JPH02296993A - トンネル部分拡大シールド工法及びその装置並びにそれに係る誘導セグメントピース - 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】 （ａ）、産業上の利用分野 本発明は、地下の鉄道、道路等のトンネルにおいて、退
避施設、点検施設又は分岐１合流部分を設けるのに必要
な拡大部分を経済的に施工するためのトンネル部分拡大
シールド工法及びその装置並びにそれに係る誘導セグメ
ントピースに関する。

（ｂ）、従来の技術 従来、トンネルを部分的に拡大施工する場合には、拡大
予定区間を地上より開削工法で掘削し、部分拡大部を築
造するのが一般的である。

（Ｃ）０発明が解決しようとする問題点しかし、これで
は、地上又は地下構造物が障害となる部分では施工不可
能となる。また、地上及び地下に障害物がなく、地上か
ら掘削出来る部分でも、路上作業帯の確保、交通車両へ
の障害、埋設物の支障等の問題があり、更に余分な空間
の掘削もしなければならず、不経済となる。

本発明は、上記の問題点を解消すべく、本線トンネルに
沿って掘進し得るシールド掘削機を用いて副トンネルを
形成することが出来る、トンネル部分拡大シールド工法
及びその装置並びにそれに係る誘導セグメントピースを
提供することを目的とするものである。

（ｄ）８問題点を解決するための手段 即ち１本発明の内、シールド掘削機の発明は、外殻（１
１）を有し、該外殻（１１）に本線トンネル（２）の外
周面（２ａ）に対応した形状に形成された摺動部（ｌｌ
ｂ）を設け、前記外殻（１１）に本線トンネル（２）に
設けられたガイド係合部（７ａ）に係合して外殻（１１
）をガイドするガイド部（１７ｂ）を設け、更に掘進用
ジヤツキ（１５）を設け、前記外殻（１１）の掘進方向
前方に掘削手段（１２）を設けて構成される。

また、本発明の内、誘導セグメントピースの発明は１円
弧状に形成された本体（７ｂ）を有し、前記本体（７ｂ
）にシールド掘削機（５）を誘導掘進させ得るガイド係
合部（７ａ）を本線トンネル（２）の形成方向に設けて
構成される。

また、本発明の内、トンネル部分拡大シールド工法の発
明は１本線トンネル（２）を構築する際に、誘導セグメ
ントピース（７）をガイド係合部（７ａ）が本線トンネ
ル（２）の形成方向に一致するように設置し、該本線ト
ンネル（２）の外部にシールド掘削機（５）を、前記ガ
イド係合部（７ａ）にガイド部（１７ｂ）を係合させた
形で設け、前記ガイド部（１７ｂ）を介して前記ガイド
係合部（７ａ）に沿ってシールド掘削機（５）を掘進さ
せるようにして構成される。

なお、括弧内の番号等は、図面における対応する要素を
示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記
載に限定拘束されるものではない。以下のｒ　（ａ）、
作用」の欄についても同様である。

（ｅ）０作用 上記した構成により１本発明は、シールド掘削機（５）
が誘導セグメントピース（７）のガイド係合部（７ａ）
に沿って掘進するように作用する。

（ｆ）、実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明によるトンネル部分拡大シールド工法が
適用されつつあるトンネル施工現場の平断面図。

第２図は第１図の■−■線による断面図、第３図は第１
図の■−ｍ線による断面図、第４図は第１図のＩＶ−Ｉ
Ｖ線による断面図である。

本発明によるトンネル部分拡大シールド工法が適用され
つつあるトンネル施工現場１は、第１図に示すように、
図中左右方向である矢印Ａ、　Ｂ方向に分割された。拡
大施工区間ＡＲＥｌ及び通常施工区間ＡＲＥ２から構成
されており、拡大施工区間ＡＲＥ１は更に、拡大施工済
区間ＡＲＥ　１ａ及び拡大施工区間区ｒＷＪＡＲＥ　１
　ｂから構成されている。トンネル施工現場１は、拡大
施工区間ＡＲＥＩ及び通常施工区間ＡＲＥ２を矢印Ａ、
Ｂ方向に貫く円筒状の本線トンネル２を有しており、拡
大施工済区間ＡＲＥｌａ内の本線トンネル２部分の第１
図下偏には、コンクリートスラブ３ａで包囲された発進
基地３が形成されている。更に、発進基地３の図中左方
、拡大施工済区間ＡＲＥ　１ａと拡大施工予定区間ＡＲ
Ｅ　１　ｂの境界には、シールド掘削機５が本線トンネ
ル２に沿って矢印Ａ方向に掘進自在に設けられている。

拡大施工済区間Ａ　ＲＥ　ｌ　ａ内の本線トンネル２部
分は、第４図に示すように１円弧状に形成された通常の
セグメントピース１０が所定の曲率半径（外径）Ｒ１の
欠円形断面の筒状に組み立てられたセグメント本体６を
有しており、セグメント本体６の両端部６Ａ、６ａには
該セグメント本体６の曲率半径Ｒ１と同じ曲率半径Ｒ１
の円弧状に形成された本体７ｂを有する誘導セグメント
ピース７．７が１円筒状の本線トンネル２部分の一部を
なす形で各々接続されている。各誘導セグメントピース
７の本体７ｂのトンネル内方側にはガイド溝７ａが、本
線トンネル２の形成方向、従って前記シールド掘削機５
の掘進方向である矢印Ａ、Ｂ方向に拡大施工区間ＡＲＥ
１全長に亙って形成されており、更に両誘導セグメント
ピース７．７間には幅Ｗ１の支柱９が、同方向に所定の
間隔で複数本架設されている。

また、拡大施工予定区間ＡＲＥｌ　ｂ内の本線トンネル
２部分は、第２図に示すように、上記拡大施工済区間Ａ
ＲＥｌ　ａ内の本線トンネル２部分とほぼ同様に構成さ
れているが、図中上下の両誘導セグメントピース７．７
間には、支柱９の代わりに可動セグメントピース２０が
架設されている点のみ異なる。可動セグメントピース２
０は、前記セグメント本体６、誘導セグメントピース７
゜７の曲率半径Ｒ１と同じ曲率半径Ｒ１で円弧状に形成
された本体２０ｂを有しており、該可動セグメントピー
ス２０１０両誘導セグメントピース７゜７及びセグメン
ト本体６が組み合わされて、完全な円筒状の本線トンネ
ル２部分が形成されている。

この可動セグメントピース２０はその凹面、即ち本体２
０ｂの第２図左側面の中央に、テーパーを有する係合穴
２０ａが形成されており、後述の既設セグメント着脱装
置１９のアーム１９ａにより該係合穴２０ａを介して可
動セグメントピース２０を矢印Ｃ，Ｄ方向に着脱するこ
とが出来る。

なお、通常施工区間ＡＲＥＺ内の本線トンネル２部分は
、拡大施工区間ＡＲＥｌ内の本線トンネル２部分と同じ
曲率半径Ｒ１の円筒状に組み立てられた通常のセグメン
トピース１０から構成されている。

また、前記シールド掘削機５は、第１図及び第２図に示
すように、三日月断面の筒状に形成された外殻１１を有
しており、外殻１１は１本線トンネル２の曲率半径Ｒ１
より小さい曲率半径Ｒ２の欠円形断面の副トンネル形成
部１１ａ及び本線トンネル２の曲率半径Ｒ１と同じ曲率
半径の欠円形断面の摺動部１１ｂから構成されている。

なお、外殻１１の摺動部１１ｂは、内側に窪んだ形状に
形成されて１本線トンネル２の外周面２ａに対向当接し
た状態となっている。外殻１１の前面、即ち第１図左側
面には揺動カッター１２が第２図矢印Ｓ、Ｔ方向に揺動
自在に支持されており、揺動カッター１２は、外殻１１
内部の空間を図中左右方向に遮断する形で設けらＫた隔
壁ｌｉｄに設けられた駆動モーター１３に接続されてい
る。更に、隔壁ｌｉｄにはシールドジヤツキ１５が複数
個。

第１図及び第３図に示すように、外殻１１の副トンネル
形成部１１ａに沿った形で半円環状に配列設置されてお
り、シールドジヤツキ１５にはラム１５ａが矢印Ａ、Ｂ
方向に突出後退自在に設けられている。ラム１５ａの後
方には、第１図及び第４図に示すように、シールド掘削
機５の外殻１１の副トンネル形成部１１ａと同じ曲率半
径Ｒ２の欠円形断面を有する筒状の副トンネル２５が形
成されており、副トンネル２５は矢印Ａ、Ｂ方向に接続
された副トンネル用セグメントピース１６から構成され
ている。また、副トンネル２５の内部には、副トンネル
用セグメントピース１６組立施工用のエレクタ−２３が
、外殻１１に接続された形で、即ちシールド掘進時に外
殻１１と共に移動する形で設置されている。

また、外殻１１の摺動部１１ｂには、第１図及び第３図
に示すように、シールド掘進誘導装置１７が、該摺動部
１１ｂから本線トンネル２側である矢印Ｃ方向に張り出
した形でシールド掘進方向である矢印Ａ、Ｂ方向にシー
ルド掘削機５と共に移動自在に設けられており、シール
ド掘進誘導装置１７は１本体１７ａ及びガイドバー１７
ｂ、１７ｂから構成されている。即ち、直方体状の本体
１７ａが、前記誘導セグメントピース７．７間に嵌入さ
れており、本体１７ａの第３図左側上下端には、シール
ド掘進方向に軸心を持つ棒状のガイドバー１７ｂ、１７
ｂが、誘導セグメントピース７．７のガイド溝７ａ、７
ａに各々係合する形で該本体１７ａと一体に形成されて
いる。更に、シールド掘進誘導装置１７には既設セグメ
ント着脱装置１９が設けられており、既設セグメント着
脱装置１９は、シールドｍ進誘導装置１７の第１図左方
に架設された可動セグメントピース２０を取り外し、か
つシールド掘進誘導装置１７の同図右方に支柱９を架設
することが出来るアーム１９ａを有している。

トンネル施工現場１は、以上のような構成を有するので
、トンネル部分拡大シールド工法は以下の手順で進めら
れる。即ち、まずシールド工法等のトンネル構築工法に
より、拡大施工区間ＡＲＥ１及び通常施工区間ＡＲＥ２
に互って、通常のセグメントピース１０を所定の半径Ｒ
１の円筒状に組み立てて、本線トンネル２を形成する。

この際、拡大施工区間ＡＲＥｌ内の本線トンネル２部分
の副トンネル２５施工側、即ち第２図右側に限っては、
通常のセグメントピース１０ではなく誘導セグメントピ
ース７．７及び可動セグメントピース２０を同種のセグ
メントピースが矢印Ａ、Ｂ方向に接続された形で組み立
てる。すると、誘導セグメントピース７．７のガイド溝
７ａ、７ａは。

拡大施工区間ＡＲＥ１全長に互って同方向に直線状に形
成される。

次に、拡大施工区間ＡＲＥ　ｌ内の本線トンネル２部分
の第１図下方の地山２６を地盤改良等の補助工法により
補強した後、同所にコンクリートスラブ３ａを箱状に打
設形成して１発進基地３を設ける。この発進基地３にシ
ールド掘削機５を搬入し、更にシールド掘削機５の外殻
１１の摺動部１１ｂが誘導セグメントピース７．７及び
可動セグメントピース２０の外周面、即ち本線トンネル
２の外周面２ａに当接する形で、かつシールド掘進誘導
装置１７のガイドバー１７ｂ、１７ｂが。

誘導セグメントピース７．７のガイド溝７ａ、７ａに各
々係合する形で第１図左向きに設置する。

また、この際、シールド掘進誘導装置１７の本体１７ａ
が本線トンネル２の幅Ｌ１なる一つのセグメント中に位
置するように位置決めしておく。

こうして、シールド掘削機５が本線トンネル２の脇に設
置されたところで、副トンネル２５の形成作業に移行す
る。それには、まずエレクタ−２３を用いて、シールド
掘削機５のシールドジヤツキ１５の後退した状態のラム
１５ａの後方、即ち第１図右方に、副トンネル用セグメ
ントピース１６を外殻１１に沿った形で円環状に組み立
て設置する。

次いで、既設セグメント着脱装置１９を駆動して、シー
ルド掘進誘導装置１７の第１図左方に架設された可動セ
グメントピース２０を一個、第１図上方に向けて取り外
す。この取り外された可動セグメントピース２０は外殻
１１の摺動部１１ｂと対向しており、地山２６の土庄、
水圧等が作用していないので、可動セグメントピース２
０の取り外し作業は安全に行なわれる。次に、駆動モー
ター１３を駆動して揺動カッター１２を矢印Ｓ、Ｔ方向
に揺動させると共に、シールドジヤツキ１５のラム１５
ａを第１図矢印Ｂ方向に突出させて、該設置された副ト
ンネル用セグメントピース１６に反力を取る形で隔壁ｌ
ｉｄ及び外殻１１を介して揺動カッター１２を切羽２７
方向、即ち矢印Ａ方向に押圧する。すると、その押圧力
により、切羽２７と揺動カッター１２は所定の接触圧力
で接し、切羽２７は揺動カッター１２により矢印Ａ方向
に掘削される。

この際、揺動カッター１２による掘削作業時に、揺動カ
ッター１２を支持する外殻１１が１例えば複数のシール
ドジヤツキ１５のラム１５ａの突出動作の不均一、掘削
すべき切羽２７の軟硬の部分的不均一等の理由により、
所望の矢印六方向からそれて予期せぬ方向へ掘進しよう
とする恐れもあるが、外殻１１には、既に述べたように
、シールド掘進誘導装置１７が設けられているので。

そのような心配はない。即ち、シールド掘進誘導装置１
７のガイドバー１７ｂ、１７ｂが、シールド掘進方向に
直線状に接続形成された誘導セグメントピース７．７の
ガイド溝７ａ、７ａに係合する形で同方向に移動するの
で、外殻１１が所望の矢印Ａ方向以外の方向へ掘進する
ことはなく、該掘進動作は適正に行なわれる。

こうして、外殻１１が矢印六方向へ距離Ｌ１だけ掘進し
、シールド掘進誘導装置１７の本体１７ａが次のリング
設置位置、即ち直前に取り外された可動セグメントピー
ス２ｏの装着されていたリング位置に達したところで、
既設セグメント着脱装置１９のアーム１９ａを該既設セ
グメント着脱装置１９の後方に移動させる。その後、シ
ールド掘進誘導装置１７の第１図右方、即ちシールド掘
進前まで該シールド掘進誘導装置１７が占拠していたリ
ング位置に、該アーム１９ａを用いて帳Ｗ１の支柱９を
一本架設して、周囲の地山２６がらの土圧、水圧等の外
圧により本線トンネル２及び副トンネル２５が変形、崩
壊するのを防止する。

なお、シールド掘進誘導装置１７の本体１７ａの掘進方
向である矢印Ａ、Ｂ方向の幅Ｗ２は１本線トンネル２を
構成するセグメントの幅Ｌ１よりも小さいので、外殻１
１を矢印六方向に距離Ｌ１だけ掘進させることにより、
本体１７ａは必ず次のリング部分に位置決めされ、支柱
９を設置する際に１本体１７ａが邪魔して、作業が行な
えなくなるようなことはない。

こうして、シールド掘進誘導装置１７の後方に支柱９が
架設されたところで、シールドジヤツキ１５のラム１５
ａを矢印Ａ方向に、副トンネル用セグメントピース１６
の１リング分の長さＬｌだけ後退させる。すると、ラム
１５ａと前記設置された副トンネル用セグメントピース
１６の間には、距離Ｌ１なる空間が形成される。そこで
、該空間にエレクタ−２３を用いて副トンネル用セグメ
ントピース１６を、前記設置さ九た副トンネル用セグメ
ントピース１６に接続する形で円環状に組み立て設置す
る。以下、上述の手順と同様に施工していくと、副トン
ネル用セグメントピース１６が順次矢印Ａ方向に連続的
に組み立て設置され、副トンネル２５が形成されていく
。

以上のようにして、本線トンネル２の脇に副トンネル２
５を形成すれば、拡大施工すべき部分のみの掘削作業だ
けで済むので、開削工法により地上から該部分まで鉛直
方向に地山２６を掘削する必要はない。

なお、上述の実施例においては、シールド掘削機５は三
日月断面の外殻１１を有するものを用いたが１本発明は
１本線トンネル２の外周面２ａに沿って水平に掘削する
ことが出来る限り、どのような断面形状の外殻１１を有
するシールド掘削機５を用いてもよい。

（ｇ）６発明の詳細 な説明したように１本発明の内、シールド掘削機の発明
によれば、外殻１１を有し、該外殻１１に本線トンネル
２の外周面２ａに対応した形状に形成された摺動部１１
ｂを設け、前記外殻１１にガイドバーＬ７ｂ等の１本線
トンネル２に設けられたガイド係合部に係合して外殻１
１をガイドするガイド部を設け、更にシールドジヤツキ
１５等の掘進用ジヤツキを設け、前記外殻１１の掘進方
向前方に揺動カッター１２等の掘削手段を設けて構成し
たので、ガイド部を本線トンネル２に設けられたガイド
係合部と係合させて外殻１１を本線トンネル２に沿って
ガイドさせることにより、既存の本線トンネル２の脇に
簡便に副トンネル２５を形成して、トンネル部分拡大施
工を行なうことが可能となる。

また１本発明の内、誘導セグメントピースの発明によれ
ば１円弧状に形成された本体７ｂを有し、前記本体７ｂ
にシールド掘削機５を誘導掘進させ得るガイド溝７８等
のガイド係合部を本線トンネル２の形成方向に設けて構
成したので、シールド掘削機５のガイド部をガイド係合
部に係合させて、該ガイド係合部に沿ってシールド掘削
機５を進行させることにより、シールド掘削機５を本線
トンネル２に沿った形で正確に掘進させることが出来る
。

また１本発明の内、トンネル部分拡大シールド工法の発
明によれば、本線トンネル２を構築する際に、誘導セグ
メントピース７をガイド溝７ａ等のガイド係合部が本線
トンネル２の形成方向に一致するように設置し、該本線
トンネル２の外部にシールド掘削機５を、前記ガイド係
合部にガイドバー１７ｂ等のガイド部を係合させた形で
設け、前記ガイド部を介して前記ガイド係合部に沿って
シールド掘削機５を掘進させるようにして構成したので
、シールド掘削機５を用いて地上及び地下の障害物の有
無に関係なく、本線トンネル２の脇に本線トンネル２に
沿った形で簡便に副トンネル２５を形成することが可能
となる。従って、開削工法を用いた場合のような、路上
作業帯の確保、交通車両への障害等の問題も発生せず、
また鉛直方向に地山２６を掘削する手間も省かれ、極め
て経済的にトンネルの部分拡大施工を行なうことが出来
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるトンネル部分拡大シールド工法が
適用されつつあるトンネル施工現場の平断面図、 第２図は第１図の■−■腺による断面図。 第３図は第１図のｔｎ−ｍｇによる断面図。 第４図は第１図の［Ｖ−ＩＶ線による断面図である。 ２・・・・・・本線トンネル ２ａ・・・・・・外周面 ５・・・・・・シールド掘削機 ７・・・・・・誘導セグメントピース ７ａ・・・・・・ガイド係合部（ガイド溝）７ｂ・・・
・・・本体 １１・・・・・・外殻 １１ｂ・・・・・・摺動部 １２・・・・・・掘削手段（揺動カッター）１５・・・
・・・掘進用ジヤツキ（シールドジヤツキ）１７ｂ・・
・・・・ガイド部（ガイドバー）ＡＲＥＩ・・・・・・
拡大施工区間 ＡＲＥ１　ａ・・・・・・拡大施工済区間ＡＲＥ　１　
ｂ・・・・・・拡大施工予定区間ＡＲＥ２・・・・・・
通常施工区間 第２図　ＡＲＥｌｂ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）、外殻を有し、 該外殻に本線トンネルの外周面に対応した 形状に形成された摺動部を設け、 前記外殻に本線トンネルに設けられたガイ ド係合部に係合して外殼をガイドするガイド部を設け、 更に、掘進用ジャッキを設け、 前記外殻の掘進方向前方に掘削手段を設け て構成したシールド掘削機。
2. （２）、円弧状に形成された本体を有し、 前記本体に特許請求の範囲第１項記載のシ ールド掘削機を誘導掘進させ得るガイド係合部を本線ト
   ンネルの形成方向に設けて構成した誘導セグメントピー
   ス、
3. （３）、特許請求の範囲第１項及び第２項記載のシール
   ド掘削機及び誘導セグメントピースを用いてトンネルの
   部分拡大施工を行なう際には、本線トンネルを構築する
   際に、誘導セグメ ントピースをガイド係合部が本線トンネルの形成方向に
   一致するように設置し、 該本線トンネルの外部にシールド掘削機を、前記ガイド
   係合部にガイド部を係合させた形で設け、 前記ガイド部を介して前記ガイド係合部に 沿ってシールド掘削機を掘進させるようにして構成した
   トンネル部分拡大シールド工法。