本発明は、作業員が加圧された空間内にアクセスするためのマンロックを備えるシールド掘進機のマンロック装置に関する。

シールド掘進機は、シールドフレームの前方に設けられたカッタで地山を掘削して、その後方でセグメントを順次組立てることにより、トンネルを構築していくものである。 カッタの前端には複数のカッタビットが配置されており、カッタを回転させてカッタビットにより地山を掘削するようになっている。

このようなシールド掘進機では、カッタビットが摩耗した場合や地中に障害物が存在する場合に、従来、カッタチャンバ内に圧縮空気を供給することでカッタチャンバ内の圧力を上昇させて、切羽を安定させた後に、作業員がカッタチャンバ内に入ってカッタビットを交換し或いは障害物を撤去することがあった。

例えば、既設セグメントの前側に圧力隔壁を直接取り付け、作業員が圧力隔壁よりも前方のシールド掘進機内にいる状態で、圧力隔壁よりも前方のシールド掘進機内に圧縮空気を供給することで、シールド掘進機内及びカッタチャンバ内の圧力を上昇させて、切羽を安定させた後に、作業員がカッタチャンバ内に入ってカッタビットを交換するものがある（例えば、特許文献１参照）。

作業員が加圧された空間内（カッタチャンバ内）にアクセスするためのマンロックを機内スペースが狭い中小口径のシールド掘進機の隔壁（バルクヘッド）の背面に装備することは困難である。

シールド掘進機の機長を延長して前胴部分にマンロックを設置することが考えられるが、前胴部分にマンロックを設置するためにシールド掘進機の機長を長くせざるを得ず、発進立坑が大きくなることやシールド掘進機の方向制御性が悪くなるなど、コスト増加及び機能低下が生じる。

なお、特許文献１に記載の装置は、マンロックを有しておらず、シールド掘進機内を圧力隔壁で前後に仕切り、その圧力隔壁の前方の空間を加圧するものに過ぎない。

そこで、本発明の目的は、シールド掘進機の機長を延長することなく、中小口径のシールド掘進機に設置可能なマンロック装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、シールド掘進機のシールドフレームの内周に沿って組立が可能で且つ解体が可能な隔壁取付セグメントと、該隔壁取付セグメントに着脱可能に取り付けられ、上記シールドフレーム内を前後に区画する圧力隔壁と、該圧力隔壁に装着されるマンロックとを備え、該マンロックは、気圧調節可能な気圧調節室と、該気圧調節室と上記圧力隔壁後方の空間とを連通する開口を開閉する第一扉と、上記気圧調節室と上記圧力隔壁前方の空間とを連通する開口を開閉する第二扉とを有するものである。

ここで、上記隔壁取付セグメントは、軸長がトンネルをなす既設のセグメントの軸長よりも短いものであっても良い。

また、上記隔壁取付セグメントは、外径がトンネルをなす既設のセグメントの外径よりも大きいものであっても良い。

また、上記隔壁取付セグメントの外周と上記シールドフレームの内周との間をシールするシール手段を備えても良い。

本発明によれば、シールド掘進機の機長を延長することなく、中小口径のシールド掘進機に設置可能なマンロック装置を提供することができるという優れた効果を奏する。

図１は、本発明の一実施形態に係るマンロック装置が適用されるシールド掘進機の断面図である。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。

図３は、図１のＩＩＩ部拡大図である。

図４（ａ）から図４（ｃ）は、マンロック装置の設置方法を説明するための図である。

図５は、シール手段の変形例を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示すように、本実施形態に係るマンロック装置１が適用されるシールド掘進機２は、筒状のシールドフレーム３を有する掘進機本体４と、掘進機本体４の前部に地山を掘削するために配設されたカッタ５と、カッタ５で掘削された土砂を掘進機本体４の内部に取り込むための排土装置６と、掘進機本体４の内部に設けられ、セグメント７をシールドフレーム３の内周に沿ってリング状に組み立てるエレクタ装置８と、シールドフレーム３の内周にその周方向に沿って複数設けられ、リング状に組み立てられたセグメント７（既設セグメント）に反力を取って掘進機本体４を前進させるためのシールドジャッキ９と、シールドフレーム３の後部内周面に取り付けられ、既設セグメントの外周とシールドフレーム３の内周との間をシールするためのテールシール１０とを備えている。

シールドフレーム３には、その内部を掘進方向の前後に仕切る隔壁（バルクヘッド）１１が設けられており、隔壁１１には、前端に複数のカッタビット（本実施形態では、ローラービット）１２が配置されたカッタ５が、掘進方向に沿った軸（回転軸）と平行な軸廻りに回転自在に支持されている。 詳しくは、カッタ５の切羽１３とは反対側の面には、軸方向後方に延出された中間ビーム１４が周方向に間隔を隔てて複数設けられており、それら中間ビーム１４の端部が、隔壁１１に上記回転軸廻りに回転可能に支持された回転リング１５に装着されている。 即ち、カッタ５は、中間ビーム１４及び回転リング１５を介して、隔壁１１に回転自在に支持されている。 回転リング１５を駆動モータ１６及びギヤ１７を介して回転させることで、カッタ５が上記回転軸周りに回転駆動される。 カッタ５で掘削された土砂は、隔壁１１の前方に区画形成されたカッタチャンバ１８に取り込まれた後、排土装置６によって隔壁１１後方の坑内に排出される。

また、隔壁１１には、作業員がカッタチャンバ１８に出入りするためのマンホール１９が設けられており、このマンホール１９には、マンホール１９を開閉するマンホール蓋２０が設けられている。 また、マンホール蓋２０には、カッタチャンバ１８内とシールドフレーム３内とを連通する連通管２１が設けられており、この連通管２１には、連通管２１を開閉する開閉バルブ２２が設けられている。 この開閉バルブ２２は、トンネル掘削作業時には閉じられる。

本実施形態では、シールドフレーム３は、筒状の前胴３ａと筒状の後胴３ｂとを有し、前胴３ａと後胴３ｂとが球面継手２３を介して屈曲可能に接続され、前胴３ａと後胴３ｂとが中折れジャッキ２４を介して連結されている。 中折れジャッキ２４は、シールドフレーム３の周方向に間隔を隔てて複数配設されている。 なお、シールドフレーム３は、中折れ構造となっていない通常のシールドフレームであっても良い。

本実施形態では、排土装置６は、カッタチャンバ１８内に泥水を供給する送泥管２５とカッタチャンバ１８内の掘削土砂を排出する排泥管２６とを有する。 送泥管２５及び排泥管２６にはそれぞれ、開閉弁２７、２８が介設されており、これら開閉弁２７、２８を閉じることで、各開閉弁２７、２８よりも掘進方向の後方側の管２５ａ、２６ａ（図４（ａ）参照）が取り外し可能となっている。 なお、図１は、掘進方向の後方側の管２５ａ、２６ａを取り外した状態を示す。 また、送泥管２５及び排泥管２６の代わりに、スクリューコンベヤを隔壁１１に装着しても良い。 つまり、排土装置８は、スクリューコンベヤを有するものであっても良い。

本実施形態では、エレクタ装置８は、後胴３ｂ内に周方向に間隔を隔てて複数配置された支持ローラ２９と、これら支持ローラ２９によって上記回転軸周りに回転可能に支持された旋回リング３０と、旋回リング３０に同芯的に取り付けられた駆動ギヤ３１と、旋回リング３０に取り付けられた基部３２と、この基部３２に装着され、トンネル径方向及びトンネル軸方向に移動可能な把持部３３（図４（ａ）参照）とを有する。 旋回リング３０を図示しないモータ及びピニオンを介して回転させることで、エレクタ装置８（把持部３３）が上記回転軸周りに回転駆動される。 なお、図１は、把持部３３を取り外した状態を示す。

以下、本実施形態のマンロック装置１について説明する。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係るマンロック装置１は、エレクタ装置８にて後胴３ｂ（シールドフレーム３）の内周に沿って組立が可能で且つエレクタ装置８にて解体が可能な隔壁取付セグメント３４と、隔壁取付セグメント３４或いは後胴３ｂに設けられ、隔壁取付セグメント３４の外周と後胴３ｂの内周との間をシールするシール手段３５と、隔壁取付セグメント３４に着脱可能に取り付けられ、後胴３ｂ内を掘進方向の前後に区画する圧力隔壁３６と、圧力隔壁３６に装着された、作業員の出入りのためのマンロック（エアロック）３７と、圧力隔壁３６に装着された、物の出し入れのためのマテリアルロック（エアロック）３８とを備える。

本実施形態では、隔壁取付セグメント３４は、径方向挿入組立のスチールセグメント（鋼製セグメント）からなり、ボルトアップ（ボルト結合）して既設セグメントの前端に取り付けられる。 隔壁取付セグメント３４の後端部の内周には、圧力隔壁３６をボルトアップして取り付けるための隔壁取付座３９が環状に形成される。

隔壁取付セグメント３４は、軸長（トンネル軸方向の長さ）がトンネルをなす既設のセグメント７の軸長よりも短くされており（図１参照）、且つ、外径がトンネルをなす既設のセグメント７の外径よりも大きくされている（図３参照）。

本実施形態では、圧力隔壁３６は、上下左右の四つの分割部材４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄで構成され（図２参照）、各分割部材４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、隔壁取付セグメント３４の隔壁取付座３９にボルトアップして気密に取り付けることが可能である。 また、分割部材４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ同士はボルトアップして気密に接続することが可能である。

本実施形態では、シール手段３５は、隔壁取付セグメント３４の外周に周方向に沿って形成された溝部４１に配置されるリング状のシール部材４２からなる（図３参照）。 シール部材４２が後胴３ｂの内面に押し付けられて弾性変形することで、シール部材４２によって隔壁取付セグメント３４の外周と後胴３ｂの内周との間がシールされる。 なお、テールシール１０によって隔壁取付セグメント３４後方の既設セグメントの外周と後胴３ｂの内周との間をシールしており、加圧時の圧力隔壁３６前方の空間の気密性がある程度保持できるのであれば、シール手段３５（シール部材４２）は必ずしも必要ではない。

本実施形態では、圧力隔壁３６には、マンロック３７が複数（図示例では、二つ）設けられている。

マンロック３７は、気圧調節可能な気圧調節室４３と、気圧調節室４３と圧力隔壁３６後方の空間とを連通する開口（第一開口）４４と、第一開口４４を開閉する第一扉４５と、気圧調節室４３と圧力隔壁３６前方の空間とを連通する開口（第二開口）４６と、第二開口４６を開閉する第二扉４７とを有する。 本実施形態では、気圧調節室４３内は、中間仕切り壁４８によって第一扉４５側の第一室４９と第二扉４７側の第二室５０とに仕切られており、中間仕切り壁４８に設けられ第一室４９と第二室５０とを連通する開口（中間開口）５１が中間扉５２によって開閉される。

マテリアルロック３８は、気圧調節可能な気圧調節室５３と、気圧調節室５３と圧力隔壁３６後方の空間とを連通する第一開口５４と、第一開口５４を開閉する第一扉５５と、気圧調節室５３と圧力隔壁３６前方の空間とを連通する第二開口５６と、第二開口５６を開閉する第二扉５７とを有する。

圧力隔壁３６には、圧力隔壁３６前方の空間に圧縮空気を供給するための供給管５８が設けられており、この供給管５８には、コンプレッサ等の圧縮空気供給源５９が接続されている。

また、圧力隔壁３６にはマンホール６０が設けられており、このマンホール６０には、マンホール６０を開閉するマンホール蓋６１が設けられている。

次に、本実施形態の作用を図４を用いて説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、送泥管２５及び排泥管２６の開閉弁２７、２８を閉じ、これら開閉弁２７、２８よりも掘進方向の後方側の管２５ａ、２６ａを一時的に撤去する。 その後、エレクタ装置８にて隔壁取付セグメント３４をリング状に組み立てる。

次に、図４（ｂ）に示すように、エレクタ装置８の把持部３３及び作業台（デッキ）６２を一時的に撤去し、図４（ｃ）に示すように、マンロック３７やマテリアルロック３８等が予め装着された圧力隔壁３６の分割部材４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄを隔壁取付セグメント３４の隔壁取付座３９にボルトアップして取り付けると共に、分割部材４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ同士をボルトアップして接続する。 このようにすることで、圧力隔壁３６及びマンロック３７が後胴３ｂ内に設置される。

なお、圧力隔壁３６（分割部材４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ）を隔壁取付セグメント３４に取り付けた後に、その圧力隔壁３６にマンロック３７及びマテリアルロック３８を取り付けるようにしても良い。 また、エレクタ装置８に圧力隔壁３６（分割部材４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ）を把持可能な把持部を取り付け、そのエレクタ装置８にて圧力隔壁３６を組み立てるようにしても良い。

カッタビット１２の交換等を行うべく作業員がカッタチャンバ１８内に入る前に、圧縮空気供給源５９からの圧縮空気を圧力隔壁３６に設けた供給管５８を通じて圧力隔壁３６の前方の空間に供給し、圧力隔壁３６の前方の空間内の圧力を上記所定圧まで上昇させる。

次に、作業員がマンロック３７の第一室４９に入った状態で、第一室４９内及び第二室５０内の圧力を大気圧と上記所定圧との間の中間圧に上昇させる。 次いで、作業員がマンロック３７の第一室４９から第二室５０へと移動し、作業員が第二室５０に入った状態で、第二室５０内の圧力を上記所定圧近傍まで上昇させる。

次に、作業員がマンロック３７を通じて圧力隔壁３６の前方の空間に入り込み、作業員が隔壁１１に設けた連通管２１の開閉バルブ２２を開いて、圧力隔壁３６の前方の空間に供給された圧縮空気を連通管２１を通じてカッタチャンバ１８内に供給して、切羽１３を安定させる。

そして、作業員は隔壁１１に設けたマンホール１９を通じて、圧力隔壁３６の前方の空間からカッタチャンバ１８内に入り込み、カッタチャンバ１８内でカッタビット１２の交換等を行う。

そして、マンロック３７を使用した後（カッタビット１２の交換等を行った後）には、上記と逆の手順で作業員がマンロック３７を通じて圧力隔壁３６後方の坑内に戻ると共に、上記と逆の手順で圧力隔壁３６を撤去し、エレクタ装置８にて隔壁取付セグメント３４を解体する。

本実施形態に係るマンロック装置１によれば、後胴３ｂの内周に沿った組立及び解体が可能で、且つ圧力隔壁３６を取り付け可能な隔壁取付セグメント３４を用いることで、マンロック３７を必要なときにシールド掘進機２に設置することが可能となる。 つまり、本実施形態では、マンロック３７を隔壁（バルクヘッド）１１の背面に取り付けるのではなく、既設のセグメント７の組立位置に圧力隔壁３６を構築し、その圧力隔壁３６にマンロック３７を設けるようにしたので、シールド掘進機２の機長を延長することなく、マンロック３７を中小口径のシールド掘進機２に設置することが可能となる。

また、マンロック３７を使用した後には、隔壁取付セグメント３４を解体することが可能であるため、隔壁取付セグメント３４の解体後、既設のセグメント７を組み立てることが可能であり、トンネルの内面に突起物等（隔壁取付座３９）がなくなりトンネルの仕上がりに影響を与えることはない。

また、隔壁取付セグメント３４は、軸長がトンネルをなす既設のセグメント７の軸長よりも短いので、シールドジャッキ９の中途伸長ストロークでも隔壁取付セグメント３４を組み立てることが可能である。 即ち、既設のセグメント７はシールドジャッキ９の最大伸長ストローク近傍の所定ストロークに達しないと組立スペースを確保できず、組み立てることができない。 他方、軸長が短い隔壁取付セグメント３４は組立スペースが既設のセグメント７よりも小さくて済み、上記所定ストロークに達しなくとも中途伸長ストロークで組立が可能である。

また、隔壁取付セグメント３４は、外径がトンネルをなす既設のセグメント７の外径よりも大きいので、隔壁取付セグメント３４の外周と後胴３ｂの内周との隙間を既設セグメント（セグメント７）の外周と後胴３ｂの内周との隙間よりも小さくでき、シール部材４２でシールすべき隙間を小さくできるという利点がある。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、シール手段３５は上記のシール部材４２には限定はされず、図５に示すように、インフレートシール６３を用いて隔壁取付セグメント３４の外周と後胴３ｂの外周との間をシールするようにしても良い。 インフレートシール６３は、隔壁取付セグメント３４の外周に周方向に沿って形成された溝部６４に装着され、内部に空気等の圧縮流体を注入して膨らませるゴム製のシール袋６５と、膨らんだシール袋６５によって後胴３ｂの内周に押圧されるリップ６６と、シール袋６５に接続された流体注入ライン６７とから構成される。 リップ６６が後胴３ｂの内面に押し付けられることで、リップ６６によって隔壁取付セグメント３４の外周と後胴３ｂの内周との間がシールされる。 また、パテ等を用いて隔壁取付セグメント３４の外周と後胴３ｂの外周との隙間を埋めるようにしても良い。

また、上記実施形態ではマンロック３７を圧力隔壁３６に複数設けているが、マンロック３７を圧力隔壁３６に一つだけ設けても良い。 また、上記実施形態ではマンロック３７の気圧調節室４３を中間仕切り壁４８で第一室４９と第二室５０とに仕切っているが、マンロック３７の気圧調節室４３を必ずしも仕切る必要はない。

１ マンロック装置 ２ シールド掘進機 ３ シールドフレーム ７ 既設のセグメント ３４ 隔壁取付セグメント ３５ シール手段 ３６ 圧力隔壁 ３７ マンロック ４３ 気圧調節室 ４４ 開口（第一開口）
４５ 第一扉 ４６ 開口（第二開口）
４７ 第二扉