JP2012184571A - 既設管路の更新用トンネル掘削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 老朽化した下水管等の既設管路を下水の流れを許容しながら解体、撤去し、この既設管路の撤去跡に新設管路を能率よく形成していくことができる既設管路の更新用トンネル掘削装置を提供する。
【解決手段】 シールド本体１の前方側に既設管路P1の後端部を被覆する内外筒３、６をシールド本体１と一体的に推進可能にして外筒３の前端に装着しているカッタビットによって既設管路P1の外周地盤を掘削しながら、内筒６の前端に装着している斫り刃９とジェット水噴射ノズル10とによって既設管路P1の外周面の裏込剤硬化層を切除させると共に、シールド本体１の隔壁前面中央部に既設管路P1の後端部中央内に挿入したセンタシャフト５を突設して、このセンタシャフト５内を通じて既設管路P1からシールド本体１の後方に形成された新設管路P2内に下水等を流通させるバイパス管P3を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、老朽化した下水管等の既設管路を新設管路に更新するための既設管路の更新用トンネル掘削装置に関するものである。

長年の使用によって老朽化した下水管等の既設管路を解体しながら新設管路に更新していく装置としては、例えば、特許文献１に記載されているように、既設管路よりも大径の円筒状スキンプレートの前端開口部に既設管路の後方外周地盤を掘削するビットを備えた円環状のカッタヘッドを配設してなるトンネル掘削機と、このトンネル掘削機の前方に配設されて既設管路をシール材を介して水密状態に被覆すると共に後端が端面板により密閉され、該端面板を上記トンネル掘削機におけるカッタッドの後方の隔壁に連結している円筒状フード体とからなり、この円筒状フード体の上記端面板とトンネル掘削機の隔壁との連結構造として、隔壁中心部に前後方向に向けてジャッキを取付け、このジャッキのロッド先端に端面板の中心部を上下左右方向に首振り自在に連結した構造を採用している。

さらに、上記円筒状フード体の開口前端に既設管路の周囲の地盤に貫入するビットを突設していると共に円筒状フード体の外周面に前方に向かって圧力水噴射ノズルを配設してあり、また、この円筒状フード体によって被覆された既設管路の後端部内に該既設管路の切断機を搬入可能に構成していると共に、上記トンネル掘削機の内部にカッタヘッドによって掘削された土砂を後方に排出するスクリューコンベアを配設している。

このように構成した装置によって既設管路を新設管路に更新するには、既設管路内に切断機を搬入し、この切断機によって既設管路の後端部を複数個のブロック状小片に分断し、このブロック状小片を既設管路内を通じて搬出する一方、トンネル掘削機の後方側においてはこのトンネル掘削機の掘進跡にトンネル掘削機の発進側からヒューム管を押し込むか、或いは、一定長の掘進毎にトンネル掘削機の掘進跡にセグメントを組み立てることによって築造外径が既設管路の外径よりも大径の新設管路を形成する作業を行っている。

特許第４０９４１８２号公報

しかしながら、上記のような既設管路の更新用トンネル掘削装置によれば、新設管路を築造するためのトンネルは、円筒状フード体を先行させながらこの円筒状フード体に後続するトンネル掘削機によって既設管路の後方の外周地盤を掘削することにより形成しているため、円筒状フード体の推進抵抗が大きくなるばかりでなく、地盤中に礫などが存在している場合にはこの礫を破砕しながら掘進していくことが困難となる事態が発生する虞れがあり、また、円筒状フード体によって掘削された土砂の排出通路が設けられておらず、円筒フード体の外周面を伝って後方のトンネル掘削機側に送り込むものであるから、掘削土砂を円滑に排除することができなくて掘削効率が低下するといった問題点がある。

さらに、円筒状フード体はその後端を端面板によって全面的に閉止しているので、更新すべき既設管路が使用中の下水管である場合には、この下水管に代えて下水を流通させる小径ホース等からなるバイパス管を既設管路内から新設管路内に連続させた状態で配管することができず、そのため、下水の流通を許容しながら既設管路を新設管路に更新する工事を行うことが困難である。

その上、既設管路の更新中に該既設管路に傾斜部や、蛇行部或いは曲線部等の湾曲部が存在していても、トンネル掘削機はこの既設管路の後方に配設されていて該既設管路外周後方の地盤を掘削するものであるから、既設管路の傾斜部や湾曲部等の外周面に沿って既設管路の管軸方向にその向きを変えながら掘進させることが困難であり、既設管路の管軸に対してその機軸が上下左右に変動して既設管路の埋設位置に新設管路に正確に築造することが難しくなるばかりでなく、掘削されるトンネル径も大きくなってこのシールド掘削機の後方側に築造される新設管路は必然的に既設管路よりも大径とならざるをえず、既設管路と同径の新設管路を築造するには工費がコスト高になると共に工期も必要以上に長期化するといった問題点があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、老朽化した下水管等の既設管路の更新工事が能率よく且つ正確に行えると共にこの古い既設管路が使用中の下水管であっても、下水の流通を可能にしながら新設管路との更新が行え、また、既設管路と同径の新設管路の施工を可能にすることができる既設管路の更新用トンネル掘削装置を提供するにある。

上記目的を達成するために本発明の既設管路の更新用トンネル掘削装置は、請求項１に記載したように、既設管路をその後端部側から解体、撤去するに従って前進して後方側で新設管路を形成していく既設管路の更新用トンネル掘削装置であって、前端開口部に隔壁を設け、この隔壁の前面中央部に該隔壁を前後方向に貫通して既設管路内と新設管路内とに亘ってバイパス管を配管させる配管通路を設けたシールド本体と、既設管路の後端部外周面を被覆した状態で回転し、その前端に既設管路の外周地盤を掘削するカッタビットを設けていると共に内部に掘削土砂を後方に排出する通路を設け、且つ、後端部をシールド本体の前端開口部内に回転自在に支持されていると共にシールド本体に対して前後左右方向に屈折自在に連結してなる外筒とを備えていることを特徴とする。

このように構成した既設管路の更新用トンネル掘削装置において、請求項２に係る発明は、上記配管通路をシールド本体の隔壁の中央部から既設管路の後端中央部内に向かって突設している円管形状のセンタシャフトによって形成してあり、その後端を既設管路の隔壁の中央部から後方に向かって開口させていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、上記外筒の内側にこの外筒よりも短く、後端がシールド本体の開口端前方部に前後左右に屈折自在に支持されている内筒を配設してこの内筒の前端部内周面に既設管路の外周面に摺接したシール材を装着していると共に、前端に周方向に一定間隔毎に既設管路の外周面に固着した裏込剤等の硬化層を斫る斫り刃を突設し、且つ、隣接する斫り刃間にジェット水噴射ノズルを設けてあり、この内筒の外周面と上記外筒の内周面との間の空間を掘削土砂をシールド本体の開口部内に送り込む通路に形成していることを特徴とする。

さらに、請求項４に係る発明は、シールド本体の隔壁前面と内筒の後面間に、内外筒間の土砂通路に連通した泥水室を形成し、この泥水室に送排泥管を連通させてこの送排泥管により掘削土砂を排出するように構成したことを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、既設管路の後端部内にセンタシャフトを摺動自在に支持した支持脚台を設置していることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、既設管路の後端から後方に突出した内筒の後端部内周面に旋回リングを回動自在に支持させてあり、この旋回リングに、前面に解体された既設管路のセグメントまたは切断されたブロック状小片を吊支して既設管路内に設けた搬出手段の後端部上に移載する撤去手段を前後方向に移動自在に設けていることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、シールド本体は隔壁の外周部に外筒の回転駆動機構を設けている前胴と、この前胴の後端部に前端部を複数本の中折れジャッキを介して連結している後胴とからなり、この後胴内にエレクタを配設して後胴の内周面に沿って外径が既設管路の外径と同径の新設管路を形成し、この新設管路の前端に推進反力を支持させてシールド本体を推進させるように構成している。

一方、請求項８に係る発明は、シールド本体は隔壁の外周部に外筒の回転駆動機構を設けている前胴と、この前胴の後端部に前端部を複数本の中折れジャッキを介して連結している後胴とからなり、既設管路が一定長、切除される毎に発進立坑側からヒューム管等の管体を継ぎ足しながらシールド本体を押し進めて新設管路を形成していくことを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、既設管路をその後端部から解体、撤去するに従って後方側で新設管路を形成していく既設管路の更新用トンネル掘削装置であって、既設管路の後端部を、前端にこの既設管路の外周地盤を掘削するカッタビットを突設した外筒によって被覆すると共にこの外筒の後端部をシールド本体の前端開口部に回転自在に支持させているので、外筒を回転させながらシールド本体を前進させることによって、外筒を既設管路の外周面に沿って前進させながらその前端に設けているカッタビットにより既設管路の外周地盤を能率よく確実に掘削することができるばかりでなく、既設管路を中心としてこの既設管路と同心的に一定径のトンネルを正確に掘進することができ、この掘削跡に新設管路を精度よく築造することができる。

また、カッタビットによって掘削した土砂を外筒の内周面と既設管路の外周面との間に形成された通路内に取り込んでこの通路内を通じてシールド本体側に円滑に送り込むことができ、この掘削に同調して外筒内で既設管路の後端部を解体しながらシールド本体を前進させることによってシールド本体の後方側での新設管路の形成を円滑に行うことができる。

その上、シールド本体に先行して既設管路の後端部の外周地盤を回転する外筒のカッタビットによって掘削するので、シールド本体の外径を外筒の外径と同径若しくは小径に形成して外筒の掘進に従ってその掘削されたトンネル内にこのシールド本体を円滑に前進させることができると共に、シールド本体の後方部内に既設管路の外径と同一外径を有する新設管路の施工が可能となり、管路の更新作業が効率よく行えて工期の短縮を図ることができる。

さらに、前端にカッタビットを突設している上記外筒の後端部をシールド本体の前端開口部内に回転自在に支持させていると共に、シールド本体に対して前後左右方向に屈折自在に連結しているので、既設管路の更新中に該既設管路に傾斜部や蛇行部或いは曲線部が存在していても、外筒がその向きを既設管路の管軸方向に変えながら既設管路の外周面に沿って円滑に掘進することができ、シールド本体の後方部側でこの既設管路の傾斜部や湾曲部と同じ傾斜部や湾曲部を有する新設管路の施工が可能となる。

また、シールド本体の前端開口部に設けている隔壁の前面中央部に該隔壁を前後方向に貫通して既設管路内と新設管路内とに亘ってバイパス管を配管させる配管通路を設けているので、この配管通路内を通じて既設管路内から新設管路内にバイパス管を配管することによって、既設管路が下水管からなる場合には下水の流れを停止させることなくこのバイパス管を通じて下水を流通させながら老朽化した既設管路の解体作業および新設管路の更新作業を行うことができる。

その上、この配管通路は請求項２に記載しているように、シールド本体の隔壁の中央部から既設管路の後端中央部内に向かって突設している円管形状のセンタシャフトから形成しているので、バイパス管の配管が容易となるばかりでなく、バイパス管が既設管路の中央部内に配管された状態となって該バイパス管の周囲に既設管路の解体作業が容易に行うことができる比較的広い作業空間を確保することができ、従って、バイパス管が作業の邪魔になることなく既設管路内での上記解体作業等が円滑に行うことができる。

請求項３に係る発明によれば、外筒の内側にこの外筒よりも短く、且つ、後端がシールド本体の開口端前方部に支持されている内筒を配設し、この内筒の前端に周方向に一定間隔毎に既設管路の外周面に固着した裏込剤等の硬化層を斫る斫り刃を突設していると共に隣接する斫り刃間にジェット水噴射ノズルを設けているので、外筒の前端に装着したカッタビットによる既設管路の外周地盤の掘削に後続してこの内筒の前端に装着した斫り刃により、既設管路の外周面に層着している裏込剤等の硬化層を削ぎながらその斫り片を噴射ノズルからのジェット水によって既設管路の外周面から容易に剥脱することができ、既設管路がヒューム管からなる場合には爾後の切断機によるこのヒューム管の切断、解体作業が切断刃の欠損を防止しながら確実に行うことができ、既設管路が覆工セグメントからなる場合にはセグメントの解体、撤去作業が円滑に行うことができる。

さらに、上記内筒の前端部内周面に、既設管路の外周面に摺接したシール材を装着していると共に、この内筒の外周面と上記外筒の内周面との間の空間を掘削土砂をシールド本体の開口部内に送り込む通路に形成しているので、地下水が内筒内を通じて既設管路内に浸入するのを上記シール材によって防止しながら外筒の前端に装着したカッタビットによって掘削された土砂を内筒と外筒との対向面間の上記土砂通路内に取込んで、シールド本体内に排出することができる。

請求項４に係る発明によれば、シールド本体の隔壁前面と内筒の後面間に、内外筒間の上記土砂通路に連通した泥水室を形成し、この泥水室に送排泥管を連通させてこの送排泥管により掘削土砂を排出するように構成しているので、外筒の前端カッタビットによって掘削された土砂をシールド本体内から新設管路内を通じて発進立坑側に排出しながらシールド本体による掘進を能率よく行うことができる。

また、請求項５に係る発明によれば、既設管路の後端部内に上記センタシャフトを摺動自在に支持した支持脚台を設置しているので、センタシャフトの撓み荷重をこの支持脚台によって支持させながらシールド本体を容易に推進させることができるばかりでなく、支持脚台上を摺動するセンタシャフトの軸心方向にシールド本体を正確に推進させることができ、既設管路の後端部を被覆している外筒を既設管路の敷設方向に前進させて既設管路の周囲の地盤を円滑に掘進していくことができる。

請求項６に係る発明によれば、上記既設管路の後端から後方に突出した内筒の後端部内周面に旋回リングを回動自在に支持させてあり、この旋回リングに前面に、解体された既設管路のセグメント、或いは、ブロック状小片を吊支して既設管路内に設けた搬出手段の後端部上に移載する撤去手段を前後方向に移動自在に設けているので、覆工セグメントからなる既設管路の解体されたセグメント、或いは、ヒューム管からなる既設管路の切断、解体されたブロック状小片を順次、この撤去手段によって搬出手段上に移載し、搬出手段によってシールド本体の到達側に能率よく搬出することができる。

請求項７に係る発明によれば、シールド本体は隔壁の外周部に外筒の回転駆動機構を設けている前胴と、この前胴の後端部に前端部を複数本の中折れジャッキを介して連結している後胴とからなり、この後胴内にエレクタを配設して後胴の内周面に沿って外径が既設管路の外径と同径の新設管路を組立てるように構成しているので、既設管路の解体作業に同調してシールド本体の後部内でセグメントを組み立てながら新設管路を形成することができ、この新設管路の前端に推進反力を支持させてシールド本体を外筒と一体に推進させながら既設管路の外周地盤を掘削することができる。

一方、請求項８に係る発明によれば、シールド本体は隔壁の外周部に外筒の回転駆動機構を設けている前胴と、この前胴の後端部に前端部を複数本の中折れジャッキを介して連結している後胴とからなり、既設管路が一定長、切除される毎に発進立坑側からヒューム管を継ぎ足しながらシールド本体を押し進めて新設管路を形成していくので、既設管路をヒューム管からなる新設管路にシールド本体を介して置換するようにシールド本体の掘削跡に円滑に埋設することができる。

既設管路を新設管路に更新中のトンネル掘削装置の簡略縦断側面図。 図１のＡ−Ａ線における簡略縦断正面図。 図１のＢ−Ｂ線における簡略縦断正面図。 図１のＣ−Ｃ線における簡略縦断正面図。 内外筒の前端部分の拡大縦断側面図。 その簡略正面図。 本発明の別な実施例を示す縦断側面図。

次に本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、図１において、１は円筒形状に形成された一定長さを有するシールド本体で、前端開口部に隔壁２を一体に設けている短筒形状の前胴1aとこの前胴1aの後端部に前端部を接合している後胴1bとからなり、この接合部を上下左右方向に屈折自在な中折れ部1cに形成していると共に、これらの前後胴1a、1bの内周面間を周方向に所定間隔毎に配設した複数本の中折れジャッキ22によって連結してこの中折れジャッキ22の作動によって上記前胴1aを後胴1bの前端部に対して中折れ部1cから屈折させるように構成している。

このシールド本体１の前胴1aの前端開口部内周面に外周端面を一体に固着している上記隔壁２の中央部を後方に向かって窪ませて、前方に向かって開口した一定の奥行き深さを有する正面円形状の凹部2aを形成してあり、この凹部2a内に後述する外筒３の後端中央部を回転自在に支持させ、隔壁２の後面側に配設した回転駆動機構４によって外筒３をその中心回りに回転駆動するように構成していると共に、この凹部2aの底壁部を形成している隔壁２の後壁部2bの前面中央部に、前方に向かって既設管路P1の後端中央部内に挿入した一定長さの円管形状のセンタシャフト５を突設している。このセンタシャフト５の前端は前方に向かって開口していると共に隔壁２の後壁部2bに固着している後端は隔壁２の後壁部2bを貫通して後方に向かって開口してあり、このセンタシャフト５内を通じて既設管路P1内とシールド本体１の後方部内に形成される新設管路P2内とに亘って可撓性のホースからなるバイパス管P3を挿通、配管させるように構成している。

さらに、シールド本体１の前方側に、上記既設管路P1の後端部外周面を被覆した状態で回転する円筒形状の外筒３を配設していると共にこの外筒３内に外筒３よりも短い円筒形状の内筒６を外筒３の内周面からその外周面を小間隔を存した状態で配設してあり、外筒３の前端にはその内端面を既設管路P1の外周面に摺接又は近接させた状態で既設管路P1回りを回転しながら、既設管路P1の周囲の前方地盤を掘削する複数のカッタビット７を図２に示すように周方向に所定間隔毎に突設して、外筒３の開口端内周面における隣接するカッタビット７、７間に土砂取込口8aを設けていると共に外筒３と上記内筒との対向面間の空間部によってこの土砂取込口8aに連通した断面円環形状の土砂排出通路８を形成している。また、シールド本体１の外径は外筒３の外径と同径若しくは僅かに小径に形成されてあり、このシールド本体１に先行して外筒３により掘削されるトンネル掘削跡にシールド本体１を推進させる構成している。

上記外筒３の後端にはシールド本体１の上記隔壁２の外周部前面に対向して円環状の背面板3aの外周端を一体に固着してあり、この背面板3aの内周部後面に、シールド本体１の隔壁２における上記凹部2aの内周壁面に回転自在に支持された内歯車4aを一体に設けている一方、上記隔壁２の後壁部2bの背面外周部に駆動モータ4bを装着し、この駆動モータ4bの回転軸を後壁部2bに水密に貫通させてこの回転軸に固着した小歯車4cを上記内歯車4aに噛合させ、これらの駆動モータ4bと噛合した内歯車4aと小歯車4cとによって外筒３の回転駆動機構を構成している。なお、外筒３の回転中心はシールド本体１と同軸心上にあり、回転しながらシールド本体１と一体的に前進するように構成している。

上記内筒６の前端部内周面には既設管路P1の外周面に摺接するシール材6aが装着されていて地下水等が内筒６内に浸入するのを防止していると共に、上記外筒３の前端に装着しているカッタビット７の内端部後方近傍部において、この内筒６の前端に、既設管路P1の外周面に摺接してこの既設管路P1の外周面に固着した裏込剤等の硬化層（図示せず）を斫り取る先端が尖鋭端に形成された斫り刃９を周方向に一定間隔毎に突設してあり、さらに、図６に示すように、隣接する斫り刃９、９間にその先端噴射口を臨ませて前方に向かってジェット水を噴射する複数本の噴射ノズル10を配設し、前端にこれらの噴射ノズル10を有するパイプ10a を内筒６の内周面に沿ってこの内周面に固定していると共にシールド本体１内に配設したジェット水供給手段（図示せず）に連結、連通させている。なお、噴射ノズル10は上記シール材6aを水密に貫通してその先端を隣接するカッタビット７、７間の土砂取込口に臨ませている。

この内筒６の後端には上記外筒３と同様に円環状の背面板6bの外周端を一体に固着してあり、この背面板6bの内周端面にリング部材6cの外周面を一体に固着していると共にこのリング部材6cの内周面を前後端縁からその幅方向の中央部に向かって外径方向に後述する固定部材12を中心とする凹円弧状に湾曲した湾曲内周面6dに形成してあり、この湾曲内周面6dを外径が背面板6bの内径に等しい小径の円環板形状の支持部材11の外周面に形成している凸円弧状に湾曲した湾曲外周面11a に前後方向に摺動自在に外嵌させ、リング部材6cの凹円弧状湾曲内周面6dを支持部材11の凸円弧状湾曲内周面11a 上で摺動させることにより、内筒６を上下左右方向にその向きを変更可能に構成している。

さらに上記支持部材11は、シールド本体１の隔壁２における後壁部2bの前面中央部にその後端面を固着して前方に向かって突設している短筒体からなる固定部材12の前端面にその外周後面を固着することによりこの固定部材12に同心にして支持されていると共に、固定部材12の周囲の外筒３の背面板3aと内筒６の背面板6bとの対向面間の空間部を泥水室13に形成してあり、この泥水室13に上記外筒３の内周面と内筒６の外周面との対向面間によって形成された土砂排出通路８の後端を連通させている。さらに、この泥水室13にシールド本体１内を通じて配管されている送排泥管14、15の前端開口部を連通させていてこの送排泥管14、15を通じて泥水室13内の掘削土砂を後方に排出するようにしている。16は外筒３の背面板3aの前面外周部に泥水室13に向かって前方に突設している複数枚のスクレーパである。なお、上記センタシャフト５の後端部は上記短筒体からなる固定部材12の中央部内を挿通して上記隔壁２の後壁部中央に固着してあり、前端部は外筒３の前端中心部から前方に向かって突出して既設管路P1の後端部の中心部内に位置させている。

また、内筒６の後端部内周面には、図３に示すように、その四方にローラ17を回転自在に取付けてこれらのローラ17に旋回リング18の外周面を周方向に回動自在に支持させてあり、この旋回リング18の前面両側部に支持ジャッキ19、19を互いに既設管路P1の径方向に平行に装着し、これらの支持ジャッキ19、19のロッドの先端間を連結部材34によって連結していると共にこの連結部材34の両端部に一定長さの水平ガイドロッド20、20の基端を固着、支持してこれらの水平ガイドロッド20、20を連結部材34の両端部から互いに一定間隔を存した状態で前方に向かって平行に突設してあり、さらに、これらの水平ガイドロッド20、20に既設管路P1を構成している覆工セグメントを解体した際の老朽化したセグメントS1を吊支して既設管路P1内に設けている後述するローラコンベア26上に移載するための撤去手段21の両端部を前後方向に移動自在に挿通、支持させている。

なお、上記シールド本体１の後胴1bの前端部内周面に複数本のシールドジャッキ23を周方向に所定間隔毎に装着してあり、このシールドジャッキ23のロッド端を新設管路P2の前端に受止させた状態で伸長させることより、新設管路P2に反力をとってシールド本体１を推進させるように構成している。さらに、後胴1bの前端部内に新設のセグメントS2を組み立てて新設管路P2を形成するためのエレクタ24を配設している。

このように構成した既設管路の更新用トンネル掘削装置によって既設管路P1を新設管路P2に更新するに際して、既設管路P1内に図１、図２に示すようにシールド本体１の隔壁２から突設しているセンタシャフト５の前端部と中間部とを前後方向に摺動自在に支持する矩形枠状の支持脚台25を設置し、この支持脚台25の上端中央部と下端両側部との３方より突設している脚片25a を既設管路P1の内周面に着脱自在に圧着、固定すると共に、既設管路P1の内底面上に支持脚台25の両側脚片25a 、25a 間の空間部を利用して上記水平ガイドロッド20、20の先端部下方の位置からセンタシャフト５の前方近傍部の下方に至るまでローラコンベア26を配設し、このローラコンベア26の前端から既設管路P1の前端、即ち、シールド本体１の到達側に至るまでの既設管路P1の内底面にレール上を走行する解体セグメント運搬台車27を設ける。

さらに、センタシャフト５の前端部を支持している支持脚台25の上端から前方に向かって水平ガイド杆28を突設し、この水平ガイド杆28に上記ローラコンベア26の搬送終端部上から運搬台車27に解体セグメントS1を移載させる電動ホイスト29を前後移動自在に吊支する。また、既設管路P1内からセンタシャフト５内とシールド本体１内を通じてバイパス管P3を新設管路P2内の後方まで配管してあり、既設管路P1が下水管である場合には、下水の流れを停止させることなく、このバイパス管P3内に下水を流通させながら工事を行う。なお、センタシャフト５は必ずしも設ける必要はなく、上記隔壁２に突設している短筒体からなる固定部材12を隔壁２の前後方向に貫通させてこの固定部材12内にバイパス管P3の挿通させるようにしておいてもよく、要するに、隔壁の前面中央部に該隔壁を前後方向に貫通して既設管路内と新設管路内とに亘ってバイパス管を配管させる配管通路を設けておけばよい。

この状態にしてシールド本体１の後胴1b内でエレクタ24により既に新しいセグメントS2を１リング分、組み立てられた新設管路P2の前端面に反力をとってシールドジャッキ23のロッドを伸長させると共に回転駆動機構４を作動させて外筒３を回転させると、外筒３がシールド本体１と一体的に前進しながらその前端に装着しているカッタビット７により既設管路P1の周囲の地盤を掘削する。さらに、シールド本体１の隔壁２の後壁部2bに突設した固定部材12に背面板6bを支持部材11を介して支持されている内筒６も外筒３と一体に前進してその前端に突設している斫り刃９により既設管路P1の外周面に固着している裏込剤の硬化層を捲り上げるようにして削ぎ取ると共に、削がれた硬化層の斫り片に向かって隣接する斫り刃９、９間に臨ませている噴射ノズル10からジェット水を噴射させてこのジェット水により既設管路P1の外周面から斫り片を剥離させ、剥離した斫り片をカッタビット７によって掘削された土砂と共に土砂取込口8aに連通している内外筒３、６との対向面間で形成している土砂排出通路８内に取り込む。

この土砂排出通路８内には、送泥管14を通じて泥水室13に供給された泥水が充満してあり、この泥水内に上記掘削土砂が混入して土砂排出通路８から泥水室13内に取込まれ、泥水室13内で外筒３の背面板3aに突設しているスクレーパ16によって攪拌されながら排泥管15からシールド本体１の後方に既に施工された新設管路P2内を通じて排出される。なお、シールド本体１の前進時には、このシールド本体１の隔壁２の中心部から前方に向かって突設しているセンタシャフト５も上記支持脚台25によって支持されながらこの支持脚台25上を前進移動する。

また、シールド本体１が曲線施工されている既設管路P1の管路部に達してこの管路部の湾曲外周面に沿ってその外周地盤を掘進する場合には、中折れジャッキ22を伸縮させて後胴1bに対し、前胴1aを中折れ部1cを介して湾曲した既設管路P1の管軸方向に屈折させることにより、前胴1aの前端隔壁２にその後端部を支持されている外筒３を前胴1aと一体的に傾動させてその掘進方向を既設管路P1の管軸方向に向ける。

一方、内筒６の後端部を支持している支持部材11を備えた固定部材12は、上記前胴1aと一体に傾動するが、内筒６は上記支持部材11の凸円弧状湾曲外周面11a 上にその背面板6bの中央部に固着しているリング部材6cの凹円弧状湾曲内周面6dを前後左右方向に摺動自在に外嵌させているので、これらの凹凸湾曲面6d、11a によって上記前胴1aの傾動しようとする作動力が内筒６に伝達するのを遮断される。しかしながら、内筒６はその前端に装着している斫り刃９が既設管路P1の外周面に摺接しているので、上記凹凸湾曲面6d、11a によってその向きを既設管路P1の管軸方向に自動的に指向させながら外筒３と一体的に既設管路P1上を推進し、外筒３によって湾曲している既設管路P1の外周地盤を、直線施工されている既設管路P1の外周地盤と同じ掘削断面となるように掘削し、この掘削に後続して内筒６の前端に装着している斫り刃９によって湾曲している既設管路P1の外周面に固着している裏込剤等の硬化層を斫り取る。

このように、内筒６は外筒３と隔壁２を介して剛直に結合しているのではなく、上述したようにその背面板6bに一体に設けているリング部材6cの凹円弧状湾曲内周面6dをシールド本体１の隔壁中央部に突設している上記固定部材12の前端に固着した支持部材11の凸円弧状の湾曲外周面11a に対して前後左右方向に摺動可能に支持させているので、外筒３が掘進中に上下左右方向に微動してもその動きを上記凹凸円弧状湾曲面6d、11a の摺動によって吸収して内筒６に伝達することはなく、従って、外筒３は内筒６から何らの影響力を受けることなく円滑に掘進していくことができる。

また、外筒３の屈折中心は、前胴1aと後胴1bとの互いに屈折自在に接合している中折れ部の垂直面上の中心にあり、内筒６の屈折中心はその背面板6bの垂直面上の中心に設けられているので、これらの内外筒３、６は既設管路P1の湾曲方向に無理なく円滑に既設管路P1の湾曲面に追随させながら偏向させることができる。また、既設管路P1が上記のように曲線施工されている場合に限らず、傾斜状に施工されている管路部や蛇行状に施工されている管路部であっても、上記同様に内外筒３、６の向きをこれらの管路部の管軸方向に自動的に向けながら掘進させることができる。なお、外筒３と一体的に前胴1aを推進させる際に、前胴1a内から前胴1aに設けている滑材注入口30を通じて前胴1aの外周面上に滑材を注入しながら円滑に推進させる。

シールド本体１と一体に推進する外筒３の前端カッタビット７により既設管路P1の外周地盤が掘削されるに従って、次に解体すべき既設管路P1の後端部が内筒６内に相対的に進入し、この既設管路P1における１リング分以上の長さの覆工セグメントが内筒６内に取込まれると、シールドジャッキ23を収縮させてシールド本体１の後胴1bの後部内に、既にこの後胴1bまで施工している新設管路P2の前端面とシールドジャッキ23のロット端間に新設セグメントS2が１リング分、組立可能な空間部を設け、この空間部内でエレクタ24により複数個のセグメントS2を周方向に順次連結しながら新設管路P2の前端面に連らなる１リングの覆工セグメントを形成して新設管路P2を延長する。

なお、シールド本体１における後胴1bの前端部には、シールド本体１の前進時に後胴1bの外周面上に滑材を注入してシールド本体１の前進を円滑に行わせるための滑材注入口31が設けられていると共に、後胴1bの後端部内周面に新設管路P2の前端部外周面に圧接するシール材32を周設している。また、シールド本体１の隔壁２から前方に向かって突設している上記センタシャフト５には、その内底面に資材搬送設備（図２〜図４に示す）を配置してこのセンタシャフト５内を通じて既設管路P1と新設管路P2間で各種資材を搬入、搬出可能にしている。

一方、既設管路P1の後端部を被覆している内筒６内においては、既設管路P1の後端部における１リング分の覆工セグメントを形成している複数個の老朽化したセグメントS1を、隣接するセグメントS1、S1同士を連結しているボルト等を取り外すことにより順次、切り離して解体する際に、旋回リング18を電動モータ等によって回動させてこの旋回リング18に配設している支持ジャッキ19、19の先端側を解体すべき一個のセグメントS1方向に向けることにより、支持ジャッキ19、19の先端部間を連結している連結部材34の両端部から突設した水平ガイドロッド20、20に摺動自在に配設している撤去手段21を上記解体すべきセグメントS1に対向させたのち、支持ジャッキ19、19のロッドを伸長させることによりこの撤去手段21の先端チャック部でセグメントS1の内面中央部央部に取付けた突片（図示せず）を把持させ、しかるのち、支持ジャッキ19のロッドを収縮させると共に旋回リング18を所定角度だけ回動させて撤去手段21を下方に向け、この状態にしてセグメントS1を吊支した撤去手段21を水平ガイドロッド20、20に沿って前方に移動させてローラコンベア26の搬送始端部上に該セグメントS1を吊り下ろして載置する。

ローラコンベア26上に載置されたセグメントS1は、ローラコンベア26の搬送終端部にまで搬送されてその終端部に達すると、電動ホイスト29によって吊り上げられて運搬台車27上に移載される一方、撤去手段21は元の位置まで後退したのち、この撤去手段21を備えている旋回リング18を電動モータ等によって周方向に旋回させて撤去手段21を次のセグメントS1上に移動させ、上記同様にしてセグメントS1をこの撤去手段21からローラコンベア26及び電動ホイスト29を介して運搬台車27に搬送する。

こうして、既設管路P1の後端部における１リング分の覆工セグメントを形成している複数個のセグメントS1が運搬台車27によって既設管路P1内を通じて到達側に搬出されると、再びシールドジャッキ23を伸長させることによってシールド本体１を前進させると共にこのシールド本体１に先行して内外筒３、６をシールド本体１と一体的に前進させることにより、外筒３の先端に装着しているカッタビット７によって既設管路P1の外周地盤を掘削すると共に内筒６の先端に装着している斫り刃９と噴射ノズル10からのジェット水によって既設管路P1の外周面に固着している裏込剤の硬化層を削り取りながら上記掘削土砂と共に内外筒３、６間の土砂搬出通路８を通じて泥水室13に送り込み、送排泥管14、15を通じて後方に排除することによって既設管路P1の外周に１リング分に相当する長さのトンネルを掘削する工程と、シールドジャッキ23を収縮させて後胴1b内でエレクタにより新設セグメントS2をリング状に組立ながら新設管路P2の前端に連結して新設管路P2を延長していく工程と、既設管路P1内で既設管路P1の後端部における老朽化したセグメントS1を１リング分、解体撤去する工程とを繰り返し行うことにより、既設管路P1を新設管路P2に更新していくものである。

さらに、次の既設管路P1の後端部が一定長、解体されるに先立って、上記支持脚台25やローラコンベア26等を次の解体セグメントの搬出位置まで移動させる。なお、上記解体される既設管路P1としては、一次覆工セグメントの内周面に二次覆工コンクリートが設けられている管路であって、先に、この二覆工コンクリートが破砕、撤去された跡の一次覆工セグメントからなる管路であってもよい。また、覆工セグメントからなる既設管路ではなく、ヒューム管からなる既設管路P1’であってもこの既設管路P1’を解体、撤去しながら上記更新用トンネル掘削装置によって新設管路P2に更新することができる。

図７はその実施例を示すもので、シールド本体１の前面に配設している内外外筒３、６によってヒューム管からなる既設管路P1’の後端部外周面に被覆した状態でシールド本体１を推進することにより、外筒３の先端に装着しているカッタビット７によって既設管路P1’の外周地盤を掘削すると共に内筒６の先端に装着している斫り刃９と噴射ノズル10からのジェット水によって既設管路P1’の外周面に固着している裏込剤の硬化層を削り取りながら上記掘削土砂と共に内外筒３、６間の土砂搬出通路８を通じて泥水室13に送り込み、送排泥管14、15を通じて後方に排除することによって既設管路P1’の外周にトンネルを掘削し、一定長のトンネルの掘削後、シールド本体１の推進によって内筒６内に相対的に進入した既設管路P1’の後端部をこの既設管路P1’の後端部内まで搬入した切断機（図示せず）によって複数片のブロック状小片P11 に切断し、このブロック状小片P11 を水平ガイドロッド20、20に沿って移動する撤去手段21によって把持させ、ローラコンベア26に移載させて後方に配設している電動ホイスト29を介して運搬台車（図示せず）に搬送する。

一方、シールド本体１の後胴1b' 内においては、既設管路P1’の撤去長に応じて新設管路P2' が延長されるが、この延長は後胴1b’内でエレクタ24によって新しいセグメントS2を組み立てることにより行ってもよいが、この実施の形態においてはシールド本体１の発進側立坑（図示せず）からシールド本体１の推進に従って既設管路P1’を解体、撤去しながら所定長のトンネルが掘削される毎に発進立坑内に新たなヒューム管を継ぎ足しながら押し進めることによって新設管路P2' を形成していくものである。従って、シールド本体１の後胴1b’内にはエレクタ24を配設する必要はなく、後胴1b' の長さを短くすることができ、さらにはシールドジャッキ23も不要である。その他の実施例については図１で示した上記実施例と同じであるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。

P1 既設管路
P2 新設管路
S1 既設セグメント
S2 新設セグメント
１ シールド本体
２ 隔壁
３ 外筒
４ 回転駆動機構
５ センタシャフト
６ 内筒
７ カッタビット
８ 土砂排出通路
９ 斫り刃
10 噴射ノズル
13 泥水室
18 旋回リング
22 中折れジャッキ
25 支持脚台

Claims (8)

1. 既設管路をその後端部側から解体、撤去するに従って前進して後方側で新設管路を形成していく既設管路の更新用トンネル掘削装置であって、前端開口部に隔壁を設け、この隔壁の前面中央部に該隔壁を前後方向に貫通して既設管路内と新設管路内とに亘ってバイパス管を配管させる配管通路を設けたシールド本体と、既設管路の後端部外周面を被覆した状態で回転し、その前端に既設管路の外周地盤を掘削するカッタビットを設けていると共に内部に掘削土砂を後方に排出する通路を設け、且つ、後端部をシールド本体の前端開口部内に回転自在に支持されていると共にシールド本体に対して前後左右方向に屈折自在に連結してなる外筒とを備えていることを特徴とする既設管路の更新用トンネル掘削装置。
2. 配管通路は、シールド本体の隔壁の中央部から既設管路の後端中央部内に向かって突設している円管形状のセンタシャフトからなり、その後端を既設管路の隔壁の中央部から後方に向かって開口させていることを特徴とする請求項１に記載の既設管路の更新用トンネル掘削機。
3. 外筒の内側にこの外筒よりも短く、後端がシールド本体の開口端前方部に前後左右に屈折自在に支持されている内筒を配設してこの内筒の前端部内周面に既設管路の外周面に摺接したシール材を装着していると共に、前端に周方向に一定間隔毎に既設管路の外周面に固着した裏込剤等の硬化層を斫る斫り刃を突設し、且つ、隣接する斫り刃間にジェット水噴射ノズルを設けてあり、この内筒の外周面と上記外筒の内周面との間の空間を掘削土砂をシールド本体に送り込む通路に形成していることを特徴とする請求項１に記載の既設管路の更新用トンネル掘削装置。
4. シールド本体の隔壁前面と内筒の後面間に、内外筒間の土砂通路に連通した泥水室を形成し、この泥水室に送排泥管を連通させてこの送排泥管により掘削土砂を排出するように構成したことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の既設管路の更新用トンネル掘削装置。
5. 既設管路の後端部内にセンタシャフトを摺動自在に支持した支持脚台を設置していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の既設管路の更新用トンネル掘削装置。
6. 既設管路の後端から後方に突出した内筒の後端部内周面に旋回リングを回動自在に支持させてあり、この旋回リングに、前面に解体された既設管路のセグメントまたは切断されたブロック状小片を吊支して既設管路内に設けた搬出手段の後端部上に移載する撤去手段を前後方向に移動自在に設けていることを特徴とする請求項１に記載の既設管路の更新用トンネル掘削装置。
7. シールド本体は隔壁の外周部に外筒の回転駆動機構を設けている前胴と、この前胴の後端部に前端部を複数本の中折れジャッキを介して連結している後胴とからなり、この後胴内にエレクタを配設して後胴の内周面に沿って外径が既設管路の外径と同径の新設管路を形成し、この新設管路の前端に推進反力を支持させてシールド本体を推進させるように構成していることを特徴とする請求項１に記載の既設管路の更新用トンネル掘削装置。
8. シールド本体は隔壁の外周部に外筒の回転駆動機構を設けている前胴と、この前胴の後端部に前端部を複数本の中折れジャッキを介して連結している後胴とからなり、既設管路が一定長、切除される毎に発進立坑側からヒューム管等の管体を継ぎ足しながらシールド本体を押し進めて新設管路を形成していくことを特徴とする請求項１に記載の既設管路の更新用トンネル掘削装置。

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