JPH089958B2 - トンネル覆工用のコンクリート打設装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はトンネル覆工用のコンクリート打設装置に係
り、特に連続的に鉄筋を組立ててコンクリートを打設す
る際に、すでに打設されたコンクリートが逆流しないよ
うに筒内に収納自在な可動ゲートにより支持させるよう
にしたトンネル覆工用のコンクリート打設装置に関す
る。

〔従来の技術〕

近年、都市トンネルの掘削工事に多く適用されている
シールドトンネルにおいて、いわゆる直打ちコンクリー
トライニング工法が普及してきている。この直打ちコン
クリートライニング工法は、高価で組立てが面倒なセグ
メントを施工せずに、シールド掘削機の掘進と同時に掘
削機のテール部で内側型枠を組み立てて、直かに覆工コ
ンクリートを連続して打設することができる。このた
め、覆工コンクリートに打継ぎ目が発生せず、止水や構
造上の弱点をなくすことができる。また、まだ固まらな
いコンクリートを加圧ジャッキ等によりテールボイド
（トンネル掘削孔内面の不規則な凹凸からなる空間）に
押圧充填しながらシールド掘削機を推進させるので、裏
込め注入等を必要としないという利点を有する。

また、この工法で一次覆工コンクリートを鉄筋コンク
リート構造とする場合には、施工の迅速化のためにあら
かじめかご状に組み立てた複数の円弧状の鉄筋かごを内
側型枠の外周に配置し、その後コンクリート打設を行う
ようになっている。このコンクリート打設が終了する
と、推進ジャッキで掘削機を前進させるとともに加圧ジ
ャッキでまだ固まらないコンクリートを押圧して掘削機
の後方に発生するテールボイドを充填するようになって
いる。そしてこの加圧ジャッキの加圧板を次工程のため
に前進させるようになっている。

ところで、地山側に被圧地下水が存在すると、この地
下水や地山の一部によりまだ固まっていないコンクリー
トが掘削機側に逆流してくるおそれがある。

このため、従来はコンクリートの逆流を防止するため
に打設されたコンクリートの妻部分にＨ形鋼や金網等を
あてがい、コンクリート中に埋設されたタイロッドで固
定してコンクリートを支持する方法が採られていた。

また、出願人はこの鋼材の建込みを省略し、作業の効
率化を図るために硬質ゴム製の可撓ゲートを備えたコン
クリート打装置をすでに提案した。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述の妻部分にＨ形鋼や金網等をあて
がい、コンクリート中に埋設されたタイロッドで固定し
てコンクリートを支持する方法では、上記補強材をコン
クリート内に鋼材を埋殺ししなければならずコストが大
きなものとなり、鋼材の組み立てや固定等の工程が煩雑
になり、施工性が劣るという問題がある。

また、上記可撓ゲートを用いた場合は鋼材を使用しな
い点で優れた効果をもたらすが、打設後のコンクリート
が必ずゲートを通過するので、万一、掘削機の推進が遅
れてコンクリートの強度発現が進むとゲートを通過でき
なくなるというおそれがある。

そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有す
る問題点を解消し、既に打設したコンクリートの崩壊を
防止しながら鉄筋の組立て作業とコンクリート打設作業
とを連続的に行えるようにしたトンネル覆工用のコンク
リート打設装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本願請求項１のトンネル
覆工用のコンクリート打設装置は、 掘削機で地盤にトンネルを掘削し、このトンネルの切
羽近傍で筒状の内側型枠を順次形成し、この内側型枠の
外周の掘削機テール部で覆工コンクリートを順次打設
し、この打設コンクリートを後方に押圧するようにした
トンネル覆工用のコンクリート打設装置において、 上記掘削機テール部は、 上記内側型枠の周囲に放射状に複数個配設され、それ
ぞれ先端部がトンネル軸線方向に移動可能な案内部材に
枢支され、後端部が上記内側型枠の外周面に当接可能に
構成された、横断面円弧状のゲートと、 上記ゲートを収納する内部空間を有しているととも
に、スライド装置によりトンネル軸線方向に移動可能な
環状のゲート収納筒と、 加圧ジャッキのロッドの後端に固着され、後端面が上
記ゲートほぼ等しい曲率の曲面に形成され、上記内側型
枠に取り付けられた加圧板保持リングによってトンネル
軸線方向とほぼ直交する平面内で移動可能に保持された
リング状の加圧板と、 を備えたことを特徴とするものである。

また、本願請求項２のトンネル覆工用のコンクリート
打設装置は、請求項１のコンクリート打設装置におい
て、 上記加圧板と加圧板保持リングの間には、少なくとも
１個の環状の弾性チューブが介設されており、 上記弾性チューブは、トンネルの掘削孔の軸心と掘削
予定の軸心が偏心した場合に、弾性的に変形して上記加
圧板および上記ゲート収納筒をトンネル軸線方向とほぼ
直交する平面内で移動させて掘削機の外殻に密着させる
ことを特徴とするものである。

〔作 用〕

本発明によれば、内側型枠外周面と、ゲート収納筒の
内周面と、ゲートの前面と、加圧板の後端面とによって
コンクリート打設室を形成し、このコンクリート打設室
内にコンクリートを打設する。その後、ゲートをゲート
収納筒内に収納し、加圧板の位置までゲート収納筒を前
進させ、続いて加圧ジャッキを作動させて加圧板によっ
て打設したコンクリートをテールボイドに隙間なく圧入
する。上記コンクリートの圧入後、ゲート収納筒からゲ
ートを加圧板の後端面に沿って繰り出し、各ゲートの後
端部を内側型枠の外周面に当接させ、コンクリートをせ
き止める。次に、上記ゲートを残したまま加圧板を前進
させ、加圧板とゲートの間に縦筋と鉄筋かごを組み込む
空間を形成し、その空間に縦筋等を組み込む。縦筋等を
組み込んだ後は、内側型枠を組み込んで新たなコンクリ
ート打設室を形成し、このコンクリート打設室にコンク
リートを打設する。

上記動作を繰り返すことによって、本トンネル覆工用
コンクリート打設装置は、トンネル掘削孔の内側に連続
的にコンクリートを打設する事ができる。

また、本願請求項２に係るトンネル覆工用コンクリー
ト打設装置によれば、トンネルの掘削孔の軸心と掘削予
定の軸心が偏心した場合、すなわち、掘削機の外殻の内
周面と内側型枠の外周面の間に不均等なクリアランスが
形成された場合は、弾性チューブが弾性的に変形し、加
圧板とゲート収納筒とを掘削機の外殻の内周面に密着さ
せ、これによって、加圧板外周部におけるコンクリート
の漏洩を防止することができる。一方、弾性チューブの
内周部は加圧板保持リングの外周部に接しており、その
内部の作動流体の圧力によって加圧板保持リングを内側
型枠に押しつけ、その間の隙間からのコンクリートの漏
洩を防止することができる。

〔実施例〕

以下本発明によるトンネル覆工用のコンクリート打設
装置の一実施例を添付図面を参照して説明する。

第１図において、図中符号１はシールド掘削機１を示
しており、このシールド掘削機１の外殻はスキンプレー
ト２とカッタ３とから構成されている。このスキンプレ
ート２は円筒形状をなし、その前部に回転して地盤を掘
削する円板状のカッタ３が取付けられている。また、カ
ッタ３の前面には図示しないブレードが配設されてお
り、スキンプレート２の内部のテール部には円筒形状の
内側型枠４の先端が入り込んでいる。この内側型枠４は
複数枚の円弧状の型枠をエレクタ装置等（図示せず）で
組み立てたもので、各内側型枠４には推進ジャッキ５の
加圧板5aが当接できるようになっている。

この加圧板5aは第２図に示したように６等分割された
円弧状部材で内側型枠４に均等な押圧力を作用させるこ
とができる。また、上記推進ジャッキ５は上記カッタ３
による切羽の掘削に伴い、シールド掘削機１本体を前方
に推進させることができ、その推進ストローク量は上記
内側型枠４を建て込める程度を有しており、台座６を介
して掘削機１本体に固着されている。

一方、上記内側型枠４の外周と掘削機テール部1aの内
側の間にはコンクリート打設室７が形成されている。こ
のコンクリート打設室７は上記スキンプレートの内周面
近傍に嵌挿された環状のゲート収納筒８を外周壁とし、
その内側に組み建てられた内側型枠４とにより区画され
た筒状をなしている。

また、上記内側型枠４の位置に対向する上記ゲート収
納筒８はトンネル軸線方向に移動可能に嵌挿されてい
る。このゲート収納筒８の先端部（切羽側）には、第２
図に示したように６本のスライド装置９が装着されてお
り、上記収納筒８内に格納されるゲート10の移動と同期
をとって収納筒８をトンネルの掘削方向に前進させるこ
とができる。

また上記収納筒８の内部には、仕切り壁8aによって18
等分割されたゲート収納部11が形成されており、このゲ
ート収納部11には第３図乃至第５図に示したような18個
のゲート10が収納できるようになっている。このゲート
10は第１図及び第５図に示したように横断面が円弧状を
なしている。

また、このゲート10の側面形状は第４図に示したよう
に凹面をなしており、このゲート10を上記ゲート収納部
11の先端から延出させ、先端部を内側型枠４の外周面に
当接させた状態としたときに、隣接するゲート10同士が
ほぼ接しながらコンクリート打設室７の一面を閉塞させ
ることができるようになっている。

そしてこのような閉塞状態においてもコンクリート打
設室７内に鉄筋かご12の縦筋12aを連続的に建て込める
ように縦方向スリット10aが設けられている。

さらに上記ゲート10の前端部は、平鋼からなる案内部
材13の後端部に枢着されている。この案内部材13は、先
端部がゲートジャッキ14のロッド14aの後端部に連結さ
れており、このロッド14aの伸縮により上記ゲート10を
コンクリート打設空間内に延出させたり、ゲート収納部
11に格納させたりすることができる。

なお、上記ゲート10をコンクリート16内に貫入される
際の側方抵抗を最小にするために第６図に示したような
ガイドレール15がゲート収納部11の仕切り壁8aに取着さ
れている。このガイドレール15にゲート10の側部の少な
くとも一部を係合させることにより上記案内部材13の直
線運動をゲートの曲率に等しい向きの曲線円運動に変換
することができる。

また、掘削機の偏心により生じた異なる覆工厚には第
７図（ａ），（ｂ）に示したようにゲート10の延出量を
変えることにより対応することができる。この場合、上
記ゲート10の先端が内側型枠４に当接すると同時にゲー
トジャッキ14の作動を停止させる接触センサあるいは圧
力センサを設けることが好ましい。

なお、上記ゲート10は横断面が円弧状をなしているた
め、まだ固まらない状態のコンクリートによる作用側圧
をアーチ効果で支持することができ、面内に作用する圧
縮分力により内側型枠４と密着することができ、打設し
たコンクリート16が妻部から漏れるのを防止することが
できる。

さらに、ゲート収納筒８に図示しないグリース給油装
置または洗浄装置を設けることでゲート収納筒へのコン
クリート漏れに対処できる。

また、上記コンクリート打設室７内の前部（切羽側）
には加圧板17が配置されており、この加圧板17は第２図
に示したように６本の加圧ジャッキ18により打設室内を
トンネル軸線方向に前進あるいは後退できるようになっ
ている。このとき、上記加圧ジャッキ18は加圧板17に作
用するコンクリート側圧の差に対応して変位制御でき、
加圧板17はコンクリート打設室内を円滑にスライドでき
るようになっている。

さらに、第１図に示したように上記内側型枠４にはコ
ンクリート打設管19が接続されている。このコンクリー
ト打設管19はフレッシュコンクリートを型枠内に打設す
るための略Ｌ字形をなす鋼管からなり、トンネル後方の
図示しないコンクリートポンプ等のコンクリート供給源
から延設されたコンクリート搬送管20の先端に摺動自在
に嵌挿されている。

次に第８図を参照して本実施例に示された加圧板の構
造について説明する。

第８図において、符号17はリング状の加圧板を示して
おり、この加圧板17は後端面（切羽側の反対側の端面）
が円弧の一部を構成するように傾斜した略台形をなし、
この後端面上にはステンレスプレート21が被着されてい
る。このステンレスプレート21は、コンクリート16と加
圧板17との付着を防止するためのもので加圧板17本体に
図示しないねじ等により取付けられている。

また、この加圧板17を保持するために加圧板保持リン
グ22が内側型枠４の外周に嵌挿されており、この加圧板
保持リング22の表面には２個の環状つば部22aが一体的
に突設されている。

一方、上記加圧板17の内面には２本の縦長溝17aが全
周にわたり並設されており、これらの溝17aは上記加圧
板保持リングのつば部22aに摺動自在に遊嵌され、この
部分が加圧板17の摺動案内部を構成するようになってい
る。

さらに加圧板17と加圧板保持リング22との間には環状
をなす２個の弾性チューブ23が介装されている。この弾
性チューブ23は硬質ゴム等の一体成形品であり、その内
部には作動流体が封入されている。上記弾性チューブ23
は上記加圧板17と内側型枠４の間にあって、その一部が
加圧板17と内側型枠４の間クリアランスの変化によって
押圧されると、この押圧力は作動流体によって弾性チュ
ーブ23の他の部位に伝達し、押圧されていない部分が膨
張する。

たとえば、掘削機が偏心して掘削進行した場合に、ト
ンネルの中心と正しく整合した位置に設置された内側型
枠４との外周に、部分的に所定の覆工厚より狭い覆工厚
の箇所が生じる。上記狭い覆工厚の部分では、加圧板17
と加圧板保持リング22とのクリアランス（間隔）が狭め
られ、弾性チューブ23が押圧される。この押圧された部
分の反対側の弾性チューブ23の部分、すなわち、トンネ
ル中心点に関して対向する弾性チューブ23の部分では、
逆にゲート収納筒８と内側型枠４の間にクリアランスの
拡大が生じているので、弾性チューブ23は膨張し、加圧
板17を半径方向外側に押圧する。この結果、加圧板17は
その摺動案内部の作用によって、トンネル軸線方向に直
交する平面内でずれるよう偏心移動し、その外周面前部
がゲート収納筒８の内周面に密着する。

第９図は上記加圧板17が偏心状態にある場合を示して
おり、破線Ａは上記加圧板17の内周端位置を表してい
る。図において、加圧板17は弾性チューブ23の作用によ
って図の上方に偏心移動しており、加圧板17の外周面と
ゲート収納筒８の内周面とが密着し、これによって、加
圧板17外周部におけるコンクリートの漏洩を防止するこ
とができる。一方、弾性チューブ23の内周部は加圧板保
持リング22（図示せず）を内側型枠４に押しつけ、その
間の隙間からのコンクリートの漏洩を防止することがで
きる。

この場合、加圧板保持リング22の後端面には多数のガ
イド溝24が放射状に配設されている。そしてこのガイド
溝24には加圧板17に固着されたガイドストッパ25が遊嵌
されており、このガイドストッパ25が上記ガイド溝24に
沿って移動することで加圧板17を滑らかに移動させるよ
うになっている。

なお、上記加圧板17の外周面と加圧板保持リング22の
内周面とには周面壁との密着を保持するためのシールパ
ッキン26が装着されている。また、上記加圧板17には縦
筋12aを保持可能な鉄筋保持用孔27が所定の間隔をあけ
て穿設されている。したがって、上記ゲート10と加圧板
17との間に建て込まれた鉄筋かご12は一端がカップラー
ジョイント28によりすでに建て込まれた縦筋12aに接合
され、他端が上記鉄筋保持用孔27に嵌挿されるので、コ
ンクリート打設室７内の所定位置に保持される。

次に第10図乃至第12図を参照して上記加圧ジャッキと
ゲートとの相互の位置関係を推進ジャッキとの関係にお
いて説明する。

第10図は推進ジャッキ５のロッドが伸長し、掘削機１
が推進ストローク量だけ前進した後、ゲート10を加圧板
17の前面に沿ってコンクリート16中に貫入させた状態を
示している。このとき、上記ゲート10の曲率は加圧板17
の前面の曲率とほぼ等しく設定されており、上記加圧板
17はゲート10をコンクリート16中に貫入させるためのガ
イドの役割を果たすことができるようになっている。

第11図は上記加圧ジャッキ18と推進ジャッキ５のロッ
ドをともに縮退させた状態を示しており、これらのジャ
ッキを収縮させたことにより生じたスペースがコンクリ
ート打設室７を形成することとなる。このコンクリート
打設室７には鉄筋かご12が建て込まれており、上述のよ
うに所定位置に保持され被りを確保できるようになって
いる。このとき、上記ゲート10は既に打設されたコンク
リート16を支持しており、これにより掘削機後方の地山
からの地下水や土砂の侵入を防止することができる。

第12図は第11図の位置で内側型枠４を組み立て後、フ
レッシュコンクリートをコンクリート打設室７内に充填
し、上記ゲート10をコンクリート16中から引き抜いてゲ
ート収納筒８内に格納し、推進ジャッキ５と加圧ジャッ
キ18とゲートジャッキ14とゲート収納筒スライド装置９
とを連動させてロッドを伸長させている状態を示してい
る。上記加圧板17とゲート収納筒８の端面とでコンクリ
ート16を地山側に押圧することにより掘削機後方に生じ
るテールボイドにコンクリートを充填することができ
る。

次にこのコンクリート打設装置による一連の施工サイ
クルを第13図を参照して説明する。ここでは第10図に示
した状態から開始される施工サイクルを説明する。

まず、ゲートジャッキ14のロッドを伸長し、ゲート10
を加圧板17の後端面に沿ってコンクリート16中に貫入さ
せ、ゲート先端を内側型枠４に当接させる（ステップ10
0）。次いで推進ジャッキ５と加圧ジャッキ18とを収縮
させ、次のコンクリート打設工程の内側型枠４の組立て
空間とコンクリート打設室７とを確保する（ステップ10
1）。このコンクリート打設室７内に鉄筋かご12を建て
込み、縦筋12aの一端をカップラージョイント28により
すでに建て込まれた縦筋12aに接続し、他端を加圧板17
の鉄筋保持用孔27に嵌挿する（ステップ102）。円弧状
の型枠を連結して環状の内側型枠４を組み建て、この内
側型枠４の所定位置にコンクリート打設管19を接続する
（ステップ103）。このコンクリート打設管19を介して
コンクリートを上記コンクリート打設室７内に充填する
ように打設する（ステップ104）。コンクリート打設室
７内がコンクリートで満たされたら、上記ゲートジャッ
キ14のロッドを収縮させてゲート10をゲート収納筒８内
に格納し、ゲート10を開放する（ステップ105）。この
ときこのゲート10はコンクリート16中を引抜かれる状態
となるが、引き抜き方向以外の分力が最小となるように
円弧上を移動することができる。また、上記ゲート10が
開放されると既に打設されていたコンクリート16と今回
打設したコンクリートとが接するようになる。

次に上記ゲート10を格納しているゲート収納筒８を切
羽側に前進させ、この収納筒８の移動した後にさらにコ
ンクリートを充填する（ステップ106）。コンクリート
打設が終了したら、推進ジャッキ５と加圧ジャッキ18と
ゲートジャッキ14とゲート収納筒スライド装置９とを連
動させるように各ロッドを伸長させて掘削機１を推進さ
せる（ステップ107）。このとき上記加圧板17とゲート
収納筒８の端面とが相対的にコンクリートを地山側に押
圧することとなり、これにより掘削機後方に生じるテー
ルボイドにコンクリートを充填することができる。ま
た、次の加圧板17位置での覆工厚に対応させるために加
圧板17を移動して覆工厚調整をおこなう（ステップ10
8）。さらに次の工程のためにゲートジャッキ14を作動
させゲート10をコンクリート中への貫入動作をとる（ス
テップ109:ステップ100にループする）。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば掘削
機テール部に横断面が円弧状のゲートを内側型枠の外周
を包囲するように放射状に配設し、この開閉ゲートでコ
ンクリートを支持するとともに、前端部が加圧ジャッキ
のロッドの後端部に固着されるとともに後端面が上記開
閉ゲートとほぼ等しい曲率をなす曲面に形成され、トン
ネル軸線方向と直交する平面内で移動可能なリング状の
加圧板とを備えたので、コンクリート打設室内にまだ固
まらない状態のコンクリートが逆流するのを防止しなが
ら連続的に鉄筋組立て作業とコンクリート打設作業を行
うことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるコンクリート打設装置の一実施例
を示した縦断面図、第２図及び第３図は同横断面図、第
４図は本発明によるコンクリート打設装置に使用される
ゲートの格納状態を示した平面図、第５図は同側面図、
第６図はゲートを案内するためのガイドレールの一例を
示した側面図、第７図（ａ），（ｂ）は異なる覆工厚に
対応させたゲートの態様を示した一部縦断面図、第８図
は本発明による加圧板と加圧板保持リングの一実施例を
示した一部縦断面図、第９図は異なる覆工厚に対応させ
た加圧板の状態を示した横断面図、第10図乃至第12図は
本発明によるコンクリート打設装置の加圧ジャッキとゲ
ートとの相互の位置関係の一例を示した一部縦断面図、
第13図は本発明によるコンクリート打設装置の一連の施
工サイクルを模式的に示したフローチャートである。 １……シールド掘削機、４……内側型枠、５……推進ジ
ャッキ、７……コンクリート打設室、８……ゲート収納
筒、９……ゲート収納筒スライド装置、10……ゲート、
11……ゲート収納部、13……案内部材、14……ゲートジ
ャッキ、15……ガイドレール、17……加圧板、18……加
圧ジャッキ、22……加圧板保持リング、23……弾性チュ
ーブ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】掘削機で地盤にトンネルを掘削し、このト
   ンネルの切羽近傍で筒状の内側型枠を順次形成し、この
   内側型枠の外周の掘削機テール部で覆工コンクリートを
   順次打設し、この打設コンクリートを後方に押圧するよ
   うにしたトンネル覆工用のコンクリート打設装置におい
   て、 上記掘削機テール部は、 上記内側型枠の周囲に放射状に複数個配設され、それぞ
   れ先端部がトンネル軸線方向に移動可能な案内部材に枢
   支され、後端部が上記内側型枠の外周面に当接可能に構
   成された、横断面円弧状のゲートと、 上記ゲートを収納する内部空間を有しているとともに、
   スライド装置によりトンネル軸線方向に移動可能な環状
   のゲート収納筒と、 加圧ジャッキのロッドの後端に固着され、後端面が上記
   ゲートとほぼ等しい曲率の曲面に形成され、上記内側型
   枠に取り付けられた加圧板保持リングによってトンネル
   軸線方向とほぼ直交する平面内で移動可能に保持された
   リング状の加圧板と、 を備えたことを特徴とするトンネル覆工用のコンクリー
   ト打設装置。
2. 【請求項２】上記加圧板と加圧板保持リングの間には、
   少なくとも１個の環状の弾性チューブが介設されてお
   り、 上記弾性チューブは、トンネルの掘削孔の軸心と掘削予
   定の軸心が偏心した場合に、弾性的に変形して上記加圧
   板および上記ゲート収納筒をトンネル軸線方向とほぼ直
   交する平面内で移動させて掘削機の外殻に密着させるこ
   とを特徴とする請求項１に記載のトンネル覆工用のコン
   クリート打設装置。