JPH0571296A - シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シールド掘進機の断続的な進行や、地山に空
洞がある場合においても、履工材料の圧力を常に地山の
土圧・水圧より高く保つ。 【構成】 外殻をなすスキンプレート１１と、地山を掘
削するカッター装置１２と、推進ジャッキ１３とを設備
している。該スキンプレート１１のテール部は、外筒２
０と、この外筒２０より小径に形成された内筒２１とか
らなる。これら外筒２０、内筒２１間には、コンクリー
トピストン室２３を設け、該コンクリートピストン室２
３内に押出しピストン２４を設け、該押出しピストン２
４を弾発装置７０を介して圧力保持ジャッキ２５によっ
て前後にスライド自在に収納する。 【効果】 シールド掘進機の断続的な進行や、地山に空
洞がある場合においても、圧力の保持を十分に実施し得
て圧力の低下を確実に防止することができるとともに、
漏水がなく、高強度の高品質の覆工材料の打設をするこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シールド掘進機に係
り、特に、場所打ちコンクリート等の履工材料により、
シールドトンネルの履工を行う施行方法に適用して好適
なシールド掘進機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シールドトンネルにおける履工方法にお
いて、場所打ちコンクリートによる履工方法は、通常、
外形円筒状のシールド掘進機を用い、このシールド掘進
機の前面に設けられたカッター装置で地盤を掘削しつ
つ、掘進されたトンネルの周壁を所定の間隔を空けて型
枠によって覆い、この型枠と前記周壁との間に鉄筋を配
置し、コンクリートを打設し、押圧ジャッキの作動によ
りコンクリートを押圧して、シールド掘進機全体を前進
させるといった工程を繰り返し行うものである。

【０００３】ところで、このような施工方法では、押圧
ジャッキの先端に妻枠リングを設け、型枠とトンネル周
壁との空間を閉塞するようにしている。この妻枠リング
は、鉄筋組立の時に盛り替えられ、押圧ジャッキのロッ
ドに伴って移動する。この時に、コンクリートの圧力保
持が出来なくなるため、コンクリート中に地山の土砂、
地下水が混入し、高品質なコンクリートの打設ができ
ず、コンクリートの破壊や漏水が起こる。これをコンク
リートの強度に依存するためには、コンクリートの強度
発現までの間、コンクリートの養生が必要となり、施工
時間が長くなるといった問題があった。

【０００４】そこで、このような問題を解決する手段と
して、先行技術は、場所打ちコンクリート内に反力をと
ってコンクリートの圧縮を保持する環状の圧力リング
を、型枠とトンネル周壁との間にタイロッドにより保持
しつつ配置し、履工材料中に埋め込む手段を開示してい
る（特開平１ー１９０９００号公報「場所打ちシールド
掘進機」）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
先行技術の手段によっても、次のような解決すべき課題
が残されている。第１に、先行技術の手段では、地山の
圧力よりも常にコンクリートの圧力を高く保つための圧
力維持装置がないので、初めは圧力の保持ができたとし
ても、除々に圧力の低下が起きてしまう点である。第２
に、圧力保持リングにより、スムーズな掘進中や鉄筋・
型枠の組立時には圧力保持ができたとしても、シールド
掘進機の断続的な進行や、地山に空洞がある場合には、
急激なコンクリート充填必要体積が増加することによ
り、圧力の急降下が起こり、高品質のコンクリート履工
体の構築が困難であった。

【０００６】本発明は前記課題を有効に解決するもの
で、その目的とするところは、シールド掘進機の断続的
な進行や、地山に空洞がある場合においても、履工材料
の圧力を常に地山の土圧・水圧より高く保ちながら、鉄
筋の組み立て、コンクリートの打設を実施し得て、高品
質な履工を行うことのできるシールド掘進機を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のシールド
掘進機は、外殻をなす円筒状のスキンプレートと、該ス
キンプレートの前端部に備えられた駆動手段によって回
転させられて地山を掘削するカッター装置と、前記スキ
ンプレートの内部に形成された仕切板に基端が連結され
た推進ジャッキとを設備したシールド掘進機において、
前記スキンプレートのテール部が外筒と内筒とにより二
重に形成され、このテール部の内筒と外筒との間にスキ
ンプレートの半径方向に延びる隔壁を複数形成して押出
しピストンを収める複数のコンクリートピストン室が設
けられ、該コンクリートピストン室内に押出しピストン
が挿入され、前記仕切板に複数の圧力保持ジャッキが設
けられるとともに、該圧力保持ジャッキと押出しピスト
ンとが弾発装置を介して連結されていることを特徴とす
るシールド掘進機。

【０００８】請求項２記載のシールド掘進機は、請求項
１記載のシールド掘進機において、前記弾発装置にバネ
が設けられていることを特徴とするものである。

【０００９】請求項３記載のシールド掘進機は、請求項
１記載のシールド掘進機において、前記弾発装置にエア
ーダンパーが設けられていることを特徴とするものであ
る。

【００１０】

【作用】請求項１記載のシールド掘進機によれば、圧力
保持ジャッキと押出しピストンとが弾発装置を介して連
結されているため、シールド掘進機の断続的な進行や、
地山に空洞がある場合において、押出しピストンを素早
く押し出し、急激な圧力の低下を防止し、その後圧力保
持ジャッキの延伸により所定の圧力を保持することがで
きる。そして、隔壁を形成してコンクリートピストン室
が設けられているため、複数のコンクリートピストン室
をあらかじめ工場等で製造することができる。このた
め、コンクリートピストン室を高精度に製作することが
でき、高圧に耐えるシールを製作することができるとと
もに、コンクリート硬化後に、ピストンをコンクリート
ピストン室から安全に取り外すことができるので、シー
ルの交換を容易にすることができる。

【００１１】さらに、テール部に形成された複数のコン
クリートピストン室内の押出しピストンの圧力を圧力保
持ジャッキにより個々に制御することにより、各室の履
工材料の圧力の管理を個々に行えることから、高さによ
る地山圧力の違いに容易に対応させることができ、履工
材料の圧力を常に地山の土圧・水圧よりも高く保持する
ことが可能になる。また、このような作用により、テー
ルボイドへの履工材料の充填が確実に行われ、沈下のお
それがなくなる。さらに、履工材料の供給圧力が圧力保
持ジャッキの設定保持圧力よりも大きくなった時に、履
工材料の供給圧力により、押出しピストンをシールド掘
進機の前方へ移動させるように構成されているので、押
出しピストンは履工材料を押し出す時にはシールド掘進
機の後方へ、またピストン室に履工材料を入れる時には
前方へ移動し、コンクリートピストン室内の圧力を履工
材料の供給時にもほぼ一定に保つことが可能となる。

【００１２】請求項２記載のシールド掘進機によれば、
請求項１記載の作用を有するとともに、圧力保持ジャッ
キと押出しピストンとが弾発装置を介して連結され、こ
の弾発装置にバネが設けられているため、シールド掘進
機の断続的な進行や、地山に空洞がある場合において、
伸縮にかかる時間が短い（追随性のよい）バネがコンク
リートの圧力の低下により延伸し、押出しピストンを素
早く押し出し、急激な圧力の低下を防止し、その後圧力
保持ジャッキの延伸により所定の圧力を保持することが
できる。

【００１３】請求項３記載のシールド掘進機によれば、
請求項１記載の作用を有するとともに、圧力保持ジャッ
キと押出しピストンとが弾発装置を介して連結され、こ
の弾発装置にエアーダンパーが設けられているため、シ
ールド掘進機の断続的な進行や、地山に空洞がある場合
において、エアーダンパーがコンクリートの圧力の低下
により延伸し、押出しピストンを素早く押し出し、急激
な圧力の低下を防止し、その後圧力保持ジャッキの延伸
により所定の圧力を保持することができる。ここで、エ
アーダンパーにより、押出しピストン押し出し後のエア
ーダンパーの圧力と、圧力保持ジャッキの設定圧力との
変動を非常に小さく抑える事が可能である。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。図１は本発明により施工途中にある
トンネルの切羽近傍を示したものである。本図中、符号
１０はシールド掘進機であり、このシールド掘進機１０
は、その前部に設けられたカッター装置１２により紙面
に対して左側にトンネルＴを掘削しつつ、シールド掘削
機１０の後方に形成されたトンネルＴの周壁を所定の間
隔を空けて型枠１によって覆い、この型枠１と前記周壁
との間に鉄筋Ｕを配置するとともに、履工材料を供給
し、トンネル内面に履工壁Ｗを構築するように構成され
ている。なお、前記型枠１のシールド掘進機１０側に
は、妻枠５０と補助妻枠５１とを設けることにより、履
工材料が漏出するのを防止することができる。

【００１５】次に、本発明に係るシールド掘進機１０に
ついて、より具体的に説明すると、これは外殻をなす円
筒状のスキンプレート１１と、このスキンプレート１１
の前端部に備えられ図示せぬ駆動手段によって回転せし
められて地山を掘削するカッター装置１２と、前記スキ
ンプレート１１の内部に形成された仕切板１１ａに基端
が連結された推進ジャッキ１３とを設備した基本構造と
なっている。

【００１６】前記スキンプレート１１のテール部は、ス
キンプレート１１と同径でスキンプレート１１の一部を
構成する外筒２０と、この外筒２０より小径に二重に形
成された内筒２１とにより形成されており、また、これ
ら外筒２０と内筒２１とは、図２に示すように、スキン
プレート１１の半径方向に延びる複数の隔壁２２により
連結されている。そして、外筒２０と、内筒２１との間
には、複数（図示例では４室）のコンクリートピストン
室２３が設けられ、それぞれのコンクリートピストン室
２３に押出しピストン２４がスライド自在に収納されて
いる。なお、外筒２０の内側に二重の内筒（図示せず）
を設け、これら二重の内筒に複数のコンクリートピスト
ン室２３を設けてもよい。

【００１７】この押出しピストン２４は、図２ないし図
３に詳細に示すように、コンクリートピストン室２３の
内部形状に合わせてコンクリートピストン室２３内に緊
密に収まる大きさに形成されており、前記仕切板１１ａ
に基端が取り付けられた複数の圧力保持ジャッキ２５
（図１）によって前後にスライドするように構成されて
いる。この押出しピストン２４と、圧力保持ジャッキ２
５とが、伸縮作動時間の短い例えばコイルバネ、板バネ
等からなる弾発装置７０を介して連結されている（図
４）。なお、この押出しピストン２４を作動させる圧力
保持ジャッキ２５には、リリーフ弁が備えられており、
覆工材料の供給ポンプ３１の打設圧力がジャッキの保持
圧力よりも大きくなった時に、ジャッキが縮むような構
成となっている。

【００１８】また、前記押出しピストン２４の外周には
複数（実施例では２条）のシール部材２６が取り付けら
れるとともに、押出しピストン２４の中央部にはスキン
プレート１１の内部とコンクリートピストン室２３の内
部とを連通する覆工材料の充填孔２４ａが形成され、さ
らに、押出しピストン２４の内面には、前記充填孔２４
ａに連通しかつ覆工材料の打設パイプ３０と連結される
ジョイント部２７が設けられている（図３参照）。な
お、実施例では、前記充填孔２４ａを押出しピストン２
４の中央部に配設しているが、本発明は、この実施例に
限定されるものではない。

【００１９】また、前記充填孔２４ａには、充填孔２４
ａを開閉する遮断機構２８が付設され（図３参照）、必
要に応じて充填孔２４ａを開閉することができるように
なっている。なお、この遮断機構２８は、具体的には、
シャッター、バルブなどにより構成されるが、充填孔２
４ａを開閉することができるものであれば、他の構成で
あっても良い。

【００２０】また、図１中、符号３０は覆工材料の打設
パイプを示し、この打設パイプ３０は、覆工材料の供給
ポンプ３１の供給配管３２に接続された分岐バルブ３３
に一端が接続されており、この供給ポンプ３１で押し出
しされたコンクリート等は分岐バルブ３３で分けられ、
各コンクリートピストン室２３へ入る。また、これら供
給ポンプ３１とコンクリートピストン室２３とを結ぶ打
設パイプ３０自身はフレキシブル管もしくは伸縮自在管
により構成されて押出しピストン２４の移動に対応でき
るようになっている。

【００２１】さらに、図中、符号５０は内筒２１と型枠
１との間を閉塞する主妻枠であり、この主妻枠５０は、
内筒２１の内面の曲率に対応して湾曲した複数の板体を
その長手方向にリング状に組合わせてなる基本構成とな
っている。そして、型枠１と主妻枠５０との隙間にはこ
の隙間を塞ぐ補助妻枠５１がセットされるようになって
いる。

【００２２】次に、前記の如く構成された本発明に係る
シールド掘進機を適用してシールドトンネルの覆工方法
を実施する場合について、図３ないし図８を参照して工
程順に説明する。

【００２３】（ｉ）打設準備工程 外部へのコンクリート打設を実施するにあたっては、図
３に示すように、圧力保持ジャッキ２５の押出し圧力を
高さによる地山圧力の違いに対応させて、打設したコン
クリートが常に地山の圧力よりも大きい圧力を加えるこ
とができるように大きさに設定するとともに、押出しピ
ストン２４のジョイント部２７に打設パイプ３０を連結
し、押出しピストン２４の充填口２４ａを通してコンク
リートピストン室２３内に覆工材料を供給できるように
セットしておく。また、覆工材料としては遅延型のコン
クリートなどを適用し、圧力を後方へ伝達させるように
設定しておく。なお、コンクリートピストン室２３は、
あらかじめ工場において高精度に製作しておき、シール
部材２６が高圧にも耐えるように形成しておくことは言
うまでもない。

【００２４】（ii）コンクリートピストン室へのコンク
リートの打設工程 コンクリートの打設準備完了後、コンクリートを供給ポ
ンプ３１より打設パイプ３０に送り、この打設パイプ３
０を通して押出しピストン２４の充填口２４ａよりコン
クリートをコンクリートピストン室２３へ打設する。よ
り具体的には、図１に示すように、シールド掘進機１０
のコンクリートピストン室２３に備えられた押出しピス
トン２４の圧力保持ジャッキ２５の押圧力を調整して、
押出しピストン２４の作用によって生じるコンクリート
圧力Ｐｏを地山圧力Ｐｊよりも高く保持しておき、打設
パイプ３０よりコンクリートをコンクリートピストン室
２３に向けて圧力保持ジャッキ２５の圧力よりも大きい
圧力で供給して、コンクリートピストン室２３内にコン
クリートを打設していくものである。なお、この際（コ
ンクリートをコンクリートピストン室２３に打設する
際）、押出しピストン２４は、コンクリートの供給圧力
により、圧力保持ジャッキ２５の押圧力に抗する方向に
力を受けるが、押出しピストン２４を押圧する圧力保持
ジャッキ２５には、設定圧力よりも大きな圧力を受けた
ときにジャッキが縮むようなリリーフ弁が設けられてい
るため、押出しピストン２４は、コンクリートの供給と
ともにシールド掘進機１０の前方に移動し、コンクリー
トの打設が阻害されることがない。また、コンクリート
の供給が止ると、圧力保持ジャッキ２５の押圧力が押出
しピストン２４に再び作用し、シールド掘進機１０の進
行とともに後方へ移動することとなる。

【００２５】（iii）シールド掘進機の掘進工程 次に、図４に示すように、コンクリートピストン室２３
のコンクリートを後方へ押出しながら、スキンプレート
１１前端のカッター装置１２で地山を掘削し、型枠１に
反力をとって推進ジャッキ１３を駆動させることでシー
ルド掘進機１０を掘進させる。このシールド掘進機１０
の掘進の最中に、地山に空洞Ｋが生じることがある。空
洞Ｋがシールド掘進機１０の後方に出る以前は圧力保持
ジャッキ２５により、地山の圧力Ｐjよりコンクリート
圧力Ｐoが大きくなっているため、漏水等の心配がな
い。さらに、シールド掘進機１０が進むと、空洞Ｋがシ
ールド掘進機１０の後方に出てくる。

【００２６】そして、図５に示すように、空洞Ｋがシー
ルド掘進機１０の後方に出てきたら、履工壁Ｗの履工材
料の一部は矢印Aの方向に移動する。この履工材料の移
動が生じると、コンクリートピストン室２３の中の履工
材料の圧力が低下する。このときに、弾発装置７０に設
けられた伸縮にかかる時間が短い（追随性のよい）バネ
がコンクリートの圧力の低下により延伸し、矢印Ｂの方
向へ押出しピストン２４が押し出される。この押出しピ
ストン２４の矢印Ｂ方向への移動により、コンクリート
ピストン室２３の中の履工材料が矢印Ｃ方向へ移動す
る。即ち、空洞Ｋ内へ履工壁Ｗの履工材料が移動し、空
洞Ｋを補充する。ここで、図６は、空洞Ｋに履工材料を
短時間に充填された時の状態を示している。このよう
に、伸縮にかかる時間が短い（追随性のよい）弾発装置
７０の延伸により空洞Ｋに履工材料を極めて短時間に充
填することが可能となるため、地山に空洞Ｋがある場合
においても、履工材料の圧力の低下をほとんど影響のな
い範囲で収める事ができる。

【００２７】以下、空洞Ｋ内に履工材料が充填される状
態を詳細に説明する。この状態のコンクリート圧力Ｐ1
は、図６に示すように、当初のコンクリート圧力Ｐoよ
りは小さくなるが、予想される空洞に適した物性（張
力、ストローク等）を有する弾性材料７０を選定するこ
とにより、空洞Ｋが非常な大空洞でない限り、地山の圧
力Ｐjよりコンクリート圧力Ｐ1を大きくすることが可能
である。一方、圧力保持ジャッキ２５は、コンクリート
圧力がＰoとなるように当初設定してあるため、図６の
矢印Ｄの方向へ延伸する。この圧力保持ジャッキ２５で
は、通常、油圧ジャッキが使用されているため、この延
伸にはかなりの時間がかかる。

【００２８】ここで、圧力保持ジャッキ２５だけで空洞
Ｋへのコンクリート補充を行なっていれば、圧力保持ジ
ャッキ２５は通常は油圧ジャッキを使用するため、この
充填にはかなりの時間がかかる。そして、コンクリート
は空気と違って伸縮性が極めて小さいので、充填が必要
となる体積が圧力保持ジャッキ２５の延伸によるコンク
リート押し出し能力より大きい場合には、コンクリート
圧力は急激に低下することになる。このようなコンクリ
ート圧力の急激な低下は、履工壁Ｗに地山の土砂や地下
水が引き入れることになり、履工材料に土砂や地下水が
混入し、履工壁Ｗの品質に重大な欠陥をもたらす。

【００２９】そして、圧力保持ジャッキ２５の延伸が終
了し、コンクリート圧力がＰoとなった状態を、図７に
示している。この後は、通常の掘進が可能である。この
ように、圧力保持ジャッキ２５と押出しピストン２４と
が弾発装置７０を介して連結されているために、空洞Ｋ
が生じても（非常な大空洞では不可）コンクリート圧力
を地山圧力より下げることなく、掘進が可能となる。

【００３０】また、シールド掘進機１０の断続的な進行
状況を、図８に示している。地山の状況により、掘進中
のシールド掘進機１０は断続的に前進することがある。
ここで、テール部が瞬時に距離Ｓだけ前進した場合に、
履工材料が矢印Ｆの方向に移動することになり、前記の
空洞Ｋが出現したときと同じように、弾性材料７０の延
伸により、コンクリート圧力を地山圧力より下げる事な
く、掘進が可能となる。

【００３１】なお、掘進完了後においても圧力保持ジャ
ッキ２５によりコンクリートピストン室２３内の圧力を
一定に保持しておくことは言うまでもない。なお、前記
工程中、押出しピストン２４のシール部材２６の交換が
必要になった場合は、コンクリートの硬化後に、押出し
ピストン２４をコンクリートピストン室２３より抜き出
し、シール部材２６の交換作業を行なえばよい。この作
業は、コンクリート硬化後に押出しピストン２４を圧力
保持ジャッキ２５を使って抜き出し、その外周のシール
部材２６を交換する単純作業であり、またその交換作業
はコンクリート硬化後に行なわれるので、安全に現場で
行なうことができる。

【００３２】またコンクリート配管の清掃作業が必要と
なった場合には、押出しピストン２４に付設された遮断
機構２８を使って、充填口２４ａを塞ぎ、打設パイプ３
０を取り外して、清掃すれば良い。この作業は、遮断機
構２８によって、充填孔からのコンクリートの流出を防
止することができるので、コンクリートピストン室２３
内のコンクリートに圧力を加えたまま行なうことがで
き、トンネル覆工時の作業性が損なわれることがない。

【００３３】前記実施例では、シールド掘進機１０のテ
ール部を二重にし、その内部に複数のコンクリートピス
トン室２３を設け、このコンクリートピストン室２３内
に押出しピストン２４を設けて、この押出しピストン２
４を圧力保持ジャッキ２ならびに弾発装置７０によっ
て、各コンクリートピストン室２３内の圧力を調整する
ようにしているので、地山圧力の変化（通常は深度が深
いほど圧力が高くなる）に対応して各室のコンクリート
の圧力の管理を個々に行なうことができ、コンクリート
圧力が常に地山圧力より高く保持することが、確実かつ
容易にできる。

【００３４】また、押出しピストン２４は、コンクリー
トを押し出す時にはシールド掘進機１０の後方へ、コン
クリートピストン室２３にコンクリートを入れるときに
は前方へ移動され、前方への移動は圧力保持ジャッキ２
５に設けられたリリーフ弁により、供給ポンプ３１での
打設圧力が保持圧力より大きくなったときに、圧力保持
ジャッキ２５が縮むため、コンクリートピストン室２３
のコンクリート圧力が供給ポンプ３１による打設時にも
ほぼ一定に保つことが可能となり、地山や型枠１に過度
の圧力を与えることがなく、地山を押し上げることもな
く、また、型枠１を必要以上に頑丈にする必要がなくな
る。このため、コンクリート圧力を常に地山の土圧・水
圧よりも高く保つことが可能となるため、漏水を防ぎ、
高強度で高品質のコンクリートを打設することができ
る。また、コンクリートの硬化による強度を必要としな
いので、硬化時間の長いコンクリートの使用が可能とな
り、１リング毎の配管などの掃除が不要になる。

【００３５】また、実施例では、シールド掘進機１０の
テール部内にコンクリートピストン室２３を設け、あら
かじめ工場において、コンクリートピストン室２３に押
出しピストン２４をシールした状態でスライド自在に配
設してあるため、押出しピストン２４のシール部の精度
を、シールド掘進機１０のカッター装置１２等可動部の
シールと同等に保持することができ、シールド掘進機１
０の対応可能な地山にはほとんどすべて対応することが
できる。

【００３６】さらに、実施例では、このようなコンクリ
ートの圧力保持に重要なシールの交換を安全かつ容易に
実施することができるので、長距離掘進時にもシール交
換を行なうことで、常にコンクリート圧力の保持が可能
であるといった利点がある。また、実施例では、コンク
リートの供給に伴って、押出しピストン２４を前方に移
動させ、コンクリートを押し出す時には、シールド掘進
機１０の後方へ移動させるようにしているので、コンク
リートピストン室２３内の圧力がコンクリートの供給時
にもほぼ一定に保つことが可能になり、この結果、地山
や型枠１に過度の圧力を与えることがなく、地山を押し
上げることもなく、また型枠１を必要以上に頑丈にする
必要がなくなるといった効果を奏する。

【００３７】また前記により、実施例では、コンクリー
トピストン室２３内の圧力を常に、地山の土圧・水圧よ
りも高く保つことが可能になるので、漏水がなく、高強
度の高品質のコンクリートの打設が可能であるといった
利点があり、また、テールボイドへの充填が確実に行な
えるので、地盤沈下のおそれもないといった長所があ
る。さらに、実施例では、押出しピストン２４により常
に、コンクリートを押圧するように構成しているので、
硬化時間の長いコンクリートの使用が可能になり、１リ
ング毎の配管などの清掃が不要になるといった効果もあ
る。

【００３８】次に、本発明のシールド掘進機の第二実施
例について、図９を参照して説明する。ここで、第一実
施例と同様のものについては、同一符号を用いて説明を
簡略化する。このシールド掘進機７５では、外殻をなす
円筒状のスキンプレート１１と、このスキンプレート１
１の前端部に備えられ図示せぬ駆動手段によって回転さ
せられて地山を掘削するカッター装置１２と、スキンプ
レート１１の内部に形成された仕切板１１ａに基端が連
結された推進ジャッキ１３とを設備した基本構造となっ
ている。前記スキンプレート１１のテール部は、スキン
プレート１１の一部を構成する外筒２０と、この外筒２
０より小径に二重に形成された内筒２１とにより形成さ
れており、また、これら外筒２０と内筒２１とは、、ス
キンプレート１１の半径方向に延びる複数の隔壁２２に
より連結されている。これら外筒２０と、内筒２１との
間には、複数のコンクリートピストン室２３が設けら
れ、それぞれのコンクリートピストン室２３に押出しピ
ストン２４がスライド自在に収納されている。

【００３９】この押出しピストン２４は、コンクリート
ピストン室２３の内部形状に合わせて形成されており、
前記仕切板１１ａに基端が取り付けられた複数の圧力保
持ジャッキ２５によって前後にスライドするように構成
されている。この押出しピストン２４と、圧力保持ジャ
ッキ２５とが、伸縮作動時間の短いエアーダンパー７６
（弾発装置）を介して連結されている。このエアーダン
パー７６は、図１０に示すように、シールド掘進機７５
の軸方向に突き合わせ嵌着され、前後に移動可能な有頭
筒部７７・７８と、これら有頭筒部７７・７８が突き合
わせられて形成される空間部７９と、この空間部７９に
接続され、押出しピストン２４の前方のコンクリートピ
ストン室２３に設けられた空気タンク８０とを有してい
る。これら有頭筒部７７・７８の頭部は、図９、１０に
示すようにそれぞれ圧力保持ジャッキ２５と、押出しピ
ストン２４とに接続されている。なお、この押出しピス
トン２４を作動させる圧力保持ジャッキ２５には、リリ
ーフ弁が備えられており、覆工材料の供給ポンプ３１の
打設圧力が圧力保持ジャッキ２５の保持圧力よりも大き
くなった時に、圧力保持ジャッキ２５が縮むような構成
となっている。

【００４０】また、前記押出しピストン２４の外周には
複数（実施例では２条）のシール部材２６が取り付けら
れるとともに、押出しピストン２４の中央部にはスキン
プレート１１の内部とコンクリートピストン室２３の内
部とを連通する覆工材料の充填孔２４ａが形成され、さ
らに、押出しピストン２４の内面には、前記充填孔２４
ａに連通しかつ覆工材料の打設パイプ３０と連結される
ジョイント部２７が設けられている。また、符号５０は
内筒２１と型枠１との間を閉塞する主妻枠であり、この
主妻枠５０は、内筒２１の内面の曲率に対応して湾曲し
た複数の板体をその長手方向にリング状に組合わせてな
る基本構成となっている。これら型枠１と主妻枠５０と
の隙間にはこの隙間を塞ぐ補助妻枠５１がセットされる
ようになっている。

【００４１】次に、前記の如く構成された本発明に係る
シールド掘進機７５を適用してシールドトンネルの覆工
方法を実施する場合について、工程順に説明する。 （ｉ）打設準備工程 外部へのコンクリート打設を実施するにあたっては、第
一実施例と同様に、圧力保持ジャッキ２５の押出し圧力
を高さによる地山圧力の違いに対応させて、打設したコ
ンクリートが常に地山の圧力よりも大きい圧力を加える
ことができるように大きさに設定するとともに、押出し
ピストン２４のジョイント部２７に打設パイプ３０を連
結し、押出しピストン２４の充填口２４ａを通してコン
クリートピストン室２３内に覆工材料を供給できるよう
にセットしておく。 （ii）コンクリートピストン室へのコンクリートの打設
工程 コンクリートの打設準備完了後、コンクリートを供給ポ
ンプ３１より打設パイプ３０に送り、この打設パイプ３
０を通して押出しピストン２４の充填口２４ａよりコン
クリートをコンクリートピストン室２３へ打設する。

【００４２】（iii）シールド掘進機の掘進工程 次に、コンクリートピストン室２３のコンクリートを後
方へ押出しながら、スキンプレート１１前端のカッター
装置１２で地山を掘削し、型枠１に反力をとって推進ジ
ャッキ１３を駆動させることでシールド掘進機７５を掘
進させる。このシールド掘進機７５の掘進の最中に、地
山に空洞Ｋが生じることがある。空洞Ｋがシールド掘進
機７５の後方に出る以前は圧力保持ジャッキ２５によ
り、地山の圧力Ｐjよりコンクリート圧力Ｐoが大きくな
っているため、漏水等の心配がない。さらに、シールド
掘進機７５が進むと、空洞Ｋがシールド掘進機７５の後
方に出てくる。

【００４３】そして、図５に示すように、空洞Ｋがシー
ルド掘進機７５の後方に出てきたら、履工壁Ｗの履工材
料の一部は矢印Aの方向に移動する。この履工材料の移
動が生じると、コンクリートピストン室２３の中の履工
材料の圧力が低下する。このときに、伸縮にかかる時間
が短い（追随性のよい）エアーダンパー７６（弾発装
置）がコンクリートの圧力の低下により延伸し、矢印Ｂ
の方向へ押出しピストン２４が押し出される。この押出
しピストン２４の矢印Ｂ方向への移動により、コンクリ
ートピストン室２３の中の履工材料が矢印Ｃ方向へ移動
する。即ち、空洞Ｋ内へ履工壁Ｗの履工材料が移動し、
空洞Ｋを補充する。

【００４４】このエアーダンパー７６による急激な圧力
低下防止の作用について説明する。このエアーダンパー
７６によれば、第一実施例の場合よりも圧力変動を非常
に小さく抑える事が可能である。即ち、このエアーダン
パー７６によると、ボイルの法則により以下の関係が成
立する。 Ｐo×Ｖo＝Ｐ1×（Ｖo＋ΔＶ） …（１） Ｐ1＝｛Ｖo／（Ｖo＋ΔＶ）｝×Ｐo …（２） ここで、符号Ｐoは圧力保持ジャッキ２５の設定圧力を
表し、符号Ｖoは圧力保持ジャッキ２５の圧力をＰoとし
たときのエアーダンパー７６の全空気量を表し、ΔＶは
エアーダンパー７６により緊急に押出しピストン２４を
押し出すために必要とした空気量を表し、Ｐ1は緊急に
押出しピストン２４が押し出された後のエアーダンパー
７６の圧力を表す。

【００４５】（１）、（２）より、ＶoをΔＶに対し十
分に大きくすれば、圧力の低下量を少なくして、コンク
リートの打設を行なうことが可能となる。例えば、Ｖo
をΔＶの１０倍にすれば、式（２）のΔＶに０.１Ｖoを
あてはめると、以下のようになる。 Ｐ1＝｛Ｖo／（Ｖo＋０.１Ｖo）｝×Ｐo …（３） ∴Ｐ1＝（１／１.１）×Ｐo＝０.９１Ｐo …（４） また、ＶoをΔＶの１００倍にすれば、式（２）のΔＶ
に０.０１Ｖoをあてはめると、以下のようになる。 Ｐ1＝（１／１.０１）×Ｐo＝０.９９Ｐo …（５）

【００４６】このように、エアーダンパー７６の全空気
量Ｖoを大きくすることにより、押出しピストン２４押
し出し後のエアーダンパー７６の圧力Ｐ1と、圧力保持
ジャッキ２５の設定圧力Ｐoとの変動を非常に小さく抑
える事が可能である。また、エアーダンパー７６の全空
気量Ｖoを増加させるには、空気タンク８０を大きくし
てもよい。このエアーダンパー７６付近に空気タンク８
０を設置する場所が無い場合には、図１２に示すよう
に、空気タンク８０をコンクリートピストン室２３から
離れた広い場所に設け、これら空気タンク８０とエアー
ダンパー７６の空間７９とを繋ぐ例えばフレキシブルな
パイプ８２を設けてもよい。

【００４７】このようなシールド掘進機７５において
は、シールド掘進機１０のテール部を二重にし、その内
部に複数のコンクリートピストン室２３を設け、このコ
ンクリートピストン室２３内に押出しピストン２４を設
けて、この押出しピストン２４を圧力保持ジャッキ２な
らびにエアーダンパー７６によって、第一実施例よりも
さらに押出しピストン２４の追随性を高めて、各コンク
リートピストン室２３内の圧力を調整するようにしてい
る。このため、第一実施例と同様の効果を有するととも
に、地山に空洞Ｋを有する場合や、シールド掘進機７５
が断続的に進行した場合においても、地山圧力の変化
（通常は深度が深いほど圧力が高くなる）に対応して各
室のコンクリートの圧力の管理を個々に行なうことがで
き、コンクリート圧力が常に地山圧力より高く保持する
ことが、確実かつ容易にできる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載のシ
ールド掘進機によれば、以下の効果を奏することができ
る。圧力保持ジャッキと押出しピストンとが弾発装置を
介して連結されているため、シールド掘進機の断続的な
進行や、地山に空洞がある場合において、押出しピスト
ンを素早く押し出し、急激な圧力の低下を防止し、その
後圧力保持ジャッキの延伸により所定の圧力を保持する
ことができる。そして、隔壁を形成してコンクリートピ
ストン室が設けられているため、複数のコンクリートピ
ストン室をあらかじめ工場等で製造することができる。
このため、コンクリートピストン室を高精度に製作する
ことができ、高圧に耐えるシールを製作することができ
るとともに、コンクリート硬化後に、押出しピストンを
コンクリートピストン室から安全に取り外すことができ
るので、シールの交換を容易にすることができる。これ
らテール部に形成された複数のコンクリートピストン室
内の押出しピストンの圧力を圧力保持ジャッキにより個
々に制御することにより、各室の履工材料の圧力の管理
を個々に行えることから、高さによる地山圧力の違いに
容易に対応させることができ、履工材料の圧力を常に地
山の土圧・水圧よりも高く保持することが可能になる。
また、このような作用により、テールボイドへの履工材
料の充填が確実に行われ、沈下のおそれがなくなる。さ
らに、履工材料の供給圧力が圧力保持ジャッキの設定保
持圧力よりも大きくなった時に、履工材料の供給圧力に
より、押出しピストンをシールド掘進機の前方へ移動さ
せるように構成されているので、押出しピストンは履工
材料を押し出す時にはシールド掘進機の後方へ、またピ
ストン室に履工材料を入れる時には前方へ移動し、コン
クリートピストン室内の圧力が履工材料の供給時にもほ
ぼ一定に保つことが可能となる。このため、シールド掘
進機の断続的な進行や、地山に空洞がある場合において
も、圧力の保持を十分に実施し得て圧力の低下を確実に
防止することができるとともに、漏水がなく、高強度の
高品質の覆工材料の打設が可能になり、シールドトンネ
ルの施工を迅速かつ安全に行なうことができ、地山や型
枠に過度の圧力を与えることがなく、地山を押し上げる
こともなく、また型枠を必要以上に頑丈にする必要をな
くすことができる。

【００４９】請求項２記載のシールド掘進機によれば、
請求項１記載の効果を有するとともに、圧力保持ジャッ
キと押出しピストンとが弾発装置を介して連結され、こ
の弾発装置にバネが設けられているため、シールド掘進
機の断続的な進行や、地山に空洞がある場合において、
伸縮にかかる時間が短い（追随性のよい）バネがコンク
リートの圧力の低下により延伸し、押出しピストンを素
早く押し出し、急激な圧力の低下を防止し、その後圧力
保持ジャッキの延伸により所定の圧力を保持することが
できる。このため、シールド掘進機の断続的な進行や、
地山に空洞がある場合においても、圧力の保持を十分に
実施し得て圧力の低下を確実に防止することができると
ともに、漏水がなく、高強度の高品質の覆工材料の打設
が可能になり、シールドトンネルの施工を迅速かつ安全
に行なうことができ、地山や型枠に過度の圧力を与える
ことがなく、地山を押し上げることもなく、また型枠を
必要以上に頑丈にする必要をなくすことができる。

【００５０】請求項３記載のシールド掘進機によれば、
請求項１記載の効果を有するとともに、圧力保持ジャッ
キと押出しピストンとが弾発装置を介して連結され、こ
の弾発装置にエアーダンパーが設けられているため、シ
ールド掘進機の断続的な進行や、地山に空洞がある場合
において、エアーダンパーがコンクリートの圧力の低下
により延伸し、押出しピストンを素早く押し出し、急激
な圧力の低下を防止し、その後圧力保持ジャッキの延伸
により所定の圧力を保持することができる。ここで、エ
アーダンパーにより、押出しピストン押し出し後のエア
ーダンパーの圧力と、圧力保持ジャッキの設定圧力との
変動を非常に小さく抑える事が可能である。このため、
シールド掘進機の断続的な進行や、地山に空洞がある場
合においても、請求項２記載のシールド掘進機よりもさ
らに圧力の保持を十分に実施し得て圧力の低下を確実に
防止することができるとともに、漏水がなく、高強度の
高品質の覆工材料の打設が可能になり、シールドトンネ
ルの施工を迅速かつ安全に行なうことができ、地山や型
枠に過度の圧力を与えることがなく、地山を押し上げる
こともなく、また型枠を必要以上に頑丈にする必要をな
くすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のシールド掘進機の第一実施例で、シ
ールド掘進機が地山を掘削している状態を示すトンネル
の側断面図である。

【図２】 図１のIーI線に沿う矢視断面図である。

【図３】 図１の鉄筋組立室へのコンクリートの打設工
程を示した工程図である。

【図４】 図３の押出しピストンを表した側断面図であ
る。

【図５】 図４の空洞に履工材料が充填される前の側断
面図である。

【図６】 図５の空洞に履工材料が充填される時の側断
面図である。

【図７】 図６の空洞に履工材料が充填された後の側断
面図である。

【図８】 図１のシールド掘進機の断続的な進行状態を
表した側断面図である。

【図９】 本発明のシールド掘進機の第二実施例で、押
出しピストンを表した側断面図である。

【図１０】 図９のエアーダンパーを表した側断面図で
ある。

【図１１】 図１０の横断面図である。

【図１２】 図９のエアーダンパーの空気タンクを他の
位置に設置した側断面図である。

【符号の説明】

Ｔ トンネル １ 型枠 １０ シールド機 １１ スキンプレート １２ カッター装置 １３ 推進ジャッキ ２０ 外筒 ２１ 内筒 ２２ 隔壁 ２３ コンクリートピストン室 ２４ 押出しピストン ２５ 圧力保持ジャッキ ５０ 主妻枠 ５１ 補助妻枠 ７０ 弾発装置 ７６ エアーダンパー

フロントページの続き (72)発明者 石崎 秀武 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 西村 晋一 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 大塚 正幸 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 荒砥 太吉 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 今井 実 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 河井 徹 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外殻をなす円筒状のスキンプレートと、
   該スキンプレートの前端部に備えられた駆動手段によっ
   て回転させられて地山を掘削するカッター装置と、前記
   スキンプレートの内部に形成された仕切板に基端が連結
   された推進ジャッキとを設備したシールド掘進機におい
   て、 前記スキンプレートのテール部が外筒と内筒とにより二
   重に形成され、このテール部の内筒と外筒との間にスキ
   ンプレートの半径方向に延びる隔壁を複数形成して押出
   しピストンを収める複数のコンクリートピストン室が設
   けられ、該コンクリートピストン室内に押出しピストン
   が挿入され、 前記仕切板に複数の圧力保持ジャッキが設けられるとと
   もに、該圧力保持ジャッキと押出しピストンとが弾発装
   置を介して連結されていることを特徴とするシールド掘
   進機。
2. 【請求項２】 請求項１記載のシールド掘進機におい
   て、前記弾発装置にバネが設けられていることを特徴と
   するシールド掘進機。
3. 【請求項３】 請求項１記載のシールド掘進機におい
   て、前記弾発装置にエアーダンパーが設けられているこ
   とを特徴とするシールド掘進機。