(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
既設のトンネル構造物の後端を包囲してその内側に該トンネル構造物を解体撤去するための作業空間を有し、かつその前端部に該トンネル構造物の外周地山を掘削する掘削手段を設けてなる前胴部と、この前胴部の後方に位置しその外周部が地山に接しつつ埋戻し部分と未埋戻し部分とを遮断するとともにその後方に埋戻し材を充填する一又は複数の埋戻し材供給手段を具備した後胴部と、前記前胴部及び後胴部の間に設けられ該前胴部を後胴部に対して推進させるための推進機構とを備えたシールド装置であって、
前記前胴部の前部に設けられ既設のトンネル構造物の外周に対して離接可能な前方シール手段と、前記前胴部の後部に設けられ該トンネル構造物の外周又は後端に対して離接可能な後方シール手段と、該前方シール手段又は後方シール手段を択一的に前記トンネル構造物に押接させる駆動手段とを備えたことを特徴とするシールド装置。
【請求項２】
前記後胴部の外径が前記前胴部の外径と同径であることを特徴とする請求項１に記載のシールド装置。
【請求項３】
前記前胴部の推進時に前記後胴部と既設のトンネル構造物との間を一体的に係止させる一方、非推進時に該後胴部と該トンネル構造物との間の係止を解除しつつ前後方向に伸縮可能な反力確保手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のシールド装置。
【請求項４】
前記後胴部の外周部から周囲地山に向けて出没可能な一又は複数のローリング防止用グリッパを設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載のシールド装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、既設のトンネル構造物の外周を掘削し、トンネル構造物を撤去しながら当該撤去部分を埋め戻す方法において用いられるシールド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、既設のトンネル構造物の外周を掘削し、トンネル構造物を撤去しながら当該撤去部分を埋め戻す方法において用いられるシールド埋戻し装置として、既設のトンネル構造物より大径の外殻を備え、外殻の内側において未埋戻し部分と埋戻し部分とを遮断する遮断手段を有するものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のシールド埋戻し装置にあっては、既設のトンネル構造物の外周を掘削し、トンネル構造物を撤去して埋戻し作業を行うとき、外殻の内面と、外殻の内側に位置する遮断装置により遮断された空間に埋戻し材を注入しているため、外殻端部の内外面が地山と注入材から摩擦抵抗を受ける結果、外殻を前進させる作業時に大きな推進力を必要とし、埋戻し装置の設備を大きくする必要があるだけでなく、推進不能をきたすおそれがあった。
【０００４】
また、遮断手段が、外殻内面と埋戻し部分とを遮断する形になるため、埋戻し材の注入後に外殻を引き抜く状況になり、外殻の厚み分の未埋戻し部分が存在する結果、地盤沈下等を引き起こす原因となるおそれもあった。
【０００５】
さらに、既設のトンネル構造物の外周を掘削する際、シールド装置全体がその反力によってローリングするおそれがあるが、このローリングを防止すべく、外殻にローリング防止装置を装備した場合には、これが推進抵抗となるばかりか、該ローリング防止装置が破損するおそれがある。
【０００６】
この発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、大きな推進力が不要で、かつ、推進不能をきたすおそれがなく、未埋戻し部分が存在せず、これに起因した地盤沈下等のおそれがなく、さらに、推進抵抗となることなく装置全体のローリングを確実に防止することができるシールド装置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】
上記目的を達成するため、本発明に係るシールド装置は、既設のトンネル構造物の後端を包囲してその内側に該トンネル構造物を解体撤去するための作業空間を有し、かつその前端部に該トンネル構造物の外周地山を掘削する掘削手段を設けてなる前胴部と、この前胴部の後方に位置しその外周部が地山に接しつつ埋戻し部分と未埋戻し部分とを遮断するとともにその後方に埋戻し材を充填する一又は複数の埋戻し材供給手段を具備した後胴部と、前記前胴部及び後胴部の間に設けられ該前胴部を後胴部に対して推進させるための推進機構とを備えたシールド装置であって、前記前胴部の前部に設けられ既設のトンネル構造物の外周に対して離接可能な前方シール手段と、前記前胴部の後部に設けられ該トンネル構造物の外周又は後端に対して離接可能な後方シール手段と、該前方シール手段又は後方シール手段を択一的に前記トンネル構造物に押接させる駆動手段とを備えたことを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
また、この発明においては、前記後胴部の外径が前記前胴部の外径と同径であることを特徴とする（請求項２）。
【０００９】
また、この発明においては、前記前胴部の推進時に前記後胴部と既設のトンネル構造物との間を一体的に係止させる一方、非推進時に該後胴部と該トンネル構造物との間の係止を解除しつつ前後方向に伸縮可能な反力確保手段を備えたり（請求項３）、前記後胴部の外周部から周囲地山に向けて出没可能な一又は複数のローリング防止用グリッパを設けることができる（請求項４）。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。図１及び図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係るシールド装置の掘進準備状態を示し、シールド装置１は、例えば多数のセグメントをリング状に組み立ててなる既設のトンネル構造物３の後端を包囲しトンネル構造物３の後端縁よりさらに後方に延びて配置される中空筒状の前胴部５と、前胴部５の後方に位置する中空筒状の中胴部７と、中胴部７の後方に位置し後方の埋戻し部分と装置内部の未埋戻し部分とを遮断するブロック体たる後胴部１３とを備えている。前胴部５、中胴部７及び後胴部１３は、外径がほぼ同じで同心状に配置され、それぞれの外周面が周囲地山と接している。前胴部５及び中胴部７は内径がトンネル構造物３より大径にしてその内側にトンネル構造物３を解体撤去するための作業空間１５を有している。なお、前胴部５、中胴部７及び後胴部１３のそれぞれの間は図示しないシール手段により後述する相対移動時にあっても相互に液密となるように連結されている。
【００１１】
後胴部１３の前端部には周方向に適宜間隔で配設されて軸方向に伸縮する複数（この実施形態では１２個）の推進用ジャッキ１７（推進機構）の後端が連結され、推進用ジャッキ１７のラムの前端は中胴部７の内側に突出するリング状のジャッキ受台１９に連結されている。また、この実施形態では、中胴部７のジャッキ受台１９には周方向に適宜間隔で配設された複数（この実施形態では１２個）の中折れジャッキ２１の後端が連結され、中折れジャッキ２１の前端が前胴部５の内側に突出するリング状のジャッキ受台２３に連結されている。前胴部５のジャッキ受台２３は、前胴部５の後部にトンネル構造物３の後端縁よりさらに後方からトンネル構造物３の内径より小さい径を有して設けられる。なお、特許請求の範囲では、推進用ジャッキ１７が前胴部５及び後胴部１３の間に設けられることを特定しているが、特許請求の範囲で特定する前胴部５は実施形態に記載した発明における前胴部５と中胴部７とを併せた概念である。
【００１２】
前胴部５は、外周部を構成するアウタウォール５ａ及び内周部を構成するインナウォール５ｂからなり前部の外径が段状に縮径された前胴主部５Ａと、前胴主部５Ａの縮径部分の外周を覆って前方に延びさらに内側に折れ曲がるようにしてその前面がトンネル構造物３の外周地山に対向する旋回部５Ｂとを備える。旋回部５Ｂは前胴主部５Ａの縮径部分との間に適宜のシール手段２５を介して配置され、前胴主部５Ａに対してトンネル構造物３のまわりを旋回可能となっている。前胴部５の前端部にはトンネル構造物３の外周地山を掘削するためこれを包囲するような形でカッタ２７（掘削手段）が環状に設けられている。
【００１３】
前胴主部５Ａの後部内側にはカッタ旋回用油圧モータ２９が固定され、カッタ旋回用モータ２９の回転軸には第１の自在継手３１、連繋ロッド３３、第２の自在継手３５、ピニオン３７が順に連動連結されている。ピニオン３７の外周の一部は前胴主部５Ａの縮径部分から突出し、この突出部分に旋回部５Ｂの後部内側に形成された内歯歯車３９が係合している。したがって、推進用ジャッキ１７を伸張駆動するとともにカッタ旋回用モータ２９を駆動することにより、前胴部５が中胴部７とともに後胴部１３に対して前方に推進移動しつつ、第１の自在継手３１、連繋ロッド３３、第２の自在継手３５、ピニオン３７を介して旋回部５Ｂがトンネル構造物３の外周を旋回し、旋回部５Ｂの前端部に設けられたカッタ２７がトンネル構造物３の外周地山を掘削することになる。
【００１４】
前胴部５のアウタウォール５ａとインナウォール５ｂとの間には周方向に適宜の本数で送泥管４１及び排泥管４３が配設され、送泥管４１及び排泥管４３は前胴主部５Ａの前端面に開口している。送泥管４１及び排泥管４３は、トンネル構造物３内にその軸方向に延長して設けられた中空状パイプ４５内にその一部が配管される図示しない送泥配管及び排泥配管に前胴部５の後部にて送泥継管４７及び排泥継管４９を介して連結されることにより、地上から前胴部５の前端部に泥水が送泥され、また掘削後の泥水を地上に排泥するようになっており、前述したカッタ２７による推進掘削をいわゆる泥水式のものとしている。
【００１５】
前胴部５のジャッキ受台２３には周方向に適宜間隔を有して軸方向に伸縮する複数（この実施形態では６個）の後方シール用スライドジャッキ５１がそのラムが前方に向けて伸張するように固定されている。スライドジャッキ５１のラム先端には、トンネル構造物３の後端縁及び内周面に対向しそれぞれの対向面にチューブ（水や油等の流体が注入される）からなるシール手段５３を具備した例えば断面Ｌ字状の止水リング５５が連結されている。止水リング５５の外周部は前胴主部５Ａの内周面に摺接し、摺接部分にはＯリング等のシール材５７が複数段（例えば３段）で配設されている。スライドジャッキ５１を伸縮駆動することにより、止水リング５５がトンネル構造物３に当接することでトンネル構造物３の内外を止水したり、止水リング５５をトンネル構造物３から離間させることができる。これらのスライドジャッキ５１、止水リング５５等は後方シール手段を構成している。なお、後方シール手段を構成する止水リング５５は、トンネル構造物３の外周面と前胴主部５Ａのインナウォール５ｂとの間に配設され前後方向に移動可能にして内側が開口した箱状部材と、該箱状部材内に設けられて膨張可能なチューブとからなるものに代えることもできる。
【００１６】
また、前胴主部５Ａの前端部内側には、例えばワイヤーシール及びチューブ５７ａを併用した前方シール手段５７が設けられ、チューブ５７ａを膨張させることでこれがトンネル構造物３に接し前胴部５とトンネル構造物３との間を前胴部５の前部において止水し、チューブ５７ａのエアを抜くことでトンネル構造物３との接触を解除できるようになっている。上記後方シール手段とこの前方シール手段とは、後述する施工手順に従って択一的にトンネル構造物３に押接されることによりトンネル構造物３の内外を止水する。
【００１７】
前記中空状のパイプ４５の前部には径方向に延びてトンネル構造物３の内周面と対向する前後一対の組立体５９が固着され、組立体５９にはその外周部から径方向に伸縮自在なアーム６１が設けられるとともにアーム６１の外周端にはトンネル構造物３に押圧状態で内接する複数のグリッパ６３が設けられている。アーム６１は図示しない駆動手段により伸縮し、中空状パイプ４５の前端部をトンネル構造物３に係止及び係止解除可能となっている。これらのアーム６１、グリッパ６３等は特許請求の範囲に云う反力確保手段を構成している。
【００１８】
なお、この反力確保手段は、グリッパ６３の押圧によりトンネル構造物３を構成するセグメントが過度に目開きする懸念がある場合には、グリッパ６３の押圧に代えて、トンネル構造物３の前方の適当な位置に、トンネル構造物３を構成するセグメントに係止具を設けるとともに、前記組立体５９と係止具との間にＰＣ鋼棒などを設けたものとすることができる。
【００１９】
一方、中空状パイプ４５の後端部には径方向に延びるフランジ６５が固着されている。フランジ６５の後端には軸方向に伸縮する複数（この実施形態では６個）の盛替用スライドジャッキ６７の前端が連結され、盛替用ジャッキ６７の後端は後胴部１３の前端に連結されている。盛替用ジャッキ６７は、推進用ジャッキ１７、反力確保手段を構成するアーム６１と併せて後述するようにその駆動が制御される。
【００２０】
後胴部１３の後端面は鉛直面７１となっているとともに、外側が後方に向けて縮径するテーパ面７３となっている。後胴部１３内には複数の埋戻し材供給手段７５が設けられ、埋戻し材供給手段７５は鉛直面７１及びテーパ面７３に開口した注入孔７１ａ，７３ａから後方に向けて埋戻し材を注入充填する。埋戻し材としては、砂または砂に気泡や固化材を適宜配合したものを採用することができる。また、この実施形態では、後胴部１３から後方に向けて軸方向に進退可能な崩壊探査ジャッキ７７が設けられている。崩壊探査ジャッキ７７は、従来、切羽崩壊状況チェックに使われていたものを、この実施形態では埋戻し材の充填状況チェックに用いている。
【００２１】
また、後胴部１３の外周部には、周囲地山に向けて出没可能な複数（この実施形態では４個）のローリング防止用グリッパ７９が設けられている。ローリング防止用グリッパ７９を突出させることにより、カッタ２７を具備した旋回部５Ｂが前胴主部５Ａに対して旋回する際、装置１全体がその反力によってローリングすることを防止することができる。なお、８１は、トンネル構造物３をその後端において解体撤去するためのエレクタ等の手段である。
【００２２】
以上の構成を有するシールド装置１は、次のように動作する。まず、図１に示す掘進準備工程では、反力確保手段のアーム６１が伸張してグリッパ６３がトンネル構造物３の内周面に押接しているとともに、ローリング防止用グリッパ７９を突出させた状態で、後方シール用スライドジャッキ５１を伸張することにより止水リング５５がトンネル構造物３の後端縁に押し付けられ、かつ、同止水リング５５のチューブ５３を膨張させる一方、前方シール手段５７のチューブ５７ａを縮めておく。
【００２３】
図３に示す掘進工程では、送泥管４１及び排泥管４３により泥水を循環しながら、旋回用モータ２９を駆動することにより旋回部５Ｂを回転させつつ推進用ジャッキ１７を駆動することにより、カッタ２７によってトンネル構造物３の外周を掘削するとともに、後胴部１３に対して前胴部５及び中胴部７を前進させる。この際、後胴部１３にかかる反力は、盛替用ジャッキ６７、フランジ６５、パイプ４５、組立体５９、アーム６１、グリッパ６３を介してトンネル構造物３から取っている。なお、トンネル構造物３の配設形状に沿って適宜中折れジャッキ２１を駆動することにより中胴部７に対して前胴部５を屈曲させることができることは公知技術と同様である。前胴部５の推進工程において、前方シール手段５７のチューブ５７ａが縮められているので、トンネル構造物３の外周に充填されて固化した裏込材との接触を避けることができチューブ５７ａの破損を防止することができる。
【００２４】
図４に示す後胴部１３の推進工程では、前方シール手段５７のチューブ５７ａを膨潤させ、ローリング防止用グリッパ７９を縮退させる。そして、反力確保手段のアーム６１を縮退してグリッパ６３をトンネル構造物３の内周面から離し、盛替え用ジャッキ６７を伸張して周囲地山に反力を取りながらフランジ６５、パイプ４５、組立体５９を前方に移動した後、アーム６１を伸張してグリッパ６３をトンネル構造物３の内周面に押接する。そして、例えば、グリッパ６３を介してトンネル構造物３に反力を取りながら、盛替え用ジャッキ６７を縮退することにより中胴部７及び前胴部５に向けて後胴部１３を引き戻し前方に推進移動させる。この後胴部１３の推進移動と同時に埋戻し材供給手段７５により後胴部１３の後方に埋戻し材を注入する（この工程で埋戻し材が注入された領域を図中でハッチング表示している）。
【００２５】
図５に示すトンネル構造物３の解体準備工程では、止水リング５５のチューブ５３を縮めるとともに後方シール用スライドジャッキ５１を縮退することにより止水リング５５をトンネル構造物３の後端縁から後方に移動し、トンネル構造物３の後端部を解体可能な状態とする。
【００２６】
図６に示すトンネル構造物３の解体工程では、トンネル構造物３の後端部をエレクタ８１を用いて解体する。解体したセグメントは図示しない台車によって坑外へ搬出する。その後、図１の掘進準備工程に戻り、図１，図３〜図６の各工程を順に繰り返すことで、トンネル構造物３の外周を掘削しつつトンネル構造物３を解体しつつ後胴部１３の後方に埋戻し材を充填していくことができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るシールド装置によれば、前胴部の掘削手段によりトンネル構造物の外周地山を掘削しつつ推進機構を駆動することにより前胴部を後胴部に対して推進させることができ、前胴部内側の作業空間にてトンネル構造物を解体撤去しながら、後胴部の後方を埋め戻すことができる。
【００２８】
そして、前胴部の後方に位置して埋戻し部分と未埋戻し部分とを遮断する後胴部の外周部が地山に接しているので、埋戻し材と接触している面積を小さくすることができるため、摩擦抵抗を小さくすることができ、シールド装置が装備する設備を小型化できコストの低減が図れる。
【００２９】
また、後胴部は地山と埋戻し部分を遮断し、埋戻し材は地山と既に埋め戻した部分との間の空間に充填されるため、未埋戻し部分は存在せず、これに起因した地盤沈下等のおそれがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施形態を示すシールド装置の掘進準備状態を表す縦断面図である。
【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は図１のＣ−Ｃ線断面図、（ｄ）は図１のＤ−Ｄ線断面図である。
【図３】図１のシールド装置を用いて管路を新設するための掘進工程を示す縦断面図である。
【図４】同後胴部推進工程を示す縦断面図である。
【図５】同トンネル構造物解体準備工程を示す縦断面図である。
【図６】同トンネル構造物解体工程を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  シールド装置
３  トンネル構造物
５  前胴部（５Ａ  前胴主部，５Ｂ  旋回部）
７  中胴部
１３  後胴部
１５  作業空間
１７  推進用ジャッキ（推進機構）
２１  中折れジャッキ
２７  カッタ（掘削手段）
２９  カッタ旋回用油圧モータ
５１  後方シール用スライドジャッキ
５３  シール手段
５５  止水リング
５７  前方シール手段
６１  アーム
６３  グリッパ
６７  盛替用スライドジャッキ
７５  埋戻し材供給手段
７９  ローリング防止用グリッパ
【図１】
0003596384.tif 000002
【図２】
0003596384.tif 000003
【図３】
0003596384.tif 000004
【図４】
0003596384.tif 000005
【図５】
0003596384.tif 000006
【図６】
0003596384.tif 000007