拡大シールド装置
【目的】鉄筋コンクリート製の既設管の解体及び拡大敷設替えに際し、該既設管の躯体内部の鉄筋を確実に破砕する。
【構成】カッタヘッド１０の掘削面１０ｇを外周から中央部に向かって窪むように形成し、該カッタヘッド１０の中心に突出させる形で、その外周に破砕突起２５を設けた内筒２３を、破砕コアとして設ける。カッタヘッド１０と内筒２３との間に解体物移送空隙２６を筒状に設け、該解体物移送空隙２６に対向した案内部１０ｄに鋸刃１０１を設けておく。老朽管３の真中に仮設した鉄管６の内部に流路ＦＬを確保した状態で、該鉄管６を包囲するようにシールド装置７を配置させ、シールド掘進動作によって老朽管３の躯体３１を圧壊し、躯体片や鉄筋等を掘削面１０ｇに沿って解体物移送空隙２６に移送し、ここで確実に破砕処理する。
【構成】カッタヘッド１０の掘削面１０ｇを外周から中央部に向かって窪むように形成し、該カッタヘッド１０の中心に突出させる形で、その外周に破砕突起２５を設けた内筒２３を、破砕コアとして設ける。カッタヘッド１０と内筒２３との間に解体物移送空隙２６を筒状に設け、該解体物移送空隙２６に対向した案内部１０ｄに鋸刃１０１を設けておく。老朽管３の真中に仮設した鉄管６の内部に流路ＦＬを確保した状態で、該鉄管６を包囲するようにシールド装置７を配置させ、シールド掘進動作によって老朽管３の躯体３１を圧壊し、躯体片や鉄筋等を掘削面１０ｇに沿って解体物移送空隙２６に移送し、ここで確実に破砕処理する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、鉄筋コンクリート製の老朽化した既設管を新設管に拡大敷設替えする際に用いるに好適な、拡大シールド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、下水道等において、老朽化したり、或いは機能不足に陥った既設管を改修、即ちこれを新設管に更新する際には、地上から土留め用杭（シートパイル）を用いて撤去、新設作業を行う開削工法が知られている。しかし、開削工法は公知のように道路事情、周辺環境を悪化させる。そこで、地上環境に極力影響を与えないですむ方法として、既設管より一回り大きな断面のシールド機を該既設管の周囲を取り囲む形で推進させて、既設管の解体撤去を行いながら、新設管に拡大敷設替えするシールド工法が提案されている。例えば、特公平４−１９３５８号公報では、シールド掘削機の掘削刃によって、既設トンネルのセグメントを切削すると同時に、前記既設トンネルより大径のトンネルを掘削すること及び、シールド掘削機のカッタ本体に、既設トンネルのセグメントを切削する切削刃と前記既設トンネルより大径のトンネルを掘削する掘削刃を並設してなる拡大シールド工法を開発している。また、特開平１−２９０８９４号公報では、既設暗渠の敷設替え工法において、鉄筋切断用カッタを有する支持装置と、掘進機のカッタフェイスにカッタビット、ディスクカッタ及びゲージカッタを設けて、上記カッタビットに土砂の掘削を行わせ、ディスクカッタ及びゲージカッタに鉄筋及びコンクリートの破砕を行わせるようにした例が示されている。こうしたシールド工法では、シールド機の前面に取り付けたカッタディスクの回転動作によって、既設管の躯体を圧壊する形でその解体を行う手法が用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、こうしたカッタディスクを用いた手法では、コンクリートや石、陶管、レンガ等のような固いものしか圧壊出来ない、という不都合がある。即ち、既設管の躯体が鉄筋コンクリートであった場合には、ここにディスクカッタを回転させながら当てると、該躯体内部の鉄筋が、その靭性を介して曲がって、内側（シールド軸心側）或いは外側（地山側）に逸れる形で、なかなか切断されない。すると、鉄筋が内側に逸れた場合には、シールド機の隙間から回転機構等に噛み込まれて、該シールド機の推進動作を阻害する危険性があり、一方、外側に逸れた鉄筋はシールド機の外殻と地山の間で絡み合ってしまう。そして、このように一旦、内側或いは外側に逸れた鉄筋の切断は非常に煩雑である。従って、こうした既設管の拡大敷設替えのためのシールド機において、鉄筋の切断を如何にして行うべきかは、解決すべき大命題であった。そこで本発明は、上記事情に鑑み、鉄筋を確実に破砕しながら既設管の解体撤去を行うことが出来る、拡大シールド装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】即ち本発明は、地盤（２）中を推進自在な殻体（９）を有し、前記殻体（９）の推進方向前面側にカッタヘッド（１０）を、シールド軸心（ＣＬ１）を中心として回転駆動自在な形で設け、前記カッタヘッド（１０）の掘削面（１０ｇ）を、該掘削面（１０ｇ）の外周側から中心部に向かって窪むように形成し、前記掘削面（１０ｇ）にビット（１１）を複数装着し、前記殻体（９）に破砕コア（２３）を、前記カッタヘッド（１０）の中心に突出させる形で設け、前記カッタヘッド（１０）と前記破砕コア（２３）の間に解体物移送空隙（２６）を筒状に設け、前記破砕コア（２３）の外周に鉄筋破砕ビット（２５）を、前記解体物移送空隙（２６）に向けた形で設けて、構成される。なお、（ ）内の番号等は、図面における対応する要素を示す、便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。以下の作用の欄についても同様である。
【０００５】
【作用】上記した構成により、本発明は、カッタヘッド（１０）の回転駆動によって複数のビット（１１）に既設管（３）を圧壊させる形で解体するが、この際、解体途上の既設管（３）の躯体片（３１’）や鉄筋（３２）等は、カッタヘッド（１０）の掘削面（１０ｇ）に沿って該掘削面（１０ｇ）の外周側から中心部に向かって移送されて、解体物移送空隙（２６）に進入し、該解体物移送空隙（２６）において破砕コア（２３）の鉄筋破砕ビット（２５）により破砕処理されるように作用する。
【０００６】
【実施例】図１は本発明による拡大シールド装置の一実施例を用いた既設管の拡大敷設替え作業を示す断側面図、図２は図１に示す拡大シールド装置の拡大図、図３は図２に示す拡大シールド装置を前面側から見た図であり、図１のIII、III矢視図、図４は図２に示す拡大シールド装置を背面側から見た一部破断図であり、図１のIV、IV矢視図、図５は本発明による拡大シールド装置を用いた既設管の解体状況を示す一部拡大側面図、図６は本発明による拡大シールド装置の別の実施例を示すモデル図である。
【０００７】拡大敷設替え作業を行っている下水道１には、図１左部に示すように、解体中の既設管である老朽管３と、図１右部に示すように、敷設中の新設管５が、地面２ａからそれぞれ所定土被りをなす位置の地盤２中に埋設された形で配設されており、また老朽管３と新設管５の内部には、その内部に図１矢印Ａ方向側からＢ方向側に向かう下水の流路ＦＬが形成された鉄管６が、図１R>１左側のマンホール２ｓと右側のマンホール２ｓを接続する形で、該老朽管３から新設管５への拡大敷設替え作業中の仮設管としてここに設けられている。老朽管３と新設管５の間には、該老朽管３を解体撤去して新設管５を構築するための拡大シールド装置として、シールド装置７が設けられており、シールド装置７は、図１矢印Ｂ方向側から矢印Ａ方向側に向けて老朽管３を解体しながら、該シールド装置７に後続させるように新設管５を構築する形で、図１矢印Ａ方向側に向けて地盤２中を推進している。
【０００８】老朽管３は、図３二点鎖線で示すように、その断面が門型に形成されたコンクリート製の躯体３１を有しており、躯体３１の内部には鉄筋３２が、該老朽管３の管軸方向及び周方向に沿って複数埋設配筋されている。また、解体作業中の老朽管３の内部には、図１に示すように、モルタル等からなる充填材３３が、先に述べたように該老朽管３の内部に仮設された鉄管６の外周との間の間隙を全て充填された形で、環状に設けられており、さらに、老朽管３の図１左側のマンホール２ｓとの接続箇所には、バルクヘッド３５が、充填材３３の端部を閉塞した形で側蓋状に設けられている。そして、老朽管３は、シールド装置７によって矢印Ｂ方向側から矢印Ａ方向側に向けて解体されつつある形で、その後端３ｂが、シールド装置７の前面と対向する形になっている。
【０００９】一方、新設管５は、図１又は図２に示すように、シールド装置７の外殻９の内径に対応した外径の円環状に形成されており、新設管５は、例えば鉄筋コンクリート、或いはスチール等からなるセグメント５１を、該セグメント５１を構成している各々のセグメントピースを１リングの幅Ｌ１をなす形で円環状にジョイントして、これを地盤２中に埋設定着させた形で形成されている。即ち、新設管５は、シールド装置７が老朽管３の解体と同時に該老朽管３周囲の地盤２を円筒状に拡大掘削して形成した拡大トンネル空間４に建て込み構築されており、従って、新設管５の前端５ａを形成しているセグメント５１は、シールド装置７の外殻９内に、１乃至２リング分入り込み配置した形になっている。
【００１０】そして、本発明による拡大シールド装置であるシールド装置７は、図１に示すように、掘削チャンバ１０ｃに泥土４０を供給しながら、未だ解体されていない老朽管３とその周囲の切羽２ｂ及び該老朽管３内の充填材３３を掘削する形で推進し、該掘削によって生じる掘削ズリ４１を後方側である矢印Ｂ方向側に回収排出するものであり、シールド装置７は、図２に示すように、解体すべき老朽管３の外径より大きな所定の外径Ｄ１をなす形で略円筒形に形成された殻体である外殻９を有している。シールド装置７は、前記老朽管３のうち、既に撤去更新された部分を除く矢印Ｂ方向側の後端３ｂ付近において、そのカッタヘッド１０の外周が前記鉄管６の外方を包囲し、該鉄管６を外殻９の内部に貫通させた形で、該外殻９が地盤２中を推進するように配設されており、また、先に述べたように外殻９内に入り込み配置させた新設管５の外周面との間隙は、ワイヤブラシ式のテールシール９１によってシールされた形になっている。
【００１１】外殻９の矢印Ａ方向側に示す推進方向前面側には、図２に示すように、前記鉄管６を包囲するように、即ち矢印Ａ、Ｂ方向に貫通させた形で真中穴開き円盤状に形成されて、外殻９と同様に老朽管３より大径に形成されたカッタヘッド１０が、該カッタヘッド１０に接続された油圧モータ１０ａや該鉄管６に嵌合された大口径ベアリング１０ｆを介して、シールド軸心ＣＬ１を回転中心にして回転駆動自在な形で設けられており、カッタヘッド１０の矢印Ａ方向側に示す前面部分には、掘削面１０ｇが、該掘削面１０ｇの外周側から中心部に向かって窪むように形成されている。掘削面１０ｇは、その外側から内側にかけてすり鉢状に陥没するよう傾斜した形のカッタホイール１０ｂによって形成されており、カッタホイール１０ｂは、カッタヘッド１０の回転動作によって鉄管６の周りを図２紙面と交差方向（即ち図３矢印Ｃ、Ｄ方向）に回転自在な形になっている。掘削面１０ｇを形成しているカッタホイール１０ｂには複数のビット１１が装着されており、複数のビット１１は、図３R>３に示すように、カッタホイール１０ｂの外周から中心に向けて（図３矢印Ｅ、Ｆ方向に沿って）２乃至３ヶづつ並ぶものが、回転方向である矢印Ｃ、Ｄ方向に沿って何列かをなし、且つその回転によって解体すべき老朽管３の図３二点鎖線で示す端部断面形状を覆う形になるよう、配置装着されている。また、カッタホイール１０ｂには、図２に示すように、その最内方部分が鉄管６の外周に沿って若干後方側（矢印Ｂ方向側）に向けて褶曲する形で案内部１０ｄが形成されており、案内部１０ｄには鋸刃１０１が、図２矢印Ａ、Ｂ方向に略沿って且つ図２R>２紙面と交差方向に複数並ぶ形で、鉄筋破砕ビットとして配設されている。
【００１２】またカッタヘッド１０内には、掘削チャンバ１０ｃが、前記鉄管６を中心部に挿嵌させてその周囲に配置する形で形成されており、さらに、カッタヘッド１０には掘削チャンバ１０ｃの後側に配置する形で土砂シール１２が、掘削チャンバ１０ｃ内外をシールする形で設けられている。土砂シール１２の後方側には、図２に示すように、掘削チャンバ１０ｃに泥土４０を送給するための送泥管１３が、前記図１右側のマンホール２ｓ位置まで延長接続された形で設けられており、送泥管１３には吐出口１３ａが、掘削チャンバ１０ｃの上部で開口する形で設けられている。また、シールド装置７には、そのカッタヘッド１０の前記案内部１０ｄを介して掘削チャンバ１０ｃに取り込まれた掘削ズリ４１を、該シールド装置７より後方側に排出するための排泥管１５が、図１右側に示すマンホール２ｓ位置まで延長接続された形で、配設されており、排泥管１５には、取込口１５ａが、掘削チャンバ１０ｃの下部で開口する形で設けられている。また、排泥管１５の管路中にはクラッシャー１６が、該排泥管１５の取込口１５ａから取り込まれた掘削ズリ４１中のコンクリートガラ、即ち躯体片３１’や鉄筋３２等を細かく粉砕して、該排泥管１５中を圧送し得るように設けられており、即ち、この際の掘削ズリ４１とは地盤２を掘削したことと、鉄筋３２を含めた躯体３１及びその内部に充填された充填材３３の切断によって形成されている。
【００１３】また、外殻９内のガーダー部９２の後側である矢印Ｂ方向側には、図２又は図４に示すように、新設管５のセグメント５１を形成するための各セグメントピースを建て込むエレクタ１７が、設けられており、エレクタ１７は、図４に示すように、外殻９の内周との間に所定の間隙Ｌ２をなす形で板輪状に形成されたガイドリング１９の回転動作によって、矢印Ｃ、Ｄ方向に示すシールド内周方向に沿って移動自在になっている。即ち、外殻９の内周には、図４に示すように、いくつかのガイドローラ２０が、上記ガイドリング１９と外殻９の間隙Ｌ２に対応した長さの支持杆２０ａの先端において、図４矢印Ｍ、Ｎ方向に回転自在な形で装着されており、ガイドリング１９は、該いくつかのガイドローラ２０によって、外殻９の内方側においてシールド内周方向に沿って回転駆動され得る形に保持されている。ガイドリング１９には、前記エレクタ１７のア−ム１７ａが、該ガイドリング１９を介してシールド内周方向（矢印Ｃ、Ｄ方向）に回転自在で且つ放射方向である矢印Ｅ、Ｆ方向に突出後退駆動自在な形で装着されており、ア−ム１７ａにはセグメント把持部１７ｂが、前記セグメントピースを把持解放自在な形で設けられている。
【００１４】また、外殻９の後部には、図２に示すように、シールド装置７全体をその推進方向である矢印Ａ方向側に向けて地盤２中に推進させ得る推進ジャッキ２１が、図４に示すように、外殻９の内周に沿って複数固定装着されており、各推進ジャッキ２１には図２に示すように、ラム２１ａが、先に述べたように既に出来ていて外殻９の内側に入り込み配置している新設管５の前端５ａに推進反力を求めて、矢印Ａ、Ｂ方向に突出後退駆動自在な形で設けられている。なお、推進ジャッキ２１の後側である各ラム２１ａの先端側にはスプレッダ２２がそれぞれ装着されており、従って、複数の推進ジャッキ２１の推進力は、外殻９の内周に沿って並ぶ複数のスプレッダ２２によって、新設管５の前端５ａの全域に均等に分配され得るようになっている。
【００１５】さらにシールド装置７の外殻９内には、図２R>２に示すように、前記鉄管６の外径より若干大きな内径をなす円筒形に形成された破砕コアである内筒２３が、該鉄管６の外側を包囲する形で（即ちその内部に鉄管６を挿通させた形で）、前記カッタヘッド１０の中心に突出するように設けられており、実施例における内筒２３は、該カッタヘッド１０の回転動作に連動して、ゆっくりとシールド周方向（図３矢印Ｃ、Ｄ方向）に回転駆動し得るようになっている。内筒２３の内周面の図２矢印Ａ方向側に示す前端付近には、該内筒２３と鉄管６との間をシールし得る形で環状に形成されたパッキン２４が嵌着されており、パッキン２４は、内筒２３が鉄管６に対して回転自在な形でここに設けられている。
【００１６】内筒２３の外周には、耐摩耗性硬質材料からなる破砕突起２５が、鉄筋破砕ビットとして溶着されており、破砕突起２５は、図２に示すように、前記カッタヘッド１０の案内部１０ｄに設けられた鋸刃１０１と、有る程度の間隙をもって対向し合う形になっている。当該間隙によって、シールド装置７には、カッタヘッド１０と内筒２３の間に解体物移送空隙２６が円筒状に形成された形になっており、上述した破砕突起２５は、該解体物移送空隙２６に向いた形で内筒２３に設けられている。また、上述した鋸刃１０１は、カッタヘッド１０における解体物移送空隙２６と対向する部位である案内部１０ｄに設けられた形になっており、従って、老朽管３の躯体片３１’や鉄筋３２、或いは充填材３３、及び地盤２等による掘削ズリ４１は、該解体物移送空隙２６を介して、前記掘削チャンバ１０ｃ内に取り込むことが出来るようになっている。
【００１７】また、内筒１６の内周側には、図２に示すように、鉄管６の外周面に対して回転自在なガイドローラ２７Ａが、該内筒２６の内周方向に沿って複数設けられている。さらに、シールド装置７の後部に位置するガーダー部９２には鋼管挿通部９２ａが、該鋼管挿通部９２ａの軸心をシールド装置７の軸心ＣＬ１と一致させた形で、矢印Ａ、Ｂ方向に貫通するよう形成されており、鋼管挿通部９２ａには、ガイドローラ２７Ａと同様のガイドローラ２７Ｂが、鋼管６の外周面に対して回転自在な形で、周方向に複数設けられている。そして、後側のガイドローラ２７Ｂが設けられた鋼管挿通部９２ａには、該鋼管挿通部９２ａを形成しているガーダー内面と、鉄管６の外周面との間の間隙Ｗｎを検知し得るセンサ２８が、外殻９の鉄管６に対する位置を検出する位置検出手段として、シールド内周方向に沿って複数設けられており、これ等複数のセンサ２８は、姿勢制御装置２９にそれぞれ接続されている。
【００１８】姿勢制御装置２９は、複数のセンサ２８が検知する間隙Ｗｎの値の各々に対応した駆動量だけ、前記複数の推進ジャッキ２１の各々を駆動させる形で、常に該複数の間隙Ｗｎが一致した値に近づくようシールド装置７の姿勢制御を行っており、即ち、姿勢制御装置２９と複数の推進ジャッキ２１は、複数のセンサ２８によって検出された外殻９の鉄管６に対する位置に基づいて、該外殻９の姿勢を調整する形で、シールド装置７における姿勢調整手段を構成している。これによって、シールド装置７は、鋼管６の軸心がシールド軸心ＣＬ１に一致した形になるよう該鋼管６を挿通支持した状態で、矢印Ａ方向側に向けて推進動作を行うことが出来るように制御されている。
【００１９】下水道１とシールド装置７は、以上のような構成を有しているので、該シールド装置７を用いて老朽管３の改修を行うには、該老朽管３の通水を一旦停止、或いは他のルートに切替えておく等して、ヘドロ処理、管内洗浄、枝管撤去等と、該老朽管３の上方における地面２ａ部分の陥没対策として路面仮覆工を行う等の事前処理を施すと共に、マンホール２ｓ、２ｓを接続する形で、鉄管６を仮設する。この際、鉄管６は、所定長さに形成したものをマンホール２ｓから投入し、これをトンネル軸方向に並べて順次溶接していく形で複数継ぎ足すことによって、老朽管３内に簡単に仮設することが出来る。なお、マンホール２ｓは、図１破線で示すように拡大して、作業用立坑として利用しても良い。こうして、いままで老朽管３に流れていた下水を、該老朽管３内に仮設した鉄管６内の流路ＦＬに集めて流すと、該鉄管６の外側に位置する老朽管３内の領域は、下水が流れていないドライな状態になる。
【００２０】そこで、鉄管６の外側の老朽管３内にモルタル等の低強度硬化性材料からなる充填材３３を充填する。即ち、シールド装置７のカッタヘッド１０の回転時に、各ビット１１が地盤２、老朽管３、充填材３３等の、何等かの固い部材を削る形になるように、準備しておく。この状態で、図１右部の破線に示すように、マンホール２ｓを利用した適宜な発進立坑からシールド装置７を発進させる。この際、シールド装置７は、図１に示すように、その外殻９を、未だ解体撤去されていない老朽管３の後端３ｂからその後側にかけて、該外殻９が鉄管６の外方を包囲する形で、即ち、内筒２３が鉄管６を包囲する形になるよう、配置させる。そして、シールド前部においては、老朽管３の躯体３１の解体撤去と該老朽管３の周囲の地盤２の掘削作業を行い（即ち既設管路の拡大）、一方シールド後部では、セグメントピースを建て込む形で、該老朽管３より１回り大きな形の新設管５のセグメント５１を１リングづつ構築していく（即ち管路の更新）。
【００２１】シールド装置７を推進させるには、まず、複数の推進ジャッキ２１の各ラム２１ａを突出駆動させて、スプレッダ２２を介して建て込み構築済みの新設管５の前端５ａに外殻９を接続支持させる。なお、シールド装置７の掘進初期には、マンホール２ｓを利用した立坑に設置した架台に外殻９を支持させる形で、推進を開始させ、該外殻９の前進分だけこれより後方側に新設管５のセグメント５１を、地盤２に支持させる形で建て込んでいって、有る程度セグメント５１を建て込んだところで、上述したようにシールド装置７を新設管５に支持させる。こうしておいて、送泥管１３を介して泥土４０を、掘削チャンバ１０ｃに供給し、該掘削チャンバ１０ｃに供給充填した泥土４０の土圧によって、地盤２の切羽２ｂや未だ解体撤去されていない躯体３１及び充填材３３等を抑えながら、カッタヘッド１０を、図３矢印Ｃ又はＤ方向に回転駆動させる。また、この際内筒２３もゆっくりと回転駆動させる。すると、カッタヘッド１０のカッタホイール１０ｂに装着されている複数のビット１１は、図３矢印Ｃ又はＤ方向に回転駆動されながら、推進ジャッキ２１を介して矢印Ａ方向側に示す前方側に向けて押圧される。これによって、カッタホイール１０ｂに装着されている複数のビット１１は、図２に示すように、その掘削面１０ｇが接している地盤２、老朽管３の後端３ｂ、該老朽管３内の充填材３３等に押圧されながら回転する形で、これ等を圧壊破砕する。そして、当該地盤２、老朽管３、充填材３３が圧壊した分だけ、シールド装置７は、矢印Ａ方向に推進することが出来る。また、当該シールド装置７の推進動作によって、老朽管３の周囲の地盤２は、径Ｄ１をなす該シールド装置７のカッタヘッド１０に対応した径に拡大掘削される。即ち、シールド装置７のカッタヘッド１０より後方側には、老朽管３による管路の径が拡大した形の拡大トンネル空間４が、径略Ｄ１をなす円柱状に形成される。
【００２２】ところで、シールド装置７は、その推進動作時に、老朽管３の躯体３１中に埋設されている鉄筋３２を破砕しながら、該躯体３１を圧壊しなければならない。この際、躯体３１は、図５に示すように、老朽管３の外側に位置する地盤２と該老朽管３内に充填された充填材３３によってその内壁面と外壁面の両側を拘束された形で、回転駆動中のビット１１と接触する形になる。そして、カッタヘッド１０の掘削面１０ｇは、その外周側から中心部に向かって窪むように形成されているところから、ビット１１に接触して破砕された地盤２、躯体３１の躯体片３１’、充填材３３の破砕片は、該掘削面１０ｇの傾斜形状に沿って、該掘削面１０ｇを形成しているカッタホイール１０ｂの中心部に集まる形で、解体物移送空隙２６側に案内されてくる。そして、該破断片は掘削ズリ４１として、解体物移送空隙２６を介して後方側である矢印Ｂ方向側即ち掘削チャンバ１０ｃ内に送られる。また、躯体３１の内部には鉄筋３２が、管軸方向及び該管周方向に沿って並んで複数設けられているが、該鉄筋３２は、たとえ、ビット１１と接触したときにすぐに切断されなくても、カッタホイール１０ｂの傾斜形状によって、内方側に褶曲する形で、カッタヘッド１０の中心部側に寄る。即ち地山２側に逃げない。そして、該鉄筋３２は、図５に示すように、解体物移送空隙２６において、カッタヘッド１０の案内部１０ｄに設けられた鋸刃１０１と、内筒２３の破砕突起２５によって擦り潰される形で、破砕される。従って、鉄筋３２は、切断されずにどこかに逸れてしまうことがなく、確実に破砕された状態で、掘削チャンバ１０ｃに送られる。そこで上述したように、シールド装置７の推進動作を介して老朽管３の解体及び管路の拡大を行ったことによって形成された、掘削チャンバ１０ｃ内の掘削ズリ４１は、取込口１５ａを介してクラッシャ１６を通過させて、さらに粉砕しながら、排泥管１５を介してシールド後方側に搬送し、マンホール２ｓを介して管外に搬出する。
【００２３】こうして、上述したようにシールド装置７を、矢印Ａ方向に向けて所定距離、即ち例えば新設されるセグメント５１のリング幅Ｌ１と対応する形の推進ジャッキ２１のストローク分だけ推進させる。するとこのとき、内筒２３は鉄管６に対してゆっくりと回転駆動されており、また、内筒２３の先端部には、パッキン２４があるので、該内筒２３と鉄管６との間に被掘削物が目詰まりすることなく、シールド装置７は円滑に推進する。また、当該シールド推進動作時に、シールド装置７の姿勢制御装置２９は、推進動作と同時に、周方向に沿って複数並ぶセンサ２８の各々に、鋼管挿通部９２ａのガーダー内面と鋼管６の外周面との間の間隙Ｗｎをそれぞれ検知させ、該間隙Ｗｎの値の各々に対応した量だけ各推進ジャッキ２１を駆動させるように、該複数の推進ジャッキ２１を制御駆動する。即ち、シールド装置７は、外殻９の鉄管６に対する位置をセンサ２８に検知させ、該検知された結果に基づいて、姿勢制御装置２９と推進ジャッキ２１によって、該外殻９が鉄管６に対して所定の位置状態をなすように、その姿勢を調整していく。これによって、シールド装置７は、常に、シールド軸心ＣＬ１を鋼管６の軸心に一致させた形になるように、その推進時の姿勢が制御される。すると、シールド装置７の各構成要素が鉄管６とせり合って、該鉄管６を変形させてしまう危険性はない。また、シールド装置７は、既にマンホール２ｓ、２ｓを接続するよう仮設された鉄管６に案内される形で、正確な方向に推進出来る。よって、老朽管３があった周囲の正しい位置に、拡大トンネル空間４が形成されて、ここに新設管５が更新構築され得る。
【００２４】即ち上述のように、老朽管３、及びその周囲の地盤２とその内部の充填材３３を圧壊しながらシールド装置７の外殻９を距離Ｌ１分だけ推進させて、この状態で、推進ジャッキ２１を後退駆動させると、該後退した推進ジャッキ２１のラム２１ａに装着されたスプレッダ２２と、いままであった新設管５の前端５ａとの間には、新たに１リング分のセグメント５１を建て込むべき空間が形成される。そこで、該空間に、エレクタ１７を用いてセグメント５１を建て込む形で、新設管５を構築延長する。なお、エレクタ１７は、その中心部に鉄管６を挿通配置させた形のガイドリング１９にア−ム１７ａを介してセグメント把持部１７ｂが装着されている構成なので、鉄管６と干渉することはなく、円滑にセグメント５１を建て込み出来る。従って、セグメント５１は、いくつかのセグメントピースを、その中心部分に鉄管６を配置させた形でリング状になるように接続していく形で、先にシールド装置７のカッタヘッド１０が掘削形成した拡大トンネル空間４の外周部に建て込んでいく。
【００２５】このようにして、老朽管３の躯体３１を解体撤去しながら、該老朽管３周囲の地盤２を拡大掘削して拡大トンネル空間４を形成し、ここに新設管５を構築していく一連の作業を、所定のサイクルで繰返していく。すると、老朽化した既設管である老朽管３を新設管５に拡大敷設替えするための一連の作業を、鉄管６の内部に形成した流路ＦＬと何等干渉することなく、シールド装置７の外殻９内で行うことが、効率的且つ確実に行われる。よって、鉄管６内を仮の下水道として利用しながら、作業を行うことが出来る。また、当該管路の拡大敷設替え工事中に、老朽管３の躯体３１が鉄筋コンクリート製であっても、その内部の鉄筋３２が、先に述べたように確実に破砕処理されて、シールド推進動作を阻害することがないので、該老朽管３の拡大敷設替え工事は常に円滑に進行することになる。
【００２６】なお、上述した実施例においては、シールド装置７の外殻９が老朽管３の径より大きな径Ｄ１に形成されている例を述べたが、本発明による拡大シールド装置は、そのカッタヘッドの径が解体すべき既設管より大きな径に形成されていれば良い。従って、図６に示すように、外殻９の径自体は、老朽管３の径より小さく形成されていても構わない。なお、図６に示すような場合においては、当然、老朽管３に替わって建て込まれる新設管の構築方法は、上述した実施例とは異なる他の手法が適用される。また、実施例においては、外殻９等の殻体が、円筒形に形成されているシールド装置７の例を述べたが、殻体は、シールド掘進動作のために地盤２中を推進することが出来れば、必ずしも円筒形である必要はなく、例えば断面が長円形の筒状に形成されていても構わない。さらに、実施例においては、老朽管３の解体後にセグメント５１による新設管５を拡大トンネル空間４に建て込む例を述べたが、新設管の構成は任意である。
【００２７】また、実施例においては、老朽管３の解体敷設替えのために、鉄管６を仮設しておき、該鉄管６内に形成した流路ＦＬを供用しながら、既設管の拡大敷設替え作業を行う例を述べた。しかし、解体すべき既設管が既に使用されていないものであったり、或いは、他のバイパス管を仮設してこれを利用しながらの工事が可能な場合等には、必ずしも鉄管６は必要ない。従って、こうした場合には、内筒２３等の破砕コアは、鉄管６等の仮設管を包囲し得るように筒状になっている必要はなく、柱状或いは塊状等の任意の形状の破砕コアが用いられて差し支えない。さらに、こうした内筒２３等の破砕コアは、必ずしも実施例で述べたようにシールド軸心ＣＬ１を中心にして回転駆動自在になっていなくても構わない。なお、このように、回転しない破砕コアを鉄管６等の仮設管を包囲するように使用する場合でも、該破砕コアが仮設管に対して摺動出来れば、何等問題は生じない。また、内筒２３が回転駆動自在である場合においても、その回転方向及び該回転駆動のための駆動源等は任意である。
【００２８】さらにまた、実施例においては、外殻９の鉄管挿通部９２ａを利用して、該鉄管挿通部９２ａを形成している外殻９の内面部分と鉄管６の外周面との間隙Ｗｎを検知し得るセンサ２８を周方向に沿って複数並べて設けておき、これを位置検出手段として用いて、姿勢制御装置２９と推進ジャッキ２１からなる姿勢調整手段によって、外殻９の鉄管６に対する姿勢を調整しながら、シールド推進を行った例を述べたが、こうした、位置検出手段及び姿勢調整手段の構成及び、その利用方法、装着配設箇所等の選択は任意である。また、こうした、位置検出手段及び姿勢調整手段がない、拡大シールド装置であっても、鉄筋３２等の破砕は可能である。また、実施例においては、老朽管３の躯体３１中に埋設されている鉄筋３２の破砕のための鉄筋破砕ビットとして、内筒２３の外周に破砕突起２５を、また、カッタヘッド１０の案内部１０ｄに鋸刃１０１を設けた例を述べた。しかし、カッタヘッド１０は、本来、躯体３１や地盤２、或いは充填材３３等の破砕に適したビット１１を複数装着して用いるものであるところから、こうした鉄筋破砕の専用のためのビットは、内筒２３の外周のみに設けられていても構わない。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、地盤２中を推進自在な外殻９等の殻体を有し、前記殻体の推進方向前面側にカッタヘッド１０を、シールド軸心ＣＬ１を中心として回転駆動自在な形で設け、前記カッタヘッド１０の掘削面１０ｇを、該掘削面１０ｇの外周側から中心部に向かって窪むように形成し、前記掘削面１０ｇにビット１１を複数装着し、前記殻体に内筒２３等の破砕コアを、前記カッタヘッド１０の中心に突出させる形で設け、前記カッタヘッド１０と前記破砕コアの間に解体物移送空隙２６を筒状に設け、前記破砕コアの外周に破砕突起２５等の鉄筋破砕ビットを、前記解体物移送空隙２６に向けた形で設けて構成したので、既設管の解体に際しては、カッタヘッド１０の回転駆動によって複数のビット１１に既設管を圧壊させる形で解体するが、この際、解体途上の既設管の躯体片や鉄筋等は、カッタヘッド１０の掘削面１０ｇに沿って該掘削面１０ｇの外周側から中心部に向かって移送されて、解体物移送空隙２６に進入し、該解体物移送空隙２６において破砕コアの鉄筋破砕ビットにより破砕処理されることが出来る。従って、本発明によるシールド装置７等の拡大シールド装置を用いれば、解体すべき既設管の躯体が鉄筋コンクリートであった場合にも、該既設管の躯体内部の鉄筋は、確実に解体物移送空隙２６に移送されて破砕処理されるので、該躯体内部の鉄筋がその靭性を介して曲がって内側（シールド軸心側）或いは外側（地山側）に逸れて、シールド推進動作に障害を齊したり、殻体と地山の間で絡み合ってしまう危険性がない。即ち、本発明によれば、鉄筋を確実に破砕しながら既設管の解体撤去を行うことが出来る。よって、老朽化したり、或いは機能不足に陥った既設管を取り囲むように拡大シールド装置を配置させて、該既設管の解体撤去を行いながら、殻体内部の作業空間を利用して新設管の構築作業を行う形で、管渠の解体及び拡大敷設替えを行う作業を、地表面の構造物に影響を与えることなく、地盤２中において円滑に進行させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による拡大シールド装置の一実施例を用いた既設管の拡大敷設替え作業を示す断側面図である。
【図２】図１に示す拡大シールド装置の拡大図である。
【図３】図２に示す拡大シールド装置を前面側から見た図であり、図１のIII、III矢視図である。
【図４】図２に示す拡大シールド装置を背面側から見た一部破断図であり、図１のIV、IV矢視図である。
【図５】本発明による拡大シールド装置を用いた既設管の解体状況を示す一部拡大側面図である。
【図６】本発明による拡大シールド装置の別の実施例を示すモデル図である。
【符号の説明】
２……地盤
３……既設管（老朽管）
６……仮設管（鉄管）
７……拡大シールド装置（シールド装置）
９……殻体（外殻）
１０……カッタヘッド
１０ｇ……掘削面
１０ｄ……部位（案内部）
１０１……鉄筋破砕ビット（鋸刃）
２３……破砕コア（内筒）
２５……鉄筋破砕ビット（破砕突起）
２６……解体物移送空隙
２１……姿勢調整手段（推進ジャッキ）
２９……姿勢調整手段（姿勢制御装置）
２８……位置検出手段（センサ）
ＣＬ１……シールド軸心
Ｄ１……径
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、鉄筋コンクリート製の老朽化した既設管を新設管に拡大敷設替えする際に用いるに好適な、拡大シールド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、下水道等において、老朽化したり、或いは機能不足に陥った既設管を改修、即ちこれを新設管に更新する際には、地上から土留め用杭（シートパイル）を用いて撤去、新設作業を行う開削工法が知られている。しかし、開削工法は公知のように道路事情、周辺環境を悪化させる。そこで、地上環境に極力影響を与えないですむ方法として、既設管より一回り大きな断面のシールド機を該既設管の周囲を取り囲む形で推進させて、既設管の解体撤去を行いながら、新設管に拡大敷設替えするシールド工法が提案されている。例えば、特公平４−１９３５８号公報では、シールド掘削機の掘削刃によって、既設トンネルのセグメントを切削すると同時に、前記既設トンネルより大径のトンネルを掘削すること及び、シールド掘削機のカッタ本体に、既設トンネルのセグメントを切削する切削刃と前記既設トンネルより大径のトンネルを掘削する掘削刃を並設してなる拡大シールド工法を開発している。また、特開平１−２９０８９４号公報では、既設暗渠の敷設替え工法において、鉄筋切断用カッタを有する支持装置と、掘進機のカッタフェイスにカッタビット、ディスクカッタ及びゲージカッタを設けて、上記カッタビットに土砂の掘削を行わせ、ディスクカッタ及びゲージカッタに鉄筋及びコンクリートの破砕を行わせるようにした例が示されている。こうしたシールド工法では、シールド機の前面に取り付けたカッタディスクの回転動作によって、既設管の躯体を圧壊する形でその解体を行う手法が用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、こうしたカッタディスクを用いた手法では、コンクリートや石、陶管、レンガ等のような固いものしか圧壊出来ない、という不都合がある。即ち、既設管の躯体が鉄筋コンクリートであった場合には、ここにディスクカッタを回転させながら当てると、該躯体内部の鉄筋が、その靭性を介して曲がって、内側（シールド軸心側）或いは外側（地山側）に逸れる形で、なかなか切断されない。すると、鉄筋が内側に逸れた場合には、シールド機の隙間から回転機構等に噛み込まれて、該シールド機の推進動作を阻害する危険性があり、一方、外側に逸れた鉄筋はシールド機の外殻と地山の間で絡み合ってしまう。そして、このように一旦、内側或いは外側に逸れた鉄筋の切断は非常に煩雑である。従って、こうした既設管の拡大敷設替えのためのシールド機において、鉄筋の切断を如何にして行うべきかは、解決すべき大命題であった。そこで本発明は、上記事情に鑑み、鉄筋を確実に破砕しながら既設管の解体撤去を行うことが出来る、拡大シールド装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】即ち本発明は、地盤（２）中を推進自在な殻体（９）を有し、前記殻体（９）の推進方向前面側にカッタヘッド（１０）を、シールド軸心（ＣＬ１）を中心として回転駆動自在な形で設け、前記カッタヘッド（１０）の掘削面（１０ｇ）を、該掘削面（１０ｇ）の外周側から中心部に向かって窪むように形成し、前記掘削面（１０ｇ）にビット（１１）を複数装着し、前記殻体（９）に破砕コア（２３）を、前記カッタヘッド（１０）の中心に突出させる形で設け、前記カッタヘッド（１０）と前記破砕コア（２３）の間に解体物移送空隙（２６）を筒状に設け、前記破砕コア（２３）の外周に鉄筋破砕ビット（２５）を、前記解体物移送空隙（２６）に向けた形で設けて、構成される。なお、（ ）内の番号等は、図面における対応する要素を示す、便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。以下の作用の欄についても同様である。
【０００５】
【作用】上記した構成により、本発明は、カッタヘッド（１０）の回転駆動によって複数のビット（１１）に既設管（３）を圧壊させる形で解体するが、この際、解体途上の既設管（３）の躯体片（３１’）や鉄筋（３２）等は、カッタヘッド（１０）の掘削面（１０ｇ）に沿って該掘削面（１０ｇ）の外周側から中心部に向かって移送されて、解体物移送空隙（２６）に進入し、該解体物移送空隙（２６）において破砕コア（２３）の鉄筋破砕ビット（２５）により破砕処理されるように作用する。
【０００６】
【実施例】図１は本発明による拡大シールド装置の一実施例を用いた既設管の拡大敷設替え作業を示す断側面図、図２は図１に示す拡大シールド装置の拡大図、図３は図２に示す拡大シールド装置を前面側から見た図であり、図１のIII、III矢視図、図４は図２に示す拡大シールド装置を背面側から見た一部破断図であり、図１のIV、IV矢視図、図５は本発明による拡大シールド装置を用いた既設管の解体状況を示す一部拡大側面図、図６は本発明による拡大シールド装置の別の実施例を示すモデル図である。
【０００７】拡大敷設替え作業を行っている下水道１には、図１左部に示すように、解体中の既設管である老朽管３と、図１右部に示すように、敷設中の新設管５が、地面２ａからそれぞれ所定土被りをなす位置の地盤２中に埋設された形で配設されており、また老朽管３と新設管５の内部には、その内部に図１矢印Ａ方向側からＢ方向側に向かう下水の流路ＦＬが形成された鉄管６が、図１R>１左側のマンホール２ｓと右側のマンホール２ｓを接続する形で、該老朽管３から新設管５への拡大敷設替え作業中の仮設管としてここに設けられている。老朽管３と新設管５の間には、該老朽管３を解体撤去して新設管５を構築するための拡大シールド装置として、シールド装置７が設けられており、シールド装置７は、図１矢印Ｂ方向側から矢印Ａ方向側に向けて老朽管３を解体しながら、該シールド装置７に後続させるように新設管５を構築する形で、図１矢印Ａ方向側に向けて地盤２中を推進している。
【０００８】老朽管３は、図３二点鎖線で示すように、その断面が門型に形成されたコンクリート製の躯体３１を有しており、躯体３１の内部には鉄筋３２が、該老朽管３の管軸方向及び周方向に沿って複数埋設配筋されている。また、解体作業中の老朽管３の内部には、図１に示すように、モルタル等からなる充填材３３が、先に述べたように該老朽管３の内部に仮設された鉄管６の外周との間の間隙を全て充填された形で、環状に設けられており、さらに、老朽管３の図１左側のマンホール２ｓとの接続箇所には、バルクヘッド３５が、充填材３３の端部を閉塞した形で側蓋状に設けられている。そして、老朽管３は、シールド装置７によって矢印Ｂ方向側から矢印Ａ方向側に向けて解体されつつある形で、その後端３ｂが、シールド装置７の前面と対向する形になっている。
【０００９】一方、新設管５は、図１又は図２に示すように、シールド装置７の外殻９の内径に対応した外径の円環状に形成されており、新設管５は、例えば鉄筋コンクリート、或いはスチール等からなるセグメント５１を、該セグメント５１を構成している各々のセグメントピースを１リングの幅Ｌ１をなす形で円環状にジョイントして、これを地盤２中に埋設定着させた形で形成されている。即ち、新設管５は、シールド装置７が老朽管３の解体と同時に該老朽管３周囲の地盤２を円筒状に拡大掘削して形成した拡大トンネル空間４に建て込み構築されており、従って、新設管５の前端５ａを形成しているセグメント５１は、シールド装置７の外殻９内に、１乃至２リング分入り込み配置した形になっている。
【００１０】そして、本発明による拡大シールド装置であるシールド装置７は、図１に示すように、掘削チャンバ１０ｃに泥土４０を供給しながら、未だ解体されていない老朽管３とその周囲の切羽２ｂ及び該老朽管３内の充填材３３を掘削する形で推進し、該掘削によって生じる掘削ズリ４１を後方側である矢印Ｂ方向側に回収排出するものであり、シールド装置７は、図２に示すように、解体すべき老朽管３の外径より大きな所定の外径Ｄ１をなす形で略円筒形に形成された殻体である外殻９を有している。シールド装置７は、前記老朽管３のうち、既に撤去更新された部分を除く矢印Ｂ方向側の後端３ｂ付近において、そのカッタヘッド１０の外周が前記鉄管６の外方を包囲し、該鉄管６を外殻９の内部に貫通させた形で、該外殻９が地盤２中を推進するように配設されており、また、先に述べたように外殻９内に入り込み配置させた新設管５の外周面との間隙は、ワイヤブラシ式のテールシール９１によってシールされた形になっている。
【００１１】外殻９の矢印Ａ方向側に示す推進方向前面側には、図２に示すように、前記鉄管６を包囲するように、即ち矢印Ａ、Ｂ方向に貫通させた形で真中穴開き円盤状に形成されて、外殻９と同様に老朽管３より大径に形成されたカッタヘッド１０が、該カッタヘッド１０に接続された油圧モータ１０ａや該鉄管６に嵌合された大口径ベアリング１０ｆを介して、シールド軸心ＣＬ１を回転中心にして回転駆動自在な形で設けられており、カッタヘッド１０の矢印Ａ方向側に示す前面部分には、掘削面１０ｇが、該掘削面１０ｇの外周側から中心部に向かって窪むように形成されている。掘削面１０ｇは、その外側から内側にかけてすり鉢状に陥没するよう傾斜した形のカッタホイール１０ｂによって形成されており、カッタホイール１０ｂは、カッタヘッド１０の回転動作によって鉄管６の周りを図２紙面と交差方向（即ち図３矢印Ｃ、Ｄ方向）に回転自在な形になっている。掘削面１０ｇを形成しているカッタホイール１０ｂには複数のビット１１が装着されており、複数のビット１１は、図３R>３に示すように、カッタホイール１０ｂの外周から中心に向けて（図３矢印Ｅ、Ｆ方向に沿って）２乃至３ヶづつ並ぶものが、回転方向である矢印Ｃ、Ｄ方向に沿って何列かをなし、且つその回転によって解体すべき老朽管３の図３二点鎖線で示す端部断面形状を覆う形になるよう、配置装着されている。また、カッタホイール１０ｂには、図２に示すように、その最内方部分が鉄管６の外周に沿って若干後方側（矢印Ｂ方向側）に向けて褶曲する形で案内部１０ｄが形成されており、案内部１０ｄには鋸刃１０１が、図２矢印Ａ、Ｂ方向に略沿って且つ図２R>２紙面と交差方向に複数並ぶ形で、鉄筋破砕ビットとして配設されている。
【００１２】またカッタヘッド１０内には、掘削チャンバ１０ｃが、前記鉄管６を中心部に挿嵌させてその周囲に配置する形で形成されており、さらに、カッタヘッド１０には掘削チャンバ１０ｃの後側に配置する形で土砂シール１２が、掘削チャンバ１０ｃ内外をシールする形で設けられている。土砂シール１２の後方側には、図２に示すように、掘削チャンバ１０ｃに泥土４０を送給するための送泥管１３が、前記図１右側のマンホール２ｓ位置まで延長接続された形で設けられており、送泥管１３には吐出口１３ａが、掘削チャンバ１０ｃの上部で開口する形で設けられている。また、シールド装置７には、そのカッタヘッド１０の前記案内部１０ｄを介して掘削チャンバ１０ｃに取り込まれた掘削ズリ４１を、該シールド装置７より後方側に排出するための排泥管１５が、図１右側に示すマンホール２ｓ位置まで延長接続された形で、配設されており、排泥管１５には、取込口１５ａが、掘削チャンバ１０ｃの下部で開口する形で設けられている。また、排泥管１５の管路中にはクラッシャー１６が、該排泥管１５の取込口１５ａから取り込まれた掘削ズリ４１中のコンクリートガラ、即ち躯体片３１’や鉄筋３２等を細かく粉砕して、該排泥管１５中を圧送し得るように設けられており、即ち、この際の掘削ズリ４１とは地盤２を掘削したことと、鉄筋３２を含めた躯体３１及びその内部に充填された充填材３３の切断によって形成されている。
【００１３】また、外殻９内のガーダー部９２の後側である矢印Ｂ方向側には、図２又は図４に示すように、新設管５のセグメント５１を形成するための各セグメントピースを建て込むエレクタ１７が、設けられており、エレクタ１７は、図４に示すように、外殻９の内周との間に所定の間隙Ｌ２をなす形で板輪状に形成されたガイドリング１９の回転動作によって、矢印Ｃ、Ｄ方向に示すシールド内周方向に沿って移動自在になっている。即ち、外殻９の内周には、図４に示すように、いくつかのガイドローラ２０が、上記ガイドリング１９と外殻９の間隙Ｌ２に対応した長さの支持杆２０ａの先端において、図４矢印Ｍ、Ｎ方向に回転自在な形で装着されており、ガイドリング１９は、該いくつかのガイドローラ２０によって、外殻９の内方側においてシールド内周方向に沿って回転駆動され得る形に保持されている。ガイドリング１９には、前記エレクタ１７のア−ム１７ａが、該ガイドリング１９を介してシールド内周方向（矢印Ｃ、Ｄ方向）に回転自在で且つ放射方向である矢印Ｅ、Ｆ方向に突出後退駆動自在な形で装着されており、ア−ム１７ａにはセグメント把持部１７ｂが、前記セグメントピースを把持解放自在な形で設けられている。
【００１４】また、外殻９の後部には、図２に示すように、シールド装置７全体をその推進方向である矢印Ａ方向側に向けて地盤２中に推進させ得る推進ジャッキ２１が、図４に示すように、外殻９の内周に沿って複数固定装着されており、各推進ジャッキ２１には図２に示すように、ラム２１ａが、先に述べたように既に出来ていて外殻９の内側に入り込み配置している新設管５の前端５ａに推進反力を求めて、矢印Ａ、Ｂ方向に突出後退駆動自在な形で設けられている。なお、推進ジャッキ２１の後側である各ラム２１ａの先端側にはスプレッダ２２がそれぞれ装着されており、従って、複数の推進ジャッキ２１の推進力は、外殻９の内周に沿って並ぶ複数のスプレッダ２２によって、新設管５の前端５ａの全域に均等に分配され得るようになっている。
【００１５】さらにシールド装置７の外殻９内には、図２R>２に示すように、前記鉄管６の外径より若干大きな内径をなす円筒形に形成された破砕コアである内筒２３が、該鉄管６の外側を包囲する形で（即ちその内部に鉄管６を挿通させた形で）、前記カッタヘッド１０の中心に突出するように設けられており、実施例における内筒２３は、該カッタヘッド１０の回転動作に連動して、ゆっくりとシールド周方向（図３矢印Ｃ、Ｄ方向）に回転駆動し得るようになっている。内筒２３の内周面の図２矢印Ａ方向側に示す前端付近には、該内筒２３と鉄管６との間をシールし得る形で環状に形成されたパッキン２４が嵌着されており、パッキン２４は、内筒２３が鉄管６に対して回転自在な形でここに設けられている。
【００１６】内筒２３の外周には、耐摩耗性硬質材料からなる破砕突起２５が、鉄筋破砕ビットとして溶着されており、破砕突起２５は、図２に示すように、前記カッタヘッド１０の案内部１０ｄに設けられた鋸刃１０１と、有る程度の間隙をもって対向し合う形になっている。当該間隙によって、シールド装置７には、カッタヘッド１０と内筒２３の間に解体物移送空隙２６が円筒状に形成された形になっており、上述した破砕突起２５は、該解体物移送空隙２６に向いた形で内筒２３に設けられている。また、上述した鋸刃１０１は、カッタヘッド１０における解体物移送空隙２６と対向する部位である案内部１０ｄに設けられた形になっており、従って、老朽管３の躯体片３１’や鉄筋３２、或いは充填材３３、及び地盤２等による掘削ズリ４１は、該解体物移送空隙２６を介して、前記掘削チャンバ１０ｃ内に取り込むことが出来るようになっている。
【００１７】また、内筒１６の内周側には、図２に示すように、鉄管６の外周面に対して回転自在なガイドローラ２７Ａが、該内筒２６の内周方向に沿って複数設けられている。さらに、シールド装置７の後部に位置するガーダー部９２には鋼管挿通部９２ａが、該鋼管挿通部９２ａの軸心をシールド装置７の軸心ＣＬ１と一致させた形で、矢印Ａ、Ｂ方向に貫通するよう形成されており、鋼管挿通部９２ａには、ガイドローラ２７Ａと同様のガイドローラ２７Ｂが、鋼管６の外周面に対して回転自在な形で、周方向に複数設けられている。そして、後側のガイドローラ２７Ｂが設けられた鋼管挿通部９２ａには、該鋼管挿通部９２ａを形成しているガーダー内面と、鉄管６の外周面との間の間隙Ｗｎを検知し得るセンサ２８が、外殻９の鉄管６に対する位置を検出する位置検出手段として、シールド内周方向に沿って複数設けられており、これ等複数のセンサ２８は、姿勢制御装置２９にそれぞれ接続されている。
【００１８】姿勢制御装置２９は、複数のセンサ２８が検知する間隙Ｗｎの値の各々に対応した駆動量だけ、前記複数の推進ジャッキ２１の各々を駆動させる形で、常に該複数の間隙Ｗｎが一致した値に近づくようシールド装置７の姿勢制御を行っており、即ち、姿勢制御装置２９と複数の推進ジャッキ２１は、複数のセンサ２８によって検出された外殻９の鉄管６に対する位置に基づいて、該外殻９の姿勢を調整する形で、シールド装置７における姿勢調整手段を構成している。これによって、シールド装置７は、鋼管６の軸心がシールド軸心ＣＬ１に一致した形になるよう該鋼管６を挿通支持した状態で、矢印Ａ方向側に向けて推進動作を行うことが出来るように制御されている。
【００１９】下水道１とシールド装置７は、以上のような構成を有しているので、該シールド装置７を用いて老朽管３の改修を行うには、該老朽管３の通水を一旦停止、或いは他のルートに切替えておく等して、ヘドロ処理、管内洗浄、枝管撤去等と、該老朽管３の上方における地面２ａ部分の陥没対策として路面仮覆工を行う等の事前処理を施すと共に、マンホール２ｓ、２ｓを接続する形で、鉄管６を仮設する。この際、鉄管６は、所定長さに形成したものをマンホール２ｓから投入し、これをトンネル軸方向に並べて順次溶接していく形で複数継ぎ足すことによって、老朽管３内に簡単に仮設することが出来る。なお、マンホール２ｓは、図１破線で示すように拡大して、作業用立坑として利用しても良い。こうして、いままで老朽管３に流れていた下水を、該老朽管３内に仮設した鉄管６内の流路ＦＬに集めて流すと、該鉄管６の外側に位置する老朽管３内の領域は、下水が流れていないドライな状態になる。
【００２０】そこで、鉄管６の外側の老朽管３内にモルタル等の低強度硬化性材料からなる充填材３３を充填する。即ち、シールド装置７のカッタヘッド１０の回転時に、各ビット１１が地盤２、老朽管３、充填材３３等の、何等かの固い部材を削る形になるように、準備しておく。この状態で、図１右部の破線に示すように、マンホール２ｓを利用した適宜な発進立坑からシールド装置７を発進させる。この際、シールド装置７は、図１に示すように、その外殻９を、未だ解体撤去されていない老朽管３の後端３ｂからその後側にかけて、該外殻９が鉄管６の外方を包囲する形で、即ち、内筒２３が鉄管６を包囲する形になるよう、配置させる。そして、シールド前部においては、老朽管３の躯体３１の解体撤去と該老朽管３の周囲の地盤２の掘削作業を行い（即ち既設管路の拡大）、一方シールド後部では、セグメントピースを建て込む形で、該老朽管３より１回り大きな形の新設管５のセグメント５１を１リングづつ構築していく（即ち管路の更新）。
【００２１】シールド装置７を推進させるには、まず、複数の推進ジャッキ２１の各ラム２１ａを突出駆動させて、スプレッダ２２を介して建て込み構築済みの新設管５の前端５ａに外殻９を接続支持させる。なお、シールド装置７の掘進初期には、マンホール２ｓを利用した立坑に設置した架台に外殻９を支持させる形で、推進を開始させ、該外殻９の前進分だけこれより後方側に新設管５のセグメント５１を、地盤２に支持させる形で建て込んでいって、有る程度セグメント５１を建て込んだところで、上述したようにシールド装置７を新設管５に支持させる。こうしておいて、送泥管１３を介して泥土４０を、掘削チャンバ１０ｃに供給し、該掘削チャンバ１０ｃに供給充填した泥土４０の土圧によって、地盤２の切羽２ｂや未だ解体撤去されていない躯体３１及び充填材３３等を抑えながら、カッタヘッド１０を、図３矢印Ｃ又はＤ方向に回転駆動させる。また、この際内筒２３もゆっくりと回転駆動させる。すると、カッタヘッド１０のカッタホイール１０ｂに装着されている複数のビット１１は、図３矢印Ｃ又はＤ方向に回転駆動されながら、推進ジャッキ２１を介して矢印Ａ方向側に示す前方側に向けて押圧される。これによって、カッタホイール１０ｂに装着されている複数のビット１１は、図２に示すように、その掘削面１０ｇが接している地盤２、老朽管３の後端３ｂ、該老朽管３内の充填材３３等に押圧されながら回転する形で、これ等を圧壊破砕する。そして、当該地盤２、老朽管３、充填材３３が圧壊した分だけ、シールド装置７は、矢印Ａ方向に推進することが出来る。また、当該シールド装置７の推進動作によって、老朽管３の周囲の地盤２は、径Ｄ１をなす該シールド装置７のカッタヘッド１０に対応した径に拡大掘削される。即ち、シールド装置７のカッタヘッド１０より後方側には、老朽管３による管路の径が拡大した形の拡大トンネル空間４が、径略Ｄ１をなす円柱状に形成される。
【００２２】ところで、シールド装置７は、その推進動作時に、老朽管３の躯体３１中に埋設されている鉄筋３２を破砕しながら、該躯体３１を圧壊しなければならない。この際、躯体３１は、図５に示すように、老朽管３の外側に位置する地盤２と該老朽管３内に充填された充填材３３によってその内壁面と外壁面の両側を拘束された形で、回転駆動中のビット１１と接触する形になる。そして、カッタヘッド１０の掘削面１０ｇは、その外周側から中心部に向かって窪むように形成されているところから、ビット１１に接触して破砕された地盤２、躯体３１の躯体片３１’、充填材３３の破砕片は、該掘削面１０ｇの傾斜形状に沿って、該掘削面１０ｇを形成しているカッタホイール１０ｂの中心部に集まる形で、解体物移送空隙２６側に案内されてくる。そして、該破断片は掘削ズリ４１として、解体物移送空隙２６を介して後方側である矢印Ｂ方向側即ち掘削チャンバ１０ｃ内に送られる。また、躯体３１の内部には鉄筋３２が、管軸方向及び該管周方向に沿って並んで複数設けられているが、該鉄筋３２は、たとえ、ビット１１と接触したときにすぐに切断されなくても、カッタホイール１０ｂの傾斜形状によって、内方側に褶曲する形で、カッタヘッド１０の中心部側に寄る。即ち地山２側に逃げない。そして、該鉄筋３２は、図５に示すように、解体物移送空隙２６において、カッタヘッド１０の案内部１０ｄに設けられた鋸刃１０１と、内筒２３の破砕突起２５によって擦り潰される形で、破砕される。従って、鉄筋３２は、切断されずにどこかに逸れてしまうことがなく、確実に破砕された状態で、掘削チャンバ１０ｃに送られる。そこで上述したように、シールド装置７の推進動作を介して老朽管３の解体及び管路の拡大を行ったことによって形成された、掘削チャンバ１０ｃ内の掘削ズリ４１は、取込口１５ａを介してクラッシャ１６を通過させて、さらに粉砕しながら、排泥管１５を介してシールド後方側に搬送し、マンホール２ｓを介して管外に搬出する。
【００２３】こうして、上述したようにシールド装置７を、矢印Ａ方向に向けて所定距離、即ち例えば新設されるセグメント５１のリング幅Ｌ１と対応する形の推進ジャッキ２１のストローク分だけ推進させる。するとこのとき、内筒２３は鉄管６に対してゆっくりと回転駆動されており、また、内筒２３の先端部には、パッキン２４があるので、該内筒２３と鉄管６との間に被掘削物が目詰まりすることなく、シールド装置７は円滑に推進する。また、当該シールド推進動作時に、シールド装置７の姿勢制御装置２９は、推進動作と同時に、周方向に沿って複数並ぶセンサ２８の各々に、鋼管挿通部９２ａのガーダー内面と鋼管６の外周面との間の間隙Ｗｎをそれぞれ検知させ、該間隙Ｗｎの値の各々に対応した量だけ各推進ジャッキ２１を駆動させるように、該複数の推進ジャッキ２１を制御駆動する。即ち、シールド装置７は、外殻９の鉄管６に対する位置をセンサ２８に検知させ、該検知された結果に基づいて、姿勢制御装置２９と推進ジャッキ２１によって、該外殻９が鉄管６に対して所定の位置状態をなすように、その姿勢を調整していく。これによって、シールド装置７は、常に、シールド軸心ＣＬ１を鋼管６の軸心に一致させた形になるように、その推進時の姿勢が制御される。すると、シールド装置７の各構成要素が鉄管６とせり合って、該鉄管６を変形させてしまう危険性はない。また、シールド装置７は、既にマンホール２ｓ、２ｓを接続するよう仮設された鉄管６に案内される形で、正確な方向に推進出来る。よって、老朽管３があった周囲の正しい位置に、拡大トンネル空間４が形成されて、ここに新設管５が更新構築され得る。
【００２４】即ち上述のように、老朽管３、及びその周囲の地盤２とその内部の充填材３３を圧壊しながらシールド装置７の外殻９を距離Ｌ１分だけ推進させて、この状態で、推進ジャッキ２１を後退駆動させると、該後退した推進ジャッキ２１のラム２１ａに装着されたスプレッダ２２と、いままであった新設管５の前端５ａとの間には、新たに１リング分のセグメント５１を建て込むべき空間が形成される。そこで、該空間に、エレクタ１７を用いてセグメント５１を建て込む形で、新設管５を構築延長する。なお、エレクタ１７は、その中心部に鉄管６を挿通配置させた形のガイドリング１９にア−ム１７ａを介してセグメント把持部１７ｂが装着されている構成なので、鉄管６と干渉することはなく、円滑にセグメント５１を建て込み出来る。従って、セグメント５１は、いくつかのセグメントピースを、その中心部分に鉄管６を配置させた形でリング状になるように接続していく形で、先にシールド装置７のカッタヘッド１０が掘削形成した拡大トンネル空間４の外周部に建て込んでいく。
【００２５】このようにして、老朽管３の躯体３１を解体撤去しながら、該老朽管３周囲の地盤２を拡大掘削して拡大トンネル空間４を形成し、ここに新設管５を構築していく一連の作業を、所定のサイクルで繰返していく。すると、老朽化した既設管である老朽管３を新設管５に拡大敷設替えするための一連の作業を、鉄管６の内部に形成した流路ＦＬと何等干渉することなく、シールド装置７の外殻９内で行うことが、効率的且つ確実に行われる。よって、鉄管６内を仮の下水道として利用しながら、作業を行うことが出来る。また、当該管路の拡大敷設替え工事中に、老朽管３の躯体３１が鉄筋コンクリート製であっても、その内部の鉄筋３２が、先に述べたように確実に破砕処理されて、シールド推進動作を阻害することがないので、該老朽管３の拡大敷設替え工事は常に円滑に進行することになる。
【００２６】なお、上述した実施例においては、シールド装置７の外殻９が老朽管３の径より大きな径Ｄ１に形成されている例を述べたが、本発明による拡大シールド装置は、そのカッタヘッドの径が解体すべき既設管より大きな径に形成されていれば良い。従って、図６に示すように、外殻９の径自体は、老朽管３の径より小さく形成されていても構わない。なお、図６に示すような場合においては、当然、老朽管３に替わって建て込まれる新設管の構築方法は、上述した実施例とは異なる他の手法が適用される。また、実施例においては、外殻９等の殻体が、円筒形に形成されているシールド装置７の例を述べたが、殻体は、シールド掘進動作のために地盤２中を推進することが出来れば、必ずしも円筒形である必要はなく、例えば断面が長円形の筒状に形成されていても構わない。さらに、実施例においては、老朽管３の解体後にセグメント５１による新設管５を拡大トンネル空間４に建て込む例を述べたが、新設管の構成は任意である。
【００２７】また、実施例においては、老朽管３の解体敷設替えのために、鉄管６を仮設しておき、該鉄管６内に形成した流路ＦＬを供用しながら、既設管の拡大敷設替え作業を行う例を述べた。しかし、解体すべき既設管が既に使用されていないものであったり、或いは、他のバイパス管を仮設してこれを利用しながらの工事が可能な場合等には、必ずしも鉄管６は必要ない。従って、こうした場合には、内筒２３等の破砕コアは、鉄管６等の仮設管を包囲し得るように筒状になっている必要はなく、柱状或いは塊状等の任意の形状の破砕コアが用いられて差し支えない。さらに、こうした内筒２３等の破砕コアは、必ずしも実施例で述べたようにシールド軸心ＣＬ１を中心にして回転駆動自在になっていなくても構わない。なお、このように、回転しない破砕コアを鉄管６等の仮設管を包囲するように使用する場合でも、該破砕コアが仮設管に対して摺動出来れば、何等問題は生じない。また、内筒２３が回転駆動自在である場合においても、その回転方向及び該回転駆動のための駆動源等は任意である。
【００２８】さらにまた、実施例においては、外殻９の鉄管挿通部９２ａを利用して、該鉄管挿通部９２ａを形成している外殻９の内面部分と鉄管６の外周面との間隙Ｗｎを検知し得るセンサ２８を周方向に沿って複数並べて設けておき、これを位置検出手段として用いて、姿勢制御装置２９と推進ジャッキ２１からなる姿勢調整手段によって、外殻９の鉄管６に対する姿勢を調整しながら、シールド推進を行った例を述べたが、こうした、位置検出手段及び姿勢調整手段の構成及び、その利用方法、装着配設箇所等の選択は任意である。また、こうした、位置検出手段及び姿勢調整手段がない、拡大シールド装置であっても、鉄筋３２等の破砕は可能である。また、実施例においては、老朽管３の躯体３１中に埋設されている鉄筋３２の破砕のための鉄筋破砕ビットとして、内筒２３の外周に破砕突起２５を、また、カッタヘッド１０の案内部１０ｄに鋸刃１０１を設けた例を述べた。しかし、カッタヘッド１０は、本来、躯体３１や地盤２、或いは充填材３３等の破砕に適したビット１１を複数装着して用いるものであるところから、こうした鉄筋破砕の専用のためのビットは、内筒２３の外周のみに設けられていても構わない。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、地盤２中を推進自在な外殻９等の殻体を有し、前記殻体の推進方向前面側にカッタヘッド１０を、シールド軸心ＣＬ１を中心として回転駆動自在な形で設け、前記カッタヘッド１０の掘削面１０ｇを、該掘削面１０ｇの外周側から中心部に向かって窪むように形成し、前記掘削面１０ｇにビット１１を複数装着し、前記殻体に内筒２３等の破砕コアを、前記カッタヘッド１０の中心に突出させる形で設け、前記カッタヘッド１０と前記破砕コアの間に解体物移送空隙２６を筒状に設け、前記破砕コアの外周に破砕突起２５等の鉄筋破砕ビットを、前記解体物移送空隙２６に向けた形で設けて構成したので、既設管の解体に際しては、カッタヘッド１０の回転駆動によって複数のビット１１に既設管を圧壊させる形で解体するが、この際、解体途上の既設管の躯体片や鉄筋等は、カッタヘッド１０の掘削面１０ｇに沿って該掘削面１０ｇの外周側から中心部に向かって移送されて、解体物移送空隙２６に進入し、該解体物移送空隙２６において破砕コアの鉄筋破砕ビットにより破砕処理されることが出来る。従って、本発明によるシールド装置７等の拡大シールド装置を用いれば、解体すべき既設管の躯体が鉄筋コンクリートであった場合にも、該既設管の躯体内部の鉄筋は、確実に解体物移送空隙２６に移送されて破砕処理されるので、該躯体内部の鉄筋がその靭性を介して曲がって内側（シールド軸心側）或いは外側（地山側）に逸れて、シールド推進動作に障害を齊したり、殻体と地山の間で絡み合ってしまう危険性がない。即ち、本発明によれば、鉄筋を確実に破砕しながら既設管の解体撤去を行うことが出来る。よって、老朽化したり、或いは機能不足に陥った既設管を取り囲むように拡大シールド装置を配置させて、該既設管の解体撤去を行いながら、殻体内部の作業空間を利用して新設管の構築作業を行う形で、管渠の解体及び拡大敷設替えを行う作業を、地表面の構造物に影響を与えることなく、地盤２中において円滑に進行させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による拡大シールド装置の一実施例を用いた既設管の拡大敷設替え作業を示す断側面図である。
【図２】図１に示す拡大シールド装置の拡大図である。
【図３】図２に示す拡大シールド装置を前面側から見た図であり、図１のIII、III矢視図である。
【図４】図２に示す拡大シールド装置を背面側から見た一部破断図であり、図１のIV、IV矢視図である。
【図５】本発明による拡大シールド装置を用いた既設管の解体状況を示す一部拡大側面図である。
【図６】本発明による拡大シールド装置の別の実施例を示すモデル図である。
【符号の説明】
２……地盤
３……既設管（老朽管）
６……仮設管（鉄管）
７……拡大シールド装置（シールド装置）
９……殻体（外殻）
１０……カッタヘッド
１０ｇ……掘削面
１０ｄ……部位（案内部）
１０１……鉄筋破砕ビット（鋸刃）
２３……破砕コア（内筒）
２５……鉄筋破砕ビット（破砕突起）
２６……解体物移送空隙
２１……姿勢調整手段（推進ジャッキ）
２９……姿勢調整手段（姿勢制御装置）
２８……位置検出手段（センサ）
ＣＬ１……シールド軸心
Ｄ１……径
【特許請求の範囲】
【請求項１】地盤中を推進自在な殻体を有し、前記殻体の推進方向前面側にカッタヘッドを、シールド軸心を中心として回転駆動自在な形で設け、前記カッタヘッドの掘削面を、該掘削面の外周側から中心部に向かって窪むように形成し、前記掘削面にビットを複数装着し、前記殻体に破砕コアを、前記カッタヘッドの中心に突出させる形で設け、前記カッタヘッドと前記破砕コアの間に解体物移送空隙を筒状に設け、前記破砕コアの外周に鉄筋破砕ビットを、前記解体物移送空隙に向けた形で設けて構成した、拡大シールド装置。
【請求項１】地盤中を推進自在な殻体を有し、前記殻体の推進方向前面側にカッタヘッドを、シールド軸心を中心として回転駆動自在な形で設け、前記カッタヘッドの掘削面を、該掘削面の外周側から中心部に向かって窪むように形成し、前記掘削面にビットを複数装着し、前記殻体に破砕コアを、前記カッタヘッドの中心に突出させる形で設け、前記カッタヘッドと前記破砕コアの間に解体物移送空隙を筒状に設け、前記破砕コアの外周に鉄筋破砕ビットを、前記解体物移送空隙に向けた形で設けて構成した、拡大シールド装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開平７−２５９４８５
【公開日】平成７年（１９９５）１０月９日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平６−７６３４５
【出願日】平成６年（１９９４）３月２４日
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【出願人】（０００００１３１７）株式会社熊谷組 (551)
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】（０００２３５５４３）飛島建設株式会社 (132)
【出願人】（０００１９５９７１）西松建設株式会社 (329)
【出願人】（０００１４０９８２）株式会社間組 (11)
【出願人】（０００１７４９４３）三井建設株式会社 (346)
【公開日】平成７年（１９９５）１０月９日
【国際特許分類】
【出願日】平成６年（１９９４）３月２４日
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【出願人】（０００００１３１７）株式会社熊谷組 (551)
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】（０００２３５５４３）飛島建設株式会社 (132)
【出願人】（０００１９５９７１）西松建設株式会社 (329)
【出願人】（０００１４０９８２）株式会社間組 (11)
【出願人】（０００１７４９４３）三井建設株式会社 (346)
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