(57)【要約】【課題】土圧シールド機により曲線区間を掘進するにあたり、余堀部の崩壊を防止しつつ、テールボイドへの裏込め材の充填作業が１回で済み、これにより効率良く、かつ、安価に施工できるようにする。【解決手段】土圧シールド機１にて急曲線区間を掘進する際に、余堀部１４に加泥材１６を注入して加圧充填保持し、余堀部１４の崩落を防止する。そして、セグメント８を組み立てた後に、発泡ウレタンからなる速硬性裏込め材１８をテールボイド１７に充填する。速硬性裏込め材１８の充填圧力Ｐｓは、余堀部１４の保持圧Ｐｙ（Ｐｏ＜Ｐｙ＜Ｐｕ）と同じ値から開始し、第２Ｂ圧力計２２３による計測値が上限値Ｐｔ以上になったら、充填作業を停止する。【選択図】図３
2011021403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
土圧シールド機による曲線区間の掘進工法において、
前記土圧シールド機の外殻と地山との間に形成される余堀部に、切羽掘削に使用する加泥材を充填して、前記余堀部内の圧力を切羽の管理土圧と略同一に保持する工程と、
前記土圧シールド機の後方に設置されたセグメントの外周と地山との間に形成されるテールボイドに、速硬性裏込め材を前記余堀部内に充填された前記加泥材の圧力と略同一の圧力で充填を開始し、前記速硬性裏込め材の充填圧力が上昇して所定の圧力に達したら充填を停止する工程と、を備えることを特徴とする土圧シールド機による曲線区間の掘進工法。
【請求項２】
前記速硬性裏込め材は、前記土圧シールド機の後端から所定の距離だけ後方の位置に充填されることを特徴とする請求項１に記載の土圧シールド機による曲線区間の掘進工法。
【請求項３】
前記速硬性裏込め材は、発泡ウレタンを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の土圧シールド機による曲線区間の掘進工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土圧シールド機による曲線区間の掘進工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、土圧シールド機で急曲線区間の掘進を行う際には、土圧シールド機の進行方向を変化させるのに必要な空間（以下、余堀部という）を大きく確保する必要があるため、急曲線区間の周囲を防護すべく地上から地盤改良する工法が用いられていたが、地上作業をなくすために、近年、下記に示すような工法が用いられるようになっている。
例えば、土圧シールド機の側方に形成された余堀部にゲル状の充填材を充填して肌落ちや地盤沈下等を防止するとともに、土圧シールド機の後方に設置されたセグメントの外周面にリング状に設けられたパッカー内に速硬性裏込め材を注入してセグメントを地山に固定することで、土圧シールド機を掘進させるための反力を取るとともに、テールボイドと余堀部との連通を遮蔽する方法が知られている。
【０００３】
また、例えば、特許文献１には、余堀部に流動状態の可塑性充填材を充填するとともに、テールボイドに遅硬性充填材を充填して肌落ち、地盤沈下等を防止し、次に、セグメントの裏込め材注入口の外周面に設けられた複数のミニパッカー内に速硬性裏込め材を注入してセグメントを地山に固定することで、このセグメントにより土圧シールド機を掘進させるための反力を取る方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２３８８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、土圧シールド機の側方に形成された余堀部にゲル状の充填材を充填する方法では、速硬性裏込め材を充填しながらテールボイドに存在するゲル状の充填材を回収する作業を行わなければならず、その作業が煩雑なので、時間と手間がかかり、掘進進捗効率が低下するという問題点があった。
【０００６】
また、特許文献１に記載の方法では、速硬性裏込め材の注入によるミニパッカーの膨張により、テールボイドに充填された遅硬性充填材が切羽側に押し出されて土圧シールド機の周囲に回り込む場合がある。そして、この状態で、土圧シールド機が何らかのトラブルで長時間停止すると遅硬性充填材が硬化するため、土圧シールド機が再び掘進できなくなる可能性があるという問題点があった。
【０００７】
また、上述した両方法共に、パッカー内に速硬性裏込め材を注入した後、テールボイドに一般的な裏込め材を注入しなければならず、テールボイドに硬化時間の異なる２種類の裏込め材を充填する充填作業をそれぞれ行わなければならないため、両裏込め材の作製や充填機材の段取り換えに時間と手間がかかり、掘進進捗効率が低下するという問題点があった。さらに、パッカーを備えたセグメントを用いるので、一般的なセグメントよりも非常に高価で、施工費が高くなってしまうという問題点があった。
【０００８】
そこで本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、土圧シールド機により曲線区間を掘進するにあたり、余堀部の崩壊を防止しつつ、テールボイドへの裏込め材の充填作業が１回で済み、これにより効率良く、かつ、安価に施工できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の土圧シールド機による曲線区間の掘進工法は、前記土圧シールド機の外殻と地山との間に形成される余堀部に、切羽掘削に使用する加泥材を充填して、前記余堀部内の圧力を切羽の管理土圧と略同一に保持する工程と、
前記土圧シールド機の後方に設置されたセグメントの外周と地山との間に形成されるテールボイドに、速硬性裏込め材を前記余堀部内に充填された前記加泥材の圧力と略同一の圧力で充填を開始し、前記速硬性裏込め材の充填圧力が上昇して所定の圧力に達したら充填を停止する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、余堀部に加泥材を充填し、テールボイドに速硬性裏込め材を充填するので、土圧シールド機周辺の地山の緩み、肌落ち、地盤沈下等を確実に防止できる。ここで、速硬性裏込め材とは、テールボイドに注入されてからおよそ５分以内に硬化し、およそ１時間以内に最終強度に達する裏込め材を意味する。
【００１１】
また、テールボイドに速硬性裏込め材を充填するので、充填作業終了後、セグメントを地山に早期に固定することができる。したがって、土圧シールド機を掘進させるための反力をセグメントから取れる状態まで短時間で達し、土圧シールド機に向かって速硬性裏込め材が逸走することを防止できる。
【００１２】
さらに、速硬性裏込め材を、余堀部に充填された加泥材の圧力と略同一の圧力で充填を開始することにより、テールボイドの速硬性裏込め材が土圧シールド機の周囲に回り込むことを防止できる。したがって、土圧シールド機が何らかのトラブルで長時間停止しても、速硬性裏込め材の硬化により土圧シールド機が掘進できなくなることはない。
【００１３】
また、充填作業の最初に注入した速硬性裏込め材が硬化してテールボイド内が塞がれるにつれて、速硬性裏込め材の充填圧力が上昇するが、所定の圧力に達したら充填を停止するため、テールボイド内が高圧となってセグメントを破損したり、地山を傷めるようなことはない。
【００１４】
そして、一般的なセグメントを使用可能なので、パッカー付きセグメントを使用する従来技術に比べて施工費を低減することができる。
【００１５】
また、余堀部内の圧力を切羽の管理土圧と略同一になるように調整するので、切羽の圧力管理に合わせて余堀部の圧力管理を容易に行うことができる。
【００１６】
また、余堀部に加泥材を充填する際は、切羽用の加泥材供給設備を利用できるため、新たな設備の追加は最小限で済む。
【００１７】
また、本発明において、前記速硬性裏込め材が前記土圧シールド機の後端から所定の距離だけ後方の位置に充填されることとすれば、速硬性裏込め材が充填圧力により切羽側に移動しても、充填後、直ちに硬化し始めるので土圧シールド機の後端まで到達することがない。
【００１８】
また、本発明において、前記速硬性裏込め材は、発泡ウレタンを含むこととすれば、発泡ウレタンは、気泡による高い止水性を有するとともに、圧力が作用しても逸走しにくい性質を有するため、土圧シールド機に向かって速硬性裏込め材が逸走することを防止できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、土圧シールド機により曲線区間を掘進するにあたり、余堀部の崩壊を防止しつつ、テールボイドへの裏込め材の充填作業が１回で済むため、効率良く、かつ、安価に施工できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る土圧シールド機で左曲がりの急曲線区間を掘進している状態を示す全体平面概略図である。
【図２】土圧シールド機で急曲線区間を掘進している状態を示すトンネルの側断面図である。
【図３】図２のＡ部拡大図である。
【図４】急曲線区間の掘進施工手順を示すフロー図である。
【図５】発泡条件の違いによる発泡倍率、密度、発現圧縮強度を示す図である。
【図６】速硬性裏込め材を注入するテールボイド用注入口の位置を示す図である。
【図７】他の急曲線区間の掘進施工手順を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００２２】
まず、本発明の実施形態に係る中折れ式土圧シールド機１（以下、単に土圧シールド機１という）の全体の構成について説明する。なお、以下の説明では、主に土圧シールド機１でトンネル２の急曲線区間を掘進する場合の掘進方法について記載し、本発明に直接関係しない部分の図示及び詳細な説明は省略する。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態に係る土圧シールド機１で左曲がりの急曲線区間を掘進している状態を示す全体平面概略図である。また、図２は、土圧シールド機１で急曲線区間を掘進している状態を示すトンネル２の側断面図であり、図３は、図２のＡ部拡大図である。
【００２４】
図１〜図３に示すように、土圧シールド機１は、地山Ｅ中を掘削するためのカッターヘッド３を備えた前胴部４と、前胴部４を掘進させるためのシールドジャッキ５を備えた後胴部６と、前胴部４と後胴部６とを連結する連結手段７とから構成されている。
【００２５】
連結手段７は、複数のチルドジャッキからなり、チルドジャッキの伸縮により、前胴部４を後胴部６に対して所定の角度に屈曲させる。
【００２６】
後胴部６には、セグメント８を組み立てるためのエレクタ（図示しない）が設けられている。後胴部６内でこのエレクタにより順次セグメント８が組み立てられ、環状の内壁が構築される。セグメント８を構築した後に、シールドジャッキ５を伸張させることにより、急曲線区間を掘進させる。
【００２７】
カッターヘッド３の先端及びチャンバー９と土圧シールド機１内とを仕切る隔壁１０には、カッターヘッド３と切羽との間に形成される切羽部１１及びチャンバー９にそれぞれ高粘性の加泥材１６を注入するための切羽用注入口１２及びチャンバー用注入口１３が設けられている。また、前胴部４の外周には、土圧シールド機１の外殻と地山Ｅとの間に形成される余堀部１４に加泥材１６を注入するための余堀部用注入口１５が、土圧シールド機１の上段、中段、下段にそれぞれ設けられている。
【００２８】
土圧シールド機１の後方には、後述する第１充填手段１００が設けられており、この第１充填手段１００から供給される加泥材１６が、切羽用注入口１２を介して切羽部１１に注入され、また、チャンバー用注入口１３及び余堀部用注入口１５を介してそれぞれチャンバー９及び余堀部１４に注入される。
【００２９】
また、セグメント８には、セグメント８の外周と地山Ｅとの間に形成されるテールボイド１７に速硬性裏込め材１８を注入するためのテールボイド用注入口２０が設けられている。本実施形態においては、速硬性裏込め材１８としてセットフォームを使用した。
【００３０】
土圧シールド機１の後方には、後述する第２充填手段２００が設けられており、この第２充填手段２００から供給される速硬性裏込め材１８が、テールボイド用注入口２０を介してテールボイド１７に注入される。
【００３１】
次に、第１充填手段１００について説明する。
【００３２】
第１充填手段１００は、切羽部１１に加泥材１６を供給する第１Ａ供給装置１１０と、三方弁１２４の切り替えによりチャンバー９又は余堀部１４のいずれかに加泥材１６を供給する第１Ｂ供給装置１２０と、所定の割合に配合された加泥材１６を貯留する第１貯留槽１３０と、第１Ａ供給装置１１０及び第１Ｂ供給装置１２０の作動を制御する第１制御装置１４０とから構成される。
【００３３】
第１Ａ供給装置１１０は、第１貯留槽１３０の加泥材１６を供給するための第１Ａポンプ１１１と、第１Ａポンプ１１１から吐出される加泥材１６を送給するための第１Ａ注入管１１２と、第１Ａ注入管１１２の途中の切羽用注入口１２付近に設けられ、切羽部１１内の圧力を測定するための第１Ａ圧力計１１３とを備える。
【００３４】
また、第１Ｂ供給装置１２０は、第１貯留槽１３０の加泥材１６を供給するための第１Ｂポンプ１２１と、一端が第１Ｂポンプ１２１に接続され、第１Ｂポンプ１２１から吐出される加泥材１６を送給するための第１Ｂ注入管１２２ａと、第１Ｂ注入管１２２ａの他端に接続され、加泥材１６の送給先をチャンバー９又は余堀部１４に切り替えるための三方弁１２４と、一端が三方弁１２４に接続され、加泥材１６をチャンバー９及び余堀部１４にそれぞれ送給するための第１Ｂ注入管１２２ｂ及び第１Ｂ注入管１２２ｃと、第１Ｂ注入管１２２ｂ及び第１Ｂ注入管１２２ｃの途中にそれぞれ設けられ、チャンバー９内、余堀部１４内の圧力を測定するための第１Ｂ圧力計１２３ａ及び第１Ｂ圧力計１２３ｂとを備える。本実施形態においては、三方弁１２４として、電気的に送給先を切り替えることが可能な電動三方弁を用いた。
【００３５】
第１制御装置１４０は、第１Ａ圧力計１１３、第１Ｂ圧力計１２３ａ、１２３ｂ及び三方弁１２４に接続され、これらの圧力計の計測値及び弁の切替状態を表示する第１表示器１４１と、第１Ａ圧力計１１３及び第１Ｂ圧力計１２３ａ、１２３ｂの計測値や土圧シールド機１の掘進速度に基づいて、第１Ａポンプ１１１及び第１Ｂポンプ１２１の吐出量を制御したり、三方弁１２４の切り替えを制御するＣＰＵ等の第１制御器１４２と、第１Ａポンプ１１１及び第１Ｂポンプ１２１を制御するための基準となる所定の値（後述する）を入力するための第１入力器１４３とを備える。
【００３６】
土圧シールド機１による急曲線区間掘進時に、第１制御器１４２は、第１Ａポンプ１１１を運転させて切羽部１１に加泥材１６を供給し、かつ、三方弁１２４を加泥材１６が余堀部１４に送給されるように切り替えるとともに第１Ｂポンプ１２１を運転させて余堀部１４に加泥材１６を供給する。なお、土圧シールド機１による直線区間や緩やかな曲線区間の掘進時には、第１Ａポンプ１１１を運転させて切羽部１１に加泥材１６を供給し、かつ、三方弁１２４を加泥材１６がチャンバー９に送給されるように切り替えるとともに、土圧シールド機１の掘進速度に基づいて、第１Ｂポンプ１２１を適宜運転させてチャンバー９に加泥材１６を供給し、チャンバー９内での土砂の流動性を維持する。
【００３７】
また、土圧シールド機１による急曲線区間掘進時に、第１制御器１４２は、土圧シールド機１の掘進速度に基づいて、第１Ａポンプ１１１の吐出量を制御するとともに、第１Ｂ圧力計１２３ａ、１２３ｂの計測値が、それぞれ予め第１入力器１４３に入力された上記所定の値以上になったら、第１Ｂポンプ１２１を停止して、加泥材１６の供給を停止する。その後、第１Ｂ圧力計１２３ａ、１２３ｂの計測値が、それぞれ上記所定の値よりも小さくなったら、第１Ｂポンプ１２１を運転して、加泥材１６の供給を再開する。
【００３８】
また、土圧シールド機１の停止時に、第１制御器１４２は、第１Ａ圧力計１１３及び第１Ｂ圧力計１２３ａ、１２３ｂの計測値が、それぞれ予め第１入力器１４３に入力された上記所定の値以上になったら、第１Ａポンプ１１１や第１Ｂポンプ１２１を停止して、加泥材１６の供給を停止する。その後、第１Ａ圧力計１１３及び第１Ｂ圧力計１２３ａ、１２３ｂの計測値が、それぞれ上記所定の値よりも小さくなったら、第１Ａポンプ１１１や第１Ｂポンプ１２１を運転して、加泥材１６の供給を再開する。
【００３９】
次に、第２充填手段２００について説明する。
【００４０】
第２充填手段２００は、直線区間や緩やかな曲線区間で、セメント、水、骨材の混練物からなる通常の速硬性裏込め材をテールボイド１７に供給する第２Ａ供給装置２１０と、急曲線区間で、速硬性裏込め材１８となる発泡ウレタンをテールボイド１７に供給する第２Ｂ供給装置２２０と、第２Ａ供給装置２１０及び第２Ｂ供給装置２２０の作動を制御する第２制御装置２４０とから構成される。
【００４１】
第２Ａ供給装置２１０には、通常の速硬性裏込め材の充填圧力を測定するための第２Ａ圧力計２１３が設けられている。
【００４２】
また、第２Ｂ供給装置２２０には、発泡ウレタンからなる速硬性裏込め材１８の充填圧力を測定するための第２Ｂ圧力計２２３が設けられている。
【００４３】
第２制御装置２４０は、第２Ａ圧力計２１３及び第２Ｂ圧力計２２３に接続され、これらの計測値を表示する第２表示器２４１と、第２Ａ圧力計２１３及び第２Ｂ圧力計２２３の計測値に基づいて、第２Ａ供給装置２１０及び第２Ｂ供給装置２２０の運転を制御するＣＰＵ等の第２制御器２４２と、第２Ａ供給装置２１０及び第２Ｂ供給装置２２０の運転を制御するための基準となる所定の値（後述する）を入力するための第２入力器２４３とを備える。
【００４４】
また、第２制御器２４２は、第２Ｂ供給装置２２０を運転させて発泡ウレタンからなる速硬性裏込め材１８をテールボイド１７に供給する。その後、テールボイド１７内で速硬性裏込め材１８が硬化することにより、セグメント８が固定され、土圧シールド機１を掘進させるための反力を取ることができるようになる。
【００４５】
また、第２制御器２４２は、第２Ｂ圧力計２２３の計測値が、予め設定された所定の値（後述する）以上になったら、第２Ｂ供給装置２２０を停止し、速硬性裏込め材１８の供給を停止する。
【００４６】
なお、第２制御器２４２は、直線区間又は緩やかな曲線区間を掘進する際に、第２Ａ供給装置２１０を運転させて通常の速硬性裏込め材をテールボイド１７に供給する。その後、テールボイド１７内で通常の速硬性裏込め材が硬化することにより、セグメント８が固定され、土圧シールド機１を掘進させるための反力を取ることができるようになる。
【００４７】
上述した第１充填手段１００、第２充填手段２００を備えた土圧シールド機１で急曲線区間を掘進する方法について施工手順に従って、以下に説明する。
【００４８】
図４は、急曲線区間の掘進施工手順を示すフロー図である。
【００４９】
図４に示すように、急曲線区間の掘進は、切羽部１１内の管理圧力を設定する工程Ｓ１０から速硬性裏込め材１８の充填圧力を設定する工程Ｓ１６を行った後、土圧シールド機１を掘進させる工程Ｓ１８から速硬性裏込め材１８を充填する工程Ｓ２４までを繰り返して行う。
【００５０】
まず、土圧シールド機１にて急曲線区間を掘進する際の切羽部１１の管理圧力Ｐｆを設定する工程Ｓ１０を実施する。
【００５１】
切羽部１１の管理圧力Ｐｆは、土被り深さと地盤の単位体積重量との関係に基づいて切羽直上の鉛直土圧Ｐを算出し、この鉛直土圧Ｐよりも所定圧ΔＰ１だけ大きい所定の値となるように設定する。
【００５２】
なお、上記所定圧ΔＰ１は、土被り深さ、地質等により現場毎に異なるもので、設計等に基づいて適宜決定する。また、本実施形態においては、管理圧力Ｐｆを鉛直土圧Ｐよりも所定圧ΔＰ１だけ大きくする設定としたが、これに限定されるものではなく、管理圧力Ｐｆを鉛直土圧Ｐと略同一となるように設定してもよい。本実施形態においては、管理圧力Ｐｆを０．２５ＭＰａとした。
【００５３】
次に、チャンバー９の管理圧力Ｐｃを設定する工程Ｓ１２を実施する。
【００５４】
チャンバー９の管理圧力Ｐｃは、切羽部１１の所定の値Ｐｆよりも所定圧ΔＰ２だけ大きい所定の値となるように設定する。なお、この所定圧ΔＰ２は、上記と同様に、設計等に基づいて適宜決定する。本実施形態においては、管理圧力Ｐｃを０．２７ＭＰａとした。
【００５５】
次に、余堀部１４の管理圧力の上限値Ｐｕ及び下限値Ｐｏを設定する工程Ｓ１４を実施する。
【００５６】
余堀部１４の管理圧力の上限値Ｐｕは、余堀部１４に加圧力を発生させ、周辺地山Ｅの変位による余堀部１４の変化量が拡大側になる最も低い値（すなわち、余堀部１４が拡大し始める値）を算出し、その値に設定する。
【００５７】
そして、圧力の下限値Ｐｏは、地山Ｅを支持可能で最も低い値以上に設定する。本実施形態においては、余堀部１４の管理圧力の上限値Ｐｕを算出結果より０．３１ＭＰａとし、下限値Ｐｏを切羽部１１の管理圧力の値Ｐｆと同じ０．２５ＭＰａとした。
【００５８】
次に、速硬性裏込め材１８のテールボイド１７への充填圧力Ｐｓ及びその上限値Ｐｔを設定する工程Ｓ１６を実施する。
【００５９】
速硬性裏込め材１８の充填は、充填開始時は充填圧力Ｐｓにて行う。この充填圧力Ｐｓは、加泥材１６の充填されている状態における余堀部１４の保持圧Ｐｙ（Ｐｏ＜Ｐｙ＜Ｐｕ）と同じ値に設定する。なお、余堀部１４の保持圧Ｐｙは、上述した第１Ｂ圧力計１２３ｂにより常時、測定される値を利用する。
【００６０】
また、充填圧力の上限値Ｐｔは、セグメント８に損傷を与えることなく、かつ、余堀部１４の管理圧力の上限値Ｐｕよりも所定圧ΔＰ３だけ大きい所定の値に設定する。
【００６１】
なお、上記所定圧ΔＰ３は、速硬性裏込め材１８の注入位置と土圧シールド機１の後端との距離、速硬性裏込め材１８の流動性、硬化時間等により現場毎に異なるもので、設計等に基づいて適宜決定する。また、本実施形態においては、上限値Ｐｔを余堀部１４の上限値Ｐｕよりも所定圧ΔＰ３だけ大きくする設定としたが、これに限定されるものではなく、上限値Ｐｔを余堀部１４の上限値Ｐｕと略同一となるように設定してもよい。
【００６２】
本実施形態においては、速硬性裏込め材１８の充填圧力の上限値Ｐｔを０．５ＭＰａとした。
【００６３】
テールボイド１７内の充填作業がすすむと、充填作業の最初に注入した速硬性裏込め材１８が硬化してテールボイド１７内が塞がれ、速硬性裏込め材１８の充填圧力が上昇するが、上限値Ｐｔで充填作業を停止することにより、セグメント８の破損や地山Ｅを傷めることを防止する。
【００６４】
次に、土圧シールド機１で急曲線区間を掘進させる工程Ｓ１８を実施する。
【００６５】
この工程Ｓ１８では、土圧シールド機１の進行方向を変化させて曲線状に掘進できるようにすべく、カッターヘッド３を回転させるとともに、カッターヘッド３の外周部に取り付けられたコピーカッター１９により、直線区間の掘進時よりも大きな余堀部１４を形成する。
【００６６】
掘進を開始すると同時に、第１Ａポンプ１１１を運転して、掘削土砂を流動化するための加泥材１６を第１Ａ注入管１１２から切羽用注入口１２を介して切羽部１１に注入する。
【００６７】
掘削土砂は、加泥材１６と混合し、チャンバー９内で撹拌されて、排土スクリューにより土圧シールド機１本体の後方へ送給される。なお、必要に応じてチャンバー９内にも加泥材１６を注入する。
【００６８】
また、余堀部１４の崩落等を防止するために、余堀部１４に加泥材１６を注入するとともに、加圧充填保持する工程Ｓ２０を実施する。具体的には、第１Ｂポンプ１２１を運転して加泥材１６を第１Ｂ注入管１２２ａ、１２２ｃから余堀部用注入口１５を介して余堀部１４に注入する。加泥材１６は、複数の余堀部用注入口１５から注入されるために、土圧シールド機１の全外周にわたって良好に充填される。さらに、高粘性の加泥材１６を用いることにより、余堀部１４の隅々まで加泥材１６を充填することができるとともに、土圧シールド機１の掘進時において、土圧シールド機１の外周面との間に生じる摩擦抵抗を低下することができる。
【００６９】
掘進中は、第１Ａ圧力計１１３及び第１Ｂ圧力計１２３ｂにてそれぞれ切羽部１１内及び余堀部１４内の圧力を常時、監視し、これらの測定結果に基づいて、以下に示す方法にて切羽部１１内及び余堀部１４内の圧力を管理する。
【００７０】
また、掘進速度に基づいて、第１Ａポンプ１１１の吐出量を制御しつつ、切羽部１１に加泥材１６を供給する。そして、第１Ａ圧力計１１３の計測値が切羽部１１の管理圧力Ｐｆ以上になったら、第１Ａポンプ１１１を停止し、加泥材１６の供給を停止する。そして、第１Ａ圧力計１１３の計測値が切羽部１１の管理圧力Ｐｆよりも小さくなったら、再び、第１Ａポンプ１１１を運転し、加泥材１６を供給する。
【００７１】
また、第１Ｂ圧力計１２３ｂの計測値が余堀部１４の上限値Ｐｕ以上になったら、第１Ｂポンプ１２１を停止し、加泥材１６の供給を停止する。そして、第１Ｂ圧力計１２３ｂの計測値が余堀部１４の下限値Ｐｏよりも小さくなったら、再び、第１Ｂポンプ１２１を運転し、加泥材１６を供給する。
【００７２】
上記の方法にて、掘進速度に基づいた吐出量制御を行うことにより、切羽部１１内及び余堀部１４内の圧力を管理しながら所定の距離を掘削し、土圧シールド機１を停止させる際は、切羽部１１への加泥材１６の充填作業を停止する。また、掘進により生じた新たな余堀部１４の容積量と同等の加泥材１６が余堀部１４に注入されていることを確認したら余堀部１４への充填作業を停止する。
【００７３】
そして、土圧シールド機１の停止期間中は、次の土圧シールド機１の掘進開始まで、上記と同様の方法で切羽部１１内及び余堀部１４内の圧力を常時、管理する。
【００７４】
なお、本実施形態においては、第１Ａポンプ１１１及び第１Ｂポンプ１２１を運転、停止させることにより、加泥材１６の供給を調整し、切羽部１１内及び余堀部１４内の圧力を調整する方法について説明したが、これに限定されるものではなく、第１Ａポンプ１１１及び第１Ｂポンプ１２１の回転速度を制御して供給を調整してもよい。
【００７５】
次に、土圧シールド機１の停止時において、土圧シールド機１のテール部にてセグメント８を組み立てる工程Ｓ２２を実施する。
【００７６】
次に、セグメント８の組み立が終了したら、速硬性裏込め材１８をテールボイド１７に充填する工程Ｓ２４を実施する。
【００７７】
急曲線区間のテールボイド１７には、発泡ウレタンからなる速硬性裏込め材１８を充填する。速硬性裏込め材１８は、土圧シールド機１の掘進により新たに生じたテールボイド１７の容積量を見積もるとともに、テールボイド１７の径方向の大きさ、地下水圧、発泡性ウレタンの発泡倍率等を考慮して、各構成材料の使用量を定める。速硬性裏込め材１８は、充填される環境条件（以下、発泡条件という）、例えば、充填される空間の広さ、作用する水圧の大きさ等により、発泡倍率、密度、発現圧縮強度が異なる。本実施形態におけるテールボイド１７は狭小な空間で、かつ、地下水圧が作用しているので、発泡性ウレタンの発泡が抑制されて発泡倍率は低下するとともに、密度が増加することが考慮された。
【００７８】
そこで、発泡条件の違いによる発泡ウレタンの発泡倍率、密度、発現圧縮強度の性能について確認した。以下にその結果について説明する。
【００７９】
図５は、発泡条件の違いによる発泡倍率、密度、発現圧縮強度を示す図である。
【００８０】
図５に示すように、発泡条件が異なる３ケースについて発泡倍率、密度、発現圧縮強度をそれぞれ測定した。具体的には、常圧の広い空間内で発泡させた状態をケース１とし、０．３ＭＰａの水圧を作用させた状態をケース２とし、８ｃｍ角の狭小空間内で、０．３ＭＰａの水圧を作用させた状態をケース３として、発泡倍率、密度、発現圧縮強度を比較した。
【００８１】
なお、水圧の０．３ＭＰａは、加泥材１６の充填保持圧力を考慮したものである。また、狭小空間の８ｃｍは、地山Ｅとセグメント８との距離を考慮したものである。これらの値は、各現場条件に応じて定めればよい。
【００８２】
上記の実験結果により、ケース２及びケース３ともに、ケース１よりも発泡倍率が低下するものの、密度及び発現圧縮強度が増加することが確認できた。また、ケース３の方が、ケース２よりも発泡倍率が小さくなることが確認できた。
【００８３】
これらの結果からテールボイド１７内での発泡後の密度を想定し、その密度とテールボイド１７の容積量との積から、発泡ウレタンの使用量等を算出する。
【００８４】
本実施形態における発泡ウレタンは、例えば、ボリイソシアネート成分からなるＴ液とポリオール成分からなるＲ液とを２：１の配合で混合したものである。なお、Ｔ液とＲ液との混合液の比重は１．２であり、水中に注入されても浮くことはない。また、発泡ウレタンは、発泡倍率が１４．１（倍）、密度が０．８５（ｋＮ／ｍ３）、発泡後の硬化体の圧縮強度が０．７８（Ｎ／ｍｍ２）のものを用いた。
【００８５】
上述した配合の速硬性裏込め材１８を、第２Ｂ供給装置２２０を運転して、図６に示すように、土圧シールド機１のテール部の後端から約１．５ｍ後方のセグメント８のテールボイド用注入口２０からテールボイド１７に充填する。このとき、速硬性裏込め材１８の充填開始圧力がＰｓになるように第２Ｂ供給装置２２０を調整する。速硬性裏込め材１８を複数のテールボイド用注入口２０から注入するので、セグメント８の全外周にわたって良好に充填される。
【００８６】
そして、予め設計等により決定された所定の時間にわたって充填圧力Ｐｓで充填作業を行う。充填中は、第２Ｂ圧力計２２３にて充填圧力を常時、監視する。
【００８７】
充填圧力Ｐｓにて速硬性裏込め材１８の充填を開始した後に、第２Ｂ圧力計２２３による計測値が充填圧力の上限値Ｐｔ以上になったら、第２Ｂ供給装置２２０を停止し、速硬性裏込め材１８の供給を停止する。そして、掘進により生じた新たなテールボイド１７の容積量と同等の速硬性裏込め材１８をテールボイド１７に注入したら充填作業を停止する。
【００８８】
なお、本実施形態においては、テールボイド用注入口２０として、１つのセグメントリングに対して、例えば、３箇所としたが、これに限定されるものではなく、各現場により適宜決定する。
【００８９】
テールボイド１７に充填された速硬性裏込め材１８の一部は、切羽側へ移動するが、速硬性を有しているために、直ぐに硬化し、土圧シールド機１のテール部の周りにまで移動することはない。また、速硬性裏込め材１８の充填圧力の上限値Ｐｔは、余堀部１４の保持圧Ｐｙよりも大きいが、充填作業の最初に注入した速硬性裏込め材１８が硬化してテールボイド１７内が塞がれることにより、充填圧力が上昇するものであり、速硬性裏込め材１８を上限値Ｐｔで充填しても、速硬性裏込め材１８が土圧シールド機１のテール部の周りにまで移動することはない。なお、テール部のすぐ後方のセグメント８から充填材を充填するとテール部の周りに流入するおそれがあるので、テール部の後端から約１．５ｍ後方に充填する。
【００９０】
テールボイド１７に充填された速硬性裏込め材１８は、充填後、直ちに固化して、固体状態となる。固体状態の速硬性裏込め材１８は、地山Ｅを保持するとともに、セグメント８を固定する。
【００９１】
速硬性裏込め材１８が固化し、強度発現時間が経過したら、再び、土圧シールド機１を掘進させる工程Ｓ１８を実施する。このとき、セグメント８の外周の速硬性裏込め材１８がセグメント８を固定しているために、シールドジャッキ５でセグメント８を押圧してもセグメント８は動かない。また、余堀部１４には高粘性の加泥材１６が充填されているので、土圧シールド機１の外周面に生じる摩擦抵抗は小さく、土圧シールド機１はスムーズに掘進することができる。
【００９２】
そして、上述したように、掘進する工程Ｓ１８から速硬性裏込め材１８を充填する工程Ｓ２４までの一連の作業を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことにより、トンネル２の急曲線区間を掘進する。
【００９３】
なお、本実施形態においては、セグメント８を組み立てる工程Ｓ２２の後、毎回、速硬性裏込め材１８を充填する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図７に示すように、掘進する工程Ｓ１８からセグメント８を組み立てる工程Ｓ２２を連続して２回実施した後に速硬性裏込め材１８を充填する工程Ｓ２４を１回実施してもよい。
【００９４】
以上説明した本実施形態における土圧シールド機１による急曲線区間の掘進工法によれば、余堀部１４に加泥材１６を充填し、テールボイド１７に速硬性裏込め材１８を充填するので、土圧シールド機１周辺の地山Ｅの緩み、肌落ち、地盤沈下等を確実に防止できる。
【００９５】
また、テールボイド１７に速硬性裏込め材１８を充填するので、充填作業終了後、セグメント８を地山Ｅに早期に固定することができる。したがって、土圧シールド機１を掘進させるための反力をセグメント８から取れる状態まで短時間で達し、土圧シールド機１に向かって速硬性裏込め材１８が逸走することを防止できる。
【００９６】
さらに、速硬性裏込め材１８を、余堀部１４に充填された加泥材１６の保持圧Ｐｙと同じ圧力Ｐｓで充填を開始することにより、テールボイド１７の速硬性裏込め材１８が土圧シールド機１の周囲に回り込むことを防止できる。したがって、土圧シールド機１が何らかのトラブルで長時間停止しても、速硬性裏込め材１８の硬化により土圧シールド機１が掘進できなくなることはない。
【００９７】
また、充填作業の最初に注入した速硬性裏込め材１８が硬化してテールボイド１７内が塞がれるにつれて、速硬性裏込め材１８の充填圧力が上昇するが、上限値Ｐｔに達したら充填を停止するため、テールボイド１７内が高圧となりセグメント８を破損したり、地山Ｅを傷めることはない。
【００９８】
そして、一般的なセグメント８を使用可能なので、パッカー付きセグメントを使用する場合に比べて施工費を低減することができる。
【００９９】
また、余堀部１４内の保持圧の下限値Ｐｏは、切羽部１１の保持圧Ｐｆと略同一になるように調整されることとすれば、切羽部１１の圧力管理に合わせて余堀部１４の圧力管理を容易に行うことができる。
【０１００】
また、余堀部１４に加泥材１６を充填する際は、第１Ｂ供給装置１２０を利用できるため、新たな設備の追加は最小限で済む。
【０１０１】
また、速硬性裏込め材１８の注入口を、土圧シールド機１の後端から約１．５ｍ後方の位置に設けると、速硬性裏込め材１８が切羽側に移動しても、土圧シールド機１の後端まで到達することがない。
【０１０２】
また、発泡ウレタンを含む速硬性裏込め材１８は、気泡による高い止水性を有するとともに、圧力が作用しても逸走しにくい性質を有するため、土圧シールド機１に向かっての逸走を抑えやすい。
【符号の説明】
【０１０３】
１  土圧シールド機                    ２  トンネル
３  カッターヘッド                    ４  前胴部
５  シールドジャッキ                  ６  後胴部
７  連結手段                          ８  セグメント
９  チャンバー                        １０  隔壁
１１  切羽部                          １２  切羽用注入口
１３  チャンバー用注入口              １４  余堀部
１５  余堀部用注入口                  １６  加泥材
１７  テールボイド                    １８  速硬性裏込め材
１９  コピーカッター                  ２０  テールボイド用注入口
１００  第１充填手段                  １１０  第１Ａ供給装置
１１１  第１Ａポンプ                  １１２  第１Ａ注入管
１１３  第１Ａ圧力計                  １２０  第１Ｂ供給装置
１２１  第１Ｂポンプ                  １２２ａ  第１Ｂ注入管
１２２ｂ  第１Ｂ注入管                １２２ｃ  第１Ｂ注入管
１２３ａ  第１Ｂ圧力計                １２３ｂ  第１Ｂ圧力計
１２４  三方弁                        １３０  第１貯留槽
１４０  第１制御装置                  １４１  第１表示器
１４２  第１制御器                    １４３  第１入力器
２００  第２充填手段                  ２１０  第２Ａ供給装置
２１３  第２Ａ圧力計                  ２２０  第２Ｂ供給装置
２２３  第２Ｂ圧力計                  ２４０  第２制御装置
２４１  第２表示器                    ２４２  第２制御器
２４３  第２入力器                    Ｅ  地山
【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】
2011021403.tif 000007
【図６】
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【図７】
2011021403.tif 000009