JPH02132291A - シールドトンネルの地中接合工法及びそのシールド掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 く産業上の利用分野〉 本発明は、二台のシールト掘進機を用いて地山の両端側
から掘削し、途中で接合することにより一本のトンネル
を構築するシールドトンネルの地中接合工法及びそのシ
ールト掘進機に関するものてある。

〈従来の技術〉 二台のシールト掘進機で一本のトンネルを構築する場合
、上記一方のシールド掘進機てトンネルの一方側を、他
のシールド掘進機でトンネルの他方側をそれぞれ掘削す
ると共に、掘削進行に従ってそれぞれの後方のトンネル
壁面にセグメントを組立てるようにしている。

また、上記両側から掘削したトンネルか合一する接合部
においては、両シールト掘進機の掘削前端のカッタ一部
か接触しない程度、例えば３０〜１００ｃｍ程度の間隔
に地山を残して掘削停止させるようにしている。

この場合、上記掘削停止部まてのトンネル壁は、セクメ
ントと、カッタ一部近傍のシールト掘進機外殻を構成す
る円筒状のスキンプレートで覆っている。従って、上記
トンネル壁の止水，土留は問題ないものの、トンネル接
合部の残り地山を掘削する場合には上記接合部周辺の止
水，土留笠の対策を予め講じておく必要かある。

この残り地山を安全に掘削してトンネルを接合する工法
としては、例えば、いわゆる凍結工法が知られている。

これは、スキンプレートから上記接合部周辺の地山内に
穿孔式凍結管を所要のビッチて複数木傾４１シて放射状
に埋設し、これによりまず周辺地山を凍結させて凍土と
化す。次いて両シールド掘進機のカッタ一部及びその駆
動機器，部材等を解体除去し、シールト掘進機間の残り
地山を掘削して、この掘削壁面をコンクリート等で覆工
することにより一木のトンネルとして接合する工法であ
る。

また１他の工法としては、上記例に対し機械的接合工法
とでもいう工法がある。

これは、一方のシールド掘進機のスキンプレート前端部
に突出可能な貫入リンクプレートを設け、他方のシール
ド掘進機のスキンプレート前端部にはト記貫入リンクプ
レートが納まる貫入室を形成し、両シールト掘進機の掘
削停止した離隔位置て」−記貫入リングプレートを貫入
室に進出貨人させ、トンネル接合部の残り地山周囲を覆
う。次いて前記例同様駆動機器等を解体して残り地山を
掘削し、トンネルを接合する工法てある。

〈発明か解決しようとする課題〉 前者の凍結工法においては、両シールト掘進機、即ちス
キンブレーｌ一が相互に出接していないのて、地山を凍
結させても止水や土留か完全とはいい難く、残り地山掘
削中等における凍土の管理か必要で未だ安全上の問題を
存しているものてあった。

前記後者の機械的接合工法においては、上記凍結工法の
問題点を解決するものの、貫入リンクプレートの正確な
貫入室納まりを実現する為には、両シールト掘進機の接
合角度を精度よく一致させなければならず、地山の質等
条件か場所により異なることからすれば上記工法は確実
性に欠けるものであった。特に、トンネル長さや径が大
きくなるほどに上記貫入精度は一層低下しやすく、より
要求される止水効果や土留効果に重大な問題を呈するこ
とになる。

本発明は上記問題点を解決する為に提供するものてある
。

本発明の目的は、シールド掘進機に、相互に突出して当
接する接合リングプレートを設けて機械的接合とし、両
接合リンクプレートの当接端を極めて精度よく一致させ
て、止水，土留等に優れた安全性の高い作業を実現する
ことが可能なトンネルの接合工法及びその為のシールト
掘進機を得るところにある。

本発明の他の目的は、接合リンクプレートを相互に当接
させるに際し、掘削残り地山がら接合リングプレートの
進出する周辺の地山を掘削して空間を形成し、これによ
り接合リングプレートのスムーズな進出及び相互当接が
できるようにしたトンネルの接合工法及びその為のシー
ルト掘進機を得るところにある。

く課題を解決するための手段〉 上記目的を達成する為に、本発明は、外殻をスキンプレ
ートて形成し、回転式のメインカッターを備えたシール
ト掘進機により地山の両端側からトンネルを掘削推進し
、両トンネルを途中て接合するシールドトンネルの地中
接合工法であって、上記メインカッターに設けた径方向
に出没する外周カッターてスキンプレートの推進対向部
分を掘削すると共に、メインカウターに設けた推進方向
斜め外方に出没するオーバーカッターによりトンネル接
合部て所要間隔にて対向したスキンプレート対向間部分
を掘削し、次いて球面軸受て姿勢角度可変に支持する押
出しジャッキによりスキンフレートの前端内周に摺動可
能に設けた接合リングプレートを押出して相互に当接さ
せ、その後にシールト掘進機の掘削駆動等機材を解体除
去して上記接合リングプレートて覆われたトンネル接合
部の残留士を排除するようにした工法である。

この場合、接合リンクプレートの外周近傍の地山を凍結
させてスキンプレート対向間を掘削してもよい。

また、接合リンクプレートの外周部にポケットを形成し
てフレキシブルな袋体を折畳んで収納し、接合リングプ
レートの相互当接後に袋体に充填剤を注入して膨出させ
、相互に圧接して二次耐圧部を形成することも可能であ
る。

上記地中接合を行なうシールド掘進機は，接合装置とし
て、スキンプレートの前端内周に摺動可能に設けた接合
リングプレートと、この接合リングプレートを押出すと
共に球面軸受で姿勢角度可変に支持した押出しジャッキ
とで構成し、カッター装置として、シールド掘進機の推
進面部を掘削するメインカッターと、メインカッターか
らその径方向に出没し推進外周部を掘削する外周カッタ
ーと、メインカッターから推進方向斜め外方に出没し接
合リングプレートの突出域を掘削するオーバーカッター
とで構成すればよい。

く作用〉 接合リンクプレートを押出すジャッキは、スキンプレー
ト等に対し角度を呵変に球面軸受で支持している。従っ
て、両シールド掘進機の推進角度、即ちスキンプレート
の接合角度かずれた場合ても、スキンプレートから押出
される接合リンクプレートの当接面の全面（全周）か均
等に当接するように、押出しシャッキは接合リンクプレ
ートの傾きに応して変角しなから押出し作動ずる。これ
により、接合リングプレートは常に全面て相互に当接て
き、止水作用．土留作用を効果的に発揮してその後の安
全な作業を補償する。

また、接合リングプレートが押出されて突出する接合部
周辺の地山は才一ハーカッターて掘削し、空間を形成す
るのて、接合リンクプレートの突出に際しスムーズに、
また確実に動作させることかできる。

〈実施例〉 以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する
。

第１図と第２図は本発明の第一実施例に係る接合工法に
利用するシールド掘進機の要部構成を示す断面側面図と
半截した正面図てあり、第３図は上記シールド掘進機に
よるトンネル接合部の接合状態を示す断面側面図である
。

図において、シールド掘進機ｌは、その外殻を構成する
円筒状のスキンプレート２の推進前端面に円板状で回転
式のメインカッター３を備えており、これによりトンネ
ルＴを推進方向に掘削する。掘削したトンネルＴの内壁
は、既知の手段でセクメントＳか組立てられる。４はメ
インカッター３を回転中心で支持する支軸てあり、５は
メインカッター３の適宜箇所を同心円上の複数位置て支
持する回動軸である。この回動軸５は、隔壁６に取付け
られた駆動モータ７とギア機構８で連結されており、こ
れにより支軸４を中心としてメインカッター３か回転す
る。駆動モータ７は必要に応して複数設けている。

９は推進ジャッキであり、基端９ａ側を隔壁６に設けた
支圧板６ａに取付け、作用端９ｂ側をセグメントＳの端
面に当接させて、カッター３の掘削進行につれてシール
ト掘進機１全体を推進させる。この推進ジャッキ９は、
スキンプレート２の内周壁近傍に適宜間隔で複数設けて
いる。

１０は接合リングプレートであり、スキンプレート２の
推進前端側内周面に摺動可能に設けている。この接合リ
ングプレート１０は、地山の両端からのトンネル掘削の
最終段階て，シールト掘進機ｌか適宜間隔で対向停止し
た際に、そのトンネル接合部である対向間の残り地山Ｇ
ａ（第３図参照）部分を覆う為に利用するものである。

その為、摺動移動量は上記対向間の略半分を覆うことが
可能な程度に設定している。この接合リングプレート１
０とスキンプレート２の内周の摺動隙間はシール部材１
ｌを介設し、上記残り地山Ｇａを覆った際に−Ｅ記摺動
隙間から泥水等が浸入しないようにしている。また、接
合リンクプレート１０の外周部とスキンプレート２の前
端内周部には、貼付凍結管１２ａ，１２ｂか設けられて
いる。貼付凍結管１２ａ，１２ｂは、従来と同様に図示
しない冷凍装置に接続されており、所要時冷媒が循環す
る。

１３は押出しジャッキてある。この押出しジャッキｌ３
は、その作用ロッド１３ａの先端を接合リングプレート
１０に連結し、接合リンクプレート１０を上記したトン
ネル接合時に押出し、スキンプレート２から摺動突出さ
せる。この押出しシャッキｌ３は、シールト掘進機１の
隔壁６の構成部分に球面軸受１４て支持しており、また
その作用ロット１３ａと接合リンクプレート１０の連結
部も球面軸受，十字継手等の自在継手１５で連結してい
る。球面軸受ｌ４て押出しジャッキ１３を支持すること
により、後述するように、接合リンクプレート１０のス
キンプレート２に対する摺動軸線が傾斜して突出した場
合でも、上記押出しシャッキ１３及び／又はスキンプレ
ート２等に不要な押出し応力が負荷されないようにして
いる。また、自在継手１５を利用することにより、上記
状態における押出しジャッキ１３のスムーズな動作を一
層よりよく行なわせることかてきる。

ｌ６はオーバーカッターてあり、メインカッター３の掘
削面外周部に、掘削推進方向の斜め外方に出没するよう
に設けている。図例では、対称的な二ケ所に設けるよう
にしている。１６ａは、オーバーカッター１６の上記出
没を行なうジャッキてある。このオーバーカッターｌ６
は，その突出量を、掘削外径かスキンプレート２の外径
より若干大きくなる程度に設定しており、これにより上
記斜め突出と相まって所要時にトンネル接合部の残り地
山Ｇａの上記スキンプレート２周辺部分を掘削する。即
ち、トンネル接合部のスキンプレート対向間を掘削して
、空間を形成し、前記した接合リングプレートＩＯのス
ムーズな摺動突出を妨げないようにすると共に、両方向
からの当接か完全に行なえるようにするものてある。

１７は従来既知の外周カッターであり、ジャッキ１７ａ
によりメインカッター３からその径方向に出没して、ス
キンプレート２の推進対向部の地山Ｇ部分を掘削する。

本実施例においては、この外周カッターと、シールト掘
進機ｌの推進対向面を掘削するメインカッター３，トン
ネル接合部でスキンプレート２の対向間を部分的に掘削
するオーバーカッター１６とでシールド掘進機ｌのカッ
ター装置Ｃｕを構成している。

１８は、シールド掘進機ｌのメインカッター３と隔壁６
で形成する空間の下方側に設けた従来既知の攪拌装置で
あり、メインカッター３等で掘削し、取入れた掘削上や
泥水上を攪拌して図示しない排土装置ての排出をスムー
ズに行なわせる。

以上のような構成のシールド掘進機ｌを二台利用してト
ンネルＴを掘削構築する場合、掘削当初から最終段階の
トンネル接合地点までは、従来と同様の手順て地山の両
端側から掘削する。そして、上記両トンネルが合一する
接合部分まて掘削してきたときは、両シールド掘進機１
．１のカッター３，３が接触しない所要の間隔、例えば
３０〜］００ｃ＋＋＋程度で掘削及び推進を停止する。

以下、第３図を参照して説明する。

第３図はトンネル接合作業が完了した状態を示している
か、上記シールド掘進機１．１の掘削及び推進が停止し
た時点では、接合リンクプレート１０．１０は未た摺動
突出せず、スキンプレート２，２内に収納されたままて
ある。従って、トンネル接合位置は、メインカッター３
，３の対向間の残り地山Ｇａとスキンプレート２，２周
囲の地山Ｇとか連続した状態にある。

そこて次に、例えば貼付凍結管１２ａ，１２ｂを作動さ
せ、更にはスキンプレート２，２から外周の地山Ｇ中に
放射状に穿孔式凍結管１９を配設して、このトンネル接
合部周辺の地山Ｇを凍結させる。

この凍結後に、一方のシールト掘進機ｌのオーバーカッ
ター１６、例えば第３図上て左側のオーバーカッター１
６をメインカッター３から突出作動させると共にメイン
カッター３を回転駆動する。

そうすると、オーバーカッター１６が突出するにつれて
、その対応する残り地山Ｇａの周辺か掘削される。この
場合、オーバーカッター１６がスキンフレート２の対向
間部分、即ち接合リングプレート１０の突出域に対応す
る掘削外径に達したときには、残り地山Ｇａの厚さ方向
にはその略半分位まて掘削ずるようにオーバーカッター
１６の傾斜角等を設定していればよい。また、オーバー
カッター１６の掘削は、両シールド堀進ｆｉｌ，ｌかト
ンネル接合位置て対向停止した後に実行することのほか
，何れか一方の先着したシールト掘進機ｌからそのまま
同時に才一ハーカッター１６を突出作動させて先行掘削
としてもよい。

次いで、上記掘削完了したオーバーカッター１６をメイ
ンカッター３内に引き込み、対向側のオーバーカッター
１６（前記例では右側のオーバーカッター）を作動させ
て前記同様に残り地山Ｇａの周辺を掘削する。この掘削
か進むにつれて残り地山Ｇａの周辺はその厚さが薄くな
り、遂には回転しているメインカッター３により残り地
山Ｇａ全体が崩れて両トンネル空間が接合される。

これにより、次に上記後作業のオーバーカッター１６及
び外周カッター１７．１７か突出していればこれもメイ
ンカッター３，３内に引き込み、そして押出しジャッキ
１３，ｌ：ｌを作動させる。

押出しジャッキ１３，Ｉ３の作動により、接合リングプ
レート１０．１０がスキンプレート２，２に沿って摺動
突出し、先端同士か当接してその内側空間、即ち残り地
山Ｇａ部分の空間とスキンプレート２，２外周辺の地山
Ｇとを遮断する（第３図の状態）。この接合リンクプレ
ート１０．１０の突出に際しては、その突出域に残り地
山Ｇａ等の障害物かないので、押出しシャッキｌ３によ
る突出動作をスムーズに行なうことかてきる。

ところで、シールド掘進機１．１は、両者のスキンプレ
ート２，２の推進軸線が一致しないで、僅かに傾斜した
状態て対向停止ずることかある。

そうすると、両方から突出して当接する接合リンクプレ
ート１０．１０の突出量は必ずしも均等にならない。従
って、この接合角度か一致しない状ｆｍで接合リンクプ
レート１０．１０を突出させると、相互の一部が当接し
たときにその反力かスキンプレート２．２及び／又は押
出しシャッキ１３，ｌ”ｌに負荷される。

しかしなから、摺動突出負荷を直接受ける押出しシャッ
キ１３．１３は球面軸受１４．１４で支持しているので
、上記反力の発生状態による押出しジャッキ１：ｌ，＋
３への偏倚応力の負荷方向に応じて、上記球面軸受１４
．１４を中心として押出しジャッキ１”ｌ，１：１の支
持角度が変化する。即ち、押出しシャッキ１３．１３の
本体と作用ロツド１３ａ，１３ａに生じるベクトルか常
に同一になるように押出しジャッキ１３．１：ｌの姿勢
が変化する。これにより、スキンプレート２，２及び／
又は押出しジャッキ１：ｌ，１３は不要な応力に対応し
てその破損等から免れることかできる。

また、上記の場合の押出しジャッキ１：ｌ，１３は、球
面軸受１４．１４による上記姿勢変化でその押出し動作
量を配置位置により異ならせて、両接合リンクプレート
１０．１０の摺動軸線，方向等を一致させ、即ち隙間の
ない確実な当接を行なわせることができる。これはまた
、押出しジャッキ１　３　，　１．　３の作用ロッド１
３ａ，１３ａと接合リングプレート１０．１０の連結部
を自在継手１５，Ｉｓで構成することにより、上記姿勢
を一層柔軟に対応させることができる。

これにより、スキンプレート２，２周辺の地山Ｇからの
地中水，泥土等のトンネルＴ内への流入を確実に防ぐこ
とかできる。そして、その後のカッター装置Ｃｕ，駆動
モータ７等の掘削駆動等機材の解体，搬出及び残り地山
Ｇａの崩れ落ちた未排出の泥土等の排除を安全に行なう
ことか可能となる。

上記接合リンクプレート１０．１０の当接においては、
その当接部を溶接等により更に強固に密封固定すること
で上記止水性等の機能か一層向上する。

第４図は、本発明の工法及びシールド掘進機の別の実施
例を示す要部断面側面図である。

第１図〜第３図においては、接合リンクプレート１０．
１０の接合に際して、周辺の地山Ｇを凍結させた後にオ
ーバーカッター１６．１６て掘削する方式を説明した。

しかしながら、トンネル構築作業環境、即ち設備，トン
ネルの径，土質，土被り等々によっては上記地山凍結方
式は経済的，技術的に不具合な場合も考えられる。

従って、この第二実施例においては上記凍結方式を利用
せずに、フレキシツルな袋体を利用して、接合リンクプ
レート外周を地山に対して遮断する方式としたものであ
る。

図において，接合リンクプレートｌ００の外周囲部に適
宜寸法の凹陥したポケット１０１を形成し、このボケッ
ト１０１に例えば繊維，ゴム質材等で形成したフレキシ
ブルな袋体１０２を折畳んで収納する。この袋体１０２
は、接合リンクプレート１００のポケット１（）■内に
全周囲一体として形成したり、又は所要の中位袋体とし
て形成し、これを複数収納したりする。そして、この袋
体１０２にシールト掘進機内から適宜のチューブ（図示
せず）を連結し、このチューブの他端は、モルタル，プ
ラスチック等の流動性かあり、比較的遅硬性の充填剤の
供給源に接続する。カッター装置Ｃｕ，押出しジャッキ
１３等々の構成は前述した第一実施例と同様てある。

このような構成により、トンネル接合部においては，前
述の第一実施例と同様に、オーバーカッター１６．１５
で接合リンクプレート１００，１００の突出域を掘削し
、次いて押出しジャッキＩ”ｌ，１３により接合リンク
プレート１００，１００をスキンプレート２，２から摺
動突出させ、相互に突き合わせる。

この後、充填剤供給源から充填剤を袋体１０２，１０２
に供給して膨張させる。この膨張により、袋休１０２，
１０２はポケット１０１から張り出して、相互に圧接す
る。モして圧接後の充填剤の硬結により、上記袋体１０
２，１０２は二次耐圧部として止水機能，土留機能を発
揮する。

このような袋体１０２による接合方式は、オーバーカッ
ター１６による掘削に耐えられる程度の硬質な地山Ｇの
場合に、凍結方式よりも極めて容易な接合手段として利
用することかてきる。

〈発明の効果〉 以上詳細に述べてきたように、本発明によれば、スキン
プレートから突出する接合リングプレートの相互当接に
よりトンネル接合部を機械的接合とするに際し，オーバ
ーカッターで接合リンクプレートの突出域の地山を掘削
するようにしたのて、接合リングプレートの突出をスム
ーズ且つ確実に行なうことがてきる。

また、接合リンクプレートは、球面軸受て支持して姿勢
角度可変とした押出しジャッキで押出すようにしている
。従って、スキンプレート相互の接合角度にズレが生し
て接合リングプレート相互の接合角度のズレとなっても
、上記相互当接による反力を押出しシャッキが受けた際
にその球面軸受を支点として反力方向に追従して姿勢を
変えることができるので、接合リングプレート同士の摺
動軸線，方向等を一致させて、その全周囲に亘り隙間を
生ずることなく確実に当接させることかできる。

更にまた、接合リングプレートにポケットを形成してフ
レキシブルな袋体を収納し、充填剤による膨出で止水，
土留等の二次耐圧部を形成するようにすれば、トンネル
土質等により接合リングプレートのみによる一次耐圧部
に加えて一層効果的な接合を簡単な構成て得ることかて
きる。

このように、本発明によれば実用性に極めて優れたシー
ルドトンネルの地中接合工法とその為のシールト掘進機
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第一実施例に係る接合工法に利用す
るシールト掘進機の要部構成を示す断面側面図、 第２図は、第１図のシールト掘進機の半截した正面図、 第３図は、本発明の第一実施例に係るシールド掘進機に
よるトンネル接合部の接合状態を示す断面側面図、 第４図は、本発明の第二実施例に係るシールド掘進機に
よるトンネル接合部の接合状態を示す断面側面図である
。 ■・・・シールト掘進機，　２・・・スキンプレート，
３・・・メインカッター，　６・・・隔壁，７・・・駆
動モータ，　　　９・・・推進シャッキ，１０・・・接
合リングプレート， １２ａ，１２ｂ　−−−貼付凍結管， １３・・・押出しジャッキ，１４・・・球面軸受，１５
・・・自在継手，　　　　１６・・・オーバーカッター
１６ａ・・・シャッキ，１７・・・外周カッター１９・
・・穿孔式凍結管， １００・・・接合リンクプレート， ＋０１・・・ポケット，１０２・・・袋体，Ｃｕ・・・
カッター装置，　　Ｇａ・・・残り地山，Ｇ・・・地山
，　　　　　　　■・・・トンネル。 第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）外殻をスキンプレートで形成し、回転式のメイン
   カッターを備えたシールド掘進機により地山の両端側か
   らトンネルを掘削推進し、両トンネルを途中で接合する
   シールドトンネルの地中接合工法であって、 上記メインカッターに設けた径方向に出没する外周カッ
   ターでスキンプレートの推進対向部分を掘削すると共に
   、 メインカッターに設けた推進方向斜め外方に出没するオ
   ーバーカッターによりトンネル接合部で所要間隔にて対
   向したスキンプレート対向間部分を掘削し、 次いで球面軸受で姿勢角度可変に支持する押出しジャッ
   キによりスキンプレートの前端内周に摺動可能に設けた
   接合リングプレートを押出して相互に当接させ、 その後にシールド掘進機の掘削駆動等機材を解体除去し
   て上記接合リングプレートで覆われたトンネル接合部の
   残留土を排除することを特徴とするシールドトンネルの
   地中接合工法。
2. （２）請求項１記載の工法において、接合リングプレー
   トの外周近傍の地山を凍結させた後にスキンプレート対
   向間をオーバーカッターで掘削することを特徴とするシ
   ールドトンネルの地中接合工法。
3. （３）請求項１記載の工法において、接合リングプレー
   トの外周部にポケットを形成してフレキシブルな袋体を
   折畳んで収納し、上記接合リングプレートの相互当接後
   に袋体に充填剤を注入して膨出させ、相互に圧接して二
   次耐圧部を形成することを特徴とするシールドトンネル
   の地中接合工法。
4. （４）回転式のカッター装置により地山の両端側からト
   ンネルを掘削し、両トンネルを途中で接合するシールド
   トンネルの構築に利用するシールド掘進機であって、ト
   ンネル接合部で所要間隔にて対向し、この対向間の地山
   を覆うようにシールド掘進機のスキンプレート間を接合
   する接合装置を備えたものにおいて、 上記接合装置を、スキンプレートの前端内周に摺動可能
   に設けた接合リングプレートと、この接合リングプレー
   トを押出すと共に押出し姿勢角度可変に球面軸受で支持
   した押出しジャッキとで構成し、 カッター装置を、シールド掘進機の推進面部を掘削する
   メインカッターと、メインカッターに設けて径方向に出
   没し推進外周部を掘削する外周カッターと、メインカッ
   ターに設けて推進方向斜め外方に出没し接合リングプレ
   ートの突出域を掘削するオーバーカッターとで構成した
   ことを特徴とするシールド掘進機。