(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
立坑内に配置されるシールド本体と、このシールド本体の下方に設けられ立坑内の切羽を掘削するカッターと、少なくとも一部が前記シールド本体に設けられ前記カッターを支持するとともに該カッターを駆動するカッター駆動部とを有し；前記シールド本体は該シールド本体内部を周囲水から隔離する隔壁を備えており、前記カッターは、前記カッターの径方向中心部と外周部との間の中間部において前記カッター駆動部に支持される立坑シールド掘進機において、
前記隔壁のうち前記カッター駆動部に貫通される貫通部分に設けられ、前記立坑シールド掘進機の掘進作業中において該貫通部分のシールを行うとともに、前記立坑シールド掘進機の掘進作業終了後に前記貫通部分を永続的に閉塞するシール機構を有し、かつ、
前記カッター駆動部は、前記カッターを回転させる回転力を発生する回転駆動機構と、前記カッターの中間部にそれぞれ接続された複数の支持部材を備え前記回転駆動機構からの回転力を前記カッターへ伝達する回転伝達機構と、少なくとも前記回転伝達機構の支持部材を前記隔壁に対して上下動させる上下駆動機構と、前記回転伝達機構の少なくとも一部を収納するケースとを備えており、かつ、このケースが、前記シール機構よりも上方で上・下に分割可能であることにより、前記カッター駆動部の少なくとも一部が、前記立坑シールド掘進機の掘進作業終了後において前記シール機構よりも上方で上・下に分断可能に構成されていることを特徴とする立坑シールド掘進機。
【請求項２】
請求項１記載の立坑シールド掘進機において、前記回転駆動機構は回転力を発生するモータであり；前記回転伝達機構は、前記複数の支持部材と、下端近傍が該複数の支持部材に固定された略円環状の１つのカッターリングと、下端近傍が前記カッターリングに固定されたベアリングと、前記ベアリングに設けられたギアに噛合するとともに前記モータに装着されたピニオンとを備えており；前記上下駆動機構は、前記ケースに一端が固定された上下ジャッキであり；かつ、前記ケースは、前記ベアリング及びピニオンを収納する上方部分と、前記支持部材の少なくとも上部を収納する下方部分とに２分割可能な構造で、これら上方部分・下方部分が互いにボルト止めされて結合されていることを特徴とする立坑シールド掘進機。
【請求項３】
請求項２記載の立坑シールド掘進機において、前記回転伝達機構に備えられたベアリングと、前記カッターリングとは、互いにボルト止めされて結合されていることを特徴とする立坑シールド掘進機。
【請求項４】
請求項３記載の立坑シールド掘進機の構成部材のうち少なくとも一部の部材を、前記立坑の掘削作業終了後に前記立坑外へ回収する工程を含むトンネル掘削方法において、
前記立坑の掘削作業終了後に、前記ケースの上方部分と下方部分とを結合させているボルトを外してこれらを分割するとともに、前記ベアリングとカッターリングとを結合させているボルトを外してこれらの結合を解除し、前記カッター駆動部を、前記上方部分及びベアリングを含みこれらより下方に位置しない主要部と、前記下方部分及びカッターリングを含みこれらより上方に位置しない下方部とに分離する第１の手順と、
この第１の手順で分離された前記カッター駆動部の主要部を、該主要部を取り囲むシールド本体壁面から分離した後、該カッター駆動部の主要部を吊り上げて立坑外へ回収する第２の手順と、
を有することを特徴とするトンネル掘削方法。
【請求項５】
請求項４記載のトンネル掘削方法で立坑外へ回収したカッター駆動部の主要部を、横坑内に配置される横坑シールド本体、及びこの横坑シールド本体の掘進方向に設けられ横坑内の切羽を掘削する横坑カッターを備える横坑シールド掘進機に装着し、この装着した前記カッター駆動部の主要部を含む横坑カッター駆動部で前記横坑カッターを駆動することにより、前記横坑の掘削を行うことを特徴とするトンネル掘削方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド工法によって下方へと掘進する立坑シールド掘進機に係わり、特に、カッターが径方向中心部と外周部との間の中間部において駆動部に支持される中間支持方式で、かつ、シールド本体内部を周囲水から隔離する隔壁を設けた隔壁式の立坑シールド掘進機、及びそれを用いたトンネル掘削方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド工法によって下方へと掘進する中間支持方式かつ隔壁式の立坑シールド掘進機を、立坑掘削終了後に回収する方法に関する公知技術としては、例えば、以下のものがある。
▲１▼特開平６−５８０７５号公報
この公知技術は、隔壁上部の各構成要素を解体・回収した後、立坑内に注水してシールドを水没させ、水中において遠隔制御機構を用いてカッターヘッド部分とその周辺部とを分離し、カッターヘッド部分をクレーンで吊り上げて地上へと回収するものである。
【０００３】
▲２▼特開平６−１８５２８４号公報
この公知技術は、カッター保持装置を用いてカッター内周部をカッター外周部から切り放した後、油圧ジャッキを作動させてカッター内周部を含むカッター駆動部及びその上部機器を持ち上げ、その下方に確保された空間に底版コンクリートを打設することにより、補助工法を用いることなくかつシールド内部を大気中に維持したままの状態で回収を行うものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公知技術には以下の課題が存在する。
すなわち、公知技術▲１▼においては、シールド内が水没することから、シールド内から作業員が退避して遠隔操作とする必要があり、回収作業時における作業性の向上が困難という課題があった。
また、公知技術▲２▼においては、コンクリートを打設して地下水圧に対するシールを行うことから、上記▲１▼のような課題はないものの、打設されたコンクリートのみによって防水が行われることから、打設後にコンクリートが膨れるいわゆる盤膨れ等の発生を低減し防水信頼性を向上することが困難である、という課題があった。
【０００５】
本発明の目的は、回収作業時の作業性を向上できるとともに、掘進機回収後における地下水圧に対する防水信頼性を向上できる立坑シールド掘進機及びそれを用いたトンネル掘削方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、立坑内に配置されるシールド本体と、このシールド本体の下方に設けられ立坑内の切羽を掘削するカッターと、少なくとも一部が前記シールド本体に設けられ前記カッターを支持するとともに該カッターを駆動するカッター駆動部とを有し；前記シールド本体は該シールド本体内部を周囲水から隔離する隔壁を備えており、前記カッターは、前記カッターの径方向中心部と外周部との間の中間部において前記カッター駆動部に支持される立坑シールド掘進機において、前記隔壁のうち前記カッター駆動部に貫通される貫通部分に設けられ、前記立坑シールド掘進機の掘進作業中において該貫通部分のシールを行うとともに、前記立坑シールド掘進機の掘進作業終了後に前記貫通部分を永続的に閉塞するシール機構を有し、かつ、前記カッター駆動部は、前記カッターを回転させる回転力を発生する回転駆動機構と、前記カッターの中間部にそれぞれ接続された複数の支持部材を備え前記回転駆動機構からの回転力を前記カッターへ伝達する回転伝達機構と、少なくとも前記回転伝達機構の支持部材を前記隔壁に対して上下動させる上下駆動機構と、前記回転伝達機構の少なくとも一部を収納するケースとを備えており、かつ、このケースが、前記シール機構よりも上方で上・下に分割可能であることにより、前記カッター駆動部の少なくとも一部が、前記立坑シールド掘進機の掘進作業終了後において前記シール機構よりも上方で上・下に分断可能に構成されていることを特徴とする立坑シールド掘進機が提供される。
すなわち、立坑の掘進作業中は、立坑内のシールド本体に配置されたカッター駆動部において、回転機構の回転力をカッター中間部に連結された回転伝達機構を介してカッターに伝達することによって、シールド下方に設けられたカッターを回転させ立坑内の切羽を掘削する。このとき、カッター駆動部は、シールド本体内部を周囲水から隔離する隔壁を貫通して設けられていることから、この隔壁の貫通部分のシールを行うシール機構が設けられる。
そして、所定距離の掘進作業が終了した後、シール機構がその貫通部分を永続的に閉塞し、さらに、カッター駆動部の少なくとも一部を、そのシール機構よりも上方で上・下に分断する。これを可能とするために、例えば以下のような構造とする。
つまり、回転伝達機構の少なくとも一部を収納するケースを、例えばベアリング・ピニオンを収納する上方部分と、下方部分との２分割構造とし、これらをボルト結合させて構成する。これにより、ボルトをゆるめることにより、シール機構よりも上方で、例えばベアリングの下端近傍の位置で簡単に上・下に分割できる。またさらに、例えば下端近傍が支持部材に固定された略円環状のカッターリングとベアリングとをボルト結合させて固定すれば、これらもボルトを緩めて取り外すことにより簡単に上・下に分割できる。したがってこの場合、シール機構よりも上方で、カッター駆動部の全部を簡単に上・下に分割することができる。
これにより、周囲水の侵入を防止しつつ、比較的高価なカッター駆動部の一部を含む隔壁上方の各構成部材に対して作業員による回収作業を行えるので、シールド内を水没させる必要がある場合に比し作業性が向上するとともに、打設されたコンクリートのみによって防水を行う場合に比し盤膨れ等の発生が低減されるので、回収後における地下水圧に対する防水信頼性を向上することができる。
【０００７】
好ましくは、前記立坑シールド掘進機において、前記回転駆動機構は回転力を発生するモータであり；前記回転伝達機構は、前記複数の支持部材と、下端近傍が該複数の支持部材に固定された略円環状の１つのカッターリングと、下端近傍が前記カッターリングに固定されたベアリングと、前記ベアリングに設けられたギアに噛合するとともに前記モータに装着されたピニオンとを備えており；前記上下駆動機構は、前記ケースに一端が固定された上下ジャッキであり；かつ、前記ケースは、前記ベアリング及びピニオンを収納する上方部分と、前記支持部材の少なくとも上部を収納する下方部分とに２分割可能な構造で、これら上方部分・下方部分が互いにボルト止めされて結合されていることを特徴とする立坑シールド掘進機が提供される。
【０００８】
さらに好ましくは、前記立坑シールド掘進機において、前記回転伝達機構に備えられたベアリングと、前記カッターリングとは、互いにボルト止めされて結合されていることを特徴とする立坑シールド掘進機が提供される。
【０００９】
さらに好ましくは、上記目的を達成するために、前記立坑シールド掘進機の構成部材のうち少なくとも一部の部材を、掘削作業終了後に前記立坑外へ回収する工程を含むトンネル掘削方法において、前記ケースの上方部分と下方部分とを結合させているボルトを外してこれらを分割するとともに、前記ベアリングとカッターリングとを結合させているボルトを外してこれらの結合を解除し、前記カッター駆動部を、前記上方部分及びベアリングを含みこれらより下方に位置しない主要部と、前記下方部分及びカッターリングを含みこれらより上方に位置しない下方部とに分離する第１の手順と、この第１の手順で分離された前記カッター駆動部の主要部を、該主要部を取り囲むシールド本体壁面から分離した後、該カッター駆動部の主要部を吊り上げて立坑外へ回収する第２の手順とを有することを特徴とするトンネル掘削方法が提供される。
すなわち、第１の手順で、ケースの上方部分・下方部分、及びベアリング・カッターリングをそれぞれ結合させているボルトを外してこれらの結合を解除し、カッター駆動部を、解除位置より下方に位置しない主要部と、解除位置より上方に位置しない下方部とに分離することにより、単なるボルト外し作業だけで足りることから、切断加工等を行わねばならない場合に比し、分断作業を非常に容易に行うことができる。また、第２の手順で、第１の手順で分離された主要部を、その主要部を取り囲むシールド本体壁面から分離した後、吊り上げて立坑外へ回収することにより、モータ等を備え最も高価であるカッター駆動部の主要部を回収することができる。そしてまた、下方に残されたカッターリングと隔壁貫通部との間を、シール機構によって切羽水圧に耐えつつ永続的に閉塞することができるので、残存下方部を隔壁のシールとして寄与させ、さらに下方のカッターを立坑底部構造物として残存させることができる。
【００１０】
さらに好ましくは、前記トンネル掘削方法で立坑外へ回収したカッター駆動部の主要部を、横坑内に配置される横坑シールド本体、及びこの横坑シールド本体の掘進方向に設けられ横坑内の切羽を掘削する横坑カッターを備える横坑シールド掘進機に装着し、この装着した前記カッター駆動部の主要部を含む横坑カッター駆動部で前記横坑カッターを駆動することにより、前記横坑の掘削を行うことを特徴とするトンネル掘削方法が提供される。
これにより、回収した主要部を横坑カッター駆動部として再利用することでコストダウンを図ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照しつつ説明する。本発明の一実施形態を図１〜図１１により説明する。本実施形態は、立坑シールド掘進機を用いて立坑の掘削が終了した後、そのカッター駆動部の主要部を回収して横坑シールド掘進機のカッター駆動部の一部として転用する掘削方法の実施形態である。
（１）立坑シールド掘進機の構造
本実施形態における立坑シールド掘進機５００の全体構造を表す側断面図を図１に示す。
図１において、本実施形態による立坑シールド掘進機５００は、図示しない吊架手段（例えばワイヤ、ジャッキ等）を介して立坑５０８の上部より全体が吊り下げられており、概略的に言うと、立坑５０８内に配置された円筒状のシールド本体５４１と、このシールド本体５４１の下方すなわち立坑シールド掘進機５００の最下部に設けられ立坑５０８内の切羽５０７を掘削するカッター５０１と、大部分がシールド本体５４１に設けられカッター５０１を駆動するカッター駆動部５０２と、シールド本体５４１における外周部分に設けられるとともにシールド本体５４１を下方へ押圧するシールドジャッキ５２０を備え、シールド本体５４１を掘進方向（図示下方）へ推進させるシールド推進部５０３と、シールド本体５４１に設けられ、シールドジャッキ５２０が下方へ押圧力を作用させるための反力を与えるセグメント５０５を組み立てるエレクター５２１を備えたセグメント組立部５０４と、カッター５０１により掘削された土砂を吸い込んで泥水として排出する２本の土砂吸込配管５０６−ａ,５０６−ｂを有する。
【００１２】
シールド本体５４１は、シールド本体５４１内部を周囲水から隔離する隔壁５０９を備えており、この隔壁５０９により、立坑５０８の坑内と切羽５０７とが隔離されることとなる。また、エレクター５２１は、カッター駆動部５０２の外壁部にあたる構成部材５０２Ａに装着されている。
【００１３】
土砂吸込配管５０６−ａ及び５０６−ｂは、一端がカッタースポーク５０１Ｂの下面近傍に開口して吸込口５１９−ａ及び５１９−ｂを形成している。また、土砂吸込配管５０６−ａ及び５０６−ｂの中間部は、カッター５０１の中心軸近傍のセンターシャフト内５２２に集められて束ねられ、隔壁５０９の中心近傍を貫通するように配置されている。そして、スイベルジョイント５２３の下方において分岐管５３３−ａ及び図示しない分岐管５３３−ｂが分岐されており、かつ分岐管５３３−ａ及び５３３−ｂには、それぞれを開閉可能なバルブ５３４−ａ及び図示しないバルブ５３４−ｂが設けられている。
これら土砂吸込配管５０６−ａ及び５０６−ｂによる排泥は、以下のような送排水システムにおいて行われる。
すなわち、立坑５０８上部に設けた図示しない水タンクから送水管５１６を介して切羽５０７に水が送られ、このとき切羽５０７は地下水位に０．２ｋｇｆ／ｃｍ2を加えた水圧となるように水タンクの上下位置を決定する。切羽５０７からの掘削土砂を含む泥水は、土砂吸込配管５０６−ａ及び５０６−ｂの一端に設けた吸込口５１９−ａ及び５１９−ｂから土砂吸込配管５０６−ａ及び５０６−ｂ内へと吸引される。土砂吸込配管５０６−ａ及び５０６−ｂの他端はスイベルジョイント５２３を介して対応する上部配管５５６−ａ及び５５６−ｂに接続されており、さらに、それぞれ別個独立して立坑５０８上に設置された図示しない３つのサクションポンプに接続されている。スイベルジョイント５２３は回転継手の一種であり、カッター５０１とともに回転する土砂吸込配管５０６−ａ及び５０ｂからの泥水を、構造物に固定されている上部配管５５６−ａ及び５５６−ｂにそれぞれ円滑に導く機能を備えている。これらサクションポンプにより吸い上げられた泥水は、立坑５０８上に設けられた図示しない泥水処理設備で処理された後に水タンクへ導かれ、再び送水管５１６によって切羽５０７へと還流させられる。
【００１４】
カッター５０１は、径方向中心に向かって下方に傾斜する形状のカッタースポーク５０１Ｂに図示しないカッタービットが設けられている。またカッター５０１は、カッター駆動部５０２に備えられたカッター上下ジャッキ５３０により上下自在に吊り下げられるとともに、カッター駆動モータ５１２の回転力で駆動される。このようなカッター駆動部５０２の詳細構造を表す側断面図を図２に示す。
図２及び図１において、カッター５０１は、径方向中心部と外周部との間の中間部５０１Ｃにおいて複数本、例えば６本のカッターアーム５１０により中間支持され、略円環状の１つのカッターリング５４０を介してベアリング５１３に装着されている。またベアリング５１３の外周側にはギア５１５が切ってあり、このギア５１５にカッター駆動モータ５１２に装着されたピニオン５１４が噛合している。カッターリング５４０、ベアリング５１３、カッター駆動モータ５１２はカッター摺動部材５１１（図２中網かけ部で示す）に設置されており、カッター上下ジャッキ５３０により上下に摺動する。
また、カッター摺動部材５１１の外周部には、シールド本体５４１側の出っ張り５４２とかみ合う溝５４３が切ってあり、カッター５０１の回転による反力をシールド本体５４１に伝えている（出っ張り５４２とかみ合う溝５４３は全周に複数箇所、例えば４箇所ある）。さらに、カッターリング５４０のカッターアーム５１０側にはカッターリング５４０と摺動部材５１１との間のシールを行うカッター５０１回転用のシール５３２が取り付けてあり、カッター摺動部材５１１の切羽５０７側の外周にはカッター摺動部材５１１と貫通部５３７近傍の壁面５３５,５３６との間のシールを行う摺動部材用シール５３１が取り付けられている。
【００１５】
また摺動部材５１１は、ベアリング５１３及びピニオン５１５を収納する上方部分５１１Ｕと、カッターリング５４０の少なくとも上部を収納する下方部分５１１Ｌとに２分割可能な構造で、これら上方部分５１１Ｕ・下方部分５１１Ｌが互いにボルト５４９によりボルト止めされて結合されている。さらに、カッターリング５４０とベアリング５１３とが、ボルト５５４によりボルト止めされて結合されている。すなわちこれらにより、摺動部材用シール５３１よりも上方で、カッター駆動部５０２を簡単に上・下に分割可能であるように構成されている。
【００１６】
（２）立坑の掘進
次に、上記構成の立坑シールド掘進機５００における掘進動作を以下に説明する。
立坑シールド掘進機５００全体に関し上下方向に加わる力として、図示しない吊架手段を介し立坑５０８の上部より全体が吊り下げられ、上方への吊架力が加えられている。また、シールド断面積に相当する部分の水圧が上方へかかっている。また、立坑シールド掘進機５００の全体重量が下方にかかっている。一方、カッター５０１の上下動に関し加わる力としては、カッター摺動部材５１１下部のドーナツ状の水平断面積分の水圧揚力が、上方へ向かって作用している。
したがって、まず、上記したカッター５０１にかかる上方への水圧揚力が小さい地表付近において、吊架手段による上方への吊架力によってカッター５０１の自重を緩和して自重の一部のみを加え、カッターの地山への押し付け力が掘削に最適な大きさになるように調整しつつ、カッター５０１を回転しながら下方へ向かって掘削する。図１はこのような通常掘削時においてカッター５０１が最も上方の位置である上限位置にある状態を示しており、この位置より下方に向かって掘削を行う。このとき、カッター駆動部５０２は、隔壁５０９を貫通して設けられていることから、この貫通部５３７のシールが摺動部材用シール５３１で行われる。
このようにしてカッター上下ジャッキ５３０でカッター５０１を吊り下ろしながら、カッター５０１である距離を掘削後、カッター５０１をカッター上下ジャッキ５３０で引き上げ、カッター５０１で掘り下げた分、シールドを吊り下げている吊架手段を延ばし、全体の自重でシールド本体５４１を推進させる。
そして、シールド本体５４１が所定距離推進したところでセグメント５０５をエレクター５２１により組み立てる。
【００１７】
上記手順を繰り返して掘進していくが、下方より隔壁５０９にかかる水圧力が、掘進していくにしたがい地下水圧が大きくなるため増大し、シールド自重で下部へ推進できなくなる。その時点で、シールドジャッキ５２０による推進を行う。
すなわち、カッター５０１である距離を掘削後、カッター５０１をカッター上下ジャッキ５３０で引き上げ、カッター５０１で掘り下げた分シールドジャッキ５２０でシールド本体５４１を推進させることになる。そして上記同様、シールド本体５４１が所定距離推進したところでセグメント５０５をエレクター５２１により組み立てる。
【００１８】
また、一定の深度まで達して、前述したカッター５０１に下方からかかる水圧力が、カッター自重より大きくなった場合は、掘削時に、（水圧揚力）−（カッター自重）＋（カッターの摺動抵抗力）＋（最適荷重）に等しい推力でカッター上下ジャッキ５３０でカッター５０１を切羽５０７の前面に押し付けつつ、カッター５０１を回転させて掘削を行う。つまり、水圧揚力がカッター自重より大きくなりカッターが浮いた状況となるのでカッター上下ジャッキ５３０でカッターを最適荷重で地山に押し付けながら掘削するのである。ここで、最適荷重とは、カッター５０１が能率よく掘削するのに最も適した荷重のことである。このとき、カッター５０１のトルクはカッター５０１の切羽５０７への押付力や排土状況により細かく変化するので、カッター５０１推力の変化のみでなくトルク変化を見ながらカッター上下ジャッキ５３０のストローク量を調整する。これにより、カッター５０１の掘削負荷を調整し、常に最適な推力を加えた状態で掘削を行うことができる。
【００１９】
（３）カッター駆動部の主要部の回収
次に、本実施形態の要部の１つである、所定の立坑掘進作業終了後の立坑シールド掘進機５００における回収作業の手順を説明する。
上述した掘進作業がすべて終了すると、図１に示した状態となる。そしてシールド本体５４１の外周近傍に配置されているエレクター５２１及びシールドジャッキ５２０を取り外す。そして弁５４４（図１参照）より上部の送水管５１６を取り外す。これら取り外した後の状態を図３に示す。
【００２０】
次に、弁５４４を介し送水管５１６内に固化材を注入し、また弁５３４−ａ,ｂを介し土砂吸込配管５０６−ａ,ｂ内に固化材を注入する。この状態を図４に示す。これにより、送水管５１６及び土砂吸込配管５０６−ａ,ｂ内に固化材を充填して固化させ、隔壁５０９下方からの土砂や泥水等が隔壁５０９より上方に流入するのを防止することができる。そして土砂吸込配管５０６−ａ,ｂ内を固化させた後に、スイベルジョイント５２３下方にある取付ボルト（図示せず）を取り外しておく。
【００２１】
また次に、摺動部材５１１の上方部分５１１Ｕと下方部分５１１Ｌとを結合しているボルト５４９を取り外し、さらにベアリング５１３とカッターリング５４０とを結合しているボルト５５４を取り外す。このように、ボルトを取り外すだけであるので、非常に容易に分断することができる。そしてこのとき、図５に示すように、カッター上下ジャッキ５３０及びカッター駆動モータ５１２等の外周を取り囲むシールド本体５４１壁面を切断する。
【００２２】
その後、分断位置より上部にあるカッター駆動部５０２の一部分（カッター駆動モータ５１２、ベアリング５１３、ピニオン５１４、ギア５１５、カッター摺動部材５１１の上方部分５１１Ｕ、カッター上下ジャッキ５３０）を吊り上げて立坑５０８外へ回収する。これにより、最も高価であるカッター駆動部５０２の主要部を回収するとともに、下方に残存するカッター回転用シール５３２を隔壁５０９のシールに寄与させ、さらに下方のカッター５０１を立坑５０８底部構造物として残存させる。そしてまた、前述したように取付ボルトが既に外されているスイベルジョイント５２３を吊り上げて立坑５０８外に回収する。この手順を図６に示す。
【００２３】
（４）横坑シールド掘進機の構造
次に、上記（３）で回収された立坑シールド掘進機５００のカッター駆動部５０２の主要部が転用（後述）される、横坑泥水シールド掘進機の構造を表す縦断面図を図７に示す。
【００２４】
図７において、本実施形態による横坑シールド掘進機２００は、概略的に言うと、図示しない横坑内に配置される円筒状のシールド本体２４１と、このシールド本体２４１の掘進方向前方（図７中左方）すなわち横坑シールド掘進機２００の最前部に設けられ横坑内の切羽を掘削するカッター２０１と、大部分がシールド本体２４１に設けられカッター２０１を駆動するカッター駆動部２０２と、シールド本体２４１における外周部分に設けられるとともにシールド本体２４１を前方へ押圧するシールドジャッキ２２０を備え、シールド本体２４１を前方へ推進させるシールド推進部２０３と、シールド本体２４１に設けられ、シールドジャッキ２２０が前方へ押圧する力を作用させるための反力を与えるセグメント２０５を組み立てるエレクター２２１を備えたセグメント組立部２０４とを有する。
【００２５】
シールド本体２４１は、シールド本体２４１内部を周囲水から隔離する隔壁２０９を備えており、言い換えれば、これら隔壁２０９により、横坑の坑内と切羽とが隔離されることとなる。
また、横坑シールド掘進機２００は、カッター２０１の背面に設けられたカッターチャンバー２４４と、カッター２０１により掘削された土砂を吸い込んで泥水として排出する土砂吸込配管２０６とを備えており、土砂吸込配管２０６の先端部分に設けられた吸込口２０６ａはカッターチャンバー２４４内に開口している。なお、カッターチャンバー２４４内における吸込口２０６ａの上部には、吸込口２０６ａが閉塞等した場合に使用する予備吸込口２０６ｂが設けられている。また土砂吸込配管２０６の後端はサクションポンプ（図示せず）に接続されている。このサクションポンプにより吸い上げられた泥水は、最終的に、横坑の外に設けられた泥水処理設備（図示せず）で処理された後、送水管２１６を介し、送水管２１６の先端に設けられた送水口２１６ａから再びカッターチャンバー２４４内へと還流させられる。
【００２６】
さらにカッター２０１は、カッター駆動部２０２に備えられたカッター前後ジャッキ２３０により前後運動自在に支持されるとともに、カッター駆動モータ２１２の回転力で駆動される。このようなカッター駆動部２０２の詳細構造を表す縦断面図を図８に示す。
図８及び図７において、カッター２０１は、径方向中心部と外周部との間の中間部２０１Ｃにおいて複数本（例えば６本）のカッターアーム２１０により中間支持されている。これにより、大口径においては特に、カッター中心部で支持するセンターシャフト方式やカッター外周部で支持する外周支持方式よりもカッター２０１のたわみが生じにくく、強度的に有利となっている。そしてまたカッター２０１は、略円環状のカッターリング２４０を介してベアリング２１３に装着されている。ベアリング２１３の外周側にはギア２１５が切ってあり、このギア２１５にカッター駆動モータ２１２に装着されたピニオン２１４が噛合している。カッターリング２４０、ベアリング２１３、カッター駆動モータ２１２はカッター摺動部材２１１（図８中網かけ部で示す）に設置されており、カッター前後ジャッキ２３０により前後に摺動する。
また、カッター摺動部材２１１の外周部には、シールド本体２４１側の出っ張り２４２とかみ合う溝２４３が切ってあり、カッター２０１の回転による反力をシールド本体２４１に伝えている（出っ張り２４２とかみ合う溝２４３は全周に複数箇所、例えば４箇所ある）。さらに、カッターリング２４０のカッターアーム２１０側にはカッターリング２４０と摺動部材２１１との間のシールを行うカッター２０１回転用のシール２３２が取り付けてあり、カッター摺動部材２１１の切羽側（図８中左側）にはカッター摺動部材２１１とシールド本体２４１間のシールを行うシール２３１が取り付けられている。
（５）横坑の掘進
次に、上記構成の横坑シールド掘進機２００における掘進動作を以下に説明する。
横坑シールド掘進機２００全体に関し前後方向（図７中の左右方向）に加わる力として、シールド断面積に相当する部分の水圧力が後方へかかっている。一方、カッター２０１の前後動に関し加わる力としては、カッター摺動部材２１１前部のドーナツ状の鉛直断面積Ｓ（図８参照）分の水圧力が、後方へ向かって作用している。
そこでまず、カッター前後ジャッキ２３０でカッター２０１の地山への押し付け力が掘削に最適な大きさになるように調整しつつ、カッター２０１を回転しながら前方へ向かって掘削する。すなわち、（水圧力）＋（カッターの摺動抵抗力）＋（最適荷重）に等しい推力でカッター前後ジャッキ２３０でカッター２０１を切羽の前面に押し付けつつ、カッター２０１を回転させて掘削を行う。つまり、カッター前後ジャッキ２３０でカッターを最適荷重で地山に押し付けながら掘削するのである。ここで、最適荷重とは、カッターが能率よく掘削するのに最も適した荷重のことである。このとき、カッター２０１のトルクはカッター２０１の切羽への押付力や排土状況によって細かく変化するので、カッター２０１推力の変化のみでなくトルク変化を見ながらカッター前後ジャッキ２３０のストローク量を調整する。
このようにしてカッター前後ジャッキ２３０でカッター２０１を前方へ進行させながら、カッター２０１である距離を掘削後、カッター２０１をカッター前後ジャッキ２３０で後退させ、カッター２０１で掘り進んだ分、シールドジャッキ２２０でシールド本体２４１を推進させる。
そして、シールド本体２４１が所定距離推進したところでセグメント２０５をエレクター２２１により組み立てる。
上記のような手順を繰り返し、順次掘進していく。
このような横坑シールド掘進機２００においては、カッター駆動部２０２に備えられたカッター前後ジャッキ２３０でカッター駆動モータ２１２やベアリング２１３等を隔壁２０９に対して掘進方向に前後動させ、カッター２０１で切羽を掘削することにより、隔壁２０９に加わる水圧の大小に応じてカッター前後ジャッキ２３０の押力・引力を自在に変えたり、カッター２０１の前方進み量を調整したりして、カッター２０１の押し付け力を切羽面に最も掘削に適した推力に容易かつ高精度に制御することができる。またカッター２０１を切羽に押し付けすぎて摩擦力が大きくなったり裏込注入液が切羽側に回り込んだりして、カッター２０１が回転困難となった場合には、カッター前後ジャッキ２３０でカッター２０１を隔壁２０９に対し後退させることで、容易にカッター２０１を通常の回転状態に復帰させることができる。
また、上記のようにカッター２０１の切羽への押し付け力をカッター前後ジャッキ２３０で容易かつ高精度に制御できることから、カッター２０１の装備トルクを小さくでき、地山に合った押し付け力で能率よく掘削できる効果がある。
【００２７】
（６）横坑シールド掘進機の組み立て
次に、本実施形態の要部の１つである、上記（３）で回収した立坑シールド掘進機５００のカッター駆動部２の主要部を転用して、上記（４）の構造の横坑シールド掘進機２００を組み立てる手順を、図９〜図１１により説明する。
横坑シールド掘進機２００は、まず最初は、例えば工場内において、縦向きにおいて組み立てられる。すなわちまず、図９で示すように、上記（４）で説明した構造のうち、円筒状のシールド本体２４１が架台２５０の上に載置され、このシールド本体２４１に、予め、シールドジャッキ２２０と、貫通部２３７を備えた隔壁２０９と、この隔壁２０９に設けられる土砂吸込配管２０６（後述）用の吸込口２０６ａ及び予備吸込口２０６ｂと、送水管２１６（後述）用の送水口２１６ａと、カッター摺動部材２１１の下部に相当する部分と、その部分に収納されたカッターリング２４０と、このカッターリング２４０の下端に固定されるカッターアーム２１０と、このカッターアーム２１０で中間支持されたカッター２０１とが取り付けられる。
【００２８】
その後、図１０に示すように、上記（３）で回収した、立坑シールド掘進機５００のカッター駆動部５０２の大部分（カッター駆動モータ５１２、ベアリング５１３、ピニオン５１４、ギア５１５、カッター摺動部材５１１の上部５１１Ｕ、カッター上下ジャッキ５３０）を吊った状態でシールド本体２４１内に下ろし、図１１に示すように、これらを隔壁２０９の貫通部２３７に差し入れ、固定する。これにより、すなわち、これら立坑シールド掘進機５００のカッター駆動モータ５１２、ベアリング５１３、ピニオン５１４、ギア５１５、カッター摺動部材の上部５１１Ｕ、及びカッター上下ジャッキ５３０を、それぞれ、横坑シールド掘進機２００のカッター駆動モータ２１２、ベアリング２１３、ピニオン２１４、ギア２１５、カッター摺動部材２１１の上部、及びカッター上下ジャッキ２３０としてそのまま転用することとなる（図８参照）。
【００２９】
その後、カッターアーム２１０とベアリング２１３とを固定するとともにカッター摺動部材上部と下部とを固定し、さらに、横坑シールド掘進機２００を構成するその他の構成部材、すなわちセグメントを組み立てるエレクター２２１、吸込口２０６ａに接続される土砂吸込配管２０６、送水口２１６ａに接続される送水管２１６等（図７及び図８参照）を順次組み付けて横坑シールド掘進機２００を完成させ、縦向きのまま立坑内に挿入し、所定位置において横向きに回転させ、図７に示した状態となって横坑掘進準備完了となる。
なお、以上においては、カッター駆動部５０２のうち回収したすべての部分、すなわち、カッター駆動モータ５１２、ベアリング５１３、ピニオン５１４、ギア５１５、カッター摺動部材の上部５１１Ｕ、及びカッター上下ジャッキ５３０を横坑シールド掘進機２００に転用したが、これに限られない。すなわち、特に図示しないが、カッター前後ジャッキによる前後運動を行わない横坑シールド掘進機に適用する場合には、カッター上下ジャッキ５３０は工場内で取り外し、カッター駆動モータ５１２、ベアリング５１３、ピニオン５１４、ギア５１５、及びカッター摺動部材の上部５１１Ｕのみをシールド本体２４１内に吊り下げて転用すれば足りる。
【００３０】
以上のように構成した本実施形態によれば、隔壁５０９の外側にコンクリートの打設を十分行うことでカッター５０１の沈下は容易に防止できることから、回収後も、重厚な隔壁５０９によって隔壁貫通部５３７の閉塞は永続的に確保される。よって、隔壁５０９上方で作業員による回収作業が可能となって作業性が向上するとともに、回収後における地下水圧に対する防水信頼性を向上することができる。このとき、重厚な隔壁５０９及び上方構造物が鉄骨の役割を果たすのでコンクリートの盤膨れ等の心配が一切なく、信頼性をさらに高めることができる。
また、隔壁５０９の内側にコンクリート打設を行うことで防水をさらに確実にする場合であっても、隔壁５０９内側に水が侵入しないことから、打設コンクリートのみで防水を行う場合のように速硬性の特殊コンクリートを用いる必要がなく、通常のコンクリートを用いれば足りる。
【００３１】
またこれに加え、ボルト５４９，５５４を外すという非常に簡単な方法でカッター駆動部５０２を分解し回収できるという効果がある。
【００３２】
なお、上記実施形態においては、横坑シールド掘進機を工場内において縦向きにおいて組み立てたが、これに限られず、例えば、現地で組み立てても良い。この場合も同様の効果を得る。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、周囲水の侵入を防止しつつ、比較的高価なカッター駆動部の一部を含む隔壁上方の各構成部材に対して作業員による回収作業を行えるので、シールド内を水没させる必要がある場合に比し作業性が向上するとともに、打設されたコンクリートのみによって防水を行う場合に比し盤膨れ等の発生が低減されるので、回収後における地下水圧に対する防水信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における立坑シールド掘進機５００の全体構造を表す側断面図である。
【図２】図１に示されたカッター駆動部の詳細構造を表す側断面図である。
【図３】図１に示された立坑シールド掘進機の回収作業のうち、エレクター、シールドジャッキ及び送水管の一部を取り外した状態を示す図である。
【図４】図３に示された手順の後、送水管及び土砂吸込配管に固化材を注入した状態を示す図である。
【図５】図４に示された手順の後、カッター上下ジャッキ及びカッター駆動モータの外周を切断した状態を示す図である。
【図６】図５に示された手順の後、カッター駆動部の大部分及びスイベルジョイントを回収する手順を示す図である。
【図７】横坑シールド掘進機の全体構造を表す縦断面図である。
【図８】図７に示されたカッター駆動部の詳細構造を表す縦断面図である。
【図９】図７に示された横坑シールド掘進機の組み立て手順の１つを表す縦断面図である。
【図１０】図７に示された横坑シールド掘進機の組み立て手順の１つを表す縦断面図である。
【図１１】図７に示された横坑シールド掘進機の組み立て手順の１つを表す縦断面図である。
【符号の説明】
２００          横坑シールド掘進機
２０１          カッター
２０１Ｃ        中間部
２０２          カッター駆動部
２０３          シールド推進部
２０４          セグメント組立部
２０６          土砂吸込配管
２０９          隔壁
２１０          カッターアーム
２１１          カッター摺動部材
２１２          カッター駆動モータ
２１３          ベアリング
２１４          ピニオン
２１５          ギア
２１６          送水管
２２０          シールドジャッキ
２２１          エレクター
２３０          カッター前後ジャッキ
２４０          カッターリング
２４１          シールド本体
２４４          カッターチャンバー
２４５          テールシール
５００          立坑シールド掘進機
５０１          カッター
５０１Ｃ        中間部
５０２          カッター駆動部
５０３          シールド推進部
５０４          セグメント組立部
５０６ａ，ｂ    土砂吸込配管
５０７          切羽
５０８          立坑
５０９          隔壁
５１０          カッターアーム
５１１          カッター摺動部材（ケース）
５１２          カッター駆動モータ
５１３          ベアリング
５１４          ピニオン
５１５          ギア
５１６          送水管
５１９−ａ，ｂ  吸込口
５２０          シールドジャッキ
５２１          エレクター
５２３          スイベルジョイント
５３０          カッター上下ジャッキ
５３１          摺動部材用シール（シール機構）
５３３−ａ，ｂ  分岐管
５３４−ａ，ｂ  バルブ
５３５          貫通部近傍の壁面
５３６          貫通部近傍の壁面
５３７          貫通部
５４０          カッターリング
５４１          シールド本体
５４９          ボルト
５５４          ボルト
【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】
0003649530.tif 000009
【図９】
0003649530.tif 000010
【図１０】
0003649530.tif 000011
【図１１】
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