(57)【要約】【課題】底版コンクリート周辺の地山の崩壊を防ぐことができ、十分な止水性を得ることができ、カッタ全体を引き揚げることのできる下向きシールドと、その下向きシールドを用いた立坑の築造方法を提供する。【解決手段】シールドフレーム２に掘進方向前方へスライド可能に設けられ、シールドフレーム２の外周を覆うサヤ管３と、上記シールドフレーム２に前方へ出没自在に設けられ、上記サヤ管３に係脱自在に結合してサヤ管３を上記シールドフレーム２の前方へ突出させるカッタ装置５とを備えたものである。【選択図】　　　　図１
2004044262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドフレームに掘進方向前方へスライド可能に設けられ、シールドフレームの外周を覆うサヤ管と、上記シールドフレームに前方へ出没自在に設けられ、上記サヤ管に係脱自在に結合してサヤ管を上記シールドフレームの前方へ突出させるカッタ装置とを備えたことを特徴とする下向きシールド。
【請求項２】
上記シールドフレームの前方へ突出されたサヤ管の中に止水用固化剤を注入する固化剤注入機構を備えた請求項１記載の下向きシールド。
【請求項３】
上記カッタ装置のカッタヘッドは、上記シールドフレームの径方向へ向けて縮退自在に形成された請求項１又は２記載の下向きシールド。
【請求項４】
シールドフレームにその外周を覆うサヤ管を掘進方向前方へスライド可能に設けると共にカッタ装置を前方へ出没自在に設け、上記サヤ管にカッタ装置を結合させたのち、該カッタ装置を前方に押し出して上記シールドフレームの前側を掘削し、上記カッタ装置と共に前方に引き出されたサヤ管の中に止水用固化剤を注入することを特徴とする立坑の築造方法。
【請求項５】
上記サヤ管の中に止水用固化剤を注入するとき、上記サヤ管と上記カッタ装置の結合を解除し、上記サヤ管を残して上記カッタ装置を後方へ引き上げつつ、上記サヤ管の中に止水用固化剤を注入する請求項４記載の立坑の築造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下向きシールドとその下向きシールドを用いた立坑の築造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
下向きシールドとしては、特開平６−１８５２８４号公報に記載のものが知られている。
【０００３】
図５に示すように、この下向きシールド５０は、カッタヘッド５１の外周部（カッタ外周部）５２を切り離し可能に形成されており、底版コンクリート５３を打設したのち、カッタヘッド５１の内周部（カッタ内周部）５４を回収できるようになっている。
【０００４】
この下向きシールド５０で立坑５６を築造する場合、下向きシールド５０を所定の位置まで掘り進ませた後、スキンプレート５５ごとカッタヘッド５１を上方に引き上げてカッタヘッド５１の前面（下側）に空間を形成し、カッタ外周部５２を切り離し、カッタ内周部５４に加わる揚圧力とバランスをとりながら、カッタ内周部５４を引き上げ、カッタ内周部５４の下方に形成された空間に底版コンクリート５３を打設する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、底版コンクリート５３は、カッタ内周部５４を引き上げた後の地山に囲まれた空間にコンクリートを流し込んで形成するものであるため、コンクリートが固化する前に周辺地山が崩壊する可能性があるという課題があった。
【０００６】
そして、底版コンクリート５３は地山に直接接して形成されるため、いかに上下に長い底版コンクリート５３を形成しても大深度においては地下水が底版コンクリート５３内に側部から浸入して立坑５６内に染み入ることも考えられるという課題があった。
【０００７】
また、高価なカッタ外周部５２を切り離して底版コンクリート５３内に埋めてしまうため回収が十分でなく、改善の余地が残されていた。特に立坑５６の場合、掘進距離が数十メートルと短く、同じ径のものを多数築造する場合が少なくないため、カッタヘッド５１等の再利用によって低減される費用は大きい。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、底版コンクリート周辺の地山の崩壊を防ぐことができ、十分な止水性を得ることができ、カッタ装置全体を引き揚げることのできる下向きシールドと、その下向きシールドを用いた立坑の築造方法を提供することにある。
【０００９】
【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は、シールドフレームに掘進方向前方へスライド可能に設けられ、シールドフレームの外周を覆うサヤ管と、上記シールドフレームに前方へ出没自在に設けられ、上記サヤ管に係脱自在に結合してサヤ管を上記シールドフレームの前方へ突出させるカッタ装置とを備えたものである。
【００１０】
シールドフレームの前方にサヤ管を突出させることで、底版コンクリートを形成するための空間を容易に土留めでき、前方に突出されたサヤ管の中に止水用固化剤を注入することにより、止水用固化剤が固化する前に地山が崩壊したり、止水用固化剤に外周から浸水するのを防ぐことができ、十分な止水性を得ることができる。
【００１１】
また、上記シールドフレームの前方へ突出されたサヤ管の中に止水用固化剤を注入する固化剤注入機構を備えるとよい。
【００１２】
上記カッタ装置のカッタヘッドは、上記シールドフレームの径方向へ向けて縮退自在に形成されるとよい。カッタ装置全体を引き揚げることができる。
【００１３】
また、シールドフレームにその外周を覆うサヤ管を掘進方向前方へスライド可能に設けると共にカッタ装置を前方へ出没自在に設け、上記サヤ管にカッタ装置を結合させたのち、該カッタ装置を前方に押し出して上記シールドフレームの前側を掘削し、上記カッタ装置と共に前方に引き出されたサヤ管の中に止水用固化剤を注入するものである。
【００１４】
上記サヤ管の中に止水用固化剤を注入するとき、上記サヤ管と上記カッタ装置の結合を解除し、上記サヤ管を残して上記カッタ装置を後方へ引き上げつつ、上記サヤ管の中に止水用固化剤を注入するとよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の好適実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１６】
図２に示すように、下向きシールド１は、断面円形の機体を形成するシールドフレーム２と、シールドフレーム２の外周側に掘進方向前方へスライド可能、かつ、軸回り回転可能に設けられ、シールドフレーム２の外周を覆うサヤ管３と、シールドフレーム２のバルクヘッド４に前方（下方）へ出没自在に設けられ、サヤ管３に係脱自在に結合してサヤ管３をシールドフレーム２の前方へ突出させるカッタ装置５と、シールドフレーム２に設けられシールドフレーム２の前方へ突出されたサヤ管３の中に止水用固化剤を注入する固化剤注入機構６と、組み立てたセグメント７を後方へ押して推進力を得るシールドジャッキ８とを備えて構成されている。
【００１７】
シールドフレーム２は、機体の外周壁を形成するスキンプレート９と、スキンプレート９の前端に一体に設けられ機体の前端壁を形成するバルクヘッド４とを有する。シールドフレーム２は、中折れ自在に形成されている。シールドフレーム２を中折れさせるための中折れジャッキ１０は、取付フレーム１１，１２を介してスキンプレート９に着脱自在にボルトアップされている。
【００１８】
バルクヘッド４は、リング状に形成されており、中心に形成された貫通穴１３の中に後述するカッタ装置５の軸支部１４を前方へスライド可能に挿通させるようになっている。貫通穴１３内には軸支部１４に密着されるシール１５が設けられており、軸支部１４とバルクヘッド４との間から浸水させないようになっている。
【００１９】
また、バルクヘッド４は、スキンプレート９に溶接された外周部１６と、外周部１６にボルトアップされた内周部１７とからなり、外周部１６から内周部１７を取り外せるようになっている。
【００２０】
サヤ管３は、筒状に形成されており、管内にシールドフレーム２を嵌め入れるようになっている。サヤ管３は、後端をスキンプレート９に形成されたリング状の突起部１８に当接されることで後方への移動を規制されるようになっている。
【００２１】
図３に示すように、サヤ管３の前部には、後述するカッタ装置５の結合ピン１９を挿入させるための結合穴２０が形成されている。
【００２２】
カッタ装置５は、バルクヘッド４の前側に配置されるカッタヘッド２１と、カッタヘッド２１に一体に取り付けられた回転軸２２と、回転軸２２の外周を囲んで枢支する軸支部１４と、軸支部１４の後端部に支持フレーム２３を介して設けられ回転軸２２を回転させるための駆動装置２４とからなり、送り装置２５を介してシールドフレーム２に前後方向移動自在に設けられている。
【００２３】
図２に示すように、カッタヘッド２１は、径方向に伸縮自在に形成された伸縮スポーク２６と、伸縮スポーク２６に設けられた複数のカッタビット２７と、伸縮スポーク２６に設けられ径方向外方に伸縮してサヤ管３の結合穴２０に係脱自在に結合される結合ピン１９とからなる。
【００２４】
伸縮スポーク２６は、回転軸２２に固定される基部２８と、基部２８に対して径方向スライド自在に設けられる可動部２９とからなり、カッタヘッド２１を径方向内側へ向けて縮退自在に形成している。
【００２５】
結合ピン１９は、油圧シリンダからなる。
【００２６】
軸支部１４は、軸方向に長い筒状に形成されており両端から回転軸２２を延長させるようになっている。軸支部１４は、バルクヘッド４に回転を規制するように係合されている。
【００２７】
駆動装置２４は油圧モータからなり、回転軸２２に一体に設けられた歯車３０にピニオン３１を介して動力を伝達するようになっている。
【００２８】
送り装置２５は、一端をバルクヘッド４に連結され後方へ延びる複数の鋼棒（ケビンテスターブ）３２と、支持フレーム２３を介して軸支部１４に設けられ鋼棒３２をそれぞれ係脱自在に把持して前後方向へ送る複数のチャッキング装置３３と、バルクヘッド４に軸支部１４を係脱自在に固定するロック機構３４とからなる。
【００２９】
ロック機構３４は、バルクヘッド４に設けられた係止部３５に軸支部１４をロックピン３６にて結合するものであり、軸支部１４にはピン挿入用の穴３７が軸方向に沿って所定のピッチで複数形成されている。具体的には、穴３７同士のピッチは、チャッキング装置３３の１ストローク分の長さに設定されている。
【００３０】
固化剤注入機構６は、送泥管３８と排泥管３９とで構成されており、送泥管３８から固化剤たるコンクリートを送り込みながら排泥管３９で泥水を取り込むことで泥水をコンクリートに置き換えるようになっている。
【００３１】
シールドジャッキ８は、取付フレーム４０を介してスキンプレート９に着脱自在にボルトアップされている。
【００３２】
次に下向きシールド１を用いた立坑の築造方法について述べる。
【００３３】
図２に示す下向きシールド１を下方に掘進させ、所定の位置に到達したら掘進を止める。
【００３４】
図３に示すように、カッタ装置５を一旦後方へ引き上げ、サヤ管３にカッタ装置５を結合させる。このとき、カッタ装置５の引き上げは、チャッキング装置３３で鋼棒３２を前方へ送ることで行う。サヤ管３とカッタ装置５の結合は、カッタ装置５の結合ピン１９を径方向外側に伸張させ、サヤ管３の結合穴２０内に挿入することで行う。
【００３５】
カッタ装置５がサヤ管３に結合されたら、駆動装置２４でカッタヘッド２１を回転させながらチャッキング装置３３で鋼棒３２を上方へ送り、カッタ装置５を前方へ押し出す。
【００３６】
カッタ装置５は地山を掘削しながら前進され、サヤ管３はカッタヘッド２１と一体に回転しながらシールドフレーム２の前方へ引き出される。この間、シールドフレーム２は所定の位置に停止したままである。
【００３７】
チャッキング装置３３で送出可能な１ストローク分カッタ装置５を押し出したら、一旦ロックピン３６を係止部３５と軸支部１４に串刺し状に挿入してバルクヘッド４側にカッタ装置５を固定し、チャッキング装置３３の把持位置を１ストローク分前方に替える。
【００３８】
そして、カッタ装置５を１ストローク分押し出したら再び軸支部１４をロックして把持位置を前方に替えるという動作を繰り返し、カッタ装置５を前方へ押し下げる。
【００３９】
図４に示すように、シールドフレーム２の前方を所定長さ掘削したら、結合ピン１９を径方向内側に縮退させてサヤ管３とカッタ装置５の結合を解除する。このとき、サヤ管３は大部分をシールドフレーム２の前方へ引き出され、後端の一部のみをシールドフレーム２にラップさせている。
【００４０】
図１に示すように、カッタヘッド２１を径方向内側に縮退させた後、サヤ管３を残してカッタ装置５を後方へ引き上げつつ、サヤ管３の中にコンクリートを注入する。
【００４１】
カッタ装置５の引き上げは、チャッキング装置３３でカッタ装置５を１ストローク分引き上げたらロック機構３４で軸支部１４をロックして把持位置を後方に替えるという動作を繰り返して行う。
【００４２】
コンクリートの注入は、バルクヘッド４の前方に送泥管３８からコンクリートを供給しつつ、排泥管３９でバルクヘッド４前方の泥水を取り込むことにより行う。比重の重いコンクリートは沈んで徐々に溜まり、泥水は排泥管３９から取り込まれ、サヤ管３内の泥水はコンクリートに置換される。
【００４３】
このようにして打設された底版コンクリート４１は外周をサヤ管３に覆われているため、高水圧下にあっても外周から地下水が浸入することはなく、最深部から浸入するのみである。このため、底版コンクリート４１の軸方向の長さに応じた止水効果を得ることができる。
【００４４】
また、サヤ管３が底版コンクリート４１の外周を土留めするため、底版コンクリート４１周辺の地山が崩壊することはなく、安定して底版コンクリート４１を固化させることができる。
【００４５】
この後、シールドジャッキ８と、中折れジャッキ１０と、シールド内に張り出すフランジ類とを取り外して引き揚げる。
【００４６】
そして、底版コンクリート４１が十分に固化したらバルクヘッド４の内周部１７を外周部１６から取り外し、内周部１７ごとカッタ装置５を引き揚げる。カッタヘッド２１は十分縮径されているため外周部１６の中を通過させることができ、カッタ装置５全体を容易に地上に引き揚げることができる。
【００４７】
また、内周部１７の貫通穴１３に軸支部１４を挿通させたまま引き揚げるため、内周部１７と軸支部１４の間のシールも損なうことはなく、そのまま再利用できる。
【００４８】
このように、シールドフレーム２に掘進方向前方へスライド可能に設けられ、シールドフレーム２の外周を覆うサヤ管３と、シールドフレーム２に前方へ出没自在に設けられ、サヤ管３に係脱自在に結合してサヤ管３をシールドフレーム２の前方へ突出させるカッタ装置５とを備えて下向きシールド１を構成したため、シールドフレーム２の前方にサヤ管３で土留めされた空間を形成でき、この空間の中で底版コンクリート４１を固化させることができる。コンクリート固化中に地山が崩壊したり、外周側から地下水が染み込むのを防ぐことができるため、容易に高品質の底版コンクリート４１を形成でき、水圧の高い環境下にあっても確実な止水を期待できる。
【００４９】
特にサヤ管３をカッタ装置５に結合させ、カッタ装置５の駆動力で前方へ移動させるようにしたため、サヤ管３を移動させるための新たな押出機構は必要なく、下向きシールド１を簡易な構造にできる。
【００５０】
また、下向きシールド１は、シールドフレーム２の前方へ突出されたサヤ管３の中に止水用固化剤を注入する固化剤注入機構６を備えるため、サヤ管３の中に止水用固化剤を容易に注入でき、底版コンクリート４１を容易に形成できる。
【００５１】
そして、カッタ装置５のカッタヘッド２１を径方向内側へ向けて縮退自在に形成したため、カッタヘッド２１全体を容易に回収して再利用することができ、費用を大幅に低減できる。
【００５２】
また、シールドフレーム２にその外周を覆うサヤ管３を掘進方向前方へスライド可能に設けると共にカッタ装置５を前方へ出没自在に設け、サヤ管３にカッタ装置５を結合させたのち、カッタ装置５を前方に押し出してシールドフレーム２の前側を所定長さ掘削し、カッタ装置５と共に前方に引き出されたサヤ管３の中にコンクリートを注入して立坑を築造するため、サヤ管３の中でコンクリートを固化させることができ、容易に高品質の底版コンクリート４１を形成でき、水圧の高い環境下にあっても確実な止水を期待できる。
【００５３】
そして、サヤ管３の中にコンクリートを注入するとき、サヤ管３とカッタ装置５の結合を解除し、サヤ管３を残してカッタ装置５を後方へ引き上げつつ、サヤ管３の中にコンクリートを注入するため、カッタヘッド２１前方の地山をコンクリートの重さで押さえつつカッタ装置５を引き上げることができる。
【００５４】
なお、固化剤注入機構６は送排泥管３８，３９に限るものではない。別途固化剤注入用の管を設けてもよい。この場合、固化剤の出口はバルクヘッド４に形成してもよく、カッタヘッド２１に形成してもよい。
【００５５】
固化剤はコンクリートに限るものではない。高水圧下で固化し、止水効果のあるものであれば他のものであってもよい。
【００５６】
また、結合ピン１９をサヤ管３の結合穴２０に挿入してカッタ装置５とサヤ管３を結合するものとしたが、結合ピン１９の代わりにコピーカッタを結合穴２０に挿入して結合するようにしてもよい。結合ピン１９を省くことができ、下向きシールド１をより簡単な構造にできる。
【００５７】
サヤ管３の中にコンクリートを注入するとき、カッタ装置５を引き上げながら行うものとしたが、必ずしもこれに限るものではない。カッタヘッド２１を引き上げても地山が崩れない程度にしっかりしている場合は、カッタ装置５を引き上げたのち、サヤ管３内にコンクリートを注入するようにしてもよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を奏する。
（１）底版コンクリート周辺の地山が崩壊するのを防ぐことができる。
（２）十分な止水性を得ることができる。
（３）カッタ装置全体を引き揚げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適実施の形態を示す下向きシールドと底版コンクリートの側断面図である。
【図２】通常掘進時の下向きシールドの側断面図である。
【図３】カッタ装置とサヤ管を結合させた下向きシールドの側断面図である。
【図４】カッタ装置を前方へ押し出した下向きシールドの側断面図である。
【図５】従来の下向きシールドの概略側断面図である。
【符号の説明】
１　下向きシールド
２　シールドフレーム
３　サヤ管
５　カッタ装置
６　固化剤注入機構
２１　カッタヘッド
【図１】
2004044262.tif 000003
【図２】
2004044262.tif 000004
【図３】
2004044262.tif 000005
【図４】
2004044262.tif 000006
【図５】
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