(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッターやその駆動部が設けられた前胴と、この前胴に続きその内周面の周方向に間隔をおいた複数箇所にそれぞれ推進用のジャッキが設けられた中胴と、この中胴に続きセグメントリング組み立て用のエレクターが設けられると共に組み立てられたセグメントリングの外周面に当接して地下水の侵入を阻止する止水部材が内周面に設けられた後胴から構成される泥土圧式のシールドマシンを用いて、既に設置された親トンネルから新たな分岐トンネルを施工する際に用いられる鋼製の反力受け部材であって、
前記反力受け部材は、前記後胴の内部に挿入される輪郭で形成され、互いに環状を呈して対向する前基板部および後基板部と、前記前基板部および後基板部の周方向に間隔をおいた箇所で前後に延在しそれら前基板部および後基板部を連結する複数の柱部材とを備え、
前記複数の柱部材のうちの少なくとも２本以上の柱部材は前記前基板部に対して着脱可能に設けられ、かつ、前記少なくとも２本以上の柱部材が連結された前記後基板部の部分は、残りの前記後基板部の部分に対して着脱可能に設けられている、
ことを特徴とするトンネル施工用反力受け部材。
【請求項２】
前記少なくとも２本以上の柱部材が前記前基板部に対して取り外され、かつ、それら少なくとも２本以上の柱部材が連結された前記後基板部の部分が残りの前記後基板部の部分に対して取り外された状態で、それら取り外された箇所に、前記シールドマシン内部への資機材の搬入用の開口が形成されることを特徴とする請求項１記載のトンネル施工用反力受け部材。
【請求項３】
前記柱部材は、Ｈ型鋼で構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のトンネル施工用反力受け部材。
【請求項４】
前記複数の柱部材は、前記反力受け部材が前記後胴の内部に挿入された状態で、前記推進用のジャッキと同軸上に位置するように設けられていることを特徴とする請求項１記載のトンネル施工用反力受け部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、親トンネルから分岐させる形で新たなトンネルを構築する場合に、効率的な施工を行なう上で有利なトンネル施工用反力受け部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
既に設置されたトンネル内で、新たなトンネルを分岐施工するための掘削機械を組み立て、一部が完成した状態で地山中に押し出し、逐次、組立と押出しを繰り返して掘削機械の発進を完了させる方法がある（特許文献１、特許文献２）。
しかしながら、親トンネルの径が比較的小さい場合、既に設置された親トンネルから新たなトンネルを分岐施工することは、狭隘な空間における非常に効率の悪い作業の連続となる。
【特許文献１】特開２００３−２７８４８２
【特許文献２】特開２００３−３３６４８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えば、通常のシールド発進においては、組み立てたシールド機後方に仮セグメント接続用のリング状反力受け部材を設置して推進できるが、下水道トンネルなどのように親トンネルの径が比較的小さい場合、制限された狭いスペースにおいて分割サイズでのシールド機の搬入とならざるを得ない。
そして、分割してシールド機を搬入しても、この分割されたシールド機の後方スペースに余裕がなく、セグメント接続用リング状反力受け部材を設置すると、資機材（セグメント等）搬入や掘削土搬出（特に泥土圧）が非常に困難となる。
【０００４】
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、狭い親トンネルから分岐トンネルを施工する際に、分岐トンネルの施工効率を高める上で有利なトンネル施工用反力受け部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するため本発明は、カッターやその駆動部が設けられた前胴と、この前胴に続きその内周面の周方向に間隔をおいた複数箇所にそれぞれ推進用のジャッキが設けられた中胴と、この中胴に続きセグメントリング組み立て用のエレクターが設けられると共に組み立てられたセグメントリングの外周面に当接して地下水の侵入を阻止する止水部材が内周面に設けられた後胴から構成される泥土圧式のシールドマシンを用いて、既に設置された親トンネルから新たな分岐トンネルを施工する際に用いられる鋼製の反力受け部材であって、前記反力受け部材は、前記後胴の内部に挿入される輪郭で形成され、互いに環状を呈して対向する前基板部および後基板部と、前記前基板部および後基板部の周方向に間隔をおいた箇所で前後に延在しそれら前基板部および後基板部を連結する複数の柱部材とを備え、前記複数の柱部材のうちの少なくとも２本以上の柱部材は前記前基板部に対して着脱可能に設けられ、かつ、前記少なくとも２本以上の柱部材が連結された前記後基板部の部分は、残りの前記後基板部の部分に対して着脱可能に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明では、反力受け部材を利用して反力を受けつつシールドマシンを前進させる。
シールドマシンが前進していくと、反力受け部材は親トンネル内に露出し、親トンネル内のスペースを占めることになるが、複数本の柱部材とそれら柱部材が連結された後基板部の箇所を外すことで開口が形成される。
したがって、シールドマシンの後方に、セグメントなどの資機材搬入のためのスペースを確保する余裕はないものの、この開口からシールドマシンの内部への資機材の搬入が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、分岐トンネルの施工手順の概略は、次の通りである。
親トンネルの壁面にエントランスリングを固定する。次に、シールド機の前胴のみをエントランスリングの内側に配置する。次に、親トンネルの壁面で反力を受けつつ前胴を前進させて掘削を開始し、前胴を前進させて親トンネル内にスペースが生じたならば、前胴に中胴を連結する。次に、親トンネルの壁面で反力を受けつつ前胴および中胴を前進させて掘削を行い、親トンネル内にスペースが生じたならば、中胴に後胴を連結する。本発明の反力受け部材はこの後胴の内部に組み込んでおくものである。
以下、上述の施工手順の順に説明していく。
【０００８】
図１は親トンネルおよびエントランスリングの断面正面図、図２はエントランスリングの後部の説明図、図３は親トンネルおよびエントランスリングの断面平面図を示す。
図面において符号１２は既に施工された親トンネルを示し、符号１４はそのトンネル壁を示し、トンネル壁１４は円筒状を呈し、本実施の形態では、トンネルは下水道用のものである。
また、符号１６は、親トンネル１２から新たな分岐トンネル１８を施工する際に用いられるエントランスリング、符号２０は、分岐トンネル１８を施工する際に用いる泥土圧式のシールドマシン１９（図６参照）の前胴を示している。
図６に示すように、シールドマシン１９は前胴２０と、この前胴２０に続く中胴４０、中胴４０に続く後胴５０から構成されている。
前胴２０には、カッター２０Ａやその駆動部２０Ｂ、土砂排出用のスクリューコンベア２０Ｃ（図４参照）などが配置されている。
中胴４０には、推進用ジャッキ４２（図５参照）などが配置され、中胴４０は前胴２０に対して折曲可能に連結され進路を湾曲させる際に機能する箇所でもある。
後胴５０には、セグメントリング組み立て用のエレクターなどが設置され、その内部で順次セグメントリングを組み立てていく箇所である。
【０００９】
なお、シールドマシンは、前胴と後胴とで構成されているという場合もあり、この場合には、前記後胴が、本実施の形態の中胴４０と後胴５０で構成されることになる。
本実施の形態では、中胴４０と後胴５０は、共に前後に結合された２つの筒体で構成され、図５、図６に示すように、中胴４０の後方の筒体４４と、後胴５０の前方の筒体４４は共通であり、この共通の筒体４４の前半部が中胴４０の後部を構成し、共通の筒体４４の後半部が後胴５０の前部を構成している。
分岐トンネル１８を施工する際、スペースの問題からシールドマシン１９全体を親トンネル１２内に搬入できず、まずは前胴２０のみの搬入となる。
【００１０】
エントランスリング１６は、筒状の前部３０と、前部３０に続く筒状の後部３２とを有している。
前部３０と後部３２とは共に鋼製で、分岐トンネル１８を施工する際に用いる泥土圧式のシールドマシン１９よりも大きな寸法の均一の内径で形成され、また、その外周面が単一の円筒面上を延在するように設けられている。
前部３０は、環板状の基部３０Ａと、基部３０Ａの左右両側から前方に突出する左右の側面部３０Ｂと、左右の側面部３０Ｂの間の上下部に設けられた前方に開放状の切り欠き３０Ｃとを有している。
左右の側面部３０Ｂと切り欠き３０Ｃは、左右の側面部３０Ｂの縁の全域が親トンネル１２のトンネル壁１４の円筒状の内周面に当接される形状で形成されている。
左右の側面部３０Ｂの縁は、開口すべきトンネル壁１４の内面に、例えば、溶接により固定される。
左右の側面部３０Ｂには開口３００２が設けられ、開口３００２にアクリルなどの合成樹脂からなる透明板３００４が取着され、透明板３００４により前部３０の外側から内側箇所の視認を可能とした透明窓３０Ｄが構成されている。
【００１１】
後部３２は、前部３０の基部３０Ａに連続する環板状に設けられ、少なくともその周方向の一部３２Ａが残りの部分３２Ｂに対して着脱可能に設けられている。
一部３２Ａを残りの部分３２Ｂから外した際に、残りの部分３２Ｂには側方に開放状の開口３２Ｃが形成される。
開口３２Ｃの高さは、分岐トンネル１８を施工するシールドマシン１９の直径よりも大きい高さＨを有している。
また、後部３２の内面全域には、シールドマシン１９の胴体に弾接しシールドマシン１９の胴体をつたって親トンネル１２の内部に入ろうとする地下水を止水するための止水部材３４が取着されている。
【００１２】
本実施の形態では、まず、分岐トンネル１８を施工すべき親トンネル１２内の箇所にエントランスリング１６を搬入し、エントランスリング１６の左右の側面部３０Ｂの縁を、トンネル壁１４の内面に、例えば、溶接により固定する。
次に、後部３２の周方向の一部３２Ａを取り外し、残りの部分３２Ｂに開口３２Ｃを露出させておく。
次に、分岐トンネル１８を施工する際に用いる泥土圧式シールドマシン１９の前胴２０のみを親トンネル１２内に搬入し、開口３２Ｃから後部３２の残りの部分３２Ｂの内側に配置する。
そして、前胴２０を後部３２の残りの部分３２Ｂの内側に配置したならば、取り外した周方向の一部３２Ａを残りの部分３２Ｂに対して取り付け、後部３２を組み立てる。
【００１３】
次に、シールドマシン１９の前胴２０の背面と、エントランスリング１６が設置された箇所と反対側のトンネル壁１４との間に、架台を介して複数のジャッキを配置し、ジャッキにより推進力を前胴２０に与え、カッター２０Ａの回転により掘削しつつ前胴２０を前進させていく。この場合の架台は、従来公知の様々な部材が採用可能である。
この掘削状況は、透明窓３０Ｄから視認可能であり、スクリューコンベア内の土圧、排土量の調整や、複数のジャッキのうちのどのジャッキにより大きな力を発揮させるなど、掘削状況に応じて様々な処置がとられる。
【００１４】
そして、前胴２０を前進させ、親トンネル１２内で前胴２０の背面にスペースが生じたならば、図４、図５に示すように、エントランスリング１６内で前胴２０に中胴４０を組み付け、今度は前胴２０および中胴４０を前進させていく。
より詳細には、上述したように、中胴４０は、前後に結合された２つの筒体４０Ａ、４４を有し、前胴２０の背面のスペースの関係上、図４に示すように、まずは前方の筒体４０Ａのみが前胴２０に組み付けられて前進され、さらに、スペースが生じたならば、図５に示すように、筒体４０Ａに後方の筒体４４が組み付けられて前進される。
なお、この場合の推進力は、図４に示すように、前胴２０あるいは中胴４０の背面に対向するトンネル壁１４箇所に設置された架台４６と、前胴２０あるいは中胴４０の背面に配置された複数のジャッキ４８と、架台４６とジャッキ４８間に掛け渡された反力受け部材４９を介して与えられる。
【００１５】
一方、図４、図５に示すように、スクリュウコンベア２０Ｃで切羽土圧を保持しつつカッタヘッドチャンバーＣ内の掘削土を排出するが、シールドマシン２０を分割して搬入するため、スクリュウコンベア２０Ｃも分割して搬入し組み立てていかなければならない。
そのため、スクリュウコンベア２０Ｃを図６に示す正規の構造に組上げるまでの掘削において切羽の安定を図ることが困難となり、地盤改良等の補助工法を必要とする。
そこで、本実施の形態では、カッタヘッド隔壁部（カッタヘッドチャンバーＣとスクリュウコンベア２０Ｃの境界面）にシャッターゲート２００２を装備し、ゲート開度によりカッタヘッドチャンバーＣ内の土圧を調整するようにし、補助工法を不要として切羽の安定を図るようにしている。
また、図４に示すように、スクリュウコンベア２０Ｃの管体が短い過程では、管体の端部にボールバルブ２００４を装備し、スクリュウコンベア２０Ｃ内の土圧および排土量を調整するようにしている。
なお、スクリューコンベア２０Ｃの管体や、その内部のスクリューも継ぎ足されていくが、この場合、管体を単に分解したのでは、土砂が親トンネル１２内に溢れ出るので、この場合にシャッターゲート２００２が閉じられ、土砂の流出を防止しつつ管体やスクリューの継ぎ足しが行なわれる。
また、スクリュウコンベア２０Ｃらの排土はバキューム装置による吸引あるいはベルコンにて搬送される。
【００１６】
また、前胴２０のみの前進や、あるいは前胴２０および中胴４０の前進のように、正規の構造に組上げる前でシールドマシン２０の機長が短い状態での押出しでは、シールドマシン２０の設置圧が小さく、シールドマシン２０の重心が発進架台より前方になり、シールドマシン２０が前傾し易くなる。
そこで、図７に示すように、複数の推進ジャッキ４８のうち下段部のジャッキ４８Ａを推進用に使用し、上段部のジャッキ４８Ｂをリリーフ圧調整可能にすることで、シールドマシン２０の姿勢制御を行い、掘進中の重心バランスの不具合による前傾を防止するようにしている。
【００１７】
図５に示すように、筒体４０Ａに後方の筒体４４が組み付けられて前進され、筒体４４の後方にスペースが生じたならば、例えば、筒体４４をエントランスリング１６に固定しておき、後胴５０を親トンネル１２内に搬入し、後胴５０を筒体４４に結合する。
そして、後胴５０を搬入する際に、本実施の形態の反力受け部材５２をこの後胴５０の内部に組み込んでおく。
図８（Ａ）は反力受け部材の側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ矢視図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ矢視図を示す。
反力受け部材５２は、後胴５０の内部に挿入される輪郭で形成され、互いに環状を呈して対向する前基板部５４および後基板部５６と、前基板部５４および後基板部５６の周方向に間隔をおいた箇所で前後に延在しそれら前基板部５４および後基板部５６を連結する複数の柱部材５８とを備えている。
【００１８】
前基板部５４および後基板部５６は、分岐シールドのセグメント外径に内接する多角形あるいは同径相当の円形におさまる形状で形成されている。本実施の形態では、前基板部５４および後基板部５６は正八角形の枠をなすように設けられている。
すなわち、前基板部５４は、図８（Ｂ）に示すように、正八角形の８つの辺をなす分割体５４０２がそれぞれ連結板５４０４によりボルト、ナットを介して着脱可能に連結されている。
また、後基板部５６は、図８（Ｃ）に示すように、正八角形の８つの辺をなす分割体５６０２がそれぞれ連結板５６０４によりボルト、ナットを介して着脱可能に連結されている。
そして、柱部材５８が８本設けられ、柱部材５８は正八角形の８つの角部に位置するように設けられ、前基板部５４および後基板部５６に対してボルト、ナットを介して着脱可能に連結されている。
本実施の形態では、中胴４０の推進用ジャッキ４２（図５参照）と同軸上に柱部材５８が位置するように、反力受け部材５２は後胴５０の内部に組み込まれる。
また、本実施の形態では、柱部材５８はＨ型鋼で構成され、上述の連結板５６０４は、Ｈ型鋼の延在方向の一端に固定されている。
したがって、本実施の形態では、８本の柱部材５８の全てが前基板部５４に対して着脱可能に設けられており、また、取り外される柱部材５８が後基板部５６の部分、すなわち８つの分割体５６０２も、それぞれ残りの後基板部５６の部分に対して着脱可能に設けられている。
【００１９】
そして、少なくとも２本以上の柱部材５８を前基板部５４に対して取り外し、かつ、それら少なくとも２本以上の柱部材５８が連結された後基板部５６の部分を、残りの後基板部５６の部分に対して取り外すことで、それら部材が取り外された箇所に、図６に示すように、シールドマシン１９の内部への資機材の搬入用の開口６０が形成されるように構成されている。
【００２０】
図５に示すように後胴５０を親トンネル１２内に搬入し、図６に示すように、反力受け部材５２が組み込まれた後胴５０を筒体４４に結合したならば、中胴４０内の複数の推進用ジャッキ４２を伸張して反力受け部材５２の前基板部５４に当接し、また、反力受け部材５２の後基板部５６とトンネル壁面１４との間に架台６４を配置する。
そして、シールドマシン１９からの反力をそれら推進用ジャッキ４２、反力受け部材５２、架台６４を介してトンネル壁面１４で受けるようにしたならば、筒体４４とエントランスリング１６との固定を解除し、推進用ジャッキ４２の伸縮と、架台６４の重ね合わせによりシールドマシン１９を前進させる。
そして、今度は、後胴５０の内部でエレクターによセグメントリングを組み立てつつシールドマシン１９を前進させ、組み立てたセグメントリングをエントランスリング１６の内側の開口に固定したならば、エントランスリング１６も取り外し、セグメントリングを組み立てつつシールドマシン１９を前進させ、親トンネル１２から分岐する分岐トンネル１８を施工する。
反力受け部材５２は、セグメントリングをエントランスリング１６の内側の開口に固定した後に、エントランスリング１６と共に撤去される。
【００２１】
本実施の形態によれば次のような効果が奏される。
親トンネル１２から分岐トンネル１８を施工する際、図５、図６に示すように、狭小な発進位置となるため、初期掘進時におけるシールドマシン１９の後方に、セグメントなどの資機材搬入のためのスペースや掘削土搬出のためのスペースを確保する余裕はない。
すなわち、通常のシールド発進では、シールドマシン１９の後方に仮セグメント接続用のリング状反力受け部材を設置し推進するが、分岐トンネル１８の場合、後方スペースに余裕がなくセグメント接続用リング状反力受け部材を設置すると、資機材搬入および掘削土搬出（特に泥土圧）が非常に困難となる。
本実施の形態では反力受け部材５２が予め組み込まれた後胴５０を筒体４４に結合し、反力受け部材５２を利用して反力を受けつつシールドマシン１９を前進させる。
反力受け部材５２はシールドマシン１９と共に前進せず、親トンネル１２内の当初の位置に留まり、親トンネル１２内に露出して親トンネル１２内のスペースを占めることになるが、複数本の柱部材５８と複数の後基板部５６の分割体５６０２を外すことで、反力受け部材５２の側方および軸方向に開放状の開口６０が形成される。
したがって、シールドマシン１９の後方に、セグメントなどの資機材搬入のためのスペースや掘削土搬出のためのスペースを確保する余裕はないものの、この開口６０からシールドマシン１９の内部への資機材の搬入や掘削土の排出が可能となる。
【００２２】
また、図５、図６に示すように、後胴５０の内面には、シールドマシン１９が前進していく際、後胴５０の内部で組み立てたセグメントリングの外周に接触して親トンネル１２内への地下水の浸入を阻止する鋼製のブラシなどからなる止水部材６６が設けられている。そして、この止水部材６６は、組み立てられたセグメントリングが後方に移動していくことから、先端が基端よりも後方に位置するように傾斜して設けられ、一般に硬く形成されている。
そのため、仮に、シールドマシン１９に対向する親トンネル１２内に、中胴４０内の複数の推進用ジャッキ４２に対向させて複数のジャッキを配置し、それらジャッキ伸張して推進用ジャッキ４２に当接し、シールドマシン１９の反力を受けることも考えられるが、このジャッキの伸張方向は止水部材６６の傾きの方向と反対となり、止水部材６６を損傷する虞がある。
これに対して、本実施の形態の反力受け部材５２は、止水部材６６に対して組み立てられたセグメントリングが移動する方向と同じ方向に移動するので、止水部材６６を損傷することもない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】親トンネルおよびエントランスリングの断面正面図である。
【図２】エントランスリングの後部の説明図である。
【図３】親トンネルおよびエントランスリングの断面平面図である。
【図４】分岐トンネルの初期掘進時の説明図である。
【図５】反力受け部材が組み込まれた後胴の搬入時の説明図である。
【図６】反力受け部材が組み込まれた後胴の搬入時の説明図である。
【図７】シールドマシンの姿勢制御の説明図である。
【図８】（Ａ）は反力受け部材の側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ矢視図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ矢視図である。
【符号の説明】
【００２４】
１２……親トンネル、１４……トンネル壁、１６……エントランスリング、１８……分岐トンネル、１９……シールドマシン、５０……後胴、５２……反力受け部材、５４……前基板部、５６……後基板部、５８……柱部材、６０……開口。
【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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【図８】
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