JPH0367192B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、場所打ちライニングによりトンネル
を構築するシールド装置の改良に関する。

（従来の技術） トンネルの施工は従来、地山を掘削しながら掘
削面を支保工で保護し、その後に型枠の建て込み
を行なつてライニング用コンクリートを打設し、
更にライニングと地山掘削面との空隙に裏込注入
を行なうという工法により行なわれていたが、工
程が複雑でコストが高いことから近年では掘削と
同時にコンクリートを打設する場所打ちライニン
グ工法も使用されている。これは切羽の掘削を行
ないながら推進ジヤツキの推力でシールドを前進
させ、同時にシールドのテール部でライニングコ
ンクリートを打設するものである。この工法によ
れば掘削直後にコンクリートを打設するため支保
工や裏込工は不要で、工期が短縮されると同時に
コストも低減できる。ところがこの場合、推進ジ
ヤツキは打設したコンクリートの端面や型枠の端
面を支持面としてシールドを押すため、推進によ
る反力でコンクリートや型枠が変形しやすく、そ
の結果ジヤツキの推力が偏るとシールドの進行方
向が所定の路線からそれがちになる。また、コン
クリートや型枠が変形すると均一なライニングの
施工が困難になる。

これに関して、シールドと同軸的に移動して打
設時のコンクリート内周面を支える成型機を備え
た第７図のようなシールド装置が提案されている
（特開昭55−52499号）。この図において３１はシ
ールドであり、シールド３１の内側に軸方向に伸
縮する数本の推進ジヤツキ３２が取り付けられ、
その先端に打設したコンクリートの端面を加圧す
るプレスリング３３が固設されている。シールド
３１には複数の流体ジヤツキ３４を介して成型機
３５が連結される。成型機３５はライニングの内
周面に適合する短い円筒状に形成され、流体ジヤ
ツキ３４の伸縮によりシールド３１に対して同軸
的に移動可能となつている。成型機３５はシール
ドに固設したブラケツト３６に取り付けたローラ
３７により内側から支承され、外周部に開口する
コンクリート打設用の導管３８を備える。成型機
３５の後方には支持構造物３９が複数の流体ジヤ
ツキ４０を介して連結される。流体ジヤツキ４０
の両端は成型機３５と支持構造物３９にそれぞれ
ヒンジ結合されており、支持構造物３９は成型機
３５の軸線に対して変位可能である。支持構造物
３９は円形断面の部材３９Ａに複数の流体ジヤツ
キ４１を固設したもので、各流体ジヤツキ４１の
ピストンロツド先端にライニング内周面の形状に
合わせた成型パネル４２が取り付けられている。

このシールド装置においてコンクリートの打設
は第８図に示すように、シールド３１のテール部
と成型機３５の外周部とプレスリング３３と既に
打設したコンクリート４３の端面とで囲まれた空
間に導管３８から生コンクリートを注入して行な
う。この時、既に打設されて硬化養生中のコンク
リート４３の内周面は支持構造物３９の成型パネ
ル４２に支えられている。コンクリートの注入が
終了すると、導管３８を閉じ、図示されない掘削
機により切羽を掘削しながら第９図のように推進
ジヤツキ３２を伸張してシールド３１を前進させ
る。伸張する推進ジヤツキ３２はシールド３１に
推進力を及ぼすとともに、その反力によりプレス
リング３３を介して未硬化のコンクリート４４を
加圧する。その結果、コンクリート４４は移動す
るシールド３１の後方に押し出され、地山と成型
機３５との間に充填される。シールド３１が移動
しても流体ジヤツキ３４が伸張することにより、
成型機３５及び支持構造物３９はコンクリート打
設時の位置に停止したままである。シールド３１
が所定位置まで前進し、コンクリート４４が自立
できる程度に硬化したところで、流体ジヤツキ３
４を収縮させて成型機３５と支持構造物３９を移
動する。なお、支持構造物３９の移動時には流体
ジヤツキ４１を収縮させて成型パネル４２をコン
クリート４３の内周面から離しておく。成型機３
５と支持構造物３９が第１０図の位置まで移動し
たら、流体ジヤツキ４１を伸張させて成型パネル
４２をコンクリート４３の内周面に押し当てて硬
化中のコンクリート４４を保護するとともに、推
進ジヤツキ３２を収縮させてプレスリング３３を
シールド３１の前方へ移動し、再び第８図と同様
に新たなコンクリートを打設する。このようにし
てコンクリートの打設とシールド３１の前進とを
繰り返してトンネルを構築して行く。曲線部の施
工では各推進ジヤツキ３２の推力を変えることに
より、シールド３１及びこれと同軸的に連結した
成型機３５を、支持構造物３９すなわち後方のラ
イニングに対して変位させるが、成型機３５は常
にシールド３１と同軸的に移動するため、曲線部
においてもライニングはシールド３１と同心円上
に形成される。

（発明が解決しようとする問題点） このシールド装置ではシールド３１を推進する
推進ジヤツキ３２はシールド３１と打設直後の未
硬化コンクリート４４との間で伸張するようにな
つている。したがつて、シールド３１の推進力の
反力とコンクリート４４の加圧力は常に等しく、
加圧力のみを調節することはできない。ところが
その場合、軟弱な地山ではシールド３１の後方に
押し出された打設直後の柔らかいコンクリート４
４が過大な加圧力により必要以上に地山の内部に
貫入してしまい、打設したコンクリートの相当量
が無駄になるばかりか、鉄筋コンクリートによる
ライニングではプレスリング３３が配筋を変形さ
せる恐れがある。

また、曲線部の施工では各推進ジヤツキ３２の
推進力を変えて、いわゆる片押しを行なうが、片
押し部分のコンクリートが強い加圧力により地山
内に貫入して推進に必要な反力が確保できず、推
進ジヤツキ３２の伸張にもかかわらずシールド３
１が所定方向への路線を進めない恐れもある。

さらに、このシールド装置ではコンクリート打
設時の成型を成型機３５で行ない、硬化途中の養
生を成型パネル４２で行なうため、打設したコン
クリートを比較的短時間のうちにいつたん脱型し
なければならず、十分な養生は困難である。

このようなことから、このシールド装置の場
合、ライニング内周面を掘削断面と同軸上に形成
することは可能でも、良質なライニングコンクリ
ートを打設することが難しいという問題があつ
た。

本発明は、場所打ちライニング用のシールド装
置における上記問題点を解決すべく、打設したコ
ンクリートを均一かつ適切に加圧し、打設後の型
枠養生を十分に行なうことにより、良質のライニ
ングコンクリートを均一な厚さに形成できる場所
打ちライニング用のシールド装置を提供すること
を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、シールドを前進させる推進手段と、
シールドのテール部で打設された未硬化のライニ
ングコンクリートを加圧する加圧手段と、ライニ
ングコンクリートの内周面を成型する成型手段と
を備えたトンネル構築用シールド装置において、
成型手段を型枠と半径方向に伸縮して前記型枠を
半径方向に支承する支承装置とで構成し、この支
承装置を型枠を残置したまま所定範囲でトンネル
軸方向に移動可能にシールドに同軸的に連結する
とともに、推進手段として支承装置に支持されて
シールドを押圧する推進ジヤツキを備え、加圧手
段として後方に向かつて伸張する加圧ジヤツキを
シールドに固設している。

（作用） 型枠の支承装置がシールドと同軸的に移動する
ため常に掘削断面と同軸的かつ均一な厚さのライ
ニングを打設できるとともに、シールドを推進す
る推進ジヤツキは支承装置に支持されるため、打
設したコンクリートを加圧する加圧ジヤツキの加
圧力を推進ジヤツキの推力に関係なく適切に設定
できる。また、ライニングの打設後は支承装置の
みを移動し、移動地点に別の型枠を組み立てて次
のコンクリートを打設するため、既に打設したコ
ンクリートの型枠はコンクリートが十分に硬化す
るまで撤去する必要がなく、十分な養生が行なえ
る。

（実施例） 第１図〜第６図に本発明の実施例を示す。

１は掘削機２の直後に配置されて掘削機２とと
もに前進する円筒形のシールドである。シールド
１の内部には内周面に沿つて環状のリングガータ
３が固着され、このリングガータ３を貫通して複
数の加圧ジヤツキ４が固設される。加圧ジヤツキ
４は流体圧力によりシールド１の壁面に沿つてテ
ール方向に伸張するピストンロツド４Ａを備え、
これらのピストンロツド４Ａの先端にライニング
コンクリート６の端面を押圧する円環状の加圧リ
ング７が装着される。

成型手段は複数組の型枠８と最前部の型枠８を
支承する支承装置９により構成される。型枠８は
ライニングコンクリート６の内周面に合わせてあ
らかじめ成型された分解、組み立て可能なエレメ
ントであり、コンクリートの打設時にシールド１
のテール部において組み立てられ、支承装置９に
より内側から支承されてライニング内周面を成型
する。また、コンクリート打設後も硬化養生のた
めに一定期間そのまま残置される。支承装置９は
第５図及び第６図に示すように４枚の支承板１１
とこの支承板１１を支える４本の支承ジヤツキ１
２からなる。支承板１１は円弧状の板材で、支承
ジヤツキ１２の伸張により型枠８の頂部及び底部
の両端面の内側に進入して、側面に突設した押さ
え板１１Ａを型枠８の端面に当接することにより
型枠８を支承する。支承ジヤツキ１２は、シール
ド１の軸線と平行に相対してシールド１に固設さ
れた２本の支持アーム１０Ａに摺動自由に嵌めた
スライド枠１０Ｂに、前後方向に所定の間隔をお
いて垂直に取り付けられ、上及び下方向に伸張す
るピストンロツド１２Ａの先端を上下の支承板１
１にそれぞれヒンジ結合する。さらに、支承装置
９には図示されないポンプにより後方から圧送さ
れた生コンクリートを型枠８とシールド１との間
に注入する注入管１４を設ける。また、支承装置
９をスライド枠１０Ｂとともに支持アーム１０Ａ
に沿つてシールド１の先端方向に移動するため、
図示されない移動装置が設けられる。この移動装
置は、例えばウインチとチエーンあるいは液圧シ
リンダなど支承装置９をシールド１の先端方向に
引き寄せる機能を有するものであれば良い。

シールド１を推進するため４本の推進ジヤツキ
１３が支承板１１に固設される。推進ジヤツキ１
３は一端を後方側の支承板１１に固着し、前方側
の支承板１１を貫通してシールド１の軸線と平行
に取り付けられる。推進ジヤツキ１３は流体圧力
によりシールド１の前方に向けて伸張するピスト
ンロツド１３Ａを備え、このピストンロツド１３
Ａでリングガータ３を押圧することにより、シー
ルド１を推進する。シールド１の推進時に推進ジ
ヤツキ１３及び支承板１１に作用する反力は、支
承板１１の後方に連続して配置された型枠８とラ
イニング内周面との摩擦力により支持される。な
お、推進ジヤツキ１３の有効ストロークは型枠８
の軸方向長さと同一もしくはこれより若干長く設
定され、加圧ジヤツキ４の有効ストロークもこれ
に一致させておく。

以上のように構成されたトンネル構築用シール
ド装置の作用を次に説明する。

第１図はこのシールド装置が加圧ジヤツキ４に
よりコンクリートを所定の圧力で加圧しながら、
掘削機２による切羽の掘削と推進ジヤツキ１３の
推力により所定の前進を終えた状態を示す。この
状態から、第２図に示すように加圧ジヤツキ４と
推進ジヤツキ１３とを収縮させ、また支承装置９
の支承ジヤツキ１２を収縮して支承板１１を型枠
８から外す。そして、既に十分硬化した後方のコ
ンクリート６の型枠８（点線で示す）を分解し、
支承装置９の前方に移動して再び組み立てる。次
に、図示されない移動装置により支承装置９を第
３図のように組み立てた型枠８の位置まで支持ア
ーム１０Ａに沿つて前方に移動し、支承ジヤツキ
１２を上下に伸張させて、押さえ板１１Ａがこの
型枠８の端面に当接するまで支承板１１を押し広
げる。支承装置９は支持アーム１０Ａに案内され
て移動するため、支承装置９に支承された型枠８
はシールド１と同心円上に構成される。以上の作
業が完了したら、注入管１４をセツトして、生コ
ンクリートを型枠８とシールド１との間に注入す
る。生コンクリートの注入が終了したら注入管１
４を閉じ、第４図のように推進ジヤツキ１３を伸
張させながら掘削機２を駆動してシールド１を前
方へ推進し、同時に加圧ジヤツキ４を伸張させ
て、打設した未硬化のコンクリート６Ａを加圧リ
ング７を介して後方へ所定圧力で加圧する。シー
ルド１を推進する推進ジヤツキ１３は支承板１１
及び支承板１１の当接する型枠８の端面を介し
て、後方の型枠８と硬化したコンクリート６の内
周面との間に生じる一様な摩擦抵抗に支持され
る。シールド１が徐々に前進するにつれて、加圧
ジヤツキ１３に押圧されたコンクリートはシール
ド１のテール部から後方へ少しずつ押し出され、
型枠８と地山掘削面との間に隙間なく充填され
る。なお、コンクリート６Ａを加圧する加圧ジヤ
ツキ４の加圧力は推進ジヤツキ１３の推進力に関
係なく調節できるため、コンクリートは最適の一
定圧力で加圧され、過大な圧力によりコンクリー
ト６Ａが地山に貫入する恐れはない。また、型枠
８は支承装置９により内側から支えられているた
め加圧力を受けて変形や変位を起こす恐れもな
い。そのため、構築されるライニングの厚さと質
は常に均一である。シールド１がコンクリートを
加圧しながら前進すると、やがて第１図と同様の
状態に至り、再び第１図〜第４図の工程が繰り返
される。このようにしてこのシールド装置はライ
ニングを構築しながら前進するが、シールド１の
推進反力は後方の型枠８と硬化したコンクリート
６との摩擦力として受け止められ、またシールド
１のテール部で組み立てる型枠８は後方の十分に
硬化したコンクリート６から取り外したものを順
番に使用するため、硬化途上のコンクリートの養
生に十分な時間をかけることができる。

なお、曲線部の施工においてはシールド１前部
に中折れ装置を設けて掘削機２がシールド１に対
して所定の角度を持つようにする。また、使用す
る型枠８をカーブの曲率に合わせてシールド１の
軸線方向にテーパ状に成型する。この場合、掘削
機２がシールド１の軸線に対して常に一定の角度
を保ちながら前進するので、推進ジヤツキ１３の
伸張力を調節しなくても、掘削された坑道は所定
の曲率でカーブする。また、支承装置９がシール
ド１と同軸上を移動するため、型枠８はカーブし
た坑道と同心円上に設置される。したがつて、曲
線部の施工においても推進ジヤツキ１３や加圧ジ
ヤツキ４の伸張力は一様で良く、そのため直線部
と同様の均一な厚さと質のライニングを打設でき
る。

なお、シールド１を上記のような機械掘削によ
る密閉型のシールドとせず、人力掘削によるオー
プン型のシールドとする場合は、中折れ装置の代
わりにシールド１の外側に抵抗板（スタビライ
ザ）を付設しても良く、この場合も中折れ装置と
同様に推進ジヤツキ１３や加圧ジヤツキ４の伸張
力を調整せずに曲線部の施工が行える。

また、このシールド装置は鉄筋コンクリートや
繊維系コンクリートによるライニングの構築にも
使用できる。

（発明の効果） 以上のように本発明においては、型枠の支承装
置がシールドと同軸的に移動するため常に掘削断
面と同軸的かつ均一な厚さのライニングを打設で
きる。また、シールドを推進する推進ジヤツキを
型枠の端面で支持したため、打設したコンクリー
トを加圧する加圧ジヤツキの加圧力を推進ジヤツ
キの推力に関係なく最適に保つことができるとと
もに、コンクリート打設後は支承装置のみを移動
し、移動地点に別の型枠を組み立てて次のコンク
リートを打設するので、既に打設したコンクリー
トの型枠はコンクリートが十分に硬化するまで撤
去する必要がなく、十分な養生が行なえる。

つまり、本発明によればトンネルの直線部、曲
線部を問わず均一かつ良質のライニングを掘削に
連続して施工できるので、工期の短縮並びに工事
費の低減という場所打ちライニング工法の特徴に
加えて、トンネルの施工精度及びライニングの強
度と耐久性を向上させることができる。

特に本発明では、曲線部にて型枠端面が片押し
されるようなことがないので、打設直後のまだ固
まらないコンクリートに偏圧による悪影響が及ぶ
ことがなく、しかも養生中の型枠を利用して充分
に硬化したライニングに反力を伝達できるので、
施工速度の遅延を確実に回避できるという大きな
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の実施例を示すシール
ド装置及びライニングの縦断面図、第５図は同実
施例中の支承装置の正面図、第６図は第５図にお
けるＡ−Ａ矢示図である。また、第７図は場所打
ちライニング用のシールド装置の従来例を示す断
面図、第８図〜第１０図は同従来例の作動を説明
する要部断面図である。 １……シールド、４……加圧ジヤツキ、８……
型枠、９……支承装置、１３……推進ジヤツキ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シールドを前進させる推進手段と、シールド
   のテール部で打設された未硬化のライニングコン
   クリートを加圧する加圧手段と、ライニングコン
   クリートの内周面を成型する成型手段とを備えた
   トンネル構築用シールド装置において、成型手段
   を型枠と半径方向に伸縮して前記型枠を半径方向
   に支承する支承装置とで構成し、この支承装置を
   型枠を残置したまま所定範囲でトンネル軸方向に
   移動可能にシールドに同軸的に連結するととも
   に、推進手段として支承装置に支持されてシール
   ドを押圧する推進ジヤツキを備え、加圧手段とし
   て後方に向かつて伸張する加圧ジヤツキをシール
   ドに固設したことを特徴とするトンネル構築用シ
   ールド装置。