(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機構と推進機構と排土機構とを鋼殻内に備え、当該鋼殻はフード部とガーダ部とテール部により区画されているシールド掘進機において、前記フード部と前記ガーダ部は、掘進方向に所定の間隔を隔てて配置され、前記フード部の後面部と前記ガーダ部の前面部の間に可撓性部材が介設されており、さらに、前記鋼殻及び前記可撓性部材がトンネル覆工部材として使用されることを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
前記可撓性部材の外周部に、前記シールド掘進機の前方向に移動可能であるスライドフードが覆設されていることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機に関するものである。
なお、本明細書において、トンネル接合部とは、トンネルと各種構造物（以下、「構造物」という）を接合した部位をいう。また、各種構造物とは、トンネル、立坑等のトンネルと接合する必要を要する総ての構造物をいう。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、各種の対象地盤において、シールド工法によるトンネルの掘削が行われている。当該シールド工法を用いて、軟弱地盤にシールドトンネルの構築を行う場合、不等沈下や地震等が原因となり、発進立坑等の構造物とトンネルとの接合部の間にクラックが生じる恐れがある。そのため、トンネル接合部には、地盤の変形に追随し、当該トンネル接合部に作用する応力や変位を吸収することが可能となるように可撓性を有するセグメント（以下、「可撓性セグメント」という）を配設することが一般的に行われている。
【０００３】
通常セグメントは、シールド掘進機のテール部でエレクタを用いて組み立てられている。そのため、図５に示すように、発進立坑Ａ’’とトンネルＴ’’の接合部に可撓性セグメントＫ’’を組み立てることは、通常のセグメントＣ’’を組み立てる方法と同様の方法により行うことができる。
また、到達立坑とトンネルの接合部（図示せず）に可撓性セグメントを組み立てることは、シールド掘進機を到達立坑内に貫入させた状態で、エレクタを用いて可撓性セグメントを組み立てることにより行うことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本線トンネルＢ’’に直交してトンネルＴ’’（支線トンネル）を接合する等の場合において、断面形状等の関係からシールド掘進機Ｓ’’を本線トンネルＢ’’内に貫入して、可撓性セグメントＫ’’の組み立てを行うことができない場合には、当該可撓性セグメントＫ’’の位置は、トンネル接合部から一定距離だけ離間した位置になってしまう（図６参照）。この距離は、シールド掘進機Ｓ’’の機長に相当する距離であり、例えば、直径５ｍのトンネルＴ’’（支線トンネル）を本線トンネルＢ’’に接合する場合には、可撓性セグメントＫ’’の位置は当該接合部から５ｍ〜６ｍ程度離間した位置になってしまう。
このような場合には、トンネル接合部に、直接的に可撓性セグメントを配設することができないため、トンネル接合部が耐震上等の弱点となり、当該部位にクラックが生じたり、座屈により破壊が生じてしまう恐れがある。
【０００５】
本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであって、トンネル接合部を容易に可撓性構造とすることに資するシールド掘進機を提供するとともに、当該シールド掘進機を用いたトンネル接合部の構築方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１に記載のシールド掘進機は、掘削機構と推進機構と排土機構とを鋼殻内に備え、当該鋼殻はフード部とガーダ部とテール部により区画されているシールド掘進機において、前記フード部と前記ガーダ部は、掘進方向に所定の間隔を隔てて配置され、前記フード部の後面部と前記ガーダ部の前面部の間に可撓性部材が介設されており、さらに、前記鋼殻及び前記可撓性部材がトンネル覆工部材として使用されることを特徴とするものである。
【０００７】
したがって、本発明では、前記フード部とガーダ部の間に可撓性部材が介設されているため、シールド掘進機をトンネル接合部に接合し、鋼殻と可撓性部材をトンネル覆工部材として使用することにより、当該トンネル接合部を可撓性構造とすることが可能となる。
【０００８】
また、請求項２に記載のシールド掘進機は、請求項１に記載のシールド掘進機において、前記可撓性部材の外周部に、前記シールド掘進機の前方向に移動可能であるスライドフードが覆設されていることを特徴とするものである。
【０００９】
したがって、本発明では、可撓性部材の外周部に、シールド掘進機の前方向に移動可能であるスライドフードが覆設されているため、シールド掘進機によるトンネル掘進時において、当該可撓性部材が推進力等を受けることにより損傷することを防止することができる。さらに、前記スライドフードを鋼製とした場合には、当該スライドフードを構造物と接合するために用いることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
［第１実施形態］
（１）シールド掘進機Ｓ
図１に示すように、本発明の第１実施形態におけるシールド掘進機Ｓは、掘削機構と、推進機構と、排土機構とを主要部とするとともに、その他、セグメント組立機構、泥水供給機構、付属機構から構成されており、各種機構が鋼殻１０内に配設されている。
【００１５】
◎各種機構
掘削機構、推進機構、排土機構、セグメント組立機構、泥水供給機構、付属機構は、公知の機構を用いることができる。以下に各々の機構について簡単に説明する。
【００１６】
掘削機構は、地山を掘削するための機構であり、主として、前面部にカッタービット２１が設けられているカッター２２と、当該カッター２２を回動させる駆動装置（図示せず）とから構成されている。
また、推進機構は、シールド掘進機Ｓを掘進方向に進行させるために、当該シールド掘進機Ｓに推進力を付与するための機構であり、主として、シールドジャッキ３１から構成されている。
さらに、排土機構は、掘削機構により掘削された土砂を坑外に排出するための機構であり、主として、送泥管３２及び排泥管３３と、当該送泥管３２及び排泥管３３を通して外部に土砂を吸引する土砂圧送ポンプ（図示せず）から構成されている。
また、セグメント組立機構は、掘進されたトンネルの坑壁にセグメントＣを組み立てる機構であり、エレクタ４１及びセグメント搬送装置（図示せず）等から構成されている。
【００１７】
なお、本実施形態におけるシールド掘進機Ｓは泥水式シールド掘進機であるため、カッタービット２１の前面部における切羽に泥水を供給するための泥水供給機構（図示せず）が設けられている。
また、付属機構は、シールド掘進機Ｓを構成するためのその他の機構であり、例えばテールシール４２からなる止水機構等が備えられている。
【００１８】
◎鋼殻１０及び可撓性リングＫ
○鋼殻１０
鋼殻１０は、円筒形状のスキンプレート１１，１３とその補強材とから構成されており、切羽面側（図１の右側）から、フード部２０、ガーダ部３０、テール部４０に区分されている。
フード部２０は、スキンプレート１１と隔壁１２が一体に形成されている。また、ガーダ部３０とテール部４０のスキンプレート１３は一体に形成されており、ガーダ部３０の前面部には、後述する可撓性リングＫ（可撓性部材）を介設するためのフランジ１３ａが形成されている。
【００１９】
ここで、各部について簡単に説明すると、フード部２０は、切羽の掘削と山留めを行う部分であり、その前面部にカッター２２が回動自在に軸支されている。また、ガーダ部３０は、フード部２０とテール部４０を連結し、シールド掘進機Ｓの全体を支持する剛構造の部分である。当該ガーダ部３０には、カッター２２の駆動装置（図示せず）、送泥管３２及び排泥管３３が装備されているとともに、その内周に沿って、前面部が隔壁１２に当接するように複数のシールドジャッキ３１が設けられている。
さらに、テール部４０は、主としてセグメントＣを組み立てる空間であり、エレクタ４１及びセグメント搬送装置（図示せず）等が配設されているとともに、後端部にはテールシール４２を配置した止水機構を有している。
【００２０】
○可撓性リングＫ
可撓性リングＫは、公知の可撓性セグメントと類似の構造を有する円筒形状の部材を使用することができる。例えば、最も構造が簡単な可撓性リングとしては、一対の円筒枠体と、当該円筒枠体間に介装されているゴム等からなる弾性体により構成される構造部材を用いることができる。但し、本発明に用いる可撓性リングＫは、通常の分割されている可撓性セグメントと異なり、鋼殻１０と同径の外径を有する円筒形状の部材を使用できるため、非常に簡単な構造とすることができる。
【００２１】
前記可撓性リングＫは、フード部２０とガーダ部３０の間に介設されており、フード部２０の隔壁１２及びガーダ部３０のフランジ１３ａに接合されている。当該可撓性リングＫの外周部には、円筒鋼管からなるスライドフード１４が覆設されている。当該スライドフード１４は山留材の役割を果たす部材であり、後述する本線トンネルＢとの接合を容易に行うために、平面視で先端部に凸部を備える形状に形成されている。
また、スライドフード１４は、スライドフード押出ジャッキ（図示せず）により、シールド掘進機Ｓの前後方向（トンネル軸方向）に移動自在に構成されており、当該スライドフード１４は、可撓性リングＫの全体を覆うことができるとともに、フード部２０の前方に突出可能となるように構成されている。
なお、可撓性リングＫは、トンネル掘進中に折曲しないように、折曲防止鉄板（図示せず）により固定可能となっている。
【００２２】
（２）トンネル接合部の構築方法
以下に、本発明のシールド掘進機Ｓを用いたトンネル接合部の構築方法について説明する。ここでは、図２に示すように構造物として本線トンネルＢを考え、当該本線トンネルＢに直交するように本発明のシールド掘進機Ｓにより掘削した支線トンネルＴを接合する場合を想定する。
【００２３】
トンネル接合部の構築方法は、掘削が終了した前記シールド掘進機Ｓを直接的に本線トンネルＢ（構造物）に接合して、その鋼殻１０及び可撓性リングＫ（可撓性部材）をトンネル覆工部材として使用する方法であり、以下の各工程から構成されている。
【００２４】
（ａ）トンネル掘削工程
本工程は、前記シールド掘進機Ｓを用いてトンネル接合部に至るまでトンネル掘削を行う工程であり、従来と同様の方法により、シールド掘進機Ｓの先端部が本線トンネルＢに達する状態にまで掘削を行う。
なお、シールド掘進機Ｓにより支線トンネルＴの掘削を行っている間は、スライドフード１４は、可撓性リングＫの周囲に覆設されており、推進力から保護されているとともに、可撓性リングＫは、折曲防止鉄板（図示せず）により固定されている。
【００２５】
（ｂ）トンネル接合工程
本工程は、シールド掘進機Ｓを本線トンネルＢ（構造物）に接合する工程である。
まず、掘削終了後に、スライドフード押出ジャッキ（図示せず）により、スラードフード１４をフード部２０の前方に突出させた後（図２参照）、従来と同様の方法により、トンネル接合部周辺の地盤改良を行う。
【００２６】
続いて、支線トンネルＴのトンネル断面に対応する本線トンネルＢのセグメントを、支線トンネルＴの断面形状に切断する。そして、スライドフード１４内部の土砂を排出するとともに、カッター２２をシールド掘削機Ｓから切断する。
次に、スライドフード１４と本線トンネルＢのセグメントを溶接接合する。通常、本線トンネルＢのセグメントは鋼製セグメントであるため、当該溶接接合は、スライドフード１４の周囲に鉄板を添設して、当該部位を溶接することにより容易に行うことができる。
その後、シールド掘進機Ｓにおける隔壁１２、シールドジャッキ３１、排泥管３２、エレクタ４１等の各種装置を取り外すことにより、シールド掘進機Ｓを解体して、鋼殻１０及び可撓性リングＫを残した中空筒体とし、さらに、可撓性リングＫの折曲防止鉄板を取り外す。これにより、シールド掘進機Ｓの鋼殻１０と可撓性リングＫをトンネル覆工部材とすることができ、可撓性リングＫをトンネル接合部に配設した構造とすることができる。
【００２７】
このように、本発明の第１実施形態のシールド掘進機Ｓを用いることにより、特殊な可撓性セグメントやセグメント組立装置を用いることなく、容易にトンネル接合部を可撓性構造とすることが可能となる。
【００２８】
［第２実施形態］
次に、本発明のシールド掘進機の参考の実施形態である第２実施形態について説明する。第２実施形態のシールド掘進機Ｓ’は、構築されたトンネルに作用する水圧が小さく、耐震性が厳格に要求されない場合に好適である簡易な構造のシールド掘進機である。なお、以下の説明において、前記第１実施形態に示すシールド掘進機Ｓと同一の要素には同一の符号を付しその説明を省略することとする。
【００２９】
（１）シールド掘進機Ｓ’
図３に示すように、本発明の第２実施形態のシールド掘進機Ｓ’は、掘削機構と、推進機構と、排土機構とを主要部とするとともに、その他、セグメント組立機構、泥水供給機構、付属機構から構成されており、各種機構は第１実施形態のシールド掘進機Ｓと同様である。これらの各種機構は、第１実施形態と同様に鋼殻１０’内に配設されているが、当該鋼殻１０’の構造が第１実施形態と異なっている。
【００３０】
○鋼殻１０’
鋼殻１０’は、円筒形状のスキンプレート１１’，１３’とその補強材とから構成されており、切羽面側（図３の右側）から、フード部２０’、ガーダ部３０’、テール部４０’に区分されている。前記鋼殻１０’のフード部２０’とガーダ部３０’は、隔壁１２’により仕切られている。
【００３１】
前記フード部２０’、ガーダ部３０’、テール部４０’を構成するスキンプレート１１’，１３’は、一体に形成されている。前記フード部２０’の外径は、ガーダ部３０’の外径よりも小さく形成されており、シールド掘進機Ｓ’の先端部に突出段部１０ａ’を備える構造となっている。また、前記突出段部１０ａ’の外周部の全体及びガーダ部３０’の前面の一部には、円筒鋼管からなるスライドフード１４’が覆設されている。スライドフード１４’は、フード部２０’との間に隙間ｄを有して取り付けられているとともに、スライドフード押出ジャッキ（図示せず）により、シールド掘進機Ｓ’の前後方向に移動自在に構成されている。
なお、前記突出段部１０ａ’の外径は、シールド掘進機Ｓ’の寸法や対象地盤等により適切に定めるものである。
【００３２】
スライドフード１４’は、突出段部１０ａ’の全体を覆うことができる長さ寸法に形成されている。また、突出段部１０ａ’とスライドフード１４’の間は、フード部２０’の後部位置において円周方向に介装されているシール部材１５’（止水部材）により止水性が保たれている。
なお、スライドフード１４’は、前記のように隙間を有して取り付けられていることから、フード部２０’の前方に突出させた状態において曲折可能となっており、一定限度において変形を許容する構造となっている。また、前記曲折した状態においても止水性が保たれるように構成されている。
【００３３】
（２）トンネル接合部の構築方法
以下に、本発明の第２実施形態のシールド掘進機Ｓ’を用いたトンネル接合部の構築工程について説明する。ここでは、第１実施形態と同様に、構造物として本線トンネルＢ’を考え、当該本線トンネルＢ’に直交するように本発明のシールド掘進機Ｓ’により掘削した支線トンネルＴ’を接合する場合を想定する。
【００３４】
トンネル接合部の構築方法は、掘削が終了した前記シールド掘進機Ｓ’を直接的に構造物に接合して、その鋼殻１０’及びスライドフード１４’をトンネル覆工部材として使用する方法であり、スライドフード１４’に変形を許容することにより可撓性構造としたものである。
本方法は、以下の各工程から構成されている。
【００３５】
（ａ）トンネル掘削工程
本工程は、前記シールド掘進機Ｓ’を用い、トンネル接合部に至るまでトンネル掘削を行う工程であり、第１実施形態と略同様の工程である。
なお、シールド掘進機Ｓ’により支線トンネルＴ’の掘削を行っている間は、スライドフード１４’は、突出段部１０ａ’に覆設されている。
【００３６】
（ｂ）トンネル接合工程
本工程は、シールド掘進機Ｓ’のスライドフード１４’をフード部２０’から突出させ、変位を許容させた状態で当該スライドフード１４’を本線トンネルＢ’（構造物）に接合する工程である。
【００３７】
まず、掘削終了後に、スライドフード押出ジャッキ（図示せず）により、スラードフード１４’をフード部２０’の前方に突出させた後、従来と同様の方法により、トンネル接合部周辺の地盤改良を行う。
続いて、支線トンネルＴ’のトンネル断面に対応する本線トンネルＢ’のセグメントを、支線トンネルＴ’の断面形状に切断する。そして、スライドフード１４’の内部の土砂を排出するとともに、カッター２２をシールド掘削機Ｓ’から切断する。
【００３８】
次に、スライドフード１４’と本線トンネルＢ’のセグメントを溶接接合する。そして、隔壁１２’、シールドジャッキ３１、排泥管３２、エレクタ４１等の各種装置を取り外すことにより、シールド掘進機Ｓ’を解体して、鋼殻１０’及びスライドフード１４’のみを残した中空筒体とする。
【００３９】
次に、シールド掘進機Ｓ’の解体後にスライドフード押出ジャッキを取り外し、止水性を保持した状態で、スライドフード１４’を鉛直方向に変形自在とする。
さらに、図４に示すように、スライドフード１４’及び鋼殻１０’の内側部に二次覆工５２’，５０’，５１’を行う。その際、スライドフード１４’の内側部における二次覆工５２’及び鋼殻１０’の内側部における二次覆工５１’（突出段部１０ａ’に対応する区間）間の縁切りを行うとともに、当該縁切りを行った箇所には伸縮目地材５３’を介装する。なお、当該伸縮目地材５３’には、公知のゴム部材等を用いることができる。
【００４０】
このように、スライドフード１４’を変形自在として、本線トンネルＢ’と接合した後、伸縮目地材５３’を介装させた状態で、スライドフード１４’及び鋼殻１０’の内側部に二次覆工５２’，５０’，５１’を行うことにより、スライドフード１４’が地盤の変位に追従して変形可能となるため、トンネル接合部に可撓性を持たせる構造とすることができる。
【００４１】
したがって、本発明の第２実施形態のシールド掘進機Ｓ’を用いることにより、構築されたトンネルに作用する水圧が小さく、耐震性が厳格に要求されない対象地盤において、特殊な可撓性セグメントやセグメント組立装置を用いることなく、トンネル接合部に可撓性を持たせる構造とすることが可能となる。
【００４２】
以上、本発明について、好適な実施形態についての一例を説明したが、本発明は当該実施形態に限られず、各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。特に、前記説明においては、密閉型シールド掘進機を例として説明を行ったが、その他の形式のシールド掘進機を用いるものであってもよい。また、シールド掘進機の断面形状等や、可撓性部材の構造、材質等にも制限はない。
【００４３】
【発明の効果】
本発明のシールド掘進機によると、可撓性部材をトンネル接合部に直接的に配設することができるため、トンネル接合部にクラックが生じたり、座屈により破壊が生じてしまうことを効果的に防止することができる。
また、本発明で使用する可撓性部材は、従来の可撓性セグメントのように分割されている部材を使用する必要がないため、構造が簡易になり、施工費用を削減することができる。
【００４４】
さらに、本発明のシールド掘進機（請求項１及び請求項２）によると、可撓性部材がシールド掘進機に介設されているため、可撓性部材をトンネル坑内で運搬することやエレクタにより組み立てる作業が不要になることから、施工期間の短縮等を図ることができる。さらに、トンネル掘進中には、可撓性部材をスライドフードで覆うことにより、その損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のシールド掘進機の第１実施形態を示す側断面図である。
【図２】  本発明のシールド掘進機を用いて、本線トンネルに直交して掘削トンネルを接合する場合を示す平面図である。
【図３】  本発明のシールド掘進機の参考の実施形態である第２実施形態を示す側断面図である。
【図４】  本発明の第２実施形態のシールド掘進機を用いたトンネル接合部の構築方法におけるトンネル接合工程を示す側断面図である。
【図５】発進立坑とトンネルの接合部に可撓性セグメントを設置した場合の側断面図である。
【図６】従来において、本線トンネルに直交して掘削トンネルを接合する場合を示す平面図である。
【符号の説明】
Ｓ，Ｓ’      シールド掘進機
Ｂ，Ｂ’      本線トンネル
Ｔ，Ｔ’      支線トンネル
Ｃ，Ｃ’      セグメント
Ｋ            可撓性リング
１０，１０’  鋼殻
１０ａ’      突出段部
１１，１１’  スキンプレート
１２，１２’  隔壁
１３，１３’  スキンプレート
１３ａ        フランジ
１４，１４’  スライドフード
１５’        シール部材
２０，２０’  フード部
２１          カッタービット
２２          カッター
３０，３０’  ガーダ部
３１          シールドジャッキ
３２          送泥管
３３          排泥管
４０，４０’  テール部
４１          エレクタ
４２          テールシール
５０’，５１’，５２  二次覆工
５３’        伸縮目地材
【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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