(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機を用いたトンネル掘進方法であって、
前記シールド掘進機によりトンネルを掘進するトンネル掘進工程と、
前記シールド掘進機のスキンプレートの内側に設けられた送信部から、前記スキンプレートの外側の地盤に対して検出波を送信する送信工程と、
前記スキンプレートの外側の空隙と前記地盤との境界で反射した反射波を、前記スキンプレートの内側に設けられた受信部で受信する受信工程と、
前記受信工程で受信した前記反射波に基づいて、前記空隙を検出する空隙検出工程と、
を含み、
前記空隙検出工程で検出された前記空隙に対して充填材を注入する充填材注入工程を更に備え、
前記スキンプレートには、前記シールド掘進機が進行する方向において前記受信部の後方に注入孔が設けられており、
前記充填材注入工程は、前記受信部の後方の前記注入孔から前記充填材を注入する、
トンネル掘進方法。
【請求項２】
前記送信工程では、前記スキンプレートの周方向に配置された複数の前記送信部から前記検出波を送信し、
前記受信工程では、前記スキンプレートの周方向に配置された複数の前記受信部によって、前記反射波を受信し、
前記空隙検出工程は、複数の前記受信部で受信された前記反射波に基づいて、前記空隙の大きさを算出する空隙算出工程を含む請求項１に記載のトンネル掘進方法。
【請求項３】
前記注入孔は、前記スキンプレートの上部側の領域に形成されており、
前記充填材注入工程では、前記スキンプレートの上部側の領域に形成された前記注入孔から前記充填材を注入する請求項１又は２に記載のトンネル掘進方法。
【請求項４】
前記送信部は、前記検出波として電磁波を送信するものであり、
前記スキンプレートには、前記電磁波を通過させる非磁性体部が設けられており、
前記送信工程では、前記非磁性体部を通じて前記電磁波を送信し、
前記受信工程では、前記非磁性体部を通じて前記反射波を受信する請求項１〜３の何れか一項に記載のトンネル掘進方法。
【請求項５】
トンネルを掘進するシールド掘進機であって、
当該シールド掘進機のスキンプレートの内側に配置され、前記スキンプレートの外側の地盤に対して検出波を送信する送信部と、
前記スキンプレートの内側に配置され、前記スキンプレートの外側の空隙と前記地盤との境界で反射した反射波を受信する受信部と、
前記受信部で受信された前記反射波に基づいて、前記空隙を検出する空隙検出部と、を備え、
前記空隙検出部で検出された前記空隙に対して充填材を注入する充填材注入装置を更に備え、
前記スキンプレートには、前記シールド掘進機が進行する方向において前記受信部の後方に注入孔が設けられており、
前記充填材注入装置は、前記受信部の後方の前記注入孔から前記充填材を注入する、
シールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル掘進方法及びシールド掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル掘削時において、シールド掘進機が用いられている。シールド掘進機は円筒状のシールドを備え、このシールドの正面側には、地盤を切削する切削刃が設けられた円盤状のカッタヘッドが設けられている。シールド掘進機は、このカッタヘッドを回転させて、地盤を掘削しながら前進する。
【０００３】
下記特許文献１に記載のシールド掘進機は、シールド掘進機の前方を探査する探査レーダを備え、検知された障害物をボーリングマシンにより切削除去している。このシールド掘進機では、障害物を除去する際にボーリングマシンにより形成された空洞内に対して充填材を充填した後に、シールド掘進機による掘削を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３３６８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
先行トンネルに近接させて、後行トンネルを施工する際に、これらの先行トンネルと後行トンネルとの間の地盤において、比較的大きな空隙（肌落ち）が生じることがある。このような空隙を放置すると、トンネル周辺の地盤が沈下するおそれがある。また、先行トンネルと後行トンネルとの間に大きな空隙があると、後行トンネルを掘進するシールド機が、空隙が生じている方向にずれてしまい、設計通りに進行しないおそれがある。
【０００６】
本発明は、シールド掘進機に近接して生じた空隙を検出すると共に、検出された空隙による不具合の発生を防止することが可能なトンネル掘進方法及びシールド掘進機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、シールド掘進機を用いたトンネル掘進方法であって、シールド掘進機によりトンネルを掘進するトンネル掘進工程と、シールド掘進機のスキンプレートの内側に設けられた送信部から、スキンプレートの外側の地盤に対して検出波を送信する送信工程と、スキンプレートの外側の空隙と地盤との境界で反射した反射波を、スキンプレートの内側に設けられた受信部で受信する受信工程と、受信工程で受信した反射波に基づいて、空隙を検出する空隙検出工程と、を含む。
【０００８】
このトンネル掘進方法では、シールド掘進機のスキンプレートの内側から外側の地盤に対して検出波を送信し、空隙と地盤との境界で反射した反射波を受信して、空隙を検出する。これにより、シールド掘進機に近接して生じた空隙を検出することができる。また、検出された空隙に対して対策を施すことで空隙による不具合の発生を防止することができる。例えば、検出された空隙に対して充填材を注入することで、空隙を埋めることができる。シールド掘進機に近接して生じた空隙による不具合としては、空隙近傍における地盤沈下、シールド掘進機の進行方向のずれ、空隙に溜まった地下水や土砂のシールド掘進機内への流入等が挙げられる。
【０００９】
また、送信工程では、スキンプレートの周方向に配置された複数の送信部から検出波を送信し、受信工程では、スキンプレートの周方向に配置された複数の受信部によって、反射波を受信し、空隙検出工程では、複数の受信部で受信された反射波に基づいて、空隙の大きさを算出する空隙算出工程を含んでいてもよい。これにより、スキンプレートの周方向において異なる位置に配置された複数の受信部で受信した反射波に基づいて、空隙の範囲を特定することができる。
【００１０】
また、トンネル掘進方法は、空隙検出工程で検出された空隙に対して充填材を注入する充填材注入工程を更に備えていてもよい。このように空隙に対して充填材を注入することで、空隙を埋めて空隙による不具合の発生を防止することができる。
【００１１】
また、スキンプレートには、シールド掘進機が進行する方向において受信部の後方に注入孔が設けられており、充填材注入工程では、受信部の後方の注入孔から充填材を注入してもよい。これにより、受信部で反射波を受信して空隙の位置を特定し、その受信部の後方の注入孔から充填材を注入することができる。そのため、シールド掘進機を移動させながら空隙の検出を行い、空隙が検出された直後に、当該シールド掘進機において受信部の後方の注入孔から充填材を注入することができる。
【００１２】
また、注入孔は、スキンプレートの上部側の領域に形成されており、充填材注入工程では、スキンプレートの上部側の領域に形成された注入孔から充填材を注入してもよい。これにより、上部側の領域に形成された注入孔から充填材を注入すれば、下方に空隙がある場合に、充填材が下方に流れて空隙に充填される。そのため、下方に注入孔を設ける必要がない。
【００１３】
送信部は、検出波として電磁波を送信するものであり、スキンプレートには、電磁波を通過させる非磁性体部が設けられており、送信工程では、非磁性体部を通じて電磁波を送信し、受信工程では、非磁性体部を通じて反射波を受信してもよい。これにより、送信部から送信された電磁波は、非磁性体部を透過してスキンプレートの外部の地盤に到達する。空隙と地盤との境界で反射した反射波は、非磁性体部を透過して受信部に受信される。これにより、電磁波を用いて空隙を検出することができる。
【００１４】
本発明は、トンネルを掘進するシールド掘進機であって、当該シールド掘進機のスキンプレートの内側に配置され、スキンプレートの外側の地盤に対して検出波を送信する送信部と、スキンプレートの内側に配置され、スキンプレートの外側の空隙と地盤との境界で反射した反射波を受信する受信部と、当該受信部で受信された反射波に基づいて、空隙を検出する空隙検出部と、を備える。
【００１５】
このシールド掘進機では、当該シールド掘進機のスキンプレートの内側から外側の地盤に対して検出波を送信し、空隙と地盤との境界で反射した反射波を受信して、空隙を検出する。これにより、シールド掘進機に近接して生じた空隙を検出することができる。また、検出された空隙に対して対策を施すことで空隙による不具合の発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、シールド掘進機に近接して生じた空隙を検出すると共に、検出された空隙による不具合の発生を防止することが可能なトンネル掘進方法及びシールド掘進機を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態のシールド掘進機を示す概略図である。
【図２】先行トンネル及び後行トンネルの縦断面図であり、後行トンネルのスキンプレートの内部に配置された空隙検出装置のセンサの配置を示す図である。
【図３】先行トンネル及び後行トンネルを水平方向に切った横断面図であり、後行トンネルのスキンプレートの内部に配置された空隙検出装置及び充填材注入装置を示す図である。
【図４】スキンプレートの内側に配置された空隙検出装置及び充填材注入装置を拡大して示す断面図である。
【図５】空隙検出装置のブロック構成図である。
【図６】受信部で受信された反射波の波形を示す図である。
【図７】トンネル掘進方法における手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１９】
図１に示されるように、シールド掘進機１は円筒状の金属製のスキンプレート２を備えている。スキンプレート２の前端開口部よりも前方には、カッタ部であるカッタヘッド３が設けられている。このカッタヘッド３の後方にはカッタチャンバ４が形成されている。カッタチャンバ４の背面側には、当該カッタチャンバ４の内外を仕切る円盤状の隔壁５が配置されている。
【００２０】
カッタヘッド３の正面には、多数のカッタビット６が設けられている。カッタヘッド３の背面には後方に延びる回転軸７が連結されている。回転軸７は、駆動源となる電動モータによる回転駆動力が伝達されて軸周りに回転する。回転軸７が回転することで、カッタヘッド３が回転し、カッタビット６により切羽１０１が掘削される。掘削された土は、カッタヘッド３に設けられた開口を通じてカッタチャンバ４の内部に収容される。
【００２１】
また、隔壁５の下部側にはスクリューコンベア８が接続されている。スクリューコンベア８は、カッタチャンバ４の内部に充満された泥土を排出する。スクリューコンベア８によってカッタチャンバ４から排出された泥土は、スキンプレート２の後方へ搬送されて、トンネル１００Ｂの外部に排出される。
【００２２】
さらに、スキンプレート２における後部には、複数のシールドジャッキ９が設けられている。シールドジャッキ９は、シールド掘進機１を推進させる駆動部であり、シールドジャッキシリンダ１０及びシールドジャッキロッド１１を備えている。シールドジャッキシリンダ１０は、スキンプレート２の内周面２ａに対して固定され、シールドジャッキロッド１１は、シールドジャッキシリンダ１０から後方に延びている。シールドジャッキロッド１１の後端部は、トンネル１００Ｂの内周面２ａに施工されたセグメント１０２の端面に押し当てられ、シールドジャッキロッド１１が伸長することで、シールド掘進機１が前方へ押し出される。
【００２３】
また、シールド掘進機１には、複数のセグメント１０２を自動で組み立てるエレクタ（不図示）が設けられている。複数のセグメント１０２の一部には、裏込め材注入孔１０２Ｈが形成されている。裏込め材注入孔１０２Ｈには、裏込め材注入装置１２が接続されている。裏込め材注入装置１２は、裏込め材注入孔１０２Ｈを通じて裏込め材を供給し、供給された裏込め材はセグメント１０２と地盤との間の隙間に充填される。
【００２４】
また、スキンプレート２の後端部には、周方向に連続するテールシール３０が設けられている。テールシール３０は、シールド掘進機１の後端部において、セグメント１０２とシールド掘進機１との間を止水しており、スキンプレート２の内側への地下水や土砂の流入を防止している。後方に組み立てたセグメント１０２とスキンプレート２の内側とをテールシール３０によって塞ぐことにより、スキンプレート２内への地下水等の流入が防止される。
【００２５】
シールド掘進機１は、図２及び図３に示されるように、例えば、先行トンネル１００Ａに近接する後行トンネル１００Ｂの掘削に適用される。図２は、トンネル１００Ａ，１００Ｂが延在する方向に直交する断面を示し、図示右側に先行トンネル１００Ａを示し、図示左側に後行トンネル１００Ｂを示している。
【００２６】
後行トンネル１００Ｂの掘削の際には、後行トンネル１００Ｂと先行トンネル１００Ａとの間の地盤において、大きな空隙１０３を形成する肌落ちが生じることがある。シールド掘進機１の掘進により、シールド掘進機１と先行トンネル１００Ａとの間の地盤１０４の一部が崩落して、肌落ちが生じ大きな空隙１０３が形成される。
【００２７】
ここで、シールド掘進機１は、図３及び図４に示されるように、当該シールド掘進機１のスキンプレート２に近接した空隙１０３を検出する空隙検出装置（空隙検出部）１３と、検出された空隙１０３に充填材１０５を注入する充填材注入装置１４とを備える。スキンプレート２に近接した空隙とは、例えば、側方や上方が想定され、主には側方であり、円筒状のスキンプレート２の水平径方向において、スキンプレート２の外側の領域である。
【００２８】
空隙検出装置１３は、電磁波（検出波）を送信すると共に地盤からの反射波を受信する複数のセンサ１５と、センサ１５で受信した反射波に基づいて空隙１０３の位置及び大きさを演算する演算部（空隙算出部）１６と、演算部１６で演算された結果を表示する表示部１７と、を備える。なお、検出波とは、地中に形成された空隙を検出可能な電磁波、超音波などをいう。
【００２９】
複数のセンサ１５は、後行トンネル１００Ｂの軸線方向（シールド掘進機１の進行方向）において例えば同じ位置に配置されている。複数のセンサ１５は、スキンプレート２の周方向において離間して配置されている。複数のセンサ１５は、先行トンネル１００Ａと後行トンネル１００Ｂとの間の空隙１０３を検出するべく、先行トンネル１００Ａ側に配置されている。複数のセンサ１５は、スキンプレート２の内周面２ａにおいて、最も高い位置を０〔ｄｅｇ〕とした場合に、後行トンネル１００Ｂの軸線を中心として右回りの回転角で示すと、例えば、６３〔ｄｅｇ〕、７６．５〔ｄｅｇ〕、９０〔ｄｅｇ〕、１０３．５〔ｄｅｇ〕、１１７〔ｄｅｇ〕の位置に配置されている。隣接するセンサ１５同士の配置間隔は、例えば１３．５〔ｄｅｇ〕となっている。
【００３０】
なお、複数のセンサ１５（１５１，１５２，１５３，１５４，１５５）のうち、上から順に、センサ１５１が６３〔ｄｅｇ〕、センサ１５２が７６．５〔ｄｅｇ〕、センサ１５３が９０〔ｄｅｇ〕、センサ１５４が１０３．５〔ｄｅｇ〕、センサ１５５が１１７〔ｄｅｇ〕に配置されている。複数のセンサ１５は、その他の角度の位置に配置されていてもよい。また、複数のセンサ１５は、先行トンネル１００Ａとは反対側の内周面２ａに配置されていてもよく、後行トンネル１００Ｂの軸線方向において、異なる位置に配置されていてもよい。
【００３１】
センサ１５は、電磁波Ｌ１を送信する送信部１８及び反射波Ｌ２を受信する受信部１９を有する。送信部１８及び受信部１９は、例えば、後行トンネル１００Ｂの軸線方向に並んで配置され、シールド掘進機１の進行方向において、前側に受信部１９が配置され、後側に送信部１８が配置されている。なお、送信部１８が受信部１９より前側に配置されていてもよく、送信部１８及び受信部１９が、スキンプレート２の周方向に並んで配置されていてもよい。
【００３２】
また、複数のセンサ１５は、スキンプレート２の内周面２ａに接するように内周面２ａに対して取り付けられている。スキンプレート２において、センサ１５が接する部分には、例えば、非磁性体部２０（図４参照）が設けられている。非磁性体部２０は、電磁波を透過可能であると共に所定の強度を有する。非磁性体部は、スキンプレートの一部が金属製ではなく、例えばアクリル樹脂等の非磁性体によって構成されている部分である。例えば、スキンプレート２に開口部を設け、この開口部に円盤状の非磁性体が組み込まれて、非磁性体部２０が構成されている。
【００３３】
演算部１６は、複数のセンサ１５と電気的に接続され、受信部１９で受信した反射波Ｌ２のデータを解析し演算する。演算部１６は、図５に示されるように、肌落ち深度算出部２５、肌落ち面積算出部２６、肌落ち体積算出部２７及び記憶部２８を有する。演算部１６は、演算処理を行うＣＰＵ、記憶部となるＲＯＭ及びＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成されている。記憶部２８は、演算部１６における演算結果、演算に必要なデータ、複数のセンサ１５の位置に関するデータを記憶する。
【００３４】
演算部１６は、シールド掘進機１の位置情報に基づいて、後行トンネル１００Ｂの軸線方向におけるセンサ１５の位置を特定する。
【００３５】
演算部１６の肌落ち深度算出部２５は、反射波Ｌ２のデータを解析し、肌落ち深度ｌ〔ｍ〕を演算する。肌落ち深度ｌとは、空隙１０３の深さであり、スキンプレート２の径方向において、スキンプレート２の外周面２ｂから、空隙１０３と地盤１０４との境界１０６までの距離〔ｍ〕である。
【００３６】
演算部１６は、下記式（１）を用いて肌落ち深度ｌ〔ｍ〕を算出する。
【数１】
0006608272.tif 000002
ここで、ｃは光速（３×１０８〔ｍ／ｓｅｃ〕）、ε２は空隙１０３の比誘電率、ｔは反射波の時間差〔ｓｅｃ〕である。
【００３７】
図６は、受信部１９で受信された反射波の波形の一例を示す図である。図６では、縦軸に時間の経過を示し、横軸に反射波Ｌ２の波長を示している。図６に示される時間ｔａは、スキンプレート２の外周面２ｂで反射した直接反射波Ｌ３（図４参照）を受信部１９で受信した時間である。時間ｔａは、電磁波が送信部１８で送信されてから、スキンプレート２の外周面２ｂで反射した反射波Ｌ３が受信部１９で受信されるまでの時間である。図６に示される時間ｔｂは、空隙１０３と地盤１０４との境界１０６で反射した反射波Ｌ２を受信部１９で受信した時間である。時間ｔｂは、電磁波が送信部１８で送信されてから、境界１０６で反射した反射波Ｌ２が受信部１９で受信されるまでの時間である。そして、反射波の時間差ｔは、ｔｂとｔａとの差分である。
【００３８】
また、演算部１６の肌落ち面積算出部２６は、下記式（２），（３）を用いて肌落ち面積Ｓｍ〔ｍ２〕を算出する。肌落ち面積Ｓｍは、例えば、スキンプレート２の外周面２ｂに接する空隙１０３の面積である。
【数２】
0006608272.tif 000003
ここで、Ｓ１は、センサ１５１とセンサ１５２との間の肌落ち面積〔ｍ２〕、Ｓ２はセンサ１５２とセンサ１５３との間の肌落ち面積、Ｓｎは、センサ１５ｎとセンサ１５ｎ＋１との間の肌落ち面積である（ｎ＝自然数）。
【数３】
0006608272.tif 000004
ここで、Ｒは、スキンプレート２の外径〔ｍ〕、θは周方向に隣接するセンサ１５の配置角であり例えば１３．５度である。
【００３９】
また、演算部１６の肌落ち体積算出部２７は、下記式（４）を用いて肌落ち体積Ｖ〔ｍ３〕を算出する。肌落ち体積Ｖは、空隙１０３の体積である。
【数４】
0006608272.tif 000005
ここで、Bは、１リング掘進距離〔ｍ〕であり、セグメント１０２の幅〔ｍ〕である。ｖは、シールド掘進機１の掘進速度〔ｍ／ｓ〕である。
【００４０】
充填材注入装置１４は、図３及び図４に示されるように、充填材移送ポンプ２１及び充填材注入管２２を備える。スキンプレート２には、スキンプレート２の板厚方向に貫通する充填材注入孔２３が設けられている。充填材注入孔２３は、例えば、シールド掘進機１の進行方向において、センサ１５の後方の位置に配置されている。充填材注入孔２３は、スキンプレート２の周方向において、複数設けられている。スキンプレート２の周方向において、充填材注入孔２３の位置は、センサ１５（センサ１５１〜１５５）の位置と同じでもよく、センサ１５の位置よりも高い位置に設けられていてもよい。なお、充填材注入孔２３の位置は、センサ１５の位置よりも低い位置に設けられていてもよい。
【００４１】
充填材移送ポンプ２１は、充填材１０５を圧送するものである。充填材注入管２２は、充填材移送ポンプ２１と充填材注入孔２３とを接続している。充填材移送ポンプ２１により圧送された充填材は、充填材注入管２２内を流れて、充填材注入孔２３を通り、スキンプレート２の外側の空隙１０３に注入される。
【００４２】
また、充填材注入装置１４は、例えば充填材注入管２２の内部圧力（または、充填材移送ポンプ２１の吐出圧）を検出する圧力計（圧力検出部）を備えている。充填材注入装置１４は、圧力計によって検出された圧力に基づいて、充填材の注入量を管理することができる。例えば、所定の判定閾値に達した場合に、充填材の注入を停止する。
【００４３】
充填材注入孔２３は、例えば、スキンプレート２の側方に設けられている。これにより、空隙１０３が比較的生じやすいスキンプレート２の側方に対応して、空隙１０３に近い位置に設けられた充填材注入孔２３から充填材を注入することができる。
【００４４】
充填材注入孔２３は、例えば、スキンプレート２の上方に設けられていてもよい。これにより、充填材注入孔２３を通過してスキンプレート２の外部に流れ出た充填材は、スキンプレート２の外周面に沿って流れて、空隙１０３に充填される。
【００４５】
充填材としては、例えば、セメント、セメント系固化材、消石灰などの硬化材を含むものを使用することができる。また、充填材には、当該充填材に含まれる材料の安定性を向上させるためにポリマーを混ぜてもよい。また、充填材に繊維を含有させることで、せん断抵抗力を向上させることができる。充填材は自硬性を有する材料であり、注入後、例えば数週間かけて周囲の地山強度程度に固化する。これにより、地盤１０４の崩落を防止することが可能となる。
【００４６】
次に、図７を参照してシールド掘進機１を用いたトンネル掘進方法について説明する。
【００４７】
このトンネル掘進方法では、先行トンネル１００Ａに隣接して後行トンネル１００Ｂを掘削する。先行トンネル１００Ａ及び後行トンネル１００Ｂは、例えば水平方向に並んで設けられる。このトンネル掘進方法では、先行トンネル１００Ａが掘削された後に、シールド掘進機１を用いて後行トンネル１００Ｂを掘進する（ステップＳ１：トンネル掘進工程）。シールド掘進機１は、カッタヘッド３を回転させて切羽１０１を掘削しながら、シールドジャッキ９を駆動させて進行する。
【００４８】
また、シールド掘進機１は、掘進工程Ｓ１を行いながらスキンプレート２の側方の肌落ちを検出すべく地盤１０４を探査する（肌落ち探査工程）。具体的には、送信工程（ステップＳ２）、受信工程（ステップＳ３）及び空隙算出工程（ステップＳ４）を実行する。
【００４９】
送信工程Ｓ２では、シールド掘進機１による掘進を行いながら、送信部１８から電磁波Ｌ１を送信する。送信部１８から送信された電磁波Ｌ１は、非磁性体部２０を透過して、スキンプレート２の外部の地盤１０４に到達する。スキンプレート２の外部の地盤１０４に肌落ちが発生しておらず、空隙１０３がない場合には、電磁波Ｌ１はそのまま進行するか、隣接する先行トンネル１００Ａの裏込め材やセグメントで反射する。また、スキンプレート２の外部の地盤１０４に肌落ちが発生して空隙１０３が形成されている場合には、電磁波Ｌ１は、空隙１０３の内部を進行し、空隙１０３と地盤１０４との境界１０６で反射する。
【００５０】
受信工程Ｓ３では、シールド掘進機１による掘進を行いながら、受信部１９により反射波を受信する。地盤１０４に肌落ちが発生している場合には、空隙１０３と地盤１０４との境界１０６で反射した反射波が受信部１９により受信される。また、送信部１８から送信された電磁波Ｌ１の一部は、非磁性体部２０と空隙１０３との境界（スキンプレート２の外周面２ｂに対応する位置）で反射し、この反射波が受信部１９により受信される。
【００５１】
空隙算出工程（空隙検出工程）Ｓ４では、受信工程Ｓ３で受信した反射波に基づいて、空隙１０３の位置及び大きさを算出する。具体的は、演算部１６の肌落ち深度算出部２５は、下記式（１）を用いて肌落ち深度ｌ〔ｍ〕を算出する（肌落ち深度算出工程）。
【数５】
0006608272.tif 000006
ここで、ｃは光速（３×１０８〔ｍ／ｓｅｃ〕）、ε２は空隙１０３の比誘電率、ｔは反射波の時間差〔ｓｅｃ〕である。
【００５２】
さらに、演算部１６の肌落ち面積算出部２６は、下記式（２），（３）を用いて肌落ち面積Ｓｍ〔ｍ２〕を算出する（肌落ち面積算出工程）。
【数６】
0006608272.tif 000007
ここで、Ｓ１は、センサ１５１とセンサ１５２との間の肌落ち面積〔ｍ２〕、Ｓ２はセンサ１５２とセンサ１５３との間の肌落ち面積、Ｓｎは、センサ１５ｎとセンサ１５ｎ＋１との間の肌落ち面積である（ｎ＝自然数）。
【数７】
0006608272.tif 000008
ここで、Ｒは、スキンプレート２の外径〔ｍ〕、θは周方向に隣接するセンサ１５の配置角であり例えば１３．５度である。
【００５３】
さらに、演算部１６の肌落ち体積算出部２７は、下記式（４）を用いて肌落ち体積Ｖ〔ｍ３〕を算出する（肌落ち体積算出工程）。
【数８】
0006608272.tif 000009
ここで、Bは、１リング掘進距離〔ｍ〕であり、セグメント１０２の幅〔ｍ〕である。ｖは、シールド掘進機１の掘進速度〔ｍ／ｓ〕である。
【００５４】
また、空隙算出工程Ｓ４では、演算部１６による算出結果を、表示部１７を用いて表示する。例えば、トンネルの断面図を表示して、スキンプレート２の外部の地盤における空隙１０３の位置及び大きさ（形状）を表示する。また、空隙１０３の大きさとして、空隙１０３の深度、面積、体積を数値で表示してもよい。また、トンネル１００Ｂの軸線方向における空隙１０３の位置や長さを表示してもよい。また、表示部は、受信した反射波の波形などのデータを表示してもよい。
【００５５】
次に、検出された空隙１０３に対して、充填材を注入するか否かを判定する（ステップＳ５）。例えば、肌落ち体積Ｖが判定閾値以上である場合に、充填材を注入すると判定する。充填材を注入すると判定した場合には、ステップＳ６に進む。肌落ち体積Ｖが判定閾値以上ではない場合には、充填材を注入せずに、ステップＳ１〜Ｓ４の処理を繰り返す。例えば、肌落ちが検出されていない場合には、そのままトンネルの掘進及び肌落ちの探査が継続される。
【００５６】
ステップＳ６では、シールド掘進機１によるトンネルの掘進を停止する。続く、ステップＳ７では、空隙１０３に対して充填材１０５の注入する充填材注入工程を行う。充填材注入装置１４は、充填材移送ポンプ２１を用いて充填材を移送する。充填材移送ポンプ２１から吐出された充填材は、充填材注入管２２の内部を流れ、センサ１５の後方に設けられた充填材注入孔２３を通り、スキンプレート２の外部の空隙１０３に注入される。空隙算出工程Ｓ４において、空隙１０３の体積が予め算出されているので、空隙１０３の体積に対応した量の充填材を注入する。これにより、適切な量の充填材が確実に注入され、充填材によって空隙１０３を埋めることができる。
【００５７】
充填材を注入した後に、シールド掘進機１による掘進を再開し、シールド掘進機１の進行に合わせて、セグメント１０２が施工され、裏込め材の注入が行われる。なお、空隙１０３の大きさが小さい場合に、シールド掘進機１による掘進を停止せず、掘進しながら充填材を注入することが可能である。例えば、判定閾値を用いて空隙１０３の体積の大小を判定して、シールド掘進機１を停止して充填材を注入するのか、シールド掘進機１を停止しないで充填材を注入するのかを決定してもよい。
【００５８】
このようなトンネル掘進方法によれば、シールド掘進機１のスキンプレート２の内側から外側の地盤１０４に対して電磁波を送信し、空隙１０３と地盤１０４との境界１０６で反射した反射波を受信して、空隙１０３の位置、深度、面積及び体積を検出することができる。さらに、検出された空隙１０３に対して充填材を注入して空隙１０３を埋めることで、空隙１０３による不具合の発生を防止する。
【００５９】
なお、シールド掘進機１に近接して生じた空隙１０３による不具合としては、空隙１０３近傍における地盤沈下、シールド掘進機１の進行のずれ、空隙１０３に溜まった地下水や土砂のスキンプレート２の内側への浸入等が挙げられる。本実施形態のトンネル掘進方法では、検出された空隙１０３に対して充填材を注入して、空隙１０３を埋めることができるので、空隙１０３に起因する地盤沈下の発生を防止することができる。また、空隙１０３を埋めることで、シールド掘進機１の空隙１０３側へのずれが抑制される。また、空隙１０３を埋めることで、地下水や土砂が溜まるおそれを無くし、スキンプレート２の内側への地下水や土砂の浸入を防止することができる。
【００６０】
また、トンネル掘進方向では、周方向の異なる位置に配置された複数のセンサ１５を用いて空隙１０３を検出するので、空隙の範囲を容易に精度良く特定することができる。
【００６１】
本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で下記のような種々の変形が可能である。
【００６２】
上記実施形態では、水平方向において先行トンネルに近接する後行トンネルの掘進について説明しているが、先行トンネルと後行トンネルとが近接する方向は、水平方向に限定されず、一方のトンネルが他方のトンネルよりも高い位置に配置されている場合、その他の方向に近接して配置される場合、その他の方向に交差して配置される場合に、本発明のトンネル掘進方法を適用してもよい。また、掘削するトンネルの近くに他のトンネルが無いような単独のトンネルにおいて、本発明のトンネル掘進方法を適用してもよい。
【００６３】
なお、先行トンネル及び後行トンネルが上下方向に接近して施工される場合には、通常、先行トンネルが下側に施工され、先行トンネルの上方に後方トンネルが施工される。この場合には、後行トンネルを掘削する際に、後行トンネルの下側であって、後行トンネルと先行トンネルとの間の領域に空隙が生じるおそれはない。
【００６４】
また、上記実施形態では、送信部１８から電磁波を送信して空隙１０３を検出しているが、超音波などその他の検出波を送信して、空隙１０３を検出してもよい。
【００６５】
また、上記実施形態では、受信部１９より後方に設けられた充填材注入孔２３から充填材１０５を注入しているが、受信部１９より前方に充填材注入孔２３を設けてこの充填材注入孔２３から充填材１０５を注入してもよい。また、充填材注入孔２３は、上下方向において、受信部１９よりも高い位置に設けられていてもよく、受信部１９よりも低い位置に設けられていてもよい。充填材注入孔２３が高い位置に設けられていると、充填材１０５が下方に流れるので、低い位置に充填材注入孔２３を設ける必要がない。
【００６６】
また、上記実施形態では、シールド掘進機１による掘進を停止させてから、充填材の注入を行っているが、シールド掘進機１による掘進を行いながら、充填材を注入してもよい。
【００６７】
また、上記実施形態では、複数の受信部１９を設けて反射波を受信しているが、例えば１つの受信部１９を移動させて、反射波を受信してもよい。
【００６８】
また、上記実施形態では、空隙１０３の体積を算出しているが、空隙１０３の深度のみを算出する構成でもよく、空隙１０３の面積のみを算出してもよい。また、受信部で受信された反射波及びシールド掘進機１の移動速度に基づいて、トンネル１００Ｂの軸線方向における空隙１０３の長さを算出してもよい。また、上記実施形態では、空隙１０３の大きさを検出しているが、反射波に基づいて空隙１０３の有無を判定するだけでもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１…シールド掘進機
２…スキンプレート、２ａ…内周面、２ｂ…外周面
３…カッタヘッド
４…カッタチャンバ
５…隔壁
６…カッタビット
７…回転軸
８…スクリューコンベア
９…シールドジャッキ
１０…シールドジャッキシリンダ
１１…シールドジャッキロッド
１２…裏込め材注入装置
１３…空隙検出装置
１４…充填材注入装置
１５…センサ
１６…演算部
１７…表示部
１８…送信部
１９…受信部
２０…非磁性体部
２１…充填材移送ポンプ
２２…充填材注入管
２３…充填材注入孔
２５…肌落ち深度算出部
２６…肌落ち面積算出部
２７…肌落ち体積算出部
２８…記憶部
３０…テールシール
１００Ａ…先行トンネル
１００Ｂ…後行トンネル
１０１…切羽
１０２…セグメント
１０２Ｈ…裏込め材注入孔
１０３…空隙
１０４…地盤
１０５…充填材
１０６…境界（空隙と地盤との境界）
Ｌ１…電磁波（検出波）
Ｌ２…反射波
Ｒ…スキンプレートの外径
Ｂ…１リング掘進距離
【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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