JP2002256791A - シールド用作業空間形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成でカッタ装置の交換や修復を行う
ための作業空間を容易に形成することができ、しかも、
カッタ装置の交換や、修復を繰り返し行うことのできる
シールド用作業空間形成方法を提供する。 【解決手段】 カッタヘッド１４と切羽面との間に間隔
を設けて、その間に粘性膜８０を形成する工程と、粘性
膜８０と切羽面との間に間隔を設けて、その間に固化層
８２を形成する工程と、シールドチャンバ３８内の掘削
土砂及び泥水とカッタヘッド１４前方の粘性膜８０を除
去してシールドチャンバ３８内及びカッタヘッド１４前
面付近に作業空間を形成する工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールド用作業空
間形成方法に関し、特に、シールド機本体の前方に作業
空間を形成するためのシールド用作業空間形成方法に関
する。

【０００２】

【背景技術及び発明が解決しようとする課題】シールド
掘進機のカッタヘッドに装着されたカッタ装置は、地山
を掘削することにより先端が摩耗するため、長距離を掘
進する工事では途中でカッタ装置の交換や補修が必要と
なる。

【０００３】カッタ装置の交換や補修の作業を行う場
合、カッタ交換予定地点に立坑を構築して立坑内から作
業を行う方法や、地上からの薬液注入により地盤改良を
行い、この地盤改良区間にて作業を行う方法が用いられ
ている。

【０００４】また、最近では、予備カッタ装置を押し出
し可能にしたカッタ自動交換装置、カッタヘッドを前後
反転可能にし、シールド機本体の先端部に設けた球体作
業室内に格納可能にしたカッタヘッド反転機構や、シー
ルドチャンバ内に固化材を注入して低強度のソイルモル
タルに置き換え、低強度ソイルモルタルとカッタヘッド
とを一体にスキンプレート内に引き込んでカッタヘッド
の前面に高強度モルタルの壁体を形成した後、低強度モ
ルタルを除去して作業空間を形成する固化材充填方法が
開発されている。

【０００５】しかし、地上から立坑を構築する方法にお
いては、過密した都市部で立坑用地の確保が困難であ
り、また、立坑の構築にコストと時間がかかるという問
題がある。

【０００６】また、地上から薬液注入して地盤改良する
方法においては、掘削深度が大きいことや輻輳する既設
埋設物が支障となって地上からの地盤改良が行いにくい
等の問題がある。

【０００７】カッタ自動交換装置においては、作動回数
が１回に限られ、長距離を掘進する場合には対応できな
いという問題がある。

【０００８】カッタヘッド反転機構においては、球体作
業室内にカッタヘッド回転用駆動装置やカッタヘッド格
納用駆動装置等を配置するので、中・小口径マシンに適
用しようとすると、球体作業室に占めるこれらの駆動装
置の占める割合が大きくなり、カッタヘッドを格納する
ためのスペースが確保できないので、中・小口径マシン
には適用できず、しかも、複雑な機構が必要となるため
に大幅なコストアップの原因となるという問題がある。

【０００９】さらに、固化材充填方法では、シールドチ
ャンバ内にも固化材が充填されてしまうため、この固化
材の除去作業に多大の時間を要し、また、引き込んだカ
ッタヘッドを通常の位置に戻す際に、スキンプレートの
内側に固着した固化材を削り落とす機構が必要となると
いう問題がある。

【００１０】本発明の目的は、簡単な構成でカッタ装置
の交換や修復を行うための作業空間を容易に形成するこ
とができ、しかも、カッタ装置の交換や、修復を繰り返
し行うことのできるシールド用作業空間形成方法を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のシールド用作業空間形成方法は、シールド
機本体と、前記シールド機本体の前方に設けたカッタヘ
ッドとの間にシールドチャンバを有するシールド掘進機
を用い、前記シールドチャンバ内に土圧対抗用の充填材
を充填しながら掘進し、掘進途中で、前記シールドチャ
ンバ内及び前記カッタヘッド前面付近に作業空間を形成
するシールド用作業空間形成方法であって、前記カッタ
ヘッドと切羽面との間に間隔を設けて、その間に粘性膜
を形成する工程と、前記粘性膜と前記切羽面との間に間
隔を設けて、その間に固化層を形成する工程と、前記シ
ールドチャンバ内の土砂及び前記充填材と前記カッタヘ
ッド前方の前記粘性膜を除去して前記シールドチャンバ
内及び前記カッタヘッド前面付近に作業空間を形成する
工程と、を含むことを特徴とする。

【００１２】本発明によれば、カッタヘッドと切羽面と
の間に粘性膜を形成し、この粘性膜と切羽面との間に固
化層を形成することで、シールドチャンバ内は、固化す
ることなく土砂及び充填材のままの状態となり、シール
ドチャンバ内の土砂及び充填材を容易に除去することが
でき、しかも、カッタヘッド前方の粘性膜も容易に除去
することができ、その結果、簡単な構成でカッタ装置の
交換や補修のための作業空間を容易に形成することがで
きる。

【００１３】さらに、この作業空間の形成は、任意の時
期に何度でも繰り返して行うことができる。

【００１４】また、地上からの作業が必要なく、コスト
や時間あるいは埋設物による影響等の問題もなくすこと
ができる。

【００１５】さらに、構造が簡単で済むため、中・小口
径マシンにも適用でき、しかも、固化層はシールドチャ
ンバ内には形成されないので清掃も容易である。

【００１６】本発明においては、前記粘性膜を形成する
工程では、前記カッタヘッドに形成された掘削土砂通過
用のスリットを閉塞する工程と、前記切羽面に対して前
記カッタヘッドを後退させながら前記カッタヘッド前方
に粘性膜形成材を注入して粘性膜を形成する工程と、を
含むようにするとよい。

【００１７】このような構成とすることにより、カッタ
ヘッドの掘削土砂通過用のスリットを閉塞した後、カッ
タヘッド前方に粘性膜形成材を注入することで、シール
ドチャンバ内に粘性膜形成材が入り込むのを防止して、
確実にカッタヘッド前方のみに粘性膜を形成することが
できる。

【００１８】本発明においては、前記固化層を形成する
工程では、前記粘性膜ごと前記カッタヘッドを後退させ
て前記切羽面と前記粘性膜との間に固化材を注入して固
化層を形成する工程と、を含むようにすることができ
る。

【００１９】このような構成とすることにより、粘性膜
ごとカッタヘッドを後退させつつ、切羽面と粘性膜との
間に固化材を注入することで、シールドチャンバ内に固
化材を侵入させることなく、切羽面と粘性膜との間に確
実に固化層を形成することができる。

【００２０】したがって、シールドチャンバ内を容易に
清掃することができる。

【００２１】本発明においては、前記シールド機本体
は、外周を覆うスキンプレートの前端部が前記カッタヘ
ッド位置まで延びて前記シールドチャンバ外周を覆うと
共に、前記スキンプレートの少なくとも一部が前後動可
能とされ、前記作業空間形成前に、前記スキンプレート
が前方に移動されるようにするとよい。

【００２２】このような構成とすることにより、作業空
間形成前にスキンプレートを前方に移動させることで、
スキンプレートによって周囲の地盤の崩落を防止して、
安全性の高い作業空間を確保することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照して詳細に説明する。

【００２４】図１は、本発明の一実施の形態に係るシー
ルド用作業空間形成方法に用いる泥水式シールド掘進機
の断面図であり、図２は、その正面図である。

【００２５】この泥水式シールド掘進機１０は、シール
ド機本体１２と、このシールド機本体１２の前方に設け
られたカッタヘッド１４とを備える。

【００２６】シールド機本体１２は、複数のアーティキ
ュレートジャッキ１６により相互に摺動屈曲自在に接続
された前胴１８及び後胴２０を備える。

【００２７】後胴２０は、円筒形のスキンプレート２２
に覆われており、内部には後方にセグメント２４を連続
設置するエレクタ２６と、連続設置されるセグメント２
４に反力をとってシールド掘進機１０を推進させる複数
のシールドジャッキ２８と、後胴２０を地山に固定する
複数本のグリッパ３０とを有している。

【００２８】前胴１８は、円筒形のスキンプレート３２
に覆われており、前胴１８の前部には、隔壁３４を備え
たカッタヘッドサポート３６が軸方向に移動可能にスキ
ンプレート３２の内部に挿入されている。

【００２９】カッタヘッド１４は、カッタヘッドサポー
ト３６の前部に回転自在に装着され、カッタヘッドサポ
ート３６とカッタヘッド１４との間にシールドチャンバ
３８が形成されている。

【００３０】また、カッタヘッドサポート３６の隔壁３
４には、カッタヘッド１４の回転駆動用の複数の油圧モ
ータ４０と、シールドチャンバ３８内に充填材としての
泥水を供給する送泥管４２と、シールドチャンバ３８内
の泥水及び掘削土砂を排出する排泥管４４と、圧油や後
述する固化材あるいは粘性膜形成材等をカッタヘッド１
４へ送給するためのスイベルジョイント４６とが設けら
れている。

【００３１】さらに、隔壁３４の中心部には、スイベル
ジョイント４６からカッタヘッド１４への配管を内装し
たパイプ４８を回転自在に支持する軸受５０が取り付け
られている。

【００３２】また、カッタヘッドサポート３６は、隔壁
３４と後胴２０との間に接続された複数のカッタヘッド
引き込みジャッキ５２により軸方向及び回転方向で移動
可能に支持されている。

【００３３】カッタヘッド１４は、図２にも示すよう
に、面板５４と、この面板５４に装着されたカッタ装置
としての複数のディスクカッタ５６及び複数のカッタビ
ット５８とを備える。

【００３４】面板５４には、掘削土砂通過用の複数のス
リット６０が形成されており、各スリット６０の近傍に
は、各スリット６０を閉塞するための風船６２が装着さ
れ、この風船６２は、配管６４、６６を介してポンプユ
ニット６８に接続されている。

【００３５】複数のディスクカッタ５６及びカッタビッ
ト５８のうち、外周側に張り出し自在に装着されている
ディスクカッタ５６ａ及びカッタビット５８ａは、それ
ぞれカッタ格納ジャッキ７０、７２を備えている。

【００３６】ディスクカッタ５６ａ及びカッタビット５
８ａの張り出しにより、シールド掘進機１０の外形、す
なわち、スキンプレート２２、３２の外形よりも大きく
地山を掘削し得るようになっている。

【００３７】このような泥水式シールド掘進機１０を用
いて掘進する場合には、送泥管４２より泥水をシールド
チャンバ３８内に充填して、土圧に対抗させつつ、油圧
モータ４０を駆動してカッタヘッド１４を回転させると
ともに、シールドジャッキ２８を伸張させて、カッタヘ
ッド１４の前面の切羽を掘削しながらシールド掘進機１
０を前進させる。

【００３８】曲線掘進する際には、アーティキュレート
ジャッキ１６を駆動して、前胴１８と後胴２０とを屈曲
させた状態で掘進させる。

【００３９】掘削により面板５４のスリット６０を通し
てシールドチャンバ３８内に取り込まれた掘削土砂は、
泥水とともに排泥管４４に吸い込まれ、シールド掘進機
１０の後方に送られ処理される。

【００４０】そして、所定距離掘進する毎に、後胴２０
内に装着されたエレクタ２６によりセグメント２４を組
み立てていきトンネルを構築していく。

【００４１】次に、このような泥水式シールド掘進機１
０を用いたシールド用作業空間形成方法について、図３
〜図９を参照して説明する。

【００４２】シールド掘進機１０がカッタ装置の交換予
定地点に到達したら、グリッパ３０を伸張して後胴２０
を地山に固定する。

【００４３】また、カッタ格納ジャッキ７０、７２を作
動させて、カッタヘッド１４の外周側に装着されている
ディスクカッタ５６ａ及びカッタビット５８ａを、図３
に示すように、カッタヘッド１４内に格納する。

【００４４】これにより、カッタヘッド１４の外形は、
前胴１８のスキンプレート３２の内径よりも小さくな
る。

【００４５】この状態で、図４に示すように、カッタヘ
ッド１４を固定したまま、アーティキュレートジャッキ
１６を駆動して前胴１８のスキンプレート３２を所定距
離、例えば４００ｍｍ程度前方に押し出す。

【００４６】次いで、同図に示すように、ポンプユニッ
ト６８を駆動して所定圧のエアを風船６２に注入して風
船６２を膨らませ、面板５４のスリット６０を閉塞す
る。

【００４７】スリット６０を閉塞した後、同図に示すよ
うに、カッタヘッド引き込みジャッキ５２によりカッタ
ヘッドサポート３６と共にカッタヘッド１４をスキンプ
レート３２内部に所定距離後退させながら、スイベルジ
ョイント４６及びパイプ４８を介してカッタヘッド１４
の前面から粘性膜形成材を注入する。

【００４８】このとき、粘性膜形成材の噴射と共に、カ
ッタヘッド１４を回転させて粘性膜形成材を撹拌しなが
ら、カッタヘッド１４と切羽面との間に粘性膜８０を形
成する。

【００４９】この場合、面板５４のスリット６０を風船
６２で閉塞しているため、粘性膜形成材はシールドチャ
ンバ３８内に流入することなく、シールドチャンバ３８
内は粘性化することなく掘削土砂を含む泥水のままの状
態で維持されることとなり、カッタヘッド１４の前方に
のみ粘性膜８０が確実に形成されることとなる。

【００５０】ここで、粘性膜形成材としては、例えば、
ケイ酸と泥水の混合物、高分子増粘材と泥水の混合物、
増粘材（例えばＣＭＣ）と泥水の混合物、凝集剤と泥水
の混合物またはウレタン等の合成樹脂等を用いることが
できる。

【００５１】また、粘性膜８０は、例えば、１００ｍｍ
程度の厚さに形成される。

【００５２】次いで、図５に示すように、カッタヘッド
引き込みジャッキ５２によりカッタヘッドサポート３６
と共に粘性膜８０ごとカッタヘッド１４を所定距離後退
させつつ、スイベルジョイント４６及びパイプ４８を介
して切羽面と粘性膜８０との間に固化材を注入して固化
層８２を形成する。

【００５３】固化材としては、例えば、セメントミルク
とケイ酸との混合物を用いることができる。

【００５４】また、固化層８２は、例えば、１０００ｍ
ｍ程度の厚さに形成される。

【００５５】このように、面板５４のスリット６０を風
船６２で閉塞し、かつ、カッタヘッド１４の前方に粘性
膜８０を形成した状態で固化層８２を形成するため、粘
性膜８０と切羽面との間に固化材を注入しても、固化材
がシールドチャンバ３８内に流入することはなく、シー
ルドチャンバ３８内は、固化されることなく良好な状態
で固化層８２を形成することができる。

【００５６】そして、切羽面と粘性膜８０との間に形成
した固化層８２が完全に固まると、切羽からの水の浸入
を防ぐ止水効果を有するとともに、切羽の崩落を防止す
る効果を有する壁体となる。

【００５７】所定時間経過して固化層８２が完全に固ま
ったら、図６に示すように、シールドチャンバ３８内の
掘削土砂を泥水と共に排泥管４４から排出する。

【００５８】次いで、図７に示すように、作業員がシー
ルドチャンバ３８内に入り、面板５４のスリット６０か
らカッタヘッド１４の前方に形成された粘性膜８０を除
去することで、シールドチャンバ３８内及びカッタヘッ
ド１４の前面付近に作業空間８４が形成されることとな
る。

【００５９】この作業空間８４は、周囲がスキンプレー
ト３２によって覆われているため、地山の崩落等のおそ
れがなく、高い安全性を確保することができる。

【００６０】そして、この形成された作業空間８４内で
作業員がカッタ装置の交換や補修を行う。

【００６１】作業終了後は、図８に示すように、カッタ
ヘッド１４を駆動してカッタヘッド引き込みジャッキ５
２によりカッタヘッドサポート３６と共にカッタヘッド
１４を前方に移動させながら固化層８２を掘削して元の
掘進位置まで前進させる。

【００６２】そして、元の掘進位置で、図９に示すよう
に、アーティキュレートジャッキ１６によりスキンプレ
ート３２を通常の掘進状態の位置まで後退させ、カッタ
格納ジャッキ７０、７２によりディスクカッタ５６ａ及
びカッタビット５８ａを通常の掘進状態の位置に張り出
させ、グリッパ３０を収納することで通常の掘進状態と
なり、掘進作業を開始することが可能となる。

【００６３】このように、カッタ装置の交換や補修のた
めの立坑や地盤改良を行う必要がなく、固化材充填方式
のようなチャンバ内の固化材除去作業も必要ないので、
作業性が大幅に向上する。

【００６４】また、カッタヘッド１４内に装着する装置
が、風船６２と、注入材の配管のみという簡単で小型な
装置となるため、大幅なコストアップを招来することが
なく、また、小口径マシンにも適用することができる。

【００６５】さらに、風船６２を交換することによりカ
ッタ装置の交換や補修作業の回数に制限がなくなり、ト
ンネル工事での長距離掘進作業が可能となる。

【００６６】本発明は、前記実施の形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の形態
に変形可能である。

【００６７】例えば、本実施の形態においては、シール
ド掘進機として泥水式シールド掘進機を例に挙げて説明
したが、泥水式あるいは土圧式シールド掘進機にも適用
可能である。

【００６８】また、カッタ装置は、ディスクカッタとカ
ッタビットとを併用したカッタヘッドの例について説明
したが、ディスクカッタのみ、または、カッタビットの
みを装着したカッタヘッドにも適用可能である。

【００６９】さらに、カッタヘッドの面板に形成したス
リットを閉塞する手段として風船を用いたが、これに限
らず、スライド可能な閉塞板によって閉塞することによ
っても同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るシールド用作業空
間形成方法に用いる泥水式シールド掘進機の断面図であ
る。

【図２】図１の正面図である。

【図３】本実施の形態における外周ディスクカッタを格
納する状態を示す概略断面図である。

【図４】図３の状態からスキンプレートを前方に押し出
し、粘性膜を形成する状態を示す概略断面図である。

【図５】図４の状態から、固化層を形成する状態を示す
概略断面図である。

【図６】図５の状態から、シールドチャンバ内の泥水及
び掘削土砂を除去した状態を示す概略断面図である。

【図７】図６の状態から粘性膜を除去した状態を示す概
略断面図である。

【図８】図７の状態から、固化層の掘削を開始する状態
を示す概略断面図である。

【図９】図８の状態から掘進開始に至るまでの状態を示
す概略断面図である。

【符号の説明】

１０ シールド掘進機 １２ シールド機本体 １４ カッタヘッド １８ 前胴 ２０ 後胴 ２２、３２ スキンプレート ３８ シールドチャンバ ５４ 面板 ５６ ディスクカッタ ５８ カッタビット ６０ スリット ６２ 風船 ８０ 粘性膜 ８２ 固化層 ８４ 作業空間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松下 清一 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 請川 誠 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 元木 実 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 岩切 満行 東京都港区赤坂２丁目３番６号 株式会社 小松製作所内 (72)発明者 三谷 典夫 東京都港区赤坂２丁目３番６号 株式会社 小松製作所内 Ｆターム(参考） 2D054 AC02 AD13 BA03 BB07 FA02 FA03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド機本体と、前記シールド機本体
   の前方に設けたカッタヘッドとの間にシールドチャンバ
   を有するシールド掘進機を用い、前記シールドチャンバ
   内に土圧対抗用の充填材を充填しながら掘進し、掘進途
   中で、前記シールドチャンバ内及び前記カッタヘッド前
   面付近に作業空間を形成するシールド用作業空間形成方
   法であって、 前記カッタヘッドと切羽面との間に間隔を設けて、その
   間に粘性膜を形成する工程と、 前記粘性膜と前記切羽面との間に間隔を設けて、その間
   に固化層を形成する工程と、 前記シールドチャンバ内の土砂及び前記充填材と前記カ
   ッタヘッド前方の前記粘性膜を除去して前記シールドチ
   ャンバ内及び前記カッタヘッド前面付近に作業空間を形
   成する工程と、 を含むことを特徴とするシールド用作業空間形成方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記粘性膜を形成する工程では、前記カッタヘッドに形
   成された掘削土砂通過用のスリットを閉塞する工程と、 前記切羽面に対して前記カッタヘッドを後退させながら
   前記カッタヘッド前方に粘性膜形成材を注入して粘性膜
   を形成する工程と、 を含むことを特徴とするシールド用作業空間形成方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、 前記固化層を形成する工程では、前記粘性膜ごと前記カ
   ッタヘッドを後退させて前記切羽面と前記粘性膜との間
   に固化材を注入して固化層を形成する工程と、 を含むことを特徴とするシールド用作業空間形成方法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかにおいて、 前記シールド機本体は、外周を覆うスキンプレートの前
   端部が前記カッタヘッド位置まで延びて前記シールドチ
   ャンバ外周を覆うと共に、前記スキンプレートの少なく
   とも一部が前後動可能とされ、 前記作業空間形成前に、前記スキンプレートが前方に移
   動されることを特徴とするシールド用作業空間形成方
   法。