JP5693123B2 - 塞止弁装置及び該装置を備えたトンネル掘削機 - Google Patents

Description

本発明は、ＥＣＬ（Extruded Concrete Lining）による覆工方法に用いられる塞止弁装置及び該装置を備えたトンネル掘削機に関するものである。

前記覆工方法を採用したトンネル掘削機として、泥土圧式シールド掘削機等が良く知られている（特許文献１参照）。これは、円筒状の掘削機本体の前面部に設けたカッタヘッドで地盤を掘削しつつ、掘進されたトンネルの内壁面を所定の間隔を空けて内型枠によって覆い、この内型枠と前記内壁面との間に適宜鉄筋を配置するなどして、直打ち（場所打ち）でコンクリートを打設し、その養生・硬化を待って覆工を行うものである。このような覆工方法を一般にＥＣＬとか直打ちコンクリート工法と言う。

そして、前述したような泥土圧式シールド掘削機等では、前記トンネルの内壁面と内型枠との空間を閉塞するためのリング状の妻型枠（装置）が設けられ、該妻型枠を通して前記コンクリートが打設されると共に、妻型枠ジャッキの伸縮により当該妻型枠が前記空間内を前後方向（トンネルの長手方向）へ摺動可能になっている。

また、前記覆工方法に用いられるコンクリート打設装置として、特許文献２に開示されたものがある。これは、妻型枠に、コンクリート打設管における直管部の先端側が挿通・固定される一方、直管部の基端側からＹ字状に分岐管部が分岐され、この分岐管部にコンクリート供給源に通じるコンクリート打設配管が着脱可能に接続される。

そして、直管部の基端に、ジャッキと該ジャッキのピストンロッド先端に付設された棒状ピストンとを有する塞止弁装置が連設され、ジャッキの収縮時に棒状ピストンの後退により分岐管部が直管部に連通してコンクリートの打設を可能とする一方、ジャッキの伸長時には棒状ピストンの前進により分岐管部と直管部との連通が遮断されると共に直管部内の残留コンクリートが打設空間に押し出されるようになっている。このジャッキの伸長時に分岐管部が高圧洗浄水にて洗浄されるのである。

特開２００１−１７３３８７号公報 特開２００６−２９１６３６号公報

ところで、上述した塞止弁装置の棒状ピストンは、その先端部にウレタン等のゴム製からなるパッキン（スクレーパとも言う）を備えている。

そのために、ジャッキの伸縮で棒状ピストンがコンクリート打設管の分岐管部と直管部とのＹ字状の分岐部を通過するときに、棒状ピストンの先端部が分岐部側に片寄るなどしてパッキンがコンクリートの骨材等を噛み込み、特にパッキンの背面部において傷や抉り取られるような損傷を受けるという問題点があった。

これにより、パッキンの交換を余儀なくされ、その頻度の増大で工期の遅延やパッキンに掛かる経費の増大を招来するのである。

そこで、本発明は、パッキンを効果的に補強してその寿命を延ばし工期の遅延や経費の増大を回避することができる塞止弁装置及び該装置を備えたトンネル掘削機を提供することを目的とする。

斯かる目的を達成するための本発明に係る塞止弁装置は、
直打ちコンクリート工法に用いられる塞止弁装置であって、
Ｙ字状に分岐管部を分岐した直管部の基端側に付設されたジャッキと、
前記ジャッキのピストンロッド先端に付設され、前記直管部に対する前記分岐管部の分岐部を通過すべく直管部内を摺動可能な棒状ピストンと、
前記棒状ピストンの先端部に装着され、前記分岐部を通過する際に前記分岐部側へ片寄ることを防止すると共に背面の損傷を防ぐ金属製カバーが取り付けられたパッキンと
を備え、
前記パッキンは、ゴム製のリング状本体部の背面側が、その背面と該背面に連続する外周面の一部に接着されたリング状の薄板カバーで補強されてなる
ことを特徴とする。

斯かる目的を達成するための本発明に係るトンネル掘削機は、筒状の掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、該掘削機本体の前部に回転駆動可能に支持されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを回転させる駆動手段と、掘削された掘削機本体後方のトンネル内壁面を覆工する際に用いられるコンクリート打設装置と、を備えたトンネル掘削機において、
前記コンクリート打設装置は前記塞止弁装置を備えたことを特徴とする。

本発明に係る塞止弁装置によれば、金属製カバーによる補強で棒状ピストンにおけるパッキンの寿命が延び、工期の遅延や経費の増大が未然に回避される。

本発明に係るトンネル掘削機によれば、塞止弁装置の耐久性が高められるコンクリート打設装置を備えるので、トンネル掘削機の掘削能率を高めることができる。

本発明の一実施例を示す塞止弁装置における棒状ピストンの拡大断面図である。 泥土圧式シールド掘削機の概略構成図である。 塞止弁開時のコンクリート打設装置部の要部拡大断面図である。 図３のIV-IV線断面図である。 塞止弁閉時のコンクリート打設装置部の要部拡大断面図である。

以下、本発明に係る塞止弁装置及び該装置を備えたトンネル掘削機を実施例により図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例を示す塞止弁装置における棒状ピストンの拡大断面図、図２は泥土圧式シールド掘削機の概略構成図、図３は塞止弁開時のコンクリート打設装置部の要部拡大断面図、図４は図３のIV-IV線断面図、図５は塞止弁閉時のコンクリート打設装置部の要部拡大断面図である。

本実施例で説明するトンネル掘削機は、掘削土砂をチャンバに充満させ、チャンバ内を所定の圧力に維持しながら排土することで、切羽の安定化を図りながらトンネルを構築する泥土圧式シールド掘削機である。

この泥土圧式シールド掘削機において、図２に示すように、掘削機本体１１は、ほぼ同径の円筒形状をなす前胴１２と後胴１３とが連結軸１４によって左右に屈曲自在に連結され、両者の間に架設された複数本の中折ジャッキ１５によって屈曲可能となっている。この前胴１２の前部には回転リング１６が回転自在に支持され、この回転リング１６には連結ビーム１７を介してカッタヘッド１８が連結されている。

このカッタヘッド１８は、中心部から複数本のカッタスポーク１９が放射状をなして配設され、各先端部が外周リング２０によって連結されて構成されている。そして、カッタヘッド１８の中心部にはフィッシュテールカッタ２１が装着される一方、各カッタスポーク１９の両側部には複数のカッタビット２２がその長手方向に沿って装着され、所定のカッタスポーク１９の先端部には余掘りを行うコピーカッタ２３ａとレスキュービット２３ｂが出没自在に設けられている。

また、回転リング１６の後部にはリングギア２４が固定される一方、掘削機本体１１の前胴１２には複数のカッタ旋回モータ（駆動手段）２５が装着されており、この各カッタ旋回モータ２５の駆動ギア２６がこのリングギア２４にそれぞれ噛み合っている。従って、カッタ旋回モータ２５を駆動して駆動ギア２６を回転駆動すると、リングギア２４、回転リング１６、連結ビーム１７を介してカッタヘッド１８を回転することができる。

また、前胴１２の前部には、カッタヘッド１８の後方に位置してバルクヘッド２７が設けられ、カッタヘッド１８とこのバルクヘッド２７との間に掘削土砂を充満させるチャンバ２８が形成されている。バルクヘッド２７の前面側には複数本の固定式攪拌棒２９が突設される一方、カッタヘッド１８の後面側には複数本の旋回式攪拌棒３０が突設されている。固定式攪拌棒２９の一部にチャンバ２８内の掘削土砂に対して加泥材を注入する図示しない加泥材注入口が設けられると共に、薬液（固結材）を注入する図示しない薬液注入管が設けられている。

そして、掘削機本体１１内には、掘削土砂を外部に搬出するためのスクリューコンベヤ３３が配設されており、その前部が下方に傾斜してバルクヘッド２７を貫通しチャンバ２８内に開口している。

掘削機本体１１の後胴１３には、その内周面に沿ってリングガータ３４が固定されており、このリングガータ３４には複数本のシールドジャッキ（推進ジャッキ）３５が後胴１３の周方向に沿って装着されており、このシールドジャッキ３５を後方に伸長してスプレッダ３６を既設の内型枠（型枠）Ｓに押し付けることで、その反力により掘削機本体１１が前進することができる。

この内型枠Ｓは、複数個のものがトンネルの内壁面（地山Ｇの周壁）に所定の間隔を空けて周方向にリング状に組み付けられるものであり、この組付後に、地山Ｇの周壁とリング状に組み立てられた内型枠Ｓの外周面との空間（コンクリート打設空間Ｅ）に後述するコンクリート打設装置により直打ち（場所打ち）でコンクリートが打設されることで、トンネルが構築される。また、内型枠Ｓはトンネルの長手方向へ複数段に亙って組み付けられる。

また、リングガータ３４には旋回リング３８がトンネル内壁面の周方向に沿って旋回自在に支持され、図示しない駆動モータにより駆動旋回可能となっており、この旋回リング３８に内型枠Ｓを組立てる内型枠組立装置３９が設けられている。さらに、リングガータ３４には左右一対の支柱４０が固定され、この支柱４０からは後方に向かってほぼ水平な架台４１が延設されており、この架台４１には内型枠Ｓの組み立てを補助する前後一対の形状保持装置４２が前後方向に移動自在に装着されている。

また、架台４１の後端には図示しない複数台の搬送台車が連結され、これら搬送台車には後段の内型枠Ｓを脱型する内型枠脱型装置と、この内型枠脱型装置で脱型された内型枠Ｓをトンネル前方へ搬送するホイストと、コンクリート打設装置のパワーユニット等が搭載されている。

更に、後胴（スキンプレート）１３と内型枠Ｓとの間には同内型枠Ｓと地山Ｇの周壁との間にコンクリート打設空間Ｅを形成するリング状の妻型枠４６が配設されると共に、その前方に位置して複数本の妻型枠ジャッキ４７が周方向に沿って並設され、ヘッド基端部がリングガータ３４を貫通して後胴１３内周部に連結される一方、ロッド先端部が前記妻型枠４６に連結されている。

そして、妻型枠４６の外周面にはゴム製のシール部材４８（図３参照）が周方向に沿って装着される一方、妻型枠４６の内周面には金属製のブラシシール４９が周方向に沿って装着されている。

従って、この妻型枠ジャッキ４７を伸縮することで、リング状の妻型枠４６を前後に移動することができ、このとき、シール部材４８が後胴１３の内周面に押圧すると共に、ブラシシール４９がリング状に組み立てられた既設内型枠Ｓの外周面に押圧することで、掘削機本体１１の内部への浸水を防止することができる。

また、この妻型枠４６には掘進方向後方に向かってコンクリート打設管５０が周方向に所定間隔離間して複数本挿通され、これらのコンクリート打設管５０は、後述する塞止弁装置６０の切り替えによりコンクリート打設配管（ホース：コンクリート打設ライン）５１と連通可能になっている。これらのコンクリート打設配管５１は前述した搬送台車上のパワーユニットを介してコンクリート供給源に連通される。

従って、塞止弁装置６０によりコンクリート打設管５０とコンクリート打設配管５１とが連通した状態下で、コンクリート供給源から送給された生コンクリートがコンクリート打設配管５１、コンクリート打設管５０を通って前述したコンクリート打設空間Ｅに打設される。この際、コンクリート打設空間Ｅには、各コンクリート打設管５０より周方向に順番に打設されるようになっている。

また、前記内型枠Ｓ、妻型枠４６、コンクリート打設管５０、コンクリート打設配管５１及び塞止弁装置６０等でコンクリート打設装置が構成される。

前記コンクリート打設管５０は、図３及び図４に示すように、直管部５０ａと分岐管部５０ｂとからなるＹ管状に形成され、その内の直管部５０ａの後半部分が妻型枠４６内に固定的に挿通される。そして、分岐管部５０ｂの前端に前記コンクリート打設配管５１が着脱自在にフランジ結合される一方、直管部５０ａの前端に連結管６１を介して塞止弁装置６０が組み付けられる。

前記塞止弁装置６０は、連結管６１の前端に連接された開閉・掃除用のジャッキ６２と該ジャッキ６２のピストンロッド先端に連接されて連結管６１及びコンクリート打設管５０の直管部５０ａ内を軸方向に摺動可能な棒状ピストン６３とを有する。

前記ジャッキ６２の縮限（収縮時）では、棒状ピストン６３の後退によりコンクリート打設管５０の直管部５０ａと分岐管部５０ｂとが連通し（図３及び図４参照）、ジャッキ６２の伸限（伸長時）では、図５に示すように、棒状ピストン６３の前進によりコンクリート打設管５０の直管部５０ａと分岐管部５０ｂとの連通が遮断されると共に、直管部５０ａ内の残留コンクリートがコンクリート打設空間Ｅに押し出されるようになっている。

前記棒状ピストン６３は、図１に示すように、ジャッキ６２のピストンロッド先端にねじ結合された中心ロッド６４と、該中心ロッド６４の先端に第１カラー６５を介してボルト６６及び押え板６６ａで結合された第１パッキン６７と、同中心ロッド６４上に先端側から順次嵌合された第１パイプ（スペーサ）６８、第２カラー６９、第２パッキン７０、第２パイプ（スペーサ）７１と、これら嵌合部材の抜け止めを図るべく中心ロッド６４の基端部にねじ結合されたナット７２とを有する。

そして、ジャッキ６２の伸限では、図５に示すように、棒状ピストン６３の前進により第２パッキン７０でコンクリート打設管５０の分岐管部５０ｂが密封状態で閉じられると共に、第１パッキン６７でコンクリート打設空間Ｅが密封されるようになっている。

前記第１パッキン（特許請求の範囲のパッキン）６７は、ウレタンゴム等のゴム製のリング状本体部６７ａの背面側が、その背面６７ａ１と該背面に連続する外周面６７ａ２の一部に被嵌・接着されたリング状の薄板カバー６７ｂで補強されてなる。

詳細には、薄板カバー６７ｂは、中央透孔６７ｂ３付きの底壁６７ｂ１から周壁６７ｂ２を起立させたステンレス（SUS304）等の金属製からなり、その底壁６７ｂ１がリング状本体部６７ａの背面６７ａ１に接着されると共に周壁６７ｂ２がリング状本体部６７ａの外周面６７ａ２の一部に接着される。これらの接着は、接着剤によるものでも良いし、金型等を用いて加硫成形により一体成形しても良い。

尚、図４中７３は連結管６１内を洗浄すべく図示しない洗浄水供給用エルボと対をなす洗浄水排出用エルボ、７４はコンクリート打設配管５１内の圧力を検知する圧力計で、図３中７５はコンクリート打設配管５１を支持するサポートである。

次に、上述した本実施例の泥土圧式シールド掘削機によるトンネル掘削作業について説明する。

図２に示すように、カッタ旋回モータ２５によりカッタヘッド１８を回転させながら、複数のシールドジャッキ３５を伸長してスプレッダ３６を既設の内型枠Ｓへ押し付け、その反力によって掘削機本体１１を前進させる。すると、カッタヘッド１８の各カッタビット２２が前方の地盤を掘削し、掘削土砂が各カッタスポーク１９の間からチャンバ２８内に取り込まれ、スクリューコンベヤ３３によって外部に搬出される。

そして、内型枠組立装置３９では、トンネル内に搬入された内型枠Ｓを把持してトンネル内壁面に沿って移動し、把持した内型枠Ｓを所定の位置に固定してリング状に組み立てていく。このとき、前方の形状保持装置４２は内型枠組立装置３９との干渉を避けながら、内型枠Ｓを正規の組立位置に矯正すると共に、後方の形状保持装置４２はリング状に組み立てられた内型枠Ｓを真円となるように矯正する。

この内型枠組立装置３９による内型枠Ｓの組立に並行して、コンクリート打設装置により掘削地山Ｇの周壁と既設の内型枠Ｓの外周面との間のコンクリート打設空間Ｅに生コンクリートが打設される。

即ち、塞止弁装置６０のジャッキ６２が縮限となって、棒状ピストン６３の後退によりコンクリート打設管５０の直管部５０ａと分岐管部５０ｂが連通して（図３及び図４の状態参照）、コンクリート打設配管５１に送給された生コンクリートが当該分岐管部５０ｂと直管部５０ａを通ってコンクリート打設空間Ｅに供給されるのである。

このとき、妻型枠ジャッキ４７を伸び側に作動させることで、打設された生コンクリートに対して妻型枠４６が押し付けられ、前記コンクリート打設空間Ｅの隅々まで生コンクリートが充填される。その後、所定時間が経過すると、このコンクリートが養生・硬化してトンネル構造体が強固に構築される。

また、掘削機本体１１の推進時には、内型枠Ｓが組み返し組み立てられる。即ち、コンクリート打設空間Ｅに生コンクリートが連続して注入されてから所定時間が経過すると、このコンクリートは次第に養生・硬化する。そこで、この養生・硬化したコンクリートに対応した後段側の内型枠Ｓを図示しない内型枠脱型装置により取り外し（脱型し）、同じく図示しないホイストによりトンネル前方に搬送し、内型枠組立装置３９による新たな組み立てに供されるのである。

一方、泥土圧式シールド掘削機が点検等で停止すると、コンクリート打設装置によるコンクリート打設空間Ｅへの生コンクリートの打設が停止される。この際、塞止弁装置６０のジャッキ６２が伸限となり、棒状ピストン６３の前進によりコンクリート打設管５０の直管部５０ａと分岐管部５０ｂとの連通が第２パッキン７０部により遮断されると共に、直管部５０ａ内の残留コンクリートが第１パッキン６７部によりコンクリート打設空間Ｅに押し出される（図５の状態参照）。

この後、コンクリート打設配管５１及びコンクリート打設管５０の分岐管部５０ｂ内の生コンクリートが硬化しない内にこれらのコンクリート打設ラインを洗浄する。つまり、コンクリート打設配管５１はコンクリート打設管５０から切り離して高圧の洗浄水で従前通り洗浄する一方、コンクリート打設管５０の分岐管部５０ｂは当該コンクリート打設管５０を妻型枠４６に取り付けた状態で高圧の洗浄水で洗浄するのである。

また、本実施例では、図示しない洗浄水供給用エルボと対をなす洗浄水排出用エルボ７３を用いて第２パッキン７０部から連結管６１内に漏出した生コンクリートを高圧の洗浄水で洗浄することもできる。

このようにして、本実施例では、泥土圧式シールド掘削機の停止時には、コンクリート打設配管５１を介して生コンクリートの供給源に通じるコンクリート打設管５０の分岐管部５０ｂが棒状ピストン６３の第２パッキン７０部により閉止されると共に、コンクリート打設空間Ｅに通じるコンクリート打設管５０の直管部５０ａ内の残留コンクリートが第１パッキン６７部によりコンクリート打設空間Ｅに押し出される。

これにより、泥土圧式シールド掘削機の停止後の清掃時には、塞止弁装置６０及びコンクリート打設管５０の直管部５０ａ内には残留コンクリートが存在しないので、従来のようにこれらをコンクリート打設空間Ｅ内の生コンクリートの硬化を待って取り外し、洗浄するという作業がない。言い換えれば、そのままの状態で再掘削を開始することができるのである。また、コンクリート打設管５０の分岐管部５０ｂは短管でもあることから、取外し不能であってもそのままの状態で容易に洗浄することができる。

これらの結果、コンクリート打設ラインの洗浄が容易で洗浄時間の短縮が図れると共に、洗浄時の取外し部品の削減により再掘削の段取りが短時間で行える。また、泥土圧式シールド掘削機の掘削下においても、図３及び図４に示す状態での打設待ちの際に、ジャッキ６２を適宜伸限まで作動させることで、妻型枠４６内、言い換えればコンクリート打設管５０の直管部５０ａ内に付着、堆積したデッドコンクリートをコンクリート打設空間Ｅに押し出して除去することもできる。

また、本実施例では、塞止弁装置６０における棒状ピストン６３において、コンクリート打設管５０の直管部５０ａに対する分岐管部５０ｂの分岐部を通過する第１パッキン６７が、ゴム製のリング状本体部６７ａと金属製でリング状の薄板カバー６７ｂで補強されている。

これにより、第１パッキン６７がＹ字状の分岐部を通過するときに、棒状ピストン６３の先端部が分岐部側に片寄るなどして第１パッキン６７がコンクリートの骨材等を噛み込んだとしても、リング状本体部６７ａの背面部に傷や抉り取られるような損傷を受けることが防止される。

この結果、棒状ピストン６３における第１パッキン６７の寿命が延び、工期の遅延や経費の増大が未然に回避される。

このようにして、塞止弁装置６０の耐久性を高められるコンクリート打設装置を備えるで、泥土圧式シールド掘削機の掘削能率を高めることができる。

本発明に係るトンネル掘削機は、泥土圧式シールド掘削機に限らず、泥水式シールド掘削機、機械式シールド掘削機やトンネルボーリングマシーン（ＴＢＭ）等にも適用することができる。

１１ 掘削機本体
１２ 前胴
１３ 後胴
１４ 連結軸
１５ 中折ジャッキ
１６ 回転リング
１７ 連結ビーム
１８ カッタヘッド
１９ カッタスポーク
２０ 外周リング
２１ フィッシュテールカッタ
２２ カッタビット
２３ａ コピーカッタ
２３ｂ レスキュービット
２４ リングギア
２５ カッタ旋回モータ
２６ 駆動ギア
２７ バルクヘッド
２８ チャンバ
２９ 固定式攪拌棒
３０ 旋回式攪拌棒
３３ スクリューコンベヤ
３４ リングガータ
３５ シールドジャッキ
３６ スプレッダ
３８ 旋回リング
３９ 内型枠組立装置
４０ 支柱
４１ 架台
４２ 形状保持装置
４６ 妻型枠
４７ 妻型枠ジャッキ
４８ シール部材
４９ ブラシシール
５０ コンクリート打設管
５０ａ 直管部
５０ｂ 分岐管部
５１ コンクリート打設配管
６０ 塞止弁装置
６１ 連結管
６２ 開閉・掃除用のジャッキ
６３ 棒状ピストン
６４ 中心ロッド
６５ 第１カラー
６６ ボルト
６６ａ 押え板
６７ 第１パッキン
６７ａ ウレタンゴム等のゴム製のリング状本体部
６７ａ１ 背面
６７ａ２ 外周面
６７ｂ リング状の薄板カバー。
６７ｂ１ 底壁
６７ｂ２ 周壁
６７ｂ３ 中央透孔
６８ 第１パイプ（スペーサ）
６９ 第２カラー
７０ 第２パッキン
７１ 第２パイプ（スペーサ）
７２ ナット
７３ 洗浄水排出用エルボ
７４ 圧力計
７５ サポート

Claims (2)

1. 直打ちコンクリート工法に用いられる塞止弁装置であって、
   Ｙ字状に分岐管部を分岐した直管部の基端側に付設されたジャッキと、
   前記ジャッキのピストンロッド先端に付設され、前記直管部に対する前記分岐管部の分岐部を通過すべく直管部内を摺動可能な棒状ピストンと、
   前記棒状ピストンの先端部に装着され、前記分岐部を通過する際に前記分岐部側へ片寄ることを防止すると共に背面の損傷を防ぐ金属製カバーが取り付けられたパッキンと
   を備え、
   前記パッキンは、ゴム製のリング状本体部の背面側が、その背面と該背面に連続する外周面の一部に接着されたリング状の薄板カバーで補強されてなる
   ことを特徴とする塞止弁装置。
2. 筒状の掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、該掘削機本体の前部に回転駆動可能に支持されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを回転させる駆動手段と、掘削された掘削機本体後方のトンネル内壁面を覆工する際に用いられるコンクリート打設装置と、を備えたトンネル掘削機において、
   前記コンクリート打設装置は請求項１に記載の塞止弁装置を備えたことを特徴とするトンネル掘削機。

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