JP3145524B2 - シールド掘進機のテールシール部の充填材充填方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大深度高水圧工区を掘
進するシールド掘進機のテールシール部を止水するため
の充填材充填方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】大深度高水圧工区を掘進するシールド掘
進機では、坑内作業の安全確保のためにテールシール部
の止水性の維持が重要課題となっている。この課題を解
決する手段として、特開平２−１７６０９６号で述べら
れているように、シールド掘進機に装備された複数段の
テールシールの間に半固体状の充填材を充填し、テール
シール間の充填材圧を地下水圧（泥水シールドでは切羽
水圧）に対抗できる圧力に保持することにより、５ｋｇ
ｆ／ｃｍ²以上の高水圧下においても、テールシール部
からの漏水を防止できることが実験により明らかになっ
てきた。

【０００３】図３は上記従来技術によるシールド掘進機
の地山を掘進中の状態を示したものである。同図におい
て、シールド掘進機１は、前面のカッタヘッド２で地山
Ｇを掘削し、シールドジャッキ３によりセグメント６を
反力受として所定のルート上を掘進する。シールド掘進
機１のテールスキンプレート４には複数段（図示例では
３段）のテールシール５１〜５３がセグメント６の外面
に接するように取り付けられ、テールシール部５０を構
成している。そのテールシール５１〜５３間にシールド
掘進機機内の充填材注入ポンプ７より充填材注入配管８
を通して半固体状の充填材（繊維入グリース等）９が注
入充填される。テールシール５１〜５３として図４に示
すようなブラシシールを用いた場合、充填された充填材
９の油分と混入された繊維がブラシシールを構成する線
材の束に絡まって止水効果を発揮する。したがって、テ
ールシール間に充填材を隙間なく充填することが高水圧
下でテールシール部の止水を行うために重要なことであ
る。そこで、従来技術では、テールスキンプレート４の
内側部分に設置した圧力計１０１，１０２とテールスキ
ンプレート４の後端部に設置した圧力計１０３により、
掘進中のテールシール間の充填材圧とテールシール背面
に作用する水圧を計測し、充填材圧が水圧に応じて設定
された上下限値の間に保たれるように注入ポンプ制御装
置１１により充填材注入ポンプ７の運転を制御するなど
の方法で、シールド掘進と共にセグメント６に付着して
地山側に流出した分の充填材を補給し、テールシール間
の充填材圧を地下水圧等に対抗できる圧力に保持するよ
うにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、シール
ド掘進機の通常掘進時には、テールシール間の充填材の
圧力・充填量を管理することで高水圧に対抗できる止水
性を持たせることが可能である。しかし、従来技術で
は、シールド掘進機が立坑から発進し、通常掘進を開始
する過程でのテールシールの止水性を確保する点に問題
があった。

【０００５】発進時のテールシール間への充填材充填方
法としては、発進立坑内で組み上げたシールド掘進機の
テールシール間にあらかじめ充填材を手塗により充填
し、発進立坑内でのセグメント組立後、テールシール間
にさらにシールド掘進機機内から充填材注入配管を通し
て充填材を注入充填することが考えられるが、これらの
方法ではテールシール間に隙間なく充填材を充填するこ
とができない。理由は、手塗ではテールシール間の隙間
を完全に埋めることができず、またセグメント組立後に
注入充填を行っても、このときはテールシール背面に水
圧がかかっていないため、少し充填材圧が上がると、テ
ールシールがセグメント外面からめくれ上がってテール
シール後端から充填材が漏れてしまうためである。この
ようにテールシール間に充填材が密に充填されていない
状態で、シールド掘進機が立坑から発進し、発進口付近
に施工された地盤改良範囲を通過して地山に貫入した場
合、テールシール背面に急激に地下水圧がかかることに
よってテールシール部からトンネル坑内への漏水が起こ
り、この漏水と共に地山の土砂がテールシール部に侵入
してテールシールに付着し、テールシールの止水性能を
低下させる。

【０００６】また、充填材の種類によっては充填材に含
まれる繊維がブラシシール中の線材の束に絡まるまで十
分な止水効果を発揮できないものがある。この場合は、
テールシール背面に地下水圧がかかることによりテール
シール間の充填材圧が上昇して、充填材の油分がトンネ
ル坑内側に流出し、残った繊維分がブラシシール中の線
材の束に絡まって止水効果を発揮するまでテールシール
部からの漏水が続き、前述のようにテールシールに土砂
が付着して、止水性能を低下させる。

【０００７】そこで本発明の目的は、大深度高水圧工区
を掘進するシールド掘進機の発進時に、急激に地下水圧
がかかってもテールシール部から漏水を起こすことがな
いようにテールシール間に充填材を密かに充填すること
ができる充填材充填方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、シールド掘進機の発進時に、複数段配置さ
れたテールシール間に下記（ａ）〜（ｇ）の手順により
止水用の充填材を充填することを特徴とする。

【０００９】（ａ） 発進立坑内でシールド掘進機のテ
ールシール間にあらかじめ充填材を塗り込み充填する。

【００１０】（ｂ） 発進立坑内でのセグメント組立
後、シールド掘進機機内から充填材注入配管を通してテ
ールシール間にさらに充填材を注入充填する。

【００１１】（ｃ） 立坑発進口付近にシールド掘進機
の全長以上にわたって施工した地盤改良範囲にシールド
掘進機を貫入させ、セグメントを組みながらテールシー
ル部が発進口のエントランスパッキン部を通過するまで
掘進させる。

【００１２】（ｄ） その後、エントランスパッキンと
テールシールの間に発生する空間に該空間につながる充
填材注入口から流体を注入し、該空間の流体圧をこの時
点でテールシールの耐え得る限度内の圧力まで上昇させ
る。

【００１３】（ｅ） テールシール間に充填材注入配管
を通して充填材を注入し、前記空間の流体圧に見合う圧
力までテールシール間の充填材圧を上昇させる。

【００１４】（ｆ） 前記（ｄ），（ｅ）の作業を繰り
返し、テールシール間の充填材圧が地下水圧または予定
切羽水圧に対抗できる所定圧力に達するまで、前記空間
の流体圧とテールシール間の充填材圧を逐次上昇させ
る。

【００１５】（ｇ） その後、シールド掘進機が地盤改
良範囲を通り抜けるまで、前記空間の流体圧を所定圧力
に保持するように流体を注入しながら掘進させる。

【００１６】また、本発明は、立坑発進口にエントラン
スパッキンを複数段配置し、発進時、そのエントランス
パッキン間に下記（ａ′）〜（ｅ′）の手順により止水
用の充填材を充填することを特徴とする。

【００１７】（ａ′） エントランスパッキン間にあら
かじめ充填材を塗り込み充填する。

【００１８】（ｂ′） エントランスパッキン部をシー
ルド掘進機が通過した後、エントランスパッキン間に発
進立坑内から充填材注入配管を通してさらに充填材を注
入充填する。

【００１９】（ｃ′） エントランスパッキン部をシー
ルド掘進機が通過した後、エントランスパッキンとテー
ルシールの間に発生する空間に該空間につながる流体注
入口から流体を注入し、該空間の流体圧をこの時点でテ
ールシールおよびエントランスパッキンの耐え得る限度
内の圧力まで上昇させる。

【００２０】（ｄ′） テールシール間への充填材の注
入充填と並行して、エントランスパッキン間にも充填材
注入配管を通して充填材を注入し、前記空間の流体圧に
見合う圧力までエントランスパッキン間の充填材圧を上
昇させる。

【００２１】（ｅ′） 前記（ｃ′）、（ｄ′）の作業
を繰り返し、テールシール間の充填材圧が地下水圧また
は予定切羽水圧に対抗できる所定圧力に達するまで、前
記空間の流体圧、テールシール間の充填材圧と共にエン
トランスパッキン間の充填材圧を逐次上昇させる。

【００２２】

【作用】本発明では、複数段配置されたテールシール部
に充填材が隙間なく充填されるまでテールシール背面に
地下水圧を作用させないため、立坑発進口からシールド
掘進機の全長以上にわたる範囲に薬液注入または凍結工
法による地盤改良を施しておく。そして、この地盤改良
範囲にシールド掘進機を貫入させ、シールド掘進機のテ
ールシール部が立坑発進口のエントランスパッキン部を
通過するまで掘進させたところで、エントランスパッキ
ンとテールシールの間に発生する空間に該空間につなが
る流体注入口から流体を注入し、管理された流体圧をテ
ールシールに背圧として作用させた状態でテールシール
間への充填材の注入充填を行う。

【００２３】発進立坑内でテールシール間におらかじめ
充填材を塗り込み充填し、発進立坑内でのセグメント組
立後、さらに充填材をテールシール間に注入充填するの
は、テールシール背面に流体圧をかける初期段階でのト
ンネル坑内への流体の漏出を防止するためである。ま
た、前記空間の流体圧を急激に上げないで、前記空間へ
の流体の注入とテールシール間への充填材の注入充填を
交互に繰り返して、前記空間の流体圧とテールシール間
の充填材圧を少しずつ上げていくのも、トンネル坑内へ
の流体の漏出を防止しながらテールシール間の充填材圧
を最終的に地下水圧（泥水シールドでは予定切羽水圧）
に対抗できる所定圧力に到達させるためである。これに
より、シールド掘進機が地盤改良範囲を通り抜けて、テ
ールシール背面に地下水圧がかかった際、それに対抗で
きる密な充填材層をテールシール間に作り上げることが
できる。

【００２４】また、立坑発進口にエントランスパッキン
を複数段配置して、そのエントランスパッキン間にもあ
らかじめ充填材を塗り込み充填し、エントランスパッキ
ン部をシールド掘進機が通過した後、さらに充填材の注
入充填を行い、その後、エントランスパッキンとテール
シールの間に発生する空間への流体の注入、テールシー
ル間への充填材の注入充填、エントランスパッキン間へ
の充填材の注入充填を交互に繰り返して、前記空間の流
体圧、テールシール間の充填材圧と共にエントランスパ
ッキン間の充填材圧を少しずつ上げていくようにすれ
ば、前記空間に注入した流体の発進立坑内への漏出を防
止して、流体圧によるテールシール背圧の確立を助ける
ことができる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。

【００２６】図１はシールド掘進機が立坑発進口のエン
トランスパッキン部を通過した直後のテールシール部の
充填材充填状況を示す断面図、図２は地盤改良範囲を含
む発進立坑周辺の概略断面図であり、図１，図２の図３
と対応する部分には同一符号を付して示す。

【００２７】本実施例では、図３の説明で述べたよう
に、シールド掘進機１のテールスキンプレート４内面に
３段に配置したテールシール５１〜５３によりテールシ
ール部５０を構成している。テールシール５１〜５３と
しては、図４に示すように、波線加工された線材の束５
ａ、これの両側に配置されたばね鋼製の保護板５ｂ，５
ｃ、線材間に配置された金網等のメッシュ構造物５ｄの
基端部を取付金具５ｅで挟み一体成形したブラシシール
を用いることが望ましい。テールシール５１〜５３間に
充填する充填材（繊維入グリース等）９は、充填材注入
ポンプ７によりシールド掘進機１の機内から充填材注入
配管８を通してテールシール５１〜５３間の充填材注入
口に供給される。テールスキンプレート４の内側部分に
はテールシール５１〜５３間の充填材圧を計測するため
の圧力計１０１，１０２を設け、また、テールスキンプ
レート４の後端部には、テールシール５１〜５３の背面
に作用する地下水圧および後述する空間１９の流体圧を
計測するための圧力計１０３を設ける。注入ポンプ制御
装置１１は、圧力計１０１〜１０３の計測データに基づ
いて後述するような充填材注入ポンプ７の運転制御がで
きるようになっている。

【００２８】一方、発進立坑１２の発進口を止水するた
めに、本実施例では発進口周辺にエントランスパッキン
１３１〜１３３を３段に配置して、エントランスパッキ
ン部１３０を構成している。エントランスパッキン１３
１〜１３３にも図４に示すようなブラシシールを用いる
ことが望ましい。エントランスパッキン１３１〜１３３
間に充填する充填材（繊維入グリース等）１４は、充填
材注入ポンプ１５により発進立坑１２内から充填材注入
配管１６を通してエントランスパッキン１３１〜１３３
間の充填材圧注入口１７に供給される。発進立坑１２内
には、エントランスパッキン１３１〜１３３間の充填材
圧を計測するための圧力計１８１，１８２を設置する。
別に、トンネル坑内から後述する空間１９にベントナイ
ト溶液等の流体を注入するための流体注入ポンプ２０を
用意する。

【００２９】発進立坑１２の発進口付近には、図２に示
すように、薬液注入または凍結工法による地盤改良範囲
２１を、シールド掘進機１の全長以上にわたって設けて
おく。

【００３０】本実施例では、シールド発進時のテールシ
ール部５０の充填材充填作業を下記（１）〜（１０）の
手順により行う。

【００３１】（１） 発進立坑１２内で組み上げたシー
ルド掘進機１のテールシール５１〜５３間に充填材９を
塗り込み充填する。

【００３２】（２） 発進立坑１２内でセグメント６を
組み立てた後、テールシール５１〜５３に背圧がかかっ
ていない状態で充填材注入ポンプ７により充填材注入配
管８を通してテールシール５１〜５３間に充填材９を注
入し、その間の充填材圧が１段当り０．５ｋｇｆ／ｃｍ
²程度になるまで充填する。

【００３３】（３） 発進立坑１２内でエントランスパ
ッキン１３１〜１３３間に充填材１４を塗り込み充填す
る。

【００３４】（４） シールド掘進機１を機内でセグメ
ント６を組みながら地盤改良範囲２１に貫入させ、テー
ルシール部５０がエントランスパッキン部１３０を通過
するまで掘進させる。

【００３５】（５） テールシール部５０がエントラン
スパッキン部１３０を通過した後、セグメント６の外面
に接したエントランスパッキン１３１〜１３３間に充填
材注入ポンプ１５により充填材注入配管１６を通して充
填材１４を注入し、その間の充填材圧が０．５ｋｇｆ／
ｃｍ²程度になるまで充填する。

【００３６】（６） その後、エントランスパッキン１
３１とテールシール５３の間に発生する空間１９に、セ
グメント６のグラウト注入口６ａを利用してベントナイ
ト溶液等の流体を流体注入ポンプ２０で注入し、前記空
間１９の流体圧をこの時点でテールシール５１〜５３お
よびエントランスパッキン１３１〜１３３の耐え得る限
度内の圧力（１ｋｇｆ／ｃｍ²程度）まで上げ、テール
シール５１〜５３に背圧をかける。

【００３７】（７） テールシール５１〜５３間に充填
材注入ポンプ７により充填材注入配管８を通して充填材
９を注入し、その間の充填材圧を前記空間１９の流体圧
に見合う圧力（１ｋｇｆ／ｃｍ²程度）まで上げる。

【００３８】（８） エントランスパッキン１３１〜１
３３間にも充填材注入ポンプ１５により充填材注入配管
１６を通して充填材１４を注入し、その間の充填材圧を
上記と同程度まで上げる。

【００３９】（９） 前記（６），（７），（８）の作
業を繰り返し、１ｋｇｆ／ｃｍ²程度ずつ所定圧力（地
下水圧＋α、泥水シールドでは予定切羽水圧）まで前記
空間１９の流体圧、テールシール部５０の充填材圧、エ
ントランスパッキン部１３０の充填材圧を上昇させる。

【００４０】（１０） その後、シールド掘進機１が地
盤改良範囲２１を通り抜けるまで、前記空間１９の流体
圧を所定圧力に保持するように流体を前記空間１９に注
入しながら掘進させる。

【００４１】ここで、テールシール５１〜５３間への充
填材注入、前記空間１９への流体の注入は、それぞれ圧
力計１０１，１０２により充填材圧の計測値と圧力計１
０３による流体圧の計測値を監視しながら行い、また、
エントランスパッキン１３１〜１３３間への充填材注入
は圧力計１８１，１８２による充填材圧の計測値を監視
しながら行う。

【００４２】前記空間１９に注入する流体は、ベントナ
イト溶液のほか、水または粘土による泥水なども使用で
き、テールシール背面に一様な背圧をかけることができ
るものであればよい。前記空間１９への流体の注入は、
泥水シールドでは送水管を利用し、土圧シールドでは作
泥材注入管を利用して行うこともできる。また、前記空
間１９の流体圧の計測は、テールスキンプレート後端部
に設けた圧力計１０３の代りに、セグメントグラウト注
入口６ａに接続した圧力計により行ってもよい。

【００４３】

【発明の効果】本発明では、シールド掘進機がエントラ
ンスパッキン部を通過した後、エントランスパッキンと
テールシールの間に発生する空間に流体を注入し、該空
間の流体圧を背圧としてテールシールのセグメント外面
からのめくれ上がりを防止した状態でテールシール間へ
の充填材の注入充填を行うため、テールシール間の充填
材圧を上げて充填材を密に充填することができ、しか
も、前記空間への流体注入とテールシール間への充填材
注入を交互に繰り返して、前記空間の流体圧とテールシ
ール間の充填材圧を所定圧力まで逐次上昇させていくよ
うにしたので、注入した流体をトンネル坑内に漏出させ
ることなく、地下水圧に対抗できる密な充填材層をテー
ルシール間に作り上げることができる。このように、発
進時に充填材をテールシール間に密に充填できるため、
シールド掘進機が地盤改良範囲を通り抜けて、テールシ
ール背面に地下水圧がかかった際にも、テールシールか
らトンネル坑内への漏水を防止できる。

【００４４】また、エントランスパッキンを複数段配置
して各段のエントランスパッキン間にも充填材を充填
し、その充填材圧を前記空間の流体圧に見合うように逐
次上昇させていくことにより、前記空間に注入した流体
の発進立坑内への漏出を防止して、流体圧によるテール
シール背圧の確立を助け、テールシール間に充填材を密
に充填することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】シールド掘進機が対抗発進口のエントランスパ
ッキン部を通過した直後のテールシール部の充填材充填
状況を示す断面図である。

【図２】地盤改良範囲を含む発進立坑周辺の概略断面図
である。

【図３】図１のシールド掘進機が地山を掘進中の状態を
示す断面図である。

【図４】テールシールの例として示したブラシシールの
断面図である。

【符号の説明】

１…シールド掘進機、４…テールスキンプレート、５０
…テールシール部、５１〜５３…テールシール、６…セ
グメント、６ａ…グラウト注入口（流体注入口）、７…
充填材注入ポンプ、８…充填材注入配管、９…充填材、
１０１〜１０３…圧力計、１２…発進立坑、１３０…エ
ントランスパッキン部、１３１〜１３３…エントランス
パッキン、１４…充填材、１５…充填材注入ポンプ、１
６…充填材注入配管、１７…充填材注入口、１８１，１
８２…圧力計、１９…流体を注入する空間、２０…流体
注入ポンプ、２１…地盤改良範囲。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 末石 吏 兵庫県神戸市須磨区小寺町１丁目１番13 号 日本グリース 株式会社 技術研究 所内 (72)発明者 新井 友行 大阪府大東市御領３丁目８番29号 昭和 工業 株式会社内 (72)発明者 三好 博明 大阪府大東市御領３丁目８番29号 昭和 工業 株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 11/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド掘進機の発進時に、複数段配置
   されたテールシール間に下記（ａ）〜（ｇ）の手順によ
   り止水用の充填材を充填することを特徴とするシールド
   掘進機のテールシール部の充填材充填方法。 （ａ） 発進立坑内でシールド掘進機のテールシール間
   にあらかじめ充填材を塗り込み充填する。 （ｂ） 発進立坑内でのセグメント組立後、シールド掘
   進機機内から充填材注入配管を通してテールシール間に
   さらに充填材を注入充填する。 （ｃ） 立坑発進口付近にシールド掘進機の全長以上に
   わたって施工した地盤改良範囲にシールド掘進機を貫入
   させ、セグメントを組みながらテールシール部が発進口
   のエントランスパッキン部を通過するまで掘進させる。 （ｄ） その後、エントランスパッキンとテールシール
   の間に発生する空間に該空間につながる流体注入口から
   流体を注入し、該空間の流体圧をこの時点でテールシー
   ルの耐え得る限度内の圧力まで上昇させる。 （ｅ） テールシール間に充填材注入配管を通して充填
   材を注入し、前記空間の流体圧に見合う圧力までテール
   シール間の充填材圧を上昇させる。 （ｆ） 前記（ｄ），（ｅ）の作業を繰り返し、テール
   シール間の充填材圧が地下水圧または予定切羽水圧に対
   抗できる所定圧力に達するまで、前記空間の流体圧とテ
   ールシール間の充填材圧を逐次上昇させる。 （ｇ） その後、シールド掘進機が地盤改良範囲を通り
   抜けるまで、前記空間の流体圧を所定圧力に保持するよ
   うに流体を注入しながら掘進させる。
2. 【請求項２】 請求項１に記載したシールド掘進機テー
   ルシール部の充填材充填方法において、立坑発進口にエ
   ントランスパッキンを複数段配置し、発進時、そのエン
   トランスパッキン間に下記（ａ′）〜（ｅ′）の手順に
   より止水用の充填材を充填することを特徴とするシール
   ド掘進機のテールシール部の充填材充填方法。 （ａ′） エントランスパッキン間にあらかじめ充填材
   を塗り込み充填する。 （ｂ′） エントランスパッキン部をシールド掘進機が
   通過した後、エントランスパッキン間に発進立坑内から
   充填材注入配管を通してさらに充填材を注入充填する。 （ｃ′） エントランスパッキン部をシールド掘進機が
   通過した後、エントランスパッキンとテールシールの間
   に発生する空間に該空間につながる流体注入口から流体
   を注入し、該空間の流体圧をこの時点でテールシールお
   よびエントランスパッキンの耐え得る限度内の圧力まで
   上昇させる。 （ｄ′） テールシール間への充填材の注入充填と並行
   して、エントランスパッキン間にも充填材注入配管を通
   して充填材を注入し、前記空間の流体圧に見合う圧力ま
   でエントランスパッキン間の充填材圧を上昇させる。 （ｅ′） 前記（ｃ′）、（ｄ′）の作業を繰り返し、
   テールシール間の充填材圧が地下水圧または予定切羽水
   圧に対抗できる所定圧力に達するまで、前記空間の流体
   圧、テールシール間の充填材圧と共にエントランスパッ
   キン間の充填材圧を逐次上昇させる。