特許 6713842 裏込注入装置を有するシールド掘進機およびトンネルの止水方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6713842

(24)【登録日】2020年6月8日

(45)【発行日】2020年6月24日

(54)【発明の名称】裏込注入装置を有するシールド掘進機およびトンネルの止水方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/06 20060101AFI20200615BHJP

   E21D 11/00 20060101ALI20200615BHJP

【ＦＩ】

   E21D9/06 301K

   E21D11/00 A

【請求項の数】6

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-113181(P2016-113181)

(22)【出願日】2016年6月7日

(65)【公開番号】特開2017-218776(P2017-218776A)

(43)【公開日】2017年12月14日

【審査請求日】2019年3月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000166432

【氏名又は名称】戸田建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001151

【氏名又は名称】あいわ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】秋場 俊一

(72)【発明者】

【氏名】浅野 均

(72)【発明者】

【氏名】市川 政美

(72)【発明者】

【氏名】請川 誠

(72)【発明者】

【氏名】和田 洋一

(72)【発明者】

【氏名】田中 孝

(72)【発明者】

【氏名】小林 修

(72)【発明者】

【氏名】中山 卓人

【審査官】 田島 拳士郎

(56)【参考文献】

【文献】 実開平０２−０５４８９２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０６−０２６２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭５９−０１８５１８（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 実開昭５２−００２９３７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０３−１５６０９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００４７６９２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ２１Ｄ ９／０６−９／０９３

Ｅ２１Ｄ １１／００−１１／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

裏込注入管と、前記裏込注入管を覆うハウジングとを有する裏込注入装置を備えたシールド掘進機であって、
前記裏込注入装置は、スキンプレートの内周面の周方向の一部に固定して設けられており、
前記ハウジングの内周面には、テールシールが設けられており、
前記スキンプレートの内周面であって、前記裏込注入装置が固定されていない部分には、スペーサが設けられており、該スペーサの内周面にテールシールが設けられていることを特徴とするシールド掘進機。

【請求項2】

前記シールド掘進機は、複数列のテールシールを有しており、
前記スペーサは、前記複数列のテールシールにそれぞれ対応して複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機。

【請求項3】

前記スペーサ間の空間を閉塞する閉塞部材が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のシールド掘進機。

【請求項4】

前記シールド掘進機は、複数列のテールシールを有しており、
前記ハウジングの後端部には、最後列のテールシールが内周面に設けられるとともに裏込材の通路となる開口を有するスペーサが、前記スキンプレートの内周面全周に連接して設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載のシールド掘進機。

【請求項5】

裏込注入管と、前記裏込注入管を覆うハウジングとを有する裏込注入装置を備えたシールド掘進機であって、
前記裏込注入装置は、スキンプレートの内周面の周方向の一部に固定して設けられており、
前記スキンプレートの内周面全周には、スペーサがリング状に設けられており、該スペーサの内周面全周にテールシールが設けられ、
前記スペーサは、裏込材の通路となる開口を備えていることを特徴とするシールド掘進機。

【請求項6】

請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載のシールド掘進機を用いて、テールボイドに裏込材を注入するトンネルの止水方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シールド掘進機における裏込注入装置およびそれを用いたトンネルの止水方法に関する。

【背景技術】

【0002】

シールド工法においては、掘削された地山とセグメントとの空間のテールボイドに裏込材が注入充填される。
一般的に裏込材を注入する方法として、即時注入方式と同時注入方式とがある。即時注入方式は、セグメントの内周側から外周側に貫通した注入口から裏込材を注入するものである。同時注入方式は、シールド掘進機に設けられた裏込注入装置から裏込材を注入するものである。同時注入方式の方が、掘進しながらシールド掘進機から裏込材を注入できるため、テールボイドに何も充填されていない時間が短くすることができ、地盤沈下等の影響の抑制に効果的である。

【0003】

同時注入方式の裏込注入装置の従来技術としては、特許文献１に例示するように、シールドの後胴の外周上部の両側に２箇所にわたって突出部が掘進方向に沿って形成され、この突出部内に裏込注入管が配設されている。

【0004】

このような同時注入方式の裏込注入装置を図９、図１０に示す。
図９（Ａ）は、シールド掘進機１１０を後方から見た図である。裏込注入装置１２０は、シールド掘進機１１０のスキンプレート１０１の外周面の上部２箇所に設けられている。そして、裏込注入装置１２０から、セグメント１０２と掘削された地山との間のテールボイド１０３に裏込材が注入充填される。
図９（Ｂ）は、裏込注入装置１２０を拡大した図である。裏込注入管１２１、圧力計１２２はハウジング１２３で覆われている。ハウジング１２３は、スキンプレート１０１の外周面に突出して設けられている。このように、裏込注入装置１２０はスキンプレート１０１の外周面に設けられているので、ハウジング１２３の分だけテールボイド１０３が大きくなるテールボイド拡大部１０３´が発生する。
図１０は、図９（Ｂ）の縦断図である。この例では、テールシール１３１が、スキンプレート１０１の内周面に３段設けられている。テールシール１３１によって、土砂、地下水や裏込材等がセグメント１０２とスキンプレート１０１との間から浸入することが防止される。

【0005】

このような同時注入方式の裏込注入装置において、特に掘進を行いながらの注入では、裏込材がテールボイド１０３の下方に落下してしまいテールボイド拡大部１０３´まで裏込材が確実に充填されないおそれが生じ得る。また、テールボイド拡大部１０３´からその下方のテールボイド１０３は、テールボイド幅が狭くなるため、裏込材が流動する際の抵抗が増加して、テールボイド１０３の下方まで充分な充填が得られないおそれも生じ得る。

【0006】

ところで、一般的にトンネルには止水性が求められ、シールドトンネルも同様である。シールドトンネルの止水性は、主にトンネル構造体であるセグメントが担うことになる。しかし、既設のシールドトンネルに新設のシールドトンネルが接続するような地中接合や並列したシールドトンネルが連結されるような並列連結等では、セグメント自体が切削されたりや欠損するので、セグメント以外による止水性の確保が必要となる。
そのような場合には、凍結工法や薬液注入工法によりセグメントの外側に止水ゾーンが設けられる。
これらの工法は、シールド掘進工程とは別の設備や工程となり、工期やコストがかかってしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００３−２７８４９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

裏込材の止水効果に着目して、同時注入方式の裏込注入装置の裏込材によって、止水ゾーンを形成するには、充分な裏込材の厚さとその確実な充填性が必要となる。しかしながら、通常のスキンプレートとセグメントとの配置では、充分な裏込材の厚さを確保できない。また、スキンプレートの外周面に突出したハウジングによるテールボイド拡大部により、裏込材の確実な注入充填に問題が生じるおそれがある。

【0009】

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点を鑑み、シールドトンネルの外周により確実に止水ゾーンを施工することができる同時注入方式の裏込注入装置を有するシールド掘進機およびトンネル止水方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

請求項１に係る発明は、裏込注入管と、前記裏込注入管を覆うハウジングとを有する裏込注入装置を備えたシールド掘進機であって、前記裏込注入装置は、スキンプレートの内周面の周方向の一部に固定して設けられており、前記ハウジングの内周面には、テールシールが設けられており、前記スキンプレートの内周面であって、前記裏込注入装置が固定されていない部分には、スペーサが設けられており、該スペーサの内周面にテールシールが設けられていることを特徴とするシールド掘進機である。
請求項２に係る発明は、前記シールド掘進機は、複数列のテールシールを有しており、前記スペーサは、前記複数列のテールシールにそれぞれ対応して複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機である。
請求項３に係る発明は、前記スペーサ間の空間を閉塞する閉塞部材が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のシールド掘進機である。
請求項４に係る発明は、前記シールド掘進機は、複数列のテールシールを有しており、前記ハウジングの後端部には、最後列のテールシールが内周面に設けられるとともに裏込材の通路となる開口を有するスペーサが、前記スキンプレートの内周面全周に連接して設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載のシールド掘進機である。
請求項５に係る発明は、裏込注入管と、前記裏込注入管を覆うハウジングとを有する裏込注入装置を備えたシールド掘進機であって、前記裏込注入装置は、スキンプレートの内周面の周方向の一部に固定して設けられており、前記スキンプレートの内周面全周には、スペーサがリング状に設けられており、該スペーサの内周面全周にテールシールが設けられ、前記スペーサは、裏込材の通路となる開口を備えていることを特徴とするシールド掘進機である。
請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載のシールド掘進機を用いて、テールボイドに裏込材を注入するトンネルの止水方法である。
また、別発明として、以下のものでもよい。
別発明１は、裏込注入管と、前記裏込注入管を覆うハウジングとを有する裏込注入装置を備えたシールド掘進機であって、前記裏込注入装置は、スキンプレートの内周面に固定して設けられており、前記ハウジングの内周面には、テールシールが設けられていることを特徴とするシールド掘進機である。

【0011】

別発明２は、前記裏込注入装置は、前記スキンプレートの内周面の周方向の一部に固定して設けられていることを特徴とする別発明１のシールド掘進機である。

【0012】

別発明３は、前記スキンプレートの内周面であって、前記裏込注入装置が固定されていない部分には、スペーサが設けられており、該スペーサの内周面にテールシールが設けられていることを特徴とする別発明２のシールド掘進機である。

【0013】

別発明４は、前記シールド掘進機は、複数列のテールシールを有しており、前記スペーサは、前記複数列のテールシールにそれぞれ対応して複数設けられていることを特徴とする別発明３のシールド掘進機である。

【0014】

別発明５は、前記スペーサ間の空間を閉塞する閉塞部材が設けられていることを特徴とする別発明４のシールド掘進機である。

【0015】

別発明６は、前記シールド掘進機は、複数列のテールシールを有しており、前記ハウジングの後端部には、最後列のテールシールが内周面に設けられるとともに裏込材の通路となる開口を有するスペーサが、前記スキンプレートの内周面全周に連接して設けられていることを特徴とする別発明１乃至５のうちいずれかに記載のシールド掘進機である。

【0016】

別発明７は、裏込注入管と、前記裏込注入管を覆うハウジングとを有する裏込注入装置を備えたシールド掘進機であって、前記裏込注入装置は、スキンプレートの内周面の周方向の一部に固定して設けられており、前記スキンプレートの内周面全周には、スペーサがリング状に設けられており、該スペーサの内周面全周にテールシールが設けられ、前記スペーサは、裏込材の通路となる開口を備えていることを特徴とするシールド掘進機である。

【0017】

別発明８は、別発明１乃至７のうちいずれかに記載のシールド掘進機を用いて、テールボイドに裏込材を注入するトンネルの止水方法である。

【発明の効果】

【0018】

請求項１から８に係る構成により、シールドトンネルの外周により確実に止水ゾーンを施工することができる同時注入方式の裏込注入装置を有するトンネル掘進機およびそれによるトンネル止水方法を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施の形態におけるシールド掘進機の説明図である。

【図2】本発明の実施の形態におけるシールド掘進機の縦断図である。

【図3】本発明の実施の形態における裏込注入装置の説明図である。

【図4】本発明の実施の形態における裏込注入装置およびテールシールの詳細図である。

【図5】本発明の実施の形態におけるテールシールの詳細図である。

【図6】本発明の実施の形態における裏込注入装置の詳細図である。

【図7】本発明による止水ゾーンを適用する施工例の説明図である。

【図8】本発明による止水ゾーンを適用する施工例の説明図である。

【図9】従来技術の裏込注入装置の説明図である。

【図10】従来技術の裏込注入装置の縦断図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の裏込注入装置の実施形態について図面と共に説明する。なお、説明中に数値を用いて説明する場合もあるが、当該数値は例示であって、本発明が当該数値によって限定されないことはいうまでもない。

【0021】

図１（Ａ）は、本発明に係るシールド掘進機１０を後から見た図である。シールド掘進機１０には、そのスキンプレート１で囲まれた内部にトンネル構造体となるセグメント２が組み立てられる。
図２は、本発明に係るシールド掘進機の後胴部の図１（Ａ）の縦断図である。図２の上側の図は、裏込注入装置２０が配置された部分についての縦断図である。図２の下側の図は、裏込注入装置２０が配置されていない部分の下部についての縦断図である。

【0022】

掘削された地山とセグメント２との間のテールボイド３に、裏込材が注入充填される。裏込材の厚さを規定することになるテールボイド３の厚さは、止水性を考慮して充分な寸法が設定される。本実施例では、外径５４５０ｍｍのセグメントに対して、テールボイド３の厚さは一律１５０ｍｍとして止水性を確保するようにしている。従来としては、裏込材が注入充填されるテールボイドの厚さは、同セグメント外径では７５ｍｍ程度（裏込注入装置が設けられる部分のテールボイド拡大部では、１５０ｍｍ程度となる。）が設定されるので、本実施の形態においては２倍の裏込材の厚さとなっている。セグメント２の厚さは１５０ｍｍである。
なお、通常は、シールド掘進機のカッターで掘削される地山は、スキンプレートの外周面より少し大きくなり、地山の掘削面とスキンプレートの外周面とは同一ではない。しかしながら、本明細書では、説明の便宜上同一として説明している。

【0023】

図１（Ａ）に示すように、裏込注入装置２０は、スキンプレート１の内周面の周方向の上部に２箇所、内周面の周方向の下部に２箇所固定して設けられている。下部にも設けているのは、より確実な裏込充填を考慮してのものである。本実施の形態では、上部と下部とに２箇所ずつ合計４箇所に設けられているが、裏込材の充填性や効率性を考慮して、その個数や配置は適宜設定すればよい。また、下部については省略してもよい。

【0024】

図１（Ｂ）に裏込注入装置２０の拡大図を示す。裏込注入装置２０は、裏込注入管２１、圧力計２２、それらを覆うハウジング２３を有している。ハウジング２３は、裏込注入管２１、圧力計２２をセグメント２等との接触から保護する機能を有し、掘進の際にセグメント２との接触により掘進の抵抗とならならいように構成されている。ハウジング２３は、テールシール３１が設けられるハウジング本体部２３ａ、スキンプレート１からハウジング本体部２３ａを繋ぐハウジング傾斜部２３ｂ、ハウジング本体部２３ａを支えるハウジング補強部２３ｃを備えている。
ハウジング２３は、その内部に土砂、地下水および裏込材等が浸入しないようになっており、シールド掘進機のスキンプレート後端部１１（図３）において、図示しないエンドプレートを備えており、このエンドプレートから裏込注入管２１の排出口や圧力計２２の検知部がテールボイド３に露出するように構成されている。これによって、裏込注入管２１や圧力計２２の露出した部分以外を、土砂、地下水および裏込材等から保護することができる。

【0025】

このように、裏込注入装置２０はスキンプレート１の内周面に設けられているので、テールボイド３は、一律に一定の幅とすることができ、裏込注入装置２０が配置される部分についても拡大した形状とはならない。よって、裏込材が注入される際にはスムーズに流動し、確実にテールボイド３に充填され、止水性を確保できる。
また、裏込注入装置２０をスキンプレート１の内周面に設けているので、裏込注入管２１等に不具合が生じた場合にも、最後列のテールシール３１よりも前方において、ハウジング２３を取り外し可能にしたり、ハウジング２３の内周面に開閉蓋を設ける等しておけば、スキンプレート１の内側で、安全にメンテナンス作業が可能となる。
さらに、裏込注入装置２０を、内側がすべて掘削されることになるスキンプレート１の内周面に設けているので、裏込注入装置をスキンプレートの外周面に突出して設けることに比較して、裏込注入装置の部分による掘進抵抗を減らすことができる。

【0026】

図３は、裏込注入装置２０をシールド掘進機１０の内側から見た詳細図である。ハウジング２３は、図示が省略されている。裏込注入管２１は、裏込材Ａ液注入管２４からの裏込材Ａ液と、裏込材Ｂ液注入管２５からの裏込材Ｂ液とを混合して裏込材を注入するものである。裏込材Ａ液注入管２４との合流部手前の裏込材Ｂ液注入管２５の先端部には、図示しない逆止弁が設けられており、裏込材Ａ液や後述する洗浄水が裏込材Ｂ液注入管２５に入り込まないようになっている。
裏込材の止水性能は、求められる止水性にあわせて選定される。

【0027】

裏込注入装置２０は、洗浄水管２６も備えている。バルブ２７が可動して裏込注入管２１の裏込材Ａ液注入管２４との合流部より先端側に位置し、裏込注入管２１の排出口を閉じる。そして、洗浄水管２６から送られる洗浄水が、裏込材Ａ液注入管２４にリターンされて裏込注入後の注入管を洗浄する。図３ではバルブ２７は、裏込注入時の位置を示している。バルブ２７は、油圧配管２８による油圧によって作動する。図３では、シールド掘進機１０のスキンプレート後端部１１より、裏込注入管２１が突出して配置されている。裏込注入圧力を管理する圧力計２２は、裏込注入管２１に並設されている。ハウジング２３の図示しないエンドプレートは、スキンプレート１の後端部１１に沿って立設されている。

【0028】

図２に示すように、テールシール３１は全周にわたって前後方向３列に設けられている。このテールシール３１によって、土砂、地下水および裏込材等がスキンプレート１とセグメント２との間から浸入するのが防止される。
本実施の形態では、スキンプレート１の板厚はテールシール３１を設ける部分は１２ｍｍで薄く、テールシール３１を設けない部分は４０ｍｍで厚く形成されている。スキンプレート１のテールシール３１が設けられる部分は、リング状に組み立てられたセグメントが存在するため、このセグメントによっても外部からの土水圧を受けることができる。よって、この部分のスキンプレート１を薄くすることができる。

【0029】

図４（Ａ）に示すように、ハウジング２３のハウジング本体部２３ａの内周面にはテールシール３１が設けられている。ハウジング本体部２３ａの内周面は、テールシール３１が設けられるために、スキンプレート１の曲面に合わせた形状となっている。テールシール３１の機能が発揮できるのであれば、ハウジング本体部２３ａの内周面は、水平としても良い。

【0030】

図１、図２、図４（Ｂ）に示すように、ハウジング本体部２３ａが位置しない部分のスキンプレート１の内周面には、スキンプレート１の曲面に合わせてスペーサ３０が設けられており、当該スペーサ３０の内周面にテールシール３１が設けられている。図１、図２、図４（Ｂ）では、スペーサ３０は斜線のハッチングで示されている。図１においては、テールシール３１は図示していない。

【0031】

図１（Ｂ）に示すように、スペーサ３０は、その内周面が、ハウジング本体部２３ａの内周面であってテールシール３１が設けられる面と面一となるように設けられている。ハウジング傾斜部２３ｂには、スペーサ３０が次第に薄くなるように設けられる。
スペーサ３０は、Ｈ鋼、プレート、ブロック等どのようなものでよく、テールシール３１を固定でき、テールシール３１とともに止水性が確保できるものであれば良い。

【0032】

図２、図４（Ｂ）では、スペーサ３０は、テールシール３１一列につき一列のスペーサ３０が設けられているが、テールシール複数列につき一列のスペーサ、すなわち、一列のスペーサに対して複数のテールシールを設けるように構成しても良い。図５（Ａ）には、中列と最後列のテールシール３１に一列のスペーサ３０を配置した実施の形態を示す。このような構成とすると、隣り合う列のテールシール３１間に充填されるテールグリスの使用量を抑えることができる。また、図５（Ｂ）に示すように、隣り合うスペーサ間の空間を閉塞するためプレート等の閉塞部材３２を設けても良い。

【0033】

このように、テールシール３１が設けられるハウジング２３が存在しない部分にスペーサ３０を設けることで、スキンプレート１とセグメント２との隙間が大きい部分（ハウジングがない部分）に対応したテールシールを別途設ける必要がなくなる。このように、一つの寸法の隙間に対応するタイプのテールシールを一種類採用する方が、複数種類のテールシールを採用するよりも、止水性における安定性は高くなる。

【0034】

各種条件に応じて、スペーサ３０を省略しても良い。この場合には、テールシールは直接スキンプレートの内周面に設けられる。また、ハウジング本体部およびハウジング傾斜部の内周面にも設けられる。スキンプレートの内周面に直接設けられるテールシールは、セグメントとスキンプレートとの隙間が大きくなるが、それに対応できるテールシールを採用する。ハウジング傾斜部に設けられるテールシールは、暫時変化する隙間に対応できるテールシールを採用する。

【0035】

充分にテールボイド３に裏込材を充填するためには、ある程度の注入圧力が必要となる。この注入圧力が高くなると、スキンプレート１の外周後側から裏込材が切羽側に回り込んでしまうおそれがある。回り込みが生じると、裏込材が無駄になるばかりか、テールボイド３への十分な充填が図れないおそれが生じ得る。従来技術のように、スキンプレートの外周面に裏込注入装置が取付けられていると、裏込注入装置のハウジングと地山とのシールド掘進機前後方向に沿った境界部が、裏込材の切羽への回り込みのガイドとなる通路にも成り得る。しかしながら、本発明ではスキンプレート１の内周面に裏込注入装置２０が設けられているので、ガイドとなるような通路は形成されず、回り込みを抑制することができる。

【0036】

さらに切羽への裏込材の回り込みを防ぐために、図２、図４に示すように、スキンプレート１の後端部の全周にわたって裏込め材の逆流防止羽根４を設けても良い。
逆流防止羽根４は、スキンプレート１の外周面に取付けられる。本発明では、裏込注入装置２０がスキンプレート１の内周面に設けられているので、逆流防止羽根４をスキンプレート１の外周面に取付ける際の支障にならず容易取付けることができる。また、従来技術のように、突出して設けられた裏込注入装置を有するスキンプレートの外周面に、その突出した形状に沿って逆流防止羽根を取付けたとしても、その突出した形状のために逆流防止羽根が複雑な形状となる。しかしながら、本発明では、スキンプレートの外周面に裏込注入装置による突出した部分が存在せず、逆流防止羽根４が複雑な構造とならず、切羽への裏込材が回り込み防止効果を向上させることができる。

【0037】

図６に示すように、裏込材Ａ液注入管２４、裏込材Ｂ液注入管２５等を貫通させるための開口を設けたスペーサ３０をスキンプレート１の内周面全周に設け、スペーサ３０が設けられていない部分にハウジング２３を設けるようにしてもよい。この場合には、リング状に連続してスペーサ３０を設けることができるので、ハウジングとスペーサとの境界部がシールド掘進機前後方向に沿って形成される図４に示す実施の形態よりも止水性に優れる。
注入管とその開口部との間は充分な止水対策を行う。また、スペーサ３０の開口そのものを裏込材の流路としても良い。

【0038】

図６に示した実施形態では、リング状に連続して設けるスペーサ３０を３列設けているが、適宜の列のテールシールの部分をリング状に設けても良い。例えば、最後列のテールシールの部分のみのスペーサ３０をリング状に全周に設けて、それより前方の２列については、図４に示したようなハウジング本体部２３ａを除いたスペーサ３０を設けるようにしても良い。この場合には、最後列のテールシールのスペーサ３０は、その前方に設けられたハウジング２３に連接して設けられることになり、前述したエンドプレートのように、裏込注入管２１や圧力計２２の露出した部分以外を、土砂、地下水および裏込材等から保護することができる機能を備えることになる。

【0039】

図２、図４（Ｂ）には、セグメント落下防止装置５が記載されている。セグメント落下防止装置５は、セグメント２を組み立てる際にスキンプレート１の下方に対して必要なクリアランスを確保するためのものである。図では、セグメント落下防止装置５は、最前列のテールシール３１のスペーサ３０に連接して設けられている。セグメント落下防止装置５は、鉄筋や鋼材など適宜なもので形成されており、組み立てたセグメント２が、シールド掘進機１０の前進の際にスペーサ３０やテールシール３１に接触する等の障害にならない程度の高さ、材質、形状とされている。また、セグメント落下防止装置５は、スペーサ３０をシールド掘進機前方向に延長して形成したものでも良い。

【0040】

本裏込注入装置を備えたシールド掘進機による裏込め方法およびトンネル止水方法を以下に説明する。
シールド掘進機１０のカッターヘッドを回転させ地盤を掘削しながら、シールドジャッキを伸長させることにより、シールド掘進機１０を前進させる。次に、シールド掘進機１０のシールドジャッキを適宜縮小させながら、スキンプレート１の内部の後胴部でセグメント２をリング状に組み立てる。これらの工程を繰り返すのが、基本的なシールド工法の流れである。

【0041】

本実施形態の裏込注入装置による裏込め注入は、シールド掘進機１０の前進とともに行われるいわゆる同時注入方式によって施工される。シールド掘進機１０の前進中、テールボイド３に開口した裏込注入管２１によって、テールボイド３が発生した直後に注入される。このため、テールボイド３に何も充填されていない時間が短くすることができ、地盤沈下等の影響の抑制に効果的であるとともに、いち早くトンネルの止水性を向上させることができる。
本発明の裏込注入装置によって注入充填された裏込材は、充分な厚さと充填となり、止水ゾーンとして高い効果を発揮する。これによって、セグメントが切削されたり欠損するような条件下でも止水性を確保することができる。

【0042】

本裏込注入装置によるトンネル止水方法では、シールド機外径が大きくなり掘削土砂が多くなるが、トンネル掘削延長が比較的短い等、トンネルの止水性がより重視されるような条件においては、特に効果的である。

【0043】

本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば以下のようなものも含まれる。

【0044】

本実施の形態では、シールド掘進機の掘進中と同時に裏込注入する同時裏込注入方式で説明したが、これに限定されるわけでなく、シールド掘進機が停止している場合に裏込注入するものでも良い。
本実施の形態では、セグメントが切削されたり欠損するような場合における止水ゾーンを形成することを想定しているが、このような場合だけでなく、セグメントが切削されたり欠損せずセグメントが主な止水ゾーンとなるような場合にも、補助的な止水ゾーンとしても適用できる。また、凍結工法や薬液注入工法等の地盤改良工法と併用した止水ゾーンにも適用できる。

【0045】

セグメントが切削されたり欠損するような場合において、本発明によって形成した止水ゾーンを適用する例を以下に説明する。
図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、地中ＧにＲＣコンクリート等の隔壁構造物Ｃを構築し、内部Ｎに比較的大きな空間を構築する際の断面の一部を拡大した図である。隔壁構造物Ｃは、平行なシールドトンネルを連結した空間に構築される。図７（Ａ）は、従来の凍結工法を用いて施工するもので、図７（Ｂ）が、本発明による止水ゾーンを適用したものである。図面の上方向が地上方向で、下方向が地中方向である。

【0046】

まず、図７（Ａ）に示す従来の凍結工法を用いて施工手順を説明する。
所定の間隔を空けて先行シールドトンネルＳ１を構築する。先行シールドトンネルＳ１を構成するセグメントは、後行シールド掘進機が切削可能な材料のものとする。先行シールドトンネルＳ１を構成するセグメントには、凍結工法で使用する凍結管Ｐが取付けられている。
先行シールドトンネルＳ１内に流動化処理土Ｒを充填する。流動化処理土Ｒは、後行シールド掘進機が先行シールドトンネルＳ１を切削する際に、安定して切削させるために充填されるものである。流動化処理土Ｒも後行シールド掘進機が切削可能となるように調整されている。

【0047】

先行シールドトンネルＳ１間に後行シールドトンネルＳ２を構築する。後行シールド掘進機で、先行シールドトンネルＳ１のセグメントと流動化処理土Ｒを切削しながら掘進し、後行シールドトンネルＳ２のセグメントを組み立てる。後行シールドトンネルＳ２を構成するセグメントにも、凍結工法で使用する凍結管Ｐが取付けられている。
先行シールドトンネルＳ１と後行シールドトンネルＳ２に取付けられた凍結管Ｐを用いて、凍結工法を行い、周囲に凍土Ｔを形成する。

【0048】

後行シールドトンネルＳ２のセグメントの一部ＳＸを取り外し、先行シールドトンネルＳ１内に充填された流動化処理土Ｒを撤去して、先行シールドトンネルＳ１と後行シールドトンネルＳ２とを連結させる。この連結の際には、先行シールドトンネルＳ１と後行シールドトンネルＳ２との境界部から地下水Ｗが浸入しようとするが、凍土Ｔが形成されているので、浸入しない。
連結した先行シールドトンネルＳ１と後行シールドトンネルＳ２との内部にＲＣコンクリート等の隔壁構造物Ｃを構築する。

【0049】

図７（Ｂ）に示す本発明による止水ゾーンを適用した工程を説明する。
この施工では、先行シールドトンネルＳ１と後行シールドトンネルＳ２の施工で、本発明による裏込め注入によって、充分な厚さの止水ゾーン５１、５２を形成して、先行シールドトンネルＳ１と後行シールドトンネルＳ２との境界部から地下水Ｗの浸入を防ぐものである。

【0050】

基本的な施工順序は、図７（Ａ）と同様である。
先行シールドトンネルＳ１を構築した際に止水ゾーン５１が形成されて、その後、後行シールドトンネルＳ２を構築した際にも止水ゾーン５２が、図７（Ｂ）に示すように形成される。そして、後行シールドトンネルＳ２の止水ゾーン５２は、先行シールドトンネルＳ１のセグメントと止水ゾーン５１と接着されて、先行シールドトンネルＳ１と後行シールドトンネルＳ２との境界部から地下水Ｗの浸入を防ぐことができる。よって、安全に後行シールドトンネルＳ２のセグメントの一部ＳＸを取り外し、先行シールドトンネルＳ１内に充填された流動化処理土Ｒを撤去する作業が可能となる。

【0051】

セグメントが切削されないような場合において、本発明によって形成した止水ゾーンを適用する例を以下に説明する。
図８は、地中ＧにＲＣコンクリート等の隔壁構造物Ｃを構築し、内部Ｎに比較的大きな空間を構築する際の断面の一部を拡大した図である。隔壁構造物Ｃは、平行なシールドトンネルを連結した空間に構築される。この例では、凍結工法を併用している。図面の上方向が地上方向で、下方向が地中方向である。

【0052】

所定の間隔を空けて先行シールドトンネルＳ１を構築する。先行シールドトンネルＳ１を構築すると同時に止水ゾーン５１が形成される。先行シールドトンネルＳ１を構成するセグメントには、凍結工法で使用する凍結管Ｐが取付けられているが、図示を省略している。

【0053】

並んだ先行シールドトンネルＳ１の間であって、上側および下側となる位置に後行シールドトンネルＳ２を構築する。後行シールドトンネルＳ２は、並んだ先行シールドトンネルＳ１の止水ゾーン５１と後行シールドトンネルＳ２の止水ゾーン５２とが重なるように構築する。詳述すると、後行のシールド掘進機で、先行シールドトンネルＳ１の止水ゾーン５１を切削した後にその部分に後行シールドトンネルＳ２の止水ゾーン５２を形成する。そして、後行シールドトンネルＳ２の止水ゾーン５２は、先行シールドトンネルＳ１の止水ゾーン５１と接着されて、先行シールドトンネルＳ１と後行シールドトンネルＳ２との境界部から地下水Ｗの浸入を防ぐことができる。後行シールドトンネルＳ２を構成するセグメントには、凍結工法で使用する凍結管Ｐが取付けられているが、図示を省略している。

【0054】

先行シールドトンネルＳ１と後行シールドトンネルＳ２に取付けられた凍結管Ｐを用いて、凍結工法を施工し、周囲に凍土Ｔを形成する。
先行シールドトンネルＳ１の一部ＳＸを撤去して、先行シールドトンネルＳ１を連結して、内部空間を形成し、ＲＣコンクリート等の隔壁構造物Ｃを構築する。先行シールドトンネルＳ１の一部ＳＸを撤去した際には、後行シールドトンネルＳ２の止水ゾーン５２は、先行シールドトンネルＳ１の止水ゾーン５１と接着されていることと、凍土Ｔも存在するため、先行シールドトンネルＳ１と後行シールドトンネルＳ２との境界部から地下水Ｗの浸入を防ぐことができる。

【0055】

裏込注入装置２０のハウジング２３の形状についても、ハウジング本体部２３ａが曲面でなくとも、平面であっても良い。ハウジング傾斜部２３ｂも厳密な傾斜である必要もなく、ハウジング本体部２３ａと略垂直になるものでも良い。また、ハウジング補強部２３ｃも柱形状やリブ形状でもよく、必要でなければ省略されても良い。このようにハウジング２３の形態について、自由度が高くなるのは、地山からの影響を受けにくいスキンプレート１の内周面に位置するからである。

【0056】

いずれの実施形態における各技術的事項を他の実施形態に適用して実施例としても良い。

【符号の説明】

【0057】

１ スキンプレート
２ セグメント
３ テールボイド
４ 逆流防止羽根
５ セグメント落下防止装置
１０ シールド掘進機
１１ スキンプレート後端部
２０ 裏込注入装置
２１ 裏込注入管
２２ 圧力計
２３ ハウジング
２３ａ ハウジング本体部
２３ｂ ハウジング傾斜部
２３ｃ ハウジング補強部
２４ 裏込材Ａ液注入管
２５ 裏込材Ｂ液注入管
２６ 洗浄水管
２７ バルブ
２８ 油圧配管
３０ スペーサ
３１ テールシール
３２ 閉塞部材
５１、５２ 止水ゾーン
Ｓ１ 先行シールドトンネル
Ｓ２ 後行シールドトンネル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】