(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機本体の先端側に、掘削土砂を充満するチャンバを設けたシールド掘進機において、
前記シールド掘進機は、前記シールド掘進機本体の後方側に取水セグメントを組立て、内部に水の取込が可能な取水トンネル構築用のものであり、
前記シールド掘進機本体の先端側のフードに、これを貫通する複数の開口部を設け、前記掘削土砂の取込みに伴って、前記チャンバから前記掘削土砂の一部を、前記開口部を介して、前記シールド掘進機本体の後部側外方に排出することを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
前記開口部は、前記シールド掘進機本体の内周面に沿ってスライド移動する可動プレートにより開閉されることを特徴とする請求項１記載のシールド掘進機。
【請求項３】
前記開口部は、前記シールド掘進機本体の軸方向に沿ってスライド移動する可動プレートにより開閉されることを特徴とする請求項１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】
この発明は、シールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
降雨の少ない島や砂漠地域などにおいては、飲料水を確保するために海岸の近傍に海水淡水化プラントが建設されている。また、海水は、例えば、塩の製造プラントの処理原水となっており、この種の海水処理施設では、海水を淡水化させる装置などに海水を導入する必要がある。
【０００３】
そこで、このような海水処理施設においては、従来、多数の取水孔を貫通形成した塩化ビニル管に不織布を巻き付けたものや、有孔ヒューム管を埋設した取水トンネルにより海水を取り入れていた。
【０００４】
ところが、このような構成の取水トンネルは、開削工法や沈埋工法で埋設するので、埋設位置の直上部周辺を埋設作業のために専有することに起因する施工上の制約が多くなる。
【０００５】
そこで、本発明者らは、この種の取水トンネルをシールド工法により構築する技術を開発し、特願平９−２１８４９２号で提案している。この構築方法に用いるセグメントは、図７，８に示すように、従来から、通常のシールド工法で用いられているスチールセグメントやダクタイルセグメントなどの本体プレート１の外側に透水部材２を取付けて一体化したものである。
【０００６】
透水部材２は、ポーラスコンクリートなどで構成され、この透水部材２を通った地下水などを、本体プレート１に設けられた取水孔（図示省略）から内部に積極的に取込む構造になっている。
【０００７】
しかしながら、このような取水セグメント３を用いてシールド掘進機により取水トンネルを構築する際には、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、通常のシールド工法では、シールド掘進機本体４とセグメントの外径の差から生じるテールボイドに裏込め注入を施し、地表面の沈下を抑制し、セグメントの早期安定性を確保していた。
【０００９】
ところが、取水トンネルの構築で裏込め注入を施すと、図８に示すように、取水セグメント３の外面の透水部材２のまわりに不透水層５を作ことになり、取水セグメント３から外水を取込むことができなくなるので、裏込め注入を施すことができない。
【００１０】
裏込め注入を施すことができなければ、シールド掘進機やセグメント直上の地表面沈下が増大するとともに、セグメントの早期安定性の確保が困難になる。
【００１１】
また、曲線部の掘削においては、前述した取水トンネルを構築する際だけでなく、  一般のトンネルを構築する際にも、シールド掘進機の側部を予め余掘りして、シールド掘進機の通過位置を軟弱化させ、地山との競り合いが少なくなるようにしている。
【００１２】
ところが、緩い砂層などでは、地盤改良を行わない場合には、余掘り部が崩壊し、曲線部でのシールド掘進機と地山との競り合いを十分に小さくできないという問題もあった。
【００１３】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、地表面の沈下の増大を抑えつつ、セグメントの早期安定性を確保し、しかも、曲線施工における地盤改良をなくすことができるシールド掘進機を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、シールド掘進機本体の先端側に、掘削土砂を充満するチャンバを設けたシールド掘進機において、前記シールド掘進機は、前記シールド掘進機本体の後方側に取水セグメントを組立て、内部に水の取込が可能な取水トンネル構築用のものであり、前記シールド掘進機本体の先端側のフードに、これを貫通する複数の開口部を設け、前記掘削土砂の取込みに伴って、前記チャンバから前記掘削土砂の一部を、前記開口部を介して、前記シールド掘進機本体の後部側外方に排出するようにした。
このように構成したシールド掘進機によれば、シールド掘進機は、シールド掘進機本体の後方側に取水セグメントを組立て、内部に水の取込が可能な取水トンネル構築用のものであり、シールド掘進機本体の先端側のフードに、これを貫通する複数の開口部を設け、掘削土砂の取込みに伴って、チャンバから掘削土砂の一部を、開口部を介して、シールド掘進機本体の後部側外方に排出するので、開口部から排出された掘削土砂が、シールド掘進機本体の掘進に伴って、その外側面に沿って順次後方に押しやられ、シールド掘進機とセグメントの外径の差から生じるテールボイドを埋める。
従って、取水セグメントの外周に不透水層を形成することなく、シールド掘進機やセグメント直上の地表面沈下の増大を抑えることができるとともに、セグメントの早期安定性を確保することができる。
また、曲線施工の際には、余掘り部分が、開口部から排出された掘削土砂により埋められので、余掘り部分の地山崩落を防止することができるとともに、掘削土砂は、シールド掘進機により掘削されているので軟弱化されていて、地山との競り合いも小さくなる。
前記開口部は、前記シールド掘進機本体の内周面に沿ってスライド移動する可動プレートにより開閉することができるし、また、前記シールド掘進機本体の軸方向に沿ってスライド移動する可動プレートにより開閉することができる。
この構成によれば、開口部からの掘削土砂の排出を、可動プレートにより調整することができるので、例えば、取水トンネルの構築において、裏込め注入の施工が可能な区間では、通常とおりのシールド工法の施工が可能になる。
また、本発明のシールド掘進機は、取水トンネルの構築用に好適に用いることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明にかかるシールド掘進機の第１実施例を示している。
【００１６】
同図に示したシールド掘進機１０は、取水トンネルの構築用に適用した場合であって、取水トンネルは、図６，７に示した取水セグメント３を円筒状に組立てることにより構築される。
【００１７】
取水セグメント３は、通常のシールド工法で用いられているスチールセグメントやダクタイルセグメントなどの本体プレート１の外側に透水部材２を取付けて一体化したものである。
【００１８】
透水部材２は、ポーラスコンクリートなどで構成され、この透水部材２を通った地下水などを、本体プレート１に設けられた取水孔から内部に積極的に取込む構造になっている。
【００１９】
また、同図に示したシールド掘進機１０は、土圧式のものであって、円筒状に形成されたシールド掘進機本体１４の先端側には、隔壁１６が設けられている。
【００２０】
この隔壁１６で画成された先端側が開口したチャンバ１８は、掘削泥土を充満して、地山の土圧，水圧に対抗するために用いられる。隔壁１６の中心軸上には、十字状のスポーク２０を支持する回転軸２２が貫通状態で、回転自在に支持されている。
【００２１】
スポーク２０には、図示省略ビットが固設されていて、回転軸２２を回転駆動することにより、スポーク２０に設けられたビットにより土砂を掘削して、チャンバ１８内に取込む。
【００２２】
チャンバ１８内に取込む掘削泥土には、例えば、添加材として気泡を用いることができ、気泡を泥土に混入すると、その流動性が増すとともに、気泡の消失により地山と同等の土質となり、透水性が復元する。
【００２３】
以上のような土圧式シールド掘進機としての基本的な構成は、従来の種の装置と同じであるが、本実施例のシールド掘進機１０は、以下に説明する点に、顕著な相違がある。
【００２４】
すなわち、本実施例のシールド掘進機１０には、掘削泥土の取込みに伴って、チャンバ１８から掘削泥土の一部を、シールド掘進機本体１４の後部側に排出する開口部２４が、掘進機本体１４のフード部２７に複数設けられている。
【００２５】
各開口部２４は、チャンバ１８の側面を画成するシールド掘進機本体１４の先端側を角形に穿設することにより形成されており、シールド掘進機本体１４の周方向に沿って複数設けられている。
【００２６】
このように構成されたシールド掘進機１０によれば、掘削泥土の取込みに伴って、チャンバ１８内にこれが充満されると、掘削泥土の一部は、開口部２４が設けられているので、この開口部２４を通って、掘進機本体１４の後部側外方に排出される。
【００２７】
掘進機本体１４の側面側に排出された掘削泥土は、シールド掘進機１０の掘進に伴って順次排出される掘削泥土に押されて、シールド掘進機本体１４の側面に沿って順次後方に押しやられ、シールド掘進機１０とセグメント３の外径の差から生じるテールボイドを埋める。
【００２８】
従って、取水セグメント３の外周に不透水層を形成することなく、シールド掘進機１０やセグメント３直上の地表面沈下の増大を抑えることができるとともに、セグメント３の早期安定性を確保することができる。
【００２９】
また、曲線施工の際には、余掘り部分が、開口部２４から排出された掘削泥土により埋められるので、余掘り部分の地山崩落を防止することができるとともに、掘削泥土は、シールド掘進機１０により掘削されているので軟弱化されていて、地山との競り合いも小さくなる。
【００３０】
図２および図３は、本発明にかかるシールド掘進機の第２実施例を示しており、上記実施例と同一もしくは相当す部分には、同一符号を付してその説明を省略するとともに、以下にその特徴点についてのみ説明する。
【００３１】
同図に示したシールド掘進機１０ａは、上記第１実施例と同様に、掘削泥土の取込みに伴って、チャンバ１８から掘削泥土の一部を、シールド掘進機本体１４の後部側に排出する開口部２４ａが設けられている。
【００３２】
この実施例の開口部２４ａは、チャンバ１８の側面を画成するシールド掘進機本体１４の先端側を角形に穿設することにより形成されているが、第１実施例のものよりも開口面積が大きくなっている。
【００３３】
なお、図２に示した開口部２４ａは、シールド掘進機本体１４の一方の側面側のみを図示しているが、この側面の背面側にも同一構成のものが設けられている。
【００３４】
開口部２４ａは、シールド掘進機本体１４の周方向に沿ってスライド移動する可動プレート２６によって開閉可能になっている。可動プレート２６は、シールド掘進機本体１４の曲面と同じ曲面に湾曲していて、その一端側は、隔壁１６内に浸入するように配置されている。
【００３５】
可動プレート２６の隔壁１６内の端縁には、ラックギア２８が取付けられている。このラックギア２８には、ピニオン３０が歯号していて、ピニオン３０には、モータ３２が連結されている。
【００３６】
このように構成した開口部２４ａにおいては、上記第１実施例の作用効果に加えて、モータ３２を駆動することにより、可動プレート２６を周方向にスライド移動させて、開口度合いを調整することができる。
【００３７】
従って、開口部２４ａからの掘削泥土の排出量の調整が可能になり、例えば、取水トンネルの構築において、裏込め注入の施工が可能な区間では、可動プレート２６により開口部２４ａを完全に閉塞すると、通常とおりのシールド工法の施工が可能になる。
【００３８】
図４および図５は、本発明にかかるシールド掘進機の第３実施例を示しており、上記実施例と同一もしくは相当す部分には、同一符号を付してその説明を省略するとともに、以下にその特徴点についてのみ説明する。
【００３９】
同図に示したシールド掘進機１０ｂは、上記第２実施例と同様に、掘削泥土の取込みに伴って、チャンバ１８から掘削泥土の一部を、シールド掘進機本体１４の後部側に排出する開口部２４ｂが、複数設けられている。
【００４０】
この実施例の開口部２４ｂは、チャンバ１８の側面を画成するシールド掘進機本体１４の先端側を角形に穿設することにより形成されている。図４に示した開口部２４ｂは、シールド掘進機本体１４の一方の側面側のみを図示しているが、この側面の背面側にも同一構成のものが設けられている。
【００４１】
開口部２４ｂは、シールド掘進機本体１４の軸方向に沿ってスライド移動する可動プレート４０によって開閉可能になっている。可動プレート４０は、シールド掘進機本体１４の曲面と同じ曲面に湾曲していて、その一端側は、隔壁１６内に浸入するように配置されている。
【００４２】
可動プレート４０の隔壁１６内の端縁には、ジャッキ４２の伸縮プランジャが結合されている。
【００４３】
このように構成した開口部２４ｂにおいては、ジャッキ４２を駆動することにより、可動プレート４０を軸方向にスライド移動させて、開口度合いを調整することができるので、上記第２実施例と同等の作用効果が得られる。
【００４４】
なお、上記実施例では、本発明のシールド掘進機を取水トンネルの構築に適用した場合を例示したが、本発明の実施は、これに限定されることはなく、通常のトンネルをシールド工法で構築する際にも用いることができる。
【００４５】
本発明を通常のシールド工法に適用すると、上記実施例で説明した作用効果以外に、掘削土砂の一部を、シールド掘進機本体の後部側に排出すると、掘進時のフリクションカット効果の向上，裏込め注入の補足（量の低減），切羽圧の伝達効果の向上により、テール部の地盤応力の解放低減で、地盤沈下の抑制などの効果が得られる。
【００４６】
【発明の効果】
以上、実施例で詳細に説明したように、本発明にかかるシールド掘進機によれば、地表面の沈下の増大を抑えつつ、セグメントの早期安定性を確保し、しかも、曲線施工における地盤改良をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるシールド掘進機の第１実施例を示す外観図である。
【図２】本発明にかかるシールド掘進機の第２実施例を示す外観図である。
【図３】図２の要部断面図である。
【図４】本発明にかかるシールド掘進機の第３実施例を示す外観図である。
【図５】図４の要部断面図である。
【図６】従来のシールド掘進機で取水トンネルを構築する際の外観図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
１                    本体プレート
２                    透水部材
３                    取水セグメント
１０                  シールド掘進機
１２                  取水トンネル
１４                  シールド掘進機本体
１６                  隔壁
１８                  チャンバ
２０                  スポーク
２４，２４ａ，２４ｂ  開口部
２６，４０            可動プレート
【図１】
0004260238.tif 000002
【図２】
0004260238.tif 000003
【図３】
0004260238.tif 000004
【図４】
0004260238.tif 000005
【図５】
0004260238.tif 000006
【図６】
0004260238.tif 000007
【図７】
0004260238.tif 000008