JP2004270252A - シールドマシンの立坑到達工法及びこれに使用する耐圧シール装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】シールドマシンの立坑到達作業が安全に、円滑に、短期間で、低コストで行なうことができ、切削反力の増大が図れ、止水用パッキンへの異物の付着が防止できる施工方法と施工構造を提供する。
【解決手段】シールドマシン１が立坑壁１１の一部に組み込まれているシールドマシン到達用壁部１３と、その背面に設けられている密閉エントランス２７内の充填材Ｊとをそのまま切削しながら掘進するという施工形態を採っており、シールドマシン１が前記密閉エントランス２７内に進入し、充填材Ｊを切削している状態では充填材Ｊを凍結状態にしておくようにした。また充填材Ｊとして水ガラス系懸濁液型薬液を使用した。
【選択図】 図２
【解決手段】シールドマシン１が立坑壁１１の一部に組み込まれているシールドマシン到達用壁部１３と、その背面に設けられている密閉エントランス２７内の充填材Ｊとをそのまま切削しながら掘進するという施工形態を採っており、シールドマシン１が前記密閉エントランス２７内に進入し、充填材Ｊを切削している状態では充填材Ｊを凍結状態にしておくようにした。また充填材Ｊとして水ガラス系懸濁液型薬液を使用した。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中を掘削し、掘進するシールドマシンが立坑に到達する際の施工方法及び施工構造に係り、特に立坑壁の内のシールドマシン到達用壁部と、その背面に設けられる密閉エントランス内に充填される充填材とをそのまま切削しながら掘進するようにしたシールドマシンの立坑到達工法及び施工中の止水性と耐圧生を確保する立坑の耐圧シール装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建物や各種の構造物が林立する都市部では、地中を掘削し、地下鉄等の軌道を設けたり、下水や雨水等を一ヶ所に集めて流すための大規模な水路等を構築することが頻繁に行なわれている。この場合、シールドマシンと呼ばれる掘削機械が使用され、地中を垂直に掘り起こして構築した立坑と呼ばれる坑道を利用してシールドマシンの搬入、搬出と、地中を水平に掘削し、掘進するための発進、到達とが行なわれている。
【０００３】
このうち立坑への到達に際しては、従来はシールドマシンの到達部において、図８に示す如く地盤改良を施し、バックホー１０１と呼ばれる掘削機械を使用して、あるいは人力により立坑１０３側からも掘削し、鏡切りを行ないシールドマシン１０５の到達を図っていた。また地盤改良を必要としない新たな施工方法も開発されており、図９に示す如く立坑壁１０７の一部に別途の材料で形成されるシールドマシン到達用壁部１０９を組み込み、更にシールドマシン到達用壁部１０９の背面に充填材を充填した密閉エントランス１１１を設け、地盤と一緒に上記シールドマシン到達用壁部１０９と密閉エントランス１１１内の充填材とをそのまま切削しながら掘削して到達を図るという施工形態も提案されている（例えば特許文献１）。
【０００４】
充填材としては、大きな耐圧性を確保するために、砂１１３や発泡スチロール１１５を使用したものが利用されている。また、図９に示す如く、密閉エントランス１１１内には止水用パッキン１１７が設けられており、シールドマシン１０５が密閉エントランス１１１内に進入して充填材を取り崩すことによって生ずる地山からの地下水等の浸出を防止している。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１８０７８０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、シールドマシンが密閉エントランス内に進入して充填材である砂等を取り崩す際に、シールドマシンの本体外周面や、止水性パッキンの表面に砂等が異物となって付着堆積し、所望の止水性が得られないという問題が生じていた。また充填材として使用される砂や発泡スチロールでは、シールドマシンの切削圧に耐えられるだけの充分な切削反力が確保できないということも指摘されていた。
【０００７】
本発明の目的は、シールドマシンの立坑への到達作業が安全に、円滑に、短期間で、低コストで行なうことができ、また、止水用パッキンの円滑な作動状態を維持した状態でシールドマシンの切削圧に耐えられるだけの充分な切削反力が確保でき、止水用パッキンに付着堆積する異物の混入を防止し、立坑到達時の一連の施工中の止水性も確保できる新規且つ有用なシールドマシンの立坑到達工法及びこれに使用する立坑の耐圧シール装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係るシールドマシンの立坑到達工法は、立坑壁の内のシールドマシン到達用壁部と、該到達用壁部の背面に設けられる密閉エントランス内に充填される充填材とを、シールドマシンが切削しながら掘進することによって立坑に到達するシールドマシンの立坑到達工法であって、シールドマシンが前記密閉エントランス内に進入し、充填材を切削している状態では充填材を凍結状態にしておくようにしたことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、前記密閉エントランス内の充填材を凍結状態にすることによってシールドマシンの切削圧に耐えられるだけの充分な切削反力が確保される。
【００１０】
また、本発明の第２の態様に係るシールドマシンの立坑到達工法は、前記第１の態様において、前記シールドマシン到達用壁部は、立坑壁の一部に設けられ、プラスチック発泡体を無機繊維で強化した材料で構成されていることを特徴とする。なお、この材料が望ましいが、木材など他の材料も使用可能である。
【００１１】
また、本発明の第３の態様に係るシールドマシンの立坑到達工法は、前記第１の態様または第２の態様において、前記充填材は珪酸コロイド溶液とセメント懸濁液とを混合して得られる水ガラス系懸濁液型薬液であることを特徴とするものである。本発明によれば、充填材が固化した状態では大きな強度が得られ、充分な切削反力が確保される。また材料の入手が比較的容易で、安価であり、公害に対する安全性にも優れている。
【００１２】
また、本発明の第４の態様に係るシールドマシンの立坑到達工法は、前記第１の態様から第３の態様のいずれかにおいて、前記シールドマシン到達用壁部の背面に密閉エントランスを設置し、該密閉エントランス内に充填材を充填し更に凍結させる立坑到達準備工程と、シールドマシンを立坑に向けて掘進させ、前記到達用壁部を貫通し、止水用パッキンの作動位置に至るまで凍結した充填材を切削する立坑到達工程と、該立坑到達工程の後に、充填材を解凍し、流動化させて止水用パッキンを作動させる止水性確保工程と、前記止水用パッキンによって止水性を確保した状態でシールドマシンを立坑内に引き抜く立坑引抜工程と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明によれば、立坑へのシールドマシンの到達がシールドマシンを立坑へ向けてそのまま掘進させるだけで実行でき、工期の大幅な短縮と施工コストの削減が達成される。また充填材の切削は凍結した状態の充填材に対して行なわれるから高い切削反力が確保されており、シールドマシンが止水用パッキンの作動位置に達した状態では、充填材は解凍され流動化するから止水用パッキンによるシールドマシン外周面への圧接動作にも何ら影響を与えない。
【００１４】
また、本発明の第５の態様に係るシールドマシンの立坑到達工法は、前記第１の態様から第３の態様のいずれかにおいて、前記シールドマシン到達用壁部の背面に密閉エントランスを設置し、該密閉エントランス内に充填材を充填し更に凍結させる立坑到達準備工程と、シールドマシンを立坑に向けて掘進させ、前記到達用壁部を貫通し、更に凍結した充填材を切削して前記密閉エントランス内に到達させる立坑到達工程と、該立坑到達工程の後に、前記密閉エントランスの、前記シールドマシン先端のカッター刃に対向する位置に設けられる蓋体を外し、前記凍結状態の充填材を除去して露呈された部分の該シールドマシン本体の外周と密閉エントランス内面との間に止水部材を固定設置する止水部材設置工程と、該止水部材設置工程の後に、シールドマシンのカッター刃部分を分解撤去して、シールドマシン本体を残すマシン本体残置工程と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明によれば、立坑へのシールドマシンの到達がシールドマシンを立坑へ向けてそのまま掘進させるだけで実行でき、工期の大幅な短縮と施工コストの削減が達成される。また充填材の切削は凍結した状態の充填材に対して行なわれるから高い切削反力が確保されている。
【００１６】
特に本発明は、シールドマシンを立坑内に引き抜くことはせず、シールドマシン本体を立坑に到達させた状態で、その場所に残し、シールドマシン後方に設置されたセグメントと共に、その場所の構造体の一部に当該シールドマシン本体を利用する工法に用いて最適である。すなわち、シールドマシンが密閉エントランス内に達した状態で、充填材が凍結状態を維持していれば前記密閉エントランスから前記蓋体を外しても止水性は確保されている。そのため、前記蓋体を外して前記凍結状態の充填材を、その蓋体があった側から除去し、該除去によって露呈された部分の該シールドマシン本体の外周と密閉エントランス内面との間に止水部材を固定設置することが可能となる。その後、シールドマシンのカッター刃部分を分解撤去して、シールドマシン本体を残すことにより、シールドマシンの立坑到達作業を終了することができ、続く他の作業を開始することができる。
【００１７】
尚、前記止水部材の固定設置により、充填材を凍結状態にして止水性を確保する役割はいらなくなる。従って、該止水部材より後方に残されている凍結状態の充填材を解凍させ、更にそこから排出させ、その後の空隙にシール部材などを注入固化させることにより、一層止水性を確かなものとすることができる。
【００１８】
また、本発明の第６の態様に係るシールドマシンの立坑到達工法は、前記第４または第５の態様において、前記立坑到達準備工程では、充填材の充填に先立って密閉エントランスの内部及び／又は外部に凍結管を設置し、密閉エントランス内部に止水用パッキンを設置し、密閉エントランスの開放端を蓋体によって塞いで密閉状態にし、更に支保工材によって蓋体を密閉エントランス側に押圧保持することを特徴とするものである。
【００１９】
本発明によれば、密閉エントランス内での充填材の凍結を容易に且つ短時間で行なうことが可能となり、支保工材による押圧保持作用によって更に一層の切削反力の増大が図られる。凍結管を密閉エントランスの外部にだけ設けたものは、シールドマシンが密閉エントランス内に進入する際に、そのカッター刃が凍結管に当たる虞が全くないため、凍結管破損に基づく問題発生の虞が全くない。
【００２０】
また、本発明の第７の態様に係るシールドマシンの立坑到達工法は、前記第４の態様または第６の態様において、前記止水性確保工程及び立坑引抜工程では、止水用パッキンに加圧流体が供給され、止水用パッキンが膨張し、シールドマシンの外周面に圧接することによって、止水性が確保されていることを特徴とするものである。
本発明によれば、極めて簡単な構造によって大きな止水性が確保され、加圧流体の供給及び供給の停止を適宜切り替えることによって、止水用パッキンの作動状態を容易に可変することができる。
【００２１】
また、本発明の第８の態様に係る耐圧シール装置は、地中を掘削し、掘進するシールドマシンが立坑に到達するに際して使用され、施工中の止水性及び耐圧性を確保し、シールドマシンによる立坑への到達を行うための立坑の耐圧シール装置であって、前記耐圧シール装置は、立坑壁の内のシールドマシン到達用壁部の背面に設けられ、凍結手段を備え、更に内部に止水用パッキンを有する密閉エントランスを備え、該密閉エントランス内に凍結可能な充填材を供給する充填材供給管路と、前記凍結手段に冷媒を供給する冷媒供給管路と、前記止水用パッキンに加圧流体を供給する加圧流体供給管路とが接続されていることを特徴とする。
本発明によれば、密閉エントランスの密閉状態を維持した状態で、充填材の供給、充填材の凍結及び止水用パッキンの作動状態の切り替えを実行できる。
【００２２】
また、本発明の第９の態様に係る耐圧シール装置は、前記第８の態様において、前記密閉エントランスには解凍し、流動化した充填材を外部に排出させるドレーンが設けられていることを特徴とするものである。本発明によれば、シールドマシンの進行及び止水用パッキンの膨張によって生じた密閉エントランス内の容積減少分の充填材がドレーンを通って、外部に排出され、シールドマシンの移動を円滑にする。
【００２３】
また、本発明の第１０の態様に係る耐圧シール装置は、前記第８の態様または第９の態様において、前記施工構造には密閉エントランスの外周面を覆うように設けられる坑口コンクリートブロックと、密閉エントランスの開放端を閉塞する蓋体と、蓋体を押圧し、密閉エントランスに密着させる支保工材とを備えていることを特徴とするものである。
本発明によれば、密閉エントランスと立坑壁との接合強化を図ることができ、止水性が向上する。また支保工材による押圧保持作用によって耐圧性が向上し、更に一層の切削反力の増大が図られる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るシールドマシンの立坑到達工法及びこれに使用する耐圧シール装置を図示の実施の形態を例にとって具体的に説明する。図１は立坑に到達したシールドマシン及び本発明の一実施形態に係る耐圧シール装置を併せ示す斜視図である。また図２〜図５は本発明の一実施形態に係るシールドマシンの立坑到達工法を施工の手順に従って段階的に示しており、図２は立坑到達準備工程を示す側断面図、図３は立坑到達工程を示す側断面図、図４は立坑引抜準備工程を示す側断面図、図５は立坑引抜工程を示す側断面図である。また図６は立坑壁とシールドマシン到達用壁部の接合状態を示す正面図であり、図７は止水用パッキン周辺を拡大して示す側断面図である。
【００２５】
シールドマシン１は、図１に示す如く、円筒ドラム形状のマシン本体３の先端に多数のカッター刃５を植設した円板状のカッタヘッド７を備えて成るものである。シールドマシン１は、地中を垂直に掘削して構築される立坑９と呼ばれる坑道を利用して所定深さの掘削位置に搬入される。そして、カッタヘッド７を回転させて立坑９における立坑壁１１の一部に組み込まれるようにして設けられるシールドマシン発進用壁部（図示せず）を貫いて発進し、地中を水平に掘削し、所定の方向に向けて掘進する。またシールドマシン１が掘進し、形成した穴にはセグメント１５を使用して土留め処理が施されて行く。
【００２６】
シールドマシン１が掘進する方向には予め他の立坑９が構築されており、その立坑９に到達する際に、本発明の一実施形態に係るシールドマシンの立坑到達工法及びこれに使用する耐圧シール装置が適用される。立坑９は一例としてＨ形鋼等の長尺鋼材１７を多数本、並べることによって立坑壁１１を形成しており、立坑壁１１の一部は、図６に示す如く、シールドマシン１により掘削される開口円１９より幾分大きめで、開口円１９に沿うように多段状に適宜の接合部材２１を使用してシールドマシン到達用壁部１３が組み込まれるようにして設けられている。
【００２７】
シールドマシン到達用壁部１３は、硬質発泡ウレタン樹脂等のプラスチック発泡体をガラス長繊維等の無機繊維で強化したＦＦＵ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｆｏａｍｅｄ Ｕｒｅｔｈａｎｅ）と呼ばれる高強度且つ耐久性に優れた素材を一例として使用し、形成されている。また立坑壁１１の他の構成として特許第２８２１５５５号において開示されている鉄筋カゴを使用したものも採用可能である。尚、シールドマシン到達用壁部１３は地盤改良を不要とし、機械や人力による立坑９内からの鏡切りを不要とする点、工期の短縮、施工コストの削減に大きく貢献している。またシールドマシン到達用壁部１３は地山２３からの土砂の流出や地下水等の浸出を防止する止水性及び耐圧性を備えており、本発明の耐圧シール装置２５の一部を構成している。
【００２８】
本発明の一実施形態に係るシールドマシンの立坑到達工法は、図２に示す立坑到達準備工程と、図３に示す立坑到達工程と、図４に示す立坑引抜準備工程と、図５に示す立坑引抜工程とを備えることによって構成されている。以下、これらの工程に分けて、具体的に説明して行く。
【００２９】
（１）立坑到達準備工程（図２参照）
シールドマシン１が到達する立坑９内には、上記シールドマシン到達用壁部１３の背面（立坑９内に臨んでいる面）に接するように密閉エントランス２７が設けられる。密閉エントランス２７は端面が開放された筒状の部材であり、シールドマシン到達用壁部１３側の端部には円環状のフランジ部２９が設けられており、このフランジ部２９を利用して立坑壁１１に対して溶接あるいはボルト、ナットによる締結等の適宜の接合手段によって固定状態に取り付けられている。
【００３０】
密閉エントランス２７の外周面には、密閉エントランス２７と立坑壁１１との接合を強化する坑口コンクリートブロック３１が打設される。尚、坑口コンクリートブロック３１は密閉エントランス２７を立坑壁１１に取り付けた後、適宜の型枠を密閉エントランス２７の外周面に配置してから原料注入、養生、固化させて形成されるが、予め成形しておいた何分割かに分割された坑口コンクリートブロック要素を用意し、これらを適宜組み合わせ、接合することによって設置することも可能である。
【００３１】
また、本実施の形態では、密閉エントランス２７の内部に、その内周面に沿うように２本の円管状の凍結環３３と、一基のリング状の止水用パッキン３５及び後述する蓋体３７側から軸ａ方向に平行に延びている直管状の他の凍結管３９が設けられている。また密閉エントランス２７の外周面には、密閉エントランス２７内に充填材Ｊを供給する充填材供給管路４１と、洗浄液を供給する洗浄液供給管路４３と、止水用パッキン３５に加圧流体を供給する加圧流体供給管路４５と、解凍し、流動状態となった充填材Ｊを外部に排出するためのドレーン４７とが接続されており、密閉エントランス２７の外周面と蓋体３７には凍結管３３、３９に冷媒を供給する冷媒供給管路４９が接続されている。
【００３２】
止水用パッキン３５は、図７に示す如く、加圧流体の供給、供給の停止を受けて膨張、収縮するチューブ膜５１と、シールドマシン１の外周面に直接当接し、圧接状態を保つシールパッキン５３とを備えている。また、図示の実施の形態では、止水用パッキン３５を一基のみ設けているが、中折れ個所がある場合や大口径のシールドマシン１を使用する場合には、更に止水用パッキン３５を増設し、複数段設けることも可能である。
【００３３】
また、充填材Ｊとしては、固化状態ではシールドマシン１の切削力に耐えられるだけの切削反力を有し、流動状態では止水用パッキン３５の上記作動を妨げることがないよう、性状を変化させ得る材料が適用できる。具体的には珪酸コロイド溶液とセメント懸濁液とを混合して得られる水ガラス系懸濁液型薬液等が使用できる。水ガラス系懸濁液型薬液は水ガラスと水を調合して得られた珪酸コロイド溶液と、セメントと水を調合し、あるいはこれに少量のベントナイト等の添加物を添加して得られたセメント懸濁液を等量ずつ、同時に注入し、両者を混合することで一種の化学反応を生じさせ、凝結させることによってゲル化し、強度を増強させるというものである。この薬液は比較的入手が容易で、安価であり、公害に対する安全性にも優れている。
【００３４】
密閉エントランス２７の開放端には、円板状の蓋体３７が設けられる。蓋体３７としては、比較的肉厚の１枚の鋼製円板によって構成することも可能であるが、蓋体３７の軽量化を図るため、図１に示す如く、比較的肉薄の２枚の鋼製円板を用意し、この間に複数の補強フレームを介在させたような構造のものであっても勿論構わない。蓋体３７には、更に蓋体３７を押圧し、密閉エントランス２７に密着させるための支保工材５５が設けられる。尚、支保工材５５の構造としては、図示のような構造に限らず、単に対抗する立坑壁１１と蓋体３７の間に鋼材等を介在させただけの構成であっても構わない。
【００３５】
そして、上記坑口コンクリートブロック３１、密閉エントランス２７、充填材Ｊ、蓋体３７及び支保工材５５等を含んだ構造物と、前記シールドマシン到達用壁部１３を合わせたものが本発明の耐圧シール装置２５となるのである。そして密閉状態の密閉エントランス２７内に固化前の充填材Ｊを充填材供給管路４１から充填し、冷媒供給管路４９から凍結管３３、３９に冷媒を流して、充填材Ｊを凍結させれば、立坑９に対する到達の準備が完了する。
【００３６】
（２）立坑到達工程（図３参照）
次に、シールドマシン１を駆動させ、立坑９に向けて掘進を開始する。シールドマシン１はシールドマシン到達用壁部１３を貫通して密閉エントランス２７内に至り、密閉エントランス２７内の凍結し、固化状態となった充填材Ｊを切削し、止水用パッキン３５の作動位置に達したところで一時停止する。尚、この状態では凍結し、固化状態となった充填材Ｊによって地山２３に含まれる地下水等の浸出は防止されており、支保工材５５の押圧力により固化状態の充填材Ｊを介して、シールドマシン１に対する切削反力が確保されている。
【００３７】
（３）止水性確保工程（図４参照）
次に凍結し、固化状態にある充填材Ｊを解凍し、流動化させる。これにより止水用パッキン３５は作動可能状態となり、加圧流体供給管路４５から加圧流体の供給を受けて、図７のチューブ膜５１は膨張状態となり、シールパッキン５３をシールドマシン１の外周面に圧接させる。尚、この状態では、止水用パッキン３５によって止水性は確保されており、その止水性をドレーン４７ないし密閉エントランス２７あるいは蓋体３７の適宜の個所に設けられる水圧計５７によって確認する。また解凍され、流動化した充填材Ｊのうち、チューブ膜５１の膨張に伴う容積の減少分がゼリー状の排出物となってドレーン４７から排出される。また洗浄液供給管路４３から密閉エントランス２７内へ洗浄液を供給することによって、密閉エントランス２７内の充填材Ｊを洗い流し、密閉エントランス２７の内面や止水用パッキン３５の表面あるいはシールドマシン１の外周面等を洗浄し、ドレーン４７からゼリー状の充填材Ｊと共に排出する。
【００３８】
（４）立坑引抜工程（図５参照）
そして、止水性が確保されたところで、支保工材５５と蓋体３７を撤去し、シールドマシン１のカッタヘッド７の回転を停止した状態で空押しし、立坑９内に引き抜く。また、シールドマシン１を引き抜くことによって生じたセグメント１５の段差部には、適宜モルタル等から成るシール部材を注入して止水性を確保する。
【００３９】
上記実施の形態では、立坑引抜工程を有するシールドマシンの立坑到達工法について説明したが、図１０を用いて、シールドマシンを立坑内に引き抜くことはせず、シールドマシン本体を立坑に到達させた状態で、その場所に残し、シールドマシン後方に設置されたセグメントと共に、その場所の構造体の一部に当該シールドマシン本体を利用する工法について説明する。
【００４０】
本実施の形態の工法は、立坑到達工程はシールドマシン１を立坑９に向けて掘進させ、到達用壁部１３を貫通し、更に凍結した充填材Ｊを切削して密閉エントランス２７内に到達させる。このときのシールドマシン１の位置は、前記図３とほぼ同じである。続いて、即ち立坑到達工程の後は、充填材Ｊを凍結させたまま、密閉エントランス２７の蓋体３７を外し、凍結状態の充填材Ｊを切削機械やその他公知の手段を用いて除去する。凍結状態の充填材Ｊの除去範囲は、シールドマシン１のマシン本体３の先端外周部までで通常は足りる。この除去によって露呈された部分のシールドマシン本体３の外周と密閉エントランス２７内面との間に鉄板等から成る止水部材６０を固定設置する。この状態は、該止水部材６０より後方（奥側）には充填材Ｊが凍結状態で存在している。そして、この止水部材設置工程の後に、シールドマシン１のカッター刃５部分を分解撤去して、シールドマシン本体３をその位置に残す。図１０はこの状態を示している。
【００４１】
尚、本実施の形態では、凍結管３３は密閉エントランス２７の外部にだけ設けられ、内部には設けられていない。シールドマシン１が密閉エントランス２７内に進入する際に、凍結管３３が密閉エントランス２７の内部に設けられていると、そのカッター刃５が凍結管３３に当たって損傷させる虞があるが、本実施の形態によれば、凍結管３３は密閉エントランス２７の外部にだけ設けられので、その虞が全くなく、従って凍結管破損に基づく問題発生の虞が全くない。また、本実施の形態では、止水用パッキン３５が密閉エントランス２７内に設けられているが、これは、図１０に示した工法と図１から図７に示した第１の工法との選択実施を可能にするためである。地山の水圧が高い場合は前記第１の工法を選択し、地山の水圧が差ほど高くない場合は図１０に示した工法を選択できる。
【００４２】
次に作用を説明する。シールドマシン１が密閉エントランス２７内に達した状態で、充填材Ｊが凍結状態を維持していれば密閉エントランス２７から蓋体３７を外しても止水性は確保されている。そのため、蓋体３７を外して前記凍結状態の充填材Ｊを、その蓋体３７があった側から除去し、該除去によって露呈された部分のシールドマシン本体３の外周と密閉エントランス２７内面との間に当該止水部材６０を固定設置することが可能となる。その後、シールドマシン１のカッター刃５部分を分解撤去して、シールドマシン本体３を残すことにより、シールドマシン１の立坑到達作業を終了することができ、続く他の作業を開始することができる。
【００４３】
止水部材６０の固定設置により、充填材Ｊを凍結状態にして止水性を確保する役割はいらなくなる。従って、止水部材６０より後方に残されている凍結状態の充填材Ｊを解凍させ、更にそこから図示しないドレーンで排出させ、その後の空隙にシール部材などを注入固化させることにより、一層止水性を確かなものとすることができる。
【００４４】
本発明のシールドマシンの立坑到達工法及びこれに使用する耐圧シール装置２５は、以上述べたような構成を基本とするものであるが、更に本発明の要旨を逸脱しない範囲内の部分的構成の変更や省略等を行なうことも勿論可能である。例えば充填材Ｊを凍結させるのに使用した凍結管３３、３９を排除し、密閉エントランス２７及び蓋体３７自体を冷却し得るように構成することで、あたかも冷凍庫のように作用させて充填材Ｊを凍結させるようにすることも可能である。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、シールドマシンの立坑への到達及び立坑内への引き抜き作業が安全に、円滑に、短期間で、低コストで行なうことができ、止水用パッキンの円滑な作動状態を維持した状態でシールドマシンの切削圧に耐えられるだけの充分な切削反力が確保でき、止水用パッキンに付着堆積する異物の混入を防止し、立坑到達から立坑引抜に至る一連の施工中の止水性も確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】立杭に到達したシールドマシン及び本発明の耐圧シール装置を併せ示す斜視図である。
【図２】本発明のシールドマシンの立坑到達工法における立坑到達準備工程を示す側断面図である。
【図３】本発明のシールドマシンの立坑到達工法における立坑到達工程を示す側断面図である。
【図４】本発明のシールドマシンの立坑到達工法における止水性確保工程を示す側断面図である。
【図５】本発明のシールドマシンの立坑到達工法における立坑引抜工程を示す側断面図である。
【図６】立坑壁とシールドマシン到達用壁部の接合状態を示す正面図である。
【図７】止水用パッキン周辺を拡大して示す側断面図である。
【図８】従来の立坑到達時の施工方法を示す側断面図である。
【図９】従来の立坑到達時の他の施工方法を示す側断面図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態に係るシールドマシンの立坑到達工法におけるマシン本体設置工程を示す側断面図である。
【符号の説明】
１ シールドマシン
３ マシン本体
５ カッター刃
７ カッタヘッド
９ 立坑
１１ 立坑壁
１３ シールドマシン到達用壁部
１５ セグメント
１７ 長尺鋼材
１９ 開口円
２１ 接合部材
２３ 地山
２５ 耐圧シール装置
２７ 密閉エントランス
２９ フランジ部
３１ 坑口コンクリートブロック
３３ 凍結管（円管状の）
３５ 止水用パッキン
３７ 蓋体
３９ 凍結管（直管状の）
４１ 充填材供給管路
４３ 洗浄液供給管路
４５ 加圧流体供給管路
４７ ドレーン
４９ 冷媒供給管路
５１ チューブ膜
５３ シールパッキン
５５ 支保工材
５７ 水圧計
６０ 止水部材
ａ 軸
Ｊ 充填材
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中を掘削し、掘進するシールドマシンが立坑に到達する際の施工方法及び施工構造に係り、特に立坑壁の内のシールドマシン到達用壁部と、その背面に設けられる密閉エントランス内に充填される充填材とをそのまま切削しながら掘進するようにしたシールドマシンの立坑到達工法及び施工中の止水性と耐圧生を確保する立坑の耐圧シール装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建物や各種の構造物が林立する都市部では、地中を掘削し、地下鉄等の軌道を設けたり、下水や雨水等を一ヶ所に集めて流すための大規模な水路等を構築することが頻繁に行なわれている。この場合、シールドマシンと呼ばれる掘削機械が使用され、地中を垂直に掘り起こして構築した立坑と呼ばれる坑道を利用してシールドマシンの搬入、搬出と、地中を水平に掘削し、掘進するための発進、到達とが行なわれている。
【０００３】
このうち立坑への到達に際しては、従来はシールドマシンの到達部において、図８に示す如く地盤改良を施し、バックホー１０１と呼ばれる掘削機械を使用して、あるいは人力により立坑１０３側からも掘削し、鏡切りを行ないシールドマシン１０５の到達を図っていた。また地盤改良を必要としない新たな施工方法も開発されており、図９に示す如く立坑壁１０７の一部に別途の材料で形成されるシールドマシン到達用壁部１０９を組み込み、更にシールドマシン到達用壁部１０９の背面に充填材を充填した密閉エントランス１１１を設け、地盤と一緒に上記シールドマシン到達用壁部１０９と密閉エントランス１１１内の充填材とをそのまま切削しながら掘削して到達を図るという施工形態も提案されている（例えば特許文献１）。
【０００４】
充填材としては、大きな耐圧性を確保するために、砂１１３や発泡スチロール１１５を使用したものが利用されている。また、図９に示す如く、密閉エントランス１１１内には止水用パッキン１１７が設けられており、シールドマシン１０５が密閉エントランス１１１内に進入して充填材を取り崩すことによって生ずる地山からの地下水等の浸出を防止している。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１８０７８０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、シールドマシンが密閉エントランス内に進入して充填材である砂等を取り崩す際に、シールドマシンの本体外周面や、止水性パッキンの表面に砂等が異物となって付着堆積し、所望の止水性が得られないという問題が生じていた。また充填材として使用される砂や発泡スチロールでは、シールドマシンの切削圧に耐えられるだけの充分な切削反力が確保できないということも指摘されていた。
【０００７】
本発明の目的は、シールドマシンの立坑への到達作業が安全に、円滑に、短期間で、低コストで行なうことができ、また、止水用パッキンの円滑な作動状態を維持した状態でシールドマシンの切削圧に耐えられるだけの充分な切削反力が確保でき、止水用パッキンに付着堆積する異物の混入を防止し、立坑到達時の一連の施工中の止水性も確保できる新規且つ有用なシールドマシンの立坑到達工法及びこれに使用する立坑の耐圧シール装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係るシールドマシンの立坑到達工法は、立坑壁の内のシールドマシン到達用壁部と、該到達用壁部の背面に設けられる密閉エントランス内に充填される充填材とを、シールドマシンが切削しながら掘進することによって立坑に到達するシールドマシンの立坑到達工法であって、シールドマシンが前記密閉エントランス内に進入し、充填材を切削している状態では充填材を凍結状態にしておくようにしたことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、前記密閉エントランス内の充填材を凍結状態にすることによってシールドマシンの切削圧に耐えられるだけの充分な切削反力が確保される。
【００１０】
また、本発明の第２の態様に係るシールドマシンの立坑到達工法は、前記第１の態様において、前記シールドマシン到達用壁部は、立坑壁の一部に設けられ、プラスチック発泡体を無機繊維で強化した材料で構成されていることを特徴とする。なお、この材料が望ましいが、木材など他の材料も使用可能である。
【００１１】
また、本発明の第３の態様に係るシールドマシンの立坑到達工法は、前記第１の態様または第２の態様において、前記充填材は珪酸コロイド溶液とセメント懸濁液とを混合して得られる水ガラス系懸濁液型薬液であることを特徴とするものである。本発明によれば、充填材が固化した状態では大きな強度が得られ、充分な切削反力が確保される。また材料の入手が比較的容易で、安価であり、公害に対する安全性にも優れている。
【００１２】
また、本発明の第４の態様に係るシールドマシンの立坑到達工法は、前記第１の態様から第３の態様のいずれかにおいて、前記シールドマシン到達用壁部の背面に密閉エントランスを設置し、該密閉エントランス内に充填材を充填し更に凍結させる立坑到達準備工程と、シールドマシンを立坑に向けて掘進させ、前記到達用壁部を貫通し、止水用パッキンの作動位置に至るまで凍結した充填材を切削する立坑到達工程と、該立坑到達工程の後に、充填材を解凍し、流動化させて止水用パッキンを作動させる止水性確保工程と、前記止水用パッキンによって止水性を確保した状態でシールドマシンを立坑内に引き抜く立坑引抜工程と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明によれば、立坑へのシールドマシンの到達がシールドマシンを立坑へ向けてそのまま掘進させるだけで実行でき、工期の大幅な短縮と施工コストの削減が達成される。また充填材の切削は凍結した状態の充填材に対して行なわれるから高い切削反力が確保されており、シールドマシンが止水用パッキンの作動位置に達した状態では、充填材は解凍され流動化するから止水用パッキンによるシールドマシン外周面への圧接動作にも何ら影響を与えない。
【００１４】
また、本発明の第５の態様に係るシールドマシンの立坑到達工法は、前記第１の態様から第３の態様のいずれかにおいて、前記シールドマシン到達用壁部の背面に密閉エントランスを設置し、該密閉エントランス内に充填材を充填し更に凍結させる立坑到達準備工程と、シールドマシンを立坑に向けて掘進させ、前記到達用壁部を貫通し、更に凍結した充填材を切削して前記密閉エントランス内に到達させる立坑到達工程と、該立坑到達工程の後に、前記密閉エントランスの、前記シールドマシン先端のカッター刃に対向する位置に設けられる蓋体を外し、前記凍結状態の充填材を除去して露呈された部分の該シールドマシン本体の外周と密閉エントランス内面との間に止水部材を固定設置する止水部材設置工程と、該止水部材設置工程の後に、シールドマシンのカッター刃部分を分解撤去して、シールドマシン本体を残すマシン本体残置工程と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明によれば、立坑へのシールドマシンの到達がシールドマシンを立坑へ向けてそのまま掘進させるだけで実行でき、工期の大幅な短縮と施工コストの削減が達成される。また充填材の切削は凍結した状態の充填材に対して行なわれるから高い切削反力が確保されている。
【００１６】
特に本発明は、シールドマシンを立坑内に引き抜くことはせず、シールドマシン本体を立坑に到達させた状態で、その場所に残し、シールドマシン後方に設置されたセグメントと共に、その場所の構造体の一部に当該シールドマシン本体を利用する工法に用いて最適である。すなわち、シールドマシンが密閉エントランス内に達した状態で、充填材が凍結状態を維持していれば前記密閉エントランスから前記蓋体を外しても止水性は確保されている。そのため、前記蓋体を外して前記凍結状態の充填材を、その蓋体があった側から除去し、該除去によって露呈された部分の該シールドマシン本体の外周と密閉エントランス内面との間に止水部材を固定設置することが可能となる。その後、シールドマシンのカッター刃部分を分解撤去して、シールドマシン本体を残すことにより、シールドマシンの立坑到達作業を終了することができ、続く他の作業を開始することができる。
【００１７】
尚、前記止水部材の固定設置により、充填材を凍結状態にして止水性を確保する役割はいらなくなる。従って、該止水部材より後方に残されている凍結状態の充填材を解凍させ、更にそこから排出させ、その後の空隙にシール部材などを注入固化させることにより、一層止水性を確かなものとすることができる。
【００１８】
また、本発明の第６の態様に係るシールドマシンの立坑到達工法は、前記第４または第５の態様において、前記立坑到達準備工程では、充填材の充填に先立って密閉エントランスの内部及び／又は外部に凍結管を設置し、密閉エントランス内部に止水用パッキンを設置し、密閉エントランスの開放端を蓋体によって塞いで密閉状態にし、更に支保工材によって蓋体を密閉エントランス側に押圧保持することを特徴とするものである。
【００１９】
本発明によれば、密閉エントランス内での充填材の凍結を容易に且つ短時間で行なうことが可能となり、支保工材による押圧保持作用によって更に一層の切削反力の増大が図られる。凍結管を密閉エントランスの外部にだけ設けたものは、シールドマシンが密閉エントランス内に進入する際に、そのカッター刃が凍結管に当たる虞が全くないため、凍結管破損に基づく問題発生の虞が全くない。
【００２０】
また、本発明の第７の態様に係るシールドマシンの立坑到達工法は、前記第４の態様または第６の態様において、前記止水性確保工程及び立坑引抜工程では、止水用パッキンに加圧流体が供給され、止水用パッキンが膨張し、シールドマシンの外周面に圧接することによって、止水性が確保されていることを特徴とするものである。
本発明によれば、極めて簡単な構造によって大きな止水性が確保され、加圧流体の供給及び供給の停止を適宜切り替えることによって、止水用パッキンの作動状態を容易に可変することができる。
【００２１】
また、本発明の第８の態様に係る耐圧シール装置は、地中を掘削し、掘進するシールドマシンが立坑に到達するに際して使用され、施工中の止水性及び耐圧性を確保し、シールドマシンによる立坑への到達を行うための立坑の耐圧シール装置であって、前記耐圧シール装置は、立坑壁の内のシールドマシン到達用壁部の背面に設けられ、凍結手段を備え、更に内部に止水用パッキンを有する密閉エントランスを備え、該密閉エントランス内に凍結可能な充填材を供給する充填材供給管路と、前記凍結手段に冷媒を供給する冷媒供給管路と、前記止水用パッキンに加圧流体を供給する加圧流体供給管路とが接続されていることを特徴とする。
本発明によれば、密閉エントランスの密閉状態を維持した状態で、充填材の供給、充填材の凍結及び止水用パッキンの作動状態の切り替えを実行できる。
【００２２】
また、本発明の第９の態様に係る耐圧シール装置は、前記第８の態様において、前記密閉エントランスには解凍し、流動化した充填材を外部に排出させるドレーンが設けられていることを特徴とするものである。本発明によれば、シールドマシンの進行及び止水用パッキンの膨張によって生じた密閉エントランス内の容積減少分の充填材がドレーンを通って、外部に排出され、シールドマシンの移動を円滑にする。
【００２３】
また、本発明の第１０の態様に係る耐圧シール装置は、前記第８の態様または第９の態様において、前記施工構造には密閉エントランスの外周面を覆うように設けられる坑口コンクリートブロックと、密閉エントランスの開放端を閉塞する蓋体と、蓋体を押圧し、密閉エントランスに密着させる支保工材とを備えていることを特徴とするものである。
本発明によれば、密閉エントランスと立坑壁との接合強化を図ることができ、止水性が向上する。また支保工材による押圧保持作用によって耐圧性が向上し、更に一層の切削反力の増大が図られる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るシールドマシンの立坑到達工法及びこれに使用する耐圧シール装置を図示の実施の形態を例にとって具体的に説明する。図１は立坑に到達したシールドマシン及び本発明の一実施形態に係る耐圧シール装置を併せ示す斜視図である。また図２〜図５は本発明の一実施形態に係るシールドマシンの立坑到達工法を施工の手順に従って段階的に示しており、図２は立坑到達準備工程を示す側断面図、図３は立坑到達工程を示す側断面図、図４は立坑引抜準備工程を示す側断面図、図５は立坑引抜工程を示す側断面図である。また図６は立坑壁とシールドマシン到達用壁部の接合状態を示す正面図であり、図７は止水用パッキン周辺を拡大して示す側断面図である。
【００２５】
シールドマシン１は、図１に示す如く、円筒ドラム形状のマシン本体３の先端に多数のカッター刃５を植設した円板状のカッタヘッド７を備えて成るものである。シールドマシン１は、地中を垂直に掘削して構築される立坑９と呼ばれる坑道を利用して所定深さの掘削位置に搬入される。そして、カッタヘッド７を回転させて立坑９における立坑壁１１の一部に組み込まれるようにして設けられるシールドマシン発進用壁部（図示せず）を貫いて発進し、地中を水平に掘削し、所定の方向に向けて掘進する。またシールドマシン１が掘進し、形成した穴にはセグメント１５を使用して土留め処理が施されて行く。
【００２６】
シールドマシン１が掘進する方向には予め他の立坑９が構築されており、その立坑９に到達する際に、本発明の一実施形態に係るシールドマシンの立坑到達工法及びこれに使用する耐圧シール装置が適用される。立坑９は一例としてＨ形鋼等の長尺鋼材１７を多数本、並べることによって立坑壁１１を形成しており、立坑壁１１の一部は、図６に示す如く、シールドマシン１により掘削される開口円１９より幾分大きめで、開口円１９に沿うように多段状に適宜の接合部材２１を使用してシールドマシン到達用壁部１３が組み込まれるようにして設けられている。
【００２７】
シールドマシン到達用壁部１３は、硬質発泡ウレタン樹脂等のプラスチック発泡体をガラス長繊維等の無機繊維で強化したＦＦＵ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｆｏａｍｅｄ Ｕｒｅｔｈａｎｅ）と呼ばれる高強度且つ耐久性に優れた素材を一例として使用し、形成されている。また立坑壁１１の他の構成として特許第２８２１５５５号において開示されている鉄筋カゴを使用したものも採用可能である。尚、シールドマシン到達用壁部１３は地盤改良を不要とし、機械や人力による立坑９内からの鏡切りを不要とする点、工期の短縮、施工コストの削減に大きく貢献している。またシールドマシン到達用壁部１３は地山２３からの土砂の流出や地下水等の浸出を防止する止水性及び耐圧性を備えており、本発明の耐圧シール装置２５の一部を構成している。
【００２８】
本発明の一実施形態に係るシールドマシンの立坑到達工法は、図２に示す立坑到達準備工程と、図３に示す立坑到達工程と、図４に示す立坑引抜準備工程と、図５に示す立坑引抜工程とを備えることによって構成されている。以下、これらの工程に分けて、具体的に説明して行く。
【００２９】
（１）立坑到達準備工程（図２参照）
シールドマシン１が到達する立坑９内には、上記シールドマシン到達用壁部１３の背面（立坑９内に臨んでいる面）に接するように密閉エントランス２７が設けられる。密閉エントランス２７は端面が開放された筒状の部材であり、シールドマシン到達用壁部１３側の端部には円環状のフランジ部２９が設けられており、このフランジ部２９を利用して立坑壁１１に対して溶接あるいはボルト、ナットによる締結等の適宜の接合手段によって固定状態に取り付けられている。
【００３０】
密閉エントランス２７の外周面には、密閉エントランス２７と立坑壁１１との接合を強化する坑口コンクリートブロック３１が打設される。尚、坑口コンクリートブロック３１は密閉エントランス２７を立坑壁１１に取り付けた後、適宜の型枠を密閉エントランス２７の外周面に配置してから原料注入、養生、固化させて形成されるが、予め成形しておいた何分割かに分割された坑口コンクリートブロック要素を用意し、これらを適宜組み合わせ、接合することによって設置することも可能である。
【００３１】
また、本実施の形態では、密閉エントランス２７の内部に、その内周面に沿うように２本の円管状の凍結環３３と、一基のリング状の止水用パッキン３５及び後述する蓋体３７側から軸ａ方向に平行に延びている直管状の他の凍結管３９が設けられている。また密閉エントランス２７の外周面には、密閉エントランス２７内に充填材Ｊを供給する充填材供給管路４１と、洗浄液を供給する洗浄液供給管路４３と、止水用パッキン３５に加圧流体を供給する加圧流体供給管路４５と、解凍し、流動状態となった充填材Ｊを外部に排出するためのドレーン４７とが接続されており、密閉エントランス２７の外周面と蓋体３７には凍結管３３、３９に冷媒を供給する冷媒供給管路４９が接続されている。
【００３２】
止水用パッキン３５は、図７に示す如く、加圧流体の供給、供給の停止を受けて膨張、収縮するチューブ膜５１と、シールドマシン１の外周面に直接当接し、圧接状態を保つシールパッキン５３とを備えている。また、図示の実施の形態では、止水用パッキン３５を一基のみ設けているが、中折れ個所がある場合や大口径のシールドマシン１を使用する場合には、更に止水用パッキン３５を増設し、複数段設けることも可能である。
【００３３】
また、充填材Ｊとしては、固化状態ではシールドマシン１の切削力に耐えられるだけの切削反力を有し、流動状態では止水用パッキン３５の上記作動を妨げることがないよう、性状を変化させ得る材料が適用できる。具体的には珪酸コロイド溶液とセメント懸濁液とを混合して得られる水ガラス系懸濁液型薬液等が使用できる。水ガラス系懸濁液型薬液は水ガラスと水を調合して得られた珪酸コロイド溶液と、セメントと水を調合し、あるいはこれに少量のベントナイト等の添加物を添加して得られたセメント懸濁液を等量ずつ、同時に注入し、両者を混合することで一種の化学反応を生じさせ、凝結させることによってゲル化し、強度を増強させるというものである。この薬液は比較的入手が容易で、安価であり、公害に対する安全性にも優れている。
【００３４】
密閉エントランス２７の開放端には、円板状の蓋体３７が設けられる。蓋体３７としては、比較的肉厚の１枚の鋼製円板によって構成することも可能であるが、蓋体３７の軽量化を図るため、図１に示す如く、比較的肉薄の２枚の鋼製円板を用意し、この間に複数の補強フレームを介在させたような構造のものであっても勿論構わない。蓋体３７には、更に蓋体３７を押圧し、密閉エントランス２７に密着させるための支保工材５５が設けられる。尚、支保工材５５の構造としては、図示のような構造に限らず、単に対抗する立坑壁１１と蓋体３７の間に鋼材等を介在させただけの構成であっても構わない。
【００３５】
そして、上記坑口コンクリートブロック３１、密閉エントランス２７、充填材Ｊ、蓋体３７及び支保工材５５等を含んだ構造物と、前記シールドマシン到達用壁部１３を合わせたものが本発明の耐圧シール装置２５となるのである。そして密閉状態の密閉エントランス２７内に固化前の充填材Ｊを充填材供給管路４１から充填し、冷媒供給管路４９から凍結管３３、３９に冷媒を流して、充填材Ｊを凍結させれば、立坑９に対する到達の準備が完了する。
【００３６】
（２）立坑到達工程（図３参照）
次に、シールドマシン１を駆動させ、立坑９に向けて掘進を開始する。シールドマシン１はシールドマシン到達用壁部１３を貫通して密閉エントランス２７内に至り、密閉エントランス２７内の凍結し、固化状態となった充填材Ｊを切削し、止水用パッキン３５の作動位置に達したところで一時停止する。尚、この状態では凍結し、固化状態となった充填材Ｊによって地山２３に含まれる地下水等の浸出は防止されており、支保工材５５の押圧力により固化状態の充填材Ｊを介して、シールドマシン１に対する切削反力が確保されている。
【００３７】
（３）止水性確保工程（図４参照）
次に凍結し、固化状態にある充填材Ｊを解凍し、流動化させる。これにより止水用パッキン３５は作動可能状態となり、加圧流体供給管路４５から加圧流体の供給を受けて、図７のチューブ膜５１は膨張状態となり、シールパッキン５３をシールドマシン１の外周面に圧接させる。尚、この状態では、止水用パッキン３５によって止水性は確保されており、その止水性をドレーン４７ないし密閉エントランス２７あるいは蓋体３７の適宜の個所に設けられる水圧計５７によって確認する。また解凍され、流動化した充填材Ｊのうち、チューブ膜５１の膨張に伴う容積の減少分がゼリー状の排出物となってドレーン４７から排出される。また洗浄液供給管路４３から密閉エントランス２７内へ洗浄液を供給することによって、密閉エントランス２７内の充填材Ｊを洗い流し、密閉エントランス２７の内面や止水用パッキン３５の表面あるいはシールドマシン１の外周面等を洗浄し、ドレーン４７からゼリー状の充填材Ｊと共に排出する。
【００３８】
（４）立坑引抜工程（図５参照）
そして、止水性が確保されたところで、支保工材５５と蓋体３７を撤去し、シールドマシン１のカッタヘッド７の回転を停止した状態で空押しし、立坑９内に引き抜く。また、シールドマシン１を引き抜くことによって生じたセグメント１５の段差部には、適宜モルタル等から成るシール部材を注入して止水性を確保する。
【００３９】
上記実施の形態では、立坑引抜工程を有するシールドマシンの立坑到達工法について説明したが、図１０を用いて、シールドマシンを立坑内に引き抜くことはせず、シールドマシン本体を立坑に到達させた状態で、その場所に残し、シールドマシン後方に設置されたセグメントと共に、その場所の構造体の一部に当該シールドマシン本体を利用する工法について説明する。
【００４０】
本実施の形態の工法は、立坑到達工程はシールドマシン１を立坑９に向けて掘進させ、到達用壁部１３を貫通し、更に凍結した充填材Ｊを切削して密閉エントランス２７内に到達させる。このときのシールドマシン１の位置は、前記図３とほぼ同じである。続いて、即ち立坑到達工程の後は、充填材Ｊを凍結させたまま、密閉エントランス２７の蓋体３７を外し、凍結状態の充填材Ｊを切削機械やその他公知の手段を用いて除去する。凍結状態の充填材Ｊの除去範囲は、シールドマシン１のマシン本体３の先端外周部までで通常は足りる。この除去によって露呈された部分のシールドマシン本体３の外周と密閉エントランス２７内面との間に鉄板等から成る止水部材６０を固定設置する。この状態は、該止水部材６０より後方（奥側）には充填材Ｊが凍結状態で存在している。そして、この止水部材設置工程の後に、シールドマシン１のカッター刃５部分を分解撤去して、シールドマシン本体３をその位置に残す。図１０はこの状態を示している。
【００４１】
尚、本実施の形態では、凍結管３３は密閉エントランス２７の外部にだけ設けられ、内部には設けられていない。シールドマシン１が密閉エントランス２７内に進入する際に、凍結管３３が密閉エントランス２７の内部に設けられていると、そのカッター刃５が凍結管３３に当たって損傷させる虞があるが、本実施の形態によれば、凍結管３３は密閉エントランス２７の外部にだけ設けられので、その虞が全くなく、従って凍結管破損に基づく問題発生の虞が全くない。また、本実施の形態では、止水用パッキン３５が密閉エントランス２７内に設けられているが、これは、図１０に示した工法と図１から図７に示した第１の工法との選択実施を可能にするためである。地山の水圧が高い場合は前記第１の工法を選択し、地山の水圧が差ほど高くない場合は図１０に示した工法を選択できる。
【００４２】
次に作用を説明する。シールドマシン１が密閉エントランス２７内に達した状態で、充填材Ｊが凍結状態を維持していれば密閉エントランス２７から蓋体３７を外しても止水性は確保されている。そのため、蓋体３７を外して前記凍結状態の充填材Ｊを、その蓋体３７があった側から除去し、該除去によって露呈された部分のシールドマシン本体３の外周と密閉エントランス２７内面との間に当該止水部材６０を固定設置することが可能となる。その後、シールドマシン１のカッター刃５部分を分解撤去して、シールドマシン本体３を残すことにより、シールドマシン１の立坑到達作業を終了することができ、続く他の作業を開始することができる。
【００４３】
止水部材６０の固定設置により、充填材Ｊを凍結状態にして止水性を確保する役割はいらなくなる。従って、止水部材６０より後方に残されている凍結状態の充填材Ｊを解凍させ、更にそこから図示しないドレーンで排出させ、その後の空隙にシール部材などを注入固化させることにより、一層止水性を確かなものとすることができる。
【００４４】
本発明のシールドマシンの立坑到達工法及びこれに使用する耐圧シール装置２５は、以上述べたような構成を基本とするものであるが、更に本発明の要旨を逸脱しない範囲内の部分的構成の変更や省略等を行なうことも勿論可能である。例えば充填材Ｊを凍結させるのに使用した凍結管３３、３９を排除し、密閉エントランス２７及び蓋体３７自体を冷却し得るように構成することで、あたかも冷凍庫のように作用させて充填材Ｊを凍結させるようにすることも可能である。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、シールドマシンの立坑への到達及び立坑内への引き抜き作業が安全に、円滑に、短期間で、低コストで行なうことができ、止水用パッキンの円滑な作動状態を維持した状態でシールドマシンの切削圧に耐えられるだけの充分な切削反力が確保でき、止水用パッキンに付着堆積する異物の混入を防止し、立坑到達から立坑引抜に至る一連の施工中の止水性も確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】立杭に到達したシールドマシン及び本発明の耐圧シール装置を併せ示す斜視図である。
【図２】本発明のシールドマシンの立坑到達工法における立坑到達準備工程を示す側断面図である。
【図３】本発明のシールドマシンの立坑到達工法における立坑到達工程を示す側断面図である。
【図４】本発明のシールドマシンの立坑到達工法における止水性確保工程を示す側断面図である。
【図５】本発明のシールドマシンの立坑到達工法における立坑引抜工程を示す側断面図である。
【図６】立坑壁とシールドマシン到達用壁部の接合状態を示す正面図である。
【図７】止水用パッキン周辺を拡大して示す側断面図である。
【図８】従来の立坑到達時の施工方法を示す側断面図である。
【図９】従来の立坑到達時の他の施工方法を示す側断面図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態に係るシールドマシンの立坑到達工法におけるマシン本体設置工程を示す側断面図である。
【符号の説明】
１ シールドマシン
３ マシン本体
５ カッター刃
７ カッタヘッド
９ 立坑
１１ 立坑壁
１３ シールドマシン到達用壁部
１５ セグメント
１７ 長尺鋼材
１９ 開口円
２１ 接合部材
２３ 地山
２５ 耐圧シール装置
２７ 密閉エントランス
２９ フランジ部
３１ 坑口コンクリートブロック
３３ 凍結管（円管状の）
３５ 止水用パッキン
３７ 蓋体
３９ 凍結管（直管状の）
４１ 充填材供給管路
４３ 洗浄液供給管路
４５ 加圧流体供給管路
４７ ドレーン
４９ 冷媒供給管路
５１ チューブ膜
５３ シールパッキン
５５ 支保工材
５７ 水圧計
６０ 止水部材
ａ 軸
Ｊ 充填材
Claims (10)
- 立坑壁の内のシールドマシン到達用壁部と、該到達用壁部の背面に設けられる密閉エントランス内に充填される充填材とを、シールドマシンが切削しながら掘進することによって立坑に到達するシールドマシンの立坑到達工法であって、
シールドマシンが前記密閉エントランス内に進入し、充填材を切削している状態では充填材を凍結状態にしておくようにしたことを特徴とするシールドマシンの立坑到達工法。 - 請求項１において、前記シールドマシン到達用壁部は、立坑壁の一部に設けられ、プラスチック発泡体を無機繊維で強化した材料で構成されていることを特徴とするシールドマシンの立坑到達工法。
- 請求項１または２において、前記充填材は珪酸コロイド溶液とセメント懸濁液とを混合して得られる水ガラス系懸濁液型薬液であることを特徴とするシールドマシンの立坑到達工法。
- 請求項１から３のいずれか１項において、前記シールドマシン到達用壁部の背面に密閉エントランスを設置し、該密閉エントランス内に充填材を充填し更に凍結させる立坑到達準備工程と、
シールドマシンを立坑に向けて掘進させ、前記到達用壁部を貫通し、止水用パッキンの作動位置に至るまで凍結した充填材を切削する立坑到達工程と、
該立坑到達工程の後に、充填材を解凍し、流動化させて止水用パッキンを作動させる止水性確保工程と、
前記止水用パッキンによって止水性を確保した状態でシールドマシンを立坑内に引き抜く立坑引抜工程と、
を備えていることを特徴とするシールドマシンの立坑到達工法。 - 請求項１から３のいずれか１項において、前記シールドマシン到達用壁部の背面に密閉エントランスを設置し、該密閉エントランス内に充填材を充填し更に凍結させる立坑到達準備工程と、
シールドマシンを立坑に向けて掘進させ、前記到達用壁部を貫通し、更に凍結した充填材を切削して前記密閉エントランス内に到達させる立坑到達工程と、
該立坑到達工程の後に、前記密閉エントランスの、前記シールドマシン先端のカッター刃に対向する位置に設けられる蓋体を外し、前記凍結状態の充填材を除去して露呈された部分の該シールドマシン本体の外周と密閉エントランス内面との間に止水部材を固定設置する止水部材設置工程と、
該止水部材設置工程の後に、シールドマシンのカッター刃部分を分解撤去して、シールドマシン本体を残すマシン本体残置工程と、
を備えていることを特徴とするシールドマシンの立坑到達工法。 - 請求項４または５において、前記立坑到達準備工程では、充填材の充填に先立って密閉エントランスの内部及び／又は外部に凍結管を設置し、密閉エントランス内部に止水用パッキンを設置し、密閉エントランスの開放端を蓋体によって塞いで密閉状態にし、更に支保工材によって蓋体を密閉エントランス側に押圧保持することを特徴とするシールドマシンの立坑到達工法。
- 請求項４または６において、前記止水性確保工程及び立坑引抜工程では、止水用パッキンに加圧流体が供給され、止水用パッキンが膨張し、シールドマシンの外周面に圧接することによって、止水性が確保されていることを特徴とするシールドマシンの立坑到達工法。
- 地中を掘削し、掘進するシールドマシンが立坑に到達するに際して使用され、施工中の止水性及び耐圧性を確保し、シールドマシンによる立坑への到達を行うための立坑の耐圧シール装置であって、
前記耐圧シール装置は、立坑壁の内のシールドマシン到達用壁部の背面に設けられ、凍結手段を備え、更に内部に止水用パッキンを有する密閉エントランスを備え、該密閉エントランス内に凍結可能な充填材を供給する充填材供給管路と、前記凍結手段に冷媒を供給する冷媒供給管路と、前記止水用パッキンに加圧流体を供給する加圧流体供給管路とが接続されていることを特徴とする立坑の耐圧シール装置。 - 請求項８において、前記密閉エントランスには解凍し、流動化した充填材を外部に排出させるドレーンが設けられていることを特徴とする立坑の耐圧シール装置。
- 請求項８または９において、前記密閉エントランスの外周面を覆うように設けられる坑口コンクリートブロックと、密閉エントランスの開放端を閉塞する蓋体と、蓋体を押圧し、密閉エントランスに密着させる支保工材とを備えていることを特徴とする立坑の耐圧シール装置。
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