トンネル施工方法およびシールド機

【課題】トンネル施工時に、一台のシールド機で場所打ちコンクリート方式およびセグメント方式を切り替え可能であり、切り替え時に置ける漏水の問題がなく、切り替え作業が容易なトンネル施工方法およびこれに用いられるシールド機を提供する。
【解決手段】推進用ジャッキ７の先端には内型枠用スプレッダ１９が設けられる。妻型枠９の内周面には、妻型枠内周シール１８が設けられる。妻型枠内周シール１８は、妻型枠９の内周面にボルト等で着脱可能に設置される。スキンプレート３の後端部近傍には、全周にわたって凍結管２１が埋め込まれている。妻型枠用ジャッキ１１は前後方向に移動可能であり、スキンプレート３後端部近傍への各部材の設置および撤去が可能である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に大断面のトンネルの施工中に、施工方式を変更可能なトンネルの施工方法およびこれに用いられるシールド機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネルを構築する際には、例えば、シールド機の後方で場所打ちコンクリートを施工しながら掘進するＳＥＮＳ（ＳｈｉｅｌｄｍａｃｈｉｎｅＥｘｔｒｕｄｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｌｉｎｉｎｇＮＡＴＭＳｙｓｔｅｍ）工法のシールド機が用いられる場合がある。場所打ちコンクリート（ＥＣＬ（ＥｘｔｒｕｄｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅＬｉｎｉｎｇ）用のシールド機を用いることで、シールド機後方に内型枠および妻型枠を用いてコンクリートを打設しながら掘進し、トンネルを施工することができる（以後、場所打ちコンクリート方式によるトンネルの施工方法と称する）。
【０００３】
一方、シールド機の後方にセグメントを構築しながら掘進し、トンネルを施工する方法がある（以後、セグメント方式によるトンネルの施工方法と称する）。セグメント方式によりトンネルを施工するためには、セグメント方式用のシールド機を用いる必要がある。場所打ちコンクリート方式およびセグメント方式は、通常、施工するトンネルの場所や態様、コスト、工期等を勘案して使い分けられる。したがって、トンネルの施工に際しては、どのような施工方式を採用するかを事前に決定し、使用するシールド機を選定する必要がある。
【０００４】
しかし、トンネルによっては、掘進中の地山の強度や施工部位によって、これらの方式を使い分けたい場合がある。したがって、両方式に対応可能な施工方法が望まれる。
【０００５】
このような方法として、例えば、トンネル等を構築する際に、１台のシールド機を用い、場所打ちコンクリートおよびセグメントで覆工する方法がある（特許文献１、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平７−８６３１７
【特許文献２】特開２００４−５２４６７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１、特許文献２いずれの方法においても、セグメント方式と場所打ちコンクリート方式との切り替えにおける具体的な部材の設置方法や止水等の方法については記載されていない。このため、方式の切り替え部における切り替え作業時のシールド機後方からの漏水の問題や、狭い位置におけるセグメントや内型枠の組み立て・設置作業が困難であるという問題がある。また、方式切り替え部における、シールド機の反力伝達部分の強度が十分でないと、施工したコンクリート部またはセグメント部の破損の恐れがある。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、トンネル施工時に、一台のシールド機で場所打ちコンクリート方式およびセグメント方式を切り替え可能であり、切り替え時に置ける漏水の問題がなく、切り替え作業が容易なトンネル施工方法およびこれに用いられるシールド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】
【０００９】
前述した目的を達成するため、第１の発明は、掘進途中において場所打ちコンクリートによる方式からセグメント方式に切り替えるトンネル施工方法であって、スキンプレート内に設けられる推進用ジャッキと、シールド機の後方での場所打ちコンクリートの型枠として用いられる妻型枠と、前記妻型枠を前後進可能な妻型枠用ジャッキと、前記妻型枠の内面に対し着脱可能な第１のシール部と、前記スキンプレートの内面に対し着脱可能な第２のシール部と、を具備するシールド機を用い、内型枠を設置しつつ、前記内型枠と前記妻型枠を型枠として場所打ちコンクリートによる方式でトンネルを施工する工程（ａ）と、前記スキンプレートの後端近傍の止水を行い、前記妻型枠用ジャッキにより前記妻型枠を前記シールド機の前方に引き戻す工程（ｂ）と、前記第１のシール部を取り外し、前記妻型枠用ジャッキにより、前記第２のシール部を前記スキンプレート後方に移動させて前記スキンプレートの後端近傍に接合する工程（ｃ）と、前記妻型枠用ジャッキにより、第１のセグメントを前記スキンプレートの後方に移動させ、前記第１のセグメントを前記内型枠の外周に接合する工程（ｄ）と、前記第１のセグメントの前方に第２のセグメントを設置してシールド機を前進させ、セグメント方式によりトンネルを施工する工程（ｅ）と、を具備することを特徴とするトンネル施工方法である。
【００１０】
前記工程（ｃ）は、前記妻型枠の後方に前記第２のシール部を設置した後、前記妻型枠用ジャッキにより前記妻型枠および前記第２のシール部を後方に移動させる工程であり、前記工程（ｄ）は、前記妻型枠を前記妻型枠用ジャッキにより前記シールド機前方に引き戻し、前記妻型枠用ジャッキの後方に第１のセグメントを設置した後、前記妻型枠用ジャッキにより、前記妻型枠および前記第１のセグメントを前記スキンプレート後方に移動させる工程であり、前記工程（ｅ）は、前記妻型枠を前記妻型枠用ジャッキにより前記シールド機の前方に引き戻し、前記推進用ジャッキを前記第１のセグメントに押しつけて前記シールド機を前進させつつ、前記第１のセグメントの外方に第１の充填材を充填し、前記推進用ジャッキを前記第２のセグメントに押しつけて前記シールド機を前進させつつ、前記第２のセグメントの外方に第２の充填材を充填する工程であってもよい。
【００１１】
前記シールド機は、前記スキンプレートの内面に対し着脱可能かつ前記スキンプレートに沿ってスライド可能なリング部材を更に具備し、前記工程（ｃ）は、前記妻型枠の後方に前記リング部材を設置し、前記リング部材の後方に前記第２のシール部を設置し、前記妻型枠用ジャッキにより、前記リング部材および前記第２のシール部を前記スキンプレート後方に移動させる工程であり、前記工程（ｄ）は、前記妻型枠用ジャッキによって前記妻型枠および前記リング部材を前記シールド機前方に引き戻し、前記リング部材の後方に第１のセグメントを設置し、前記妻型枠用ジャッキにより、前記リング部材および前記第１のセグメントを前記スキンプレート後方に移動させる工程であってもよい。
【００１２】
前記シールド機は、前記スキンプレート後端部近傍に設けられる埋め込み凍結管を具備し、前記工程（ｂ）は、前記埋め込み凍結管により、前記スキンプレート後端近傍の地山を凍結止水する工程であることが望ましい。
【００１３】
前記推進用ジャッキの先端にはスプレッダが取り付けられており、前記工程（ｅ）は、前記推進用ジャッキの先端に設けられるスプレッダの軸芯を外周方向に偏心させて、前記推進用ジャッキを前記第１のセグメントに押しつけて前記シールド機を前進させる工程であることが望ましく、この場合、前記スプレッダの軸芯の偏心は、内型枠用スプレッダを前記内型枠用スプレッダよりも外方に偏心したセグメント用スプレッダに交換してもよく、前記スプレッダの軸芯の偏心は、前記推進用ジャッキを前記シールド機の外周方向にスライド移動させることにより行われてもよい。また、これらを組み合わせてもよい。
【００１４】
前記第１の充填材はモルタルであり、前記第２の充填材は、前記第１の充填材よりも強度の弱い裏込め材であることが望ましい。
【００１５】
前記第１のセグメントは、テーパ形状を有するセグメントであり、前記工程（ｄ）は、前記第１のセグメントの前方に仮セグメントが設けられる工程であり、前記工程（ｅ）は、前記仮セグメントとともに前記第１のセグメントを後方に移動させ、前記仮セグメントと前記第１のセグメントを分離し、前記仮セグメントを前記シールド機の前方に引き戻す工程であってもよい。
【００１６】
本発明によれば、方式切り替え時において、スキンプレート後端部近傍の止水を行うため、地山からの漏水の恐れがない。特に、スキンプレートの後端近傍に埋め込まれた埋め込み凍結管を用いることで、他の部材等と干渉することもなく、容易かつ確実に止水を行うことができる。
【００１７】
また、内型枠とセグメントとの境界部には、第１のセグメントが内型枠の外周に設けられ、さらに第１のセグメントの前方に第２のセグメントが設けられるため、推進用ジャッキからの押圧力が確実に伝達されて、内型枠等の破損の恐れがない。
【００１８】
また、第２のシール部や第１のセグメントのスキンプレート後方への移動に対して妻型枠用ジャッキを用いることで、作業スペースの広い部位で組み立てを行い、設置位置まで容易に移動させることができるため、作業性に優れる。
【００１９】
特に、第２のシール部や第１のセグメントをスキンプレートの後方へ移動させる際に、妻型枠の後方にリング部材を設けることで、妻型枠用ジャッキのストローク以上にこれらの部材を後方に移動させることができ、妻型枠用ジャッキを必要以上に大型化する必要がない。
【００２０】
また、第１のセグメントの外方には第１の充填材を充填し、第２のセグメントの外方には第２の充填材を充填することで、地山からの漏水を確実に防止することができる。この際、第１の充填材を、例えば、場所打ちコンクリートで使用されるコンクリートと略同強度のモルタル（場所打ち用のコンクリートから骨材を除いたものなど）とし、第２の充填材としては、例えば、従来から使用されるベントナイト等を含むモルタルのように第１の充填材よりも低強度の充填材とすることで、方式変更の境界部近傍には、より高強度の充填材を充填して、確実にひび割れや止水を行うとともに、その他の部位には、過剰な強度を有する充填材を使用する必要がない。
【００２１】
また、施工方式の変更に伴い、推進用ジャッキにより後方に応力を伝達する部位に用いられるスプレッダの軸芯（押圧面の中心）を、内型枠押圧用からセグメント押圧用への変更時に外周方向に偏心させるため、内型枠に対してもセグメントに対しても同様に、確実に押圧力を伝達させることができる。この場合、内型枠用スプレッダを、内型枠用スプレッダよりも外方に偏心したセグメント用スプレッダに変更すれば、特殊な機構を有さず、スプレッダの位置を外周に偏心させることができ、また、これに代えて、またはこれと組み合わせて、推進用ジャッキ自体をシールド機の外周方向に移動させることで、同様の効果を得ることができる。
【００２２】
第２の発明は、掘進途中においてセグメント方式から場所打ちコンクリートによる方式に切り替るトンネル施工方法であって、スキンプレート内に設けられる推進用ジャッキと、シールド機の後方での場所打ちコンクリートの型枠として用いられる妻型枠と、前記妻型枠を前後進可能な妻型枠用ジャッキと、前記妻型枠の内面に対し着脱可能な第１のシール部と、前記スキンプレートの内面に対し着脱可能な第２のシール部と、を具備するシールド機を用い、第２のセグメントを設置しつつ、前記第２のセグメントの外方に第２の充填材を充填し、セグメント方式でトンネルを施工する工程（ｐ）と、前記スキンプレートの後端近傍の止水を行う工程（ｑ）と、前記第２のセグメントの内周に、内型枠反力リングを接合し、前記スキンプレートの後端近傍の止水を行い、前記第２のシール部を前記スキンプレートより撤去する工程（ｒ）と、前記内型枠反力リングの前方に内型枠を設置するとともに、前記妻型枠の内面に第１のシール部を設置し、前記妻型枠を前記スキンプレートの後端近傍に移動させ、前記スキンプレートの後端部近傍の前記第２のセグメントの外方に第１の充填材を充填する工程（ｓ）と、前記内型枠と前記妻型枠を型枠として場所打ちコンクリートによる方式でトンネルを施工する工程（ｔ）と、を具備することを特徴とするトンネル施工方法である。
【００２３】
第２の発明によれば、第１の発明の逆の工程を行うことで、セグメント方式から場所打ちコンクリート方式に変更することもできる。この場合、方式変更境界部におけるセグメントの内周に、内型枠反力リングを設けることで、推進用ジャッキからの押圧力を境界部において確実に伝達させることができる。
【００２４】
第３の発明は、掘進中に、セグメント方式および場所打ちコンクリートによる方式を任意に変更可能なシールド機であって、スキンプレート内に設けられる推進用ジャッキと、シールド機の後方での場所打ちコンクリートの型枠として用いられる妻型枠と、前記妻型枠を前後進可能な妻型枠用ジャッキと、前記スキンプレートの後端部近傍に設けられる埋め込み凍結管と、前記妻型枠の内面に着脱可能に設けられる第１のシール部と、前記スキンプレートの内面に着脱可能に設けられる第２のシール部と、前記スキンプレートの内面に対し着脱可能かつ前記スキンプレートに沿ってスライド可能なリング部材と、を具備することを特徴とするシールド機である。
【００２５】
第３の発明によれば、掘進中に任意の場所で、また、任意の回数でセグメント方式と場所打ちコンクリート方式を切り替えることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、トンネル施工時に、一台のシールド機で場所打ちコンクリート方式およびセグメント方式を切り替え可能であり、切り替え時に置ける漏水の問題がなく、切り替え作業が容易なトンネル施工方法およびこれに用いられるシールド機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】シールド機１を示す図で、（ａ）は概略側面断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図。
【図２】場所打ちコンクリート方式からセグメント方式へ切り替える工程を示す図で、テールシール２７の設置工程を示す図。
【図３】場所打ちコンクリート方式からセグメント方式へ切り替える工程を示す図で、テーパセグメント２９の設置工程を示す図。
【図４】場所打ちコンクリート方式からセグメント方式へ切り替える工程を示す図で、セグメント３５の組み立て工程を示す図。
【図５】セグメント方式から場所打ちコンクリート方式へ切り替える工程を示す図で、内型枠反力リング４１の設置工程を示す図。
【図６】セグメント方式から場所打ちコンクリート方式へ切り替える工程を示す図で、妻型枠内周シール１８の設置工程を示す図。
【図７】セグメント方式から場所打ちコンクリート方式へ切り替える工程を示す図で、モルタル３７の充填工程を示す図。
【図８】セグメント方式から場所打ちコンクリート方式へ切り替える工程を示す図で、内型枠１５の組み立て工程を示す図。
【図９】推進用ジャッキ７のスライド状態を示す図で、（ａ）は内周方向に位置した状態を示す図、（ｂ）は外周方向に移動させた状態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態にかかるトンネルの施工方法について説明する。図１は、本発明に用いられるシールド機１を示す図であり、図１（ａ）はシールド機１の概略側方断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ部拡大図である。なお、図１（ｂ）（および以後の図面）においては、簡単のため、妻型枠用ジャッキ１１と合わせて推進用ジャッキ７を同一図面上に図示する。図１は、シールド機１が場所打ちコンクリート方式によりトンネルを構築する状態を示す図である。シールド機１は、主に、スキンプレート３、カッタヘッド５、推進用ジャッキ７、妻型枠９、妻型枠用ジャッキ１１およびスクリューコンベア１３等により構成される。
【００２９】
スキンプレート３は円筒状部材であり、前方にカッタヘッド５が設けられる。カッタヘッド５はシールド機１の前方の地山を掘削するものであり、図示を省略したモータ等により回転可能である。スキンプレート３の内面には、推進用ジャッキ７がスキンプレート３の周方向に所定間隔で複数設けられる。推進用ジャッキ７は、後方のセグメントや内型枠等を押圧し、その反力でシールド機１を推進させるものである。
【００３０】
スキンプレート３の内周には、推進用ジャッキ７と同様に円周方向に複数の妻型枠用ジャッキ１１が設けられる。妻型枠用ジャッキ１１の先端にはリング状の妻型枠９が設けられる。すなわち、妻型枠９は妻型枠用ジャッキ１１によってシールド機１の前後方向に移動可能である。なお、妻型枠用ジャッキ１１と推進用ジャッキ７は干渉しないように周方向の位置をずらして配置され、推進用ジャッキ７同士の間であって、推進用ジャッキ７よりやや外方に妻型枠用ジャッキ７が配置される。
【００３１】
図１（ｂ）に示すように、推進用ジャッキ７の先端には内型枠用スプレッダ１９が設けられる。内型枠用スプレッダ１９は、推進用ジャッキ７により内型枠１５に押し付けられて、内型枠１５に対して押圧力を付与する部位である。すなわち、内型枠用スプレッダ１９の押圧面の中心位置（シールド機１の径方向の位置）が、シールド機１における内型枠１５の径方向の位置と一致するように配置される。なお、以下の説明において、リング状のスプレッダにおける押圧面の中心（シールド機１の径方向の位置）をスプレッダの軸芯と称する。
【００３２】
妻型枠９の内周面には、妻型枠内周シール１８が設けられる。第１のシール部である妻型枠内周シール１８は、ブラシ状の部材であり、コンクリートを打設する際のシール部材として機能し、妻型枠９の内周面にボルト等で着脱可能に設置される。
【００３３】
スキンプレート３の後端部近傍には、全周にわたって凍結管２１が埋め込まれている。凍結管２１には冷媒が流されて周囲の地山等を冷却することができる。すなわち、スキンプレート３の後端部近傍の地山やコンクリート等を凍結止水することができる。なお、スキンプレート３は、凍結管２１が埋設可能な程度の厚みを有する。
【００３４】
シールド機１は、シールド機１の前方の地山をカッタヘッド５で掘削して、掘削土砂をスクリューコンベア１３でシールド機１後方に運搬しながら、推進用ジャッキ７（内型枠用スプレッダ１９）を内型枠１５に押し付け、反発力により前方に推進する。この際、妻型枠９はスキンプレート３の後端近傍に配置し、内型枠１５および妻型枠９および周囲を地山とで囲まれた空間にコンクリート１７を打設する。コンクリート１７は、図示を省略したミキサおよびポンプ等により、妻型枠９後方に打設される。なお、内型枠１５の設置及び撤去は、図示を省略した内型枠組み立て装置および内型枠撤去装置を用いて行われる。
【００３５】
妻型枠用ジャッキ１１は、コンクリート１７の打設量や圧力等に応じて妻型枠９をシールド機１の前後方向に移動させる。所定量のコンクリート１７が打設されると、推進用ジャッキ７を縮めて、図示を省略した内型枠組み立て装置によって、既設の内型枠１５の前方にさらに内型枠１５を組立、推進用ジャッキ１１を押しつけてさらに前進する。以上を繰り返しながら、場所打ちコンクリート方式により、トンネルを施工することができる。
【００３６】
次に、トンネル施工中において、場所打ちコンクリート方式からセグメント方式への切り替え方法について説明する。図２〜図４は、方式切り替えの工程を示す図である。
【００３７】
まず、前述のように、場所打ちコンクリート方式によりトンネルを施工する。打設したコンクリート１７が固結した後、図２（ａ）に示すように、凍結管２１により、スキンプレート３後端部近傍の地山等を凍結止水し、止水部２３を形成する。次に、妻型枠用ジャッキ１１を駆動し、妻型枠９をシールド機１の前方へ引き戻す（図中矢印Ｂ方向）。この際、スキンプレート３後方近傍が凍結止水されるので、ここからの漏水の恐れがない。なお、非常に狭い部位においても、埋め込み凍結管２１であれば、確実に漏水危険部位の止水を行うことができる。
【００３８】
次に、図２（ｂ）に示すように、妻型枠内周シール１８を妻型枠９より取り外す。また、妻型枠９の後方にリング部材２５を設置し、妻型枠９と接合する。リング部材２５は、スキンプレート３の内周に沿って軸方向にスライド移動可能なリング状の部材である。リング部材２５は、妻型枠用ジャッキ１１のストロークと、後述するテールシール２７等の移動量に応じて設置される。リング部材２５の後方には、テールシール２７が設置される。第２のシール部であるテールシール２７は、リング状の部材の内周にブラシ状部材が設けられた部材であり、スキンプレート３の内周に沿って軸方向にスライド移動可能である。なお、必要に応じて、テールシール２７のリング状部材には、リング部材２５との接合用のフランジ部が設けられ、リング部材２５のフランジ部と接合される。
【００３９】
次に、図２（ｃ）に示すように、妻型枠用ジャッキ１１を駆動し、妻型枠９を後方に移動させる（図中矢印Ｃ方向）。すなわち、妻型枠９によってリング部材２５およびテールシール２７が後方にスライド移動する。
【００４０】
次に、図２（ｄ）に示すように、テールシール２７をスキンプレート３の後端部近傍に配置して、テールシール２７をスキンプレート３の内面に接合する。この状態で、テールシール２７のフランジ部を取り外す。さらに、妻型枠用ジャッキ１１を駆動し、妻型枠９および妻型枠９と接合されたリング部材２５をシールド機１の前方に引き戻す（図中矢印Ｄ方向）。
【００４１】
次に、図３（ａ）に示すように、リング部材２５の後方に仮セグメント３１およびテーパセグメント２９を接合する。第１のセグメントであるテーパセグメント２９は、セグメント方式への切り替え境界部における推進用ジャッキからの押圧力を受ける部位である。仮セグメント３１は、テーパセグメント２９を内型枠１５の所定位置に設置するための部材であり、テーパセグメント２９の前面（押圧面）と略同じ大きさのセグメントである。
【００４２】
図３（ｂ）に示すように、妻型枠用ジャッキ１１を駆動し、妻型枠９をシールド機１の後方に移動させる（図中矢印Ｅ方向）。すなわち、妻型枠９およびこれと接合される仮セグメント３１およびテーパセグメント２９を後方に移動させる。内型枠１５の端面とテーパセグメント２９の端面（仮セグメント３１との接合面）とが略一致する位置で、テーパセグメント２９を内型枠１５の外面に接合する。テーパセグメント２９は、前方が肉厚となるテーパ形状であるため、前方からの押圧力を確実に受けることができる。
【００４３】
次に、図３（ｃ）に示すように、仮セグメント３１とテーパセグメント２９との仮止めを外す。さらに、妻型枠用ジャッキ１１を駆動し、妻型枠９および妻型枠９と接合された仮セグメント３１をシールド機１の前方に引き戻す（図中矢印Ｆ方向）。
【００４４】
次に、図４（ａ）に示すように、リング部材２５および仮セグメント３１をばらして撤去する。さらに、内型枠用スプレッダ１９をセグメント用スプレッダ３３と交換する。セグメント用スプレッダ３３は、内型枠用スプレッダ１９よりも外周側に軸芯が位置する部材である。なお、セグメント用スプレッダ３３の軸芯が、シールド機１における設置するセグメント３５の径方向の位置と一致するように配置される。
【００４５】
この状態で、内型枠１５およびテーパセグメント２９の前方に第２のセグメントであるセグメント３５を設置する。セグメント３５は例えば鋼製セグメントである。
【００４６】
さらに、図４（ｂ）に示すように、推進用ジャッキ７（セグメント用スプレッダ３３）によってセグメント３５を押圧し、セグメント３５の設置を繰り返しながら推進する。なお、この際、テーパセグメント２９の外方（およびテーパセグメント２９と接触するセグメント３５の外方）に、スキンプレート３の後方からモルタル３７を充填する。第１の充填材であるモルタル３７は、コンクリート１７と略同強度であることが望ましい。たとえば、コンクリート１７に対して骨材のみを省いた材料である。なお、モルタル３７の充填を行った後は、凍結管２１による止水を停止してもよい。
【００４７】
図４（ｃ）に示すように、内型枠１５およびセグメント３５の境界近傍には、モルタル３７を充填するが、それ以降（前方側）に対しては、セグメント３５の外方には裏込め材３９を充填しながら掘進する。裏込め材３９は、モルタルにベントナイト等を混合したもので、特に強度は不要である。すなわち、モルタル３７に対して、裏込め材３９は強度が低い。以上、セグメント３５の設置等を繰り返し、セグメント方式によりトンネルを施工することができる。すなわち、場所打ちコンクリート方式からセグメント方式への切り替えを行うことができる。
【００４８】
次に、トンネル施工中において、セグメント方式から場所打ちコンクリート方式への切り替え方法について説明する。図５〜図８は、方式切り替えの工程を示す図である。なお、以下の説明においては、図２〜図４に示した構成と同様の構成については重複した説明は省略する。
【００４９】
まず、図５（ａ）に示すようなセグメント方式によるトンネルの施工状態に対し、図５（ｂ）に示すように、スキンプレート３の後端部近傍を凍結管２１によって凍結止水する。これにより、裏込め材３９および地山側からの漏水を防止できる。
【００５０】
また、切り替え前に最後に設置されたセグメント３５（最も前方側に位置するセグメント３５）の内周面に内型枠反力リング４１が接合される。内型枠反力リング４１は前方側の厚さが厚いテーパ断面形状の部材である。なお、内型枠反力リング４１はリング状の部材であり、外周面がセグメント３５の内周面と接合される。この際、内型枠反力リング４１の端面とセグメント３５の端面とが略一致するように設置される。なお、内型枠反力リング４１は、複数のセグメント３５にまたがるように接合されてもよい。
【００５１】
次に、図５（ｃ）に示すように、セグメント用スプレッダ３３を内型枠用スプレッダ１９に交換する。内型枠用スプレッダ１９は、内型枠反力リング４１およびセグメント３５を押圧することができる。さらに、妻型枠９の後方にリング部材２５を設置し接合する。
【００５２】
次に、図６（ａ）に示すように、妻型枠用ジャッキ１１を駆動し、妻型枠９およびリング部材２５を後方に移動させる（図中矢印Ｇ方向）。リング部材２５がテールシール２７の位置まで移動したら、フランジ等を接合して、リング部材２５とテールシール２７とを接合する。さらに、テールシール２７とスキンプレート３との接合を取り外す。
【００５３】
次に、図６（ｂ）に示すように、妻型枠用ジャッキ１１を駆動し、妻型枠９およびこれと接合されたリング部材２５、テールシール２７をシールド機１の前方に引き戻す（図中矢印Ｈ方向）。
【００５４】
次に、図６（ｃ）に示すように、リング部材２５およびテールシール２７を撤去する。さらに、妻型枠９の内周面に妻型枠内周シール１８を取り付ける。
【００５５】
次に、図７（ａ）に示すように、内型枠１５を内型枠反力リング４１の前方に接合して、推進用ジャッキ７（内型枠用スプレッダ１９）により押圧する。これと前後して、妻型枠用ジャッキ７を駆動し、妻型枠９を後方に移動させる（図中矢印Ｉ方向）。
【００５６】
さらに、図７（ｂ）に示すように、内型枠反力リング４１が取り付けられたセグメント３５の外周部にモルタル３７を充填する。なお、モルタル３７の充填を行う際には、凍結管２１による止水を停止してもよい。
【００５７】
以上の状態から、図８（ａ）に示すように、妻型枠９と内型枠１５とを型枠として、内型枠１５の外方にコンクリート１７を打設する。コンクリート１７を打設しながら内型枠１５を押圧してシールド機を推進させる。図８（ｂ）に示すように、順次内型枠１５を組み立てながら、トンネルを場所打ちコンクリート方式で施工する（図中矢印Ｊ方向）。
【００５８】
本実施の形態にかかるトンネルの施工方法によれば、トンネルの施工途中において、セグメント方式および場所打ちコンクリート方式を任意の場所で、何回でも、容易に切り替えることができる。
【００５９】
また、テールシール２７や方式切り替え時に用いられるテーパセグメント２９、内型枠用反力リング４１等を必要に応じてシールド機１の後方に設置または撤去する際には、妻型枠用ジャッキ１１およびリング部材２５が用いられる。このため、組み立て、設置作業は比較的広い部位で行い、容易に部材を後方に移動させることができるため作業性に優れる。
【００６０】
また、スキンプレート３の後端部には、凍結管２１が埋め込まれているため、方式切り替え時における作業中に、方式変更境界部近傍の地山等からの漏水を確実に防止することができるとともに、凍結管２１はスキンプレート３から露出しないため、トンネルの施工時等において、作業の妨げになったり他の部材と干渉したりすることもない。
【００６１】
セグメント方式への切り替え時に用いられ、内型枠１５に接合されるテーパセグメント２９は、前方が肉厚のテーパ断面形状であるため、前方からの押圧力を確実に受け止め、内型枠１５等へ押圧力を伝達することができる。また、仮セグメント３１を用いるため、テーパセグメント２９の固定位置を内型枠１５の端面に合わせることが容易である。
【００６２】
また、方式切り替え境界部近傍の外方には、強度の高いモルタル３７が充填されるため、境界部のひび割れや漏水等を防止することができるとともに、通常のセグメントの外方には、必要最低限の裏込め材３９を充填するため、過剰な強度となることがない。
【００６３】
また、方式切り替え境界部近傍には、テーパセグメント２９や内型枠用反力リング４１が用いられるため、内型枠１５のみ、セグメント３５のみの場合と比較して強度が高く、推進用ジャッキ７からの押圧力に対して、破損等の恐れがない。
【００６４】
また、内型枠１５の押圧時とセグメント３５の押圧時とで、推進用ジャッキ１１に取り付けられるスプレッダを交換するため、内型枠１５および内型枠１５よりも外側に設置されるセグメント３５のそれぞれの端面の中心を確実に押圧することができる。
【００６５】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６６】
例えば、内型枠１５およびセグメント３５それぞれの押圧時に用いられるスプレッダを交換したが、これに限られない。図９は、推進用ジャッキ７および妻型枠用ジャッキ１１をシールド機１の後方から見た配置図である。図９（ａ）に示すように、推進用ジャッキ７および妻型枠用ジャッキ１１は、スキンプレート３の内面にシールド機１の軸方向に略垂直に形成されるジャッキ保持フランジ４５により保持される。
【００６７】
ジャッキ保持フランジ４５にはスライド孔４３が形成される。スライド孔４３は、略楕円形の長穴であり、シールド機１の中心方向側の端部（以下単に中心方向端部と称する）にやや張り出したような形状である。推進用ジャッキ７は、推進用ジャッキ７のロッドがスライド孔４３を貫通するように設置される。推進用ジャッキ７により内型枠１５を押圧する場合には（推進用ジャッキ７による押圧対象部が、スキンプレート３から離れた部位である場合には）推進用ジャッキ７をスライド孔４３の中心方向端部側に移動させて、ジャッキ保持フランジ４５に固定する。この際、推進用ジャッキ７のロッドは、スライド孔４３の中心方向端部方向にずれた位置に配置される。なお、推進用ジャッキ７をスライド孔４３の中心方向端部側に設置した状態でも、推進用ジャッキ７の端部には、スライド孔４３の中心方向端部が露出している。すなわち、推進用ジャッキ７をシールド機１の中心方向に移動させても、スライド孔４３の中心方向端部が塞がれないため、配管や配線等をスライド孔４３に挿通することができる。
【００６８】
同様に、推進用ジャッキ７によりセグメント３５を押圧する場合には（推進用ジャッキ７による押圧対象部が、スキンプレート３に近い部位である場合には）推進用ジャッキ７をシールド機１の外方側に移動させて（図中矢印Ｋ方向）、ジャッキ保持フランジ４５に固定する。この際、推進用ジャッキ７のロッドは、スライド孔４３の外方側端部（シールド機１の外方側の端部）方向にずれた位置に配置される。なお、この状態でも、スライド孔４３の中心方向端部が塞がれないため、配管や配線等をジャッキ保持フランジ４５に挿通することができる。
【００６９】
以上により、推進用ジャッキ７をシールド機１の中心方向および外方にスライド移動させることができるため、推進用ジャッキ７の先端に設置されるスプレッダの軸芯をシールド機１の外周方向または中心方向に偏心（移動）させることができる。
【００７０】
なお、推進用ジャッキ７のスライド移動によるスプレッダの軸芯の偏心移動と、スプレッダの交換によるスプレッダの軸芯の偏心量の変更とは、組み合わせて使用することもできる。たとえば、内型枠とセグメントの押圧部位が大きく異なる場合（偏心量が大きい場合）には、スプレッダの変更のみでは対応しきれず、また、推進用ジャッキ７の移動量にも制限があるため、このような場合には、これらを組み合わせることで、大きな偏心量に対しても対応することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１………シールド機
３………スキンプレート
５………カッタヘッド
７………推進用ジャッキ
９………妻型枠
１１………妻型枠用ジャッキ
１３………スクリューコンベア
１５………内型枠
１７………コンクリート
１８………妻型枠内周シール
１９………内型枠用スプレッダ
２１………凍結管
２３………止水部
２５………リング部材
２７………テールシール
２９………テーパセグメント
３１………仮セグメント
３３………セグメント用スプレッダ
３５………セグメント
３７………モルタル
３９………裏込め材
４１………内型枠反力リング
４３………スライド孔
４５………ジャッキ保持フランジ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘進途中において場所打ちコンクリートによる方式からセグメント方式に切り替えるトンネル施工方法であって、
スキンプレート内に設けられる推進用ジャッキと、シールド機の後方での場所打ちコンクリートの型枠として用いられる妻型枠と、前記妻型枠を前後進可能な妻型枠用ジャッキと、前記妻型枠の内面に対し着脱可能な第１のシール部と、前記スキンプレートの内面に対し着脱可能な第２のシール部と、を具備するシールド機を用い、
内型枠を設置しつつ、前記内型枠と前記妻型枠を型枠として場所打ちコンクリートによる方式でトンネルを施工する工程（ａ）と、
前記スキンプレートの後端近傍の止水を行い、前記妻型枠用ジャッキにより前記妻型枠を前記シールド機の前方に引き戻す工程（ｂ）と、
前記第１のシール部を取り外し、前記妻型枠用ジャッキにより、前記第２のシール部を前記スキンプレートの後方に移動させて前記スキンプレート後端近傍に接合する工程（ｃ）と、
前記妻型枠用ジャッキにより、第１のセグメントを前記スキンプレートの後方に移動させ、前記第１のセグメントを前記内型枠の外周に接合する工程（ｄ）と、
前記第１のセグメントの前方に第２のセグメントを設置してシールド機を前進させ、セグメント方式によりトンネルを施工する工程（ｅ）と、
を具備することを特徴とするトンネル施工方法。
【請求項２】
前記工程（ｃ）は、前記妻型枠の後方に前記第２のシール部を設置した後、前記妻型枠用ジャッキにより前記妻型枠および前記第２のシール部を後方に移動させる工程であり、
前記工程（ｄ）は、前記妻型枠を前記妻型枠用ジャッキにより前記シールド機の前方に引き戻し、前記妻型枠用ジャッキの後方に第１のセグメントを設置した後、前記妻型枠用ジャッキにより、前記妻型枠および前記第１のセグメントを前記スキンプレートの後方に移動させる工程であり、
前記工程（ｅ）は、前記妻型枠を前記妻型枠用ジャッキにより前記シールド機の前方に引き戻し、前記推進用ジャッキを前記第１のセグメントに押しつけて前記シールド機を前進させつつ、前記第１のセグメントの外方に第１の充填材を充填し、前記推進用ジャッキを前記第２のセグメントに押しつけて前記シールド機を前進させつつ、前記第２のセグメントの外方に第２の充填材を充填する工程であることを特徴とする請求項１記載のトンネル施工方法。
【請求項３】
前記シールド機は、前記スキンプレートの内面に対し着脱可能かつ前記スキンプレートに沿ってスライド可能なリング部材を更に具備し、
前記工程（ｃ）は、前記妻型枠の後方に前記リング部材を設置し、前記リング部材の後方に前記第２のシール部を設置し、前記妻型枠用ジャッキにより、前記リング部材および前記第２のシール部を前記スキンプレートの後方に移動させる工程であり、
前記工程（ｄ）は、前記妻型枠用ジャッキによって前記妻型枠および前記リング部材を前記シールド機の前方に引き戻し、前記リング部材の後方に第１のセグメントを設置し、前記妻型枠用ジャッキにより、前記リング部材および前記第１のセグメントを前記スキンプレートの後方に移動させる工程であることを特徴とする請求項２記載のトンネル施工方法。
【請求項４】
前記シールド機は、前記スキンプレートの後端部近傍に設けられる埋め込み凍結管を具備し、
前記工程（ｂ）は、前記埋め込み凍結管により、前記スキンプレートの後端近傍の地山を凍結止水する工程であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のトンネル施工方法。
【請求項５】
前記推進用ジャッキの先端にはスプレッダが取り付けられており、
前記工程（ｅ）は、前記推進用ジャッキの先端に設けられるスプレッダの軸芯を外周方向に偏心させて、前記推進用ジャッキを前記第１のセグメントに押しつけて前記シールド機を前進させる工程であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のトンネル施工方法。
【請求項６】
前記スプレッダの軸芯の偏心は、内型枠用スプレッダを前記内型枠用スプレッダよりも外方に偏心したセグメント用スプレッダに交換することにより行われることを特徴とする請求項５記載のトンネル施工方法。
【請求項７】
前記スプレッダの軸芯の偏心は、前記推進用ジャッキを前記シールド機の外周方向にスライド移動させることにより行われることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のトンネル施工方法。
【請求項８】
前記第１の充填材はモルタルであり、前記第２の充填材は、前記第１の充填材よりも強度の弱い裏込め材であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のトンネル施工方法。
【請求項９】
前記第１のセグメントは、テーパ形状を有するセグメントであり、
前記工程（ｄ）は、前記第１のセグメントの前方に仮セグメントが設けられる工程であり、
前記工程（ｅ）は、前記仮セグメントとともに前記第１のセグメントを後方に移動させ、前記仮セグメントと前記第１のセグメントを分離し、前記仮セグメントを前記シールド機の前方に引き戻す工程であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のトンネル施工方法。
【請求項１０】
掘進途中においてセグメント方式から場所打ちコンクリートによる方式に切り替るトンネル施工方法であって、
スキンプレート内に設けられる推進用ジャッキと、シールド機の後方での場所打ちコンクリートの型枠として用いられる妻型枠と、前記妻型枠を前後進可能な妻型枠用ジャッキと、前記妻型枠の内面に対し着脱可能な第１のシール部と、前記スキンプレートの内面に対し着脱可能な第２のシール部と、を具備するシールド機を用い、
第２のセグメントを設置しつつ、前記第２のセグメントの外方に第２の充填材を充填し、セグメント方式でトンネルを施工する工程（ｐ）と、
前記スキンプレートの後端近傍の止水を行う工程（ｑ）と、
前記第２のセグメントの内周に、内型枠反力リングを接合し、前記スキンプレートの後端近傍の止水を行い、前記第２のシール部を前記スキンプレートより撤去する工程（ｒ）と、
前記内型枠反力リングの前方に内型枠を設置するとともに、前記妻型枠の内面に第１のシール部を設置し、前記妻型枠を前記スキンプレートの後端近傍に移動させ、前記スキンプレートの後端部近傍の前記第２のセグメントの外方に第１の充填材を充填する工程（ｓ）と、
前記内型枠と前記妻型枠を型枠として場所打ちコンクリートによる方式でトンネルを施工する工程（ｔ）と、
を具備することを特徴とするトンネル施工方法。
【請求項１１】
掘進中に、セグメント方式および場所打ちコンクリートによる方式を任意に変更可能なシールド機であって、
スキンプレート内に設けられる推進用ジャッキと、
シールド機の後方での場所打ちコンクリートの型枠として用いられる妻型枠と、
前記妻型枠を前後進可能な妻型枠用ジャッキと、
前記スキンプレートの後端部近傍に設けられる埋め込み凍結管と、
前記妻型枠の内面に着脱可能に設けられる第１のシール部と、
前記スキンプレートの内面に着脱可能に設けられる第２のシール部と、
前記スキンプレートの内面に対し着脱可能かつ前記スキンプレートに沿ってスライド可能なリング部材と、
を具備することを特徴とするシールド機。

【図１】