【００１４】
すなわち、図１〜図４において、１１は既に構築された矩形状の覆工部１（１Ａ）に沿って同じ矩形状の小トンネルを掘削するとともに新しい覆工部１（１Ｂ）を構築するためのシールド掘進機で、断面が矩形状のスキンプレート１２により構成されたシールド本体１３と、このシールド本体１３の前部に、回転自在に設けられて断面が矩形状のトンネルを掘削し得るカッタヘッド（ルーロの三角形を利用した三矢状のカッタアームを使用したもの）１４と、カッタヘッド１４により掘削された掘削土砂を排出するためのスクリュウ式排土装置（図示せず）と、同じくシールド本体１３の後部に配置されたセグメント組立装置１５と、シールド本体１３内から既設の覆工部１Ａの両外面に沿って矢板１０を押し出して地中内に打設する矢板打設装置１６とから構成されている。
【００１５】
次に、上記矢板打設装置１６を詳細に説明する。この矢板打設装置１６は、矢板を保持するための矢板保持装置２１と、シールド本体１３の左右の側壁である側部スキンプレート１２ａの内面に配置されて矢板１０を所定の姿勢に維持して案内するための矢板案内装置２２と、上部スキンプレート１２ｂ側に設けられて矢板１０を押し出すための矢板押出装置２３とから構成されている。
【００１６】
上記矢板保持装置２１は、本実施の形態においては、セグメント組立装置１５が使用される。すなわち、このセグメント組立装置１５には、図３〜図６に示すように、この組立装置の旋回リング３１に、ガイド部材３２および移動用シリンダー装置３３により鉛直面内でかつ放射方向に沿って移動自在に設けられたセグメントの支持体３４と、この支持体３４の先端部に、着脱自在に設けられた矢板取付金具３５とから構成されている。この矢板取付金具３５は、支持体３４に固定された取付用板体３６と、この取付用板体３６の前面に突設されて矢板１０を保持するための保持ピン３７とから構成されている。なお、この保持ピン３７は、例えば取付用板体３６から引き抜くことができ、また矢板１０側には、保持ピン３７に係脱自在な穴部が形成されている。
【００１７】
また、上記矢板案内装置２２は、シールド本体１１の側部スキンプレート１２ａの内面に配置された第１シリンダー装置（具体的には、シールドジャッキが使用される）４１と、この第１シリンダー装置４１のロッド部４１ａの先端に取付部材（例えば、シールドジャッキのスプレッダが使用される）４２を介して取り付けられた半円形状の矢板１０の姿勢変更板体４３と、同じく側部スキンプレート１２ａの内面に配置された第２シリンダー装置（同様に、シールドジャッキが使用される）４４と、この第２シリンダー装置４４のロッド部４４ａの先端に取付部材（同様に、シールドジャッキのスプレッダが使用される）４５を介して取り付けられて所定の傾斜支持端面４６ａが形成された矢板１０の姿勢維持板体４６とから構成されている。
【００１８】
さらに、上記矢板押出装置２３は、シールド本体１３の上部スキンプレート１２ｂに設けられた支持ブラケット５１に、その基端部が取付ピン５２により回動自在に取り付けられた押出用シリンダー装置５３と、上記上部スキンプレート１２ｂと押出用シリンダー装置５３のシリンダー本体部５３ａとに渡って設けられて押出用シリンダー装置５３の姿勢を調整するための姿勢調整用シリンダー装置５４と、上記押出用シリンダー装置５３のロッド部５３ｂの先端部に取り付けられた矢板１０との当接部材５５とから構成されている。なお、この当接部材５５の先端部は、矢板１０側のＶ字形状に形成された係合部１０ａに係合するようにＶ字形状（山形状）にされている。
【００１９】
次に、矢板の打設作業について説明する。
まず、図５〜図７に示すように、セグメント組立装置１５の支持体３４に取り付けられた矢板取付金具３５に、保持ピン３７を介して矢板１０を保持させた後、図８および図９に示すように、移動用シリンダー装置３３を突出させて、側部スキンプレート１２ａの内面に沿う位置、すなわち側部スキンプレート１２ａと覆工部１（１Ｂ）の外面との間の隙間（スキンプレートと覆工部１Ｂとのクリアランス部分）ａに対応する位置に移動させる。
【００２０】
次に、図１０〜図１２に示すように、第１シリンダー装置４１のロッド部４１ａを突出させて、姿勢変更板体４３により矢板１０の姿勢を所定の傾斜角度まで傾斜させ、矢板１０の先端部を隙間ａ側に移動させる。
【００２１】
次に、図１３に示すように、第２シリンダー装置４４のロッド部４４ａを突出させて、矢板１０の側面を姿勢維持板体４６により支持して、その姿勢を維持させる。
【００２２】
次に、姿勢調整用シリンダー装置５４を作動させて、当接部材５５が取り付けられた押出用シリンダー装置５３の姿勢を調整する。すなわち、その姿勢を矢板１０の押し出し方向と一致させるとともに、そのロッド部５３ｂを突出させて、当接部材５５を矢板１０の後端部の係合用凹部１０ａに係合させる。
【００２３】
次に、矢板１０の保持ピン３７を引き抜いた後、支持体３４を、シールド本体１３の中心側に移動（退避）させる。そして、この状態で、押出用シリンダー装置５３のロッド部５３ｂを徐々に突出させて、矢印ｂで示すように、矢板１０をこのシールド掘進機１１の下方に位置する、すなわち隣接する既設の覆工部１Ａ側に、かつその覆工部１Ａの外面に沿って押し出す。
【００２４】
上記の一連の動作を繰り返すことにより、シールド本体１３から、すなわち新たに構築された新設の覆工部１Ｂから既設の覆工部１Ａに渡って、矢板１０が順次打設されていく。
【００２５】
したがって、図２に示すように、新設の覆工部１Ｂと既設の覆工部１Ａとの間の隙間部分が矢板１０で覆われるため、この隙間部分の近傍地中ｃに止水材である止水用の薬液を注入する場合に、薬液の注入量が非常に少なくて済み経済的であるとともに、地中を固める作業を容易にかつその時間を大幅に短縮することができ、さらに掘削作業をより安全に行うことができる。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施の形態を、図１４および図１５に基づき説明する。上記第１の実施の形態においては、矢板を打設するのに、押出用シリンダー装置を使用したが、本第２の実施の形態においては、チェーンを使用して、矢板を打設するようにしたものである。
【００２７】
なお、第１の実施の形態と異なる所は、矢板打設装置の内、矢板押出装置の部分であるため、この第２の実施の形態においては、矢板押出装置についてだけ説明するものとし、その他の同一の構成部材については、第１の実施の形態と同一の部品番号を使用してその説明を省略する。
【００２８】
すなわち、本第２の実施の形態における矢板押出装置６１は、シールド本体１３の側部スキンプレート１２ａ後端部の内面に揺動自在に設けられたチェーン式の押出装置で、具体的には、側部スキンプレート１２ａの内面に揺動自在に取り付けられたフレーム体６２と、このフレーム体６２の前後端部に配置された駆動用スプロケット６３および従動用スプロケット６４と、これら両スプロケット６３，６４間に無端状に巻回されたチェーン６５と、上記フレーム体６２の前方寄り端部に取り付けられて上記駆動スプロケット６３を回転させる駆動モータ（例えば、油圧モータが使用される）６６と、上記チェーン６５の所定位置に取り付けられて矢板１０をクランプするクランプ装置６７とから構成されている。
【００２９】
したがって、この矢板押出装置６１の構成において、矢板１０を、スキンプレートとセグメントである覆工部１（１Ｂ）との間の隙間ａから地中内に打設する場合、まずセグメント組立装置１５側の支持体３４に保持された矢板１０を、側部スキンプレート１２ａの内面まで移動させた後、チェーン６５に取り付けられたクランプ装置６７に保持させる。
【００３０】
次に、第１シリンダー装置４１を作動させて、姿勢変更板体４３を突出させて、クランプ装置６７により保持された矢板１０の姿勢を、図１４の仮想線にて示すように、所定の傾斜角度でもって傾斜姿勢にする。勿論、この時、チェーン６５側、すなわちフレーム体６２も一緒に傾斜される。
【００３１】
この後、矢板１０を保持している保持ピン３７を外し、支持体３４をシールド本体１３の中心側に移動（退避）させる。次に、この状態で、駆動モータ６６を駆動してチェーン６５を回転させれば、チェーン６５の駆動力により、矢板１０は、覆工部１（１Ａ）の外面に沿って地中内に押し出され打設される。この場合も、第１の実施の形態と同様の効果が発揮される。
【００３２】
なお、上記各実施の形態において、矢板を保持するのに、セグメント組立装置を利用したが、勿論、矢板を保持する矢板専用の保持装置を具備させてもよい。また、上記各実施の形態において、矢板案内装置の第１および第２シリンダー装置として、シールドジャッキを利用したが、シールドジャッキを使用せずに、別個に、姿勢変更用および姿勢維持用のシリンダー装置を具備させてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明のシールド工法およびシールド掘進機の構成によると、断面が矩形状の覆工部を、順次並行して構築していく際に、シールド本体内面から、矢板を、隣接する既設の覆工部の両外面に沿って押し出すようにしたので、新しく構築する覆工部と既設の覆工部との隙間部分が矢板で覆われるため、止水材である止水用の薬液を地中に注入する場合に、その注入量が非常に少なくて済み、したがって経済的であるとともに、地中を固める作業を容易にかつ作業時間を大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態におけるシールド工法を説明する斜視図である。
【図２】  図１の横断面図である。
【図３】  第１の実施の形態におけるシールド掘進機の要部断面図である。
【図４】  図３のＡ−Ａ矢視図である。
【図５】  第１の実施の形態における矢板打設手順を示す要部断面図である。
【図６】  図５のＢ−Ｂ矢視図である。
【図７】  図５のＣ−Ｃ矢視図である。
【図８】  同矢板打設手順を示す図５のＢ−Ｂ矢視相当図である。
【図９】  同矢板打設手順を示す図５のＣ−Ｃ矢視相当図である。
【図１０】  同第１の実施の形態における矢板打設手順を示す要部断面図である。
【図１１】  図１０のＤ−Ｄ矢視図である。
【図１２】  図１０のＥ−Ｅ矢視図である。
【図１３】  同第１の実施の形態における矢板打設手順を示す要部断面図である。
【図１４】  第２の実施の形態におけるシールド掘進機の要部断面図である。
【図１５】  図１４のＦ−Ｆ矢視図である。
【図１６】  従来例におけるトンネルの掘削工法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１      覆工部
１０      矢板
１１      シールド掘進機
１２      スキンプレート
１２ａ    側部スキンプレート
１３      シールド本体
１５      セグメント組立装置
１６      矢板打設装置
２１      矢板保持装置
２２      矢板案内装置
２３      矢板押出装置
３４      支持体
３５      矢板取付金具
４１      第１シリンダー装置
４３      姿勢変更板体
４４      第２シリンダー装置
４６      姿勢維持板体
５３      押出用シリンダー装置
５４      姿勢調整用シリンダー装置
６１      矢板押出装置
６２      フレーム体
６５      チェーン
６６      駆動モータ
６７      矢板クランプ装置
【図１】
0003666980.tif 000002
【図２】
0003666980.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003666980.tif 000006
【図６】
0003666980.tif 000007
【図７】
0003666980.tif 000008
【図８】
0003666980.tif 000009
【図９】
0003666980.tif 000010
【図１０】
0003666980.tif 000011
【図１１】
0003666980.tif 000012
【図１２】
0003666980.tif 000013
【図１３】
0003666980.tif 000014
【図１４】
0003666980.tif 000015
【図１５】
0003666980.tif 000016
【図１６】
0003666980.tif 000017