(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内周面に取り付けたテールシールを交換するための装置であって、
既設セグメントに連結され掘進に伴って交換すべきテールシールの後方に位置する特殊セグメントと、
該特殊セグメントにトンネル軸方向に所定間隔を隔てて且つトンネル周方向に互いに隣接して複数設けられ、夫々トンネル径方向外方に移動可能な可動堰片と、
各可動堰片がトンネル径方向外方に移動されたとき、トンネル周方向に隣接する可動堰片同士の間に形成される隙間を塞ぐため、一端が隣接する可動堰片の一方に固定され他端が隣接する可動堰片の他方側に延出された固定ラップと、
上記可動堰片をトンネル径方向外方に移動してその先端をテールプレート内周面に押付ける拡径機構と、
該拡径機構によりトンネル径方向外方に移動された可動堰片とテールプレートと特殊セグメントとで区画された空間内に充填材を注入するための注入口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装置。
【請求項２】
上記特殊セグメント同士がトンネル周方向に隣接する箇所にて、隣接する一方の特殊セグメントに装備された一方の可動堰片に、隣接する他方の特殊セグメントに装備された他方の可動堰片側に向けてトンネル周方向に移動可能な可動ラップを設けた請求項１記載のシールド掘進機のテールシール交換装置。
【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プレート内周面に取り付けたテールシールを交換するためのテールシール交換装置に関する。
【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設けられている。かかるテールシールは、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。このため、長距離掘進を行う場合、テールシールの交換は不可欠である。
【０００３】
従来、テールシールの交換は、周辺地山の凍結や薬注により地下水を止水して行う方法や、シールド掘進機を一旦中間立坑に導いてその内部で行う方法等が考えられているが、多額の費用と工期の長期化が避けられない。そこで、セグメントの外周面に加圧膨脹型の袋体を取り付け、かかる袋体を膨脹させてテールプレートの内周面に接触させることにより、テールプレートとセグメントとの間を一時的に塞いで止水し、その内側のテールシールを交換するようにしたものが提案されている（特開平3-244793号公報等）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようにセグメントに取り付けた袋体を膨らませてテールプレートの内周面に押し付けて止水すると、テールプレートに対する袋体のシール箇所は受圧面積は広いが単位面積当たりの押付圧力が低いリング状の単列となるため、止水不良が生じる虞がある。また、かかるシール箇所に充填材を注入して止水性を高めようにしても、シール箇所がリング状の単列であるため、注入された充填材がシール箇所の後方側へ流失してしまい、充填材を圧密保持できず、十分な止水性が得られない。
【０００５】
また、袋体を複列で設置すると、充填材の圧密保持空間が形成できるが、シールド掘進機のテールプレート内周面において掘進方向に長い接触面を要するため、シールド掘進機の機長が長くなり、曲線施工性能が害される。
【０００６】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、上記充填材の圧密保持ができ、しかも掘進方向に長い接触面を必要としないためシールド掘進機の機長延長が不要または最小限で済み、止水性を高めることができるシールド掘進機のテールシール交換装置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は、シールド掘進機のテールプレート内周面に取り付けたテールシールを交換するための装置であって、既設セグメントに連結され掘進に伴って交換すべきテールシールの後方に位置する特殊セグメントと、該特殊セグメントにトンネル軸方向に所定間隔を隔てて且つトンネル周方向に互いに隣接して複数設けられ、夫々トンネル径方向外方に移動可能な可動堰片と、各可動堰片がトンネル径方向外方に移動されたとき、トンネル周方向に隣接する可動堰片同士の間に形成される隙間を塞ぐため、一端が隣接する可動堰片の一方に固定され他端が隣接する可動堰片の他方側に延出された固定ラップと、上記可動堰片をトンネル径方向外方に移動してその先端をテールプレート内周面に押付ける拡径機構と、該拡径機構によりトンネル径方向外方に移動された可動堰片とテールプレートと特殊セグメントとで区画された空間内に充填材を注入するための注入口とを備えたものである。
【０００８】
また、上記特殊セグメント同士がトンネル周方向に隣接する箇所にて、隣接する一方の特殊セグメントに装備された一方の可動堰片に、隣接する他方の特殊セグメントに装備された他方の可動堰片側に向けてトンネル周方向に移動可能な可動ラップを設けてもよい。
【００１１】
【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。
【００１２】
図１に示すように、シールド掘進機の外郭となる円筒状のシールドフレーム１の後端部には、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２が取り付けられている。テールプレート２の内周面には、その内側に位置する既設セグメント３ａ，３ｂ，３ｃの外周面との間をシールするためのブラシ状のテールシール４ａ，４ｂが軸方向に所定間隔を隔てて前後に取り付けられている。なお、テールシール４は三列以上でもよい。
【００１３】
テールシール４ａ，４ｂの根元部分は、断面Ｕ字状に屈曲成形された保持プレート５ａ，５ｂに挟まれて保持されている。保持プレート５ａ，５ｂは、テールプレート２の周方向に沿ってリング状に取付けられており、シールドフレーム１とテールプレート２との接合段差やテールプレート２の内周面の所定の位置に丸棒６で位置決めされて取り付けられている。これら前後２段のテールシール４ａ，４ｂのうち前列のもの４ａは、以下に説明するテールシール交換装置を用いることにより交換することができる。
【００１４】
かかるテールシール交換装置は、既設セグメント３ａに連結されシールド掘進機の掘進に伴って交換すべきテールシール４ａの後方に位置する特殊セグメント７を備えている。すなわち、特殊セグメント７は、まず既設セグメント３ａに連結されシールドフレーム１内に設けられた図示しない推進ジャッキで押されてシールド掘進機が前進することによりシールドフレーム１に対して相対的に後方位置に変化し、その後通常のセグメント３ｂが連結されて推進ジャッキで押されてシールド掘進機が前進することにより交換すべきテールシール４ａの後方に位置することになる。
【００１５】
特殊セグメント７は、通常のセグメント３と同様にトンネルの周方向に複数の円弧状ピースに分割されている。特殊セグメント７は、通常のセグメント３の端面の形状に合わせて円弧状に形成された２枚の接続板８，８と、これら接続板８，８の間に介設されトンネルの内外を仕切るべくトンネル周方向に沿って形成された仕切板９とを有している（図３参照）。仕切板９の内周面には、補強用のリブ１０が設けられている。また、特殊セグメントピース間を接合するため、特殊セグメントピースの両端部に矩形状のフランジ板２００が仕切板９、接続板８、８とに３辺を溶接接続されて設けられている。
【００１６】
仕切板９には、特殊セグメント７に通常のセグメント３を連結するためのボルト１１のネジ穴１２が、周方向に所定間隔を隔てて形成され、特殊セグメント７のセグメントピース間を接合するボルト１００のボルト穴１０１がセグメントピース端部のフランジ板２００に形成されている。また、２枚の接続板８，８の外周側の内側には、図１に示すように径方向に自在に拡縮する可動堰１３，１３が、トンネル軸方向に所定間隔を隔ててそれぞれ配置されている。可動堰１３，１３の間隔は、テールシール４ｂの保持プレート５ｂの内周面のトンネル軸方向の幅よりも狭く設定されている。
【００１７】
可動堰１３は、図３に示すように特殊セグメント７を構成する各セグメントピースとも、トンネル周方向に分割された複数の可動堰片１４から構成されている。各可動堰片１４は、図６および図７にも示すように、トンネル軸方向に所定間隔が隔てられたもの同士が連結部材１５ａ，１５ｂで連結され、一体となっている。このように連結部材１５ａ，１５ｂで一体化されて構成された可動堰片ブロック１６は、接続板８に案内されて径方向に自在に移動する。
【００１８】
各可動堰片ブロック１６は、図３に示すように拡径機構１７によって径方向に移動される。拡径機構１７は、図１および図４に示すように、可動堰片ブロック１６に取り付けられたボルト支持部１８と、ボルト支持部１８に回転自在に支持されたボルト１９とを備えている。ボルト１９は、その頭部２０とナット２１とによってボルト支持部１８に回転自在に支持されており、軸部２２が仕切板９のネジ穴２３にネジ込まれている。軸部２２には、固定用のナット２４を設けている。軸部２２の先端部には、ボルト１９を回転させるための六角面２５が形成されている。なお、ナット２１は、ボルト支持部１８や仕切板９を締め付けることなく、ボルト１９に溶接等によって所定位置に固定されているものである。また、六角面２５は四角面であってもよい。
【００１９】
この構成によれば、可動堰片ブロック１６を図４に示す状態から径方向外方に移動させるときには、まず固定用のナット２４を緩め、六角面２５を利用してボルト１９を仕切板９のネジ穴２３に締め込むように回転させる。すると、図５に示すように可動堰片ブロック１６が径方向外方にネジ送りされる。そして、各可動堰片１４の頂部に設けられたシール用のゴム部２６が、図２および図５に示すようにテールシール４ｂの保持プレート５ｂに押し付けられる。
【００２０】
この結果、径方向外方に移動された各可動堰片１４と保持プレート５ｂと仕切板９とによって、トンネル軸方向に所定の厚み（長さ）を有するリング状の閉空間２７（充填室）が形成される。この充填室２７に充填材を注入するための注入口２８が、図３乃至図５に示すように仕切板９に設けられている。充填材は、止水機能を有するものや、注入後止水機能を有する物質に化学変化するもの（例えば２液混合により注入後発泡膨張し半固結性の単泡性発泡ウレタン等に化学変化するもの）が用いられる。
【００２１】
注入口２８には、充填材の注入および保持用のバルブ２９が設けられている。注入口２８から充填室２７内に上記充填材を注入すれば、トンネル軸方向に所定の長さを有するリング状の止水ゾーンが形成されることになる。
【００２２】
ところで、各可動堰片ブロック１６を径方向外方に移動させると、隣接する可動堰片１４，１４同士の間に周方向に隙間が生じてしまい、その隙間から充填材が漏洩することが考えられる。そこで、図３乃至図５に示すように、特殊セグメント７の同一セグメントピース内にて隣接する可動堰片１４には、固定ラップ３０を設けている。固定ラップ３０は、図６乃至図７に示すように、その一端が一方の可動堰片１４の内側に溶接され、他端が他方の可動堰片１４に延出されている。固定ラップ３０は、図４および図６に示す縮径状態から可動堰片１４を図５および図７に示す拡径状態とした際、隣り合う可動堰片１４，１４同士の間の隙間を塞ぐ。
【００２３】
また、特殊セグメント７のセグメントピース同士が隣接する箇所の可動堰片１４，１４については、前述の固定ラップ３０を設けると、特殊セグメント７のセグメントピース端部から固定ラップ３０が張り出すことになり、特殊セグメント７のセグメントピースを組付けるとき邪魔になるため、固定ラップ３０ではなく周方向に出没自在な可動ラップ３１を設けている。可動ラップ３１は、図６乃至図７に示すように可動堰片１４の内側にそれぞれ周方向に移動自在に配置された可動ラップ片３２，３２と、各可動ラップ片３２，３２を連結する板状連結部材３３および棒状連結部材３４とを有している。
【００２４】
板状連結部材３３の穴３３ａには、図４および図８に示すように、ボルト３５が挿通されている。ボルト３５の頭部側は、可動堰片１４，１４同士を連結する連結部材１５ａの穴３６に挿通されている。可動堰片１４，１４の連結部材１５ａと可動ラップ片３２，３２の板状連結部材３３との間のボルト３５には、スプリング３７が挿通されている。可動堰片１４，１４の連結部材１５ａは、仕切板９に設けられたストッパ３８に当接されている。可動ラップ片３２，３２の板状連結部材３３は、仕切板９にネジ込まれたストッパボルト３９に当接されている。
【００２５】
ボルト３５の軸部には、ナット４０がネジ込まれている。ナット４０は、セグメントピース単体時点で最初図４に破線４１で示す位置までネジ込まれてスプリング３７を圧縮し、その状態でストッパボルト３９をネジ込んでセット状態とし、その後図４に実線４０で示す位置に戻される。この状態において、可動ラップ３１は、特殊セグメント７のセグメントピース端部の可動堰片１４の周方向端部から食み出すことなく、可動堰片１４の内方に位置する。この状態から、ストッパボルト３９を緩めると、仕切板９のストッパ３８に反力をとってスプリング３７が伸長し、図９に示すように可動ラップ３１が特殊セグメント７のセグメントピース端部の可動堰片１４の周方向端部から隣接するセグメントピース側へ突出する（図５参照のこと）。
【００２６】
その後、前述した拡径機構１７を構成するボルト１９を締め込んで、可動ラップ３１を含めた可動堰片ブロック１６を径方向外方に移動させると図５の状態となり、上記可動ラップ３１が隣接する特殊セグメント７の各セグメントピース同士の可動堰片１４，１４の隙間を塞ぐ。なお、かかる可動ラップ３１は、隣接する特殊セグメント７のセグメントピースのいずれか一方のみに設ければよく、特殊セグメント７を構成するセグメントピースにおいてその可動ラップ３１を備えたものは、備えないものより先に組み付けても、後に組み付けても構わない。
【００２７】
また、可動ラップ３１には、図９に示すように、当該可動ラップ３１が周方向に移動する際のガイドとなるガイド溝４２が形成され、可動堰片１４には、ガイド溝４２に挿入されるロッド４３が取り付けられている（図５参照）。
【００２８】
以上の構成からなる本実施形態の作用を述べる。
【００２９】
図１に示す前列のテールシール４ａを交換するときには、まず、既設セグメント３ａに特殊セグメント７を１リング分連結し、その特殊セグメント７をシールド掘進機の掘進に伴って交換すべきテールシール４ａの後方に位置するようにする。特殊セグメント７の各セグメントピースには、前述した可動堰片ブロック１６、固定ラップ３０および拡径機構１７等が全て組み込まれ、可動ラップ３１は隣接するセグメントピースの一方に組み込まれている。このとき、特殊セグメント７は、図１、図３、図４、図６および図８に示すように、可動堰１３が縮径され可動ラップ３１が引き込まれた状態となっている。かかる特殊セグメント７が図１に示すように後列のテールシール４ｂの保持プレート５ｂの位置になるようにシールド掘進機を掘進させた後、停止させる。
【００３０】
そして、図４に示すストッパボルト３９を緩めて図７および図９に示すように可動ラップ３１を周方向に張り出させる。そして、拡径機構１７を構成するボルト１９を締め込んで各可動堰片ブロック１６を径方向外方に移動させ、図２および図５に示すように各可動堰片１４の頂部に設けたゴム部３６をテールシール４ｂの保持プレート５ｂに押し付ける。このとき、特殊セグメント７は、図２、図５、図７および図９の状態となる。これにより、可動堰１３と保持プレート５ｂと仕切板９とによって、トンネル軸方向に所定の厚みを有するリング状の充填室２７が形成される。その後、その充填室２７内に図３および図４に示す注入口２８から充填材（注入後半固結性の単泡性発泡ウレタン等に化学変化する注入材を含む）を注入する。
【００３１】
すると、充填材は充填室２７内に圧密保持され、トンネル軸方向に所定の厚みを有するリング状の止水ゾーンが形成される。止水ゾーンは、充填材がトンネル軸方向に所定の厚みで圧密保持されて形成されているため、極めて止水性が高い。また、外水圧による負荷は、強固な可動堰１４で支えるため、内部の充填材は外水圧による負荷に十分対抗することができる。
【００３２】
その後、その止水ゾーンより前方の図２に示すセグメント３ｂ，３ｃ等を順次解体し、機内側に露出したテールシール４ａを交換する。そして、解体したセグメント３ｂ，３ｃを再び組み付け、元の状態に戻す。次にテールシール４ａ、特殊セグメント７の外周面、テールプレート２の内周面で囲まれた空間に、止水性を有する通常掘進時に注入する充填材を図示しない注入配管を介して注入し、止水ゾーンを形成させる。
【００３３】
以上の交換作業が終了したならば、拡径機構１７を構成するボルト１９を逆方向に回転させて各可動堰片ブロック１６を径方向内方に引き込んだ後、通常の掘進を再開する。
【００３４】
別の実施形態を図１０に示す。
【００３５】
図示するように、この実施形態は、可動堰１３，１３の間隔を広げて充填室２７の幅すなわち止水ゾーンの幅を広げ、これに対応させてテールプレート２内周面にリング状の当て板５０を取り付けた点のみが前実施形態と異なり、その他は全く同様の構成となっている。かかる構成によれば、止水ゾーンの幅が広がるため止水耐圧性が高まり、高地下水圧に対応することができる。
【００３６】
更に別の実施形態を図１１に示す。
【００３７】
図示するように、この実施形態は、可動堰１３，１３を前後別々に昇降するようにし、その間に吸水して膨脹遊離する高分子化合物や繊維質を材料にしてブロック状に圧縮成形した目詰り材５１を止水補助材料として収容したものである。可動堰１３，１３は、内部にネジ穴５２が形成されており、そのネジ穴５２に螺合されたネジ５３を回転させることによって昇降する。
【００３８】
本実施形態のものを用いて止水する場合には、まず可動堰１３，１３を上昇させてその頂部を当て板５０と保持プレート５ｂとに押し当て、充填室２７を区画形成する。そして、注入管５４から充填室２７に止水性を有する充填材か又は注入後化学変化等により止水性を発揮する注入材を注入し、目詰り材５１を膨脹遊離させながら、止水ゾーンを形成する。こうすれば、充填材の注入に伴って目詰り材５１が膨脹止水効果を発揮するので、充填材の注入量が減るのみならず、目詰り材５１のシール効果と充填材の効果とが相乗されるため確実な止水ゾーンとなり、高地下水圧に対応することができる。
【００３９】
【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装置によれば、テールシールを交換するに際して一時的に止水されるテールプレートと既設セグメントとの間の止水性を飛躍的に高めることができる。
【００４０】
また、本装置によれば、トンネル軸方向の厚みが薄い止水区画であるため、シールド掘進機のテール内周面に特別の接触部を設けなくても済むので、シールド掘進機の機長延長を要しないため、カーブ施工性の優れたシールド掘進機を提供することができるばかりか、現在掘進作業中のシールド掘進機のテールシール交換に対しても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すテールシール交換装置の側断面図である。
【図２】上記テールシール交換装置が作動したときの側断面図である。
【図３】図１の III-III線断面図であり、上記テールシール交換装置を構成する特殊セグメントの断面図である。
【図４】図３の要部拡大図である。
【図５】図３の状態から可動堰が拡径した様子を示す断面図である。
【図６】図４に示す可動堰を周方向に切った断面図である。
【図７】図５に示す可動堰を周方向に切った断面図である。
【図８】図６の要部拡大図である。
【図９】図７の要部拡大図である。
【図１０】別の実施形態を示すテールシール交換装置の側断面図である。
【図１１】更に別の実施形態を示すテールシール交換装置の側断面図である。
【符号の説明】
２  テールプレート
３  既設セグメント
４ａ  交換すべきテールシール
４ｂ  テールシール
７  特殊セグメント
１３  可動堰
１７  拡径機構
２７  空間（充填室）
２８  注入口
【図１】
0003852163.tif 000002
【図２】
0003852163.tif 000003
【図３】
0003852163.tif 000004
【図４】
0003852163.tif 000005
【図５】
0003852163.tif 000006
【図６】
0003852163.tif 000007
【図７】
0003852163.tif 000008
【図８】
0003852163.tif 000009
【図９】
0003852163.tif 000010
【図１０】
0003852163.tif 000011
【図１１】
0003852163.tif 000012