(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削坑の内周面に沿って組み立てられて実質的なトンネル壁を形成するセグメント本体に、トンネル壁の内外を連通する連通穴を形成すると共に、その連通穴にこれを塞ぐ横坑発進用のカッタ部材を着脱自在に取り付けたカッタ付きセグメントを用意し、該カッタ付きセグメントを掘削坑の内周面に沿って組み立てるに際して、先ず、シールド掘進機のテール部にスライド自在に重合された内筒と外筒とを離間させてテール部を拡幅し、その後、その拡幅されたテール部の内側にて上記カッタ付きセグメントを掘削坑の内周面に沿って組み立てるようにしたことを特徴とするカッタ付きセグメントの組立方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、シールド掘進機に用いられるカッタ付きセグメントの組立方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘進機は、機体の前部に設けられたカッタ部材により切羽を掘削し、その掘削坑の内周面にセグメントを組み立て、その既設セグメントを反力受部材として船食虫の如く推進するようにしたトンネル成形マシンである。上記セグメントは、トンネルの周方向に複数に分割されており、シールド掘進機に設けられたエレクタにより掘削坑の内周面に沿って組み立てられ、実質的なトンネル壁を構築するものである。
【０００３】
ところで、電線を収容するトンネルや下水道用のトンネル等の分野では、上述のようにして形成された本トンネルから横発進で別の小径のトンネル（横坑）を掘削成形する場合がある。この場合、先ず、本トンネルから横発進する横坑発進部の付近の地盤に地表から硬化剤等を注入して地盤改良を行う。次に、地盤が硬化した後に本トンネルのセグメントの一部を取り外して側部地山を切り崩し、そこに横坑掘進用のシールド掘進機の発進スペースを成形する。その後、横坑掘進用シールド掘進機を上記発進スペースにて組み立て、その横坑掘進用シールド掘進機を本トンネルから横発進させて横坑を掘削成形していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる施工方法では、本トンネルのセグメントの一部を取り外した際に、地盤改良が不十分である場合等には土圧によって土砂が本トンネル内へ侵入する虞があり、安全性上好ましくない。また、地盤改良には長期間を要するので工期が長期化してしまう。また、大都市等においては、地表から地盤改良を行えない場合が多く、実際上施工不能となることがある。
【０００５】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、本トンネルから横発進で横坑を掘削成形する際に、安全性の向上と工期の短縮化を図るべく用いられるカッタ付きセグメントの組立方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、掘削坑の内周面に沿って組み立てられて実質的なトンネル壁を形成するセグメント本体に、トンネル壁の内外を連通する連通穴を形成すると共に、その連通穴にこれを塞ぐ横坑発進用のカッタ部材を着脱自在に取り付けたカッタ付きセグメントを用意し、該カッタ付きセグメントを掘削坑の内周面に沿って組み立てるに際して、先ず、シールド掘進機のテール部にスライド自在に重合された内筒と外筒とを離間させてテール部を拡幅し、その後、その拡幅されたテール部の内側にて上記カッタ付きセグメントを掘削坑の内周面に沿って組み立てるようにしたものである。
【００１０】
【作用】
上記カッタ付きセグメントの組立方法によれば、幅の広いカッタ付きセグメントを内筒と外筒とを離間させて拡幅されたテール部内にて、組み立てることができる。
【００１４】
【実施例】
本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１〜図５に示すように、本実施例にかかる組立方法に用いられるカッタ付きセグメント１は、掘削坑の内周面に沿って組み立てられて実質的なトンネル壁を形成するセグメント本体２と、セグメント本体２にトンネル壁の内外を連通するように形成された連通穴３と、連通穴３にこれを塞ぐように着脱自在に取り付けられた横坑発進用のカッタ部材４とから構成されている。
【００１６】
セグメント本体２は、トンネル壁の内径の曲率に合わせて湾曲成形された表皮板５と、表皮板５の四辺からトンネルの径方向内方にトンネル壁の厚さだけ延出された端部板６とを備えており、所謂鋼板型セグメントとなっている。このセグメント本体２の各端部板６には、当該セグメント本体２をこれに隣接するセグメント７に締結するためのボルト孔８が開けられている。
【００１７】
セグメント本体２の表皮板５の中央部には、表裏を連通する穴９が開けられており、その穴９に円筒体１０が溶接されている。すなわち、円筒体１０は、その内部がトンネル壁の内外を連通する連通穴３となるものである。また、円筒体１０は、当該円筒体１０を中心として６枚放射状に配置された補強板１１によって支持されている。各補強板１１は、それぞれ端部板６と表皮板５と円筒体１０とに溶接されている。
【００１８】
円筒体１０の内部すなわち連通穴３には、これを塞ぐようにして横坑発進用のカッタ部材４が着脱自在に取り付けられている。カッタ部材４は、連通穴３に挿入された筒状のカッタフード１２と、カッタフード１２にこれを蓋するように設けられたバルクヘッド１３およびカッタモータ取付フランジ５０と、バルクヘッド１３およびカッタモータ取付フランジ５０に回転自在に設けられ実質的に横坑を掘削するカッタ１４とから構成されている。
【００１９】
カッタフード１２は、円筒体１０の内径よりも僅かに小径に成形されており、円筒体１０の内部（連通穴３）に挿抜自在に遊嵌されている。バルクヘッド１３は、筒状のカッタフード１２の略中央部に設けられており、カッタモータ取付フランジ５０は、筒状のカッタフード１２の坑内側端部の開口部に設けられている。これらバルクヘッド１３およびカッタモータ取付フランジ５０には、その中心部にカッタ１４の回転軸１５が軸支されている。回転軸１５の地山側の端部には、４本のカッタスポーク１６からなるカッタ１４が設けられている。
【００２０】
カッタモータ取付フランジ５０には、図２に示すように、カッタモータを取り付けるための穴１８が形成されており、これら穴１８に取り付けられたカッタモータ（図示せず）がカッタ１４の回転軸１５に固定されたカッタギヤ５１に噛合するようになっている。また、バルクヘッド１３には、穴５２が形成されており、この穴５２には、カッタ室内１７の掘削土砂を坑内に移送するためのスクリューコンベヤのパイプ５３が接続されている。パイプ５３の先端には図示しない油圧ジャッキにて開閉するゲート板５４が設けられている。
【００２１】
なお、スクリューコンベヤの代わり排泥管を備えた泥水式シールドの場合には、図２（ｂ）  に示すようにバルクヘッド１３の穴５２に排泥管５４を接続し、その排泥管５４の端部に管内を開閉するボールバルブ５５を設ければよい。また、上記カッタ１４は、前述のようなスポーク型カッタに限らず、地山の土質に応じて、円板状のカッタディスクに土砂取込口を設けたディスク型のカッタとしてもよい。
【００２２】
この構成によれば、バルクヘッド１３がトンネルの内外を実質的に仕切るため、地山の土圧は、バルクヘッド１３に加わることになる。また、バルクヘッド１３で仕切られたカッタフード１２の内部は、カッタ１４で掘削された掘削土砂を取り込むためのカッタ室１７となる。また、カッタモータ取付フランジ５０の穴１８は、後にカッタモータ等が取り付けられるまで、蓋部材１９で覆われる。
【００２３】
円筒体１０の内周面（連通穴３の内周面）には、図２に示すようにカッタフード１２との間を周方向にシールして地山から坑内への浸水を防止するシール手段２０が設けられている。シール手段２０の詳細を図３に示す。図示するように、円筒体１０の内周面（連通穴３の内周面）には、軸方向に所定の間隔を隔てて、周方向に２列の取付溝２１が刻設されている。取付溝２１には、周方向に沿ってリング状に形成されたシール部材２２が取り付けられている。
【００２４】
シール部材２２は、取付溝２１の底部に密着されてボルトにより固定されるリング状のベース部２３と、ベース部２３から径方向内方に斜めに延出されてカッタフードに１２押し付けられるリップ部２４とから構成されている。リップ部２４は、地山側に向けて斜めに延出されており、カッタフード１２の全外周に密着するようにリング状に形成されている。このようにリップ部２４を斜めに配置することにより、地山側から坑内への浸水に対する抵抗力が高まり、同時にカッタフード１２が地山側へ発進する際の抵抗も少なくなる。
【００２５】
上記円筒体１０の坑内側の端部には、当該円筒体１０とカッタフード１２とを固定して、バルクヘッド１３に加わる土圧を支持する土圧支持手段２５が設けられている。土圧支持手段２５は、図１および図２に示すように、一端が円筒体１０の坑内側の端部２６に溶接され、他端がカッタフード１２とカッタモータ取付フランジ５０の接続部２７に溶接されたブロック体２８からなっている。ブロック体２８は、円筒体１０の周方向に所定の間隔を隔てて十数個設けられている。これらブロック体２８は、最終的にカッタフード１２を横発進させるときには取り外されるものである。
【００２６】
以上の構成からなる図１示すカッタ付きセグメント１は、図４および図５に示すように、主シールド掘進機２９によって掘削された掘削坑の内周面に沿って組み立てられ、トンネル壁３０を構築する。このカッタ付きセグメント１は、横坑掘削用のカッタ部材４を備えているため通常のセグメント３１よりも幅広であり、他の３個の鋼板型セグメント７と共に４ピースで１リングを形成する。また、カッタ付きセグメント１に対向するセグメント７ａには、横坑掘削用の掘進機本体３２の反力受台３３が設けられている。なお、通常のセグメント３１は、鉄筋コンクリート製でも鋼板製でもよい。
【００２７】
このように、上記構成のカッタ付きセグメント１を掘削坑の内周面に沿って組み立ててトンネル壁３０を構築すると、カッタ付きセグメント１のセグメント本体２にトンネル壁３０の内外を連通して形成された円筒体１０の内部（連通穴３）は、横坑発進用のカッタ部材４によって塞がれた状態となる。すなわち、横坑発進用のカッタ部材４は、連通穴３を塞ぐ栓として機能し、トンネル壁３０の内外を仕切る。よって、トンネル壁３０の外側の土砂が連通穴３を通ってトンネル壁３０の内側に侵入することが防止される。
【００２８】
詳しくは、図２に示すように、円筒体１０の内部（連通穴３）に挿入された筒状のカッタフード１２は、カッタ部材４が連通穴３から離脱する際のガイドとして機能する。また、カッタフード１２にこれを蓋するように設けられたバルクヘッド１３は、連通穴３を覆う蓋として機能し、地山からの土圧を受ける。また、バルクヘッド１３に回転自在に設けられたカッタ１４は、実質的に横坑を掘削する掘削手段となる。また、円筒体１０の内周に設けられたシール手段２０は、連通穴３とカッタフード１２との間を通って地山から坑内へ噴出しようとする浸水を防止する。また、連通穴３とカッタフード１２とを固定する土圧支持手段２５は、地山からバルクヘッド１３に加わる土圧を支持する。
【００２９】
上記カッタ部材４は、円筒体１０の内部（連通穴３）に着脱自在に取り付けられていため、図５に一点鎖線で示すように当該カッタ部材４に横坑掘削用の掘進機本体３２を接続し、その掘進機本体３２を坑内発進させることにより、カッタ部材４は、掘進機本体３２と共に連通穴３を通って側方へ発進される。かかる坑内発進により、主シールド掘進機２９により構築された本トンネルに組み込まれたカッタ付きセグメント１を始点として、横坑が掘削される。
【００３０】
横坑掘削の手順を図２及び図５に基づいて詳述する。先ず、カッタ部材４のカッタモータ取付フランジ５０に、横坑掘削用の掘進機本体３２の前胴シールドフレーム３４を溶接する。次に、カッタモータ取付フランジ５０の穴１８に取り付けられた蓋１９を外して、その穴１８にカッタモータを取り付け、その回転軸に取り付けられたピニオンをカッタ１４の回転軸１５のカッタギヤ５１に噛合させる。次に、スクリューコンベヤのパイプ５３又は排泥管５４に、カッタ室１７内の掘削土砂を坑内に搬送するためのスクリューコンベヤ又は送排泥管（共に図示せず）を接続し、ゲート板５４又はボールバルブ５５を開く。
【００３１】
次に、前胴シールドフレーム３４の後部に、後胴シールドフレーム３５を取り付ける。前後のシールドフレーム３４，３５は、中折れジャッキ（図示せず）を介して接続される。次に、後胴シールドフレーム３５に、周方向に沿って複数の推進ジャッキ３６を取り付ける。そして、各推進ジャッキ３６を伸長させ、その先端を反力受台３３に当接させる。これにより、バルクヘッド１３に加わっていた土圧が反力受台３３に支持されることになる。
【００３２】
その後、カッタフード１２と円筒体１０とを固定していたブロック体２８を、溶接部をカットすることにより取り外す。そして、上記推進ジャッキ３６を更に伸長させて掘進機本体３２とカッタ部材４とを一体的に推進させ、横坑を掘削していく。掘削された横坑の内周面には、掘進機本体３２の内部に設けられたエレクタにより、横坑用のセグメントが組み立てられる。組み立てられたセグメントは、順次推進ジャッキ３６の反力受けとなる。そして、ある程度掘進したならば、後胴シールドフレーム３５にテール部を継ぎ足す。
【００３３】
このようにして、主シールド掘進機２９により構築された本トンネルから、それより小径の横坑を掘削することができる。この際、地盤改良等の煩雑でしかも長期間を要する工程はまったく必要ない。よって、工期を短縮化できる。また、従来のように本トンネルのセグメントを取り外すという危険な作業を行わなくて済むので安全性が向上する。
【００３４】
ところで、上述のカッタ付きセグメント１は、図４に示すように通常のセグメント３１よりも幅広であるため、図６に示すように主シールド掘進機２９のテール部３７を拡幅させた後に、主シールド掘進機２９に掘削された掘孔の内周面に組み立てられる。主シールド掘進機２９のテール部３７は、図６（ａ）  に示すように内筒３８と外筒３９とがスライド自在に重ねられた二重筒構造になっており、通常、内筒３８の後端部３８ａが外筒３９の凸部３９ａに溶接されて固定されている。以下にテール部３７を拡幅させる手順を説明する。
【００３５】
先ず、図６（ａ）  に示すように主シールド掘進機２９の推進ジャッキ４０をストロークいっぱいまで伸長させる。次に、推進ジャッキ４０を縮め、内筒３８と外筒３９との溶接部４１をカットして相互にスライド自在とし、図６（ｂ）  に示すようにスペーサ４２を介して推進ジャッキ４０を伸長させる。すると、外筒３９は土圧によって押さえ付けられているため取り残され、内筒３８のみが推進する。これにより、図６（Ｃ）  に示すようにテール部３７の拡幅が達成される。なお、このとき内筒３８と外筒３９との間からの浸水を防止するために、内筒３８に設けられたノズル４３から止水剤を注入する。ノズル４３の両側には、Ｏリング等のシール部材４４が設けられている。
【００３６】
このようにして拡幅されたスペース４５に、図６（ｄ）  に示すようにカッタ付きセグメント１（図１参照）又はそれに隣接するセグメント７が組み込まれるのである。その後、通常の幅のセグメント３１を組み込む場合には、外筒３９に取り付けられたワイヤ４６をジャッキ４７で引き寄せ、外筒３９を内筒３８に重ね合わせて図６（ａ）  の状態とし、ジャッキ４７及びワイヤ４６を介して外筒３９を牽引したまま推進を行い、カッタ付セグメント１及び隣接するセグメント７を相対的に後方に取り残し、内筒後端部３８ａと外筒凸部３９ａとの接続部が全周、トンネル内側から開放となるまで推進を行う。そして、外筒凸部３９ａが開放となったところで、凸部３９ａと後端部３８ｓとを再び溶接すればよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、幅の広いカッタ付きセグメントを内筒と外筒とを離間させて拡幅されたテール部内にて、組み立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に用いられるカッタ付きセグメントの斜視図である。
【図２】上記カッタ付きセグメントが組み込まれたトンネルの部分輪切り断面図である。
【図３】上記カッタ付きセグメントに備えられるシール手段の拡大図である。
【図４】上記カッタ付きセグメントが組み込まれたトンネルの側断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】上記カッタ付きセグメントを組み込むために行うテール部の拡幅を示す図である（実施例）。
【符号の説明】
１  カッタ付きセグメント
２  セグメント本体
３  連通穴
４  カッタ部材
３７  テール部
３８  内筒
３９  外筒
４５  スペース
【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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