(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、トンネル周方向に隙間を隔てて周設されると共にトンネル軸方向に複数列配設され、夫々トンネル径方向外方に移動可能な複数の棒状堰と、
各棒状堰をトンネル径方向外方に移動して上記テールプレート内周面に当接させたとき、それら棒状堰と上記テールプレート内周面と上記特殊セグメント外周面とで区画された檻状の空間内に充填材を注入する注入口と、
該注入口から注入され、当初液体でありその後弾性体に変化する充填材とを備え、
該充填材が、最初は上記隙間から漏れるもののその後弾性体に変化することで最終的には上記檻状の空間内に弾性体となって固結し、止水ゾーンを形成するものである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】
上記棒状堰は、トンネル周方向に所定の隙間を隔てて配置された複数の主棒状堰と、各主棒状堰の間に近接させて配置され上記主棒状堰よりも小径の副棒状堰とから成る請求項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。
【０００４】
そこで、セグメントの外周面に円環状に形成された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）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、円環状の袋体を使用するためには、坑内を掘進方向に通る全配管や配線およびセグメント搬入用のホイストビームやダクト等を一旦外すか、又は円環状の袋体の一部をカットして上記配管や配線等を内包させた後に坑内で接合する必要がある他、袋体のセグメントへの組込作業に大変手間がかかる。
【０００６】
また、加圧膨脹型の袋体は、破損する可能性がある上、この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、袋体の押付部分が広範囲となって押付面圧が低くなり、高い止水性を発揮できない。
【０００７】
また、上記袋体を複列に設置すれば、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。
【０００８】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、坑内における作業性に優れると共に掘進方向に長い接触面を必要とせずに高い止水性を発揮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。
【０００９】
【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装置は、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、トンネル周方向に隙間を隔てて周設されると共にトンネル軸方向に複数列配設され、夫々トンネル径方向外方に移動可能な複数の棒状堰と、各棒状堰をトンネル径方向外方に移動して上記テールプレート内周面に当接させたとき、それら棒状堰と上記テールプレート内周面と上記特殊セグメント外周面とで区画された檻状の空間内に充填材を注入する注入口と、該注入口から注入され、当初液体でありその後弾性体に変化する充填材とを備え、該充填材が、最初は上記隙間から漏れるもののその後弾性体に変化することで最終的には上記檻状の空間内に弾性体となって固結し、止水ゾーンを形成するものである。
【００１０】
上記棒状堰は、トンネル周方向に所定の隙間を隔てて配置された複数の主棒状堰と、各主棒状堰の間に近接させて配置され上記主棒状堰よりも小径の副棒状堰とから成るものである。
【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，４ｃ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は二列でも四列以上でもよい。
【００１３】
テールシール４ａ，４ｂ，４ｃ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，５ｃに挟まれて保持されている。各保持プレート５ａ，５ｂ，５ｃ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６やテールプレート２の内周面の所定の位置に丸棒７で位置決めされて取り付けられている。これら前後３段のテールシール４ａ，４ｂ，４ｃのうち前列４ａおよび中段４ｂのものは、以下に説明するテールシール交換装置を用いて交換できる。
【００１４】
かかるテールシール交換装置は、後段のセグメント３ｂ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，４ｂの後方に位置することになるリング状の特殊セグメント８を備えている。特殊セグメント８は、まず後段のセグメント３ｂに連結されシールドフレーム１内に設けられた推進ジャッキのシュー５０で押されてシールド掘進機が特殊セグメント８の掘進方向の厚み分だけ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、前段のセグメント３ａが連結されて推進ジャッキのシュー５０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，４ｂの後方に位置することになる。
【００１５】
特殊セグメント８は、通常のセグメント３と同様に、トンネルと同径に形成されたリング体をその周方向に所定間隔を隔てて複数に分割してなる円弧状ピースから構成される。すなわち、特殊セグメント８は、図４に示すように、Ａセグメントピース８ａ、Ｂセグメントピース８ｂ、Ｋセグメントピース８ｃの３種類のセグメントピースにより構成されている。これら特殊セグメント８は、図２および図３に示すように、後部棒状堰収納板９と中間板１０と前部棒状堰収納板１１とが、共締ボルト１２によって一体的に締結されて構成されている。
【００１６】
特殊セグメント８は、セグメントリング間ジョイントボルト１３によって、後段セグメント３ｂと前段セグメント３ａとにそれぞれ締結される。このセグメントリング間ジョイントボルト１３および上記共締ボルト１２は、図５に示すように、特殊セグメント８の周方向に所定間隔を隔てて複数配置される。また特殊セグメント８は、図５に示すように、周方向に隣接する特殊セグメント８ｃ、８ｂ同士（８ａ，８ｂ同士も同様）が、ピース間ジョイントボルト１４によって締結されて構成される。
【００１７】
後部棒状堰収納板９には、図３および図５に示すように、主棒状堰１５が周方向に所定間隔を隔てて複数収納されていると共に、各主棒状堰１５の間に近接させてより小径の副棒状堰１６が千鳥状に配置されている。また、前部棒状堰収納板１１にも、同様に、主棒状堰１５が周方向に所定間隔を隔てて複数収納されていると共に、各主棒状堰１５の間に近接させてより小径の副棒状堰１６が千鳥状に配置されている。また、図５に示すように、Ｋセグメントピース８ｃとＢセグメントピース８ｂとの近傍の主棒状堰１５および副棒状堰１６（図示せず）の格納用の穴１７ａ，１７ｂは、それらの穴壁が欠損しないようにすると共に突出時のシール性を高めるため、セグメントピース８ｃ，８ｂの接続端面の傾きに対応させてやや斜めに形成されている。
【００１８】
なお、主・副棒状堰１５、１６の下部には、図２に示すように作動流体の漏れを防ぐと共に収納用穴１７ａ，１７ｂからの脱落を防ぐためのＯリング５１が取り付けられている。また、主・副棒状堰１５、１６の先端頭部に特殊セグメント８の外周面より少し突出させて鉢巻き状の溝５２を設け、工場での製作組立段階で収納用穴１７ａ，１７ｂから各主・副棒状堰１５、１６の抜き取りチェックがしやすいようにしてもよい。
【００１９】
主・副棒状堰１５、１６は、各収納板９、１１に形成された穴１７ａ，１７ｂにそれぞれ収納されており、流体圧によって径方向外方に突出し、テールシール４ｃの保持プレート５ｃに当接する。すなわち、上記各穴１７ａ，１７ｂの底部は、中間板１０の内周面に導入口１８を有する流体導入通路１９によって連通されており、導入口１８から作動流体（オイル、水、空気等）を加圧注入することにより、各主・副棒状堰１５，１６が同時期に突出するようになっている。流体導入通路１９は、図３に示すように各収納板９、１１内にトンネルの軸方向に沿って形成されＯリング２０でシールされた第１通路１９ａと、第１通路１９ａと導入口１８と連通するように中間板１０に形成された第２通路１９ｂとから構成されている。導入口１８は、図５に示すように、特殊セグメント８を構成する各セグメントピース８ａ，８ｂ，８ｃとも周方向の略中央に配置される。
【００２０】
上記中間板１０には、突出された各主・副棒状堰１５，１６とテールシール４ｃの保持プレート５ｃと特殊セグメント８の外周面とで区画される檻状の空間２１内に充填材を注入するための注入通路２２が、径方向に沿って形成されている。注入通路２２は、中間板１０の内周面に注入口２３を有し、外周面に突出口２４を有する。注入通路２２は、図５に示すように、周方向に所定間隔を隔てて複数生成されている。注入通路２２は、その一方を注入用とし、他方を息抜き用としてもよい。
【００２１】
充填材には、当初液体であり注入後止水機能を有する弾性体に化学変化するものが用いられる。例えば、２液混合により注入後発泡膨脹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等である。
【００２２】
以上の構成からなる本実施形態の作用を述べる。
【００２３】
図１に示す前列および中段のテールシール４ａ，４ｂを交換するときには、まず、既設セグメント３ｂに特殊セグメント８を１リング分連結し、特殊セグメント８の掘進方向の厚み分だけシールド掘進機を前進させ、次に前段セグメント３ａを１リング分連結した後、上記特殊セグメント８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，４ｂの後方に位置するようにする。なお、上記特殊セグメント８を予め後段セグメント３ｂまたは前段セグメント３ａに組み付けておき、それを図示しないエレクタで組み付けるようにしてもよい。各特殊セグメント８には、前述した主・副棒状堰１５、１６が収納されている。
【００２４】
かかる特殊セグメント８が図１に示すように後列のテールシール４ｃの保持プレート５ｃに対向する位置となったなら、シールド掘進機の掘進を停止する。そして、図２および図５に示す導入口１８から作動流体（オイル、水、空気等）を加圧注入し、各主・副棒状堰１５，１６を同時期に突出させ、その先端を保持プレート５ｃに当接させる。すると、突出された各主・副棒状堰１５、１６と保持プレート５ｃと特殊セグメント８の外周面とにより、檻状の空間２１（以下充填室という）が区画形成される。なお、本実施形態では、充填室２１の容量を増やし、外水圧に対する耐圧強度の向上を図るべく、中間板１０の高さを収納板９、１１の高さより少し低くしてしているが、面一としてもよい。
【００２５】
そして、その充填室２１内に注入口２３から充填材を注入する。すると、その充填材は、当初液体であるが注入後止水機能を有する弾性体に化学変化し、上記充填室２１内に止水ゾーンが形成される。詳しくは、充填材は、最初は主・副棒状堰１５、１６の隙間から漏れるものの、時間の経過と共に弾性体に化学変化するため、最終的には檻状の充填室２１内に弾性体となって固結し、止水ゾーンを形成する。
【００２６】
その後、その止水ゾーンより前方のリング状のセグメント３ａの周方向の一部を順次解体し、前段および中段のテールシール４ａ，４ｂの一部を機内側に露出させる。そして、露出した前段および中段のテールシール４ａ，４ｂの一部を新品と交換する。そして、解体したセグメント３ａの一部を再び組み付け、元の状態に戻す作業を全周に亘って行う。
【００２７】
以上の交換作業が終了したならば、テールプレート２とテールシール４ａ，４ｂとセグメント３ａの外周面とで形成される空間と、テールプレート２とテールシール４ｂ，４ｃとセグメント３ａの外周面とで形成される空間とに、テールシール用の充填材をシールド掘進機の図示しない供給通路を経て充填した後、導入口１８に供給されていた作動流体の供給圧を抜いて導入口１８を閉塞し、通常の掘進を再開する。なお、作動流体の供給圧を抜いても主・副棒状堰１５、１６は突出した状態のままであるが、掘進抵抗への影響は少ないため支障にはならない。
【００２８】
本実施形態によれば、複数の棒状堰１５、１６を突出させて檻状の充填室２１を形成し、その内部にある程度の漏れを許容する充填材を注入して止水ゾーンを形成するようにしたので、従来のように円環状の袋体を膨脹させて止水するものと比べ、坑内における作業性が向上する。すなわち、従来のものは、円環状の袋体の一部をカットして上記トンネル内の配管や配線等を内包させた後に坑内で再び接合する必要があるが、本実施形態ではそのような手間は必要ない。
【００２９】
また、トンネル軸方向前方の棒状堰１５と後方の棒状堰１５との間隔を、テールシール４ｃの保持プレート５ｃのトンネル軸方向の長さに合わせて止水ゾーンを形成させるようにしているので、シールド掘進機側には何等改造や配慮を施すことなく、適用できる。すなわち、特別なテールシール交換対策を行っていないため、現在掘削中のシールド掘進機に対しても適用できる。また、掘進方向に長いシール面を必要としないため、シールド掘進機の機長が長くなることはなく、曲線施工性に優れたシールド掘進機を提供できる。
【００３０】
また、複数の棒状堰１５、１６を突出させてその先端を保持プレート５ｃに当接させているので、保持プレート５ｃの表面に裏込材の付着等によって凹凸があっても、その凹凸を各棒状堰１５、１６の突出量差により許容することができる。よって、シール性が低下することはない。また、シールド掘進機側（保持プレート５ｃ）とトンネル側（特殊セグメント８）とが偏心していても、その偏心を各棒状堰１５、１６の突出量差により許容できる。
【００３１】
また、裏込材の付着固結により保持プレート５ｃ（シール面）に凹凸があっても、注入後に止水性を有する弾性体に変化する充填材による止水であるため、止水性に優れる。また、主・副棒状堰１５、１６が外水圧に対する強度部材の働きもするため、耐圧強度にも優れている。
【００３２】
なお、本実施形態では、主棒状堰１５の間に近接させて千鳥状に副棒状堰１６を配置することにより隙間を小さくして漏れ量を少なくしたが、主棒状堰１５のみで隙間を十分小さくできれば、又は充填材の弾性体化が速ければ、副棒状堰１６を省略してもよい。また、各棒状堰１５、１６は、円柱状に限られず多角形状（四角柱状等）であってもよいし、副棒状堰１６は、主棒状堰１５と同径またはそれより大径であっても差し支えない。要は、突出時に、保持プレート５ｃと特殊セグメント８との間に、檻状の充填室２１が区画形成されればよいのである。また、充填材に各棒状堰１５，１６の隙間に引っ掛かる程度の粒径の粒体を混入し、止水性の向上を図ってもよい。
【００３３】
別の実施形態を図６に示す。
【００３４】
図示するように、この実施形態は、上記特殊セグメント８を前後に２個タンデムに配置し、より耐圧性と止水性を高めた例である。各特殊セグメント８の収納板９，１１と中間板１０とは、共締ボルト２５によって一体化されている。また、テールプレート２の内周面には、前側の特殊セグメント８から突出する主・副棒状堰１５、１６の先端が当接するためのリング状の当て板２６が、テールプレート２の内周面の全周に取り付けられている。当て板２６の厚さは、保持プレート５ｃの厚さに合わせられている。その他の構成は前述の実施形態と同様の構成となっているため、説明を省略する。
【００３５】
この実施形態によれば、充填室２１が２個タンデムに形成されて、止水ゾーンが２個タンデムに形成されるため、耐圧性および止水性が高まる。よって、大深度トンネルや海底トンネル等の高地下水圧雰囲気に用いるのに好適となる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、複数の棒状堰を突出させて檻状の充填室を形成し、その内部にある程度の漏れを許容する充填材を注入して止水ゾーンを形成するようにしたので、坑内における作業性に優れると共に掘進方向に長い接触面を必要とせずに高い耐水性と止水性を発揮できる。
【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】図１の部分拡大図である。
【図３】図２の III-III線矢示図である。
【図４】トンネルの断面図である。
【図５】図２の V-V線断面図である。
【図６】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
３ａ，３ｂ  セグメント
４ａ，４ｂ，４ｃ  テールシール
８  特殊セグメント
１５  主棒状堰
１６  副棒状堰
２１  空間（充填室）
２３  注入口
【図１】
0003852164.tif 000002
【図２】
0003852164.tif 000003
【図３】
0003852164.tif 000004
【図４】
0003852164.tif 000005
【図５】
0003852164.tif 000006
【図６】
0003852164.tif 000007