JP6882817B1

JP6882817B1 - シールド工法

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Publication number: JP6882817B1
Application number: JP2021004408A
Authority: JP
Inventors: 尚紀川崎; 浩一蕪木; 原　正樹; 正樹原
Original assignee: Mutsubushi Rubber Co Ltd
Current assignee: Mutsubushi Rubber Co Ltd
Priority date: 2021-01-14
Filing date: 2021-01-14
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2041-01-14
Also published as: JP2022109072A; US20220220850A1; US11603760B2

Abstract

【課題】工事費用の高騰を抑制するとともに作業の安全性を確保しながら、シール部材への掘削土や掘削片のかみ込みを防止する。【解決手段】シールド工法は、到達側の立坑１の山留壁１１の内面において坑口１２の形成予定位置に第１筒状枠３１を設置する第１工程と、シールドマシン２により地中に横孔５を掘り進めながら、横孔５の内径側にトンネルの外殻となる複数のセグメント４を掘進方向に継ぎ足し設置するとともに、到達側の立坑１に坑口１２を形成してから、シールドマシン２を坑口１２内に留めるように停止させる第２工程と、坑口１２の内周とシールドマシン２の外周面との間の隙間を仮止水してから、坑口１２の形成に伴い第１筒状枠３１に入り込む掘削土や掘削片６を除去する第３工程と、第１筒状枠３１の少なくとも内径が同一でかつ内径側にシール部材３５が装着された第２筒状枠３２を第１筒状枠３１の内側開口端に連結する第４工程と、を実行する。【選択図】図１

Description

本発明は、地中に設けられる二つの立坑の間にシールドマシンによりトンネルを作るシールド工法に関する。

例えば、地中に設けられる二つの立坑の間にシールドマシンによりトンネルを作る場合、予め、到達側の立坑の山留壁の内周面において坑口の形成予定部位にエントランス装置を設置する。

このエントランス装置は、エントランス枠、シール部材などを備えている。前記エントランス枠は、シールドマシンが非接触に進入されるような大きさの円筒形に形成されていて、前記到達側の立坑の山留壁の内周面において前記坑口の形成予定部位に取り付けられる。

前記シール部材は、前記エントランス枠の内周面の所定位置に設置されるものである。このシール部材は、前記シールドマシンが前記立坑の山留壁を掘削して前記エントランス枠内に進入したときに当該シールドマシンの外周面に接触し、さらにシールドマシンが前進して前記シール部材を越えてから前記トンネルの外殻となるセグメントが設置されたときに、当該セグメントの外周面に接触する。

一般に、前記シールドマシンが地中および前記到達側の立坑の山留壁を掘進する過程において、掘削土や掘削片が前記エントランス枠内に入り込むことになるが、この掘削土や掘削片が前記シールドマシンの外周面や前記セグメントの外周面と前記シール部材との間にかみ込むことによって、前記シール部材が正常に機能しなくなる。

なお、土（または土壌とも言う）とは、地球上の陸地の表面を覆っている鉱物、有機物、気体、液体、生物が混合した物のことである。

例えば特許文献１には、「シールド工法によってトンネルを掘削する場合、到達予定の立坑の土留め壁体にトンネル掘削機（前記シールドマシンに相当）によりトンネル到達口を設けてトンネル本体と接続するが、予め、前記トンネル到達口の形成予定位置に当該形成予定位置を囲むに充分な径を有する環状体をアンカーボルトなどにより固着し、この環状体の開放側のフランジにパッキンを介して筒状体のフランジを軸方向から重ね合わせておいてボルトとナットで結合してから、前記トンネル掘削機による地盤や立坑の土留め壁体の掘削に伴い当該トンネル掘削機のシールド筒が前記筒状体内に入り込むと、当該筒状体の内周面に設けている環状シール部材が前記シールド筒の外周面に接触する」ということが記載されている。

また、この特許文献１には、「トンネル掘削機３の前部が土留め壁体１を貫通して環状体２内に進入する。このとき地盤Ｅ内の水圧が高いと筒状体５内にも湧水が侵入するので、検知ノズル６ａを開いて水圧、水質、水量などを調べ、必要に応じてトンネル到達口付近の止水工事を実施する。」ということが記載されている。

例えば特許文献２には、「予めエントランス室４内に砂からなる充填材５を充填しておいて、シールド掘進機１２（前記シールドマシンに相当）を前進させることにより地山１１や立坑壁８を掘削させるが、その際、前記砂からなる充填材５に水からなる洗浄液ｃを噴出させることにより、前記砂と前記水の混合した泥水をエントランス室４とシールド掘進機１２との間の内部空間に充満し、比重および粘性の高い泥水圧で地山１１の出水圧力に打ち勝って止水する。なお、余剰の泥水ｄは下部における排泥溝部２ｃに集められ、蓋部３の下部に設定された遮断弁１６の開放で泥水ｄが排泥口３ｂから立坑７の内部に放出される。」ということが記載されている。

例えば特許文献３には、「まず、シールド掘削機（前記シールドマシンに相当）の外径よりも大径を有したエントランス室を、到達側の立坑の内壁面に取り付けることによって、前記シールド掘削機が前記立坑の内壁を貫通するときに該立坑の内外を前記エントランス室で液密に隔てるようにしておき、この後、該エントランス室内を加圧手段により加圧した状態で前記シールド掘削機を前進させて該エントランス室内に到達させ、次いで前記エントランス室の内周面とシールド掘削機の外周面との間を塞ぎ、しかる後に、前記エントランス室の内圧を下げ、さらに前記塞いだ部分よりも前記立坑内側の前記エントランス室を解体する」ということが記載されている。

特開平１０−１０２９８０号公報特許第４４８６２５０号公報特開平１１−２２９７５５号公報

上記特許文献１では、前記トンネル到達口の形成予定位置に環状体および筒状体を設置しておいて前記トンネル掘削機により地中や立坑の土留め壁体の掘削を開始するが、掘削土や掘削片に関する記載が全く無い。

上記特許文献２では、「エントランス室４内に充填している砂からなる充填材５に高圧水からなる洗浄液ｃを噴出することにより、エントランス室４を砂と高圧水からなる泥水で充満させているから、地山１１の出水圧力に打ち勝って止水することができる。」と記載されているが、「高圧水からなる洗浄液ｃを供給するための設備（加圧装置１７、配管系統１４など）が必要になる」ために、設備コストが嵩むなど、工事費用が高騰することが指摘される。

上記特許文献３では、「エントランス室１３内の内圧Ｐ２を地下水圧Ｐ１と略等しいかあるいは高くしておくことにより、シールド掘削機１の進入に際してエントランス室１３内に周囲地山から土砂等が流入するのを防止できる。」と記載されているが、「加圧装置１４が必要であるとともに、当該加圧装置１４を立坑２の壁部に設置する必要があるために、設備コストが嵩む」など、工事費用が高騰することが指摘される。

このような事情に鑑み、本発明は、地中に設けられる二つの立坑の間にシールドマシンによりトンネルを作るシールド工法において、工事費用の高騰を抑制するとともに作業の安全性を確保しながら、シール部材への掘削土や掘削片のかみ込みを防止することを目的としている。

本発明に係るシールド工法は、地中に設けられる二つの立坑の間にシールドマシンによりトンネルを作るシールド工法であって、前記シールドマシンの到達側の立坑の山留壁の内面において坑口の形成予定位置に、前記シールドマシンが非接触に進入される第１筒状枠を設置する第１工程と、前記シールドマシンにより地中に横孔を掘り進めながら、当該横孔の内径側にトンネルの外殻となる複数のセグメントを掘進方向に継ぎ足し設置するとともに、前記到達側の立坑に坑口を形成してから、前記シールドマシンを前記坑口内に留めるように停止させる第２工程と、前記坑口の内周と前記シールドマシンの外周面との間の隙間を仮止水してから、前記坑口の形成に伴い前記第１筒状枠に入り込む掘削土や掘削片を除去する第３工程と、前記第１筒状枠の少なくとも内径が同一でかつ内径側にシール部材が装着された第２筒状枠を前記第１筒状枠の内側開口端に連結する第４工程と、前記シールドマシンを前記シール部材よりも前に通過させてから、当該シールドマシンの外周面に前記シール部材を圧接させる第５工程と、前記シールドマシンをさらに前進させることにより前記セグメントの外周面が前記シール部材に接触する位置まで到達したときに、前記シール部材を前記セグメントの外周面にさらに強く圧接させる第６工程と、を順次実行し、前記第１工程から前記第２工程に移行する前に、前記第１筒状枠の内側開口端に当該内側開口端を閉塞する仮蓋を設置するとともに、当該仮蓋と前記第１筒状枠と前記山留壁とで囲む空間に充填材を充填する第１補助工程を実行し、前記第２工程から前記第３工程に移行する前に、前記仮蓋を取り外す第２補助工程を実行し、前記第４工程から前記第５工程に移行する前に、前記第２筒状枠の内側開口端に当該内側開口端を閉塞する仮蓋を設置する第３補助工程を実行し、前記第５工程の後で、前記第３補助工程で設置した仮蓋を取り外す第４補助工程を実行することを特徴としている。

この構成によれば、前記第１筒状枠と前記第２筒状枠とを含む比較的簡易な構成のエントランス装置を用いることによって、前記到達側の立坑の山留壁に坑口を安全かつ迅速に形成することができるとともに、前記第２筒状枠のシール部材への掘削土や掘削片のかみ込みを防止することができる。

したがって、工事費用の高騰を抑制するとともに作業の安全性を確保しながら、前記シール部材による所期の止水効果を確保することが可能になる。

また、上記構成によれば、前記第２工程で前記到達側の立坑の山留壁に坑口を形成することに伴い前記第１筒状枠に入り込む掘削土や掘削片を前記第３工程で除去しているから、前記第５工程において前記シールドマシンの外周面に対する前記シール部材の圧接部位に掘削土や掘削片がかみ込むことを確実に防止することが可能になる。さらに、上記構成によれば、前記仮蓋を用いて前記第１筒状枠の内部空間（エントランス空間）を密封して当該エントランス空間内に前記充填材を充填しているから、前記エントランス空間の内圧を地中圧に対して等しいか、あるいは高くすることが可能になる。これにより、前記第２工程で前記到達側の立坑の山留壁に坑口を形成する際に、前記山留壁が大割れすることを抑制または防止することが可能になる。

その他、この構成によれば、前記第５工程の後で地中から湧き水、地下水あるいは泥水などが前記エントランス空間内に入り込むような現象が発生したとしても、前記湧き水、地下水あるいは泥水などが立坑内に漏れ出ることを防止できる。

また、上記シールド工法において、前記シール部材は、前記第２筒状枠の内周に固定され、かつ内径が前記シールドマシンの外径および前記セグメントの外径より小さいテーパ状の弾性シートと、この弾性シートを縮径させるように撓ませることにより、当該弾性シートの内周部分を前記シールドマシンの外周面や前記セグメントの外周面に圧接させる加圧部材と、を含む構成とすることができる。

ここでは、前記シール部材について比較的簡素な構成で十分な密封性能を発揮できる構成に特定している。

この特定によれば、前記第５工程の後で地中から湧き水、地下水あるいは泥水などが前記エントランス空間内に入り込むような現象が発生したとしても、前記湧き水、地下水あるいは泥水などが立坑内に漏れ出ることを防止できる。

また、上記シールド工法において、前記加圧部材は、内部に流体が充填されることに伴い膨張する弾性チューブと、この弾性チューブに前記流体を充填することにより前記弾性シートを縮径させる充填装置と、を含む構成とすることができる。

ここでは、前記加圧部材の構成を特定している。この特定によれば、前記弾性シートの加圧動作が確実に行えるようになる。

また、上記シールド工法において、前記シール部材は、前記第２筒状枠の内側開口端に径方向内向きに延出するように固定され、かつ内径が前記シールドマシンの外径および前記セグメントの外径より小さい円環状の弾性シートと、前記弾性シートにおいて前記坑口から遠い側の面（外面）に装着され、かつ内径側に前記シールドマシンが入り込んできたときに前記弾性シートが撓むことを許容するように拡径可能に緩められる一方、前記弾性シートの内周部分を前記シールドマシンの外周面に圧接させるように締め付けられて縮径されるワイヤと、を含む構成とすることができる。

本発明によれば、工事費用の高騰を抑制するとともに作業の安全性を確保しながら、シール部材への掘削土や掘削片のかみ込みを防止可能な掘進工法を提供することができる。

本発明に係るシールド工法の一実施形態で、到達側の立坑に第１筒状枠を設置する第１工程を説明するための断面図である。図１のシールドマシンの概略構成を示す図である。図１に続いてシールドマシンで立坑の山留壁に坑口を開けた直後の状態を示す断面図である。図３の状態において掘削土や掘削片を除去した状態を示す断面図である。図４に続いて第２筒状枠を設置した状態を示す断面図である。図５に続いてシールドマシンを第２筒状枠内に進入させてシール部材に接触させた状態を示す断面図である。図６に続いてシールドマシンを前進させてセグメントをシール部材に接触させた状態を示す断面図である。本発明に係るシールド工法の他の実施形態で、到達側の立坑に第１筒状枠および仮蓋を設置した状態を示す断面図である。図８に続いてシールドマシンで立坑の山留壁に坑口を開けた直後の状態を示す断面図である。図９の状態から仮蓋を取り外して充填材、掘削土ならびに掘削片を除去した状態を示す断面図である。図１０に続いて第２筒状枠を設置した状態を示す断面図である。図１１に続いてシールドマシンを第２筒状枠内に進入させてシール部材に接触させた状態を示す断面図である。図１２に続いてシールドマシンを前進させてセグメントをシール部材に接触させた状態を示す断面図である。図１１に続いて第２筒状枠に仮蓋を設置した状態を示す断面図である。シール部材の他の例を示す図である。シール部材の他の例を示す図である。シール部材の他の例を示す図である。

以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

図１から図７に本発明の一実施形態を示している。本発明に係るシールド工法は、地中に設けられる二つの立坑の間にシールドマシンによりトンネルを作る工法であって、特に到達側の立坑の山留壁に坑口を形成する過程に関係している。

このシールド工法の説明に先立ち、シールド工法に用いるシールドマシン２、エントランス装置３について説明する。

シールドマシン２は、この実施形態において、例えば図２に示すように、泥土圧式シールド方式と呼ばれるものとされ、スキンプレートと呼ばれる外筒２１、隔壁２２、カッタヘッド２３、チャンバ２４、スクリューコンベア２５、エレクタ２６、複数の薬注口２７、などを少なくとも備えている。

カッタヘッド２３は、隔壁２２の前方に設けられて地中を掘削するもので、モータ（油圧式または電動式）２８および不図示の減速機構を介して回転駆動される。

チャンバ２４は、カッタヘッド２３と隔壁２２との間に設けられかつカッタヘッド２３の掘進に伴い発生する掘削土が集められる。

スクリューコンベア２５は、チャンバ２４内に集められる掘削土を地上の泥水処理プラント（図示省略）に回収するものである。なお、前記チャンバ２４内には、前記泥水処理プラントで生成された泥水が高圧で供給され、この泥水と前記掘削土とを前記スクリューコンベア２５で回収するようにしている。

エレクタ２６は、カッタヘッド２３で掘進する横孔５内にセグメント４を順次設置するものである。

薬注口２７は、立坑１の山留壁１１に坑口１２を開けた後で、当該坑口１２とシールドマシン２との間の隙間を止水するための適宜の密封材を供給する配管口であって、図示していないが、適宜の薬注供給装置に接続される。

エントランス装置３は、図５に示すように、第１筒状枠３１と、第２筒状枠３２と、を少なくとも備えた構成である。

第１筒状枠３１は、シールドマシン２の到達側の立坑１の山留壁１１の内面において坑口１２の形成予定位置に設置される。

この第１筒状枠３１は、例えば金属で円筒形に形成されていて、内側開口端には径方向内外に延出する環状板３１ａが設けられている。

この第１筒状枠３１は、シールドマシン２が非接触で進入されるような大きさに設定されている。これにより、第１筒状枠３１の内径側の空間がシールドマシン２を迎え入れるエントランス空間３３となる。第１筒状枠３１の外径側には、坑口コンクリート３４が設けられている。

第２筒状枠３２は、第１筒状枠３１の内側開口端に連結される。この第２筒状枠３２は、例えば金属で円筒形に形成されていて、第１筒状枠３１の内径寸法、外径寸法ならびに外形が同一に形成されている。

この第２筒状枠３２において、受け入れ側の開口端には径方向内外に延出する一端側環状板３２ａが設けられており、また、前記受け入れ側とは反対側の開口端には径方向内外に延出する他端側環状板３２ｂが設けられている。

第２筒状枠３２の一端側環状板３２ａが第１筒状枠３１の環状板３１ａに密封部材（図示省略、例えばパッキンなど）を介して軸方向に重ね合わされた状態で締結部材（図示省略、例えばボルト、ナットなど）により連結される。

第２筒状枠３２の内径側には、シール部材３５が装着されている。このシール部材３５は、図５に拡大して示しているように、弾性シート３５ａと、弾性チューブ３５ｂと、充填装置（図示省略）と、を組み合わせた構成である。

弾性シート３５ａは、例えばゴム等の可撓性，伸縮性を有した材料によってテーパ状に形成されている。弾性シート３５ａの左端部が、第２筒状枠３２の内周面における中間領域に押え板３７を介して締結部材（図示省略、例えばボルト、ナットなど）により固定されている。

弾性チューブ３５ｂと、前記不図示の充填装置とが、特許請求の範囲に記載している加圧部材を構成している。この加圧部材は、テーパ状の弾性シート３５ａをさらに径方向斜め内向きに撓ませることにより弾性シート３５ａの内周部分をシールドマシン２の外周面やセグメント４の外周面に圧接させるものである。

弾性チューブ３５ｂは、内部に流体（例えば水または空気など）が充填されることに伴い膨張するものであって、弾性シート３５ａの外径側に設けられる。この弾性チューブ３５ｂは、第２筒状枠３２の内周面に押え板３８を介して締結部材（図示省略、例えばボルト、ナットなど）により固定されている。

前記不図示の充填装置は、タービンポンプ（図示省略）から供給管（図示省略）を介して弾性チューブ３５ｂに流体（例えば水または空気など）を充填することにより弾性シート３５ａを縮径させるものである。

このシール部材３５は、弾性チューブ３５ｂ内に流体を供給して膨張させることにより弾性シート３５ａを径方向斜め内向きに撓ませると、弾性シート３５ａの内径がシールドマシン２の外径およびトンネルの外殻となるセグメント４の外径より小さくなって、シールドマシン２の外周面やセグメント４の外周面に圧接されるように機能する。

次に、本発明に係るシールド工法の一実施形態を詳細に説明する。

施工前に、トンネルの設置対象となる地盤の改良が必要であるか否か、つまり地中が安定しているのか、あるいは不安定であるのかを調査する。

地盤改良が必要であるか否かの指標としては、一般に、地中の地質、水含有量などを適宜の基準に基づいて規定される。

前記地質は、例えば地盤保持強度で表される。固い砂礫質、岩質などのように崩れにくい硬質地盤の場合、地盤保持強度が高く、地中が安定していると言える。一方、湧き水、地下水量が多くかつ緩い砂質、柔らかい粘土質などのように崩れやすい軟弱地盤の場合、地盤保持強度が低く、地中が不安定であると言える。

なお、トンネル設置場所ならびにその近傍の地上に建築物を設置する場合のように地盤沈下などのリスクを確実に回避する必要がある場合についても、地盤改良が必要であると判定することがある。

（第１のシールド工法）
第１のシールド工法について、図１から図７を参照して説明する。この第１のシールド工法は、地中が安定している場合に適している。ここでは、地盤改良をせずに作業を進める例を挙げているが、適宜の地盤改良（下記する第２のシールド工法での説明を参照）を施すようにしてもよい。

図１に示すように、シールドマシン２の到達側の立坑１の山留壁１１の内面において坑口１２の形成予定位置に、第１筒状枠３１を設置する（第１工程）。ここでは、第１筒状枠３１の外径側に坑口コンクリート３４を設置している。

そして、図３に示すように、シールドマシン２により地中に横孔５を掘り進めながら、当該横孔５の内径側にトンネルの外殻となる複数のセグメント４を掘進方向に継ぎ足し設置するとともに、図示していないが、横孔５とセグメント４との間の隙間に裏込め材を注入し、さらに到達側の立坑１に坑口１２を形成してから、シールドマシン２を坑口１２内に留めるように停止させ、その後、図示していないが、坑口１２の内周とシールドマシン２の外周面との間の隙間を仮止水する（第２工程）。

なお、横孔５を掘進している場合には、掘削土がシールドマシン２のチャンバ２４内に集められてスクリューコンベア２５から横孔５の外側に排出される。

この後、図４に示すように、坑口１２の形成に伴いエントランス空間３３内に入り込む掘削土や掘削片６（図３参照）を除去する（第３工程）。

なお、前記仮止水としては、例えば前記隙間にシールドマシン２の薬注口２７から密封材（図示省略、例えば高分子系、水ガラス系、モルタル系等の薬注材）を封入することにより行う形態とすることができる。

次いで、図５に示すように、第２筒状枠３２を第１筒状枠３１の内側開口端に連結する（第４工程）。ここでは、第１筒状枠３１の環状板３１ａに密封部材（図示省略、例えばパッキンなど）を介して第２筒状枠３２の一端側環状板３２ａを軸方向から重ね合わせて、締結部材（図示省略、例えばボルト、ナットなど）により固定する。

この後、図６に示すように、シールドマシン２をシール部材３５よりも前に通過させてから、シール部材３５の弾性チューブ３５ｂに前記不図示の充填装置から流体を供給して弾性チューブ３５ｂを膨張させることにより、シール部材３５の弾性シート３５ａをシールドマシン２の外周面に圧接させる（第５工程）。

引き続いて、図７に示すようにシールドマシン２をさらに前進させることによりセグメント４の外周面がシール部材３５の弾性シート３５ａに接触する位置まで到達したときに、弾性チューブ３５ｂに前記不図示の充填装置でもって流体をさらに供給することにより弾性シート３５ａをセグメント４の外周面にさらに強く圧接させる（第６工程）。

このようにしてから、シールドマシン２を例えば引き抜き架台（図示省略）上に載せて第２筒状枠３２から撤去する。

以上説明したように、第１のシールド工法によれば、第１筒状枠３１と第２筒状枠３２とを含む比較的簡易な構成のエントランス装置３を用いることによって、到達側の立坑１の山留壁１１に坑口１２を安全かつ迅速に形成することができるとともに、第２筒状枠３２のシール部材３５への掘削土や掘削片６のかみ込みを防止することができる。

したがって、工事費用の高騰を抑制するとともに作業の安全性を確保しながら、シール部材３５による所期の止水効果を確保することが可能になる。

（第２のシールド工法）
第２のシールド工法について、図８から図１３を参照して説明する。この第２のシールド工法は、例えば地中が不安定な場合、または万一のリスクを確実に回避したい場合に適している。

ここでは、事前に、適宜の地盤改良を施し、地中に横孔５を掘進する際に確実に崩れないようにしておく。

この地盤改良の方法は、例えば図８に示すように、地中において立坑１の山留壁１１に対する坑口形成予定位置の外周所定領域（地盤改良領域とも言う）５Ａに、薬液、セメントミルあるいは凍結剤などを注入することにより行う形態が公知である。
なお、前記した地盤改良領域５Ａの幅（シールドマシン２の進行方向に沿う寸法）ならびに径方向寸法は、地中の不安定な度合いに応じて、シールドマシン２の全長寸法を基準として適宜に設定することが好ましい。

このようなシールド工法で使用するシールドマシン２としては、上述した構成要素の他に、図８に示すようにエントランス空間３３に充填材３９（例えば砂、泥水、凍結剤など）を充填するための充填装置（図示省略）を備えた構成とすることが好ましい。

まず、図８に示すように、シールドマシン２の到達側の立坑１の山留壁の内面において坑口形成予定位置に、第１筒状枠３１を設置する（第１工程）。ここでは、第１筒状枠３１の外径側に坑口コンクリート３４を設置している。

引き続いて、第１筒状枠３１の内側開口端に仮蓋７を設置することにより、第１筒状枠３１の内径側のエントランス空間３３を仮蓋７と山留壁１１とで閉塞し、このエントランス空間３３に前記不図示の充填装置により充填材３９を充填する（第１補助工程）。なお、仮蓋７には、バックアンカー（反力支保部材とも言う）８が取り付けられている。

このようにエントランス空間３３を密閉して充填材３９を充填する場合、エントランス空間３３の内圧を地中圧に対して等しいか、あるいは高くすることにより、シールドマシン２が立坑１の山留壁１１に坑口１２を形成する際に山留壁１１が大割れすることを抑制または防止することが可能になる。

なお、エントランス空間３３の内圧がシールドマシン２の進入により上昇しようとする場合には、エントランス空間３３内の充填材３９がシールドマシン２側および前記不図示の充填装置で外部に排出されるので、エントランス空間３３の内圧が予め設定した圧力に維持される。

そして、図９に示すように、シールドマシン２により地中に横孔５を掘り進めながら、当該横孔５の内径側にトンネルの外殻となる複数のセグメント４を掘進方向に継ぎ足し設置するとともに、図示していないが、横孔５とセグメント４との間の隙間に裏込め材を注入し、さらに到達側の立坑１に坑口１２を形成してから、シールドマシン２を坑口１２内に留めるように停止させ、その後、図示していないが、坑口１２の内周とシールドマシン２の外周面との間の隙間を仮止水する（第２工程）。

この後、図１０に示すように、仮蓋７およびバックアンカー８を取り外す（第２補助工程）。

引き続いて、坑口１２の形成に伴いエントランス空間３３内に入り込む掘削土や掘削片６（図９参照）を除去する（第３工程）。

次いで、図１１に示すように、第２筒状枠３２を第１筒状枠３１の内側開口端に連結する（第４工程）。ここでは、第１筒状枠３１の環状板３１ａに密封部材（図示省略、例えばパッキンなど）を介して第２筒状枠３２の一端側環状板３２ａを軸方向から重ね合わせて、締結部材（図示省略、例えばボルト、ナットなど）により固定する。

この後、図１２に示すように、シールドマシン２をシール部材３５よりも前に通過させてから、シール部材３５の弾性チューブ３５ｂに前記不図示の充填装置から流体を供給して弾性チューブ３５ｂを膨張させることにより、シール部材３５の弾性シート３５ａをシールドマシン２の外周面に圧接させる（第５工程）。

引き続いて、図１３に示すようにシールドマシン２をさらに前進させることによりセグメント４の外周面がシール部材３５の弾性シート３５ａに接触する位置まで到達したときに、弾性チューブ３５ｂに前記不図示の充填装置でもって流体をさらに供給することにより弾性シート３５ａをセグメント４の外周面にさらに強く圧接させる（第６工程）。

以上説明したように、第２のシールド工法によれば、第１筒状枠３１と第２筒状枠３２と仮蓋７とを含む比較的簡易な構成のエントランス装置３を用いることによって、到達側の立坑１の崩壊を回避しながら、この立坑１の山留壁１１に坑口１２を安全かつ迅速に形成することができるとともに、第２筒状枠３２のシール部材３５への掘削土や掘削片６のかみ込みを防止することができる。

（第３のシールド工法）
第３のシールド工法は、上記第２のシールド工法をベースとして、第３補助工程および第４補助工程を加えている。この第３のシールド工法は、例えば地中が不安定な場合、または万一のリスクを確実に回避したい場合に適している。

具体的に、第３のシールド工法では、上記第２のシールド工法の第１工程〜第３工程を実行した後、第４工程から第５工程に移行する前に、例えば図１４に示すように、第２筒状枠３２の内側開口端に例えば円筒形の延長筒状枠３６を介して仮蓋９を装着する第３補助工程を行う。

なお、仮蓋９には、バックアンカー（反力支保部材とも言う）１０が取り付けられている。仮蓋９およびバックアンカー１０は、上記第２のシールド工法の第１補助工程で使用した仮蓋７およびバックアンカー８を再利用することも可能である。

前記第３補助工程では、第２筒状枠３２の他端側環状板３２ｂに密封部材（図示省略、例えばパッキンなど）を介して延長筒状枠３６の一端側環状板３６ａを軸方向から重ね合わせて、締結部材（図示省略、例えばボルト、ナットなど）により固定し、延長筒状枠３６の他端側環状板３６ｂに仮蓋９を締結部材（図示省略、例えばボルト、ナットなど）により固定し、この仮蓋９にバックアンカー（反力支保部材とも言う）１０を装着する。

この第３補助工程では、エントランス空間３３内に水または泥水を入れることにより、地中との圧力バランスをとることようにすることができる。

但し、第３補助工程において、エントランス空間３３内に前記水または泥水を入れないようにしてもよい。また、シールドマシン２の全長が短い場合には、延長筒状枠３６を第２筒状枠３２に固定しなくてもよい。

この第３補助工程を行ってから、上記第２のシールド工法で説明した第５工程（図１２参照）に移行することにより、シールドマシン２をシール部材３５よりも前に通過させてから、シール部材３５の弾性チューブ３５ｂに前記不図示の充填装置から流体を供給して弾性チューブ３５ｂを膨張させることにより、シール部材３５の弾性シート３５ａをシールドマシン２の外周面に圧接させる。

この第５工程の後、仮蓋９およびバックアンカー１０を取り外す（第４補助工程）。引き続いて、上記第２シールド工法の第６工程と同様にシールドマシン２をさらに前進させることによりセグメント４の外周面がシール部材３５の弾性シート３５ａに接触する位置まで到達したときに（図１４の二点鎖線参照）、弾性チューブ３５ｂに前記不図示の充填装置から流体をさらに供給することにより弾性シート３５ａをセグメント４の外周面にさらに強く圧接させる（第６工程）。

以上説明したように、第３のシールド工法によれば、上記第２シールド工法と同様の作用、効果が得られる他、仮に前記第５工程において地中から湧き水、地下水あるいは泥水などがエントランス空間３３内に入り込むようなことが発生したとしても、前記湧き水、地下水あるいは泥水などが立坑１内に漏れ出ることを防止できる。

なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲内で適宜に変更することが可能である。

（１）上記第２、第３のシールド工法では、地盤改良を施すようにした例を挙げているが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、例えば図示していないが、前記地盤改良を施さないようにしてもよい。

（２）上記第２、第３のシールド工法では、第１補助工程でエントランス空間３３内に充填材３９を封入するようにした例を挙げているが、本発明はこれのみに限定されるものではない。

例えば図示していないが、前記第１補助工程でエントランス空間３３内に充填材３９を封入しないようにしてもよい。

（３）上記第１〜第３のシールド工法で用いたシール部材３５は、例えば図１５〜図１７に示すような各種のシール部材３５に置き換えることが可能である。

図１５に示すシール部材３５は、弾性シート３５ａと、弾性チューブ３５ｂと、充填装置（図示省略）と、を備えた構成である。

弾性シート３５ａは、例えばゴム等の可撓性，伸縮性を有する材料によって第２筒状枠３２の内周面に沿うように円筒形に形成されていて、外周面の円周方向の複数ヶ所に金属製の帯状補強板３５ｃが一体に固定されている。

そして、弾性シート３５ａの左端部が、第２筒状枠３２の内周面における中間領域に押え板３７を介して締結部材（ボルトなど）５１により固定されている。

第２筒状枠３２において弾性シート３５ａの右端部の近傍には、係止部材５２が締結部材（例えばボルト、ナットなど、符号省略）により取り付けられている。

この係止部材５２は、弾性シート３５ａを第２筒状枠３２の内周面に沿わせた非使用状態で弾性シート３５ａの右端部が引っ掛けられるものであって、係止部材５２に弾性シート３５ａの右端部を引っ掛けると前記非使用状態が保持されることになり、係止部材５２から弾性シート３５ａの右端部を外すと弾性シート３５ａが斜め姿勢に傾きうる状態になる。

弾性チューブ３５ｂと、不図示の充填装置とが、加圧部材を構成している。この加圧部材は、二点鎖線で示すようにテーパ状の弾性シート３５ａをさらに径方向斜め内向きに撓ませることにより弾性シート３５ａの内周部分をシールドマシン２の外周面やセグメント４の外周面に圧接させるものである。

弾性チューブ３５ｂは、内部に流体（例えば水または空気など）が充填されることに伴い膨張するものであって、弾性シート３５ａの外径側に設けられる。この弾性チューブ３５ｂは、第２筒状枠３２の内周面に押え板３８を介して不図示の締結部材（例えばボルト、ナットなど）により固定されている。

前記充填装置は、弾性チューブ３５ｂに図示していないタービンポンプから供給管を介して流体（例えば水または空気など）を充填することにより弾性シート３５ａを斜め姿勢に傾けて縮径させるものである。

図１６に示すシール部材３５は、図１５に示すシール部材３５の弾性シート３５ａの向きを反対向きにしており、その他の構成は、図１５に示すシール部材３５と基本的に同様である。

具体的に、弾性シート３５ａの右端部が、第２筒状枠３２の内周面における中間領域に押え板３７を介して締結部材（ボルトなど）５１により固定されている。

図１７に示すシール部材３５は、弾性シート３５ａ、複数のワイヤ３５ｄ、ワイヤ保持部材３５ｅを備えた構成である。

弾性シート３５ａは、径方向に沿う形状であり、その内径がシールドマシン２の外径および円筒形に組み立てられたセグメント４の外径より小さくされている。

ワイヤ３５ｄは、弾性シート３５ａの外面つまり坑口１２から遠い側の面に径方向所定間隔おきに並べて装着されるようにワイヤ保持部材３５ｅに保持されている。

ワイヤ保持部材３５ｅの外面（接触面とは反対側の面）には、ワイヤ３５ｄと同数の保護管３５ｆが一体に設けられており、この保護管３５ｆ内にワイヤ３５ｄが挿入されることにより保持されるようになっている。

このワイヤ３５ｄは、直径（巻き付け径）寸法が変更可能になっていて、例えば図５、図１１、図１４に示すようにシールドマシン２がシール部材３５の手前に位置しているときには不図示の駆動装置により拡径可能に緩められているが、例えば図６、図１２に示すようにシールドマシン２の外周面がシール部材３５に当接したときには前記不図示の駆動装置により締め付けられて縮径される。

具体的に、図５、図１１、図１４に示す状態では、前記不図示の駆動装置によりワイヤ３５ｄが拡径可能に緩められているので、当該状態から図６、図１２に示すようにシールドマシン２を前進させることにより弾性シート３５ａの内径側にシールドマシン２が入り込んできたときには弾性シート３５ａが斜めに撓むことが許容される。

一方、図６、図１２に示す状態になった後では、前記不図示の駆動装置によりワイヤ３５ｄを縮径するように締め付けることにより、弾性シート３５ａの内周部分をシールドマシン２の外周面に圧接させることができる。

（４）上記第１〜第３のシールド工法では、横孔５を掘進しながら横孔５とセグメント４との間の隙間に裏込め材（図示省略）を注入するようにした例を挙げているが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、例えば図示していないが、前記裏込め材を注入しないようにしてもよい。

（５）上記第１〜第３のシールド工法で使用したシールドマシン２は、図示していないが、他のタイプのシールドマシンを用いることが可能である。

（６）上記第１〜第３のシールド工法において、図６あるいは図１２に示すようにシール部材３５の弾性シート３５ａをシールドマシン２の外周面に圧接させた後で、シールドマシン２と第１筒状枠３１と第２筒状枠３２と弾性シート３５ａとで囲む環状空間に、図示していないが、例えばモルタルなどの自硬性の硬化材などを注入することが可能である。

前記硬化材の供給設備は、坑口コンクリート３４の内部あるいはシールドマシン２の内部に装備することができる。

このようにした場合、シールドマシン２を第２筒状枠３２から取り出すまでの過程において、シール部材３５による止水効果を向上できる他、当該止水効果を長期にわたって維持するうえで有利になる。

本発明は、地中に設けられる二つの立坑の間にシールドマシンによりトンネルを作るシールド工法に好適に利用することが可能である。

１到達側の立坑
１１山留壁
１２坑口
２シールドマシン
２１外殻筒
２２隔壁
２３カッタヘッド
２４チャンバ
２５スクリューコンベア
２６エレクタ
２７薬注口
２８モータ
３エントランス装置
３１第１筒状枠
３１ａ環状板
３２第２筒状枠
３２ａ一端側環状板
３２ｂ他端側環状板
３３エントランス空間
３４坑口コンクリート
３５シール部材
３５ａ弾性シート
３５ｂ弾性チューブ
３６延長筒状枠
３６ａ一端側環状板
３６ｂ他端側環状板
３７押え板
３８押え板
３９充填材
４セグメント
５横孔
５Ａ地盤改良領域
６掘削土、掘削片
７仮蓋

Claims

地中に設けられる二つの立坑の間にシールドマシンによりトンネルを作るシールド工法であって、
前記シールドマシンの到達側の立坑の山留壁の内面において坑口の形成予定位置に、前記シールドマシンが非接触に進入される第１筒状枠を設置する第１工程と、
前記シールドマシンにより地中に横孔を掘り進めながら、当該横孔の内径側にトンネルの外殻となる複数のセグメントを掘進方向に継ぎ足し設置するとともに、前記到達側の立坑に坑口を形成してから、前記シールドマシンを前記坑口内に留めるように停止させる第２工程と、
前記坑口の内周と前記シールドマシンの外周面との間の隙間を仮止水してから、前記坑口の形成に伴い前記第１筒状枠に入り込む掘削土や掘削片を除去する第３工程と、
前記第１筒状枠の少なくとも内径が同一でかつ内径側にシール部材が装着された第２筒状枠を前記第１筒状枠の内側開口端に連結する第４工程と、
前記シールドマシンを前記シール部材よりも前に通過させてから、当該シールドマシンの外周面に前記シール部材を圧接させる第５工程と、
前記シールドマシンをさらに前進させることにより前記セグメントの外周面が前記シール部材に接触する位置まで到達したときに、前記シール部材を前記セグメントの外周面にさらに強く圧接させる第６工程と、を順次実行し、
前記第１工程から前記第２工程に移行する前に、前記第１筒状枠の内側開口端に当該内側開口端を閉塞する仮蓋を設置するとともに、当該仮蓋と前記第１筒状枠と前記山留壁とで囲む空間に充填材を充填する第１補助工程を実行し、
前記第２工程から前記第３工程に移行する前に、前記仮蓋を取り外す第２補助工程を実行し、
前記第４工程から前記第５工程に移行する前に、前記第２筒状枠の内側開口端に当該内側開口端を閉塞する仮蓋を設置する第３補助工程を実行し、
前記第５工程の後で、前記第３補助工程で設置した仮蓋を取り外す第４補助工程を実行することを特徴とするシールド工法。
請求項１に記載のシールド工法において、
前記シール部材は、前記第２筒状枠の内周に固定され、かつ内径が前記シールドマシンの外径および前記セグメントの外径より小さいテーパ状の弾性シートと、
この弾性シートを縮径させるように撓ませることにより、当該弾性シートの内周部分を前記シールドマシンの外周面や前記セグメントの外周面に圧接させる加圧部材と、を含むことを特徴とするシールド工法。
請求項２に記載のシールド工法において、
前記加圧部材は、内部に流体が充填されることに伴い膨張する弾性チューブと、この弾性チューブに前記流体を充填することにより前記弾性シートを縮径させる充填装置と、を含むことを特徴とするシールド工法。
請求項１に記載のシールド工法において、
前記シール部材は、前記第２筒状枠の内側開口端に径方向内向きに延出するように固定され、かつ内径が前記シールドマシンの外径および前記セグメントの外径より小さい円環状の弾性シートと、
前記弾性シートにおいて前記坑口から遠い側の面（外面）に装着され、かつ内径側に前記シールドマシンが入り込んできたときに前記弾性シートが撓むことを許容するように拡径可能に緩められる一方、前記弾性シートの内周部分を前記シールドマシンの外周面に圧接させるように締め付けられて縮径されるワイヤと、を含むことを特徴とするシールド工法。