(57)【要約】  【課題】セグメント内部に十分な空間を確保できるようにするとともに、セグメントの組立後に直ちに当該セグメントを保持できるようにする。  【解決手段】シールド機１の外殻となるスキンプレート８の内面側であってかつ後方側位置に、周方向に適宜の間隔をおいて、トンネル中心側に向かって進退自在または膨縮自在のセグメント保持体１２…、１３…を複数配設する。前記セグメント保持体１２…，１３…は、周方向に配置されたセグメント保持体群を一列としてトンネル方向に縦列的に２列配置とし、かつ前側セグメント保持体列１４が最前列セグメントの略中央に位置した際、後側セグメント保持体列１５が次列セグメントの切羽寄り側に位置する相対的位置関係とする。また、セグメント保持体１２…，１３…は、液体、気体、油等の流体によって膨縮自在とされる膨張マット１２または油圧ジャッキ１３よりなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド機の外殻となるスキンプレートの内面側であってかつ後方側位置に、周方向に適宜の間隔をおいて、トンネル中心側に向かって進退自在または膨縮自在のセグメント保持体を複数配設するとともに、該セグメント保持体は、周方向に配置されたセグメント保持体群を一列としてトンネル方向に縦列的に２列配置とし、かつ前側セグメント保持体列が最前列セグメントの略中央に位置した際、後側セグメント保持体列が次列セグメントの切羽寄り側に位置する相対的位置関係にあることを特徴とするセグメントの形状保持装置。
【請求項２】
前記前側セグメント保持体列と後側セグメント保持体列間において、トンネル長手方向線上に位置する前側セグメント保持体と後側セグメント保持体とは一体のユニット構造とし、このユニット構造のまま交換可能としてある請求項１記載のセグメントの形状保持装置。
【請求項３】
前記セグメント保持体は、液体、気体、油等の流体によってトンネル中心側に向かって進退自在または膨縮自在とされる膨張マットまたはジャッキである請求項１、２いずれかに記載のセグメントの形状保持装置。
【請求項４】
相対的にスキンプレートの周方向上部領域側に前記膨張マットを配置し、相対的に周方向下部領域側にジャッキを配置してある請求項１〜３いずれかに記載のセグメントの形状保持装置。
【請求項５】
前記セグメント保持体のセグメント当接部に、摺動を円滑にするための摩擦低減処理を施すか、または摩耗低減部材を設けてある請求項１〜４いずれかに記載のセグメントの形状保持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド工法において、掘進に伴って組み立てられるセグメントの形状保持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド機を用いて地盤中にトンネルを構築するシールド工法では、掘進に伴ってシールド機のスキンプレート内面に周方向に複数のピースからなるセグメントをリング状に組み立て覆工を行うようにしているが、このセグメントの組み立て時に、外部からの土圧や自重によりセグメントに変形が起こり、次のセグメントの組み立て（連結）に支障を来すことが多く、このため前記セグメントの形状を保持するために形状保持装置が使用されている。
【０００３】
前記形状保持装置の基本的構造は、シールド機本体から後方に突設された支持フレームに、上下方向に伸縮可能な左右一対の支柱をトンネル方向に移動可能に配設し、かつ前記左右の支柱の上端部に断面形状に沿った上部保持ビームを設けるとともに、下端部に下部保持ビームを設けた構造を成しており（以下、上下拡張型形状保持装置という。）、前記支柱を伸長して上部保持ビームおよび下部保持ビームをセグメント内面に当接させることにより、鉛直土圧や自重によりセグメントに掛かる垂直方向の力を支持してセグメントを適正に組み立てられた状態に保持し変形を防止するものである。
【０００４】
近年は、下記特許文献１に示されるように、前記垂直方向の支持に加え、水平方向にも両側に夫々伸縮自在の水平部材を設けるとともに、この水平部材の先端に左側保持ビームおよび右側保持ビームを設け、水平方向の土圧や水圧を支持するようにした形状保持装置（以下、上下及び左右拡張型形状保持装置という。）も提案されている。
【特許文献１】特開平８−１０９７９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の形状保持装置にあっては下記のような問題点があった。
【０００６】
(1)セグメント内に設置される従来のセグメント形状保持装置は、トンネル内空部の多くを占有し、セグメントの搬送、作業員の移動等の障害となり支障を来す場合が多かった。
【０００７】
(2)上記特許文献１の図２にも示されるように、形状保持装置はセグメントを組み立てるためのエレクター装置および組立用足場に対する干渉を避けるため、通常は最前列のセグメントよりも１リング後方に位置する前回時に組み立てられたセグメントに設置せざるを得ず、新たにセグメントを組み立てるセグメントに隣接するセグメントは形状保持装置によって保持されていない。その結果、新たに組み立てられるセグメントの組立作業に支障を来すことがある。この傾向は特に自重が嵩む大口径セグメントや土圧の影響が大きい場合に顕著となる。
【０００８】
(3)前記上下拡張型形状保持装置および上下及び左右拡張型形状保持装置のいずれの場合も、浮き上がりに対して何ら対応が出来ていない。一般にシールド掘進では、推進ジャッキを押し切った状態で最前列のセグメントの約１／２がシールド機外に出ることになり浮力を受けることになる。この際、スキンプレートの外部ではセグメントの裏側に裏込材が充填されるため、ある程度全周が拘束された状態にはなるけれども、裏込注入材の初期強度は小さいため、形状保持装置で支持されていない最前部のセグメントの浮き上がり（変位）が懸念される。また、太口径セグメントの場合、上下間の水圧差によりセグメントがいびつに変形し、次のセグメントのボルト連結に支障を来す虞がある。
【０００９】
(4)シールド機のスキンプレートとセグメントとの間には、摩擦低減のため所定の間隙が形成されている。そのため、セグメントが自重によってスキンプレートの内部でずり落ちが生じてしまうことがある。
【００１０】
そこで本発明の主たる課題は、セグメント内部に十分な空間を確保できるようにするとともに、セグメントの組立後に直ちに当該セグメントを保持することが可能で、しかも浮き上がり、水圧差による変形、スキンプレート内における自重によるずり落ち等の問題をすべて解消できるセグメントの形状保持装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、シールド機の外殻となるスキンプレートの内面側であってかつ後方側位置に、周方向に適宜の間隔をおいて、トンネル中心側に向かって進退自在または膨縮自在のセグメント保持体を複数配設するとともに、該セグメント保持体は、周方向に配置されたセグメント保持体群を一列としてトンネル方向に縦列的に２列配置とし、かつ前側セグメント保持体列が最前列セグメントの略中央に位置した際、後側セグメント保持体列が次列セグメントの切羽寄り側に位置する相対的位置関係にあることを特徴とするセグメントの形状保持装置が提供される。
【００１２】
上記請求項１の本発明においては、スキンプレートの周方向に沿って前記セグメント保持体を複数配設し、セグメントの外周側から多点的に支持するようにした。したがって、セグメント内部には形状保持装置が存在しないため、トンネル内に十分な空間が確保されるようになる。また、エレクター装置や組立用足場との干渉も一切問題とならないため、組立直後のセグメントを直ぐに支持できるようになる。また、組立直後のセグメントを直ぐに支持できるようになる結果、浮き上がり、水圧差による変形、スキンプレート内における自重によるずり落ち等の問題をすべて解消できるようになる。
【００１３】
前記セグメント保持体は、周方向に配置されたセグメント保持体群を一列としてトンネル方向に縦列的に２列配置とし、かつ前側セグメント保持体列は最前列セグメントの略中央に位置した際、後側セグメント保持体列は次列セグメントの切羽寄り側に位置するように配置されている。すなわち、前側セグメント保持体列と後側セグメント保持体列との間隔Ｌは、セグメント幅の１／２＋α以上セグメント幅以内とされ、最前列セグメントの組立完了直後に、最前列セグメントと前回に組み立てたセグメントとを共に保持し、その後シールド機が掘進しても、今度は後側セグメント保持体列が最前列セグメントを保持し、次に組み立てられるセグメントの略中央に前側セグメント保持列が位置するようになる。
【００１４】
請求項２に係る本発明として、前記前側セグメント保持体列と後側セグメント保持体列間において、トンネル長手方向線上に位置する前側セグメント保持体と後側セグメント保持体とは一体のユニット構造とし、このユニット構造のまま交換可能としてある請求項１記載のセグメントの形状保持装置が提供される。
【００１５】
請求項３に係る本発明として、前記セグメント保持体は、液体、気体、油等の流体によってトンネル中心側に向かって進退自在または膨縮自在とされる膨張マットまたはジャッキである請求項１、２いずれかに記載のセグメントの形状保持装置が提供される。
【００１６】
請求項４に係る本発明として、相対的にスキンプレートの周方向上部領域側に前記膨張マットを配置し、相対的に周方向下部領域側にジャッキを配置してある請求項１〜３いずれかに記載のセグメントの形状保持装置が提供される。
【００１７】
請求項５に係る本発明として、前記セグメント保持体のセグメント当接部に、摺動を円滑にするための摩擦低減処理を施すか、または摩耗低減部材を設けてある請求項１〜４いずれかに記載のセグメントの形状保持装置が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
以上詳説のとおり本発明によれば、セグメント内部に十分な空間を確保できるようになるとともに、セグメントの組立後に直ちに当該セグメントを保持することが可能となる。また同時に、浮き上がり、水圧差による変形、スキンプレート内における自重によるずり落ち等の問題をすべて解消できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
図１はシールド機１の縦断面図、図２は図１のII−II線矢視図である。
【００２０】
同図に示されるシールド機１は泥水加圧式のものであり、シールド本体２の前端部に設けられた隔壁３とカッタヘッド４との間にはカッタチャンバ５が区画され、このカッタチャンバ５に臨ませて送泥管６と排泥管７とが夫々開口して設けられている。一方、シールド機１の外殻となるスキンプレート８内の後方側には、セグメント組立装置１０（エレクター装置）が配設され、掘進に伴ってスキンプレート８内面に周方向に複数のピースからなるセグメント１１をリング状に組み立て覆工を行うようになっている。なお、符号９はシールド本体２を推進させるためのシールドジャッキである。
【００２１】
前記シールド機１においては、スキンプレート８の内面側であってかつ後方側位置に、周方向に適宜の間隔をおいて、トンネル中心側に向かって進退自在または膨縮自在のセグメント保持体１２…、１３…を複数配設し、セグメントを外周から多点支持する形状保持装置が設けられている。なお、本発明に係るセグメント形状保持装置は、前記泥水加圧式に限らず、泥水式、土圧式、泥土圧式等、種々のシールド機に対して適用されるものである。
【００２２】
以下、具体的に前記セグメント形状保持装置について詳述すると、
前記セグメント保持体としては、例えば液体、気体、油等の流体によって膨縮自在とされる膨張マット１２または油圧（または空圧）ジャッキ１３が使用され、図２に示されるように、リング状に組み立てられたセグメント１１を外面側から多点支持し、土圧、自重および水圧による外力によってセグメント１１が変形するのを防止するとともに、浮き上がりや自重によるずり落ちを防止するようになっている。
【００２３】
この場合、前記セグメント保持体は、同図に示されるように、好ましくは相対的にスキンプレート８の周方向上部領域側に前記膨張マット１２，１２…を配置し、相対的に周方向下部領域側に油圧ジャッキ１３，１３…を配置するようにするのが望ましい。ストローク調整によって被支持体の移動が容易に行える油圧ジャッキ１３，１３…を相対的に下部領域側に配設することにより、前記セグメント１１の位置調整が容易に行えるようになる。もちろん、全周方向に前記膨張マット１２，１２…または油圧ジャッキ１３，１３…を配設するようにしてもよい。
【００２４】
前記セグメント保持体は、図１に示されるように、周方向に配置されたセグメント保持体群１２…、１３…を一列としてトンネル方向に縦列的に２列配置とし、かつ前側セグメント保持体列１４は最前列セグメント１１１の略中央に位置した際、後側セグメント保持体列１５は次列セグメント１１２の切羽寄り側に位置するように配置されている。すなわち、前側セグメント保持体列１４と後側セグメント保持体列１５との間隔Ｌは、セグメント幅の１／２＋α以上セグメント幅以内とされ、最前列セグメント１１１の組立完了直後に、最前列セグメント１１１と前回に組み立てたセグメント１１２とを共に保持し、その後シールド機１が掘進しても、今度は後側セグメント保持体列１５が最前列セグメント１１１を保持し、次に組み立てられるセグメントの略中央に前側セグメント保持列１４が位置するようになっている。
【００２５】
前記膨張マット１２は、例えば図３に示されるように、スキンプレート８の内面側に凹部８ａを設け、収縮時には前記凹部８ａ内に収容可能としたものであって、ゴム等からなる風船状に膨張可能な袋体の周縁部分に固定用金具２１を一体的に設け、この固定用金具２１を固定用ボルト１６によって固定するとともに、スキンプレート８内部に形成された流路１７の吐出口を前記膨張マット１２の内空部に臨ませ、液体または気体等の作動流体を供給または引き抜きすることによってトンネル中心側に向かって膨張可能となっている。
【００２６】
前記膨張マット１２には、図４に示されるように、摩耗防止のため凹部８ａの開口面を塞ぐように、弾性伸縮性シート１８を設けるようにしてもよい。膨張マット１２の作動時には、同図(B)に示されるように、膨張マット１２の膨張に伴って前記弾性伸縮性シート１８が共に膨らんでセグメント１１を押圧保持する。
【００２７】
一方、油圧ジャッキ１３は、図５に示されるように、スキンプレート８の内面側に凹部８ａを設け、収縮時には前記凹部８ａ内に収容可能としたもので、スキンプレート８内部に形成された流路１７より供給される作動油によってピストンがトンネル中心側に伸長しセグメント１１を押圧保持するようになっている。
【００２８】
前記セグメント保持体は、前記前側セグメント保持体列１４と後側セグメント保持体列１５間において、図６に示されるように、トンネル長手方向線上に位置する前側セグメント保持体１２の配設部から後側セグメント保持体１２の配設までを連続した凹部区間８ｂとするとともに、これら前側セグメント保持体１２と後側セグメント保持体１２とを函体１９内部に収容するなどして一体のユニット構造とし、このユニット構造のまま交換可能とするのが望ましい。なお、油圧ジャッキのユニット化についても同様の構造とすることができる。
【００２９】
また、前記セグメント保持体１２，１３は、シールド機１の掘進時にセグメント１１の外面との際に摩擦が発生することから、前記セグメント保持体１２，１３のセグメント当接部に、摺動を円滑にするための摩擦低減処理を施すか、または摩耗低減部材を設けるようにするのが望ましい。前者の摩擦低減処理としては、例えば前記膨張マット１２や油圧ジャッキ１３のセグメント当接面にデンプル状の突起を設け接触面積の低減を図ったり、４フッ化エチレン樹脂などの摩擦低減材をコーティングするなどの方法を挙げることができ、後者の摩擦低減部材として、例えば前記膨張マット１２や油圧ジャッキ１３のセグメント当接面に、４フッ化エチレン樹脂塗工板を設けたり、図７に示されるように、ベアリング装置２０を設けるなどの方法を挙げることができる。
【００３０】
ところで、本発明に係るセグメント形状保持装置では、周方向に適宜の間隔をおいて、トンネル中心側に向かって進退自在または膨縮自在のセグメント保持体を複数配設するようにしたが、前記膨張マット１２の場合には、周方向に連続するように設けてもよい。また、上記例では円形断面トンネルを対象として説明を行ったが、対象となるトンネル断面形状は楕円、馬蹄形等、円形以外の形状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】シールド機１の縦断面図である。
【図２】図１のII−II線矢視図である。
【図３】セグメント形状保持体を成す膨張マット１２の、(A)は収容状態図、(B)はセグメント支持状態図である。
【図４】セグメント形状保持体を成す膨張マット１２の変形例に係る、(A)は収容状態図、(B)はセグメント支持状態図である。
【図５】セグメント形状保持体を成す油圧ジャッキの(A)は収容状態図、(B)はセグメント支持状態図である。
【図６】トンネル長手方向線上に位置する前側セグメント保持体１２と後側セグメント保持体１２とのユニット化構造例を示す図である。
【図７】セグメント保持体に対するベアリング装置２０よりなる摩擦低減部材配設要領図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…シールド機、２…シールド本体、３…隔壁、４…カッタヘッド、５…カッタチャンバ、８…スキンプレート、１０…エレクター装置、１１…セグメント、１１１…最前列セグメント、１１２…次列セグメント、１２…膨張マット、１３…油圧ジャッキ、１４…前側セグメント保持体列、１５…後側セグメント保持体列
【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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