(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セグメントの外周部に掘進軸方向に間隔を隔てて複数取り付けられ拡縮自在に形成された環状のシール部材と、
該シール部材を拡径させるために上記セグメントに設けられた拡径手段と、
該拡径手段によって拡径された上記シール部材が押し付けられるべくシールド掘進機のテール部の内周面にその周方向に沿って設けられた当て板とを備え、
該当て板は、上記テール部の内周面に装着されテールシールを支持するための支持金具と、該支持金具の径方向の厚さと同じ厚さに形成され上記テール部の内周面に装着された板とからなる
ことを特徴とするシール装置。
【請求項２】
上記セグメントに、上記各シール部材同士の間に充填材を注入することで、上記当て板の内周部と上記セグメントの外周部との間に止水区画を形成するための充填材供給手段を接続した請求項１記載のシール装置。
【請求項３】
上記充填材供給手段は、上記テールシールと該テールシールに隣接する上記シール部材との間にも充填材を注入するものである請求項２記載のシール装置。
【請求項４】
上記拡径手段が、上記シール部材を拡径させるために上記セグメントに径方向に移動自在に設けられた移動部材と、該移動部材を径方向外方に移動させるために上記セグメントに設けられた押圧部材とから構成された請求項１〜３のいずれかに記載のシール装置。
【請求項５】
上記シール部材が、上記セグメントの前面側に一端が取り付けられた断面Ｌ字状の可撓性部材からなる請求項１〜４のいずれかに記載のシール装置。
【請求項６】
シールド掘進機のテール部の内周面に設けられたテールシールを掘進途中で交換する方法であって、
予め、シールド掘進機のテール部の内周面に、最後尾のテールシールを支持するために装着された支持金具に隣接させて、該支持金具の径方向の厚さと同じ厚さに形成された板を装着しておき、
最も掘進前方側に設置した第一のセグメントの外周部に拡縮自在の環状のシール部材を掘進軸方向に間隔を隔てて複数取り付ける第一工程と、
上記第一のセグメントの前面に第二のセグメントを組み付けると共に上記シールド掘進機を前進させて上記支持金具及び板を上記シール部材の径方向外方に位置させる第二工程と、
上記シール部材を拡径させて上記当て板及び支持金具に押し付けると共に拡径された複数のシール部材間に充填材を注入して上記支持金具及び板の内周部と上記第一のセグメントの外周部との間に止水区画を形成する第三工程と、
上記第二のセグメントを撤去して機内に露出したテールシールを新しいテールシールに交換する第四工程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、シール装置及びこのシール装置を使用して行うシールド掘進機のテールシール交換方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近来のシールド掘進工法においては、長い距離の掘進の途中でテールシールを交換するため、或いは緊急止水のために、シールド掘進機のテール部内周面とセグメント外周面との間を任意にシールするシール装置が種々提案されている。例えば実公平６−３０９５８号公報には、図１４に示すように、シールド掘進機のテール部１に設けられた円環状の可撓性部材２と、その径方向内側で起伏自在となるように取り付けられたシールリング３とを備えたシール装置が開示されている。すなわち可撓性部材２をその内部に圧力流体を注入することで膨らませて、シールリング３を径方向内方に屈折させ、その後端部４をセグメント５の外周面６に押し付けてシールするものである。可撓性部材２は、掘進軸方向の前後端の取付部２ａ，２ｂが径方向のボルト７にて取り付けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記したような従来のシール装置においては、流体の圧力は可撓性部材２の膨脹変形に費やされることが多いので、その押し付け力（単位面積当りの押圧力）には限界があるばかりか単列の可撓性部材の接触のみでの止水であるため、シール接触の相手面であるセグメントピース側に段差や面取加工があると止水性確保は困難であり、また縮径止水のため可撓性材にシワが生じやすく、大深度掘進などにおける高地下水圧の条件下では、シール信頼性が低くて採用できないという問題があった。この課題に対して、同じシール装置を多段に設けることも考えられるが、単に複数段設けても個々の止水性能は大して変わらないので、所望する止水性能を確保することは難しい上に、テール部１に推進軸方向に大きなシール取付箇所を必要とする分だけシールド掘進機の機長が長くなり、カーブ施工性が悪くなるという問題が生じる。このシールド掘進機の機長の点については、セグメント側にシール装置を設ける場合でも、テール部のテールシール間の内周面にはシールを受ける部分（当て板）を設けることが必要なので、同様に問題となる。
【０００４】
そこで本発明は、シール性能が高く、シールド掘進機の機長が過度に長くなることのないシール装置、及びそのシール装置を使用して行うシールド掘進機のテールシール交換方法を提供すべく創案されたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決すべく、第１の発明は、セグメントの外周部に掘進軸方向に間隔を隔てて複数取り付けられ拡縮自在に形成された環状のシール部材と、該シール部材を拡径させるために上記セグメントに設けられた拡径手段と、該拡径手段によって拡径された上記シール部材が押し付けられるべくシールド掘進機のテール部の内周面にその周方向に沿って設けられた当て板とを備え、該当て板は、上記テール部の内周面に装着されテールシールを支持するための支持金具と、該支持金具の径方向の厚さと同じ厚さに形成され上記テール部の内周面に装着された板とからなるものである。
【０００６】
上記セグメントに、上記各シール部材同士の間に充填材を注入することで、上記当て板の内周部と上記セグメントの外周部との間に止水区画を形成するための充填材供給手段を接続してもよい。
また、上記充填材供給手段は、上記テールシールと該テールシールに隣接する上記シール部材との間にも充填材を注入するものであってもよい。
【０００７】
また、上記拡径手段が、上記シール部材を拡径させるために上記セグメントに径方向に移動自在に設けられた移動部材と、該移動部材を径方向外方に移動させるために上記セグメントに設けられた押圧部材とから構成されてもよい。
また、上記シール部材が、上記セグメントの前面側に一端が取り付けられた断面Ｌ字状の可撓性部材からなっていてもよい。
【０００８】
また、第２の発明は、シールド掘進機のテール部の内周面に設けられたテールシールを掘進途中で交換する方法であって、予め、シールド掘進機のテール部の内周面に、最後尾のテールシールを支持するために装着された支持金具に隣接させて、該支持金具の径方向の厚さと同じ厚さに形成された板を装着しておき、最も掘進前方側に設置した第一のセグメントの外周部に拡縮自在の環状のシール部材を掘進軸方向に間隔を隔てて複数取り付ける第一工程と、上記第一のセグメントの前面に第二のセグメントを組み付けると共に上記シールド掘進機を前進させて上記支持金具及び板を上記シール部材の径方向外方に位置させる第二工程と、上記シール部材を拡径させて上記当て板及び支持金具に押し付けると共に拡径された複数のシール部材間に充填材を注入して上記支持金具及び板の内周部と上記第一のセグメントの外周部との間に止水区画を形成する第三工程と、上記第二のセグメントを撤去して機内に露出したテールシールを新しいテールシールに交換する第四工程とを備えたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
【００１０】
図１乃至図３は、本発明にかかわるシール装置の第一の実施の形態を示したものである。このシール装置は、特製セグメント１１，１２の外周部１３にそれぞれ1 個取り付けられ、拡縮自在に形成された環状のシール部材１４，１５と、シール部材１４，１５を拡径させてシールド掘進機のテール部１６の内周面１７に押し付けるための拡径手段１８と、拡径されたそれぞれのシール部材１４，１５間に止水用充填材を注入するための充填材供給手段１９とにより主として構成されている。この実施の形態では、二個のシール部材１４，１５が二リングの特製セグメント１１，１２のそれぞれの外周部１３に取り付けられて、掘進軸方向Ａに並設されている。
【００１１】
特製セグメント１１，１２は所定の強度を有した鋼板にて組み立てられ、円環を分割した形状の前板２０，２１、後板２２，２３及び円筒を軸線方向に分割した形状の外周板２４，２５によって、正規タイプの鋼製セグメント２６と同等の構造強度を有し、掘進軸方向Ａの厚さは薄いセグメント形状に成形されている。前板２０，２１及び後板２２，２３は、その面が掘進軸方向Ａに向いており、前板２０，２１の外径は正規タイプセグメント２６よりも適宜小さく、後板２２，２３の外径は前板２０，２１よりも大きく且つ正規タイプセグメント２６よりも若干小径になっている。前板２０，２１及び後板２２，２３の内径は正規タイプセグメント２６の内径に揃えられるかまたは少し小径になっている。外周板２４，２５は短円筒を掘進軸方向Ａに分割した円弧形状を呈し、前板２０，２１の外周端と後板２２，２３の半径方向幅の中間位置付近との間に掛け渡され、それぞれに水密の溶接にて固定されている。また外周板２４，２５にはその前端から適宜隔てられた位置に、後板２２，２３と並行な取付板２７，２８が溶接にて固定され、取付板２７，２８の外周端の位置は後板２２，２３の外周端と同外径に揃えられている。すなわち特製セグメント１１，１２の外周部１３には、外周板２４，２５、取付板２７，２８及び後板２２，２３によって、径方向外方に開口した断面コ字状の溝部２９，３０が区画されている。後板２２，２３及び前板２０，２１の内径側にはボルト挿通穴３１が形成され、正規タイプセグメント２６或いは他の特製セグメント１１，１２に対して掘進軸方向Ａのジョイントボルト３２及びナット３３にて連結されるようになっている。
【００１２】
図４に示すように、特製セグメント１１，１２は周方向に複数に分割成形されている。この実施の形態では六等分割され、それぞれの分割片１１ａ，１２ａは中心角θが60度の円弧状となっている。この分割構造は、坑内への持ち込みや組み付け時に、坑内の掘進軸方向Ａに通る各種配管、配線やセグメントピース搬入用のホイストビーム等の一時解体・撤去を避けるため、或いはシールド掘進機内での組立作業を容易にするためのものである。また分割数は六に限らないが、シールド掘進機は停止しているときにも、切羽側からの水圧・土圧に抗する推力を、シールドジャッキを介してセグメントに反力をとることで維持しているので、分割数が少ないと、これを組み付けるために多数のシールドジャッキを引き込まなければならなくなって、推力が不足する。従って分割数はセグメントリングにおける分割ピース数と同じにすることが好ましい。各分割片１１ａ，１２ａの周方向両端には互いにボルト（図示せず）締結させるためのフランジ３４が前板２０，２１と後板２２，２３および外周板２４，２５と溶接付されている。また前板２０，２１と後板２２，２３および外周板２４，２５との間には、フランジ３４と同様に掘進軸方向Ａに伸びる板状のリブ３５が周方向に適宜間隔で複数設けられている。
【００１３】
次にシール部材１４，１５は、断面Ｌ字状のゴム等の弾性変形可能な材料（可撓性のある材料）で成り、その一側（一端）が取付部３６，３７として、特製セグメント１１，１２の前面側となる取付板２７，２８の前面に重ね合わされて、押え板４３，４４を介して掘進軸方向Ａのボルト３８にて取り付けられる。シール部材１４，１５の他側は、この取り付けられた状態で自由に弾性変形する圧接部３９，４０となる。この圧接部３９，４０は、原位置では溝部２９，３０を覆うようにその内周面３９ａ，４０ａが取付板２７，２８及び後板２２，２３の外周端に当接すると共に、外周圧接面３９ｂ，４０ｂは、正規タイプセグメント２６の外周面２６ａに揃えられて収納状態となる。言い換えると、取付板２７，２８及び後板２２，２３の外周端は、シール部材１４，１５の肉厚の分だけ、正規タイプセグメント２６の外周面２６ａよりも径方向内方に後退するように形成されている。なおシール部材１４，１５の断面Ｌ字状の原型を、その内角が90度よりも小として、圧接部３９，４０が径方向内方に復元力が強く作用するようにしてもよい。また取付板２７，２８の掘進前方Ｆの角は、シール部材１４，１５の内角部分の形状に相応した丸みを帯びた形状となっている。そして図５に示すように、シール部材１４，１５は連続した円環状に形成されており、一箇所が切断されて、搬入しやすい形状にできるようになっている。この切断面４１は、特製セグメント１１，１２の外周部１３に取り付けられる前にシールド掘進機のテール部１６内の空間を掘進軸方向Ａに通る配線、配管、セグメントピース搬入用ホイストビーム等を内包させた状態で接合加工される。
【００１４】
またシール部材１４，１５及び取付板２７，２８に形成されたボルト用キリ穴４２ａおよびボルト用ネジ穴４２ｂは、周方向に千鳥配列で設けられている。そしてシール部材１４，１５の掘進前方Ｆには、取付板２７，２８との間にシール部材１４，１５の取付部３６，３７を挟むシール押え４３，４４が設けられている。シール押え４３，４４は、外周板２４，２５の外側に嵌まるような円環を径方向に多分割した円弧形状を呈し、掘進軸方向Ａに貫通するボルト穴４５が形成されていると共に、前面にはボルト３８の頭部を収容する凹部４６が形成されている。すなわち特製セグメント１１，１２の前面側からシール部材１４，１５の取り付け作業ができるようになっており、ボルト３８による締付力が略均等に分散作用するようにして、取付部３６，３７の損傷を避け、確実な取付状態を維持できるようになっている。シール押え４３，４４は、シールドジャッキの引込み数を少なくして取り付け作業ができるように、例えば12〜24に分割する。なおこれらシール押え４３，４４の外径は互いに若干異なっており、後方側のシール押え４４の外周端は後板２３に揃えられ、前方側のシール押え４３の外周端は正規タイプセグメント２６に揃えられている。すなわち後方側のシール部材１５の圧接部４０後端は、後板２３の外周端を覆うように延びて正規タイプセグメント２６の前端に当るようになっており、前方側のシール部材１４の圧接部３９後端は、後板２２を越えて後方側の特製セグメント１２のシール押え４４の外周端を覆うように延び、後方側のシール部材１５の角部前端に接するようになっている。従って原位置においては、これらシール部材１４，１５の外周圧接面３９ｂ，４０ｂが、正規タイプセグメント２６の外周面２６ａと一連な平滑面を隙間無く形成するようになっている。なおシール部材１４，１５は前後で同じ形状のものを使用しているので、各特製セグメント１１，１２の溝部２９，３０の幅および外周板２４，２５の幅は、前方側のものを後方側のものよりも狭くしている。逆にシール部材１４，１５を、前方側のものがシール押え４４の厚さの分だけ圧接部３９を長くしたものにすれば、特製セグメント１１，１２の基本形状を前後共通にできる。
【００１５】
次に拡径手段１８は、シール部材１４，１５の内周側に設けられた移動部材であるシール押上ピース４７と、シール押上ピース４７を機械的に径方向外方に移動させる押圧部材であるピース移動ネジ４８とネジ受け６３とにより構成されている。図６にも示すように、シール押上ピース４７は、掘進軸方向Ａに薄い偏平な略円弧状の部材で成り、取付板２７，２８に相応した高さを有して溝部２９，３０内に収容されている。すなわちシール押上ピース４７の円弧状の外周面が、シール部材１４，１５の圧接部内周面３９ａ，４０ａに面接触する当接面４９として形成されている。シール押上ピース４７の周方向中央には半径方向に延びたメネジ穴５０が形成されており、この中央部分５１の掘進軸方向Ａの厚さ５１ａは、シール部材１４，１５の圧接部内周面３９ａ，４０ａの掘進軸方向Ａの長さよりも充分小さく、且つその周方向両側の部分５２の厚さ５２ａよりも若干大きいものとなっている。また両側部分５２の内径側５２ｂは、中央部分５１に近い部分を残して正面視で略長方形状に切り欠かれている。また図４に示したように、このシール押上ピース４７は、特製セグメント１１，１２の各分割片１１ａ，１２ａに適宜数だけ配設されるように、各分割片１１ａ，１２ａの周方向長さを適宜分割した長さで形成されている。この実施の形態では、シール押上ピース４７の長さは分割片１１ａ，１２ａの周長を四分割した長さとなっており、円弧の中心角でいえば15度の円弧長さとなっている。そしてシール押上ピース４７の長手方向両端面４７ａは、図３（ａ）に示したような原位置で両隣のもの同士がほぼ密着するように、半径方向に延びる面となっている。なおメネジ穴５０は加工製造上、外周の当接面４９まで貫通させているが、当接時に穴端がシール部材１４，１５を傷付けることがないように、封止板５３が嵌着されている。封止板５３の外表面は滑らかに仕上げられている。またシール押上ピース４７の当接面４９の縁（角部）の部分も、同様の理由で丸みを帯びた形状としている。なおメネジ穴５０の穴端に丸みをつけ封止板５３を省略し、穴端を開放のままにすることもできる。
【００１６】
またシール押上ピース４７の掘進軸方向Ａ前後には、その径方向の移動を案内する一対のピースガイド５４が設けられている。図７にも示すように、ピースガイド５４は、シール押上ピース４７と取付板２７，２８、及び後板２２，２３との間を埋めるスペーサとして形成され、対向する片面にはシール押上ピース４７の中央部分５１の形状に相応した凹部５５が形成されている。ピースガイド５４の周方向の長さは、シール押上ピース４７よりも短く形成され、溝部２９，３０内において不連続に独立して収容されている。また前後一対のピースガイド５４は、その内径側に設けられた連結材５６にて連結され、特製セグメント１１，１２の外周部１３において必要なシールド掘進機の推進反力（推進ジャッキの反力）が取れるように補強している。なお図１に示したように、シール押上ピース４７は、溝部２９，３０内においてシール部材１４，１５の圧接部３９，４０の掘進軸方向Ａの中央付近に当接するように位置しており、前方側のシール押上ピース４７は、シール部材１４が掘進後方Ｒに偏っている分だけ溝部２９，３０の掘進後方Ｒ寄りに設けられている。このため前方側のシール押上ピース４７と後板２２との間には、図８に示すように、厚さの薄いピースガイド５７が設けられており、シール押上ピース４７と取付板３６との間のピースガイド５４に連結材５６にて連結されている。
【００１７】
ピース移動ネジ４８は、メネジ穴５０に相当する長さのオネジ部５８と、回転工具（スパナ、インパクトレンチなど）に嵌め合わされる六角柱状の頭部５９と、頭部５９とオネジ部５８とをつなぐ中間部６０とで成る。特製セグメント１１，１２の外周板２４，２５には中間部６０の外径に相当する径の挿通穴６１が形成されていると共に、その径方向内方側の面には中間部６０に形成された鍔６２に係合するネジ受け６３が取り付けられている。すなわちオネジ部５８が溝部２９，３０内に突出した状態で、ピース移動ネジ４８を軸回りに回転自在に保持できるようになっている。従って、シール押上ピース４７のメネジ穴５０にオネジ部５８を螺合させ、これらがネジ軸方向に互いに離反するように頭部５９を回転すると、シール押上ピース４７はピースガイド５４，５７に案内されて径方向外方に移動し、シール部材１４，１５の圧接部３９，４０を押し上げて、シールド掘進機のテール部１６に押し付けることになる。
【００１８】
テール部１６を実質的に構成しているテールプレート６４の後端部には、断面Ｕ字状の支持金具６６と一体に形成されたテールシール６５が取り付けられており、この支持金具６６の掘進前方Ｆに、支持金具６６の厚さとほぼ同じ厚さで全周円環状の当て板６７が溶接されている。この実施の形態では、図２に示したように、後方側のシール部材１５が支持金具６６の内面６６ａに、また前方側のシール部材１４が当て板６７の内面６７ａにそれぞれ押し付けられて、シール状態となるように構成されている。従ってこれら内面６６ａ，６７ａが、実質的にテール部１６の内周面１７を形成していることになる。当て板６７は、シール部材１４，１５をテールプレート６４に直に接圧させるとした場合、拡径のストロークが大きくなってしまうので、これを防ぐために適宜な厚さを以て形成されているものである。なお後方側のシール部材１５も当て板６７で受けるようにしてもよいが、この実施の形態のように支持金具６６を利用すれば、当て板６７の大きさを掘進軸方向Ａに短くすることができ、その分、シールド掘進機の機長が長くなるのを抑えることができる。またピース移動ネジ４８の中間部６０の外周には環状溝６８が形成され、挿通穴６１の穴壁との隙間をシールするためのＯリング６９が設けられている。このＯリング６９により、溝部２９，３０から挿通穴６１を通る漏水を防止できる。
【００１９】
次に充填材供給手段１９は、外周板２４，２５に設けられた注入口７０と、容器７１内の充填材を所定の圧力で圧送するためのポンプ７２と、注入口７０と圧送ポンプ７２とを結ぶ圧送ホース７３と、圧送ホース７３に設けられた開閉バルブ７４とで構成されている。圧送ホース７３は一台のポンプ７２から前方側及び後方側の注入口７０へと分岐されて延び、開閉バルブ７４は各注入口７０の近傍にそれぞれ設けられている。注入口７０は、外周板２４，２５に形成された穴７５と、外周板２４，２５の内面に溶接で取り付けられ接続用ネジ穴７６が形成されたネジ座７７とによって形成されている。この注入口７０は、図４に示したように、ピース移動ネジ４８の位置を避けて、ピースガイド５４の間に配置されている。従って前方側の特製セグメント１１において、図２に示したように、シール部材１４がテール部内周面１７に押し付けられた状態で、充填材が溝部２９内に注入されると、この充填材は、ピースガイド５４同士の間及び突出したシール押上ピース４７の切欠部５２ｂを含む下側を通って前後のシール部材１４，１５間に充填され、テール部内周面１７と特製セグメント１１，１２の外周部１３との間に止水区画７８を形成することになる。また後方の特製セグメント１２の溝部３０内に注入された充填材は、シール部材１５と最後端のテールシール６５との間に充填されて、この空間にも止水区画７９を形成する。なお圧送されてきた充填材は、溝部２９，３０内で周方向に回り込むので、注入口７０は各ピースガイド５４間に配設する必要はなく、図４に示したように、各特製セグメント分割片１１ａ，１２ａに二箇所程度配設すればよい。或いは一箇所の配設としてもよい。また充填材としては、テールシール６５の漏水防止に使用されるような、粘性の高い油に繊維成分が混入された止水剤を使用してもよい。
【００２０】
次に本発明にかかわるシールド掘進機のテールシール交換方法の実施の形態を、上記構成のシール装置を使用してテールシール交換を行う動作として、四段のテールシール装備のシールド機を例にして説明する。
【００２１】
図９に示すように、シールド掘進機のテール部１６には四段のテールシール８０，８１，８２，６５が設けられ、このうち前方の三段のテールシール８０…８２が交換対象テールシールとなる。このテールシールの設置数は何段でもよく、また交換対象テールシールとしては、最も後端のもの（６５）以外であれば任意に選択できる。
【００２２】
そしてテールシール交換を実行するに際しては、まず図９（ａ）に示したように、最も前段のテールシール８０が、最後に組み付けられた正規タイプセグメント２６の前端位置に達する前に、すなわち次の正規タイプセグメントを組み込むべき時期において、一旦シールド掘進機の掘削前進を停止する。そして第一のセグメントである特製セグメント１１，１２を既設の正規タイプセグメント２６に連結し、この特製セグメント１１，１２の外周部１３にシール部材１４，１５を取り付ける（第一工程）。特製セグメント１１，１２の取り付けは、まず後方側となる特製セグメント１２の各分割片１２ａをそれぞれシールド機内に搬入し、正規タイプセグメント２６の前面の所定位置に順次ジョイントボルト３２にて締結して、円環状のセグメント形状に成形する。特製セグメント各分割片１２ａには、予め工場などにおいてピースガイド５４、シール押上ピース４７、ピース移動ネジ４８およびネジ受け６３などを組み付けておく。すなわちピースガイド５４を溝部３０に固定し、これにシール押上ピース４７をセットした後、外周板２５の挿通穴６１にピース移動ネジ４８を挿入してシール押上ピース４７のメネジ穴５０に捩じ込む。そしてピース移動ネジ４８の鍔６２にネジ受け６３を嵌めて、このネジ受け６３を外周板２５の内周面に溶接した状態としておく。またシール部材１５は、一箇所で切断された運びやすい状態で搬入した後、シールド掘進機のテール部１６内の空間を掘進軸方向Ａに通る配線、配管、ホイストビーム等を内包させた状態で円環状に接合加工する。シール部材１４，１５は単純な形状なので、坑内でも容易に接合することができる。この円環状となったシール部材１５を特製セグメント１２の外周部１３に被せるように嵌めて、その取付部３７を取付板２８に当てた後、シール押え４４を重ねてボルト３８にて取り付ける（図１の状態）。後方側となる最初の特製セグメント１２及びシール部材１５の取り付けが終了したなら、同様にしてその前面に前方側となる次の特製セグメント１１をジョイントボルト３２にて連結し、その外周部１３にシール部材１４を設置する。
【００２３】
次に図９（ｃ）に示したように、前方側の特製セグメント１１の前面に、第二のセグメントである正規タイプのセグメント８３（多分割ピースより構成）を、ジョイントボルト３２にて組み付けた後、この正規タイプセグメント８３に反力をとってシールド掘進機を掘削・前進させ、交換対象のテールシール８０…８２をシール部材１４，１５の前方に位置させる（第二工程）。すなわちシール部材１４，１５の径方向外方に、前から三番目のテールシール８２と後端のテールシール６５との間の内周面１７である当て板６７、及びテールシール６５の支持金具６６が位置されるようにする。
【００２４】
次に図２に示したように、シール部材１４，１５を拡径させると共に、拡径されたシール部材１４，１５間に充填材を注入する（第三工程）。すなわちまずピース移動ネジ４８の頭部５９を回転工具によって回転させ、メネジ穴５０とオネジ部５８との螺合によるネジ力でシール押上ピース４７を径方向外方に突出させて、シール部材１４，１５の圧接部３９，４０を押し拡げる。これで前方側のシール部材１４の外周圧接面３９ｂは当て板６７の内周面６７ａに、後方側のシール部材１５の外周圧接面４０ｂはテールシール６５の支持金具６６の内周面６６ａに、それぞれ強く圧接される。そして開閉バルブ７４を開にして、ポンプ７２により圧送されてきた充填材を、溝部２９，３０内を経由して前方側のシール部材１４と後方側のシール部材１５との間、及び後方側のシール部材１５と後端のテールシール６５との間にそれぞれ圧入し、テール部内周面１７と特製セグメント１１，１２の外周部１３との間に止水区画７８，７９を形成する。このときの注入圧力は、止水区画７８，７９の圧力が外圧（地下水圧）よりも適宜高くなるようにする。この止水区画７８，７９の圧力が高くなっても、シール部材１４，１５の圧接は強固であるので充填材の逸脱は極めて少ないものとなる。なおテール部内周面１７と特製セグメント１１，１２の外周部との間に水があるときは、例えば前方側のシール部材１４は当て板６７に押し付け、後方側のシール部材１５の天頂側の一部を途中まで拡径させた状態にしておいて、充填材をシール部材１４，１５との間の下方側から注入して隙間内の水を掘進後方Ｒに押出すように注入してから、後方側のシール部材１５の天頂側の途中拡径部をテールシール６５の支持金具６６に完全に圧接させ、高圧な止水区画７８を形成するようにしてもよい。
【００２５】
シール部材１４，１５による止水壁と充填材による止水区画７８，７９とで止水ゾーンが形成されたなら、図９（ｄ）に示したように、組み立てた正規タイプセグメント８３を構成する複数のセグメントピースの内の1 〜数個を撤去して前方の三列のテールシール８０…８２の一部をシールド機内に露出させ、円周方向に多分割された小ピース状のテールシール材を周方向に隣接させ、三列共それぞれ新しいテールシールに交換する部分交換後、外したセグメントピースを再び組み、次に隣接のセグメントピース1 〜数個において同様の作業を順にくり返し全周に亘ってテールシールを交換する（第四工程）。正規タイプセグメント８３をセグメントピース単位で外して、テールシールを交換してまた組む作業の繰り返しを行うのは、切羽側からの土圧、水圧をシールドジャッキを介して常にセグメント側に反力を取ることを維持する必要があるためである。テールシール交換が終了したなら、テールシール８４，８５，８６と特製セグメント１１の間に充填材を注入し、交換後のテールシール８４，８５，８６の耐圧・止水状態を確認した後、ピース移動ネジ４８を逆に回転操作してシール押上ピース４７を径方向内方に移動させ、特製セグメント１１，１２の溝部２９，３０上に収納し、シール部材１４，１５をその弾性復元力により断面Ｌ字状の原型に復帰させる。なおシール部材１４，１５が外圧に抗した状態のままでは、シール押上ピース４７を没入させても原型復帰しにくくなるので、例えば交換した三番目のテールシール８６の後部に充填材をさらに注入して止水区画７８と同圧か少し高目にし、外圧に対する反力をシール部材１４，１５からテールシール８６に置換させるようにする。以降は掘削前進と正規タイプセグメント８３の組み立てにより通常のシールド掘進を再開する。特製セグメント１１，１２は、正規タイプセグメント８３と同様にシールドジャッキの反力を受けると共にトンネルの壁構造物となる。またシール部材１４，１５は前後の正規タイプセグメント２６，８３の外周面と同一面に位置しているので、図９（ｅ）に示したように、シールド掘進機の掘削前進に伴って、後端のテールシール６５は支障なくこれらシール部材１４，１５に摺接して通過する。
【００２６】
このように、特製セグメント１１，１２の外周部１３に環状のシール部材１４，１５を二段に並設して、シール押上ピース４７の突出によりシール部材１４，１５を拡径させてテール部内周面１７に押し付けた後、前後のシール部材１４，１５の間及びテール部内周面１７と特製セグメント１１，１２の外周部１３との間に充填材を注入するようにしたので、シール部材１４，１５による止水壁と充填材による止水区画７８との複合の止水ゾーンを形成することができ、高い外圧（地下水圧）に対しても確実に耐圧して止水を行うことができる。すなわちこのシール装置を使用することによって、高水圧下でのシールド掘進においても交換対象のテールシール８０…８２の後部を確実にシールすることができ、掘進途中で容易にテールシール交換ができる。そしてシールド掘進機のテール部１６は、当て板６７の分だけ機長が長くなるが、二個のシール部材１４，１５だけで充分な耐圧・止水性が得られるので、当て板６７は大きなものを必要としない。従ってシールド掘進機の機長が過度に長くなって、カーブ施工性が低下するのを防ぐことができる。
【００２７】
また拡径手段１８として、シール部材１４，１５の圧接部内周面３９ａ，４０ａに当接するシール押上ピース４７と、シール押上ピース４７をネジ作用で機械的に径方向外方に移動させるピース移動ネジ４８とを備えたので、所望する強い押し付け力を得ることができ、シール部材１４，１５とテール部内周面１７とを完全に密着させやすく良好な止水を行うことができる。そして機械的な押圧部材としては例えばレバー力やクサビ力を利用したものなどが考えられるが、この実施の形態のネジ機構は、他の押圧部材に較べてコンパクトで拡径率が大きく、操作も容易でシール押上ピース４７を突出させる力も強いものにすることができる。またシール押上ピース４７の幅（５１ａ，５２ｂ）を狭いものにして、小さい面積に集中した押し付け力を作用させるようにしたので、シール部材１４，１５と内周面１７との圧接をより良好に行うことができる。すなわちテール部１６の内周面１７は、掘進に伴う裏込め材の固結などにより荒れ面（凹凸）となりやすく、単に圧接部３９，４０を全体に均一に押し付けても、接触面間に水の流路が形成されやすいが、このシール押上ピース４７及びピース移動ネジ４８による集中的な強い押し付け力によって、シール部材１４，１５の外周圧接面３９ｂ，４０ｂがその荒れ面に沿うように変形されやすく、完全な密着状態が得られやすいものである。
【００２８】
そしてシール部材１４，１５は断面Ｌ字状のものであり、その前端の取付部３６，３７を掘進軸方向Ａのボルト３８で特製セグメント１１，１２の前面に取り付ける形状なので、例えば図１４に示したような掘進軸方向Ａに延びた取付部２ａ，２ｂのシールと比較して、掘進軸方向Ａの取付スペースを小さくすることができる。すなわち掘進軸方向Ａにコンパクトな構造であることで、高シール機能の構造であることと相俟って、より一層シールド掘進機の機長の増加を抑えることができる。またシール部材１４，１５の圧接部３９，４０が掘進後方Ｒに延びるように取り付けたので、テール部１６の後端側から作用する外圧はシール部材１４，１５の圧接部３９，４０を拡径させる方向に作用し、セルフシール効果が期待できる。また本発明のシール装置は、テール部１６に設けるシール装置のようにシールド掘進機に常時装備されるものではないため、使用されるまでに経時変化や損傷、裏込め材などによる固結などが生じるおそれはない。そしてテール部１６にシール部材を設けると、縮径させてシールすることになるのでシワが生じやすくなり、止水性の点で不利になるが、本発明のシール部材１４，１５は拡径して外周長を伸ばしてシールを行うのでこのような心配はない。
【００２９】
なお前記第一の実施の形態では二個のシール部材１４，１５を並設するものとしたが、それ以上の数のシール部材を設けるようにしてもよい。例えば図１０に示すように、三リングの特製セグメント８７，１１，１２と三個のシール部材８８，１４，１５によってシールを行うように構成してもよい。すなわち第一の実施の形態の前方側の特製セグメント１１の前面に、さらに特製セグメント８７を取り付け、その外周部１３にシール部材８８を設けると共に、拡径手段１８及び充填材供給手段１９となる注入口７０を備えて、三段の止水壁とそれらの間の止水区画７８によって止水ゾーンを形成するようにしてもよい。このような構成によって、さらに確実な耐圧・止水ができる。なお当て板８９の長さは、二個のシール部材８８，１４の圧接部９０，３９に相当する長さにする。このほかの構成及び作用効果は前記実施の形態と同様なので、図中同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３０】
次に図１１は、本発明のシール装置の第二の実施の形態を示したもので、拡径手段９１として、流体が圧入されることにより膨脹する袋体９２，９３を設けたものである。この袋体９２，９３は、全体が円環状となるゴム等のチューブで成り、前記第一の実施の形態で示した二リングの特製セグメント１１，１２の外周部１３にそれぞれ設けられて、断面Ｌ字状の二段のシール部材１４，１５の圧接部内周面３９ａ，４０ａに係合するように配置されている。そして袋体９２は、その外周側に膨脹代としての折り畳み部９４が形成された状態で、溝部２９，３０に収納されている。後方側の袋体９３の前後面は、取付板９５と後板２３に重ねられた重ね板９６とにそれぞれ係着している。また前方側の袋体９２の前後面は、取付板９７と後板２２の外周端側とにそれぞれ係着している。
【００３１】
そしてこれら袋体９２，９３の内径側は、特製セグメント１１，１２の外周板２４，２５にそれぞれ係着していると共に、流体の圧入口９８が設けられている。この圧入口９８は、開口を有して袋内方に突出した凸部９９に、開閉バルブ100 と接続するための口金具101 が取り付けられて構成されている。口金具101 の胴部は外周板２４，２５に形成された挿通穴に挿通され、先端が径方向内方に突出されている。口金具101 の基端には二重の鍔102 が形成され、凸部９９に一体的に取り付けられている。外周板２４，２５の挿通穴端には環溝が形成され、口金具101 と挿通穴との隙間をシールするためのＯリング103 が設けられる。口金具101 の先端突出部分の外周には、胴部と略同径のネジ104 と、先細りのテーパ状のネジ105 とが刻設されている。すなわち同径のネジ104 にナット106 を螺合することで口金具101 を外周板２４，２５に固定させると共に、テーパ状のネジ105 に開閉バルブ100 の流路口のメネジ部を螺合させるようになっている。また開閉バルブ100 には開閉操作用のレバー107 が設けられ、流路口の他端にはニップル108 を介して流体圧入用のホース109 が取り付けられる。ホース109 は圧力流体（水やエアなど）の供給源（ポンプやエアコンプレッサなど）に接続されている。
【００３２】
従って袋体９２，９３は、口金具101 が取り付けられた状態で搬入され、口金具101 が挿通穴に挿通されて先端がナット締めされることで、袋体９２，９３が固定され、その後開閉バルブ100 及びホース109 が接続されることになる。そして圧力流体が供給されると、袋体９２，９３が膨張して折り畳み部９４が延び、シール部材１４，１５の圧接部３９，４０を押し上げるようになっている。このとき袋体９２，９３は、圧接部３９，４０の弾性変形に従って膨張変形し、図１１中二点鎖線にて示したように、圧接部内周面３９ａ，４０ａの全体に沿うように変形して掘進後方Ｒへと膨出する。この膨出を円滑に導くために、前方側の特製セグメント１１の後板２２及び、後方側の特製セグメント１２の重ね板９６の外周端の前方角部は、丸みを帯びた形状となっている。なお袋体９２，９３としてはリング状に成形したものを使用してもよいが、両端が閉塞した直状のチューブとして成形して、その端部を適宜重ね合わすことでリング状にするようにしてもよい。
【００３３】
また充填材を注入するために、取付板９５，９７の内部には半径方向に貫通して延びた注入通路110 が形成されている。また外周板２４，２５には注入通路110 に連通する注入穴111 が形成され、ネジ穴を有したネジ座112 が注入口として同軸で取り付けられている。ネジ座112 にはニップル113 を介して開閉バルブ７４が接続され、レバー114 により開閉操作されるようになっている。開閉バルブ７４の他方の流路口には、充填材の圧送ホース７３がニップル115 を介して接続されている。このほかの構成は前記第一の実施の形態と同様であるので、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３４】
この第二の実施の形態では、第一の実施の形態よりもシール部材１４，１５を拡径させる力は小さくなるが、拡径のための操作は開閉バルブ100 のレバー107 を操作するだけでよく、簡単に且つ迅速にシール状態とすることができる。そしてシール部材１４，１５が二段であることと、その間に充填材の止水区画７８が形成されることによって、図１４に示したような従来の単列のシール装置よりも止水機能を大幅に高めることができる。また断面Ｌ字状のシール部材１４，１５を用いているので、二段の止水壁（シール部材１４，１５）としてもシールド掘進機の機長が過度に長くなることはない。
【００３５】
次に図１２は本発明のシール装置の第三の実施の形態を示したもので、前記第一の実施の形態で示したシール部材１５及び特製セグメント１２を単独に設けたものである。このシール部材１５を、図示したように後端のテールシール６５の支持金具６６の内面に圧接するようにすれば、テール部１６には当て板を設けるのを省略できる。また充填材供給手段１９を備えることにより、シール部材１５と後端のテールシール６５との間に止水区画７９を形成することができる。なお支持金具６６の前端にはテール部１６の内周面１７全周に亘って取り付けられた丸鋼116 が設けられ、テールシール取付の補強とテールシール前端の保護を行うようになっている。
【００３６】
この第三の実施の形態は、前記第一の実施の形態と比べ単列の止水壁であることと、充填材の後逸が生じやすいことから注入密度が低くなるので止水性がやや劣るが、地下水圧がそれほど高くない条件下での掘進においては、充分信頼性のある止水を行うことができる。このほかの構成及び作用効果は前記第一の実施の形態と同様であるので、対応する構成に同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３７】
なお以上第一乃至第三の実施の形態では、シール部材１４，１５，８８の断面形状を単純なＬ字状としたが、例えば図１３（ａ）（ｂ）に示すように、テール部内周面１７に圧接する外周圧接面121 の後端側に、突起122 ，125 を形成させたシール部材123 ，126 としてもよい。この突起122 ，125 を設けることにより、シール部材123 ，126 が圧接部124 の内周側および後端に外圧を受けて、圧接部124 がテール部内周面１７に沿って前方へ移動し反転しそうになっても、突起122 ，125 が押圧部材であるシール押上ピース４７とテール部内周面１７との間を滑り抜け難くなり、シール部材123 ，126 の反転を防ぐ効果とシール接触圧の向上による一層の止水性の改善を図ることができる。この突起122 ，125 の形状は図示したような断面円弧状（122 ）や山形状（125 ）に限らず、例えばなだらかな楕円形状としてもよい。
【００３８】
またシール部材１４，１５，８８を取り付けるためのセグメントとして鋼製の特製セグメント１１，１２，８７を示したが、正規タイプセグメント２６の一部を適宜加工してシール部材１４，１５，８８及び拡径手段１８を取り付けるようにしてもよい。そして低地下水圧の条件で使用する場合は、充填材の注入を省略して、シール部材１４，１５，８８によるシールのみで対処することも考えられる。
【００３９】
さらに本発明のシール装置は、以上の実施の形態で示したようなテールシールの交換の他に、掘進途中のシールド掘進機を何等かの理由により高地下水圧下で中〜長期間に亘って掘進停止させておく場合に、安全対策用の止水装置としても使用できるものである。
【００４０】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００４１】
シール性能が高く、シールド掘進機の機長が過度に長くなることのないシール装置、及びそのシール装置を使用して行うシールド掘進機のテールシール交換方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかわるシール装置の第一の実施の形態を示した側断面図である。
【図２】図１の動作を説明するための側断面図である。
【図３】図１のＣ−Ｃ線矢視断面図であり、（ａ）は止水シール縮径収納状態、（ｂ）は止水シール拡径止水状態を示したものである。
【図４】図３の全体を示した正面図である。
【図５】図１のシール部材の全体を示した正面図である。
【図６】図１のシール押上ピースを示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図７】図１のピースガイドを示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、  （ｃ）は側面図である。
【図８】図７の他のピースガイドを示した平面図である。
【図９】本発明にかかわるシールド掘進機のテールシール交換方法の実施の形態を示した側断面図である。
【図１０】図１の他の実施の形態を示した側断面図である。
【図１１】本発明にかかわるシール装置の第二の実施の形態を示した側断面図である。
【図１２】本発明にかかわるシール装置の第三の実施の形態を示した側断面図である。
【図１３】図１のシール部材の他の実施の形態例２種を示した側断面図である。
【図１４】従来のシール装置を示した側断面図である。
【符号の説明】
１１，１２，８７  特製セグメント（第一のセグメント）
１３  外周部
１４，１５，８８，123 ，126   シール部材
１６  テール部
１７  テール部内周面
１８，９１  拡径手段
１９  充填材供給手段
２６  正規タイプセグメント
３６，３７  取付部（一端）
４７  シール押上ピース（移動部材）
４８  ピース移動ネジ（押圧部材）
５４，５７  ピースガイド
６５  テールシール
６７  当て板
７８  止水区画
８０，８１，８２  （交換対象の）テールシール
８３  正規タイプセグメント（第二のセグメント）
８４，８５，８６  新しいテールシール
９２，９３  袋体
121   外周圧接面
122 ，125   突起
Ａ  掘進軸方向
Ｆ  掘進前方
Ｒ  掘進後方
【図１】
0003845480.tif 000002
【図２】
0003845480.tif 000003
【図３】
0003845480.tif 000004
【図４】
0003845480.tif 000005
【図５】
0003845480.tif 000006
【図６】
0003845480.tif 000007
【図７】
0003845480.tif 000008
【図８】
0003845480.tif 000009
【図９】
0003845480.tif 000010
【図１０】
0003845480.tif 000011
【図１１】
0003845480.tif 000012
【図１２】
0003845480.tif 000013
【図１３】
0003845480.tif 000014
【図１４】
0003845480.tif 000015