JP4183040B2 - シールド掘進機の後退方法、及びそのシールド後退用治具 - Google Patents

Description

本発明は、シールド掘進機の後退方法、及びそのシールド後退用治具に係わり、特に、シールド掘進機の後退を確実に、容易に且つ円滑に行うことを可能にしたシールド掘進機の後退方法、及びそのシールド後退用治具に関する。

近年、例えばシールド掘進機によるトンネル坑の覆工は大深度化、長距離化の方向にある。この長距離施工に対応するようにカッタヘッドに取り付けられたカッタビットは、激しく磨耗するため、同カッタビットの交換は避けがたい。このカッタビットの交換に際して、切羽側から交換作業を行うことは切羽の崩壊などによる危険を伴う。このため、このカッタビット交換などの作業を行うにあたり、シールド掘進機内においてカッタビット交換作業を行い得るように様々な提案がなされている（例えば、特許文献１参照。）。

この特許文献１に記載されたシールド掘進機は、図１２に示すようにシールド外筒１０１とシールド外筒１０１内に前後摺動可能に配設されたシールド内筒１０２とを備えている。カッタビット１０３を交換するにあたっては、シールド掘進機の前方と切羽との間に形成されたチャンバ１０４内をミキシングしながら、固化材を注入し、チャンバ１０４内を掘削土砂等から低強度ソイルモルタル１０５に置き換える。

チャンバ１０４内を低強度ソイルモルタル１０５に置き換えた後、カッタ前面から切羽面に向けて高強度モルタル１０６を打設しながら、シールド内筒１０２と一緒に、低強度ソイルモルタル１０５とカッタ全体をシールド外筒１０１内の後方へ引き込む。カッタ前面に高強度モルタル１０６を十分な厚さに打設した後、チャンバ１０４内から排土装置の後方に向けて低強度ソイルモルタル１０５を排出し、チャンバ１０４内にカッタビット交換用の作業空間を確保する。

また、カッタビットを交換する他の方法として、シールド外筒内にカッタビット交換用の作業空間を形成する方法がある（例えば、特許文献２参照。）。

この特許文献２に記載されたシールド掘進機では、カッタビット１０７を交換するにあたり、図１３に示すように、シールド外胴１０８に対してシールド内胴１０９と一緒にカッタを後退させる。そのシールド内胴１０９の後退と同時に、止水材料をカッタ前面から切羽面に向けて吐出させることにより遮水壁１１０を形成する。

次に、シールド内胴１０９を後退させながら、補強材料をカッタ前面から吐出させて補強壁１１１を形成する。更に、シールド内胴１０９を後退させつつ、脆弱材料をカッタ前面から吐出させて脆弱層１１２を形成する。前記補強壁１１１が所定の強度に達した時点で、前記脆弱層１１２を除去し、シールド外胴１０８内にカッタビット交換用の作業空間を確保する。

また、カッタビットを交換する更に他の方法として、注入材を注入した袋体によりカッタ前面に壁体を形成する方法がある（例えば、特許文献３参照。）。

この特許文献３に記載されたシールド掘進機は、図１４に示すように、前胴１１３及び後胴１１４を相互に摺動屈曲自在に接続している。前胴１１３の前端部には摺動可能に配設されたカッタ１１６が備えられている。カッタ１１６内の前部には、切羽面に向けて膨張可能な複数の袋体１１５が分散して装着されている。

カッタビットを交換するにあたっては、所定圧を加えて注入材を袋体１１５に注入し、同袋体１１５を膨らませながら、カッタ１１６を前胴１１３内に沿って所定距離後退させる。これにより、切羽面とカッタ前面と前胴１１３の内周面とに囲まれた壁体１１７を形成する。次に、チャンバ１１８内の掘削土砂などを排泥管から後方に向けて排出し、チャンバ１１８内にカッタビット交換用の作業空間を確保する。

また、カッタビットを交換する更に他の方法として、チャンバ内及びカッタ前面付近にカッタビット交換用の作業空間を形成する方法がある（例えば、特許文献４参照。）。

この特許文献４に記載されたシールド掘進機は、上記特許文献３の技術と同様にテレスコピック状にされた前後胴１１９，１２０を相互に摺動屈曲自在に接続している。

カッタビットを交換するにあたっては、図１５に示すように、カッタ前面の掘削土砂通過用スリットを閉塞する。その後、カッタ１２１を前胴１１９内に沿って所定距離後退させながら、カッタ前面から粘性膜形成材を注入する。それと同時にカッタ１２１を回転させ、その粘性膜形成材を撹拌しながら、カッタ前面と切羽面との間に粘性膜１２２を形成する。

次に、前記粘性膜１２２と一緒にカッタ１２１を所定距離後退させながら、切羽面と粘性膜１２２との間に固化材を注入して固化層１２３を形成する。固化層１２３が固まった後、チャンバ１２４内の掘削土砂などを排泥管から後方に向けて排出する。次に、作業員がチャンバ１２４内に入り、前記粘性膜１２２を除去することによりチャンバ１２４内及びカッタ前面付近に作業空間を形成する。なお、上記特許文献３及び４の技術は、本出願人等が先に提案したものである。
特許第３１２４５０３号公報 特許第３１７１４５９号公報 特開２００１−３３６３９１号公報 特開２００２−２５６７９１号公報

上記特許文献１に記載された従来のシールド掘進機におけるカッタビット交換のための固化材充填工法では、チャンバ１０４内にも固化材が充填されてしまう。このため、カッタビット交換後にチャンバ１０４内で固化した固化材の除去作業に多大な時間を必要とする。このため、必然的に工事費が増大するとともに、全体工期も長くなるという問題があった。

また、シールド掘進機内に引き込んだカッタを初期の掘進位置に戻す際に、シールド掘進機におけるスキンプレートの内周面に固着した固化材を削り落とすための機構が必要となる。このため、シールド掘進機内に収納された各種機器ユニットの設置スペースに加えて前記機構の設置スペースを確保しなければならなくなる。その結果、限られたシールド掘進機の内部空間を狭小化するという問題があった。

上記特許文献２に記載されたシールド掘進機にあっても、シールド掘進機におけるスキンプレートの内周面に固着した固化材を削り落とすための機構が必要となる。従って、上記特許文献１に記載された従来の技術とは従前どおり変わるところはない。

一方、上記特許文献３及び４に記載されたシールド掘進機では、上記特許文献１に記載されたような固化材充填工法を排除している。従って、チャンバ１０４内の固化材除去作業を必要としない。このため、カッタビットの交換作業性を向上することができるという利点がある。

しかしながら、上記特許文献１〜４に記載された各従来技術では、カッタ全体をシールド掘進機内に沿って後方へ引き込むために前後胴を設け、固化材を注入するための空間を前記前胴に形成することが必要となる。このため、シールド掘進機内に前記内胴の移動スペースを確保しなければならない。その結果、各種の機器ユニットなどの設置スペースに加えてシールド掘進機内の空間を充分に確保しなければならなくなり、限られたシールド掘進機の内部空間を益々狭小化することになる。従って、狭小化された作業空間内におけるカッタビットの交換作業を難しいものにしてしまう。

このように、カッタビットの交換作業を行うにあたり、シールド掘進機の内部空間に前記内胴の移動スペースを確保することは限界があり、トンネル坑の掘削効率の悪化にもつながる。そこで、カッタビットの交換作業を行うにあたり、シールド掘進機前方の切羽の崩壊などを防止しながら、カッタと一緒にシールド掘進機全体を後方へ移動することが考えられる。

一般に、シールド掘進機のテールシールは、組み立てられたセグメントリングの外周面と地山との間の間隙にシールド掘進機後退方向に延在している。このため、その構造上、シールド掘進機を後退させると、テールシールが既設セグメントリングの外周面とシールド掘進機のスキンプレート内周面との間の間隙に巻込まれてシールド掘進機推進方向に反転してしまう事態が発生する。

その結果、シールド掘進機の後退に伴い、テールシールがシールド掘進機推進方向に引き込まれて折れ曲がったり、ねじれたりすることとなり、テールシールに破損、変形や破壊などが発生するという問題があった。更には、既設セグメントリングの外周面とシールド掘進機のスキンプレート内周面との間の間隙にテールシールが引っ掛かった状態でシールド掘進機が後退する場合は、テールシールがシールド掘進機の後退時の障害となる。その結果、既設セグメントやシールド掘進機のスキンプレートを破壊してしまうという問題があった。

本発明は、上記従来の課題を解消すべくなされたものであり、シールド掘進機の後退を確実に、簡単に且つ円滑に行うことを可能にしたシールド掘進機の後退方法を提供することを第１の目的としている。更には、シールド掘進機におけるカッタヘッドに取り付けられるカッタ類の交換や補修が容易であり、狭い作業空間を有効に利用することを可能にしたシールド後退用治具を提供することを第２の目的としている。

本件請求項１に係る発明は、トンネルの内壁に沿ってシールド掘進機を後退させる方法であって、前記シールド掘進機の後退時に、同シールド掘進機のテールシールを保護し、同テールシールの内周面とセグメントをリング状に組み立てたセグメントリングの外周面との間の間隙をシールするシールド後退用治具を前記間隙に介装する工程、及び前記セグメントリングにおけるシールド掘進機掘進方向の最前列のセグメントを取り外しながら、前記シールド掘進機と前記シールド後退用治具とを一緒に後退させる工程を含んでなることを特徴とするシールド掘進機の後退方法にある。

請求項２に係る発明は、上記請求項１記載の発明にあって、前記シールド掘進機の掘進ゾーン中にシールド後退区間を設定し、同設定したシールド後退区間の開始位置と終了位置との間にわたって新設セグメントをリング状に順次組み立てながら、前記シールド掘進機を掘進させ、前記シールド後退区間にわたって、地山に対する薬液の注入と、前記新設セグメントリングと前記地山との間の間隙に対して裏込め材を注入する工程、前記シールド掘進機の最後尾が前記シールド後退区間の終了位置に到達したとき、前記シールド掘進機の掘進と前記薬液及び裏込め材の注入とを停止する工程、及び前記新設セグメントを取り外しながら、前記シールド掘進機を前記シールド後退区間内の所定位置まで後退させ、同時に前記シールド掘進機前方に土圧対抗用の充填剤を注入する工程を含んでいることを特徴としている。

請求項３に係る発明は、上記請求項２記載の発明にあって、前記新設セグメントの組立てにおいて、同新設セグメントを組み立てた新設セグメントリングの外径をシールド後退区間の設定前に組み立てられたセグメントリングの外径よりも小さく設定していることを含んでなることを特徴としている。

請求項４に係る発明は、トンネルの内壁に沿ってシールド掘進機を後退させるときに用いるシールド後退用治具であって、前記シールド後退用治具が、セグメントをリング状に組み立てたセグメントリングの外周面と前記シールド掘進機のテールシールの内周面との間の間隙に介装され、少なくともトンネル周方向に分割可能な分割筒体と、同分割筒体におけるシールド掘進機後退方向の内周部に配され、前記セグメントリングの外周面と前記分割筒体の内周面との間の間隙にシールド掘進機掘進方向に向けて延びるシール部材とを有してなることを特徴とするシールド掘進機のシールド後退用治具にある。

請求項５に係る発明は、上記請求項４記載の発明にあって、更に前記シールド後退用治具が、前記分割筒体の外周部にシールド掘進機掘進方向に向けて延びる弾性板材を有し、同弾性板材の内面と前記分割筒体の外周面との間に前記テールシールを弾接支持していることを特徴としている。

請求項６に係る発明は、上記請求項４又は５記載の発明にあって、前記分割筒体の筒部に、裏込め材を洗浄する洗浄剤用の注入路がシールド掘進機掘進側から後退側にわたり形成され、同注入路のシールド掘進機後退側に噴射口が形成されていることを特徴としている。

上記請求項１に係る発明にあっては、シールド掘進機の後退時に、掘進用ジャッキによりシールド掘進機と一緒に後退することができるシールド後退用治具をシールド掘進機内に備えることができる。このシールド後退用治具の存在により、シールド掘進機の後退時に、シールド掘進機のテールシールとシールド後退用治具との間での位置関係を固定することができ、シールド後退用治具により前記テールシールを不動状態にして、しっかりと保護することができる。また、シールド後退用治具の内周面とセグメントリング外周面との間の間隙を密にシールすることができる。

これにより、前記テールシールとセグメントリング外周面との間が密にシールされた状態で、シールド掘進機を後退させることができる。これによって、前記テールシールが、シールド掘進機の後退に伴い前記セグメントリングの外周面とシールド掘進機におけるスキンプレートの内周面との間の間隙にシールド掘進機推進方向に引き込まれて破損、変形や破壊するのを防止することができる。従って、前記テールシールがシールド掘進機の後退時の障害とならないため、シールド掘進機全体をトンネル坑内に確実に、容易に且つ円滑に後退させることができるようになる。

本発明では、シールド掘進機の後退時に、同シールド掘進機のテールシールを不動状態に保って保護し、同テールシールの内周面とセグメントリング外周面との間の間隙を確実にシールすることができるため、カッタビットを交換するにあたり、カッタ全体をシールド掘進機内に沿って後方へ引き込む機構及びその付帯設備が不要となる。このため、狭い作業空間を合理的に利用することができる。しかも、シールド掘進機のチャンバ内の固化材除去作業を必要としない。このため、カッタビットの交換作業性を向上することができる。その結果、トンネル築造の工事費が低減できるとともに、全体工期が短縮できる。

また、カッタビット交換や補修に関わらず、シールド掘進機の掘進中においてシールド掘進機前方に障害物が存在する場合は、シールド掘進機の推進を停止してシールド掘進機を障害物から所要の距離だけ後退させることができる。そして、その障害物を迂回しながら、シールド掘進機を再び掘進させることができるようになる。

本発明では、カッタビットの交換や補修にあたり、上記請求項２に係る発明のように、シールド掘進機の掘進ゾーン中にシールド後退区間を設定することができる。シールド後退区間におけるセグメントリングのセグメントとしては、特に限定するものではないが、組立て・取外し可能なセグメント（新設セグメント）を使用することが好ましい。

前記新設セグメントの組立てにおいては、上記請求項３に係る発明のように、前記新設セグメントリングの外径をシールド後退区間の設定前に組み立てられたセグメントリングの外径よりも小さく設定することが好適である。前記シールド掘進機のテールシール内周面と新設セグメントリング外周面間の間隙を拡大することができ、前記シールド後退用治具の挿入空間を十分に確保することができる。

カッタビットの交換や補修などにあたっては、前記シールド後退区間の開始位置と終了位置との間にわたって前記新設セグメントをリング状に順次組み立てながら、最前列の前記新設セグメントに反力をとって掘進用ジャッキを伸長させ、前記シールド掘進機を掘進させる。同シールド掘進機の掘進と同時に、地山に対して薬液を注入して地盤改良を行うとともに、組み立てられたセグメントリングと地山との間の間隙に裏込め材を注入する。この裏込め材としては、例えば液状ウレタン等の可塑性合成樹脂などを使用することができる。

上記操作を繰り返すことにより、前記シールド掘進機の最後尾が前記シールド後退区間の終了位置に到達したとき、シールド掘進機の掘進、地山に対する薬液の注入、及び前記新設セグメントリングと地山との間の間隙に対する裏込め材の注入を停止する。

その後、前記新設セグメントリングのセグメントを順次取り外しながら、シールド掘進機を前記シールド後退区間内の所定位置まで後退させる。同シールド掘進機の後退と同時に、シールド掘進機の前方に土圧対抗用の充填剤を注入する。この充填剤としては、例えばセメント・水ガラスの配合物などを使用することができる。

このように、前記シールド後退区間内の所定位置にシールド掘進機を後退させることにより、前記シールド後退区間内に壁体を形成することができる。この壁体の存在によって、地下水の漏出や切羽の崩落などを防止することができ、カッタビット交換作業の安全性を十分に確保することができる。しかも、カッタビット交換用の作業空間を十分に確保することができる。

本発明のシールド掘進機の後退方法は、上記請求項４記載のシールド後退用治具を使うことにより効果的に実施できる。このシールド後退用治具は、少なくともトンネル周方向に分割可能な分割筒体と、同分割筒体におけるシールド掘進機後退方向の内周部にシールド掘進機の掘進方向に向けて延びるシール部材とにより構成することができる。

前記分割筒体をセグメントリング外周面とシールド掘進機のテールシール内周面との間の間隙に円滑に挿入することができ、同挿入後には、前記シールド掘進機のスキンプレート内周面に脱着可能に固着して、シールド掘進機の後退と一体的に後退させることができる。前記シール部材により前記セグメントリングの外周面と前記分割筒体の内周面との間の間隙を確実にシールすることができる。

前記シールド掘進機を後退させるにあたり、同シールド掘進機の狭小な作業空間内で前記分割筒体を容易に組み立てることができる。この分割筒体をセグメントリング外周面とシールド掘進機のテールシール内周面との間の間隙に介装することにより、前記分割筒体を挟んで前記テールシールと前記シール部材とにより、前記セグメントリングの外周面と地山との間の間隙に注入した裏込め材などがセグメントリングの内周面側に漏れ出るのを防止することができる。

更に前記シールド後退用治具は、上記請求項５に係る発明のように、前記分割筒体の外周部にシールド掘進機掘進方向に向けて延びる弾性板材を備えることができる。同弾性板材の内面と前記分割筒体の外周面との間に前記テールシールを弾接して支持することができる。この弾性板材の存在により、前記テールシールを不動状態に確実に支持することができる。このため、テールシールの破損、変形や破壊などを防止することができ、テールシールの形態保持性やシール性を阻害することなく、シールド掘進機の後退時における障害を排除することができる。

上記請求項６に係る発明のように、前記分割筒体の筒部に、裏込め材を洗浄する洗浄剤を噴出する噴射口を有する注入路をシールド掘進機の掘進側から後退側にわたり形成することができる。前記噴射口から噴射した洗浄剤によって前記シール部材後方に注入した裏込め材などをほぐして流動化させることができる。このため、シールド掘進機後退時における土砂抵抗などを軽減することができる。前記裏込め材の洗浄剤としては、例えば洗浄水又は圧縮空気などの流体を使用することができる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。
図１及び図２は本発明の代表的な実施形態を示している。図１はシールド掘進機の後退前の状態を示す説明図、図２は同シールド掘進機の後退後の状態を示す説明図である。

先ず、本発明に適用されるシールド掘進機の一例を簡単に説明する。図１及び図２において、本実施形態のシールド掘進機１は円筒体から構成されており、前分割胴部２及び後分割胴部３からなる二分割構成とされている。このシールド掘進機１は、前分割胴部２の後端部と後続の後分割胴部３の前端部とが球面状をなす継手４を介して接続されている。各分割胴部２，３は、例えばトンネルの急勾配や急曲線施工に対応して、それぞれの隔壁間でブラケットを介して周方向に等間隔に固設された複数のアーティキュレートジャッキ５，…，５により、相互に摺動屈曲自在に構成されている。

前記継手４の内壁面には、複数のシールドジャッキ６，…，６が前記アーティキュレートジャッキ５と同一円心上に等間隔に固定されている。このシールドジャッキ６のスプレッダ７は、掘進時に最前列のセグメント１４に反力をとってシールドジャッキ６を伸長させながら、シールド掘進機１を切羽側（シールド掘進方向）に推進していくように構成されている。

前記前分割胴部２は、そのスキンプレートの前端開口部にカッタヘッド駆動用油圧モータ８により駆動回転するスポーク形状のカッタヘッド９を備えている。このカッタヘッド９の中心部に固着された回転軸が軸受部を介して前分割胴部２のスキンプレートに固定された隔壁に支承されている。前記カッタヘッド９の背面部にチャンバ１０が形成されている。このチャンバ１０の後方には、各分割胴部２，３から後方に延びるスクリュコンベヤ１１が固設されている。

この前分割胴部２に連結される後分割胴部３の内部には、セグメントエレクタ装置１２などが設置されており、１掘進ごとにトンネル内壁面にコンクリート製の円弧状のセグメント１４をリング状に組み立てていくように構成されている。前記後分割胴部３の後端部にはワイヤーブラシシ方式のテールシール１３が設けられている。この他にも、各分割胴部２，３の内部には、スクリュコンベヤの駆動用油圧モータ、土圧計や土質探査棒等の様々な設備や機器が設置されている。

以上の構成はシールド掘進機１の一般的な構成であり、これらの設備などを備えたシールド掘進機１をもってトンネルの掘削を行うときには、一般にカッタヘッド駆動用油圧モータ８を駆動してカッタヘッド９を回転させながら、地山を掘削する。シールド掘進機１が１回の掘進を終了すると、セグメントエレクタ装置１２により、新たに掘削されたトンネルの部分に所要数のセグメント１４をリング状に順次組み立てて覆工がなされたトンネルが築造される。このセグメントリングの組立てと同時に、組み立てられたセグメントリングと地山との間に裏込め注入が行われる。

上記シールド掘進機１は、従来から広く知られた周知の構造を有している。従って、本発明は上記シールド掘進機１の構造例に限定されるものではない。本発明の最も特徴とするところは、所要数のセグメント１４がリング状に順次組み立てられたトンネルの内壁に沿ってシールド掘進機１を後退させるにあたり、シールド掘進機１のテールシール１３を不動状態に保護し、且つテールシール１３の内周面とセグメントリングの外周面との間の間隙をシールするシールド後退用治具２０を使うことにある。

図３はシールド後退用治具２０の一例を示している。図示例によるシールド後退用治具２０は、トンネル周方向に所要数に分割可能な円弧状の分割筒体２１からなる。前記後分割胴部３のセグメント組立スペース内で、分割して搬入された分割筒体２１の分割部をリング状に組み立てることができる。組み立てた分割筒体２１をセグメントリングの外周面とシールド掘進機１のテールシール１３の内周面との間の間隙に介装することができる。この分割筒体２１は、シールド掘進機１の後退時に、前記後分割胴部３の内部に固着してシールド掘進機１と一体的に後退させることができる。所要数のシールドジャッキ６（掘進用ジャッキ６）を用いて、シールド掘進機１と一緒に後退させることができる。

なお、分割筒体２１の材質や断面形態は、特に限定されるものではなく、例えば分割筒体２１をトンネル軸方向に分割可能に形成することもできる。また、シールド掘進機１の後退にあたっては、シールドジャッキ６を用いる必要はなく、例えば専用のジャッキを別に用意してもよい。

このセグメントリングのセグメントとしては、特に限定されるものではないが、例えば組立て・取外し可能な円弧状のセグメントを使用することができる。本実施形態では、シールド掘進機１の掘進ゾーン中のうち、図１に示すシールド後退区間Ｌにおいては、図３に示すように鋼製箱型のスチールセグメント１５を使用している。スチールセグメント１５の組立てには、既設のセグメントエレクタ装置１２を使用することができる。

前記分割筒体２１のシールド掘進機後退方向の内周部及び外周部には、図３に示すように、それぞれスチールセグメントリングの外周面と分割筒体２１の内周面との間の間隙をシールするシール部材２３と、シールド掘進機１のテールシール１３を不動状態に弾接支持するとともに保護する弾性板材２２とが固設されている。なお、前記弾性板材２２は、前記テールシール保護手段として必ずしも必要とする部材ではなく、前記分割筒体２１とシール部材２３とによってシールド掘進機１のテールシール１３を確実に支持することができ、同テールシール１３の内周面とセグメントリングの外周面との間の間隙を密にシールすることができる。

前記シール部材２３としては、図３に示すようにスチールセグメントリングの外周面に密接するワイヤーブラシシール２３を使用することができる。ワイヤーブラシシール２３はシールド掘進機１の掘進方向に向けて延びている。このワイヤーブラシシール２３の外周面と分割筒体２１の内周面との間にスポンジなどの弾性部材２４を介在させることにより、シール部材としての形態保持性やシール性を十分に確保することができる。

この分割筒体２１を前記スチールセグメントリングの外周面とテールシール１３の内周面との間の間隙に介装することにより、前記分割筒体２１を挟んで前記テールシール１３と前記ワイヤーブラシシール２３とにより、前記セグメントリング外周面と地山との間の間隙に注入した裏込め材３１などがスチールセグメントリング内周面側に漏れ出るのを防止することができる。

前記弾性板材２２は、前記分割筒体２１のシールド掘進機後退方向の端部近傍から掘進方向に延在している。この弾性板材２２の内面と分割筒体２１の外周面との間にテールシール１３を不動状態に弾接支持することができる。弾接支持するためには、テールシール１３より先になるように弾性板材２２を挿入し、挿入後、一旦、弾性板材２２を後退させることにより弾性支持することができる。このため、テールシール１３の破損、変形や破壊を防止することができる。しかも、テールシール１３の形態保持性やシール性を阻害することなく、シールド掘進機１の後退時において確実に保護することができ、シールド掘進機１の後退時における障害を排除することができる。

前記分割筒体２１の筒部には、図示せぬ洗浄剤注入管を通して注入される裏込め材３１用の洗浄剤である洗浄水を注入する注入路２１ａをシールド掘進機１の掘進側から後退側にわたり周方向に複数個形成することができる。この分割筒体２１の後端部には、前記シール部材２３後方の裏込め材３１や土砂などをほぐして流動化させるために洗浄水を噴出する複数個の噴射口２１ｂ，…，２１ｂを有している。各噴射口２１ｂの存在によりシールド掘進機１の後退時における土砂抵抗などを軽減することができる。なお、裏込め材３１を洗浄する洗浄剤としては、洗浄水に代えて圧縮空気などの流体を使用することができることは勿論である。

図４は前記ワイヤーブラシシール２３の変形例を示している。同図において、図３の実施形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付しているため、それらの部材に関する詳細な説明は省略する。

この変形例による前記シール部材２３としては、前記分割筒体２１の注入路２１ａに連通する中空部２３ａを有する中空殻体から構成することができる。このシール部材２３の中空部２３ａに裏込め材３１を洗浄する洗浄水又は圧縮空気などの洗浄剤を供給することができる。これにより、スチールセグメントリングの外周面と分割筒体２１の内周面との間の間隙を液密にシールすることができるとともに、シール部材２３の形態保持性を確保することができる。また、シールド後退用治具２０をスチールセグメントリング外周面と前記テールシール１３間の間隙に介装するとき、前記シール部材２３の中空部２３ａを膨張させないことにより、前記シール部材１３とスチールセグメントリング外周面間の摺動抵抗を減少させることもできる。

図５〜図１１は本発明のシールド掘進機１を後退させる手順の一例を示している。これらの図に示すように、本発明に係るシールド掘進機１の後退方法は上記シールド後退用治具２０を使って実施できる。以下、図１〜図３及び図５〜図１１を参照しながら、シールド掘進機１を後退させる手順の一例を説明する。なお、本実施形態では、説明の冗長を避けるため、図５〜図１１は１基のシールドジャッキ６及びその主要な周辺部分だけを概略的に示している。

いま、常法に従い所要数のセグメント１４をリング状に順次組み立ててトンネル覆工を行っている途中で、例えばカッタビットの磨耗や損傷が発生した場合、又はカッタビットの交換時期となった場合などにより、シールド掘進機後退の必要があると判定したときは、図１に示すようにシールド掘進機１の掘進ゾーン中にシールド後退区間Ｌを設定する。

シールド後退区間Ｌの設定後、先ず、このシールド後退区間Ｌの開始位置と終了位置との間にわたって、前記セグメントエレクタ装置１２により、１掘進ごとにトンネル内壁面にシールド後退用の組立て・取外し可能な円弧状のスチールセグメント（新設セグメント）１５をリング状に順次組み立てつつ、最前列のスチールセグメント１５に反力をとってシールドジャッキ６を伸長させ、シールド掘進機１を掘進させる。

シールド掘進機１の掘進と同時に、常法に従いスチールセグメント１５のグラウトホールから地山に薬液３０を注入して地盤改良を行うとともに、組み立てられたスチールセグメントリングと地山との間の間隙に可塑性の裏込め材３１を注入する。この裏込め材３１としては、例えば液状ウレタン等の可塑性合成樹脂などを使用することができる。

前記スチールセグメント１５には、地山との間の間隙に前記裏込め材３１を注入するグラウトホールが形成されている。同グラウトホールには、スチールセグメントリングと地山との間の間隙内に溜まった裏込め材３１などを排出する排出バルブ１６が固設されている。なお、特に限定されるものではないが、スチールセグメント１５の外径は、シールド後退区間Ｌの設定前に組み立てられたコンクリート製のセグメント１４の外径よりも小さく設定されている。シールド掘進機１のテールシール１３の内周面とスチールセグメント１５の外周面との間の間隙を上記シールド後退用治具２０の挿入空間として広げることができる。

いま、シールド掘進機１の最後尾が前記シールド後退区間Ｌの終了位置に到達したとき、シールド掘進機１の掘進、地山に対する薬液３０の注入、及びスチールセグメントリングと地山との間の間隙に対する裏込め材３１の注入を停止する。こうして、シールド掘進機１の後退前の準備が完了する。

シールド掘進機１を後退させるにあたっては、先ず、前記後分割胴部３のセグメント組立スペース内において、図５に示すように、所要数のシールドジャッキ６のスプレッダ７と最前列のスチールセグメントリングとの間にバックリング防止用角材３２を順次組み込んでおく。このバックリング防止用角材３２は、全てのシールドジャッキ６を縮めた際に、シールド掘進機１が土圧により不用意に押し戻されるのを防止するために設置するものである。

次に、前記後分割胴部３のセグメント組立スペース内へ分割して搬入した円弧状の分割筒体２１の分割部をリング状に組み立て、周方向に隣り合う分割筒体２１の分割部同士の接合端部を溶接などにより固着する。

次に、スチールセグメントリングの外周面とシールド掘進機１のテールシール１３の内周面との間の間隙に前記分割筒体２１を押し込む所要数のシールドジャッキ６のスプレッダ７が揺動しないように、同スプレッダ７に対してスプレッダ振れ防止用金具３３を溶接などにより固着する。この実施形態では、特に限定されるものではないが、トンネルの上下左右の都合４本のシールドジャッキ６，…，６（以下、上下左右シールドジャッキ６という。）を使う。

次に、前記分割筒体２１のトンネル軸方向の前端面に上下左右シールドジャッキ６のスプレッダ７を当接させる。次いで、図６に示すように前記分割筒体２１のテールシール保護用の弾性板材２２がシールド掘進機１のテールシール１３を越える位置まで上下左右シールドジャッキ６を伸長させ、上下左右シールドジャッキ６のスプレッダ７により押して前記分割筒体２１をスチールセグメントリングの外周面とシールド掘進機１のテールシール１３の内周面との間の間隙に挿入する。

このとき、図３に示すように、前記分割筒体２１の噴射口２１ｂから後方に向けて裏込め材３１を洗浄する洗浄水を噴射することにより、スチールセグメントリングの外周面と地山との間の間隙に注入した裏込め材３１をスチールセグメント１５の排出バルブ１６から排出することができる。従って、スチールセグメントリングの外周面とシールド掘進機１のテールシール１３の内周面との間の間隙に前記分割筒体２１を確実に且つ容易に介装することができる。

次に、上下左右シールドジャッキ６のスプレッダ７と分割筒体２１の前端部とを溶接などにより固着する。なお、スプレッダ７と分割筒体２１の前端部との固着は、分割筒体２１をシールド掘進機１のテールシール１３とスチールセグメント１５との間の間隙に挿入する前に行ってもよい。その後、図７に示すように、上下左右シールドジャッキ６を収縮させ、分割筒体２１を切羽側に所定距離移動させる。これにより、シールド掘進機１における最前列のテールシール１３の外周面に分割筒体２１の弾性板材２２の内面を被せるようにして分割筒体２１の外周面に対して前記テールシール１３を弾接支持することができる。

次に、上下左右シールドジャッキ６のスプレッダ７と分割筒体２１の前端部との間の固着部を取り除いて固着状態を解除した後、図８に示すように、上下左右シールドジャッキ６を収縮限まで収縮させる。そして、前記分割筒体２１の前端部を前記後分割胴部３のスキンプレート内周面に溶接などにより固着する。これにより、前記分割筒体２１がシールド掘進機１の内部に装着される。このときも、上記バックリング防止用角材３２は、所要数のシールドジャッキ６のスプレッダ７と最前列のスチールセグメントリングとの間に組み込んだままの状態にある。

次に、図９に示すように、最前列のスチールセグメントリングのトンネル方向に隣接するトンネルの部分に、前記セグメントエレクタ装置１２によって新たなスチールセグメント１５をリング状に順次組み立てる。このとき、新たに組み立てられるスチールセグメント１５に所要数のシールドジャッキ６のスプレッダ７を順次押し当てながら、各バックリング防止用角材３２を撤去して行く。従って、シールド掘進機１のバックリングを防止することができる。こうして、各バックリング防止用角材３２によって押し当てられていた既設のスチールセグメント１５におけるトンネル方向に隣接するトンネル部分に、新たなスチールセグメント１５を組み立てることができる。

次に、各バックリング防止用角材３２に替えて、新たに組み立てられた最前列のスチールセグメント１５に押し当てたシールドジャッキ６に加えて、更にシールド掘進機１を後退させるために必要な所要数のシールドジャッキ６のスプレッダ７を新たに組み立てられた最前列のスチールセグメント１５に押し当てる。そして、これらのシールドジャッキ６のスプレッダ７と新たに組み立てられた最前列のスチールセグメント１５とを締結ボルトなどにより固着する。

所要数のシールドジャッキ６のスプレッダ７と、組み立てた最前列のスチールセグメント１５との固着が終わった後、図１０及び図１１に示すように、スチールセグメント１５に固着したシールドジャッキ６を収縮させ、シールド掘進機１を所要距離後退させる。このとき、シールド掘進機１の前面側から土圧対抗用の充填剤３４を注入する。シールド掘進機１に作用する前面土圧による力はシールド掘進機１の後退推進力として利用することができる。このため、シールド掘進機後退のために使用されるシールドジャッキ６の牽引力を小さくすることができる。従って、本発明にあっては、小口径シールド機にも適用することができる。

いま、シールド掘進機１を所要距離後退させた後、スチールセグメント１５に固着した所要数のシールドジャッキ６のスプレッダ７と最前列のスチールセグメントリングのスチールセグメント１５との間の固着状態を解除する。この固着状態を解除した後、各シールドジャッキ６ごとに、そのシリンダロッド端を収縮させ、常法に従い前記セグメントエレクタ装置１２を用いて最前列のスチールセグメント１５を順次取り外す。このとき、取り外した最前列のスチールセグメント１５に対してトンネル方向に隣接するスチールセグメント１５に、各シールドジャッキ６を伸長して、同シールドジャッキ６のスプレッダ７と新たに最前列となったスチールセグメント１５とを当接する。これを順次繰り返しながら、最前列のスチールセグメント１５を１リング分撤去する。

そして、各シールドジャッキ６のスプレッダ７と、同スプレッダ７に押し当てられたスチールセグメント１５とを締結ボルトなどにより固着する。その固着作業が終わった後、各シールドジャッキ６を収縮させ、シールド掘進機１を所要距離後退させる。このとき、シールド掘進機１の前面側から土圧対抗用の充填剤３４を注入する。

ここで、全てのシールドジャッキ６の作動に図示せぬ多連等量ポンプを使用することができる。このため、前記シールドジャッキ６の伸縮ロッド端の伸縮量を一致させて、同一速度で作動することができる。これにより、後退時におけるシールド掘進機１のピッチング方向やヨーイング方向のふらつきや振れなどを防止することができ、シールド掘進機１の後退姿勢を制御することができる。

こうして、シールド掘進機１を所要距離後退させた後、上述のように最前列のスチールセグメントリングのスチールセグメント１５を撤去する操作を順次繰り返しながら、図２に示すようにシールド掘進機１を前記シールド後退区間Ｌ内の所定位置まで後退させる。シールド掘進機１を後退させるにあたり、シールド掘進機１の後退と同時に、カッタ前面に設けられた図示せぬ充填剤注入口からシールド掘進機前方に土圧対抗用の可塑性充填剤３４を注入する。この充填剤３４としては、例えばセメント・水ガラスの配合物などを使用することができる。

なお、前記シールド後退区間Ｌ内において、前記カッタヘッド９のカッタビットの交換や補修などを行った後、前記分割筒体２１と前記後分割胴部３のスキンプレートとの間の固着部を除去して固着状態を解除し、シールド掘進機１を再発進させる。このとき、前記シールド後退用治具２０をトンネル坑内に残したままにしておくこともできる。また、スチールセグメント１５の材質や断面形態は、特に限定されるものではなく、例えばトンネル軸方向に沿って左右に所定の角度だけ位相をずらして千鳥状に組み立られるセグメントリングであってもよい。

このように、前記シールド後退用治具２０の存在により、シールド掘進機１のテールシール１３が、シールド掘進機１の後退に伴い、スチールセグメントリングの外周面とシールド掘進機１のスキンプレート内周面との間の間隙内にシールド掘進機推進方向に引き込まれて破損、変形や破壊するのを防止することができる。前記テールシール１３がシールド掘進機１の後退時の障害とならないため、シールド掘進機全体をトンネル坑内に容易に且つ円滑に後退させることができる。

前記カッタヘッド９のカッタビットを交換するにあたっては、カッタ全体をシールド掘進機１内に沿って後方へ引き込む機構及びその付帯設備が不要となり、狭い作業空間を効果的に使用することができる。シールド掘進機１のチャンバ１０内の固化材除去作業を必要としないため、カッタビットの交換作業性を向上することができる。その結果、トンネル築造の工事費が低減できるとともに、全体工期を短縮することができる。

以上は本発明の好適な実施形態や変形例を例示したものであり、カッタビット交換や補修に関わらず、シールド掘進機１の掘進中においてシールド掘進機前方に障害物がある場合は、シールド掘進機１の推進を停止することにより、シールド掘進機１を障害物から所要の距離だけ後退させることができる。そして、障害物を迂回しながら、シールド掘進機１を再び掘進させることができる。

上記シールド後退用治具２０としては、前記分割筒体２１、前記弾性板材２２及び前記シール部材２３の全てを具備する必要はなく、シールド掘進機１の形態、大きさなど他の要因との関係で、前記分割筒体２１及び前記シール部材２３によりテールシール保護手段を構成することができる。また、テールシール保護手段の材質、形態、大きさ、肉厚、分割数、設置数などを適宜に設定することにより本発明の目的を充分に達成することができる。従って、本発明は上記実施形態や変形例に限定されないことは当然であり、各請求項に記載した範囲内で様々に設計変更が可能である。

本発明の代表的な実施形態を示すシールド掘進機の後退前の状態を示す説明図である。 同シールド掘進機の後退後の状態を示す説明図である。 同シールド掘進機の後退時に用いるシールド後退用治具の主要部の構成を概略的に示す内部断面図である。 同シールド後退用治具の変形例を示す内部断面図である。 同シールド掘進機を後退する手順の一例を示す説明図である。 図５の次の手順を示す説明図である。 図６の次の手順を示す説明図である。 図７の次の手順を示す説明図である。 図８の次の手順を示す説明図である。 図９の次の手順を示す説明図である。 図１０の次の手順を示す説明図である。 従来のシールド掘進機におけるカッタビット交換方法を説明する図である。 従来のシールド掘進機における他のカッタビット交換方法を説明する図である。 従来のシールド掘進機における更に他のカッタビット交換方法を説明する図である。 従来のシールド掘進機における更に他のカッタビット交換方法を説明する図である。

符号の説明

１ シールド掘進機
２ 前分割胴部
３ 後分割胴部
４ 継手
５ アーティクレートジャッキ
６ シールドジャッキ
７ スプレッダ
８ カッタヘッド駆動用油圧モータ
９ カッタヘッド
１０ チャンバ
１１ スクリュコンベヤ
１２ セグメントエレクタ装置
１３ テールシール
１４ セグメント
１５ スチールセグメント
１６ 排出バルブ
２０ シールド後退用治具
２１ 分割筒体
２１ａ 注入路
２１ｂ 噴射口
２２ 弾性板材
２３ シール部材
２３ａ 中空部
２４ 弾性部材
３０ 薬液
３１ 裏込め材
３２ バックリング防止用角材
３３ スプレッダ振れ防止用金具
３４ 充填剤
Ｌ シールド後退区間

Claims (6)

1. トンネルの内壁に沿ってシールド掘進機(1) を後退させる方法であって、
   前記シールド掘進機(1) の後退時に、同シールド掘進機(1) のテールシール(13)を保護し、同テールシール(13)の内周面とセグメント(15)をリング状に組み立てたセグメントリングの外周面との間の間隙をシールするシールド後退用治具(20)を前記間隙に介装する工程、及び
   前記セグメントリングにおけるシールド掘進機掘進方向の最前列側のセグメント(15)を取り外しながら、前記シールド掘進機(1) と前記シールド後退用治具(20)とを一緒に後退させる工程、
   を含んでなることを特徴とするシールド掘進機の後退方法。
2. 前記シールド掘進機（1)の掘進ゾーン中にシールド後退区間(L) を設定し、同設定したシールド後退区間(L) の開始位置と終了位置との間にわたって新設セグメント(15)をリング状に順次組み立てながら、前記シールド掘進機(1) を掘進させ、前記シールド後退区間(L) にわたって、地山に対する薬液(30)の注入と、前記新設セグメントリングと前記地山との間の間隙に対して裏込め材(31)を注入する工程、
   前記シールド掘進機(1) の最後尾が前記シールド後退区間(L) の終了位置に到達したとき、前記シールド掘進機(1) の掘進と前記薬液(30)及び裏込め材(31)の注入とを停止する工程、及び
   前記新設セグメント(15)を取り外しながら、前記シールド掘進機(1) を前記シールド後退区間(L) 内の所定位置まで後退させ、同時に前記シールド掘進機前方に土圧対抗用の充填剤(34)を注入する工程、
   を含んでなることを特徴とする請求項１記載の後退方法。
3. 前記新設セグメント(15)の組立てにおいて、同新設セグメントを組み立てた新設セグメントリングの外径をシールド後退区間(L) の設定前に組み立てられたセグメントリングの外径よりも小さく設定してなることを含んでなることを特徴とする請求項２記載の後退方法。
4. トンネルの内壁に沿ってシールド掘進機(1) を後退させるときに用いるシールド後退用治具(20)であって、
   前記シールド後退用治具(20)が、
   セグメント(15)をリング状に組み立てたセグメントリングの外周面と前記シールド掘進機(1) のテールシール(13)の内周面との間の間隙に介装され、少なくともトンネル周方向に分割可能な分割筒体(21)と、
   同分割筒体(21)におけるシールド掘進機後退方向の内周部に配され、前記セグメントリングの外周面と前記分割筒体(21)の内周面との間の間隙にシールド掘進機掘進方向に向けて延びるシール部材(23)とを有してなる、
   ことを特徴とするシールド掘進機のシールド後退用治具。
5. 更に前記シールド後退用治具(20)が、
   前記分割筒体(21)の外周部にシールド掘進機掘進方向に向けて延びる弾性板材を有し、同弾性板材の内面と前記分割筒体(21)の外周面との間に前記テールシール(13)を弾接支持してなることを特徴とする請求項４記載のシールド後退用治具。
6. 前記分割筒体(21)の筒部に、裏込め材を洗浄する洗浄剤用の注入路(21a) がシールド掘進機掘進側から後退側にわたり形成され、同注入路(21a) のシールド掘進機後退側に噴射口(21b) が形成されてなることを特徴とする請求項４又は５記載のシールド後退用治具。