JP2012184574A

JP2012184574A - 既設管路の更新用トンネル掘削装置

Info

Publication number: JP2012184574A
Application number: JP2011047540A
Authority: JP
Inventors: Kenji Arakawa; 賢治荒川; Naotoshi Yamada; 直敏山田; Eisuke Kawashima; 英介川嶋; Tatsuo Mori; 竜生森
Original assignee: Okumura Corp
Current assignee: Okumura Corp
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2031-03-04
Also published as: JP5518769B2

Abstract

【課題】老朽化した下水管等の既設管路を新設管路に更新するに際して、既設管路の外周地盤を既設管路の軸心方向に沿って確実に掘削することができると共に掘削した土砂を後方側に円滑に排出し得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を配設して外筒３の前端に装着しているカッタビット７によって既設管路P1の外周地盤を掘削しながら、内筒６の前端に装着している斫り刃９によって既設管路P1の外周面に固着した裏込剤硬化層等を削り取るように構成し、さらに、上記外筒３の内周面と内筒６の外周面間をこれらの内外筒の背面板3a、6b間に形成している泥水室13に通じる土砂排出通路８に形成して掘削土砂を排泥水管14、15により後方に排出するように構成している。
【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、円筒状フード体によって既設管路内に地下水や土砂が浸入するのを防止しながら既設管路の更新工事を行うことができるが、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、円筒状フード体の掘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存在していなく、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て問題点がある。

さらに、トンネル掘削機の前端開口部に配設した円環状のカッタヘッドにより、円筒状フード体の後方における外周地盤を掘削するように構成しているため、地下水が存在している場合にはカッタヘッドによって地盤が掘削されることなく崩落してカッタヘッド内に浸入し、既設管路を更新するためのトンネル掘削ができなくなる。このような地盤の崩落を防止するには、シールド工法のようにカッタヘッドの後方に泥水室を形成し、この泥水室内の泥水圧によって掘削地盤の切羽面を押さえればよいが、上記のような構成では泥水が切羽面を通じて円筒状フードの外周面周囲の地中に逃げてしまい、泥水圧を利用したトンネル掘削が行えなくなる等の問題点があった。

また、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、既設管路を被覆している円筒フード体は、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することができるが、既設管路の後方に配設されるトンネル掘削は、既設管路の傾斜部や曲線部等の湾曲部に関係なく、中折れジャッキを介してその向きを変更可能に構成しているので、既設管路の管軸に対してその機軸が上下左右方向に偏位して既設管路の埋設位置に新設管路を正確に築造することができなくなり、そのため、トンネル掘削機の掘進方向を円筒フード体の推進方向に同調するように制御する必要がある。

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外周地盤を既設管路の管軸方向に沿って能率よく且つ正確に掘削しながら既設管路を新設管路に更新することができると共に掘削した土砂を泥水によって円滑に排出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、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、シールド本体の前方側に上記既設管路の後端部外周面を被覆した内筒と外筒とをシールド本体と一体に前進可能に配設すると共にシールド本体に外筒の回転駆動機構を設け、上記内筒の前端に斫り刃を突設し、且つ、この内筒の前端部内周面に既設管路の外周面に摺接するシール材を装着している一方、外筒の前端にこの斫り刃の前方において上記既設管路の外周地盤を掘削する複数本のカッタビットを突設してあり、さらに、内筒の外周面と外筒の内周面との間の空間部を掘削土砂の排出通路に形成していると共に内筒の後端面と外筒の背端面との対向面間の空間部を上記排出通路に連通した泥水室に形成し、この泥水室に上記シールド本体内側に配設した送排泥管を連結、連通させ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、シールド本体は複数本の中折れジャッキにより互いに屈折自在に連結した前胴と後胴とからなり、前胴の前端部に設けている隔壁の外周部に外筒の後端外周部を回転自在に支持させていると共に隔壁に外筒の回転駆動機構を配設していることを特徴とする。

さらに、請求項３に係る発明は、シールド本体の前端に設けている隔壁の前面中央部に固定部材を突設すると共にこの固定部材の前端に外周面を凸円弧状湾曲面に形成している支持部材を固着してこの支持部材の凸円弧状湾曲面に内筒の背面板中央部に設けている凹円弧状湾曲面を屈折自在に被嵌させていることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、隔壁の前面中央部に突設している上記固定部材は短筒体からなり、この固定部材内を通じて既設管路内とシールド本体後方の新設管路内とに亘ってバイパス管を配管可能に構成していることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、既設管路をその後端部側から解体、撤去するに従って前進し、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、シールド本体の前方側に上記既設管路の後端部外周面を被覆した内筒と外筒とをシールド本体と一体に前進可能に配設すると共にシールド本体に外筒の回転駆動機構を設け、上記内筒の前端に斫り刃を突設し、且つ、この内筒の前端部内周面に既設管路の外周面に摺接するシール材を装着している一方、外筒の前端にこの斫り刃の前方において上記既設管路の外周地盤を掘削する複数本のカッタビットを突設しているので、この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、内筒に先行して外筒が内筒と一体に前進しながらその先端に突設しているカッタビットにより既設管路の後端部の外周地盤を能率よく掘削する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て、その掘削跡に新設管路を精度よく築造することができる。

その上、既設管路の外周地盤を掘削する外筒に後続して内筒を外筒一体に円滑に推進させながらこの内筒の前端に突設した斫り刃により既設管路の外周面に固着している裏込剤等の硬化層を削除して爾後における既設管路の解体作業の円滑化を図ることができると共に、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ので、地下水や土砂等が内筒内を通じて既設管路内に浸入するのを確実に防止しながら既設管路の外周地盤の掘削が行える。

さらに、内筒の外周面と外筒の内周面との間の空間部を掘削土砂の排出通路に形成していると共に内筒の後端面と外筒の背端面との対向面間の空間部を上記排出通路に連通した泥水室に形成し、この泥水室に上記シールド本体内側に配設した送排泥管を連結、連通させているので、泥水を泥水室から内外筒間に設けている土砂排出通路内に充満させてその泥水圧によりカッタビットによって掘削される切羽面を押さえながら掘進するに従って掘削される土砂をカッタビット間を通じて土砂排出通路内に確実に取り込むことができ、泥水室内を通じて還流する送排泥管により、シールド本体内から新設管路内を通じて効率よく排出することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、シールド本体を複数本の中折れジャッキにより互いに屈折自在に連結した前胴と後胴とから構成し、前胴の前端部に設けている隔壁の外周部に外筒の後端外周部を回転自在に支持させていると共に隔壁に外筒の回転駆動機構を配設しているので、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等の湾曲部が存在していても、外筒をこの外筒の回転駆動機構と一体的にシールド本体の後胴に対して中折れジャッキにより上下左右方向に屈折させて既設管路の管軸方向に容易にその向きを変更させることができ、既設管路の外周面に新設管路の更新用トンネルを円滑且つ確実に掘削することができる。

請求項３に係る発明によれば、シールド本体の前端に設けている隔壁の前面中央部に固定部材を突設すると共にこの固定部材の前端に外周面を凸円弧状湾曲面に形成している支持部材を固着してこの支持部材の凸円弧状湾曲面に内筒の背面板中央部に設けている凹円弧状湾曲面を屈折自在に被嵌させているので、上記外筒と同様に、内筒をシールド本体に対して既設管路の傾斜部や湾曲部の外周面に沿って該既設管路の管軸方向に自動的に且つ円滑に屈折させることができると共に、その作動は上記凹凸円弧状湾曲面によって外筒に伝達するのを遮断されているから、既設管路の外周面に沿って掘進する外筒が掘進中に上下左右方向に微作動しても内筒が単独的にその微作動を吸収する方向に作動し、内筒に影響されることなく外筒による既設管路の外周地盤の掘進を円滑に行わせることができる。

このように、上記外筒と内筒との後端部をシールド本体に前後左右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等の湾曲部が存在していても、これらの内筒と外筒と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る共に、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を正確に更新することができる。

さらに、請求項４に係る発明によれば、シールド本体の上記隔壁の前面中央部に突設している上記固定部材は短筒体からなり、この固定部材内を通じて既設管路内とシールド本体後方の新設管路内とに亘ってバイパス管を配管可能に構成しているので、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固定部材に挿通している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。

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。内外筒を屈折させた状態を示す簡略縦断側面図。

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から上下左右方向に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を推進させるように構成している。

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の機軸と同軸線上にあり、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。

既設管路P1の後端部を被覆している上記内筒６の前端部内周面には既設管路P1の外周面に摺接したシール材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の背面板3aの前面から前方に小間隔を存した位置に円環状の背面板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の外周面を一体に設け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 に前後左右方向に摺動自在に外嵌させ、リング部材6cの湾曲内周面6dを支持部材11の湾曲外周面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、即ち、外筒３の背面板3aの前面と、内筒６の背面板6bから支持部材11の外周部とに亘るこれらの後面との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内を還流する泥水によって泥水室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の後端部は上記中央支持部材12の中央部を挿通して上記隔壁２の後壁部中央に固着している。

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を互いに一定間隔を存した状態で連結部材34の両端部から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の両側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、既設管路P1の内底面にレールを敷設してこの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の後壁部2bから突設している内筒６を屈折自在に支持した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た状態で隔壁２に固着してこの固定部材12を通じてバイパス管P3を配管させるように構成しておいてもよい。

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と隣接する斫り刃９、９間に臨ませている噴射ノズル10からのジェット水とによって既設管路P1の外周面に固着している裏込剤等の硬化層を斫り取り、この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外筒３の内周面と内筒６の外周面間に形成されている上記土砂排出通路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、外筒３の前進に従って土砂取込口8a内に取込まれた上記掘削土砂と硬化層の斫り片は泥水によって土砂排出通路８から泥水室13内に送り込まれ、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を通じてシールド本体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、地上等の適所に設置した土砂貯留槽（図示せず）に送られてこの土砂貯留槽に堆積する一方、土砂貯留槽から泥水を送泥管14を通じて泥水室13に送り込む。こうして、掘削土砂を硬化層の斫り片と共に排除しながら既設管路P1の外周面に外筒３のカッタビット７によって既設管路P1と同心的に一定径のトンネルを掘削する。

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を作動させて後胴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、図７に示すように、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6b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6b、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にで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6b、11a を介し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と噴射ノズル10からのジェット水とによって上記同様に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微動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の湾曲面に追随するように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態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、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上に移載されたセグメントS1は、ローラコンベア26の搬送終端部上から電動ホイスト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。

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
1a 前胴
1b 後胴
２隔壁
３外筒
４回転駆動機構
５センタシャフト
６内筒
6d 凹円弧状湾曲面
７カッタビット
８土砂排出通路
９斫り刃
10 噴射ノズル
11 支持部材
11a 凸円弧状湾曲面
12 固定部材
13 泥水室
14 送泥水管
15 排泥水管
22 中折れジャッキ

Claims

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、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、シールド本体の前方側に上記既設管路の後端部外周面を被覆した内筒と外筒とをシールド本体と一体に前進可能に配設すると共にシールド本体に上記外筒の回転駆動駆動機構を設け、上記内筒の前端に斫り刃を突設し、且つ、この内筒の前端部内周面に既設管路の外周面に摺接するシール材を装着している一方、外筒の前端にこの斫り刃の前方において上記既設管路の外周地盤を掘削する複数本のカッタビットを突設してあり、さらに、内筒の外周面と外筒の内周面との間の空間部を掘削土砂の排出通路に形成していると共に内筒の後端面と外筒の背端面との対向面間の空間部を上記排出通路に連通した泥水室に形成し、この泥水室に上記シールド本体内側に配設した送泥水管を連結、連通させ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機。
シールド本体は複数本の中折れジャッキにより互いに屈折自在に連結した前胴と後胴とからなり、前胴の前端部に設けている隔壁の外周部に外筒の後端外周部を回転自在に支持させていると共に隔壁に外筒の回転駆動機構を配設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機。
シールド本体の前端に設けている隔壁の前面中央部に固定部材を突設すると共にこの固定部材の前端に外周面を凸円弧状湾曲面に形成している支持部材を固着してこの支持部材の凸円弧状湾曲面に内筒の背面板中央部に設けている凹円弧状湾曲面を屈折自在に被嵌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。
隔壁の前面中央部に突設している固定部材は短筒体からなり、この固定部材内を通じて既設管路内とシールド本体後方の新設管路内とに亘ってバイパス管を配管可能に構成している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機。