(57)【要約】      （修正有）【課題】低土被り時や軟弱地盤においても地盤変状の可能性を極めて低くすることができる、シールド掘進機及びセグメント及びシールドトンネルの構築方法を提供すること。【解決手段】テール部のスキンプレート１１の内周面において伸縮チューブ２を取り付け、その表面に伸縮パッキン３を膨張可能に取り付けてシールド掘進機１を構成させる。セグメント４は、トンネル軸方向の肉厚が途中で変化するように成形し、薄厚範囲においては少なくとも注入孔４２を包囲するように袋体５を取り付け、袋体５の表面には保護シートを取り付けておく。袋体５が取り付けられたセグメント４がスキンプレート１１内に位置する段階で袋体５内に裏込材７２を注入していく。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機を構成するスキンプレートのうち、カッターディスクと反対側の端部であるテール部付近の内周面において伸縮チューブを取り付けてなるシールド掘進機であって、
前記伸縮チューブと前記スキンプレートの間に流体を注入することによってシールド掘進機の内空側に該伸縮チューブが膨張可能に構成したことを特徴とする、
シールド掘進機。
【請求項２】
シールド掘進機を構成するスキンプレートのうち、カッターディスクと反対側の端部であるテール部付近の内周面において、該内周面に取り付けた伸縮チューブと、前記伸縮チューブの表面からスキンプレートの端部まで伸びるように取り付けた伸縮パッキンとを備えたシールド掘進機であって、
前記伸縮チューブと前記スキンプレートの間に流体を注入することによってシールド掘進機の内空側に該伸縮チューブ及び前記伸縮パッキンが膨張可能に構成したことを特徴とする、
シールド掘進機。
【請求項３】
一ピースのトンネル軸方向の肉厚が途中で変化するセグメントであって、
前記セグメントのうち相対的に肉厚の薄い薄厚範囲において該セグメントの表裏を貫通する注入孔と、
前記薄厚範囲において少なくとも前記注入孔を包囲するように取り付けた袋体と、
前記袋体の表面に取り付けた保護シートと、からなることを特徴とする、
セグメント。
【請求項４】
請求項１又は２記載のシールド掘進機を使用したシールドトンネルの構築方法であって、
前記伸縮チューブとスキンプレートの間に流体を注入し該伸縮チューブをシールド掘進機の内空側に膨らませ、
掘進するシールド掘進機を構成する前記スキンプレートテール部の端部よりもカッターディスク側に既設置のセグメントの全部又は一部が位置する段階で、該セグメントの表裏を貫通する注入孔より裏込材を注入して少なくともセグメント裏面の注入孔を包囲するように取り付けた袋体を所定の大きさに膨らませていき、
シールド掘進機の掘進に応じて掘進方向前方に位置する次のセグメントにおいて該セグメントに取り付けられた袋体を膨らませていく工程を繰返すことによってテールボイドの裏込め注入をおこなうことを特徴とする、
シールドトンネルの構築方法。
【請求項５】
請求項１又は２記載のシールド掘進機と請求項３記載のセグメントを使用したシールドトンネルの構築方法であって、
前記伸縮チューブとスキンプレートの間に流体を注入して該伸縮チューブをシールド掘進機の内空側に膨らませ、
掘進する前記シールド掘進機を構成するスキンプレートテール部の端部よりもカッターディスク側に既設置の前記セグメントの全部又は一部が位置する段階で、前記注入孔より裏込材を注入して前記袋体を所定の大きさに膨らませていき、
シールド掘進機の掘進に応じて掘進方向前方に位置する次のセグメントにおいて該セグメントに取り付けられた袋体を膨らませていく工程を繰返すことによってテールボイドの裏込め注入をおこなうことを特徴とする、
シールドトンネルの構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、袋体を備えたセグメントと該セグメントを使用してシールドトンネルを構築する際に使用するシールド掘進機、及び該セグメントと該シールド掘進機を使用したシールドトンネルの構築方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
土被りが１Ｄ（ここで、Ｄとはトンネル径をいう）以上の一般的なシールドトンネルを構築する場合、テールボイドへの裏込注入における注入圧や注入量に多少の変動が生じても、所要の土被りがあるために周辺地盤の地盤変状は生じ難い。
ところが、土被りが１Ｄ以下の低土被りの場合において上記する所要の土被りがある場合に許容される注入圧や注入量の変動幅で施工をおこなうと、地盤の隆起や沈下、噴発や陥没といった地盤変状を来たす可能性がある。そこで、かかる低土被り時の施工に際しては予め薬液注入工法によって地盤改良を施しておく等の措置が講じられている。
【０００３】
ところで、シールドトンネルの施工方法において、急曲線を施工する場合には袋体付きのセグメントを使用する施工方法が知られている。袋体に裏込材を注入する方法を適用する目的は、急曲線部においてはテールボイドが大きくなってしまうため、かかるテールボイドに裏込材を高圧注入すると該裏込材が逆にシールド掘進機内に流れ込んでしまう危険性や、注入材の地盤内への過度の浸透によって注入量が増加して工費の高騰を招くといった問題を解決するためである。
【０００４】
特許文献１において、かかる袋付きセグメントに関する発明が開示されている。
袋付きセグメントを使用することにより、テールボイドへの裏込材の注入量や注入箇所を限定することが可能となる。特に低土被り時の施工においては裏込材の地表面への漏洩や地表の噴発などの危険性は格段に減少させることができる。
従来の袋付きセグメントの施工においては、一般的なシールド掘進機を使用し、セグメントに備えた注入口が完全にシールド掘進機の後方へ出てから（すなわち、スキンプレートテール部の端部よりも袋体付きセグメントが後方へ出てから）袋体内への裏込材の注入をおこなう、いわゆる即時裏込注入工法が使用されていた。
【特許文献１】特許第２６４８６６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記した従来のシールドトンネルの裏込注入工法にあっては、次のような問題点がある。
＜１＞セグメントに備えた注入口が完全にシールド掘進機の後方へ出てから袋体内への裏込材の注入をおこなう工法では、低土被り時の施工や軟弱地盤での施工の場合に、地山の応力解放によって地盤変状の可能性が高くなる。
＜２＞セグメントがシールド掘進機の内部にある段階で該セグメントの背面に裏込注入をするのが地盤の変状に対しては好ましい。しかし、スキンプレートとセグメントの間で袋体が膨らんで該袋体がテールボイドの前方へ侵入してしまうことにより、シールド掘進機の掘進を妨げることとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記のような問題を解決するために、本発明のシールド掘進機は、シールド掘進機を構成するスキンプレートのうち、カッターディスクと反対側の端部であるテール部付近の内周面において伸縮チューブを取り付けてなるシールド掘進機であって、前記伸縮チューブと前記スキンプレートの間に流体を注入することによってシールド掘進機の内空側に該伸縮チューブが膨張可能に構成したことを特徴とする、シールド掘進機である。
【０００７】
また、本発明のシールド掘進機は、シールド掘進機を構成するスキンプレートのうち、カッターディスクと反対側の端部であるテール部付近の内周面において、該内周面に取り付けた伸縮チューブと、前記伸縮チューブの表面からスキンプレートの端部まで伸びるように取り付けた伸縮パッキンとを備えたシールド掘進機であって、前記伸縮チューブと前記スキンプレートの間に流体を注入することによってシールド掘進機の内空側に該伸縮チューブ及び前記伸縮パッキンが膨張可能に構成したことを特徴とする、シールド掘進機である。
【０００８】
また、本発明のセグメントは、一ピースのトンネル軸方向の肉厚が途中で変化するセグメントであって、前記セグメントのうち相対的に肉厚の薄い薄厚範囲において該セグメントの表裏を貫通する注入孔と、前記薄厚範囲において少なくとも前記注入孔を包囲するように取り付けた袋体と、前記袋体の表面に取り付けた保護シートと、からなることを特徴とする、セグメントである。
【０００９】
また、本発明のシールドトンネルの構築方法は、前記シールド掘進機を使用したシールドトンネルの構築方法であって、前記伸縮チューブとスキンプレートの間に流体を注入し該伸縮チューブをシールド掘進機の内空側に膨らませ、掘進するシールド掘進機を構成する前記スキンプレートテール部の端部よりもカッターディスク側に既設置のセグメントの全部又は一部が位置する段階で、該セグメントの表裏を貫通する注入孔より裏込材を注入して少なくともセグメント裏面の注入孔を包囲するように取り付けた袋体を所定の大きさに膨らませていき、シールド掘進機の掘進に応じて掘進方向前方に位置する次のセグメントにおいて該セグメントに取り付けられた袋体を膨らませていく工程を繰返すことによってテールボイドの裏込め注入をおこなうことを特徴とする、シールドトンネルの構築方法である。
【００１０】
さらに、本発明のシールドトンネルの構築方法は、前記シールド掘進機と前記セグメントを使用したシールドトンネルの構築方法であって、前記伸縮チューブとスキンプレートの間に流体を注入して該伸縮チューブをシールド掘進機の内空側に膨らませ、掘進する前記シールド掘進機を構成するスキンプレートテール部の端部よりもカッターディスク側に既設置の前記セグメントの全部又は一部が位置する段階で、前記注入孔より裏込材を注入して前記袋体を所定の大きさに膨らませていき、シールド掘進機の掘進に応じて掘進方向前方に位置する次のセグメントにおいて該セグメントに取り付けられた袋体を膨らませていく工程を繰返すことによってテールボイドの裏込め注入をおこなうことを特徴とする、シールドトンネルの構築方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のシールド掘進機及びセグメント及びシールドトンネルの構築方法は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果の少なくとも一つを得ることができる。
＜１＞低土被り時や軟弱地盤にシールドトンネルを構築する場合においても、セグメントの全部又は一部がシールド掘進機内にある段階で袋体を膨らませて裏込め注入をおこなうことができるため、地表面の隆起や沈下、噴発や陥没といった地盤変状の可能性を極めて低くすることができる。
＜２＞シールド掘進機の内空側に膨らんだ伸縮チューブ及び伸縮パッキンにより、膨らみ続ける袋体は該伸縮パッキンよりも前方のスキンプレート及びセグメントの間に侵入することができない。したがって、膨らんだ袋体がスキンプレートを押すことにより、シールド掘進機の掘進に伴うスキンプレートの前方への移動を妨げるという問題は生じない。
＜３＞低土被り時や軟弱地盤にシールドトンネルを構築する場合でも、地盤改良を不要とし、またはその改良規模の大幅な低減を図ることができ、工期の短縮と工費の低減につながる。
＜４＞袋体はその肉厚が薄くなった段落ち部に取り付けられ、さらにその表面は保護シートで保護されるため、注入材の注入前に袋体がテールブラシ等により損傷する可能性は極めて低い。また、保護シートはその一端をマジックテープなどで袋体と接合しているため、袋体内に裏込材が注入された際に該袋体の膨張を阻害しないように容易に袋体から取り外しが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜１＞シールド掘進機の構成（図１）
本発明のシールド掘進機１は、そのスキンプレート１１のうち、カッターディスク１２と反対側のテール部１１１の端部１１２付近の内周面１１３において、伸縮チューブ２を取り付けて構成される。伸縮チューブ２の表面からスキンプレート１１の端部１１２に伸びるように伸縮パッキン３を備えた構成とすることもできる。
【００１３】
伸縮チューブ２は、伸縮性の材料であるゴムなどにて製作するのがよい。伸縮チューブ２とスキンプレート１１の間に流体７１を注入して伸縮チューブ２を膨らませた際に、図１に示すような縦断図におけるリング方向断面が例えば略Ω形状（伸縮チューブ２の中央が膨らんだ形状であればよい）を呈してシールド掘進機１の内空側に膨らむように構成する。なお、該伸縮チューブ２は、かかるスキンプレート１１のテール部の内周面１１３においてリング状に取り付けておくのがよい。
伸縮チューブ２とスキンプレート１１の間に注入する流体７１は、作動油や水、エアーなどを使用することができる。なお、膨らんだ伸縮チューブ２を萎める際には注入された流体７１を抽出すればよい。
【００１４】
伸縮パッキン３は伸縮チューブ２を包囲するように、スキンプレート１１のテール部の内周面１１３においてリング状に取り付けたパッキンであるが、その一端（及びその付近）は伸縮チューブ２の表面と重なるように、他の一端はスキンプレート１１のテール部１１１の端部１１２に取り付けて構成する。かかる構成から、伸縮チューブ２とスキンプレート１１の間に流体７１を注入することで伸縮チューブ２が膨らみ、該伸縮チューブ２に押されるように伸縮パッキン３がシールド掘進機１の内空側に膨らむこととなる。なお、シールド掘進機１の内空側に膨らんだ伸縮パッキン３はセグメント４の背面（裏面）と密着し、後述するように袋体５の前方への侵入を阻止することができる。
伸縮パッキン３も、例えばゴム製材料にて製作することにより伸縮性能と止水性能を確保することができる。
【００１５】
スキンプレート１１の内周面１１３で伸縮チューブ２（及び伸縮パッキン３）よりもカッターディスク１２側には、シールド掘進機１の延伸方向に伸びた公知のテールブラシ１３をリング方向及びシールド掘進機１の延伸方向にわたって複数取り付けておくのがよい。テールブラシ１３は、スキンプレート１１とセグメント４の背面との隙間を止水するために取り付けられるものであり、ブラシ部分はその根元（スキンプレート１１への取り付け部）からシールド掘進機１の内空側に可動するように構成（または、内空側に垂れ下がるような材質のブラシ）する。
【００１６】
＜２＞セグメント
本発明のセグメント４は、一ピースのセグメント４においてそのトンネル軸方向の肉厚が途中で変化するように成形したセグメントである。セグメント４を設置した際のリング方向の断面形状は、例えば図２に示すようにその中央付近で段落ちすることで肉厚が変化した形状である。セグメント４の肉厚をその途中で変化させるのは、肉厚が薄い（薄厚範囲４１）に袋体５を取り付けるためである。セグメント４の薄厚範囲４１のうち、肉厚の変化部付近には該セグメント４の表裏を貫通する注入孔４２を１箇所設け、該注入孔４２を包囲するように袋体５を薄厚範囲４１に設置する。ここで、袋体５は布製又は膨張性能を備えたゴム製材料などにて製作することができる。袋体５は、その内部に裏込材７２を注入して膨らんだ際に、テールボイドを満たすような所定の大きさに製作したものを使用する。ここで、所定の大きさとは、使用する材質の膨張性能を勘案して、少なくともセグメント４の一ピースの表面面積とテールボイドを構成する幅からできる容積である。
本発明のシールドトンネルの構築方法では、セグメント４の全部又は一部がまだスキンプレート１１内にある段階で該セグメント４に備えた袋体５に裏込材７２を注入するため、裏込材７２が注入された袋体５は、該袋体５が取り付けられたセグメント４の半分（薄厚範囲４１）からそれより掘進方向前方に設置されたセグメント４の半分までの範囲（すなわち、一ピース分の表面積範囲）において裏込め注入されることとなる。
【００１７】
袋体５がセグメント４に取り付けボルトにて取り付けられた断面を図２に、それ以外の一般部の断面を図３に示す。なお、図２，３に示したセグメントはＲＣセグメントであるが、その他に鋼製セグメントを使用することもできる。
袋体５は、ボルトにてセグメント４の薄厚範囲４１に取り付けるとともに、その表面は保護シート６にて被覆する。保護シート６は、その一端（セグメント４の肉厚変化部側）を袋体５に縫製して取り付け、他の一端（セグメント４の端部側）は、袋体５及び保護シート６に夫々縫製しておいたマジックテープ８，８同士を接合させておく。
保護シート６にて袋体５を被覆しておく目的は、スキンプレート１１の前方への移動に伴って移動するテールブラシ１３によって袋体５の表面が破損等を受けることを防止するためである。保護シート６も袋体５と同様、布製材料などにて製作することができる。
【００１８】
また、注入孔４２の開口部を補強するために、例えば鋼材にて製作した補強プレート４３によって該開口部を補強しておくのが好ましい。
【００１９】
＜３＞シールド掘進機及びセグメントの作用
本発明のシールド掘進機１及びセグメント４は、特に土被りが少ない場合や軟弱地盤にシールドトンネルを施工する場合に不可避的に生じ得るテールボイドによる応力解放とそれに起因する地盤変状を最小限にするためになされたシールドマシン及びセグメントである。
伸縮チューブ２とスキンプレート１１との間に流体７１（例えば作動油など）を注入して伸縮チューブ２を膨らませ、その表面に取り付けた伸縮パッキン３をシールド掘進機１の内空側に膨らませた状態とする。
シールドトンネルの構築においては、セグメント４の全部又は一部がテール部１１１のスキンプレート１１の端部１１２よりもカッターディスク１２側に入っている段階で袋体５内に裏込材７２の注入を開始する。ここで、注入中の袋体５よりも一つ手前の（すなわち、トンネル軸方向において一つ後方の）注入済みの袋体５は、注入中の袋体５が取り付けられたセグメント４の半分までの範囲において既に膨らんだ状態となっており、かかる範囲のテールボイドの裏込め注入は完了している。
【００２０】
袋体５の膨張に際して、袋体５と保護シート６は双方のマジックテープ８，８がかかる袋体５の膨張圧によって容易に接合が外され得る。よって、保護シート６によって押さえつけられることなく、袋体５は所定の大きさに膨らむことが可能となる。
【００２１】
袋体５は膨張しても膨らんだ伸縮パッキン３によって押し出され、伸縮パッキン３（及び伸縮チューブ２）よりもカッターディスク１２側のスキンプレート１１及びセグメント４の間には侵入していかない。したがって、袋体５が膨らんで伸縮パッキン３（及び伸縮チューブ２）よりもカッターディスク１２側のスキンプレート１１及びセグメント４の間に侵入し、さらに袋体５が膨らむことでスキンプレート１１が前方へ移動する際に該袋体５が抵抗して該スキンプレート１１の前方への移動の阻害要因となるのを防止できる。
【００２２】
スキンプレート１１の前方への移動と袋体５への裏込材７２の注入は並行しておこなわれる。スキンプレート１１の前方への移動に伴ってテールブラシ１３も前方へ移動するが、前方で既に設置されたセグメント４に取り付けられた袋体５は、段落ちした薄厚範囲４１にて設置されるとともにその表面を保護シート６にて被覆されているため、移動するテールブラシ１３によって破損する可能性は極めて低い。
テール部のスキンプレート１１の端部が前方に設置されたセグメント４の中央付近まで移動した際に、膨らみつづけている状態の袋体５もセグメント４の中央付近まで膨らむことにより、テールボイドは応力解放されることなく常に裏込め注入が成された状態でシールド掘進機１の掘進がすすんでいく。
【実施例１】
【００２３】
図４〜図６を参照して、本発明のシールドトンネルの構築方法について説明する。
シールド掘進機１の掘進に際して、スキンプレート１１と伸縮チューブ２の間に流体７１を注入して伸縮チューブ２を膨張させ、伸縮パッキン３をシールド掘進機１の内空側に膨らませる（伸縮パッキン３の表面はセグメント４の背面に密着することとなる）。この状態でシールド掘進機１の掘進をすすめる。
テール部のスキンプレート１１の端部１１１がセグメント４の中央付近にきた際に袋体５内に裏込材７２を注入することで袋体５の膨らみ（又は膨張）が開始する。ここで、袋体５は、伸縮パッキン３よりも前方のスキンプレート１１及び既設置のセグメント４の間には侵入できず、かかる伸縮パッキン３よりも後方のテールボイド内を満たすように膨らんでいく（図４参照）。
【００２４】
シールド掘進機１の掘進に応じてスキンプレート１１が前方へ移動し、スキンプレート１１の移動に伴って袋体５も前方へ膨らんでいく（図５参照）。
【００２５】
テール部のスキンプレート１１の端部１１１がセグメント４の中央付近まで到達した段階で膨らみ続けている状態の袋体５は所定の大きさに達する。また、前方のスキンプレート１１内部ではあらたなセグメント４の設置がエレクタ等にておこなわれる（図６参照）。
上記するように、テール部のスキンプレート１１内に袋体５が存在する段階で該袋体５内へ裏込材７２を注入して膨らませる工程をシールド掘進機１の掘進方向にわたって繰返すことにより、掘進時の応力の解放をほとんど許容しない状態でシールドトンネルの構築（テールボイドへの裏込め注入）をおこなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のシールド掘進機の構造を示した縦断図。
【図２】本発明のセグメントであって、袋体をセグメントに取り付けた位置の縦断図。
【図３】本発明のセグメントであって、図２以外の一般部位の縦断図。
【図４】シールドトンネルの施工ステップを示したステップ図。
【図５】図４につづくステップ図。
【図６】図５につづくステップ図。
【符号の説明】
【００２７】
１・・・・シールド掘進機
１１・・・スキンプレート
１２・・・カッターディスク
１１１・・端部
１１２・・内周面
２・・・・伸縮チューブ
３・・・・伸縮パッキン
４・・・・セグメント
４１・・・薄厚範囲
４２・・・注入孔
５・・・・袋体
６・・・・保護シート
７１・・・流体
７２・・・裏込材
【図１】
2005188122.tif 000003
【図２】
2005188122.tif 000004
【図３】
2005188122.tif 000005
【図４】
2005188122.tif 000006
【図５】
2005188122.tif 000007
【図６】
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