トンネル掘削機用シール装置及びこれを備えたトンネル掘削機
【課題】交換時の地盤改良を不要にするとともに、シール装置の交換も不要とすることで、作業効率の向上が図れ、突発的な工程遅延を短縮できるうえ、修復工事費の低減を図ることができる。
【解決手段】スキンプレート４の内周面に配置されるとともに、所定の温度環境によって元の形状に回復する形状記憶合金を内蔵し、セグメント６の外周面に対して当接して間隙部Ｓをシールする可動シール１２を備え、さらにスキンプレート４の内周面には、セグメント６側に向けて凸状に膨張するとともに、可動シール１２を膨張作用によりセグメント６側に押圧するゴム板１３を有するシール装置１０をシールド掘削機に備えている。
【解決手段】スキンプレート４の内周面に配置されるとともに、所定の温度環境によって元の形状に回復する形状記憶合金を内蔵し、セグメント６の外周面に対して当接して間隙部Ｓをシールする可動シール１２を備え、さらにスキンプレート４の内周面には、セグメント６側に向けて凸状に膨張するとともに、可動シール１２を膨張作用によりセグメント６側に押圧するゴム板１３を有するシール装置１０をシールド掘削機に備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル掘削機用シール装置及びこれを備えたトンネル掘削機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高水圧下でのシールドトンネル工法では、シールド工法の施工途中でテールシールが磨耗、破損した場合、このテールシールで止水ができなくなるので、シールド機内に高水圧の地下水や土砂が流入してトンネルが水没したり、地山に空洞が形成されるといったことが想定される。これを防ぐために、高水圧下におけるシールドトンネル工事では、既設セグメントとスキンプレートとの間で膨張する部材からなる緊急止水装置（シール装置）を装備したシールド掘削機を採用したものが知られている。
このような緊急止水装置を備えたシールド掘削機の場合、テールシールが破損等したとき、緊急止水装置を一時的に膨張させて止水した後、スキンプレート及びセグメントを囲む範囲の背面の地山を地盤改良して水を止め、その後セグメントを撤去し、テールシールを新しいものに交換することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、シールドジャッキのスプレッダと既設のセグメントとの間でテールプレート内周方向に連続した止水チューブを膨張させ、この膨張させた止水チューブをシールドジャッキにより既設セグメントの端部に押し付け、テールシール部からの出水に対して止水壁を構成し、テールシールの交換時には薬液注入又は凍結工法によりテールシール部の周辺地山を固める方法について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２４７８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のテールシールの交換方法では、以下のような問題があった。
すなわち、長距離シールドトンネルの場合には、テールシールの破損の可能性が高まることになり、１回だけでなく複数回の破損も考えられる。従来技術だと、その都度、適宜な改良手段を用いてシールド掘削機の後方部分を地盤改良をしてテールシールの交換、および次の破損に備えて緊急止水装置の交換をすることになり、その度に工程遅延となるという問題があり、その点で改良の余地があった。
【０００６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、交換時の地盤改良を不要にするとともに、シール装置の交換も不要とすることで、作業効率の向上が図れ、突発的な工程遅延を短縮できるうえ、修復工事費の低減を図ることができるトンネル掘削機用シール装置及びこれを備えたトンネル掘削機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係るトンネル掘削機用シール装置では、トンネル掘削機のスキンプレート内周面に設けられ、スキンプレートの内周面とトンネル掘削機の後方機内で組み立てられる覆工体の外周面との間隙部をシールするテールシールとともに配列されるトンネル掘削機用シール装置であって、スキンプレート内周面に配置されるとともに、所定の温度環境によって元の形状に回復する形状記憶合金が組み込まれてなり、覆工体の外周面に対して当接して間隙部をシールする可動シールを備え、可動シールは、形状記憶合金を所定の温度環境により適宜変形させることで、覆工体に対して繰り返し離接させる構成としたことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明に係るトンネル掘削機では、トンネル掘削機のスキンプレートの内周面とトンネル掘削機の後方機内で組み立てられる覆工体の外周面との間隙部をシールするテールシールと、所定の温度環境により覆工体の外周面に対して繰り返し離接可能な形状記憶合金が組込まれた可動シールを有するシール装置とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
本発明では、シールド工法の施工途中で、損傷したテールシールを交換する際、可動シールを変形させて覆工体の外周面に当接させることで間隙部がシールされ、掘削孔内に存在する水がスキンプレートの内部に侵入してくることを防止し、スキンプレート内の止水を確実に行うことができる。そして、この状態において、可動シールより前方の覆工体を解体し、その可動シールよりも前方に配列される損傷したテールシールを新しいものに交換し、その後、新たに取付けたテールシールの位置に覆工体を建て込む。さらに、交換したテールシールによる止水機能が確保された状態で、可動シールに組み込まれている形状記憶合金を通電による温度制御により温度上昇させることで元の形状に回復させることができる。つまり、可動シールは、覆工体の外周面から離れて、その当接状態が解放されることになり、これにより再び通常のシールド工法の施工に戻すことが可能となる。
このように、可動シールを覆工体に対して離接させるシール装置を用いることで、簡単な構造により損傷したテールシールを容易に交換することができるうえ、従来のようなスキンプレート後方のテールボイド付近に地盤改良を施す必要がなくなることから、作業効率を向上させることができる。
【００１０】
また、可動シールが繰り返し離接可能な構造、すなわちシール装置が何度でも使用することが可能であるので、テールシール交換時にシール装置を使用してもこのシール装置自体の交換が不要となる。そのため、複数回にわたってテールシールの交換が必要となる長距離シールド掘進において、好適に採用することができ、テールシールの破損による交換という不確定な工程遅延を防げるうえ、シールの摩耗等による機能低下を予想して定期的にテールシールの交換を作業工程に取り入れることで計画的な掘進が可能である。
【００１１】
また、本発明に係るトンネル掘削機用シール装置では、スキンプレート内周面には、覆工体側に向けて凸状に膨張するとともに、可動シールを膨張作用により覆工体側に押圧する膨張可能体が設けられていることが好ましい。
本発明では、テールシールの交換時に膨張可能体を覆工体側に向けて凸状に膨張させ、これにより可動シールを覆工体側に押圧してその覆工体の外周面に当接させることで間隙部をシールすることができる。そして、テールシールの交換後において可動シールを覆工体の外周面から離すときには、膨張可能体を縮退させることで、可動シールに対する押圧状態を解放しつつ、上述したように可動シールの形状記憶合金に通電することで、可動シールが覆工体から離れ、元の状態に戻すことができる。
【００１２】
また、本発明に係るトンネル掘削機用シール装置では、膨張可能体は、スキンプレートに設けられた加圧供給部による加圧により膨張することが好ましい。
本発明では、膨張可能体をスキンプレートに設けた加圧供給部から加圧することで、覆工体側に向けて凸状に膨張させることができ、また加圧供給部による加圧を停止させ、或いは負圧にすることで、膨張可能体を縮退させることができる。
そして、加圧量により膨張可能体の膨張量、膨張率を任意に調整することが可能であるので、上述したスキンプレート内周面側の間隙部の高さ寸法のばらつきにも対応することができる。つまり、前記間隙部の高さ寸法に対して膨張可能体が追従自在となることから、その間隙部の大きさに関わらず、可動シールを覆工体の外周面に確実に密着させることが可能である。
【００１３】
また、本発明に係るトンネル掘削機用シール装置では、可動シールは、一端がスキンプレート側に一体的に固定され、この固定部を支点にして他端が覆工体に対して離接するようにして変形することが好ましい。
本発明では、可動シールをスキンプレート側の固定部を支点として他端側を可動させるといった単純な変形により、覆工体に対して離接させることができる。そして、可動シールの変形が単純であるため、形状記憶合金を温度制御して元の形状に戻すことも容易となり、繰り返し変形の安定性を向上させることができる。
【００１４】
また、本発明に係るトンネル掘削機では、シール装置は、複数列設けられるテールシールのうち隣り合う所定の２列間に配置されていることが好ましい。
本発明では、トンネル掘進方向でシール装置の前方に配列されるテールシールについては、シール装置で止水することで交換が可能である。一方、通常の掘進時には、シール装置の後方に配列されるテールシールの止水機構によって、シール装置の可動シールが受ける水圧が抑制され、損傷を防止することができる。
【００１５】
また、本発明に係るトンネル掘削機では、トンネル掘進方向で最前列に位置するテールシールの前方に、別の新たなテールシールの取付部が設けられていてもよい。
この場合、シール装置により間隙部をシールした後に、損傷したテールシールの交換だけでなく、予め別の新たなテールシールの取付部を備えておくことで、この取付部に新たなテールシールを取り付けて、テールシールの段数を増加することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のトンネル掘削機用シール装置及びこれを備えたトンネル掘削機によれば、可動シールを覆工体に対して離接可能なシール装置を用いることで、従来のようなスキンプレート後方のテールボイド付近に地盤改良を施す必要がなくなり、またシール装置が繰り返し使用可能であって交換も不要となることから、作業効率の向上が図れ、損傷したテールシールを容易に交換することができ、突発的な工程遅延を短縮できるうえ、修復工事費の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態によるシールド掘削機の全体構成を示す概略側断面図である。
【図２】図１に示すシールド掘削機におけるテール部の拡大側断面図である。
【図３】シール装置の詳細な構成を示す側断面図である。
【図４】シール装置をトンネル内空側から見た図であって、図３に示すＡ−Ａ線矢視図である。
【図５】シール装置の可動シールの側断面図であって、ゴム板に取り付ける前の状態を示す図である。
【図６】テールシール交換時におけるシール装置の状態を示す図であって、図３に対応する図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）はテールシールの交換方法を示す図である。
【図８】第１変形例による可動シールを示す側断面図であって、図５に対応する図である。
【図９】第２変形例による可動シールを示す側断面図であって、図５に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態によるトンネル掘削機用シール装置及びこれを備えたトンネル掘削機について、図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１の符号１は、本実施の形態によるシール装置１０を備えたシールド掘削機を示している。
このシールド掘削機１は、地山に掘削孔を掘進するためのカッター２をシールド本体３の前方側に備えるとともに、シールド本体３から後方側に向けて筒状をなして延在するスキンプレート４を備えた構成となっている。そして、シールド本体３の内部またはスキンプレート４の内部には、推進ジャッキ５が周方向に複数備えられている。この推進ジャッキ５は、掘進方向に伸縮することで、スキンプレート４の内側に順次組み立てられていくセグメント６を押圧し、その反力でシールド掘削機１を掘進させるものである。なお、この他にも、シールド本体３内部またはスキンプレート４内部には、掘削した土砂を後方に送るための搬送装置や、セグメントを所定形状に組み立てるエレクタ等の各種装置が備えられている。
ここで、シールド掘削機１の掘削方向で、前進側を「前方」とし、その反対側を「後方」として以下統一して用いる。
【００２０】
スキンプレート４は、シールド本体３と外形及び断面積が略同一となっている筒状体であって、シールド掘削機１の外殻をなすものである。このスキンプレート４の内側に、セグメント６をリング状に組み立てていくとともに、これを順次筒状に連結していくことで、シールド掘削機１の後方には、シールドトンネルが順次築造されることになる。
【００２１】
スキンプレート４の後方の内周側には、セグメント６の外周側に押圧されて、スキンプレート４の内周側とセグメント６の外周側との間隙部Ｓをシールするテールシール７が全周にわたって取り付けられている。ここでは、図２に示すように、テールシール７を掘進初期段階で３段とし、最後段から前方に向けて順に符号７Ａ、７Ｂ、７Ｃとする。最後段のテールシール７Ａと、その前段のテールシール７Ｂとの間には、緊急止水時に使用するためのシール装置１０が配置されている。なお、テールシール７の段数を３段としているのは、掘進初期段階であり、詳しくは後述するがテールシール７の補修時にはこれら３段より前方側に適宜新たなテールシール７を取り付けることで４段以上になる場合もある。
このように、シール装置１０が隣り合う所定の２列のテールシール７Ａ、７Ｂ間に配置されているので、トンネル掘進方向で前方に配列されるテールシール７Ｂ、７Ｃについては、シール装置１０で止水することで交換が可能である。
【００２２】
また、最後段とその前段のテールシール７Ａ、７Ｂとの間の位置のスキンプレート４には、その内周面に加圧供給口８（加圧供給部）が設けられている（図３参照）。この加圧供給口８は、エアーを噴出、或いは吸引することで、後述するシール装置１０のゴム板１３を膨張、縮退させるためのものであり、図３および図６ではスキンプレート４を貫通した図となっているが、例えば空気圧縮機等にスキンプレート４内に設けられる配管に接続している。
【００２３】
これらテールシール７Ａ〜７Ｃは、シールド掘削機１の掘進に伴ってセグメント６の外周側と摺動され、間隙部Ｓをシールした状態のまま移動していく。そのため、間隙部Ｓをシールして、掘削したトンネル孔内に存在する水等がスキンプレート４の内部に浸入してくることが的確に防止されるようになっている。また、テールシール７とともに潤滑剤注入機構（図示省略）が設けられており、グリース等の潤滑剤を摺動部およびテールシール７Ａと７Ｂ間、７Ｂと７Ｃ間に注入して、テールシール７が円滑に摺動できるとともに止水性を高めるようになっている。
【００２４】
なお、テールシール７の構成は、３段ともにほぼ同一形状となっているが、周囲の水圧等の程度によっては、最後段のテールシール７Ａをそれより前段のものよりも若干大型として、より高いシール性能を確保できるようにしてもよい。
また、テールシール７を掘進初期段階で計３段設けるようにしているが、これに限定されるものではなく、スキンプレートの外径寸法や周囲の水圧等の程度によって、段数は適宜変更可能である。
【００２５】
次に、上述したトンネル掘削機１に設けられるシール装置１０について、具体的に説明する。
図２および図３に示すように、シール装置１０は、スキンプレート４の内周面に配置されるとともに、形状記憶合金１１を内蔵し、セグメント６の外周面に対して当接して間隙部Ｓをシールする可動シール１２を備え、さらにスキンプレート４の内周面には、セグメント６側に向けて凸状に膨張するとともに、可動シール１２を膨張作用によりセグメント６側に押圧するゴム板１３（膨張可能体）を設けた構成となっている。
なお、この形状記憶合金１１は、ある所定の温度環境においての形状を記憶することができるもので、例えば、応力がかけられて変形しても、その所定の温度環境になるように温度変化を与えれば、元の形状に戻る性質（形状記憶特性）を有するものである。その所定の温度環境がシールド環境下における常温（例えば２０℃程度）近辺になっていれば、一旦変形したとしても、そのシールド環境下においては自然と元の形状に戻ることになる。
【００２６】
図２乃至図４に示すように、ゴム板１３は、リング状をなし、最後段とその前段のテールシール７Ａ、７Ｂどうしの間で一定の幅を有してスキンプレート４の内周面に沿って全周にわたって設けられ、当該ゴム板１３の前端部１３ａと後端部１３ｂとのそれぞれが周方向に一定の間隔をもって押さえ金具１４Ａ、１４Ｂで押さえ付けられた状態でボルト１５によってスキンプレート４に固定されている。ゴム板１３の前端部１３ａと後端部１３ｂとはスキンプレート４に対して液密な状態で固定され、前端部１３ａと後端部１３ｂとの間の中間部１３ｃは非固定状態となっている。つまり、ゴム板１３は、中間部１３ｃがスキンプレート４との間に設けられた加圧供給口８から供給されるエアーによって加圧され、セグメント６側に向けて凸状に膨張することになる（図６参照）。
【００２７】
また、図２に示すように、スキンプレート４の最前段のテールシール７Ｃより前方の位置には、テールシール７の交換時において、後から別の新たなテールシール７を追加で取り付けることを可能とする追加取付部９が設けられている。
【００２８】
図５に示すように、可動シール１２は、平板リング状をなし、変形の無い形状時（図３に示す収納位置Ｐ１）において、シール面がゴム板１３の内周面側に沿って重なるようにして略平行に設けられ、前方側（後述する薄肉部１２ａ）がゴム板１３とともに前記押さえ金具１４Ａによって押さえ付けられて前記ボルト１５によってスキンプレート４に一体的に固定されている。
図３、図４および図５に示すように、可動シール１２は、前方側の押さえ金具１４Ａで押さえ付けられる固定部が薄肉部１２ａになっており、後方側にセグメント６に対して密着するための先端シール部１２ｂを備え、その薄肉部１２ａと先端シール部１２ｂとの間に位置するシール本体部１２ｃには短冊状の複数の金属板１６、１６、…が周方向に一定の間隔をもって内蔵されており、シール本体部１２ｃに所定の強度をもたせている。なお、可動シール１２のシール本体部１２ｃの強度としては、ゴム板１３の膨張によって押圧されたときに、このゴム板１３に追従して湾曲しない程度の強度を有している。
【００２９】
そして、可動シール１２の薄肉部１２ａからシール本体部１２ｃの中間までには、前記形状記憶合金１１が可動シール１２の周方向全周にわたって内蔵されている。形状記憶特性を利用した形状記憶合金１１は、金属への通電もしくは周囲から金属を変態温度まで温めることによる温度制御装置（図示省略）によって温度変化が与えられるようになっている。
【００３０】
このような可動シール１２は、図６に示すように、ゴム板１３の膨張によってセグメント６側に押圧されて薄肉部１２ａとシール本体部１２ｃとの境界付近の脆弱部（変形部１２ｄ）でセグメント６側に向けて屈折するようにして変形する。そして、先端シール部１２ｂがセグメント６の外周面に密着すると、スキンプレート４の内周側とセグメント６の外周側との間隙部Ｓがシールされることになる。
さらに、形状記憶合金１１は、形状記憶特性、もしくは超弾性特性を利用し、合金の復元力によって元の位置（収納位置Ｐ１）に戻すことが可能であり、これにより可動シール１２を前記セグメント６に対して繰り返し離接させることができ、反復使用させることが可能となっている。
【００３１】
このように構成されるシールド掘削機１では、図１に示すように、順次シールド掘削機１を前進させつつ、その後方でセグメント６を組み立てながらシールドトンネルを築造していく。すなわち、スキンプレート４の内側にセグメント６を組み立ててセグメントリングを構成し、シールドトンネルを築造していく。これとともに、推進ジャッキ５によって、最前部に覆工されたセグメント６を順次押圧していくことで、その反力によってシールド掘削機１は掘進方向への推進力を得て、シールド掘削機１を掘進させていく。すなわち、シールド掘削機１が掘進するに従い、その後方側の掘削孔内は順次セグメント６によって覆工されていき、シールドトンネルが築造されていく。このとき、テールシール７によって間隙部Ｓはシールされているので、掘削したトンネル孔内に存在する水がスキンプレート４の後端側から内部に浸入してくることが防止される。
【００３２】
このようなシールド工法の施工途中において、損傷等したテールシール７を、新たなテールシールに交換する場合の交換方法について、図面に基づいて以下に説明する。
【００３３】
先ず、図２および図７（ａ）に示すように、通常の掘進時、すなわち３段のテールシール７Ａ〜７Ｃが正常な状態で作用し、セグメント６の外周面に当接して密着した状態となり、スキンプレート４が前方へ通過したセグメント６と掘削孔内壁との間隙部Ｓをシールしている。このとき、シールド掘削機１（図１）の前進に伴ってテールシール７Ａ〜７Ｃは既設のセグメント６に対して摺動することになる。そして、間隙部Ｓには、セグメント６の内空側より充填材が充填される。
【００３４】
次に、図７（ｂ）に示すように、テールシール７の破損時において、掘進を停止させた状態でシール装置１０を作用させる。つまり、図６に示すように、スキンプレート４に設けた加圧供給口８からエアーを放出することで、前後が押さえ金具１４Ａ、１４Ｂによりスキンプレート４に固定されたゴム板１３の中間部１３ｃとスキンプレート４との間が加圧されて、トンネル内空側（セグメント６の外周面側）に接近する方向に向けてと凸面１３ｄを形成して膨張する。このとき、凸状に膨らんだゴム板１３で可動シール１２の略中央部（シール本体部１２ｃから先端シール部１２ｂ）をセグメント６側へ向けて押圧させる。これにより、可動シール１２は、薄肉部１２ａとシール本体部１２ｃとの境界付近（変形部１２ｄ）を支点にしてセグメント６側に回動し、先端シール部１２ｂがセグメント６の外周面に当接することになる。このように可動シール１２が止水位置Ｐ２に移動することで間隙部Ｓはシールされ、掘削孔内に存在する水がスキンプレート４の内部に侵入してくることを防止し、スキンプレート４内の止水を確実に行うことができる。
【００３５】
なお、ゴム板１３が加圧により膨張する構成であるので、加圧量により膨張可能体の膨張量、膨張率を任意に調整することが可能であるので、上述したスキンプレート内周面側の間隙部Ｓの高さ寸法のばらつきにも対応することができる。つまり、前記間隙部Ｓの高さ寸法に対して膨張可能体が追従自在となることから、その間隙部Ｓの大きさに関わらず、可動シール１２をセグメント６の外周面に確実に密着させることが可能である。
【００３６】
続いて、図７（ｃ）に示すように、可動シール１２より前方の既設のセグメント６を解体し、損傷したテールシール７の交換を行う。交換するテールシール７は、損傷したもののみを交換してもよいが、ここでは、３段のテールシール７Ａ、７Ｂ、７Ｃが損傷したものとされ、そのうちシール装置１０より前方に配列される２段のテールシール７Ｂ、７Ｃを新しいものに交換する。なお、シール装置１０よりも後方に位置する最後段のテールシール７Ａについては、破損していても交換せずにそのまま残しておく。
【００３７】
また、本実施の形態では、最後段のテールシール７Ａを破損状態のまま残しておくことから、当初設けておいた３段のテールシール７Ａ、７Ｂ、７Ｃと同等の止水性を確保するため、最前列のテールシール７Ｃよりも前方側のスキンプレート４に予め設けておいた追加取付部９に４段目の新たなテールシール７Ｄを追加で取り付ける。
なお、４段目に新たなテールシール７Ｄを取り付ける代わりに２段目、３段目のテールシール７Ｂ、７Ｃを今まで使用していたものよりも性能の良いものにして、二列で同等の止水性能を確保するようにしてもよい。
【００３８】
次に、図６および図７（ｄ）に示すように、交換および新たに取付けたテールシール７Ｂ、７Ｃ、７Ｄの位置にセグメント６（図７（ｄ）の破線）を建て込むと共に、膨張状態のゴム板１３を縮退させる。具体的には、加圧供給口８からのエアーの供給を停止して加圧を止め、或いは負圧にすることで、ゴム板１３を縮退させる。これにより、可動シール１２に与えられるゴム板１３による押圧が解放されることになる。
【００３９】
そして、交換したテールシール７による止水機能が確保された状態で、可動シール１２に組み込まれている形状記憶合金１１を通電による温度制御により温度上昇させることで元の形状、すなわち収納位置Ｐ１（図３の状態）に回復させることができる。つまり、可動シール１２は、セグメント６の外周面から離れて、その当接状態が解放されることになり、再び通常のシールド工法の施工に戻すことが可能となる。この後、再び通常のシールド工法の施工に戻り、シールドトンネルの築造を更に続けていく。
【００４０】
なお、可動シール１２をスキンプレート４側の薄肉部１２ａ（或いは図６で変形部１２ｄ）を支点としてシール本体部１２ｃおよび先端シール部１２ｂを可動させるといった単純な変形により、セグメント６に対して離接させることができる。そして、可動シール１２の変形が単純であるため、形状記憶合金１１を温度制御して元の形状に戻すことも容易となり、繰り返し変形の安定性を向上させることができる。
【００４１】
このように、可動シール１２をセグメント６に対して離接させるシール装置１０を用いることで、簡単な構造により損傷したテールシール７を容易に交換することができるうえ、従来のようなスキンプレート後方のテールボイド付近に地盤改良を施す必要がなくなることから、作業効率を向上させることができる。
【００４２】
また、可動シール１２が繰り返し離接可能な構造、すなわちシール装置１０が何度でも使用することが可能であるので、テールシール交換時にシール装置１０を使用してもこのシール装置１０自体の交換が不要となる。そのため、複数回にわたってテールシール７の交換が必要となる長距離シールド掘進において、好適に採用することができ、テールシール７の破損による交換という不確定な工程遅延を防げるうえ、シールの摩耗等による機能低下を予想して定期的にテールシール７の交換を作業工程に取り入れることで計画的な掘進が可能である。
【００４３】
しかも、可動シール１２は、形状記憶合金１１による変形の無い元の形状時（図３に示す収納位置Ｐ１）において、シール面がスキンプレート４の内周面に沿って略平行となる状態で配設されているので、通常の掘進時には、可動シール１２がスキンプレート４の内周面に沿って略平行となる状態で配置され、間隙部Ｓに作用する水圧を可動シール１２の面で受けることがなくなる。そのため、テールシール７の交換時以外のときにおける可動シール１２の損傷を抑えることができ、これによりテールシール交換時にシール装置１０を繰り返し使用することができる。
【００４４】
また、シール装置１０の加圧力を適宜調整することによって、ゴム板１３の突出する膨張量を制御することで、可動シール１２の押圧力（密着力）も調整することが可能であり、例えば止水が不十分である場合には、加圧力を増大させるように制御することで、確実な止水を行うことができる。そのため、シールド工法の施工途中においてテールシール７を何度でも交換することができる。
【００４５】
上述のように本実施の形態によるトンネル掘削機用シール装置及びこれを備えたトンネル掘削機では、可動シール１２をセグメント６に対して離接可能なシール装置１０を用いることで、従来のようなスキンプレート後方のテールボイド付近に地盤改良を施す必要がなくなり、またシール装置１０が繰り返し使用可能であって交換も不要となることから、作業効率の向上が図れ、損傷したテールシール６を容易に交換することができ、突発的な工程遅延を短縮できるうえ、修復工事費の低減を図ることができる。
【００４６】
次に、本発明の実施の形態によるトンネル掘削機用シール装置及びこれを備えたトンネル掘削機の変形例について、添付図面に基づいて説明するが、上述の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、実施の形態と異なる構成について説明する。
【００４７】
図８に示すように、第１変形例による可能シール１２Ａは、スキンプレート４（図３参照）側の表面１２ｅに形状記憶合金１１を一体的に配置させたものであり、その点で形状記憶合金１１を内蔵させた上記実施の形態とは異なっている。
また、図９に示す第２変形例による可動シール１２Ｂは、セグメント６（図３参照）側の表面１２ｆに形状記憶合金１１を一体的に配置させたものである。なお、本第２変形例では、可動シール１２の薄肉部１２ａとシール本体部１２ｃの下面同士が平坦な構成となっている。
第１変形例および第２変形例による可動シール１２Ａ、１２Ｂにおいても上述した実施の形態と同様に、変形した後の形状記憶合金１１を通電による加熱温度制御により温度上昇させることで元の形状、すなわち収納位置Ｐ１（図３の状態）に回復させることができる。
【００４８】
以上、本発明によるトンネル掘削機用シール装置及びこれを備えたトンネル掘削機の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態ではシール装置１０として可動シール１２をゴム板１３の膨張作用によりセグメント６側に押圧する構成としているが、このような構造に限定されることはない。例えば、エアーの供給により膨張させるものではなく、水により加圧する構造でも良い。また、スキンプレート４からエアー等を供給することで膨張するゴム板１３に代えて、ゴム製の袋体を膨張させるものであってもかまわない。
【００４９】
また、シール装置１０の取り付け位置も最後段とその前方のテールシール７Ａ、７Ｂの間であることに限定されることはなく、すべてのテールシールより後方の位置にシール装置１０を配置とすることも可能である。
さらに、可動シール１２の形状、大きさ、材質、金属板１６の配置状態などの構成、およびテールシール７の段数、止水性能などの構成は、シールド掘削機の外径寸法、水圧等の条件に応じて任意に設定することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ シールド掘削機
２ カッター
３ シールド本体
４ スキンプレート
６ セグメント（覆工体）
７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ テールシール
８ 加圧供給口（加圧供給部）
９ 追加取付部
１０ シール装置
１１ 形状記憶合金
１２、１２Ａ、１２Ｂ 可動シール
１２ａ 薄肉部（固定部）
１２ｂ 先端シール部
１２ｃ シール本体部
１２ｄ 変形部
１３ ゴム板（膨張可能体）
１４Ａ、１４Ｂ 押さえ金具
Ｓ 間隙部
Ｐ１ 収納位置
Ｐ２ 止水位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル掘削機用シール装置及びこれを備えたトンネル掘削機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高水圧下でのシールドトンネル工法では、シールド工法の施工途中でテールシールが磨耗、破損した場合、このテールシールで止水ができなくなるので、シールド機内に高水圧の地下水や土砂が流入してトンネルが水没したり、地山に空洞が形成されるといったことが想定される。これを防ぐために、高水圧下におけるシールドトンネル工事では、既設セグメントとスキンプレートとの間で膨張する部材からなる緊急止水装置（シール装置）を装備したシールド掘削機を採用したものが知られている。
このような緊急止水装置を備えたシールド掘削機の場合、テールシールが破損等したとき、緊急止水装置を一時的に膨張させて止水した後、スキンプレート及びセグメントを囲む範囲の背面の地山を地盤改良して水を止め、その後セグメントを撤去し、テールシールを新しいものに交換することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、シールドジャッキのスプレッダと既設のセグメントとの間でテールプレート内周方向に連続した止水チューブを膨張させ、この膨張させた止水チューブをシールドジャッキにより既設セグメントの端部に押し付け、テールシール部からの出水に対して止水壁を構成し、テールシールの交換時には薬液注入又は凍結工法によりテールシール部の周辺地山を固める方法について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２４７８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のテールシールの交換方法では、以下のような問題があった。
すなわち、長距離シールドトンネルの場合には、テールシールの破損の可能性が高まることになり、１回だけでなく複数回の破損も考えられる。従来技術だと、その都度、適宜な改良手段を用いてシールド掘削機の後方部分を地盤改良をしてテールシールの交換、および次の破損に備えて緊急止水装置の交換をすることになり、その度に工程遅延となるという問題があり、その点で改良の余地があった。
【０００６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、交換時の地盤改良を不要にするとともに、シール装置の交換も不要とすることで、作業効率の向上が図れ、突発的な工程遅延を短縮できるうえ、修復工事費の低減を図ることができるトンネル掘削機用シール装置及びこれを備えたトンネル掘削機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係るトンネル掘削機用シール装置では、トンネル掘削機のスキンプレート内周面に設けられ、スキンプレートの内周面とトンネル掘削機の後方機内で組み立てられる覆工体の外周面との間隙部をシールするテールシールとともに配列されるトンネル掘削機用シール装置であって、スキンプレート内周面に配置されるとともに、所定の温度環境によって元の形状に回復する形状記憶合金が組み込まれてなり、覆工体の外周面に対して当接して間隙部をシールする可動シールを備え、可動シールは、形状記憶合金を所定の温度環境により適宜変形させることで、覆工体に対して繰り返し離接させる構成としたことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明に係るトンネル掘削機では、トンネル掘削機のスキンプレートの内周面とトンネル掘削機の後方機内で組み立てられる覆工体の外周面との間隙部をシールするテールシールと、所定の温度環境により覆工体の外周面に対して繰り返し離接可能な形状記憶合金が組込まれた可動シールを有するシール装置とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
本発明では、シールド工法の施工途中で、損傷したテールシールを交換する際、可動シールを変形させて覆工体の外周面に当接させることで間隙部がシールされ、掘削孔内に存在する水がスキンプレートの内部に侵入してくることを防止し、スキンプレート内の止水を確実に行うことができる。そして、この状態において、可動シールより前方の覆工体を解体し、その可動シールよりも前方に配列される損傷したテールシールを新しいものに交換し、その後、新たに取付けたテールシールの位置に覆工体を建て込む。さらに、交換したテールシールによる止水機能が確保された状態で、可動シールに組み込まれている形状記憶合金を通電による温度制御により温度上昇させることで元の形状に回復させることができる。つまり、可動シールは、覆工体の外周面から離れて、その当接状態が解放されることになり、これにより再び通常のシールド工法の施工に戻すことが可能となる。
このように、可動シールを覆工体に対して離接させるシール装置を用いることで、簡単な構造により損傷したテールシールを容易に交換することができるうえ、従来のようなスキンプレート後方のテールボイド付近に地盤改良を施す必要がなくなることから、作業効率を向上させることができる。
【００１０】
また、可動シールが繰り返し離接可能な構造、すなわちシール装置が何度でも使用することが可能であるので、テールシール交換時にシール装置を使用してもこのシール装置自体の交換が不要となる。そのため、複数回にわたってテールシールの交換が必要となる長距離シールド掘進において、好適に採用することができ、テールシールの破損による交換という不確定な工程遅延を防げるうえ、シールの摩耗等による機能低下を予想して定期的にテールシールの交換を作業工程に取り入れることで計画的な掘進が可能である。
【００１１】
また、本発明に係るトンネル掘削機用シール装置では、スキンプレート内周面には、覆工体側に向けて凸状に膨張するとともに、可動シールを膨張作用により覆工体側に押圧する膨張可能体が設けられていることが好ましい。
本発明では、テールシールの交換時に膨張可能体を覆工体側に向けて凸状に膨張させ、これにより可動シールを覆工体側に押圧してその覆工体の外周面に当接させることで間隙部をシールすることができる。そして、テールシールの交換後において可動シールを覆工体の外周面から離すときには、膨張可能体を縮退させることで、可動シールに対する押圧状態を解放しつつ、上述したように可動シールの形状記憶合金に通電することで、可動シールが覆工体から離れ、元の状態に戻すことができる。
【００１２】
また、本発明に係るトンネル掘削機用シール装置では、膨張可能体は、スキンプレートに設けられた加圧供給部による加圧により膨張することが好ましい。
本発明では、膨張可能体をスキンプレートに設けた加圧供給部から加圧することで、覆工体側に向けて凸状に膨張させることができ、また加圧供給部による加圧を停止させ、或いは負圧にすることで、膨張可能体を縮退させることができる。
そして、加圧量により膨張可能体の膨張量、膨張率を任意に調整することが可能であるので、上述したスキンプレート内周面側の間隙部の高さ寸法のばらつきにも対応することができる。つまり、前記間隙部の高さ寸法に対して膨張可能体が追従自在となることから、その間隙部の大きさに関わらず、可動シールを覆工体の外周面に確実に密着させることが可能である。
【００１３】
また、本発明に係るトンネル掘削機用シール装置では、可動シールは、一端がスキンプレート側に一体的に固定され、この固定部を支点にして他端が覆工体に対して離接するようにして変形することが好ましい。
本発明では、可動シールをスキンプレート側の固定部を支点として他端側を可動させるといった単純な変形により、覆工体に対して離接させることができる。そして、可動シールの変形が単純であるため、形状記憶合金を温度制御して元の形状に戻すことも容易となり、繰り返し変形の安定性を向上させることができる。
【００１４】
また、本発明に係るトンネル掘削機では、シール装置は、複数列設けられるテールシールのうち隣り合う所定の２列間に配置されていることが好ましい。
本発明では、トンネル掘進方向でシール装置の前方に配列されるテールシールについては、シール装置で止水することで交換が可能である。一方、通常の掘進時には、シール装置の後方に配列されるテールシールの止水機構によって、シール装置の可動シールが受ける水圧が抑制され、損傷を防止することができる。
【００１５】
また、本発明に係るトンネル掘削機では、トンネル掘進方向で最前列に位置するテールシールの前方に、別の新たなテールシールの取付部が設けられていてもよい。
この場合、シール装置により間隙部をシールした後に、損傷したテールシールの交換だけでなく、予め別の新たなテールシールの取付部を備えておくことで、この取付部に新たなテールシールを取り付けて、テールシールの段数を増加することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のトンネル掘削機用シール装置及びこれを備えたトンネル掘削機によれば、可動シールを覆工体に対して離接可能なシール装置を用いることで、従来のようなスキンプレート後方のテールボイド付近に地盤改良を施す必要がなくなり、またシール装置が繰り返し使用可能であって交換も不要となることから、作業効率の向上が図れ、損傷したテールシールを容易に交換することができ、突発的な工程遅延を短縮できるうえ、修復工事費の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態によるシールド掘削機の全体構成を示す概略側断面図である。
【図２】図１に示すシールド掘削機におけるテール部の拡大側断面図である。
【図３】シール装置の詳細な構成を示す側断面図である。
【図４】シール装置をトンネル内空側から見た図であって、図３に示すＡ−Ａ線矢視図である。
【図５】シール装置の可動シールの側断面図であって、ゴム板に取り付ける前の状態を示す図である。
【図６】テールシール交換時におけるシール装置の状態を示す図であって、図３に対応する図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）はテールシールの交換方法を示す図である。
【図８】第１変形例による可動シールを示す側断面図であって、図５に対応する図である。
【図９】第２変形例による可動シールを示す側断面図であって、図５に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態によるトンネル掘削機用シール装置及びこれを備えたトンネル掘削機について、図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１の符号１は、本実施の形態によるシール装置１０を備えたシールド掘削機を示している。
このシールド掘削機１は、地山に掘削孔を掘進するためのカッター２をシールド本体３の前方側に備えるとともに、シールド本体３から後方側に向けて筒状をなして延在するスキンプレート４を備えた構成となっている。そして、シールド本体３の内部またはスキンプレート４の内部には、推進ジャッキ５が周方向に複数備えられている。この推進ジャッキ５は、掘進方向に伸縮することで、スキンプレート４の内側に順次組み立てられていくセグメント６を押圧し、その反力でシールド掘削機１を掘進させるものである。なお、この他にも、シールド本体３内部またはスキンプレート４内部には、掘削した土砂を後方に送るための搬送装置や、セグメントを所定形状に組み立てるエレクタ等の各種装置が備えられている。
ここで、シールド掘削機１の掘削方向で、前進側を「前方」とし、その反対側を「後方」として以下統一して用いる。
【００２０】
スキンプレート４は、シールド本体３と外形及び断面積が略同一となっている筒状体であって、シールド掘削機１の外殻をなすものである。このスキンプレート４の内側に、セグメント６をリング状に組み立てていくとともに、これを順次筒状に連結していくことで、シールド掘削機１の後方には、シールドトンネルが順次築造されることになる。
【００２１】
スキンプレート４の後方の内周側には、セグメント６の外周側に押圧されて、スキンプレート４の内周側とセグメント６の外周側との間隙部Ｓをシールするテールシール７が全周にわたって取り付けられている。ここでは、図２に示すように、テールシール７を掘進初期段階で３段とし、最後段から前方に向けて順に符号７Ａ、７Ｂ、７Ｃとする。最後段のテールシール７Ａと、その前段のテールシール７Ｂとの間には、緊急止水時に使用するためのシール装置１０が配置されている。なお、テールシール７の段数を３段としているのは、掘進初期段階であり、詳しくは後述するがテールシール７の補修時にはこれら３段より前方側に適宜新たなテールシール７を取り付けることで４段以上になる場合もある。
このように、シール装置１０が隣り合う所定の２列のテールシール７Ａ、７Ｂ間に配置されているので、トンネル掘進方向で前方に配列されるテールシール７Ｂ、７Ｃについては、シール装置１０で止水することで交換が可能である。
【００２２】
また、最後段とその前段のテールシール７Ａ、７Ｂとの間の位置のスキンプレート４には、その内周面に加圧供給口８（加圧供給部）が設けられている（図３参照）。この加圧供給口８は、エアーを噴出、或いは吸引することで、後述するシール装置１０のゴム板１３を膨張、縮退させるためのものであり、図３および図６ではスキンプレート４を貫通した図となっているが、例えば空気圧縮機等にスキンプレート４内に設けられる配管に接続している。
【００２３】
これらテールシール７Ａ〜７Ｃは、シールド掘削機１の掘進に伴ってセグメント６の外周側と摺動され、間隙部Ｓをシールした状態のまま移動していく。そのため、間隙部Ｓをシールして、掘削したトンネル孔内に存在する水等がスキンプレート４の内部に浸入してくることが的確に防止されるようになっている。また、テールシール７とともに潤滑剤注入機構（図示省略）が設けられており、グリース等の潤滑剤を摺動部およびテールシール７Ａと７Ｂ間、７Ｂと７Ｃ間に注入して、テールシール７が円滑に摺動できるとともに止水性を高めるようになっている。
【００２４】
なお、テールシール７の構成は、３段ともにほぼ同一形状となっているが、周囲の水圧等の程度によっては、最後段のテールシール７Ａをそれより前段のものよりも若干大型として、より高いシール性能を確保できるようにしてもよい。
また、テールシール７を掘進初期段階で計３段設けるようにしているが、これに限定されるものではなく、スキンプレートの外径寸法や周囲の水圧等の程度によって、段数は適宜変更可能である。
【００２５】
次に、上述したトンネル掘削機１に設けられるシール装置１０について、具体的に説明する。
図２および図３に示すように、シール装置１０は、スキンプレート４の内周面に配置されるとともに、形状記憶合金１１を内蔵し、セグメント６の外周面に対して当接して間隙部Ｓをシールする可動シール１２を備え、さらにスキンプレート４の内周面には、セグメント６側に向けて凸状に膨張するとともに、可動シール１２を膨張作用によりセグメント６側に押圧するゴム板１３（膨張可能体）を設けた構成となっている。
なお、この形状記憶合金１１は、ある所定の温度環境においての形状を記憶することができるもので、例えば、応力がかけられて変形しても、その所定の温度環境になるように温度変化を与えれば、元の形状に戻る性質（形状記憶特性）を有するものである。その所定の温度環境がシールド環境下における常温（例えば２０℃程度）近辺になっていれば、一旦変形したとしても、そのシールド環境下においては自然と元の形状に戻ることになる。
【００２６】
図２乃至図４に示すように、ゴム板１３は、リング状をなし、最後段とその前段のテールシール７Ａ、７Ｂどうしの間で一定の幅を有してスキンプレート４の内周面に沿って全周にわたって設けられ、当該ゴム板１３の前端部１３ａと後端部１３ｂとのそれぞれが周方向に一定の間隔をもって押さえ金具１４Ａ、１４Ｂで押さえ付けられた状態でボルト１５によってスキンプレート４に固定されている。ゴム板１３の前端部１３ａと後端部１３ｂとはスキンプレート４に対して液密な状態で固定され、前端部１３ａと後端部１３ｂとの間の中間部１３ｃは非固定状態となっている。つまり、ゴム板１３は、中間部１３ｃがスキンプレート４との間に設けられた加圧供給口８から供給されるエアーによって加圧され、セグメント６側に向けて凸状に膨張することになる（図６参照）。
【００２７】
また、図２に示すように、スキンプレート４の最前段のテールシール７Ｃより前方の位置には、テールシール７の交換時において、後から別の新たなテールシール７を追加で取り付けることを可能とする追加取付部９が設けられている。
【００２８】
図５に示すように、可動シール１２は、平板リング状をなし、変形の無い形状時（図３に示す収納位置Ｐ１）において、シール面がゴム板１３の内周面側に沿って重なるようにして略平行に設けられ、前方側（後述する薄肉部１２ａ）がゴム板１３とともに前記押さえ金具１４Ａによって押さえ付けられて前記ボルト１５によってスキンプレート４に一体的に固定されている。
図３、図４および図５に示すように、可動シール１２は、前方側の押さえ金具１４Ａで押さえ付けられる固定部が薄肉部１２ａになっており、後方側にセグメント６に対して密着するための先端シール部１２ｂを備え、その薄肉部１２ａと先端シール部１２ｂとの間に位置するシール本体部１２ｃには短冊状の複数の金属板１６、１６、…が周方向に一定の間隔をもって内蔵されており、シール本体部１２ｃに所定の強度をもたせている。なお、可動シール１２のシール本体部１２ｃの強度としては、ゴム板１３の膨張によって押圧されたときに、このゴム板１３に追従して湾曲しない程度の強度を有している。
【００２９】
そして、可動シール１２の薄肉部１２ａからシール本体部１２ｃの中間までには、前記形状記憶合金１１が可動シール１２の周方向全周にわたって内蔵されている。形状記憶特性を利用した形状記憶合金１１は、金属への通電もしくは周囲から金属を変態温度まで温めることによる温度制御装置（図示省略）によって温度変化が与えられるようになっている。
【００３０】
このような可動シール１２は、図６に示すように、ゴム板１３の膨張によってセグメント６側に押圧されて薄肉部１２ａとシール本体部１２ｃとの境界付近の脆弱部（変形部１２ｄ）でセグメント６側に向けて屈折するようにして変形する。そして、先端シール部１２ｂがセグメント６の外周面に密着すると、スキンプレート４の内周側とセグメント６の外周側との間隙部Ｓがシールされることになる。
さらに、形状記憶合金１１は、形状記憶特性、もしくは超弾性特性を利用し、合金の復元力によって元の位置（収納位置Ｐ１）に戻すことが可能であり、これにより可動シール１２を前記セグメント６に対して繰り返し離接させることができ、反復使用させることが可能となっている。
【００３１】
このように構成されるシールド掘削機１では、図１に示すように、順次シールド掘削機１を前進させつつ、その後方でセグメント６を組み立てながらシールドトンネルを築造していく。すなわち、スキンプレート４の内側にセグメント６を組み立ててセグメントリングを構成し、シールドトンネルを築造していく。これとともに、推進ジャッキ５によって、最前部に覆工されたセグメント６を順次押圧していくことで、その反力によってシールド掘削機１は掘進方向への推進力を得て、シールド掘削機１を掘進させていく。すなわち、シールド掘削機１が掘進するに従い、その後方側の掘削孔内は順次セグメント６によって覆工されていき、シールドトンネルが築造されていく。このとき、テールシール７によって間隙部Ｓはシールされているので、掘削したトンネル孔内に存在する水がスキンプレート４の後端側から内部に浸入してくることが防止される。
【００３２】
このようなシールド工法の施工途中において、損傷等したテールシール７を、新たなテールシールに交換する場合の交換方法について、図面に基づいて以下に説明する。
【００３３】
先ず、図２および図７（ａ）に示すように、通常の掘進時、すなわち３段のテールシール７Ａ〜７Ｃが正常な状態で作用し、セグメント６の外周面に当接して密着した状態となり、スキンプレート４が前方へ通過したセグメント６と掘削孔内壁との間隙部Ｓをシールしている。このとき、シールド掘削機１（図１）の前進に伴ってテールシール７Ａ〜７Ｃは既設のセグメント６に対して摺動することになる。そして、間隙部Ｓには、セグメント６の内空側より充填材が充填される。
【００３４】
次に、図７（ｂ）に示すように、テールシール７の破損時において、掘進を停止させた状態でシール装置１０を作用させる。つまり、図６に示すように、スキンプレート４に設けた加圧供給口８からエアーを放出することで、前後が押さえ金具１４Ａ、１４Ｂによりスキンプレート４に固定されたゴム板１３の中間部１３ｃとスキンプレート４との間が加圧されて、トンネル内空側（セグメント６の外周面側）に接近する方向に向けてと凸面１３ｄを形成して膨張する。このとき、凸状に膨らんだゴム板１３で可動シール１２の略中央部（シール本体部１２ｃから先端シール部１２ｂ）をセグメント６側へ向けて押圧させる。これにより、可動シール１２は、薄肉部１２ａとシール本体部１２ｃとの境界付近（変形部１２ｄ）を支点にしてセグメント６側に回動し、先端シール部１２ｂがセグメント６の外周面に当接することになる。このように可動シール１２が止水位置Ｐ２に移動することで間隙部Ｓはシールされ、掘削孔内に存在する水がスキンプレート４の内部に侵入してくることを防止し、スキンプレート４内の止水を確実に行うことができる。
【００３５】
なお、ゴム板１３が加圧により膨張する構成であるので、加圧量により膨張可能体の膨張量、膨張率を任意に調整することが可能であるので、上述したスキンプレート内周面側の間隙部Ｓの高さ寸法のばらつきにも対応することができる。つまり、前記間隙部Ｓの高さ寸法に対して膨張可能体が追従自在となることから、その間隙部Ｓの大きさに関わらず、可動シール１２をセグメント６の外周面に確実に密着させることが可能である。
【００３６】
続いて、図７（ｃ）に示すように、可動シール１２より前方の既設のセグメント６を解体し、損傷したテールシール７の交換を行う。交換するテールシール７は、損傷したもののみを交換してもよいが、ここでは、３段のテールシール７Ａ、７Ｂ、７Ｃが損傷したものとされ、そのうちシール装置１０より前方に配列される２段のテールシール７Ｂ、７Ｃを新しいものに交換する。なお、シール装置１０よりも後方に位置する最後段のテールシール７Ａについては、破損していても交換せずにそのまま残しておく。
【００３７】
また、本実施の形態では、最後段のテールシール７Ａを破損状態のまま残しておくことから、当初設けておいた３段のテールシール７Ａ、７Ｂ、７Ｃと同等の止水性を確保するため、最前列のテールシール７Ｃよりも前方側のスキンプレート４に予め設けておいた追加取付部９に４段目の新たなテールシール７Ｄを追加で取り付ける。
なお、４段目に新たなテールシール７Ｄを取り付ける代わりに２段目、３段目のテールシール７Ｂ、７Ｃを今まで使用していたものよりも性能の良いものにして、二列で同等の止水性能を確保するようにしてもよい。
【００３８】
次に、図６および図７（ｄ）に示すように、交換および新たに取付けたテールシール７Ｂ、７Ｃ、７Ｄの位置にセグメント６（図７（ｄ）の破線）を建て込むと共に、膨張状態のゴム板１３を縮退させる。具体的には、加圧供給口８からのエアーの供給を停止して加圧を止め、或いは負圧にすることで、ゴム板１３を縮退させる。これにより、可動シール１２に与えられるゴム板１３による押圧が解放されることになる。
【００３９】
そして、交換したテールシール７による止水機能が確保された状態で、可動シール１２に組み込まれている形状記憶合金１１を通電による温度制御により温度上昇させることで元の形状、すなわち収納位置Ｐ１（図３の状態）に回復させることができる。つまり、可動シール１２は、セグメント６の外周面から離れて、その当接状態が解放されることになり、再び通常のシールド工法の施工に戻すことが可能となる。この後、再び通常のシールド工法の施工に戻り、シールドトンネルの築造を更に続けていく。
【００４０】
なお、可動シール１２をスキンプレート４側の薄肉部１２ａ（或いは図６で変形部１２ｄ）を支点としてシール本体部１２ｃおよび先端シール部１２ｂを可動させるといった単純な変形により、セグメント６に対して離接させることができる。そして、可動シール１２の変形が単純であるため、形状記憶合金１１を温度制御して元の形状に戻すことも容易となり、繰り返し変形の安定性を向上させることができる。
【００４１】
このように、可動シール１２をセグメント６に対して離接させるシール装置１０を用いることで、簡単な構造により損傷したテールシール７を容易に交換することができるうえ、従来のようなスキンプレート後方のテールボイド付近に地盤改良を施す必要がなくなることから、作業効率を向上させることができる。
【００４２】
また、可動シール１２が繰り返し離接可能な構造、すなわちシール装置１０が何度でも使用することが可能であるので、テールシール交換時にシール装置１０を使用してもこのシール装置１０自体の交換が不要となる。そのため、複数回にわたってテールシール７の交換が必要となる長距離シールド掘進において、好適に採用することができ、テールシール７の破損による交換という不確定な工程遅延を防げるうえ、シールの摩耗等による機能低下を予想して定期的にテールシール７の交換を作業工程に取り入れることで計画的な掘進が可能である。
【００４３】
しかも、可動シール１２は、形状記憶合金１１による変形の無い元の形状時（図３に示す収納位置Ｐ１）において、シール面がスキンプレート４の内周面に沿って略平行となる状態で配設されているので、通常の掘進時には、可動シール１２がスキンプレート４の内周面に沿って略平行となる状態で配置され、間隙部Ｓに作用する水圧を可動シール１２の面で受けることがなくなる。そのため、テールシール７の交換時以外のときにおける可動シール１２の損傷を抑えることができ、これによりテールシール交換時にシール装置１０を繰り返し使用することができる。
【００４４】
また、シール装置１０の加圧力を適宜調整することによって、ゴム板１３の突出する膨張量を制御することで、可動シール１２の押圧力（密着力）も調整することが可能であり、例えば止水が不十分である場合には、加圧力を増大させるように制御することで、確実な止水を行うことができる。そのため、シールド工法の施工途中においてテールシール７を何度でも交換することができる。
【００４５】
上述のように本実施の形態によるトンネル掘削機用シール装置及びこれを備えたトンネル掘削機では、可動シール１２をセグメント６に対して離接可能なシール装置１０を用いることで、従来のようなスキンプレート後方のテールボイド付近に地盤改良を施す必要がなくなり、またシール装置１０が繰り返し使用可能であって交換も不要となることから、作業効率の向上が図れ、損傷したテールシール６を容易に交換することができ、突発的な工程遅延を短縮できるうえ、修復工事費の低減を図ることができる。
【００４６】
次に、本発明の実施の形態によるトンネル掘削機用シール装置及びこれを備えたトンネル掘削機の変形例について、添付図面に基づいて説明するが、上述の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、実施の形態と異なる構成について説明する。
【００４７】
図８に示すように、第１変形例による可能シール１２Ａは、スキンプレート４（図３参照）側の表面１２ｅに形状記憶合金１１を一体的に配置させたものであり、その点で形状記憶合金１１を内蔵させた上記実施の形態とは異なっている。
また、図９に示す第２変形例による可動シール１２Ｂは、セグメント６（図３参照）側の表面１２ｆに形状記憶合金１１を一体的に配置させたものである。なお、本第２変形例では、可動シール１２の薄肉部１２ａとシール本体部１２ｃの下面同士が平坦な構成となっている。
第１変形例および第２変形例による可動シール１２Ａ、１２Ｂにおいても上述した実施の形態と同様に、変形した後の形状記憶合金１１を通電による加熱温度制御により温度上昇させることで元の形状、すなわち収納位置Ｐ１（図３の状態）に回復させることができる。
【００４８】
以上、本発明によるトンネル掘削機用シール装置及びこれを備えたトンネル掘削機の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態ではシール装置１０として可動シール１２をゴム板１３の膨張作用によりセグメント６側に押圧する構成としているが、このような構造に限定されることはない。例えば、エアーの供給により膨張させるものではなく、水により加圧する構造でも良い。また、スキンプレート４からエアー等を供給することで膨張するゴム板１３に代えて、ゴム製の袋体を膨張させるものであってもかまわない。
【００４９】
また、シール装置１０の取り付け位置も最後段とその前方のテールシール７Ａ、７Ｂの間であることに限定されることはなく、すべてのテールシールより後方の位置にシール装置１０を配置とすることも可能である。
さらに、可動シール１２の形状、大きさ、材質、金属板１６の配置状態などの構成、およびテールシール７の段数、止水性能などの構成は、シールド掘削機の外径寸法、水圧等の条件に応じて任意に設定することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ シールド掘削機
２ カッター
３ シールド本体
４ スキンプレート
６ セグメント（覆工体）
７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ テールシール
８ 加圧供給口（加圧供給部）
９ 追加取付部
１０ シール装置
１１ 形状記憶合金
１２、１２Ａ、１２Ｂ 可動シール
１２ａ 薄肉部（固定部）
１２ｂ 先端シール部
１２ｃ シール本体部
１２ｄ 変形部
１３ ゴム板（膨張可能体）
１４Ａ、１４Ｂ 押さえ金具
Ｓ 間隙部
Ｐ１ 収納位置
Ｐ２ 止水位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル掘削機のスキンプレート内周面に設けられ、前記スキンプレートの内周面と前記トンネル掘削機の後方機内で組み立てられる覆工体の外周面との間隙部をシールするテールシールとともに配列されるトンネル掘削機用シール装置であって、
前記スキンプレート内周面に配置されるとともに、所定の温度環境によって元の形状に回復する形状記憶合金が組み込まれてなり、前記覆工体の外周面に対して当接して前記間隙部をシールする可動シールを備え、
該可動シールは、前記形状記憶合金を所定の温度環境により適宜変形させることで、前記覆工体に対して繰り返し離接させる構成としたことを特徴とするトンネル掘削機用シール装置。
【請求項２】
前記スキンプレート内周面には、前記覆工体側に向けて凸状に膨張するとともに、前記可動シールを膨張作用により前記覆工体側に押圧する膨張可能体が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機用シール装置。
【請求項３】
前記膨張可能体は、前記スキンプレートに設けられた加圧供給部による加圧により膨張することを特徴とする請求項２に記載のトンネル掘削機用シール装置。
【請求項４】
前記可動シールは、一端が前記スキンプレート側に一体的に固定され、この固定部を支点にして他端が前記覆工体に対して離接するようにして変形することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のトンネル掘削機用シール装置。
【請求項５】
トンネル掘削機のスキンプレートの内周面と前記トンネル掘削機の後方機内で組み立てられる覆工体の外周面との間隙部をシールするテールシールと、
所定の温度環境により前記覆工体の外周面に対して繰り返し離接可能な形状記憶合金が組込まれた可動シールを有するシール装置と、
を備えたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項６】
前記シール装置は、複数列設けられる前記テールシールのうち隣り合う所定の２列間に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のトンネル掘削機。
【請求項７】
トンネル掘進方向で最前列に位置する前記テールシールの前方に、別の新たなテールシールの取付部が設けられていることを特徴とする請求項５又は６に記載のトンネル掘削機。
【請求項１】
トンネル掘削機のスキンプレート内周面に設けられ、前記スキンプレートの内周面と前記トンネル掘削機の後方機内で組み立てられる覆工体の外周面との間隙部をシールするテールシールとともに配列されるトンネル掘削機用シール装置であって、
前記スキンプレート内周面に配置されるとともに、所定の温度環境によって元の形状に回復する形状記憶合金が組み込まれてなり、前記覆工体の外周面に対して当接して前記間隙部をシールする可動シールを備え、
該可動シールは、前記形状記憶合金を所定の温度環境により適宜変形させることで、前記覆工体に対して繰り返し離接させる構成としたことを特徴とするトンネル掘削機用シール装置。
【請求項２】
前記スキンプレート内周面には、前記覆工体側に向けて凸状に膨張するとともに、前記可動シールを膨張作用により前記覆工体側に押圧する膨張可能体が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機用シール装置。
【請求項３】
前記膨張可能体は、前記スキンプレートに設けられた加圧供給部による加圧により膨張することを特徴とする請求項２に記載のトンネル掘削機用シール装置。
【請求項４】
前記可動シールは、一端が前記スキンプレート側に一体的に固定され、この固定部を支点にして他端が前記覆工体に対して離接するようにして変形することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のトンネル掘削機用シール装置。
【請求項５】
トンネル掘削機のスキンプレートの内周面と前記トンネル掘削機の後方機内で組み立てられる覆工体の外周面との間隙部をシールするテールシールと、
所定の温度環境により前記覆工体の外周面に対して繰り返し離接可能な形状記憶合金が組込まれた可動シールを有するシール装置と、
を備えたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項６】
前記シール装置は、複数列設けられる前記テールシールのうち隣り合う所定の２列間に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のトンネル掘削機。
【請求項７】
トンネル掘進方向で最前列に位置する前記テールシールの前方に、別の新たなテールシールの取付部が設けられていることを特徴とする請求項５又は６に記載のトンネル掘削機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２００９（Ｐ２０１２−２００９Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３９５２２（Ｐ２０１０−１３９５２２）
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
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