(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘削機の後方で坑内面に沿わせて内型枠を組み立て、その内型枠内にコンクリートを打設することにより坑内面に覆工壁を形成しつつ掘進していくトンネル施工方法において、
シールド掘削機のスキンプレートの頂上部に凹部を周方向に延びるように設け、該凹部に硬化材を注入し、硬化した硬化材を凹部から外方へ押し出してスキンプレートの上面と地山との空隙をシールしながらシールド掘削機を掘進させることを特徴とするトンネル施工方法。
【請求項２】
シールド掘削機の後方で坑内面に沿わせて内型枠を組み立て、その内型枠内にコンクリートを打設することにより坑内面に覆工壁を形成しつつ掘進していくトンネル施工方法において、
シールド掘削機のスキンプレートの頂上部に凹部を周方向に延びるように設け、該凹部に袋体を設け、該袋体を凹部から外方へ押し出した後、該袋体内に硬化材を注入してスキンプレートの上面と地山との空隙をシールしながらシールド掘削機を掘進させることを特徴とするトンネル施工方法。
【請求項３】
スキンプレートの頂上部に周方向に延びるように設けられた凹部と、該凹部に硬化材を注入する硬化材注入機構と、前記凹部内で硬化した硬化材を外方へ押し出す硬化材押出機構とを備えたことを特徴とするシールド掘削機。
【請求項４】
前記硬化材押出機構は、前記凹部の底部に設けられた底板と、該底板を外方へ押し出す押出ジャッキとからなることを特徴とする請求項３記載のシールド掘削機。
【請求項５】
スキンプレートの頂上部に周方向に延びるように設けられた凹部と、該凹部内に設けられた袋体を前記凹部から外方へ押し出す底板と、押し出された前記袋体に硬化材を注入する硬化材注入機構とを備えたことを特徴とするシールド掘削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＥＣＬ工法と称されるトンネル施工方法および該施工方法を実施する際に直接使用されるシールド掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、ＥＣＬ工法（Extruded Concrete Lining Method）は、シールド掘削機の後方で坑内に沿わせて内型枠を組み立て、現場にてコンクリートをほぼ連続的に打設することにより覆工壁を形成しつつ掘進していくトンネル施工方法である。
【０００３】
図９に示すように、従来一般のＥＣＬ工法の一例を示す。図中符号１はシールド掘削機であり、これはスキンプレート２の前部にカッター３を備え、覆工壁４を形成するため一連の内型枠５から反力を取ってシールド掘削機１全体を掘進させるためのジャッキ６を備えるものである。
【０００４】
上記内型枠５は施工するべきトンネルの断面形状に対応して湾曲しかつシールド掘削機１の掘進ストロークに対応する長さの円筒分割体であって、これらを周方向および軸方向に多数連結して全体として円筒状に組み立て、その最前部に妻型枠７を取り付けることで、覆工壁４を施工するための環状のコンクリート打設空間を形成するものである。
【０００５】
符号８は妻型枠を兼ねる加圧ピストンであり、これは妻型枠ジャッキ９により打設空間に向けて押圧されるようになっているとともに、この加圧ピストン８にはコンクリート打設管１０が接続される打設口が設けられていて、加圧ピストン８により加圧状態を維持しつつコンクリート打設を行い得るようになっている。
【０００６】
上記のシールド掘削機１によるＥＣＬ工法では、シールド掘削機１のテール部で１リング分の内型枠５を組み立て、打設管１０を通して加圧ピストン８から打設空間に覆工コンクリートＣを打設し、加圧ピストン８により覆工コンクリートＣを加圧して打設圧を地下水圧よりも高く維持することで、止水性に優れた覆工壁４を形成することができる。そして、打設した覆工コンクリートＣが硬化する以前に、一連の内型枠５から反力を取って推進ジャッキ６によりシールド掘削機１を掘進させ、その後方に新たな１リング分の内型枠５を組み立て、直ちに次の覆工コンクリート打設を行うことで、前後の覆工コンクリートＣ全体が加圧ピストン８により一様に加圧されて確実に一体化し、これにより覆工壁４全体を実質的に連続的に形成することが可能であって打継面（コールドジョイント）が生じることがない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のＥＣＬ工法によるトンネル施工方法では、覆工壁４を構成する覆工コンクリートＣは、所要の強度を得る目的から、所定の厚さが確保されるとともに、土砂、地下水、泥水などが混じることがない良質なコンクリートに保持する必要がある。
このため、前述したように、打設している覆工コンクリートＣの圧力を測定しながら、所定の圧力を保持するように妻型枠ジャッキ９で制御し、コンクリートの打設管理を行っている。
【０００８】
一方、シールド掘削機１による掘進は、掘削坑の外径がシールド掘削機１の外径よりも若干（直径で３０〜５０ｍｍ程度）大きいこと、また掘削に伴う地山の崩壊等により、シールド掘削機の上面と地山との間に空隙Ｓが生じることがある。
この場合、図１０に示すように、この空隙Ｓを通って、シールド掘削機のテール部で加圧打設される覆工コンクリートＣがシールド掘削機１の前面にまで回り込むことがある。
覆工コンクリートＣがシールド掘削機の前面に回り込むと、コンクリート材料がロスすることに加え、シールド掘削機１による掘削に支障を来たし、掘削がストップするおそれがある。一度掘削がストップすると、コンクリートが硬化するまで妻型枠７を動かすことができず、掘進再開までに時間を要することとなり、施工効率が低下する。
【０００９】
なお、覆工コンクリートＣがシールド掘削機１の前面に回り込んだ場合の対策として、シールド掘削機１内から裏込め注入材等を注入することが考えられるが、注入材がシールド掘削機外周に付着してシールド掘削機の推進に対し、抵抗体となる、注入圧が高い場合、覆工コンクリートＣ内に流入し該コンクリートの品質に圧影響を与えるおそれがあるといった欠点を伴うため、完全な対策とはなっていない。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、シールド掘削機の上面と地山との間に空隙が生じる場合でも、この空隙を通って覆工コンクリートがシールド掘削機の前面にまで回り込むことがなく、コンクリート材料ロスを押さえ、かつ、施工効率のよいトンネル掘削が行えるトンネル施工方法およびこの施工方法を実施するのに直接使用されるシールド掘削機を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため請求項１にかかる発明では、シールド掘削機の後方で坑内面に沿わせて内型枠を組み立て、その内型枠内にコンクリートを打設することにより坑内面に覆工壁を形成しつつ掘進していくトンネル施工方法において、シールド掘削機のスキンプレートの頂上部に凹部を周方向に延びるように設け、該凹部に硬化材を注入し、硬化した硬化材を凹部から外方へ押し出してスキンプレートの上面と地山との空隙をシールしながらシールド掘削機を掘進させることを特徴としている。
【００１２】
請求項２にかかる発明では、シールド掘削機の後方で坑内面に沿わせて内型枠を組み立て、その内型枠内にコンクリートを打設することにより坑内面に覆工壁を形成しつつ掘進していくトンネル施工方法において、シールド掘削機のスキンプレートの頂上部に凹部を周方向に延びるように設け、該凹部に袋体を設け、該袋体を凹部から外方へ押し出した後、袋体内に硬化材を注入してスキンプレートの上面と地山との空隙をシールしながらシールド掘削機を掘進させることを特徴としている。
請求項３にかかる発明では、スキンプレートの頂上部に周方向に延びるように設けられた凹部と、該凹部に硬化材を注入する硬化材注入機構と、前記凹部内で硬化した硬化材を外方へ押し出す硬化材押出機構とを備えたことを特徴としている。
【００１４】
請求項４にかかる発明では、前記硬化材押出機構は、前記凹部の底部に設けられた底板と、該底板を外方へ押し出す押出ジャッキとからなることを特徴としている。
請求項５にかかる発明では、スキンプレートの頂上部に周方向に延びるように設けられた凹部と、該凹部内に設けられた袋体を前記凹部から外方へ押し出す底板と、押し出された前記袋体に硬化材を注入する硬化材注入機構とを備えたことを特徴としている。
【００１５】
この発明によれば、スキンプレートの頂上部に設けた凹部から、硬化した硬化材を外方へ押し出し、スキンプレートの上面と地山との空隙をシールしながらシールド掘削機を掘進させるので、シールド掘削機のテール部で加圧打設される覆工コンクリートが、シールド掘削機の上面と地山との間の空隙を通ってシールド掘削機の前面にまで回り込むことを回避できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明に係るシールド掘削機の構成要素について、従来例で説明したシールド掘削機の構成要素と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００１７】
図１に示すように、スキンプレート２は、前胴２ａと中胴２ｂと後胴２ｃとから成っているが、前胴２ａまたは中胴２ｂあるいは前胴２ａと中胴２ｂとの間であってそれらの頂上部には、周方向に延びるように凹部１１が設けられている。
この凹部１１が設けられる角度θは、図４に示すように、掘削に伴う地山の崩壊等により生じる、シールド掘削機の上面と地山との間の空隙Ｓを塞ぎ得る程度であれば足りる。
【００１８】
凹部１１は、図２に示すようにスキンプレート２の補強を兼ねた注入箱１２から成っている。この注入箱１２は、左右の円弧状側板１２ａと底板１２ｂとから構成されていて、上方は開口されている。注入箱１２には、内部に硬化材を注入するための硬化材注入機構１３が接続されている。
硬化材注入機構１３は、例えば、バルブ１３ａが介装された硬化材注入管１３ｂと、該硬化材注入管１３ｂの基端側に接続された硬化材供給手段１３ｃから構成されている（図２、図３、図５参照）。硬化材注入管１３ｂは、注入箱１２に沿いながらその長さ方向に所定間隔をあけて複数（図５では３本）設けられている。また、必要に応じて、硬化材注入管１３ｂと硬化材供給手段１３ｃとの間には、硬化材供給手段１３ｃを複数ある硬化材注入管１３ｂのいずれかに択一的に接続する切替バルブ１３ｄを設けるようにしても良い。
注入箱１２内に注入される硬化材は、シール材としての機能を果たせば足りることから、あまり高い強度を求められるわけではなく、一般的な裏込め注入材料程度の強度を有すれば十分であり、これを考慮して適宜材料が選ばれる。
【００１９】
なお、注入箱１２に硬化材を注入する場合、注入した硬化材が上方が開口された注入箱１２から下方へ流れ出さないように、まず、最下方に位置する注入箱１２部分に硬化材を注入し、この注入した硬化材が完全に固まる前にその若干上方に位置する注入箱１２内に硬化材を注入し、順次この作業を繰り返しながら最終的に最上部に位置する注入箱１２内に硬化材を注入するよう、時間をずらしながら注入してもよい。また、できるだけ粘性の高い硬化材を使用することによって、硬化材の流出を防止しても良く、さらに、注入箱１２に開閉可能な図示せぬ蓋を設け、硬化材注入時に蓋をして、硬化材の流出を防止するようにしてもよい。
【００２０】
前記注入箱１２には、該注入箱１２内で硬化した硬化材Ｈを外方へ押し出す硬化材押出機構１４が備えられている。前記硬化材押出機構１４は、前記凹部１１の底部、より具体的には注入箱１２の底部に設けられた円弧状の底板１４ａと、該底板１４ａを外方へ押し出す押出ジャッキ１４ｂとからなっている。なお、押出ジャッキ１４ｂは一つに限られることなく、必要に応じスキンプレートの周方向に沿って複数設けてもよい。
また、図１中符号１５は、シールド掘削機１の後方に設けられた内型枠脱型の脱型装置、１６は脱型した内型枠を前方へ送るフィーダ装置、１７はフィーダ装置によって送られた内型枠をシール掘削機１のテール部で再び組み立てるエレクタをそれぞれ示す。
【００２１】
次に、上記構成のシールド掘削機を用いたトンネルの施工方法について説明する。
シールド掘削機１の前部に設けたカッタ３によって切羽を掘削し、シールド掘削機１の後方でエレクタ１７により、坑内面に沿わせて内型枠５を組み立て、その内型枠５内にコンクリートを打設することにより坑内面に覆工壁４を形成しながら掘進していくのであるが、このとき、予め、注入箱１２には内部に硬化材注入機構１３によって硬化材を注入しておく（図２参照）。
【００２２】
そして、前記シール掘削機１により掘進する際に、掘削に伴う地山の崩壊等によって、シールド掘削機１の上面と地山との間に必要以上の空隙Ｓが生じ、この空隙Ｓを通って、シールド掘削機１のテール部で加圧打設される覆工コンクリートＣがシールド掘削機の前面にまで回り込む現象が見られたときには、前記注入箱１２内で硬化している硬化材Ｈを、硬化材押出機構１４を作動させることにより上方へ押し出す（図３、図６参照）。つまり、押出ジャッキ１４ｂを作動させて底板１４ａを介して、注入箱１２内で硬化している硬化材Ｈを上方へ推し出す。この上方へ押し出した硬化材Ｈが、シールド掘削機１の上面と地山との間に生じた空隙Ｓを前後方向に遮断することとなり、シールド掘削機１のテール部で加圧打設される覆工コンクリートＣがシールド掘削機の前面にまで回り込むのを防止できる。
【００２３】
この結果、コンクリート材料のロスを極力押さえることができ、また、覆工コンクリートＣがシールド掘削機の前面にまで回り込んで、掘進を一度停止させるといった事態を回避できることから、施工効率のよいトンネル掘削が行える。
【００２４】
上記シールド掘削機１による掘進の際に、硬化材Ｈを上方の地山に押し付けたまま行うが、このとき、硬化材Ｈには剪断力が働いて該硬化材Ｈが分断される。この分断された硬化材はそのままシールド掘削機１の上面と地山との間に残り、この残った硬化材Ｈが前記空隙Ｓを前後方向に遮断するので、この場合でも、シールド掘削機１のテール部で加圧打設される覆工コンクリートＣがシールド掘削機の前面にまで回り込むのを防止できる。
【００２５】
なお、スキンプレート２に凹部１１を設けることなく、スキンプレート２の頂上部の所定箇所に硬化材吐出口を設け、そこから硬化材を、シールド掘削機１の上面と地山との間の空隙Ｓに充填する方法もあるが、この場合、硬化材の使用量が増えて材料ロスが大きくなる、また周方向に連続した硬化材が得られるわけではなく、完全なシールが望めない等の不具合が生じる。
【００２６】
これに対し、本願発明では、スキンプレート２に周方向に延びる凹部１１を設け、この凹部１１に硬化材を一旦流し込んで硬化させ、この硬化させた材料をシールド掘削機１の上面と地山との間の介在させて、シール材として利用しているので、材料ロスを最小限に抑えることができ、加えて、シールド掘削機１のテール部で加圧打設される覆工コンクリートＣがシールド掘削機の前面にまで回り込むのを防止できるのである。
【００２７】
図７、図８は、本発明の他の実施の形態を示すものである。この実施の形態が図１〜図６で示す前述した実施の形態と異なるところは、注入箱１２内に袋体２０が配備され、この袋体２０内に図示せぬ硬化材注入機構から硬化材が注入されるようになっている点である。
【００２８】
すなわち、シール掘削機により掘進する際に、掘削に伴う地山の崩壊等によって、シールド掘削機１の上面と地山との間に必要以上の空隙Ｓが生じ、この空隙Ｓを通って、シールド掘削機１のテール部で加圧打設される覆工コンクリートＣがシールド掘削機の前面にまで回り込む現象が見られたときには、まず、押出ジャッキ１４ｂによって、予めに注入箱１２内に折り畳まれて収納されている袋体２０が持ち上げられる底板１４ａにより注入箱１２から押し出される。その後、この押し出された袋体２０内に硬化材注入機構から硬化材が注入され、袋体２０が膨出する。この膨出した袋体２０が、シールド掘削機１の上面と地山との間に生じた空隙Ｓを前後方向に遮断することとなり（図８参照）、シールド掘削機１のテール部で加圧打設される覆工コンクリートＣがシールド掘削機の前面にまで回り込むのを防止できるのである。
【００２９】
このように予め袋体２０を配備し、この袋体２０内に硬化材注入機構から硬化材を注入する構成であるので、硬化材が外部に漏れることなく確実に、シールド掘削機１の上面と地山との間にの空隙Ｓ内に注入させることができ、硬化材が注入箱１２から漏れてシールド掘削機内に流出して硬化するといった事態を回避でき、加えて、高圧で硬化材を供給することができる。
【００３０】
なお、前記した発明の実施の形態はあくまで本願発明の例示であり、必要に応じ発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。
例えば、上記した発明の実施の形態では、スキンプレート２の頂上部に周方向に延びる凹部１１を一つしか設けていないが、これに限られることなく、該凹部１１をスキンプレート２の軸線方向に適宜間隔をあけて複数設け、これら複数設けた凹部１１のそれぞれに硬化材を注入し、ここで硬化した硬化材Ｈを硬化材押出機構１４によって外方へ押し出すように構成してもよい。このように、硬化材Ｈを複数列重ねることにより、シールド掘削機１のテール部で加圧打設される覆工コンクリートＣがシールド掘削機の前面にまで回り込むのをより一層防止することができる。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１、３にかかる発明によれば、スキンプレートの頂上部に設けた凹部から、硬化した硬化材を外方へ押し出し、スキンプレートの上面と地山との空隙をシールしながらシールド掘削機を掘進させるので、シールド掘削機のテール部で加圧打設される覆工コンクリートが、シールド掘削機の上面と地山との間の空隙を通ってシールド掘削機の前面にまで回り込むのを防止することができ、もって、コンクリート材料ロスを押さえ、かつ、施工効率のよいトンネル掘削が行える。また、硬化材は凹部内に注入して硬化させるので、簡単に所望形状の硬化材が得られる。また、一般的な注入工法と異なり、硬化材によりシールド掘削機が拘束されてジャッキ推力が大きくなるといった不具合も生じない。さらに、前記のように硬化材を押し出してシールするので、打設した覆工コンクリートに硬化前の硬化材が多量に混じるといったことがなく、良質なコンクリートを保持できる。
請求項２、５にかかる発明によれば、シールド掘削機のスキンプレートの頂上部に凹部を周方向に延びるように設け、該凹部に袋体を設け、該袋体を凹部から外方へ押し出した後、袋体内に硬化材を注入してスキンプレートの上面と地山との空隙をシールしながらシールド掘削機を掘進させるので、前記請求項１、３にかかる発明と同様に、シールド掘削機の上面と地山との間の空隙を通ってシールド掘削機の前面にまで回り込むのを防止することができる硬化材が凹部から漏れてシールド掘削機内に流出して硬化するといった事態を回避でき、加えて、高圧で硬化材を供給することができる効果を奏する。
請求項４にかかる発明によれば、硬化材押出機構を、凹部の底部に設けられた底板と、底板を外方へ押し出す押出ジャッキとから構成しているので、底部の位置を調整することにより、任意の大きさの硬化材固化物を得ることができ、シールド掘削機と地山との空隙の大きさに対応することができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかるシールド掘削機の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】  同シールド掘削機の要部を示す拡大断面図である。
【図３】  同シールド掘削機を用いたトンネル施工方法を説明する断面図である。
【図４】  同防振材の断面図である。
【図５】  同シールド掘削機の凹部の位置を示すスキンプレートの断面図である。
【図６】  同シールド掘削機の注入箱と硬化材注入機構との関係を示す平面図である。
【図７】  シールド掘削機の他の実施の形態の要部を示す拡大断面図である。
【図８】  同シールド掘削機の他の実施の形態を用いたトンネル施工方法を説明する断面図である。
【図９】  従来のシールド掘削機を用いたトンネル施工方法を説明する断面図である。
【図１０】  同トンネル施工方法を説明する一部の断面図である。
【符号の説明】
１  シールド掘削機
２  スキンプレート
３  カッタ
４  覆工壁
５  内型枠
７  妻型枠
８  加圧ピストン
１０  コンクリート打設管
１１  凹部
１２  注入箱
１２ａ  円弧状側板
１２ｂ  底板
１３  硬化材注入機構
１３ａ  バルブ
１３ｂ  硬化材注入管
１３ｃ  硬化材供給手段
１４  硬化材押出機構
１４ａ  底板
１４ｂ  押出ジャッキ
２０  袋体
【図１】
0004392577.tif 000002
【図２】
0004392577.tif 000003
【図３】
0004392577.tif 000004
【図４】
0004392577.tif 000005
【図５】
0004392577.tif 000006
【図６】
0004392577.tif 000007
【図７】
0004392577.tif 000008
【図８】
0004392577.tif 000009
【図９】
0004392577.tif 000010
【図１０】
0004392577.tif 000011