(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機のテールプレートの内周面に前後方向に移動自在に設けられた内筒と、該内筒の内周面に設けられ、内筒が後退位置のとき既設セグメントとの間をシールし前進位置のとき坑内に露出するテールシールと、上記テールプレートの後部内周面に設けられ、内筒が後退位置のとき覆われ前進位置のとき露出する袋体と、露出した袋体に流体を供給して膨張させ既設セグメントとの間をシールすると共に袋体を内筒で覆うときには袋体から流体を排出して収縮させる流体給排手段と、内筒を上記後退位置乃至前進位置に移動させる移動手段とを備えたことを特徴とするシールド掘進機のテールシール交換機構。
【請求項２】
上記移動手段が、シールド掘進機を前進させる推進ジャッキと、該推進ジャッキと上記内筒とを連結する連結部材とからなる請求項１記載のシールド掘進機のテールシール交換機構。
【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シール交換機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘進機のテールプレートの内周面には、その内側に位置する既設セグメントの外周面との間をシールするためのテールシールが、軸方向に所定間隔を隔てて複数列状に設けられている。これらテールシールは、シールド掘進機の掘進中に既設セグメントの外周面に押し付けられて擦り付けられるため、長距離掘進を行う場合には交換が必要となる。
【０００３】
従来、テールシールの交換は、テールプレートと既設セグメントとの境目近傍の側部地山を薬剤注入によって地盤改良したり凍結させたりして止水性を確保した後、テールプレートが対向する部分の既設セグメントを取り外してプレート内周面に取り付けられたテールシールを坑内に露出させ、それらを新品と交換するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる工法にあっては、側部地山が地盤改良や凍結されているとはいえ、坑内への地下水の噴発を完全に防止するために最後列のテールシールを残し、それより前方のテールシールのみを交換している。従って、上記工法では最後列のテールシールが交換できないという問題がある。
【０００５】
また、側部地山が地盤改良や凍結により止水されているとはいえ、テールシールを取り外すときにはテールプレートと既設セグメントとの間のシール部材がなくなる（最後列のみとなる）ため、交換時の止水性・安全性を確保するためには薬剤注入や凍結を十分に行う必要がある。また、このような薬剤注入による地盤改良や地山の凍結には長期間必要であり工期が長くなる。
【０００６】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、最後列を含めた全てのテールシールを交換でき、交換時の止水性・安全性を確保でき、工期の短縮が図れるシールド掘進機のテールシール交換機構を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係るシールド掘進機のテールシール交換機構は、シールド掘進機のテールプレートの内周面に前後方向に移動自在に設けられた内筒と、該内筒の内周面に設けられ、内筒が後退位置のとき既設セグメントとの間をシールし前進位置のとき坑内に露出するテールシールと、上記テールプレートの後部内周面に設けられ、内筒が後退位置のとき覆われ前進位置のとき露出する袋体と、露出した袋体に流体を供給して膨張させ既設セグメントとの間をシールすると共に袋体を内筒で覆うときには袋体から流体を排出して収縮させる流体給排手段と、内筒を上記後退位置乃至前進位置に移動させる移動手段とを備えたものである。
【０００８】
本発明によれば、次のようにしてテールシールを交換する。まず、内筒を移動手段によって前進位置に移動させ、内筒に設けたテールシールを坑内に露出させると共に、内筒によって覆われていたテールプレートの袋体を露出させる。そして、露出した袋体に流体給排手段によって流体を供給して膨張させ、既設セグメントに接触させて既設セグメントとテールプレートとの間のシールを確保する。この状態で、坑内に露出したテールシールを新品と交換する。
【０００９】
このように、膨張した袋体が既設セグメントとテールプレートとの間のシール部材として機能する状態でテールシールを交換できるので、テールシール交換時における止水性・安全性が向上すると共に、側部地山の薬注範囲や凍結範囲を小さくでき工期の短縮を図れる。また、内筒を前進位置としたとき、内筒に設けた全てのテールシールが坑内に露出するようにすれば、最後列を含めた全てのテールシールを交換できる。
【００１０】
その後、新品のテールシールが取り付けられた内筒を、移動手段によってテールプレートに対して相対的に後退させ、当初の状態に戻す。これに先立って、流体給排手段によって袋体から流体を排出して、袋体を収縮状態としておくことにより、収縮状態の袋体が後退する内筒によって覆われ、内筒が後退位置となったときに当初の状態に戻る。このとき、収縮した袋体は、テールプレートと内筒との間に挟まれた状態となるので、その間のシール部材としても機能する。
【００１１】
なお、上記移動手段が、シールド掘進機を前進させる推進ジャッキと、その推進ジャッキと上記内筒とを連結する連結部材とからなっていてもよい。こうすれば、推進ジャッキが移動手段としても用いられるため、専用の移動手段を設ける必要がなくなり、低コストとなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１に示すように、シールド掘進機の外殻となる円筒状のシールドフレーム１の後端部には、段差部２を介してそれより板厚が薄く形成された円筒状のテールプレート３が設けられている。テールプレート３は、軸方向前方に位置する厚板部３ａと、その後方に段差部３ｂを介して接続された薄板部３ｃとから一体的に構成されている。
【００１４】
かかるテールプレート３の厚板部３ａの内周面には、内筒４が軸方向の前後に移動自在に設けられている。内筒４は、上記段差部３ｂと同じ厚さに形成された厚板部４ａと、その後方に一体的に形成された薄板部４ｂとからなる。薄板部４ｂの内周面には、テールシール５ａ、５ｂが設けられている。テールシール５ａ、５ｂは、図５(a) に示すように内筒４が後退位置のとき既設セグメント６に接触してシールすると共に、図５(c) に示すように内筒４が前進位置のとき坑内７に露出する。テールシール５ａ、５ｂは、本実施形態では２列配置されているが、３列以上配置してもよい。
【００１５】
内筒４の厚板部４ａには、図４にも示すように、穴部８が周方向に所定間隔を隔てて複数設けられている。これら穴部８は、図１に示すように推進ジャッキ９（後に詳述する）を伸長させたとき、坑内７に露出する位置に形成されている。この構成によれば、穴部８の内周縁をテールプレート３の厚板部３ａに溶接することにより内筒４がテールプレート３に固定され、その溶接を坑内７から外すことにより内筒４が軸方向に移動自在となる。なお、ボルト等によって内筒４を固定してもよい。
【００１６】
図１および図４に示すように、内筒４を後退位置としたときには、内筒４の前端４ｃと段差部２との間に、スペーサ部材１０が介設される。スペーサ部材１０は、その両端部が内筒４の前端４ｃと段差部２とに溶接またはボルトによって固定されて内筒４の位置を保持すると共に、その溶接またはボルトを取り外すことによりフリーになる。なお、スペーサ部材１０は、ロッド状のものに限られず、テールプレート３の内周面に沿った板状のものでもよい。また、このスペーサ部材１０の溶接等による内筒４の固定と、上記穴部８の溶接等による内筒４の固定とは、いずれか一方のみでもよい。
【００１７】
テールプレート３の後部内周面（薄板部３ｃの内周面）には、図５(a) に示すように上記内筒４が後退位置のとき覆われ、図５(c) に示すように内筒４が前進位置のとき露出する袋体１１ａ、１１ｂが設けられている。袋体１１ａ、１１ｂは、ゴムの如き進展性のある材質から一体的にそれぞれ周方向に沿ってリング状に形成されており、収縮時の厚さが段差部３ｂと一致するようになっている。また、袋体１１ａ、１１ｂは、図２に示すように周方向に沿って形成された押え板１２とボルト１３とによって、薄肉部に液密または気密に取り付けられている。また、袋体１１ａ、１１ｂは、図例のように軸方向前後に所定間隔を隔てて２列配置するのみならず、１列でも３列以上でもよい。また、別体でもよい。
【００１８】
各袋体１１ａ、１１ｂの間隔は、図５(b) に示すように内筒４が途中まで前進して後述する流体給排手段１４により後列の袋体１１ｂが膨張したとき、その前方の後列のテールシール５ｂがセグメント６に接触する間隔となっている。これにより、内筒４の移動中に常に２段シールがなされ、止水性を確保できる。すなわち、袋体１１ａ、１１ｂおよびテールシール５ａ、５ｂの間隔は、図５(a) のように内筒４の後退位置では２列のテールシール５ａ、５ｂにより２段シールが達成され、図５(b) のように内筒４の前進途中ではテールシール５ｂと袋体１１ｂとにより２段シールが達成され、図５(c) のように内筒４の前進位置では膨張した２列の袋体１１ａ、１１ｂにより２段シールが達成されるように設定されている。
【００１９】
流体給排手段１４は、図５(b),図５(c),図６(d) に示すように露出した袋体１１ａ、１１ｂに流体を供給して膨張させ既設セグメント６との間をシールすると共に、図６(e),図６(f) に示すように袋体１１ａ、１１ｂを内筒４で覆うときには袋体１１ａ、１１ｂから流体を排出して収縮させるものである。流体給排手段１４は、図１に示すように、一端がシールドフレーム１内部に開口され、他端が上記袋体１１ａ、１１ｂに接続された配管１５を有している。配管１５は、坑内７側からシールドフレーム１を貫通した後、テールプレート３の外周面に沿って軸方向後方に延出され、テールプレート３の薄肉部３ｃを貫通して上記袋体１１ａ、１１ｂに接続される。
【００２０】
配管１５の坑内７側の端部には、開閉弁１６を介してポンプが１７接続され、ポンプ１７には、水や空気等の流体が供給される。この構成によれば、ポンプ１７により流体を袋体１１ａ、１１ｂに供給して膨張させ、開閉弁１６を閉じることにより、袋体１１ａ、１１ｂを所定の膨張状態に保持できる。また、テールプレート３の外周面には、図３にも示すように、上記配管１５を側部地山から防護するためにカバー１８が設けられている。かかるカバー１８および配管１５は、本実施形態では図３に示すように90度間隔で４ヶ個設けられているが、この個数および間隔に限られることはない。なお、カバー１８を液密または気密に構成し、そのカバー１８内に直接流体を給排するようにしてもよい。
【００２１】
シールドフレーム１には、上記内筒４を図５(a) に示す後退位置乃至図５(c) に示す前進位置に移動させるための移動手段１９が設けられている。移動手段１９は、本実施形態にあってはシールド掘進機を前進させる推進ジャッキ９と、推進ジャッキ９と内筒４とを連結する連結部材２０とからなっている。推進ジャッキ９は、ヘッド部９ａがシールドフレーム１に固定され、ロッド部９ｂが後方に伸長して既設セグメント６に当接するようになっている。連結部材２０は、ロッド部９ｂのシュー９ｃを貫通して内筒４の係合穴の挿入される連結ピン２１から構成されている。なお、かかる移動手段１９は、上記推進ジャッキ９に限られず、内筒４を移動する専用のジャッキ又はウィンチ等であってもよい。
【００２２】
以上の構成からなるテールシール交換機構の作用（テールシールの交換手順）を、図１、図５および図６を用いて説明する。
【００２３】
図１はシールド掘進機の通常の掘進状態を示す図である。このとき内筒４は、穴部８の溶接およびスペーサ部材１０の溶接によって（図４参照）、テールプレート３に後退位置に固定されている。シールド掘進機の掘進は、一般的な掘進と同様に、図１の状態から推進ジャッキ９を収縮させ、空いたスペースに新たなセグメント６を組み込み、推進ジャッキ９を伸長させることによってなされる。
【００２４】
掘進中、内筒４に設けられたテールシール５ａ、５ｂは、既設セグメント６に摺接して内筒４と既設セグメント６との間をシールするが、これにより摩耗又は破損するため交換が必要になるのである。かかる掘進中、袋体１１ａ、１１ｂは、収縮時の厚さが段差部３ｂと一致するよう形成されているので、内筒４とテールプレート３との間のシール部材として機能する。また、袋体１１ａ、１１ｂにポンプ１７によって水または空気を僅かに供給した状態で開閉弁１６を閉じ、袋体１１ａ、１１ｂを僅かに膨張させた状態に保持することによりシール性の向上を図ってもよい。
【００２５】
テールシール５ａ、５ｂを交換するときには、図５(a) に示すように、先ず、推進ジャッキ９のシュー９ｃと内筒４とを連結ピン２１によって連結し、推進ジャッキ９を油圧ロックすることによって内筒４の位置を保持する。そして、上記穴部８の溶接を外すと共にスペーサ部材１０の溶接を外してスペーサ部材１０を取り除き、内筒４を軸方向にスライド自由にする。そして、図１に示す開閉弁１６を開いてポンプ１７を作動させ、袋体１１ａ、１１ｂに水または空気を供給する。
【００２６】
そして、図５(b) に示すように、推進ジャッキ９を収縮させて内筒４を前進させ、内筒４の内周面に取り付けられた前列のテールシール５ａを坑内７に露出させると共に、内筒４の外周面で覆われていた後列の袋体１１ｂを露出させる。すると、後列の袋体１１ｂは、露出と同時に膨張して既設セグメント６に接触し、テールプレート３と既設セグメント６との間をシールする。このとき、後列のテールシール５ｂも既設セグメント６に接触してその間をシールするので、図５(a) の状態と同様に２段シールが確保できる。
【００２７】
そして、図５(c) に示すように、更に推進ジャッキ９を収縮させて内筒４を前進位置（内筒４の前端４ｃが段差部２に当接する位置）まで前進させ、内筒４の内周面に取り付けられた後列のテールシール５ｂをも坑内７に露出させると共に、内筒４の外周面で覆われていた前列の袋体１１ａをも露出させる。すると、露出した前列の袋体１１ａも同様に膨張して既設セグメント６に接触し、テールプレート３と既設セグメント６との間をシールする。これにより、図５(a) の状態と同様に２段シールが確保できる。
【００２８】
この図５(c) の状態のとき、図１に示す開閉弁１６を閉じポンプ１７を停止させることにより２列の袋体１１ａ、１１ｂの膨張を保ってもよく、開閉弁１６を開きポンプ１７を作動させた状態で図示しないレギュレータ等で袋体１１ａ、１１ｂへの供給圧力を調圧することにより２列の袋体１１ａ、１１ｂの膨張を保ってもよい。このように、テールプレート３と既設セグメント６との間は、内筒４の前進位置に拘らず、テールシール５ａ、５ｂ又は袋体１１ａ、１１ｂのいずれかによって常に２段シールが達成されるので、シール性が良好に保持される。
【００２９】
そして、図５(c) のように坑内７に露出したテールシール５ａ、５ｂを新品に交換する。この際、内筒４からテールシールテール５ａ、５ｂを取り外してテールシールテール５ａ、５ｂのみを交換してもよく、内筒４をテールプレート３から取り外して内筒４ごとテールシール５ａ、５ｂを交換してもよい。内筒４ごと交換するときには、内筒４を周方向に複数に分割して各分割片ごとに交換するようにする。こうしてテールシール５ａ、５ｂを交換したならば、図６(d) に示すように推進ジャッキ９の収縮によって生じたスペースに新たなセグメント６ａを１リング分組み付ける。
【００３０】
そして、図１の開閉弁１６を開きポンプ１７を停止又は逆作動させて袋体１１ａ、１１ｂを収縮させる。このときテールプレート３と既設セグメント６ａとの間のシールは、取り替えられた新品のテールシール５ａ、５ｂによってなされることになる。そして、図６(e) に示すように、推進ジャッキ９を伸長させてシールド掘進機を前進させ、掘進機（シールドフレーム１）と一体のテールプレート３を、ジャッキシュー９ｃと一体の内筒４に対して前進させる。これは、相対的には内筒４をテールプレート３に対して後退させることになる。
【００３１】
すると、後退する内筒４の外周面によって先ず前列の収縮状態の袋体１１ａが覆われ、その後図６(f) に示すように内筒４が後退位置となったとき、後列の袋体１１ｂも覆われ、図５(a) に示す当初の状態に戻る。その後、図４に示すように内筒４の穴部８をテールプレート３の厚板部３ａに溶接し、内筒４の前端４ｃと段差部２との間にスペーサ部材１０を溶接して、内筒４をテールプレート３に固定する。そして、連結ピン２１をシュー９ｃおよび内筒４から取り外し、推進ジャッキ９と内筒４とを切り離す。これにより、テールシール５ａ、５ｂの交換作業が終了する。
【００３２】
以上の工法によれば、袋体１１ａ、１１ｂは、図１および図５(a) に示すようにその収縮時にはテールプレート３と内筒４との間のシール部材として機能すると共に、図５(c) に示すように膨張時にはテールプレート３と既設セグメント６との間のシール部材として機能する。このように、袋体１１ａ、１１ｂが、図１に示す通常掘進時のテールプレート３と内筒４との間のシール部材と、図５(c) に示すテールシール５ａ、５ｂ交換時のテールプレート３と既設セグメント６との間のシール部材とを兼用するので、構造が簡素化できる。
【００３３】
また、図５(c) に示すように、膨張した袋体１１ａ、１１ｂが既設セグメント６とテールプレート３との間のシール部材として機能する状態でテールシール５ａ、５ｂを交換できるので、テールシール５ａ、５ｂ交換時における止水性・安全性が向上するのみならず、側部地山の薬注範囲や凍結範囲を小さくでき工期の短縮を図れる。また、図５(a),(b),(c) に示すように常に２段シールを確保できるので大深度掘進等の高水圧下でも交換できる。また、図５(c) に示すように、内筒４を前進位置としたとき、内筒４に取り付けた全てのテールシール５ａ、５ｂが坑内に露出するようにしているので、最後列を含めた全てのテールシール５ａ、５ｂを交換できる。
【００３４】
また、上記袋体１１ａ、１１ｂは、進展性のあるゴムの如き材質から形成されているので、繰返して膨張収縮させることが可能であり、図５および図６の手順を繰り返すことによりテールシール５ａ、５ｂを何回でも交換できる。なお、袋体１１ａ、１１ｂに蛇腹状の折畳部を設け、それを折り畳んだ状態で収縮させ、展開した状態で膨張させるようにしてもよい。
【００３５】
また、本実施例においては、内筒４を移動させる移動手段１９にシールド掘進機の推進ジャッキ９を兼用しているので、専用の移動手段１９を設ける必要がなくなり、低コスト化に繋がる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るシールド掘進機のテールシール交換機構によれば、最後列を含めた全てのテールシールを交換できると共に、交換時の止水性・安全性を確保でき、且つ工期の短縮が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すシールド掘進機のテールシール交換機構の側断面である。
【図２】図２(a) は袋体のテールプレートへの取付状態を示す側断面図であり、図２(b) は図１のII-II 線断面矢示図である。
【図３】シールド掘進機を輪切りにした断面図である。
【図４】図１のIV-IV 線断面矢示図である。
【図５】上記テールシール交換機構の作動を示す説明図である。
【図６】上記テールシール交換機構の作動を示す説明図である。
【符号の説明】
３  テールプレート
３ｃ  後部内周面としての薄板部
４  内筒
５ａ  テールシール
５ｂ  テールシール
６  既設セグメント
７  坑内
９  推進ジャッキ
１１ａ  袋体
１１ｂ  袋体
１４  流体給排手段
１９  移動手段
２０  連結部材
【図１】
0003840780.tif 000002
【図２】
0003840780.tif 000003
【図３】
0003840780.tif 000004
【図４】
0003840780.tif 000005
【図５】
0003840780.tif 000006
【図６】
0003840780.tif 000007