JP2014034772A - 裏込材注入方法および裏込材注入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】柔らかい地盤から硬い地盤へ進行する際に、シールド機を円滑に効率良く掘進させる上で有利な裏込材注入方法および裏込材注入装置を提供すること。
【解決手段】柔らかい地盤を掘進する場合、第１の裏込材注入部３０を注入位置（イ）に突出させ、テールボイド２２の発生とほぼ同時に第１の裏込材注入部３０から裏込材を注入する同時裏込材注入方法を行なう。また、柔らかい地盤から硬い地盤を掘進する場合、第１の裏込材注入部３０を収納位置（ロ）とし、使わなくなった内側部分３０Ｂを取り外し、後胴部１４の内部に広いスペースを確保する。そして、後胴部１４の後方に離れたセグメントＣの裏込材注入孔の栓を取り外し、第２の裏込材注入部３２からセグメントＣの裏込材注入孔を介してテールボイド２２に裏込材を注入する即時裏込材注入方法を行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、シールド工法における裏込材注入方法および裏込材注入装置に関する。

従来、シールド機による掘削では、その先端のカッターにより掘削された掘削孔の内周面と、設置されるセグメントの外周面との間の環状の間隙（テールボイド）に、裏込材が充填され、湧水のセグメント内への侵入や、地盤沈下などの不具合を防止するようにしている。
裏込材を注入する方法として、テールボイドの発生とほぼ同時に裏込材を注入する同時裏込材注入方法や、シールド機の後胴部の後方に離れた箇所に位置するセグメントの裏込材注入孔から裏込材を注入する即時裏込材注入方法などが知られている。
なかでも同時裏込材注入方法は、進行毎に裏込材注入孔への注入ノゾルの脱着作業を要しないことから、即時裏込材注入方法に比べ、作業効率を高めトンネル工事のコストダウンを図る上で有利となる。

特開２０１０−５９６０７ 特開２０００−１７０４９５

一方、同時裏込材注入方法では、シールド機の後胴部の外周面に裏込材注入装置の裏込材注入部を取り付けた構造となっており、裏込材注入部が取り付けられた後胴部の部分は、後胴部の半径方向外側に突出する。
そのため、柔らかい地盤を掘進する場合には問題がないものの、掘進の途中で岩盤などの硬い地盤に進行しなくてはならない場合、裏込材注入部が掘削した孔の内周部に当たり、裏込材注入部が破損するなどしてシールド機による掘進が円滑に行なえなくなるという不具合が生じる。
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、柔らかい地盤から硬い地盤に進行する場合でも、シールド機を円滑に効率良く掘進させる上で有利な裏込材注入方法および裏込材注入装置を提供することにある。

前記目的を達成するため本発明の裏込材注入方法は、先端にカッターを有するシールド機の後胴部に、該後胴部を貫通する開口部を形成し、裏込材注入装置の裏込材供給部を前記後胴部の内部に配置すると共に、前記裏込材供給部に接続分離可能な同時裏込材注入方法実施用の第１の裏込材注入部と即時裏込材注入方法実施用の第２の裏込材注入部とを用意し、前記シールド機が柔らかい地盤を掘進する際に、前記第１の裏込材注入部を前記開口部から前記後胴部の半径方向外側に突出させ、前記裏込材供給部と前記第１の裏込材注入部とを接続して前記第１の裏込材注入部からテールボイドに裏込材の注入を行ない、前記シールド機が柔らかい地盤から硬い地盤に進行する際に、前記第１の裏込材注入部を前記後胴部の内部に収納された収納位置とし、前記収納位置において、前記後胴部の半径方向の外側に位置する外側部分で前記開口部を閉塞し、かつ前記開口部を閉塞した状態で前記外側部分を前記後胴部に取り付け、さらに、前記外側部分を除いた前記第１の裏込材注入部の残りの部分である内側部分を前記外側部分から取り外し、前記裏込材供給部と前記第２の裏込材注入部とを接続し、掘進しつつ前記第２の裏込材注入部により前記後胴部の後方に離れた箇所に位置するセグメントの裏込材注入孔を介して前記テールボイドに裏込材の注入を行なうようにしたことを特徴とする。
また、本発明の裏込材注入装置は、先端にカッターを有するシールド機の後胴部の内部に配置された裏込材供給部と、前記後胴部に貫通形成された開口部と、前記開口部から前記後胴部の半径方向外側に突出しテールボイドへの裏込材の注入を可能とした注入位置と、前記開口部から前記後胴部の内部に収納され前記開口部を閉塞する収納位置との間で移動可能に設けられ、前記裏込材供給部に接続分離可能な第１の裏込材注入部と、前記第１の裏込材注入部を前記注入位置に保持する保持手段と、前記後胴部の後方に離れた箇所に位置するセグメントの裏込材注入孔に接続可能で前記裏込材供給部に接続分離可能な第２の裏込材注入部とを備え、前記第１の裏込材注入部は、前記収納位置において、前記後胴部の半径方向の外側に位置する外側部分で前記開口部の閉塞を可能とし、かつ前記開口部を閉塞した状態で前記外側部分は前記後胴部に取り付け可能に構成され、前記外側部分を除いた前記第１の裏込材注入部の残りの部分である内側部分は前記外側部分に対して取り外し可能に構成されていることを特徴とする。

本発明では、シードル機が柔らかい地盤を掘進する場合、第１の裏込材注入部を注入位置とし、第１の裏込材注入部からテールボイドに裏込材を注入し、同時裏込材注入方法を実施する。
シードル機が柔らかい地盤から硬い地盤に進行する場合、第１の裏込材注入部を収納位置とし、後胴部の外周面から突起物をなくし、また、外側部分から内側部分を取り外し、後胴部の内側に突出する第１の裏込材注入部の部分を取り除くことで後胴部内に広いスペースを確保する。
そして、掘進しつつ第２の裏込材注入部から、後胴部の後方に離れたセグメントの裏込材注入孔を介してテールボイドに裏込材を注入し、即時裏込材注入方法を実施する。
したがって、柔らかい地盤から硬い地盤へのシールド機による掘進が円滑に効率良く行われる。

（Ａ）は同時裏込材注入方法を行ないつつシールド機が掘進している状態の側面図、（Ｂ）は後胴部の後方からシールド機を見た図である。 （Ａ）は第１の裏込材注入部を収納位置とし、裏込材供給部と第１の裏込材注入部とを切り離し、裏込材供給部と第２の裏込材注入部とを接続した状態の側面図、（Ｂ）は後胴部の後方からシールド機を見た図である。 （Ａ）は外側部分から内側部分を取り外し、即時裏込材注入方法を行ないつつシールド機が掘進している状態の側面図、（Ｂ）は後胴部の後方からシールド機を見た図である。

以下、本発明の実施の形態を図面にしたがって説明する。
図１に示すようにシールド機１０は、前端にカッター１２０２を有する前胴部１２と、前胴部１２に対して屈曲可能に連結された後胴部１４を備えている。
前胴部１２の内部には、カッター１２０２を回転駆動するモータや、掘削した土砂を排出するコンベア装置が配置され、また、後胴部１４の内部にはセグメントＣを組み立てるエレクタや、掘進用ジャッキが配置されている。
なお、セグメントＣには、その使用の有無に拘らず裏込材注入孔が設けられ、この裏込材注入孔は栓で閉塞されている。

後胴部１４の前部かつ上部に前後に長い矩形状の開口部１６が設けられている。
開口部１６は、後胴部１４の矩形状の切り欠きに取着された矩形枠状のパッキン１８の内周部で形成されている。
さらに、図１に示すように、後胴部１４の後端の内周面にワイヤブラシ２０が設けられている。
ワイヤブラシ２０は、掘削孔１９の内周面と、セグメントＣの外周面との間の環状の空間であるテールボイド２２に対して、後胴部１４の内部を水密に保持し、地下水の後胴部１４内への侵入を阻止するものである。

裏込材注入装置２４は、テールボイド２２に裏込材を充填し、湧水のセグメントＣ内への侵入や地盤沈下などを防止するものである。
裏込材注入装置２４は、裏込材供給部２６と、裏込材供給部２６に接続分離可能な同時裏込材注入方法実施用の第１の裏込材注入部３０と、図２、図３に示す即時裏込材注入方法実施用の第２の裏込材注入部３２とを備えている。
裏込材には、モルタルのように予め材料が混合されているものや、注入直前に主剤に対して硬化剤を混合するものなど、従来公知の様々な材料が使用可能である。
また、第１の裏込材注入部３０には、裏込材に対応した従来公知の同時裏込材注入方法実施用の様々な構成の注入部が採用可能である。
さらに、第２の裏込材注入部３２には、裏込材に対応した従来公知の即時裏込材注入方法実施用の様々な構成の注入部が採用可能である。

裏込材供給部２６は、後胴部１４の内部に配置されている。
裏込材供給部２６は、裏込材の収容タンク２６０２、収容タンク２６０２と第１、第２の裏込材注入部３０、３２とを分離可能に接続する配管２６０４、収容タンク２６０２内の裏込材を配管２６０４を介して第１、第２の裏込材注入部３０，３２の注入路に圧送するポンプ２６０６、配管２６０４や注入路を洗浄するための洗浄水の洗浄水タンク２６０８、このタンク２６０８内の洗浄水を第１、第２の裏込材注入部３０，３２に圧送するポンプ２６１０や配管２６１２を含んで構成されている。
それらの配管２６０４、２６１２の先部は、ジョイント３４を介して第１、第２の裏込材注入部３０，３２に対して接続分離可能である。より詳細には、第１、第２の裏込材注入部３０，３２側の配管の先部にボール弁（開閉弁）３６が設けられ、裏込材供給部２６側の配管の先部にボール弁（開閉弁）３８、ジョイント３４が設けられ、第１、第２の裏込材注入部３０，３２側の配管の先部のボール弁３６がジョイント３４に係脱可能に結合される。

第１の裏込材注入部３０は、テールボイド２２に裏込材を注入する注入位置（イ）と、後胴部１４の内部に収納される収納位置（ロ）との間で移動可能である。この第１の裏込材注入部３０の移動は、手動で行なってもよく、あるいは、油圧シリンダなどのアクチュエータを用いてもよい。
第１の裏込材注入部３０の注入位置（イ）では、第１の裏込材注入部３０（詳細には後述する第１の裏込材注入部３０の内側部分３０Ｂ）と後胴部１４とにわたり、図１（Ｂ）に示すように、Ｌ字状のブラケット４０がボルトを介して着脱可能に取着され、第１の裏込材注入部３０の注入位置（イ）が保持される。したがって、本実施の形態では、第１の裏込材注入部３０を注入位置（イ）に保持する保持手段がブラケット４０とボルトにより構成されている。なお、アクチュエータにより第１の裏込材注入部３０を注入位置（イ）から収納位置（ロ）へ移動する場合には、第１の裏込材注入部３０を注入位置（イ）に保持する保持手段としてこのアクチュエータを用いることができる。
第１の裏込材注入部３０は、収納位置（ロ）で後胴部１４の半径方向外側に位置する外側部分３０Ａと、外側部分３０Ａを除いた第１の裏込材注入部３０の残りの部分である内側部分３０Ｂとを含んで構成され、内側部分３０Ｂは外側部分３０Ａに対してボルトなどを介して着脱可能である。

外側部分３０Ａは、外板部３００２と内板部３００４とを含んで構成されている。
外板部３００２は、図２に示すように、収納位置（ロ）で、開口部１６の周囲の後胴部１４の外周面の箇所に当接して開口部１６を閉塞し、図３に示すように、開口部１６を閉塞した状態で、外板部３００２は、後胴部１４の内部からボルトＢ１を介して後胴部１４に着脱可能に取着される。
外板部３００２は、後胴部１４の軸心を中心とした円筒面で形成され、収納位置（ロ）において、後胴部１４の半径方向外方に突出する第１の裏込材注入部３０の容積を減少させている。

収納位置（ロ）において、外板部３００２は、後胴部１４の半径方向の外側に向いた外面３００２Ａを有している。
そして、注入位置（イ）において、外面３００２Ａのシールド機１０の先端側に位置する箇所が後胴部１４の外周面に近い箇所に位置し、シールド機１０の後方側に位置する箇所に向かうにつれて次第に後胴部１４の半径方向外側に変位するように傾斜して配置される。
内板部３００４は、外板部３００２から突設され、収納位置（ロ）で、開口部１６の縁部（パッキン１８の内周部）に接触し、湧水や土砂などの開口部１６から後胴部１４の内部への侵入を防止している。

内側部分３０Ｂは、内板部３００４にボルトなどを介して着脱可能であり、内板部３００４に取り付けられた状態で内側部分３０Ｂは、収納位置（ロ）以外の箇所において、開口部１６の縁部（パッキン１８の内周部）に常時接触し、湧水や土砂などの開口部１６から後胴部１４の内部への侵入を防止している。
内側部分３０Ｂには、裏込材供給部２６の配管２６０４、２６１２が接続される裏込材の注入路が設けられ、また、内側部分３０Ｂの後側面には、図１（Ｂ）に示すように、裏込材の吐出口３０１０が設けられている。

次に、裏込材注入装置２４を用いた裏込材注入方法について説明する。
シールド機１０で柔らかい地盤を掘進する場合、図１に示すように、第１の裏込材注入部３０を注入位置（イ）としてブラケット４０により第１の裏込材注入部３０を注入位置（イ）に保持する。
そして、裏込材用配管２６０４で裏込材供給部２６と第１の裏込材注入部３０とを接続し、テールボイド２２の発生とほぼ同時に第１の裏込材注入部３０から裏込材を注入する同時裏込材注入方法を行なう。
本実施の形態では、注入位置（イ）において、第１の裏込材注入部３０は、後方に至るにつれて次第に後胴部１４の半径方向外側に変位するように傾斜しているので、掘削孔１９の内周部に対する第１の裏込材注入部３０の抵抗が小さくて済み、シールド機１０を円滑に掘進させる上で有利となる。

掘進の途中で柔らかい地盤から岩盤などの硬い地盤に進行しなくてはならない場合、ポンプ２６０６を停止し、第１の裏込材注入部３０からテールボイド２２への裏込材の注入を停止する。
そして、図２に示すように、第１の裏込材注入部３０を収納位置（ロ）とする。
また、それぞれボール弁３６、３８を閉じ、ジョイント３４を介して裏込材用配管２６０４の先部を第１の裏込材注入部３０から切り離す共に、ジョイント３４を介して裏込材用配管２６０４の先部を第２の裏込材注入部３２のボール弁３６に接続し、裏込材供給部２６と第２の裏込材注入部３２とを接続する。

また、図３に示すように、外板部３００２をボルトＢ１により後胴部１４に取り付ける。
また、内板部３００４から、使わなくなった内側部分３０Ｂを切り離して撤去する。
これにより、後胴部１４の半径方向内側に突出する第１の裏込材注入部３０の部分がなくなるため、後胴部１４内のスペースが広く確保される。
したがって、セグメントの組み立て作業など後胴部１４内での各種作業がし易くなり、シールド工法による掘進を円滑に行なう上で有利となる。

そして、裏込材が注入されていない箇所に対応するセグメントＣの裏込材注入孔の栓を取り外し、第２の裏込材注入部３２からセグメントＣの裏込材注入孔を介してテールボイド２２に裏込材を注入する。
すなわち、図３に示すように、今度は、掘進しつつ、後胴部１４の後方に離れたセグメントＣの裏込材注入孔からテールボイド２２に裏込材を注入する即時裏込材注入方法を行なう。
したがって、硬い岩盤を掘進する際、後胴部１４の外周面に突起物がなくなり、シールド工法による掘進が円滑に行われることになる。
本実施の形態では、硬い岩盤を掘進する際、第１の裏込材注入部３０を注入位置（イ）から収納位置（ロ）とし、収納位置（ロ）では、図３（Ｂ）に示すように、第１の裏込材注入部３０の外面３００２Ａが、後胴部１４の外周面に沿って延在するので、硬い岩盤を掘進する際、後胴部１４の半径方向外側に突出する第１の裏込材注入部３０の箇所の容積が極めて小さくなることから、シールド工法による掘進が円滑に行われる。

なお、本実施の形態では、シールド機１０が柔らかい地盤から硬い地盤に掘進する場合について説明したが、収納位置（ロ）において外側部分３０Ａを後胴部１４に着脱可能に構成し、また、外側部分３０Ａに対して内側部分３０Ｂを着脱可能に構成しておくと、柔らかい地盤では第１の裏込材注入部３０を注入位置（イ）として同時裏込材注入方法を行ない、硬い地盤では第１の裏込材注入部３０を収納位置（ロ）とし第２の裏込材注入部から即時裏込材注入方法を行なうことで、掘削中に柔らかい地盤と硬い地盤とが交互に出現する場合にもシールド工法による掘進を円滑に効率良く行なうことが可能となる。

１０……シールド機、１２……前胴部、１４……後胴部、１６……開口部、１８……パッキン、２２……テールボイド、２４……裏込材注入装置、２６……裏込材供給部、２６０２……裏込材の収容タンク、２６０４……裏込材用配管、２６０６……裏込材用ポンプ、２６０８……洗浄水タンク、２６１０……洗浄水用ポンプ、２６１２……洗浄水用配管、３０……第１の裏込材注入部、３０Ａ……外側部分、３０Ｂ……内側部分、３００２……外板部、３００４……内板部、３２……第２の裏込材注入部、Ｃ……セグメント。

Claims (7)

1. 先端にカッターを有するシールド機の後胴部に、該後胴部を貫通する開口部を形成し、
   裏込材注入装置の裏込材供給部を前記後胴部の内部に配置すると共に、前記裏込材供給部に接続分離可能な同時裏込材注入方法実施用の第１の裏込材注入部と即時裏込材注入方法実施用の第２の裏込材注入部とを用意し、
   前記シールド機が柔らかい地盤を掘進する際に、前記第１の裏込材注入部を前記開口部から前記後胴部の半径方向外側に突出させ、前記裏込材供給部と前記第１の裏込材注入部とを接続して前記第１の裏込材注入部からテールボイドに裏込材の注入を行ない、
   前記シールド機が柔らかい地盤から硬い地盤に進行する際に、前記第１の裏込材注入部を前記後胴部の内部に収納された収納位置とし、前記収納位置において、前記後胴部の半径方向の外側に位置する外側部分で前記開口部を閉塞し、かつ前記開口部を閉塞した状態で前記外側部分を前記後胴部に取り付け、さらに、前記外側部分を除いた前記第１の裏込材注入部の残りの部分である内側部分を前記外側部分から取り外し、前記裏込材供給部と前記第２の裏込材注入部とを接続し、掘進しつつ前記第２の裏込材注入部により前記後胴部の後方に離れた箇所に位置するセグメントの裏込材注入孔を介して前記テールボイドに裏込材の注入を行なうようにした、
   ことを特徴とする裏込材注入方法。
2. 前記後胴部に対して前記外側部分は着脱可能であり、
   前記外側部分に対して前記内側部分は着脱可能であり、
   前記シールド機が硬い地盤から柔らかい地盤に進行する際に、前記内側部分を前記外側部分に取り付け、
   前記外側部分を前記後胴部から取り外して前記第１の裏込材注入部を注入位置とし、
   前記裏込材供給部と前記第１の裏込材注入部とを接続し、掘進しつつ前記第１の裏込材注入部からテールボイドに裏込材の注入を行なう、
   ことを特徴とする請求項１記載の裏込材注入方法。
3. 前記収納位置において、前記外側部分は、前記後胴部の半径方向の外側に向いた外面を有し、
   前記注入位置において、前記外面の前記シールド機の先端側に位置する箇所を前記後胴部の外周面に近づけた箇所に位置させると共に前記シールド機の後方側に位置する箇所に向かうにつれて次第に前記後胴部の半径方向外側に変位するように傾斜させる、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の裏込材注入方法。
4. 先端にカッターを有するシールド機の後胴部の内部に配置された裏込材供給部と、
   前記後胴部に貫通形成された開口部と、
   前記開口部から前記後胴部の半径方向外側に突出しテールボイドへの裏込材の注入を可能とした注入位置と、前記開口部から前記後胴部の内部に収納され前記開口部を閉塞する収納位置との間で移動可能に設けられ、前記裏込材供給部に接続分離可能な第１の裏込材注入部と、
   前記第１の裏込材注入部を前記注入位置に保持する保持手段と、
   前記後胴部の後方に離れた箇所に位置するセグメントの裏込材注入孔に接続可能で前記裏込材供給部に接続分離可能な第２の裏込材注入部とを備え、
   前記第１の裏込材注入部は、前記収納位置において、前記後胴部の半径方向の外側に位置する外側部分で前記開口部の閉塞を可能とし、かつ前記開口部を閉塞した状態で前記外側部分は前記後胴部に取り付け可能に構成され、
   前記外側部分を除いた前記第１の裏込材注入部の残りの部分である内側部分は前記外側部分に対して取り外し可能に構成されている、
   ことを特徴とする裏込材注入装置。
5. 前記外側部分は、前記収納位置において、前記開口部を閉塞した状態で前記後胴部に対して着脱可能に構成され、
   前記内側部分は前記外側部分に対して着脱可能に構成されている、
   ことを特徴とする請求項４記載の裏込材注入装置。
6. 前記収納位置において、前記外側部分は、前記後胴部の半径方向の外側に向いた外面を有し、
   前記注入位置において、前記外面の前記シールド機の先端側に位置する箇所は前記後胴部の外周面に近づけた箇所に位置すると共に前記シールド機の後方側に位置する箇所に向かうにつれて次第に前記後胴部の半径方向外側に変位するように傾斜する、
   ことを特徴とする請求項４または５記載の裏込材注入方法。
7. 前記開口部は、前記後胴部の切り欠きの内周全周にわたって取着された枠状のパッキンの内周部で形成され、
   前記外側部分は、前記収納位置で前記開口部の周囲の前記後胴部の外周面の箇所に当接し前記後胴部の軸心を中心とした円筒面で形成された外板部と、前記外板部から突設され前記収納位置で前記パッキンの内周部に接触する内板部とを含んで構成され、
   前記内側部分は前記注入位置において前記パッキンの内周部に接触し、前記内板部に対して着脱可能である、
   ことを特徴とする請求項４乃至６に何れか１項記載の裏込材注入方法。

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