JP2676691B2 - シールド及びシールドを用いた覆工の構築方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （ａ）．産業上の利用分野 本発明は、現場打ちコンクリート・モルタル（本明細
書において、「コンクリート・モルタル」とは、「コン
クリート」又は「モルタル」の意である。）で覆工を構
築しながら掘進するシールド及びシールドを用いた覆工
の構築方法に関する。

（ｂ）．従来の技術 最近、特開昭62−194399等で、シールド掘進機により
掘削したトンネルの覆工を、セグメントによらず、現場
打ちコンクリート・モルタルで構築することの出来るシ
ールド掘進機の提案がなされている。

（ｃ）．発明が解決しようとする問題点 しかし、現場打ちコンクリート・モルタルで覆行を構
築する場合、地下水が打設したコンクリート・モルタル
に混入し、覆工コンクリート・モルタルの品質が低下す
る危険性がある。

また、打ち継ぎ面における止水用の確保も滞水地盤等
においては重要な問題である。

本発明は、上記の問題点を解消すべく、地下水が打設
された覆工コンクリート・モルタル中に混入することが
なく、打ち継ぎ面における止水性も十分に確保すること
の可能なシールド及び該シールドを用いた覆工の構築方
法を提供することを目的とする。

（ｄ）．問題点を解決するための手段 即ち、本発明の内、シールドの発明は、前シールド
（２）の本体（2c）と後シールド（５）の本体（5d）を
相対的に移動自在に設けると共に、それ等本体（2c、5
d）間に、加圧ジャッキ（９）を該前シールド（２）の
本体（2c）と該後シールド（５）の本体（5d）を接続す
る形で設け、前記前シールド（２）の本体（2c）と前記
後シールド（５）の本体（5d）の接続部（17）に、シー
ル部材（2b）を地山（19）と機内空間（16）を遮断する
形で設け、前記後シールド（５）に、前記後シールド
（５）の本体（5d）と一体に形成されたプレスリング部
（5f）を形成し、該プレスリング部（5f）に、コンクリ
ート供給手段（5a）を、その供給方向をシールド掘進方
向に設け、更に前記プレスリング部（5f）に、急結性間
詰め材（32）の供給手段（5g）を、前記後シールド
（５）の外周面（5b）に急結性間詰め材（32）を供給し
得る形で設け、また前記プレスリング部（5f）の内側
に、型枠支持部材（11）をシールド掘進方向に移動自在
に設け、該型枠支持部材（11）と前記前シールド（２）
の本体（2c）との間に、掘進用ジャッキ（６）を設けて
構成される。

また、本発明の内、シールドを用いた覆工の構築方法
の説明は、シールド（１）を用いて覆工（20）を構築す
る際には、掘進用ジャッキ（６）を駆動して型枠支持部
材（11）を掘進方向に移動させて、該型枠支持部材（1
1）に型枠（13）を設置し、該型枠（13）とプレスリン
グ部（5f）の間に形成された１次コンクリート打設空間
（23）にコンクリート・モルタル（21）を打設し、ま
た、後シールド（５）と地山（19）との間に急結性間詰
め材（32）を充填して、シール壁（35）を後シールド
（５）の外周面（5b）に筒状に形成し、前記掘進用ジャ
ッキ（６）を駆動して、前シールド（２）及び後シール
ド（５）の本体（5d）を掘進方向に移動させると同時
に、前記１次コンクリート打設空間（23）と前記シール
壁（35）の間に形成された２次コンクリート打設空間
（26）に、コンクリート・モルタル（21）をコンクリー
ト供給手段（5a）を介して注入し、更に加圧ジャッキ
（９）を駆動して、前記後シールド（５）の本体（5d）
を前記前シールド（２）に引き寄せると同時に、該引き
寄せ動作に伴って生じた、前記１次コンクリート打設空
間（23）と前記シール壁（35）の間の空間（31）に、コ
ンクリート・モルタル（21）を前記コンクリート供給手
段（5a）を介して注入し、次いで前記プレスリング部
（5f）を、該注入された未硬化のコンクリート・モルタ
ル（21）を押圧する形で移動させるようにして構成され
る。

なお、括弧内の番号等は、図面における対応する要素
を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の
記載に限定拘束されるものではない。以下の「（ｅ）．
作用」の欄についても同様である。

（ｅ）．作用 上記した構成により、本発明は、後シールド（５）と
地山（19）との間にシール壁（35）を予め形成してお
き、地山（19）側から地下水が浸入してこないように作
用する。

（ｆ）．実施例 以下、図面に基づき、本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明が適用されたシールド掘削機の一実施
例を示す正断面図、 第２図は第１図のII−II線による断面図、 第３図は本発明によるシールドを構成する前後シール
ドの各本体の接続部の拡大図、 第４図乃至第９図は本発明によるシールドを用いて覆
工を構築する際の一例を示す工程図、 第10図は本発明によるシールドを構成するプレスリン
グ部の拡大図である。

シールド掘削機１は、第１図に示すように、前シール
ド２及び後シールド５から構成されている。前シールド
２は円筒状に形成された本体2cを有しており、本体2c前
面、即ち第１図左側面にはカッター３が回転自在に支持
されている。カッター３は、本体2c内部の空間を図中左
右方向に遮断する形で設けられた隔壁2aに設けられた駆
動モーター3aと接続している。また、隔壁2aには掘進用
ジャッキ６が複数個、第１図及び第２図に示すように、
本体2cに沿った形で円環状に配列設置されており、掘進
用ジャッキ６にはラム6aが矢印Ａ、Ｂ方向に突出後退自
在に設けられている。ラム6aの先端には円環状に形成さ
れたゲージリング11がピン継手７を介して装着されてい
る。

更に、隔壁2aには加圧ジャッキ９が本体2cに沿った形
で円環状に複数個配置されており、加圧ジャッキ９には
ラム9aが矢印Ａ、Ｂ方向に突出後退自在に設けられてい
る。また、本体2cの第１図右側の後端部及び後述する後
シールド５の本体5dの第１図左側の前端部から構成され
る接続部17は、第１図及び第３図に示すように、薄く円
環状に形成されたシール部2dを有しており、シール部2d
の内周面にはゴム等の可撓性材料からなるシール部材2
b、2bが全周に亙って環状に装着されている。なお、シ
ール部2dの矢印Ａ、Ｂ方向の長さL3は、ラム9aの最大ス
トローク長よりやや長く形成されている。

前シールド２の後方、即ち第１図右側には、本体2cと
同径の円筒状に形成された本体5dを有する後シールド５
が接続設置されており、本体5dの内側には、第４図に示
すように、本体5dと一体に形成された厚さT1なるプレス
リング部5fが形成されている。プレスリング部5fの矢印
Ａ、Ｂ方向の長さL5は、後述の型枠13の矢印Ａ、Ｂ方向
の１リング分の長さとラム9aの最大ストローク長を加え
合わせた長さより長く形成されている。プレスリング部
5fには、第１図及び第２図に示すように、複数のコンク
リート供給路5aが、その供給方向を矢印Ａ、Ｂ方向に平
行に貫通穿設されており、コンクリート供給路5aの一端
は、プレスリング部5fの側面、即ちプレス面5eに開口
し、他端にはコンクリート供給ホース30が接続されてい
る。更に、プレスリング部5fには、第10図に示すよう
に、間詰め材注入管5gが矢印Ａ、Ｂ方向に設けられてお
り、間詰め材注入管5gの一端には図示しない間詰め材供
給手段が接続されており、他端には注入孔5kが後シール
ド５の外周面5bに開口した形で穿設形成されている。ま
た、プレスリング部5fの内側には、前記ゲージリング11
がプレスリング部5fの内周面5cに接する形で矢印Ａ、Ｂ
方向に摺動自在に設けられている。更に、ゲージリング
11には円環状に組立られた型枠13が第１図左右方向に接
続された形で設けられている。

また、後シールド５の本体5dの第１図左方にはフラン
ジ5jが環状に形成されており、フランジ5jはピン継手10
を介して前記加圧ジャッキ９のラム9aに接続されてい
る。更に、本体5dの第１図左側の前端部には、第１図及
び第３図に示すように、本体5dの外径よりやや小さい外
径を有する形で同心円筒状に形成されたシール部5hが形
成されており、シール部5hの外周面は前記シール部材2b
に接している。なお、シール部5hの矢印Ａ、Ｂ方向の長
さL4は、前記シール部2dの長さL3と同程度に形成されて
いる。

シールド掘削機１は、以上のような構成を有するの
で、トンネル15の掘削に際しては、駆動モーター3aを駆
動してカッター３を回転させると共に、掘進用ジャッキ
６のラム6aを第１図矢印Ｂ方向に突出させて、隔壁2aを
介してカッター３を切羽22方向、即ち矢印Ａ方向に押圧
する。すると、その押圧力により、切羽22と回転するカ
ッター３は所定の接触圧力で接し、切羽22はカッター３
により掘削されると同時に、前後シールド２、５は矢印
Ａ方向に推進してトンネル15がシールド掘削機１の後
方、即ち図中右方に形成されていく。

こうして、トンネル15が形成されていくにつれ、掘削
された地山19の崩壊を防止するために覆工20を構築する
必要があるが、この覆工20の構築は以下の手順で行なわ
れる。即ち、シールド掘削機１が型枠13の１リング分の
長さL1だけ矢印Ａ工に掘進した状態では、掘進用ジャッ
キ６のラム6aは、第４図に示すように、矢印Ｂ方向にほ
ぼ突出し切った状態となっており、加圧ジャッキ９のラ
ム9aは、掘進前と同じく矢印Ｂ方向にほぼ突出し切った
ままとなっている。

この状態で、第５図に示すように、ラム6aを矢印Ａ方
向に距離L1だけ後退させる。すると、直前に打設された
コンクリート・モルタル21の打ち継ぎ面29A及び型枠13A
からゲージリング11が離れて矢印Ａ方向に移動し、打ち
継ぎ面29A及び型枠13Aとゲージリング11との間に距離L1
なる空間が形成される。そこで、該空間部分に、図中想
像線で示すように、パンチプレートや鉄筋等からなる補
強部材12を設置し、更に型枠13Aに接する形で型枠13Bを
組立設置し、該型枠13B、ゲージリング11、プレスリン
グ部5f及び打ち継ぎ面29Aの間に１次コンクリート打設
空間23を形成する。

この状態で、第６図に示すように、型枠13Bにコンク
リート供給管25を接続して、コンクリート供給管25によ
り１次コンクリート打設空間23にコンクリート・モルタ
ル21を打設する。

１次コンクリート打設空間23へのコンクリート・モル
タル21の打設が終了した段階で、第10図に示すように、
急結性間詰め材32を間詰め材注入管5gを介して供給する
と同時に、カッター３を駆動すると共に、掘進用ジャッ
キ６を駆動してラム6aを矢印Ｂ方向に突出させ、トンネ
ル15の掘進を開始する。すると、該急結性間詰め材32は
間詰め材注入管5gから後シールド５の外周面5bに凸設さ
れた注入孔5kを介して外周面5bに供給され、後シールド
５と地山19との間に存在するボイド33に注入され、該ボ
イド33を充填する形で凝固する。ボイド33に充填された
急結性間詰め材32は、充填後急速に凝固し、後シールド
５の周囲に急結性間詰め材32からなる円筒状のシール壁
35が形成される。このシール壁35の形成と同時に、トン
ネル15の掘進動作により、ラム6aは、第７図に示すよう
に、ピン継手７、ゲージリング11を介して型枠13から反
力を取る形となり、これにより前シールド２は矢印Ａ方
向に掘進する。前シールド２が矢印Ａ方向に掘進する
と、加圧ジャッキ９を介して接続されている後シールド
５も前シールド２と共に矢印Ａ方向に掘進を開始し、そ
の結果、後シールド５のプレスリング部5fの通過した後
には円環状の２次コンクリート打設空間26が形成され
る。そこで、前後シールド２、５の掘進と同時に、コン
クリート・モルタル21をコンクリート供給ホース30から
コンクリート供給路5aを介して吐出口5iから２次コンク
リート打設空間26中に注入し、２次コンクリート打設空
間26をコンクリート・モルタル21で充填する。この際、
コンクリート・モルタル21と地山19との間には、急結性
間詰め材32が凝固したことにより形成されたシール壁35
が存在するので、地山19側の地下水は該シールド壁35に
より遮断され、該地下水がコンクリート・モルタル21側
に浸入して、打設されて未だ凝固の完了していないコン
クリート・モルタル21に混入してしまう恐れはない。更
に、シール壁35は地山19と後シールド５の間のボイド33
を閉塞する形でも形成されているので、２次コンクリー
ト打設空間26に打設されたコンクリート・モルタル21が
後シールド５の外周側に回り込むことが効果的に防止さ
れる。こうして、１リングに相当する距離L1だけ掘進し
たところで、掘進用ジャッキ６を介した掘進を停止す
る。

次に、この状態で、第８図に示すように、加圧ジャッ
キ９を駆動してラム9aを矢印Ａ方向に距離L2だけ後退さ
せる。すると、ラム9aに接続された後シールド５の本体
5dも矢印Ａ方向に距離L2だけ移動するので、２次コンク
リート打設空間26に打設されたコンクリート・モルタル
21の第１図左側に空間31が形成される。そこで、コンク
リート・モルタル21を、２次コンクリート打設空間26中
への注入と同様の手順で、該空間31にも注入、充填す
る。なお、この際、掘進用ジャッキ６のラム6aの突出
（即ち、トンネル15の掘進動作）と加圧ジャッキ９のラ
ム9aの後退（即ち、後シールド５の前シールド２への引
き寄せ動作）を同時に行なって、作業時間を短縮するこ
とも可能である。

こうして、距離L1＋L2に亙る２次コンクリート打設空
間26へのコンクリート・モルタル21の打設、充填が完了
したところで、第９図に示すように、加圧ジャッキ９を
駆動してラム9aを矢印Ｂ方向に距離L2だけ突出させる。
すると、ピン継手10を介して後シールド５の本体5dが矢
印Ｂ方向に距離L2だけ移動して、プレスリング部5fのプ
レス面5eが２次コンクリート打設空間26に打設されたコ
ンクリート・モルタル21を図中右側に押圧する。ここ
で、２次コンクリート打設空間26へのコンクリート・モ
ルタル21の打設からラム9aの矢印Ｂ方向への突出までは
短時間で行なわれるので、２次コンクリート打設空間26
に打設されたコンクリート・モルタル21は硬化していな
い。従って、プレスリング部5fにより第９図右側に押圧
された未硬化のコンクリート・モルタル21は、図中右側
へ流動する。すると、先程の２次コンクリート打設空間
26へのコンクリート・モルタル21の打設時にはコンクリ
ート・モルタル21の粘性故に充填し切れなかった２次コ
ンクリート打設空間26内の未充填空隙が、コンクリート
・モルタル21で充填される。なお、コンクリート供給路
5aの吐出口5iは、プレスリング部5fのプレス面5eに円環
状に複数個配置されているので、コンクリート・モルタ
ル21は２次コンクリート打設空間26の全体に亙って均一
に充填され、かつ円環状のプレスリング部5fの側面全面
がプレス面5eとなっているので、均一に充填されたコン
クリート・モルタル21をプレスリング部5fの全周に亙り
均一な圧力で押圧することが出来、従って前記未充填空
隙の充填動作は本体5d全周に亙り均一で良好な状態で行
なわれる。

なお、以上の作業工程において、加圧ジャッキ９のラ
ム9aの矢印Ａ、Ｂ方向の突出後退動作に伴って、前後シ
ールド２、５の本体2c、5dの突出後退量L2だけ離れたり
近づいたりするが、本体2c、5dの接続部17は最大限離れ
たときでも、第３図に示すように、本体2cに装着された
シール部材2b、2bにより、地山19と本体2c、5d内の機内
空間16は遮断されているので、地山19の土砂等が、接続
部17から機内空間16に侵入することはない。

こうして、シールド掘削機１が１リング分掘進する
と、掘進用ジャッキ６のラム6aは、第４図に示すよう
に、矢印Ｂ方向に突出した形となり、１リング分の覆工
20の構築が完了する。なお、１リング分の覆工20が構築
されると、次の１リング分の覆工20を構築するため、既
に述べたように、掘進用ジャッキ６のラム6aを、第５図
に示すように、矢印Ａ方向に後退させて、ゲージリング
11を矢印Ａ方向に移動させるが、この際には、ゲージリ
ング11と接触している部分のコンクリート・モルタル21
は、円環状に十分に固化しているので、打ち継ぎ面29A
は崩壊することなく自立し、その後の補強部材12の設置
作業も円滑に行なわれる。

以上のように覆工20を構築していくと、コンクリート
・モルタル21の打ち継ぎ面29は、第１図に示すように、
階段状に形成されることとなる。

（ｇ）．発明の効果 以上、説明したように本発明は、前シールド２の本体
2cと後シールド５の本体5dを相対的に移動自在に設ける
と共に、それ等本体2c、5d間に、加圧ジャッキ９を該前
シールド２の本体2cと該後シールド５の本体5dを接続す
る形で設け、前記前シールド２の本体2cと前記後シール
ド５の本体5dの接続部17に、シール部材2bを地山19と機
内空間16を遮断する形で設け、前記後シールド５に、前
記後シールド５の本体5dと一体に形成されたプレスリン
グ部5fを形成し、該プレスリング部5fに、コンクリート
供給路5a等のコンクリート供給手段を、その供給方向を
矢印Ａ、Ｂ方向等のシールド掘進方向に設け、更に前記
プレスリング部5fに、注入孔5k等の急結性間詰め材32の
供給手段を、前記後シールド５の外周面5bに急結性間詰
め材32を供給し得る形で設け、また前記プレスリング部
5fの内側に、ゲージリング11等の型枠支持部材をシール
ド掘進方向に移動自在に設け、該型枠支持部材と前記前
シールド２の本体2cとの間に、掘進用ジャッキ６を設け
て構成したので、シールド掘削機１等のシールドの外周
部に急結性間詰め材32を用いて予めシール壁35を筒状に
形成しておくことが可能となり、該シール壁35により地
山19側からの地下水の浸入や２次コンクリート打設空間
26に打設したコンクリート・モルタル21が後シールド５
と地山19との間に回り込むような事態を効果的に防止す
ることが出来る。

また、シールド掘削機１等のシールドを用いて覆工20
を構築する際には、掘進用ジャッキ６を駆動してゲージ
リング11等の型枠支持部材を掘進方向に移動させて、該
側枠支持部材に型枠13を設置し、該型枠13とプレスリン
グ部5fの間に形成された１次コンクリート打設空間23に
コンクリート・モルタル21を打設し、また、後シールド
５と地山19との間に急結性間詰め材32を充填して、シー
ル壁35を後シールド５の外周面5bに筒状に形成し、前記
掘進用ジャッキ６を駆動して、前シールド２及び後シー
ルド５の本体5dを掘進方向に移動させると同時に、前記
１次コンクリート打設空間23と前記シール壁35の間に形
成された２次コンクリート打設空間26に、コンクリート
・モルタル21をコンクリート供給路5a等のコンクリート
供給手段を介して注入し、更に加圧ジャッキ９を駆動し
て、前記後シールド５の本体5dを前記前シールド２に引
き寄せると同時に、該引き寄せ動作に伴って生じた、前
記１次コンクリート打設空間23と前記シール壁35の間の
空間31に、コンクリート・モルタル21を前記コンクリー
ト供給手段を介して注入し、次いで前記プレスリング部
5fを、該注入された未硬化のコンクリート・モルタル21
を押圧する形で移動させるようにして構成したので、覆
工20をシール壁35により地山19側から遮断した形で形成
することが可能となり、コンクリート・モルタル21の打
設に際しての地山19側からの地下水の浸入を効果的に防
止することが出来、覆工コンクリート・モルタルの品質
を維持することが可能となる。更に、シール壁35が構築
された覆工20を包み込む形でそのまま残るので、構築後
においても止水作用を効果的に発揮させることが可能と
なる。従って、覆工20の打ち継ぎ面29からのトンネル15
内部への地下水の浸入をも防止することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用されたシールド掘削機の一実施例
を示す正断面図、 第２図は第１図のII−II線による断面図、 第３図は本発明によるシールドを構成する前後シールド
の各本体の接続部の拡大図、 第４図乃至第９図は本発明によるシールドを用いて覆工
を構築する際の一例を示す工程図、 第10図は本発明によるシールドを構成するプレスリング
部の拡大図である。 １……シールド（シールド掘削機） ２……前シールド 2b……シール部材 2c……本体 ５……後シールド 5a……コンクリート供給手段（コンクリート供給路） 5b……外周面 5d……本体 5f……プレスリング部 5k……供給手段（注入孔） ６……掘進用ジャッキ ９……加圧ジャッキ 11……型枠支持部材（ゲージリング） 13……型枠 16……機内空間 17……接続部 19……地山 20……覆工 21……コンクリート・モルタル 23……１次コンクリード打設空間 26……２次コンクリート打設空間 31……空間 32……急結性間詰め材 35……シール壁

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筒状に形成された本体を有する前シールド
   及び筒状に形成された本体を有する後シールドから構成
   されるシールドにおいて、 前シールドの本体と後シールドの本体を相対的に移動自
   在に設けると共に、 それ等本体間に、加圧ジャッキを該前シールドの本体と
   該後シールドの本体を接続する形で設け、 前記前シールドの本体と前記後シールドの本体の接続部
   に、シール部材を地山と機内空間を遮断する形で設け、 前記後シールドに、前記後シールドの本体と一体に形成
   されたプレスリング部を形成し、 該プレスリング部に、コンクリート供給手段を、その供
   給方向をシールド掘進方向に設け、 更に前記プレスリング部に、急結性間詰め材の供給手段
   を、前記後シールドの外周面に急結性間詰め材を供給し
   得る形で設け、 また前記プレスリング部の内側に、型枠支持部材をシー
   ルド掘進方向に移動自在に設け、 該型枠支持部材と前記前シールドの本体との間に、掘進
   用ジャッキを設けて構成したシールド。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のシールドを用
   いて覆工を構築する際には、 掘進用ジャッキを駆動して型枠支持部材を掘進方向に移
   動させて、該型枠支持部材に型枠を設置し、 該型枠とプレスリング部の間に形成された１次コンクリ
   ート打設空間にコンクリート・モルタルを打設し、 また、後シールドと地山との間に急結性間詰め材を充填
   して、シール壁を後シールドの外周面に筒状に形成し、 前記掘進用ジャッキを駆動して、前シールド及び後シー
   ルドの本体を掘進方向に移動させると同時に、 前記１次コンクリート打設空間と前記シール壁の間に形
   成された２次コンクリート打設空間に、コンクリート・
   モルタルをコンクリート供給手段を介して注入し、 更に加圧ジャッキを駆動して、前記後シールドの本体を
   前記前シールドに引き寄せると同時に、 該引き寄せ動作に伴って生じた、前記１次コンクリート
   打設空間と前記シール壁の間の空間に、コンクリート・
   モルタルを前記コンクリート供給手段を介して注入し、 次いで前記プレスリング部を、該注入された未硬化のコ
   ンクリート・モルタルを押圧する形で移動させるように
   して構成したシールドを用いた覆工の構築方法。