JP2015086537A - シールド掘進機およびその掘進方法 - Google Patents

Abstract

【課題】掘削坑内のセグメントのリング形状を維持しつつ、新たなセグメントの組み付け作業を容易にする。
【解決手段】シールド掘進機１により掘削坑を掘削する場合にセグメントＳＧを保持するセグメント保持装置として、シールド掘進機１のスクリューコンベア１０の後端側に設置された上部拡張方式のセグメント保持装置１５と、さらにその後方に設けられた上下拡張方式のセグメント保持装置１６とを設けた。これらのセグメント保持装置１５，１６の操作により、セグメントＳＧのリング形状を良好に保持しつつ、新たなセグメントＳＧをセグメント保持装置１５，１６に邪魔されることなくセグメント組み付け位置に容易に搬送供給することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、シールド掘進機およびその掘進方法に関し、例えば、掘削坑の内周におけるセグメントの形状保持に関する技術である。

シールド掘進機は、切羽の安定を図りながら切羽に押し当てられたカッタ盤を回転させることにより地山を掘削するとともにその一方で、外部から運び込まれたセグメントを掘削坑の内周に組み付けることによりトンネルを形成する機器である。

掘進作業においては、掘削坑の先端において上部側および下部側のセグメントを上下拡張方式のセグメント保持装置により保持した状態でシールド掘進機を前進させる工程と、シールド掘進機の前進によりシールド掘進機の後部と掘削坑の先端のセグメントとの間に生じた隙間に新たなセグメントを組み付ける工程とを繰り返すことによりトンネルを形成している。

なお、上下拡張方式のセグメント保持装置については、例えば特許文献１に記載があり、掘削坑内の上部側および下部側のセグメントを保持することによりセグメントの真円形状を保持する真円保持装置が開示されている。

特開平１０−２６６７６８号公報

しかし、掘進後の新たなセグメントの搬送や組み付けの際に、セグメント保持装置が障害になる結果、新たなセグメントを組み付け位置に搬送し難くなり、セグメントの組み付け作業が困難になる、という問題がある。

また、径の小さい掘削坑を形成する場合やシールド掘進機内に種々の装置や部材が設置される場合は、機内空間の制約に起因して、セグメント保持装置を使用すると、新たなセグメントを組み付け位置に搬送することができないので、セグメント保持装置を使用することができない。したがって、掘削坑内のセグメントのリング形状を維持する上で不安が残る、という問題がある。

本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、その目的は、掘削坑内のセグメントのリング形状を維持しつつ、新たなセグメントの組み付け作業を容易にすることが可能な技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明のシールド掘進機は、機器本体の前面に回転自在に設置されたカッタ盤と、前記機器本体の後端部に設置された支持部と、前記機器本体の後方において掘削坑の上部側のセグメントを保持可能なように前記支持部に設置された第１のセグメント保持手段と、前記機器本体の後方において前記掘削坑の上部側および下部側のセグメントを保持可能なように設置され、かつ、前記掘削坑の長手方向に沿って移動自在に設置された第２のセグメント保持手段と、を備えることを特徴とする。

また、請求項２に記載の本発明は、上記請求項１記載の発明において、前記カッタ盤により掘削された掘削土を前記機器本体の後方に搬送する搬送管を前記機器本体内に備え、前記搬送管は前記支持部を兼ねていることを特徴とする。

また、請求項３に記載の本発明は、上記請求項１または２記載の発明において、前記セグメントが鋼製セグメントであることを特徴とする。

また、請求項４に記載の本発明のシールド掘進機の掘進方法は、（ａ）機器本体の前面に回転自在に設置されたカッタ盤と、前記機器本体の後端部に設置された支持部とを備えるシールド掘進機を掘進位置に配置する工程と、（ｂ）前記機器本体の後方に掘削坑の上部側のセグメントを保持可能なように前記支持部に設置された第１のセグメント保持手段による前記掘削坑の上部側のセグメントの保持を解除した状態で、前記機器本体の後方に設置された第２のセグメント保持手段により前記掘削坑の上部側および下部側のセグメントを保持した後、前記カッタ盤を回転させながら前記機器本体を前進させて地山を掘削する工程と、（ｃ）前記（ｂ）工程後、前記（ｂ）工程の前記第２のセグメント保持手段の位置およびセグメント保持状態を維持したまま、前記第１のセグメント保持手段により前記掘削坑の上部側のセグメントを保持した後、前記支持部の下方のセグメント組み付け位置にセグメントを搬送し、前記掘削坑の内周に前記セグメントを組み付ける工程と（ｄ）前記（ｃ）工程後、前記第１のセグメント保持手段による前記掘削坑の上部側のセグメントの保持を解除し、前記第２のセグメント保持手段を前記第１のセグメント保持手段の方向に移動する工程と、を有することを特徴とする。

また、請求項５に記載の本発明は、上記請求項４記載の発明において、前記カッタ盤により掘削された掘削土を前記機器本体の後方に搬送する搬送管を前記機器本体内に備え、前記搬送管は前記支持部を兼ねていることを特徴とする。

また、請求項６に記載の本発明は、上記請求項４または５記載の発明において、前記セグメントが鋼製セグメントであることを特徴とする。

また、請求項７に記載の本発明は、上記請求項４、５または６記載の発明において、前記第１のセグメント保持手段および前記第２のセグメント保持手段は、前記掘削坑の長手方向に隣接するセグメントの境界部分を保持することを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、掘削坑内のセグメントのリング形状を維持しつつ、新たなセグメントの組み付け作業を容易にすることが可能になる。

請求項２記載の発明によれば、搬送管とは別に支持部を設ける場合に比べて、シールド掘進機内の空間を広く確保することが可能になる。

請求項３記載の発明によれば、コンクリート製のセグメントよりも軽量で取り扱い易い鋼製セグメントを用いることにより、第１のセグメント保持手段および第２のセグメント保持手段自体を小型化することができるので、シールド掘進機内の作業空間を広く確保することが可能になる。

請求項４記載の発明によれば、掘削坑内のセグメントのリング形状を維持しつつ、新たなセグメントの組み付け作業を容易にすることが可能になる。

請求項５記載の発明によれば、搬送管とは別に支持部を設ける場合に比べて、シールド掘進機内の空間を広く確保することが可能になる。

請求項６記載の発明によれば、コンクリート製のセグメントよりも軽量で取り扱い易い鋼製セグメントを用いることにより、第１のセグメント保持手段および第２のセグメント保持手段自体を小型化することができるので、シールド掘進機内の作業空間を広く確保することが可能になる。

請求項７記載の発明によれば、第１のセグメント保持手段および第２のセグメント保持手段の各々において２リング分のセグメントを保持することが可能になる。

本発明の一実施の形態に係るシールド掘進機の内部を側面から透かして見せた要部構成図である。 （ａ）はセグメント保持状態時における第１のセグメント保持装置の側面図、（ｂ）は図２（ａ）の矢印Ａ１の方向から見た第１のセグメント保持装置の正面図である。 （ａ）はセグメント保持解除状態時における第１のセグメント保持装置の側面図、（ｂ）は図３（ａ）の矢印Ａ１の方向から見た第１のセグメント保持装置の正面図である。 （ａ）はセグメント保持状態時における第２のセグメント保持装置の側面図、（ｂ）は図４（ａ）の矢印Ａ１の方向から見た第２のセグメント保持装置の正面図である。 （ａ）はセグメント保持解除状態時における第２のセグメント保持装置の側面図、（ｂ）は図５（ａ）の矢印Ａ１の方向から見た第２のセグメント保持装置の正面図である。 （ａ）は掘進準備段階のシールド掘進機を側面から見た構成図、（ｂ）は図６（ａ）の矢印Ａ１の方向から見たシールド掘進機の背面図である。 （ａ）は掘進時のシールド掘進機を側面から見た構成図、（ｂ）は図７（ａ）の矢印Ａ１の方向から見たシールド掘進機の背面図である。 （ａ）は１リングのセグメント分のシールド掘進完了後におけるシールド掘進機を側面から見た構成図、（ｂ）は図８（ａ）のシールド掘進機を矢印Ａ１の方向から見た場合の第１のセグメント保持装置の正面図である。 （ａ）は１セグメントリング分のセグメント組立完了後のシールド掘進機を側面から見た構成図、（ｂ）は図９（ａ）のシールド掘進機を矢印Ａ１の方向から見た場合の第２のセグメント保持装置の正面図である。 （ａ）は図９（ａ）工程後のシールド掘進機を側面から見た構成図、（ｂ）は図１０（ａ）の矢印Ａ１の方向から見たシールド掘進機の背面図である。

以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図１は本実施の形態のシールド掘進機の内部を側面から透かして見せた構成図である。

本実施の形態のシールド掘進機１は、カッタヘッド（カッタ盤）２と機器本体３との間のチャンバ４内に泥土を充填した状態で掘進することにより泥土圧を発生させ、その泥土圧を切羽の土圧に対抗させた状態で掘進作業を行う泥土圧シールド掘進機である。なお、チャンバ４内の泥土は、カッタヘッド２により掘削された土砂に添加材を注入して練り混ぜることにより生成されており、不透水性と塑性流動性（自由に変形および移動できる性質）とを有している。

このシールド掘進機１の運転は、その後方に配置された後続台車（図示せず）内の運転室内でオペレータにより制御される。また、その運転室内に設けられた制御部によりシールド掘進機１の全体動作が制御される。

また、このシールド掘進機１により構築されるトンネルは、特に限定されるものではないが、例えば、上水用トンネル、下水用トンネルまたはケーブル用トンネルのような比較的小口径のトンネルであり、トンネルのセグメント外径Ｒｔは、例えば、２０００ｍｍ程度である。

シールド掘進機１を構成するカッタヘッド２は、地山の切羽を掘削する部材であり、機器本体３の前面に機器本体３の周方向に沿って正逆方向に回転自在の状態で設置されている。

このカッタヘッド２は、例えば、円盤状のスポークタイプが採用されており、その前面（切羽に対向する面）には、複数のビット２ａが装着されている。ビット２ａは、玉石等の破砕や地山の掘削を行う掘削部材である。

また、カッタヘッド２には、添加材注入部（図示せず）が設置されている。この添加材注入部は、例えばベントナイト系の添加材のような作泥土材を切羽に向けて注入する部分である。なお、この添加材には、ベントナイト系の添加材に代えて気泡材を用いても良いし、ベントナイト系の添加材と気泡材との両方を用いても良い。

また、カッタヘッド２の外周面には、コピービット２ｂが設置されている。コピービット２ｂは、急曲線施工時の余堀りやシールド掘進機１の姿勢制御等を行う役割を備えている。

さらに、カッタヘッド２の裏面には、練混ぜ翼２ｃが設置されている。練混ぜ翼２ｃは、例えば、円柱状に形成されており、カッタヘッド２が回転するとチャンバ４内の土砂と添加材とを撹拌混合する役割を備えている。

一方、シールド掘進機１を構成する機器本体３は、前胴プレート３ａ（ガーダー部）と、その後方の後胴プレート３ｂ（テール部）と、その後方のテールシール３ｃとを備えている。

前胴プレート３ａおよび後胴プレート３ｂは、例えば円筒状の鋼製板により形成されており、機器本体３の外形を形成するとともに、機器本体３の内部に中空空間を形成する部分である。前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとは、前胴プレート３ａの後端側において後胴プレート３ｂの先端の球面軸受部が前胴プレート３ａの内周面に接した状態で入り込むことで係合されている。

テールシール３ｃは、掘進作業中に機器本体３の後部から機器本体３内に地下水等が入り込むのを防止する封止部材であり、後胴プレート３ｂの後端部に後胴プレート３ｂの外周に沿って枠状に設置されている。

前胴プレート３ａの前面側において、その前面から機器本体３の内方に後退した位置には、機器本体３内の中空空間を切羽側と機内側とに分ける隔壁７が設置されている。この隔壁７の切羽側、すなわち、上記カッタヘッド２と隔壁７との間には、上記チャンバ４が設けられている。チャンバ４には、カッタヘッド２により掘削された土砂等がカッタヘッド２の開口部を通じて取り込まれる。

一方、シールド掘進機１において隔壁７の機内側には、カッタ駆動体８と、中折れジャッキ９ａと、シールドジャッキ９ｂと、スクリューコンベア（支持部、搬送管）１０と、エレクタ１１と、添加材注入部（図示せず）と、土圧検出部（図示せず）と、セグメント保持装置１５，１６とが設けられている。

カッタ駆動体８は、カッタヘッド２を正逆方向に回転させるモータ（駆動源）である。ここでは、カッタ駆動方式として外周支持駆動方式が例示されている。すなわち、カッタ駆動体８は、カッタヘッド２の正面内の外周位置に、カッタヘッド２の周方向に沿って複数個並んで配置されている。

中折れジャッキ９ａは、前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとを連結するとともに、シールド掘進機１の推進方向を修正する機器である。中折れジャッキ９ａは、機器本体３内において前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとの境界を跨ぐ位置に、機器本体３の周方向に沿って複数個並んで配置されている。

この中折れジャッキ９ａに圧油を供給し前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとを予め決められた方向および角度に屈折させた状態でシールド掘進機１を推進することにより、シールド掘進機１の推進方向を制御することが可能になっている。

シールドジャッキ９ｂは、機器本体３の後方に設置されたセグメントＳＧに反力をとってシールド掘進機１を前進させるための推進力を発生させる機器である。シールドジャッキ９ｂは、機器本体３内において前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとの境界を跨ぐ位置に、機器本体３の周方向に沿って複数個並んで配置されている。

セグメントＳＧは、掘削坑の内周を覆う部材であり、掘削坑の周方向に沿って複数設置されている。ここでは、セグメントＳＧが、例えば、鋼製の箱型セグメントにより構成されている。コンクリート製のセグメントよりも軽量で取り扱い易い鋼製のセグメントＳＧを用いることにより、セグメント保持装置１５，１６自体を小型化することができるので、シールド掘進機１内の作業空間を広く確保することができる。このため、シールド掘進機１内での作業性を向上させることができる。なお、セグメントＳＧの幅（掘削坑の長手方向に沿う寸法）は、例えば、９００ｍｍ程度、高さ（厚さ）は、例えば、７５ｍｍ程度である。

スクリューコンベア１０は、チャンバ４内に取り込まれた土砂を機外に排出するための機器である。スクリューコンベア１０は、機器本体３の底部において隔壁７を貫通しチャンバ４内に配置された土砂取込端部１０ａから機器本体３の後方において機器本体３の高さ方向中央より若干高い位置に配置された排出端部１０ｂに向かって斜め上向きに連続的に延在した状態で設けられている。

エレクタ１１は、セグメントＳＧを把持して掘削坑の内周方向に旋回し、掘削坑の内周方向の組立位置に移送する組立装置である。エレクタ１１は、シールド掘進機１の後胴プレート３ｂ内に掘削坑の周方向に沿って回転自在の状態で装備されている。

上記した隔壁７の機内側添加材注入部は、チャンバ４内に上記した添加材等を注入する部分である。また、上記した土圧検出部は、チャンバ４内の泥土圧を検出するセンサである。シールド掘進機１は、土圧検出部により検出されたチャンバ４内の泥土圧を管理することによって切羽の安定性を維持しながら掘進作業を行う。

また、本実施の形態においては、シールド掘進機１の後方に、例えば２つのセグメント保持装置１５，１６が設置されている。セグメント保持装置１５，１６は、掘削作業時にセグメントＳＧのリング形状が保持されるようにセグメントＳＧを保持する装置である。

次に、セグメント保持装置１５，１６について図２〜図５を参照しながら説明する。

まず、図２（ａ）はセグメント保持状態時におけるセグメント保持装置１５の側面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の矢印Ａ１の方向から見たセグメント保持装置１５の正面図、図３（ａ）はセグメント保持解除状態時におけるセグメント保持装置１５の側面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の矢印Ａ１の方向から見たセグメント保持装置１５の正面図である。

セグメント保持装置（第１のセグメント保持手段）１５は、上部拡張方式のセグメント保持装置であり、掘削坑内の上部（天井）側のセグメントＳＧを保持可能なようにスクリューコンベア１０の排出端部１０ｂの近傍のフランジ部に固定された状態で設置されている。シールド掘進機１に備えられているスクリューコンベア１０をセグメント保持装置１５の支持部として使用することにより、セグメント保持装置１５を支持する支持部をスクリューコンベア１０とは別に設ける場合に比べて、シールド掘進機１内の作業空間を広く確保することができる。このため、シールド掘進機１内での作業性を向上させることができる。

このセグメント保持装置１５は、掘削坑の上部側のセグメントＳＧに接触しこれを押さえ保持する保持部１５ａと、保持部１５ａを支持するとともに上下方向に移動させるジャッキ部１５ｂ，１５ｂとを有している。

保持部１５ａは、図２（ａ）に示すように、セグメントＳＧの保持に際して、掘削坑の長手方向に隣接するセグメントＳＧ，ＳＧの境界に当てられる。また、保持部１５ａは、図２（ａ）の左右方向に回転自在の状態でジャッキ部１５ｂ，１５ｂに支持されている。これにより、保持部１５ａとセグメントＳＧとの対向角度を微調整することが可能になっている。

また、保持部１５ａは、図２（ｂ）に示すように、掘削坑の周方向に沿うように弧状に形成されている。この保持部１５ａの長手方向（掘削坑の周方向）の両端には、ジャッキ部１５ｂ，１５ｂが接続されている。

ジャッキ部１５ｂ，１５ｂは、スクリューコンベア１０を挟むように排出端部１０ｂの近傍のフランジ部に接続され固定されている。このジャッキ部１５ｂ，１５ｂにより、スクリューコンベア１０の排出端部１０ｂと掘削坑の上部側のセグメントＳＧとの間において、保持部１５ａを上下動させることが可能になっている。

また、スクリューコンベア１０の排出端部１０ｂの下方には、セグメント保持装置１５が配置されておらず、セグメントＳＧをセグメント組み付け部に搬送するための空間が確保されている。これにより、セグメントＳＧの組み付け作業において、セグメント保持装置１５，１６に邪魔されることなく、セグメントＳＧを組み付け位置まで容易に搬送することが可能になっている。

一方、図４（ａ）はセグメント保持状態時におけるセグメント保持装置１６の側面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の矢印Ａ１の方向から見たセグメント保持装置１６の正面図、図５（ａ）はセグメント保持解除状態時におけるセグメント保持装置１６の側面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の矢印Ａ１の方向から見たセグメント保持装置１６の正面図である。

セグメント保持装置（第２のセグメント保持手段）１６は、上下拡張方式のセグメント保持装置であり、掘削坑の上部側および下部（底部）側のセグメントＳＧを保持可能なように設置されているとともに、掘削坑の長手方向（シールド掘進機１の長手方向）に沿って移動自在の状態でシールド掘進機１の後方に設置されている。

このセグメント保持装置１６は、掘削坑内の上部側および下部側のセグメントＳＧに接触しこれを押さえ保持する保持部１６ａ，１６ａと、保持部１６ａ，１６ａを上下方向に拡縮させるターンバックル部１６ｂ，１６ｂと、セグメント保持装置１６を掘削坑の長手方向に移動させる移動用ローラ１６ｃとを有している。

保持部１６ａ，１６ａは、セグメントＳＧの保持に際し、図４（ａ）に示すように、掘削坑内の上部側および下部側において掘削坑の長手方向に隣接するセグメントＳＧ，ＳＧの境界に当てられる。

また、保持部１６ａ，１６ａは、図４（ｂ）および図５（ｂ）に示すように、掘削坑の周方向に沿うように弧状に形成されている。この保持部１６ａ，１６ａは、それぞれ掘削坑内の上部側と下部側とに配置されている。保持部１６ａ，１６ａにおいて、それぞれの長手方向（掘削坑の周方向）の両端部には、ターンバックル部１６ｂ，１６ｂがネジ止めにより係合された状態で設置されている。

ターンバックル部１６ｂ，１６ｂを軸中心に一方向に回すと、図４に示すように、保持部１６ａ，１６ａが互いに離間する方向に移動する一方、軸中心に他方向に回すと、図５に示すように、保持部１６ａ，１６ａが互いに近接する方向に移動するようになっている。すなわち、このターンバックル部１６ｂ，１６ｂの操作により、保持部１６ａ，１６ａを上下方向に拡縮させることが可能になっている。

移動用ローラ１６ｃは、図４（ｂ）および図５（ｂ）に示すように、上部側の保持部１６ａの左右の内周側に回転自在の状態で設置されている。この移動用ローラ１６ｃに対向する位置には、移動用レールＭＲが掘削坑の長手方向に延在した状態で設置されている。この移動用レールＭＲは、レール受け金具ＲＳに支持されている。なお、レール受け金具ＲＳは、掘削坑の長手方向に隣接するセグメントＳＧ同士を繋ぐボルトに固定される。

移動用ローラ１６ｃは、図４（ｂ）に示すように、セグメント保持状態の時には移動用レールＭＲから離れているが、図５（ｂ）に示すように、セグメント保持解除状態の時には移動用レールＭＲ上に搭載されるようになっている。これにより、保持部１６ａ，１６ａを、移動用レールＭＲに沿って掘削坑の長手方向に移動させることが可能になっている。

また、本実施の形態においては、セグメント保持装置１６の拡縮および掘削坑の長手方向への移動を手動方式にすることにより、セグメント保持装置１６を小型化することができる。このため、掘削坑内の空間を確保することができる。これにより、セグメントＳＧの組み付け作業において、セグメント保持装置１６に邪魔されることなく、セグメントＳＧを組み付け位置まで容易に搬送することができる。

次に、本実施の形態のシールド掘進機１の掘進方法について図６〜図１０を参照しながら説明する。

まず、図６（ａ）は掘進準備段階のシールド掘進機を側面から見た構成図、図６（ｂ）は図６（ａ）の矢印Ａ１の方向から見たシールド掘進機の背面図である。

この段階においては、シールド掘進機１の後方において、上下拡張方式のセグメント保持装置１６をセグメント保持装置１５と同じ位置に配置させた状態でセグメント保持装置１６を拡張することにより掘削坑内の上部側および下部側のセグメントＳＧを保持する。これにより、掘削坑内のセグメントＳＧによるリング形状を保持することができる。

ここで、セグメント保持装置１６の保持部１６ａは、掘削坑内の上部側および下部側において掘削坑の長手方向に隣接するセグメントＳＧ，ＳＧの境界を押さえる。これにより、掘削坑内の上部側および下部側において２リング分のセグメントＳＧ，ＳＧを保持することができる。なお、セグメントＳＧと掘削坑との隙間には裏込め注入材が充填されている。

一方、図６（ｂ）に示すように、上部拡張方式のセグメント保持装置１５によるセグメント保持状態は解除されている。すなわち、セグメント保持装置１５の保持部１５ａは、降下しておりセグメントＳＧから離間している。

続いて、図７（ａ）は掘進時のシールド掘進機を側面から見た構成図、図７（ｂ）は図７（ａ）の矢印Ａ１の方向から見たシールド掘進機の背面図である。

この段階においては、カッタヘッド２を切羽に押し付け回転させながら機器本体３を１リングのセグメントＳＧ分だけ矢印Ａ２に示す方向に推し進めることにより地山を掘削する。

この際、カッタヘッド２で掘削した土砂に上記添加材を添加するとともに、その土砂と添加材とをカッタヘッド２の回転やその回転に追従する練混ぜ翼２ｃ等の動作により撹拌混合して掘削土砂を塑性流動性と不透水性を持つ泥土に変換する。そして、その泥土をチャンバ４内およびスクリューコンベア１０内に充満させ、その充満した泥土をシールドジャッキ９ｂの推進力により加圧して泥土圧を発生させ、この泥土圧を切羽の土圧に対抗させることにより切羽の安定化を図る。また、切羽の安定化を図るために、例えば、カッタヘッド２の回転速度、シールドジャッキ９ｂの伸長速度、スクリューコンベア１０の回転速度およびチャンバ４内の泥土圧が一定になるように調整する。

この掘進作業においては、掘削坑内の上部側および下部側のセグメントＳＧをセグメント保持装置１６により保持しているので、掘削坑内のセグメントＳＧによるリング形状を保持することができる。

続いて、図８（ａ）は１リングのセグメント分のシールド掘進完了後におけるシールド掘進機を側面から見た構成図、図８（ｂ）は図８（ａ）のシールド掘進機を矢印Ａ１の方向から見た場合のセグメント保持装置１５の正面図である。

この段階においては、シールド掘進機１の前進によりシールドジャッキ９ｂの後端と最先端のセグメントＳＧとの間に形成された空き領域に新たなセグメントＳＧをリング状に組み付ける。

まず、上下拡張方式のセグメント保持装置１６の位置およびセグメント保持状態を維持したまま、上部拡張方式のセグメント保持装置１５を拡張することにより掘削坑内の上部側のセグメントＳＧを保持する。

この場合も、セグメント保持装置１５の保持部１５ａは、掘削坑内の上部側において掘削坑の長手方向に隣接するセグメントＳＧ，ＳＧの境界を押さえる。これにより、セグメント保持装置１５により掘削坑内の上部側において２リング分のセグメントＳＧ，ＳＧを保持することができる。

続いて、レール受け金具ＲＳおよび移動用レールＭＲを設置する。また、新たなセグメントＳＧを掘削坑の外部から台車等により抗口を通じてシールド掘進機１内に搬送し、エレクタ１１の下方のセグメント組み付け位置に搬送する。

この際、通常の上下拡張方式のセグメント保持装置のみを用いた場合、セグメント保持装置が障害になる結果、新たなセグメントを組み付け位置に搬送し難くなり、セグメントの組み付け作業が困難になる、という問題がある。特に、スクリューコンベア１０の下方は作業空間が狭くなるので、スクリューコンベア１０の下方にセグメント保持装置があると上記問題が顕著になる。

また、径の小さい掘削坑を形成する場合やシールド掘進機内に種々の装置や部材が設置される場合は、機内空間に制約が生じ、上下拡張方式のセグメント保持装置を使用すると新たなセグメントの組み付けができなくなる。発明者の検討によれば、外径５０００ｍｍ程度の中口径シールド掘進機においても、上下拡張方式のセグメント保持装置を用いるとセグメントの供給ができない場合がある。このため、外径６０００ｍｍ程度以上でないと、上下拡張方式のセグメント保持装置を使用することができない。セグメント保持装置を使用できない場合、掘削坑内周のセグメントのリング形状を保持する上で不安が残る、という問題がある。

これに対して、本実施の形態においては、スクリューコンベア１０の排出端部１０ｂには上部拡張方式のセグメント保持装置１５を設置するとともに、上下拡張方式のセグメント保持装置１６をスクリューコンベア１０の排出端部１０ｂよりも後方に配置することにより、スクリューコンベア１０の排出端部１０ｂの下方にセグメント搬送用の空間を確保することができる。このため、新たなセグメントＳＧを、セグメント保持装置１５，１６に邪魔されることなく、セグメント組み付け位置まで容易に搬送することができる。また、セグメント保持装置１５，１６によりセグメントＳＧを保持しているので、掘削坑内周のセグメントＳＧのリング形状も良好に維持することができる。

その後、セグメント組み付け位置に搬送された新たなセグメントＳＧをエレクタ１１により把持し、掘削坑の内周に沿って旋回し、掘削坑の内周方向の組立位置に移送することにより、掘削坑内に１リング分のセグメントＳＧを組み付ける。

続いて、図９（ａ）は１セグメントリング分のセグメント組立完了後のシールド掘進機を側面から見た構成図、図９（ｂ）は図９（ａ）のシールド掘進機を矢印Ａ１の方向から見た場合のセグメント保持装置１６の正面図、図１０（ａ）は図９（ａ）工程後のシールド掘進機を側面から見た構成図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の矢印Ａ１の方向から見たシールド掘進機の背面図である。

この段階においては、図６に示したシールド掘進機１の掘進準備段階に戻る。

まず、図９に示すように、上部拡張方式のセグメント保持装置１５の拡張状態を維持したまま、上下拡張方式のセグメント保持装置１６のセグメント保持状態を解除する。これにより、セグメント保持装置１６の上下の保持部１６ａ，１６ａがセグメントＳＧから離れるとともに、上部側の保持部１６ａが降下することで保持部１６ａに接続された移動用ローラ１６ｃが移動用レールＭＲに接触した状態で搭載される。

続いて、図１０に示すように、上部拡張方式のセグメント保持装置１５の保持部１５ａを降下してセグメント保持状態を解除するとともに、図１０（ａ）の矢印Ａ３に示すように、上下拡張方式のセグメント保持装置１６を移動用レールＭＲに沿って切羽の方向に移動してセグメント保持装置１５の位置に設置する。

その後、図６で説明したように、上下拡張方式のセグメント保持装置１６を拡張させて掘削坑内の上部側および下部側のセグメントＳＧを保持する。以降、図６〜図１０により説明した工程を繰り返すこと等により、トンネル全体を構築する。

このように本実施の形態においては、セグメント保持装置を上部拡張方式のセグメント保持装置１５と、上下拡張方式のセグメント保持装置１６とに分け、それらのセグメント保持装置１５，１６を各工程に応じて操作することにより、セグメントＳＧのリング形状を良好に維持しつつ、新たなセグメントＳＧをセグメント保持装置１５，１６に邪魔されることなくセグメント組み付け位置に容易に搬送供給することができる。

また、セグメント保持装置１５，１６の拡張やセグメント保持装置１６の移動を手動方式とすることや軽量で取り扱い易い鋼製のセグメントＳＧを用いることにより、セグメント保持装置１５，１６自体を小型化することができるので、掘削坑内の作業空間を広く確保することができる。このため、シールド掘進機１内での作業性を向上させることができる。

したがって、小口径のシールド掘進機１においてもセグメント保持装置１５，１６を使用することができるので、小口径の掘削坑であってもセグメントＳＧのリング形状を良好に維持することができる。

また、セグメント保持装置１５，１６は構成が単純なので、機械的なトラブルを低減することができる。このため、シールド掘進機１のランニングコストを低減することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではないと考えるべきである。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。

例えば前記実施の形態においては、外周支持駆動方式のシールド掘進機に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく種々変更可能であり、例えばセンターシャフト駆動方式や中間支持駆動方式のシールド掘進機に適用しても良い。

以上の説明では、本発明を泥土圧式のシールド掘進機に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば泥水式のシールド掘進機等、他のシールド掘進機にも適用される。

１ シールド掘進機
２ カッタヘッド
３ 機器本体
３ａ 前胴プレート
３ｂ 後胴プレート
３ｃ テールシール
４ チャンバ
７ 隔壁
８ カッタ駆動体
９ａ 中折れジャッキ
９ｂ シールドジャッキ
１０ スクリューコンベア
１１ エレクタ
１５ セグメント保持装置
１５ａ 保持部
１５ｂ ジャッキ部
１６ セグメント保持装置
１６ａ 保持部
１６ｂ ターンバックル部
１６ｃ 移動用ローラ
ＳＧ セグメント
ＭＲ 移動用レール
ＲＳ レール受け金具

Claims (7)

1. 機器本体の前面に回転自在に設置されたカッタ盤と、
   前記機器本体の後端部に設置された支持部と、
   前記機器本体の後方において掘削坑の上部側のセグメントを保持可能なように前記支持部に設置された第１のセグメント保持手段と、
   前記機器本体の後方において前記掘削坑の上部側および下部側のセグメントを保持可能なように設置され、かつ、前記掘削坑の長手方向に沿って移動自在に設置された第２のセグメント保持手段と、
   を備えることを特徴とするシールド掘進機。
2. 前記カッタ盤により掘削された掘削土を前記機器本体の後方に搬送する搬送管を前記機器本体内に備え、前記搬送管は前記支持部を兼ねていることを特徴とする請求項１記載のシールド掘進機。
3. 前記セグメントが鋼製セグメントであることを特徴とする請求項１または２記載のシールド掘進機。
4. （ａ）機器本体の前面に回転自在に設置されたカッタ盤と、前記機器本体の後端部に設置された支持部とを備えるシールド掘進機を掘進位置に配置する工程と、
   （ｂ）前記機器本体の後方に掘削坑の上部側のセグメントを保持可能なように前記支持部に設置された第１のセグメント保持手段による前記掘削坑の上部側のセグメントの保持を解除した状態で、前記機器本体の後方に設置された第２のセグメント保持手段により前記掘削坑の上部側および下部側のセグメントを保持した後、前記カッタ盤を回転させながら前記機器本体を前進させて地山を掘削する工程と、
   （ｃ）前記（ｂ）工程後、前記（ｂ）工程の前記第２のセグメント保持手段の位置およびセグメント保持状態を維持したまま、前記第１のセグメント保持手段により前記掘削坑の上部側のセグメントを保持した後、前記支持部の下方のセグメント組み付け位置にセグメントを搬送し、前記掘削坑の内周に前記セグメントを組み付ける工程と、
   （ｄ）前記（ｃ）工程後、前記第１のセグメント保持手段による前記掘削坑の上部側のセグメントの保持を解除し、前記第２のセグメント保持手段を前記第１のセグメント保持手段の方向に移動する工程と、
   を有することを特徴とするシールド掘進機の掘進方法。
5. 前記カッタ盤により掘削された掘削土を前記機器本体の後方に搬送する搬送管を前記機器本体内に備え、前記搬送管は前記支持部を兼ねていることを特徴とする請求項４記載のシールド掘進機の掘進方法。
6. 前記セグメントが鋼製セグメントであることを特徴とする請求項４または５記載のシールド掘進機の掘進方法。
7. 前記第１のセグメント保持手段および前記第２のセグメント保持手段は、前記掘削坑の長手方向に隣接するセグメントの境界部分を保持することを特徴とする請求項４、５または６記載のシールド掘進機の掘進方法。

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