シールド掘進機によるトンネル接合方法、地中接合用シールド掘進機及びその使用方法
【課題】カッタ駆動部を後退させることでシールドフレームの内部に形成されるスペースに、充填材を均一に注入することができるシールド掘進機によるトンネル接合方法、地中接合用シールド掘進機及びその使用方法を提供する。
【解決手段】カッタ駆動部４をシールドフレーム２に対して後退させながらカッタ５を回転させると共にカッタ５に設けられたノズル３４から充填材を噴射することで、充填材をシールドフレーム２の内部の隔壁３よりも前方に形成されるスペース３３に略均一に充填し、固化壁４３を形成するようにした。なお、カッタ５を回転させることによるカッタ駆動部４のローリングは、ローリング防止機構３５によって押さえられる。
【解決手段】カッタ駆動部４をシールドフレーム２に対して後退させながらカッタ５を回転させると共にカッタ５に設けられたノズル３４から充填材を噴射することで、充填材をシールドフレーム２の内部の隔壁３よりも前方に形成されるスペース３３に略均一に充填し、固化壁４３を形成するようにした。なお、カッタ５を回転させることによるカッタ駆動部４のローリングは、ローリング防止機構３５によって押さえられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二台のシールド掘進機を対向して掘進させ、一方の受入側掘進機の前部に他方の挿入側掘進機の前部を挿入して双方の掘進機により構築されたトンネル同士を接合する工事に用いられるシールド掘進機によるトンネル接合方法、地中接合用シールド掘進機及びその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二台のシールド掘進機を対向して掘進させ、一方の受入側掘進機の前部に他方の挿入側掘進機の前部を挿入して双方の掘進機により構築されたトンネル同士を接合する方法が知られている（特許文献１等）。
【０００３】
この方法は、図１２（ａ）に示すように、互いに対向して掘進される受入側のシールド掘進機１ｘと挿入側のシールド掘進機１ｙとが所定距離まで近付いたなら、図１２（ｂ）に示すように、受入側のシールド掘進機１ｘのカッタ５に設けられたオーバカッタ３０を径方向内方に引き込み、隔壁３を有するカッタ駆動部４を後退させてカッタ５をシールドフレーム２の内部に引き込み、カッタ５の前方に形成されたスペース３３に充填材（固化剤）を充填して固化壁４３を形成し、固化壁４３を挿入側のシールド掘進機１ｙが掘削することで、その挿入側のシールド掘進機１ｙの前部を受入側のシールド掘進機１ｘのシールドフレーム２に挿入させ、双方のシールド掘進機１ｘ、１ｙのシールドフレーム２同士を接続させるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２２６３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記固化壁４３は、地山の崩落を防止するという重要な役割を果たすため、均一の強度に形成されることが望まれるところ、これを実現するには、上記充填材を上記スペース３３に均一に注入する必要がある。すなわち、上記充填材をスペース３３に偏らせて注入すると、固化壁４３の強度が不均一となって部分的に弱い部位が生じてしまい、好ましくない。殊に、土圧・水圧の高い地山、例えば大深度掘進や海底掘進等では問題が生じ易い。
【０００６】
しかし乍ら、この点に関し、従来の受入側のシールド掘進機１ｘによるトンネル接合方法及び地中接合用シールド掘進機は、何等工夫がなされていなかった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、カッタ駆動部を後退させることでシールドフレームの内部に形成されるスペースに、充填材を均一に注入することができるシールド掘進機によるトンネル接合方法、地中接合用シールド掘進機及びその使用方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために第１の発明は、二台のシールド掘進機を対向して掘進させ、双方の掘進機により構築されたトンネル同士を接合するため、一方の受入側掘進機の前部に他方の挿入側掘進機の前部を挿入するシールド掘進機によるトンネル接合方法であって、上記受入側掘進機を、筒状のシールドフレームと、該シールドフレームの内部に軸方向に移動可能に設けられ上記シールドフレームの内部を前後に仕切る隔壁を有するカッタ駆動部と、該カッタ駆動部に設けられ該カッタ駆動部によって回転されて切羽を切削するカッタと、該カッタに設けられ充填材を噴射するノズルとから構成し、上記カッタ駆動部を上記シールドフレームの軸方向後方に移動させながら上記カッタを回転させると共に上記ノズルから充填材を噴射するようにしたものである。
【０００９】
上記ノズルから噴射された充填材により、上記シールドフレームの内部において上記カッタ駆動部の上記隔壁よりも前方に形成されるスペースに、上記挿入側掘進機によって掘削される固化壁を形成するようにしてもよい。
【００１０】
第２の発明は、筒状のシールドフレームと、該シールドフレームの内部に軸方向に移動可能に設けられ上記シールドフレームの内部を前後に仕切る隔壁を有するカッタ駆動部と、該カッタ駆動部に設けられ該カッタ駆動部によって回転されて切羽を切削するカッタとを備えた地中接合用シールド掘進機であって、上記カッタを回転させながら上記カッタ駆動部を上記シールドフレームの軸方向後方に移動させるとき、上記シールドフレームの内部において上記カッタ駆動部の上記隔壁よりも前方に形成されるスペースに充填材を噴射するために、上記カッタにノズルを設けたものである。
【００１１】
上記カッタを回転させながら上記カッタ駆動部を上記シールドフレームの軸方向後方に移動させるとき、上記カッタ駆動部が上記シールドフレームに対して回転することを防止するためのローリング防止機構を備えることが好ましい。
【００１２】
上記ローリング防止機構が、上記カッタ駆動部に設けられ上記シールドフレームの軸方向に沿って延出して形成されたガイドレールと、上記シールドフレームの内周面に設けられ上記ガイドレールに係合する係合片とからなることが好ましい。
【００１３】
上記カッタ駆動部を上記シールドフレームの軸方向後方に移動させるとき、上記カッタを回転させると共に上記ノズルから充填材を噴射させるための制御部を備えることが好ましい。
【００１４】
上記ノズルが、上記カッタに径方向に間隔を隔てて複数設けられることが好ましい。
【００１５】
第３発明に係る地中接合用シールド掘進機の使用方法は、上記カッタ駆動部を上記シールドフレームの軸方向後方に移動させながら上記カッタを回転させると共に上記ノズルから充填材を噴射することで、その充填材を上記シールドフレームの内部において上記カッタ駆動部の上記隔壁よりも前方に形成されるスペースに充填し、そのスペースに固化壁を形成するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るシールド掘進機によるトンネル接合方法、地中接合用シールド掘進機及びその使用方法によれば、カッタ駆動部を後退させることでシールドフレームの内部に形成されるスペースに、充填材を均一に注入することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の好適実施形態を添付図面を用いて説明する。
【００１８】
本実施形態に係る地中接合用シールド掘進機は、二台のシールド掘進機を対向して掘進させ、一方の受入側掘進機の前部に他方の挿入側掘進機の前部を挿入し、双方の掘進機により構築されたトンネル同士を接合するシールド掘進機によるトンネル接合方法に用いられる受入側の掘進機である。
【００１９】
図１に示すように、この地中接合用シールド掘進機１は、筒状のシールドフレーム２と、シールドフレーム２の内部に軸方向に移動可能に設けられシールドフレーム２の内部を前後に仕切る隔壁３を有するカッタ駆動部４と、カッタ駆動部４に設けられカッタ駆動部４によって回転されて切羽を切削するカッタ５とを備えている。
【００２０】
シールドフレーム２は、夫々筒状に形成された前胴２ａと後胴２ｂとが、周方向に間隔を隔てて複数配置された中折れジャッキ６（図３参照）を介して屈曲可能に接続されて構成されている。図１に示すように、後胴２ｂの内部には、後胴２ｂの内周面に沿ってセグメント７をリング状に組み付けるためのエレクタ８が設けられている。後胴２ｂの内周面に取り付けられたリングガーダ９には、セグメント７に反力を取って地中接合用シールド掘進機１を前進させるためのシールドジャッキ１０が、周方向に間隔を隔てて複数（図３参照）設けられている。後胴２ｂの後部内周面には、セグメント７の外周面と後胴２ｂの内周面との間をシールするためのテールシール１１が設けられている。
【００２１】
カッタ駆動部４は、図１に示すように、前胴２ａの内周面に軸方向にスライド可能に装着された筒状のスライドリング１２と、スライドリング１２の内周面に前胴２ａの内部を前後に仕切るように設けられた隔壁３と、カッタ５を回転駆動するための駆動機構１３とから主に構成されている。駆動機構１３は、カッタ５の回転軸１４に設けられた駆動ギヤ１５と、駆動ギヤ１５に噛合するピニオン１６と、ピニオン１６を回転させるモータ１７とからなる。回転軸１４の後部には、カッタ５に設けられたコピーカッタ３２やオーバカッタ３０のジャッキ（３１等）の作動油と、カッタ５に設けられたノズル３４（図２）から噴射される充填材とを、坑内から供給するためのロータリージョイント１８が設けられている。
【００２２】
隔壁３には、隔壁３の前方のカッタ室１９内の掘削土砂を坑内に搬送するための土砂搬送手段としてスクリューコンベヤ２０が設けられている。なお、スクリューコンベヤ２０の代わりに送排泥管を隔壁３に設けてもよい。また、隔壁３には、カッタ室１９に後述する充填材を注入するためのノズル２１が設けられている。ノズル２１は、本実施形態では、図２に示すように、隔壁３の上部に二個、下部に二個の計四個設けられているが、この個数・配置に限定されることはない。
【００２３】
図１に戻って、スライドリング１２の後端には、ボルトナットによって推力伝達部材２２が取り付けられている。推力伝達部材２２は、中折れジャッキ６の一端が装着される固定金具２３に、ボルトナットによって取り付けられ、固定金具２３は、前胴２ａに固定されたアンカー金具２４に、ボルトナットによって取り付けられている。これにより、カッタ駆動部４が前胴２ａに対して軸方向に移動することが防止され、シールドジャッキ１０によって後胴２ｂに加わる推力が、中折れジャッキ６、固定金具２３及び推力伝達部材２２を介してカッタ駆動部４に伝達される。
【００２４】
推力伝達部材２２及び前胴２ａには、推力伝達部材２２を貫通して前胴２ａにまで至る穴が形成されており、穴には荷重伝達部材２５が挿通されている。荷重伝達部材２５により、カッタ駆動部４が前胴２ａに対して周方向に回動することが防止され、カッタ５の回転によってカッタ駆動部４に生じる反トルクが支持される。
【００２５】
また、通常掘進時に、カッタ５の回転によってカッタ駆動部４に生じる反トルクは、図３、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、カッタ駆動部４と前胴２ａとの間に介設された第１廻止部材６０と、前胴２ａと後胴２ｂとの間に介設された第２廻止部材７０とによって、前胴２ａ及び後胴２ｂに伝達され、通常のシールド掘進機と同様の荷重伝達（トルク伝達）となる。
【００２６】
第１廻止部材６０は、カッタ駆動部４に取り付けられ前胴２ａの軸方向後方に延出された第１係合棹６１と、第１係合棹６１を周方向の左右から挟むようにして前胴２ａの内周面に取り付けられた第１廻止片６２とからなる。第２廻止部材７０は、後胴２ｂの前端部（中折れすべく前胴２ａに差し込まれた部分）に取り付けられ軸方向前方に延出された第２係合棹７１と、第２係合棹７１を周方向の左右から挟むようにして前胴２ａの内周面に取り付けられた第２廻止片７２とからなる。
【００２７】
なお、これら第１及び第２廻止部材６０、７０は、図１に示す通常掘進時にカッタ駆動部４の廻り止めを行うものであり、図６以降に示す充填材噴射時にカッタ５を回転させながらカッタ駆動部４を後退させるときには、カッタ駆動部４が図８の位置まで後退するまでに、後退の邪魔にならないように取り外される。
【００２８】
カッタ５は、図１及び図２に示すように、回転軸１４に取り付けられたカッタスポーク２６と、カッタスポーク２６に装着されたビット２７とから主に構成されている。カッタスポーク２６は、図例では回転軸１４の周方向に等間隔を隔てて三本設けられているが、この本数・間隔に限定されるものではない。各カッタスポーク２６の先端は、弧状の接続片２８によって接続されており、接続片２８にも、ビット２７が装着されている。なお、接続片２８は省略可能である。
【００２９】
カッタスポーク２６は、回転軸１４に固定された筒状のスポーク本体２９と、スポーク本体２９にスライド可能に挿入されたオーバカッタ３０と、オーバカッタ３０をスライドさせるためのジャッキとを備えている。図１の下側のオーバカッタ３０はジャッキが内蔵されたタイプであり、図１の上側のオーバカッタ３０はジャッキ３１が別体のタイプである。図１の上側のオーバカッタ３０には、ジャッキが内蔵されたコピーカッタ３２が、径方向にスライド可能に収容されている。コピーカッタ３２は、カーブ掘進時にカーブの内側を余掘りするため、カッタ５の回転に応じて適宜突出・没入されるものである。
【００３０】
スポーク本体２９の長さは、その先端が正面から見て前胴２ａ（シールドフレーム２）の内方に位置するように設定されており、オーバカッタ３０を径方向内方に移動させたとき、オーバカッタ３０の先端が正面から見て前胴２ａの内方に位置するようになっている。オーバカッタ３０は、通常掘進時には、その先端が正面から見て前胴２ａの外周面に一致する位置にスライド保持され、挿入側の掘進機と接合するときには、上記先端が正面から見て前胴２ａの内方となる位置にスライドされる。
【００３１】
カッタ５には、カッタ５を回転させながらカッタ駆動部４を前胴２ａに対して後退させるとき、前胴２ａの内部においてカッタ駆動部４の前方に形成されるスペース３３（図６）に充填材を噴射するためのノズル３４が設けられている。ノズル３４は、図１及び図２に示すように、カッタ５の径方向に間隔を隔てて複数（三カ所）設けられている。但し、この配置・個数に限定されるものではない。なお、カッタ駆動部４を前胴２ａに対して後退させるとき、この後退に連動させて、カッタ５を回転させると共にノズル３４、２１から充填材を噴射させるための制御部を設けてもよい。
【００３２】
制御部は、カッタ駆動部４の後退と充填材の噴射とを連動させる際に、例えば、ノズル３４、２１から噴射される充填材の注入圧力を、シールドジャッキ１０の戻し圧力と同圧又はその戻し圧力以上の圧力とすることで、ノズル３２、２１から噴射された充填材がカッタ５による地山切削面である切羽の後方の空間に充満された状態を保つようにして、カッタ駆動部４を略直立状態で引き戻すようにしてもよい。或いは、ノズル３４、２１から噴射される充填材の注入量を、シールドジャッキ１０の戻し油量に相関させて決定することで、同様に切羽の後方の空間に充填材が充満された状態を保って、カッタ駆動部４を略直立状態で引き戻すようにしてもよい。
【００３３】
図１及び図３に示すように、カッタ駆動部４とシールドフレーム２（後胴２ｂ）との間には、カッタ５を回転させながらカッタ駆動部４をシールドフレーム２に対して後退させるとき、カッタ駆動部４がシールドフレーム２に対して回転することを防止するためのローリング防止機構３５が設けられている。ローリング防止機構３５は、カッタ駆動部４に設けられシールドフレーム２の軸方向に沿って延出して形成されたガイドレール３６と、シールドフレーム２の内周面に設けられガイドレール３６に係合する係合片３７とからなる。
【００３４】
ガイドレール３６は、断面矩形状の角柱からなり、中折れジャッキ６よりも径方向外側に左右一対配置されている。これにより、中折れジャッキ６よりも径方向内方に形成される作業空間が犠牲にならず、且つカッタ５の回転によってカッタ駆動部４に生じる反トルクが効率良く支持されることになる。係合片３７は、ガイドレール３６の上面に当接する係合片３７と、ガイドレール３６の下面に当接する係合片３７とからなる。なお、図例とは逆に、シールドフレーム２にガイドレール３６を設け、カッタ駆動部４に係合片３７を設けてローリング防止機構３５を構成してもよい。
【００３５】
以上の構成からなる地中接合用シールド掘進機１の使用方法、すなわち地中接合用シールド掘進機１によるトンネル接合方法を説明する。
【００３６】
図１に示すように、本実施形態に係る地中接合用シールド掘進機１（受入側掘進機）は、これに対向して掘進して来る挿入側のシールド掘進機が所定距離まで近付くまでは、オーバカッタ３０をその先端が正面から見てシールドフレーム２の外周面に一致する位置に固定した状態で通常の掘進を行う。なお、カーブ掘進するときには、コピーカッタ３２をオーバカッタ３０の先端から適宜出没させ、カーブの内側の地山を余掘りする。
【００３７】
挿入側（相手側）の掘進機が所定距離まで近付いたなら、本実施形態に係る受入側の地中接合用シールド掘進機１の掘進を停止し、図５に示すようにオーバカッタ３０を径方向内方に引き込んで、オーバカッタ３０の先端が正面から見てシールドフレーム２の内方に位置するようにする。エレクタ８（図１）を撤去する。図５に示すように、中折れ部３８（後胴２ｂの先端と前胴２ａのアンカー金具２４との当接部）を溶接固定し、中折れジャッキ６の取り外しに備える。後胴２ｂとセグメント７との間に、これらを固定する金具３９を設け、シールドフレーム２の後退を防止する。
【００３８】
カッタ駆動部４の後部とシールドジャッキ１０の前部（ヘッド）との間に、第１スペーサロッド４０と第２スペーサロッド４１とを直列に介設し、シールドジャッキ１０をリングガーダ９に固定しているボルト４２を撤去してシールドジャッキ１０を後胴２ｂから切り離し、推力伝達部材２２、固定金具２３及び中折れジャッキ６を撤去する。これにより、隔壁３に加わる土圧・水圧が、第１、第２スペーサロッド４０、４１及びシールドジャッキ１０を介し、セグメント７に支持される。なお、シールドジャッキ１０は伸長状態としておく。
【００３９】
次に、シールドジャッキ１０を固定するのであるが、その固定方法としては、事前にシールドジャッキ１０のシュー１０ａとセグメント７とを固定してもよいし、或いはセグメント７とテールフレーム（後胴２ｂの後部）とを固定し、シュー１０ａとテールフレームとを固定してもよい。その後、図６に示すように、シールドジャッキ１０を収縮させることで、カッタ駆動部４を図中右方に引き込ませて後退させる。カッタ駆動部４を後退させている間、カッタ５を回転させると共にノズル３４、２１から充填材を噴射する。これにより、前胴２ａの内部の隔壁３よりも前方に形成されるスペース３３のうち、カッタ５よりも前方の部分にはノズル３４から充填材が螺旋状に振り撒かれて略均一に注入されると共にノズル２１からカッタ室１９に噴射された充填材はカッタ５の回転により攪拌されるので、スペース３３に略均一の強度の固化壁４３が形成される。
【００４０】
詳しくは、カッタ５のノズル３４から噴射された充填材は、ノズル３４が図２に示すようにカッタ５の径方向に間隔を隔てて複数（三個）配置されているため、各ノズル３４からカッタ５の後退によってカッタ５よりも前方に形成されるスペースに向けて、大径螺旋状、中径螺旋状、小径螺旋状に夫々噴射される（振り撒かれる）。また、隔壁３のノズル２１から噴射された充填材は、隔壁３とカッタ５との間のカッタ室１９内に充填される。この結果、充填材が上記スペース３３に略均一に注入されるのである。なお、カッタ５にカッタ室１９側に向けたノズルを追加してもよい。
【００４１】
ノズル３４、２１から噴射される充填材の量は、前述の制御部によりカッタ駆動部４の後退によって隔壁３の前方に形成されるスペース３３の容積に合わせてこれと同等或いはこれよりも多少多めになるように制御されるため、スペース３３に空隙が発生することはなく、カッタ駆動部４（隔壁３）の後退によって拡大するスペース３３が充填材によって常に充満された状態で、カッタ駆動部４が後退するようになっている。なお、一時的に、カッタ５を回転させることなく、及び／又は、カッタ駆動部４を後退させることなく、ノズル３４、２１から充填材を噴射しても構わない。
【００４２】
また、ノズル３４からカッタ５の前方に噴射された充填材がカッタ５の後方にも回り込むことを考慮すると、ノズル２１を省略することも可能である。また、カッタ５に設けられたノズル３４から前方に充填材を噴射することで、その吐出圧によりカッタ駆動部４が後退することになる。
【００４３】
ところで、カッタ５を回転させながらカッタ駆動部４を後退させると、カッタ５の回転によって生じる反トルクによってカッタ駆動部４がシールドフレーム２の軸廻りに回転しようとするところ、このようなカッタ駆動部４の回転（ローリング）は、図３、図５〜図８に示すローリング防止機構３５によって抑えられる。すなわち、カッタ駆動部４の後退時には、そのカッタ駆動部４に設けられたガイドレール３６がシールドフレーム２に設けられた係合片３７を滑ることで、カッタ駆動部４のローリングが防止される。
【００４４】
また、図３に示すように、ガイドレール３６が中折れジャッキ６よりも径方向外側にシールドフレーム２の内周面に近接させて配置されているため、カッタ駆動部４に生じる上記反トルクを支持するためのモーメントの腕の長さを略最大とすることができ、上記反トルクを効率よく押さえることができる。また、中折れジャッキ６よりも径方向内方に形成される作業空間が犠牲にならない。なお、ガイドレール３６、係合片３７の設置位置・個数は図３のものに限られず、シールドフレーム２の周方向に間隔を隔てて二個以上でもよく、中折れジャッキ６の内方でも構わない。
【００４５】
また、本実施形態では、通常掘進時（図１）のカッタ駆動部４の廻り止めを第１及び第２廻止部材６０、７０（図３、図４）で行うようにし、カッタ駆動部４の後退時（図５〜図８）の廻り止めをローリング防止機構３５（図３）で行うようにしたが、いずれか一方のみを設けて兼用させても構わない。また、各部品の上下左右の入れ替え、数量の増減等は、適宜変更できることは勿論である。
【００４６】
図６に示すように、シールドジャッキ１０がフルストローク収縮したならば、各シールドジャッキ１０に取り付けた第１スペーサロッド４０を順次取り外してシールドジャッキ１０を伸長させ、図７に示すようにシールドジャッキ１０の前端（ヘッド）を第２スペーサロッド４１に当接（係合）させた状態とする。かかる作業を複数のシールドジャッキ１０について順番に行うことで、作業前及び作業後のシールドジャッキ１０によって、隔壁３に加わる土圧・水圧が支持される。
【００４７】
その後、図８に示すように、シールドジャッキ１０を収縮させてカッタ駆動部４を引き込んで後退させ、このときカッタ５を回転させてノズル３４、２１（図２）から充填材を前回と同様に噴射する。なお、カッタ５の回転方向を切り換えてもよい。
【００４８】
以上の作業により、前胴２ａの内部の隔壁３よりも前方に形成されるスペース３３のうち、カッタ５よりも前方の部分にはノズル３４から充填材が螺旋状に振り撒かれて略均一に注入されると共にノズル２１からカッタ室１９に噴射された充填材はカッタ５の回転により攪拌されるので、スペース３３に略均一の強度の固化壁４３が形成される。かかる固化壁４３は、図示しない相手側（挿入側）の掘進機のカッタによって掘削される際に、安定した止水性能を発揮できる。よって、通常の条件下での地中接合はもとより、土圧・水圧の高い条件下、例えば大深度掘進や海底掘進等での地中接合に好適となる。
【００４９】
本発明の別の実施形態を図９〜図１１に示す。
【００５０】
この変形実施形態は、シールド掘進機１自体は前実施形態のものと同じであり、そのカッタ駆動部４の後退のさせ方が異なるものである。よって、地中接合用シールド掘進機１については、前実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付して説明を省略し、カッタ駆動部４の後退方法についてのみ説明する。
【００５１】
図９に示すように、エレクタ８を撤去した後、スクリューコンベヤ２０とセグメント７を金具５０で固定することで、カッタ駆動部４の軸方向の位置を固定する。これにより、隔壁３に加わる土圧・水圧は、スクリューコンベヤ２０を介してセグメント７に支持されることになる。このとき、シールドジャッキ１０は多少伸長させた状態としておく。
【００５２】
中折れ部３８（後胴２ｂの先端と前胴２ａのアンカー金具２４との当接部）を溶接固定し、図１０に示すように、推力伝達部材２２、固定金具２３及び中折れジャッキ６を撤去して、カッタ駆動部４を前胴２ａから切り離す。シールドジャッキ１０を伸長させ、シールドフレーム２（前胴２ａ及び後胴２ｂ）を、カッタ駆動部４に対して前進させる。なお、予めオーバカッタ３０を前胴２ａの径方向内方の位置に収縮させておくことは勿論である。
【００５３】
図１１に示すように、後胴２ｂとセグメント７とを金具３９で固定し、シールドフレーム２の後退を防止する。図１０に戻って、シールドジャッキ１０の前端（ヘッド）とカッタ駆動部４との間にスペーサロッド５１を介設し、シールドジャッキ１０をリングガーダ９に固定しているボルト４２を撤去してシールドジャッキ１０を後胴２ｂから切り離し、スクリューコンベヤ２０とセグメント７を固定している金具５０を取り外す。そして、シールドジャッキ１０を固定するのであるが、その固定方法としては、事前にシールドジャッキ１０のシュー１０ａとセグメント７とを固定してもよいし、或いはセグメント７とテールフレーム（後胴２ｂの後部）とを固定し、シュー１０ａとテールフレームとを固定してもよい。
【００５４】
図１１に示すように、シールドジャッキ１０を収縮させてカッタ駆動部４を引き込んで後退させ、同時にカッタ５を回転させてノズル３４、２１（図２）から充填材を噴射する。
【００５５】
この変形実施形態によっても、前述した実施形態と同様の作用・効果を奏する。更に、この変形実施形態では、充填材を噴射するときにおけるカッタ駆動部４の後退を前実施形態の後退方法のように一旦停止させる必要がないので、シールドフレーム２内の隔壁３より前方のスペース３３に螺旋状に噴射される充填材の噴射・充填が途切れることはなく、充填材をより均一に充填でき、固化壁４３の強度がより均一となり得る。
【００５６】
また、この変形実施形態では、図９から図１０に示すようにシールドフレーム２をカッタ駆動部４に対して前進させる工程も含むが、請求項１の「カッタ駆動部をシールドフレームの軸方向後方に移動させる」という概念には、カッタ駆動部４自体を移動させずシールドフレーム２を移動させることによって相対的にカッタ駆動部４がシールドフレーム２の軸方向後方に移動する概念も含まれるので、この変形実施形態も請求項１に係る発明の実施形態となる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の好適実施形態を示す地中接合用シールド掘進機の側断面図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】図１のIII−III線断面図である。
【図４】（ａ）は図３のIVａ線断面図、（ｂ）は図３のIVｂ線断面図である。
【図５】図１に示す地中接合用シールド掘進機の使用方法、すなわちシールド掘進機によるトンネル接合方法の最初の工程を示す工程図である。
【図６】図５の次の工程図である。
【図７】図６の次の工程図である。
【図８】図７の次の工程図である。
【図９】本発明の変形実施形態に係るトンネル接合方法の最初の工程図である。
【図１０】図９の次の工程図である。
【図１１】図１０の次の工程図である。
【図１２】従来例としての、シールド掘進機によるトンネル接合方法、地中接合用シールド掘進機及びその使用方法を示す説明図であり、（ａ）は最初の接合工程、（ｂ）は次の接合工程を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ 地中接合用シールド掘進機
２ シールドフレーム
３ 隔壁
４ カッタ駆動部
５ カッタ
３３ スペース
３４ ノズル
３５ ローリング防止機構
３６ ガイドレール
３７ 係合片
４３ 固化壁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二台のシールド掘進機を対向して掘進させ、一方の受入側掘進機の前部に他方の挿入側掘進機の前部を挿入して双方の掘進機により構築されたトンネル同士を接合する工事に用いられるシールド掘進機によるトンネル接合方法、地中接合用シールド掘進機及びその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二台のシールド掘進機を対向して掘進させ、一方の受入側掘進機の前部に他方の挿入側掘進機の前部を挿入して双方の掘進機により構築されたトンネル同士を接合する方法が知られている（特許文献１等）。
【０００３】
この方法は、図１２（ａ）に示すように、互いに対向して掘進される受入側のシールド掘進機１ｘと挿入側のシールド掘進機１ｙとが所定距離まで近付いたなら、図１２（ｂ）に示すように、受入側のシールド掘進機１ｘのカッタ５に設けられたオーバカッタ３０を径方向内方に引き込み、隔壁３を有するカッタ駆動部４を後退させてカッタ５をシールドフレーム２の内部に引き込み、カッタ５の前方に形成されたスペース３３に充填材（固化剤）を充填して固化壁４３を形成し、固化壁４３を挿入側のシールド掘進機１ｙが掘削することで、その挿入側のシールド掘進機１ｙの前部を受入側のシールド掘進機１ｘのシールドフレーム２に挿入させ、双方のシールド掘進機１ｘ、１ｙのシールドフレーム２同士を接続させるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２２６３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記固化壁４３は、地山の崩落を防止するという重要な役割を果たすため、均一の強度に形成されることが望まれるところ、これを実現するには、上記充填材を上記スペース３３に均一に注入する必要がある。すなわち、上記充填材をスペース３３に偏らせて注入すると、固化壁４３の強度が不均一となって部分的に弱い部位が生じてしまい、好ましくない。殊に、土圧・水圧の高い地山、例えば大深度掘進や海底掘進等では問題が生じ易い。
【０００６】
しかし乍ら、この点に関し、従来の受入側のシールド掘進機１ｘによるトンネル接合方法及び地中接合用シールド掘進機は、何等工夫がなされていなかった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、カッタ駆動部を後退させることでシールドフレームの内部に形成されるスペースに、充填材を均一に注入することができるシールド掘進機によるトンネル接合方法、地中接合用シールド掘進機及びその使用方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために第１の発明は、二台のシールド掘進機を対向して掘進させ、双方の掘進機により構築されたトンネル同士を接合するため、一方の受入側掘進機の前部に他方の挿入側掘進機の前部を挿入するシールド掘進機によるトンネル接合方法であって、上記受入側掘進機を、筒状のシールドフレームと、該シールドフレームの内部に軸方向に移動可能に設けられ上記シールドフレームの内部を前後に仕切る隔壁を有するカッタ駆動部と、該カッタ駆動部に設けられ該カッタ駆動部によって回転されて切羽を切削するカッタと、該カッタに設けられ充填材を噴射するノズルとから構成し、上記カッタ駆動部を上記シールドフレームの軸方向後方に移動させながら上記カッタを回転させると共に上記ノズルから充填材を噴射するようにしたものである。
【０００９】
上記ノズルから噴射された充填材により、上記シールドフレームの内部において上記カッタ駆動部の上記隔壁よりも前方に形成されるスペースに、上記挿入側掘進機によって掘削される固化壁を形成するようにしてもよい。
【００１０】
第２の発明は、筒状のシールドフレームと、該シールドフレームの内部に軸方向に移動可能に設けられ上記シールドフレームの内部を前後に仕切る隔壁を有するカッタ駆動部と、該カッタ駆動部に設けられ該カッタ駆動部によって回転されて切羽を切削するカッタとを備えた地中接合用シールド掘進機であって、上記カッタを回転させながら上記カッタ駆動部を上記シールドフレームの軸方向後方に移動させるとき、上記シールドフレームの内部において上記カッタ駆動部の上記隔壁よりも前方に形成されるスペースに充填材を噴射するために、上記カッタにノズルを設けたものである。
【００１１】
上記カッタを回転させながら上記カッタ駆動部を上記シールドフレームの軸方向後方に移動させるとき、上記カッタ駆動部が上記シールドフレームに対して回転することを防止するためのローリング防止機構を備えることが好ましい。
【００１２】
上記ローリング防止機構が、上記カッタ駆動部に設けられ上記シールドフレームの軸方向に沿って延出して形成されたガイドレールと、上記シールドフレームの内周面に設けられ上記ガイドレールに係合する係合片とからなることが好ましい。
【００１３】
上記カッタ駆動部を上記シールドフレームの軸方向後方に移動させるとき、上記カッタを回転させると共に上記ノズルから充填材を噴射させるための制御部を備えることが好ましい。
【００１４】
上記ノズルが、上記カッタに径方向に間隔を隔てて複数設けられることが好ましい。
【００１５】
第３発明に係る地中接合用シールド掘進機の使用方法は、上記カッタ駆動部を上記シールドフレームの軸方向後方に移動させながら上記カッタを回転させると共に上記ノズルから充填材を噴射することで、その充填材を上記シールドフレームの内部において上記カッタ駆動部の上記隔壁よりも前方に形成されるスペースに充填し、そのスペースに固化壁を形成するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るシールド掘進機によるトンネル接合方法、地中接合用シールド掘進機及びその使用方法によれば、カッタ駆動部を後退させることでシールドフレームの内部に形成されるスペースに、充填材を均一に注入することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の好適実施形態を添付図面を用いて説明する。
【００１８】
本実施形態に係る地中接合用シールド掘進機は、二台のシールド掘進機を対向して掘進させ、一方の受入側掘進機の前部に他方の挿入側掘進機の前部を挿入し、双方の掘進機により構築されたトンネル同士を接合するシールド掘進機によるトンネル接合方法に用いられる受入側の掘進機である。
【００１９】
図１に示すように、この地中接合用シールド掘進機１は、筒状のシールドフレーム２と、シールドフレーム２の内部に軸方向に移動可能に設けられシールドフレーム２の内部を前後に仕切る隔壁３を有するカッタ駆動部４と、カッタ駆動部４に設けられカッタ駆動部４によって回転されて切羽を切削するカッタ５とを備えている。
【００２０】
シールドフレーム２は、夫々筒状に形成された前胴２ａと後胴２ｂとが、周方向に間隔を隔てて複数配置された中折れジャッキ６（図３参照）を介して屈曲可能に接続されて構成されている。図１に示すように、後胴２ｂの内部には、後胴２ｂの内周面に沿ってセグメント７をリング状に組み付けるためのエレクタ８が設けられている。後胴２ｂの内周面に取り付けられたリングガーダ９には、セグメント７に反力を取って地中接合用シールド掘進機１を前進させるためのシールドジャッキ１０が、周方向に間隔を隔てて複数（図３参照）設けられている。後胴２ｂの後部内周面には、セグメント７の外周面と後胴２ｂの内周面との間をシールするためのテールシール１１が設けられている。
【００２１】
カッタ駆動部４は、図１に示すように、前胴２ａの内周面に軸方向にスライド可能に装着された筒状のスライドリング１２と、スライドリング１２の内周面に前胴２ａの内部を前後に仕切るように設けられた隔壁３と、カッタ５を回転駆動するための駆動機構１３とから主に構成されている。駆動機構１３は、カッタ５の回転軸１４に設けられた駆動ギヤ１５と、駆動ギヤ１５に噛合するピニオン１６と、ピニオン１６を回転させるモータ１７とからなる。回転軸１４の後部には、カッタ５に設けられたコピーカッタ３２やオーバカッタ３０のジャッキ（３１等）の作動油と、カッタ５に設けられたノズル３４（図２）から噴射される充填材とを、坑内から供給するためのロータリージョイント１８が設けられている。
【００２２】
隔壁３には、隔壁３の前方のカッタ室１９内の掘削土砂を坑内に搬送するための土砂搬送手段としてスクリューコンベヤ２０が設けられている。なお、スクリューコンベヤ２０の代わりに送排泥管を隔壁３に設けてもよい。また、隔壁３には、カッタ室１９に後述する充填材を注入するためのノズル２１が設けられている。ノズル２１は、本実施形態では、図２に示すように、隔壁３の上部に二個、下部に二個の計四個設けられているが、この個数・配置に限定されることはない。
【００２３】
図１に戻って、スライドリング１２の後端には、ボルトナットによって推力伝達部材２２が取り付けられている。推力伝達部材２２は、中折れジャッキ６の一端が装着される固定金具２３に、ボルトナットによって取り付けられ、固定金具２３は、前胴２ａに固定されたアンカー金具２４に、ボルトナットによって取り付けられている。これにより、カッタ駆動部４が前胴２ａに対して軸方向に移動することが防止され、シールドジャッキ１０によって後胴２ｂに加わる推力が、中折れジャッキ６、固定金具２３及び推力伝達部材２２を介してカッタ駆動部４に伝達される。
【００２４】
推力伝達部材２２及び前胴２ａには、推力伝達部材２２を貫通して前胴２ａにまで至る穴が形成されており、穴には荷重伝達部材２５が挿通されている。荷重伝達部材２５により、カッタ駆動部４が前胴２ａに対して周方向に回動することが防止され、カッタ５の回転によってカッタ駆動部４に生じる反トルクが支持される。
【００２５】
また、通常掘進時に、カッタ５の回転によってカッタ駆動部４に生じる反トルクは、図３、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、カッタ駆動部４と前胴２ａとの間に介設された第１廻止部材６０と、前胴２ａと後胴２ｂとの間に介設された第２廻止部材７０とによって、前胴２ａ及び後胴２ｂに伝達され、通常のシールド掘進機と同様の荷重伝達（トルク伝達）となる。
【００２６】
第１廻止部材６０は、カッタ駆動部４に取り付けられ前胴２ａの軸方向後方に延出された第１係合棹６１と、第１係合棹６１を周方向の左右から挟むようにして前胴２ａの内周面に取り付けられた第１廻止片６２とからなる。第２廻止部材７０は、後胴２ｂの前端部（中折れすべく前胴２ａに差し込まれた部分）に取り付けられ軸方向前方に延出された第２係合棹７１と、第２係合棹７１を周方向の左右から挟むようにして前胴２ａの内周面に取り付けられた第２廻止片７２とからなる。
【００２７】
なお、これら第１及び第２廻止部材６０、７０は、図１に示す通常掘進時にカッタ駆動部４の廻り止めを行うものであり、図６以降に示す充填材噴射時にカッタ５を回転させながらカッタ駆動部４を後退させるときには、カッタ駆動部４が図８の位置まで後退するまでに、後退の邪魔にならないように取り外される。
【００２８】
カッタ５は、図１及び図２に示すように、回転軸１４に取り付けられたカッタスポーク２６と、カッタスポーク２６に装着されたビット２７とから主に構成されている。カッタスポーク２６は、図例では回転軸１４の周方向に等間隔を隔てて三本設けられているが、この本数・間隔に限定されるものではない。各カッタスポーク２６の先端は、弧状の接続片２８によって接続されており、接続片２８にも、ビット２７が装着されている。なお、接続片２８は省略可能である。
【００２９】
カッタスポーク２６は、回転軸１４に固定された筒状のスポーク本体２９と、スポーク本体２９にスライド可能に挿入されたオーバカッタ３０と、オーバカッタ３０をスライドさせるためのジャッキとを備えている。図１の下側のオーバカッタ３０はジャッキが内蔵されたタイプであり、図１の上側のオーバカッタ３０はジャッキ３１が別体のタイプである。図１の上側のオーバカッタ３０には、ジャッキが内蔵されたコピーカッタ３２が、径方向にスライド可能に収容されている。コピーカッタ３２は、カーブ掘進時にカーブの内側を余掘りするため、カッタ５の回転に応じて適宜突出・没入されるものである。
【００３０】
スポーク本体２９の長さは、その先端が正面から見て前胴２ａ（シールドフレーム２）の内方に位置するように設定されており、オーバカッタ３０を径方向内方に移動させたとき、オーバカッタ３０の先端が正面から見て前胴２ａの内方に位置するようになっている。オーバカッタ３０は、通常掘進時には、その先端が正面から見て前胴２ａの外周面に一致する位置にスライド保持され、挿入側の掘進機と接合するときには、上記先端が正面から見て前胴２ａの内方となる位置にスライドされる。
【００３１】
カッタ５には、カッタ５を回転させながらカッタ駆動部４を前胴２ａに対して後退させるとき、前胴２ａの内部においてカッタ駆動部４の前方に形成されるスペース３３（図６）に充填材を噴射するためのノズル３４が設けられている。ノズル３４は、図１及び図２に示すように、カッタ５の径方向に間隔を隔てて複数（三カ所）設けられている。但し、この配置・個数に限定されるものではない。なお、カッタ駆動部４を前胴２ａに対して後退させるとき、この後退に連動させて、カッタ５を回転させると共にノズル３４、２１から充填材を噴射させるための制御部を設けてもよい。
【００３２】
制御部は、カッタ駆動部４の後退と充填材の噴射とを連動させる際に、例えば、ノズル３４、２１から噴射される充填材の注入圧力を、シールドジャッキ１０の戻し圧力と同圧又はその戻し圧力以上の圧力とすることで、ノズル３２、２１から噴射された充填材がカッタ５による地山切削面である切羽の後方の空間に充満された状態を保つようにして、カッタ駆動部４を略直立状態で引き戻すようにしてもよい。或いは、ノズル３４、２１から噴射される充填材の注入量を、シールドジャッキ１０の戻し油量に相関させて決定することで、同様に切羽の後方の空間に充填材が充満された状態を保って、カッタ駆動部４を略直立状態で引き戻すようにしてもよい。
【００３３】
図１及び図３に示すように、カッタ駆動部４とシールドフレーム２（後胴２ｂ）との間には、カッタ５を回転させながらカッタ駆動部４をシールドフレーム２に対して後退させるとき、カッタ駆動部４がシールドフレーム２に対して回転することを防止するためのローリング防止機構３５が設けられている。ローリング防止機構３５は、カッタ駆動部４に設けられシールドフレーム２の軸方向に沿って延出して形成されたガイドレール３６と、シールドフレーム２の内周面に設けられガイドレール３６に係合する係合片３７とからなる。
【００３４】
ガイドレール３６は、断面矩形状の角柱からなり、中折れジャッキ６よりも径方向外側に左右一対配置されている。これにより、中折れジャッキ６よりも径方向内方に形成される作業空間が犠牲にならず、且つカッタ５の回転によってカッタ駆動部４に生じる反トルクが効率良く支持されることになる。係合片３７は、ガイドレール３６の上面に当接する係合片３７と、ガイドレール３６の下面に当接する係合片３７とからなる。なお、図例とは逆に、シールドフレーム２にガイドレール３６を設け、カッタ駆動部４に係合片３７を設けてローリング防止機構３５を構成してもよい。
【００３５】
以上の構成からなる地中接合用シールド掘進機１の使用方法、すなわち地中接合用シールド掘進機１によるトンネル接合方法を説明する。
【００３６】
図１に示すように、本実施形態に係る地中接合用シールド掘進機１（受入側掘進機）は、これに対向して掘進して来る挿入側のシールド掘進機が所定距離まで近付くまでは、オーバカッタ３０をその先端が正面から見てシールドフレーム２の外周面に一致する位置に固定した状態で通常の掘進を行う。なお、カーブ掘進するときには、コピーカッタ３２をオーバカッタ３０の先端から適宜出没させ、カーブの内側の地山を余掘りする。
【００３７】
挿入側（相手側）の掘進機が所定距離まで近付いたなら、本実施形態に係る受入側の地中接合用シールド掘進機１の掘進を停止し、図５に示すようにオーバカッタ３０を径方向内方に引き込んで、オーバカッタ３０の先端が正面から見てシールドフレーム２の内方に位置するようにする。エレクタ８（図１）を撤去する。図５に示すように、中折れ部３８（後胴２ｂの先端と前胴２ａのアンカー金具２４との当接部）を溶接固定し、中折れジャッキ６の取り外しに備える。後胴２ｂとセグメント７との間に、これらを固定する金具３９を設け、シールドフレーム２の後退を防止する。
【００３８】
カッタ駆動部４の後部とシールドジャッキ１０の前部（ヘッド）との間に、第１スペーサロッド４０と第２スペーサロッド４１とを直列に介設し、シールドジャッキ１０をリングガーダ９に固定しているボルト４２を撤去してシールドジャッキ１０を後胴２ｂから切り離し、推力伝達部材２２、固定金具２３及び中折れジャッキ６を撤去する。これにより、隔壁３に加わる土圧・水圧が、第１、第２スペーサロッド４０、４１及びシールドジャッキ１０を介し、セグメント７に支持される。なお、シールドジャッキ１０は伸長状態としておく。
【００３９】
次に、シールドジャッキ１０を固定するのであるが、その固定方法としては、事前にシールドジャッキ１０のシュー１０ａとセグメント７とを固定してもよいし、或いはセグメント７とテールフレーム（後胴２ｂの後部）とを固定し、シュー１０ａとテールフレームとを固定してもよい。その後、図６に示すように、シールドジャッキ１０を収縮させることで、カッタ駆動部４を図中右方に引き込ませて後退させる。カッタ駆動部４を後退させている間、カッタ５を回転させると共にノズル３４、２１から充填材を噴射する。これにより、前胴２ａの内部の隔壁３よりも前方に形成されるスペース３３のうち、カッタ５よりも前方の部分にはノズル３４から充填材が螺旋状に振り撒かれて略均一に注入されると共にノズル２１からカッタ室１９に噴射された充填材はカッタ５の回転により攪拌されるので、スペース３３に略均一の強度の固化壁４３が形成される。
【００４０】
詳しくは、カッタ５のノズル３４から噴射された充填材は、ノズル３４が図２に示すようにカッタ５の径方向に間隔を隔てて複数（三個）配置されているため、各ノズル３４からカッタ５の後退によってカッタ５よりも前方に形成されるスペースに向けて、大径螺旋状、中径螺旋状、小径螺旋状に夫々噴射される（振り撒かれる）。また、隔壁３のノズル２１から噴射された充填材は、隔壁３とカッタ５との間のカッタ室１９内に充填される。この結果、充填材が上記スペース３３に略均一に注入されるのである。なお、カッタ５にカッタ室１９側に向けたノズルを追加してもよい。
【００４１】
ノズル３４、２１から噴射される充填材の量は、前述の制御部によりカッタ駆動部４の後退によって隔壁３の前方に形成されるスペース３３の容積に合わせてこれと同等或いはこれよりも多少多めになるように制御されるため、スペース３３に空隙が発生することはなく、カッタ駆動部４（隔壁３）の後退によって拡大するスペース３３が充填材によって常に充満された状態で、カッタ駆動部４が後退するようになっている。なお、一時的に、カッタ５を回転させることなく、及び／又は、カッタ駆動部４を後退させることなく、ノズル３４、２１から充填材を噴射しても構わない。
【００４２】
また、ノズル３４からカッタ５の前方に噴射された充填材がカッタ５の後方にも回り込むことを考慮すると、ノズル２１を省略することも可能である。また、カッタ５に設けられたノズル３４から前方に充填材を噴射することで、その吐出圧によりカッタ駆動部４が後退することになる。
【００４３】
ところで、カッタ５を回転させながらカッタ駆動部４を後退させると、カッタ５の回転によって生じる反トルクによってカッタ駆動部４がシールドフレーム２の軸廻りに回転しようとするところ、このようなカッタ駆動部４の回転（ローリング）は、図３、図５〜図８に示すローリング防止機構３５によって抑えられる。すなわち、カッタ駆動部４の後退時には、そのカッタ駆動部４に設けられたガイドレール３６がシールドフレーム２に設けられた係合片３７を滑ることで、カッタ駆動部４のローリングが防止される。
【００４４】
また、図３に示すように、ガイドレール３６が中折れジャッキ６よりも径方向外側にシールドフレーム２の内周面に近接させて配置されているため、カッタ駆動部４に生じる上記反トルクを支持するためのモーメントの腕の長さを略最大とすることができ、上記反トルクを効率よく押さえることができる。また、中折れジャッキ６よりも径方向内方に形成される作業空間が犠牲にならない。なお、ガイドレール３６、係合片３７の設置位置・個数は図３のものに限られず、シールドフレーム２の周方向に間隔を隔てて二個以上でもよく、中折れジャッキ６の内方でも構わない。
【００４５】
また、本実施形態では、通常掘進時（図１）のカッタ駆動部４の廻り止めを第１及び第２廻止部材６０、７０（図３、図４）で行うようにし、カッタ駆動部４の後退時（図５〜図８）の廻り止めをローリング防止機構３５（図３）で行うようにしたが、いずれか一方のみを設けて兼用させても構わない。また、各部品の上下左右の入れ替え、数量の増減等は、適宜変更できることは勿論である。
【００４６】
図６に示すように、シールドジャッキ１０がフルストローク収縮したならば、各シールドジャッキ１０に取り付けた第１スペーサロッド４０を順次取り外してシールドジャッキ１０を伸長させ、図７に示すようにシールドジャッキ１０の前端（ヘッド）を第２スペーサロッド４１に当接（係合）させた状態とする。かかる作業を複数のシールドジャッキ１０について順番に行うことで、作業前及び作業後のシールドジャッキ１０によって、隔壁３に加わる土圧・水圧が支持される。
【００４７】
その後、図８に示すように、シールドジャッキ１０を収縮させてカッタ駆動部４を引き込んで後退させ、このときカッタ５を回転させてノズル３４、２１（図２）から充填材を前回と同様に噴射する。なお、カッタ５の回転方向を切り換えてもよい。
【００４８】
以上の作業により、前胴２ａの内部の隔壁３よりも前方に形成されるスペース３３のうち、カッタ５よりも前方の部分にはノズル３４から充填材が螺旋状に振り撒かれて略均一に注入されると共にノズル２１からカッタ室１９に噴射された充填材はカッタ５の回転により攪拌されるので、スペース３３に略均一の強度の固化壁４３が形成される。かかる固化壁４３は、図示しない相手側（挿入側）の掘進機のカッタによって掘削される際に、安定した止水性能を発揮できる。よって、通常の条件下での地中接合はもとより、土圧・水圧の高い条件下、例えば大深度掘進や海底掘進等での地中接合に好適となる。
【００４９】
本発明の別の実施形態を図９〜図１１に示す。
【００５０】
この変形実施形態は、シールド掘進機１自体は前実施形態のものと同じであり、そのカッタ駆動部４の後退のさせ方が異なるものである。よって、地中接合用シールド掘進機１については、前実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付して説明を省略し、カッタ駆動部４の後退方法についてのみ説明する。
【００５１】
図９に示すように、エレクタ８を撤去した後、スクリューコンベヤ２０とセグメント７を金具５０で固定することで、カッタ駆動部４の軸方向の位置を固定する。これにより、隔壁３に加わる土圧・水圧は、スクリューコンベヤ２０を介してセグメント７に支持されることになる。このとき、シールドジャッキ１０は多少伸長させた状態としておく。
【００５２】
中折れ部３８（後胴２ｂの先端と前胴２ａのアンカー金具２４との当接部）を溶接固定し、図１０に示すように、推力伝達部材２２、固定金具２３及び中折れジャッキ６を撤去して、カッタ駆動部４を前胴２ａから切り離す。シールドジャッキ１０を伸長させ、シールドフレーム２（前胴２ａ及び後胴２ｂ）を、カッタ駆動部４に対して前進させる。なお、予めオーバカッタ３０を前胴２ａの径方向内方の位置に収縮させておくことは勿論である。
【００５３】
図１１に示すように、後胴２ｂとセグメント７とを金具３９で固定し、シールドフレーム２の後退を防止する。図１０に戻って、シールドジャッキ１０の前端（ヘッド）とカッタ駆動部４との間にスペーサロッド５１を介設し、シールドジャッキ１０をリングガーダ９に固定しているボルト４２を撤去してシールドジャッキ１０を後胴２ｂから切り離し、スクリューコンベヤ２０とセグメント７を固定している金具５０を取り外す。そして、シールドジャッキ１０を固定するのであるが、その固定方法としては、事前にシールドジャッキ１０のシュー１０ａとセグメント７とを固定してもよいし、或いはセグメント７とテールフレーム（後胴２ｂの後部）とを固定し、シュー１０ａとテールフレームとを固定してもよい。
【００５４】
図１１に示すように、シールドジャッキ１０を収縮させてカッタ駆動部４を引き込んで後退させ、同時にカッタ５を回転させてノズル３４、２１（図２）から充填材を噴射する。
【００５５】
この変形実施形態によっても、前述した実施形態と同様の作用・効果を奏する。更に、この変形実施形態では、充填材を噴射するときにおけるカッタ駆動部４の後退を前実施形態の後退方法のように一旦停止させる必要がないので、シールドフレーム２内の隔壁３より前方のスペース３３に螺旋状に噴射される充填材の噴射・充填が途切れることはなく、充填材をより均一に充填でき、固化壁４３の強度がより均一となり得る。
【００５６】
また、この変形実施形態では、図９から図１０に示すようにシールドフレーム２をカッタ駆動部４に対して前進させる工程も含むが、請求項１の「カッタ駆動部をシールドフレームの軸方向後方に移動させる」という概念には、カッタ駆動部４自体を移動させずシールドフレーム２を移動させることによって相対的にカッタ駆動部４がシールドフレーム２の軸方向後方に移動する概念も含まれるので、この変形実施形態も請求項１に係る発明の実施形態となる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の好適実施形態を示す地中接合用シールド掘進機の側断面図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】図１のIII−III線断面図である。
【図４】（ａ）は図３のIVａ線断面図、（ｂ）は図３のIVｂ線断面図である。
【図５】図１に示す地中接合用シールド掘進機の使用方法、すなわちシールド掘進機によるトンネル接合方法の最初の工程を示す工程図である。
【図６】図５の次の工程図である。
【図７】図６の次の工程図である。
【図８】図７の次の工程図である。
【図９】本発明の変形実施形態に係るトンネル接合方法の最初の工程図である。
【図１０】図９の次の工程図である。
【図１１】図１０の次の工程図である。
【図１２】従来例としての、シールド掘進機によるトンネル接合方法、地中接合用シールド掘進機及びその使用方法を示す説明図であり、（ａ）は最初の接合工程、（ｂ）は次の接合工程を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ 地中接合用シールド掘進機
２ シールドフレーム
３ 隔壁
４ カッタ駆動部
５ カッタ
３３ スペース
３４ ノズル
３５ ローリング防止機構
３６ ガイドレール
３７ 係合片
４３ 固化壁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二台のシールド掘進機を対向して掘進させ、双方の掘進機により構築されたトンネル同士を接合するため、一方の受入側掘進機の前部に他方の挿入側掘進機の前部を挿入するシールド掘進機によるトンネル接合方法であって、
上記受入側掘進機を、筒状のシールドフレームと、該シールドフレームの内部に軸方向に移動可能に設けられ上記シールドフレームの内部を前後に仕切る隔壁を有するカッタ駆動部と、該カッタ駆動部に設けられ該カッタ駆動部によって回転されて切羽を切削するカッタと、該カッタに設けられ充填材を噴射するノズルとから構成し、
上記カッタ駆動部を上記シールドフレームの軸方向後方に移動させながら上記カッタを回転させると共に上記ノズルから充填材を噴射するようにしたことを特徴とするシールド掘進機によるトンネル接合方法。
【請求項２】
上記ノズルから噴射された充填材により、上記シールドフレームの内部において上記カッタ駆動部の上記隔壁よりも前方に形成されるスペースに、上記挿入側掘進機によって掘削される固化壁を形成するようにした請求項１に記載のシールド掘進機によるトンネル接合方法。
【請求項３】
筒状のシールドフレームと、該シールドフレームの内部に軸方向に移動可能に設けられ上記シールドフレームの内部を前後に仕切る隔壁を有するカッタ駆動部と、該カッタ駆動部に設けられ該カッタ駆動部によって回転されて切羽を切削するカッタとを備えた地中接合用シールド掘進機であって、
上記カッタを回転させながら上記カッタ駆動部を上記シールドフレームの軸方向後方に移動させるとき、上記シールドフレームの内部において上記カッタ駆動部の上記隔壁よりも前方に形成されるスペースに充填材を噴射するために、上記カッタにノズルを設けたことを特徴とする地中接合用シールド掘進機。
【請求項４】
上記カッタを回転させながら上記カッタ駆動部を上記シールドフレームの軸方向後方に移動させるとき、上記カッタ駆動部が上記シールドフレームに対して回転することを防止するためのローリング防止機構を備えた請求項３に記載の地中接合用シールド掘進機。
【請求項５】
上記ローリング防止機構が、上記カッタ駆動部に設けられ上記シールドフレームの軸方向に沿って延出して形成されたガイドレールと、上記シールドフレームの内周面に設けられ上記ガイドレールに係合する係合片とからなる請求項４に記載の地中接合用シールド掘進機。
【請求項６】
上記カッタ駆動部を上記シールドフレームの軸方向後方に移動させるとき、上記カッタを回転させると共に上記ノズルから充填材を噴射させるための制御部を備えた請求項３〜５のいずれかに記載の地中接合用シールド掘進機。
【請求項７】
上記ノズルが、上記カッタに径方向に間隔を隔てて複数設けられた請求項３〜６のいずれかに記載の地中接合用シールド掘進機。
【請求項８】
上記カッタ駆動部を上記シールドフレームの軸方向後方に移動させながら上記カッタを回転させると共に上記ノズルから充填材を噴射することで、その充填材を上記シールドフレームの内部において上記カッタ駆動部の上記隔壁よりも前方に形成されるスペースに充填し、そのスペースに固化壁を形成するようにした請求項３〜７のいずれかに記載の地中接合用シールド掘進機の使用方法。
【請求項１】
二台のシールド掘進機を対向して掘進させ、双方の掘進機により構築されたトンネル同士を接合するため、一方の受入側掘進機の前部に他方の挿入側掘進機の前部を挿入するシールド掘進機によるトンネル接合方法であって、
上記受入側掘進機を、筒状のシールドフレームと、該シールドフレームの内部に軸方向に移動可能に設けられ上記シールドフレームの内部を前後に仕切る隔壁を有するカッタ駆動部と、該カッタ駆動部に設けられ該カッタ駆動部によって回転されて切羽を切削するカッタと、該カッタに設けられ充填材を噴射するノズルとから構成し、
上記カッタ駆動部を上記シールドフレームの軸方向後方に移動させながら上記カッタを回転させると共に上記ノズルから充填材を噴射するようにしたことを特徴とするシールド掘進機によるトンネル接合方法。
【請求項２】
上記ノズルから噴射された充填材により、上記シールドフレームの内部において上記カッタ駆動部の上記隔壁よりも前方に形成されるスペースに、上記挿入側掘進機によって掘削される固化壁を形成するようにした請求項１に記載のシールド掘進機によるトンネル接合方法。
【請求項３】
筒状のシールドフレームと、該シールドフレームの内部に軸方向に移動可能に設けられ上記シールドフレームの内部を前後に仕切る隔壁を有するカッタ駆動部と、該カッタ駆動部に設けられ該カッタ駆動部によって回転されて切羽を切削するカッタとを備えた地中接合用シールド掘進機であって、
上記カッタを回転させながら上記カッタ駆動部を上記シールドフレームの軸方向後方に移動させるとき、上記シールドフレームの内部において上記カッタ駆動部の上記隔壁よりも前方に形成されるスペースに充填材を噴射するために、上記カッタにノズルを設けたことを特徴とする地中接合用シールド掘進機。
【請求項４】
上記カッタを回転させながら上記カッタ駆動部を上記シールドフレームの軸方向後方に移動させるとき、上記カッタ駆動部が上記シールドフレームに対して回転することを防止するためのローリング防止機構を備えた請求項３に記載の地中接合用シールド掘進機。
【請求項５】
上記ローリング防止機構が、上記カッタ駆動部に設けられ上記シールドフレームの軸方向に沿って延出して形成されたガイドレールと、上記シールドフレームの内周面に設けられ上記ガイドレールに係合する係合片とからなる請求項４に記載の地中接合用シールド掘進機。
【請求項６】
上記カッタ駆動部を上記シールドフレームの軸方向後方に移動させるとき、上記カッタを回転させると共に上記ノズルから充填材を噴射させるための制御部を備えた請求項３〜５のいずれかに記載の地中接合用シールド掘進機。
【請求項７】
上記ノズルが、上記カッタに径方向に間隔を隔てて複数設けられた請求項３〜６のいずれかに記載の地中接合用シールド掘進機。
【請求項８】
上記カッタ駆動部を上記シールドフレームの軸方向後方に移動させながら上記カッタを回転させると共に上記ノズルから充填材を噴射することで、その充填材を上記シールドフレームの内部において上記カッタ駆動部の上記隔壁よりも前方に形成されるスペースに充填し、そのスペースに固化壁を形成するようにした請求項３〜７のいずれかに記載の地中接合用シールド掘進機の使用方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−３１６９５（Ｐ２００８−３１６９５Ａ）
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２０４８８８（Ｐ２００６−２０４８８８）
【出願日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（０００２１３２９７）中部電力株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（０００２１３２９７）中部電力株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
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