(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド機のスキンプレートの後端一部に外面が該スキンプレートと面一状に連続している板状の注入口部材を一体的に設け、この注入口部材には前後方向に直列に連通したピストン室と吐出通路とが穿設されていると共に、前後に所定間隔を存して上記ピストン室内で摺動する第１ピストンと上記吐出通路内で摺動する第２ピストンとを設けているロッド体をこれらのピストン室と吐出通路内に亘って前後動自在に挿入し、さらに、直列に連通した上記ピストン室と吐出通路とをピストン室の前端開口部から上記注入口部材の後端面側に開口させている該吐出通路の後端吐出口に向かって注入口部材の外面側に傾斜させていると共に、シールド機内部からこの吐出通路の前端部と中間部とに夫々連通する洗浄水供給通路と裏込材等の注入通路を穿設していることを特徴とするシールド機における裏込材注入口の構造。
【請求項２】
吐出通路の断面形状をシールド機の円周方向に長い偏平な形状に形成していることを特徴とする請求項１記載のシールド機における裏込材注入口の構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はシールド機に後続させて地中に埋設管等を敷設する際に、シールド機のスキンプレート後方のテールボイドに裏込材を注入する注入口の構造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を推進する工法においては、シールド機により掘削されたトンネル壁面と埋設管等の外周面との間の隙間によって形成されるテールボイドに滑材やモルタル等の裏込材を注入し、埋設管の円滑な推進や掘削地盤の補強等を図っている。
【０００３】
このような裏込材注入手段としては、従来から図９に示すように、シールド機のスキンプレート32の後端部内面に、前半部をピストン室33に後半部を吐出通路34に形成してなる裏込材注入シリンダー31を前後方向に向けて固着し、該シリンダー31内に挿入したロッド体35に上記ピストン室33内で摺動する第１ピストン36と上記吐出通路34内で摺動する第２ピストン37とを一体に設けると共に吐出通路34にモルタル等の裏込材注入管39を連結、連通させ、さらに、上記ロッド体35の中心部に洗浄水供給孔38を穿設して該供給孔38の後端から供給した洗浄水を第２ピストン37の近傍部における吐出通路34内に連通させ、該吐出通路34の後端吐出口をスキンプレート32の後端内周縁に一体に周設した環状の妻板40を通じてテールボイド41側に開口させた構造としている。
【０００４】
そして、上記ピストン室33の前後室部に圧油を交互に供給して第１ピストン36を前後摺動させることによりロッド体35を前後動させると共にこのロッド体35の後端に固着している第２ピストン37を一体に前後摺動させ、該第２ピストン体37の往動時には注入管39を通じて吐出通路34内に供給された裏込材をテールボイド41側に注入し、次いで復動後、は注入管39を通じて吐出通路34内に裏込材を注入している。一方、テールボイド41に対する裏込材の注入後、第２ピストン37を吐出通路34の吐出口側に停止させた状態でロッド体35内の供給孔38を通じて洗浄水を供給することにより注入管39内に残留している裏込材を逆送、除去すると共に注入管39内を洗浄している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、テールボイド41の厚み（掘削壁面と埋設管等との間の隙間）が作業性や経済性等から必要最小限度に設定することが望ましいにも拘わらず、上記のような裏込材の注入手段によれば、シリンダー31に挿入しているロッド体35の中心部に洗浄水供給孔38を穿設しているので、ロッド体35が太くなり、ひいてはシリンダー31の外径が大きくなってこのシリンダー31をスキンプレート32の内面に装着した場合、テールボイド41の厚みを大きくしておかなければ、該テールボイド41に吐出通路34の吐出口を臨ませることができなくなるという問題点が生じる。
【０００６】
このため、図９、図10に示すように、スキンプレート32におけるシリンダー31を装着する部分を外方に膨出させ、その膨出部32' の内面凹部にシリンダー31を固着して、シリンダー31の裏込材吐出通路34の吐出口を掘削地盤側に接近させることにより、厚みの薄いテールボイド41に対応できるように構成しているが、スキンプレート32の一部を外方に膨出させると、該膨出部32' が掘削地盤と摺接して推進抵抗が増大するばかりでなく、掘削地盤が崩壊する虞れがある。さらに、スキンプレート32に膨出部32' を形成しても、スキンプレート32の厚みや膨出高さによって、所定の裏込材の注入厚W1よりもW2分の厚み増大が生じ、テールボイド41の厚みの増加を解消することができない等の問題点があった。また、発進立坑口における坑口パッキンの止水性を損なう原因にもなっていた。
【０００７】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところはスキンプレートから外方に突出させることなく、厚みの薄いテールボイドに対して裏込材を円滑に注入し得るようにしたシールド機における裏込材の注入口の構造を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のシールド機における裏込材の注入口の構造は、シールド機のスキンプレートの後端一部に外面が該スキンプレートと面一状に連続している板状の注入口部材を一体的に設け、この注入口部材には前後方向に直列に連通したピストン室と吐出通路とが穿設されていると共に、前後に所定間隔を存して上記ピストン室内で摺動する第１ピストンと上記吐出通路内で摺動する第２ピストンとを設けているロッド体をこれらのピストン室と吐出通路内に亘って前後動自在に挿入し、さらに、直列に連通した上記ピストン室と吐出通路とをピストン室の前端開口部から上記注入口部材の後端面側に開口させている該吐出通路の後端吐出口に向かって注入口部材の外面側に傾斜させていると共に、シールド機内部からこの吐出通路の前端部と中間部とに夫々連通する洗浄水供給通路と裏込材等の注入通路を穿設してなる構造を有する。
【０００９】
上記のように構成した裏込材注入口の構造において、請求項２に記載したように、吐出通路の断面形状をシールド機の円周方向に長い偏平な形状に形成しておいてもよい。
【００１０】
【作用】
吐出通路内に裏込材注入通路を通じて裏込材を所定量注入したのち、ピストン室内の第１ピストンを往動させると、ロッド体を介して吐出通路内の第２ピストンが吐出口側に向かって摺動して裏込材をスキンプレート後方のテールボイド内に注入する。注入後、第１ピストンを復動させると第２ピストンが吐出通路内の前端部内まで摺動復帰し、再び該吐出通路内に裏込材を注入したのち、上記同様に第１ピストンの往動により第２ピストンを一体に摺動させて裏込材の注入を行う。なお、裏込材のテールボイドの注入は、第２ピストンを吐出通路内の前端部内に止めたまゝ、裏込材圧送ポンプで裏込材をテールボイドに充填できるまで直接圧送するようにし、裏込材の注入完了後に第１ピストン、第２ピストンを往動させて上記洗浄を行うようにしてもよい。
【００１１】
裏込材の注入作業後、注入通路の洗浄を行う場合には、第２ピストンを吐出口側に位置させた状態で洗浄水供給通路を通じて吐出通路内に洗浄水を供給すると、洗浄水が吐出通路内から裏込材注入通路内に流通し、注入通路内に残留している裏込材を逆送して注入通路が洗浄される。
【００１２】
また、ピストン室と吐出通路とを直列状に穿設している注入口部材をその外面がシールド機のスキンプレートの外面と面一状態となるように該スキンプレートの一部に一体に設けているので、掘削壁面に対して注入口部材の外面がスキンプレートの外周面と同等の摺接圧でもって接触し、従って、掘削壁面を崩壊させることなく、また、埋設管等の推進時における推進抵抗を増大させることなく、円滑な推進が可能となる。
【００１３】
さらに、注入口部材の外面側の厚み部分がスキンプレートの厚みに重複させた状態となっているので、スキンプレートの内周面に注入手段を装着している従来の構造に較べて吐出通路の吐出口をスキンプレートの外面寄りに位置させることができ、従って、スキンプレート後方のテールボイドの厚みを薄くして該テールボイドに吐出通路の吐出口を確実に連通させることができる。この機能は、吐出通路を後端吐出口に向かって斜め外方に傾斜させた状態で設けていると共に、請求項２に記載したように吐出通路の断面形状をシールド機の円周方向に長い偏平な形状に形成しておくことによって一層向上するものである。
【００１４】
【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６において、１はシールド機のスキンプレート２よりも肉厚に形成されている一定厚みを有する平面矩形状の鋼鉄製板材よりなる注入口部材で、スキンプレート２の後端一部に一体的に固着されている。即ち、スキンプレート２の後端一部をこの注入口部材１の平面形状と同一形状に切除し、該切除部2bに注入口部材１をその外面1aがスキンプレート２の外周面2aと面一状態となるように嵌め込み、この状態で注入口部材１の縁部をスキンプレート２の切除部2bに溶接等によって一体的に固着している。注入口部材１の外面1aは平坦面に形成しておいてもよいが、図３〜図５に示すように、スキンプレート２の外周面と同一湾曲度を有する湾曲面に形成してスキンプレート２の長さ方向並びに周方向に凹凸を生じさせることなく連続面となるように形成しておくことが望ましい。
【００１５】
注入口部材１には、その幅方向の中央部に前後端面間に亘って一定径を有する断面円形のピストン室３と裏込材吐出通路４とが同一中心線上に直列状に穿設されてあり、ピストン室３は注入口部材１の前半部側に、吐出通路４は注入口部材１の後端部側に夫々設けられて吐出通路４の後端吐出口4aは注入口部材１の後端面に開口している。また、ピストン室３と吐出通路４との連設部には一定長さを有するロッド体５を摺動自在に挿通させている仕切壁1bが設けられている。
【００１６】
上記注入口部材１の外面1aと直列状に設けたピストン室３及び吐出通路４との間の厚みは、図１に示すように、吐出通路４の開口前端側から吐出通路４の吐出口4aに向かって注入口部材１の外面1a側に傾斜させ、且つピストン室３の開口前端と注入口部材１の外面1a間の厚みW1をスキンプレート２と同一厚みまたはやゝ厚く形成すると共に吐出口4aと注入口部材１の外面1aとの厚みW2をスキンプレート２よりも薄く形成しておくことが望ましい。
【００１７】
また、上記ロッド体５の前端部にはピストン室３内で前後摺動する第１ピストン６が固着されていると共に後端部には吐出通路４内で前後摺動する第２ピストン７が固着されている。従って、第１ピストン６を往復動させると、ロッド体５を介して第２ピストン７が第１ピストン６と同一方向に同一距離、一体的に往復動するものである。尚、第１ピストン６を挟んで注入口部材１の下面からピストン室３内に連通する圧油ポート3a、3bが穿設されてあり、配管（図示せず）を通じて圧油供給源（図示せず）に接続している。
【００１８】
８は洗浄水供給通路、９は裏込材注入通路で、両通路８、９共、注入口部材１の内部に設けられてあり、洗浄水供給通路８の一端は吐出通路４の前端部内、即ち、上記仕切壁1bの背面側に連通していると共に、他端は図４に示すように、注入口部材１の内面に開口させて該開口端に供給管10を連結、連通させている。一方、裏込材注入通路９は、その一端を吐出通路４の中間部、即ち、往動始端位置に待機させている第２ピストン７の後方空間部に連通させていると共に他端を注入口部材１の内面に開口させて該開口部に裏込材供給管11を連結、連通させている。また、上記ロッド体５の前端面中央部に小径の確認棒12を前方に向かって一体に突設し、ピストン室３の前端開口部に装着しているシール材13を通じて前方に突出させている。
【００１９】
このように構成した裏込材の注入口構造によってトンネル掘削壁面ｔに埋設管Ｐを被覆するモルタル等の硬化材よりなる裏込材を覆工する方法を、図６に基づいて説明する。同図において、シールド機Ｓの上記スキンプレート２の内周面数カ所にはリブ14が固着され、このリブ14に一定長さを有する固定ガイド筒15の前端を固着し、該固定ガイド筒15に外径がスキンプレート２よりも小径の円筒形型枠16を前後摺動自在に被嵌させている。
【００２０】
円筒形型枠16はスキンプレート２の内周面数カ所に装着したジャッキ17によって前後方向に動かされ、且つその前端外周面をスキンプレート２の後端に一体に設けているリング状妻板2cの内周面と、この内周面に周方向に同一湾曲度でもって連なっている上記注入口部材１の後端部内面1cに摺動自在に挿嵌させている。そして、注入口部材１の裏込材吐出通路４の吐出口4aをスキンプレート２の後方テールボイド18、即ち、トンネル掘削壁面ｔと円筒形型枠16との間の空隙部に臨ませている。
【００２１】
さらに、上記固定ガイド筒15の後端に円筒形型枠16よりも僅かに小径の筒状アダプター19を介して該筒状アダプター18と同一外径を有する埋設管Ｐが一体的に連結してあり、アダプター16の適所には埋設管Ｐとこの埋設管Ｐを被覆する硬化層よりなる裏込材層20との間の隙間21に滑材22を注入する滑材注入管23を連結、連通させている。なお、上記シールド機Ｓは公知のようにモータによりカッター板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Ｐ内を通じて排出するように構成している。
【００２２】
シールド機Ｓに後続させる上記埋設管Ｐは、発進立坑24内において推進ジャッキ25によってトンネル掘削壁面ｔ内に挿入、推進され、１本の埋設管Ｐが推進されると次の埋設管Ｐを接続して推進される。この推進力は埋設管Ｐからアダプター16、固定ガイド筒15を介してシールド機Ｓに伝達され、シールド機Ｓはそのカッター板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。
【００２３】
埋設管Ｐの推進に従ってシールド機Ｓが一定長、掘進すると、該シールド機Ｓによって掘削されたトンネル掘削壁面ｔと円筒形型枠16との間に断面円環状のテールボイド18が設けられ、このテールボイド18内にモルタル等の硬化性材料からなる裏込材20を注入、充満させる。この注入方法は、まず、上記注入口部材１に穿設している注入通路９に供給管11を通じて裏込材20を供給することにより注入通路９を通じて吐出通路４内に一定量の裏込材20を充填する。
【００２４】
次いで、一方の圧油ポート3aを通じてピストン室３内に圧油を供給すると、第１ピストン６はロッド体５を後方（吐出通路４側）に移動させながら該ロッド体５の後端側に固着している第２ピストン７を一体に往動させ、該第２ピストン７によって吐出通路４内の裏込材20を上記テールボイド18に臨ませている吐出口4aからテールボイド18内に注入する。この際、該吐出口4aはスキンプレート２の外周面にできるだけ接近した位置に開口しているので、厚みが薄いテールボイド18に対しても確実に注入することができ、この裏込材20の注入、硬化による覆工厚み（テールボイド18の厚み）は、注入口部材１の外面1aと内面1c間の厚みに等しくなる。
【００２５】
注入後、他方の圧油ポート3b側に圧油を供給することにより第１ピストン６を復動させると、第２ピストン７が吐出通路４内の前端部内まで摺動復帰し、再び該吐出通路４内に裏込材20を注入したのち、上記同様に第１ピストン６の往動により第２ピストン７を一体に摺動させてテールボイド18内に裏込材20の注入を行う。この際、これらのピストン６、７を有するロッド体５の後端面には、注入口部材１の前面から前方に突出する確認棒12を一体に設けているので、該確認棒12は第１、第２ピストン６、７の往復動によってその突出量、突出状態が変化し、裏込材注入速度気等の注入状態を確認することができる。なお、裏込材20のテールボイド18の注入は、第２ピストン７を吐出通路４内の前端部内に止めたまゝ、裏込材圧送ポンプで裏込材20をテールボイド18に充填できるまで直接圧送するようにし、裏込材20の注入完了後に第１ピストン６、第２ピストン７を往動させて上記洗浄を行うようにしてもよい。
【００２６】
こうして、テールボイド18内に裏込材20が注入、充満すると、ジャッキ17によって円筒形型枠16を前後方向に往復動させて該型枠16に裏込材20が付着するのを防止しながら裏込材20を一定の強度にまで硬化させる一方、裏込材20はその硬化によってトンネル掘削壁面ｔに固着する。次いで、硬化した円筒形状の裏込材層20は、発進立坑24側から推進ジャッキ25により押圧推進される埋設管Ｐの外周面に隙間21を介して被覆すると共に推進ジャッキ25の推進力がシールド機Ｓに伝達されて一定長のトンネルを掘進する。この際、注入口部材１の外面をスキンプレート２の外周面と同一湾曲度でもって面一に連続させているので、掘削壁面ｔを崩壊させることなく、また、埋設管等の推進時における推進抵抗を増大させることなく、円滑な推進が可能となるものである。
【００２７】
また、裏込材層20と埋設管Ｐとの間の隙間21に滑材22を注入すると、埋設管Ｐの外周面が該滑材層22を介して掘削壁面ｔと一体化した裏込材層20の内周面に摺接し、円筒形型枠16の外周面に対す裏込材20の付着防止と相まって推進抵抗が著しく減少して長距離施工であってもシールド機Ｓと一体的に埋設管Ｐを順次継ぎ足しながら円滑に推進させることができる。
【００２８】
シールド機Ｓは一定長（円筒形型枠16の長さ以下の距離だけ）掘進し、その掘進長に応じて形成される新たなトンネル掘削壁面ｔと円筒形型枠16との間のテールボイド18内に再び上記同様にして裏込材20を注入するものであるが、テールボイド18への注入、充填後、次の注入作業を行う間に、注入通路９や裏込材供給管11内には裏込材20が残留しており、この裏込材20が該供給管11等に付着、硬化すると注入の妨げとなるので、残留裏込材20を洗浄水の供給によって洗浄、除去するものである。
【００２９】
即ち、第１ピストン６によりロッド体５を後方に摺動させて第２ピストン７を吐出通路４の吐出口4aに位置させたのち、洗浄水供給管10を通じて供給通路８に洗浄水を供給すると、該洗浄水は吐出通路４に充満すると共に吐出通路４から注入通路９及び供給管11内を流通し、残留している裏込材を逆送して注入通路９や供給管11内を洗浄するものである。
【００３０】
図７、図８は本発明注入口構造の別な実施例を示すもので、上記実施例においては吐出通路４を断面円形状に形成したが、この実施例においては該吐出通路4'の断面形状を注入口部材１の肉厚方向に対して偏平な長円形状に形成すると共にロッド体５の後端部に固着している第２ピストン7'も同一断面形状に形成しているものである。その他の構造は上記実施例と同一であるので、同一符号を付してその説明を省略する。また必ずしも長円形断面でなくても長方形断面でもよく、さらに、長円形長方形であってもシールド機Ｓのスキンプレート２に沿って湾曲していてもよい。
【００３１】
このように、吐出通路4'を注入口部材１の肉厚方向に対して偏平な長円形状に形成すると、該吐出通路4'の短径寸法が上記実施例における断面円形の吐出通路４の直径と同一である場合、第２ピストン7'の一回の往復動による裏込材注入量が増大し、又、断面積が等しい場合には、厚みが上記実施例よりもさらに薄いテールボイド18であっても確実な注入が可能となるものである。なお、上記各実施例においては、シールド機Ｓのスキンプレート２に型枠16を介して埋設管Ｐを後続させたが、このような型枠16を用いることなくスキンプレート２に埋設管Ｐを直接的に後続させて埋設管Ｐ外周方のテールボイド18に裏込材20を注入する方法においても本発明の注入口構造を採用することができるものであり、また、裏込材20としてモルタル等の硬化性材料に限らず、滑材であってもよい。さらに、上記では埋設管を推進埋設する工法の場合を例示したが、本発明においては、セグメントでトンネルを覆工する工法に用いるシールド機に適用してもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明のシールド機における裏込材の注入口構造によれば、内部にピストン室と吐出通路とを直列状に穿設している注入口部材をその外面がシールド機のスキンプレートの外面と面一状態となるように該スキンプレートの一部に一体に設けているので、掘削壁面に対して注入口部材の外面をスキンプレートの外周面と同じ状態で摺接させることができ、従って、掘削壁面を崩壊させることなく、また、埋設管等の推進時における推進抵抗を増大させることなく、円滑な推進が可能となるものである。
【００３３】
さらに、注入口部材の外面側の一部分がスキンプレートの厚みに重複させた状態となっているので、スキンプレートの内周面に注入手段を装着している従来の構造に較べて吐出通路の吐出口をスキンプレートの外面に近接した位置に開口させることができ、そのため、厚みが薄いテールボイドに対しても該吐出通路の吐出口を確実に連通させて必要最小限度の注入量でもって裏込材の注入を行うことができ、経済的であると共に注入作業が能率よく行なえるものである。
【００３４】
そして、このような作用効果は、上記吐出通路を吐出口に向かって斜め外方に傾斜させた状態で設けておくことにより、さらには請求項２に記載したように吐出通路の断面形状を偏平な長円形状に形成しておくことによって一層向上するものである。
【００３５】
また、ブロック形状の注入口部材内に上記ピストン室や吐出通路、洗浄水供給通路、裏込材注入通路等を設けているので、構造が極めて簡素化し得るばかりでなく、スキンプレートに対する装着も容易に且つ正確に行え、又、管路等の故障の発生も減少させることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】注入口部材の縦断側面図、
【図２】その横断面図、
【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】覆工を行いながら埋設管を敷設している状態の簡略縦断側面図、
【図７】注入口部材の別な実施例を示す横断面図、
【図８】その吐出通路部分の縦断正面図、
【図９】従来例を示す縦断側面図、
【図１０】その縦断正面図。
【符号の説明】
１  注入口部材
２  スキンプレート
３  ピストン室
４  吐出通路
５  ロッド体
６  第１ピストン
７  第２ピストン
８  洗浄水供給通路
９  裏込材注入通路
18  テールボイド
Ｓ  シールド機
ｔ  掘削壁面
【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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【図１０】
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