JP2704891B2 - シールド掘削機及びトンネル覆工の構築方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （ａ）．産業上の利用分野 本発明は、トンネル覆工を構成するコンクリートを早
期に高品質化することが出来るシールド掘削機及びトン
ネル覆工の構築方法に関する。

（ｂ）．従来の技術 第18図は従来のシールド工法におけるコンクリート打
設の方法を示す図である。

従来、現場打ちコンクリートを用いてシールド掘削機
により掘削したトンネルに覆工を構築する際には、例え
ば特開昭62−194399に開示されているように、コンクリ
ート打設工程において、第18図に示すように、シールド
掘削機１のプレスリング７、ゲージリング11及び型枠13
に囲まれた円環状の１次コンクリート打設空間31に、型
枠13に接続されたコンクリート供給管25から１次コンク
リート21Aを打設した後、コンクリート供給ホース30か
らプレスリング７に形成されたコンクリート吐出管を介
して２次コンクリート21Cを打設することにより、１次
及び２次コンクリート21A、21Cからなるトンネル覆工20
を構築していく。

ここで、１次コンクリート打設空間31に打設された１
次コンクリート21A部分のみを有効覆工厚と考えた場
合、該１次コンクリート21Aの厚さを増やさずに該コン
クリート21Aからなる覆工を高品質化する方法が強く望
まれている。この場合、コンクリート21Aの水セメント
比を低めて、コンクリート強度を向上させることが考え
られるが、そのために、例えば、第18図に示すように、
前記型枠13のコンクリート供給管25からポンプ加圧をし
て１次コンクリート打設空間31中に打設されたコンクリ
ート21Aを加圧脱水する方法等が採用される。

（ｃ）．発明が解決しようとする問題点 しかし、これでは、コンクリート21Aの硬化に伴なっ
てコンクリート供給管25付近しか加圧出来なくなるの
で、十分な脱水効果が得られず、従って高品質のコンク
リート21Aからなるトンネル覆工20を構築することが出
来ない。

本発明は、上記の問題点を解消すべく、１次コンクリ
ートを早期に高品質化することが出来るシールド掘削機
及びトンネル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、シールド掘削機の発明は、外殻
（２）を有し、該外殻（２）の内側にプレスリング
（７）を前記外殻の掘進方向に移動自在に設け、該プレ
スリングの内側に型枠支持部材（11）を前記外殻に対し
て移動自在に設け、前記外殻の内側に掘進用ジャッキ
（６）を前記型枠支持部材を前記掘進方向に移動駆動自
在に設け、更に、前記型枠支持部材の外殻後方側に押圧
リング（５）を、外型枠支持部材に対して前記掘進方向
に移動自在に設け、前記型枠支持部材と押圧リングとの
間に、リング移動駆動手段（17）を前記押圧リングを前
記型枠支持部材に対して掘進方向に移動駆動自在に接続
して構成される。

また、押圧リング（５）のコンクリート押圧面（5a）
に凹凸を形成して構成することも出来る。

更に、本発明の内、トンネル覆工の構築方法の発明
は、プレスリング（７）を外殻後方に突出させた状態
で、型枠支持部材（11）を押圧リング（５）と共に外殻
前方に移動させ、該型枠支持部材（11）と既にコンクリ
ート（21B）の打設が完了した型枠（13A）との間に、型
枠（13B）を設置して１次コンクリート打設空間（31）
を形成し、次いで、該１次コンクリート打設空間中にコ
ンクリート（21A）を注入打設し、その後、リング移動
駆動手段（17）を介して前記押圧リング（５）を前記型
枠支持部材（11）に対して外殻後方に移動させて、該打
設されたコンクリートを加圧して該コンクリート中の水
分を排出し、次いで、プレスリング（７）を外殻前方に
移動させつつ、該プレスリングの移動に伴なって生じる
空間中の充填部材（21C）を注入充填し、その後、シー
ルド掘削機による掘進を開始して、掘進用ジャッキ
（６）により外殻の前方への移動を開始すると共に、プ
レスリング（７）を後方に突出させて、前記打設された
充填部材（21C）を加圧することにより、前記外殻の移
動に伴なって生じるテールボイド（27）中に該充填部材
を充填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、押圧リング（５）の
移動により、打設されたコンクリート（21A）中の余剰
水分が加圧排出され、該コンクリート（21A）の品質が
高まるように作用する。

（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図は本発明による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図は第１図のIII−III線による断面図、 第４図は第１図に示すシールド掘削機のジャッキ部分
の拡大図、 第５図は第４図のＶ−Ｖ線による断面図、 第６図乃至第14図は本発明によるトンネル覆工の構築
方法の一例を示す工程図、 第15図は本発明によるシールド掘削機の別の実施例の
ジャッキ部分の拡大図、 第16図は第15図に示すシールド掘削機の押圧リングの
正面図、 第17図は第16図に示す押圧リングのＸ−Ｘ線による断
面図である。

本発明によるシールド掘削機１は、第１図に示すよう
に、円筒状に形成された外殻２を有しており、外殻２の
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、外殻２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と接続されており、更に隔壁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、外殻２に沿った形で円環状に配列設置されている。
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おり、更に外殻２の内側には、円筒
状に形成されたプレスリング７が、外殻２内面と接する
形で矢印Ａ、Ｂ方向に摺動自在に設けられている。プレ
スリング７には、第２図に示すように、所定の間隔でプ
レスリングジャッキ９が外殻２に沿った形で円環状に複
数個配置されており、更にそれ等プレスリングジャッキ
９の間には、第２図及び第５図に示すように、複数のコ
ンクリート吐出管10が先端の吐出口10aをプレスリング
７の側面7a、即ちシールド掘削機の後方に向けた形で設
けられている。コンクリート吐出管10には、吐出管内清
掃用のシリンダー10bがロッド10cを矢印Ａ、Ｂ方向に突
出後退自在にした形で設けられており、更にコンクリー
ト吐出管10にはコンクリート供給ホース30が接続されて
いる。

ところが、掘進用ジャッキ６のラム6aの先端には、円
環状に形成されたゲージリング11が装着されており、ゲ
ージリング11には、第４図に示すように、係合溝11a、1
1aがゲージリング11の全周に亙って環状に穿設形成され
ている。また、ゲージリング11には、第２図及び第３図
に示すように、円環状に組立てられた型枠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、円環状のプレスリング７、ゲージリング11及び
型枠13に囲まれた円環状の空間には、第４図に示すよう
に、ゲージリング11と同じ外径を有する円板状に形成さ
れた押圧リング５が、プレスリング７及び型枠13に接し
つつシールド掘進方向、即ち図中矢印Ａ、Ｂ方向に摺動
自在に設けられており、押圧リング５には、後述する補
強部材12、12が貫通する係合溝5b、5bが穿設形成されて
いる。更にゲージリング11と押圧リング５との間には、
第２図及び第４図に示すように、中空ドーナツ状のエア
ーバッグ17がゲージリング11及び押圧リング５に固着さ
れた形で設けられている。エアーバッグ17は、ゴム等の
可撓性材料から風船状に形成された本体17a及び該本体1
7aに接続されたエアー供給管17bから構成されており、
エアー供給管17bから本体17a内に空気を送り込むことに
より、ゲージリング11及び押圧リング５との固着状態を
維持したまま自在に本体17aを膨張させることが出来
る。

本発明によるシールド掘削機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及び外殻２を介してカッター３を切羽16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16と回転するカッター３は所定の接触圧力で
接し、切羽16はカッター３により掘削されると同時に、
外殻２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トンネル覆工２を
構築する必要があるが、このトンネル覆工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方向に掘進した状
態では、掘進用ジャッキ６のラム6a及びプレスリング７
は、第６図に示すように、矢印Ｂ方向に突出及び移動し
た状態となっており、またエアーバック17の本体17a
は、内部の空気圧により膨張した状態となっている。

この状態で、第７図に示すように、エアーバック17の
本体17a内の空気をエアー供給管17bから抜いて本体17a
を収縮させると共に、掘進用ジャッキ６のラム6aを矢印
Ａ方向に距離L1だけ後退させる。すると、エアーバック
17は、既に述べたように、ゲージリング11及び押圧リン
グ５に固着されているので、直前に打設されたコンクリ
ート21Bの打ち継ぎ面29及び型枠13Aから押圧リング５及
びゲージリング11が離れて矢印Ａ方向に移動し、打ち継
ぎ面29と押圧リング５との管に円筒状の空間が形成され
る。そこで、該空間に、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、12を係合溝5
b、5b、11a、11aを介して設置し、更に型枠13Aに接する
形で型枠13Bを組立て設置し、該型枠13B、押圧リング
５、プレスリング７及び打ち継ぎ面29の間に１次コンク
リート打設空間31を形成する。

この状態で、第８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より
１次コンクリート打設空間31にコンクリート21Aを打設
する。

こうして、１次コンクリート打設空間31にコンクリー
ト21Aが打設された後、直ちにエアーバック17の本体17a
内にエアー供給管17bから空気を送り込む。すると、可
撓性材料からなる本体17aは、供給された空気の圧力に
より膨張し始める。本体17aの膨張に伴なって、本体17a
の第１図右側に接する押圧リング５が、第９図に示すよ
うに、矢印Ｂ方向に摺動し、打設されたばかりで未だ流
動性を失なっていないコンクリート21Aを同方向に押圧
する。すると、該コンクリート21Aは、プレスリング
７、型枠13A、13B及び直前に打設して既に硬化している
コンクリート21Bに囲まれているので、圧縮されること
により、その結果該コンクリート21Aに含まれる水分が
絞り出される。絞り出された水分は、型枠13の全面に亙
り貫通穿設された多数の水抜き穴（図示せず）を介して
外部に排出され、コンクリート21Aは、この脱水により
水セメント比が低下する。この際、エアーバッグ17は、
既に述べたように、押圧リング５の全周に接する形で設
けられているので、該押圧動作はコンクリート21Aの全
周に亙って均一に行なわれ、従って脱水動作は均一かつ
円滑に行なわれる。

こうして、所定の水分が排出され、高品質のコンクリ
ート21Aが形成されたところで、エアーバッグ17の本体1
7a内への空気の供給を停止する。この際には、押圧リン
グ５による押圧力を一定に保持出来るようにする訳で、
既に本体17a内に供給された空気をエアー供給管17bから
外部に放出する訳ではない。すると、押圧リング５の矢
印Ｂ方向への摺動が停止する。

こうして、押圧リング５の摺動が停止したところで、
第10図に示すように、プレスリングジャッキ９を駆動し
てプレスリング７を矢印Ａ方向に徐々に後退させる。す
ると、プレスリング７の通過した後には、外殻２と注入
されたコンクリート21Aとの間に円環状の２次コンクリ
ート打設空間32が形成される。そこで、プレスリング７
の矢印Ａ方向への移動と共に、第11図に示すように、コ
ンクリート供給ホース30から充填部材としてのコンクリ
ート21Cを、コンクリート吐出管10を介して２次コンク
リート打設空間32中に注入し、２次コンクリート打設空
間32をコンクリート21Cで充填する。プレスリング７が
矢印Ａ方向に移動して、第12図に示すように、側面7aが
押圧リング５のコンクリート押圧面5aにほぼ一致したと
ころで、第13図に示すように、掘進用ジャッキ６のラム
6aを矢印Ｂ方向に突出駆動させると共に、カッター３を
回転させて掘削動作を開始する。

すると、既に述べたように、外殻２が矢印Ａ方向に移
動を開始し、外殻２が移動した後には、第13図に示すよ
うに、打設充填されたコンクリート21Cと地山19との間
にテールボイド27が形成される。従って、外殻２が矢印
Ａ方向に移動するにつれて、第14図に示すように、プレ
スリングジャッキ９を駆動して、プレスリング７を外殻
２の移動に同期した形で矢印Ｂ方向に徐々に移動させ
る。すると、先程打設された２次コンクリート打設空間
32内の未硬化のコンクリート21Cは、プレスリング７に
押圧されて、テールボイド27を充填する形で流動する。
こうして、外殻２の移動の結果発生するテールボイド27
は、効果的に充填されていく。このようにして、外殻２
が型枠13の１リング分の長さL1だけ推進すると、プレス
リング７は、第６図に示すように、その側面7aが外殻２
の後端部2bに一致した形となり、１リング分のトンネル
覆工20の構築が完了する。

なお、１リング分のトンネル覆工20が構築されると、
次の１リング分のトンネル覆工20を構築するため、既に
述べたように、エアーバッグ17の本体17a内に空気を、
第７図に示すように、エアー供給管17bから抜いて本体1
7aを収縮させると共に、掘進用ジャッキ６のラム6aを矢
印Ａ方向に後退させて、ゲージリング11、エアーバッグ
17及び押圧リング５を矢印Ａ方向に移動させるが、この
際には、押圧リング５と接触している部分のコンクリー
ト21Aは、円環状に十分に固化しているので、打ち継ぎ
面29は崩壊することなく自立し、その後の補強部材12、
12の設置作業も円滑に行なわれる。

なお、上述の実施例においては、押圧リング５の移動
手段として中空ドーナツ状のエアーバッグ17を用いた
が、該エアーバッグ17以外の手段、例えばフラットジャ
ッキや油圧ジャッキであっても、押圧リング５をシール
ド掘進方向に自在に移動させることが出来る限り、どの
ような手段を用いてもよい。

また、上述の実施例においては、表面に平滑な押圧リ
ング５を装着したシールド掘削機１について説明した
が、第16図及び第17図に示すように、コンクリート押圧
面5aに凹凸を有する押圧リング５を装着したシールド掘
削機１を用いることも出来る。コンクリート押圧面5aに
凹凸を有する押圧リング５を装着したシールド掘削機１
を用いて、上述の実施例と同様にトンネル覆工20を構築
していくと、各打ち継ぎ面29には、第15図に示すよう
に、押圧リング５のコンクリート押圧面5aと同じ凹凸形
状がその全周に亙って形成される。

（ｇ）．発明の効果 以上説明したように、本発明の内、シールド掘削機の
発明は、外殻２を有し、該外殻２の内側にプレスリング
７を前記外殻の掘進方向に移動自在に設け、該プレスリ
ングの内側にゲージリング11などの型枠支持部材を前記
外殻に対して移動自在に設け、前記外殻の内側に掘進用
ジャッキ６を前記型枠支持部材を前記掘進方向に移動駆
動自在に設け、更に、前記型枠支持部材の外殻後方側に
押圧リング５を、該型枠支持部材に対して前記掘進方向
に移動自在に設け、前記型枠支持部材と押圧リングとの
間に、エアーバック17などのリング移動駆動手段を前記
押圧リングを前記型枠支持部材に対して掘進方向に移動
駆動自在に接続して構成したので、押圧リング５が、型
枠13、ゲージリング11、プレスリング７及び構築済みの
トンネル覆工20から形成される１次コンクリート打設空
間31中に打設されたコンクリート21Aの余剰水分を加圧
排出し、該コンクリート21Aの品質を高めることが可能
となり、従って、特に滞水地盤にトンネル覆工20を構築
する際に、信頼性の高い施工を行なうことが出来る。

また、型枠支持部材と押圧リングとの間に、リング移
動駆動手段を前記押圧リングを前記型枠支持部材に対し
て掘進方向に移動駆動自在に接続したので、型枠支持部
材により型枠を支持した状態で、リング移動駆動手段が
押圧リングを掘進方向後方に移動駆動させることによ
り、打設された状態のコンクリート21Aを押圧圧縮して
効率よくコンクリート内の余剰水分を排水することが可
能なるばかりか、コンクリートの打設凝固後にはリング
移動駆動手段により押圧リングを掘進方向前方に移動駆
動することにより、押圧リングを簡単な打ち継ぎ面から
離脱させることが出来るので、覆工の構築作業を効率よ
く行なうことが出来る。

また、前記押圧リング５のコンクリート押圧面5aに凹
凸を形成して構成すると、シールド掘進につれて１次コ
ンクリート打設空間31中に次々に打設形成されていくコ
ンクリート21A同士が、第15図に示すように、その全周
に亙って凹凸形状を有する打ち継ぎ面29を介して密着形
成されるので、トンネル覆工20の止水性が向上する。

また、本発明の内、トンネル覆工の構築方法の発明
は、プレスリング７を外殻後方に突出させた状態で、ゲ
ージリング11などの型枠支持部材を押圧リング５と共に
外殻前方に移動させ、該型枠支持部材と既にコンクリー
ト21Bの打設が完了した型枠13Aとの間に、型枠13Bを設
置して１次コンクリート打設空間31を形成し、次いで、
該１次コンクリート打設空間中にコンクリート21Aを注
入打設し、その後、エアーバック17などのリング移動駆
動手段を介して前記押圧リングを前記型枠支持部材に対
して外殻後方に移動させて、該打設されたコンクリート
を加圧して該コンクリート中の水分を排出し、次いで、
プレスリング７を外殻前方に移動させつつ、該プレスリ
ングの移動に伴なって生じる空間中に充填部材21Cを注
入充填し、その後、シールド掘削機による掘進を開始し
て、掘進用ジャッキ６により外殻の前方への移動を開始
すると共に、プレスリングを後方に突出させて、前記打
設された充填部材を加圧することにより、前記外殻の移
動に伴なって生じるテールボイド27中に外充填部材を充
填させるようにして構成しのたので、押圧リング５が、
１次コンクリート打設空間31中に打設されたコンクリー
ト21Aの余剰水分を加圧排出し、該打設空間31中のコン
クリート21Aの品質を早期に高めることが可能となる。
従って、特に滞水地盤にトンネル覆工20を構築する際
に、１次コンクリート打設空間31部分に打設されたコン
クリート21Aのみを有効覆工厚としてトンネル15を設計
した場合等において、信頼性の高い施工を行なうことが
出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による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図は第１図のIII−III線による断面図、 第４図は第１図に示すシールド掘削機のジャッキ部分の
拡大図、 第５図は第４図のＶ−Ｖ線による断面図、 第６図乃至第14図は本発明によるトンネル覆工の構築方
法の一例を示す工程図、 第15図は本発明によるシールド掘削機の別の実施例のジ
ャッキ部分の拡大図、 第16図は第15図に示すシールド掘削機の押圧リングの正
面図、 第17図は第16図に示す押圧リングのＸ−Ｘ線による断面
図、 第18図は従来のシールド工法におけるコンクリート打設
の方法を示す図である。 １……シールド掘削機 ２……外殻 ５……押圧リング 5a……コンクリート押圧面 ６……掘進用ジャッキ ７……プレスリング 11……型枠支持部材（ゲージリング） 13A、13B……型枠 17……リング移動駆動手段（エアーバック） 20……トンネル覆工 21A、21B……コンクリート 21C……充填部材（コンクリート） 27……テールボイド 31……１次コンクリート打設空間 32……空間（２次コンクリート打設空間）

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外殻を有し、 該外殻の内側にプレスリングを前記外殻の掘進方向に移
   動自在に設け、 該プレスリングの内側に型枠支持部材を前記外殻に対し
   て移動自在に設け、 前記外殻の内側に掘進用ジャッキを前記型枠支持部材を
   前記掘進方向に移動駆動自在に設け、 更に、前記型枠支持部材の外殻後方側に押圧リングを、
   該型枠支持部材に対して前記掘進方向に移動自在に設
   け、 前記型枠支持部材と押圧リングとの間に、リング移動駆
   動手段を前記押圧リングを前記型枠支持部材に対して掘
   進方向に移動駆動自在に接続して構成したシールド掘削
   機。
2. 【請求項２】押圧リングのコンクリート押圧面に凹凸を
   形成して構成した特許請求の範囲第１項記載のシールド
   掘削機。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項又は第２項記載のシ
   ールド掘削機を用いてトンネル覆工を構築する際は、 プレスリングを外殻後方に突出させた状態で、型枠支持
   部材を押圧リングと共に外殻前方に移動させ、 該型枠支持部材と既にコンクリートの打設が完了した型
   枠との間に、型枠を設置して１次コンクリート打設空間
   を形成し、 次いで、該１次コンクリート打設空間中にコンクリート
   を注入打設し、 その後、リング移動駆動手段を介して前記押圧リングを
   前記型枠支持部材に対して外殻後方に移動させて、該打
   設されたコンクリートを加圧して該コンクリート中の水
   分を排出し、 次いで、プレスリングを外殻前方に移動させつつ、該プ
   レスリングの移動に伴なって生じる空間中に充填部材を
   注入充填し、 その後、シールド掘削機による掘進を開始して、掘進用
   ジャッキにより外殻の前方への移動を開始すると共に、 プレスリングを後方に突出させて、前記打設された充填
   部材を加圧することにより、前記外殻の移動に伴なって
   生じるテールボイド中に該充填部材を充填させるように
   して構成したトンネル覆工の構築方法。