シールド掘進機の地盤改良装置及び地盤改良方法
【課題】スライドフード内外の土砂に地盤改良剤を的確に注入でき、スライドフードの外周近傍の土砂の止水性を高めた地盤改良装置及び方法を提供する。
【解決手段】カッタ支持部４を前方に移動させてスライドフード３を前方に押し出しながらカッタ支持部４に設けたカッタ１０を回転させて切羽を切削し、その際、カッタ支持部４に設けた係合部がスライドフード３に設けた被係合部に係合することで、スライドフード３の連れ廻りを防止して、カッタ支持部４に設けた薬液注入管２０の開口１９とスライドフード３に設けた注入孔２１との位置関係を保持し、薬液注入管２０及び注入孔２１を通して地盤改良剤をスライドフード３の径方向外方に注入する。その後、カッタ支持部４の隔壁７の前方に地盤改良剤を注入してカッタ支持部４を後退させる。以て、スライドフード３の径方向外方と内方に地盤改良ゾーンをそれぞれ形成する。
【解決手段】カッタ支持部４を前方に移動させてスライドフード３を前方に押し出しながらカッタ支持部４に設けたカッタ１０を回転させて切羽を切削し、その際、カッタ支持部４に設けた係合部がスライドフード３に設けた被係合部に係合することで、スライドフード３の連れ廻りを防止して、カッタ支持部４に設けた薬液注入管２０の開口１９とスライドフード３に設けた注入孔２１との位置関係を保持し、薬液注入管２０及び注入孔２１を通して地盤改良剤をスライドフード３の径方向外方に注入する。その後、カッタ支持部４の隔壁７の前方に地盤改良剤を注入してカッタ支持部４を後退させる。以て、スライドフード３の径方向外方と内方に地盤改良ゾーンをそれぞれ形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中のシールド掘進機からその前部近傍の地山に地盤改良剤を注入するシールド掘進機の地盤改良装置及び地盤改良方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地中のシールド掘進機の前部近傍の地山に地盤改良剤を注入する場合、通常、地上から注入するが、地上の交通確保の制約や大深度施工等の場合には、地上からの注入が困難である。そこで、地上からではなく、地中のシールド掘進機から注入するようにした工法が知られている。
【０００３】
かかる工法として、筒状のシールドフレームの外周にスライド可能に装着されたスライドフードと、スライドフードの内方に軸方向に移動可能に配置されたカッタ支持部とを備えたシールド掘進機を用い、カッタ支持部を前方に移動させるときにスライドフードを引っ掛けて前方に押し出した後、カッタ支持部に設けられた隔壁から前方に地盤改良剤を噴出して切羽と隔壁との間に充満させ、その圧力によってスライドフードを取り残した状態でカッタ支持部のみを後退させ、スライドフードの内方に地盤改良ゾーンを形成する工法が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１５５６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記工法では、地盤改良剤をスライドフードの内方における隔壁と切羽との間に充満させることができるものの、スライドフードの外方に注入することはできない。このため、スライドフードの外周近傍の土砂の止水性を完全なものとすることが困難である。
【０００６】
よって、例えば、上記シールドフレームを親機（親シールド掘進機）のシールドフレームとし、その内部から前方の地盤改良ゾーンを掘り抜くように子機（子シールド掘進機）を発進させる際、止水性に不安があるスライドフード底部から子機を発進（管底発進）させることは避け、子機をスライドフードの略中心位置から発進させていた。
【０００７】
しかし乍ら、下水トンネル等の分野では、親機による大径トンネルの底部に子機による小径トンネルを接続することが求められている。このため、スライドフードの内方のみならず外方の土砂にも地盤改良剤を注入でき、スライドフードの外周近傍の土砂の止水性を高めることができる工法が要望されていた。
【０００８】
本発明の目的は、スライドフードの内外の土砂に地盤改良剤を的確に注入でき、スライドフードの外周近傍の土砂の止水性を高めることができるシールド掘進機の地盤改良装置及び地盤改良方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために請求項１に係るシールド掘進機の地盤改良装置は、シールドフレームの外周に軸方向に移動可能に装着されたスライドフードと、該スライドフードの内方に配置され、上記シールドフレームに対して軸方向に移動可能なカッタ支持部と、該カッタ支持部の外周に形成された係合部と、上記スライドフードの内周に形成され、後方から上記係合部が係合することで、上記スライドフードを回り止めしつつ前方に押し出すための被係合部と、上記カッタ支持部に取り付けられ、上記カッタ支持部の外周に開口を有する地盤改良剤用の薬液注入管と、上記スライドフードに、上記係合部が上記被係合部に係合したときの上記薬液注入管の開口の位置に合わせ、貫通形成された注入孔とを備えたものである。
【００１０】
請求項２に係る地盤改良装置は、上記係合部が、上記カッタ支持部の外周に形成された凸部から成り、上記被係合部が、上記スライドフードの内周に軸方向に沿って形成された溝と、該溝の軸方向前部に形成された突当面と、上記溝の軸方向後部に形成された開放部とから成り、上記カッタ支持部が前方に移動したとき、上記凸部が上記開放部を通って上記溝に進入し上記突当面に当接することで、上記スライドフードが回り止めされつつ前方に押し出されるものである。
【００１１】
請求項３に係る地盤改良装置は、上記カッタ支持部の外周に、その外周と上記スライドフードの内周との間を止水するシールを設け、該シールよりも前方の上記カッタ支持部の外周に、上記薬液注入管の開口を配設したものである。
【００１２】
請求項４に係る地盤改良装置は、上記カッタ支持部が、シールドジャッキの伸縮によって軸方向に移動されるものである。
【００１３】
請求項５に係る地盤改良方法は、請求項１〜４のいずれかに記載のシールド掘進機の地盤改良装置を用いた地盤改良方法であって、上記カッタ支持部を前方に移動させて上記スライドフードを前方に押し出しながら上記カッタ支持部に設けられたカッタを回転させて切羽を切削し、その際、上記係合部が上記被係合部に係合することで、上記スライドフードの連れ廻りを防止して、上記薬液注入管の開口と上記注入孔との位置関係を保持し、上記薬液注入管及び注入孔を通して地盤改良剤を上記スライドフードの径方向外方に注入し、その後、上記カッタ支持部に切羽側と坑内側とを仕切って設けられた隔壁の前方に地盤改良剤を注入して上記カッタ支持部を後退させることで、上記スライドフードの径方向外方の土砂と、径方向内方且つ上記カッタ支持部の前方の土砂とを地盤改良剤で改良するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、スライドフードの内外の土砂に地盤改良剤を的確に注入でき、スライドフードの外周近傍の土砂の止水性を高めることができる
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る地盤改良装置を備えたシールド掘進機の側断面図である。
【図２】図２（ａ）は図１のIIａ−IIａ線断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のｂ−ｂ線断面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）のｃ−ｃ線断面図である。
【図３】上記地盤改良装置を用いた地盤改良方法の最初の工程を示す側断面図である。
【図４】図３のIV−IV線断面図である。
【図５】上記地盤改良方法の次の工程を示す側断面図である。
【図６】その次の工程を示す側断面図である。
【図７】その次の工程を示す側断面図である。
【図８】子機を管底発進させる際の側断面図である。
【図９】図９（ａ）は子機の発進筒を示す側断面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１０】図８に続く子機を管底発進させる際の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の好適実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は本実施形態にかかる地盤改良装置が備えられたシールド掘進機の側断面図、図２（ａ）は図１のIIａ−IIａ線断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のｂ−ｂ線断面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）のｃ−ｃ線断面図である。
【００１８】
図１に示すように、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の前部外周に軸方向に移動可能に装着された筒状のスライドフード３と、スライドフード３の内方に配置されシールドフレーム２に対して軸方向に移動可能なカッタ支持部４とを備えている。
【００１９】
シールドフレーム２は、前部の小径部２ａと、それよりも外径が大きい後部の大径部２ｂとを有する。スライドフード３は、前部の厚肉部３ａと、それと外径が等しく内径が大きい後部の薄肉部３ｂとを有し、薄肉部３ｂがシールドフレーム２の小径部２ａの外周にスライド可能に装着されている。シールドフレーム２の小径部２ａの前端には、スライドフード３の薄肉部３ｂとの間を止水するシール５が周方向に沿ってリング状に設けられている。
【００２０】
カッタ支持部４は、スライドフード３及びシールドフレーム２に対向する筒部６と、筒部６内を切羽側と坑内側とを仕切る隔壁７とを有する。筒部６の外周には、筒状のシール支持体８が装着固定され、シール支持体８の外周には、その外周とスライドフード３の薄肉部３ｂの内周との間を止水するシール９が、周方向に沿ってリング状に設けられている。
【００２１】
隔壁７には、切羽を切削するカッタ１０が回転可能に支持されている。カッタ１０は、隔壁７に設けられた駆動機構１１によって回転駆動され、スライドフード３の厚肉部３ａの内径よりも小径のベースカッタ１０ａと、ベースカッタ１０ａの端部から径方向に移動することで掘削径を変更する伸縮カッタ１０ｂとを有する。ベースカッタ１０ａ及び伸縮カッタ１０ｂには、切羽を切削するビット１２が設けられている。
【００２２】
ベースカッタ１０ａの反切羽側面には、回転翼１３が径方向に間隔を隔てて複数取り付けられ、隔壁７には、固定翼１４が回転翼１３とは径方向の位置を異ならせて複数取り付けられている。カッタ１０と隔壁７との間のカッタ室１５内の土砂は、カッタ１０の回転により回転する回転翼１３と、隔壁７に固定された固定翼１４とによって、撹拌される。
【００２３】
隔壁７には、カッタ室１５内の土砂を坑内に移送するための排土装置（スクリューコンベヤ等）１６が設けられている。なお、排土装置１６は、泥水式シールドの場合、送泥管及び排泥管となる。
【００２４】
図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、シールド掘進機１は、カッタ支持部４の外周に形成された係合部１７と、スライドフード３の内周に形成された被係合部１８とを備えている。
【００２５】
係合部１７は、カッタ支持部４のシール支持体８の外周に軸方向に沿って形成された凸部１７ａから成る。被係合部１８は、そこに凸部１７ａが後方（図２（ｂ）、（ｃ）の右方）から係合することで、スライドフード３を回り止めしつつ前方（図２（ｂ）、（ｃ）の左方）に押し出すためのものであり、スライドフード３の厚肉部３ａの内周に軸方向に沿って形成された溝１８ａと、溝１８ａの軸方向前部に形成された突当面１８ｂと、溝１８ａの軸方向後部に形成された開放部１８ｃとから成る。開放部１８ｃは、厚肉部３ａと薄肉部３ｂとを接続する段差面に形成される。そして、カッタ支持部４が前方に移動したとき、凸部１７ａが開放部１８ｃを通って溝１８ａに進入し突当面１８ｂに当接することで、スライドフード３が回り止めされると共に前方に押し出されるようになっている。
【００２６】
係合部１７は、カッタ支持部４の外周に周方向に間隔を隔てて複数設けられ、これに合わせて、被係合部１８も、スライドフード３の内周に周方向に間隔を隔てて複数設けられている。
【００２７】
図１に示すように、シールド掘進機１は、カッタ支持部４の外周に開口１９を有する地盤改良剤用の薬液注入管２０と、スライドフード３にその内外周面を貫通して形成された注入孔２１とを備えている。
【００２８】
薬液注入管２０は、カッタ支持部４の筒部６の内部に斜め前方に傾斜して取り付けられ、シール支持体８の外周に開口１９を有している。開口１９の位置は、シール９よりも前方となっている。仮に、後方であると、開口１９に対向して形成される注入孔２１がシール９の後方に配置されることになり、これでは地山の地下水が注入孔２１を通って坑内に浸入してしまうからである。薬液注入管２０には、開閉弁２２が設けられている。
【００２９】
他方、注入孔２１は、図２に示す凸部１７ａが溝１８ａの突当面１８ｂに当接したときの薬液注入管２０の開口１９の位置及び薬液注入管２０の軸線に合致するようにして、スライドフード３の厚肉部３ａにこれを斜めに貫通して形成されている。
【００３０】
薬液注入管２０は、カッタ支持部４に周方向に間隔を隔てて複数取り付けられ、これに合わせて、注入孔２１も、スライドフード３に周方向に間隔を隔てて複数形成されている。
【００３１】
図１に示すように、シールドフレーム２の小径部２ａには、地盤改良剤用の側部注入管２３が、薬液注入管２０と同角度斜め前方に傾けて取り付けられている。側部注入管２３は、シールドフレーム２の小径部２ａの外周に開口２４を有している。この開口２４は、図１に示す通常時にはスライドフード３によって覆われていて土砂から防護されており、後に図５を用いて説明するようにスライドフード３が前方に移動されると側部地山に臨むことになる。この側部注入管２３は、シールドフレーム２に周方向に間隔を隔てて複数取り付けられており、夫々、開閉弁２５が設けられている。
【００３２】
図１に示すように、カッタ支持部４とシールドフレーム２とは、係脱機構２６によって連結切離可能となっている。係脱機構２６は、シールドフレーム２の小径部２ａの内周に設けられたフランジ状の金具２６ａと、金具２６ａをカッタ支持部４の背面部に固定するボルトナット等の締結具２６ｂとから成る。締結具２６ｂを締め込むことでカッタ支持部４がシールドフレーム２に固定され、締結具２６ｂを緩めることでカッタ支持部４がシールドフレーム２から切り離される。なお、金具２６ａをカッタ支持部４の背面部に溶接固定し、その溶接部を切除して切り離すようにしてもよい。
【００３３】
シールドフレーム２の内周には、シールドジャッキ２７が周方向に間隔を隔てて複数取り付けられている。シールドジャッキ２７は、図示しないエレクタ（セグメント組立装置）でリング状に組み立てたセグメント（既設セグメント）２８に反力を取って、シールドフレーム２を前進させるものである。シールドジャッキ２７は、シリンダ２９とロッド３０とシュー３１とを有し、シリンダ２９がシールドフレーム２の内周面に設けられたリング状の取付金具３２に取り付けられ、シュー３１が既設セグメント２８に押し付けられる。
【００３４】
シールドフレーム２の内周の後部には、シールドフレーム２の内周と既設セグメント２８の外周との間を止水するテールシール３３が設けられている。
【００３５】
以上の構成から成るシールド掘進機１の地盤改良装置を用いた地盤改良方法について説明する。
【００３６】
先ず、既述した図１の形態のシールド掘進機１を用い、改良すべき地盤の地点まで通常通り掘進してトンネルを構築する。このとき、伸縮カッタ１０ｂは、その先端がスライドフード３の外径に一致するように、伸縮位置が定められて固定されている。地盤改良地点まで掘進したならば掘進を停止する。
【００３７】
次に、図３に示すように、スライドフード３の押出前準備を行う。
【００３８】
具体的には、シールドフレーム２と既設セグメント２８とを固定金具３４で固定してシールドフレーム２の後退を防止し、固定金具３４にスペーサ３５を取り付けてシールドジャッキ２７のシュー３１で挟む。そして、シールドジャッキ２７のシリンダ２９とカッタ支持部４の背面部との間に間座（スペーサ）３６を挟み込み、係脱機構２６の締結具２６ｂを緩めてカッタ支持部４をシールドフレーム２から切り離し、シールドジャッキ２７のシリンダ２９とシールドフレーム２の取付金具３２との連結を切り離す。また、カッタ支持部４とシールドフレーム２との間に回り止め機構３７を取り付ける。
【００３９】
回り止め機構３７は、図３及びそのIV−IV線断面図である図４に示すように、カッタ支持部４の筒部６の後端から後方に延出された角柱状の回り止めロッド３７ａと、シールドフレーム２の内周に回り止めロッド３７ａを周方向から挟むようにして取り付けられた押さえ金具３７ｂとから成り、カッタ支持部４がシールドフレーム２に対して相対的に回転しないように押さえるものである。この回り止め機構３７は、シールドフレーム２の周方向に間隔を隔てて複数設置してもよい。
【００４０】
図３に示すように、薬液注入管２０及び注入孔２１を通して側部地山に地盤改良剤（モルタル等の固化剤）を注入する。具体的には、薬液注入管２０の開閉弁２２を開き、その内部に坑内から薬注管（図示せず）を挿入し、注入孔２１を通して側部地山に所定の深さまで差し込み、薬注管を引き抜きながら、薬注管の先端から側部地山に地盤改良剤を注入し、所定範囲で地盤改良を行う。
【００４１】
次に、図５に示すように、スライドフード３を前方に押し出す。
【００４２】
具体的には、カッタ１０を回転させながらシールドジャッキ２７を伸長させ、排土装置１６によりカッタ室１５内の土砂を坑内に排土しつつ、カッタ支持部４を前方に押し出す。
【００４３】
これにより、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、カッタ支持部４の係合部１７がスライドフード３の被係合部１８に係合した状態、即ちスライドフード３が回り止めされた状態で、前方に押し出される。よって、図５に示すように、スライドフード３が回転するカッタ１０により連れ廻されることはなく、カッタ支持部４に設けられた薬液注入管２０の開口１９と、スライドフード３に設けられた注入孔２１との位置関係が保持される。
【００４４】
シールドジャッキ２７の伸長によりスライドフード３が所定量前進したならば、シールドジャッキ２７の伸長を停止して、位置関係が保たれている薬液注入管２０及び注入孔２１を通して、上述した手順で側部地山に地盤改良剤を注入する。ここで、スライドフード３を前進させる量（上記所定量）は、前回の地盤改良範囲と今回の地盤改良範囲とが一部重合するように設定する。
【００４５】
その後、シールドジャッキ２７のシリンダ２９とカッタ支持部４の背面部との間の間座３６の数を増やすことで、シールドジャッキ２７によりカッタ支持部４を介してスライドフード３を更に前進させ、薬液注入管２０及び注入孔２１を通して同様に側部地山に地盤改良剤を注入する。このとき、スライドフード３とシールドフレーム２との間の止水は、シールドフレーム２に設けたシール５により成され、スライドフード３とカッタ支持部４との間の止水は、カッタ支持部４に設けたシール９によって成される。
【００４６】
シールドジャッキ２７によりカッタ支持部４を前進させ、そのカッタ支持部４によってスライドフード３を前方に押し出している間、切羽を切削すべくカッタ１０が回転されている。このため、切羽からの反トルクを受けるカッタ支持部４が回転しようとするところ、回り止め機構３７によって抑えられる。この回り止め機構３７の回り止めロッド３７ａは、スライドフード３の前進に伴って適宜継ぎ足される。
【００４７】
スライドフード３の後端が側部注入管２３の開口２４よりも前方まで前進したならば、側部注入管２３から側部地山に地盤改良剤を注入する。具体的には、側部注入管２３の開閉弁２５を開き、その内部に坑内から薬注管（図示せず）を挿入し、側部地山に所定の深さまで差し込み、薬注管を引き抜きながら、薬注管の先端から側部地山に地盤改良剤を注入し、所定範囲で地盤改良を行う。これにより、スライドフード３とシールドフレーム２との接続部近傍の地山が固められ、スライドフード３とシールドフレーム２との接続部から坑内への浸水が防止される。
【００４８】
この側部注入管２３による地盤改良範囲は、最初に行った地盤改良範囲と一部重合する。よって、これまで行った全ての地盤改良範囲同士が一部重合することになり、スライドフード３の外周にその全てを覆うようにして一体的な地盤改良ゾーンＡが形成される。
【００４９】
次に、図６に示すように、隔壁７の前方に地盤改良剤を注入する。
【００５０】
具体的には、シールドフレーム２の前端とスライドフード３の後部とを溶接して固定し（溶接部３８）、スライドフード３が後退しないようにし、伸縮カッタ１０ｂを径方向内方に引き込む。その状態で、カッタ１０を回転させ、隔壁７から前方に地盤改良剤を注入しながら、排土装置（スクリューコンベヤ）１６によってカッタ室１５内の土砂を坑内に排出し、カッタ室内１５の土砂を地盤改良剤に置換する。置換の完了を、排土装置１６から坑内に地盤改良剤が排出されることで確認する。なお、隔壁７には、図示しない地盤改良剤注入管が設けられていることは勿論である。
【００５１】
次に、図７に示すように、カッタ１０の前方に地盤改良剤を注入し、スライドフード３の位置を動かすことなくカッタ支持部４のみを後退させる。
【００５２】
具体的には、カッタ１０から前方に地盤改良剤を注入し、地盤改良剤を切羽とカッタ１０との間に充満させ、その圧力によってカッタ１０を後退させる。このとき、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、カッタ支持部４に設けた係合部１７の凸部１７ａがスライドフード３に設けた被係合部１８の溝１８ａの開放部１８ｃを通って溝１８ａ内から後方（図２（ｂ）、図２（ｃ）の右方）に離脱するので、スライドフード３が取り残され、カッタ支持部４のみが後退する。
【００５３】
詳しくは、切羽とカッタ１０との間に充満する地盤改良剤の圧力、即ち地盤改良剤の注入圧とシールドジャッキ２７の推力とを同調させ、カッタ支持部４を安定した速度で後退させる。そして、間座３６を順次取り外すことで、カッタ支持部４を所定の位置（例えば最初の図３の位置）まで後退させる。これにより、スライドフード３の内方における隔壁７と切羽との間に地盤改良ゾーンＢが形成される。
【００５４】
後退するカッタ支持部４と取り残されるスライドフード３との間の止水は、カッタ支持部４に設けたシール９によって成される。なお、地盤改良剤の充填圧によりカッタ支持部４を後退させる際、カッタ１０を回転させてもよく、させなくてもよい。また、カッタ１０には、図示しない地盤改良剤注入管が設けられていることは勿論である。
【００５５】
以上の手順により、スライドフード３を前方に押し出す工程において、スライドフード３の外周に地盤改良ゾーンＡを形成でき、そのスライドフード３の位置を動かすことなくカッタ支持部４のみを後方に引き込む工程において、スライドフード３の内部に地盤改良ゾーンＢを形成できる。このように、スライドフード３の内外に地盤改良ゾーンＡ、Ｂを形成できるので、スライドフード３内のカッタ支持部４の前方の土砂の止水性を高められるのみならず、スライドフード３の外周近傍の土砂の止水性をも高めることができる。
【００５６】
次に、図８に示すように、上記シールドフレーム２を親機（親シールド掘進機）のシールドフレームとし、その内部から子機（子シールド掘進機）４０を管底発進させる手順を説明する。
【００５７】
先ず、カッタ支持部４とシールドフレーム２とを溶接或いは係脱機構２６により固定してカッタ支持部４の後退を防止した後、シールドジャッキ２７、排土装置１６、カッタの駆動機構１１を取り外してトンネル入口側に運ぶ（図７参照）。その後、隔壁７の底部を円形に切り取り、その穴の形状に合わせて前方のカッタ１０の一部も切り取り、そこに発進筒４１を設置する。
【００５８】
発進筒４１の内部の前部に、掘削可能壁４２を設置する。掘削可能壁４２の材質は、例えば、熱硬化性樹脂発泡体（硬質ウレタン樹脂）をガラス繊維で強化したもの（ＦＦＵ：fiber Reinforced Foamed Urethane）が用いられる。地盤改良ゾーンＢから発進筒４１の開口に加わる荷重（土水圧）は、この掘削可能壁４２のみで支持できるが、念のためにその背後に仮土留４３を設置している。
【００５９】
仮土留４３は、掘削可能壁４２を後方から支持するものであり、図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、上下方向に間隔を隔てて複数配置された横材（Ｈ鋼）４３ａと、左右方向に間隔を隔てて複数配置された縦材（Ｈ鋼）４３ｂと、一端が横材４３ａ又は縦材４３ｂに接続され他端が発進筒４１に接続された斜材４３ｃとを有する。横材４３ａは、その前面が掘削可能壁４２の背面に接して発進筒４１内に左右に架け渡され、縦材４３ｂは、その前面が横材４３ａの背面に接して発進筒４１内に上下に架け渡されている。横材４３ａと縦材４３ｂとは前後入れ替えてもよい。
【００６０】
その後、図８に示すように、発進筒４１の後部に、リング状のエントランスシール４４を取り付け、固定金具３４に、子機４０の推進力を受けるための反力受け部材４５を取り付ける。そして、親機となるシールドフレーム２の底部に発進台４６を設置し、その上で子機４０を組み立てる。子機４０は、筒状のシールドフレーム４７、隔壁４８、カッタ４９、カッタ駆動機構５０、排土装置５１、シールドジャッキ５２、テールシール５３及びエレクタ（図示せず）等から構成される。
【００６１】
子機４０の組立が完了したなら、仮土留４３を解体して撤去する。仮土留４３は、子機４０を組立ているあいだ掘削可能壁４２を支持し、その破損を防止する。すなわち、子機４０の組立中、組立に伴う振動等で仮に掘削可能壁４２の強度が一時的に低下したとしても、掘削可能壁４２の背後にそれを支持する仮土留４３が存在するため、掘削可能壁４２が土水圧で押されて破損することはない。なお、仮土留４３は、子機４０を親機のシールドフレーム２内にて組み立てる作業が長期化する場合に設置することが好ましく、省略することも可能である。
【００６２】
その後、図１０に示すように、子機４０を親機のシールドフレーム２の内部から管底発進させ、子機４０のカッタ４９で掘削可能壁４２を掘り抜き、大径のトンネルの底部に小径のトンネルを繋げて構築していく。このように子機４０を親機の内部から管底発進させても、本実施形態においては、親機のスライドフード３の内方及び外方に地盤改良ゾーンＡ、Ｂが形成されていて、スライドフード３の外周近傍の土砂の止水性が高められているので、坑内への浸水が問題となることはない。
【００６３】
本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００６４】
例えば、図７のようにスライドフード３の内外に地盤改良ゾーンＡ、Ｂを形成した後、子機４０を管底発進させるのではなく、親機のカッタ１０のビット１２を交換してもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１ シールド掘進機
２ シールドフレーム
３ スライドフード
４ カッタ支持部
７ 隔壁
９ シール
１０ カッタ
１７ 係合部
１７ａ 凸部
１８ 被係合部
１８ａ 溝
１８ｂ 突当面
１８ｃ 開放部
１９ 開口
２０ 薬液注入管
２１ 注入孔
２７ シールドジャッキ
Ａ スライドフードの径方向外方の地盤改良ゾーン
Ｂ スライドフードの径方向内方且つカッタ支持部の前方の地盤改良ゾーン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中のシールド掘進機からその前部近傍の地山に地盤改良剤を注入するシールド掘進機の地盤改良装置及び地盤改良方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地中のシールド掘進機の前部近傍の地山に地盤改良剤を注入する場合、通常、地上から注入するが、地上の交通確保の制約や大深度施工等の場合には、地上からの注入が困難である。そこで、地上からではなく、地中のシールド掘進機から注入するようにした工法が知られている。
【０００３】
かかる工法として、筒状のシールドフレームの外周にスライド可能に装着されたスライドフードと、スライドフードの内方に軸方向に移動可能に配置されたカッタ支持部とを備えたシールド掘進機を用い、カッタ支持部を前方に移動させるときにスライドフードを引っ掛けて前方に押し出した後、カッタ支持部に設けられた隔壁から前方に地盤改良剤を噴出して切羽と隔壁との間に充満させ、その圧力によってスライドフードを取り残した状態でカッタ支持部のみを後退させ、スライドフードの内方に地盤改良ゾーンを形成する工法が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１５５６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記工法では、地盤改良剤をスライドフードの内方における隔壁と切羽との間に充満させることができるものの、スライドフードの外方に注入することはできない。このため、スライドフードの外周近傍の土砂の止水性を完全なものとすることが困難である。
【０００６】
よって、例えば、上記シールドフレームを親機（親シールド掘進機）のシールドフレームとし、その内部から前方の地盤改良ゾーンを掘り抜くように子機（子シールド掘進機）を発進させる際、止水性に不安があるスライドフード底部から子機を発進（管底発進）させることは避け、子機をスライドフードの略中心位置から発進させていた。
【０００７】
しかし乍ら、下水トンネル等の分野では、親機による大径トンネルの底部に子機による小径トンネルを接続することが求められている。このため、スライドフードの内方のみならず外方の土砂にも地盤改良剤を注入でき、スライドフードの外周近傍の土砂の止水性を高めることができる工法が要望されていた。
【０００８】
本発明の目的は、スライドフードの内外の土砂に地盤改良剤を的確に注入でき、スライドフードの外周近傍の土砂の止水性を高めることができるシールド掘進機の地盤改良装置及び地盤改良方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために請求項１に係るシールド掘進機の地盤改良装置は、シールドフレームの外周に軸方向に移動可能に装着されたスライドフードと、該スライドフードの内方に配置され、上記シールドフレームに対して軸方向に移動可能なカッタ支持部と、該カッタ支持部の外周に形成された係合部と、上記スライドフードの内周に形成され、後方から上記係合部が係合することで、上記スライドフードを回り止めしつつ前方に押し出すための被係合部と、上記カッタ支持部に取り付けられ、上記カッタ支持部の外周に開口を有する地盤改良剤用の薬液注入管と、上記スライドフードに、上記係合部が上記被係合部に係合したときの上記薬液注入管の開口の位置に合わせ、貫通形成された注入孔とを備えたものである。
【００１０】
請求項２に係る地盤改良装置は、上記係合部が、上記カッタ支持部の外周に形成された凸部から成り、上記被係合部が、上記スライドフードの内周に軸方向に沿って形成された溝と、該溝の軸方向前部に形成された突当面と、上記溝の軸方向後部に形成された開放部とから成り、上記カッタ支持部が前方に移動したとき、上記凸部が上記開放部を通って上記溝に進入し上記突当面に当接することで、上記スライドフードが回り止めされつつ前方に押し出されるものである。
【００１１】
請求項３に係る地盤改良装置は、上記カッタ支持部の外周に、その外周と上記スライドフードの内周との間を止水するシールを設け、該シールよりも前方の上記カッタ支持部の外周に、上記薬液注入管の開口を配設したものである。
【００１２】
請求項４に係る地盤改良装置は、上記カッタ支持部が、シールドジャッキの伸縮によって軸方向に移動されるものである。
【００１３】
請求項５に係る地盤改良方法は、請求項１〜４のいずれかに記載のシールド掘進機の地盤改良装置を用いた地盤改良方法であって、上記カッタ支持部を前方に移動させて上記スライドフードを前方に押し出しながら上記カッタ支持部に設けられたカッタを回転させて切羽を切削し、その際、上記係合部が上記被係合部に係合することで、上記スライドフードの連れ廻りを防止して、上記薬液注入管の開口と上記注入孔との位置関係を保持し、上記薬液注入管及び注入孔を通して地盤改良剤を上記スライドフードの径方向外方に注入し、その後、上記カッタ支持部に切羽側と坑内側とを仕切って設けられた隔壁の前方に地盤改良剤を注入して上記カッタ支持部を後退させることで、上記スライドフードの径方向外方の土砂と、径方向内方且つ上記カッタ支持部の前方の土砂とを地盤改良剤で改良するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、スライドフードの内外の土砂に地盤改良剤を的確に注入でき、スライドフードの外周近傍の土砂の止水性を高めることができる
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る地盤改良装置を備えたシールド掘進機の側断面図である。
【図２】図２（ａ）は図１のIIａ−IIａ線断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のｂ−ｂ線断面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）のｃ−ｃ線断面図である。
【図３】上記地盤改良装置を用いた地盤改良方法の最初の工程を示す側断面図である。
【図４】図３のIV−IV線断面図である。
【図５】上記地盤改良方法の次の工程を示す側断面図である。
【図６】その次の工程を示す側断面図である。
【図７】その次の工程を示す側断面図である。
【図８】子機を管底発進させる際の側断面図である。
【図９】図９（ａ）は子機の発進筒を示す側断面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１０】図８に続く子機を管底発進させる際の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の好適実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は本実施形態にかかる地盤改良装置が備えられたシールド掘進機の側断面図、図２（ａ）は図１のIIａ−IIａ線断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のｂ−ｂ線断面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）のｃ−ｃ線断面図である。
【００１８】
図１に示すように、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の前部外周に軸方向に移動可能に装着された筒状のスライドフード３と、スライドフード３の内方に配置されシールドフレーム２に対して軸方向に移動可能なカッタ支持部４とを備えている。
【００１９】
シールドフレーム２は、前部の小径部２ａと、それよりも外径が大きい後部の大径部２ｂとを有する。スライドフード３は、前部の厚肉部３ａと、それと外径が等しく内径が大きい後部の薄肉部３ｂとを有し、薄肉部３ｂがシールドフレーム２の小径部２ａの外周にスライド可能に装着されている。シールドフレーム２の小径部２ａの前端には、スライドフード３の薄肉部３ｂとの間を止水するシール５が周方向に沿ってリング状に設けられている。
【００２０】
カッタ支持部４は、スライドフード３及びシールドフレーム２に対向する筒部６と、筒部６内を切羽側と坑内側とを仕切る隔壁７とを有する。筒部６の外周には、筒状のシール支持体８が装着固定され、シール支持体８の外周には、その外周とスライドフード３の薄肉部３ｂの内周との間を止水するシール９が、周方向に沿ってリング状に設けられている。
【００２１】
隔壁７には、切羽を切削するカッタ１０が回転可能に支持されている。カッタ１０は、隔壁７に設けられた駆動機構１１によって回転駆動され、スライドフード３の厚肉部３ａの内径よりも小径のベースカッタ１０ａと、ベースカッタ１０ａの端部から径方向に移動することで掘削径を変更する伸縮カッタ１０ｂとを有する。ベースカッタ１０ａ及び伸縮カッタ１０ｂには、切羽を切削するビット１２が設けられている。
【００２２】
ベースカッタ１０ａの反切羽側面には、回転翼１３が径方向に間隔を隔てて複数取り付けられ、隔壁７には、固定翼１４が回転翼１３とは径方向の位置を異ならせて複数取り付けられている。カッタ１０と隔壁７との間のカッタ室１５内の土砂は、カッタ１０の回転により回転する回転翼１３と、隔壁７に固定された固定翼１４とによって、撹拌される。
【００２３】
隔壁７には、カッタ室１５内の土砂を坑内に移送するための排土装置（スクリューコンベヤ等）１６が設けられている。なお、排土装置１６は、泥水式シールドの場合、送泥管及び排泥管となる。
【００２４】
図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、シールド掘進機１は、カッタ支持部４の外周に形成された係合部１７と、スライドフード３の内周に形成された被係合部１８とを備えている。
【００２５】
係合部１７は、カッタ支持部４のシール支持体８の外周に軸方向に沿って形成された凸部１７ａから成る。被係合部１８は、そこに凸部１７ａが後方（図２（ｂ）、（ｃ）の右方）から係合することで、スライドフード３を回り止めしつつ前方（図２（ｂ）、（ｃ）の左方）に押し出すためのものであり、スライドフード３の厚肉部３ａの内周に軸方向に沿って形成された溝１８ａと、溝１８ａの軸方向前部に形成された突当面１８ｂと、溝１８ａの軸方向後部に形成された開放部１８ｃとから成る。開放部１８ｃは、厚肉部３ａと薄肉部３ｂとを接続する段差面に形成される。そして、カッタ支持部４が前方に移動したとき、凸部１７ａが開放部１８ｃを通って溝１８ａに進入し突当面１８ｂに当接することで、スライドフード３が回り止めされると共に前方に押し出されるようになっている。
【００２６】
係合部１７は、カッタ支持部４の外周に周方向に間隔を隔てて複数設けられ、これに合わせて、被係合部１８も、スライドフード３の内周に周方向に間隔を隔てて複数設けられている。
【００２７】
図１に示すように、シールド掘進機１は、カッタ支持部４の外周に開口１９を有する地盤改良剤用の薬液注入管２０と、スライドフード３にその内外周面を貫通して形成された注入孔２１とを備えている。
【００２８】
薬液注入管２０は、カッタ支持部４の筒部６の内部に斜め前方に傾斜して取り付けられ、シール支持体８の外周に開口１９を有している。開口１９の位置は、シール９よりも前方となっている。仮に、後方であると、開口１９に対向して形成される注入孔２１がシール９の後方に配置されることになり、これでは地山の地下水が注入孔２１を通って坑内に浸入してしまうからである。薬液注入管２０には、開閉弁２２が設けられている。
【００２９】
他方、注入孔２１は、図２に示す凸部１７ａが溝１８ａの突当面１８ｂに当接したときの薬液注入管２０の開口１９の位置及び薬液注入管２０の軸線に合致するようにして、スライドフード３の厚肉部３ａにこれを斜めに貫通して形成されている。
【００３０】
薬液注入管２０は、カッタ支持部４に周方向に間隔を隔てて複数取り付けられ、これに合わせて、注入孔２１も、スライドフード３に周方向に間隔を隔てて複数形成されている。
【００３１】
図１に示すように、シールドフレーム２の小径部２ａには、地盤改良剤用の側部注入管２３が、薬液注入管２０と同角度斜め前方に傾けて取り付けられている。側部注入管２３は、シールドフレーム２の小径部２ａの外周に開口２４を有している。この開口２４は、図１に示す通常時にはスライドフード３によって覆われていて土砂から防護されており、後に図５を用いて説明するようにスライドフード３が前方に移動されると側部地山に臨むことになる。この側部注入管２３は、シールドフレーム２に周方向に間隔を隔てて複数取り付けられており、夫々、開閉弁２５が設けられている。
【００３２】
図１に示すように、カッタ支持部４とシールドフレーム２とは、係脱機構２６によって連結切離可能となっている。係脱機構２６は、シールドフレーム２の小径部２ａの内周に設けられたフランジ状の金具２６ａと、金具２６ａをカッタ支持部４の背面部に固定するボルトナット等の締結具２６ｂとから成る。締結具２６ｂを締め込むことでカッタ支持部４がシールドフレーム２に固定され、締結具２６ｂを緩めることでカッタ支持部４がシールドフレーム２から切り離される。なお、金具２６ａをカッタ支持部４の背面部に溶接固定し、その溶接部を切除して切り離すようにしてもよい。
【００３３】
シールドフレーム２の内周には、シールドジャッキ２７が周方向に間隔を隔てて複数取り付けられている。シールドジャッキ２７は、図示しないエレクタ（セグメント組立装置）でリング状に組み立てたセグメント（既設セグメント）２８に反力を取って、シールドフレーム２を前進させるものである。シールドジャッキ２７は、シリンダ２９とロッド３０とシュー３１とを有し、シリンダ２９がシールドフレーム２の内周面に設けられたリング状の取付金具３２に取り付けられ、シュー３１が既設セグメント２８に押し付けられる。
【００３４】
シールドフレーム２の内周の後部には、シールドフレーム２の内周と既設セグメント２８の外周との間を止水するテールシール３３が設けられている。
【００３５】
以上の構成から成るシールド掘進機１の地盤改良装置を用いた地盤改良方法について説明する。
【００３６】
先ず、既述した図１の形態のシールド掘進機１を用い、改良すべき地盤の地点まで通常通り掘進してトンネルを構築する。このとき、伸縮カッタ１０ｂは、その先端がスライドフード３の外径に一致するように、伸縮位置が定められて固定されている。地盤改良地点まで掘進したならば掘進を停止する。
【００３７】
次に、図３に示すように、スライドフード３の押出前準備を行う。
【００３８】
具体的には、シールドフレーム２と既設セグメント２８とを固定金具３４で固定してシールドフレーム２の後退を防止し、固定金具３４にスペーサ３５を取り付けてシールドジャッキ２７のシュー３１で挟む。そして、シールドジャッキ２７のシリンダ２９とカッタ支持部４の背面部との間に間座（スペーサ）３６を挟み込み、係脱機構２６の締結具２６ｂを緩めてカッタ支持部４をシールドフレーム２から切り離し、シールドジャッキ２７のシリンダ２９とシールドフレーム２の取付金具３２との連結を切り離す。また、カッタ支持部４とシールドフレーム２との間に回り止め機構３７を取り付ける。
【００３９】
回り止め機構３７は、図３及びそのIV−IV線断面図である図４に示すように、カッタ支持部４の筒部６の後端から後方に延出された角柱状の回り止めロッド３７ａと、シールドフレーム２の内周に回り止めロッド３７ａを周方向から挟むようにして取り付けられた押さえ金具３７ｂとから成り、カッタ支持部４がシールドフレーム２に対して相対的に回転しないように押さえるものである。この回り止め機構３７は、シールドフレーム２の周方向に間隔を隔てて複数設置してもよい。
【００４０】
図３に示すように、薬液注入管２０及び注入孔２１を通して側部地山に地盤改良剤（モルタル等の固化剤）を注入する。具体的には、薬液注入管２０の開閉弁２２を開き、その内部に坑内から薬注管（図示せず）を挿入し、注入孔２１を通して側部地山に所定の深さまで差し込み、薬注管を引き抜きながら、薬注管の先端から側部地山に地盤改良剤を注入し、所定範囲で地盤改良を行う。
【００４１】
次に、図５に示すように、スライドフード３を前方に押し出す。
【００４２】
具体的には、カッタ１０を回転させながらシールドジャッキ２７を伸長させ、排土装置１６によりカッタ室１５内の土砂を坑内に排土しつつ、カッタ支持部４を前方に押し出す。
【００４３】
これにより、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、カッタ支持部４の係合部１７がスライドフード３の被係合部１８に係合した状態、即ちスライドフード３が回り止めされた状態で、前方に押し出される。よって、図５に示すように、スライドフード３が回転するカッタ１０により連れ廻されることはなく、カッタ支持部４に設けられた薬液注入管２０の開口１９と、スライドフード３に設けられた注入孔２１との位置関係が保持される。
【００４４】
シールドジャッキ２７の伸長によりスライドフード３が所定量前進したならば、シールドジャッキ２７の伸長を停止して、位置関係が保たれている薬液注入管２０及び注入孔２１を通して、上述した手順で側部地山に地盤改良剤を注入する。ここで、スライドフード３を前進させる量（上記所定量）は、前回の地盤改良範囲と今回の地盤改良範囲とが一部重合するように設定する。
【００４５】
その後、シールドジャッキ２７のシリンダ２９とカッタ支持部４の背面部との間の間座３６の数を増やすことで、シールドジャッキ２７によりカッタ支持部４を介してスライドフード３を更に前進させ、薬液注入管２０及び注入孔２１を通して同様に側部地山に地盤改良剤を注入する。このとき、スライドフード３とシールドフレーム２との間の止水は、シールドフレーム２に設けたシール５により成され、スライドフード３とカッタ支持部４との間の止水は、カッタ支持部４に設けたシール９によって成される。
【００４６】
シールドジャッキ２７によりカッタ支持部４を前進させ、そのカッタ支持部４によってスライドフード３を前方に押し出している間、切羽を切削すべくカッタ１０が回転されている。このため、切羽からの反トルクを受けるカッタ支持部４が回転しようとするところ、回り止め機構３７によって抑えられる。この回り止め機構３７の回り止めロッド３７ａは、スライドフード３の前進に伴って適宜継ぎ足される。
【００４７】
スライドフード３の後端が側部注入管２３の開口２４よりも前方まで前進したならば、側部注入管２３から側部地山に地盤改良剤を注入する。具体的には、側部注入管２３の開閉弁２５を開き、その内部に坑内から薬注管（図示せず）を挿入し、側部地山に所定の深さまで差し込み、薬注管を引き抜きながら、薬注管の先端から側部地山に地盤改良剤を注入し、所定範囲で地盤改良を行う。これにより、スライドフード３とシールドフレーム２との接続部近傍の地山が固められ、スライドフード３とシールドフレーム２との接続部から坑内への浸水が防止される。
【００４８】
この側部注入管２３による地盤改良範囲は、最初に行った地盤改良範囲と一部重合する。よって、これまで行った全ての地盤改良範囲同士が一部重合することになり、スライドフード３の外周にその全てを覆うようにして一体的な地盤改良ゾーンＡが形成される。
【００４９】
次に、図６に示すように、隔壁７の前方に地盤改良剤を注入する。
【００５０】
具体的には、シールドフレーム２の前端とスライドフード３の後部とを溶接して固定し（溶接部３８）、スライドフード３が後退しないようにし、伸縮カッタ１０ｂを径方向内方に引き込む。その状態で、カッタ１０を回転させ、隔壁７から前方に地盤改良剤を注入しながら、排土装置（スクリューコンベヤ）１６によってカッタ室１５内の土砂を坑内に排出し、カッタ室内１５の土砂を地盤改良剤に置換する。置換の完了を、排土装置１６から坑内に地盤改良剤が排出されることで確認する。なお、隔壁７には、図示しない地盤改良剤注入管が設けられていることは勿論である。
【００５１】
次に、図７に示すように、カッタ１０の前方に地盤改良剤を注入し、スライドフード３の位置を動かすことなくカッタ支持部４のみを後退させる。
【００５２】
具体的には、カッタ１０から前方に地盤改良剤を注入し、地盤改良剤を切羽とカッタ１０との間に充満させ、その圧力によってカッタ１０を後退させる。このとき、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、カッタ支持部４に設けた係合部１７の凸部１７ａがスライドフード３に設けた被係合部１８の溝１８ａの開放部１８ｃを通って溝１８ａ内から後方（図２（ｂ）、図２（ｃ）の右方）に離脱するので、スライドフード３が取り残され、カッタ支持部４のみが後退する。
【００５３】
詳しくは、切羽とカッタ１０との間に充満する地盤改良剤の圧力、即ち地盤改良剤の注入圧とシールドジャッキ２７の推力とを同調させ、カッタ支持部４を安定した速度で後退させる。そして、間座３６を順次取り外すことで、カッタ支持部４を所定の位置（例えば最初の図３の位置）まで後退させる。これにより、スライドフード３の内方における隔壁７と切羽との間に地盤改良ゾーンＢが形成される。
【００５４】
後退するカッタ支持部４と取り残されるスライドフード３との間の止水は、カッタ支持部４に設けたシール９によって成される。なお、地盤改良剤の充填圧によりカッタ支持部４を後退させる際、カッタ１０を回転させてもよく、させなくてもよい。また、カッタ１０には、図示しない地盤改良剤注入管が設けられていることは勿論である。
【００５５】
以上の手順により、スライドフード３を前方に押し出す工程において、スライドフード３の外周に地盤改良ゾーンＡを形成でき、そのスライドフード３の位置を動かすことなくカッタ支持部４のみを後方に引き込む工程において、スライドフード３の内部に地盤改良ゾーンＢを形成できる。このように、スライドフード３の内外に地盤改良ゾーンＡ、Ｂを形成できるので、スライドフード３内のカッタ支持部４の前方の土砂の止水性を高められるのみならず、スライドフード３の外周近傍の土砂の止水性をも高めることができる。
【００５６】
次に、図８に示すように、上記シールドフレーム２を親機（親シールド掘進機）のシールドフレームとし、その内部から子機（子シールド掘進機）４０を管底発進させる手順を説明する。
【００５７】
先ず、カッタ支持部４とシールドフレーム２とを溶接或いは係脱機構２６により固定してカッタ支持部４の後退を防止した後、シールドジャッキ２７、排土装置１６、カッタの駆動機構１１を取り外してトンネル入口側に運ぶ（図７参照）。その後、隔壁７の底部を円形に切り取り、その穴の形状に合わせて前方のカッタ１０の一部も切り取り、そこに発進筒４１を設置する。
【００５８】
発進筒４１の内部の前部に、掘削可能壁４２を設置する。掘削可能壁４２の材質は、例えば、熱硬化性樹脂発泡体（硬質ウレタン樹脂）をガラス繊維で強化したもの（ＦＦＵ：fiber Reinforced Foamed Urethane）が用いられる。地盤改良ゾーンＢから発進筒４１の開口に加わる荷重（土水圧）は、この掘削可能壁４２のみで支持できるが、念のためにその背後に仮土留４３を設置している。
【００５９】
仮土留４３は、掘削可能壁４２を後方から支持するものであり、図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、上下方向に間隔を隔てて複数配置された横材（Ｈ鋼）４３ａと、左右方向に間隔を隔てて複数配置された縦材（Ｈ鋼）４３ｂと、一端が横材４３ａ又は縦材４３ｂに接続され他端が発進筒４１に接続された斜材４３ｃとを有する。横材４３ａは、その前面が掘削可能壁４２の背面に接して発進筒４１内に左右に架け渡され、縦材４３ｂは、その前面が横材４３ａの背面に接して発進筒４１内に上下に架け渡されている。横材４３ａと縦材４３ｂとは前後入れ替えてもよい。
【００６０】
その後、図８に示すように、発進筒４１の後部に、リング状のエントランスシール４４を取り付け、固定金具３４に、子機４０の推進力を受けるための反力受け部材４５を取り付ける。そして、親機となるシールドフレーム２の底部に発進台４６を設置し、その上で子機４０を組み立てる。子機４０は、筒状のシールドフレーム４７、隔壁４８、カッタ４９、カッタ駆動機構５０、排土装置５１、シールドジャッキ５２、テールシール５３及びエレクタ（図示せず）等から構成される。
【００６１】
子機４０の組立が完了したなら、仮土留４３を解体して撤去する。仮土留４３は、子機４０を組立ているあいだ掘削可能壁４２を支持し、その破損を防止する。すなわち、子機４０の組立中、組立に伴う振動等で仮に掘削可能壁４２の強度が一時的に低下したとしても、掘削可能壁４２の背後にそれを支持する仮土留４３が存在するため、掘削可能壁４２が土水圧で押されて破損することはない。なお、仮土留４３は、子機４０を親機のシールドフレーム２内にて組み立てる作業が長期化する場合に設置することが好ましく、省略することも可能である。
【００６２】
その後、図１０に示すように、子機４０を親機のシールドフレーム２の内部から管底発進させ、子機４０のカッタ４９で掘削可能壁４２を掘り抜き、大径のトンネルの底部に小径のトンネルを繋げて構築していく。このように子機４０を親機の内部から管底発進させても、本実施形態においては、親機のスライドフード３の内方及び外方に地盤改良ゾーンＡ、Ｂが形成されていて、スライドフード３の外周近傍の土砂の止水性が高められているので、坑内への浸水が問題となることはない。
【００６３】
本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００６４】
例えば、図７のようにスライドフード３の内外に地盤改良ゾーンＡ、Ｂを形成した後、子機４０を管底発進させるのではなく、親機のカッタ１０のビット１２を交換してもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１ シールド掘進機
２ シールドフレーム
３ スライドフード
４ カッタ支持部
７ 隔壁
９ シール
１０ カッタ
１７ 係合部
１７ａ 凸部
１８ 被係合部
１８ａ 溝
１８ｂ 突当面
１８ｃ 開放部
１９ 開口
２０ 薬液注入管
２１ 注入孔
２７ シールドジャッキ
Ａ スライドフードの径方向外方の地盤改良ゾーン
Ｂ スライドフードの径方向内方且つカッタ支持部の前方の地盤改良ゾーン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドフレームの外周に軸方向に移動可能に装着されたスライドフードと、
該スライドフードの内方に配置され、上記シールドフレームに対して軸方向に移動可能なカッタ支持部と、
該カッタ支持部の外周に形成された係合部と、
上記スライドフードの内周に形成され、後方から上記係合部が係合することで、上記スライドフードを回り止めしつつ前方に押し出すための被係合部と、
上記カッタ支持部に取り付けられ、上記カッタ支持部の外周に開口を有する地盤改良剤用の薬液注入管と、
上記スライドフードに、上記係合部が上記被係合部に係合したときの上記薬液注入管の開口の位置に合わせ、貫通形成された注入孔と
を備えたシールド掘進機の地盤改良装置。
【請求項２】
上記係合部が、上記カッタ支持部の外周に形成された凸部から成り、
上記被係合部が、上記スライドフードの内周に軸方向に沿って形成された溝と、該溝の軸方向前部に形成された突当面と、上記溝の軸方向後部に形成された開放部とから成り、 上記カッタ支持部が前方に移動したとき、上記凸部が上記開放部を通って上記溝に進入し上記突当面に当接することで、上記スライドフードが回り止めされつつ前方に押し出される請求項１に記載のシールド掘進機の地盤改良装置。
【請求項３】
上記カッタ支持部の外周に、その外周と上記スライドフードの内周との間を止水するシールを設け、
該シールよりも前方の上記カッタ支持部の外周に、上記薬液注入管の開口を配設した請求項１又は２に記載のシールド掘進機の地盤改良装置。
【請求項４】
上記カッタ支持部が、シールドジャッキの伸縮によって軸方向に移動される請求項１〜３のいずれかに記載のシールド掘進機の地盤改良装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のシールド掘進機の地盤改良装置を用いた地盤改良方法であって、
上記カッタ支持部を前方に移動させて上記スライドフードを前方に押し出しながら上記カッタ支持部に設けられたカッタを回転させて切羽を切削し、
その際、上記係合部が上記被係合部に係合することで、上記スライドフードの連れ廻りを防止して、上記薬液注入管の開口と上記注入孔との位置関係を保持し、
上記薬液注入管及び注入孔を通して地盤改良剤を上記スライドフードの径方向外方に注入し、
その後、上記カッタ支持部に切羽側と坑内側とを仕切って設けられた隔壁の前方に地盤改良剤を注入して上記カッタ支持部を後退させることで、
上記スライドフードの径方向外方の土砂と、径方向内方且つ上記カッタ支持部の前方の土砂とを地盤改良剤で改良するようにした
ことを特徴とする地盤改良方法。
【請求項１】
シールドフレームの外周に軸方向に移動可能に装着されたスライドフードと、
該スライドフードの内方に配置され、上記シールドフレームに対して軸方向に移動可能なカッタ支持部と、
該カッタ支持部の外周に形成された係合部と、
上記スライドフードの内周に形成され、後方から上記係合部が係合することで、上記スライドフードを回り止めしつつ前方に押し出すための被係合部と、
上記カッタ支持部に取り付けられ、上記カッタ支持部の外周に開口を有する地盤改良剤用の薬液注入管と、
上記スライドフードに、上記係合部が上記被係合部に係合したときの上記薬液注入管の開口の位置に合わせ、貫通形成された注入孔と
を備えたシールド掘進機の地盤改良装置。
【請求項２】
上記係合部が、上記カッタ支持部の外周に形成された凸部から成り、
上記被係合部が、上記スライドフードの内周に軸方向に沿って形成された溝と、該溝の軸方向前部に形成された突当面と、上記溝の軸方向後部に形成された開放部とから成り、 上記カッタ支持部が前方に移動したとき、上記凸部が上記開放部を通って上記溝に進入し上記突当面に当接することで、上記スライドフードが回り止めされつつ前方に押し出される請求項１に記載のシールド掘進機の地盤改良装置。
【請求項３】
上記カッタ支持部の外周に、その外周と上記スライドフードの内周との間を止水するシールを設け、
該シールよりも前方の上記カッタ支持部の外周に、上記薬液注入管の開口を配設した請求項１又は２に記載のシールド掘進機の地盤改良装置。
【請求項４】
上記カッタ支持部が、シールドジャッキの伸縮によって軸方向に移動される請求項１〜３のいずれかに記載のシールド掘進機の地盤改良装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のシールド掘進機の地盤改良装置を用いた地盤改良方法であって、
上記カッタ支持部を前方に移動させて上記スライドフードを前方に押し出しながら上記カッタ支持部に設けられたカッタを回転させて切羽を切削し、
その際、上記係合部が上記被係合部に係合することで、上記スライドフードの連れ廻りを防止して、上記薬液注入管の開口と上記注入孔との位置関係を保持し、
上記薬液注入管及び注入孔を通して地盤改良剤を上記スライドフードの径方向外方に注入し、
その後、上記カッタ支持部に切羽側と坑内側とを仕切って設けられた隔壁の前方に地盤改良剤を注入して上記カッタ支持部を後退させることで、
上記スライドフードの径方向外方の土砂と、径方向内方且つ上記カッタ支持部の前方の土砂とを地盤改良剤で改良するようにした
ことを特徴とする地盤改良方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１８０５５０（Ｐ２０１０−１８０５５０Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２８０９（Ｐ２００９−２２８０９）
【出願日】平成２１年２月３日（２００９．２．３）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月３日（２００９．２．３）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【Ｆターム（参考）】
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