JPH11107690A - シールド掘削機およびトンネルの覆工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 硬化性充填材の覆工厚が変化してスキンプレ
ートとその内部で組み立てるセグメントまたは型枠との
間の径方向寸法が途中で変化する場合にも、硬化性充填
材のスキンプレート内への浸入を容易かつ確実に防ぐと
ともに、硬化性充填材を確実に充填する。 【解決手段】 シールド掘削機３０に、スキンプレート
３１とその内部で組み立てるセグメント２３との隙間を
塞ぐエンドプレート３５を備え、このエンドプレート３
５が固定プレート３６と脱着プレート３７とからなり、
脱着プレート３７を着脱自在とする等して、エンドプレ
ート３５の径方向寸法を調整可能な構成とした。さら
に、シールド掘削機３０に、裏込充填材打設管４４から
打設した裏込充填材２５の圧力を加圧する裏込充填材プ
レス機構４５を備える構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネルを構築す
るに際し、地山に掘削した孔と、その内側に組み立てた
セグメントまたは型枠との間に充填する硬化性充填材の
覆工厚さが変化するとき等に用いて好適なシールド掘削
機およびトンネルの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、軟弱で地下水位が高いよ
うな地山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
的であり、そのような場合には、シールド掘削機で地山
に掘削した孔と、その内部で組み立てたセグメントの外
周面との隙間に、モルタル等の裏込充填材を充填してい
る。

【０００３】また、近年、トンネルの覆工に上記セグメ
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周囲地山との間に直接的に
コンクリートを打設充填して覆工壁を形成するという、
いわゆるＥＣＬ工法（Extruded Concrete Lining Metho
d）の開発も進められている。

【０００４】セグメント工法あるいはＥＣＬ工法のいず
れにおいても、通常は、周囲地山とその内側に組み立て
るセグメントあるいは型枠との隙間は一定である。しか
し、シールド工法の進化に伴い様々な要求が生まれてき
ており、途中でトンネルの外径が変わったり、あるいは
組み立てるセグメントまたは型枠の径方向の寸法や形状
が変わったりすることがある。すると、これに伴ってシ
ード掘削機のスキンプレートとその内部で組み立てるセ
グメントまたは型枠と間の空間の径方向寸法が掘進途中
で変わり、裏込充填材やコンクリート等の硬化性充填材
を充填する部分の覆工厚が変化するケースが生じてきて
いる。

【０００５】ところで、近年では、道路、鉄道、共同溝
等を用途とする大断面トンネルを効率良く構築するため
の技術が要求されつつある。これに応ずるため、本出願
人は、複数のシールドトンネルを周方向に隣接させて構
築することにより大断面トンネルの覆工体となるトンネ
ル構造体を構築し、このトンネル構造体の内方の地山を
掘削して空間を形成することによって大断面トンネルを
構築する技術を開発し、既に提案した（特願平８−２４
４３８号、特願平８−９５７２９号等）。これらの技術
では、先行して構築したシールドトンネルと後行して構
築するシールドトンネルとを互いに重合させるため、後
行するシールドトンネルは、先行して構築したシールド
トンネルの裏込充填材を削って構築するようになってい
る。

【０００６】さらに、本発明者らは、このような技術に
おいて、例えば道路の分岐あるいは合流部等、トンネル
構造体の幅が増減する部分に適用する技術として、特願
平８−１４６３０４号に示す技術を提案した。この技術
では、トンネル構造体の幅が増減する部分では、先行し
て構築したトンネルと、この後に構築するトンネルとを
重合させる寸法を増減させる構成となっている。このた
め、先行して構築したトンネルにおいては、セグメント
の径を変化させ、セグメントと周囲地山との間に充填す
る硬化性充填材の覆工厚を変化させる必要がある。この
場合にも、シールド掘削機のスキンプレートとその内部
で組み立てるセグメントとの間の径方向寸法が途中で変
化することとなっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】一般に、シールド掘削
機からその後方に打設した硬化性充填材が、スキンプレ
ートと、その内側に組み立てたセグメントまたは型枠と
の隙間から、スキンプレート内すなわちシールド掘削機
の内部に浸入してこないよう、シールド掘削機の後部に
は、テールシールあるいは妻枠等を設けている。しかし
ながら、上記したように、セグメントの径や、掘削する
トンネルの外径が変化する等して、セグメントまたは型
枠と周囲地山との間に充填する硬化性充填材の覆工厚が
変化し、これによってシールド掘削機のスキンプレート
とその内部で組み立てるセグメントまたは型枠と間の径
方向寸法が途中で変化する場合、従来のテールシールや
妻枠では覆工厚の変化に対応するのは困難あるいは不可
能であるのが現状である。

【０００８】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたもので、硬化性充填材の覆工厚が変化してスキンプ
レートとその内部で組み立てるセグメントまたは型枠と
の間の径方向寸法が途中で変化する場合にも、硬化性充
填材のスキンプレート内への浸入を容易かつ確実に防ぐ
とともに、硬化性充填材を確実に充填することのできる
シールド掘削機およびトンネルの覆工方法を提供するこ
とを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
前部に備えたカッターで地山を掘削することによって孔
を形成するとともに、その後部において、セグメントま
たは型枠を組み立てて設置し、前記セグメントまたは型
枠と前記孔の周壁との間に硬化性充填材を打設すること
によって前記周壁を覆工するシールド掘削機であって、
該シールド掘削機の外殻をなすスキンプレートと、前記
セグメントまたは型枠の外周面との間に、前記硬化性充
填材を打設すべき空間と前記スキンプレートの内部とを
隔てるエンドプレートが備えられてなり、該エンドプレ
ートの径方向寸法が変更可能とされていることを特徴と
している。

【００１０】請求項２に係る発明は、請求項１記載のシ
ールド掘削機において、前記エンドプレートの径方向寸
法を変更するため、前記エンドプレートの少なくとも一
部が着脱自在とされていることを特徴としている。

【００１１】請求項３に係る発明は、請求項１または２
記載のシールド掘削機において、前記エンドプレートの
径方向寸法を変更するため、前記エンドプレートが、前
記スキンプレートに固定された固定エンドプレートと、
該固定エンドプレートに対して進退可能に設けられた移
動エンドプレートと、該移動エンドプレートを進退駆動
させる駆動機構とが備えられてなることを特徴としてい
る。

【００１２】請求項４に係る発明は、請求項１ないし３
のいずれかに記載のシールド掘削機において、前記シー
ルド掘削機には、前記硬化性充填材を打設するための充
填材注入管と、打設した前記硬化性充填材を押圧するた
めの充填材押圧機構とが配設されて、前記充填材押圧機
構は、前記エンドプレートに設けられたシリンダと、該
シリンダ内で圧力保持ジャッキによって前後方向に進退
駆動される押圧ピストンとを備えた構成とされているこ
とを特徴としている。

【００１３】請求項５に係る発明は、シールド掘削機の
前部に備えたカッターで地山を掘削することによって孔
を形成するとともに、その後部において、セグメントま
たは型枠を組み立て、前記セグメントまたは型枠と前記
孔の周壁との間に硬化性充填材を打設することによって
前記周壁の内面を覆工してトンネルを構築していき、前
記シールド掘削機の外殻をなすスキンプレートと、前記
セグメントまたは型枠の外周面との間の寸法が変化する
ときには、前記硬化性充填材を打設すべき空間と前記ス
キンプレートの内部とを隔てるエンドプレートの径方向
寸法を、調整手段によって変更することを特徴としてい
る。

【００１４】請求項６に係る発明は、請求項５記載のト
ンネルの覆工方法において、前記セグメントまたは型枠
と前記周壁との間に硬化性充填材を打設するに際して
は、前記シールド掘削機に備えた充填材注入手段によっ
て前記硬化性充填材を注入するとともに、前記シールド
掘削機に備えた押圧手段によって、注入した前記硬化性
充填材を押圧することを特徴としている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るシールド掘削
機およびトンネルの覆工方法の第一ないし第三の実施の
形態について図１ないし図１７を参照して説明する。

【００１６】［第一の実施の形態］まずここでは、本発
明に係るシールド掘削機およびトンネルの覆工方法を適
用して構築すべきトンネルおよびその構築方法について
説明する。

【００１７】（掘削すべきトンネルについて）図１に示
すように、構築すべき大断面トンネル１０は、例えば地
下に設けられる高速道路として用いられるもので、この
大断面トンネル１０には、本線１０Ａに支線１０Ｂが合
流する合流ランプＬが設けられている。合流ランプＬに
は、周知のように、支線１０Ｂから走行してきた車が加
速するための加速車線Ｘが設けられており、この加速車
線Ｘの端部に連続して、この大断面トンネル１０の幅が
本線１０Ａに向けて漸次変化するテーパ部Ｄが形成され
ている。

【００１８】図２に示すものは大断面トンネル１０の例
えば本線１０Ａを示すもので、この部分は、周囲の地山
からの土圧に抗するための覆工体であるトンネル構造体
１１と、該トンネル構造体１１の内方に形成された上下
２段の内部空間１２Ａ、１２Ｂとから構成されている。

【００１９】トンネル構造体１１は、側壁部１１ａ，１
１ａと、上面１１ｂ，下面１１ｃと、上下の内部空間１
２Ａ，１２Ｂを仕切る仕切面１１ｄとから構成されて、
全体として断面視略日字状をなしている。このトンネル
構造体１１は、断面視円形の円形シールドトンネル１５
と、互いに平行な平面を有した平面シールドトンネル１
６とが、周方向交互に配置されて一体化された構成から
なっている。なお、符号１８で示すものはトンネル構造
体１１内に全周にわたって配筋された鉄筋、１９はトン
ネル構造体１１内に打設充填されたコンクリートであ
る。

【００２０】本線１０Ａから加速車線Ｘに向けてその幅
が漸次増加するテーパ部Ｄ（図１参照）においては、図
３に示すように、円形シールドトンネル１５Ｂの両側に
位置する平面シールドトンネル１６，１６の間隔が漸次
拡大された構成となっている。さらに、これら平面シー
ルドトンネル１６，１６の間隔の拡大にともなって、そ
の両側に位置する円形シールドトンネル１５Ａ，１５
Ａ、およびトンネル構造体１１の側壁部１１ａ，１１ａ
を構成する平面シールドトンネル１６，１６について
も、その間隔が漸次拡大するよう構築されている。

【００２１】図２に示した大断面トンネル１０の本線１
０Ａを構築するには、まず、トンネル構造体１１を構成
する平面シールドトンネル１６，１６，…を形成するた
めに、矩形シールドトンネル（トンネル）２０，２０，
…を先行構築する。図４に示すように、各矩形シールド
トンネル２０の構築には、断面視矩形のシールド掘削機
（図示なし）で地山中に矩形の孔２２を削孔していき、
その後方にセグメント２３，２３，…を組み立ててい
く。

【００２２】各セグメント２３は、これらを組み上げた
ときに、対向する２面が平板部２３ａ，２３ａとされ、
これら平板部２３ａの両側が、略円弧状の凹部２３ｂ，
２３ｃとなるよう構成されている。各凹部２３ｂ，２３
ｃは、その円弧の曲率径が、側方に構築される円形シー
ルドトンネル１５（図２参照）の径よりも若干大となる
よう形成されている。このようなセグメント２３を組み
立てた後、掘削した孔２２とセグメント２３の外周面と
の間に、コンクリートやモルタル、ファイバーコンクリ
ートなどの裏込充填材（硬化性充填材）２５を充填す
る。これにより、各孔２２内には、断面視矩形の矩形シ
ールドトンネル２０が構築される。

【００２３】次いで、互いに隣接する矩形シールドトン
ネル２０，２０間の地山を断面視円形のシールド掘削機
（図示なし）を用いて円形の孔２６，２６，…を削孔し
ていく。このときには、矩形シールドトンネル２０，２
０間の地山とともに、セグメント２３，２３の凹部２３
ｂ，２３ｃの外側の裏込充填材２５，２５も同時に削ら
れる。

【００２４】図５に示すように、このように各孔２６を
掘削しつつ、シールド掘削機（図示なし）の後方で、円
形セグメント２７，２７，…を組み立てていく。そし
て、組み立てた円形セグメント２７の外側に、コンクリ
ートやモルタル、ファイバーコンクリートなどの裏込充
填材２８を充填することにより、各孔２６内に円形シー
ルドトンネル１５Ａ，１５Ｂが構築される。これによ
り、断面視円形の円形シールドトンネル１５と、平面シ
ールドトンネル１６とが周方向交互に配置され、かつ円
形シールドトンネル１５Ａ，１５Ｂと平面シールドトン
ネル１６とはその一部が重合した状態となり、トンネル
構造体１１が形成される。

【００２５】続いて、図２に示したように、トンネル構
造体１１内に鉄筋１８を配筋し、さらにコンクリート１
９を打設充填した後、トンネル構造体１１の内方の地山
を掘削し、ここに内部空間１２Ａ，１２Ｂを形成するこ
とにより、所定形状の大断面トンネル１０の本線１０Ａ
が構築される。

【００２６】このようにして大断面トンネル１０の本線
１０Ａを構築したのに引き続き、本線１０Ａから加速車
線Ｘに向けてその幅が漸次増加していくテーパ部Ｄ（図
１参照）を構築するには、まず、本線１０Ａと同様、図
６に示すように、矩形シールドトンネル２０，２０を形
成するため、矩形シールド掘削機で矩形の孔２２，２２
を削孔する。このとき、このテーパ部Ｄにおいては、ト
ンネル構造体１１の上面１１ｂ，下面１１ｃ，仕切面１
１ｄを形成する部分では、矩形の孔２２，２２の間隔を
掘進方向前方に行くに従い漸次拡大していく。

【００２７】このようにして各孔２２を削孔しつつ、そ
の後方でセグメント２３を組み立てるが、このときに
は、円形シールドトンネル１５Ｂ側の凹部２３ｂは、円
形シールドトンネル１５Ｂの中心軸線に対する位置が一
定となるようにする。一方、円形シールドトンネル１５
Ａ側の凹部２３ｃは、孔２２の変位に応じて円形シール
ドトンネル１５Ｂの中心軸線から漸次離間するようにす
る。これにより、セグメント２３の幅は、掘進方向前方
に行くに従い漸次拡大することになる。このようにして
テーパ部Ｄのセグメント２３を組み立てた後、掘削した
孔２２とセグメント２３の外周面との間に裏込充填材２
５を充填する。このとき、円形シールドトンネル１５
Ａ，１５Ｂ側においては、裏込充填材２５の覆工厚が掘
進方向前方に行くに従い、漸次薄くなることになる。

【００２８】次いで、互いに隣接する矩形シールドトン
ネル２０，２０間の地山を断面視円形のシールド掘削機
（図示なし）を用いて削孔し、円形の孔２６，２６，…
を形成していく。このとき、円形シールドトンネル１５
Ｂを形成するための孔２６は、トンネル構造体１１の中
心軸線に対して断面方向に変位することなく、直線状に
削孔する。これに対し、円形シールドトンネル１５Ａを
形成するための孔２６は、矩形シールドトンネル２０の
変位に応じて、円形シールドトンネル１５Ｂから漸次離
間するよう削孔する。このようにして、孔２６を削孔す
ると、矩形シールドトンネル２０，２０間の地山ととも
に、セグメント２３，２３の凹部２３ｂ，２３ｃの外側
の裏込充填材２５，２５も同時に削られる。

【００２９】この後は、図３に示したように、シールド
掘削機（図示なし）の後方で、円形セグメント（セグメ
ント）２７，２７，…を組み立て、その外側に裏込充填
材２８を充填することにより、各孔２６内に円形シール
ドトンネル１５Ａ，１５Ｂが構築される。すなわちこれ
により、平面シールドトンネル１６，１６の間隔が拡大
するにしたがって、これらの間に位置する円形シールド
トンネル１５Ｂと、各平面シールドトンネル１６との重
合寸法が漸次減少するようになっている。

【００３０】このようにして、円形シールドトンネル１
５と平面シールドトンネル１６とを構築した後、トンネ
ル構造体１１内に鉄筋１８を配筋し、さらにコンクリー
ト１９を打設充填し、しかる後には、トンネル構造体１
１の内方の地山を掘削し、ここに内部空間１２Ａ，１２
Ｂを形成することにより、所定形状の大断面トンネル１
０のテーパ部Ｄの構築が完了する。

【００３１】（シールド掘削機について）次に、上記の
ような大断面トンネル１０を構築するに際し、矩形シー
ルドトンネル２０を構築するためのシールド掘削機につ
いて説明する。ここで、図４および図６に示したよう
に、このシールド掘削機で掘削する矩形シールドトンネ
ル２０は、前述の如く、テーパ部Ｄにおいて、セグメン
ト２３の幅が掘進方向前方に行くに従い漸次拡大し、こ
れにともなって、裏込充填材２５の覆工厚が円形シール
ドトンネル１５Ａ，１５Ｂ側において漸次薄くなるよう
になっている。

【００３２】図７および図８に示すものは、矩形シール
ドトンネル２０を構築している状態のシールド掘削機３
０である。図７は、裏込充填材２５の覆工厚が厚い部分
を構築している状態、すなわち図４の状態におけるＡ−
Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。また図８は、テー
パ部Ｄにおいて、裏込充填材２５の覆工厚が薄くなった
部分を構築している状態、すなわち図６の状態における
Ａ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。

【００３３】図７および図８に示すように、シールド掘
削機３０は、その外殻をなす矩形断面のスキンプレート
３１の前部に、矩形の孔２２を形成するためのカッタ機
構（カッター）３２が備えられている。そして、スキン
プレート３１の内部には、セグメント２３を所定形状に
組み上げるためのセグメント組立機構（図示なし），シ
ールド掘削機３０を推進させるための推進ジャッキ（図
示なし）等が備えられ、さらにスキンプレート３１の後
部には、スキンプレート３１と組み上げたセグメント２
３との間を塞ぐエンドプレート（調整手段）３５が備え
られている。

【００３４】図９に示すように、このエンドプレート３
５は、スキンプレート３１の内側面に一体に固定された
固定プレート３６と、この固定プレート３６に対して着
脱自在とされた脱着プレート３７とから構成されてい
る。

【００３５】固定プレート３６は、一方の側端部３６ａ
がスキンプレート３１の内側面に沿った直線形状とさ
れ、他方の側端部３６ｂが、セグメント２３の凹部２３
ｂあるいは２３ｃに対応した円弧状をなし、さらに側端
部３６ｂには、スキンプレート３１内で前方に延出する
取付部３６ｃが一体に形成されている。

【００３６】脱着プレート３７は、一方の側端部３７ａ
が、固定プレート３６の側端部３６ｂに沿うよう円弧状
をなし、他方の側端部３７ｂが、セグメント２３の凹部
２３ｂあるいは２３ｃに対応した円弧状をなすようにな
っている。そして、一方の側端部３７ａと他方の側端部
３７ｂには、スキンプレート３１内で前方に延出する取
付部３７ｃ，３７ｄが形成されている。図１０に示すよ
うに、この脱着プレート３７は、複数のプレート部材３
８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ（ここでは例えば３分割）に分割
されている。そして、図９に示したように、これらプレ
ート部材３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃからなる脱着プレート
３７は、固定プレート３６側の取付部３６ｃと脱着プレ
ート３７側の取付部３７ｃとをボルト・ナット（図示な
し）等で締結することによって、固定プレート３６に着
脱自在に取り付けられるようになっている。

【００３７】図１１および図１２に示すものは、図９お
よび図１０に示した脱着プレート３７を取り外した状態
である。

【００３８】さらに、図９に示したように、エンドプレ
ート３５の先端部には、組み上げたセグメント２３との
隙間をシールするゴム系や鋼製の材料等からなるテール
シール３９，３９，…が多重に備えられている。これら
多重のテールシール３９は、それぞれ、脱着プレート３
７の取付部３７ｄ、あるいは固定プレート３６の取付部
３６ｃ（図１２参照）に、ボルト（図示なし）等で着脱
自在に取り付けられるようになっている。このとき、固
定プレート３６の側端部３６ｂと、脱着プレート３７の
側端部３７ｂは、いずれもセグメント２３の凹部２３ｂ
あるいは２３ｃに対応した円弧状で、すなわち同一形状
であるため、テールシール３９は、固定プレート３６，
脱着プレート３７のいずれにも共通して用いることがで
きるようになっている。なお、図１１に示したように、
脱着プレート３７を取り外した状態で固定プレート３６
にテールシール３９を装着する場合には、セグメント２
３の平板部２３ａとの隙間に延長用テールシール４０を
装着する。

【００３９】ところで、図９および図１２に示したよう
に、上記エンドプレート３５の固定プレート３６には、
エンドプレート３５の後方のセグメント２３と孔２２と
の間の空間に裏込充填材２５を充填するための裏込充填
材打設管（充填材注入管，充填材注入手段）４４と、打
設充填した裏込充填材２５の圧力を保持するための裏込
充填材プレス機構（充填材押圧機構，充填材押圧手段）
４５とが備えられている。これら裏込充填材打設管４４
と裏込充填材プレス機構４５は、基本的に本出願人が既
に出願した特願平９−７４１７９号の明細書に記載した
技術と同様の構成であり、ここでは前記明細書に記載し
た技術とは異なる構成を中心に説明を行う。

【００４０】図９（ａ）および図１２（ａ）に示したよ
うに、これら裏込充填材打設管４４は、その後端４４ａ
がエンドプレート３５の固定プレート３６に形成された
打設孔４７に嵌挿されて固定され、固定プレート３６の
後方に向けて開口している。これにより裏込充填材打設
管４４では、図示しないポンプ等によって送給された裏
込充填材２５を、固定プレート３６の後面側に開口した
後端４４ａからその後方の空間に打設注入するようにな
っている。

【００４１】図９（ｂ）および図１２（ｂ）に示すよう
に、裏込充填材プレス機構４５は、円筒状の外筒（シリ
ンダ）４８と、この外筒４８内で前後両方向にスライド
自在に配設された押圧ピストン４９と、この押圧ピスト
ン４９をスライド駆動させる圧力保持ジャッキ５０とか
ら構成されている。外筒４８は、断面略円形の管体から
なり、その後端部が固定プレート３６に形成された固定
孔５１に固定されている。この外筒４８内に収められた
押圧ピストン４９には、その外周面にシール部材５２，
５２が装着され、外筒４８と押圧ピストン４９との隙間
のシール性を保持するようになっている。この押圧ピス
トン４９をスライド駆動させる圧力保持ジャッキ５０
は、その伸縮ロッド５０ａが押圧ピストン４９に一体に
固定され、この伸縮ロッド５０ａを駆動するジャッキ本
体５０ｂが図示しないブラケット等によりスキンプレー
ト３１側に反力がとれるよう固定されている。

【００４２】このような裏込充填材プレス機構４５で
は、裏込充填材打設管４４から固定プレート３６の後方
の空間に注入された裏込充填材２５を、圧力保持ジャッ
キ５０を伸ばして押圧ピストン４９を外筒４８内で後方
にスライドさせることによって押圧するようになってい
る。

【００４３】この裏込充填材プレス機構４５の押圧ピス
トン４９の後面、すなわち裏込充填材２５を直接的に押
圧する側の面には、歪み計型の土圧計等の圧力センサ５
４が取り付けられている。そして、この圧力センサ５４
は、圧力保持ジャッキ５０の駆動を制御する制御手段に
接続されている。この制御手段では、押圧ピストン４９
によって押圧されて加圧される裏込充填材２５の圧力が
刻々と検出されて入力されるようになっている。そし
て、制御手段においては、入力された圧力値と、予め設
定された上限値，下限値，およびヒステリシス（不感
体）とを比較し、その比較結果に基づいて圧力保持ジャ
ッキ５０の作動を自動的に制御し、これによって裏込充
填材２５に対する押圧力を、周囲の地山圧力を上回る所
定の圧力に自動的に保つようになっている。なお、この
裏込充填材プレス機構４５の制御方法は、先に述べた特
願平９−７４１７９号の明細書に記載した技術と同様に
行えばよい。

【００４４】次に、上記エンドプレート３５を備えたシ
ールド掘削機３０で、セグメント２３の外径寸法が大き
くなり、これに伴って裏込充填材２５の覆工厚が変化す
る部分を施工する方法について説明する。これに際して
は、図４，図７に示したように、裏込充填材２５の覆工
厚が厚い部分を構築している状態では、図９および図１
０に示したように、固定プレート３６と脱着プレート３
７とを装着している。

【００４５】そして、図６，図８に示したように、セグ
メント２３の径方向寸法が大きくなる部分では、裏込充
填材２５が硬化した後、図９に示したテールシール３９
がかかっている部分のセグメント２３Ｘを解体する。こ
のとき、裏込充填材２５が硬化して十分な強度を発現し
ていれば周囲地山の土圧・水圧に十分に抗することが可
能である。

【００４６】次いで、テールシール３９を取り外し、さ
らに脱着プレート３７を取り外す。この後、図１１およ
び図１２に示したように、テールシール３９を固定プレ
ート３６に再装着する。このとき、テールシール３９を
予め二組用意しておけば、テールシール３９を脱着プレ
ート３７から取り外す必要はない。さらに、図１１に示
したように、セグメント２３の平板部２３ａと孔２２と
の間に生じる隙間に延長用テールシール４０を装着す
る。

【００４７】この後、図１２に示したように、外径寸法
を大きくするためのセグメント２３Ｙを組み立てる。こ
のセグメント２３Ｙはその途中に段部４１が形成されて
おり、これによってその外径寸法が大きくなるようにな
っている。なお、このような特殊形状のセグメント２３
Ｙは、鋼製とし、工場等で事前加工するようにするのが
望ましい。

【００４８】このようにしてセグメント２３が拡径され
るので、この後は拡径後のセグメント２３を延長構築さ
せていけばよい。そして、セグメント２３の拡径部分で
は、セグメント２３と孔２２との間に充填される裏込充
填材２５の覆工厚も変化するが、このときも前記裏込充
填材プレス機構４５によって、裏込充填材打設管４４か
ら後方の空間に充填した裏込充填材２５を加圧して、自
動的に所定の圧力範囲内に保つようになっている。

【００４９】上述したように、シールド掘削機３０およ
び矩形シールドトンネル２０の覆工方法では、シールド
掘削機３０には、スキンプレート３１とその内部で組み
立てるセグメント２３との隙間を塞ぐエンドプレート３
５が備えられ、このエンドプレート３５が固定プレート
３６と脱着プレート３７とからなり、脱着プレート３７
が着脱自在とされた構成となっている。これにより、ス
キンプレート３１とセグメント２３との間の径方向寸法
が変化して、裏込充填材２５の覆工厚が変化する部分で
は、エンドプレート３５の脱着プレート３７を着脱する
ことによって、覆工厚の変化に容易かつ確実に対応する
ことができる。

【００５０】さらに、シールド掘削機３０には、裏込充
填材打設管４４から打設した裏込充填材２５の圧力を加
圧する裏込充填材プレス機構４５が備えられ、裏込充填
材プレス機構４５で裏込充填材打設管４４から打設した
裏込充填材２５を押圧することによって、周囲地山の土
圧，水圧よりも常時高くなるよう自動的に保つようにな
っている。これにより、裏込充填材２５を過不足なく確
実に充填して、裏込充填材２５への地下水や土砂の浸
入，混入を防止したり、裏込充填材２５のシールド掘削
機３０の掘削方向前方への回り込み等を防止して、高品
質かつ確実な施工が可能となる。

【００５１】しかも、裏込充填材プレス機構４５の外筒
４８が固定プレート３６に固定されて、スキンプレート
３１とは別に設けられた構成となっている。このように
して、スキンプレート３１等を利用せずに裏込充填材プ
レス機構４５を独立して設けることによって、シールド
掘削機３０の製作が容易となり、低コスト化、および高
精度化を図ることができる。また、裏込充填材プレス機
構４５の増減も容易に行うことができる。そして、固定
プレート３６が小さい場合でも、何ら問題なく裏込充填
材２５を良好な品質で打設することが可能となる。

【００５２】加えて、裏込充填材打設管４４について
は、これをエンドプレート３５の固定プレート３６を介
してスキンプレート３１側に固定する構成となってい
る。これにより、従来一般のシールド掘削機のように打
設管をフレキシブルホース等で構成する必要がなく、打
設時にホースが振れたりするような不具合がなく、使用
性に優れている。また、この裏込充填材打設管４４と、
裏込充填材プレス機構４５の外筒４８とが分離されてい
るので、押圧ピストン４９に裏込充填材打設のための孔
を設ける必要がなく、押圧ピストン４９の断面欠損が生
じず、より効率的に押圧効果を得ることができ、また裏
込充填材プレス機構４５の小型化を図ることができる。

【００５３】なお、上記第一の実施の形態において、脱
着プレート３７を、プレート部材３８Ａ，３８Ｂ，３８
Ｃに三分割する構成としたが、もちろんその分割方式に
ついては何ら問うものではない。例えば図１３に示すよ
うに、脱着プレート３７を、プレート部材３８Ｄ，３８
Ｅ，３８Ｆ，３８Ｇ，３８Ｈに５分割するなど、プレー
ト部材を取り扱う機械の能力等に応じて、その分割数や
形状を適宜変更すればよい。また図１４に示すように、
脱着プレート３７を、プレート部材５８Ａ，５８Ｂ，５
８Ｃと、プレート部材５９Ａ，５９Ｂ，５９Ｃとからな
る２段階とするなど、多段階に分割するようにしても良
い。これにより、セグメント２３の径方向寸法が多段階
に変わる場合にも、これに伴って裏込充填材２５の覆工
厚を段階的に容易に調整することができる。さらに、こ
れら脱着プレート３７を着脱自在とするための構造は、
上記に限らず、着脱作業を容易かつ確実に行うことがで
き、しかもエンドプレート３５としての機能を確実に果
たすことができるのであれば、他の構造を適宜採用する
ことが可能である。

【００５４】［第二の実施の形態］次に、本発明にかか
るシールド掘削機およびトンネルの覆工方法の第二の実
施の形態について説明する。ここで説明する第二の実施
の形態と、上記説明した第一の実施の形態の相違点は、
シールド掘削機３０のエンドプレート３５に備えたテー
ルシールの構成が異なるのみであり、他の構成は全て共
通であるので、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、その説明を全て省略する。

【００５５】図１５に示すように、シールド掘削機３０
のエンドプレート３５には、組み上げたセグメント２３
との隙間をシールするゴム系や鋼製の材料等からなるテ
ールシール３９が多重に備えられている。これらテール
シール３９は、脱着プレート３７の取付部３７ｄ（図９
参照）、あるいは固定プレート３６の取付部３６ｃに沿
うよう形成された、鋼製，強化プラスチック製等の取付
プレート６０に一体に取り付けられている。そして、こ
れらテールシール３９は、取付プレート６０を、脱着プ
レート３７の取付部３７ｄ、あるいは固定プレート３６
の取付部３６ｃにボルト等で着脱自在に取り付けられる
構成となっている。なお、図１５は、脱着プレート３７
（図９参照）を取り外した状態を示すものであって、図
９に示したシールド掘削機３０と同様、固定プレート３
６に脱着プレート３７が着脱自在に取り付けられるよう
になっている。

【００５６】上述した構成によれば、裏込充填材２５の
覆工厚の変化に応じ、脱着プレート３７の着脱に伴って
テールシール３９を着脱するときには、取付プレート６
０を着脱するのみで全てのテールシール３９を一体に着
脱することができる。したがって、上記第一の実施の形
態で示したテールシール３９のように多数のテールシー
ル３９を着脱する必要がなくなり、これによって、作業
の手間が省け、作業時間の大幅な低減が可能となる。ま
た、テールシール３９を取付プレート６０に取り付けた
ものを工場等で製作することもできるので、これにより
テールシール３９のシールド掘削機３０への取付精度を
向上させることができ、より確実なシール性能を発揮す
ることができる。

【００５７】［第三の実施の形態］次に、本発明にかか
るシールド掘削機およびトンネルの覆工方法の第三の実
施の形態について説明する。以下に説明する第三の実施
の形態では、エンドプレートの径方向寸法を調整する手
段として、固定エンドプレートに対し移動エンドプレー
トを進退駆動させる構成を例に挙げて説明する。以下の
説明では、上記第一および第二の実施の形態と相違する
エンドプレートの構成についてのみ言及し、前記第一お
よび第二の実施の形態と共通する構成については同符号
を付し、その説明を全て省略する。

【００５８】図１６および図１７に示すように、シール
ド掘削機７０は、その外殻をなす矩形断面のスキンプレ
ート７１の後部に、このスキンプレート７１とその内部
で組み上げたセグメント２３との間を塞ぐエンドプレー
ト（調整手段）７５が備えられている。

【００５９】このエンドプレート７５は、スキンプレー
ト７１の内側面に一体に固定された固定プレート（固定
エンドプレート）７６と、この固定プレート７６に対し
て、スキンプレート７１の径方向に進退自在とされた移
動プレート（移動エンドプレート）７７と、この移動プ
レート７７を進退駆動させる駆動ジャッキ（駆動機構）
７８とから構成されている。

【００６０】固定プレート７６には、前記第一および第
二の実施の形態における固定プレート３６（図９参照）
と同様の形状で、裏込充填材打設管４４と、裏込充填材
プレス機構４５とが備えられている。

【００６１】移動プレート７７は、断面視略Ｌ字状で、
スキンプレート７１の前方に向けて延出する取付部７７
ａにはテールシール３９が取り付けられている。この移
動プレート７７は、固定プレート７６の掘進方向前面側
に配設され、スキンプレート７１の外周側に移動したと
きには、固定プレート７６の前面側に退避するようにな
っている。

【００６２】駆動ジャッキ７８は油圧ジャッキ等からな
り、そのシリンダ本体７８ａがスキンプレート７１に固
定され、その伸縮ロッド７８ｂは移動プレート７７の取
付部７７ａに固定され、スキンプレート７１の径方向内
周側に向けて伸縮駆動されるようになっている。さら
に、固定プレート７６と移動プレート７７との間には、
裏込充填材２５のスキンプレート７１への侵入を防ぐシ
ール部材７９が備えられている。

【００６３】このようなエンドプレート７５を備えたシ
ールド掘削機７０では、前記第一および第二の実施の形
態と同様にして、矩形シールドトンネル２０を構築して
いく。そして、セグメント２３の径方向寸法が変化する
部分では、駆動ジャッキ７８を伸縮させることによっ
て、移動プレート７７を径方向に進退させ、これによっ
てエンドプレート７５の径方向寸法を調整する。

【００６４】上述したように、シールド掘削機７０にお
いても、上記第一の実施の形態と同様の効果を奏するこ
とができる。しかも、エンドプレート７５が、駆動ジャ
ッキ７８によって進退駆動される移動プレート７７を備
えた構成となっているので、上記第一の実施の形態で示
したように脱着プレート３７やテールシール３９の着脱
作業も全く不要であり、エンドプレート７５の径方向寸
法の調整を容易に行うことができる。しかも、その径方
向の調整も任意の位置で移動プレート７７を停止させる
ことによって自在に行うことができる。したがって、上
記効果をより一層顕著なものとすることが可能となる。

【００６５】なお、上記第一ないし第三の実施の形態に
おいては、本発明に係るシールド掘削機およびトンネル
の覆工方法を、大断面トンネル１０の幅が漸次増加する
テーパ部Ｄに適用する構成としたが、もちろん、幅が減
少する場合においても適用することができる。また、大
断面トンネル１０の幅ではなく、高さが増加又は減少す
る場合にも同様にして適用することができる。

【００６６】また、裏込充填材打設管４４や裏込充填材
プレス機構４５については、その構成や設置数等、いか
なるものであっても良い。例えば、裏込充填材プレス機
構４５の外筒４８を断面視円形としたが、これに限ら
ず、矩形や楕円形等の他の形状の外筒を採用するように
しても良い。

【００６７】また、上記各実施の形態では、テールシー
ル３９を多重、例えば３重に設ける構成としたが、もち
ろん一層のみであっても良い。

【００６８】さらに、上記各実施の形態では、本発明に
かかるシールド掘削機およびトンネルの覆工方法を、大
断面トンネル１０を拡幅あるいは縮小させるための矩形
シールドトンネル２０に適用する構成としたが、もちろ
ん上記の形態に何ら限定する意図はない。すなわち、上
記各実施の形態では、セグメント２３と周囲地山との間
に充填する硬化性充填材として裏込充填材２５を例に挙
げたが、例えばＥＣＬ工法等において周囲地山を直接に
覆工するコンクリートに対しても本発明にかかる技術を
全く同様にして適用することが可能である。このような
場合には、型枠が上記実施の形態におけるセグメント２
３に代わる構成となるのは言うまでもない。

【００６９】また、本発明にかかる技術は、このように
裏込充填材または一次覆工用のコンクリート等、硬化性
充填材の覆工厚が変化するような場合であれば、いかな
る場合にも同様に適用することが可能であり、例えば、
複数本のシールドトンネルを組み合わせて構成される大
断面トンネル１０に限らず、一本のみのシールドトンネ
ルの構築にも適用可能である。また、上記各実施の形態
では、スキンプレートの内部で組み立てるセグメント
（あるいは型枠）の径方向寸法が変化することによっ
て、硬化性充填材の覆工厚が変化する場合を例に挙げた
が、もちろん、途中で外径寸法の変わる異径断面トンネ
ル等、スキンプレート側の径方向寸法が変化することに
よって硬化性充填材の覆工厚が変化する場合等であって
も良い。さらに、対象となるトンネルも、矩形断面に限
らず、円形、長円形等、他の各種形状であっても良い。
もちろん、エンドプレート３５，７５の形状は上記に挙
げた形状以外であっても良く、シールド掘削機のスキン
プレートとその内部で組み立てるセグメントあるいは型
枠の形状に応じた形状となるのは当然のことである。

【００７０】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。

【００７１】

【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、シールド掘削機のスキンプレー
トと、セグメントまたは型枠の外周面との間にエンドプ
レートが備えられ、このエンドプレートの径方向寸法が
変更可能とされた構成となっている。またその具体的な
構成として、請求項２に係るシールド掘削機によれば、
エンドプレートの少なくとも一部が着脱自在変更可能と
された構成となっている。これにより、硬化性充填材の
覆工厚が変化する部分では、エンドプレートの径方向寸
法を変更することによって、覆工厚の変化に容易かつ確
実に対応することができ、施工を円滑かつ効率よく行う
ことが可能となる。

【００７２】また、請求項３に係るシールド掘削機によ
れば、エンドプレートの径方向寸法を変更可能とするた
め、エンドプレートが、固定エンドプレートと、移動エ
ンドプレートと、移動エンドプレートを駆動する駆動機
構とを備えた構成となっている。これにより、エンドプ
レートの着脱作業も全く不要であり、エンドプレートの
径方向寸法の調整をより容易に行うことができる。しか
も、その径方向の調整も自在に行うことができる。した
がって、上記効果をより一層顕著なものとすることが可
能となる。

【００７３】請求項４に係るシールド掘削機によれば、
シールド掘削機には、硬化性充填材を打設するための充
填材注入管と、打設した硬化性充填材を押圧するための
充填材押圧機構とが配設されて、充填材押圧機構は、エ
ンドプレートに設けられたシリンダと、圧力保持ジャッ
キによって前後方向に進退駆動される押圧ピストンとを
備えた構成となっている。これにより、充填材注入管か
ら注入した硬化性充填材を圧力保持ジャッキで駆動した
押圧ピストンで押圧することにより、その圧力を周囲地
山の土圧，水圧よりも常時高くなるよう自動的に保つこ
とができ、したがって、硬化性充填材を過不足なく確実
に充填して、高品質かつ確実な施工が可能となる。ま
た、スキンプレート等を利用せずに充填材押圧機構を独
立して設けることによって、シールド掘削機の製作が容
易となり、低コスト化、および高精度化を図ることがで
きる。また、充填材押圧機構の増減も容易に行うことが
できる。

【００７４】請求項５に係るトンネルの覆工方法によれ
ば、シールド掘削機のスキンプレートと、セグメントま
たは型枠の外周面との間の寸法が変化するときには、エ
ンドプレートの径方向寸法を調整手段によって変更する
構成となっている。これにより、覆工厚の変化に容易か
つ確実に対応することができ、施工を円滑かつ効率よく
行うことが可能となる。

【００７５】請求項６に係るトンネルの覆工方法によれ
ば、セグメントまたは型枠と周囲地山の周壁との間に硬
化性充填材を打設するに際しては、充填材注入手段によ
って硬化性充填材を注入するとともに、押圧手段によっ
て、注入した硬化性充填材を押圧する構成となってい
る。これにより、硬化性充填材を押圧することにより、
その圧力を周囲地山の土圧，水圧よりも常時高くなるよ
う自動的に保つことができ、これにより、硬化性充填材
を過不足なく確実に充填して、高品質かつ確実な施工が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るシールド掘削機およびトンネル
の覆工方法を適用するトンネルの一例を示す平断面図で
ある。

【図２】 前記トンネルの通常の部分を示す立断面図で
ある。

【図３】 同、前記トンネルの拡幅部分を示す立断面図
である。

【図４】 図２に示した部分の施工途中の状態を示す立
断面図である。

【図５】 図４に続く状態を示す立断面図である。

【図６】 図３に示した部分の施工途中の状態を示す立
断面図である。

【図７】 本発明に係るシールド掘削機の第一の実施の
形態において、前記シールド掘削機でトンネルを掘削し
ている状態を示す図であって、（ａ）図４におけるＡ−
Ａ断面図、（ｂ）同Ｂ−Ｂ断面図である。

【図８】 同、（ａ）図６におけるＡ−Ａ断面図、
（ｂ）同Ｂ−Ｂ断面図である。

【図９】 図７に示した状態の前記シールド掘削機の要
部を示す図であって、（ａ）裏込充填材打設管の部位に
おける側断面図、（ｂ）裏込充填材プレス機構の部位に
おける側断面図である。

【図１０】 図７に示した状態の前記シールド掘削機の
正面図である。

【図１１】 図８に示した状態の前記シールド掘削機の
正面図である。

【図１２】 図８に示した状態の前記シールド掘削機の
要部を示す図であって、（ａ）裏込充填材打設管の部位
における側断面図、（ｂ）裏込充填材プレス機構の部位
における側断面図である。

【図１３】 本発明に係るシールド掘削機の他の一例を
示す図である。

【図１４】 本発明に係るシールド掘削機のさらに他の
一例を示す図である。

【図１５】 本発明に係るシールド掘削機の第二の実施
の形態を示す図である。

【図１６】 本発明に係るシールド掘削機の第三の実施
の形態を示す図である。

【図１７】 図１６に示したシールド掘削機の移動プレ
ートが移動した状態を示す図である。

【符号の説明】

２０ 矩形シールドトンネル（トンネル） ２２ 孔 ２３ セグメント ２５ 裏込充填材（硬化性充填材） ３０，７０ シールド掘削機 ３１，７１ スキンプレート ３２ カッタ機構（カッター） ３５，７５ エンドプレート（調整手段） ４４ 裏込充填材打設管（充填材注入管，充填材注入手
段） ４５ 裏込充填材プレス機構（充填材押圧機構，充填材
押圧手段） ４８ 外筒（シリンダ） ４９ 押圧ピストン ５０ 圧力保持ジャッキ ７６ 固定プレート（固定エンドプレート） ７７ 移動プレート（移動エンドプレート） ７８ 駆動ジャッキ（駆動機構）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関 伸司 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 浦田 修 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 重田 安彦 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前部に備えたカッターで地山を掘削する
   ことによって孔を形成するとともに、その後部におい
   て、セグメントまたは型枠を組み立てて設置し、前記セ
   グメントまたは型枠と前記孔の周壁との間に硬化性充填
   材を打設することによって前記周壁を覆工するシールド
   掘削機であって、 該シールド掘削機の外殻をなすスキンプレートと、前記
   セグメントまたは型枠の外周面との間に、前記硬化性充
   填材を打設すべき空間と前記スキンプレートの内部とを
   隔てるエンドプレートが備えられてなり、 該エンドプレートの径方向寸法が変更可能とされている
   ことを特徴とするシールド掘削機。
2. 【請求項２】 請求項１記載のシールド掘削機におい
   て、前記エンドプレートの径方向寸法を変更するため、
   前記エンドプレートの少なくとも一部が着脱自在とされ
   ていることを特徴とするシールド掘削機。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のシールド掘削機
   において、前記エンドプレートの径方向寸法を変更する
   ため、前記エンドプレートが、前記スキンプレートに固
   定された固定エンドプレートと、該固定エンドプレート
   に対して進退可能に設けられた移動エンドプレートと、
   該移動エンドプレートを進退駆動させる駆動機構とが備
   えられてなることを特徴とするシールド掘削機。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載のシ
   ールド掘削機において、前記シールド掘削機には、前記
   硬化性充填材を打設するための充填材注入管と、打設し
   た前記硬化性充填材を押圧するための充填材押圧機構と
   が配設されて、前記充填材押圧機構は、前記エンドプレ
   ートに設けられたシリンダと、該シリンダ内で圧力保持
   ジャッキによって前後方向に進退駆動される押圧ピスト
   ンとを備えた構成とされていることを特徴とするシール
   ド掘削機。
5. 【請求項５】 シールド掘削機の前部に備えたカッター
   で地山を掘削することによって孔を形成するとともに、
   その後部において、セグメントまたは型枠を組み立て、
   前記セグメントまたは型枠と前記孔の周壁との間に硬化
   性充填材を打設することによって前記周壁の内面を覆工
   してトンネルを構築していき、 前記シールド掘削機の外殻をなすスキンプレートと、前
   記セグメントまたは型枠の外周面との間の寸法が変化す
   るときには、前記硬化性充填材を打設すべき空間と前記
   スキンプレートの内部とを隔てるエンドプレートの径方
   向寸法を、調整手段によって変更することを特徴とする
   トンネルの覆工方法。
6. 【請求項６】 請求項５記載のトンネルの覆工方法にお
   いて、前記セグメントまたは型枠と前記周壁との間に硬
   化性充填材を打設するに際しては、 前記シールド掘削機に備えた充填材注入手段によって前
   記硬化性充填材を注入するとともに、前記シールド掘削
   機に備えた押圧手段によって、注入した前記硬化性充填
   材を押圧することを特徴とするトンネルの覆工方法。