(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド機又は仮管の後端に、円筒形型枠を前後摺動自在に外嵌させた内筒を一体に連結すると共にこの内筒の後端に埋設管を後続させ、上記円筒形型枠を前後動させながら該型枠とトンネル掘削壁面との間の空隙部に硬化性材料を注入して硬化層を形成し、この硬化層を後続埋設管の推進により該埋設管に被覆させる一方、埋設管と硬化層との間の隙間に滑材を注入するトンネル覆工方法に用いる覆工装置であって、滑材を注入する配管路中に滑材圧保持装置としてのアキュムレータを配設したことを特徴とするトンネル覆工方法に用いる覆工装置。
【請求項２】
シールド機又は仮管の後端に、円筒形型枠を前後摺動自在に外嵌させた内筒を一体に連結すると共にこの内筒の後端にアダプターを介して埋設管を後続させ、上記円筒形型枠を前後動させながら該型枠とトンネル掘削壁面との間の空隙部に硬化性材料を注入して硬化層を形成し、この硬化層を後続埋設管の推進により該埋設管に被覆させる一方、埋設管と硬化層との間の隙間に滑材を注入するトンネル覆工方法用いる覆工装置であって、上記アダプターの外周端面を硬化層の内周面に摺接させると共に該アダプターと上記円筒形型枠の後端面との間の空間部に内筒後端部を貫通させてアキュムレータの管路を連通させたことを特徴とするトンネル覆工方法に用いる覆工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はトンネル掘削壁面に硬化層よりなる覆工を施工しながら埋設管を推進埋設するトンネル覆工方法に用いる覆工装置であって、硬化層と埋設管との間の隙間に注入する滑材の圧力を一定に保持するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールド機によって地盤を掘削すると共に該シールド機の後端にヒューム管等の埋設管を後続させて発進立坑側からジャッキにより埋設管及びシールド掘削機を推進する工法においては、埋設管とシールド掘削機により掘削されたトンネル壁面との隙間に滑材を注入しながら円滑に推進させることが行われており、この工法によって推進距離の長大化や推進設備の縮小化を図っている。
【０００３】
この滑材の注入は、図９に示すように、シールド機ａの径と埋設管ｂの径との差によって生じる隙間ｃに、シールド機ａに後続する一本目の埋設管ｂの先端部に穿設した注入口ｄを用いて注入される。この時、発進立坑ｅの坑口には、パッキンｆが配設されており、そのため滑材が立坑内に漏れる虞れがないが、注入した滑材が地盤に浸透したり、或いは地下水が埋設管ｂ、ｂの接合部等から浸入することがある。
【０００４】
そこで本願出願人等は、特公平６ー６３４３２号公報に記載しているように、シールド機の掘進に従ってシールド機と埋設管との外径の差によって生じる空隙部に硬化性材料を注入し、この硬化性材料を硬化させながらシールド機を掘進させると共に注入した硬化性材料と埋設管との間の隙間に滑材を注入して硬化性材料の内周面に直接接する薄い滑材層を埋設管の外周面に形成する覆工方法を提案した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、埋設管はシールド機と一体的に推進、停止するものであるから上記のような覆工方法によれば、停止中に埋設管と掘削壁面との間の空隙部に注入した硬化性材料が硬化すると埋設管の外周面に該硬化性材料が一体に付着し、埋設管の推進時には付着、硬化した硬化性材料が共に前進移動して掘削地盤が崩壊し、その上、推進抵抗力が増大して作業能率が低下するばかりでなく、良好な硬化層の形成が困難となる等の問題点が生じる。
【０００６】
そのため、本願発明者等はシールド機の後端に円筒形の型枠を配設し、この型枠とトンネル掘削壁面との間の空隙部に硬化性材料を注入すると共に型枠を前後動させることによって硬化性材料を型枠に付着させることなくトンネル掘削壁面に一体に固着した硬化層に形成し、この硬化層と埋設管との間の隙間に滑材を注入しながら埋設管を推進、埋設する方法を開発したが、型枠を前後動させると、該型枠の後方側に連通している上記硬化層と埋設管との間の隙間に注入した滑材の圧力が型枠の前後動によって変動する上に、滑材注入ポンプの脈動によっても変動して、この変動圧が硬化層に伝達してクラックが発生し、その結果、滑材が地盤中に逸散したり地下水が滑材に混入したりして埋設管を円滑に推進させることができなくなる。本発明はこのような問題点を全面的に解消することを目的としたトンネル覆工方法に用いる覆工装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載したトンネル覆工方法に用いる覆工装置は、シールド機又は仮管の後端に、円筒形型枠を前後摺動自在に外嵌させた内筒を一体に連結すると共にこの内筒の後端に埋設管を後続させ、上記円筒形型枠を前後動させながら該型枠とトンネル掘削壁面との間の空隙部に硬化性材料を注入して硬化層を形成し、この硬化層を後続埋設管の推進により該埋設管に被覆させる一方、埋設管と硬化層との間の隙間に滑材を注入するトンネル覆工方法に用いる覆工層であって、滑材を注入する配管路中に滑材圧保持装置としてのアキュムレータを配設したことを特徴とするものである。
【０００８】
又、本発明の請求項２に記載したトンネル覆工方法に用いる覆工装置は、シールド機又は仮管の後端に、円筒形型枠を前後摺動自在に外嵌させた内筒を一体に連結すると共にこの内筒の後端にアダプターを介して埋設管を後続させ、上記円筒形型枠を前後動させながら該型枠とトンネル掘削壁面との間の空隙部に硬化性材料を注入して硬化層を形成し、この硬化層を後続埋設管の推進により該埋設管に被覆させる一方、埋設管と硬化層との間の隙間に滑材を注入するトンネル覆工方法に用いる覆工装置であって、上記アダプターの外周端面を硬化層の内周面に摺接させると共に該アダプターと上記円筒形型枠の後端面との間の空間部に内筒後端部を貫通させてアキュムレータの管路を連通させたことを特徴とするものである。
【０００９】
【作用】
トンネル掘削壁面と円筒形型枠との間の空隙部に硬化性材料を注入すると共に円筒形型枠を前後動させると、その動きによって硬化性材料が円筒形型枠の外周面に付着するのを防止されながら徐々に硬化してトンネル掘削壁面に一体に固着した円筒形状の硬化層が形成される。この硬化層が一定の強度に達したのち、シールド機又は仮管と一体的に埋設管を推進させると、埋設管が該硬化層内に進入する。この時、硬化層との摩擦力を低減させるために硬化層と埋設管との間の隙間に滑材を注入する。
【００１０】
この滑材の注入によって埋設管の推進抵抗が小さくなると共に、円筒形型枠や該埋設管に硬化層の付着も生じないので、埋設管はシールド機又は推進仮管と一体的に円滑に推進し、推進距離の長大化や推進設備の縮小化が図られるものである。さらに、上記のように型枠を前後動させると、その前後動によって硬化層と埋設管との間の隙間に注入した滑材が隙間内で圧縮されたり、吸引されて滑材圧が変動しようとし、その上、滑材の注入ポンプの脈動によっても変動しようとするが、その変動圧は滑材を注入している隙間に連通させた配管を通じてアキュムレータによって吸収され、型枠の前後摺動や注入ポンプの脈動にも拘わらず、滑材圧が一定圧に保持されて硬化層にクラックが発生するのを阻止できるものである。
【００１１】
また、請求項２に記載したように、上記型枠の前後摺動空間部と滑材注入空隙部とをアダプターを介して遮断している場合には、型枠の後端面とアダプターとの間の空間部にアキュムレータの管路を連通させておくことによって型枠の前後動による空間部の容積の変動にも拘わらず、管路を通じて該空間部に供給している液圧をアキュムレータにより一定に保持して上記同様に硬化層にクラックが発生するのを防止するものである。
【００１２】
【実施例】
本発明の実施例を図面について説明すると、図１〜図５において、トンネルを掘削するシールド機１の後端には該シールド機１の外殻と同一外径を有する短筒体２を一体的に連結してあり、この短筒体２の内周面数カ所にリブ2aを固着し、該リブ2aの後端面に一定長さを有する内筒３の前端を一体的に固着している。内筒３の前後端部は外径に向かって肉厚の円形摺接面3a、3bに形成され、これらの円形摺接面3a、3bにシール４を介して円筒形型枠５の前後端部の内周面を摺動自在に密接させている。なお、円筒形型枠５の前端部外周面は短筒体２の後端に一体に設けているリング状妻板2cの内周面に摺動自在に密接させている。
【００１３】
この円筒形型枠５はシールド機１の外殻よりも小径で且つ内筒３と同長またはやゝ長く形成されていると共にその外周面にセラミックとフッ素樹脂との複合コーティング等からなる離型層5aを層着してあり、この離型層5aによって後述する硬化性材料６の硬化層6aと円筒形型枠５との離型性を一層良好にしている。又、上記短筒体２の内周面数カ所にジャッキ７を装着し、このジャッキ７のロッド後端を円筒形型枠５の前端面に一体的に連結し、これらのジャッキ７のロッドを伸縮させることにより円筒形型枠５を内筒３上で前後摺動させるように構成している。
【００１４】
さらに、上記短筒体２の適所には該短筒体２の一部に内周面からトンネル掘削壁面８と円筒形型枠５との間の空隙部９に連通する硬化性材料注入孔10を穿設してなる注入部材10a を一体に設けていると共に、この注入孔10に短筒体２内側から注入管11とバルブ21を有する洗浄水供給管12とを連結、連通させている。注入管11の先端部にはバルブ22を有する戻り管13と急結材供給管14とが注入管11に設けたバルブ23を介して順次、分岐状態で接続している。なお、上記注入孔10を円筒形型枠５の前端部適所に設け、この注入孔10に可撓性注入短管の外端開口部を接続し、該可撓性注入短管の内端開口部を内筒３の内周面に臨ませてその開口部に上記注入管11等を連結、連通させた構造としておいてもよい。
【００１５】
15はシールド機１に連結した上記内筒３に後続してトンネル掘削壁面８内に順次継ぎ足しながら推進、埋設されるヒューム管等の埋設管で、その外径は円筒形型枠５の外径よりも僅かに小径に形成されていると共に最前部の埋設管15の前端部には筒状アダプター16を一体的に固着してあり、このアダプター16の前端面を上記内筒３の後端面にボルト・ナット等によって一体的に連結している。
【００１６】
アダプター16の前端面と上記型枠５の後端面間には型枠５が前後摺動可能な空間部17が設けられていると共に該アダプター16の適所には埋設管15とこの埋設管15を被覆する硬化層6aとの間の隙間20に滑材21を注入する滑材注入孔22が穿設されてあり、この滑材注入孔22に埋設管15内側から逆止弁27、バルブ28を有する滑材注入管23を連結、連通させている。さらに、上記隙間20の前端はアダプター16の外周面と硬化層6aの隙間を通じて型枠５の後方空間部17に連通していると共に滑材注入管23の先端部には滑材圧を一定に保持するためのアキュムレータ18の配管19を連結、連通させている。なお、上記シールド機１は公知のようにモータ1aによりカッター板1bを回転させてトンネルを掘削すると共に掘削した土砂は後方の埋設管15内を通じて排出するように構成している。
【００１７】
次に、上記のように構成した装置によってトンネル掘削壁面８に埋設管15を被覆する硬化層6aよりなる覆工を施す方法について説明する。まず、シールド機１に内筒３を介して後続させる埋設管15は、発進立坑29内において推進ジャッキ30によってトンネル掘削壁面８内に挿入、推進され、１本の埋設管15が推進されると次の埋設管15を接続して推進される。この推進力は埋設管15から内筒３を介してシールド機１に伝達され、シールド機１はそのカッター板1bによってトンネルを掘削しながら到達立坑（図示せず）に向かって前進する。
【００１８】
埋設管15の推進に従ってシールド機１が一定長、掘進すると、該シールド機１によって掘削されたトンネル掘削壁面８と円筒形型枠５との間に、シールド機１の外殻径と円筒形型枠５の外径との差に相当する断面円環状の空隙部９が形成される。この空隙部９にシールド機１を停止させた状態でトンネル内から注入管11、注入孔10を通じて硬化性材料６を注入し、該空隙部９内に充満させる。
【００１９】
硬化性材料６としてはセメントと砂とを混練したモルタル、あるいはこのモルタルにベントナイトを添加した材料や水ガラスと砂との混合物等のように、注入時には液状体で注入後、一定時間経過すれば硬化して所定の強度を有する硬化層6aを形成するものであればよい。この硬化性材料６が空隙部９に注入する直前に供給管14を通じて硬化性材料６の硬化を促進させる急結材を注入管11に供給し、硬化性材料６に混入させた状態で空隙部９内に注入する。
【００２０】
空隙部９内に硬化性材料６を注入したのち、シールド機１の後端短筒体２内に装着しているジャッキ７のロッドを伸縮させて円筒形型枠５を前後方向に往復動させると、硬化性材料６がその振動によって全体的に均一な密度で空隙部９内に充満すると共に硬化性材料６と円筒形型枠５との接触面が縁切りされて硬化性材料６が円筒形型枠５の外周面に付着するのを防止される。この硬化性材料６の付着防止は、円筒形型枠５の外周面に層着している離型層5aによって一層確実に行われると共に硬化性材料６の硬化が進行するに従って離型層5aと摺接する該硬化性材料６の内周面が平滑化されて完全な剥離状態となる。
【００２１】
一方、トンネル掘削壁面８に対しては硬化性材料６が完全に付着し、この状態で硬化性材料６の硬化が進行してトンネル掘削壁面８に一体的に固着した円筒形状の硬化層6aが徐々に形成される。この硬化層6aの形状が内径方向に変形しない程度の一定の強度まで該硬化層6aが硬化したのち、発進立坑29側から推進ジャッキ30により埋設管15の後端面を押圧推進し、内筒３を介してその推進力をシールド機１に伝達してシールド機１を一定長（円筒形型枠５の長さ以下の距離だけ）掘進させ、その掘進長に応じた新たなトンネル掘削壁面８を形成して再び上記同様に該トンネル掘削壁面８と円筒形型枠５との間の空隙部９に硬化性材料６を注入する。
【００２２】
このように、一定長のトンネル掘削壁面８が掘削形成される１サイクル毎に、該トンネル掘削壁面８と円筒形型枠５との間の空隙部９に硬化性材料６の注入と円筒形型枠５の前後動下における硬化の進行を行わせ、一定強度まで硬化した硬化層6aを形成していくものであるが、硬化層6aが完全に硬化したのち、シールト機１を埋設管15の推進によって一定長、掘進させてもよく、硬化層6aが一定強度まで達したのち完全に硬化するまでの間、その硬化速度に同調してシールド機１を埋設管15の推進によって一定長、徐々に掘進させてもよい。
【００２３】
なお、硬化性材料６がトンネル掘削壁面８と円筒形型枠５との空隙部９に注入、充満させる毎に、直ちに硬化性材料注入管23のバルブ26を閉止する一方、戻り管13のバルブ25を開放した状態にして洗浄水供給管14から洗浄水を注入孔10を通じて注入管23の先端部を流動させ、該注入孔10と注入管23に充填されている硬化性材料６を戻り管13を通じて排除し、次の注入に支障を生じないようにする。また、空隙部９に臨んでいる注入孔10の開口端には硬化性材料６が注入孔10内に逆流するのを阻止するようにしている。
【００２４】
上記のように空隙部９内に注入、充満した硬化性材料６が一定の強度まで硬化して硬化層6aをしたのち、埋設管15と共にシールド機１を推進させると、この硬化層6a内に埋設管15が進入するが、この埋設管15の外径が円筒形型枠５よりもやゝ小径に形成しているので、硬化層6aの内周面と埋設管15の外周面との間に薄い隙間20が形成される。この隙間20に最前部の埋設管15内から注入管22を通じて滑材21を注入、充満させると、埋設管15の外周面が該滑材層を介して掘削壁面８と一体化した硬化層6aの内周面に摺接し、円筒形型枠５の外周面に対する硬化性材料６の付着防止と相まって推進抵抗が減少する。
【００２５】
一方、硬化層6aの内周面と埋設管15の外周面との間の隙間20が型枠５の後方空間部17に連通しているので、型枠５を上記のように前後動させると、隙間20に注入している滑材21が型枠５の後動時には圧縮作用を受け、型枠５の前動時には吸引作用を受けてその滑材圧が大小に変動し、その上、滑材21の注入ポンプ（図示せず）の脈動によっても変動しようとするが、滑材圧が硬化性材料注入管23から配管19内の液体に通じてアキュムレータ18に伝達し、滑材圧が増大する方向に変動するとアキュムレータ18によってその圧力が吸収され、減少する方向に変動しようとすると加圧されて隙間20に充満している滑材21の圧力は常に一定圧となるように保持されるものである。
【００２６】
図６は本発明の別な実施例を示すもので、上記実施例においては硬化層6aと埋設管15との間の隙間20に連通する滑材注入孔22にアキュムレータ18を配設して、隙間20に充填している滑材21の圧力を一定に保持するようにしたが、この実施例においてはアキュムレータ18を別な箇所に単独的に配設して型枠５の前後動による該型枠後方の空間部の圧力変動を吸収するように構成しているものである。
【００２７】
即ち、内筒２と最前部の埋設管15との間に介在、連結している上記アダプター16の前端外周部を外径方向に延設して外周端面が硬化層6aの内周面に摺接する突縁部16a に形成し、この突縁部16a と上記型枠５の後端面との間に設けられた空間部20a に内筒後端部を貫通させてアキュムレータ18の管路19a を連通させてなるものである。その他の構造は図２に示した上記例と同様であるので、同一番号を付して構成および作用の説明は省略する。
【００２８】
このように構成したので、円筒形型枠５とトンネル掘削壁面８との間の空隙部９に注入した硬化性材料６を、型枠５を前後動させながら硬化させる際に、該型枠５の前後動によって型枠後方側の空間部20a 内が加圧、減圧作用を受けて変動し、その変動圧の影響によって硬化層6aにクラック（亀裂）が発生する虞れがあるが、上記のようにアキュムレータ18の管路19a 内の液体を空間部20a に充満させているので、この液体が型枠５の前後動によって発生する空間部20a 内の変動圧に応じて加圧或いは減圧され、加圧時にはアキュムレータ18によって該液体圧を減少させる一方、減圧時には液体圧を増大させて空間部20a 内の圧力を一定圧に保持するものである。この実施例においては、アダプター16の突縁部16a によって空間部20a と硬化層6aと埋設管15との間の隙間20とが遮断されているので、型枠５の前後動による上記変動圧は隙間20に伝達することはない。
【００２９】
なお、以上の各実施例においては、シールド機１によってトンネルを掘進しながらそのトンネル掘削壁面８と円筒形型枠５との間の空隙部９内に硬化性材料６を注入しているが、このシールド機１に替えて、図８に示すように既に埋設されている仮管41に円筒形型枠５を摺動自在に外嵌させている上記内筒３を介して埋設管15を後続させ、仮管41と埋設管15とを一体に推進させながら上記と同様にトンネル掘削壁面８と埋設管15との間に硬化性材料６の硬化による硬化層6aを施工してもよい。
【００３０】
仮管41の埋設は、図７に示すように発進立坑29から到達立坑31に向かってシールド機1Aによりトンネルを掘削しながらその掘進に従って該シールド機1Aに仮管41を順次後続させて推進し、到達立坑31に達したシールド機1Aを撤去して両縦坑29、31間に多数本の直列状に埋設したのち、発進立坑29側において最後部の仮管41の後端に上記実施例同様に該仮管41と同一外径を有する短筒体２を連結すると共に、この短筒体２に仮管41よりもその外径が小さい円筒形型枠５を摺動自在に被嵌させている内筒３を介してこの円筒形型枠５よりもやゝ小径の埋設管15を後続させ、図８に示すように推進ジャッキ30によって埋設管15を推進させながらその推進に従って仮管41の後方側に生じるトンネル掘削壁面８と埋設管15との間に硬化性材料６を注入し、円筒形型枠５を短筒体２内に装着しているジャッキ７によって前後摺動又は周方向に往復動させて硬化性材料６が円筒形型枠５の外周面に付着するのを防止しながら硬化層6aを形成するものである。
【００３１】
この硬化層6aを埋設管15の推進に従って該埋設管15に被覆させ、該硬化層6aと埋設管15との間の隙間に滑材21を注入させて円滑の推進を可能にする。その他の構造並びに作用は上記実施例と同様であるので省略するが、この仮管41に埋設管15を後続させてトンネル掘削壁面８に埋設管15の外周を被覆する硬化層6aを形成していく方法によれば、埋設管15の推進と共に仮管41を到達立坑31側から牽引することができるので、小さな推進力で埋設管15の敷設作業が行なえる。また、到達立坑31側から仮管41内を通じて硬化性材料６や滑材21の供給が可能となる利点を有する。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、シールド機又は仮管の後端に、円筒形型枠を前後摺動自在に外嵌させた内筒を一体に連結すると共にこの内筒の後端に埋設管を後続させ、上記円筒形型枠を前後動させながら該型枠とトンネル掘削壁面との間の空隙部に硬化性材料を注入して硬化層を形成し、この硬化層を後続埋設管の推進により該埋設管に被覆させるものであるから、円筒形型枠の往復動によって硬化性材料が該円筒形型枠の外周面に付着、硬化するのを防止しながら硬化層を成形することができ、従って、該硬化層が円筒形型枠に付着することなく縁切り状態となっているので、埋設管の推進抵抗が極めて小さくなって円滑な推進が可能となるものである。
【００３３】
さらに、埋設管と硬化層との間の隙間に滑材を注入するものであるから、上記円筒形型枠上での硬化性材料の付着防止と相まって埋設管を円滑に推進させることができ、従って、推進距離の長大化と推進設備の縮小化を図ることができるばかりでなく、滑材を注入する配管路中に、或いはアダプターによって滑材層と遮断された型枠後方の空間部に連通する管路にアキュムレータを設けているので、型枠の前後動や滑材注入ポンプの脈動によって滑材層に発生する変動圧、或いは型枠の前後動によって型枠後方空間部内に発生する変動圧をアキュムレータによって吸収させることができ、そのため、滑材層や型枠後方空間部内を常に一定圧に保持することができて硬化層に上記変動圧によるクラックが発生するのを防止することがてきるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】施工状態を示す簡略縦断側面図、
【図２】シールド機に連結した円筒形型枠と埋設管部分の縦断側面図、
【図３】図２におけるＡーＡ線断面図、
【図４】図２におけるＢーＢ線断面図、
【図５】図２におけるＣーＣ線断面図、
【図６】本発明の別な実施例を示す縦断側面図、
【図７】仮管に埋設管を後続させながら覆工を施工している状態の簡略縦断側面図、
【図８】仮管を埋設している状態の縦断側面図、
【図９】従来例を示す縦断側面図。
【符号の説明】
１  シールド機
３  内筒
５  円筒形型枠
６  硬化性材料
6a  硬化層
７  ジャッキ
８  トンネル掘削壁面
９  空隙部
15  埋設管
16  アダプター
17  空間部
18  アキュムレータ
19  配管
20  隙間
21  滑材
【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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