(57)【要約】【課題】セグメントリングの形状を保持または補正し、突合せ継手の止水性を向上させ、適切なテールクリアランスを確保できるシールド機およびトンネルの構築方法を提供すること。【解決手段】スキンプレート３の内周面１５側に、引布２３、補強用引布２５、管１９等からなる載荷装置１１を設けたシールド機１を用いて、トンネル４を掘削しつつ、突合せ継手セグメント５で覆工する。新設のセグメントリング６ａをリング状に形成した後、管１９から引布２３に流体３３を供給して引布２３を膨張させてセグメントリング６ａの外周面に押付け、セグメントリング６ａをトンネル中心方向に加圧することにより、セグメントリング６ａを真円状態にし、突合せ継手セグメント５間の止水性を確実にする。そして、引布２３から管１９に流体３３を排出して引布２３を収縮させ、スキンプレート３の凹部１７に格納する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
突合せ継手セグメントを用いてトンネルを覆工するシールド機であって、
スキンプレートの内周面に、前記トンネルの中心方向への加圧が可能な載荷装置が設けられ、
前記載荷装置が、リング状に組立てられた前記突合せ継手セグメントの外周面に押付けられることを特徴とするシールド機。
【請求項２】
前記載荷装置は、前記スキンプレートの周方向に所定の間隔で設置されることを特徴とする請求項１記載のシールド機。
【請求項３】
前記載荷装置は、載荷圧力が個別に制御されることを特徴とする請求項２記載のシールド機。
【請求項４】
前記載荷装置は、
前記スキンプレートの内周面側に配置された膜状部材と、
前記膜状部材を膨張させる流体を供給する管と、
前記膜状部材の前記トンネル内周面側に設けられた補強用部材と、
を具備し、
前記流体を用いて前記膜状部材を膨張させ、前記突合せ継手セグメントの外周面に押付けることを特徴とする請求項１記載のシールド機。
【請求項５】
シールド機でトンネルを掘削する工程と、
前記トンネル内に、突合せ継手セグメントをリング状に組立てる工程と、
前記シールド機のスキンプレートの内周面に設けられた載荷装置を前記突合せ継手セグメントに押付ける工程と、
を具備することを特徴とするトンネルの構築方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド機およびトンネルの構築方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トンネル覆工用のセグメントとして、トンネル周方向の側面に、隣接する他のセグメントと接合するための継手を有する突合せ継手セグメントが用いられている。また、シールド機の内径とセグメントの外径との間のクリアランスを確保するために、スキンプレートのテール部の内周面側に、ベアリングを有する押し出し装置を設けたシールド機が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２６２６９５１号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、突合せ継手セグメントを用いた場合、セグメントを１リング組立てた状態でセグメントリングの形状が不安定になる場合がある。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、セグメントリングの形状を保持または補正し、突合せ継手の止水性を向上させ、適切なテールクリアランスを確保できるシールド機およびトンネルの構築方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための第１の発明は、突合せ継手セグメントを用いてトンネルを覆工するシールド機であって、スキンプレートの内周面に、前記トンネルの中心方向への加圧が可能な載荷装置が設けられ、前記載荷装置が、リング状に組立てられた前記突合せ継手セグメントの外周面に押付けられることを特徴とするシールド機である。
【０００７】
載荷装置は、例えば、スキンプレートの内周面側に配置された膜状部材と、膜状部材を膨張させる流体を供給する管と、膜状部材のトンネル内周面側に設けられた補強用部材等からなる。膜状部材は、袋状等とする。膜状部材の材質は、例えば、繊維入りゴム布である。補強用部材の材質は、膜状部材と同様の繊維入りゴム布やバネ鋼等とする。
【０００８】
載荷装置では、膜状部材の端部をスキンプレートの内周面に固定し、膜状部材のトンネル内周面側の表面に補強用部材を接着する。または、膜状部材の端部と、膜状部材のトンネル内周面側の表面に配置した補強用部材の端部の両方をスキンプレートの内周面に固定する。この場合の補強用部材は、膜状部材の耐磨耗用に設けられる。載荷装置では、膜状部材をスキンプレートの内周面に配置し、膜状部材を覆うように配置した補強用部材の端部をスキンプレートの内周面に固定してもよい。この場合の補強用部材は、膜状部材の耐磨耗用および位置固定用に設けられる。
【０００９】
載荷装置では、袋状の膜状部材の内部または膜状部材とスキンプレートとの間に流体を供給して膜状部材を膨張させ、膜状部材を突合せ継手セグメントの外周面に押付けてトンネル中心方向に載荷する。載荷装置は、例えば、スキンプレートの周方向に所定の間隔で設置され、複数の載荷装置の載荷圧力は、個別に制御される。
【００１０】
第２の発明は、シールド機でトンネルを掘削する工程と、前記トンネル内に、突合せ継手セグメントをリング状に組立てる工程と、前記シールド機のスキンプレートの内周面に設けられた載荷装置を前記突合せ継手セグメントに押付ける工程とを具備することを特徴とするトンネルの構築方法である。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明のシールド機を用いてトンネルを構築する方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の第１の実施の形態を詳細に説明する。図１は、シールド機１のトンネル軸方向の断面図、図２は、シールド機１のトンネル周方向の断面図である。図２は、図１のＡ−Ａによる断面図である。
【００１３】
図１、図２に示すように、シールド機１は、スキンプレート３、シールドジャッキ７、テールシール９、載荷装置１１等で構成される。スキンプレート３は、筒状の部材であり、内側に複数のシールドジャッキ７が設置される。テールシール９と載荷装置１１は、スキンプレート３の内周面１５側に設けられる。
【００１４】
図１に示すように、載荷装置１１は、テールシール９より進行方向前方、すなわちシールドジャッキ７に近い側に設置される。また、図２に示すように、載荷装置１１は、トンネル４の周方向に、所定の間隔を置いて設置される。
【００１５】
シールド機１で地山２を掘削して形成されたトンネル４の内部には、セグメントリング６が組立てられる。図２に示すように、セグメントリング６は、複数の突合せ継手セグメント５からなる。突合せ継手セグメント５は、トンネル４の周方向の側面にセグメント継手である突合せ継手１３を、軸方向の側面にリング継手（図示せず）を有する。
【００１６】
図３は、収縮時の載荷装置１１の断面図を、図４は膨張時の載荷装置１１の断面図を示す。図３、図４は、図１のＢに示す部分の拡大図である。図３、図４に示すように、載荷装置１１は、膜状部材である引布２３、補強用部材である補強用引布２５、押えボルト２１、管１９、注入口２７等で構成される。
【００１７】
載荷装置１１の設置位置では、スキンプレート３の内周面１５側に、凹部１７が設けられる。スキンプレート３の凹部１７には、袋状の引布２３が配置される。引布２３の突合せ継手セグメント５側の部材２０ａの端部２９とスキンプレート３側部材２０ｂの端部３１とは、接着材等で接着される。引布２３の端部２９、端部３１は、押えボルト２１を用いてスキンプレート３に固定される。
【００１８】
引布２３の突合せ継手セグメント５側の部材２０ａの表面には、補強用引布２５が接着される。補強用引布２５は、図４に示すように引布２３を膨張させた際に、突合せ継手セグメント５と接触する面の耐磨耗性を向上させるためのものである。引布２３、補強用引布２５の材質は、例えば、繊維入りゴム布である。
【００１９】
スキンプレート３内には、流体３３（図４）を供給および排出するための管１９が設けられる。管１９と引布２３との間には、注入口２７が設置される。注入口２７は、引布２３の部材２０ｂを貫通して設けられる。注入口２７は、引布２３をスキンプレート３に固定し、管１９と引布２３との間で流体３３を移動させるためのものである。注入口２７は、例えば金属製の部材である。流体３３は、空気、水等である。
【００２０】
図３に示すように、載荷装置１１は、収縮時にはスキンプレート３の凹部１７に格納される。また、図４に示すように、引布２３を膨張させた場合には、補強用引布２５が突合せ継手セグメント５の外周面１６に押付けられる。引布２３を膨張させるには、管１９から注入口２７を介して引布２３のスキンプレート３側の部材２０ｂと突合せ継手セグメント５側の部材２０ａとの間に流体３３を送り、引布２３に流体３３を充填する。
【００２１】
載荷装置１１では、流体３３の圧力や流量を調節することにより、引布２３が突合せ継手セグメント５に与える載荷圧力を制御できる。図２に示す複数の載荷装置１１の載荷圧力は、個別に制御可能とするのが望ましい。
【００２２】
次に、シールド機１の動作について、図１から図４を用いて説明する。図１、図２に示すシールド機１を用いてトンネル４を構築するには、まず、シールドジャッキ７を既設の突合せ継手セグメント５に押付けてシールド機１で地山２を掘削する。次に、スキンプレート３の内部で突合せ継手セグメント５を組立て、新設のセグメントリング６ａを形成する。このとき、載荷装置１１は、図３に示すように、スキンプレート３の凹部１７に格納される。
【００２３】
新設のセグメントリング６ａをリング状に形成した後、図１、図２、図４に示すように、載荷装置１１を膨張させる。すなわち、スキンプレート３内に設置された管１９から注入口２７を介して引布２３に流体３３を注入する。そして、載荷装置１１を突合せ継手セグメント５の外周面１６に押し付け、セグメントリング６ａにトンネル中心方向への圧力を加えることにより、セグメントリング６ａの形状を補正して真円状態にし、突合せ継手セグメント５間の止水材（図示せず）のシール効果を確実にする。
【００２４】
セグメントリング６ａの形状を補正して真円状態にした後、引布２３から注入口２７を介して管１９に流体３３を排出し、載荷装置１１を収縮させて、セグメントリング６ａにかかる圧力を解放する。そして、図３に示すように、載荷装置１１をスキンプレート３の凹部１７に格納する。
【００２５】
シールド機１で地山２を掘削して新設のセグメントリング６ａを組立てる工程と、載荷装置１１を膨張させてセグメントリング６ａの形状を補正する工程と、載荷装置１１を収縮させる工程とを繰り返し、突合せ継手セグメント５で覆工されたトンネル４を構築する。
【００２６】
このように、載荷装置１１を用いて新設のセグメントリング６ａにトンネル中心方向への圧力を加えることで、セグメントリング６ａの形状を真円状態に補正または保持することができる。また、トンネル周方向に隣接する突合せ継手セグメント５の間に設けられた止水シール材（図示せず）を圧縮し、止水性を向上させることができる。また、載荷装置１１の分割ブロック間の載荷圧力を個別に制御することで、セグメントリング６ａの歪を補正し、テールクリアランスを適切に確保できる。
【００２７】
なお、載荷装置１１の設置数は、図１、図２に示した数量に限らない。また、構造は、図３、図４の載荷装置１１に示したものでなくてもよい。図５は、他の構成の載荷装置１１ａの膨張時の断面図である。載荷装置１１ａは、膜状部材である引布２３ａ、補強用部材である補強用引布２５ａ、押えボルト２１ａ、管１９、注入口２７等で構成される。
【００２８】
引布２３ａ、補強用引布２５ａ、押えボルト２１ａは、載荷装置１１の引布２３、補強用引布２５、押えボルト２１に相当する。引布２３ａは、突合せ継手セグメント５側の部材２２ａとスキンプレート３側の部材２２ｂとを重ね合わせ、部材２２ａの端部２９ａと部材２２ｂの端部３１ａとを接着材等で接着して、袋状に形成される。
【００２９】
引布２３ａは、スキンプレート３の内周面１５側の凹部１７に配置され、端部２９ａおよび端部３１ａは押えボルト２１ａを用いてスキンプレート３に固定される。引布２３ａの突合せ継手セグメント５側の部材２２ａの表面には、補強用引布２５ａが接着される。管１９と引布２３ａとの間には、注入口２７が設置される。注入口２７は、引布２３の部材２２ｂを貫通して設けられる。引布２３ａ、補強用引布２５ａの材質は、例えば、繊維入りゴム布である。
【００３０】
載荷装置１１ａは、収縮時にはスキンプレート３の凹部１７に格納される。また、図５に示すように、引布２３ａを膨張させた場合には、補強用引布２５ａが突合せ継手セグメント５の外周面１６側に押付けられる。引布２３ａを膨張させるには、管１９から注入口２７を介して流体３３を送り、引布２３ａの部材２２ａと部材２２ｂとの間に流体３３を充填する。
【００３１】
図６は、他の構成の載荷装置１１ｂの膨張時の断面図である。載荷装置１１ｂは、膜状部材である引布２３ｂ、補強用部材である補強用引布２５ｂ、押えボルト２１ｂ、管１９等で構成される。
【００３２】
引布２３ｂ、補強用引布２５ｂ、押えボルト２１ｂは、載荷装置１１ａの引布２３ｂ、補強用引布２５ｂ、押えボルト２１ｂに相当する。引布２３ｂは、突合せ継手セグメント５側の部材２４ａとスキンプレート３側の環状の部材２４ｂとを重ね合わせ、部材２４ａの端部２９ｂと部材２４ｂとを接着材等で接着して形成される。
【００３３】
引布２３ｂは、スキンプレート３の内周面１５側の凹部１７に配置され、部材２４ａの端部２９ａと部材２４ｂは押えボルト２１ｂを用いてスキンプレート３に固定される。このとき、引布２３ｂとスキンプレート３との間の気密性を十分に確保する。引布２３ｂの突合せ継手セグメント５側の部材２４ａの表面には、補強用引布２５ｂが接着される。
【００３４】
スキンプレート３内には、流体３３を供給および排出するための管３５が設けられる。載荷装置１１ｂでは、引布２３ｂとスキンプレート３との間の気密性を確保することにより、注入口が省略され、管３５の端部４３がスキンプレート３の凹部１７に達する。引布２３ｂ、補強用引布２５ｂの材質は、例えば、繊維入りゴム布である。
【００３５】
載荷装置１１ｂは、収縮時にはスキンプレート３の凹部１７に格納される。また、図６に示すように、引布２３ｂを膨張させた場合には、補強用引布２５ｂが突合せ継手セグメント５の外周面１６に押付けられる。引布２３ｂを膨張させるには、管３５から流体３３を送り、引布２３ｂの部材２４ａとスキンプレート３との間に流体３３を充填する。
【００３６】
図７は、他の構成の載荷装置１１ｃの収縮時の断面図、図７は載荷装置１１ｃの膨張時の断面図である。載荷装置１１ｃは、膜状部材である補助ゴム膜３７、補強用部材であるバネ鋼３９、押えボルト４１、管３５等で構成される。補助ゴム膜３７、バネ鋼３９、押えボルト４１は、載荷装置１１の引布２３、補強用引布２５、押えボルト２１に相当する。
【００３７】
補助ゴム膜３７は、スキンプレート３の内周面１５側の凹部１７に配置される。補助ゴム膜３７の突合せ継手セグメント５側には、バネ鋼３９が配置される。補助ゴム膜３７の端部４５とバネ鋼３９の端部４７は、押えボルト４１を用いてスキンプレート３に固定される。載荷装置１１ｃにでは、補助ゴム膜３７とスキンプレート３との間の気密性を確保することにより、注入口が省略され、管３５の端部４３がスキンプレート３の凹部１７に達する。
【００３８】
載荷装置１１ｃは、図７に示すように、収縮時にはスキンプレート３の凹部１７に格納される。また、図８に示すように、補助ゴム膜３７を膨張させた場合には、バネ鋼３９が突合せ継手セグメント５の外周面１６に押付けられる。補助ゴム膜３７を膨張させるには、管３５から流体３３を送り、補助ゴム膜３７とスキンプレート３との間に流体３３を充填する。
【００３９】
載荷装置１１ａ、載荷装置１１ｂ、載荷装置１１ｃでは、新設のセグメントリング６ａの形成後に、図５、図６、図８にそれぞれ示すように、引布２３ａ、引布２３ｂ、補助ゴム膜３７を膨張させ、セグメントリング６ａにトンネル中心方向への圧力を加えて、セグメントリング６ａの形状を保持または補正する。このとき、流体３３の圧力や流量を調節することにより、引布２３ａ、引布２３ｂ、補助ゴム膜３７が突合せ継手セグメント５に与える載荷圧力を制御できる。複数の載荷装置１１ａ、載荷装置１１ｂ、載荷装置１１ｃの載荷圧力は、個別に制御可能とするのが望ましい。
【００４０】
載荷装置１１ａ、載荷装置１１ｂ、載荷装置１１ｃを用いた場合にも、載荷装置１１を用いた場合と同様に、新設のセグメントリング６ａにトンネル中心方向への圧力を加えることで、セグメントリング６ａの形状を真円状態に補正または保持することができる。また、トンネル周方向に隣接する突合せ継手セグメント５の間に設けられた止水シール材（図示せず）を圧縮し、止水性を向上させることができる。また、載荷装置１１ａ、載荷装置１１ｂ、載荷装置１１ｃの分割ブロック間の載荷圧力を個別に制御することで、セグメントリング６ａの歪を補正し、各位置での適切なテールクリアランスを確保できる。
【００４１】
さらに、載荷装置１１ｂ、載荷装置１１ｃでは、注入口を設置しないため、引布２３ｂ、補助ゴム膜３７がスキンプレート３に固定されず、シールド機１の内部から、引布２３ｂ、補強用引布２５ｂ、補助ゴム膜３７、バネ鋼３９等を容易に交換することができる。
【００４２】
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、図１、図２に示すシールド機１において、載荷装置１１のかわりに載荷装置５１が設置される。載荷装置５１は、図１に示す載荷装置１１と同様に、スキンプレート３の内周面１５側に、テールシール９より進行方向前方、すなわちシールドジャッキ７に近い側に設置される。また、図２に示す載荷装置１１と同様にトンネル４の周方向に、所定の間隔を置いて設置される。
【００４３】
図９は、収縮時の載荷装置５１の断面図を、図１０は収縮時の載荷装置５１の平面図を、図１１は、膨張時の載荷装置５１の断面図を示す。図１０は、図９の矢印Ｃに示す方向から見た図である。図９から図１１に示すように、載荷装置５１は、膜状部材であるエアジャッキ５３、補強用部材である保護ゴム５５、押えボルト５７、管６１等で構成される。
【００４４】
載荷装置５１の設置位置では、載荷装置１１の設置位置と同様に、スキンプレート３の内周面１５側に、凹部１７が設けられる。スキンプレート３の凹部１７には、矩形の袋状のエアジャッキ５３が配置される。エアジャッキ５３には、管６１が設けられる。管６１は、エアジャッキ５５に流体６３（図１１）を移動させるためのものである。流体６３は、空気等である。
【００４５】
エアジャッキ５３の突合せ継手セグメント５側の部材５０の表面には、エアジャッキ５３を覆うように保護ゴム５５が設置される。保護ゴム５５の２辺の端部６５は、押え金物５９を介して押えボルト５７でスキンプレート３に固定される。
【００４６】
保護ゴム５５は、スキンプレート３との間にエアジャッキ５３を挟んでエアジャッキ５３の位置を固定すると同時に、図１１に示すようにエアジャッキ５３を膨張させた際に、突合せ継手セグメント５側の部材５０の耐磨耗性を向上させるためのものである。保護ゴム５５の材質は、例えば、繊維入りゴム布である。
【００４７】
図９に示すように、載荷装置５１は、収縮時にはスキンプレート３の凹部１７に格納される。また、図１１に示すように、エアジャッキ５３を膨張させた場合には、保護ゴム５５が突合せ継手セグメント５の外周面１６に押付けられる。エアジャッキ５３を膨張させるには、管６１から流体６３を送り、エアジャッキ５３内に充填する。
【００４８】
載荷装置５１では、流体６３の圧力や流量を調節することにより、エアジャッキ５３が突合せ継手セグメント５に与える載荷圧力を制御できる。複数の載荷装置５１の載荷圧力は、個別に制御可能とするのが望ましい。
【００４９】
載荷装置５１を有するシールド機を用いてトンネルを構築するには、第１の実施の形態と同様に、まず、スキンプレート３の内部で突合せ継手セグメント５を組立て、新設のセグメントリングを形成する。このとき、載荷装置５１は、図９に示すように、スキンプレート３の凹部１７に格納される。
【００５０】
新設のセグメントリングをリング状に形成した後、図１１に示すように、載荷装置５１を膨張させる。すなわち、管６１からエアジャッキ５３に流体６３を注入する。そして、載荷装置５１を突合せ継手セグメント５の外周面１６に押し付け、セグメントリングにトンネル中心方向への圧力を加えることにより、セグメントリングの形状を補正して真円状態にし、突合せ継手セグメント５間の止水材（図示せず）のシール効果を確実にする。
【００５１】
セグメントリングの形状を補正して真円状態にした後、エアジャッキ５３から管６１に流体６３を排出し、載荷装置５１を収縮させて、セグメントリングにかかる圧力を解放する。そして、図９に示すように、載荷装置５１をスキンプレート３の凹部１７に格納する。
【００５２】
シールド機内でセグメントリングを組立てる工程と、載荷装置５１を膨張させてセグメントリングの形状を補正する工程と、載荷装置５１を収縮させる工程とを繰り返し、突合せ継手セグメント５で覆工されたトンネルを構築する。
【００５３】
このように、第２の実施の形態においても、載荷装置５１を用いて新設のセグメントリングにトンネル中心方向への圧力を加えることで、セグメントリングの形状を真円状態に補正または保持することができる。また、トンネル周方向に隣接する突合せ継手セグメント５の間に設けられた止水シール材（図示せず）を圧縮し、止水性を向上させることができる。また、載荷装置５１の分割ブロック間の載荷圧力を個別に制御することで、セグメントリングの歪を補正し、テールクリアランスを適切に確保できる。
【００５４】
載荷装置５１では、保護ゴム５５を用いてエアジャッキ５３の位置を固定するため、エアジャッキ５３本体にボルト等を設置する必要がない。また、シールド機の内部から、保護ゴム５５、エアジャッキ５３、管６１等を容易に交換できる。
【００５５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、セグメントリングの形状を保持または補正し、突合せ継手の止水性を向上させ、適切なテールクリアランスを確保できるシールド機およびトンネルの構築方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シールド機１のトンネル軸方向の断面図
【図２】シールド機１のトンネル周方向の断面図
【図３】収縮時の載荷装置１１の断面図
【図４】膨張時の載荷装置１１の断面図
【図５】他の構成の載荷装置１１ａの膨張時の断面図
【図６】他の構成の載荷装置１１ｂの膨張時の断面図
【図７】他の構成の載荷装置１１ｃの収縮時の断面図
【図８】載荷装置１１ｃの膨張時の断面図
【図９】収縮時の載荷装置５１の断面図
【図１０】収縮時の載荷装置５１の平面図
【図１１】膨張時の載荷装置５１の断面図
【符号の説明】
１………シールド機
３………スキンプレート
５………突合せ継手セグメント
６、６ａ………セグメントリング
９………テールシール
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、５１………載荷装置
１３………突合せ継手
１５………内周面
１７………凹部
１９、３５、６１………管
２１、２１ａ、２１ｂ、４１、５７………押えボルト
２３、２３ａ、２３ｂ………引布
２５、２５ａ、２５ｂ………補強用引布
２７………注入口
３３、６３………流体
３７………補助ゴム膜
３９………バネ鋼
５３………エアジャッキ
５５………保護ゴム
【図１】
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【図２】
2004324337.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004324337.tif 000007
【図６】
2004324337.tif 000008
【図７】
2004324337.tif 000009
【図８】
2004324337.tif 000010
【図９】
2004324337.tif 000011
【図１０】
2004324337.tif 000012
【図１１】
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