JP4133732B2 - シールドトンネルの接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、相対する２方向から同時に掘削して形成した２つのシールドトンネルを地中で接合するシールドトンネルの接合方法に関する。

シールドトンネルを形成するにあたり、近年においては、シールドトンネルの長距離化に伴い、トンネルの両方向からシールド掘進機を発進させ、それらの２台のシールド掘進機で形成された２つのシールドトンネルを地中で接合させて、トンネルを完成させる工法が行われている。このような２つのシールドトンネルを接合する際の接合方法として、たとえば特公平３−６９４３９号公報に開示された方法がある。この接合方法は、外筒と内筒とを備える２台のシールド掘進機によってトンネルを掘削し、その接合部分において、一方のシールド掘進機の内筒を後退させるとともに他方のシールド掘進機の内筒を前進させて地山を掘削するというものである。
特公平３−６９４３９号公報

ところが、上記特許文献１に記載されたシールドトンネルの接合方法では、一方のシールド掘進機の内筒を後退させるとともに、他方のシールド掘進機の内筒を前進させて、残りの地山を掘削するようにしている。このような掘削方法では、２台のシールド掘進機における両外筒の間の幅は、２つのカッタ部の厚さ以上となる。したがって、最終的に地山を掘削する際には、シールド掘進機の外筒で支えられていない部分が２つのカッタ部の幅を超えているので、地山の安定度が低くなるという問題があった。このような状態でそのままシールド掘進機による掘削を行うと、地山が崩落する可能性が高く、地山を安定させるために、たとえば薬液注入などによる地盤改良を行う必要があった。

さらには、シールド掘進機の接合部分は止水性も低く、地下水が流入してしまうおそれがあった。

そこで、本発明の課題は、２つのシールドトンネルを接合するにあたり、地山の安定度を高い状態とし、しかも止水性に優れたシールドトンネルの接合方法を提供することにある。

上記課題を解決した本発明に係るシールドトンネルの接合方法は、第一カッタ部と同径の第一外胴部を備え、第一カッタ部が縮径可能であるとともに第一外胴部に対して相対的に後退可能とされている第一シールド掘進機で掘削した第一トンネルと、第二カッタ部と同径の第二外胴部を備え、第二カッタ部が縮径可能であるとともに、第二外胴部に対して相対的に前進可能とされており、第一外胴部よりも小径であり、第二カッタ部とともに移動可能である可動内筒部を備える第二シールド掘進機で掘削した第二トンネルと、を接合するシールドトンネルの接合方法であって、第一シールド掘進機によって第一トンネル掘削位置まで掘削して第一シールド掘進機を停止させる工程と、第二シールド掘進機によって第二トンネル掘削位置まで掘削して第二シールド掘進機を停止させる工程と、第一カッタ部を第一外胴部の内側まで後退させる工程と、第二シールド掘進機を前進可能位置まで前進させて、第一トンネルと第二トンネルの間の土壁を掘削する工程と第二カッタ部進入可能位置まで第一カッタ部を後退させる工程と、第二カッタ部を縮径させる工程と、第二カッタ部および可動内筒部を第一外胴部に進入させる工程と、第二カッタ部および可動内筒部を第一外胴部に進入させた後、第一外胴部の内側および可動内筒部との間をシールする止水部材で第一外胴部および可動内筒部をシールする工程と、を含むものである。

本発明に係るシールドトンネルの接合方法においては、第一シールド掘進機と第二シールド掘進機によってそれぞれの掘削位置まで掘削を行った後、第一シールド掘進機の第一カッタ部を後退させる。それから、第二シールド掘進機を前進させて、第二カッタ部で残りの地山部分を掘削している。このため、トンネルの接合を行う際に、両シールド掘進機におけるそれぞれの外筒間の幅を狭くすることができるので、その分地山の安定度を高くすることができる。

なお、本発明にいう「同径」とは、完全に寸法が一致する場合のほか、わずかに寸法がずれる場合も含むものである。

ここで、第一外胴部の内側および可動内筒部との間をシールする止水部材が設けられており、第二カッタ部および可動内筒部を第一外胴部に進入させた後、止水部材で第一外胴部および可動内筒部とをシールする工程、をさらに含む態様とするのが好適である。

このように、第一シールド掘進機の第一外胴部と第二シールド掘進機の可動内筒部とをシールする止水部材が設けられていることにより、第二カッタ部および可動内筒部を第一外胴部に進入させる際の第一外胴部への水の浸入を防止することができる。

さらに、第一シールド掘進機が、第一外胴部に対して相対的に進退可能な内胴部と、形成したセグメントに反力をとって内胴部を前進方向に押圧するシールドジャッキと、ロッドが第一外胴部に接続され、内胴部に反力をとって第一カッタ部および第一外胴部を前進させる摺動ジャッキと、を備えており、摺動ジャッキが収縮し、シールドジャッキが伸長した状態で、第一トンネル掘削位置まで掘削した第一シールド掘進機を停止させ、第一カッタ部を第一外胴部に対して後退可能とする一方で、シールドジャッキを第一カッタ部に接続し、摺動ジャッキを伸長させながらシールドジャッキを収縮させて、第一カッタ部を内胴部とともに後退させる態様とするのが好適である。

このように、内胴部並びにこの内胴部を前進させるシールドジャッキおよび第一カッタ部と第一外胴部とを前進させる摺動ジャッキを有する第一シールド掘進機を用いることにより、摺動ジャッキおよびシールドジャッキによって第一カッタ部を後退させることができる。したがって、第一カッタ部を後退させるための部材を別途設ける必要がなくなる。

また、第一シールド掘進機に、中折れジャッキが設けられており、第一カッタ部を後退させる工程の前に中折れジャッキを連結棒に交換する工程、をさらに含む態様とするのが好適である。

このように、第一シールド掘進機として中折れジャッキを有するものを用いることにより、中折れジャッキを連結棒と交換することで、第一カッタ部を容易に後退させることができる。

本発明によれば、２つのシールドトンネルを接合するにあたり、地山の安定度を高い状態とし、しかも止水性に優れたシールドトンネルの接合方法を提供することことができる。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。

図１は本発明の実施形態に係るシールドトンネルを形成する第一シールド掘進機の側断面図、図２は図１のII−II線断面図、図３は止水装置の側断面図、図４は第二シールド掘進機の側断面図である。本実施形態では、トンネルの両方向から、第一シールド掘進機１および第二シールド掘進機２によってそれぞれ第一シールドトンネルおよび第二シールドトンネルを掘削し、所定の接合位置において両トンネルを接合する。第一シールドトンネルおよび第二シールドトンネルは、互いに非常に近い位置までそれぞれ掘削する。ここでは、まず、両方のシールド掘進機１，２について説明する。

図１および図２に示すように、本実施形態に係る第一シールド掘進機１は、第一外胴部１０を備えている。第一外胴部１０は、前外胴部１０Ａと後外胴部１０Ｂとを備えており、前外胴部１０Ａは後外胴部１０Ｂに対して揺動可能に取り付けられている。この前外胴部１０Ａと後外胴部１０Ｂの間には、接続ブラケット１０Ｃが設けられており、揺動ピン１０Ｄを介して前外胴部１０Ａと後外胴部１０Ｂとが接続されている。

また、第一外胴部１０における前外胴部１０Ａの先端部には、第一カッタ装置１１が設けられている。第一カッタ装置１１は、円盤状をなす第一カッタ部１１Ａおよび正面形状が円形の駆動部１１Ｂを備えている。第一カッタ部１１Ａの表面には、複数のビット１１Ｃが取り付けられており、第一カッタ部１１Ａが回転することにより、ビット１１Ｃによって地山が掘削される。また、第一カッタ部１１Ａの側縁部には、伸縮スポーク１１Ｄが設けられており、この伸縮スポーク１１Ｄは、第一カッタ部１１Ａに対してその半径方向に伸縮する。こうして、第一カッタ装置１１は、その半径方向に縮径可能とされている。

この第一カッタ部１１Ａは、掘削を行っている間は、伸縮スポーク１１Ｄが伸長した状態で、第一外胴部１０と同一径とされている。また、伸縮スポーク１１Ｄが収縮したときには、第一カッタ部１１Ａの径は、第一外胴部１０の内径よりも小さくなり、第一カッタ部１１Ａが第一外胴部１０に対して引き込み可能となる。

駆動部１１Ｂは、第一カッタ部１１Ａの後方における第一外胴部１０の内側位置に設けられており、ベアリングなどを介して第一カッタ部１１Ａと接続されている。また、駆動部１１Ｂにおける前部には、内筒部１１Ｅが設けられている。内筒部１１Ｅは、第一外胴部１０の内面に沿った外周部を有しており、駆動部１１Ｂと第一カッタ装置１１との間の空間を覆っている。さらに、第一カッタ部１１Ａ、駆動部１１Ｂの後部には、駆動モータ１１Ｆが設けられており、駆動モータ１１Ｆにより第一カッタ部１１Ａを回転させている。また、駆動部１１Ｂは、掘削作業中は第一外胴部１０に固定されており、第一カッタ装置１１は第一外胴部１０とともに前進する。

さらに、第一外胴部１０における後外胴部１０Ｂの前部には、内胴部１２が設けられている。内胴部１２は、第一外胴部１０に対して相対的に進退可能とされている。この内胴部１２には、シールドジャッキ１３および摺動ジャッキ１４が取り付けられている。シールドジャッキ１３および摺動ジャッキ１４は、図２に示すように、内胴部１２の周方向に沿って交互に離間して複数配設されている。また、摺動ジャッキ１４の外側には、摺動部材１５が設けられている。

シールドジャッキ１３は、シリンダ１３Ａおよびロッド１３Ｂを備えており、シリンダ１３Ａが内胴部１２に取り付けられており、ロッド１３Ｂは、シリンダ１３Ａの後方に設けられている。ロッド１３Ｂの先端は、組み立てられたセグメントＳを押圧する。ロッド１３ＢでセグメントＳを押圧することにより、このセグメントＳに反力をとって第一シールド掘進機１が前進する。

また、摺動ジャッキ１４は、シリンダ１４Ａおよびロッド１４Ｂを備えており、シリンダ１４Ａが内胴部１２に取り付けられている。また、ロッド１４Ｂはシリンダ１４Ａの前部に設けられており、ロッド１４Ｂの先端部に第一外胴部１０の接続ブラケット１０Ｃが固定されている。摺動ジャッキ１４は、複数のシールドジャッキ１３のいずれかのロッド１３Ｂが伸長している状態のときに、ロッド１４Ｂを徐々に繰り出して、第一外胴部１０およびこれに固定された第一カッタ装置１１を前方に押圧している。摺動部材１５には、たとえば図示しないローラが配設されており、内胴部１２が第一外胴部１０に対して相対的に前後進する際に、内胴部１２と第一外胴部１０とを円滑に摺動させる。

さらに、内胴部１２の後部には、エレクタ１６が設けられている。エレクタ１６は、第一カッタ装置１１によって形成された孔にセグメントＳを順次組み立てていく。このエレクタ１６によるセグメントＳの施工を行う部位においてはシールドジャッキ１３が収縮しており、その他のシールドジャッキ１３によって反力をとって第一シールド掘進機１を前進させている。このため、第一シールド掘進機１では、セグメントＳの構築と同時に第一カッタ装置１１による掘進を行うことができる。

また、第一外胴部１０における前外胴部１０Ａと後外胴部１０Ｂとの間には、中折れジャッキ１７が設けられている。中折れジャッキ１７は、第一外胴部１０の周方向に離間して複数設けられており、所定の位置の中折れジャッキ１７を伸長させることにより、前外胴部１０Ａの首振り角度を調整しており、第一シールド掘進機１における掘進方向を制御している。なお、図１の状態では、首振りを行わないように、ローリングストッパＲＳが設けられている。

さらに、第一シールド掘進機１には、送泥管１８Ａおよび排泥管１８Ｂが設けられている。送泥管１８Ａおよび排泥管１８Ｂの一端部は、いずれも第一カッタ装置１１における第一カッタ部１１Ａと駆動部１１Ｂとの間に配置されている。送泥管１８Ａからは、この第一カッタ部１１Ａと駆動部１１Ｂとの間における内筒部１１Ｅに高濃度泥水を供給し、第一カッタ装置１１の圧力を高めている。また、排泥管１８Ｂは、第一カッタ部１１Ａと駆動部１１Ｂとの間における送泥管１８Ａから供給された高濃度泥水および掘削された土からなる泥水を排出し、第一カッタ装置１１の圧力を下げるようにしている。このように、送泥管１８Ａからの水の供給量および排泥管１８Ｂからの泥水の排出量により、第一カッタ装置１１の圧力を調整している。

また、内筒部１１Ｅと第一カッタ部１１Ａとの間には、適宜隙間が形成されており、これらの隙間から少量の泥水が第一カッタ装置１１から流出して第一シールド掘進機１とトンネルの間に充填される。

さらに、第一外胴部１０における前外胴部１０Ａの先端部には、止水装置１９が設けられている。止水装置１９は、図３に示すように、弾性の膨張部材１９Ａおよび可動壁部１９Ｂを備えている。これらの膨張部材１９Ａおよび可動壁部１９Ｂは、前外胴部１０Ａの周方向に沿って連続して形成されたリング状をなしている。膨張部材１９Ａおよび可動壁部１９Ｂは、第一シールド掘進機１による掘削作業を行っているときには、可動壁部１９Ｂが蓋となり、膨張部材１９Ａが前外胴部１０Ａに収容されている。この状態から、膨張部材１９Ａに空気を流入して膨張部材１９Ａを膨張させることにより、可動壁部１９Ｂが開くようになっている。

一方、第二シールド掘進機２は、図４に示すように、第一シールド掘進機１の第一外胴部１０と外径が同径である第二外胴部２０を備えている。第二外胴部２０は、前外胴部２０Ａと後外胴部２０Ｂとを備えており、前外胴部２０Ａは後外胴部２０Ｂに対して揺動可能に取り付けられている。

第二外胴部２０における前外胴部２０Ａの先端部には、第二カッタ装置２１が設けられている。第二カッタ装置２１は、円盤状の第二カッタ部２１Ａおよび正面形状が円形の駆動部２１Ｂを備えている。第二カッタ部２１Ａの表面には、複数のビット２１Ｃが取り付けられており、第二カッタ部２１Ａが回転することにより、これらの複数のビット２１Ｃによって地山が掘削される。また、第二カッタ部２１Ａの外縁部には、伸縮スポーク２１Ｄが設けられている。伸縮スポーク２１Ｄは、第二カッタ部２１Ａに対してその半径方向に伸縮する。こうして、第二カッタ装置２１は、その半径方向に伸縮可能とされている。

第二カッタ部２１Ａは、掘削を行っている間は、伸縮スポーク２１Ｄが伸長した状態で、第二外胴部２０と同一径とされている。また、伸縮スポーク２１Ｄが収縮したときには、第二カッタ部２１Ａの径は、第一シールド掘進機１における第一外胴部１０の内径よりも小さくなり、第二カッタ部２１Ａが第一外胴部１０に対して進入可能となる。

駆動部２１Ｂは、第二カッタ部２１Ａの後方における第二外胴部２０の内側位置に設けられており、ベアリングなどを介して第二カッタ部２１Ａと接続されている。また、駆動部２１Ｂにおける外周位置には、第二外胴部２０に対して相対的に進退可能な本発明の可動内筒部である内筒部２１Ｅが設けられている。内筒部２１Ｅは、第二外胴部２０の内面に沿った外周部を有しており、駆動部２１Ｂと第二カッタ部２１Ａとの間の空間を覆っている。さらに、駆動部２１Ｂの後部には、駆動モータ２１Ｆが設けられており、駆動モータ２１Ｆにより第二カッタ部２１Ａを回転させている。また、駆動部２１Ｂは、掘削作業中は第二外胴部２０に固定されており、第二カッタ装置２１は第二外胴部２０とともに前進する。

また、第二外胴部２０における後外胴部２０Ｂには、シールドジャッキ２３が取り付けられている。このシールドジャッキ２３は、後外胴部２０Ｂの周方向に離間して複数配置されている。そして、シールドジャッキ２３は、シリンダ２３Ａとロッド２３Ｂを備えており、ロッド２３Ｂは、組み立てられたセグメントＳの幅の２倍以上となる長さを有している。ロッド２３Ｂは、シリンダ２３Ａの後ろ側に設けられており、ロッド２３Ｂの先端部でセグメントＳを押圧することにより、このセグメントＳに反力をとって第二シールド掘進機２が前進する。

さらに、後外胴部２０Ｂには、エレクタ２４が設けられている。エレクタ２４は、第二カッタ装置２１によって形成された孔にセグメントＳを順次組み立てていく。このエレクタ２４によるセグメントＳの施工を行う部位においてはシールドジャッキ２３が収縮した状態とされ、他のシールドジャッキ２３によって反力をとって第二シールド掘進機２を前進させている。そして、周方向のすべてのセグメントＳが組み立てられたときには、ロッド２３Ｂがシリンダ２３Ａに約半分収容された状態となっており、ロッド２３Ｂを完全に進出させることにより、次の周方向におけるセグメントＳの組み立てを行う。

また、第二外胴部２０における前外胴部２０Ａと後外胴部２０Ｂとの間には、中折れジャッキ２５が設けられている。中折れジャッキ２５は、第二外胴部２０の周方向に離間して複数設けられており、所定の位置の中折れジャッキ２５を伸長させることにより、前外胴部２０Ａの首振り角度を調整しており、第二シールド掘進機２における掘進方向を制御している。

さらに、第二シールド掘進機２には、送泥管２６および排泥管２７が設けられている。送泥管２６および排泥管２７の一端部は、いずれも第二カッタ装置２１における第二カッタ部２１Ａと駆動部２１Ｂとの間に配置されている。送泥管２６からは、この第二カッタ部２１Ａと駆動部２１Ｂとの間における内筒部２１Ｅに水を供給し、第二カッタ装置２１の圧力を高めている。また、排泥管２７は、第二カッタ部２１Ａと駆動部２１Ｂとの間における送泥管２６から供給された水および掘削された土からなる泥水を排出し、第二カッタ装置２１の圧力を下げるようにしている。このように、送泥管２６からの水の供給量および排泥管２７からの泥水の排出量により、第二カッタ装置２１の圧力を調整している。

さらに、第二カッタ装置２１における第二カッタ部２１Ａの外周部には、洗浄装置となる図示しないブラシが設けられている。このブラシは、第二シールド掘進機２による掘削作業中は、第二カッタ部２１Ａの外周部から飛び出さない位置に設けられており、伸縮スポーク２１Ｄが収縮したときに、第二カッタ部２１Ａの周方向外側に現れるように設けられている。

以上の構成を有する本実施形態に係るシールド掘進機１，２を用いたシールドトンネルの接合方法について説明する。

シールドトンネルを構築するにあたり、構築されるトンネルの一方から第一シールド掘進機１で第一トンネルを掘削して形成し、他方から第二シールド掘進機２で第二トンネルを掘削して形成する。第一シールド掘進機１では、接合位置近傍の第一トンネル掘削位置まで掘削し、第二シールド掘進機２では、やはり接合位置近傍の第二トンネル掘削位置まで掘削を行う。それから、接合作業が行われる。

接合作業を行う際には、まず、図５に示すように、第一シールド掘進機１が第一トンネル掘削位置まで到達する。第一トンネル掘削位置に到達した第一シールド掘進機１においては、シールドジャッキ１３および中折れジャッキ１７が伸長した状態とし、摺動ジャッキ１４が収縮した状態としておく。この第一トンネル掘削位置で第二シールド掘進機２の到達を待つ。

第二シールド掘進機２が第二トンネル掘削位置に到達するまでの間に、第一シールド掘進機１では、送泥管１８Ａから第一カッタ装置１１に泥水を供給し、第一カッタ装置１１における泥水を高濃度泥水Ｄに置換する。泥水を高濃度泥水Ｄと置換することにより、第一カッタ装置１１における圧力を高めておく。

それから、伸縮スポーク１１Ｄを収縮させる。伸縮スポーク１１Ｄが収縮することにより、第一カッタ部１１Ａは、第一外胴部１０の内側に引き込み可能となる。それと同時に、第一カッタ部１１Ａと周囲の地山との間に隙間が生じる。この隙間には、泥水と置換された高濃度泥水Ｄが伸縮スポーク１１Ｄの収縮と同時流入し、地山を高圧力で保護して地山の崩壊を防いでいる。

このときに、第一外胴部１０に固定されていた第一カッタ装置１１における駆動部１１Ｂを第一外胴部１０から取り外し、後退防止ストッパ３０を取り付けて、掘削作業に必要であった種々の部材を解体する１次解体作業を行う。１次解体が行われている間、この後退防止ストッパ３０により、第一カッタ装置１１を仮止めしておき、第一カッタ装置１１の後退を抑制しておく。一方、第二シールド掘進機２が、第一トンネル掘削位置と向かい合う第二トンネル掘削位置の近傍に到達したら、相対位置探査ボーリングを行ってボーリング孔Ｈを形成する。

ボーリング孔Ｈを形成したら、第二シールド掘進機２では、相対位置検知と修正掘進を繰り返して行い、図６に示すように、第二トンネル掘削位置に到達する。第二トンネル掘削位置は、第一トンネル掘進位置の５０ｍｍ手前位置に設定されている。したがって、第二シールド掘進機２は、第一シールド掘進機１の正面５０ｍｍの位置まで掘進を行う。このとき、第一シールド掘進機１の第一カッタ装置１１と第二シールド掘進機２の第二カッタ装置２１との間には、５０ｍｍ程度の厚さまで接近し、その間に残存地山（土砂）Ｔが残る。第二トンネル掘削位置に到達した第二シールド掘進機２では、中折れジャッキ２５が収縮した状態とされている。

第二シールド掘進機２が第二トンネル掘削位置に到達したら、図７に示すように、後退防止ストッパ３０を取り外し、第一カッタ装置１１が第一外胴部１０に対して相対的に後退可能な状態とし、その後、第一シールド掘進機１における第一カッタ装置１１を第一外胴部１０内側まで後退させる。第一カッタ装置１１を後退させる際には、伸長した状態にある中折れジャッキ１７を収縮させる。このように、第一カッタ装置１１を後退させる際に、中折れジャッキ１７を収縮させることにより、第一カッタ装置１１を後退させるための装置を別途設けることなく、第一カッタ装置１１を後退させることができる。このときの第一カッタ装置１１の後退量は、たとえば５００ｍｍ程度とする。

また、第一カッタ装置１１を後退させることにより、第一カッタ装置１１と残存地山Ｔとの間の空間が広がるので、この部分の地山の崩落を防止するため、第一シールド掘進機１における送泥管１８Ａからは、高濃度泥水Ｄを注入する。注入された高濃度泥水Ｄは、第一カッタ装置１１から流出して第一カッタ装置１１と残存地山Ｔの間に高濃度泥水Ｄが充填される。この高濃度泥水Ｄの水圧により、残存地山Ｔおよびその周囲に地山の崩落が防止される。ここで、両シールド掘進機間において、外筒部１０，２０で支えられていない部分の地山の幅は、高々第一カッタ１１の後退量と同様の５００ｍｍ程度とすることができる。したがって、地山の安定度を高い状態で維持することができるので、高濃度泥水Ｄを充填することにより、地山の安定を図ることができる。しかも、両シールド掘進機間において、外筒部１０，２０で支えられていない部分の地山の幅が狭いことから、地山に対する止水性を高くすることもできる。

こうして、第一カッタ装置１１を後退させ、高濃度泥水Ｄを注入したら、図８に示すように、第二シールド掘進機２における第二カッタ装置２１を前進可能位置まで前進させる。第二カッタ装置２１を前進させる際には、通常の掘削の場合と同様にして、セグメントＳに反力をとって、第二カッタ装置２１を回転させて前進させる。この第二カッタ装置２１の回転により、第二カッタ装置２１の第二カッタ部２１Ａで残存地山Ｔの土砂が掘削される。また、この第二カッタ部２１Ａの回転により、残存地山Ｔと第一カッタ装置１１との間に注入されていた高濃度泥水Ｄが還流させられる。そうして、第二カッタ装置２１を前進可能位置、たとえば、第二カッタ装置２１の第二カッタ部２１Ａと第一カッタ装置１１の第一外胴部１０との間の距離５０ｍｍ程度となる位置まで第二カッタ装置２１を前進させる。

一方、第一シールド掘進機１では、中折れジャッキ１７を取り外し、中折れジャッキ１７の代わりに連結棒３１を取り付け、中折れジャッキ１７と連結棒３１と交換する。交換された連結棒３１は、第一カッタ装置１１における駆動部１１Ｂおよび内胴部１２における図示しないリングガータとを連結する。こうして、第一カッタ装置１１と内胴部１２とが、同時に第一外胴部１０に対して相対的に移動可能とされる。

その後、図９に示すように、第二カッタ装置２１が進入可能となる位置まで第一シールド掘進機１における第一カッタ装置１１をさらに後退させる。ここでは、第一カッタ装置１１を後退させるために、摺動ジャッキ１４を伸長させる。摺動ジャッキ１４を伸長させることにより、第一外胴部１０に対して内胴部１２が相対的に後退する。いま、内胴部１２と第一カッタ装置１１の駆動部１１Ｂとが連結棒３１で連結されているので、内胴部１２を後退させることにより、第一カッタ装置１１を後退させることができる。また、内胴部１２が後退すると、内胴部１２とセグメントＳとの距離が短くなってしまうので、摺動ジャッキ１４を伸長させる一方、シールドジャッキ１３を収縮させる。このときのシールドジャッキ１３の収縮量は、摺動ジャッキ１４の伸長量と同一とする。こうすることにより、セグメントＳが邪魔にならずに第一カッタ装置１１を後退させることができる。

ここでは、第二カッタ装置２１が第一シールド掘進機１の第一外胴部１０の内部に入り込むまで第一カッタ装置１１を後退させる必要があり、たとえば第一カッタ装置１１を１０５５ｍｍ後退させる。このように後退量が大きくなるが、ここでは、比較的ストローク長の大きい摺動ジャッキ１４およびシールドジャッキ１３を用いて第一カッタ装置１１を後退させている。そのため、第一カッタ装置１１の後退量を大きくすることができる。また、第一カッタ装置１１を後退させるために、別途装置を用いる必要もない。

その一方、送泥管１８Ａからは、高濃度泥水Ｄを供給するとともに、第二シールド掘進機２の第二カッタ装置２１は、回転させたままとしておく。このように、高濃度泥水Ｄをさらに供給することにより、第一カッタ装置１１と第二カッタ装置２１との間の水圧を高い状態で維持することができる。また、第二カッタ装置２１の回転により、第一カッタ装置１１と第二カッタ装置２１との間の高濃度泥水Ｄを還流させることができる。その結果、地山の崩落や地下水の流入を防止することができる。

こうして第一カッタ装置１１を後退させたら、第二カッタ装置２１の伸縮スポーク２１Ｄを収縮させて、第二カッタ部２１Ａを縮径させる。そのまま、第二シールド掘進機２を前進させ、図１０に示すように、第二シールド掘進機２における第二外胴部２０と第一シールド掘進機１における第一外胴部１０の前外胴部１０Ａとの距離がたとえば５０ｍｍとなった位置で停止させる。その後、第二シールド掘進機２における第二カッタ装置２１の回転を止め、第二シールド掘進機２のシールドジャッキ２３を伸長させて、第二シールド掘進機２の第二カッタ装置２１の先端部を第一シールド掘進機１の第一外胴部１０に進入させて停止させる。

停止した第二シールド掘進機２における第二カッタ装置２１の周囲には、第一シールド掘進機１の前外胴部１０Ａに設けられた止水装置１９が位置している。この状態で、第二シールド掘進機２の第二カッタ装置２１に、図示しない送泥管を挿入し、第二カッタ装置２１の周囲に泥水を噴出し、泥水還流を行う。この泥水還流により止水装置１９の洗浄を行う。この洗浄の状態は、第二シールド掘進機２の第二カッタ装置２１と第二外胴部２０との間から挿入されたファイバスコープ３２によって監視する。

こうして、止水装置１９の洗浄が済んだら、図１１に示すように、第二シールド掘進機２における中折れジャッキ２５を伸長させ、第二カッタ装置２１を第一シールド掘進機１の第一外胴部１０にさらに進入させる。そして、第二カッタ装置２１における内筒部２１Ｅと第一外胴部１０とがラップして、内筒部２１Ｅが止水装置１９の位置まで到達したら、止水装置１９における膨張部材１９Ａを膨張させ、可動壁部１９Ｂを内筒部２１Ｅに当接させ、止水装置１９によって第一シールド掘進機１の第一外胴部１０と第二シールド掘進機２の第二カッタ装置２１における内筒部２１Ｅとの間をシールする。こうして、止水装置１９を作動させることにより、第一シールド掘進機１の内部とその外部とを一次止水する。

続いて、第二シールド掘進機２からは、第二カッタ装置２１における第二カッタ部２１Ａと内筒部２１Ｅとの間から止水材を注入する。この止水材によって二次止水を行い、第一シールド掘進機１の内部と地山および第二シールド掘進機２の内部と地山とをそれぞれ完全に止水する。

そして、第一シールド掘進機１の排泥管１８Ｂから泥水を排出する。その後、第一シールド掘進機１における第一カッタ装置１１内および第二シールド掘進機２における第二カッタ装置２１内の水圧が復元しないことを確認する。その確認が済んだ時点で、第一シールド掘進機１および第二シールド掘進機２の解体作業を行う。解体作業が済んだら、最後に第一シールド掘進機１で組み立てられたセグメントと第二シールド掘進機２で組み立てられた第二シールド掘進機２との間にコンクリートを打設する等により、シールドトンネルの接合が完了する。

このように、本実施形態に係るシールドトンネルの接合方法では、第一シールド掘進機１の第一カッタ装置１１を後退させた後、第二シールド掘進機２を前進させており、第二シールド掘進機２による掘削が済んだ後は、第一シールド掘進機１と第二シールド掘進機２との間の幅は、高々５０ｍｍ程度に抑えられている。このため、両シールド掘進機１，２による掘進が済んだ後における両シールド掘進機１，２の解体作業などを行う際に、地山の安定度を高い状態に保つことができる。したがって、シールド掘進機１，２による掘進作業の後の作業を安全な状況下で行うことができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、第一シールド掘進機１および第二シールド掘進機２として、いずれも掘削と同時にセグメントの組み立てを行うことができるものを用いているが、他のシールド掘進機を用いることができる。また、上記実施形態では、止水装置を第一シールド掘進機１の外胴部１０に設けているが、たとえば第二シールド掘進機のカッタ部における内筒部に設ける態様とすることもできる。もちろん、その両者に止水装置を設ける態様とすることもできる。さらに、洗浄装置については、第一シールド掘進機に設ける態様とすることができる。

本発明の実施形態に係るシールドトンネルを形成する第一シールド掘進機の側断面図である。 図１のII−II線断面図である。 止水装置の側断面図である。 第二シールド掘進機の側断面図である。 シールドトンネルの接合工程の初期状態を示す側断面図である。 図５に続く工程の状態を示す側断面図である。 図６に続く工程の状態を示す側断面図である。 図７に続く工程の状態を示す側断面図である。 図８に続く工程の状態を示す側断面図である。 図９に続く工程の状態を示す側断面図である。 図１０に続く工程の状態を示す側断面図である。

符号の説明

１…第一シールド掘進機
２…第二シールド掘進機
１０…第一外胴部
２０…第二外胴部
１０Ａ，２０Ａ…前外胴部
１０Ｂ，２０Ｂ…後外胴部
１０Ｃ…接続ブラケット
１１…第一カッタ装置
２１…第二カッタ装置
１１Ａ…第一カッタ部
２１Ａ…第二カッタ部
１１Ｂ，２１Ｂ…駆動部
１１Ｃ，２１Ｃ…ビット
１１Ｄ，２１Ｄ…伸縮スポーク
１１Ｅ，２１Ｅ…内筒部
１１Ｆ，２１Ｆ…駆動モータ
１２…内胴部
１３，２３…シールドジャッキ
１３Ａ，２３Ａ…シリンダ
１３Ｂ，２３Ｂ…ロッド
１４…摺動ジャッキ
１４Ａ…シリンダ
１４Ｂ…ロッド
１５…摺動部材
１６，２４…エレクタ
１７，２５…中折れジャッキ
１８Ａ，２６…送泥管
１８Ｂ，２７…排泥管
１９…止水装置
１９Ａ…膨張部材
１９Ｂ…可動壁部
３０…後退防止ストッパ
３１…連結棒
３２…ファイバスコープ
Ｈ…ボーリング孔
Ｓ…セグメント
Ｔ…残存地山
ＲＳ…ローリングストッパ

Claims (3)

1. 第一カッタ部と同径の第一外胴部を備え、前記第一カッタ部が縮径可能であるとともに前記第一外胴部に対して相対的に後退可能とされている第一シールド掘進機で掘削した第一トンネルと、
   第二カッタ部と同径の第二外胴部を備え、前記第二カッタ部が縮径可能であるとともに、前記第二外胴部に対して相対的に前進可能とされており、前記第一外胴部よりも小径であり、前記第二カッタ部とともに移動可能である可動内筒部を備える第二シールド掘進機で掘削した第二トンネルと、を接合するシールドトンネルの接合方法であって、
   前記第一シールド掘進機によって第一トンネル掘削位置まで掘削して前記第一シールド掘進機を停止させる工程と、
   前記第二シールド掘進機によって前記第二トンネル掘削位置まで掘削して前記第二シールド掘進機を停止させる工程と、
   前記第一カッタ部を前記第一外胴部の内側まで後退させる工程と、
   前記第二シールド掘進機を前進可能位置まで前進させて、前記第一トンネルと前記第二トンネルの間の土砂を掘削する工程と、
   前記第二カッタ部進入可能位置まで前記第一カッタ部を後退させる工程と、
   前記第二カッタ部を縮径させる工程と、
   前記第二カッタ部および前記可動内筒部を前記第一外胴部に進入させる工程と、
   前記第二カッタ部および前記可動内筒部を前記第一外胴部に進入させた後、前記第一外胴部の内側および前記可動内筒部との間をシールする止水部材で前記第一外胴部および前記可動内筒部をシールする工程と、
   を含むことを特徴とするシールドトンネルの接合方法。
2. 前記第一シールド掘進機が、前記第一外胴部に対して相対的に進退可能な内胴部と、
   形成したセグメントに反力をとって前記内胴部を前進方向に押圧するシールドジャッキと、
   ロッドが前記第一外胴部に接続され、前記内胴部に反力をとって前記第一カッタ部および前記第一外胴部を前進させる摺動ジャッキと、
   を備えており、
   前記摺動ジャッキが収縮し、前記シールドジャッキが伸長した状態で、前記第一トンネル掘削位置まで掘削した第一シールド掘進機を停止させ、
   前記第一カッタ部を前記第一外胴部に対して後退可能とする一方で、前記シールドジャッキを前記第一カッタ部に接続し、
   前記摺動ジャッキを伸長させながら前記シールドジャッキを収縮させて、前記第一カッタ部を前記内胴部とともに後退させる請求項１に記載のシールドトンネルの接合方法。
3. 前記第一シールド掘進機に、中折れジャッキが設けられており、
   前記第一カッタ部を後退させる工程の前に、前記中折れジャッキを連結棒に交換する工程、
   をさらに含む請求項１又は請求項２に記載のシールドトンネルの接合方法。
   

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