(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機のテール部からトンネル掘削壁覆工部の空間内部に裏込め材を注入するに際し、モルタル注入管の内部にチェック弁を先端に取付けた凝結剤供給管を挿入して、前記モルタル注入管出口外において前記凝結剤供給管のチェック弁を開かせてモルタルと凝結剤の混合を行わせつつ注入することを特徴とするシールド掘進機後部での裏込め材注入方法。
【請求項２】
前記凝結剤供給管は、モルタル注入管内に挿通して、裏込め材注入時には先端のチェック弁がモルタル注入管の出口から外に突出され、裏込め材注入停止時には前記モルタル注入管内に位置するように進退させ、凝結剤供給管先端部での残圧処理を行うようにする請求項１に記載のシールド掘進機後部での裏込め材注入方法。
【請求項３】
前記モルタル注入管は、長時間注入作業を行わない場合、凝結剤供給管を系外に引出し、管内を硬化しない高粘性材で置換しておくようにする請求項１に記載のシールド掘進機後部での裏込め材注入方法。
【請求項４】
シールド掘進機のテール部に設けられる裏込め材注入装置において、モルタル注入管の内部にチェック弁を先端に取付けた可撓性の凝結剤供給管を挿入して、その凝結剤供給管を系外に設けた進退操作手段により裏込め注入時に前記モルタル注入管出口に凝結剤供給管の先端部チェック弁を突出開弁させてモルタルと凝結剤の混合を行わせつつ注入できる構成とされることを特徴とするシールド掘進機後部での裏込め材注入装置。
【請求項５】
前記テール部には裏込め材注入口に向かって進退自在なプッシャーが設けられ、モルタル注入管はそのプッシャーのヘッドにより開口端を開閉されるようにして、前記凝結剤供給管の先端部が、前記モルタル注入管の開口端から前記裏込め材注入口に進退するように配されている請求項４に記載のシールド掘進機後部での裏込め材注入装置。
【請求項６】
前記プッシャーにおけるヘッドは、その前半部のモルタル注入管開口端と対応する部分を前端側へ切削いだ形状にされる請求項４または５に記載のシールド掘進機後部での裏込め材注入装置。
【請求項７】
前記プッシャーのヘッドが進退する注入口部には外部から潤滑剤が注入できる潤滑剤受入れ部が形成されている請求項５または６に記載のシールド掘進機後部での裏込め材注入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機のテール部から掘削坑壁と覆工セグメントとの間に生じる空間部に対する裏込め材の注入を合理的に行わせるとともに、注入口近傍での閉塞の発生を予防できてメンテナンスを容易にしたシールド掘進機後部での裏込め材注入方法とその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シールド掘進機の後方で覆工される掘削坑壁と覆工材（セグメント）との間に裏込め材を注入するには、既に種々の形態のものが提案されて実用に供されている。その多くは主材となる細骨材を含むモルタルと凝結剤を注入口の手前で混合して注入するようにされている。
【０００３】
このような裏込め材注入装置については、注入するモルタルと凝結剤とを混合した後に、掘進機のテール部に取付く注入管に導いて覆工部に送り出すようにされている。そのために、モルタルと凝結剤との混合後の輸送管路が長くなることから次第に管路内壁面に注入材の一部が付着凝結して管路を狭め、注入を阻害することになる。そして、その注入管内を水洗するには混合部から前記注入管までの流入管路が長くなると、実質的に内部を洗浄することが困難であるという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題を解決する手段として、特開平１０−２８０８８４号公報によって開示されるように、シールド掘進機のテール部にプッシャーを内蔵される裏込め材注入管の開口部寄りに混合部が設けられ、この混合部に対してモルタル供給管と先端にチェック弁を備える凝結剤供給管とが脱着可能に取付けられ、これらモルタル供給管，凝結剤供給管およびチェック弁が分割脱着可能に接続される構成とされた裏込め注入装置が知られている。
【０００５】
この公報によって開示される裏込め注入装置では、裏込め材の注入口近傍でモルタルと凝結剤とを混合して速やかに覆工部へ注入できるようにされ、その注入口にプッシャーを設けて裏込め材の注入を停止した後に混合部を外部と遮断して、混合要部が分解清掃可能な構造にされている。しかしながら、この方式においても、注入操作を停止してプッシャーにより混合部を閉鎖した後、どうしても注入口の一部に混合後の裏込め材が残留してその注入口を閉塞する状態となる。また、裏込め注入が終わるとその都度混合部を分解して清掃しておかないと、次回の注入作業に支障を来たすことになるので、分解清掃を必要とし、その分多くの手数を要するという問題点がある。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、裏込め材の注入操作を中断しても注入材の混合部において分解清掃を行うことなく継続して裏込め注入が行えるシールド掘進機後部での裏込め材注入方法とその装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前述された目的を達成するために、第１発明によるシールド掘進機後部での裏込め材注入方法は、
シールド掘進機のテール部からトンネル掘削壁覆工部の空間内部に裏込め材を注入するに際し、モルタル注入管の内部にチェック弁を先端に取付けた凝結剤供給管を挿入して、前記モルタル注入管出口外において前記凝結剤供給管のチェック弁を開かせてモルタルと凝結剤の混合を行わせつつ注入することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明によれば、裏込め材の注入に際して注入管内でモルタルと凝結剤との混合を行わないので、注入後に注入口をモルタルで充填するようにすれば注入材による凝固閉塞が防止され、長期間注入を行わない限り次の裏込め注入までに供給管の清掃を省略することができ、分解洗浄などの作業に要する手間が省け作業効率の向上を図ることができるという効果を奏する。
【０００９】
前記凝結剤供給管は、モルタル注入管内に挿通して、裏込め材注入時には先端のチェック弁がモルタル注入管の出口から外に突出され、裏込め材注入停止時には前記モルタル注入管内に位置するように進退させ、凝結剤供給管先端部での残圧処理を行うようにするのがよい。こうすると、裏込め材の注入時には注入口の外側でモルタルと凝結剤の混合が行われつつ注入され、注入停止後はモルタルが充満している注入管内に凝結剤供給管が引き込まれるとともに、その供給圧を下げることによってチェック弁を確実に閉じ、凝結剤の漏洩をなくして次回の注入操作時まで待機させ、注入材による一部凝結の発生を解消して分解清掃の手数を省き作業性を高めることが可能になるという効果がある。なお、モルタルには遅延剤を混入されているので、凝結剤が混じらない限り注入管内は閉塞されない。
【００１０】
前記モルタル注入管は、長時間注入作業を行わない場合、凝結剤供給管を系外に引出し、管内を硬化しない高粘性材で置換しておくようにするのがよい。こうすると、モルタル注入管内を定常に保持させるとともに、凝結剤供給管とチェック弁のメンテナンスが容易になる。そして、次の注入作業時には凝結剤供給管を注入管内に挿入することにより速やかに注入作業を再開することができるという効果がある。なお、前記高粘性材としては、例えばグリースやベントナイト液などが採用できる。
【００１１】
次に、前記裏込め材注入方法を具体的に実施できるように、第２発明による裏込め材注入装置は、
シールド掘進機のテール部に設けられる裏込め材注入装置において、モルタル注入管の内部にチェック弁を先端に取付けた可撓性の凝結剤供給管を挿入して、その凝結剤供給管を系外に設けた進退操作手段により裏込め注入時に前記モルタル注入管出口に凝結剤供給管の先端部チェック弁を突出開弁させてモルタルと凝結剤の混合を行わせつつ注入できる構成とされることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明においては、裏込め材注入時モルタルを供給するモルタル注入管に挿通された凝結剤供給管を進退操作手段によって、その先端に取付くチェック弁をモルタル注入管の出口から外に突出させ、モルタル注入管にモルタルを供給すると同時に凝結剤供給管に凝結剤を圧送してチェック弁を開くと、モルタル注入管出口から噴出するモルタルに凝結剤が混合されて裏込め部に注入される。したがって、モルタルと凝結剤とは注入管の外で混合されるので、管内で凝結付着することがない。また、裏込め注入の停止時には凝結剤供給管をその進退操作手段によってモルタル供給管の開口部寄り内側に引っ込めておくことで、閉弁したチェック弁部分が裏込め材中に残置されず、モルタルで囲われることになるので、次回の注入時まで安全に保たれる。その結果、次の注入操作を行うとき直ちに作動させることができる。
【００１３】
また、本発明では、前記テール部には裏込め材注入口に向かって進退自在なプッシャーが設けられ、モルタル注入管はそのプッシャーのヘッドにより開口端を開閉されるようにして、前記凝結剤供給管の先端部が、前記モルタル注入管の開口端から前記裏込め材注入口に進退するように配されているのがよい。こうすると、プッシャーを前進させるとモルタル注入管開口端並びに凝結剤供給管端部を裏込め側と完全に遮断できるとともに、プッシャーのヘッドにより裏込め材注入口を閉じ、注入された裏込め材による影響が生じないようにすることができる。言い換えると、裏込め材注入口の閉塞が生じることがない。
【００１４】
また、前記プッシャーにおけるヘッドは、その前半部のモルタル注入管開口端と対応する部分を前端側へ切削いだ形状にされるのがよい。こうしておくと、裏込め注入に際して注入口でのモルタルの流れをよくするとともに、凝結剤供給管の注入口開口部への進出を容易にできて、前記凝結剤供給管の進退操作手段にかかる負荷を低減でき、円滑に動かすことができるという効果がある。
【００１５】
前記プッシャーのヘッドが進退する注入口部には外部から潤滑剤が注入できる潤滑剤受入れ部が形成されているのがよい。こうすると、プッシャーを移動させて裏込め材注入口を閉じた状態で長時間保持される場合、プッシャーの作動時における潤滑機能が保たれて、その移動を阻害されることがない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、第１発明によるシールド掘進機後部での裏込め材注入方法および第２発明による裏込め材注入装置の具体的な実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１に本実施例の裏込め材注入装置を備えるシールド掘進機の概要図が示されている。図２に要部を表わす模式図が、図３に凝結剤供給管の先端部を表わす図が、図４に裏込め材注入装置の主要部を示す図が、それぞれ示されている。
【００１８】
本実施例のシールド掘進機１は、そのテール部２に裏込め材注入装置１０を備えたものであり、テール部２の円周に沿って所要の配分で複数箇所にその裏込め材注入装置１０が設けられている。なお、この裏込め材注入装置１０については、説明の都合上一箇所のものを代表して説明する。
【００１９】
裏込め材注入装置１０は、シールド掘進機１のテール部２のスキンプレート外周面もしくは内周面に、軸線方向に沿わせて注入口１１を後方に開口させて装着されている。そして、この裏込め材注入装置１０はプッシャー１２を内蔵された注入管３がスキンプレートの内または外に取付けられ、その注入管３の先端部が注入口１１とされ、この注入口１１端からややテール部２内側寄りの位置にベンド管１４ａの開口端が直結されてモルタル注入管１４が接続されている。
【００２０】
前記モルタル注入管１４は、その他端部を二股に分岐され、その一方管端部１４ｂをモルタル供給部に接続され、他方管端部１４ｃにはエアシリンダ１７ａを主体とする凝結剤供給管１５の進退操作手段１７が組み付けられている。そして、そのモルタル注入管１４内には、進退操作手段１７を介して可撓性で比較的硬質の凝結剤供給管１５が前記ベンド管１４ａの開口端まで貫通して挿入され、その凝結剤供給管１５の後端部が凝結剤供給部に接続されている。
【００２１】
前記凝結剤供給管１５は、その先端に所定圧力以上が作用すると開くチェック弁１６が取付けられている。その進退操作手段１７としては、前記モルタル注入管１４の分岐端部１４ｃに着脱可能に取付くエアシリンダ１７ａにてなり、このエアシリンダ１７ａのピストン１７ｂに凝結剤供給管１５が取付けられて、エアシリンダ１７ａのピストン１７ｂが１ストローク前進すると凝結剤供給管先端のチェック弁１６が前記裏込め材注入口１１の外まで突き出され、最後退すると前記チェック弁１６がモルタル供給管１４の開口端より内部に引き込まれるようにされている。なお、前記エアシリンダ１７ａをモルタル注入管１４の分岐端部１４ｃに装着した状態でエアシリンダ１７ａの先端側とそのモルタル注入管の分岐端部１４ｃ内にはグリース１８を充填して、供給されるモルタルがシリンダ側に流入しないようにされる。
【００２２】
前記モルタル供給部２０は、モルタル調整タンク２１からモルタル圧送ポンプ２２により流量計２３を介してモルタル供給管１４に接続される。また、凝結剤の供給部２５は、凝結剤調整タンク２６から圧送ポンプ２７により流量計２８を介して凝結剤供給管１５に接続される。そして、それらモルタル供給管路ならびに凝結剤供給管路には自動操作盤３０によって操作される開閉弁３１，３２が設けられ、各圧送ポンプ２２，２７も自動操作盤３０からの指令によって制御されるように構成されている。
【００２３】
前記注入口１１に設けられているプッシャー１２は、図４に示されるように、エアシリンダ１２ｂによって進退されるヘッド部１２ａを、前半部において下向き斜め（図において）に切り削いだ形状にされている。そして、エアシリンダ１２ｂの操作によって最後退したとき、前記モルタル供給管１４のベンド管１４ａ開口端を全開させて凝結剤供給管１５の先端部が注入口１１端から外に突き出す動作が容易なようにされている。なお、ヘッド部１２ａの外周にはシールリング１２ｃが取付けられ、逆流を防止できるようにされている。また、このプッシャー設置部にはプッシャー１２のヘッド部１２ａが閉位置にある個所に外部から潤滑剤（グリースまたはオイル）が送り込まれる管路１９を設けて、閉止時に潤滑剤がヘッド部１２ａの周囲に供給できるようにされ、休止時など時々潤滑剤を供給することにより進退動作を円滑にするようにされている。さらに、長時間の注入作業休止に際して、必要に応じてモルタル供給管１４内の水洗ができるようにプッシャー１２内部でヘッド部１２ａより後方位置に洗浄水供給配管４０が接続できるようになされている。
【００２４】
このように構成される裏込め材注入装置１０によってシールド掘進機１のテール部２後方に裏込め材を注入するには、自動操作盤３０上で予め設定されているプログラムによってモルタル供給部３０ならびに凝結剤供給部２５でそれぞれ所要の割合で調整されたモルタルおよび凝結剤を、モルタル供給管１４ならびに凝結剤供給管１５によって供給する指令を与えるとともに、図５（ａ），（ｂ）に示されるプッシャーの動作態様説明図で示されるように、プッシャー１２のエアシリンダ１２ｂを作動させてヘッド部１２ａを後退させる。なお、ここで使用される裏込め材となるモルタルおよび凝結剤については周知の成分のものが使用される。また、モルタルには適宜遅延剤を混入させ、裏込め後に適宜時間経過して凝結するようにされる。
【００２５】
この動作指令により、まずコンプレッサー３５を駆動して、凝結剤供給管１５の進退操作手段１７であるエアシリンダ１７ａを作動させ、エアシリンダ１７ａのピストン１７ｂを１ストローク前進させると、これに取付く凝結剤供給管１５が前進されて、その先端部に取付くチェック弁１６が注入口１１端から外側に突き出される。これに対応してモルタル供給管１４内を流れるモルタルが注入口１１に送られてテール部２後方位置の掘削壁面と覆工セグメントとの空間部に注入される。このモルタルの注入口１１からモルタルが噴出する中に位置する凝結剤供給管１５端のチェック弁１６が供給圧によって開かれると、その周囲を取り巻くように噴出するモルタルと凝結剤が混合されつつ裏込めされる。
【００２６】
注入操作を終えて停止するには、まず凝結剤の供給を停止させ、進退操作手段１７のエアシリンダ１７ａを逆作動させてピストン１７ｂを後退させ、このピストン１７ｂに繋がる凝結剤供給管１５をモルタル供給管１４内で後退させる。凝結剤供給管１５は可撓性管で比較的硬質のものであり、モルタル供給管１４内ではモルタルが流動状態にあるので、その凝結剤供給管１５が彎曲を通じての移動に支障はない。そこで、その凝結剤供給管１５を先端のチェック弁１６がモルタル供給管１４開口端（ベンド管１４ａ開口端）以内に後退させると、その凝結剤供給管１５の開閉弁３２（進退操作手段１７の後方位置に設けられている）近傍に設けられた排圧弁３４を開いて管内を減圧する（凝結剤の残留分を一部排出する）。こうすることによって、チェック弁１６は完全に閉じ、モルタルの内部に凝結剤を漏洩させることなく保たれる。
【００２７】
このようにチェック弁１６が後退すると、その次に図５（ａ）で示されるように、プッシャー１２のエアシリンダ１２ｂが前進作動してヘッド部１２ａによりモルタル供給管１４開口端（ベンド管１４ａ開口端）を閉じる。すると、そのプッシャー１２のヘッド部１２ａによってモルタル供給管１４の開口部が閉じられ、裏込め側と裏込め材（モルタルおよび凝結剤）の供給路が切離され、しかも前述のように流動性を保つモルタル内に凝結剤の出口部（チェック弁１６）が包まれるので注入休止中に注入口１１端での裏込め材の凝結付着が発生することはない。
【００２８】
シールド掘進機１の進捗で裏込め材注入作業を開始するには、後退させている凝結剤供給管１５を、その進退操作手段１７を作動させて前進させる。なお、この前にプッシャー１２を作動させてヘッド部１２ａを後退させ、注入口１１を開放させる。この際、プッシャー１２のヘッド部１２ａは、先頭部分を斜めに切り削がれているので、一旦一部を突き出すように作動させた後に後退させると、テール部２の後方に充填されて凝結している裏込め材に対して注入口１１の開口端部に存在する裏込め材を簡単に排出して開口できる。凝結剤供給管１５の前進に際しては、流動性のあるモルタルの中を突き進むことになるので何ら支障なく移動させることができる。それ以後は、前述のようにして所要量の裏込め材を注入する。
【００２９】
本実施例においては、前述のようにして裏込め材の注入操作を行うので、注入の休止時間が短いときは、注入・休止を繰り返し行うことができ、従来のように頻繁に注入作業を停止して注入管部の分解洗浄作業を必要とせず、長時間にわたって作業を行えるのである。したがって、裏込め注入作業の能率が格段に向上し、作業性も容易になるという利点がある。なお、例えば１週間に１回水洗作業を実施すれば、全体としての作業性がよくなる。このような水洗作業を実施する場合は、モルタル供給部３０ならびに凝結剤供給部２５と各供給管を切離し、プッシャー１２のヘッド部１２ａを最大に前進させることにより注入口１１端を閉鎖して、洗浄水供給配管４０に洗浄水を送ることによりプッシャー１２の内部空間とモルタル供給管１４の開口端が連通するので、この開口端からモルタル供給管１４内に洗浄水を逆流させて水洗することができる。
【００３０】
凝結剤供給管１５は可撓性管であるので、彎曲部であっても全体の長さが短く構成しておけば簡単にモルタル供給管１４内から外部に引き抜いて洗浄・点検することができる。この凝結剤供給管１５の引き抜きに際しては、エアシリンダ１７ａをその取付け部から外すことにより行える。なお、凝結剤供給管１５を元に戻すときにはエアシリンダ１７ａの装着部管内にグリ−ス１８を再充填してシール機能を与える。
【００３１】
以上に説明した裏込め材注入装置１０は、トンネル掘進機１のテール部においてスキンプレートの内周もしくは外周面に装着するものであるが、他の実施例として、シールドのスキンプレートの一部を切欠いて裏込め注入装置を組み込むことができる。この実施の形態を図６によって示している。
【００３２】
この裏込め材注入装置１Ａは、基本的に前記実施例のものと同様である。したがって、その構成において前記実施例と同一もしくは同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００３３】
この裏込め材注入装置１Ａは、シールドのスキンプレート５の一部を軸線方向に所要幅で切り込み、その切込み部に所要長さで内部に注入管３となる穴を軸線方向に穿設してなるブロック体４２をスキンプレート５の外周面に揃えて一体に設けられ、その注入管３穴の先端はテール端に開口し、反対端にシールド内部に向けて注入管接続部３ａが設けられている。この注入管３はモルタル供給管１４と連結され、前述の装置と同様にモルタル供給部３０に繋がれる。また、凝結剤供給管１５は先端にチェック弁１６を取付けられた可撓性管で比較的硬質のものであり、前記モルタル供給管１４から注入管３内に挿通されて開口部からチェック弁１６部分が突き出し可能に設けられている。
【００３４】
前記凝結剤供給管１５は前記実施例と同様にシールド内部において進退操作手段１７によって分岐されたモルタル供給管１４の他端部１４ｂを通じて外部に出され、凝結剤供給部２５に接続されている。なお、前記ブロック体４２に設けられた注入管３穴の先端は、内周部を丸く面取りして流れをよくするようにされている。また、凝結剤供給管１５の先端部外周にはモルタルの流れを阻害しない形状の浮かし部材４３が付され、チェック弁１６が開口端から突き出されたときにその周囲をモルタルが噴出して混合をよくするようにされている。
【００３５】
このように構成される裏込め材注入装置１Ａによって裏込め注入するに当てっては、前記実施例と同様にして行い同様の作業効果が得られる。この形式の場合には、注入を休止するとき、凝結剤供給管１５を進退操作手段１７によって後退させると、チェック弁１６が注入管内に引き込まれて残置するモルタルの中に収まるので、残圧を抜いてチェック弁１６が閉じられるようにすれば凝結が生じることなく、次の操作時まで待機できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本実施例の裏込め材注入装置を備えるシールド掘進機の概要図である。
【図２】図２は、要部を表わす模式図である。
【図３】図３は、凝結剤供給管の先端部を表わす図である。
【図４】図４は、裏込め材注入装置の主要部を示す図である。
【図５】図５（ａ），（ｂ）は、プッシャーの動作態様説明図である。
【図６】図６は、裏込め材注入装置の他の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１                      シールド掘進機
２                      テール部
３                      注入管
１０，１０Ａ            裏込め材注入装置
１１                    注入口
１２                    プッシャー
１２ａ                  ヘッド部
１２ｂ                  プッシャーのエアシリンダ
１４                    モルタル供給管
１４ａ                  ベンド管
１４ｂ                  モルタル供給管の一方の分岐端部
１４ｃ                  モルタル供給管の他方の分岐端部
１５                    凝結剤供給管
１６                  チェック弁
１７                    進退操作手段
１７ａ                エアシリンダ
１７ｂ                ピストン
１９                  潤滑剤の供給管路
２０                  モルタル供給部
２５                  凝結剤供給部
３０                  自動操作盤
３１，３２            開閉弁
３４                  排圧バルブ
４０                  洗浄水供給配管
【図１】
0004310042.tif 000002
【図２】
0004310042.tif 000003
【図３】
0004310042.tif 000004
【図４】
0004310042.tif 000005
【図５】
0004310042.tif 000006
【図６】
0004310042.tif 000007