JP3750040B2 - シールド掘削機およびそれを用いたトンネル覆工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリートやモルタル等の自硬性充填材を採用するシールドトンネルを、構築するために用いられるシールド掘削機およびそれを用いたトンネル覆工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、例えば軟弱で地下水位が高いような地盤に対してシールド工法によりトンネルを施工する場合、一次覆工にはセグメントを使用することが一般的であるが、セグメントを用いることに代えて、シールド機の後方において型枠を組み立ててその型枠と地山との間に直接的に自硬性硬化材としてコンクリートを打設充填して覆工壁を形成するというような、いわゆるＥＣＬ工法（Extruded Concrete Lining Method）の開発も進められている。
【０００３】
ＥＣＬ工法では、打設されたコンクリートが硬化して覆工壁が形成された後は地山圧力（土圧および地下水圧）に対して十分に耐え得ることは当然であるが、コンクリートを打設した直後の未硬化コンクリートによっても地山圧力に対して抗し得るものでなければならず、特に地下水圧が高い地山に対してＥＣＬ工法を適用する場合には未硬化コンクリートによる十分な止水性を確保するための方策が不可欠である。このため、本出願人は先に、コンクリートの打設圧力を地山圧力より常に高く維持することによって未硬化のコンクリートによっても止水性を確保するようにしたＥＣＬ工法におけるシールドトンネルの覆工方法を提供した（特開平４ー１６１５９９号）。
【０００４】
図３３および図３４はその覆工方法を実施する際に用いるシールド掘削機Ｓを示すものである。これは、スキンプレート１の先端部に設けたカッター装置２により地山Ｊを掘削するとともに、スキンプレート１の後方側に鉄筋３を配筋してはそれを覆うように型枠４を組み立て、その型枠４から反力をとって推進ジャッキ５により掘進しながら型枠４と地山Ｊとの間にコンクリートを打設充填することによりトンネル覆工壁Ｗを形成するようにしたものである。型枠４の最前部には妻型枠６が取り付けられるが、その妻型枠６はコンクリート中に埋設されていく主妻枠６ａと型枠４に対して出没する補助妻枠６ｂとが組み合わされることによりシールド掘削機Ｓの蛇行に追随できるものとされている。符号７はコンクリートポンプ、８は型枠４に接続されるコンクリート打設管、９はそれらの接続部に設けられているシャッタである。
【０００５】
また、このシールド掘削機Ｓにおいては、図３３、図３４に示すようにスキンプレート１のテール部の内側に内筒１０を配するとともにそれらの間を径方向に分割して複数の弓形のコンクリートピストン室１１を設け、それらコンクリートピストン室１１内に押出しピストン１２をシールド掘削機Ｓの軸線方向にスライド可能に配置するとともに、その押出しピストン１２を駆動するための圧力保持ジャッキ１３を備え、かつ、各押出しピストン１２に打設孔１４を設けてそこにコンクリート打設管１５を接続することによりコンクリートピストン室１１内にも打設孔１４を通してコンクリートを打設するように構成している。そして、押出しピストン１２を通してコンクリートを打設しながら、圧力保持ジャッキ１３により押出しピストン１２を押出すことによって打設したコンクリートを押圧することにより、打設されたコンクリート圧力Ｐoを地山圧力Ｐjより高く保持するようにしている。
【０００６】
上記のシールド掘削機Ｓによるコンクリート打設手順を図３５〜図３７を参照してさらに詳細に説明する。図３５はコンクリート打設が完了した部分の前方に新たに鉄筋３および型枠４を組み立てた状態を示すものである。この状態では上記のように押出しピストン１２が打設コンクリートを押圧していることによりコンクリート圧力Ｐoが地山圧力Ｐjより高く保持されており、したがって地下水が浸入してくることが防止されている。
【０００７】
次に、図３５の状態から図３６に示すように打設管８を通じて最前部の型枠４内にコンクリートを打設し、その内部でのコンクリート圧力Ｐrが先行打設されているコンクリート圧力Ｐoと同等あるいはやや高くなった時点で打設管８のシャッタ９を閉じ、先行の補助妻枠６ｂを引き下げて後行打設部分を先行打設部分とを連通させる。これにより両者の打設コンクリートが一体化するとともにそれら全体のコンクリート圧力Ｐoが地山圧力Ｐjより高いままに保持される。
【０００８】
続いて、図３７に示すように、押出しピストン１２に設けた打設孔１４を通してコンクリートピストン室１１にコンクリートを打設する。この際、押出しピストン１２は圧力保持ジャッキ１３（図３３、図３４参照）により常に後方（図示右方）へ押圧されながらもコンクリートの打設圧力に打ち負けて漸次前進（図示左方へ移動）していき、これによりコンクリート圧力Ｐoが保持される。その後、推進ジャッキ５を作動させてシールド掘削機Ｓを掘進させた後、推進ジャッキ５を引戻して新たな鉄筋３の配筋と型枠４の組み立てを行ない、以上の手順を繰り返して掘進を行なう。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記工法においては、圧力保持ジャッキ１３および押出しピストン１２によって打設コンクリートを押圧することによってコンクリート圧力Ｐoを地山圧力Ｐjより常に高く保持することにより、軟弱で地下水位の高い地山Ｊであってもコンクリート打設途中における地下水の浸入を防止でき、したがってそのような地山Ｊに対してもＥＣＬ工法の採用が可能となったのであるが、上記の工法および上記工法に用いられるシールド掘削機Ｓは、以下の点で改良の余地を残している。
【００１０】
まず、上記工法およびシールド掘削機Ｓにおいては、圧力保持ジャッキ１３を用いてコンクリートを加圧する場合や、シールド掘削機Ｓを掘進させる場合には、押し出しピストン１２が前後に変位することとなるが、このとき、押し出しピストン１２に設けられた打設孔１４に対して取り付けられたコンクリート打設管１５も同時に変位することから、あらかじめ、シールド掘削機Ｓの内部において、コンクリート打設管１５が移動する部分の空間を開けておく必要があった。
【００１１】
また、コンクリート打設管１５は、押し出しピストン１２の変位に追随できるように、柔軟性をもったホースなどによって構成する必要があり、このようにした場合には、コンクリート打設管１５が固定できず、ホースが振れたりするなどの不安定な状態が生じ易くなっていた。
【００１２】
さらには、このようにコンクリート打設管１５がホースによって構成されるため、場合によっては、コンクリート打設管１５の配管が複雑になり、その内部にコンクリートのつまりなどの不具合が生じ易くなっていた。
【００１３】
それだけでなく、上記のシールド掘削機Ｓにおいては、打設孔１４が押し出しピストン１２における断面欠損となり、構造的な弱点となっていた。また、この弱点を補うために、押し出しピストン１２の幅を大きくして、加圧にも耐える構造とした場合には、シールドトンネルのコンクリート覆工の厚さ寸法が大きくなり、これにより、シールド掘削機Ｓが大型化し、施工に際してのコストが嵩むものとなってしまう。
【００１４】
本発明は、上記事情に鑑み行われたものであり、その目的は、押し出しピストンを構造的に強度なものとすることにより、ＥＣＬ工法によりシールドトンネルを構築するにあたって、コンクリート覆工の厚さ寸法を縮小することができ、これにより、トンネルの建設コストの低減を図るようなシールド掘削機を提供することにある。また、別の目的は、自硬性充填材打設管をシールド掘削機側に固定することにより、従来に比べてより信頼性に優れたシールド掘削機およびそれを用いたトンネル覆工方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１記載のシールド掘削機は、先端のカッターにより地盤を掘削しつつ掘削された地盤の周壁を所定の間隔を空けて型枠により覆い、該型枠と前記周壁との間に自硬性充填材を打設し、前記周壁の内面を覆工するためのシールド掘削機であって、該シールド掘削機のスキンプレートの内周面側には、自硬性充填材充填空間部が、前記周壁と前記型枠との間の空間に対向するよう形成され、該自硬性充填材充填空間部は、自硬性充填材注入部とピストン室とを前記スキンプレートの周方向に互いに隔てられて備えた構成とされ、該ピストン室の内部には、前後両方向にスライド自在とされるとともに、前記スキンプレート側に固定された圧力保持ジャッキによって駆動される押し出しピストンが配置され、該自硬性充填材注入部の内部には、自硬性充填材注入管が配置されることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２記載のシールド掘削機は、前記自硬性充填材充填空間部が、前記スキンプレートと該スキンプレートのテール部の内側に配置された内筒との間に形成されるとともに、前記自硬性充填材注入部と前記ピストン室とが、前記スキンプレートおよび前記内筒を連結する複数の隔壁によって前記スキンプレートの周方向に隔てられてなることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項３記載のシールド掘削機は、前記ピストン室の内壁面を形成するシリンダ部材が前記スキンプレートの内周面に一体に固定されることによって前記ピストン室が形成され、互いに隣り合う前記ピストン室の間の空間が、前記自硬性充填材注入部とされていることを特徴としている。
【００１８】
このようなシールド掘削機においては、自硬性充填材充填空間部が、自硬性充填材注入部とピストン室とに分割されており、周壁と型枠との間に自硬性充填材を注入する作業は、自硬性充填材注入部において行われ、注入した自硬性充填材の圧力を地山圧力よりも高く保持する作業は、ピストン室において行われることとなる。したがって、ピストン室内部に設けた押し出しピストンに自硬性充填材打設用の孔を形成する必要がなくなる。
【００１９】
請求項４記載のシールド掘削機は、前記自硬性充填材注入管は、前記スキンプレートに対して固定されていることを特徴とする。
【００２０】
このシールド掘削機は、上記のような構成とされているため、自硬性充填材注入管が、押し出しピストンの前後変位に従って動くことがない。
【００２１】
請求項５記載のシールド掘削機を用いたトンネル覆工方法は、シールド掘削機の先端のカッターにより地盤を掘削しつつ掘削された地盤の周壁を所定の間隔を空けて型枠により覆い、該型枠と前記周壁との間に自硬性充填材を打設し、前記周壁の内面を覆工するシールド掘削機を用いたトンネル覆工方法であって、該シールド掘削機として、スキンプレートの内周面側に、前記周壁と前記型枠との間の空間に対向するよう自硬性充填材充填空間部を形成し、該自硬性充填材充填空間部に、自硬性充填材注入部とピストン室とを形成するとともに、該ピストン室の内部に、前後両方向にスライド自在とされる押し出しピストンを配置したものを用い、前記自硬性充填材注入部の内部に、自硬性充填材注入管を配置するとともに、該自硬性充填材注入管を前記スキンプレート側に固定しておき、トンネルを掘進するに際し、前記押し出しピストンを後方に移動させて、前記周壁と前記型枠との間の空間に対して前記自硬性充填材注入管から注入充填された自硬性充填材を加圧しつつ、前記自硬性充填材注入管と前記スキンプレートとを一体的に前進させることを特徴とする。
【００２２】
このシールド掘削機を用いたトンネル覆工方法によれば、シールド掘削機が前方に掘進する際において、自硬性充填材注入管がシールド掘削機の中を動くことがない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るシールド掘削機およびそれを用いたトンネル覆工方法の第一および第二の実施の形態について、図１ないし図３０を参照して説明する。
【００２４】
［第一の実施の形態］
図１は、本発明におけるシールド掘削機Ｓpの主要部分を示す図である。このシールド掘削機Ｓpは、基本的に、上述した従来のシールド掘削機Ｓと同様の構成とされており、これら両者に共通する構成については同一符号を付すこととする。
【００２５】
すなわち、図１において、符号１は、地山ＪにおいてトンネルＴを掘削するためのシールド掘削機Ｓpのスキンプレートを示しており、２は、スキンプレート１の先端部に設けられて地山Ｊを掘削するためのカッター装置を、３は、スキンプレート１の後方側に配置された鉄筋を示している。また４は、鉄筋３をトンネルＴの内部側から覆うように組み立てられた型枠であり、型枠４とトンネルＴの周壁Ｔwとの間に、コンクリートやモルタル等の自硬性充填材を打設充填することにより、トンネル覆工壁Ｗが形成される。
【００２６】
また、符号５は、推進ジャッキであり、型枠４から反力を取って、シールド掘削機Ｓpを前進させる役割を果たすものである。また、符号６は、型枠４の最前部に取り付けられた妻型枠であり、妻型枠６は、主妻枠６ａと補助妻枠６ｂとから構成されたものである。さらに、符号７は自硬性充填材ポンプを、８は型枠４にトンネルＴの内部側から接続される自硬性充填材打設管を、９は型枠４と自硬性充填材打設管８との接続部に設けられているシャッタを示している。
【００２７】
このシールド掘削機Ｓpが先に示した従来のシールド掘削機Ｓと最も異なる点は、スキンプレート１と、そのテール部の内側に配置された内筒１０との間の空間が、型枠４と周壁Ｔwとの間の空間に対して連通状態に形成された自硬性充填材充填空間部２１とされるととともに、自硬性充填材充填空間部２１が、自硬性充填材注入部２３と、ピストン室２４とに分割されている点である。さらに、シールド掘削機Ｓpにおいては、上述の従来のシールド掘削機Ｓとは異なり、自硬性充填材注入部２３に、自硬性充填材注入管２６が、ピストン室２４に、押し出しピストン２７が、それぞれ別個に配置された構成とされている。
また、押し出しピストン２７は、ピストン室２４内部において前後両方向にスライド自在とされるとともに、スキンプレート１側に固定された圧力保持ジャッキ２８によって駆動される構成とされている。
【００２８】
図１に示したシールド掘削機ＳpのＩ−Ｉ断面を示したのが図２である。図中に示すように、自硬性充填材充填空間部２１は、スキンプレート１と内筒１０とを連結する隔壁３０によって、その周方向に分割されており、このうちの一部が自硬性充填材注入部２３とされ、また別の一部がピストン室２４とされている。
【００２９】
自硬性充填材注入部２３内部には、周壁Ｔwと型枠４との間に充填された自硬性充填材がシールド内に浸入することを防ぐための仕切板３２が配置されるとともに、仕切板３２には打設孔３３が設けられ、打設孔３３には自硬性充填材注入管２６の先端が挿通される。
【００３０】
また、ピストン室２４の内部には、押し出しピストン２７が配置されるとともに、押し出しピストン２７は、シールド掘削機Ｓpの軸線に平行な方向から圧力保持ジャッキ２８によって押圧されることとなる。
【００３１】
また、図１に示したシールド掘削機ＳpのＩＩ−ＩＩ断面を示したのが図３である。図中に示すように、自硬性充填材注入管２６は、自硬性充填材注入部２３にむけてのみ配置され、ピストン室２４には配置されない。
【００３２】
図４は、図３におけるＡ−Ａ断面を示した図であり、圧力保持ジャッキ２８および押し出しピストン２７を、シールド掘削機Ｓpの軸線方向と直交する方向から側面視した図である。図中に示すように、押し出しピストン２７には、そのスキンプレート１側と内筒１０側の周囲にシール部材３５が配置されている。また、押し出しピストンの２７の先端面すなわち打設自硬性充填材を直接的に押圧する面には、圧力センサ３６が取り付けられている。さらに、この圧力センサ３６は、圧力保持ジャッキ２８の駆動を制御する制御手段と接続されている。
【００３３】
次に、この圧力保持ジャッキ２８の制御機構の概要を、図５を参照して説明する。図５に示すように、圧力保持ジャッキ２８はピストン２８ａの前後両側に作動油が供給されることでピストン２８ａが前後両方向に駆動されるものとされており、したがってこの圧力保持ジャッキ２８はいずれかの側に作動油が選択的に供給されることで伸縮して押出しピストン２７を前後両方向に駆動させることができるものとなっている。
【００３４】
また、押し出しピストン２７を駆動するための圧力保持ジャッキ２８の油圧回路は、油圧ポンプユニット３８、圧力保持ジャッキ２８に供給する作動油の圧力を設定するための圧力制御弁３９、作動油の供給経路を切換えて圧力保持ジャッキ２８の駆動方向を切換えるための方向制御弁４０、作動油の流量を調節することで圧力保持ジャッキ２８の伸縮速度を調節するための流量方向制御弁４１および圧力計４２から構成されている。
【００３５】
一方、圧力センサ３６は、制御手段４３と接続されており、押出しピストン２７によって押圧されて加圧される自硬性充填材の圧力が刻々と検出されて制御手段４３に入力されるようになっている。なお、圧力センサ３６としては歪み計型の土圧計を用いることが好適であるが、自硬性充填材圧力を検出できるものであれば他の形式センサも適宜採用可能である。また、本実施の形態においては各押出しピストン２７に２つの圧力センサ３６を設けてその１つを予備としているが、予備は必ずしも設けることはないし、あるいはそれら２つの圧力センサ３６の双方（もしくはさらに多数の圧力センサ）により同時に圧力を検出して検出精度向上を図るようにしても良い。
【００３６】
さらに、制御手段４３は、計装用コンディショナ４４およびプログラマブルコントローラ４５から構成されている。計装用コンディショナ４４は圧力センサ３６からの検出信号を取込んでそれを表示するとともに、自硬性充填材圧力Ｐeの上限値Ｐe1、下限値Ｐe2、およびヒステリシス（不感帯）の設定を行なうためのものである。また、プログラマブルコントローラ４５は、計装用コンディショナ４４からの指示信号に基づき、上記の方向制御弁４０に制御信号を出力して圧力保持ジャッキ２８の作動を制御するものである。
【００３７】
次に、自硬性充填材注入管２６の構造の詳細についてを、図６ないし図１１を参照して説明する。図６は、図３におけるＢ−Ｂ断面を示した図であり、自硬性充填材注入管２６の構造を、シールド掘削機Ｓpの軸線方向と直交する側断面から見たものである。図中に示すように、自硬性充填材注入管２６は、その先端２６ａが、内筒１０のテール部１０ａにまでに至るような状態で、スキンプレート１と内筒１０との間に配置されている。
【００３８】
図中に示すように、自硬性充填材注入管２６は、その先端２６ａが、仕切板３２に設けられた打設孔３３の内部に挿通されており、その胴部２６ｂが、配管固定用プレート４６および配管固定用基礎プレート４７を介してスキンプレート１に対して固定された構成とされている。
【００３９】
図６におけるｃ−ｃ断面およびｄ−ｄ断面を示したのが、図７および８である。これらの図に示すように、自硬性充填材注入管２６は、円筒を軸線に沿った平面で２つに分割した形状とされた半割体４８，４８から構成されており、これら半割体４８，４８が、自硬性充填材の流路４９を挟んで相対するように配置されることによって、自硬性充填材注入管２６が構成されている。
【００４０】
半割体４８，４８においては、図６に示したように、その先端４８ａ、４８ａ側が拡径されることによりフランジ５１，５１が形成されており、フランジ５１，５１は、図６、７、８に示すように、半割体４８，４８の先端部４８ａ，４８ａに向かって、その外周面５１ａ，５１ａが直線的に縮径する構成とされている。
【００４１】
さらに、図６、７、８に示すように、仕切板３２に形成された打設孔３３の形状は、フランジ５１，５１の外周面５１ａ，５１ａと相補形状となるように、ロート状とされている。
【００４２】
図９は、図６におけるｅ−ｅ断面を示した図である。図中に示すように、自硬性充填材注入管２６の胴部２６ｂにおいては、半割体４８は、接続用プレート４８ｂが設けられた構成とされており、相対するように配置された接続用プレート４８ｂ，４８ｂの間には、パッキン５３が配置される構成とされている。接続用プレート４８ｂ，４８ｂ同士は、ボルト５４およびナット５５によって連結されており、これによりパッキン５３は、接続用プレート４８ｂ，４８ｂによって両側から押圧される。このため、流路４９の水密性が保たれることとなる。
【００４３】
図１０は、図６におけるｆ−ｆ断面を示した図である。図中に示すように、自硬性充填材注入管２６を構成する半割体４８，４８には、それぞれ、配管固定用プレート４６，４６が取り付けられており、これら配管固定用プレート４６，４６は、スキンプレート１に固定された配管固定用基礎プレート４７に対して、ボルト５６によって固定されている。これにより、自硬性充填材注入管２６が、スキンプレート１側に固定されることとなる。
【００４４】
図１１は、図６におけるｇ−ｇ断面を示した図である。図中に示すように、配管固定用基礎プレート４７には、自硬性充填材注入管２６を挿通するための開口部５７が設けられているとともに、開口部５７の周囲には、ボルト５６（図１０参照）を固定するための孔５８が設けられている。孔５８には、ボルト５６が螺着できるように雌ネジが切られている。
【００４５】
以上において、シールド掘削機Ｓpの主要な構成を説明したが、次に図１２ないし図１５を参照して、シールド掘削機Ｓpを用いたトンネルＴの覆工方法について説明する。
なお、図１２ないし図１５においては、（ａ）において、ピストン室２４およびその近傍を拡大して示した図を、（ｂ）において、自硬性充填材注入部２３およびその近傍を拡大して示した図を示すこととする。
【００４６】
まず、図１２に示すように、内筒１０の内側において、鉄筋３を組み立てるとともに、この鉄筋３の内側に型枠４を組立てる。さらに、内筒１０と型枠４との間を閉塞する主妻枠６ａを、その一端が内筒１０の内面に接するように配置し、主妻枠６ａの他端側に生じる型枠４の外面の間の隙間を、型枠４の内側から補助型枠６ｂを突出させることにより塞ぐ。また、推進ジャッキ５は、型枠４に当接させておき、型枠４から推進ジャッキ５が反力をとることができるようにしておく。このとき、自硬性充填材圧力Ｐ0が地山圧力ＰJよりも常に高くなるように、圧力保持ジャッキ２８を駆動して押し出しピストン２７により打設自硬性充填材を加圧しておく。これにより地下水が浸入してくることが防止されている。
【００４７】
次に、図１３に示すように、型枠４、内筒１０および妻型枠６，６によって囲まれた部分の空間６０に、打設管８から自硬性充填材Ｃを打設する。このとき、トンネルＴの周壁Ｔwと型枠４との間に充填された自硬性充填材Ｃが、地山圧力ＰJを上回る所定の圧力Ｐoを保つように、制御手段４３（図５参照）により圧力保持ジャッキ２８を操作しておく。
【００４８】
空間６０に自硬性充填材Ｃが充填され、空間６０内の自硬性充填材Ｃの圧力Ｐrが、先行打設されている自硬性充填材圧力Ｐoと同等あるいはやや高くなった時点で、図１４に示すように、打設管８のシャッタ９を閉じるとともに、先行の補助妻枠６ｂを引き下げて後行打設部分を先行打設部分とを連通させる。これにより両者の打設自硬性充填材が一体化されることとなり、さらに、それら全体の自硬性充填材圧力Ｐoが地山圧力Ｐjより高いままに保持されることとなる。
【００４９】
図１４に示すように、空間６０内への自硬性充填材Ｃの打設が完了したら、次に、自硬性充填材注入部２３内に配置された自硬性充填材注入管２６から、トンネルＴの周壁Ｔwと型枠４との間の空間に、自硬性充填材Ｃを打設する。このとき、押出しピストン２７は、圧力保持ジャッキ２８により常に後方（図示右方）へ押圧されるが、自硬性充填材の打設圧力により自硬性充填材圧力Ｐoが上昇した場合には、制御手段４３（図５参照）によって、圧力保持ジャッキ２８の作動を漸次前進（図示左方へ移動）するように制御し、自硬性充填材圧力Ｐoを所定の値に保つこととする。
【００５０】
制御手段４３による圧力保持ジャッキ２８の制御の手順は以下の通りである。まず、あらかじめ計装用コンディショナ４４により自硬性充填材圧力Ｐoの上限値Ｐo1、下限値Ｐo2、ヒステリシスの設定を行なっておく。それらの値は地山Ｊの状況等を考慮して適宜設定すれば良いが、一例をあげれば、上限値Ｐo1を地山圧力Ｐj＋１.０kgf/cm²、下限値Ｐo2を地山圧力Ｐj＋０.５kgf/cm²、上限および下限でのヒステリシスをそれぞれ０.２kgf/cm²と設定する。
【００５１】
上記のように、自硬性充填材注入管２６を通じて、トンネルＴの周壁Ｔwと型枠４との間の空間に自硬性充填材Ｃを打設すれば、打設が進むにつれて自硬性充填材圧力Ｐoは高まっていくこととなる。この自硬性充填材圧力Ｐoは圧力センサ３６により刻々と検出されるとともに、自硬性充填材圧力Ｐoが上限値Ｐo1に達した時点（各設定値を上記で例示した値に設定した場合にはＰo＝Ｐj＋１.０kgf/cm²となった時点）で計装用コンディショナ４４からコントローラ４５に指示信号が出力され、コントローラ４５は方向制御弁４０に制御信号を出力してそれを圧力保持ジャッキ２８を縮退させる方向に切換える。これにより圧力保持ジャッキ２８は徐々に縮退していき、自硬性充填材圧力Ｐoは上限値Ｐo1から低下していく。
【００５２】
この圧力保持ジャッキ２８の縮退は、自硬性充填材圧力Ｐoがヒステリシス分だけ低下するまで（上記の場合はＰj＋０.８kgf/cm²となるまで）継続し、自硬性充填材圧力Ｐoがその値に達したことが圧力センサ３６により検出されたら、計装用コンディショナ４４からコントローラ４５に指示信号が出力され、コントローラ４５は方向制御弁４０に制御信号を出力してそれをニュートラルの位置に切換え、圧力保持ジャッキ２８への作動油の供給を停止してそれをロックする。これにより自硬性充填材圧力Ｐoの低下が停止することとなる。
【００５３】
さらに自硬性充填材打設が継続されれば自硬性充填材圧力Ｐoは再び上昇するが、それに伴い以上の動作が自動的に繰り返されて自硬性充填材圧力Ｐoは上限値Ｐo1を越えて上昇することがない。
【００５４】
以上のようにして圧力保持ジャッキ２８によって、自硬性充填材圧力Ｐoを所定の値に保ちながら、トンネルＴの周壁Ｔwと型枠４との間の空間に、自硬性充填材Ｃを打設していくわけであるが、自硬性充填材Ｃの打設量が一定の値に達したら、今度は、推進ジャッキ５を作動させてシールド掘削機Ｓpを前方に掘進させる。
【００５５】
シールド掘削機Ｓpを掘進させる際には、圧力保持ジャッキ２８および押出しピストン２７もともに前進していくので、自硬性充填材圧力Ｐoは低下することになるが、自硬性充填材圧力Ｐoは、地山圧力ＰJよりも大きい値に保っておく必要があり、このためには、押出しピストン２７により打設自硬性充填材を押圧して自硬性充填材圧力Ｐoを保持しておかなければならない。したがって、この場合には、制御手段４３および圧力保持ジャッキ２８を以下のように作動させて後方（図中右方）へ移動させることとする。
【００５６】
すなわち、掘進につれて低下していく自硬性充填材圧力Ｐoは圧力センサ３６により刻々と検出され、自硬性充填材圧力Ｐoが下限値Ｐo2に達した時点（各設定値を上記で例示した値に設定した場合にはＰo＝Ｐj＋０.５kgf/cm²となった時点）で計装用コンディショナ４４からコントローラ４５に指示信号が出力され、コントローラ４５は方向制御弁４０に制御信号を出力して、それを圧力保持ジャッキ２８を伸長させる方向に切換える。これにより圧力保持ジャッキ２８は徐々に伸長して自硬性充填材を加圧していき、自硬性充填材圧力Ｐoは下限値Ｐo2から上昇していく。自硬性充填材圧力Ｐoがヒステリシス分だけ上昇するまで（上記例の場合にはＰj＋０.７kgf/cm²となるまで）それが継続し、自硬性充填材圧力Ｐoがその値に達したことが圧力センサ３６により検出されたら、計装用コンディショナ４４からコントローラ４５に指示信号が出力され、コントローラ４５は方向制御弁４０に制御信号を出力してそれをニュートラルの位置に切換え、圧力保持ジャッキ２８への作動油の供給を停止してそれをロックする。これにより自硬性充填材圧力Ｐoの上昇はその時点で停止する。さらに掘進が継続されれば自硬性充填材圧力Ｐoは再び低下するが、それに伴い以上の動作が自動的に繰り返されて自硬性充填材圧力Ｐoは下限値Ｐo2を越えて低下することがない。
【００５７】
このようにシールド掘削機Ｓpを掘進させる際には、以上のようにして、押し出しピストン２７を後方へ移動させて打設自硬性充填材を加圧しつつ、その一方で、スキンプレート１側に固定された自硬性充填材注入管２６をスキンプレート１とともに一体的に移動させることとする。これにより、トンネル掘進時に自硬性充填材注入管２６がシールド掘削機Ｓp内を動くことがなくなる。
【００５８】
また、このように、トンネルＴの掘進を行ったら、その後に、図１５に示すように、推進ジャッキ５を引戻し、図１２に示したように、推進ジャッキ５と型枠４および鉄筋３との間の空間に、新たな鉄筋３の配筋と型枠４の組み立てを行なう。また、この場合にも、常に打設自硬性充填材圧力Ｐoが、地山圧力ＰJを上回るように、圧力保持ジャッキ２８を制御して押し出しピストン５２により打設自硬性充填材を押圧する。
【００５９】
本実施の形態においては、以上の手順を繰り返してトンネルＴの掘進が行なわれることとなる。なお、上記の制御手段４３による圧力保持ジャッキ２８制御動作は電気的に行なわれるから、リリーフ弁等を作動させることによりり圧力保持ジャッキ２８を縮退させるようにする場合と比較して、応答性の点で格段に優れたものとなっている。したがって、自硬性充填材圧力Ｐoが急激に変化したような場合であっても圧力保持ジャッキ２８が速やかに追随して自硬性充填材圧力Ｐoが上限値Ｐo1あるいは下限値Ｐo2を越えてしまうようなことはない。また、上記の手順において、自硬性充填材注入部２３への自硬性充填材打設とシールド機Ｓpの掘進を同時に行なうようにしてもよいが、この場合に、自硬性充填材注入部２３内における自硬性充填材圧力Ｐoはより複雑に変化したとしても、圧力センサ３６により検出される実際の自硬性充填材圧力Ｐoに応じて圧力保持ジャッキ２８が自ずと最適に作動し、自硬性充填材圧力Ｐoが上限値Ｐo1を越えて上昇したり下限値Ｐo2を越えて低下することが確実に防止されることとなる。
【００６０】
上述のシールド掘削機Ｓpにおいては、スキンプレート１と内筒１０との間に、周壁Ｔwと型枠４との間の空間と連通した自硬性充填材注入部２３とピストン室２４とが別個に形成されており、これらのうち、自硬性充填材注入部２３には、自硬性充填材注入管２６が、ピストン室２４には、押し出しピストン２７が配置される構成とされている。
【００６１】
このように、自硬性充填材注入部２３とピストン室２４とを分離したことにより、押し出しピストン２７に自硬性充填材打設のための孔を設ける必要がなくなり、したがって、押し出しピストン２７において断面欠損が生じることがなく、従来と比較して、押し出しピストン２７の構造的な強度が高められる。これにより、自硬性充填材圧力Ｐoを高い値に設定した場合にも、押し出しピストン２７の幅を大きくして、その構造的な強度を高める必要がなくなり、トンネルＴの覆工厚さ寸法を、従来技術と比較して小さくすることができる。したがって、トンネルＴにおいて、同一の内部空間を確保しようとする場合、従来技術を用いた場合に比べてトンネルＴの掘削断面積を小さくして、その建設コストの低減化を図ることができる。
【００６２】
さらに、上述のシールド掘削機Ｓpにおいては、自硬性充填材注入管２６が、配管固定用プレート４６および配管固定用基礎プレート４７を介してスキンプレート１に固定される構成とされる。これにより、自硬性充填材注入管２６によってトンネルＴの周壁Ｔwと型枠４との間の空間に自硬性充填材Ｃを打設していく場合や、シールド掘削機Ｓpを前方に掘進させる場合にも、自硬性充填材注入管２６がシールド掘削機Ｓpの中を動くことがなく、従来のシールド掘削機Ｓのように自硬性充填材打設管１５の移動スペースを、その内部に開けておく必要がなくなる。
【００６３】
また、シールド掘削機Ｓpにおいては、自硬性充填材注入管２６がシールド掘削機Ｓpの中を移動しないために、自硬性充填材注入管２６をフレキシブルホースのような柔軟性をもった素材により形成する必要がなく、自硬性充填材打設時に、ホースが振れたりするような不具合が生じない。このように、本実施の形態のシールド掘削機Ｓpは、従来のものにくらべて、使用性に優れたものとなる。
【００６４】
さらに、シールド掘削機Ｓpは、自硬性充填材注入管２６が、スキンプレート１側に固定されるために、フレキシブルホースなどを用いた配管にくらべて、管の配置や形状等が複雑になる懸念が少なく、これにより、管の内部において自硬性充填材Ｃが詰まる心配も減少する。したがって、このシールド掘削機Ｓpは、従来のものにくらべて、安全性においても優れている。
【００６５】
また、上述のシールド掘削機Ｓpを用いたトンネル覆工方法によれば、シールド掘削機Ｓpを前方に掘進させる際に、自硬性充填材注入管２６がシールド掘削機Ｓpの中を動くことがないため、自硬性充填材注入管２６の移動スペースを、その内部に開けておく必要がなくなる。これにより、シールド掘削機Ｓp内部の空間を有効に利用することができる。
【００６６】
また、このトンネル覆工方法においては、自硬性充填材注入管２６がスキンプレート１側にあらかじめ固定されており、トンネルＴの掘進時には、ピストン室２４において押し出しピストン２７により打設自硬性充填材の押圧が行われるとともに、自硬性充填材注入部２３において、自硬性充填材注入管２６がスキンプレート１と一体となって前進する。このような覆工方法を採用したことにより、自硬性充填材注入管２６をフレキシブルホースのような柔軟性をもった素材によって形成しておく必要がなくなる。したがって、自硬性充填材打設管２６が振れたり、その配置や形状等が複雑になるなどの心配がなく、さらに、管の内部において自硬性充填材Ｃが詰まる心配も減少し、シールド掘削機Ｓpの信頼性が向上することとなる。
【００６７】
以上において、第一の実施の形態を説明したが、本発明は上記第一の実施の形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲で、上記実施の形態の構成の一部を以下のように変更することが可能である。
【００６８】
例えば、図１６に示すように、本発明のシールド掘削機Ｓpを、トンネル覆工壁Ｗに鉄筋が配筋されないようなトンネルＴ’に適用するようにしてもよい。この場合のシールド掘削機Ｓpに係る作用および効果は、鉄筋の配置を行う手順が省略されることを除けば、上記実施の形態と全く同様である。また、図１６のようにシールド掘削機Ｓpを、トンネルＴ’の構築に適用した場合には、内筒１０のテール部１０ａと型枠４との間に、ステンレス板などの材料からなるテールシール６２を配置して、シールド掘削機Ｓp内に自硬性充填材Ｃが浸入しないようにすることが好適である。図１７は、このテールシール６２の形状を拡大して示した図である。このように、テールシール６２は内筒１０に対して、ボルト６３によって接合される。また、テールシール６２を用いることによって、内筒１０と型枠４との間に間隙６４を形成して、シールド掘削機Ｓpがスムーズに移動するようにすることが可能である。
【００６９】
また、図１８は、図２に示した上記実施の形態のシールド掘削機Ｓpのテール部の構成を変形した場合の例である。なお、図中においては、上記実施の形態と相違する内筒１０とスキンプレート１との間の自硬性充填材充填空間部２１の構成のみが図示されている。
【００７０】
図１８に示した自硬性充填材充填空間部２１は、図２に示したものと同様に、隔壁３０によってその周方向に分割されており、なおかつ、自硬性充填材注入管２６の配置された自硬性充填材注入部２３と、押し出しピストン２７が配置されたピストン室２４とを備えて構成されているが、その他に、自硬性充填材注入管２６と押し出しピストン２７のいずれもが配置されない空間６５を備えた構成とされている。また、図１９は、図１８におけるｈ−ｈ断面を示した図であり、空間６５のテール部には、先端閉塞用プレート６６が配置されており、打設された自硬性充填材がシールド掘削機Ｓp内に浸入しないような構成とされている。
【００７１】
自硬性充填材が十分流動性を保っていれば、自硬性充填材の圧力は遠くまで伝播するため、上記実施の形態のように、自硬性充填材充填空間部２１の全てを自硬性充填材注入部２３と押し出しピストン２７とのみによって形成する必要はなく、自硬性充填材充填空間部２１を、図１８に示したような構成とすることも可能である。
【００７２】
さらに、図２０は、シールド掘削機Ｓpを、矩形トンネルを構築するための矩形シールド機として構成した場合の図である。図１８と同様に、ここでも自硬性充填材充填空間部２１の構成のみが示されている。図２および図１８と同様に、自硬性充填材充填空間部２１は、隔壁３０によってその周方向に分割されており、なおかつ、自硬性充填材注入管２６の配置された自硬性充填材注入部２３と、押し出しピストン２７が配置されたピストン室２４とを備えて構成されている。さらに、この場合にも、図１８に示したものと同様に、自硬性充填材充填空間部２１を自硬性充填材注入管２６および押し出しピストン２７のいずれもが配置されない空間６５を備えたものとすることも可能である。
【００７３】
［第二の実施の形態］
次に、本発明に係る第二の実施の形態について説明する。以下に説明する第二の実施の形態は、鉄筋を配筋せずにトンネルを構築するためのシールド掘削機およびそれを用いたトンネル覆工方法についての例であり、前記第一の実施の形態と共通する構成については同符号を付し、その説明を省略する。
【００７４】
図２１に示すように、地山ＪにおいてトンネルＴ’を掘削するためのシールド掘削機Ｓp’は、スキンプレート１の先端部に地山Ｊを掘削するカッター装置２を備え、スキンプレート１内には推進ジャッキ５を備えている。
このシールド掘削機Ｓp’では、スキンプレート１の後方側で型枠４が組み立てられ、この型枠４とトンネルＴ’の周壁Ｔwとの間に自硬性充填材を打設充填することにより、無筋（鉄筋の配筋されていない）トンネル覆工壁Ｗ’が形成される構成となっている。
【００７５】
このシールド掘削機Ｓp’が前記第一の実施の形態で示したシールド掘削機Ｓpと最も異なる点は、シールド掘削機Ｓp’は、前記第一の実施の形態におけるシールド掘削機Ｓpの如く、スキンプレート１のテール部の内側に内筒１０（図１参照）を備えていない点である。
【００７６】
すなわち、シールド掘削機Ｓp’には、スキンプレート１のテール部の内側に、自硬性充填材充填空間部１０１が型枠４と周壁Ｔwとの間の空間に対して連通状態に形成されている。図２２に示すように、この自硬性充填材充填空間部１０１は、自硬性充填材注入部１０３とピストン室１０４とが互いに分割され、これらがスキンプレート１の周方向において交互に並べられて配設された構成からなっている。
【００７７】
ピストン室１０４は、スキンプレート１の内周面に一体に設けられたシリンダ部材１０５によって形成されている。シリンダ部材１０５は、スキンプレート１の内周面に略直交する側壁部１０５ａ，１０５ａと、スキンプレート１の内周面よりも所定寸法内側に位置する円弧状の内壁部１０５ｂとから形成された断面視略コ字状で、両側端部の側壁部１０５ａ，１０５ａがスキンプレート１の内周面に溶接される等して一体に固定されている。つまり、ピストン室１０４は、シリンダ部材１０５の側壁部１０５ａ，１０５ａおよび内壁部１０５ｂと、スキンプレート１の内周面とに囲まれて形成されているのである。
【００７８】
このピストン室１０４内には、押し出しピストン２７が、前後両方向にスライド自在に配設され、これがスキンプレート１側に固定された圧力保持ジャッキ２８によって進退駆動されて、シールド掘削機Ｓp’の軸線に平行な方向から押圧できる構成となっている。
【００７９】
図２３（ａ）は、図２２のシールド掘削機Ｓp’のＡ’−Ａ’断面を、つまり圧力保持ジャッキ２８および押し出しピストン２７をシールド掘削機Ｓp’の軸線方向と直交する方向から側面視した図である。図中に示すように、押し出しピストン２７には、そのスキンプレート１側とシリンダ部材１０５の内壁部１０５ｂ側の周囲にシール部材３５が配置されている。この圧力保持ジャッキ２８による圧力保持機構、およびそのための制御機構は、前記第一の実施の形態で説明した通りであり、ここではその説明を省略する。
【００８０】
図２２に示したように、自硬性充填材充填空間部１０１には、シリンダ部材１０５によって周方向に間隔を隔てて複数のピストン室１０４が設けられ、これらピストン室１０４以外の部分、言い換えると、隣り合うピストン室１０４，１０４間に前記自硬性充填材注入部１０３が形成されたこととなる。
【００８１】
図２３（ｂ）は、図２２のシールド掘削機Ｓp’のＢ’−Ｂ’断面を示している。自硬性充填材注入部１０３の内部には、スキンプレート１の後端部位置に、周壁Ｔwと型枠４との間に充填された自硬性充填材がシールド内に浸入することを防ぐためのエンドプレート１０６が設けられている。
そして、図２３（ｂ）に示したように、このエンドプレート１０６には打設孔３３が設けられ、この打設孔３３に自硬性充填材注入管２６の先端が挿通されている。図２２に示したように、各自硬性充填材注入管２６は、自硬性充填材注入部１０３にむけてのみ配置され、ピストン室１０４には配置されていない。
【００８２】
また、図２３（ａ）および（ｂ）に示したように、ピストン室１０４を構成するシリンダ部材１０５の内壁部１０５ｂ、および自硬性充填材注入部１０３に設けられたエンドプレート１０６には、それぞれその内周側の端縁部に、内方で組立てる型枠４との隙間をシールするテールシール１０７が取り付けられている。
【００８３】
このような構成のシールド掘削機Ｓp’では、前記第一の実施の形態で示したシールド掘削機Ｓpと同様に、地山Ｊをカッター装置２で掘削し、その後方のスキンプレート１内で組み上げた型枠４と周壁Ｔwとの間に自硬性充填材を打設充填することによりトンネル覆工壁Ｗ’（ただし、無筋である）を形成しつつ、推進ジャッキ５で型枠４に反力をとって掘進方向に推進していくことによってトンネルＴ’を構築していくようになっている。
【００８４】
そして、型枠４と周壁Ｔwとの間に自硬性充填材を打設充填するときには、自硬性充填材注入部１０３の自硬性充填材注入管２６から、エンドプレート１０６の後方の型枠４と周壁Ｔwとの間の空間に自硬性充填材を打設しつつ、ピストン室１０４内の押し出しピストン２７を圧力保持ジャッキ２８で進退駆動させることによって、打設した自硬性充填材を押圧して所定以上の圧力に保持するようになっている。
【００８５】
上述したシールド掘削機Ｓp’では、スキンプレート１の内周面側に、周壁Ｔwと型枠４との間の空間と連通した自硬性充填材充填空間部１０１が配設され、この自硬性充填材充填空間部１０１には自硬性充填材注入部１０３とピストン室１０４とが別個に形成された構成となっている。これにより、前記第一の実施の形態と同様に、ピストン室１０４の押し出しピストン２７に自硬性充填材打設のための孔を設ける必要がなくなり、断面欠損が生じることがないので押し出しピストン２７の構造的な強度が高められる。したがってトンネルＴ’の覆工厚さ寸法を、従来技術と比較して小さくすることができ、トンネルＴ’において同一の内部空間を確保しようとする場合、従来技術を用いた場合に比べてトンネルＴの掘削断面積を小さくして、その建設コストの低減化を図ることができる。
【００８６】
さらに、上述のシールド掘削機Ｓp’においては、自硬性充填材注入管２６がエンドプレート１０６等を介してスキンプレート１に固定される構成となっており、これにより、前記第一の実施の形態と同様、自硬性充填材注入管２６がシールド掘削機Ｓp’の中を動くことがない。したがって、スキンプレート１内の空間の有効利用が図られるとともに、、使用性および安全性に優れたものとなる。
【００８７】
加えて、上述した第二の実施の形態におけるシールド掘削機Ｓp’は、前記第一の実施の形態におけるシールド掘削機Ｓpとは異なり、スキンプレート１の内周面にその両側端部が固定されたシリンダ部材１０５によってピストン室１０４が形成された構成となっている。前記第一の実施の形態におけるシールド掘削機Ｓpにおいては、図２に示したように、スキンプレート１のテール部に内筒１０が設けられ、二重構造となっている。このようにテール部を二重にして内筒１０を製作する場合にはその溶接に手間がかかり、特にピストン室２３の精度を確保するためには、内筒１０が大型で、しかも内筒１０とスキンプレート１との間に隔壁３０を設置しなければならないために多大な手間が必要となり、製作費が嵩む原因となる。これに対して、本第二の実施の形態におけるシールド掘削機Ｓp’では、スキンプレート１の内周面にシリンダ部材１０５を溶接するのみでよいので、前記のような問題が発生せず、製作を容易に行って製作費を低減することが可能となる。さらに、シリンダ部材１０５に押し出し材や鋳造品等を用い、予め所定形状に成形しておけば、この効果はより一層顕著なものとなる。
【００８８】
なお、上記第二の実施の形態においても、前記第一の実施の形態と同様、他の変形例にも適用可能である。
【００８９】
例えば、図２４に示すものは、上記実施の形態のシールド掘削機Ｓp’のテール部の構成を変形した場合の例である。なお、図中においては、上記実施の形態と相違する自硬性充填材充填空間部１０１の構成のみが図示されている。
自硬性充填材充填空間部１０１は、図２２に示したものと同様に、シリンダ部材１０５によってピストン室１０４が形成され、互いに隣接するピストン室１０４，１０４間の空間が自硬性充填材注入部１０３とされた構成となっているが、その他に、自硬性充填材注入管２６と押し出しピストン２７のいずれもが配置されない空間１０９を備えている。図２５は、図２４におけるｈ’−ｈ’断面を示した図であり、空間１０９のテール部には、エンドプレート１１０が配置されており、打設された自硬性充填材がシールド掘削機Ｓp’内に浸入しないような構成とされている。
自硬性充填材が十分流動性を保っていれば、自硬性充填材の圧力は遠くまで伝播するため、上記実施の形態のように、自硬性充填材充填空間部１０１の全てを自硬性充填材注入部１０３とピストン室１０４とのみによって形成する必要はなく、自硬性充填材充填空間部１０１を、図２４に示したような構成とすることも可能である。
【００９０】
さらに、図２６に示すものは、シールド掘削機Ｓp’を、矩形トンネルを構築するための矩形シールド機として構成した場合の図である。図２４と同様に、ここでも自硬性充填材充填空間部１０１の構成のみが示されている。図２２および図２４と同様に、自硬性充填材充填空間部１０１は、シリンダ部材１０５によってピストン室１０４が形成され、互いに隣接するピストン室１０４，１０４間の空間が自硬性充填材注入部１０３とされて構成されている。さらに、この場合にも、図２４に示したものと同様に、自硬性充填材充填空間部１０１を自硬性充填材注入管２６および押し出しピストン２７のいずれもが配置されない空間１０９を備えたものとすることも可能である。
【００９１】
また、図２７に示すものは、円形シールドで、かつ自硬性充填材を打設する部分の覆工厚が厚い場合に用いるシールド掘削機Ｓp’として構成した場合の図である。このシールド掘削機Ｓp’では、スキンプレート１のテール部の内側に、自硬性充填材充填空間部１０１が型枠４と周壁Ｔwとの間の空間に対して連通状態に形成されている。この自硬性充填材充填空間部１０１は、自硬性充填材注入部１０３と、断面視円形のシリンダ部材１１２によって形成されたピストン室１０４とが、スキンプレート１の周方向において交互に配設された構成からなっている。自硬性充填材注入部１０３は、互いに隣接するピストン室１０４，１０４間に配設され、この自硬性充填材注入部１０３には自硬性充填材注入管２６が配されている。図２８（ａ）および（ｂ）に示すように、このシールド掘削機Ｓp’には、スキンプレート１のテール部の内側にエンドプレート１１３が設けられており、シリンダ部材１１２および自硬性充填材注入管２６は、このエンドプレート１１３の所定位置に形成された孔１１４に固定されている。
このように、自硬性充填材の覆工厚が厚い場合等には、シリンダ部材１１２を筒状とし、これをエンドプレート１１３等を介してスキンプレート１に一体に固定する構成としても良い。
【００９２】
ところで、本出願人は、大断面トンネルを構築するための技術として、例えば特願平９−２７４８７２号に示す技術を既に提案している。これは、図２９に示すように、例えば断面視略日字状のトンネル構造体１２１を構築し、その内方に空間を形成するもので、このトンネル構造体１２１は、断面視円形の円形シールドトンネル１２２と、互いに平行な平面を有した平面シールドトンネル１２３とが周方向交互に配置され、これらがその一部を互いに重合させて一体化された構成からなっている。各平面シールドトンネル１２３は、その内部に組み上げる型枠（セグメント）１２４が、相対向する２面が平板部１２４ａ，１２４ａとされ、これら平板部１２４ａの両側の２面が、略円弧状の凹部１２４ｂ，１２４ｂとなるよう構成された特殊なものである。
【００９３】
本発明に係る技術は、このような大断面トンネルを構成する平面シールドトンネル１２３の構築に際して用いるシールド掘削機Ｓp”にも適用が可能であり、図３０に示すように、シールド掘削機Ｓp”は、断面視矩形のスキンプレート１内で組み上げる特殊形状の型枠１２４の凹部１２４ｂと周壁Ｔwの間の空間に自硬性充填材充填空間部１２５が形成されている。この自硬性充填材充填空間部１２５は、自硬性充填材注入部１０３と、断面視円形のシリンダ部材１１２によって形成されたピストン室１０４とが、スキンプレート１の周方向に互いに隔てられて配設された構成からなっている。自硬性充填材注入部１０３には自硬性充填材注入管２６が配されている。図２８（ａ）および（ｂ）に示したように、このシールド掘削機Ｓp”には、スキンプレート１のテール部の内側に自硬性充填材充填空間部１２５に対応したエンドプレート１２６が設けられており、シリンダ部材１１２および自硬性充填材注入管２６は、このエンドプレート１２６の所定位置に形成された孔１２７に固定されている。
このように、自硬性充填材の覆工部分の形状が特殊である場合にも、シリンダ部材１１２を、エンドプレート１２６等を介してスキンプレート１に一体に固定する構成としても良い。
【００９４】
また、上記第一および第二の実施の形態において、図９に示したような上記実施の形態の自硬性充填材注入管２６の断面形状を図３１や図３２のようにしても差し支えない。このように、自硬性充填材注入管２６の断面を楕円形や長方形のような偏平な形状とすることにより、図９に示した円形の場合の流路４９と同一あるいはそれ以上の断面積を確保しながら、スキンプレート１と内筒１０との間の幅寸法を縮小することができ、これによりトンネルＴの覆工厚さを低減して、トンネルＴの掘削断面積を縮小化することができる。また、自硬性充填材注入管２６を、長方形の形状とした場合には、硬化後の自硬性充填材を取り出すときに便利なように、図３２に示すように、その内部にテーパー部６８を設けておくのが好適である。また、図３２において示した自硬性充填材注入管２６を構成する半割体４８，４８としては、溝型鋼を使用することが好適である。
【００９５】
なお、図３１や図３２に示すように自硬性充填材注入管２６を形成する場合、自硬性充填材注入管２６を全てに渡って偏平な形状とする必要はなく、自硬性充填材注入部に挿通される部分だけを図３１、図３２に示すような形状とすればよい。この場合、自硬性充填材注入部に挿通される部分以外を、通常の円形断面によって構成し、徐々に断面を楕円形あるいは長方形に変化させるようにすれば、断面が変化する部分での圧力損失を防ぐことができる。また、このように自硬性充填材注入管２６を偏平断面とした場合には、円形断面に比較して自硬性充填材の圧力損失が大きくなるため、偏平断面部においては、円形断面部よりも断面積を大きくすることが好適である。
【００９６】
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない範囲内であれば、いかなる構成を採用しても良く、また上記したような構成を適宜選択的に組み合わせたものとしても良いのは言うまでもない。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係るシールド掘削機によれば、スキンプレートの内周面側に形成された自硬性充填材充填空間部が、その周方向に互いに隔てられた自硬性充填材注入部とピストン室とを備えて構成されている。さらに、これらのうち、自硬性充填材注入部には自硬性充填材注入管が、ピストン室には押し出しピストンが配置された構成となっている。また、請求項２に係るシールド掘削機によれば、自硬性充填材充填空間部が、スキンプレートとスキンプレートのテール部の内側に配置された内筒との間に形成されるとともに、自硬性充填材注入部とピストン室とが、スキンプレートおよび内筒を連結する複数の隔壁によって隔てられた構成となっている。
本発明のシールド掘削機においては、このように、自硬性充填材注入部とピストン室とが分離されており、押し出しピストンに自硬性充填材打設のための孔を設ける必要がなく、押し出しピストンにおいて断面欠損が生じない。このため、従来と比較して、押し出しピストンの構造的な強度が高められ、その結果、押し出しピストンの幅を小さくして、トンネル覆工の厚さ寸法を従来技術と比較して縮小化することができる。これにより、トンネルの掘削断面積を小さくして、建設コストの低減化を図ることができる。
【００９８】
請求項３に係るシールド掘削機によれば、ピストン室が、その内壁面を形成するシリンダ部材をスキンプレートの内周面に固定することによって形成され、互いに隣り合うシリンダ部材間の空間を自硬性充填材注入部とした構成となっている。これにより、スキンプレートのテール部に内筒を設けて二重構造とする必要もなく、シールド掘削機の製作費を低減することが可能となる。
【００９９】
請求項４に係るシールド掘削機においては、自硬性充填材注入管が、スキンプレートに対して固定される構成となっている。これにより、自硬性充填材打設時や、シールド掘削機の掘進時においても、自硬性充填材注入管がシールド掘削機の中を動くことがなく、従来のシールド掘削機のように自硬性充填材打設管の移動スペースを、その内部に開けておく必要がなくなる。さらに、このシールド掘削機は、自硬性充填材注入管がシールド掘削機の中を移動しないために、自硬性充填材注入管をフレキシブルホースのような柔軟性をもった素材により形成する必要がなく、従来のシールド掘削機のように、自硬性充填材打設時に、ホースが振れたりするような不具合が生じない。これらのことから、本発明によれば、使用性に優れたシールド掘削機が実現されることとなる。
さらに、このシールド掘削機によれば、フレキシブルホースなどを用いた配管を用いた従来の装置に比べて、管の配置や形状等が複雑になる懸念が少なくなり、これにより、管の内部において自硬性充填材が詰まる心配も減少し、その信頼性も向上することとなる。
【０１００】
請求項５に係るシールド掘削機を用いたトンネル覆工方法においては、シールド掘削機として、スキンプレートの内側の自硬性充填材充填空間部に、周壁と型枠との間の空間に対して連通状態とされた自硬性充填材注入部とピストン室とが形成され、さらに、ピストン室の内部に、前後両方向にスライド自在とされる押し出しピストンが配置されたものが用いられる。そして、トンネルを掘進させる際には、ピストン室において押し出しピストンにより打設自硬性充填材の押圧が行われるとともに、自硬性充填材注入部において、自硬性充填材注入管はスキンプレートと一体となって前進する。このように、本発明によれば、自硬性充填材注入管がシールド掘削機の中を動くことがないため、自硬性充填材注入管の移動スペースを、シールド掘削機の内部に開けておく必要がなく、その内部空間を有効に利用することが可能となる。さらに、本発明によれば、自硬性充填材注入管をフレキシブルホースのような柔軟性をもった素材によって形成しておく必要がなくなり、自硬性充填材注入管が振れたり、その配置や形状等が複雑になるなどの心配がなく、さらに、管の内部において自硬性充填材が詰まる心配も減少し、シールド掘削機の信頼性が向上することとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一の実施の形態を模式的に示すシールド掘削機の側断面図である。
【図２】 図１におけるＩ−Ｉ矢視断面図である。
【図３】 図１におけるＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。
【図４】 図３におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
【図５】 図４に示した押し出しピストンおよび圧力保持ジャッキの制御機構を示す図である。
【図６】 図３におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図７】 図６におけるｃ−ｃ矢視断面図である。
【図８】 図６におけるｄ−ｄ矢視断面図である。
【図９】 図６におけるｅ−ｅ矢視断面図である。
【図１０】 図６におけるｆ−ｆ矢視断面図である。
【図１１】 図６におけるｇ−ｇ矢視断面図である。
【図１２】 本発明のシールド掘削機を用いたトンネルの施工手順を示す側断面図であって、（ａ）は、シールド掘削機におけるピストン室の近傍を示す図、（ｂ）は、同、自硬性充填材注入部の近傍を示す図である。
【図１３】 本発明のシールド掘削機を用いたトンネルの施工手順を示す側断面図であって、（ａ）は、シールド掘削機におけるピストン室の近傍を示す図、（ｂ）は、同、自硬性充填材注入部の近傍を示す図である。
【図１４】 本発明のシールド掘削機を用いたトンネルの施工手順を示す側断面図であって、（ａ）は、シールド掘削機におけるピストン室の近傍を示す図、（ｂ）は、同、自硬性充填材注入部の近傍を示す図である。
【図１５】 本発明のシールド掘削機を用いたトンネルの施工手順を示す側断面図であって、（ａ）は、シールド掘削機におけるピストン室の近傍を示す図、（ｂ）は、同、自硬性充填材注入部の近傍を示す図である。
【図１６】 本発明の他の実施の形態を示す図であって、本発明のシールド掘削機を、覆工壁に鉄筋が配筋されないトンネルの構築に用いた場合の側断面図である。
【図１７】 図１６に示したテールシールを拡大して示した側断面図である。
【図１８】 本発明の第一の実施の形態の他の一例を示す図であって、上記第一の実施の形態における自硬性充填材充填空間部の構成を変更した場合を示す立断面図である。
【図１９】 図１８におけるｈ−ｈ矢視断面図である。
【図２０】 本発明の第一の実施の形態の他の一例を示す図であって、本発明のシールド掘削機を、矩形シールド掘削機として構成した場合の自硬性充填材充填空間部の状態を示す立断面図である。
【図２１】 本発明の第二の実施の形態を模式的に示すシールド掘削機の側断面図である。
【図２２】 前記シールド掘削機の自硬性充填材充填空間部を示す立断面図である。
【図２３】 図２２における（ａ）Ａ’−Ａ’矢視断面図、（ｂ）Ｂ’−Ｂ’矢視断面図である。
【図２４】 本発明の他の実施の形態を示す図であって、上記第二の実施の形態における自硬性充填材充填空間部の構成を変更した場合を示す立断面図である。
【図２５】 図２４におけるｈ’−ｈ’矢視断面図である。
【図２６】 本発明の第二の実施の形態の他の一例を示す図であって、本発明のシールド掘削機を、矩形シールド掘削機として構成した場合の自硬性充填材充填空間部の状態を示す立断面図である。
【図２７】 同、本発明のシールド掘削機を、覆工厚の厚い円形シールドトンネルを構築するためのシールド掘削機として構成した場合の自硬性充填材充填空間部の状態を示す立断面図である。
【図２８】 図２７における（ａ）Ａ”−Ａ”矢視断面図、（ｂ）Ｂ”−Ｂ”矢視断面図である。
【図２９】 本発明の第二の実施の形態のさらに他の一例を示す図であって、本発明のシールド掘削機を適用して構築する大断面トンネルの一例を示す立断面図である。
【図３０】 同、本発明のシールド掘削機を、図２９に示したトンネルを構築するためのシールド掘削機として構成した場合の自硬性充填材充填空間部の状態を示す半立断面図である。
【図３１】 本発明の他の実施の形態を示す図であって、本発明のシールド掘削機における自硬性充填材注入管の構成を上記実施の形態から変更した場合の例を示す断面図である。
【図３２】 本発明の他の実施の形態を示す図であって、本発明のシールド掘削機における自硬性充填材注入管の構成を上記実施の形態から変更した場合の例を示す断面図である。
【図３３】 本発明の従来の技術を示すための図であって、ＥＣＬ工法を用いてトンネルを構築する際に用いられるシールド掘削機を示す側断面図である。
【図３４】 同、正面図である。
【図３５】 本発明の従来の技術を示すための図であって、上記シールド掘削機を用いてトンネルを構築する際の手順を示すための側断面図である。
【図３６】 本発明の従来の技術を示すための図であって、上記シールド掘削機を用いてトンネルを構築する際の手順を示すための側断面図である。
【図３７】 本発明の従来の技術を示すための図であって、上記シールド掘削機を用いてトンネルを構築する際の手順を示すための側断面図である。
【符号の説明】
Ｊ 地山
Ｗ，Ｗ’ トンネル覆工壁
Ｐo 自硬性充填材圧力
Ｐj 地山圧力
Ｓp，Ｓp’，Ｓp” シールド掘削機
Ｔw 周壁
１ スキンプレート
２ カッター装置
４，１２４ 型枠
１０ 内筒
２１，１０１，１２５ 自硬性充填材充填空間部
２３，１０３ 自硬性充填材注入部
２４，１０４ ピストン室
２６ 自硬性充填材注入管
２７ 押し出しピストン
２８ 圧力保持ジャッキ
１０５，１１２ シリンダ部材

Claims (5)

1. 先端のカッターにより地盤を掘削しつつ掘削された地盤の周壁を所定の間隔を空けて型枠により覆い、該型枠と前記周壁との間に自硬性充填材を充填し、前記周壁の内面を覆工するためのシールド掘削機であって、
   該シールド掘削機のスキンプレートの内周面側には、自硬性充填材充填空間部が、前記周壁と前記型枠との間の空間に対向するよう形成され、
   該自硬性充填材充填空間部は、自硬性充填材注入部とピストン室とを前記スキンプレートの周方向に互いに隔てられて備えた構成とされ、
   該ピストン室の内部には、前後両方向にスライド自在とされるとともに、前記スキンプレート側に固定された圧力保持ジャッキによって駆動される押し出しピストンが配置され、
   該自硬性充填材注入部の内部には、自硬性充填材注入管が配置されることを特徴とするシールド掘削機。
2. 請求項１記載のシールド掘削機であって、
   前記自硬性充填材充填空間部が、前記スキンプレートと該スキンプレートのテール部の内側に配置された内筒との間に形成されるとともに、
   前記自硬性充填材注入部と前記ピストン室とが、前記スキンプレートおよび前記内筒を連結する複数の隔壁によって前記スキンプレートの周方向に隔てられてなることを特徴とするシールド掘削機。
3. 請求項１記載のシールド掘削機であって、前記ピストン室の内壁面を形成するシリンダ部材が前記スキンプレートの内周面に一体に固定されることによって前記ピストン室が形成され、互いに隣り合う前記ピストン室の間の空間が、前記自硬性充填材注入部とされていることを特徴とするシールド掘削機。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のシールド掘削機であって、前記自硬性充填材注入管は、前記スキンプレートに対して固定されていることを特徴とするシールド掘削機。
5. シールド掘削機の先端のカッターにより地盤を掘削しつつ掘削された地盤の周壁を所定の間隔を空けて型枠により覆い、該型枠と前記周壁との間に自硬性充填材を充填し、前記周壁の内面を覆工するシールド掘削機を用いたトンネル覆工方法であって、
   該シールド掘削機として、スキンプレートの内周面側に、前記周壁と前記型枠との間の空間に対向するよう自硬性充填材充填空間部を形成し、該自硬性充填材充填空間部に、自硬性充填材注入部とピストン室とを形成するとともに、該ピストン室の内部に、前後両方向にスライド自在とされる押し出しピストンを配置したものを用い、
   前記自硬性充填材注入部の内部に、自硬性充填材注入管を配置するとともに、該自硬性充填材注入管を前記スキンプレート側に固定しておき、
   トンネルを掘進するに際し、前記押し出しピストンを後方に移動させて、前記周壁と前記型枠との間の空間に対して前記自硬性充填材注入管から注入充填された自硬性充填材を加圧しつつ、
   前記自硬性充填材注入管と前記スキンプレートとを一体的に前進させることを特徴とするシールド掘削機を用いたトンネル覆工方法。

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