トンネル間土砂除去装置
【課題】後行トンネルの先行トンネルに対する近接離反に追従してシール部材の前端部の前方の土砂を除去することを課題とする。
【解決手段】先行トンネル１０ｂとその隣に構築される後行トンネル１０ａとの間で、後行トンネル１０ａに設けられるシール部材（弾性シール部材３０）の前方の土砂を除去するトンネル間土砂除去装置Ｇであって、シール部材の前端部の前方に設けられるスクレーパ部材５０と、このスクレーパ部材５０を出没させる出没手段７０とを備え、出没手段７０は、後行トンネル１０ａの先行トンネル１０ｂに対する近接離間に追従してスクレーパ部材５０を出没させ、スクレーパ部材５０の先端が先行トンネル１０ｂに当接した状態で推進するように構成されている。
【解決手段】先行トンネル１０ｂとその隣に構築される後行トンネル１０ａとの間で、後行トンネル１０ａに設けられるシール部材（弾性シール部材３０）の前方の土砂を除去するトンネル間土砂除去装置Ｇであって、シール部材の前端部の前方に設けられるスクレーパ部材５０と、このスクレーパ部材５０を出没させる出没手段７０とを備え、出没手段７０は、後行トンネル１０ａの先行トンネル１０ｂに対する近接離間に追従してスクレーパ部材５０を出没させ、スクレーパ部材５０の先端が先行トンネル１０ｂに当接した状態で推進するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、先行トンネルとその隣に構築される後行トンネルとの間で、後行トンネルに設けられるシール部材の前方の土砂を除去するトンネル間土砂除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複数本の小断面トンネルを構築した後に、各トンネルの不要な覆工を撤去して大きな空間を形成しつつ、各トンネルの残置された覆工を利用して本設の頂底版や側壁などを形成することにより大断面トンネルを築造する技術が知られている。なお、複数の小断面トンネルは、時間差をもって順次に構築され、後行のトンネルは、先行のトンネルの隣りに構築される。また、各トンネルは、例えば、推進工法によって構築される。
【０００３】
ここで、推進工法とは、トンネルの覆工となる筒状の推進函体（トンネル函体）を坑口から順次地中に圧入してトンネルを構築する工法である。なお、推進函体の先端には、刃口や掘進機などが取り付けられている。推進工法の掘進機は、推進函体に反力をとって自ら掘進するもの（つまり、推進ジャッキを装備しているもの）でもよいし、推進函体を介して伝達された元押しジャッキの推力により掘進するものであってもよい。
【０００４】
隣り合う二つのトンネルのうち、後行のトンネルの、先行のトンネルに対向する外表面には、弾性シール部材が推進方向に沿って設けられる（例えば、特許文献１参照）。弾性シール部材は、後行のトンネルの外表面に固定されるベース部と、このベース部と一体的に形成され先端が大断面トンネルの外側に向いたリップ部とを備えてなる。リップ部は、大断面トンネルの外側の圧力によって先行のトンネルの外表面に向かって弾性的に付勢されるように構成されているものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１３３１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のような止水構造では、トンネルの推進時に、弾性シール部材の推進方向前端部に土砂が引っ掛かるので、掘削機の外周面の外側部分で、弾性シール部材の前端部の前方から土砂を払いのける構成が必要となる。また、トンネルの推進時においては、後行のトンネルが先行のトンネルに対して近接離間するが、近接離間に追従してトンネル間の土砂を払いのける必要がある。
【０００７】
このような観点から、本発明は、後行トンネルの先行トンネルに対する近接離間に追従してシール部材の前端部の前方の土砂を除去することができるトンネル間土砂除去装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するための請求項１に係る発明は、先行トンネルとその隣に構築される後行トンネルとの間で、前記後行トンネルに設けられるシール部材の前方の土砂を除去するトンネル間土砂除去装置であって、前記シール部材の前端部の前方に設けられるスクレーパ部材と、このスクレーパ部材を出没させる出没手段とを備え、前記出没手段は、前記後行トンネルの前記先行トンネルに対する近接離間に追従して前記スクレーパ部材を出没させ、前記スクレーパ部材の先端が前記先行トンネルに当接した状態で推進するように構成されていることを特徴とするトンネル間土砂除去装置である。
【０００９】
この発明によれば、前記後行トンネルの前記先行トンネルに対する近接離間に追従してスクレーパ部材が出没するので、後行トンネルの先行トンネルとの離間距離が変化しても、スクレーパ部材の先端が先行トンネルに当接した状態を維持することができる。すなわち、本発明によれば、トンネル間の離間距離が変化した場合であっても、スクレーパ部材によって、シール部材の前方の土砂を払いのけて除去することができる。さらに、先行トンネルの表面に付着している土砂を払いのけることができるので、シール部材と先行トンネルの表面との密着性が高まり、シール性能の向上を図れる。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、前記スクレーパ部材は、前記後行トンネルまたはその前方に配置される掘削機に形成された収容穴に収容されており、前記収容穴内での前記スクレーパ部材の設置位置を変更する設置位置変更機構を備え、前記設置位置変更機構は、前記スクレーパ部材の全体が前記後行トンネルの外表面よりも内側になる格納位置と、前記スクレーパ部材の先端部が前記後行トンネルの外表面から突出する使用位置との間で前記スクレーパ部材を移動させることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、スクレーパ部材が格納位置にあるときは、スクレーパ部材が後行トンネルの外表面からはみ出さないので、スクレーパ部材が坑口の発進エントランスに干渉することなく、その内周部を通過することができる。また、スクレーパ部材が使用位置にあるときは、シール部材の前方の土砂を払いのけて除去することができる。
【００１２】
さらに、請求項３に係る発明は、前記スクレーパ部材の前面の法線が前記先行トンネル側から見て前記後行トンネルの推進方向に対して傾斜していることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、スクレーパ部材の前面が推進方向に対して傾斜した状態で土砂内を推進するので、土砂はスクレーパ部材の側方（シール部材の幅方向端部側）に効率的に払いのけられ、シール部材の前方位置から除去される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のトンネル間土砂除去装置によれば、後行トンネルの先行トンネルに対する近接離間に追従してシール部材の前端部の前方の土砂を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るトンネル間土砂除去装置とシール部材を先行トンネル側から見た矢視図である。
【図２】シール部材のシール収容溝への設置状態を示した図であって、図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るトンネル間土砂除去装置とシール部材を示した斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係るトンネル間土砂除去装置を示した図であって、隣り合うトンネル間の距離が小さい場合の断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るトンネル間土砂除去装置を示した図であって、隣り合うトンネル間の距離が大きい場合の断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るトンネル間土砂除去装置を示した図であって、発進エントランスを通過する場合の断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係るトンネル間土砂除去装置を示した図であって、（ａ）は図４のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図４のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は図４のＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】後行トンネルを示した側面図である。
【図９】大断面トンネルを示した断面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係るトンネル間土砂除去装置を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態に係るトンネル間土砂除去装置Ｇについて、止水構造Ｗと合わせて、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態において、「前」および「後」は、推進工法によるトンネル掘削時の推進方向を基準としている。なお、図４乃至図６においては、後行トンネル１０ａが下側になるように図示している。
【００１７】
図９に示すように、止水構造Ｗは、推進工法によって並設された複数本のトンネル１０を利用して築造する大断面トンネル１の内部（内空部）と外部（地山部）との間を止水する構造である。大断面トンネル１は、その横断面の全てを実質的に含むように並設された複数本（本実施形態では六本）のトンネル１０，１０，…を利用して築造したものであり、頂版１Ａ、底版１Ｂおよび側壁１Ｃ，１Ｃを備えている。各トンネル１０は、軸方向に連接されたトンネル函体によって構成されている。
【００１８】
止水構造Ｗは、弾性シール部材（シール部材）３０を備えてなる。図２に示すように、弾性シール部材３０は、隣り合う二つのトンネル１０，１０の隙間を閉塞するように設けられている。弾性シール部材３０は、一方のトンネル１０（後行トンネル１０ａ）の表面のうち、他方のトンネル１０（先行トンネル１０ｂ）に対向する部分に設けられている。弾性シール部材３０は、後行トンネル１０ａの外周面に形成されたシール収容溝１５に収容されている。弾性シール部材３０は、例えば、耐摩耗性を備えた硬質ゴムやウレタン等の材料にて構成されている。弾性シール部材３０は、推進方向に沿って連続して設けられている。弾性シール部材３０は、ベース部３１とリップ部３２とを備えてなる。
【００１９】
ベース部３１は、後行トンネル１０ａに固定される部分であって、推進方向（図２の紙面垂直方向）に沿って連続する長尺の板状に形成されている。ベース部３１は、押さえ板３３によって、幅方向両端部が係止されている。ベース部３１の幅方向端部（押さえ板３３によって押さえられる部分）の厚さ寸法は、押さえ板３３とシール収容溝１５の底面との距離よりも僅かに大きくなっている。押さえ板３３は、弾性シール部材３０の長手方向（図２の紙面垂直方向）に沿って延在しており、ボルトＢ等の固定手段によって、シール収容溝１５の底面に固定されている。押さえ板３３には、ボルト貫通孔３４が形成されている。ボルトＢは、ボルト貫通孔３４から、ボス部３５、シール収容溝１５の底面の貫通孔３６を挿通して、底面の裏面に溶接固定されためねじ部材３７に螺合される。これによって、ベース部３１は、押さえ板３３によって幅方向両端部が係止されて締め付けられ、ベース部３１がシール収容溝１５の底面に密着することとなる。したがって、後行トンネル１０ａの表面とベース部３１との間のシール性が確保される。
【００２０】
リップ部３２は、ベース部３１と一体的に形成されている。リップ部３２は、ベース部３１の表面から先行トンネル１０ｂに向かって斜めに立ち上がっており（図２中、二点鎖線にて示す）、ベース部３１とリップ部３２とで、断面が略Ｖ字状を呈している。リップ部３２は、ベース部３１に対して弾性的に傾倒変形可能な部位である。リップ部３２は、その先端部が先行トンネル１０ｂに対向して延在しいて、図２中、二点鎖線にて示す初期状態よりも傾倒した状態で、先行トンネル１０ｂの外表面に接触する。このとき、リップ部３２は、初期状態に復元しようとする力によって、先行トンネル１０ｂに向かって弾性的に付勢する。
【００２１】
さらに、弾性シール部材３０は、リップ部３２の先端が大断面トンネル１（図９参照）の外側に向くように配置されている。つまり、ベース部３１とリップ部３２とにより形成される断面略Ｖ字状の溝条が、大断面トンネル１の外側に向いて開くように配置されている。これによって、弾性シール部材３０の断面略Ｖ字状の溝条部分に、大断面トンネル１の外側の圧力（水圧または土圧）が作用するようになっている。すなわち、リップ部３２は、その復元力に合わせて、大断面トンネル１の外側の圧力によっても先行トンネル１０ｂの外表面に押圧されて、先行トンネル１０ｂに密着する。
【００２２】
シール収容溝１５は、掘削機Ｋ（図８参照）の後方に位置する複数の推進函体からなる後行トンネル１０ａの表面に形成されている。シール収容溝１５は、後行トンネル１０ａの表面のうち、先行トンネル１０ｂに対向する部分に形成され、推進方向に沿って延在している。シール収容溝１５は、矩形断面を呈しており、トンネル１０の表面のスキンプレート１１に形成された開口部の内側に、溶接固定された側板１６ａ，１６ａと底板１６ｂとで区画されている。シール収容溝１５は、弾性シール部材３０を収容できるように、弾性シール部材３０の幅寸法より僅かに大きい幅寸法を有している。図２および図３に示すように、シール収容溝１５は、ベース部３１の厚さ寸法より大きく、弾性シール部材３０全体の厚さ寸法より小さい深さ寸法を有しており、弾性シール部材３０をシール収容溝１５に収容したときにリップ部３２の先端側（ベース部３１につながる基端側の逆側）の一部が、シール収容溝１５の開放端から突出するようになっている。
【００２３】
なお、シール部材は、本実施形態では、弾性シール部材３０であって、断面略Ｖ字状に形成されているが、弾性シール部材３０の構成を限定する趣旨ではない。例えば、断面Ｕ字状、Ｌ字状、Ｔ字状等、他の形状であってもよい。また、シール部材の構成は、本実施形態に限定されるものではなく、例えば、袋体の内部に流体を充填して先行トンネルに押圧される構成のものであってもよい。
【００２４】
弾性シール部材３０の推進方向前方には、トンネル間土砂除去装置Ｇが設けられている（図１、図３および図８参照）。トンネル間土砂除去装置Ｇは、図４に示すように、弾性シール部材３０の前端部（推進方向前端部）の前方に設けられるスクレーパ部材５０と、このスクレーパ部材５０を先行トンネル１０ｂに向けて出没させる出没手段７０と、を備えている。スクレーパ部材５０は、後行トンネル１０ａの外表面に形成された収容穴５５に出没可能に収容されている。スクレーパ部材５０は、収容穴５５内でのスクレーパ部材５０の設置位置を変更する設置位置変更機構７７を備えている。なお、以下の説明において、スクレーパ部材５０の先端側および基端側は、出没方向を基準として、先行トンネル１０ｂ側部分を先端側とし、収容穴５５の奥側を基端側とする。
【００２５】
スクレーパ部材５０は、図３に示すように、断面矩形（本実施形態では断面長方形）形状を呈する箱状に形成されている。スクレーパ部材５０は、断面矩形の角部が直角の先端部５２と、断面矩形の角部が円弧状に面取りされた基端部５３とを備えている。スクレーパ部材５０は、先端部５２と基端部５３を、それぞれ鉄板を箱状に組み合わせて形成し、これらを固定することで構成されている。先端部５２は、収容穴５５から突出する部分であり、基端部５３は、後記する枠体５６内に出没可能に収容される部分（後記するシール材５７に対して摺動する部分）である。基端部５３が収容穴５５から突出することはなく、先端部５２が枠体５６内に没入することはない。先端部５２の先行トンネル１０ｂ側には、弾性部材層５１が設けられている。弾性部材層５１は、先行トンネル１０ｂの表面を保護するとともに、後行トンネル１０ａの先行トンネル１０ｂに対する傾斜を吸収するためのものである。弾性部材層５１は、弾性シール部材３０と同様に、耐摩耗性を備えた硬質ゴムやウレタン等の材料にて構成されている。弾性部材層５１は、後行トンネル１０ａが先行トンネル１０ｂに対して許容角度の範囲で傾斜（後行トンネル１０ａの表面と先行トンネル１０ｂの表面とが平行でない状態）した際に、鉄板が先行トンネル１０ｂの表面に当接しない厚さに形成されている。このような構成によれば、後行トンネル１０ａが先行トンネル１０ｂに対して傾斜したときに、弾性部材層５１の先端面が先行トンネル１０ｂの外表面に対して傾斜するが、弾性部材層５１は、先行トンネル１０ｂの外表面に押し付けられて弾性変形するので、先行トンネル１０ｂの表面に面接触することとなる。これによって、スクレーパ部材５０は、常に先行トンネル１０ｂの表面に隙間をあけずに当接することができる。
【００２６】
スクレーパ部材５０の基端部５３の基端面（収容穴５５の奥側端面）には、図４に示すように、出没方向に延在するガイドロッド６０が設けられている。ガイドロッド６０は、スクレーパ部材５０が出没方向に沿って出没するように案内する部材である。ガイドロッド６０は、円柱状を呈して形成されておリ、スクレーパ部材５０の基端面の中心部（対角線の交点）に、基端面に直交して（法線に沿って）固定されている。ガイドロッド６０の表面には、スクレーパ部材５０の出没量を、確認するための標尺７９が設けられている。標尺７９は、後記する支持板７２に対するスクレーパ部材５０の相対位置を読み取るための目盛りである。この目盛りを読み取ることで、支持板７２の設置位置からスクレーパ部材５０の出没量を算出することができる。ガイドロッド６０には、スクレーパ部材５０が収容穴５５から抜け出すのを防止するための抜出し防止部材７８が取り付けられている。抜出し防止部材７８は、ガイドロッド６０の外周面に固定された鍔状のリング部材にて構成されており、支持板７２よりも函体内部側に位置している。ガイドロッド６０が抜け出しそうになったときに、抜出し防止部材７８が支持板７２の底面に当接して係止されることで、スクレーパ部材５０が係止される。
【００２７】
図１に示すように、スクレーパ部材５０の前面の法線Ｐ１は、先行トンネル１０ｂ側から見て後行トンネル１０ａの推進方向に対して傾斜している。すなわち、後行トンネル１０ａの表面に平行な直線であって、シール収容溝１５の幅方向（弾性シール部材３０の幅方向）に対して傾斜する直線を基準線Ｑとしたとき、スクレーパ部材５０の前面は、基準線Ｑと平行である。本実施形態では、スクレーパ部材５０の断面長方形の一方の対角線Ｌ３が、弾性シール部材３０の幅方向に対して概ね平行になるようになっている。なお、スクレーパ部材５０の前面は、断面長方形の前方側の長辺Ｌ１を含む面５０ａと、前方側の短辺Ｌ２を含む面５０ｂとから構成されているが、本実施形態の面５０ａと面５０ｂは、いずれも上記の条件を満たしている。スクレーパ部材５０は、面５０ａと面５０ｂの接続部（角部）が推進方向の前端となる。つまり、面５０ａと面５０ｂは、それぞれ弾性シール部材３０の幅方向外側に向かうにつれて、推進方向位置が後方になる。これによって、スクレーパ部材５０が推進すると、土砂を弾性シール部材３０の幅方向両側に掻き分けることができる（図７の（ｃ）の太線二点鎖線の矢印参照）。なお、図７の（ｃ）において、「５５ａ」は、収容穴５５を区画するプレートを示す。
【００２８】
スクレーパ部材５０は、図４に示すように、その軸線方向（スクレーパ部材５０の出没方向）が後行トンネル１０ａの表面に直交する線Ｐ２に対して傾斜するように配置される。具体的には、スクレーパ部材５０の出没方向の先端側（先行トンネル１０ｂ側）が、基端側（後行トンネル１０ａ側）よりも推進方向の後方に位置するように傾斜して配置されている。つまり、スクレーパ部材５０は、推進方向の後方に傾斜した状態で配置され、スクレーパ部材５０の先端面の法線Ｐ３が斜め後方を向くようになっている。
【００２９】
収容穴５５は、後行トンネル１０ａの表面に函体の内側に向けて形成されている。収容穴５５は、傾斜するスクレーパ部材５０と同じ軸方向に傾斜して形成されている。収容穴５５は、スクレーパ部材５０の先端部５２よりもひと回り大きい断面長方形形状を呈している。収容穴５５の奥には、スクレーパ部材５０の基端部５３を囲う枠体５６が設けられている。
【００３０】
枠体５６は、スクレーパ部材５０の基端部５３よりひと回り大きい断面長方形形状（角部が面取りされている）を囲う筒状に形成されている。枠体５６の先端面は、収容穴５５を構成する周壁の基端面に当接している。函体の内部側となる枠体５６の基端部は、拡径しており、後記するボルトネジ７３を螺合させるネジ孔５８が形成されている。
【００３１】
図４および図７に示すように、枠体５６の内周には、シール材５７が設けられている。シール材５７は、Ｏリングからなり、その内側をスクレーパ部材５０が摺動するようになっている。シール材５７は、枠体５６の先端側の開口端部に配置されている。なお、シール材５７は、枠体５６の内周に設けるのに限られるものではなく、スクレーパ部材５０の基端部５３の外周面に設けるようにしてもよい。この場合、スクレーパ部材５０の出没長さに応じてシール長さが決められる。
【００３２】
出没手段７０は、後行トンネル１０ａと先行トンネル１０ｂとの離間距離に追従して、スクレーパ部材５０を出没（進退）させる機構である。出没手段７０は、バネ部材７１と、バネ部材７１の一端を支持する支持板７２とを備えている。支持板７２は、スクレーパ部材５０の基端側端面と所定の間隔をあけて配置されており、スクレーパ部材５０と支持板７２との間に、バネ部材７１が収容されている。支持板７２は、枠体５６の基端部から収容穴５５の奥側に延出するボルトネジ７３にナット７４を介して固定されている。ボルトネジ７３は、複数（本実施形態では６箇所）設けられており、枠体５６の周方向に所定間隔をあけて形成された複数のネジ孔５８にそれぞれ螺合されている。支持板７２には、ボルトネジ７３用の挿通孔７５が形成されており、収容穴５５の奥側から移動させて、ボルトネジ７３を挿通孔７５に挿通させる。さらにその奥側からボルトネジ７３にナット７４を螺合させて、ナット７４によって支持板７２を枠体５６の基端面に締め付ける。
【００３３】
なお、ナット７４は、定格以上の荷重が作用すると破断するものが用いられている。これによって、万一、不測の事態によりスクレーパ部材５０が出没不可能になって先行トンネル１０ｂに過大な荷重が作用しそうになったときに、ナット７４が破断して、スクレーパ部材５０が収容穴５５の奥に押し込まれるようになり、スクレーパ部材５０が先行トンネル１０ｂの表面を損傷することが防止される。
【００３４】
ボルトネジ７３とナット７４は、収容穴５５内でのスクレーパ部材５０の設置位置（深度）を変更する設置位置変更機構７７としての機能を有する。設置位置変更機構７７は、スクレーパ部材５０の全体が後行トンネル１０ａの外表面よりも内側になる格納位置（図６参照）と、スクレーパ部材５０の先端部が後行トンネル１０ａの外表面から突出する使用位置（図４および図５参照）との間で、スクレーパ部材５０を移動させることができる。本実施形態の設置位置変更機構７７は、出没手段７０の支持板７２を、収容穴５５の奥側（格納位置の場合）と手前側（使用位置の場合）の間で移動させることで、スクレーパ部材５０の設置位置を変更する。
【００３５】
具体的には、支持板７２およびナット７４の固定位置は、トンネルが推進するとき（使用位置）と、スクレーパ部材５０が発進エントランス１７（図６参照）を通過するとき（格納位置）とで異なる。トンネルが推進するときは、スクレーパ部材５０が使用位置にセットされるべく、図４および図５に示すように、支持板７２が、枠体５６の基端面に当接した状態で固定される。このとき、支持板７２は、ナット７４により枠体５６との間で締め付けられて固定される。一方、スクレーパ部材５０が発進エントランス１７を通過するときは、スクレーパ部材５０が格納位置にセットされるべく、図６に示すように、支持板７２が、枠体５６の基端面と隙間をあけた状態でナット７４に係止されている。この状態で、バネ部材７１は、圧縮されていない元の形状になっており、スクレーパ部材５０の先端が、シール収容溝１５の開口端部（後行トンネル１０ａの外側表面）から外側に突出しないようになっている。
【００３６】
支持板７２の中央には、ガイドロッド６０用の挿通孔７６が形成されている。挿通孔７６は、ガイドロッド６０の外径よりも若干大きい内径を備えており、ガイドロッド６０が内部を移動できるようになっている。挿通孔７６には、ガイドロッド６０が常時挿通されており、スクレーパ部材５０が出没する際には、ガイドロッド６０が挿通孔７６内を軸方向に移動する。このとき、ガイドロッド６０の軸芯位置が略一定に保持されるので、スクレーパ部材５０の出没方向が一定に保たれる。ナット７４と支持板７２をボルトネジ７３から取り外すと、スクレーパ部材５０およびバネ部材７１を函体内に引き込めるように構成されている。このとき、ガイドロッド６０は引込み用の治具として機能する。つまり、ガイドロッド６０を把持してスクレーパ部材５０を引き込むと作業を行い易い。
【００３７】
バネ部材７１は、コイルバネにて構成されている。バネ部材７１は、本実施形態では２箇所に設けられており、スクレーパ部材５０の断面長手方向に見て、ガイドロッド６０の両側に配置されている。支持板７２が枠体５６の基端面に当接した状態で固定されたとき（トンネル推進時）は、バネ部材７１は、圧縮された状態で設けられており、所定のバネ力を発揮できるように構成されている。後行トンネル１０ａが先行トンネル１０ｂに対して近接した状態（図４参照）と、後行トンネル１０ａが先行トンネル１０ｂに対して離間した状態（図５参照）との間において、バネ部材７１のバネ力は、弾性シール部材３０の前方の土砂によってスクレーパ部材５０が押し戻されず、且つスクレーパ部材５０が先行トンネル１０ｂの表面を損傷させない付勢力となるように設定されている。これによって、トンネルの推進中に、スクレーパ部材５０は、後行トンネル１０ａと先行トンネル１０ｂとの距離に追従して出没することとなり、スクレーパ部材５０の先端部が、先行トンネル１０ｂに当接した状態で摺動するようになっている。
【００３８】
次に、図６を参照しながら、後行トンネル１０ａが発進立坑および到達立坑に設けられる枠状の発進エントランス１７を通過する際のトンネル間土砂除去装置Ｇの状態および作用を説明する。
【００３９】
図６に示すように、トンネル間土砂除去装置Ｇが発進エントランス１７を通過する際には、支持板７２が、枠体５６の基端面と隙間をあけた状態で固定される。この状態で、バネ部材７１は、圧縮されていない元の形状になっており、スクレーパ部材５０の先端が、シール収容溝１５の開口端部（後行トンネル１０ａの外表面）から外側に突出しないようになっている（格納位置）。これによって、スクレーパ部材５０の全体が後行トンネル１０ａの外表面よりも内側に格納される。この状態で、トンネル間土砂除去装置Ｇは、後行トンネル１０ａの外周壁面からはみ出さないので、発進エントランス１７の内周面に干渉することなく、発進エントランス１７を通過することができる。なお、トンネル間土砂除去装置Ｇの後方の弾性シール部材３０は、原型（ベース部３１からリップ部３２が立ち上がった状態）を保ちながら、発進エントランス１７に形成された切欠き部（図示せず）を通過する。
【００４０】
次に、図４および図５を参照しながら、後行トンネル１０ａが先行トンネル１０ｂに対して近接または離間した状態でのトンネル間土砂除去装置Ｇの形状および作用を説明する。
【００４１】
図４および図５に示すように、トンネル推進時には、支持板７２を、枠体５６の基端面に当接した状態で固定しておく。これによって、バネ部材７１は圧縮された状態となり、スクレーパ部材５０は、先行トンネル１０ｂ側に常時付勢された状態となり、その先端部が後行トンネル１０ａの外表面から突出している（使用位置）。トンネル推進時は、スクレーパ部材５０の前面先端部は常に先行トンネル１０ｂの表面に当接して摺動する。ここで、後行トンネル１０ａが先行トンネル１０ｂに近接すると、図４に示すように、スクレーパ部材５０が収容穴５５の奥に押し込まれて、バネ部材７１がさらに圧縮される。一方、後行トンネル１０ａが先行トンネル１０ｂから離間すると、図５に示すように、バネ部材７１の復元力によってスクレーパ部材５０が収容穴５５から押し出されて突出し、スクレーパ部材５０が先行トンネル１０ｂの表面に当接した状態を保持する。
【００４２】
前記したように後行トンネル１０ａが先行トンネル１０ｂに近接または離間した、いずれの状態であっても、スクレーパ部材５０は、後行トンネル１０ａと先行トンネル１０ｂとの離間距離に追従して収容穴５５から出没し、その先端部が先行トンネル１０ｂに当接した状態で推進する。これによって、弾性シール部材３０の前端部の前方には常にスクレーパ部材５０が位置することになるので、弾性シール部材３０の前方の土砂を払いのけて除去することができる。これによって、弾性シール部材３０の通過位置から土砂が排除されて通過空間が形成されるので、弾性シール部材３０の前端部が保護される。なお、弾性シール部材３０がトンネルの側部に設けられ、土砂が比較的軟弱な場合には、押し退けられた土砂が弾性シール部材３０の通過位置に土砂が流れ込むことがあるが、この土砂は、スクレーパ部材５０で一旦押し退けられてほぐされているので、弾性シール部材３０の強度で十分に押し退けることができる。さらに、スクレーパ部材５０は、先行トンネル１０ｂの表面に付着している土砂（掘削機Ｋが掘削できなかった土砂）を払いのけることができるので、弾性シール部材３０と先行トンネル１０ｂの表面との密着性が高まり、シール性能の向上を図れる。
【００４３】
また、スクレーパ部材５０が、出没方向の先端側が基端側よりも後行トンネル１０ａの推進方向の後方になるように傾斜して配置されているので、土砂に対して傾斜した状態で推進する。これによって、土砂が、スクレーパ部材５０に先行トンネル１０ｂ側に斜めに押されてその位置からずれ易くなるので、弾性シール部材３０の前方位置から効率的に押し退けられる。
【００４４】
さらに、本実施形態では、スクレーパ部材５０の長辺Ｌ１を含む面５０ａ（図１参照）が弾性シール部材３０のリップ部３２の基端側に位置し（図３参照）、短辺Ｌ２を含む面５０ｂ（図１参照）が弾性シール部材３０のリップ部３２の先端側に位置している（図３参照）ので、リップ部３２の背面（先行トンネル１０ｂに対向する面）側に多くの土砂が押し流される。これによって、リップ部３２の腹側（ベース部３１と対向する側）には、少量の土砂が流れ込むだけである。流れ込んだ土砂は、シール収容溝１５の端部のスペースに流れるので、リップ部３２の内側には土砂が入り込まず、ベース部３１とリップ部３２との間に土砂が詰まってしまうことを抑制できる。
【００４５】
スクレーパ部材５０の前面の法線Ｐ１は、先行トンネル１０ｂ側から見て後行トンネル１０ａの推進方向に対して傾斜している。すなわち、後行トンネル１０ａの表面に平行な直線であって、シール収容溝１５の幅方向（弾性シール部材３０の幅方向）に対して傾斜する直線を基準線Ｑとしたとき、スクレーパ部材５０の前面は、基準線Ｑと平行である。本実施形態では、スクレーパ部材５０の断面長方形の一方の対角線Ｌ３が、弾性シール部材３０の幅方向に対して概ね平行になるようになっている。なお、スクレーパ部材５０の前面は、断面長方形の前方側の長辺Ｌ１を含む面５０ａと、前方側の短辺Ｌ２を含む面５０ｂとから構成されているが、本実施形態の面５０ａと面５０ｂは、いずれも上記の条件を満たしている。スクレーパ部材５０は、面５０ａと面５０ｂの接続部（角部）が推進方向の前端となる。つまり、面５０ａと面５０ｂは、それぞれ弾性シール部材３０の幅方向外側に向かうにつれて、推進方向位置が後方になる。これによって、スクレーパ部材５０が推進すると、土砂がスクレーパ部材５０の先端部５２に押されて弾性シール部材３０の幅方向両側に掻き分けられる（図７の（ｃ）の太線二点鎖線の矢印参照）。なお、図７の（ｃ）において、「５５ａ」は、収容穴５５を区画するプレートを示す。
【００４６】
また、枠体５６の先端部には、シール材５７が設けられているので、スクレーパ部材５０が出没しても、バネ部材７１の収容位置や函体の内側に地下水や泥土が浸入するのを防止できる。これによって、バネ部材７１に泥土が噛みこむことがなく、常に所望のバネ力を発揮できる。
【００４７】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。例えば、前記実施形態に係るスクレーパ部材５０は、断面矩形形状に形成されているが、これに限定されるものではない。弾性シール部材３０の幅方向に渡って広がる形状であれば、例えば、断面平行四辺形状、断面円形状、楕円形状、多角形状等、他の形状であってもよい。断面平行四辺形状にする場合には、短辺が推進方向に平行になるように配置するのが好ましい。また、長辺は推進方向後方に向かうにつれて、リップ部の基端側に傾斜するように配置するのがよい。
【００４８】
また、前記実施形態では、スクレーパ部材５０を、その軸線方向が後行トンネル１０ａの表面に直交する線Ｐ２に対して傾斜するように配置しているがこれに限定されるものではない。図１０に示すように、スクレーパ部材５０の軸線方向が、後行トンネル１０ａの表面に直交する方向に沿うように、スクレーパ部材５０を配置してもよい。この場合、スクレーパ部材５０の先端面が、前端面から後方に向かうに連れて後行トンネル１０ａ側に近くなるように傾斜している。スクレーパ部材５０の先端部には、ブロック状の弾性部材層５１が設けられている。弾性部材層５１は一定の圧力で先行トンネル１０ｂの表面に押圧される。このような構成によれば、スクレーパ部材５０の先端面に傾斜をつけたことで、バネ部材７１の付勢力を集中的に作用させることができる。これによって、スクレーパ部材５０と先行トンネル１０ｂとの密着性が高くなり、先行トンネル１０ｂの表面に付着した土砂を効率的に取り除くことができる。
【００４９】
さらに、スクレーパ部材５０を出没させる出没手段７０は、前記実施形態のようにバネ部材を用いる構成に限定されるものではなく、例えば、油圧や水圧を利用した流体圧シリンダー等を用いた他の機構を用いてもよい。流体圧機構を用いる場合は、一定の流体圧（弾性シール部材３０の前方の土砂によってスクレーパ部材５０が押し戻されない圧力）でスクレーパ部材を先行トンネル側に付勢しておき、流体圧が上限値（スクレーパ部材５０が先行トンネル１０ｂの表面を損傷させない圧力の上限値）以上になると開弁する安全弁を設けるようにすればよい。
【００５０】
また、本実施形態では、トンネル間土砂除去装置Ｇをトンネル函体の前端部に設けている（図８参照）が、トンネル函体の前方に設けられる掘削機Ｋに設けてもよい。この場合、掘削機Ｋに収容穴を形成して、そこにスクレーパ部材を収容する。
【符号の説明】
【００５１】
Ｇ トンネル間土砂除去装置
１０ａ 後行トンネル
１０ｂ 先行トンネル
３０ 弾性シール部材（シール部材）
５０ スクレーパ部材
５０ａ 面（前面）
５０ｂ 面（前面）
５５ 収容穴
７０ 出没手段
７７ 設置位置変更機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、先行トンネルとその隣に構築される後行トンネルとの間で、後行トンネルに設けられるシール部材の前方の土砂を除去するトンネル間土砂除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複数本の小断面トンネルを構築した後に、各トンネルの不要な覆工を撤去して大きな空間を形成しつつ、各トンネルの残置された覆工を利用して本設の頂底版や側壁などを形成することにより大断面トンネルを築造する技術が知られている。なお、複数の小断面トンネルは、時間差をもって順次に構築され、後行のトンネルは、先行のトンネルの隣りに構築される。また、各トンネルは、例えば、推進工法によって構築される。
【０００３】
ここで、推進工法とは、トンネルの覆工となる筒状の推進函体（トンネル函体）を坑口から順次地中に圧入してトンネルを構築する工法である。なお、推進函体の先端には、刃口や掘進機などが取り付けられている。推進工法の掘進機は、推進函体に反力をとって自ら掘進するもの（つまり、推進ジャッキを装備しているもの）でもよいし、推進函体を介して伝達された元押しジャッキの推力により掘進するものであってもよい。
【０００４】
隣り合う二つのトンネルのうち、後行のトンネルの、先行のトンネルに対向する外表面には、弾性シール部材が推進方向に沿って設けられる（例えば、特許文献１参照）。弾性シール部材は、後行のトンネルの外表面に固定されるベース部と、このベース部と一体的に形成され先端が大断面トンネルの外側に向いたリップ部とを備えてなる。リップ部は、大断面トンネルの外側の圧力によって先行のトンネルの外表面に向かって弾性的に付勢されるように構成されているものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１３３１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のような止水構造では、トンネルの推進時に、弾性シール部材の推進方向前端部に土砂が引っ掛かるので、掘削機の外周面の外側部分で、弾性シール部材の前端部の前方から土砂を払いのける構成が必要となる。また、トンネルの推進時においては、後行のトンネルが先行のトンネルに対して近接離間するが、近接離間に追従してトンネル間の土砂を払いのける必要がある。
【０００７】
このような観点から、本発明は、後行トンネルの先行トンネルに対する近接離間に追従してシール部材の前端部の前方の土砂を除去することができるトンネル間土砂除去装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するための請求項１に係る発明は、先行トンネルとその隣に構築される後行トンネルとの間で、前記後行トンネルに設けられるシール部材の前方の土砂を除去するトンネル間土砂除去装置であって、前記シール部材の前端部の前方に設けられるスクレーパ部材と、このスクレーパ部材を出没させる出没手段とを備え、前記出没手段は、前記後行トンネルの前記先行トンネルに対する近接離間に追従して前記スクレーパ部材を出没させ、前記スクレーパ部材の先端が前記先行トンネルに当接した状態で推進するように構成されていることを特徴とするトンネル間土砂除去装置である。
【０００９】
この発明によれば、前記後行トンネルの前記先行トンネルに対する近接離間に追従してスクレーパ部材が出没するので、後行トンネルの先行トンネルとの離間距離が変化しても、スクレーパ部材の先端が先行トンネルに当接した状態を維持することができる。すなわち、本発明によれば、トンネル間の離間距離が変化した場合であっても、スクレーパ部材によって、シール部材の前方の土砂を払いのけて除去することができる。さらに、先行トンネルの表面に付着している土砂を払いのけることができるので、シール部材と先行トンネルの表面との密着性が高まり、シール性能の向上を図れる。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、前記スクレーパ部材は、前記後行トンネルまたはその前方に配置される掘削機に形成された収容穴に収容されており、前記収容穴内での前記スクレーパ部材の設置位置を変更する設置位置変更機構を備え、前記設置位置変更機構は、前記スクレーパ部材の全体が前記後行トンネルの外表面よりも内側になる格納位置と、前記スクレーパ部材の先端部が前記後行トンネルの外表面から突出する使用位置との間で前記スクレーパ部材を移動させることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、スクレーパ部材が格納位置にあるときは、スクレーパ部材が後行トンネルの外表面からはみ出さないので、スクレーパ部材が坑口の発進エントランスに干渉することなく、その内周部を通過することができる。また、スクレーパ部材が使用位置にあるときは、シール部材の前方の土砂を払いのけて除去することができる。
【００１２】
さらに、請求項３に係る発明は、前記スクレーパ部材の前面の法線が前記先行トンネル側から見て前記後行トンネルの推進方向に対して傾斜していることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、スクレーパ部材の前面が推進方向に対して傾斜した状態で土砂内を推進するので、土砂はスクレーパ部材の側方（シール部材の幅方向端部側）に効率的に払いのけられ、シール部材の前方位置から除去される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のトンネル間土砂除去装置によれば、後行トンネルの先行トンネルに対する近接離間に追従してシール部材の前端部の前方の土砂を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るトンネル間土砂除去装置とシール部材を先行トンネル側から見た矢視図である。
【図２】シール部材のシール収容溝への設置状態を示した図であって、図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るトンネル間土砂除去装置とシール部材を示した斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係るトンネル間土砂除去装置を示した図であって、隣り合うトンネル間の距離が小さい場合の断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るトンネル間土砂除去装置を示した図であって、隣り合うトンネル間の距離が大きい場合の断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るトンネル間土砂除去装置を示した図であって、発進エントランスを通過する場合の断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係るトンネル間土砂除去装置を示した図であって、（ａ）は図４のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図４のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は図４のＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】後行トンネルを示した側面図である。
【図９】大断面トンネルを示した断面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係るトンネル間土砂除去装置を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態に係るトンネル間土砂除去装置Ｇについて、止水構造Ｗと合わせて、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態において、「前」および「後」は、推進工法によるトンネル掘削時の推進方向を基準としている。なお、図４乃至図６においては、後行トンネル１０ａが下側になるように図示している。
【００１７】
図９に示すように、止水構造Ｗは、推進工法によって並設された複数本のトンネル１０を利用して築造する大断面トンネル１の内部（内空部）と外部（地山部）との間を止水する構造である。大断面トンネル１は、その横断面の全てを実質的に含むように並設された複数本（本実施形態では六本）のトンネル１０，１０，…を利用して築造したものであり、頂版１Ａ、底版１Ｂおよび側壁１Ｃ，１Ｃを備えている。各トンネル１０は、軸方向に連接されたトンネル函体によって構成されている。
【００１８】
止水構造Ｗは、弾性シール部材（シール部材）３０を備えてなる。図２に示すように、弾性シール部材３０は、隣り合う二つのトンネル１０，１０の隙間を閉塞するように設けられている。弾性シール部材３０は、一方のトンネル１０（後行トンネル１０ａ）の表面のうち、他方のトンネル１０（先行トンネル１０ｂ）に対向する部分に設けられている。弾性シール部材３０は、後行トンネル１０ａの外周面に形成されたシール収容溝１５に収容されている。弾性シール部材３０は、例えば、耐摩耗性を備えた硬質ゴムやウレタン等の材料にて構成されている。弾性シール部材３０は、推進方向に沿って連続して設けられている。弾性シール部材３０は、ベース部３１とリップ部３２とを備えてなる。
【００１９】
ベース部３１は、後行トンネル１０ａに固定される部分であって、推進方向（図２の紙面垂直方向）に沿って連続する長尺の板状に形成されている。ベース部３１は、押さえ板３３によって、幅方向両端部が係止されている。ベース部３１の幅方向端部（押さえ板３３によって押さえられる部分）の厚さ寸法は、押さえ板３３とシール収容溝１５の底面との距離よりも僅かに大きくなっている。押さえ板３３は、弾性シール部材３０の長手方向（図２の紙面垂直方向）に沿って延在しており、ボルトＢ等の固定手段によって、シール収容溝１５の底面に固定されている。押さえ板３３には、ボルト貫通孔３４が形成されている。ボルトＢは、ボルト貫通孔３４から、ボス部３５、シール収容溝１５の底面の貫通孔３６を挿通して、底面の裏面に溶接固定されためねじ部材３７に螺合される。これによって、ベース部３１は、押さえ板３３によって幅方向両端部が係止されて締め付けられ、ベース部３１がシール収容溝１５の底面に密着することとなる。したがって、後行トンネル１０ａの表面とベース部３１との間のシール性が確保される。
【００２０】
リップ部３２は、ベース部３１と一体的に形成されている。リップ部３２は、ベース部３１の表面から先行トンネル１０ｂに向かって斜めに立ち上がっており（図２中、二点鎖線にて示す）、ベース部３１とリップ部３２とで、断面が略Ｖ字状を呈している。リップ部３２は、ベース部３１に対して弾性的に傾倒変形可能な部位である。リップ部３２は、その先端部が先行トンネル１０ｂに対向して延在しいて、図２中、二点鎖線にて示す初期状態よりも傾倒した状態で、先行トンネル１０ｂの外表面に接触する。このとき、リップ部３２は、初期状態に復元しようとする力によって、先行トンネル１０ｂに向かって弾性的に付勢する。
【００２１】
さらに、弾性シール部材３０は、リップ部３２の先端が大断面トンネル１（図９参照）の外側に向くように配置されている。つまり、ベース部３１とリップ部３２とにより形成される断面略Ｖ字状の溝条が、大断面トンネル１の外側に向いて開くように配置されている。これによって、弾性シール部材３０の断面略Ｖ字状の溝条部分に、大断面トンネル１の外側の圧力（水圧または土圧）が作用するようになっている。すなわち、リップ部３２は、その復元力に合わせて、大断面トンネル１の外側の圧力によっても先行トンネル１０ｂの外表面に押圧されて、先行トンネル１０ｂに密着する。
【００２２】
シール収容溝１５は、掘削機Ｋ（図８参照）の後方に位置する複数の推進函体からなる後行トンネル１０ａの表面に形成されている。シール収容溝１５は、後行トンネル１０ａの表面のうち、先行トンネル１０ｂに対向する部分に形成され、推進方向に沿って延在している。シール収容溝１５は、矩形断面を呈しており、トンネル１０の表面のスキンプレート１１に形成された開口部の内側に、溶接固定された側板１６ａ，１６ａと底板１６ｂとで区画されている。シール収容溝１５は、弾性シール部材３０を収容できるように、弾性シール部材３０の幅寸法より僅かに大きい幅寸法を有している。図２および図３に示すように、シール収容溝１５は、ベース部３１の厚さ寸法より大きく、弾性シール部材３０全体の厚さ寸法より小さい深さ寸法を有しており、弾性シール部材３０をシール収容溝１５に収容したときにリップ部３２の先端側（ベース部３１につながる基端側の逆側）の一部が、シール収容溝１５の開放端から突出するようになっている。
【００２３】
なお、シール部材は、本実施形態では、弾性シール部材３０であって、断面略Ｖ字状に形成されているが、弾性シール部材３０の構成を限定する趣旨ではない。例えば、断面Ｕ字状、Ｌ字状、Ｔ字状等、他の形状であってもよい。また、シール部材の構成は、本実施形態に限定されるものではなく、例えば、袋体の内部に流体を充填して先行トンネルに押圧される構成のものであってもよい。
【００２４】
弾性シール部材３０の推進方向前方には、トンネル間土砂除去装置Ｇが設けられている（図１、図３および図８参照）。トンネル間土砂除去装置Ｇは、図４に示すように、弾性シール部材３０の前端部（推進方向前端部）の前方に設けられるスクレーパ部材５０と、このスクレーパ部材５０を先行トンネル１０ｂに向けて出没させる出没手段７０と、を備えている。スクレーパ部材５０は、後行トンネル１０ａの外表面に形成された収容穴５５に出没可能に収容されている。スクレーパ部材５０は、収容穴５５内でのスクレーパ部材５０の設置位置を変更する設置位置変更機構７７を備えている。なお、以下の説明において、スクレーパ部材５０の先端側および基端側は、出没方向を基準として、先行トンネル１０ｂ側部分を先端側とし、収容穴５５の奥側を基端側とする。
【００２５】
スクレーパ部材５０は、図３に示すように、断面矩形（本実施形態では断面長方形）形状を呈する箱状に形成されている。スクレーパ部材５０は、断面矩形の角部が直角の先端部５２と、断面矩形の角部が円弧状に面取りされた基端部５３とを備えている。スクレーパ部材５０は、先端部５２と基端部５３を、それぞれ鉄板を箱状に組み合わせて形成し、これらを固定することで構成されている。先端部５２は、収容穴５５から突出する部分であり、基端部５３は、後記する枠体５６内に出没可能に収容される部分（後記するシール材５７に対して摺動する部分）である。基端部５３が収容穴５５から突出することはなく、先端部５２が枠体５６内に没入することはない。先端部５２の先行トンネル１０ｂ側には、弾性部材層５１が設けられている。弾性部材層５１は、先行トンネル１０ｂの表面を保護するとともに、後行トンネル１０ａの先行トンネル１０ｂに対する傾斜を吸収するためのものである。弾性部材層５１は、弾性シール部材３０と同様に、耐摩耗性を備えた硬質ゴムやウレタン等の材料にて構成されている。弾性部材層５１は、後行トンネル１０ａが先行トンネル１０ｂに対して許容角度の範囲で傾斜（後行トンネル１０ａの表面と先行トンネル１０ｂの表面とが平行でない状態）した際に、鉄板が先行トンネル１０ｂの表面に当接しない厚さに形成されている。このような構成によれば、後行トンネル１０ａが先行トンネル１０ｂに対して傾斜したときに、弾性部材層５１の先端面が先行トンネル１０ｂの外表面に対して傾斜するが、弾性部材層５１は、先行トンネル１０ｂの外表面に押し付けられて弾性変形するので、先行トンネル１０ｂの表面に面接触することとなる。これによって、スクレーパ部材５０は、常に先行トンネル１０ｂの表面に隙間をあけずに当接することができる。
【００２６】
スクレーパ部材５０の基端部５３の基端面（収容穴５５の奥側端面）には、図４に示すように、出没方向に延在するガイドロッド６０が設けられている。ガイドロッド６０は、スクレーパ部材５０が出没方向に沿って出没するように案内する部材である。ガイドロッド６０は、円柱状を呈して形成されておリ、スクレーパ部材５０の基端面の中心部（対角線の交点）に、基端面に直交して（法線に沿って）固定されている。ガイドロッド６０の表面には、スクレーパ部材５０の出没量を、確認するための標尺７９が設けられている。標尺７９は、後記する支持板７２に対するスクレーパ部材５０の相対位置を読み取るための目盛りである。この目盛りを読み取ることで、支持板７２の設置位置からスクレーパ部材５０の出没量を算出することができる。ガイドロッド６０には、スクレーパ部材５０が収容穴５５から抜け出すのを防止するための抜出し防止部材７８が取り付けられている。抜出し防止部材７８は、ガイドロッド６０の外周面に固定された鍔状のリング部材にて構成されており、支持板７２よりも函体内部側に位置している。ガイドロッド６０が抜け出しそうになったときに、抜出し防止部材７８が支持板７２の底面に当接して係止されることで、スクレーパ部材５０が係止される。
【００２７】
図１に示すように、スクレーパ部材５０の前面の法線Ｐ１は、先行トンネル１０ｂ側から見て後行トンネル１０ａの推進方向に対して傾斜している。すなわち、後行トンネル１０ａの表面に平行な直線であって、シール収容溝１５の幅方向（弾性シール部材３０の幅方向）に対して傾斜する直線を基準線Ｑとしたとき、スクレーパ部材５０の前面は、基準線Ｑと平行である。本実施形態では、スクレーパ部材５０の断面長方形の一方の対角線Ｌ３が、弾性シール部材３０の幅方向に対して概ね平行になるようになっている。なお、スクレーパ部材５０の前面は、断面長方形の前方側の長辺Ｌ１を含む面５０ａと、前方側の短辺Ｌ２を含む面５０ｂとから構成されているが、本実施形態の面５０ａと面５０ｂは、いずれも上記の条件を満たしている。スクレーパ部材５０は、面５０ａと面５０ｂの接続部（角部）が推進方向の前端となる。つまり、面５０ａと面５０ｂは、それぞれ弾性シール部材３０の幅方向外側に向かうにつれて、推進方向位置が後方になる。これによって、スクレーパ部材５０が推進すると、土砂を弾性シール部材３０の幅方向両側に掻き分けることができる（図７の（ｃ）の太線二点鎖線の矢印参照）。なお、図７の（ｃ）において、「５５ａ」は、収容穴５５を区画するプレートを示す。
【００２８】
スクレーパ部材５０は、図４に示すように、その軸線方向（スクレーパ部材５０の出没方向）が後行トンネル１０ａの表面に直交する線Ｐ２に対して傾斜するように配置される。具体的には、スクレーパ部材５０の出没方向の先端側（先行トンネル１０ｂ側）が、基端側（後行トンネル１０ａ側）よりも推進方向の後方に位置するように傾斜して配置されている。つまり、スクレーパ部材５０は、推進方向の後方に傾斜した状態で配置され、スクレーパ部材５０の先端面の法線Ｐ３が斜め後方を向くようになっている。
【００２９】
収容穴５５は、後行トンネル１０ａの表面に函体の内側に向けて形成されている。収容穴５５は、傾斜するスクレーパ部材５０と同じ軸方向に傾斜して形成されている。収容穴５５は、スクレーパ部材５０の先端部５２よりもひと回り大きい断面長方形形状を呈している。収容穴５５の奥には、スクレーパ部材５０の基端部５３を囲う枠体５６が設けられている。
【００３０】
枠体５６は、スクレーパ部材５０の基端部５３よりひと回り大きい断面長方形形状（角部が面取りされている）を囲う筒状に形成されている。枠体５６の先端面は、収容穴５５を構成する周壁の基端面に当接している。函体の内部側となる枠体５６の基端部は、拡径しており、後記するボルトネジ７３を螺合させるネジ孔５８が形成されている。
【００３１】
図４および図７に示すように、枠体５６の内周には、シール材５７が設けられている。シール材５７は、Ｏリングからなり、その内側をスクレーパ部材５０が摺動するようになっている。シール材５７は、枠体５６の先端側の開口端部に配置されている。なお、シール材５７は、枠体５６の内周に設けるのに限られるものではなく、スクレーパ部材５０の基端部５３の外周面に設けるようにしてもよい。この場合、スクレーパ部材５０の出没長さに応じてシール長さが決められる。
【００３２】
出没手段７０は、後行トンネル１０ａと先行トンネル１０ｂとの離間距離に追従して、スクレーパ部材５０を出没（進退）させる機構である。出没手段７０は、バネ部材７１と、バネ部材７１の一端を支持する支持板７２とを備えている。支持板７２は、スクレーパ部材５０の基端側端面と所定の間隔をあけて配置されており、スクレーパ部材５０と支持板７２との間に、バネ部材７１が収容されている。支持板７２は、枠体５６の基端部から収容穴５５の奥側に延出するボルトネジ７３にナット７４を介して固定されている。ボルトネジ７３は、複数（本実施形態では６箇所）設けられており、枠体５６の周方向に所定間隔をあけて形成された複数のネジ孔５８にそれぞれ螺合されている。支持板７２には、ボルトネジ７３用の挿通孔７５が形成されており、収容穴５５の奥側から移動させて、ボルトネジ７３を挿通孔７５に挿通させる。さらにその奥側からボルトネジ７３にナット７４を螺合させて、ナット７４によって支持板７２を枠体５６の基端面に締め付ける。
【００３３】
なお、ナット７４は、定格以上の荷重が作用すると破断するものが用いられている。これによって、万一、不測の事態によりスクレーパ部材５０が出没不可能になって先行トンネル１０ｂに過大な荷重が作用しそうになったときに、ナット７４が破断して、スクレーパ部材５０が収容穴５５の奥に押し込まれるようになり、スクレーパ部材５０が先行トンネル１０ｂの表面を損傷することが防止される。
【００３４】
ボルトネジ７３とナット７４は、収容穴５５内でのスクレーパ部材５０の設置位置（深度）を変更する設置位置変更機構７７としての機能を有する。設置位置変更機構７７は、スクレーパ部材５０の全体が後行トンネル１０ａの外表面よりも内側になる格納位置（図６参照）と、スクレーパ部材５０の先端部が後行トンネル１０ａの外表面から突出する使用位置（図４および図５参照）との間で、スクレーパ部材５０を移動させることができる。本実施形態の設置位置変更機構７７は、出没手段７０の支持板７２を、収容穴５５の奥側（格納位置の場合）と手前側（使用位置の場合）の間で移動させることで、スクレーパ部材５０の設置位置を変更する。
【００３５】
具体的には、支持板７２およびナット７４の固定位置は、トンネルが推進するとき（使用位置）と、スクレーパ部材５０が発進エントランス１７（図６参照）を通過するとき（格納位置）とで異なる。トンネルが推進するときは、スクレーパ部材５０が使用位置にセットされるべく、図４および図５に示すように、支持板７２が、枠体５６の基端面に当接した状態で固定される。このとき、支持板７２は、ナット７４により枠体５６との間で締め付けられて固定される。一方、スクレーパ部材５０が発進エントランス１７を通過するときは、スクレーパ部材５０が格納位置にセットされるべく、図６に示すように、支持板７２が、枠体５６の基端面と隙間をあけた状態でナット７４に係止されている。この状態で、バネ部材７１は、圧縮されていない元の形状になっており、スクレーパ部材５０の先端が、シール収容溝１５の開口端部（後行トンネル１０ａの外側表面）から外側に突出しないようになっている。
【００３６】
支持板７２の中央には、ガイドロッド６０用の挿通孔７６が形成されている。挿通孔７６は、ガイドロッド６０の外径よりも若干大きい内径を備えており、ガイドロッド６０が内部を移動できるようになっている。挿通孔７６には、ガイドロッド６０が常時挿通されており、スクレーパ部材５０が出没する際には、ガイドロッド６０が挿通孔７６内を軸方向に移動する。このとき、ガイドロッド６０の軸芯位置が略一定に保持されるので、スクレーパ部材５０の出没方向が一定に保たれる。ナット７４と支持板７２をボルトネジ７３から取り外すと、スクレーパ部材５０およびバネ部材７１を函体内に引き込めるように構成されている。このとき、ガイドロッド６０は引込み用の治具として機能する。つまり、ガイドロッド６０を把持してスクレーパ部材５０を引き込むと作業を行い易い。
【００３７】
バネ部材７１は、コイルバネにて構成されている。バネ部材７１は、本実施形態では２箇所に設けられており、スクレーパ部材５０の断面長手方向に見て、ガイドロッド６０の両側に配置されている。支持板７２が枠体５６の基端面に当接した状態で固定されたとき（トンネル推進時）は、バネ部材７１は、圧縮された状態で設けられており、所定のバネ力を発揮できるように構成されている。後行トンネル１０ａが先行トンネル１０ｂに対して近接した状態（図４参照）と、後行トンネル１０ａが先行トンネル１０ｂに対して離間した状態（図５参照）との間において、バネ部材７１のバネ力は、弾性シール部材３０の前方の土砂によってスクレーパ部材５０が押し戻されず、且つスクレーパ部材５０が先行トンネル１０ｂの表面を損傷させない付勢力となるように設定されている。これによって、トンネルの推進中に、スクレーパ部材５０は、後行トンネル１０ａと先行トンネル１０ｂとの距離に追従して出没することとなり、スクレーパ部材５０の先端部が、先行トンネル１０ｂに当接した状態で摺動するようになっている。
【００３８】
次に、図６を参照しながら、後行トンネル１０ａが発進立坑および到達立坑に設けられる枠状の発進エントランス１７を通過する際のトンネル間土砂除去装置Ｇの状態および作用を説明する。
【００３９】
図６に示すように、トンネル間土砂除去装置Ｇが発進エントランス１７を通過する際には、支持板７２が、枠体５６の基端面と隙間をあけた状態で固定される。この状態で、バネ部材７１は、圧縮されていない元の形状になっており、スクレーパ部材５０の先端が、シール収容溝１５の開口端部（後行トンネル１０ａの外表面）から外側に突出しないようになっている（格納位置）。これによって、スクレーパ部材５０の全体が後行トンネル１０ａの外表面よりも内側に格納される。この状態で、トンネル間土砂除去装置Ｇは、後行トンネル１０ａの外周壁面からはみ出さないので、発進エントランス１７の内周面に干渉することなく、発進エントランス１７を通過することができる。なお、トンネル間土砂除去装置Ｇの後方の弾性シール部材３０は、原型（ベース部３１からリップ部３２が立ち上がった状態）を保ちながら、発進エントランス１７に形成された切欠き部（図示せず）を通過する。
【００４０】
次に、図４および図５を参照しながら、後行トンネル１０ａが先行トンネル１０ｂに対して近接または離間した状態でのトンネル間土砂除去装置Ｇの形状および作用を説明する。
【００４１】
図４および図５に示すように、トンネル推進時には、支持板７２を、枠体５６の基端面に当接した状態で固定しておく。これによって、バネ部材７１は圧縮された状態となり、スクレーパ部材５０は、先行トンネル１０ｂ側に常時付勢された状態となり、その先端部が後行トンネル１０ａの外表面から突出している（使用位置）。トンネル推進時は、スクレーパ部材５０の前面先端部は常に先行トンネル１０ｂの表面に当接して摺動する。ここで、後行トンネル１０ａが先行トンネル１０ｂに近接すると、図４に示すように、スクレーパ部材５０が収容穴５５の奥に押し込まれて、バネ部材７１がさらに圧縮される。一方、後行トンネル１０ａが先行トンネル１０ｂから離間すると、図５に示すように、バネ部材７１の復元力によってスクレーパ部材５０が収容穴５５から押し出されて突出し、スクレーパ部材５０が先行トンネル１０ｂの表面に当接した状態を保持する。
【００４２】
前記したように後行トンネル１０ａが先行トンネル１０ｂに近接または離間した、いずれの状態であっても、スクレーパ部材５０は、後行トンネル１０ａと先行トンネル１０ｂとの離間距離に追従して収容穴５５から出没し、その先端部が先行トンネル１０ｂに当接した状態で推進する。これによって、弾性シール部材３０の前端部の前方には常にスクレーパ部材５０が位置することになるので、弾性シール部材３０の前方の土砂を払いのけて除去することができる。これによって、弾性シール部材３０の通過位置から土砂が排除されて通過空間が形成されるので、弾性シール部材３０の前端部が保護される。なお、弾性シール部材３０がトンネルの側部に設けられ、土砂が比較的軟弱な場合には、押し退けられた土砂が弾性シール部材３０の通過位置に土砂が流れ込むことがあるが、この土砂は、スクレーパ部材５０で一旦押し退けられてほぐされているので、弾性シール部材３０の強度で十分に押し退けることができる。さらに、スクレーパ部材５０は、先行トンネル１０ｂの表面に付着している土砂（掘削機Ｋが掘削できなかった土砂）を払いのけることができるので、弾性シール部材３０と先行トンネル１０ｂの表面との密着性が高まり、シール性能の向上を図れる。
【００４３】
また、スクレーパ部材５０が、出没方向の先端側が基端側よりも後行トンネル１０ａの推進方向の後方になるように傾斜して配置されているので、土砂に対して傾斜した状態で推進する。これによって、土砂が、スクレーパ部材５０に先行トンネル１０ｂ側に斜めに押されてその位置からずれ易くなるので、弾性シール部材３０の前方位置から効率的に押し退けられる。
【００４４】
さらに、本実施形態では、スクレーパ部材５０の長辺Ｌ１を含む面５０ａ（図１参照）が弾性シール部材３０のリップ部３２の基端側に位置し（図３参照）、短辺Ｌ２を含む面５０ｂ（図１参照）が弾性シール部材３０のリップ部３２の先端側に位置している（図３参照）ので、リップ部３２の背面（先行トンネル１０ｂに対向する面）側に多くの土砂が押し流される。これによって、リップ部３２の腹側（ベース部３１と対向する側）には、少量の土砂が流れ込むだけである。流れ込んだ土砂は、シール収容溝１５の端部のスペースに流れるので、リップ部３２の内側には土砂が入り込まず、ベース部３１とリップ部３２との間に土砂が詰まってしまうことを抑制できる。
【００４５】
スクレーパ部材５０の前面の法線Ｐ１は、先行トンネル１０ｂ側から見て後行トンネル１０ａの推進方向に対して傾斜している。すなわち、後行トンネル１０ａの表面に平行な直線であって、シール収容溝１５の幅方向（弾性シール部材３０の幅方向）に対して傾斜する直線を基準線Ｑとしたとき、スクレーパ部材５０の前面は、基準線Ｑと平行である。本実施形態では、スクレーパ部材５０の断面長方形の一方の対角線Ｌ３が、弾性シール部材３０の幅方向に対して概ね平行になるようになっている。なお、スクレーパ部材５０の前面は、断面長方形の前方側の長辺Ｌ１を含む面５０ａと、前方側の短辺Ｌ２を含む面５０ｂとから構成されているが、本実施形態の面５０ａと面５０ｂは、いずれも上記の条件を満たしている。スクレーパ部材５０は、面５０ａと面５０ｂの接続部（角部）が推進方向の前端となる。つまり、面５０ａと面５０ｂは、それぞれ弾性シール部材３０の幅方向外側に向かうにつれて、推進方向位置が後方になる。これによって、スクレーパ部材５０が推進すると、土砂がスクレーパ部材５０の先端部５２に押されて弾性シール部材３０の幅方向両側に掻き分けられる（図７の（ｃ）の太線二点鎖線の矢印参照）。なお、図７の（ｃ）において、「５５ａ」は、収容穴５５を区画するプレートを示す。
【００４６】
また、枠体５６の先端部には、シール材５７が設けられているので、スクレーパ部材５０が出没しても、バネ部材７１の収容位置や函体の内側に地下水や泥土が浸入するのを防止できる。これによって、バネ部材７１に泥土が噛みこむことがなく、常に所望のバネ力を発揮できる。
【００４７】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。例えば、前記実施形態に係るスクレーパ部材５０は、断面矩形形状に形成されているが、これに限定されるものではない。弾性シール部材３０の幅方向に渡って広がる形状であれば、例えば、断面平行四辺形状、断面円形状、楕円形状、多角形状等、他の形状であってもよい。断面平行四辺形状にする場合には、短辺が推進方向に平行になるように配置するのが好ましい。また、長辺は推進方向後方に向かうにつれて、リップ部の基端側に傾斜するように配置するのがよい。
【００４８】
また、前記実施形態では、スクレーパ部材５０を、その軸線方向が後行トンネル１０ａの表面に直交する線Ｐ２に対して傾斜するように配置しているがこれに限定されるものではない。図１０に示すように、スクレーパ部材５０の軸線方向が、後行トンネル１０ａの表面に直交する方向に沿うように、スクレーパ部材５０を配置してもよい。この場合、スクレーパ部材５０の先端面が、前端面から後方に向かうに連れて後行トンネル１０ａ側に近くなるように傾斜している。スクレーパ部材５０の先端部には、ブロック状の弾性部材層５１が設けられている。弾性部材層５１は一定の圧力で先行トンネル１０ｂの表面に押圧される。このような構成によれば、スクレーパ部材５０の先端面に傾斜をつけたことで、バネ部材７１の付勢力を集中的に作用させることができる。これによって、スクレーパ部材５０と先行トンネル１０ｂとの密着性が高くなり、先行トンネル１０ｂの表面に付着した土砂を効率的に取り除くことができる。
【００４９】
さらに、スクレーパ部材５０を出没させる出没手段７０は、前記実施形態のようにバネ部材を用いる構成に限定されるものではなく、例えば、油圧や水圧を利用した流体圧シリンダー等を用いた他の機構を用いてもよい。流体圧機構を用いる場合は、一定の流体圧（弾性シール部材３０の前方の土砂によってスクレーパ部材５０が押し戻されない圧力）でスクレーパ部材を先行トンネル側に付勢しておき、流体圧が上限値（スクレーパ部材５０が先行トンネル１０ｂの表面を損傷させない圧力の上限値）以上になると開弁する安全弁を設けるようにすればよい。
【００５０】
また、本実施形態では、トンネル間土砂除去装置Ｇをトンネル函体の前端部に設けている（図８参照）が、トンネル函体の前方に設けられる掘削機Ｋに設けてもよい。この場合、掘削機Ｋに収容穴を形成して、そこにスクレーパ部材を収容する。
【符号の説明】
【００５１】
Ｇ トンネル間土砂除去装置
１０ａ 後行トンネル
１０ｂ 先行トンネル
３０ 弾性シール部材（シール部材）
５０ スクレーパ部材
５０ａ 面（前面）
５０ｂ 面（前面）
５５ 収容穴
７０ 出没手段
７７ 設置位置変更機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先行トンネルとその隣に構築される後行トンネルとの間で、前記後行トンネルに設けられるシール部材の前方の土砂を除去するトンネル間土砂除去装置であって、
前記シール部材の前端部の前方に設けられるスクレーパ部材と、このスクレーパ部材を出没させる出没手段とを備え、
前記出没手段は、前記後行トンネルの前記先行トンネルに対する近接離間に追従して前記スクレーパ部材を出没させ、前記スクレーパ部材の先端が前記先行トンネルに当接した状態で推進するように構成されている
ことを特徴とするトンネル間土砂除去装置。
【請求項２】
前記スクレーパ部材は、前記後行トンネルまたはその前方に配置される掘削機に形成された収容穴に収容されており、前記収容穴内での前記スクレーパ部材の設置位置を変更する設置位置変更機構を備え、
前記設置位置変更機構は、前記スクレーパ部材の全体が前記後行トンネルの外表面よりも内側になる格納位置と、前記スクレーパ部材の先端部が前記後行トンネルの外表面から突出する使用位置との間で前記スクレーパ部材を移動させる
ことを特徴とする請求項１に記載のトンネル間土砂除去装置。
【請求項３】
前記スクレーパ部材の前面の法線が前記先行トンネル側から見て前記後行トンネルの推進方向に対して傾斜している
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトンネル間土砂除去装置。
【請求項１】
先行トンネルとその隣に構築される後行トンネルとの間で、前記後行トンネルに設けられるシール部材の前方の土砂を除去するトンネル間土砂除去装置であって、
前記シール部材の前端部の前方に設けられるスクレーパ部材と、このスクレーパ部材を出没させる出没手段とを備え、
前記出没手段は、前記後行トンネルの前記先行トンネルに対する近接離間に追従して前記スクレーパ部材を出没させ、前記スクレーパ部材の先端が前記先行トンネルに当接した状態で推進するように構成されている
ことを特徴とするトンネル間土砂除去装置。
【請求項２】
前記スクレーパ部材は、前記後行トンネルまたはその前方に配置される掘削機に形成された収容穴に収容されており、前記収容穴内での前記スクレーパ部材の設置位置を変更する設置位置変更機構を備え、
前記設置位置変更機構は、前記スクレーパ部材の全体が前記後行トンネルの外表面よりも内側になる格納位置と、前記スクレーパ部材の先端部が前記後行トンネルの外表面から突出する使用位置との間で前記スクレーパ部材を移動させる
ことを特徴とする請求項１に記載のトンネル間土砂除去装置。
【請求項３】
前記スクレーパ部材の前面の法線が前記先行トンネル側から見て前記後行トンネルの推進方向に対して傾斜している
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトンネル間土砂除去装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１９７６５６（Ｐ２０１２−１９７６５６Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６４１９７（Ｐ２０１１−６４１９７）
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】（０００２５２２０７）六菱ゴム株式会社 (41)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】（０００２５２２０７）六菱ゴム株式会社 (41)
【Ｆターム（参考）】
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