(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に配置された既設管の中心軸にほぼ直交する方向の軸心を中心に回転する略円錐台形状の回転体と、該回転体の周壁に設けられた刃部とを具備し、該刃部の周回により上記既設管の外部の地盤を掘削する掘削手段と、
上記既設管を撤去する撤去手段と、
上記既設管の外周面に当接するスクレーパと、
上記掘削手段の背面に泥水を供給する送泥管と、
上記泥水及び掘削土を排出するための排泥管と、
上記泥水が上記シールド装置内部に浸水することを防止する止水手段と、を備え、
上記掘削手段が上記既設管の外周を囲むように複数配置され、複数の上記掘削手段が上記既設管の外周領域の地盤を掘削し、かつ、上記撤去手段が外周の掘削された上記既設管を撤去することを特徴とするシールド装置。
【請求項２】
請求項１記載のシールド装置であって、
掘削方向から見て上記既設管を内包する外筒を備え、複数の上記掘削手段が上記外筒の内側に設けられ、掘削方向から見て上記既設管と上記外筒とに囲まれる領域に複数の上記掘削手段がほぼ占めていることを特徴とするシールド装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のシールド装置を用いる既設管更新方法であって、
上記掘削手段により上記既設管の外周領域の地盤を掘削し、上記シールド装置を掘削方向に移動させ、上記既設管に沿うとともに上記既設管を内包する孔部を形成しつつ、形成された孔部の内側に新設管を設置し、かつ、上記撤去手段により上記既設管を撤去することを特徴とする既設管更新方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中に設置された既設管を拡大したり、埋め戻したりする目的で、上記既設管の外周を掘削しつつ、上記既設管を撤去するシールド装置、及び、該シールド装置を用いて、上記既設管の外周部分に上記既設管に沿って新設管を設置する既設管更新方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、下水道などに使用されている地中の既設トンネル管路のうちには、通水量が不足するものがあり、下水道の既設トンネル管路に限らず既設トンネル管路のうちには老朽化が進行しているものがある。即ち、社会生活の変化に伴い、地下のトンネル管路の使用用途に比較してその断面積（口径）が不足するものがあった。この場合、そのような既設トンネル管路に代えて、その断面積のより大きなトンネル管路を設けることになる。しかし、建築物や地下構造物が密集した都市部や市街地においては、新たなトンネル管路を地下に設置するためのスペースの確保が困難な場合がある。
【０００３】
そこで、特公平７−８１５０１号公報や特開平７−２６００４５号公報に開示されている技術のように、既設トンネル管路の断面積より大きな断面積を有するシールド掘進機を用いて、当該トンネル管路に沿って新たなトンネルを構築している。即ち、シールド掘進機のカッターによって、既設トンネル管路の周囲の地盤を掘削するとともに、当該トンネル管路を破砕している。トンネル管路の破壊及び地盤の掘削をしている際に、シールド掘進機の後方に新たなトンネル管路を設けている。
【０００４】
ところで、上述のような技術では、シールド掘進機によって既設トンネル管路を破砕しているため、シールド掘進機の掘削能力を向上させなければならない。また、カッターのビットに異常な摩耗や欠損が生じる可能性があった。これらの問題点は、既設トンネル管路より大きな新設トンネル管路を設置する場合に限らず、既設トンネル管路を撤去した後に形成されたトンネルを埋め戻す場合にも同じである。
【０００５】
そこで、特開平７−１７３９８９号公報には、回転式のカッターで既設トンネル管路の周囲を掘削することのできるシールド掘進機が記載されている。このシールド掘進機のカッターは、既設トンネル管路の外周を回転するリング状のものであり、カッターの内径は既設トンネル管路の外形とほぼ同一となっており、カッターの外形はシールド掘進機の外径とほぼ同一となっている。このシールド掘進機では、カッターが既設トンネル管路の外周を回転することにより、既設トンネル管路の外周領域の地盤を掘削し、既設トンネル管路がシールド掘進機の内側（カッターの内径より内側）に入り込む。そして、シールド工法により、シールド掘進機の後方に新たなセグメントを構築して、セグメントから反力をとって既設トンネル管路に沿ってシールド掘進機が進行している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の特開平７−１７３９８９号公報のシールド掘進機では、回転式のカッターであるため、既設トンネル管路が円形断面である場合にしか適用できず、更に、新設されるトンネル管路も円形断面となってしまう。例えば、上述のシールド掘進機を矩形断面の既設トンネル管路に用いたものとすると、シールド掘進機の内側部分と既設トンネル管路の外周との間で十分な止水ができないため、切羽部分に加圧してその崩壊を防ぐことができなかった。したがって、上記シールド掘進機は、円形断面形状以外の既設トンネル管路に用いることができなかった。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、既設トンネル管路の周囲を掘削するに際し、該既設トンネル管路の断面形状が円形に限らず、例えば矩形断面形状などの非円形断面形状の既設トンネル管路にも使用し得るシールド装置を提供することにある。更に、既設トンネル管路の外周部分にこの既設トンネル管路に沿って新たなトンネル管路を設置することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決すべく本発明に係るシールド装置は、掘削方向にほぼ直交する方向の軸心周りに周回する刃部（例えば、図１に示すカッタビット３２）を備え、該刃部の周回により地中に配置された既設管の外部の地盤を掘削する掘削手段（例えば、図１に示す掘削手段３）と、
上記既設管を撤去する撤去手段（例えば、図１に示す撤去手段４）と、を具備し、
上記掘削手段が上記既設管の外周を囲むように複数配置され、複数の上記掘削手段が上記既設管の外周領域の地盤を掘削し、かつ、上記撤去手段が外周の掘削された上記既設管を撤去することを特徴としている。
【０００９】
ここで、撤去手段は、例えば、ノズルから噴射される水の圧力によって既設管を切断するウォータジェット式切断装置、回転するダイヤモンドカッタ等のカッタによって既設管を切断するカッタ式切断装置、及び、ピックハンマ等の往復運動するハンマの基端部を打撃することにより既設管を破砕し、既設管を切断する打撃切断装置等である。これら切断装置の中から、既設管の材質や構造に応じて、最適確実なものを選択する。更に、撤去手段は、既設管を切断する際に既設管の切断片（解体片）を保持するエレクタ等の保持装置を備えていても良い。更に、撤去手段は、既設管の切断片を搬出するベルトコンベアなどの搬出手段を備えていても良い。
【００１０】
なお、刃部は軸心回りに周回するが、軸心を中心に円状に回転しても良い。また、例えば、二つの軸心に掛けられた無端状のチェーンに刃部が備えられ、この二つの軸心が同一方向に回転することによって、刃部が二つの軸心の周りを周回するようにしても良い。即ち、掘削手段は、例えば、チェーンカッタやドラムカッタなどを含む。なお、掘削手段は、刃部を周回させるための駆動手段を備えている。また、刃部が、往復運動するように軸心周りに周回しても良い。
【００１１】
ここで、掘削手段が例えばドラムカッタである場合、本発明のように、上記軸心を中心に回転する回転体（例えば、図１に示すドラム３１）を備え、上記刃部が該回転体の周壁に設けられている構成となる。
【００１２】
ここで、回転体とは、上記軸心を軸とする円筒、円錐、或いは、円錐体等であり、その回転体の周壁にカッタビット等の刃部が設けられている。また、刃部はカッタビットや、回転体の周壁に螺旋状に巻かれた羽状のものでも良い。
【００１３】
そして、本発明によれば、掘削手段が既設管の外周を囲むように複数配置されることにより、この掘削手段によって既設管の外周の地盤を掘削する。一方、外周部分の地盤が掘削された既設管は、撤去手段によって撤去される。このように、本シールド装置によれば、既設管の断面積より大きな断面積を有する新たな孔部を既設管を内包するように既設管に沿って形成しつつ、既設管を撤去することができる。この既設管の撤去は、掘削手段によって行われるものでなく、掘削手段とは別の撤去手段によって行われる。したがって、掘削手段の刃部が、異常に摩耗しなくなるとともに、欠損もしなくなる。
【００１４】
また、掘削手段の刃部が掘削方向に垂直な軸心周りに周回することによって、既設管の外周部分の地盤を掘削する。即ち、従来のように、カッターがトンネル管路の外周周りを回転することにより、トンネル管路の外周を掘削するのではなく、トンネルの外周に配置された複数の掘削手段が自転により掘削しているため、矩形形状等の非円形断面形状（既設管の断面重心から既設管の外周の一点までの距離と、断面重心から既設管の外周の他の一点までの距離とが異なる断面形状）の既設管でも、容易にその外周部分の地盤を掘削することができる。また、掘削手段の配置の仕様や掘削手段の大きさ等を変更すれば、このシールド装置により新たに形成される地中の孔部は、円形断面形状に限らず、矩形形状等の非円形断面形状となる。もちろん、本シールド装置は、円形断面形状の既設管でもその外周部分の地盤を掘削することができるとともに、円形断面形状の孔部を形成することができる。
【００１５】
また、既設管の外周領域の地盤を掘削することにより新たな孔部が形成されるため、新たな孔部を設置するための地中のスペース確保せずとも、既設管の断面積より大きな断面積を有する孔部を形成することができる。
【００１６】
更に、従来では、駆動源によりカッターがトンネル管路の外周周りを回転させられていたので、大きな駆動力を必要としていたが、本発明では掘削手段がトンネル管路（既設管）の外周周りを回転せずに、配置された箇所で刃部を周回させているだけなので、それほど大きな駆動力を必要としない。
【００１７】
なお、本発明に係るシールド装置の後端部に掘進装置及びセグメント組立装置を設けることによって、掘進工法（シールド工法）に用いることもできるし、掘削開始位置から新設管を押して新設管とともにシールド装置を掘削方向に推進させる推進工法（セミシールド工法）にも用いることができる。即ち、既設管に沿って新たな管を構築することができる。
【００１８】
また、本発明は、シールド装置であって、掘削方向から見て上記既設管を内包する外筒（例えば、図１に示す外筒２１）を備え、複数の上記掘削手段が上記外筒の内側に設けられ、掘削方向から見て上記既設管と上記外筒とに囲まれる領域に複数の上記掘削手段がほぼ占めていることを特徴としている。
【００１９】
以上のように、本発明によれば、掘削方向から見て外筒と既設管とに囲まれる領域に掘削手段がほぼ占めているため、外筒と既設管とに囲まれる領域の切羽が、掘り残し無く掘削される。更に、外筒と既設管とに囲まれる領域に掘削手段がほぼ占めているため、掘削手段を既設管周りに回転させずとも、既設管の外周領域（外筒と既設管とに囲まれる領域）を掘削することができる。したがって、上記本発明で説明したように、非円形断面形状の既設管でもその周囲を容易に掘削することができるとともに、掘削手段を駆動するための駆動力を最小限に抑えることができる。更に、掘削手段の刃部によって既設管を破砕してないので、刃部の摩耗及び欠損を抑えることができる。
【００２０】
また、本発明は、上記本発明のシールド装置を用いる既設管更新方法であって、上記掘削手段により上記既設管の外周領域の地盤を掘削し、上記シールド装置を掘削方向に移動させ、上記既設管に沿うとともに上記既設管を内包する孔部を形成しつつ、形成された孔部の内側に新設管を設置し、かつ、上記撤去手段により上記既設管を撤去することを特徴としている。なお、新設管の設置は、セグメントを組立てる方法によって行っても良いし、パイプ等の管状部材を推進させる方法によって行っても良い。
【００２１】
以上のように、本発明によれば、既設管の外周領域の地盤の掘削と既設管の撤去を分離させているため、掘削手段の刃部の摩耗及び欠損を抑えることができる。更に、非円形断面形状の既設管でもその周囲を容易に掘削することができるとともに、掘削手段を駆動するための駆動力を最小限に抑えることができる。また、既設管に沿って該既設管を内包するように孔部を形成しつつ、該孔部に新設管を設置しているため、新設管の設置のために新たな地中のスペースを確保せずとも、既設管より断面形状の大きい新設管を設置することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るシールド装置を、図１及び図２を参照して説明する。図１は、シールド装置１により既設管１００の外周部分の地盤を掘削している状態を側面方向から示す断面図であり、図２は、シールド装置を前から示す正面図である。図３は、シールド装置１の先端部を概略して示す側面図である。なお、本実施形態では、既設管１００は、略矩形状の断面形状をしている。
【００２３】
シールド装置１は、掘削された孔部の崩壊を防止するシールド部２と、シールド部２の前端部に設けられ、既設管１００の外周領域の地盤を掘削する掘削手段３，３，…と、外周が掘削された既設管１００を撤去するため撤去手段４と、掘削手段３，３，…の前部の切羽の土圧を保つための送泥管６と、掘削された土砂を排出するための排泥管５と、切羽の泥水がシールド装置１の内部に浸水することを防止するための止水手段７（図３に図示）と、既設管１００の外周面の裏込め材を除去するスクレーパ８（図３に図示）と、シールド装置１を推進させるためのシールドジャッキ２５と、新設管１０１を設置するためのセグメント組立装置５０と、を備えて構成されている。
【００２４】
セグメント組立装置５０は周知のエレクタであり、シールド装置１の後部側に設けられている。シールドジャッキ２５もシールド装置１の後部側に設けられており、後述する外筒２１の周方向に複数設けられている。そして、シールドジャッキ２５は、新設管１０１を押圧すことにより、シールド装置１を推進させるとともに、シールド装置１の掘削方向（推進）を調整することができる。
【００２５】
本実施の形態のシールド装置１は、その後部でセグメント組立装置５０によりセグメントを組み立て、組み立てたセグメントからシールドジャッキ２５で反力をとりながら推進するシールド工法に用いられる。即ち、該シールド装置１により既設管１００の外周領域の地盤を掘削して、既設管１００の断面形状より大きな断面形状を有する孔部を形成しつつ、形成された孔部に新設管１０１を構築し、新設管１０１から反力をとりながらシールドジャッキ２５でシールド装置１を推進させる。こうすることにより、既設管１００はシールド装置１の内側に入り込むが、既設管１００はシールド装置１の後端部において撤去手段４により撤去される。
【００２６】
シールド装置１の詳細な構造について説明する。まず、シールド部２は、外筒２１と、隔壁２２と、内筒２３とが一体となって構成されている。外筒２１の内周がなす断面積は、既設管１００の外周がなす断面積より大きな面積となる。そして、外筒２１は、既設管１００を内包するように配置されている。この外筒２１の前端部に掘削手段３，３，…が設けられている。そして、この外筒２１の内側には、掘削手段３の後方に隔壁２２が設けられている。この隔壁２２は環状のものであり、その外周は外筒２１の外周と同一形状をしている。隔壁２２の内周がなす形状は、既設管１００の外周がなす断面形状とほぼ同一の形状をしているが、隔壁２２の内周がなす面積は既設管１００の外周がなす断面積より大きくなっている。そして、この隔壁２２も既設管１００を内包するように配置されている。更に、隔壁２２の内周部には内筒２３が設けられている。内筒２３は隔壁２２から後方にのびており、内筒２３の内周がなす断面形状は既設管の外周がなす断面形状とほぼ同じとなっているが、内筒２３の内周がなす断面積は既設管１００の外周がなす断面積より大きくなっている。即ち、内筒２３は既設管１００を内包するように配置されており、内筒２３と既設管１００との間には僅かなすき間が存在している。なお、内筒２３と既設管１００との間のすき間には後述する止水手段７が配置されている。
【００２７】
また、掘削手段３は、外筒２１の前端部の内側に設けられている。そして、掘削手段３は、掘削方向に直交する方向の軸心を中心に回転するドラム３１と、ドラム３１の周壁に設けられるカッタビット３２と、ドラム３１を上記軸心を中心に回転駆動させる駆動手段（図示略）とを備えて構成されている。ドラム３１は、外筒２１に対して回転自在に外筒２１の内側に支持されている。そして、掘削手段３の駆動手段は、隔壁２２の後方に設けられており、伝動機構（図示略）を介して隔壁２２の前方側に設けられたドラム３１を回転駆動している。カッタビット３２は、ドラム３１の周壁に複数設けられており、ドラム３１が回転することによってカッタビット３２がドラム３１の軸心周りに周回する。なお、この伝動機構によりドラム３１が配置位置に支持されている。
【００２８】
以上のように構成されている掘削手段３が、外筒２１の前端部に既設管１００の外周を囲むように複数設けられている。そして、シールド装置１の正面から見て（掘削方向に見て）、外筒２１と既設管１００の外周とに囲まれる領域に掘削手段３がほぼ占められており、複数の掘削手段３により既設管１００を内包するように配置されている。そして、既設管１００の矩形形状の辺となる部分近傍に配置されている掘削手段３のドラム３１は、略円柱形状をしている。また、既設管１００の矩形形状の頂点となる部分近傍に配置されている掘削手段３のドラム３１は、略円錐台形状をしている。そして、隣り合う掘削手段３のドラム３１の周壁は、シールド装置１の正面から見てほぼ平行となっている。そして、ドラム３１が軸心を中心に回転した際に、隣り合う掘削手段３のカッタビット３２同士が干渉しないようになっている。また、ドラム３１のシールド装置１の正面から見た既設管１００側の面は、既設管１００の外周に近接している。
【００２９】
以上のように構成される複数の掘削手段３においては、既設管１００の周りを回転するのではなく、配置された箇所においてドラム３１が自転することにより、カッタビット３２が既設管１００の外周領域の地盤を掘削する。
【００３０】
そして、掘削手段３の後方において、掘削手段３と、外筒２１と、隔壁２２とに囲まれる領域にチャンバー２４が設けられる。送泥管６を介してこのチャンバー２４へと水や泥水を供給される。送泥管６は、シールド装置１の後方から隔壁２２を貫通してチャンバー２４まで配設されている。そして、送泥管６を通して水や泥水が供給されることにより、チャンバー２４に圧力がかけられ、この圧力によって切羽の崩壊を防止する。チャンバー２４に供給された水や泥水及び掘削土を排出するため排泥管５が、チャンバー２４から隔壁２２を貫通してシールド装置１の後方まで配設されている。
【００３１】
また、隔壁２２の内周部分には、スクレーパ８が設けられている。このスクレーパ８の先端部は、既設管１００の外周面に当接するようになっており、スクレーパ８の先端部によって既設管１００の外周面に付着した付着物（裏込め材や土砂等）を剥がすものである。このスクレーパ８は、隔壁２２の内周に沿って複数配置されており、既設管１００の外周に付着した付着物をくまなく剥がせるようになっている。これにより、既設管１００の外周面が滑らかになる。
【００３２】
スクレーパ８の後方において、内筒２３の内側に止水手段７が設けられている。止水手段７は、環状の中空弾性体７１と、中空弾性体７１の前方及び、中空弾性体７１の環状の内側に設けられるワイヤブラシ７２と、中空弾性体７１内に圧縮空気を注入・排出するエア供給装置７３と、ワイヤブラシ７２のすき間にグリースや樹脂などの潤滑剤を供給する潤滑剤供給装置７４とを備えて構成されている。中空弾性体７１とワイヤブラシ７２とは、内筒２３と既設管１００の外周面との間に配置されとともに、内筒２３に対して固定的に設けられている。そして、中空弾性体７１内にエア供給装置７３によって圧縮空気を供給することにより、中空弾性体７１が既設管１００の外周面に密接して、内筒２３と既設管１００とのすき間をシールする。これにより、チャンバー２４の泥水等がシールド装置１内部やその後方へ浸水することが防止され、チャンバー２４内の圧力を保つことができる。更に、中空弾性体７１の耐摩耗性を向上させるために、ワイヤブラシ７２が設けられている。中空弾性体７１がワイヤブラシ７２を介して既設管１００の外周面に密接するため、耐摩耗性が向上する。更に、ワイヤブラシ７２のすき間に、グリースなどの潤滑剤を供給すると、潤滑剤の潤滑作用によってワイヤブラシ７２や中空弾性体７１のシール性が向上するとともに、ワイヤブラシや７２や中空弾性体７２の耐摩耗性が向上する。ところで、上記スクレーパ８により既設管１００の外周面を滑らかにした状態となっているため、止水手段７のシール性が向上する。
【００３３】
撤去手段４は、外周が掘削された既設管１００を保持するエレクタ４１と、保持された既設管１００を切断する切断手段４２とを備えている。エレクタ４１は、本体４１ａと、本体４１ａから掘削方向後方に向けて延在する第一のアーム部４１ｂと、第一のアーム部４１ｂの先端部に設けられ、第一のアーム部４１ｂと略垂直な方向に延在する第二のアーム部４１ｃと、第二のアーム部４１ｃの先端部に設けられる真空吸着部４１ｄとを備えて構成されている。そして、第一のアーム部４１ｂは、本体４１ａに対して掘削方向に引き込み、押し出し自在となっているとともに、本体４１ａに対して回動自在となっている。更に、第二のアーム部４１ｃは、第一のアーム部４１ｂの延在方向に略垂直な方向に引き込み、押し出し自在となっている。更に、真空吸着部４１ｄにより、既設管１００を真空吸着することができる。即ち、このエレクタ４１は、セグメント組立用の周知のエレクタである。なお、本体４１ａには、第一のアーム部４１ｂ及び第二のアーム部４１ｃを駆動させる駆動手段（図示略）を備えており、この駆動手段が第一のアーム部４１ｂ及び第二のアーム部４１ｃを進退・回転させる。
【００３４】
また、切断手段４２は、本体４１ａから掘削方向後方に向けて延在する第三のアーム部４２ｂと、第三のアーム部４２ｂの先端部に設けられ、第三のアーム部４２ｂと略垂直な方向に延在する第四のアーム部４２ｃと、第四のアーム部４２ｃの先端部に設けられる切断装置４２ｄとを備えて構成されている。この切断装置４２ｄは、例えば、ノズルから噴射される水の圧力によって既設管１００を切断するウォータジェット式切断装置、回転するダイヤモンドカッタ等のカッタによって既設管１００を切断するカッタ式切断装置、及び、ピックハンマ等の往復運動するハンマの基端部を打撃することにより既設管１００を破砕し、既設管を切断する打撃切断装置等である。なお、カッタ式切削装置の場合、切断装置４２ｄは、第四のアーム部４２ｃを軸として回転自在とした方が望ましい。
【００３５】
なお、本体４１ａは、第三のアーム部４２ｂ及び第四のアーム部４２ｃを駆動させる駆動手段を備えており、この駆動手段が第三のアーム部４２ｂ及び第四のアーム部４２ｃを進退・回転させる。
【００３６】
そして、エレクタ４１の真空吸着部４１ｄにより外周が掘削された既設管１００を保持する。次いで、切断手段４２の第三のアーム部４２ｂ及び第四のアーム部４２ｃが押し出し、引き込み及び回転することによって、保持された既設管１００を掘削方向に切削し、次いで、既設管１００の周方向に切削する。これにより、既設管１００を切り出す。
【００３７】
更に、上記撤去手段４は、ベルトコンベアなどの搬送手段４３を備えている。そして、エレクタ４１の第一のアーム部４１ｂ及び第二のアーム部４１ｃが押し出し、引き込み及び回転することによって、既設管を切り出した解体片を搬送手段４３へと移送する。この搬送手段４３によりこの解体片は、台車４４に搬送される。台車４４に搬送された解体片は、台車４４によって立坑等の掘削開始位置へと運び出される。以上のようにして、既設管１００が撤去される。なお、エレクタ４１及び切断装置４２は、既設管１００に対して掘削方向に移動自在となり、既設管１００の撤去につれて掘削方向に移動させられる。
【００３８】
次に、上述のように構成されているシールド装置１を用いて、既設管１００を撤去しつつ、新設管１０１を設置する既設管更新方法について説明する。
まず、既設管１００の両端部に立坑を設置する。そして、一方の立坑において、上記シールド装置１を組み立てて、既設管１００の一方の端部をシールド装置１の内筒２３内に配置するようにして、シールド装置１をセッティングする。この際、止水手段７によって内筒２３と既設管１００との間をシールする。
【００３９】
そして、セグメント組立装置５０により新設管１０１を組み立てる。次いで、送泥管６によって泥水を供給して切羽を加圧しつつ、掘削手段３が回転駆動する。同時にシールドジャッキ２５が後方に向けて突出し、新設管１０１を押圧する。これにより、新設管１０１から反力が得られ、シールド装置１が推進するとともに、掘削手段３が既設管１００の外周領域の地盤を掘削する。所定距離（一セグメント分）シールド装置１が推進したら、再び、セグメント組立装置５０により新たなセグメントを組み立てる。これにより、既設管１００に沿うとともに、既設管１００を内包する新設管１０１が設置される。更に、既設管１００の外周領域を掘削し、新設管１０１を設置している際に、上述したように撤去手段４によって既設管１００を撤去する。このように、既設管１００を撤去し、新設管１０１を設置しつつ、もう一方の立坑まで掘削を行う。
【００４０】
以上のように、本実施形態では、掘削手段３が既設管１００の外周を囲むように複数配置されることにより、掘削手段３によって既設管１００の外周の地盤を掘削する。一方、外周部分の地盤が掘削された既設管１００は、撤去手段４によって撤去される。本実施形態のシールド装置１では、既設管１００を撤去しつつ、この既設管１００を内包するように孔部を設けることができる。そして、既設管１００の撤去は、掘削手段３によって行われるのではなく、掘削手段３とは別の撤去手段４によって行われる。したがって、掘削手段３のカッタビット３２の摩耗及び欠損を抑えることができる。
【００４１】
また、本実施形態では、掘削手段３が既設管１００の周りを回転しているのではなく、掘削手段３が配置された箇所で自転することによって既設管１００の外周の地盤を掘削している。したがって、シールド装置１では、既設管が矩形断面形状であっても、その外周領域の地盤を掘削することができる。また、掘削手段３の配置の仕様を変更すれば、円形断面形状の既設管でも非円形断面形状の既設管でも、その外周領域の地盤を掘削することができる。更に、掘削手段３の配置の仕様を変更すれば、掘削される孔部の断面形状も円形断面でなく、非円形断面とすることもできる。更に、掘削方向から見て外筒２１と既設管１００とに囲まれる領域に複数の掘削手段が３ほぼ占めているため、外筒２１と既設管１００とに囲まれる領域の切羽が、掘り残し無く掘削される。
【００４２】
また、既設管１００の外周領域の地盤を掘削することにより新たな孔部を形成し、この孔部に新設管１０１を設置している。したがって、地中に新たな新設管を設置するためのスペースを確保せずとも、既設管１００の断面積より大きな断面積となる新設管１０１を設置することができる。
【００４３】
更に、従来では、駆動源によりカッターがトンネル管路の外周周りを回転させられていたので、大きな駆動力を必要としていたが、本発明では掘削手段３がトンネル管路（既設管）の外周周りを回転せずに、配置された箇所でカッタビット３２を周回させているだけなので、それほど大きな駆動力を必要としない。
【００４４】
なお、本発明のシールド装置及び既設管更新方法は、上記実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
例えば、新設管１０１の設置はシールド工法によって行われていたが、推進工法によって行っても良い。
【００４５】
また、既設管１００の断面形状は矩形としたが、例えば、図４に示すように、円形断面の既設管１０３としても良い。この際、掘削手段３のドラム３１の形状は、例えば、掘削方向から見て既設管１０３の中心から放射するような台形断面となる円錐台とすると、掘削方向から外筒２１と既設管１０３の外周とに囲まれる領域に隙間なくほぼ埋め込まれた状態となる。ドラム３１の形状を円錐台とすることによって、掘削方向から見て隣り合う掘削手段３のドラム３１の周壁が平行となる。そして、隣り合うドラム３１が回転してもそのカッタビット３２が干渉しないように、カッタビット３２をドラム３１の表面に設ける。
【００４６】
また、掘削手段３の刃部はカッタビット３２としたが、例えば、ドラム３１に螺旋状に巻かれた刃根状の刃部としても良い。また、掘削手段３は、ドラム３１とカッタビット３２とからなるドラムカッタを備える構成としたが、例えば、図５に示すようにしても良い。図５に示すように、この例のシールド装置の掘削手段３は、無端状のチェーン３５と、チェーン３５に備えられるカッタビット３６と、チェーン３５を掛ける少なくとも二つのスプロケット（図示略）と、一つのスプロケットを回転駆動させる駆動手段とを備えている。そして、スプロケットは掘削方向に垂直な軸を中心として回転自在となっており、外筒２１に回転自在に支持されている。そして、駆動手段によりスプロケットを回転させることにより、カッタビット３が掘削方向の軸心周りに周回し、これにより切羽を掘削することができる。チェーンカッタ式の複数の掘削手段３を、既設管１００を囲むように配置し、掘削方向から見て外筒２１と既設管１００の外周とに囲まれる領域に、ほぼ占めるように配置している。チェーンカッタ式の掘削手段３でも、既設管１００の周りを周回しているのではなく、配置された箇所でカッタビット３６が周回している。
【００４７】
上記シールド装置１は、既設管１００を撤去して、既設管１００より大きな新設管１０１を設置するために用いたが、既設管１００の外周を掘削しつつ、上記既設管１００を撤去し、掘られた孔部を埋め戻す目的で使用しても良い。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、既設管の断面積より大きな断面積を有する新たな孔部を既設管を内包するように既設管に沿って形成しつつ、既設管を撤去することができる。この既設管の撤去は、掘削手段によって行われるものでなく、掘削手段とは別の撤去手段によって行われる。したがって、掘削手段の刃部が、異常に摩耗しなくなるとともに、欠損もしなくなる。
【００４９】
また、掘削手段の刃部が掘削方向に垂直な軸心周りに周回することによって、既設管の外周部分の地盤を掘削する。即ち、既設管の外周を回って掘削するのではなく、トンネルの外周に配置された複数の掘削手段が自転により掘削しているため、矩形形状等の非円形断面形状の既設管でも、容易にその外周部分の地盤を掘削することができる。また、掘削手段の配置の仕様や掘削手段の大きさ等を変更すれば、このシールド装置により新たに形成される地中の孔部は、円形断面形状に限らず、矩形形状等の非円形断面形状となる。もちろん、円形断面形状の既設管でもその外周部分の地盤を掘削することができるとともに、円形断面形状の孔部を形成することができる。
【００５０】
また、既設管の外周領域の地盤を掘削することにより新たな孔部が形成されるため、新たな孔部を設置するための地中のスペース確保せずとも、既設管の断面積より大きな断面積を有する孔部を形成することができる。
【００５１】
更に、掘削手段がトンネル管路（既設管）の外周周りを回転せずに、配置された箇所で刃部を周回させているだけなので、それほど大きな駆動力を必要としない。
【００５２】
また、本発明によれば、掘削方向から見て外筒と既設管とに囲まれる領域に掘削手段がほぼ占めているため、外筒と既設管とに囲まれる領域の切羽が、掘り残し無く掘削される。更に、外筒と既設管とに囲まれる領域に掘削手段がほぼ占めているため、掘削手段を既設管周りに回転させずとも、既設管の外周領域（外筒と既設管とに囲まれる領域）を掘削することができる。したがって、上記本発明と同様の作用効果を奏する。
【００５３】
また、本発明によれば、既設管の外周領域の地盤を掘削しているため、掘削手段の刃部の摩耗及び欠損を抑えることができる。更に、非円形断面形状の既設管でもその周囲を容易に掘削することができるとともに、掘削手段を駆動するための駆動力を最小限に抑えることができる。また、既設管に沿って該既設管を内包するように孔部を形成しつつ、該孔部に新設管を設置しているため、新設管の設置のために新たな地中のスペースを確保せずとも、既設管より断面形状の大きい新設管を設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシールド装置を遮断して示す側面図である。
【図２】上記シールド装置の正面図である。
【図３】上記シールド装置の前端部を概略して示しており、上記シールド装置の止水手段及びシールド部を説明するための図面である。
【図４】上記シールド装置とは別の例のシールド装置を示す正面図である。
【図５】上記シールド装置とは別の例のシールド装置を示す正面図である。
【符号の説明】
１      シールド装置
３      掘削手段
４      撤去手段
３１      ドラム（回転体）
３２      カッタビット（刃部）
３５      チェーン
３６      カッタビット（刃部）
４１      エレクタ（撤去手段を構成する。）
４２      切断手段（撤去手段を構成する。）
４２ｄ      切断装置
５０      セグメント組立装置
１００      既設管
１０１      新設管
１０３      既設管
【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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