JPH0765460B2

JPH0765460B2 - 自走式密閉形シールド掘進機

Info

Publication number: JPH0765460B2
Application number: JP2040989A
Authority: JP
Inventors: 六郎柴田
Original assignee: 日産建設株式会社
Priority date: 1990-02-23
Filing date: 1990-02-23
Publication date: 1995-07-19
Anticipated expiration: 2010-07-19
Also published as: JPH03244791A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は土木建設工事で用いるシールド掘進機に関する
ものであり、直打ちシールド工法に好適なものである。

〔従来の技術〕

直打ちシールド工法は、ECL（Extruded Concrete Linin
g）工法、場所打ちライニング工法、又は直打ちライニ
ング工法等と称され、シールドテール内で覆工用の内型
箔を組み立て、切羽のボイド内にコンクリートを打設
し、コンクリートをプレスし、シールドのジャッキ推力
をシールド後方のボイドに打設し、まだ十分に硬化、養
生されてないコンクリートや内型枠に加えて、コンクリ
ートと型枠に反力をとってシールドを推進し、推進に並
行して覆工を形成するものである。

直打ちシールド工法は、建設費の削減及び施工の一層の
合理化、安全化を目標に開発中の技術であり、例えば昭
和62年11月13日（金）に科学技術館地下ホールで開催さ
れたECL工法研究発表会では第16図に示す直打ちシール
ド工法が発表された。

即ち、発表された該先行技術は、第16図に示す如く、シ
ールド掘進機は、前胴と後胴から成る腹胴方式であっ
て、シールド掘進機にはシールドジャッキ、プレスジャ
ッキ、反力伝達ジャッキが装備されている。

施工フローは、堀進→コンクリート打設→コンクリート
プレス→養生、の繰返しであり、シールド掘進機構は後
部型枠及びコンクリートに反力を取って推進している。
コンクリートの締め固めは、バイブレータによる従来の
技術で対応している。即ち、棒状バイブレータか型枠バ
イブレータで締め固めを行う。テールボイドへのコンク
リートの充填は、プレスによる圧力で実施している。

また、第17A、第17B図に示す如く、オープンタイプのシ
ールド工法にあっては、シールド掘進機を自走させる手
段が開発されている。即ち、第17A図及び第17B図に示す
如く、メッセルフレームの外周に多分割のメッセルを配
置しておき、各メッセルジャッキで１メッセル毎に順次
推進し、その推進反力は他のメッセルの外周面の地山に
対する摩擦力から採っており、全てのメッセルをメッセ
ルジャッキにより一定長推進した時点で、全メッセルジ
ャッキを収縮することによりメッセルフレームを前方に
移動させ、この工程の繰返しでシールド掘進機を推進し
ている。

また、第18図に示す如く、硬岩質の地山でのトンネル工
法にあっては、メインビーム軸にスライドレールを取付
けて、そのレールに沿ってグリッパービームをスライド
シリンダーによって移動すると共に、グリッパービーム
に内蔵しているジャッキを伸長することによって地山に
反力を採り、カッターヘッドを回転掘削しながらスラス
トシリンダーを伸長して推進し、一定長の推進後に、ジ
ャッキを収縮してグリッパー反力を解いてスラストシリ
ンダーを収縮することによりグリッパービームを前方に
スライドさせ、この工程を繰返して掘進して行く工法も
実用化されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

第16図に示す如き、シールド掘進機構は、後部型枠及び
コンクリートに反力を取っているため、コンクリートの
硬化と養生のための時間が必要であって、コンクリート
打設後に一定の時間を放置しないと掘進が出来なく、ま
た打設コンクリートが地山と接しているため、コンクリ
ートの硬化は地下水の影響でかなりの時間を要する。ま
た掘進につれて地山環境が変化するため、コンクリート
配合も、強度性、ひび割れ、ワーカビリティ、打設強
度、最終硬化強度、発熱性等の条件設定が困難であっ
て、一様な施工管理が困難であった。

従って、現在までの技術では、開発目標を全土質を対象
とするものの、地下水圧が２〜4kg/cm²の自立性地盤を
対象とし、地下水のごく少ない場所にしか適用出来す、
目標日進量も試験施工段階では3m/日にすぎない。

また、第17A、第17B図の自走シールド工法にあっては、
オープンタイプであって、メッセルの推進する前にメッ
セル刃口部を手堀り、或いは機械堀りによって掘削して
おくことが必要であって、地下水が湧出しない硬い土質
の特定の範囲にしか適用出来ないものであり、密閉式シ
ールド掘進機には適用出来ない。

また、第18図の工法にあっては、硬岩質による掘進のた
め、そのグリッパー反力は強力な力が必要であり、砂質
又はシルト地盤では採用出来ず、軟い地盤を対象とする
工法には採用出来ない。

本発明は、密閉式シールド掘進機にあって、自走機能を
付与することにより、これら従来工法の問題点を一挙に
解決するものである。

〔課題を解決するための手段及び作用〕

密閉形シールド掘進機を、シールド掘進機全外周の地山
にのみ反力を採らせて自走させて、シールド掘進機の推
進とシールド掘進機後部の打設コンクリートとの関係を
断ってコンクリートを直打ちするものであり、例えば第
1B図、第2A図、第3B図に示す如く、シールド外管１が周
方向に分割された複数の弧版ピース1a〜1fを相互摺動可
能に連結した形態で内管2,3,4の外周を覆い、内管内部
に抵抗フレーム６を前後摺動可能に配置し、該フレーム
６とシールド内管とをシールド推進手段J₃で連結すると
共に、抵抗フレーム６には多数のグリッパー67Cを、そ
れぞれシールド外管１から出没制御可能に据付けて、各
弧版ピースがそれぞれ地山を反力として交互に順次推進
する自走式密閉形シールド掘進機によって実施する。

従って、シールド掘進機の推進反力は地山のみに採り、
シールド掘進機後部の直打ちコンクリートには何ら反力
を採らないため、直打ちコンクリートの硬化待ちの時間
は不要となり、又コンクリートの不十分な硬化状態に対
する圧力の悪影響も生ずることなく、設計値どおりの十
分な強度を有するコンクリート打ちが硬化時間待ちなし
に迅速に実施出来る。

また、シールド掘進機後部から止水シートを地山に沿わ
せて延出して、地山からの地下水を遮断しながらコンク
リート打設を行う場合は、直打ちコンクリートに対する
地下水の悪影響が素子出来る。更にまた、真空コンクリ
ート型枠装置を用いて直打ちしたコンクリートから水分
を真空吸引する場合は、コンクリートの早強性、自立性
が早まり、良質なコンクリート打ちが迅速に達成出来
る。

また、本発明は、例えば第1A図及び第1B図に示す如く、
シールド外管１を複数枚の弧版ピース1a〜1fを、シール
ド内管２の外周全面に相互摺動可能に連設した形態に構
成し、各弧版ピースを１枚づつ順次に地山に反力を採っ
て進めるようにしたので、軟質地盤にあっても静止状態
の弧版ピースの摩擦抵抗で十分な自走用反力が得られ
る。

また、シールド掘進機本体を前胴部Ａと後胴部Ｂとに分
割して、両者を複数の伸縮連結手段で連結した場合は、
地中での屈曲進行が可能であるばかりか、後胴部Ｂ後方
の直打ちコンクリートに対する前胴部Ａの機械的振動等
の伝達が連結手段によって減少又は阻止され、直打ちコ
ンクリートに対する悪影響が阻止出来る。

また、各弧版ピースの前部に掘進用のドリルを配設した
場合は、かなり硬い土質にあっても良好に自走出来る。

また、後胴部Ｂに止水シート抱込み装置を施し、且つ後
胴部内周とコンクリート充填用のスプレッダー面板の表
面と、型枠表面とに真空吸引手段を施した自走式密閉形
シールド掘進機で直打ちする場合は、止水シートが連続
供給出来ると共に該シートを後胴部内周に接触状態で供
給出来、地山からの地下水を好適に遮断出来ると共に、
直打ちコンクリート中の水分が吸引除去出来て、コンク
リートの早強性、自立性が高まり、シールド掘進機の日
進量をより高めることが出来る。

また、外面の通気用スリットを備えたスキンプレート
と、内面の真空プレートとで真空スペースを形成すると
共に、スキンプレート表面に多孔セラミックス層の如
き、水のみを透過可能な多孔質層を添設し、真空スペー
スを水分離槽を介して真空ポンプに連結した真空コンク
リート型枠装置は水分吸引の良好な真空コンクリート打
ちが好都合に実施出来ると共に、本発明の直打ち工法に
於て、早強性、自立性を高め、早期硬化と養生を好適に
達成出来る。

〔実施例〕

例１、（第1A図乃至第14C図）本発明に用いる自走式密閉形直打ちシールド掘進機を泥
土加圧式で、土質は砂礫層で水圧1.5kg/cm²、礫径最大
150mm、主動土圧1.8kg/cm²、受動土圧2.6kg/cm²、シー
ルド外径3mの条件で実施した。

シールド掘進機の概略構造は、前胴部と後胴部の２分割
形態であり、前胴部は自走のためのドリルを備えた６枚
の弧版ピースがシールド掘進機内管を包んでる。シール
ド掘進機内管は通常の土圧式の排土機構を備えた構造で
ある。その内管に、カッターフェースと弧版ピース推進
用のジャッキ、カッターフェース駆動用モータを内蔵し
て、後胴部は真空コンクリートプレスジャッキ、型枠組
立用のエレクター装置を装備し、その後端内周には後方
に拡開するテーパー面を備えている。また、後胴部はコ
ンクリート打設部分に止水シート抱込み装置、止水シー
ト吸着装置を装備している。内管内部には自走用の抵抗
フレームを装備している。後胴部付近には、真空コンク
リート打設のための型枠装置と真空機械一式がある。

〔構造〕

（イ）．シールド掘進機本体：第1A、第1B図に示す如く、外径3000mm、長さ5300mmの前
胴部Ａと、外径3000mm、長さ1500mmの後胴部Ｂとの２分
割形態であり、前胴部Ａは第１内管２、第２内管３、及
び第３内管４（第2A図）と、外管１とから成り、第1C図
に示す如く、前胴部Ａの第３内管４の内周面末端と後胴
部Ｂの円筒５前縁の段落縁51の内周面との間には、ジャ
ッキJ₄本体が内管４側に、ジャッキJ₄のピストン先端が
段落縁51内側の取付片52に固定されて、内周面上で等間
隔に４本のジャッキJ₄で相互連結されており、内管４末
端外周に固定されたウレタンシールから成る可撓環帯49
が後胴部円筒５の段落部51の外周を摺動可能に覆ってい
る。

（ロ）．シールド掘進機前胴部外管：第3A図乃至第3E図、及び第1A、第1B図に示す如く、第１
弧版ピース1a、第２弧版ピース1b、第3,1c、第4,1d、第
5,1e、第6,1fの６枚であり、第１はドリル５本、第２〜
５はドリル６本、第６はドリル７本を長ドリルD₁と短ド
リルD₂の交互配置で備えている。各ピースは、前縁12が
ドリルD₁,D₂支承用の２枚板であり、後縁が支承片13で
あり、側板11を備え、且つ隔壁14で仕切られた開放部Ｏ
を有するドリル収納ボックスＢを備えている。ボックス
Ｂには、先端にカッターＺを有する長ドリルD₁と短ドリ
ルD₂とが交互に収納され、ドリル凹部10がローラベアリ
ング12Cを介してドリル軸受部12a,12bで支承され（第7
A,7B図）、やはりドリルD₁,D₂支承用の２枚板前縁12、
及び側板11を備えた蓋板15で閉入支持されている。ドリ
ルギアG₁は、隔壁14の切子部n₁₄によって、開放部Ｏか
ら内面に露出し、ドリル基端Ｅは支承片13の対向面に設
けられた板バネSPによって常時弧版ピース外周方向に付
勢されている。また、各ピースにはその略中央部内面
に、ボタンジャッキJ₁₈を内蔵するボタンジャッキ基盤1
8aと、内面両側には後方傾斜山から成るボタンラックR₁
を備えた弧版ボタン18bとから成る係止手段が、後述す
る抵抗フレーム６と協同作用するように固定され（第3E
図）ており、ピースの弧版ボタン両側には、後述するグ
リッパー67c突出用の長方形開口h₁,h₁′がありピースの
両側縁に浅くて長い切込みn₁があり、ピースの前縁部両
側には、それぞれ、継手スライド部16aとオス継手16、
及びメスガード17aに囲まれたメス継手17が形成してあ
る。そして、各弧版ピースのオス継手16とメス継手17と
を係合して外管１が構成されており、各ピース間には対
向した切込みn₁によって案内長孔が形成され、該長溝が
後述する弧版ピース押え片44を案内支承している。

（ハ）．シールド掘進機前胴部内管：第2A〜2D図、及び第1B図に示す如く、第１内管２は、通
常の開口部22、及び刃口23を備えたカッターフェース21
と、後方の開放した長さ1300mm、外径2390mm、肉厚20mm
の円筒部20とから成っており、胴長略中間部の、外周に
はドリルD₁,D₂のドリルギアG₁と係合するためのドリル
駆動ギアG₂が、内周には該内管２を回転するためのシー
ルドギアG₂₀が、それぞれ全周にわたって、配設されて
いる。

第２内管３は、内管２の内部に納まる外径2340mm、幅15
0mm、肉厚30mmのリング形状のチャンバー受口31と、じ
ようご部32、及び慣用の搬送用スクリューを内装した搬
送スクリュー管33との連結体に、外径1960mm、胴長1650
mm、肉厚15mmの支承胴30がじようご部32外側に固定され
たものであり、支承胴30の胴長の略中央部外周には、高
さ200mm、幅100mmのシールドジャッキ反力板35が立設さ
れている。また、支承胴30外周の、反力板35の前部に
は、モータ台34を介して前端にシールドギアG₂₀と噛合
して内管２を回転させるためのギアG₃を備えたシールド
モータM₃が、反力板35の後部には、ジャッキ台36を介し
てシールドジャッキJ₃が、それぞれ等間隔に４個固定し
てあり、シールドジャッキJ₃の基部は反力板35に、その
頭部37は後述する抵抗フレーム６に固定してある。

また、第３内管４は第４図、第５図及び第1B図に示す如
く、第１内管２、第２内管３の後続構造体であって、外
径2920mm、長さ3200mm、肉厚20mmの円筒体40の前端に、
外径2920mm、内径2120mm、肉厚20mmのドーナツ形の連結
板41を固定した形状であり、連結板41にはシールドジャ
ッキJ₃を通すための切欠C₄と、後述する弧版ピース推進
ジャッキJ₁のロッド挿通用孔O₄₁とが形成してあり、連
結板41の円孔O₄に第２内管３の支承胴30が嵌入されて、
連結板41が支承胴30上に固定されている。

また、円筒体40の表面には、各弧版ピース1a〜1fの開口
h₁,h₁′に対応しているグリッパー突出用の長方形開口h
₄,h₄′と、両孔の中央部であって前方の孔h₄と同寸法で
並列した弧版ボタン19を貫通する長方形開口h₄₀とが開
口しており、各弧版ピースの境界に対応する位置には、
各ピースの切込みn₁で形成された案内長孔から突出する
脚片45を介して弧版ピース押え片44が配設され、円筒体
表面適所に弧版ピース摩擦摺動用の摩擦バー43が平行、
且つ内管４の長手方向に配設されている。また、円筒体
40の後部内周には後述するコンクリートプレスジャッキ
J₇を等間隔に６本固定し、ジャッキJ₇の頭部にはシール
ド掘進機内部全周にわたるドーナツ形のスプレッダー基
板７が固定されており、円筒体40の中央部には後述する
抵抗フレーム６が前後方向摺動可能に挿入されている。

（ニ）．抵抗フレーム：第8A図乃至第8D図、第9A,9B図、及び第1B図に示す如
く、外径2875mm、内径1675mm、肉厚100mmのドーナツ形
の前部リング61と、外径2875mm、内径2675mm、肉厚100m
mのドーナツ形の円盤であってその内周には縦100mm、横
100mm、高さ200mのスタンド63を12本突設した後部リン
グ62との間に、上板64′、脚部64″、及び基板64から
成る長さ700mmのＨ形鋼の各抵抗ビーム64を各スタンド6
3と面一になるように固定し、各抵抗ビーム64の基板64
と前部リング61内面とに前部のグリッパーガイドボッ
クス67aを、基板64と後部リング62内面とに後部のグ
リッパーボックス67aを、交互に前後して固定し、各ボ
ックス67aの両側は、それぞれ前部リング61と後部リン
グ62間に固定された支持バー65a,65bで挾着支持してあ
る。支持バー65bの側面と支持バー65aの側面とには、内
面に前方傾倒山から成るボタンラックR₆を備えたラック
バー66a,66bを固定し、両ラックバー間の間隔を通して
各弧版ピースの弧版ボタン18bが突出して、ボタンジャ
ッキJ₁₈の伸縮により弧版ボタン内面両側のボタンラッ
クR₁が両側のラックバー66a,66bの各ラックR₆と係合離
脱する構成となっている。また、各グリッパーボックス
67a内には、グリッパージャッキ67bを介してグリッパー
67cが抵抗フレーム６から外方へ出没可能に装着されて
いる。そして、グリッパー67cは、先端が後方に45゜の
角度で切落してあり、地山への貫入を容易にし、且つ地
山中での反力抵抗を増大する形状となっている。

また、抵抗フレーム６の各グリッパーボックス67aは、
それぞれ重合形態の内管４の開口h₄と弧版ピースの開口
h₁とに、或いは内管４の開口h₄′と弧版ピースの開口
h₁′とに一致しており、各開口重合部の内管４と弧版ピ
ースとの間にはそれぞれめくら板68が第9A図に示す如く
摺動可能に介装してあり、縁壁68aで形成された開口O₆
からグリッパー67cが出没するようになっている。

また、抵抗フレーム６の前部リング61の前面には、第1B
図に示す如く各弧版ピースに対応する弧版ピース推進ジ
ャッキJ₁の基端が固定されており、該ジャッキJ₁のロッ
ドが内管４の挿通孔O₄から貫通突出し、その前端には押
圧板19aが固定され、押圧板19aからは第６図、及び第7
A、第7B図に示す如くドリル基端Ｅを抱込む曲面を有す
る抱込み片19bを各ドリルに対応して突設すると共に、
各抱込み片の先端にはドリル基端持上げ用のテーパーを
有するキャンバー19cが連設されており、ジャッキJ₁が
伸長してキャンバー19cがドリル基端Ｅをすくい上げ、
基端Ｅが板バネSPを押圧すればドリルギアG₁がドリル駆
動ギアG₂と噛合し、更にジャッキJ₁伸長によって押圧板
19aがドリル基端Ｅを前方に押し出す構成となってい
る。さらにまた前部リング61の前面にはシールドジャッ
キJ₃頭部37が固定してあり、シールドジッキJ₃が伸長す
れば抵抗フレーム６を反力として第２内管３の反力板35
を押し出す構成となっている。

（ホ）．シート供給構造：第10A、第10B、第11A、第11B、及び第12A、第12B図に示
す如く、後胴円筒５の前端部内周に10個のシート抱込み
装置を配設した。シート抱込み装置は、幅150mm、長さ2
00mm、高さ70mmの断面Ｌ状の支承板53の取付用脚板53′
を円筒５に固定し、支承板53の後端に案内用切欠54′を
有する断面Ｃ字形の軸支部54を設け、該軸支部54には、
先端がシートを当接案内するように円弧形状に弯曲した
開閉板58を連結片57で突設し、且つ係止ピンＰを突設し
た軸56を嵌入支持すると共に、板58を開放状態及び閉止
状態に保持出来るように、ピンＰを両状態で保持する係
止部55′を有するＺ型溝55を設けた。また円筒５内周面
全周に、且つ抱込み装置の後端から後胴部の略後端にわ
たって薄い多孔質セラミックス層50を添設すると共に、
該セラミックス層50の背部に真空吸着溝59を適宜間隔を
連設して、該溝59を導管l₅を介して真空ポンプP_Vに接続
してある。そして、抱込み装置の全ての開閉板を開放し
た状態で、シールド掘進機の外径よりやゝ大きい径を有
する長尺筒状プラスチックフィルムシート（ビニールシ
ート）を折畳んで押込んで、フィルムシート先端を前回
のシート後端に溶着接続した後、開閉板58を閉じるよう
に構成されている。

（ヘ）．コンクリートプレス構造：第13B図、及び第1B図に示す如く、ストローク長1000mm
のコンクリートプレスジャッキJ₇が後胴部Ｂの円筒体５
後端部内面周上に等間隔に６本固定されており、ジャッ
キJ₇のピストンロッド先端には肉厚50mm、外径2860mm、
内径2460mmのドーナツ形のスプレッダー基板７が固定し
てあり、スプレッダー基板７の外面には断面Ｈ形で外周
及び内周に深さ20mmの摺動用案内溝ｇを有するドーナツ
形の中基板71が固定してあり、更に中基板の外面には肉
厚30mmで基板７と同じ大きさのドーナツ形のスプレッダ
ー面板72が固定してあり、面板72の外面には多孔質のセ
ラミックス層70が添設してある。また中基板71の内外周
には、それぞれ内外周溝ｇによって摺動案内されるスラ
イドリング73,73′が出没可能に分割片の形態でリング
ジャッキJ₇₁によって配置されており、各リング73,73′
が外方及び内方に各ジャッキJ₇₁によって伸長された時
に配力筋９を挿通出来る鉄筋穴h₇が各リング分割片に穿
孔してあり、面板72のセラミックス層との接触面には真
空溝79群が縦横に連結配置してあって、真空溝群は導管
l₇によって水分離槽ｔを経て真空ポンプP_Vに接触されて
いる。

（ト）．真空型枠装置：真空型枠装置は通常のトンネル用円形型枠に真空コンク
リート装置を付設したものである。型枠８は外径2360mm
のリングを５分割したものであって、各分割１リング当
り長さ1mである。各分割型枠は、第13A図に示す如くス
キンプレート81の外表面に有効径５ミクロンの多孔質セ
ラミックス層89を添設しており、スキンプレート81に
は、シールド前後方向に200mmピッチで円周方向長さ150
mmのスリット88が、スリット幅200ミクロンで配設され
ており、スキンプレート81と5mmの間隔を置いて非通気
性の真空プレート82が密閉して真空スペース83を形成し
ている。また、表面にセラミックス層89を備えたスキン
プレート81の適所にコンクリート打設口85があって、各
打設口85がコンクリートポンプP_cとパイプ86によって連
結可能に構成されている。真空スペース83にも吸引用連
結管84が接続され、各連結管84が導管ｌによって水分離
槽ｔを介して真空ポンプP_Vに接続されている。

（チ）．鉄筋：第14A,14B,14C図に示す如く、らせん外筋94、らせん内
筋96、及び配力筋９から成っている。配力筋９は突出リ
ブ91を有する10mm径の異形断面鉄棒であり、断面Ｃ形状
でリブ91に対応する突出部93を備えた連結片92を配力筋
９の両端つき合わせ部に嵌着してワンタッチ連結可能と
なっている。らせん外筋94は一束63mであって両端にフ
ック95を有し、らせん径2900mmであり、らせん内筋96は
一束58mであって両端にフック97を有し、らせん径2420m
mであり、両らせん筋共3mm径の鉄線で構成されている。

〔作用〕

（イ）．シールド掘進機の自走推進：運転開始によってシールドモータM₃が回転し、モータM₃
のギアG₃と第１内管２のシールドギアG₂₀との噛合によ
って第１内管２も回転し、ドリル駆動ギアG₂も回転して
いる。次いで抵抗フレーム６に於て第１弧版ピース1a以
外の全ての弧版ピースに対応する全グリッパー67cを対
応グリッパージャッキ67bを伸長することにより各弧版
ピースのグリップ開口部h₁,h₁′から地山中に突入する
と共に、それぞれのボタンジャッキJ₁₈を伸縮して各弧
版ピースの弧版ボタン内面のラックR₁を抵抗フレームの
ラックR₆に押圧係合し、第１乃至第６の全ての弧版ピー
スでの、外周面の地山に対する摩擦抵抗と、地山中に突
入したグリッパー67cの摩擦抵抗とを得た状態で、第１
弧版ピース1aのグリッパー67cを収縮し、且つ弧版ボタ
ン18bを解放して、第１弧版ピース1aの推進ジャッキJ₁
抵抗フレーム６を反力として伸長する。ジャッキJ₁がロ
ッドを前方に伸長することによりその先端の各キャンバ
ー19cが各ドリル基端Ｅをすくい上げ、ドリルD₁,D₂は板
バネSP（第7B図）を押圧してシールド機の内周方向に偏
位し、ドリルギアG₀が内管２外周上のドリル駆動ギアG₂
噛合して第１弧版ピース1aの各ドリルD₁,D₂回転を始
め、それ以降のジャッキJ₁の断続伸長によって、抱込み
片19bがドリル基端Ｅを抱込んだ状態でドリル先端のカ
ッターＺが地山を切削しながら第１弧版ピース1aを前方
に推進する。ジャッキJ₁の設定伸長量は弧版ピースが50
cm押し出されるようにされている。第１弧版ピース1aの
推進完了後、第１弧版ピース1aの２個のグリッパー67c
を、対応するグリッパージャッキ67bの伸長により地山
中に突出すると共に、ボタンジャッキJ₁₈を収縮して弧
版ボタン18bのラックR₁を抵抗フレーム６のラックR₆に
押圧係合して、対応するジャッキJ₁を収縮し、ピース1a
のドリルD₁,D₂の各ドリルギアG₁板バネSPの作用によっ
てドリル駆動ギアＧから離脱する。

次いで、第２弧版ピース1bは、ボタンジャッキJ₁₈を伸
長して弧版ボタン18bのラックR₁と抵抗フレームのラッ
クR₆の係合を解除すると共に、グリッパージャッキ67b
を収縮してピース1bのグリッパー67cを弧版ピース1bの
表面から没入し、次いで第２弧版ピース1bの推進ジャッ
キJ₁を伸長し、第１弧版ピース1aの場合同様にドリル
D₁,D₂を回転させながらピース1bをピース1aと同一レベ
ルで推進する。以下の工程を繰返して、推進弧版ピース
以外の全ピースの周面摩擦とグリッパー摩擦とを反力と
し、１個づつ弧版ピースを推進して全６個の弧版ピース
の同一位置までの推進を完了する。

次の内管（2,3,4）の掘削推進は、全弧版ピース1a〜1f
の推進が完了した後、全グリッパー67cを全弧版ピース1
a〜1f表面から地山中に突出し、全弧版ピースのボタン
ラックR₁を抵抗フレーム６のラックR₆と係合して、全弧
版ピース、即ち外管の全周面の地山に対する摩擦抵抗
と、全グリッパー67c群の地山に対する摩擦抵抗とを得
た状態で抵抗フレーム６を反力として４個のシールドジ
ャッキJ₃を伸長して、内管の推進（500mm）と同時にカ
ッターフェース21の回転で地山の掘進も行う。

外管（全弧版ピース）、及び内管の掘進完了後は、全て
のグリップジャッキ67bを収縮して全グリッパー67cを没
入し、且つ全ボタンジャッキJ₁₈を伸長して全弧版ボタ
ン18bのボタンラックR₁を抵抗フレームのラックR₆から
外した状態で、全シールドジャッキJ₃を収縮して、抵抗
フレーム６を内管４内で前方に引寄せ、シールド掘進機
全体の一工程自走推進が完了する。

なお、後胴部は４本のジャッキJ₄によって内管４と連結
してあるため、内管の推進時に各ジャッキJ₄を必要に応
じて操作することにより、シールド掘進機の自由な蛇行
進行が可能である。

また、外管（弧版ピース）と内管４との間にめくら板68
が摺動自在に介在され、且つ起立縁68aを有するその開
口O₆にグリッパー67cが嵌入されているため、シールド
掘進機のグリッパー出没部以外の開口（h₁,h₁′,h₄,
h₄′）スペースを常時閉止し、シールド機の自走推進時
に該開口スペースからの土砂のシールド掘進機内への流
入を阻止している。

なお、砂質、泥質等の軟弱地質の場合は、グリッパー67
cを地山に突入させずとも弧版ピースのみで推進用の摩
擦反力を採ることが可能である。

（ロ）．コンクリート打ち：シールド掘進機を掘進自走した後、後胴後方のボイドで
コンクリート打ちの既に終了した部分から出ている外側
及び内側配力筋９の間にらせん外筋94及びらせん内筋96
の束を介入し、中基板71内のリングジャッキJ₇₁を設定
位置まで伸長して各分割スライドリング73,73′を外周
及び内周に張り出した後、新規の内外配力筋の一端をリ
ング73,73′の鉄筋穴h₇に挿通し、次いで他端を旧配力
筋９の端とつき合わせて、つき合わせ部を連結具92でワ
ンタッチ連結し、各新規らせん筋も、端部フック95,97
を旧らせん筋の端部フックに係合して、各らせん筋の束
を解いて約10cmピッチに自然拡開し、慣用のエレクター
を併用して真空コンクリート型枠を組立てた後（第13A
図）、シート抱込み装置から延出した止水シートF₁で地
山からの水の流入を防止した条件の下で、コンクリート
ポンプP_Cにより、細骨材率S/A＝41.4％、セメント量Ｃ
＝320kg/m³、水セメント比W/C＝50.3、最大粗骨材径10m
m、設計強度σ₂₈＝210kg/cm²、スランプ16cmに配合され
たコンクリートを打設し、コンクリートプレスジャッキ
J₇を伸長してスプレッダー面板72を介してコンクリート
Ｃを押圧し、同時に真空ポンプP_Vの作用によって、コン
クリート中の水分をスプレッダー面板72表面とスキンプ
レート81表面とのセラミックス層の微細多孔から吸い出
して水分離槽ｔ内に排除する。またシート抱込み装置内
の折畳みシートF₀から供給されたシールド外径よりやゝ
大径の止水シートF₁も、円筒５の後部内面の多孔セラミ
ックス層50を介して真空吸着溝59のために円筒５内面に
吸着されているので、コンクリート打ち作業に対する障
害にならずに、地山からの打設コンクリート内への水の
流入が阻止出来、コンクリートの真空打設をより有効に
達成出来る。また、後胴円筒後端内周のテーパー面Ｓ
（第13A,13B図）は打設コンクリートＣの地山圧による
前方、即ち打設側への流出に対して逆止便作用を行う。

（ハ）．シールド機の自走と後胴直打ちコンクリート作
業との関係：施工フローの１サイクルは下記のとおりである。

即ち、シールド掘進機推進の作業は、上記のフローＡ部
とフローＢ部とが同一であって、抵抗フレーム引寄せ工
（15分）、弧版ピース推進工（30分）、内管推進工及び
掘進工（15分）、から成る１サイクルをＡ部とＢ部で２
度行ない、各１サイクルは、１時間を要し、推進長500m
mである。コンクリート直打ち作業は、型枠1mの型枠工
及び鉄筋工（30分）、コンクリート打設工（10分）、コ
ンクリートプレス工及び真空コンクリート工（20分）、
からなる所要時間１時間で、500mm長コンクリート打設
する上記のフローＡ部と、型枠工が不要である代りに型
枠脱枠ケレン工が必要である所要時間１時間で、500mm
長コンクリート打設するフローＢ部とで１サイクルを形
成する。即ち、施工フローはＡ部とＢ部とで１サイクル
となり、１サイクルは２時間を要し、1m推進する。そし
てＢ部でのコンクリートプレス工及び真空コンクリート
工の作業時間は、型枠脱枠ケレン工が加わっているため
に35分となる。また、１型枠は1m長であってフローＡ部
とＢ部との２工程分であるので、フローＡ部での打設コ
ンクリートは、フローＡ部ではやや不十分な真空作用時
間（20分）であるが、フローＢ部でのコンクリートプレ
ス工及び真空コンクリート工の作用も受けるため、早強
性及び自立性の付与に問題はない。

また、シールド掘進機自体は、地山にのみ反力をとって
自走するので、即ち従来機の如く、シールド掘進機が後
方の直打ちコンクリートのプレス圧＋型枠に反力をとっ
ていないため、後続している打設コンクリートの硬化、
養生に関係なく掘進出来、施工を早めることが出来る。

〔効果〕

（イ）．シールド掘進機の前胴部Ａと中折れ式後胴部Ｂ
とが可変油圧ジャッキで連結されているため、シールド
掘進機本体の振動、蛇行等の打設コンクリートへの悪影
響はなかった。また、弧版ピースの推進時のグリッパー
と弧版ピースの操作でシールド掘進機を自在に曲進出
来、曲率半径80mで曲進出来た。

（ロ）．打設コンクリートに対しては、プレスジャッキ
のプレス圧で締め固め、その余剰水及びエアーをスプレ
ッダーの表面の真空装置と、真空コンクリート型枠装置
とですぐに吸引除去するので、コンクリートをワーカブ
ルにするために水を増加しても、そのスランプに応じた
セメント量の増加は必要なくなった。また、コンクリー
ト打設時からコンクリート内の余剰水及びエアーを真空
装置とプレス装置で除去するため、打設高さに関係する
上部と下部とのコンクリート品質の差異の発生が防止出
来、コンクリート構成成分（骨材、セメント、水）の分
離作用が発生せず、打設コンクリートの配合状態のまま
で硬化するので、均一な品質で早強性、自立性、充填性
が良くなり、コンクリートの打設高さに関係しない均一
性のある品質と強度が確保出来た。従って、均一な品質
確保が可能になり、安定したコンクリートの品質が確保
出来るようになったため、最終設定強度δとコンクリー
トの設計強度σ₂₈との安全率を下げることにより経済設計が出来た。即ち、水量を多
目にしてワーカビリティを確得すること、セメント量を
少く（水セメント比W/C＝50.3）して経済性を高めるこ
と、最大粗骨材の大きさを10mm径に抑えて流動性を高め
ること、スランプを16cmにしてワーカブルにすること、
の経済的配合が真空コンクリート打ちのために可能とな
った。なお、真空コンクリート型枠装置は、打設コンク
リートの早強性、自立性を高める機能のために、自走式
直打ちシールド工法に採用した場合にはシールド掘進機
の自走機能を最大限に効率化して有効であるが、その機
能から見て他の工法にも有効であることは当業者にとっ
て自明である。

（ハ）．シールド掘進機の外径＋αのサイズの円筒形止
水シート（ビニールシート）をコンクリート打設に合わ
せて供給していくので、地下水圧4kg/cm²の軟い土質か
ら砂礫土、軟岩層まで幅広い土質を施工対象とすること
が出来、地下水、及び地中に含まれている有害物質に
も、コンクリートの硬化作用は影響を受けることなく、
従って品質低下を考慮する必要がなくなり、打設高さが
有効高さとして算定出来、どのような土質条件でも同じ
暗強の下で均一なコンクリートが打設出来、養生管理が
出来た。また、施工完了後にあっても埋め込まれた止水
シートは、コンクリートのきれつからの漏水を防止し
た。また、土圧、水圧に対してはコンクリートの打設圧
をかえてシールド掘進機の後胴部テーパー面での逆止弁
効果を利用して施工することにより、十分に地山圧力に
対抗出来、本シールド掘進機を広範囲対象機種として利
用出来る。

（ニ）．施工速度は、0.5m長を弧版ピース推進が30分、
内管（本体）推進が15分、抵抗フレームの引寄せが15分
で出来、1m推進が２時間であり、その時間内に鉄筋、型
枠の組立て（30分）、コンクリート打設（10分）、コン
クリートプレス及び真空コンクリート（20分）を実施す
るので、止水シートの新規挿入及び溶着接続、坑内清
掃、着手前の点検等の時間を加味して、昼方4m、昼夜兼
行作業なら8m施工出来、現行のセグメント方式より日進
量が２〜３倍に増加出来た。

例2.（第15図）第15図に示す如く、例１のシールド掘進機に於て、各弧
版ピースからドリルを削除し、且つ弧版ピース群をカッ
ターフェース21の後部と後胴５との間で選択的に前進す
る形態とした。

例１と比べてドリル関連機構を省略したため、前胴部Ａ
が短かく出来た。従って軟土質での施工に適し、且つ機
長が短かくなったため施工曲率を小さく出来、例１での
（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）の効果を奏し、本発明
の所期の目的が達成出来た。

〔発明の効果〕

本発明の自走式密閉形シールド掘進機を用いる直打ちシ
ールド工法では、後部からコンクリートを直打ちしなが
ら推進する密閉形シールド掘進機が全外周の地山に反力
をとって推進し、コンクリート型枠や打設コンクリート
に推進用反力をとらないために、シールド掘進機の推進
と、打設済コンクリートとの関係を断つことが出来、従
ってシールド掘進機の掘削推進は、従来機の如くコンク
リートの硬化と強度発生のための時間を待つ必要がな
く、コンクリートが自立すれば型枠を外して施工を進め
ることが出来るので、日進量の画期的増加が達成出来、
直打ちコンクリートの品質を損う心配が無くなった。

また、シールド掘進機が密閉式であるため、軟かい土質
に適用出来て、シールド掘進機の全周面から地山に対し
て有効に反力を得ることが出来る。また、シールド掘進
機の外管が複数の弧版ピースであるため、各弧版ピース
は他の弧状ピースが受ける地山抵抗を反力として順次に
平滑な推進が可能である。

また、直打ちコンクリートは、シールド掘進機の推進の
ための反力を受けることがないので、地山圧力のみを受
ける一定条件下での均一な硬化、養生が得られ、従来の
直打ちコンクリートと比較して格段に優れた強度を有す
る均一品質のものとなる。

また、シールド掘進機後胴部から止水シートを地山に沿
わせて延出しながらコンクリート打設すると、地下水の
影響を受けずに直打ちコンクリートの早強性及び品質を
高めることが出来る。

また、真空コンクリート型枠を用いると、均一な品質で
早強性、自立性が向上し、コンクリート配合の経済的設
計が可能となり、シールド掘進機の自走推進と相俟って
施工のスピードアップが達成出来る。

【図面の簡単な説明】

第1A図は本発明シールド掘進機の全体斜視図であり、第
1B図はその縦断側面図であり、第1C図は第1B図のＣ部の
拡大図である。第2A図は内管の分解斜視図であり、第2B図、第2C図、及
び第2D図はそれぞれ内管の関係構造説明図である。第3A図は本発明実施例に於ける外管配置説明図であり、
第3B図は外管を各弧版ピースに分解した斜視図であり、
第3C図は弧版ピースの内側斜視図であり、第3D図は弧版
ピースの分割斜視図であり、第3E図は第3C図のＥ部拡大
図である。第４図は、第３内管の斜視部であり、第５図は第４図Ａ
−Ａ線断面図である。第６図は弧版ピース推進ジャッキ平面図であり、第7A図
は弧版ピース推進ジャッキがドリルギアG₁をドリル駆動
ギアG₂に噛合した状態の断面図であり、第7B図はドリル
ギアG₁がドリル駆動ギアG₂から離反した状態の断面図で
ある。第8A図は抵抗フレーム全体斜視図であり、第8B図は抵抗
フレームの内側部分斜視図であり、第8C図は抵抗フレー
ムの分解斜視図であり、第8D図は抵抗フレーム横断部分
図である。第9A図はめくら板と抵抗フレームとの関係構造説明図で
あり、第9B図はめくら板斜面図である。第10A図はシート抱込み装置の配置状態説明図であり、
第10B図はシート抱込み装置断面図であり、第10C図はシ
ート抱込み装置平面図であり、第11A図はシート抱込み
装置斜視図であり、第11B図はシート抱込み装置分解斜
視図である。第12A図はシート供給状態断面図であり、第12B図はシー
ト供給状態平面図である。第13A図は真空型枠装置断面図であり、第13B図はコンク
リートプレスジャッキ断面図であって、ジャッキの収縮
状態と伸長状態とを示している。第14A図はらせん外筋の斜視図であり、第14B図はらせん
内筋の斜視図であり、第14C図は配力筋の連結状態斜視
図である。第15図は、本発明シールド掘進機の第２実施例の略示縦
断側面図である。第16図は従来のコンクリート直打ち用密閉形シールド掘
進機の縦断側面図であり、第17A図は従来の自走式オー
プンタイプシールド掘進機の第17B図Ａ−Ａ線縦断略示
図であり、第17B図はその略示正面図である。第18図は従来のグリッパーを備えたオープンシールド掘
進機の略示斜視図である。 1,1′……外管、 1a〜1f……弧版ピース、 11……側板、12……前縁、 12,12b……軸受部、13……支承片、 14……隔壁、15……蓋板、 16……オス継手、16a……継手スライド部、 17……メス継手、17a……メスガード、 18a……ボタンジャッキ基盤、 18b……弧版ボタン、19a……押圧板、 19b……抱込み片、19c……キャンバー、２……第１内管、20……円筒部、 21……カッターフェース、 22…開口部、23……刃口、３……第２内管、30……支承胴、 31……チャンバー受口、32……じようご部、 33……搬送スクリュー管、 34……モータ台、 35……シールドジャッキ反力板、 36……ジャッキ台、37……ジャッキ頭部、４……第３内管、40……円筒体、 41……連結板、43……摩擦バー、 44……弧版ピース押え片、 45……脚片、49……環帯、５……後胴部円筒、50……セラミックス層、 51……段落縁、52……取付片、 53……支承板、53′……脚板、 54……軸支部、54′……案内用切欠、 55……Ｚ型溝、55′……係止部、 56……軸、57……連結片、 58……開閉板、59……真空吸着溝、６……抵抗フレーム、61……前部リング、 62……後部リング、63……スタンド、 64……抵抗ビーム、 65a,65b……支持バー、 66a,66b……ラックバー、 67a……グリッパーボックス、 67b……グリッパージャッキ、 67c……グリッパー、68……めくら板、 68a……起立縁、70……セラミックス層、７……スプレッダー基板、 71……中基板、72……スプレッダー面板、 73,73′……スライドリング、 79……真空溝、８……型枠、 81……スキンプレート、82……真空プレート、 83……真空スペース、84……連結管、 85……コンクリート打設口、 86……パイプ、88……スリット、 89……セラミックス層、９……配力筋、 91……突出リブ、92……連結片、 93……突出部、94……らせん外筋、 95,97……フック、96……らせん内筋。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シールド外管（１）が周方向に分割された
複数の弧版ピース（1a〜1f）を相互に前後摺動可能に連
結した形態で内管（2,3,4）の外周を覆い、内管内部に
抵抗フレーム（６）を前後摺動可能に配置し、該フレー
ム（６）とシールド内管とをシールド推進手段（J₃）で
連結すると共に、抵抗フレーム（６）には多数のグリッ
パー（67C）を、それぞれシールド外管（1,1′）から出
没制御可能に据付けて、各弧版ピースがそれぞれ地山を
反力として交互に順次推進する自走式密閉形シールド掘
進機。
【請求項２】シールド掘進機が外管（１）及び内管（2,
3,4）から成る前胴部（Ａ）と、該前胴部に複数の伸縮
連結手段（J₄）で屈曲可能に連結された後胴部（Ｂ）と
から構成された請求項１に記載の自走式密閉形シールド
掘進機。
【請求項３】各弧版ピース（1a〜1f）がそれぞれ前部に
掘削用のドリル（D₁,D₂）を有し、弧版ピースの推進時
にドリル（D₁,D₂）が回転する請求項１又は２に記載の
自走式密閉形シールド掘進機。
【請求項４】後胴部（Ｂ）が止水シート抱込み装置を有
し、後胴部内周と、コンクリート充填用のスプレッダー
面板（72）の表面と、型枠（８）の表面とが真空吸引手
段を備えた請求項１項から３項までのいずれか１項に記
載の自走式密閉形シールド掘進機。
【請求項５】外面の通気用スリット（88）を備えたスキ
ンプレート（81）と、内面の真空プレートとで真空スペ
ース（83）を形成すると共に、スキンプレート表面に多
孔質層（89）を添設し、真空スペース（83）を水分離槽
（ｔ）を介して真空ポンプ（P_V）に連結した真空コンク
リート型枠装置を備えた請求項１項から４項までのいず
れか１項に記載の自走式密閉形シールド掘進機。