JP2620133B2

JP2620133B2 - シールド機

Info

Publication number: JP2620133B2
Application number: JP917189A
Authority: JP
Inventors: 洋二東; 徹後藤; 明吉川; 英樹萩原; 雅好岡崎; 茂後藤
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 1989-01-18
Filing date: 1989-01-18
Publication date: 1997-06-11
Anticipated expiration: 2012-06-11
Also published as: JPH02190596A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、トンネルを形成するシールド工法に用いる
シールド機に係り、特に、地下鉄の駅構内あるいは下水
道の配管接続部等、部分的に径が拡大するトンネルを形
成するに用いて好適なシールド機に関するものである。

［従来の技術］この種シールド機としては、外形円筒状の親シールド
の内部に、子シールドを、同軸的かつ軸線に沿って進退
可能に装置し、たとえば、地下鉄用のトンネルを掘削す
る際、両シールドによって通常の線路区間よりも径の大
きい駅の構内部分を掘削した後、子シールドのみを前進
させて通常の線路区間を掘削するようなものが知られて
いる。

［発明が解決しようとする課題］ところが、このようなシールド機によると、親シール
ドによって掘削されるトンネルの底部は、子シールドの
それよりレベルが低くなるので、線路を敷設するために
は、この部分を埋め立てる必要があり、また、ホームを
構築しない側は単なる空間となってしまう等、多くの不
要な断面を形成するものである。

また、下水道を形成する場合であっても、子シールド
と親シールドによって掘削させるトンネル底部のレベル
差によって、下水が流れる有効断面が小さくなる。

これらの不具合は、親シールドに対し子シールドが同
軸的に装置されていることに起因して、不要な断面を形
成しているわけである。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、ト
ンネルの外径を大きくする場合にも、不要な断面を形成
することなく、そのほとんどの掘削断面を有効に利用で
き得るシールド機を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明は上記課題を解決するためになされたものであ
って、円筒状のスキンプレートの前部にカッタが設けら
れた親シールドの内部に、この親シールド側のスキンプ
レートよりも小径の円筒状スキンプレートおよびこの前
部に設けられたカッタとを備える子シールドを、親シー
ルドに対し偏心させ、かつ軸線に沿って進退可能に装置
し、前記親シールドのカッタは、両シールドのスキンプ
レート間を埋めるべく径の異なる複数の分割カッタ群か
ら構成されていることを特徴としている。

［作用］本発明のシールド機によれば、親子両シールドを一体
化してシールド機全体により大径トンネルを掘進した
後、親シールドをその場に止どめておき、子シールドを
親シールドから独立して前進させることにより、大径ト
ンネルから連続して小径トンネルが形成される。この
際、子シールドに対し、親シールドをトンネル径の拡大
予定区域側に偏心して配すことにより、親シールドが不
要な断面、すなわち無駄なスペースを掘削することがほ
とんどなく、掘削断面のほとんどを有効に利用でき、こ
の結果、二次的な工事の省略も可能である。

［実施例］以下、第１図ないし第６図を参照して本発明の一実施
例を説明する。

これら図中符号１は本実施例である土圧式シールド
機、Ｔはシールド機１によって地盤Ｇが掘削されること
により形成されるトンネルを示す。

シールド機１は、親シールド２と、この親シールド２
内部に配された子シールド３とから構成されている。

親子両シールド２、３は、いずれも円筒状スキンプレ
ート４、５の前部に、切羽G₁を掘削するカッタ６、７が
設けられているものであるが、親シールド２のスキンプ
レート４の径は、子シールド３のそれよりも径が大き
く、そのスキンプレート４内部に、第５図に示すよう
に、子シールド３の軸心L₁が、親シールド２の軸心Ｌに
対し、一側方に偏心して配されている。

子シールド３の前部に設けられたカッタ７は、面板型
もしくはスポーク型であって、軸回りに回転することに
より切羽G₁を掘削するが、その外周部には、径方向に突
出するオーバーカッタ８が伸縮自在に取り付けられ、こ
のオーバーカッタ８を突出させることにより、カッタ７
よりも大径のトンネルを掘削できるようになっている。

カッタ７の後方には、隔壁９が設けられることによ
り、カッタ７の掘削によって生じる土砂や岩石のくずで
ある削土が取り入れられるチャンバ10が形成され、この
チャンバ10下部には、同チャンバ10内の削土を排出する
スクリューコンベヤ11が貫入設置されている。また、ス
キンプレート５内部であってその後方には、子シールド
３自身を、掘削したトンネルＴ前方に推進させるための
シールドジャッキ12が設けられ、さらには、掘削後のト
ンネルＴの周壁T₁にセグメントＳを組み付けるための図
示せぬエレクタ装置が装備されている。

上記構成による子シールド３は、前述したように、親
シールド２のスキンプレート４内部に配されるととも
に、図示せぬ連結手段により親シールド２と一体に連結
され、かつその連結が解除されることにより、軸線方向
に沿って親シールド２から独立して前進できるようにな
っている。連結された状態で掘進する際、第２図に示す
ように、底部に設けられた可動ソリ13により、子シール
ド３の偏心によるアンバランスが調整されながら親シー
ルド２はスムーズに前進でき、かつこの可動ソリ13が、
スキンプレート４に係止することにより、スキンプレー
ト５が軸回りに回転してカッタ７が十分に作動しない状
態となるのが防止されるようになっている。

一方、前記親シールド２のカッタ６は、第１図および
第５図に示すように、両シールド２、３の各スキンプレ
ート４、５間を埋めるべく径の異なる複数の分割カッタ
群6a〜6hによって構成されている。

すなわち、両スキンプレート４、５間の間隔に略一致
する径を有して、その間を埋めるよう面板型もしくはス
ポーク型のカッタ6a〜6gが円弧状に配され、さらに、こ
れらカッタ6a〜6gと、親シールド２のスキンプレート４
との隙間を埋めるよう小径のスポーク型カッタ6hが配さ
れている。これら分割カッタ群6a〜6hは、軸回りに回転
することにより、切羽G₁を掘削する。

親シールド２においては、各カッタ6a〜6hの後方であ
って、両シールド２、３の各スキンプレート４、５間
に、隔壁14が設けられることによって、カッタ6a〜6hの
掘削によって生じる削土が取り入れられるチャンバ15が
形成され、このチャンバ15下部には、同チャンバ15内の
削土を排出するスクリューコンベヤ16が貫入設置されて
いる。また、スキンプレート４内部であってその後方に
は、親シールド２自身を、掘削したトンネルＴ前方に推
進させるためのシールドジャッキ17が設けられ、さらに
は、掘削後のトンネルＴの周壁T₁にセグメントＳを組み
付けるための図示せぬエレクタ装置が装置されている。

前記子シールド側３および親シールド２側の各スクリ
ューコンベヤ11、16は、第２図に示すように、連結スク
リューコンベヤ18によって連結され、親シールド２側の
スクリューコンベヤ16によってチャンバ15から排出され
た削土は、連結スクリューコンベヤ18を経て子シールド
３側のスクリューコンベヤ11内に合流させられた後、同
スクリューコンベヤ11によって後方に排出されるように
なっている。

なお、子シールド３を親シールド２から独立して前進
させる際には、両スクリューコンベヤ11、16に対する連
結スクリューコンベヤ18の連結を外すようにする。ま
た、このように連結を外した際、両スクリューコンベヤ
11、16の連結スクリューコンベヤ18が連結される開口
は、たとえば、蓋等によって閉塞し、削土の漏洩を防ぐ
ようにする。

上記構成からなるシールド機１によって地下鉄用トン
ネルを形成する場合を、第３図および第４図を参照して
説明する。

まず、第３図に示すように、駅部Ｐを形成する地盤Ｇ
に発進立坑19を所定深さ掘削した後、親シールド２の内
部に子シールド３をある程度挿入し、かつ両シールド
２、３を相互に連結して一体とした状態のシールド機１
を、トンネルＴを掘進する方向にカッタ６（6a〜6h）、
７を向けてその底部にセットする。

両シールド２、３のカッタ６、７を回転させ、切羽G₁
を掘削していく。この際、子シールド３側のカッタ７の
外周に取り付けられたオーバーカッタ８を突出させてお
き、このオーバーカッタ８により、第５図の斜線に示す
カッタ７の外周部、およびカッタ７と親シールド２側の
カッタ6a〜6gとの隙間部分の切羽G₁を掘削していく。ま
た、親シールド２のスキンプレート４により、このスキ
ンプレート４と各カッタ6a〜6h間の切羽G₁を掘削してい
く。

この際、子シールド３のカッタ７の掘削によって生じ
た削土は、チャンバ10内に取り入れられた後、スクリュ
ーコンベヤ11によって後方に排出され、また、親シール
ド２のカッタ６の掘削によって生じた削土は、チャンバ
15内に取り入れられた後、スクリューコンベヤ16、連結
スクリューコンベヤ18を経て子シールド３側のスクリュ
ーコンベヤ11から後方に排出される。この排出削土は、
トロッコ等によって発進立坑19まで運ばれた後、昇降エ
レベータあるいはスキップ等の運搬手段により地上に運
ばれる。

所定距離掘進が進んだら、両シールド２、３によって
掘進されたトンネルの周壁T₁に、親シールド２側のエレ
クタ装置によってセグメントＳを組み付けて一時覆工を
施す。次いで、親シールド２のシールドジャッキ17を、
組み付けられたセグメントＳの前端部に反力を取って伸
長し、シールド機１全体を前方に推進させる。

上記のように、両シールド２、３の各カッタ６、７に
よる掘進、セグメントＳの組み付け、シールド機１の前
進、という工程を繰り返し、駅部ＰのトンネルＴを形成
していく。

所定の駅部Ｐの長さを両シールド２、３によって掘削
した後、両シールド２、３の連結を解き、さらに、両ス
クリューコンベヤ11、16に対する連結スクリューコンベ
ヤ18の連結を解く。また、これとともに前記可動ソリ13
を、子シールド３のスキンプレート５内に完全に収納す
る。

そして、親シールド２をその場に止どめておき、（も
ちろんカッタ６は停止させる）子シールド３により、線
路部Ｒを掘進していく。すなわち、第４図に示すよう
に、子シールド３のカッタ７を回転させて切羽G₁を掘削
していき、それによって形成される後方のトンネルＴの
周壁T₁にエレクタ装置によってセグメントＳを組み付け
て一次覆工を施し、次いで、シールドジャッキ17をセグ
メントＳの前端部に反力を取って伸長し、子シールド３
を前進させる。

このように、カッタ７による掘進、セグメントＳの組
み付け、シールドジャッキ17による前進といった工程を
繰り返し、掘進方向にある次の立坑まで線路部Ｒを形成
していく。

なお、駅部Ｐおよび線路部ＲにセグメントＳを組み付
けて一次覆工を施した後は、その表面にセメントを吹き
付ける等の二次覆工を施し、最終的な覆工構造とする。

また、駅部ＰのトンネルＴにおいては、第６図に示す
ように、その底部にスラブ20を敷設し、同スラブ20上で
あって、子シールド３によって形成されたスペースに電
車21の線路22を敷設し、親シールド２によって形成され
たスペースには、プラットホーム23を構築する。なお、
第６図中S₁は、二次覆工である。

以上のように、本実施例のシールド機１によれば、通
常の線路部Ｒおよびこれに連設されて線路部Ｒよりも径
の大きい駅部Ｐが連続して形成されるわけであるが、親
シールド２に対し、線路部Ｒを掘進する子シールド３が
偏心して設けられていることから、親シールド２が不要
な断面、すなわち無駄なスペースを掘削することがほと
んどなく、掘削断面のほとんどを有効に利用できる。こ
のため、たとえば駅部Ｐにおいては、従来のように、ト
ンネル底部を埋め立てるといった二次的な工事を必要と
せず、工事費の削減にもつながる。

第７図ないし第９図は本発明の他の実施例を示してい
る。

図中30で示す本実施例のシールド機は、土圧式・泥水
式併用タイプのシールド機であって、親シールド２およ
び子シールド３からなる基本構成は、先の実施例のシー
ルド機１と同一であるが、削土の排出構造が若干異なる
とともに、子シールド３に、切羽G₁を掘削する際に用い
る泥水の注入管が設けられている。

すなわち、本実施例の子シールド３には、カッタ７の
前方、およびチャンバ10内に泥水を供給する送泥管31が
設けられ、また、カッタ７によって掘削された削土およ
びその際に用いられた泥水の混合土砂が取り入れられる
チャンバ10には、その混合土砂を後方に排出する排泥管
32が設けられている。両管31、32には、それぞれ圧送用
のポンプ（図示略）が取り付けられている。

一方、親シールド２のチャンバ15は、その下部が後方
に突出して形成されており、この突出部15aと前記子シ
ールド３の排泥管32が連結スクリューコンベヤ33によっ
て連結され、チャンバ15内の削土は連結スクリューコン
ベヤ33によって前記排泥管32内に合流させられた後、後
方に排出されるようになっている。なお、連結スクリュ
ーコンベヤ33は、子シールド３を前進可能とするため、
排泥管32およびチャンバ15の突出部15aに対する連結は
取り外すことができるようになっている。

本実施例のシールド機30によれば、先の実施例のシー
ルド機１と同様に、親子両シールド２、３を一体化した
状態で、双方のカッタ６、７により切羽G₁を掘削し、そ
の際には、送泥管31から切羽G₁および子シールド３側の
チャンバ10内に泥水を注入する。

子シールド３におけるカッタ７の掘削によって生じ削
土は、泥水と混合してチャンバ10内に取り入れられた
後、排泥管32を経て後方に排出される。

また、親シールド２におけるカッタ６の掘削によって
生じた削土は、やはり泥水と混合してチャンバ15内に取
り入れられ、その一部である突出部15aから連結スクリ
ューコンベヤ33によって排泥管32内に送られ、子シール
ド３側の削土と合流して後方に排出される。

排出される削土および泥水は、従来の泥水式シールド
工法と同様に、配管により地上の泥水処理槽に圧送さ
れ、そこで泥水と削土とに分離される。

親子両シールド２、３によって所定長さの駅部の掘進
が終了し、その間にセグメントＳをトンネルＴの周壁T₁
に覆工したら、両シールド２、３の連結を解除し、さら
に、連結スクリューコンベヤ33を排泥管33から取り外
し、子シールド３を親シールド２から独立させる。

そして子シールド３を前進させ、この際そのカッタ７
で切羽G₁を掘削していくことにより線路部Ｒを形成して
いく。子シールド３による掘進の際にも、上述のごとく
送泥管31より切羽G₁に泥水を注入し、切羽G₁の安定を図
りながら子シールド３を前進させて掘削し、また、これ
とともにトンネルＴの周壁T₁をセグメントＳによって覆
工する。

子シールド３のカッタ７によって掘削された削土は、
上述のごとく、泥水と混合してチャンバ10内に取り入れ
られた後、排泥管32を経て後方に排出される。

本実施例のシールド機１によれば、切羽とカッタとの
間に泥水を注入する泥水式シールド工法を実現できるの
で、特に、軟弱な地盤に対してその崩壊を未然に防止し
ながらトンネルを形成する際に非常に有用である。

なお、上述の各実施例は、いずれも地下鉄のトンネル
を形成する例を示しているが、たとえば、下水道を形成
する場合であれば、第10図に示すように、子シールド３
を親シールド２に対して下方に偏心して配すれば、第11
図に示すように、両シールド２、３によルシールドの底
部レベルが略一致して、下水Ｗの流動断面を広く有効に
取ることができ、その流量に損失を招くことがない。

［発明の効果］以上説明したように、本発明のシールド機によれば、
円筒状のスキンプレートの前部にカッタが設けられた親
シールドの内部に、この親シールド側のスキンプレート
よりも小径の円筒状スキンプレートおよびこの前部に設
けられたカッタとを備える子シールドを、親シールドに
対し偏心させ、かつ軸線に沿って進退可能に装置し、前
記親シールドのカッタは、両シールドのスキンプレート
間を埋めるべく径の異なる複数の分割カッタ群から構成
されていることを特徴とするもので、親子両シールドに
よって大径トンネルを掘進した後、親シールドをその場
に止どめておき、子シールドを親シールドから独立して
前進させることにより、大径トンネルから連続して小径
トンネルが形成される。

この際、子シールドに対し、親シールドをトンネル径
の拡大予定区域側に偏心して配すことにより、親シール
ドが不要な断面、すなわち無駄なスペースを掘削するこ
とがほとんどなく、掘削断面のほとんどを有効に利用で
き、この結果、二次的な工事の省略も可能となって工事
費の削減につながるといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の一実施例を示す図であっ
て、第１図はその側断面図、第２図は第１図のII−II線
断面概略図、第３図はシールド機全体で地下鉄の駅部を
掘進している状態の側面図、第４図は子シールドによっ
て線路部を掘進している状態の側面図、第５図は第１図
のＶ−Ｖ線断面概略図、第６図はシールド機によって形
成した駅部トンネルに駅を構築した例の断面図、第７図
ないし第９図は本発明の他の実施例を示し、第７図は側
断面図、第８図は第７図のVIII−VIII線断面概略図、第
９図は子シールドの概略側面図、第10図は下水道を形成
する場合の親子両シールドの配置を示す概略正面図、第
11図はそのシールド機によって形成した下水道の概略側
面図である。１、30……シールド機、２……親シールド、３……子シールド、４……スキンプレート（親シールド側）、５……スキンプレート（子シールド側）、６……分割カッタ群（親シールド側）、７……カッタ（子シールド側）、８……オーバーカッタ、９、14……隔壁、 10、17……チャンバ、 11、16……スクリューコンベヤ、 12、17……シールドジャッキ、 13……可動ソリ、 18、33……連結スクリューコンベヤ、Ｇ……地盤、 G₁……切羽、Ｓ……セグメント、Ｔ……トンネル、 T₁……トンネル周壁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者萩原英樹東京都中央区京橋２丁目16番１号清水建設株式会社内 (72)発明者岡崎雅好東京都中央区京橋２丁目16番１号清水建設株式会社内 (72)発明者後藤茂東京都中央区京橋２丁目16番１号清水建設株式会社内 (56)参考文献特開平２−88883（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−238599（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状のスキンプレートの前部にカッタが
設けられた親シールドの内部に、この親シールド側のス
キンプレートよりも小径の円筒状スキンプレートおよび
この前部に設けられたカッタとを備える子シールドを、
親シールドに対し偏心させ、かつ軸線に沿って進退可能
に装置し、前記親シールドのカッタは、両シールドのス
キンプレート間を埋めるべく径の異なる複数の分割カッ
タ群から構成されていることを特徴とするシールド機。